《模拟抢答器设计》word版.doc

沈阳工程学院单片机课程设计 1 沈 阳 工 程 学 院 课 程 设 计 课程设计题目： 模拟抢答器设计 系 别 自动化学院 班级 电自专 111 学生姓名 张浩 学号 2011338113 指导教师 王德君、曲乐声 职称 工程师、讲师 起止日期：2013 年 6 月 24 日起至 2013 年 6 月 28 日 止 沈阳工程学院单片机课程设计 2 沈 阳 工 程 学 院 课程设计任务书 课程设计题目： 模拟抢答器设计 系 别 自动化学院 班级 电自专 111 学生姓名 张浩 学号 2011338113 指导教师 王德君、曲乐声 职称 工程师、讲师 课程设计进行地点： 单片机实验室(F207) 任 务 下 达 时 间：2013 年 6 月 7 日 起止日期：2013 年 6 月 24 日起至 201 年 6 月 28 日止 教研室主任 王 健 2013 年 6 月 7 日批准 沈阳工程学院单片机课程设计 3 一、设计目的一、设计目的 通过课程设计使学生更进一步掌握单片机原理及应用课程的有关知识，提 高应用单片机解决问题的能力，加深对单片机应用的理解。通过查阅资料，结 合所学知识进行软、硬件的设计，使学生初步掌握应用单片机解决问题的步骤 及方法。为以后学生结合专业从事单片机应用奠定基础。 二、设计的原始资料及依据二、设计的原始资料及依据 利用 TD-NMC+单片机实验系统的 I/O 接口或可编程接口 8255，指示灯等。 三、设计的主要内容及要求三、设计的主要内容及要求 1分别用五个开关代替五个抢答小组，当开关为 0 时表示未抢答，为 1 时 表示抢答，一个开关表示抢答开始，一个开关表示清除（复位） 。 2每个开关对应有一个发光二极管表示抢答是否成功，当该组抢答成功时， 对应的发光二极管闪亮，未抢答成功时不亮。 3当抢答开始开关为 1 时才允许抢答，为 0 时不允许抢答。 4抢答开始后，某组抢答成功其对应的发光二极管闪亮，主持人可用清除 开关对其清除。 5扩展功能：某组抢答成功其对应的发光二极管闪亮，同时用两个数码管 显示器显示出抢答成功的组别。 四、对设计说明书撰写内容、格式、字数的要求四、对设计说明书撰写内容、格式、字数的要求 1.课程设计说明书（论文）是体现和总结课程设计成果的载体，一般不应 少于 3000 字。 2.学生应撰写的内容为：目录、正文、参考文献等。课程设计说明书（论 文）的结构及各部分内容要求可参照沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规 范执行。应做到文理通顺，内容正确完整，书写工整，装订整齐。 3.说明书（论文）手写或打印均可。手写要用学校统一的课程设计用纸， 用黑或蓝黑墨水工整书写；打印时按沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规 范的要求进行打印。 4. 课程设计说明书（论文）装订顺序为：封面、任务书、成绩评定表、目录、 正文、参考文献。 五、五、 设计完成后应提交成果的种类、数量、质量等方面的要求设计完成后应提交成果的种类、数量、质量等方面的要求； 提交课程设计说明书一份。在说明书中要有设计原理、硬件电路接线 沈阳工程学院单片机课程设计 4 图、设计的程序及必要注释、程序流程图等。 六、时间进度安排六、时间进度安排； 顺序阶段日期计 划 完 成 内 容备注 1 1.5 天查阅资料及程序设计 2 2.5 天上机调试程序 3 0.5 天成绩评定 4 0.5 天书写报告 七、主要参考资料（文献）七、主要参考资料（文献） 。 沈阳工程学院单片机课程设计 5 沈沈 阳阳 工工 程程 学学 院院 单片机应用技术课程设计成绩评定表单片机应用技术课程设计成绩评定表 系（部）：系（部）：自动化学院自动化学院 班级：班级： 电自专电自专111111 学生姓名：学生姓名： 张浩张浩 指指 导导 教教 师师 评评 审审 意意 见见 评价 内容 具 体 要 求权重评 分 加权 分 调研 论证 能独立查阅文献,收集资料；能制定课程设计方案 和日程安排。 0.15 54 43 32 2 工作 能力 态度 工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好， 能够独立完成设计工作， 0.25 54 43 32 2 工作 量 按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难 度适宜。 0.25 54 43 32 2 说明 书的 质量 说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文 字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全， 图表完备，书写工整规范。 0.55 54 43 32 2 指导教师评审成绩指导教师评审成绩 （加权分合计乘以（加权分合计乘以 1212） 分分加权分合计加权分合计 指指 导导 教教 师师 签签 名：名： 年年 月月 日日 评评 阅阅 教教 师师 评评 审审 意意 见见 评价 内容 具 体 要 求权重评 分 加权 分 查阅 文献 查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力 0.25 54 43 32 2 工作 量 工作量饱满，难度适中。 0.55 54 43 32 2 说明 书的 质量 说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文 字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全， 图表完备，书写工整规范。 0.35 54 43 32 2 评阅教师评审成绩评阅教师评审成绩 （加权分合计乘以（加权分合计乘以 8 8） 分分加权分合计加权分合计 评评 阅阅 教教 师师 签签 名：名： 年年 月月 日日 课课 程程 设设 计计 总总 评评 成成 绩绩分分 沈阳工程学院单片机课程设计 6 目录目录 1 系统设计 .9 1.1 设计任务与要求.9 1.2 8051 单片机系统说明 .9 1.2.1 8051 单片机简介9 1.2.2 8051 的时序图10 1.3 8051 引角及其功能 .10 1.4 设计抢答器的目的与意义 11 2 主要元器件分析 11 2.1 8051 芯片11 2.2 数码管 11 3 程序设计 13 3.1、程序流程图.13 3.2、硬件设计电路.14 3.3、源程序介绍.14 3.4、运行结果图.18 4 设计总结.19 5 参考文献 20 附录 1 21 沈阳工程学院单片机课程设计 7 摘 要 抢答器是一种应用非常广泛的设备，在各种竞猜、抢答场合中，它能 迅速、客观地分辨出最先获得发言权的选手。早期的抢答器只由几个三极 管可控硅、发光管等组成，能通过发光管的指示辨认出选手。现在大多数 抢答器均使用单片机和数字集成电路，并增加了许多新的功能，如选手号 码显示、抢按器或抢按后的计时、选手得分显示等功能。本文介绍了用 8051 系列单片机控制的八路智力抢答器。该抢答器除具有基本的抢答功能 外，还具有定时、计时和报警功能。 关键字关键字：抢答器 ；单片机；报警 沈阳工程学院单片机课程设计 8 引引 言言 在知识比赛与娱乐竞赛中，特别是做抢答题目的时候，在抢答过程中，为 了知道哪一组或哪一位选手先答题，必须要设计一个系统来完成这个任务。如 果在抢答中，靠视觉是很难判断出哪组先答题。利用单片机系统来设计抢答器， 使以上问题得以解决，即使两组的抢答时间相差几微秒，也可分辨出哪组优先 答题。本文主要介绍了单片机抢答器设计及工作原理，以及它的实际用途。系 统工作原理本系统采用 8051 单片机作为核心。控制系统的四个模块分别为：存 储模块、显示模块、抢答开关模块。该抢答器系统通过开关电路五个按键输入 抢答信号；利用存储程序；利用一个数码管来完成显示功能。工作时，用按键 通过开关电路输入各路的抢答信号，经单片机的处理，输出控制信号，控制数 码管工作。在数码管上显示哪一组先答题，并通过数码管显示选手的序号以及 开始倒计时，从而实现整个抢答过程。 “一种基于单片机的抢答器”与一般抢答器有四点不同：首先，抢答器反 应异常灵敏。据了解，此抢答器的反应时间仅为几十微秒，大大缩短了抢答器 的反应时间，使抢答器可以迅速高效的工作。其次，抢答质量有保证，为比赛 更加公正透明化提供了依据。第三，抢答器设置了复位键。抢答的活动常常会 有几个环节构成，为了保证在每个环节中枪答器都可以快速高效的运作，使得 抢答更加顺利的进行，此类抢答器设置了复位键。最后，抢答器利用单片机技 术。利用这一技术，保证了抢答器拥有上述功能的同时，提高了抢答器的寿命 与质量，让抢答器可以更加实用的同时，提高了抢答器的技术含量。 沈阳工程学院单片机课程设计 9 1 系统设计系统设计 1.11.1 设计任务与要求设计任务与要求 1分别用五个开关代替五个抢答小组，当开关为 0 时表示未抢答，为 1 时 表示抢答，一个开关表示抢答开始，一个开关表示清除（复位）。 2每个开关对应有一个发光二极管表示抢答是否成功，当该组抢答成功时， 对应的发光二极管闪亮，未抢答成功时不亮。 3当抢答开始开关为 1 时才允许抢答，为 0 时不允许抢答。 4抢答开始后，某组抢答成功其对应的发光二极管闪亮，主持人可用清除 开关对其清除。 5扩展功能：某组抢答成功其对应的发光二极管闪亮，同时用两个数码管 显示器显示出抢答成功的组别。 1.21.2 80518051 单片机系统说明 1.2.11.2.1 80518051 单片机简介单片机简介 8051 系列单片机是国际上流行多年的代表机型，是国内高校教学和初学者 入门首选的主流机型，也是在各种技术期刊和专业书籍中出现频率最高的经典 机型。本文以标准 80C51 为模型，并适当兼顾 8051 系列的共性和常用型号的 特性。内容主要包括：硬件架构、ROM、RAM、指令系统、汇编程序基础和汇 编语言工具链、并行端口、定时器、中断逻辑、复位逻辑、时钟电路、电源电 路等功能电路的结构和工作原理，以及片内程序存储器编程原理。 1.2.21.2.2 80518051 的时序图的时序图 时序图如图 1-2 所示: 图 1-2 8051 的时序图 时序控制电路: : 主持人将控制开关拨到“开始”位置时，扬声器发声，抢答电路和定时 沈阳工程学院单片机课程设计 10 电路进入正常抢答工作状态。 当参赛选手按动抢答键时，显示灯亮，其他抢答电路停止工作。 1.31.3 80518051 引角及其功能引角及其功能 电源端 Vcc 40 脚 接地端 GND 20 脚 时钟信号输入端 XTAL2 18 脚 时钟电路引脚 XTAL1 19 脚 复位信号输入端 RST 9 脚 ，高电平有效 地址锁存允许信号端 ALE 30 脚 ， 6 分频振荡周期， PSEN 29 脚 程序存储器允许输出信号端 用于读取外部的程序存储器，每个机器周期中两 次有效。 EA 31 脚 外部程序存储器地址允许输入,接高电平时，执行片内程序存储 器的内容，当 PC 超过 0fffH 时，自动变 0。接低电平时，访问外部程序存储器。 P0 3932 脚 8 位准双向 I/O,在做输入时，要先向口地址 80H 写 1，此时由 内部上拉提成高阻态。 P1 18 脚 8 位准双向 I/O 口 1.41.4 设计抢答器的目的与意义设计抢答器的目的与意义 通过这次课程设计,掌握 8051 单片机的原理,了解简单多功能抢答器组成原 理，初步掌握多功能抢答器的调整及测试方法，提高动手能力和排除故障的能 力。同时通过本课题设计与装配、调试，提高自己的动手能力，巩固已学的理 论知识，建立单片机理论和实践的结合，了解多功能抢答器各单元电路之间的 关系及相互影响，从而能正确设计、计算定时计数的各个单元电路。初步掌握 多功能抢答器的调整及测试方法，提高动手能力和排除故障的能力。 设计思路： 抢答器是一种应用非常广泛的设备，在各种竞赛、抢答场合中，它能迅速、 沈阳工程学院单片机课程设计 11 客观地分辨出最先获得发言权的选手。早期的抢答器只由几个三极管、可控硅、 发光管等组成，能通过发光管的指示辩认出选手号码。现在大多数抢答器均使 用单片机(如 MCS-51 型)和数字集成电路，并增加了许多新功能，如选手号码 显示，一个选手抢答后，屏蔽其他选手按键，禁止其他选手共同答一题。 2 2 主要元器件分析主要元器件分析 2.12.1 80518051 芯片芯片 8051 内含 8 位 CPU；广泛的布尔处理能力：32 根双向且分别可寻址的 I/O 线；128 字 节 RAM；2 个 16 位定时器/计数器；全双工异步串行口（UART） ；2 个中断优先级；5 个 中断源；片内有时钟震荡器；4K 字节片内 ROM 程序储存器；可寻址的 64K 字节外部程序 储存空间；可寻址得 64K 字节外部数据储存空间；无片内 ROM 的 8051 形式是 8031，EPROM 型是 751，8051AH 是采用 HMOS 工艺制造，所以其管脚与 8051 兼容。 2.22.2 数码管数码管 数码管有 7 个输入接口和一个共阴极端,7 个输入端分别接 A,B,C,D,E,F,G 七个显示管和一个小数点端 DP，数码管引脚图如图 2-1。数码管代替二极管， 也就是用一位数字的显示来代替两位的二极管，完成同样的故障显示功能。数 码管可以把我们需要的 POST 代码显示出来，在 PC 的操作系统引导工作完成 前，数码管显示的代码总处于变化状态。 图 2-1 数码管引脚图 数码管使用条件 （1）段及小数点上加限流电阻。 沈阳工程学院单片机课程设计 12 （2）使用电压：段：根据发光颜色决定；小数点：根据发光颜色决定。 （3）使用电流：静态：总电流 80mA（每段 10mA） ；动态：平均电流 4- 5mA，峰值电流 100mA。 本系统程序设计采用 T0 的溢出中断来实现倒计时定时，采用 T0 的溢出中 断来使喇叭发出一定频率的声音；用一个两位 LED 来显示倒计时，另外用一个 两位 LED 显示选手号。其中，倒计时显示的两位 LED 用的是共阴极接法，选 手号显示 LED 用的是共阴极接法；并且通过动态显示法（即位选控制）来实现 六个 LED 的同时显示。 沈阳工程学院单片机课程设计 14 3 程序设计程序设计 3.1、程序流程图、程序流程图 沈阳工程学院单片机课程设计 15 3.2、硬件设计电路、硬件设计电路 3.3、源程序介绍、源程序介绍 3.3.1、总体程序设计思路总体程序设计思路 这次程序设计利用 8051 芯片和 8255 扩展，p1.1p1.5 分别代表五位选手， 当输入为 1 时，则抢答成功，为 0 时抢答失败。其中程序有 start（调判断抢答 是否开始程序） 、bb（调选手抢答程序） 、team（调选手答题情况） 、mied（调主 持人复位灭灯程序） 、xs（调显示电路程序） 。Delay、delay1、diy1、dly2 分别 调延迟程序。 3.3.2、抢答开始程序、抢答开始程序 在抢答信号发出前，给 p1 输入高电位，让所有数码管都发亮，等待主持人 发出开始抢答指令。用 p1.6 口输入是否有抢答指令，如果 p1.6 口输入为高电平， 则跳转到选手抢答程序 bb，如果 p1.6 输入为 0，则跳转到延迟程序 delay1,并返 回 start，继续等待主持人发出抢答指令： Org 0000h 沈阳工程学院单片机课程设计 16 Main:mov a,#80h mov dptr,#7f03h movx dptr,a mov sp,#50h mov p1,#0ffh mov 35h,#0dh mov 34h,#0bh mov 33h,#10h mov 32h,#10h mov 31h,#00h start:jb p1.6,bb lcall delay1 sjmp start 3.3.3、选手抢答指令、选手抢答指令 当主持人发出抢答信号后，五位选手就开始按抢答器进行抢答。以选手 1 为例，当 p1.1 为 1 时，跳转到 team1，在该程序中，跳转到 delay1 进入延迟程 序，使得显示电路工作，数码管显示 1 号选手的数字，知道主持人通过按键使 p1.7 由 0 变成 1，跳转到灭灯程序，时数码管复位归零： bb:Jb P1.1,team1 jb p1.2,team2 jb p1.3,team3 jb p1.4,team4 jb p1.5,team5 Ajmp start Team1:mov 30h,#01h Loop:mov a,#01h mov dptr,#7f00h movx dptr,a acall delay1 沈阳工程学院单片机课程设计 17 mov a,#00h mov dptr,#7f00h movx dptr,a acall delay1 Jnb p1.7,loop lcall mied 3.3.4、灭灯程序、灭灯程序 当选手答题后，由主持人按键使该选手的号码归零，继续进入下一道题： mied:mov a,#00h mov dptr,#7f00h movx dptr,a mov 30h,#0 ret 3.3.5、显示程序、显示程序 当选手抢答成功后，跳转到显示程序，在该程序中利用一系列的延迟程序 和空操作，使数码管一直显示，知道主持人进行复位清零操作或者系统判断无 人抢答即 acc.6 为 0 时，跳转到 ret 结束本轮抢答，继续进行下一轮抢答： xs: mov r0,#30h mov r1,#0feh disply:mov a,r0 mov dptr,#tab movc a,a+dptr mov dptr,#7f01h movx dptr,a mov a,r1 mov dptr,#7f02h movx dptr,a lcall delay 沈阳工程学院单片机课程设计 18 mov a,r1 jnb acc.6,retn rl a mov r1,a inc r0 sjmp disply retn:ret delay:mov r5,#10h dd:nop djnz r5,dd ret tab:db 3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,77h,7ch,39h,5eh,79h,71h,40h Delay1 :mov r7,#9h Dly1:mov r6,#02fh Dly2:lcall xs Djnz r6,dly2 Djnz r7,dly1 ret End 沈阳工程学院单片机课程设计 19 3.4、运行结果图、运行结果图 发出抢答命令发出抢答命令 二号选手抢答成功二号选手抢答成功 主持人按键复位清零主持人按键复位清零 沈阳工程学院单片机课程设计 20 4 设计总结设计总结 抢答器主要应用在一些娱乐活动中，抢答器又称第一信号鉴频器。抢答器 的出现解决了过去举手抢答的方式。这样不但增强了可靠性，而且提高了公平 性，值得选手信赖。由于抢答器的出现为娱乐领域中的抢答环节提供了方便。 抢答器应用的一个关键问题是对其工作的稳定性，可靠性，快速性的设计 要求严格。抢答器主要利用数字电路的编码，译码和定时功能来实现，或者利 用单片机控制来完成，即智能化设计。 本设计定位于本学科发展方向对单片机的编程及数字电路的应用进行研究， 并且得到一些有意义的结论。抢答器的出现已经很多年，并且种类很多。目前 抢答器的功能是较为完善的，即智能化，可靠性高，速度快，工作稳定。本设 计采用了部分智能化，在抢答时间方面还须改进，而且在准确性方面也有待于 改进。本设计的进一步设计应该是无限时的答题时间控制且用单片机来完成。 一年多的单片机学习主要是课本上理论知识的学习，这些理论知识远不能 满足对单片机的应用的要求，这次设计给我们提供了一次很好的理论联系实际 的机会，使得我们对单片机的功能以及应用有了更深刻的了解和认识。 另外，程序设计是本次设计的一个难点，由于对指令的运用不够熟练使得 在编程时屡屡碰壁。特别对于一些中断程序，因涉及到一些标志位而使得编程 难度更高，虽然通过查资料以及同学老师的指导解决了这些问题，但编程方面 的欠缺还是很大的，这为我以后的学习业敲响了警钟，在以后我应加强这方面 的练习以提高自己。 由于时间以及自己的能力有限，这次的设计中难免会有一些遗漏和不足， 希望老师批评指正。 沈阳工程学院单片机课程设计 21 5 5 参考文献参考文献 1李朝青.单片机原理及接口技术（修订版）.北京：北京航空航天大学出版社， 1998 2李广弟.单片机基础.北京：北京航空航天大学出版社，1992 3何立民.单片机应用技术大全.北京：北京航空航天大学出版社， 1994 4张毅刚. 单片机原理及接口技术.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1990 5谭浩强.单片机课程设计. 北京：清华大学出版社，1989 沈阳工程学院单片机课程设计 22 附录附录 1 1 总程序清单总程序清单 Org 0000h Main:mov a,#80h mov dptr,#7f03h movx dptr,a mov sp,#50h mov p1,#0ffh mov 35h,#0dh mov 34h,#0bh mov 33h,#10h mov 32h,#10h mov 31h,#00h start:jb p1.6,bb lcall delay1 sjmp start bb:Jb P1.1,team1 jb p1.2,team2 jb p1.3,team3 jb p1.4,team4 jb p1.5,team5 Ajmp start 沈阳工程学院单片机课程设计 23 Team1:mov 30h,#01h Loop:mov a,#01h mov dptr,#7f00h movx dptr,a acall delay1 mov a,#00h mov dptr,#7f00h movx dptr,a acall delay1 Jnb p1.7,loop lcall mied Ljmp start team2:mov 30h,#02h Loop1:mov a,#02h mov dptr,#7f00h movx dptr,a acall delay1 mov a,#00h mov dptr,#7f00h movx dptr,a acall delay1 沈阳工程学院单片机课程设计 24 Jnb p1.7,loop1 lcall mied Ljmp start team