四路抢答器单片机课程设计

1、摘要单片机作为一种工具，现在己经广泛的应用于智力和只是竞赛场合。本次设 计是基于单片机51系列的理论知识综合运用AT89C51单片机设计的简易四路抢 答器。利用AT89C51单片机的外围接口來实现抢答系统，利用单片机的定时器/ 计数器计数和定时的原理，将软、硬件有机的结合起來，使得系统能正确的记时, 而且，数码管能显示相应的数字。同时系统能够实现：在抢答过程中只有在主持 人按下开始抢答键开始之后抢答才有效，如果在开始抢答之前抢答视为无效。在 抢答成功之后发光二极管会变成闪烁状态与提示选手开始回答问题。同时还有主 持人控制的系统复位键，以实现系统的复位。还有按键锁定，在一个选手抢答成 功或者法规

2、状态下其他按键无效。通过这次的设计，对51系列的单片机的运用有了更深一层次的了解，也提 高了我们的动手能力，加深我们对单片机的映像，为我们以后的学习打下一定的 基础。目录一、方案设计21.1 设计要求212、总体法案设计3二、硬件电路设计42.1、元器件简介42.2、系统总电路图62.3、单元电路设计72.3.1、独立式按键电路72.3.2时钟电路设计72.3.3复位电路设计82.3.4指示灯电路设计8三、软件实际93.1系统程序设计93.2主程序流程图93.3程序清单10四、制作以调试10五、抢答器的使用方法20六、心得与体会20七、参考文献21一、方案设计1.K设计要求(1) 总共5个按键

3、，一个“复位”操作，四个供四个选手用作“抢答”操 作。（2）当主持人发出抢答指令时，开始抢答。（3）开始抢答后，哪个选手最先按下抢答键，数码管显示相应选手的号码, 表示抢答成功，此时其他选手再按键为无效，数码管依然显示最先抢答选手的号 码。（4）抢答后，主持人可以利用“复位键”重新开始。1.2.方案选择与设计方案选择： 有关抢答器的课程设计，可以选用PLC设计，也可以选用 AT89C51单片机进行设计。对于可编程逻辑控制器PLC,它是一种数字运算操作的电子系统，是以微机 处理器为基础，综合了计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术 和通信网络技术发展起來的一种通用工业自动控制技术，它

4、釆用一类可编程的存 储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作 等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产 过程。由于PLC主要是面向工业控制领域的。单片机一一直译为单片微型计算机，它将CPU、RAM、ROM、定时器/计数 器、输入/输出（I/O）接口电路、中断、串行通信接口等主要计算机部件集成在一 块大规模集成电路芯片上，组成单片微型计算机简称单片机。虽然单片机的形 态只是一块芯片，但是它己具有了微型计算机的组成结构和功能。它具有集成度 高，系统结构简单，可靠性高，处理能力强，速度快的优点。而基于AT89C51 单片机制作的抢答器，其最

5、大的好处就是处理快，准确性高、可靠性好、控制功 能强。所以这里我们釆用基于AT89C51单片机來进行抢答器的课程设计。釆用51系列的单片机AT89C51作为控制中心，系统可以完成运算控制、信号 的控制以及显示的功能。选手通过按键开关作为输入信号完成输入信号的触发， 主持人根据选手的输入信号准确的判断最先按下的选手且屏蔽其他的抢答信号， 让选手作答。使用外部中断方式来实现开始抢答，运用按键复位來实现系统的复 位，其系统原理框图如下：内部时钟电路复位电路选手按键AT89C51单片机选手抢答数码管显示图一系统原理框图二、电路设计21、元器件简介1：AT89C51单片机，其内部带有4KB的掩膜ROMo

6、无需扩展外部程序存储器。其中：VVC：供电电压。GND：接地。P0 口： P0 口为一个8位漏级开路双向I/O 口， 每脚可吸收8TTL门电流。P0能够用于外部程序数ploK PL id P1.2E PL3EPL5TPl.fcTPI7|IRST(V (RXD)P3O0 ；TXD)P3. 1QT (rrra)pi2n (nrrr)P3.3(n (T 0)P3.4Q (T 1)P35Q2 熊)P3.6QJ dn5)P3.77HAL2(HXTAL1QJAT89C51VCCP0 0/ (ADO)P0. I/(ADI)P0.2/(AD2) P0. 3/ (AD3 P0.4/(A04) PO.5/(AD5

7、) P0. 6/ (ADt P0. 7/ (AD7 Ea/vpp ALE/舷 REN P2.7/U15) P2.6/(A14) P2.5/(A13) P2.4(A12)P2.3/(A11) P2.2/CA1O) P2.1/(A9) P20/(A8)据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。P1 口： P1 口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出4TTL f电流。P1 口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。P2 口： P2 口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P2 口缓冲器可接收,输出

8、4个TTL门电流，当P2 口被写“1时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为 输入。P2 口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。P3 口： P3 口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O 口，可接收输出4个TTL 门电流。P3 口也可作为AT89C51的一些特殊功能口: P3.0RXD （串行输入口）； P3.1TXD （串行输出 口）； P3.2/INT0 （外部中断 0）； P3.3/INT1 （外部中断 1）； P3.4T0 （记时器0外部输入）；P3.5T1 （记时器1外部输入）；P3.6/WR （外部数 据存储器写选通）；P3.7/RD （外

9、部数据存储器读选通）。RST：复位输入。EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器，不管是否有内 部程序存储器。当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：來自反向振荡器的输出。2: 74HC573包含八进制3态非反转透明锁存器，是一种高性能硅CMOS 器件。SL74HC573跟LS/AL573的管脚一样。器件的输入是和标准CMOS输出兼 容的，加上拉电阻他们能和LS/ALSTTL输出兼容。0E 120*voc2IS OftDi 31801D2_417W-516054-1504D5-7143130607-g

10、12-07GNDw11-LE图二74HC573引脚图74HC573的八个锁存器都是透明的D型锁存器，当使能（G）为高时，Q输 出将随数据（D）输入而变。当使能为低时，输出将锁存在己建立的数据电平上。 输出控制不影响锁存器的内部工作，即老数据可以保持，其至当输出被关闭时， 新的数据也可以置入。这种电路可以驱动大电容或低阻抗负载，可以直接与系统 总线接口并驱动总线，而不需要外接口。特别适用于缓冲寄存器，1/0通道，双 向总线驱动器和工作寄存器。当输入的数据消失时，在芯片的输出端，数据仍然保持；这个概念在并行 数据扩展中经常使用到。22、系统总电路图U40KHIB：I w-C1WJT 曰.17IJV

11、E3； 1泗曰.碗C2 - - HO需U1门日6. CRYSIA.* io2031P0.m)0PO.IDlPO MD2XT2P0.3/ADJPO肿gP0.5D5po.mooRSIP0ZWD7P20火P2.VZ4)P226M0P2.?fA11IEP2.4TA12&P2占恢12P2fifAWP2.7fAl6P1.0P3.0 曲DPl.lP3.I/TXDP1.2P3.MMT0P1JP3.0/1NT1PI.4P3.4HCiP1.5P35H1PI.6P1.7P3.7/RD哥 加匚0 2 购DI 2N心Q幻 04 j 4匚百7 33 ?32 口7 911-Ji17U3 D1 ?D3右 TiTT 7 do巴

12、；DT 2JLA1DDOD01n-?01n?UZ03Q3UG DOu* Q5DOQO07Q774I-IC5731” 12b PC 16d开始3 DI J Z厶 D3勺 D4 6 D5 7 DO ? D? 2DDOD010107Q203Q3D4Q4DOQ5DOQO07Q774HC73- *14介& L1图三总电路图23、单元电路设计231、独立式按键电路如下图四个独立式按键K1-K4分别接在P1 口的P1.4-P1.7另外一端接地。当有一键按下时相应的口线的电平发生变化，单片机进行扫描确定哪个键按下。当4个键中的其中一个键按下时，数码管显示相应的数值。01234567PPPFPPPP 1 ?TE

13、：7T :2 图四独立式按键2.3.2时钟电路设计如右图示，为时钟电路，单片机必须在时钟驱动下才能正常的工作，在单片机内部有一时钟振荡电路，只需外接一个振荡源就可以一定的时钟信号送到各个 单元，采用12MHz的晶振，其时钟周期为l/12us,电路中两个电容C1和C2的作用：一是帮组振荡器起振；二是对振荡器的频率进行微调，它们的值都为30pFo:30pF TU1I TgXTAL1IX1 CZI CR穿T C2 I 30pF18XTAL2图五时钟电路2.3.3复位电路设计单片机的第9引脚RST是复位端，只要在复位端保持两个周期以上的高电平, 就可以实现复位。下图釆用按键手动复位中的按键电平复位，由

14、复位按键和10uF的电容，以 及一个1OKQ的电阻构成复位电路，当复位键按下就对单片机行复位。单片机复 位完成之后，系统程序将从0000H开始执行。图六时钟电路2.3.4下图为数码管显示电路，数码管釆用共阴极的方式，这里我们采用 7SEG-MPX6-CC-BLUE,我们只是釆用其中一位作为显示。当有一键按下时相应的 口线的电平发生变化，单片机进行扫描确定哪个键按下，数码管显示相应的数值。图七数码管显示三、软件实际3.1系统程序设计在抢答过程中，有多个信号输入主电路中，单片机内部的寄存器工作，并识 别、记录第一个抢答的人，在整个抢答过程中，显示电路还要根据现场的实际情 况來相应的显示输入信号。根

15、据课程设计要求，编写如下程序设计流程图。3.2主程序流程图主程序流程图如下：33程序如下#in clude#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit dula=P2A6;sbit wela=P2A7;uchar num;uchar code table =0x06,0x5b,0x4f,0x66;void delay(uint z)uint x, y;for (x=z; x0; X-)for (y=110; y0; y-);void main (void) unsigned char key value;do Pl=0xf0;

16、keyvalue=Pl;switch(keyvalue) case 224:wela=l;PO=Oxfe;wela=O;while(l)dula=l;P0= tableO;dula=O;delay(lOOO);break;case 208:wela=l;/00000001PO=Oxfe;wela=0;while(l)dula=l;P0= tablel;case 176:dula=O; delay(lOOO);break;wela=l;/00000001PO=Oxfe;wela=0;while(l)dula=l;P0= table2;dula=O;delay(lOOO);break;case 1

17、12:default:break;wela=l;/D0000001PO=Oxfe;wela=O;while(l)dula=l;P0= table3;dula=O;delay(lOOO);break;while(l);四抢答器的实物设计1. 芯片介绍单片机 STC12C5A60S2在众多的51系列单片机中，要算国内STC公司的1T增强系列更具有竞争力，因 他不但和8051指令、管脚完全兼容，而且其片内的具有大容量程序存储器且是 FLASH工艺的，如STC12C5A60S2单片机内部就自带高达60K FLASH ROM,STC12C5A60S2是8051系列单片机,与普通51单片机相比有以下特点：

18、1、同样晶振的情况下，速度是普通51的8-12倍2、有8路10位AD3、多了两个定时器，带PWM功能4、有SPI接口5、W EEPROM6、有1K内部扩展RAM7、有 WATCH_DOG8、多一个串口9、IO 口可以定义，有四种状态10、中断优先级有四种状态可定义引脚功能：VCC：供电电压；GND：接地；P0 口： P0 口为一个8位漏级开路双向I/O 口，每个管脚可吸收8TTL门电 流。当P1 口的管脚写“T时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存 储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FLASH编程时，P0 口作为原码 输入口，当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部

19、电位必须被拉高；P1 口： P1 口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O 口，P1 口缓冲器能 接收输出4TTL |1电流。P1 口管脚写入“1”后，电位被内部上拉为高，可用作输 入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收；P2 口： P2 口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P2 口缓冲器可接收, 输出4个TTL 11电流，当P2 口被写“1”时，其管脚电位被内部上拉电阻拉高， 且作为输入。作为输入时，P2 口的管脚电位被外部拉低，将输出电流，这是由 于内部上拉的缘故cP2 口当用于外部程序存储器或16

20、位地址外部数据存储器进 行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉的优势, 当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。 P2 口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号；P3 口： P3 口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O 口，可接收输出4个 TTL 电流。当P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为 输入时，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）,也是由于上拉的缘故。 P3 口也可作为AT89C51的一些特殊功能口：P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2

21、INTO（外部中断0）P3.3INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5T1 （记时器1外部输入）P3.6 WR （外部数据存储器写选通）P3.7 RD （外部数据存储器读选通）同时P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号；RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高 平时间；ALE / PROG :当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存 地址的低位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6o因此它可用 作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要

22、注意的是：每当用作外部数据存储 器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。 此时，ALE只有在执行MOVX, MOVC指令时ALE才起作用。另外，该引脚 被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效；PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取址期间，每个 机器周期PSEN两次有效。但在访问内部部数据存储器时，这两次有效的PSEN 信号将不出现；EA/VPP：当EA保持低电平时，访问外部ROM;注意加密方式1时，EA将 内部锁定为RESET;当EA端保持高电平时，访问内部ROMo在FLASH编程期 间，此引脚也用于施加12V编程电源（

23、VPP）;XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入；XTAL2：来自反向振荡器的输出。壬、= 三 rs(=nnnnnnnnnnnMOS 1/Pl .5M1SO/P1.6SCLK/P1. 7P4. 7/RSTRxD 1;3. 09CLK/CCP1/P4.3TxD/P3. LBT0/P3. 21NTT/P3. 3 CLKOLTO/TO/P3. 4 CLKOLT1 T1/P3. 5U 0 cz 3匚匚匚 c= 匚11011cm x3332313029282726252423 君=1=P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7EX_LD PL 6/RST2Pli/

24、ECl/MOSlALE/P4. 5XVP4. 4P2. 7/A15P2. 6/A14P2.5/A13DUUDDDUDUUCH452是数码管显示驱动和键盘扫描控制芯片。CH452内置时钟振荡电路, 可以动态驱动8位数码管或者64位LED,具有BCD译码、闪烁、移位、段位 寻址、光柱译码等功能；同时还可以进行64键的键盘扫描；CH452通过可以级 联的4线串行接口或者2线串行接口与单片机等交换数据；并且可以对单片机提 供上电复位信号。单片机（也可以是DSP、微处理器等控制器）通过4线串行接口或者2线串行 接口控制CH452芯片，CH452的数码管显示驱动与键盘扫描控制之间相互独 立，单片机可以通过

25、操作命令分别启用、关闭、设定这两个功能。CH452的4线 串行接口是由硬件实现的，单片机可以频繁地通过串行接口进行高速操作，而绝 对不会降低CH452的工作效率；但是2线串行接口是由软件与硬件共同实现 的，所以不适合不间断地频繁操作。CH452可以动态驱动8个共阴数码管，所有数码管的相同段引脚（段A段G以 及小数点）并联后通过串接的限流电阻R1 （或R12）连接CH452的段驱动引脚SEGOSEG7, 各数码管的阴极分别由CH452的DIGODIG7引脚进行驱动。串接限流电阻的 阻值越大则段驱动电流越小，数码管的显示亮度越低，R1 （或R12）的阻值一 般在100Q至1KQ之间，在其它条件相同的情况下，应该优先选择较大的阻值， 以降低CH452芯片本身的功耗。在数码管的面板布局上，建议数码管从左到右