抢答系统毕业设计

单片机原理及接口课程设计报告题目抢答系统设计专业名称电子信息工程班级学号姓名2014年1月抢答系统设计（信息工程学院）摘要本文介绍基于单片机的6人抢答器设计，采用AT89C51单片机，用中断方式，独立式键盘扫描，哪个按键先按下，对应的数码管显示该号码，并且闪烁5次，蜂鸣器发出警报，之后所有数码管亮该号码，经过调试使得系统达到预期目标。该设计的不足之处就是按键不够灵敏，优点是硬件电路简单，功能齐全，操作方便。关键词单片机；抢答器；中断1设计内容11设计目标本设计主要是在PROTEUSKEIL软件仿真软件设计的一种基于51系列单片机的一种六位的抢答器。六路抢答器有六个抢答按钮，分别为按键K1、K2、K3、K4、K5、K6，一个主持人控制的复位按钮K0。在无人抢答时，6只数码管轮流循环显示16。基本要求制作一个6人抢答器，以开关中的某个开关的按下（闭合）作为抢答按键。无人抢答时，6只数码管轮流循环显示16（跑马），谁先抢答，数码管停止跑马，6个数码管同时亮谁的编号，其后再有人按键，系统不予响应，直到复位键按下，开始下一轮抢答。扩展部分谁先按下，对应的数码管亮5次抢答人的编号，并发出声音提示。12设计环境WIN7KEILUVISON4PROTEUS78普中科技单片机开发试验仪222方案论证21按键选择方案1用独立的外接按键方案2用矩阵键盘键盘是单片机系统中通用的输入设备，用于向系统输入数据或控制信息。常用的键盘有两种，分别是独立键盘和矩阵式键盘。矩阵式键盘相对其更加灵敏，并且可扩展更多按键，适用于按键数量较多的场合。独立式键盘接口电路，它的硬件电路和软件编程都比较简单，但每个按键必须占一根I/O口线，在按键个数较多时，I/O口线资源浪费较大,故只在按键数量不多时采用该电路。本设计所需要的抢答键只要6个，也不算多，虽然矩阵式键盘有其较高的灵敏性，但从简单编程的角度出发，最终还是选择独立式键盘。22抢答器显示模块方案一采用液晶屏显示组别号码，LCD具有低功耗，画面效果好，分辨率高等特点，但由于只需显示组别数字，信息亮较少，且由于液晶是以点阵的模式显示各符号，编程工作量大，成本高方案二使用数码管显示，数码管具有耐老化，防晒等特点，对外界环境要求低，易于维护，同时精确度高，操作简单，采用BCD编码显示数字，程序编译容易，价格便宜等特点，广泛应用于多数场合中。本设计只需显示组别，显示简单，通过论证，采用方案二。数码管的显示可分为两种动态显示和静态显示。静态显示的段选和位选均单独连接，所以占用的I/O口较多，本设计由于用到较多的数码管，采用静态显示方式，将所有LED的段选线并联在一起，由一个八位IO口控制，而位选线分别由相应的IO口线控制。要想每位显示不同的字符，必须采用动态扫描显示方式。即在每一瞬间只使某一位显示相应字符。在此瞬间，位选控制IO口在该显示位送入选通电平（共阴极送低电平、共阳极送高电平）以保证该位显示相应字符，段选控制IO口输出相应字符段选码。如此轮流，使每位显示该位应显示字符，并保持延时一段时间，以造成视觉暂留效果。不断循环送出相应的段选码、位选码，就可以获得视觉稳定的显示状态。由人眼的视觉特性，每一位LED在一秒钟内点亮不少于30次，其效果和一直点亮相差不多。本设计采用共阴型数码管，引脚图22所示。图22数码管引脚23蜂鸣器模块蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。由于蜂鸣器的工作电流一般比较大，以致于单片机的I/O口是无法直接驱动的，所以要利用放大电路来驱动，一般使用三极管来放大电流就可以了。如图23所示。图23蜂鸣器驱动模块24中断1）、MCS51系列中不同型号单片机的中断源数量是不同的（511个），最典型的8051单片机有5个中断源（外部中断0、1，内部定时器中断0、1，串口中断），具有两个中断优先级。与中断系统有关的特殊功能寄存器有中断允许寄存器IE、中断优先级控制寄存器IP、中断控制寄存器TCON和SCON中有关位。MCS51单片机基本的中断系统结构如图24所示。2）、中断控制寄存器TCON的各位（可位寻址）IT00，外部中断0程控为电平触发方式，当P32输入低电平时，置位IE0。IT01，外部中断0程控为边沿触发方式，相继的两次采样，一个周期中采样到为高电平，接着的下个周期中采样到为低电平，则置1IE0。3）、中断允许寄存器IEMCS51的CPU对中断源的开放或屏蔽，即每一个中断源是否被允许中断，是由内部的中断允许寄存器IE（IE为特殊功能寄存器，它的字节地址A8H，可位寻址）控制的，其格式如下4）、在CPU接收到同样优先级的几个中断请求源时，一个内部的硬件查询序列确定优先服务于哪一个中断申请，这样在同一个优先级里，由查询序列确定了优先级结构，其优先级别排列如下（最高到最低）外部中断0定时器T0中断外部中断1定时器T1中断串行口中断5）、中断服务程序及例程使用MCS51的中断，要为使用到的中断源编写中断服务程序。C51为中断服务程序的编写提供了方便的方法。C51的中断服务程序是一种特殊的函数，它的说明形式为VOID函数名VOIDINTERRUPTNUSINGM函数体语句这里，INTERRUPT和USING是为编写C51中断服务程序而引入的关键字，INTERRUPT表示该函数是一个中断服务函数，INTERRUPT后的整数N表示该中断服务函数是对应哪一个中断源。每个中断源都有系统指定的中断编号外部中断0中断编号为0；定时器T0中断编号为1；外部中断1中断编号为2；定时器T1中断编号为3；串行口中断中断编号为4；USING指定该中断服务程序要使用的工作寄存器组号，M为03。关键字INTERRUPT和USING只能用于中断服务函数的说明而不能用于其它函数。程序中的任何函数都不能调用中断服务函数，中断服务函数是由系统调用的。3硬件设计电路包括以下六个部分单片机，晶振电路，抢答按键电路，6位数码管显示，复位开关电路及声音提示电路。单片机内部有一个复位开关，但是只是内部自带的，而设计的要求就是自编程序实现复位功能，所以还得附加一个复位开关电路。图30总设计框图31AT89C51控制电路AT89C51是最常用的单片机芯片，该芯片有40个引脚，其中P0P3为数据输入/输出接口，XTAL1和XTAL2用于外接晶体；RESET用于复位信号输入；ALE是地址锁存允许控制位，其输出频率是时钟振荡频率的16；，程序存储器允许；，该引脚的接PSENEA法决定着程序存储器的00000FFFH这4KB地址范围是在单片机内部还是外部。PSENEA图31时钟电路MCS51系列单片机有四组8位并行I/O口，记作P0、P1、P2和P3。每组I/O口内部都有8位数据输入缓冲器、8位数据输出锁存器及数据输出驱动等电路。当系统没有扩展外部器件时，I/O端口用作双向输入输出口；当系统作外部扩展时，使用P0、P2口作系统地址和数据总线、P3口有第二功能，与MCS51的内部功能器件配合使用。本设计中各引脚接法如下P0口外接LED显示屏用于显示；由于P0口内部无上拉电阻,为保证按键断开时I/O口线有确定的高电平,所以在P0口外部要接上拉限流电阻。P0口接的是段选；P1口的6个端口分别与6个BUTTON按键相连，所以在编程的时候要分别定义；P2口接位选；P32接复位键，另一端接地，所以是低电平有效；P37与扬声器相连；如图31所示的单片机模块里面左上部分的电路构成晶振电路，于产生时钟频率；左半边的中间电路是复位电路，采用了手动复位与自动上电复位结合的形式，复位可靠，电路简单；复位信号是系统内部初始化所需的，当系统加电开始工作时，或工作过程中出现故障无法正常工作时，都需要复位信号使系统能重新开始工作。此设计采用片内RAM空间，故电路里将ALE和引脚悬空处理，将接地。4软件设计设计基本思路当运行开关一打开，6只数码管轮流循环显示16，开始循环跑马，接着就开始判断是否有人抢答，所以就要设计跑马的程序，并在跑马里面就要添加键盘扫描语句。判断是否有人抢答，为了不能重复抢答所以得添加一个标志位FLAG禁止在他人抢答的基础上再次抢答。基本功能就是在抢答后6个数码管同时显示抢答者的号码，将位选设为全部显示即可。扩展功能就是抢答后在相应的位管显示相应的号码及声音提示，所以只要分别给为选和段选送相应的位码，并连接一个扬声器在有人抢答的时候取反即可。图9抢答程序流程图41亮灭变化声音提示设计对应的数码管亮5次抢答人的编号，并发出声音提示。在子函数VOIDDISPLAY（）里面，BEEP就是扬声器，高电平就能发出声音提示。先送位选，并用FOR语句实现5次循环，刚开始段选为0，即灭，在每一次FOR语句的循环里面都是实行一灭一亮，所以只要5次。程序如下VOIDDISPLAYP2WEINUMFORC0CDEFINEUCHARUNSIGNEDCHARDEFINEUINTUNSIGNEDINTUCHARDUAN0X06,0X5B,0X4F,0X66,0X6D,0X7D/数字16UCHARWEI0XFE,0XFD,0XFB,0XF7,0XEF,0XDF/位选SBITK1P10/定义按键K1K6SBITK2P11SBITK3P12SBITK4P13SBITK5P14SBITK6P15SBITBEEPP37/蜂鸣器位定义UINTI,J,NUM,A,B,C,KUCHARFLAG1,FLAG11VOIDDELAYUINTZ/延时函数UINTX,YFORXZX0XFORY110Y0YVOIDSCAN/键盘扫描；送抢答号，不允许再次抢答IFK10DELAY30IFK10WHILEK1NUM0FLAG0IFK20DELAY30IFK20WHILEK1NUM1FLAG0IFK30DELA