51单片机三路抢答器.doc

单片机课程设计单片机课程设计 题题 目：目：三三 路路 抢抢 答答 器器 专专 业业 班班 级：级：应用电子（对口）应用电子（对口） 姓姓 名：名：徐徐 发发 金金 学学 号：号：201125110130 指指 导导 老老 师：师： 陆陆 程程 2012-12-16 摘 要 本设计是以抢答为基本理念。考虑到依需设定限时回答的功能，利用 stc89c52 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。同时系统能够实现：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，相应犯规灯亮；开始后抢答，即正确按键后， 相应成功指示灯亮，并开始倒计时，回答问题的时间限定为 10 秒，满时后系统计时 自动复位及主控复位；按键锁定，在有效状态下，按键无效非法。 关键词: stc89c52；led 灯；数码管；抢答器；计时 目录 设计要求.1 1 方案.1 2 系统的主要功能.2 3 抢答器的硬件设计.2 31 stc89c52 简介 .2 3、2 led 灯.5 33 8255 接口芯片.6 34 数码管显示模块.7 35 按键模块.7 36 外部中断 0 和外部中断 1.8 4 抢答器的软件设计.9 41 主程序流程及分析.9 42 总程序模块.10 5 调试结果及分析.14 设计心得体会 15 参考文献.16 附录一：总体原理图.17 1 抢答器抢答器 设计要求 1、一位主持人与 3 位抢答者，复位后，甲乙丙的绿、红灯全亮，开始键、复位 键的指示灯全暗；主持人按复位键则仅复位指示灯亮，其他都暗，准备开始；主持 人按开始键，开始灯亮，允许甲乙丙抢答，此时优先者则相应成功指示灯亮，如允 许前抢就相应犯规灯亮；答题开始进行倒计时，到规定时间不允许答题，并返回复 位状态。 2、具有抢答控制和倒计时显示功能。 3、控制器应有复位控制、开始控制、抢答控制和状态指示等功能，并有答题时 间控制和显示功能。 1 方案 采用宏晶公司的 stc89c52 作为系统控制器的 cpu 方案。原理框图如图 1 所示： 图 1 原理方框图 2 2 系统的主要功能 本系统是借用单片机采用模块化设计的抢答器，包括 3 路抢答按钮、开始按钮、 复位按钮，指示灯显示，倒计时显示部分。用中断 0 和中断 1 的控制按钮做复位与 开始控制。同时系统能够实现：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，相应犯规灯亮；主持人按键开始后，选手开始抢答为有效，相应 成功指示灯亮，并开始倒时，回答问题的时间限定为 10 秒，满时后系统计时自动复 位及主控复位。 3 抢答器的硬件设计抢答器的硬件设计 31 stc89c52 简介 stc89c52 引脚图如图 2 所示： 图 2 stc89c52 引脚图 主要性能： 与 mcs-51 单片机产品兼容 8k 字节在系统可编程 flash 存储器 1000 次擦写周期 全静态操作：0hz33hz 三级加密程序存储器 32 个可编程 i/o 口线 三个 16 位定时器/计数器 3 八个中断源 全双工 uart 串行通道 低功耗空闲和掉电模式 掉电后中断可唤醒 看门狗定时器 双数据指针 掉电标识符 功能特性描述： stc89c52 是一种低功耗、高性能 cmos8 位微控制器，具有 8k 在系统可编 程 flash 存储器。使用宏晶高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80c51 产品指 令和引脚完全兼容。 片上 flash 允许程序存储器在系统可编程， 亦适于常规编器。 在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 cpu 和在系统可编程 flash，使得 stc89c52 为众 多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。stc89c52 具有以下标准 功能：8k 字节 flash，256 字节 ram，32 位 i/o 口线，看门狗定时器，2 个数据指 针，三个 16 位定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口，片内晶 振及时钟电路。另外，stc89c52 可降至 0hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择 节电模式。空闲模式下，cpu 停止工作，允许 ram、定时器/计数器、串口、中断 继续工作。掉电保护方式下，ram 内容被保存，振荡器被冻结。 vcc : 电源 gnd: 地 p0 口：p0 口是一个 8 位漏极开路的双向 i/o 口。作为输出口，每位能驱动 8 个 ttl 逻辑电平。对 p0 端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和 数据存储器时，p0 口也被作为低 8 位地址/数据复用。在这种模式下，p0 具有内部 上拉电阻。在 flash 编程时，p0 口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令 字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。 p1 口：p1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 i/o 口，p1 输出缓冲器能 驱动 4 个 ttl 逻辑电平。对 p1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时 可以作 为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因， 将输出 电流（iil） 。 此外，p1.0 和 p1.2 分别作定时器/计数器 2 的外部计数输入 4 （p1.0/t2）和时器/计数器 2 的触发输入（p1.1/t2ex） ，具体如下表所示。在 flash 编程和校验时，p1 口接收低 8 位地址字节。 p1.0 t2（定时器/计数器 t2 的外部计数输入） ，时钟输出 p1.1 t2ex（定时器/计数器 t2 的捕捉/重载触发信号和方向控制） p1.5 mosi（在系统编程用） p1.6 miso（在系统编程用） p1.7 sck（在系统编程用） p2 口：p2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 i/o 口，p2 输出缓冲器能 驱动 4 个 ttl 逻辑电平。对 p2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时 可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因， 将输出电流（iil） 。 在访问外部程序存储器或用 16 位地址读取外部数据存储器 （例如执行 movx dptr）时，p2 口送出高八位地址。在这种应用中，p2 口使 用很强的内部上拉发送 1。在使用 8 位地址（如 movx ri）访问外部数据存储器 时，p2 口输出 p2 锁存器的内容。在 flash 编程和校验时，p2 口也接收高 8 位地址 字节和一些控制信号。 p3 口：p3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 i/o 口，p2 输出缓冲器能 驱动 4 个 ttl 逻辑电平。对 p3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时 可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因， 将输出电流（iil） 。 p3 口亦作为 stc89s52 特 殊功能（第二功能）使用， 。在 flash 编程和校验时，p3 口也接收一些控制信号。 p3.0 rxd（串行输入） p3.1 txd（串行输出） p3.2 int0(外部中断 0) p3.3 int0(外部中断 0) p3.4 t0（定时器 0 外部输入） p3.5 t1（定时器 1 外部输入） p3.6 wr(外部数据存储器写选通) p3.7 rd(外部数据存储器写选通) rst: 复位输入。晶振工作时，rst 脚持续 2 个机器周期高电平将使单片机复 位。看门狗计时完成后，rst 脚输出 96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器 5 auxr(地址 8eh)上的 disrto 位可以使此功能无效。disrto 默认状态下，复位高 电平有效。 ale/prog：地址锁存控制信号（ale）是访问外部程序存储器时，锁存低 8 位地址的输出脉冲。在 flash 编程时，此引脚（prog）也用作编程输入脉冲。在一 般情况下，ale 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时 钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ale 脉冲将会跳过。 如果需要，通过将地址为 8eh 的 sfr 的第 0 位置“1” ，ale 操作将无效。这一位 置“1” ，ale 仅在执行 movx 或 movc 指令时有效。否则，ale 将被微弱拉高。 这个 ale 使能标志位 （地址为 8eh 的 sfr 的第 0 位） 的设置对微控制器处于外 部执行模式下无效。 psen:外部程序存储器选通信号 （psen） 是外部程序存储器选通信号。 当 stc89c52 从外部程序存储器执行外部代码时，psen 在每个机器周期被激活两次， 而在访问外部数据存储器时，psen 将不被激活。 ea/vpp:访问外部程序存储器控制信号。为使能从 0000h 到 ffffh 的外部程 序存储器读取指令，ea 必须接 gnd。为了执行内部程序指令，ea 应该接 vcc。 在 flash 编程期间，ea 也接收 12 伏 vpp 电压。 xtal1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 xtal2:振荡器反相放大器的输出端。 3、2 led 灯 led 灯示意图如图 3 所示： 6 图 3 led 灯示意图 单片机的 p1.0p1.7 分别接到 d4-d11 这 8 个 led 灯。 33 8255 接口芯片 单片机系统里常用的 82551芯片是一个典型的可编程通用并行接口芯片，用来 扩展单片机的端口，它具有 3 个 8 位的并行口，有三种工作方式,可作为单片机与各 种外部设备连接的接口电路。 8255 的引脚图如图 4 所示。 图 4 8255 的引脚图 8255 引脚功能说明： reset:复位输入线，当该输入端外于高电平时，所有内部寄存器（包括控制寄 存器）均被清除，所有 i/o 口均被置成输入方式。 pa0pa7:端口 a 输入输出线， 7 一个 8 位的数据输出锁存器/缓冲器， 一个 8 位的数据输入锁存器。 pb0pb7:端 口 b 输入输出线，一个 8 位的 i/o 锁存器， 一个 8 位的输入输出缓冲器。 pc0pc7:端口 c 输入输出线， 一个 8 位的数据输出锁存器/缓冲器， 一个 8 位 的数据输入缓冲器。端口 c 可以通过工作方式设定而分成 2 个 4 位的端口， 每个 4 位的端口包含一个 4 位的锁存器，分别与端口 a 和端口 b 配合使用，可作为控制 信号输出或状态信号输入端口。 cs:片选信号线，当这个输入引脚为低电平时，表 示芯片被选中，允许 8255 与 cpu 进行通讯。 rd:读信号线，当这个输入引脚为低电平时，允许 8255 通过数据总线向 cpu 发 送数据或状态信息，即 cpu 从 8255 读取信息或数据。 wr:写入信号，当这个输入引脚为低电平时，允许 cpu 将数据或控制字写 8255。 d0d7:三态双向数据总线，8255 与 cpu 数据传送的通道，当 cpu 执行输入 输出指令时，通过它实现 8 位数据的读/写操作，控制字和状态信息也通过数据总线 传 a0,a1:地址选择线,用来选择 8255 的 pa 口，pb 口，pc 口和控制寄存器。 当 a0=0,a1=0 时,pa 口被选择； 当 a0=0,a1=1 时,pb 口被选择； 当 a0=1,a1=0 时,pc 口被选择； 当 a0=1.a1=1 时,控制寄存器被选择。 在本次设计中，8255 芯片用来扩展系统的外部接口，将 8255 的 pa、pb、pc 口给数码管、键盘使用。 34 数码管显示模块 数码管原理图如图 5 所示： 8 图 5 数码管原理图 在本次设计中，数码管的 8 段是由芯片 8255 的 pb 口控制亮灭，每个数码管的 公共脚分别由 8255 的 pa0-pa5 经三极管扩流后进行控制，且数码管是共阳极的。 当公共脚接上电源正极，笔画脚通过一个 220 欧姆电阻接负极，对应的笔画就会点 亮。 要在某位数码管上显示一个数字，首先把待显示数字的显示码送给 8255 的 pb 口，接着选中要显示的位。 35 按键模块 按键示意图如图 6 所示： 图 6 按键示意图 在单片机系统中键盘中按钮数量较多时，为了减少 i/o 口的占用，常常将按钮 排列成矩阵形式，在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而 是通过一个按钮加以连接。这样，一个端口（如 p1 口）就能组成 4*4=16 个按钮， 比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加 9 一条线就能组成 20 键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9 键） 。由此可见， 在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。 矩阵式键盘的按钮识别办 法确定矩阵式键盘上何键被按下，介绍一种“行扫描法” 。行扫描法又称为逐行（或 列）扫描查询法，是一种最常用的按钮识别办法。 判断键盘中有无键按下将全部列 线置高电平，然后检测行线的状态。只要有一行的电平为高，则表示键盘中有键被 按下，而且闭合的键位于高电平线与 4 根列线相交叉的 4 个按钮之中。若所有行线 均为低电平，则键盘中无键按下。 判断闭合键所在的位置：在确认有键按下后，即 可进入确定具体闭合键的过程。其办法是：将全部列线置为高电平，在确定某根行 线位置为高电平后，再逐列对列线置高再检测先前返回高电平的行线的电平状态。 若此行返回为高，则该列线与返为高电平的行线交叉处的按钮就是闭合的按钮。本 次设计虽只用到其中三个按键但考虑到以后对系统升级，所以采用了矩阵式键盘。 36 外部中断 0 和外部中断 1 外部中断 0 和外部中断 1 示意图如图 7 所示： 图 7 外部中断 0 和外部中断 1 示意图 在单片机上有两个引脚，名称为 int0、int1，也就是 p3.2、p3.3 这两个引脚。 在单片机内部的 tcon 寄存器中有四位是与外中断有关的。 it0： int0 触发方式 控制位，可由软件进和置位和复位，it0=0，int0 为低电平触发方式，it0=1，int0 为负跳变触发方式。ie0：int0 中断请求标志位。当有外部的中断请求时，这位就 会置 1（这由硬件来完成） ，在 cpu 响应中断后，由硬件将 ie0 清 0。it1、ie1 的用 途和 it0、ie0 相同。按键 0 接单片机 p32 脚，按键 1 接单片机的 p33 脚。本次设计 用到了外中断 1 和外中断 0，需接上跳帽 w1 和 w2。 10 4 抢答器的软件设计 41 主程序流程及分析 抢答器的基本工作原理：在抢答竞赛或呼叫时，有多个信号同时或不同时送入 主电路中，抢答器内部的寄存器工作，并识别、记录第一个号码，同时内部的定时 器开始工作，记录有关时间并产生超时信号。在整个抢答器工作过程中，显示电路 还要根据现场的实际情况向外电路输出相应信号。抢答器的工作流程分为：系统复 位、正常流程、违例流程等几部分，如图 8 所示，下面予以介绍。 1、主持人按复位键，复位指示灯亮，进入准备状态，主持人出题。 3、主持人按开始键，进入抢答部分，有人抢答就开始回答倒计时，抢答人在此 限定时间内做出回答，计时完毕后停止做答并返回复位状态。无人抢答则主持人根 据实际情况做出处理后可进入下一轮抢答。 4、如果主持人未按开始键，而有人按了抢答按键，犯规抢答，相应犯规灯亮。 主持人根据实际情况做出处理后可进入下一轮抢答。 图 8 工作流程图 11 42 总程序模块 在本次设计中，总程序可分为主程序部分，显示部分，延时部分，键盘部分， 计时部分，定时器工作模式设定及初始化部分，中断程序部分。 #includereg51.h /包括一个 51 标准内核的头文件 #include absacc.h /库函数 #define a8255_pa xbyte0 xd1ff /*pa 口地址*/ #define a8255_pb xbyte0 xd2ff /*pb 口地址*/ #define a8255_pc xbyte0 xd5ff /*pc 口地址*/ #define a8255_con xbyte0 xd7ff /*控制字地址*/ unsigned char timer_count=0; /定义变量 unsigned char second=9; unsigned char light; unsigned char const num_table16= 0 xa0, /*0*/ 0 xbb, /*1*/ 0 x62, /*2*/ 0 x2a, /*3 */ 0 x39, /*4*/ 0 x2c, /*5 */ 0 x24, /*6*/ 0 xba, /*7*/ 0 x20, /*8*/ 0 x28, /*9 */ 0 x30, /*a*/ 0 x25, /*b*/ 0 xe4, /*c*/ 0 x23, /*d*/ 0 x64, /*e*/ 0 x74, /*f */ ; void timer1_init(void); /函数声明 void gint_init(void); 12 void delay (unsigned int x) ; void display (unsigned char place, unsigned char number); unsigned char keyboard(); main()/ 主程序 unsigned char flag=0; light=0 xc0; timer1_init()；定时器工作模式设定及初始化 while(1) /主程序循环 gint_init(); /函数调用（打开中断及相应的设定） p1=light; display(6,second); if(second=0) second=0 x09; tr1=0; light=0 x7f; flag=keyboard(); if(light=0 x3f) switch(flag) case 1: light=0 xfd,tr1=1; break; case 2: light= 0 xf7, tr1=1 ; break; case 3:light=0 xdf, tr1=1; break; default : light =0 x3f; if(light=0 x7f) switch(flag) case 1: light=0 xfe; break; case 2:light=0 xfb; break; case 3:light= 0 xef; break; default : light =0 x7f; 13 void gint_init(void) /打开中断及相应的设定 ea = 1; ex0 = 1; it0 = 1; ex1= 1; it1 = 1; et1=1; void isr_ex0(void) interrupt 0 /外中断 0 light=0 x7f; void isr_ex1(void) interrupt 2 /外中断 1 light void timer1_init(void) / 定时器工作模式设定及初始化 tmod=0 x10; th1=(65535-50000 )/256; tl1=(65535-50000)%256; void isr_timer1(void) interrupt 3 /1 秒时间的设定 timer_count+; if(timer_count = 20) timer_count = 0; second-; timer1_init(); void delay(unsigned int x)/延时 unsigned char i,j,k; while(x-) for(i=0;i=5;i+) for(j=0;j=10;j+) ; void display(unsigned char place, unsigned char number) /显示 a8255_con=0 x89; a8255_pa =0 xff; 14 a8255_pb=0 xff; a8255_pa=(0 x01(place-1); a8255_pb=num_tablenumber; unsigned char keyboard() /键盘 unsigned char pc_data; unsigned char j; unsigned char y=0; a8255_con=0 x89; a8255_pa=0 xf1; a8255_pb=0 xff; delay(1); pc_data=a8255_pc; for(j = 0;j4;j+) if(pc_data return(y) ; 5 调试结果及分析 本设计主要是在编写的程序编译通过后，用下载软件将编写的程序下载到实验 开发板上，验证结果是否满足设计要求。主要通过按键部分进行控制，通过数码管 和 led 灯部分进行观察。 经验证，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， 相应犯规灯亮；主持人按键开始后，选手开始抢答为有效，相应成功指示灯亮，并 开始倒时，回答问题的时间限定为 10 秒，满时后系统计时自动复位及主控复位，满 足设计要求。 15 设计心得体会设计心得体会 此次单片机课程设计，我做的是电