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单片机课程设计说明书 题目：抢答器系统设计课程名称： 单片机技术 学 院： 电子信息与电气工程学院 学生姓名： 张 新 建 学 号:专业班级： 13电子信息工程(专升本)指导教师： 李 志 瑞 2014年6月 课 程 设 计 任 务 书设计题目抢答器系统设计学生姓名张新建所在学院电子信息与电气工程学院专业、年级、班13电子信息工程(专升本)设计要求：1、设计一款6路的抢答器。 2、设计一个抢答控制开关（开始抢答后才允许答题者抢答），供主持人用。 3、能显示抢答组号。4、设定抢答时间。 5、数字LED显示答题者号数。 6、各组记分，并能记分显示。 7、比赛结束时，能发出报警声。学生应完成的工作：1、原理图的设计2、程序的编译3、仿真与调试4、PCB的制作 该生主要负责原理图的设计参考文献阅读：1 张毅刚.单片机原理及应用.北京：高等教育出版社，2009.112 杜树春.单片机C语言和汇编语言混合编程实例详解.北京：北京航空航天大学出版社，2006.63 谢嘉奎.电子线路（第四版）.北京:高等教育出版社，2004.4 臧春华.电子线路设计与应用.北京:高等教育出版社,2005.工作计划：6月2日：查阅相关资料，拟定方案； 6月3日：进行方案论证，完善设计方案； 6月4日：确定硬件方案； 6月5日：确定软件及流程图； 6月7日：画出硬件电路图并进行仿真和调试； 6月8日：进行焊接； 6月9日：焊接及调试； 6月11日：往单片机烧写程序； 6月12日：写课程设计报告； 6月15日：修改课程设计报告，上交课程设计报告及实物。任务下达日期：2014 年6月 3 日 任务完成日期：2014 年6月 13 日指导教师（签名）： 学生（签名）： 抢答器系统设计摘 要：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甚小，也可分辨出哪组优先答题。此次设计使用AT89S52单片机为核心控制元件,设计一个简易的抢答器，与数码管、报警器等构成八路抢答器，利用了单片机的延时电路、按键复位电路、时钟电路、定时/中断电路等。设计的抢答器具有实时显示抢答选手的号码和抢答时间的特点，而复位电路，则使其能再开始新的一轮答题和比赛，与此同时还利用汇编语言编程，使其能够实现一些基本的功能。关键词：单片机、抢答器、数码管、报警器目 录1. 设计背景12. 设计方案22.1 总体设计23 方案设计23.1 电源电路设计23.2 时钟电路设计53.3 复位电路设计63.4 抢答电路设计63.5 程序设计83.6 仿真与调试83.7 PCB制作过程104. 结果与结论114.1结果114.2结论125. 收获与致谢126. 参考文献137. 附件14III1. 设计背景本课题利用AT89S52单片机及外围接口实现的抢答系统，利用单片机的定时器/计数器定时和记数的原理，将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够正确地进行计时，同时使数码管能够正确地显示时间和选手号码。用开关做键盘输出，扬声器发生提示。系统达到要求：在抢答中，只有开始后抢答才有效，如果在开始抢答前抢答为无效；抢答限定时间和回答问题的时间可是在1-30s设定；可以显示是哪位选手有效抢答和无效抢答，正确按键后有音乐提示；抢答时间和回答问题时间倒记时显示，时间完后系统自动复位；按键锁定，在有效状态下，按键无效非法2.设计方案2.1 总体设计本设计是采用单片机设计的比赛用抢答器系统。它具有电路简单、功能齐全、制作成本低、性价比高等特点，是一种经济、实用的比赛用抢答器。硬件部分主要由单片机、LED 显示器、发光二极管、声音报警器、主持人操作键盘和其它基本外围电子电路组成。采用Proteus模拟硬件电路、KEIL软件进行编程相结合以达到理论模拟的效果。根据课程设计项目要求该系统所需要的器件在Proteus中基本都可以找出来。KEIL编出的程序也能与Proteus结合。因此该系统可以实现。以AT89S52为核心，连接LED数码管，晶振电路，开关电路组成。电源电路时钟电路复位电路单片机七段数码管抢答开关图1 系统框图3方案设计3.1电源电路设计本设计是要设计一个+5V直流电源供电，这里没有直接的+5V电压，而直流电源的输入电压为220V的电网电压，在正常情况下，这一电网电压是远远的高于本设计所需的电压值，因而需要先使用变压器，将220V的电网电压降低后，再进行下一阶段的处理。变压器是这一电源电路起始部分，将220V的电网电压转变为本设计所需的较低的电压，就可以进行下一阶段的整流部分。一般规定v1为变压器的高压侧，v2为变压器的低压侧，v1侧的线圈要比v2侧的线圈要多，这样就可以将220V的电网电压降低图2 变压器单相桥式整流电路，就是将交流电网电压转换为所需电压，整流电路由四只整流二极管组成。下面简单介绍一下单相桥式整流电路的工作原理，为简便起见，这里所选的二极管都是理想的二极管，二极管正向导通时电阻为零，反向导通时电阻无穷大。在v2的正半周，电流从变压器副边线圈的上端流出，经过二极管D1，再由二极管D4流回变压器，所以D1、D4正向导通，D2、D3反向截止，产生一个极性为上正下负的输出电压。在v2的负半周，其极性正好相反，电流从变压器副边线圈的下端流出，经过二极管D2，再由二极管D3流回变压器，所以D1、D4反向截止，D2、D3正向导通。桥式整流电路利用了二极管的单向导电性，利用四个二极管，是它们交替导通，从而负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。单相桥式整流电路如图3所示：图 3 单相桥式整流电路本设计的滤波电路采用的是电解电容和二极管并联方式滤波，简单的讲就是电容两端电压升高时，电容充电，电压降低时，电容放电，让电压降低时的坡度变得平缓，从而起到滤波的作用。这里选用电解电容是因为电解电容单位体积的电容量非常大，能比其它种类的电容大几十到数百倍，并且其额定的容量可以做到非常大，价格比其它种类相比具有相当大的优势，因为其组成材料都是普通的工业材料，比如铝等等。电解电容并联二极管，有效防止了电压反相。滤波电路如图4所示：图 4 滤波电路三端稳压器MC78M05CT将输出电压稳定在+5V上，三端稳压器如图5所示：图 5 三端稳压器：总电源电路图如下图6直流稳压电源电路3.2 时钟电路设计AT89S52单片机内部由一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反相放大器的输入端为51单片机的引脚XTAL1，输出为XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成了一个稳定的自激振荡器电路中的电容C1和C2的典型值通常取为30pF左右，对外接电容的值虽然没有严格的要求，但是电容的大小会影响石英晶体振荡器频率的高低，振荡器的稳定性和起振的快速性。晶振的振荡器的频率范围通常是在1.2MHz-12MHz之间，晶振的频率越高，则系统的时钟频率也就越高，单片机的运行速度也就越快，晶振和电容应该尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容AT89S52单片机常选择振荡器的频率为是12MHz的石英晶体。随着集成电路制造工艺的发展，单片机的时钟频率也在逐步提高，现在某些高速单片机芯片的时钟频率以达40MHz。AT89S52内部时钟电路的内部时钟方式的振荡器图7 时钟电路图3.3 复位电路设计复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位，单片机在时钟电路工作以后, 在RESET端持续给出2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作。例如使用晶振频率为12MHz时，则复位信号持续时间应不小于2us。本设计采用的是外部手动按键复位电路。图8 复位电路图3.4 抢答电路设计P3.3接口的开关按下意味着答题结束，P3.4接口开关表示给抢答相应组加上一分，P3.5接口开关按下表示相应组减去一分。裁判示意开始抢答、有组抢答成功、违规抢答、最后5s倒计时都会触发蜂鸣器发出警报。P3.6为蜂鸣器控制口。 图9 加减分电路及蜂鸣器报警电路P1.0和P1.7由裁判控制,分别是抢答开始和停止键。P1.1-P1.6是6组抢答的输入口,按下按钮抢答。 图10 抢答电路及裁判控制开始停止电路3.5 程序设计主持人按下按键允许抢答并响声提示 初始化定时器 倒计时并显示15S是否有抢答 Y显示抢答者号和剩余时间 N时间到 N Y答错-1分答对+1分停止抢答第一轮抢答结束 图11 程序流程图3.6 仿真与调试在Proteus软件中搭建仿真电路，并在软件Keil中用汇编语言编程并将编译的无误。程序转换成十六进制的hex文件导入到Proteus中。经过反复调整和修改仿真。 图12 抢答开始 允许抢答后，开始倒计时从15s直到0s。在最后5s蜂鸣器会发出警报。 图13 抢答倒计时第一组抢答，答题时间有30s，在最后5s蜂鸣器会发出警报。 图14 第一组答题及答题倒计时若还没有允许抢答就有人按下抢答器，那么蜂鸣器会发出警报，并显示是哪一组违规抢答。如图为第一组回答正确加一分 图15 第一组答题正确加一分如图为第一组回答错误减一分。 图16 第一组答题错误减一分3.7 PCB制作过程1、打印电路板。将绘制好的电路板用转印纸打印出来，注意滑的一面面向自己，一般打印两张电路板，即一张纸上打印两张电路板。在其中选择打印效果最好的制作线路板。2、裁剪覆铜板,用感光板制作电路板全程图解，也就是两面都覆有铜膜的线路板，将覆铜板裁成电路板的大小，不要过大，以节约材料。3、预处理覆铜板。用细砂纸把覆铜板表面的氧化层打磨掉，以保证在转印电路板时，热转印纸上的碳粉能牢固的印在铜板上，打磨好的标准是板面光亮，没有明显污渍。4、转印电路板。将打印好的电路板裁剪成合适大小，把印有电路板的一面贴在覆铜板上，对齐好后把覆铜板放入热转印机，放入时一定要保证转印纸没有错位。一般来说经过2-3次转印，电路板就能很牢固的转印在覆铜板上。热转印机事先就已经预热，温度设定在160-200摄氏度，由于温度很高，操作时注意安全！5、腐蚀线路板。先检查一下电路板是否转印完整，若有少数没有转印好的地方可以用黑色油性笔修补。然后就可以腐蚀了，等线路板上暴露的铜膜完全被腐蚀掉时，将线路板从腐蚀液中取出清洗干净，这样一块线路板就腐蚀好了。腐蚀液的成分为浓盐酸、浓双氧水、水，比例为1：2：3，在配制腐蚀液时，先放水，再加浓盐酸、浓双氧水，若操作时浓盐酸、浓双氧水或腐蚀液不小心溅到皮肤或衣物上要及时用清水清洗，由于要使用强腐蚀性溶液，操作时一定注意安全！6、线路板钻孔。线路板上是要插入电子元件的，所以就要对线路板钻孔了。依据电子元件管脚的粗细选择不同的钻针，在使用钻机钻孔时，线路板一定要按稳，钻机速度不能开的过慢，请仔细看操作人员操作。7、线路板预处理。钻孔完后，用细砂纸把覆在线路板上的墨粉打磨掉，用清水把线路板清洗干净。水干后，用松香水涂在有线路的一面，为加快松香凝固，我们用热风机加热线路板，只需2-3分钟松香就能凝固。8、焊接电子元件。焊接完板上的电子元件。4. 结果与结论4.1结果通过对电路的仿真，可以看出基于AT89S52单片机控制的抢答器在PROTEUS软件上可以很好的实现抢答报警、抢答成功显示、抢答倒计时等一系列功能。当仿真开始运行时，各个模块处于初始状态。此时显示器并无状态显示，但此时抢答键和蜂鸣器都处于开启状态，若此时有选手按下抢答键，则蜂鸣器会发出报警声，并且在数码管上显示犯规的选手的编号。主持人重新按下开始键，此时表示抢答正式开始，并且数码管显示30秒倒计时，同时蜂鸣器发出声音提醒选手抢答开始了。选手抢答成功，同时也进入到倒计时30秒答题时间。并且做成pcb.4.2结论本课程设计的六路多功能抢答器采用了通用的电子元器件，利用AT89S52单片机及外围接口实现抢答系统，利用单片机的定时器/计数器定时和记数的原理，将软、硬件有机地结合起来。整体性好，人性化强、可靠性高，实现了数字显示控制的智能化，是各个需要显示数字或广告宣传的有力工具。通过查资料和搜集有关的文献，培养了自学能力和动手能力。在以往的传统的学习模式下，我们可能会记住很多的书本知识，但是通过毕业论文，我们学会了如何将学到的知识转化为自己的东西，并且由原先的被动的接受知识转换为主动的寻求知识，这可以说是学习方法上的一个很大的突破。整个设计通过了软件和硬件上的设计。在这次设计中遇到了很多实际性的问题，在实际设计中才发现，书本上理论性的东西与在实际运用中的还是有一定的出入的，所以有些问题不但要深入地理解，而且要不断地更正以前的错误思维。我在此次课程设计中，主要负责电路板的印制与元器件的焊接，看似简单的事情，却给我带来了很多麻烦。我在焊接时由于焊点掌握的大小不够好，焊点过大，造成电路短路，焊点太小，以至于虚焊。这次切实的操作，让我学到很多。5. 收获与致谢课程设计是对我知识运用能力的一次全面的考核，也是对我进行科学研究基本功的训练，培养我综合运用所学知识独立地分析问题和解决问题的能力，为以后撰写专业学术论文和工作打下良好的基础。这除了自身的努力外，与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。李老师指导我的课程设计，他的这种无私奉献的敬业精神令人钦佩，在此我向他表示我诚挚的谢意。此外，我还要感谢在课程设计中给予我帮助的各位同学。由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方。如果没有李老师的督促指导以及周围同学的帮助，想要完成这个设计是非常不易的。正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个个的困难和疑惑，直至课程设计的顺利完成。正是由于他们，我才能在各方面取得显著的进步，在此向他们表示我由衷的谢意。6. 参考文献1 张毅刚. 单片机原理及应用M. 北京：高等教育出版社，2009.2 杜尚丰. CAN总线测控技术及其应用M. 北京：电子工业出版社，2007.3 杜树春. 单片机C语言和汇编语言混合编程详解M. 北京：北京航空航天大学出版社，2006. 4 胡汉才. 单片机原理及其接口技术M. 北京:清华大学出版社,1996.5 施隆照. 数码管显示驱动和键盘扫描控制器CH51及其应用J. 国外电子元器件,2004.6 谢嘉奎. 电子线路M. 北京:高等教育出版社2004. .7 臧春华. 电子线路设计与应用M. 北京:高等教育出版社,2005.8 王守中,聂元铭. 51单片机开发与典型事例M. 北京:人民邮电出版社,2009.9 陈粤初. 单片机应用系统技术与实践M. 北京:北京航空航天大学出版社,1991.10 何立民. 单片机应用技术选编M. 北京:北京航空航天大学出版社,1993.7. 附件单片机技术课程设计元器件清单课题名称抢答器系统设计课题组班级：13电子信息工程专升本姓名：张新建 王陟 于林森 李国斌元器件名称型号规格数量价格备注数码管共阴极 四段 12脚1排阻4.7K1电容1nF5电解电容22UF3晶振11.0592MHZ 1蜂鸣器 1电阻1k 1瓷片电容104 3覆铜板(单面) 1二极管FR108 25mmLE发光管红色 绿色2AT89C511二脚按键143.3-1.1MM DC 13.5mm电源接头140脚IC插座1桥堆2W101三端稳压器1附图附图一 原理电路图附图二 PCB附图三 热转印图附图四 腐蚀的PCB附图五 PCB焊接面附图六 实物图源程序清单OK EQU 20H RING EQU 22H ORG 0000H AJMP MAIN ORG 000BH AJMP T0INT ORG 0013H AJMP INT1SUB ORG 001BH AJMP T1INT ORG 0040HMAIN: MOV R1,#0FH MOV R2,#01EH MOV TMOD,#11H;设置未定时器/模式1 MOV TH0,#0F0H MOV TL0,#0FFH;越高发声频率越高,越尖 MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H;50ms为一次溢出中断 SETB EA SETB ET0 SETB ET1 SETB EX1;允许3个中断,T0/T1/INT0/INT1 CLR OK CLR RING SETB TR1 SETB TR0;开始就运行定时器,初始显示888如果想重新计数,重置TH1/TL1 ;=查询程序=START: MOV R5,#00H MOV R4,#00H MOV R3,#00H ACALL DISPLAY;未开始抢答时候显示888 JB P1.0,NEXT ACALL DELAY JB P1.0,NEXT;去抖动,如果开始键按下就向下执行,否者跳到非法抢答查询 ACALL BARK;按键发声 MOV A,R1 MOV R6,A;送R1-R6,因为R1中保存了抢答时间 SETB OK;抢答标志位,用于COUNT只程序中判断是否查询抢答 MOV R3,0AH;抢答只显示计时,灭号数 AJMP COUNT;进入倒计时程序,查询有效抢答的程序在COUNT里面NEXT:JNB P1.1,FALSE1 JNB P1.2,FALSE2 JNB P1.3,FALSE3 JNB P1.4,FALSE4 JNB P1.5,FALSE5 JNB P1.6,FALSE6 AJMP START;=非法抢答处理程序=FALSE1: ACALL BARK;按键发声 MOV R3,#01H AJMP ERRORFALSE2: ACALL BARK MOV R3,#02H AJMP ERRORFALSE3: ACALL BARK MOV R3,#03H AJMP ERRORFALSE4: ACALL BARK MOV R3,#04H AJMP ERRORFALSE5: ACALL BARK MOV R3,#05H AJMP ERRORFALSE6: ACALL BARK MOV R3,#06H AJMP ERROR;=INT1(答题对错加减分数程序）=INT1SUB:MOV R4,#0AH MOV R5,#0AH JNB P3.4,INC1 JNB P3.5,DEC1 JNB P1.7,BACK1 ACALL DISPLAY AJMP INT1SUB MOV A,R3 SUBB A,#01H JZ XXY1 SUBB A,#02H JZ XXY2 SUBB A,#03H JZ XXY3 SUBB A,#04H JZ XXY4 SUBB A,#05H JZ XXY5 SUBB A,#06H JZ XXY6 XXY1:MOV R7,41H XXY2:MOV R7,42H XXY3:MOV R7,43H XXY4:MOV R7,44H XXY5:MOV R7,45H XXY6:MOV R7,46H INC1:INC R7 CJNE R3,#01H,L1 MOV 51H,R7 L1:CJNE R3,#02H,L2 MOV 52H,R7 L2:CJNE R3,#03H,L3 MOV 53H,R7 L3:CJNE R3,#04H,L4 MOV 54H,R7 L4:CJNE R3,#05H,L5 MOV 55H,R7 L5:CJNE R3,#06H,LL MOV 56H,R7 LL:ACALL DELAY1 AJMP INT1SUB DEC1:DEC R7 ACALL DELAY1 AJMP INT1SUB BACK1:RETI;=倒计时程序(抢答倒计时和回答倒计时都跳到改程序)= COUNT: MOV R0,#00H;重置定时器中断次数 MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H;重置定时器RECOUNT:MOV A,R6;R6保存了倒计时的时间,之前先将抢答时间或回答时间给R6 MOV B,#0AH DIV AB;除十分出个位/十位 MOV 30H,A;十位存于(30H) MOV 31H,B;个位存于(31H) MOV R5,30H;取十位 MOV R4,31H;取个位 MOV A,R6 SUBB A,#07H JNC LARGER;大于5s跳到LARGER,小于等于5s会提醒 MOV A,R0 CJNE A,#0AH,FULL;1s中0.5s向下运行 CLR RING AJMP CHECK FULL:CJNE A,#14H,CHECK;下面时1s的情况,报警，显示号数并清R0,重新计数 SETB RING MOV A,R6 JZ QUIT;计时完毕 MOV R0,#00H DEC R6;一秒标志减1 AJMP CHECKLARGER: MOV A,R0 CJNE A,#14H,CHECK;如果1s向下运行,否者跳到查停/显示 DEC R6;计时一秒R6自动减1 MOV R0,#00H CHECK: JNB P1.7,QUIT;如按下停止键退出 ACALL DISPLAY JB OK,ACCOUT;如果是抢答倒计时,如是则查询抢答,否者跳过查询继续倒数(这里起到锁抢答作用) AJMP RECOUNT ACCOUT:JNB P1.1,TRUE1 JNB P1.2,TRUE2 JNB P1.3,TRUE3 JNB P1.4,TRUE4 JNB P1.5,TRUE5 JNB P1.6,TRUE6 AJMP RECOUNT QUIT:CLR OK;如果按下了停止键执行的程序 CLR RING AJMP START;=正常抢答处理程序=TRUE1: ACALL BARK;按键发声 MOV A,R2 MOV R6,A;抢答时间R2送R6 MOV R3,#01H MOV R7,41H CLR OK;因为答题的计时不再查询抢答,所以就锁了抢答 AJMP COUNTTRUE2:ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#02H MOV R7,42H CLR OK AJMP COUNTTRUE3:ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#03H MOV R7,43H CLR OK AJMP COUNTTRUE4:ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#04H MOV R7,44H CLR OK AJMP COUNTTRUE5:ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#05H MOV R7,45H CLR OK AJMP COUNTTRUE6:ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#06H MOV R7,46H CLR OK AJMP COUNT;=犯规抢答程序=ERROR:MOV R0,#00H MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H MOV 34H,R3;犯规号数暂存与(34H)HERE: MOV A,R0 CJNE A,#0AH,FLASH;0.5s向下运行-灭并停响 CLR RING MOV R3,#0AH MOV R4,#0AH MOV R5,#0AH;三灯全灭 AJMP CHECK1FLASH:CJNE A,#14H,CHECK1;下面系1s的情况,响并显示号数并清R0,重新计 SETB RING MOV R0,#00H MOV R3,34H;取回号数 MOV R5,#0BH MOV R4,#0BH;显示FF和号数 AJMP CHECK1CHECK1:JNB P1.7,QUIT1 ACALL DISPLAY AJMP HEREQUIT1: CLR RING CLR O