数字电子技术课程设计综述

1、单片机课程设计八路抢答器设计院 系专 业班 级学 号姓 名指导教师2017年6月6日目录第一章 课程设计的目的和要求 11.1 课程设计的目的和要求 11.2 设计任务及要求 1第二章 方案设计 32.1 功能介绍 32.2 抢答器的工作原理 3第三章 硬件设计电路设计 53.1 原理图的确定以及芯片的选择 53.2 复位电路的设计 63.3 晶振电路的设计 63.4 数码显示管的选择 73.5 报警设计 73.6 八位抢答输入设计 73.7 主持人控制按键 8第四章 软件设计思想及流程 94.1 主程序的设计 94.2 子程序的设计 10第五章 调试过程和调试方法 12第六章 心得体会 14

2、参考文献 15第一章 课程设计的目的和要求1.1课程设计的目的和要求单片机原理及应用课程设计是学生综合运用所学知识，全面掌握单片微型计 算机及其接口的工作原理、编程和使用方法的重要实践环节。通过独立或协作提 出并论证设计方案，进行软、硬件调试，最后获得正确的运行结果，可以加深和 巩固对理论教学和实验教学内容的掌握，进一步建立计算机应用系统整体概念， 初步掌握单片机软、硬件开发方法。根据单片机原理及应用课程的要求， 主要进行两个方面的设计，即单片机最 小系统和存储器扩展设计、接口技术应用设计。其中，单片机最小系统主要要求 学生熟悉单片机的内部结构和引脚功能、引脚的使用、复位电路、时钟电路、4个并

3、行接口和一个串行接口的实际应用，从而可构成最小应用系统，并编程进行简单使用。存储器扩展设计要求学生掌握常用半导体芯片与单片机的接口，如EPROM存储器用作外部程序存储器时与单片机的连接关系，SRAMf储器用作外部数据存储器时与单片机的连接关系，E2PROI存储器用作外部程序/数据存储器时与单 片机的连接关系。能合理分配和使用单片机的内部和外部存储器，编程实现正常的读写功能。1.2设计任务及要求1.2.1设计任务基于MCS-51系列单片机AT89C51设计一个八路抢答器。1.2.2设计要求1. 抢答器同时供八名选手或八个代表队比赛，分别用8个按钮K1K8.2. 设置一个系统清除和抢答控制开关 K

4、0,该开关由主持人控制。3. 抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并将优 先抢答选手的编号一直保存到主持人将系统清除为止。4. 主持人按下抢答“开始”按钮，抢答开始。5. 当某一路抢答成功时，在数码管上显示成功信息和该路的号数。6. 当某一路抢答违规时，能在数码管上显示违规信息和该路的号数。7. 具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。当主持人启动“开始”按键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声 响持续的时间0.5秒左右。8. 参赛选手在设定的时间内进行抢答， 抢答有效，定时器停止工作显示器上 显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将

5、系统清除为止。9. 如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定 时显示器上显示00。10. 其他功能。14第二章总体设计2.1功能介绍1. 如果想调节抢答时间或答题时间,按抢答时间调节键或答题时间调节 键进入调节状态，此时会显示现在设定的抢答时间或回答时间值，如想加一秒按 一下加1s键,如果想减一秒按一下-1s键，时间LED上会显示改变后的时间， 调整范围为0s99s, Os时再减1s会跳到99，99s时再加1s会变到Os。2. 主持人按抢答开始键，会有提示音，并立刻进入抢答倒计时（预设30s抢答时间），如有选手抢答，会有提示音，并会显示其号数并立刻进入回答倒计时（预设6

6、0s抢答时间），不进行抢答查询，所以只有第一个按抢答的选手有效。 抢答及答题倒数时间到小于5s会每秒响一下提示音。3. 如果主持人未按抢答开始键，而有人按了抢答按键，犯规抢答，LED上 不断闪烁犯规号数和-并响个不停，直到按下停止键为止。4. p1.0-p1.7为八路抢答输入数码管段选 P0 口，位选P2 口，蜂鸣器输出为 P3.6 口。P3.0为开始抢答，P3.1为停止/复位，P3.2抢答时间调整结，P3.3回 答时间调整，P3.4为时间加1调整，P3.5为时间减1调整。2.2抢答器的工作原理抢答器的工作原理是利用单片机的定时器T0、T1中断完成，其余状态循环调用显示子程序,用4个共阴极LE

7、D数码管来显示，用P0 口作为数码管的八个段选， 用P2 口中的P2.0、P2.1、P2.2、作为4个数码管其中3个位选，P1 口接8个按 键，提供选手抢答，P3.0-P3.5四个接四个按键，提供开始、结束、答题时间调 整、抢答时间调整，力卩1、减1调整之用。抢答功能：通过八路按键配合程序来实现抢答功能。当主持人按下抢答键开始抢答后， 此时任一路按下按钮均闭锁其它各路，由程序译码并显示最先按下抢答键的路数 及其当前时间并立即转入答题阶段。抢答功能设计框图如图1所示：开始数码显示抢昔成 功的栩应号数弁立即图1抢答功能设计框图抢答限时：主持人按下抢答键后，设置30秒为抢答时间（此时间可在1-99秒

8、之间修改） 若30秒内无人抢答，倒计时为5时每一秒发出一声报警，倒计时为零时说明该 抢答题目作废并显示-。答题限时：当选手按下按钮时，启动60秒倒计时（此倒计时时间可在199秒之间修 改），倒计时为5时每一秒发出一声报警，直到为零时该题答题结束，数码管显示-，等待主持人开始下一次抢答。第三章硬件设计3.1原理图的确定以及芯片的选择单片机实现抢答的原理图如图2所示X1CRYSTALU1XTAL1R10XTAL2RSTR9R8R7R6R5R4R310k10k10k10k10k10k10kP0.0/ADP0.1/ADP0.2/AD10kP0.3/AD；P0.4/AD-P0.5/ADP0.6/ADP0

9、.7/AD2122RP1392RESPACK-838435347338329U237362345R210k2930P2.2/A1PSENP2.3/A1ALEP2 4/A131EAP2 5/A1P2.6/A1P2 7/A11P1 0P3 0/RXI2P1.1P3.1/TX3P1 2P3 2/INT4P1 3P3 3/INl5P1 4P3 4/T6P1 5P3 5/T/P1 6P3 6AA8P1. 7P3.7mAT89C51P2.0/AJP2.1/A923242526272810111213141516SOUNDER停止复位fi回答时间调整加* fr18B0A(17B1A16B2A：15B3A；1

10、4B4A13B5A!12B6A(11B7A；CfAB7B6719174HC245ft开始抢答89图2抢答原理图抢答器电路的核心是MCS-51系列AT89C5仲片机，如图3所示，其在一块 芯片上集成了 CPU RAM ROM定时/技术器、I/O接口等功能部件。匚匚匚匚匚匚匚匚.0-.1i.2-.3.45.e.7P1P1P1P1P1円円P1RST匚 RXD) P3.O 匚 (TXD) P3.1 L (INTO) P3.2 匚 (INT1) P3.3 匚(TO) P3 4 匚 (Tl) P3.5 匚P3.O 匚 (RO) P3.7 匚 XTAL2 匚XTAL1 匚GND匚Zl VCC71 PO.O

11、(ADO) 71 P0.1 AD1) 二I P0.2 AD2) 71 PO-3 PO-4 (AD4) I P0.5 AD5)PO-6 AP6) 二1 P0.7 PSEN 二I P2.7 (A1 5 二I P2.6 (AU) Zl P2.5 CA13) P2.4 (A121 _l P2.3 A11) _J P2.2 CA1O) P2.1 l P2.0SOJtKWI7S|SI图3 51系列单片机引脚图VCC(40): + 5V; GND( 20):接地；P0 口( 39- 32):不外接片外存储器 及不扩展时可作为准双向输入/输出接口，扩展是分时复用为低 8位地址总线； P1 口( 1-8)：可作

12、为准双向I/O接口使用；P2口(28-21):外接及扩展时用 作高8位地址总线；P3 口( 10- 17):有两种功能，优先选用第二功能；RST(9):复位输入。当振荡器复位时，要保持 RST引脚2个机器周期的高电平时 间；ALE/PROG30):地址锁存有效信号输出端；PSEN( 29):外部程序存储器 的选通信号；EA/VPP( 31):片外程序存储器选通端；XTAL1 (19):内部振荡 电路反相放大器输入端；XTAL2( 18):内部振荡电路反相放大器输出端。3.2复位电路的设计RST:复位端。单片机的振荡器工作时，该引脚上至少保持连续两个机器周 期(24个振荡周期)的高位电平就可以实

13、现系统复位，使单片机回复到初始状 态O该复位电路采用上电自动复位方式，要实现复位只需在51系列单片机的RESET!I脚上加上5ms的高电平就可以了。上电复位是利用电容的充电来实现的， 即上电瞬间RESET端的电位与Vcc相同，随着电容上储能增加，电容电压也逐渐 增大，充电电流减小，RESET端的电位。这样就会建立一个脉冲电压，调节电容 与电阻的大小可对脉冲的持续时间进行调节。通常若采用12MHZ勺晶振时，复位元件参数为10卩F的电解电容和10kQ的电阻。3.3晶振电路的设计MCS-51单片机的定时控制功能是用时钟电路和振荡器完成的，而根据硬件 电路的不同，连接方式分为内部时钟方式和外部时钟方式

14、。本设计中采用内部时钟方式。单片机内部有一个反相放大器，XTAL1 XTAL2分别为反相放大器的输入端 和输出端，外接定时反馈元件组成振荡器(内部时钟方式)，产生时钟送至单片 机内部各元件。时钟频率越高，单片机控制器的控制节拍就越快，运算速度也就 越快。一般来说单片机内部有一个带反馈的线性反相放大器，外界晶振(或接陶瓷振荡器)和电容就可组成振荡器，如图4所示。加电以后延时一段时间(约10m振荡器产生时钟，不受软件控制，图中电容 C2, C3的作用有两个：一是帮助振 荡器起振，二是对振荡器的频率起微调作用。C3 rl:H 15P ,C2一他一.I _ I 乂 j .CRYSTALR10U1 10

15、k图4晶振电路图3.4数码显示管的选择数码显示管用来作为时间的显示输出，一般用7段数码显示管，如图5所示。 本次设计中采用7段共阴数码显示管应用简单、可靠性高、成本低，作为显示输 出。连接时段选信号接在 P0 口的P0.0P0.6七个I/O 口上，P1 口是准双向I/O 接口，在接电阻时选择接10K限流电阻。而在位选方面采用单片机P2 口的P2.0 P2.6七个I/O 口作为位选信号的输出口。图5数码显示管3.5报警设计当开始抢答或者任一选手非法抢答时， 以及抢答及答题到最后五秒时，系统 都会发出报警声。3.6八位抢答输入设计八个按键分别供八位选手使用，当主持人按下开始抢答键后，选手们在第一

16、时间内按下自己的按键，即可进行抢答。如图 6所示：1 111*R9R8R7R6R5R410k10k10k10k10k10kqr-f-J=F=R310kLJ R210k图6八位抢答输入电路图3.7主持人控制按键主持人控制按键由“开始抢答”、“停止/复位”、“强大时间调整”、“答题时间调整”、“加1”、“减1”六个按键组成。按动不同的按键就能实现不同的功能。如图7所示：1开始抢答1停止/复位1抢答时间调整1回答时间调整加1O OI减1O O1J I图7控制按键第四章软件设计思想及流程4.1主程序的设计4.1 .1主程序的设计流程图主程序的设计流程图如图8所示4.1.2主程序设计源程序MOV TMO

17、D,#11H;设置MAIN:MOV R1,#30;初设抢答时间为30sMOV R2,#60;初设答题时间为60s未定时器/模式1MOV TH0,#0F0H;送初值MOV TL0,#0FFH;越高发声频率越高，越尖MOV TH1,#3CHMOV TL1,#0B0H;50ms为一次溢出中断SETB EASETB ET0SETB ET1SETB EX0SETB EX1;允许四个中断,T0/T1/INT0/INT1CLR OKCLR RINGSETB TR1SETB TR0; 一开始就运行定时器，以开始显示-4.2子程序的设计4.2.1设计流程图流程图如图9所示ACALL DISPLAY;未开始抢答时

18、 候显示-JB P3.0,NEXT;dddddddACALL DELAYJB P3.0,NEXT;去抖动ACALL BARK;按键发声MOV A,R1MOV R6,A;送 R1-R6，因为R1中保存了抢答时间SETB OK;抢答标志位MOV R3,#0AH;抢答只显示计时,灭号数AJMP COUNT;进入倒计时 程序NEXT:JNB P1.0,FALSE1JNB P1.1,FALSE2JNB P1.2,FALSE3JNB P1.3,FALSE4JNB P1.4,FALSE5JNB P1.5,FALSE6JNB P1.6,TZ1JNB P1.7,TZ2AJMP STARTTZ1:JMP FALS

19、E7TZ2:JMP FALSE8图9流程图4.2.1查询程序源程序START:MOV R5,#0BHMOV R4,#0BHMOV R3,#0BH422非法抢答处理程序非法抢答处理程序图如图10所示俗犯规号数送创K3Pl” 虾？P1.2 麥F?P1 3按下返诃pl.o m代pl.o m代4.2.3抢答时间调整子程序?iPl.o虾号图10非法抢答处理程序图抢答时间调整子程序图11所示:抢答时间调整子程序图图11第五章系统调试系统调试包括硬件调试和软件调试，硬件调试的任务是排除系统的硬件电路 故障，包括设计错误和工艺故障。软件调试是利用开发工具进行在线仿真调试， 除发现和解决程序错误外，也可以发现硬

20、件故障。硬件调试：在本次课程设计中，我们用到如下元器件：七段数码显示器7SEG-MPX8-CC-BLUE芯片 74HC245 单片机 AT89C51 12个 BUTTO按键、2 个 15P 电容 CERAMIC 两个晶振 CRYSTAL 电解电容 MINELECT470N63V10 个 10K 电阻MINRES10K并口电阻RESPACK-8蜂鸣器SOUNDER电源及接地装置。软件调试：1.运用Keil软件调试程序将Keil软件解压并安装；在Keil中写入（汇编）程序，将其用非中文及.asm 为后缀保存下来；调试程序至没有错误；将其 Rebuild就可以了。2.运行在Proteus中打开画好的

21、图形；分别点击并填写source下的第二项、第 项，接着点击build all ;双击at89c51打开P F加入以.HEX结尾的文件；点击 proteus界面左下方的开始按钮即可运行程序。运行时，若达不到题目要求，则 返回去修改程序直至达到要求为止。000R9R8R7C3C215pR10R6C1470nR5R4X1CRYSTALR310k10k10k10k10k10k356-8K7J K810k1918U19XTAL1XTAL2RSTALEEAP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7AT89C51P2.0/A8P2.7/A15RP11i392383|P0.2/AD2P

22、0.3/AD3356|P0.4/AD4347P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P0.0/AD0P0.1/AD1RESPACK-8U22217|231624152514262712281132921P2.1/A9B1P2.2/A10B2P2.3/A11B3P2.4/A12B410ITITP2.5/A13P2.6/A14B5B6P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3WIP3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD1415SOUNDERB0B7A0A1A2A3A4A5A6A73|开始抢答,7停止复位抢答时间调整CEAB/BAI/4HC24519116图1

23、2抢答开始前电路图C315pC2古 X1丁R10L1918C1 470nRESPACK-81igl斗1”3,2334I3651TI347738 329RP1U1XTAL1P0.0/ADCP0.1/ADP0.2/AD2XTAL2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6RSTP0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A1CPSENP2.3/A1ALEP2.4/A12EAP2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P1.0P3.0/RXDP1.1P3.1/TXDP1.2P3.2/INTCP1.3P3.3/INTP1.4P3.4/T0P1.5P3.5/T1P1.

24、6P1.7P3.7/RDAT89C51U2 2T34i21开始抢答74HC245停止复位抢答时间调整J回答时间调整加1减1B0B1B2B3B4B5B6B7souNderA0A1A2A3A4A5A6A7231624W251425132712281176R9f:R7 fR6 rR5R41 R310k10k10k10k10k10kR210kQ 心八 K2F K3 K- K5“ K6胪K7占K8C31011112一13L1415J16三17图13正常抢答倒计时电路图XTAL1XTAL2C1RSTR210kn-K8P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7PSENALEEAR910kR510kR410kR310k470nCEAB/BA19R810k1 R7 -r R610k10k2930-1AT89C51P0.0/ADP0.1/ADP0.2/ADP0.3/ADP0.4/AD巴P0.5/AD5P0.6/ADP0.7/AD3938373635 32P2.0/A8RP112RESPACK-8578U22217严23162415,2514326134 2712.2811 2118P2.2/A1 10P2.3/A1P2.4/A1P2.5/A1P3.0/RXD-P3.1/TXD 11P3.27INTP3.3/INTP3.4/T