单片机课程设计八路抢答器)

1、单片机课程设计课程题目：基于单片机-8路抢答器专 业：电子信息科学与技术年 级：0912012 年 1 月 2 日摘要31 单片机的应用技术 32 系统设计要点 42.1抢答器的硬件设计要求 42.2计分器的硬件设计要求 42.3 人机交互程序设计 .43 电子智能抢答器系统的硬件电路设计 53.1硬件模块方案.53.2 计分器的电路设计 53.3抢答器的电路设计 74软件设计94.1抢答器系统软件的流程图 94.2计分器系统的软件流程 .104.3键盘扫描程序流程图 104.4抢答数码显示软件程序设计 124.5音乐音频输出程序流程图 .135 单片机干扰防护 145.1 米用隔离技术 14

2、5.2正确的接地措施 14结论 .15程序 .15电子智能抢答计分器在抢答过程中，为了知道哪一组或哪一位选手先答题， 必须要设计一个系统来完成这个任务。如果在抢答中，靠视觉是很难判断出哪组 先答题。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 时间相差几微秒，也可分辨出哪组优先答题。抢答组数可以在八组以内任意使用， 本系统设计为模块形式采用九针插头进行连接，系统工作原理本系统采用 AT89S51单片机作为核心。控制系统的五个模块分别为：单片机最小系统、显 示模块、显示驱动模块、抢答开关模块、音乐音频输出模块。关键词：单片机；显示；驱动；抢答1单片机的应用技术单片机由硬件系统与

3、软件系统组成。硬件系统是指构成微机系统的实体与装 置，通常由运算器、控制器、存储器、输入接口电路和输入设备、输出接口电路 和输出设备等组成。其中运算器和控制器一般做在一个集成芯片上，统称中央处 理单元(Central Processing Unit)，简称CPU，是微机的核心部件。CPU配上存 放程序和数据的存储器、输入/输出(Input/Output，简称I/O)接口电路以及外部 设备即构成单片机的硬件系统。软件系统是微机系统所使用的各种程序的总称， 人们通过它对微机进行控制并与微机系统进行信息交换，使微机按照人的意图完 成预定的任务。软件系统与硬件系统共同构成完整的单片微型计算机系统，两者

4、相辅相成，缺一不可。2系统设计要点系统设计主要包括硬件和软件两大部分，依据控制系统的工作原理和技术性 能，将硬件和软件分开设计。硬件设计部分包括电路原理图、合理选择元器件、 绘制线路图，然后对硬件进行调试、测试，以达到设计要求。软件设计部分，首 先在总体设计中完成系统总框图和各模块的功能设计，拟定详细的工作计划；然后进行具体设计，包括各模块的流程图，选择合适的编程语言和工具，进行代码 设计等；最后是对软件进行调试、测试，达到所需功能要求。硬件电路是采用结构化系统设计方法， 该方法保证设计电路的标准化、模块 化。硬件电路的设计最重要的选择用于控制的单片机，并确定与之配套的外围芯片，使所设计的系统

5、既经济又高性能。硬件电路设计还包括输入输出接口设计， 画出详细电路图，标出芯片的型号、器件参数值，根据电路图在仿真机上进行调 试，发现设计不当及时修改，最终达到设计目的。软件设计的方法与开发环境的 选取有着直接的关系，本系统由于是采用 51系列单片机，因此使用Keil C语言 进行开发。此编程工具相比汇编语言具有结构化、适用范围大、可移植性好等特 点。本系统软件设计采用模块化系统设计方法， 先编写各个功能模块子程序，然 后进行组合与调整，经过调试后，达到设计功能要求。2.1抢答器的硬件设计要求抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S1S8表示。设置 一个系统清除和抢答控制按扭，该

6、按扭由主持人控制。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，并在LED数码管上显示，同时扬声器发 出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持 人将系统清除为止。2.2计分器的硬件设计要求加减计分有三位显示，用串行通信口，显示分数，用4*4阵列式键盘进行同 时加减和单组加分。2.3人机交互程序设计系统的人机交互程序设计，主要是解决按键的扫描与信息的显示， 让操作者能够灵活地控制系统工作。键盘用来输入指令，发光数码管用来显示单片机 的状态，这是一个比较简单的人机交互形式。3电子智能抢答器系统的硬件电路设计3.1硬件模块方案主控制器模块：采用AT89C5

7、1单片几机控制抢答器显示模块：数码管显示电源方案的选择：采用三端稳压器电路抢答器键盘模块：独立式键盘计分器显示模块：采用带有锁存功能的移位寄存器74LS595芯片计分器键盘模块：行列式键盘3.2计分器的电路设计主控制器采用AT89C51单片机作为微处理器，AT89C51是美国ATMEL公 司生产的低电压、高性能 CMOS 8位单片机，片内含4K bytes的可反复擦写的 Flash只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元。计分器的

8、工作原理是采用最小系统，用4x4键盘来输入是选手需要加减进行 分数的加减输入。主板上的6个数码显示，加几分的数，按确定键后分数值从串 口 p3.0, p3.1传到计分器显示模块上再通过数码管驱动模块显示。原理图如图 4.1所示张图第制9R 19A960F 1 U0160 S6 0 SL A0A3B2B0B1BD 1 U0 A0A6 S D2SD3 R01 0R 160 S0 R 10 123 4C C C C C10R 1aaaaaaaa'CCVpd5 B4Bfg edl6 0 SA4760SL C A 1 4U 7A0 A7 AAA1 S D0A54257 RA IE DHi&quo

9、t;144C51C0 D21C31C012 30 0 0 0P P P P4 5 6 7 0 0 0 0P P P P012 32 2 2 2 P P P PF1 0 T T N N1 0 T T2 34 5 6 71 2 3 4 5 6 D D D D D D7P图3.1计分器系统的硬件电路3.3抢答器的电路设计331抢答电路模块抢答器的工作原理是采用单片机最小系统，用查询式键盘进行抢答。通过抢 答按键模块，连接按键进行抢答。其工作原理为：主持人按清零键后，选手可按键抢答，单片机锁存信号，屏蔽外界信号。串显示编号，并有丁冬声输出。抢 答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。抢答器原理如图

10、4.2。ir77777771L11 iV.ja!£1=1r.v.riL jN心0 ” 1If/<T/T?"fd.二RLji左:枯a孔世.-：vFT；：ETliTHAUALESTT和丄认MTLIGL站WH30心71IS; ； a説中.0E苦为g"OM1軸&疋n卿甸扎】7L1?2 Jj'ALU114HS3*1.5n i越i3VK(h'A4.l"EHLji3'5 咖7777777.图4.2抢答器原理图3.3.2抢答按键模块的设计抢答按键模块的设计是通过利用光电耦合器， 光电偶合器的输入/输出之间没有接 触，能有效地防止输入

11、端的电磁干扰以电藕合的方式进入应用系统， 而且光电偶 合器的输入阻抗很小，干扰源的内阻很大，所以能输入到光电偶合器的干扰电压彳艮小。把单片机信号和按钮的信号隔开,采用+12V电源给单片机开关量的控制。其原理图如图4.3。图3.3输入隔离电路4软件设计4.1抢答器系统软件的流程图抢答组数可以在八组以内任意使用，其流程如图5.1开始1第-组否第二组否第三组否第八组显 示 组 号图4.1抢答器系统软件的流程图4.2计分器系统的软件流程为1全部统 一加减分键盘录入分值,并显示在主板上（六个数码管）检测P3.7状态扫描键盘S1S8是那一个组 要加分,并组号显示在主板 上（六个数码管）1r1r加分按键S1

12、2减分按键S131F1键盘录入分值,并显示在主板上（八 个数码管）为0单组 加减分开始LJ1r初始化确定S16P1.7输入一个单次脉冲，并保持高电平（锁存数据由P3.0P3.1串口输出显示分数 ）图4.2计分器系统的软件流程4.3键盘扫描程序流程图本系统的键盘采用的是4M矩阵式键盘，矩阵式键盘由行线和列线组成，按 键位于行、列线的交叉点上。一个 4M的行、列结构可以构成一个含有16个按 键的键盘，显然，在按键数量较多时，矩阵式键盘较之独立式按键键盘要节省很 多 I/O 口。矩阵式键盘中，行、列线分别连接到按键开关的两端，在进行键盘扫描时， 首先把矩阵键盘列线的第一根线置高，然后分别再检测矩阵键

13、盘行线是否有高电 平的信号，如果有信号，那么就证明这根行线与第一根列线相交处的按键被按下 了，单片机就读入这个键值。如果所有的四根行线都没有信号，那么就把第一根 列线置低，把第二根列线置高，再一次检测行线有没有信号，然后依次类推。 由于键盘扫描的速度很快，而人按键总会持续一定的时间，因此只要单片机处在 等待输入的状态，这个键盘扫描程序基本上不会错过任何一个按键信号。由于一般人按键会有抖动，抖动信号造成键盘扫描时会出现一些错误的信号，要不就是扫描不进数据，要不就是重复输入很多次数据，因此需要有一个消除抖动的程序。 让单片机不响应一些相关的抖动信号，而只响应一次确实存在的按键信号。消抖 动程序是这

14、样实现的，当检测到一个脉冲信号时，并不立即认为是一次按键，而 是延时一段时间以后再进行检测，如果三次检测都有信号，那么就认为有一次按 键动作发生了。延时的选择非常重要，太快了，起不到消除抖动的效果，太慢了 又让键盘太不灵活，错过较多的按键信号。键盘扫描程序的流程图如图4.3所示。开始1r初始化1将第一根列线置高11依次扫描行线r有信号吗将上一根列线置低 将下一根列线置高依次扫描行线N有信号吗二二延时一次有信号吗1Y f将第四根列线置低一是第四根列线吗、二上返回一个值延时一次Y有信号吗再延时一次有信号吗再延时一次有信号吗返回对应键值V.>返回对应键值图5.3键盘扫描程序流程4.4抢答数码显

15、示软件程序设计采用静态显示，显示器由9个共阳极数码管组成。输入只有两个信号，它们 是串行数据线DIN和移位信号CLK。9个串/并移位寄存器芯片74LS164首尾相 连，了九位共阳极七段数码管，共阳极数码管的8个发光二极管的阳极（二极管 正端）连接在一起，通常，公共阳极接高电平（一般接电源），七它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为低电平时， 则该端所连接的字段导通 并点亮，根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。此时，要求段驱动电路能吸收额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应 的限流电阻，这里的限流电阻选 100Q。数码显示程序流程如图5.4:子程序入口

16、图4.4数码显示程序流程4.5音乐音频输出程序流程图音乐音频输出由P3.7输出，如图5.5图4.5音频输出程序流程图5单片机干扰防护单片机应用系统在实际工作过程中，难免会受到各种外部或内部的干扰，使 系统发生异常情况。比如，因干扰使程序指针发生错误时，可能会将非操作码执 行，造成程序执行的混乱（跑飞）或进入死循环，甚至可能会损坏元器件。干扰窜入应用系统的主要渠道有三条：通过电磁波辐射窜入系统的空间干 扰；通过输入/输出通道窜入的通道干扰；电源的干扰。5.1采用隔离技术对于供电系统的干扰，可以采用交流稳压器、不间断电源（ UPS）、隔离变 压器、底通虑波器等，以防止电源电压的波动和干扰噪声； 在

17、直流电源的抗干扰 措施中，对应用系统中的不同等级的直流电源采取集成稳压块单独供电， 以避免 模块间的互相影响，使直流开关电源、 DC-DC变换器以加强隔离提高电源稳定在单片机应用系统的输入/输出通道中，普遍采用通道隔离技术来防止通道干 扰。其中应用较多的是光电耦合器。光电耦合器的输入 /输出之间没有接触，能 有效地防止输入端的电磁干扰以电耦合的方式进入应用系统，而且光电耦合器的 输入阻抗很小，干扰源的内阻很大，所以能输入到光电偶合器的干扰电压很小。 5.2正确的接地措施在低频电路中，因寄生电抗的影响不大，常采用一点接地，以减少地线造成 的地环路。在单片机系统中，数字地和模拟地应分别接地，即使一

18、个芯片上有两种地也 要分别接地，然后再在一点处把两种分别连接起来。在研制印刷电路板时，对地线的分布、形状、长度和宽度等也有一定的要求， 比如地线要呈辐射状，避免环行，地线要宽，连接旁路电容的地线不要太长等。单片机应用系统中的数字地、模拟地（低电平电路地）、大功率电气设备等 强电设备的地（噪声地）、机壳或其他金属构件的屏蔽地应分开布置并在一点上 和电源地相连。每个单元宜采用一个接地点，地线应尽量加粗以减少地线的阻抗。在采用屏蔽双绞线传递信号时，应将地与工作地连在一起。要注意只能在 一个点接地，以免形成回路，在屏蔽体上产生较大的噪声。结论通过这次课程设计。我们小组设计电子智能抢答计分器，采用了单片

19、机技术、 数字电子、模拟电子、制作电路板等相关技术。把在学校这一段时间所学知识连 成一串。理论联系实践，体现出大学生动手能力。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。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。 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，学会了怎么更好的处理知识和实践相结合的问题。 把握重 点、攻克难关，学到用到、活学活用。在设计过程中由于时间仓促有很多地方难 免存在不足之处，硬件设计已经完成，在软件设计中有些功能还尚未开发出来。 但在以后

20、的工作中，我们会严格要求自己，追求完美。程序：ORG0000HAJMP MAINORG 0030HMAIN:MOVCJNESP,#60HA,#0EH,NEXT2NEXT1:ACALLKEYSZACALLDISPLAYSJMPMAINNEXT2:CJNEA,#0FH,MAINAJMPNEXT1ORG0100HKEYSZ:PUSHPSWPUSHACCSETBRS1MOVR0,#DBUFMOVR7,#3L1:CLRRS1SETBRS1CJNEA,#0A H,L2L2:JNCL1MOVR0,AINCRODJNZR7,L1POP ACCPOP PSWCLR RS1RETKEYSCAN:MOVR3, #0

21、F7HMOVR1, #00HL3:MOVA, R3MOVP1,AMOVA,P1MOVR4,ASETB CMOVR5, #04HL4:RLCAJNCKEYININCR1DJNZR5, L4MOVA, R3SETBCRRCAMOVR3, AJCL3SJMPKEYSCANKEYIN:MOVR7, #60D2:MOVR6, #248DJNZR6, $DJNZR7, D2D3:MOVA, P1XRLA, R4JZD3MOVA, R1MOVDPTR,#TABLEMOVCA, A+DPTRRETORG0200HDISPLAY:MOVRO, #DBUFMOVR2,#3MOVDPTR,#SEGTABDISP:MOVA,R0MOVCA,A+DPTRMOVSCON,#0MOVSBUF,AJNBTI,$CLRTIINCR0DJNZ R2,DISPRETDBUFEQU30HORG0000HAJMPMAINORG0030HMAIN:MOVSP,#60HACALLKEYSCANCJNEA,#0EH,NEXT2NEXT1:ACALLKEYSZACALLDISPLAYSJMPMAINNEXT2:CJNEA,#0FH,MAINAJMPNEXT1ORG0100HL1:CLRR