单片机四路抢答器课设说明书

1、信息与电气工程学浣课程设计说书（2010/2011学年第二学期）课程名称：单片机课程设计题 目： 四路抢答器设计成绩：2013年6月23日目 录第一节 课程设计目的22集片机课程设计1.2设计要求2第二节四路抢答器设计正文22.1 总体设计22.1.1 抢答器的工作原理22.1.2 抢答器的总体设计32.2 硬件电路详细设计32.2.1 c51 芯片32.2.2 的选择62.2.3 电路的设计62.2.4 电路的设计72.2.5 显示电路的设计82.2.6 电路的设计82.2.7 路的设计9228PCB版图的绘制92.3 软件详细设计102.3.1 主程序的设计102.3.2 显示子程序的设计

2、102.3.3 定时器TO、T1中断服务程序的设计112.3.4 抢答处理程序的设计112.3.5 总程序11第三节实验结果及结论14第四节参考文献15第一节课程设计目的1.1 概述单片机原理及应用课程设计是学生综合运用所学知识，全而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，为以后进行实际单片机软、硬件应用开发奠定良好的基础。课程设计的主要内容：根据单片机原理及应用课程的要求，

3、主要进行两个方面的设计，即单片机最小系统 和接口技术应用设计。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。接口技术应用设计主要要求学生能综合运用单片机、存储器、常用接口芯片构成单片机应用系统，有针对 性地进行软、硬件设计与开发。1.2 设计要求：1、设置4个抢答台和四个抢答成功指示灯，1个比赛主持人开始按键和1个抢答指示灯以及1个LED显示 器。2、采用中断和查询结合的方法确定按键动作。3、主持人按下“开始”键后，若有人抢答，则对应选手的指示灯点亮，并用7段

4、LED显示抢答者的号码（1-4）, 同时蜂鸣器发出3声间隔一秒的警告音：若9秒内无人抢答，则发出超时报警声，此题作废，主持人可按下'开 始”键开始下一题的抢答。第二节四路抢答器设计正文2.1 总体设计2.1.1 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TO、T1中断完成，其余状态循环调用显示子程序，用2个共阴极 LED数码管来显示，用P2.0、P2.1、P2.2、P2. 3 口作为CD4511译码器的数据输入口, PL 0、PL 1、P1. 2、P1. 3 口接4个选手按键，提供选手抢答，P1.4、PL5、P1.6、P1.7接四个发光二极管作为抢答成功指示灯：P0. 0 接

5、蜂鸣器，超时报警，和提示抢答。2.1.2 抢答器的总体设计倒计时方案方而利用MCS-51的内部的定时/计时器进行中断计时，配合软件延时实现倒计时。该方案出省第 页2一片机课程设计硬件成本，并且能够在定时器/计数器的使用、中断及程序设计方案方面得到锻炼与提高，显示方面采用穿行传 输实现动态显示，该方案的硬件连接简单，但动态扫描的显示方式需占用CPU较多的时间，适用于单片机没有 太多实时测控的任务场合。抢答功能：通过四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，由程序对键盘译码并显示最先按下抢答键的选手号。并亮起主持人台和对应选手台上的抢答成功指

6、示 灯。抢答限时：主持人按下抢答键后，设置9秒为抢答时间。若9秒内无人抢答，倒计时为0时发出报警，说明该抢答题 目作废。此时闭锁所有抢答按键，只有当主持人再次按下抢答键开始下一次抢答方可抢答。2.2硬件电路详细设计2.2.1 80C52 芯片80C52系列中，用CHMOS工艺制造的单片机都采用双 列直插式（DIP） 40脚封装，引脚信号完全相同。1、为一般控制应用的8位单片机2、晶片内部具有时钟振荡器（传统最高工作频率可 至 33MHz）3、内部程式存储器（ROM）为8KB4、内部数据存储器（RAM）为256B5、外部程序存储器可扩充至64KB6、外部数据存储器可扩充至64KB40P101Pl

7、2P123Pl 34P14$Pl:6P167也SRST9P3010P3111P3212P33BP3414P3515P3616P3717X2ISXI19201U1P1.0VCCPl.lPO.O/ADOPl.2P0.1/AD1Pl.3P02AD2Pl.4P0.3/AD3Pl.5P0.4/AD4Pl.6P0.S/AD5Pl.7P0.6/AD7RSTP0.7/AD7P3.0RXDEAP3.1/TXDALEP3.MNT0PSENP3.3/INT1P27Al 5P3.4/T0P2.6A14P3.5/T1P2.5,A13P36WRP2.4,A12P3.7/RDP23AliXTAL2P2.2A10XTAL1P

8、2.1/A9GNDP2.0/AS292s272625a2321AT89s51_J>00 JPOl_703_?14?05_?06j POKCCmH_J>27_P26 _J>25_P24 _J>23_?2L<q3sj2j6s34b323130P207、32条双向输入输出线，且每条均可以单独做I/O的控制8、5个中断向量源9、3组独立的16位定时器10、1个全双工串行通信端口第 页2集片机课程设计各引脚功能介绍:1 .电源VCC （引脚号40）：电源正端输入,接+5也VSS （引脚号20）：电源地端。2 .时钟XTAL1 （引脚号18）内部振荡电路反相放大器的输入端，是

9、外接晶振的一个引脚。当采用外部振荡器时, 此引脚接地。XTAL2 （引脚号19）内部振荡器的反相放大器输出端，是外接晶振的另一端。当采用外部振荡器时，此引 脚接外部振荡源。3 .控制总线（1）ALE/FROG （引脚号30）:正常操作时为ALE功能（允许地址锁存），用来把地址的低字节锁存到外部锁存器。ALE引脚以不变的频率（振荡器频率的1/6）周期性地发出正脉冲信号。因此，它可用作对外输出 的时钟信号或用于定时。但要注意，每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。ALE端可以驱动（吸 收或输出电流）8个LSTTL电路口在8751单片机EPROM编程期间,此引脚接编程脉冲（FR8 功能），

10、（2） 丽（引脚号29）：外部程序存储器读选通信号。在从外部程序存储器取指令（或数据）期间，函函 在每个机器周期内两次有效。曲 可以驱动8个LSTTL电路。（3） RST/VPD （引脚号9）：复位信号输入端。振荡器工作时，该引脚上持续2个机器周期的高电平可实现 复位操作。此引脚还可接上备用电源。在Vcc掉电期间，由平如向内部RAM提供电源，以保持内部RAM中的 数据。（4）港/Vpp （引脚号31）：证为内部程序存储器和外部程序存储器的选择端。当 就为高电平时，访问内部程序存储器（PC值小于4K）；当 可 为低电平时，访问外部程序存储器。对于87c51单片机，在EPROM 编程期间，此端为2

11、1V编程电源输入端,4. I/O 线（1）P0 （引脚号3239）：单片机的双向数据总线和低8位地址总线。在访问外部存储器时实现分时操 作，先用作地址总线，在ALE信号的下降沿，地址被锁存；然后用作为数据总线。它也可以用作双向输入/输出 口 . P0 能驱动8个LSTTL负载。（2） P1 （引脚号1-8）：准双向输入/输出口，它能驱动4个LSTTL负载。<3） P2 （引脚号2128）：准双向输入/输出口。在访问外部存储器时，用作高8位地址总线。P2 能 驱动4个LSTTL负载。（4） P3 （引脚号1017）：准双向输入/输出口，它能驱动4个LSTTL负载。P3 口的每一引脚还有另外

12、 一种功能：P3.0RXD：串行口输入端P3. 1TXD：串行口输出端第 页2P3.2 函亍万：外部中断。中断请求输入端P3. 3而：外部中断1中断请求输入端P3.4TO：定时器/计数器。外部输入端P3.5T1：定时器/计数器1外部输入端P3. 6WR ：外部数据存储器写选通信号P3. 7RD ：外部数据存储器读选通信号5.时钟电路80C52单片机内有一个高增益反相放大器，其频率范围为1.2MHz12MHz, XTAL1和XTAL2分别为放大器的 输入端和输出端。时钟可以由内部方式或外部方式产生。80C52内部方式时钟电路如图2-10 (a)所示。在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，就

13、能构成自激振荡 电路。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振电路。电容器C1和C2主要起频率微调作用，电容值 可选取为30pF左右(外接晶体时)或40pF左右(外接陶瓷谐振器时)。80c52外部方式时钟电路如图2-10 (b)所示。XTAL1接外部振荡器，XTAL2悬空。对外部振荡信号无特殊 要求，只要保证脉冲宽度，一般采用频率低于12Hz的信号。2. 2.2芯片的选择抢答器电路的核心是89C52单片机，其内部带有8KB的FLASH ROM,无需外扩程序存储器：抢答器没有大量的运算和暂存数据现有的256B篇内RAM已经能满足容量需求，故不需外扩片外RAM,系统配有2个8段数码 显示管共用

14、一个CD4511驱动，管采用共阴数码管，作为选手号的显示输出。2. 2.3复位电路的设计复位电路的设计如图2-1所示:图2-1复位电路原理图该复位电路采用上电自动复位和手动复位两种复位方式，图中右侧引脚接到单片机的复位引脚。要实现复 位只需在，52系列单片机的RESET引脚上加上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，调行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的晶振时，复位元件参数为22 uF的电解电容和

15、10kQ的电阻。按钮复位电路是通过按下复位按钮时，电 第 页2玳片机课程设il-源对RESET端维持两个机器周期的高电平实现复位的。MSC-52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。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，XTALK 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

16、器，如图2-2所示。加电以后延时一段时间（约10ms）振荡器产生时钟，不受软件控制，图中Y1为晶振, 震荡产生的时钟频率主要由Y1确定。电容Cl, C2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，典型值为30pFc2.2.5 数码显示电路的设计图2.3数码显示管电路图数码显示管用来作为9秒倒计时显示和选手号，两个共阴极数码管共用一个CD4511驱动，每个数码管有一个位选端分别接P3.2、P3.3 口。P2.0、P2.l、P2.2、个,3作为CD4511数据输入端,2.2.6 报警电路的设计图2.4报警电路图使用蜂鸣器作为报警电路，NPN三极管的基极通过电阻与单片机的P0.

17、 0引脚连接，再用330Q的上拉电阻接电源，三极管的集电极接电源，发射极接蜂鸣器的正极。当P0.0输出低电平时蜂鸣器响。227总电路的设计2. 2. 8 PCB板的制作画好原理图检查无误后，画PCB版图，本设计由于电路连接比较简单，接线较少，所以用明线直接连接, 不用制版，画出PCB版图的目的是便于插板时的布局和链接。第 页2玳片机课程设怦2. 3软件详细设计2.3.1主程序的设计此程序的及时采用定时器TO和T1中断完成，其余状态循环调用显示子程序。系统主程序流程图如图3-1 所示。图2-3-1系统主程序流程图2. 3.2显示子程序的设计2. 3. 3定时器TO、T1中断服务程序的设计定时器T

18、O用于复位程序，当给RST 口加10ms的复位信号时，单片机复位。定时器T1用于计时程序，当主 持人按下开始抢答按钮9秒内无人抢答时，蜂鸣器发出报警信号。2. 3. 4抢答处理程序的设计当有选手第一个按下抢答器按扭时数码管显示选手号码，同时选手指示灯点亮，蜂鸣器发出三声间隔1秒 的警告，并锁定抢答。当在此选手之后再有选手按下按扭时无效，数码管不变。第 页2单片机课程设计switch(sw)#include<reg52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit start=P3A4;sbit buzzer=P

19、OAO;sbit keyl Jed=PlA4;sbit key2Jed=PlA5;sbit key3Jed=PlA6;sbit key4Jed=PlA7;sbit key5ed=P3八6;uchar temp;uchar code wei=0xfb.0xf7);uchar code duan=0x00,0x01,0x02,0x03,0x04, 0x05,0x06.0x07,0x08.0x09);uchar tt=O.key=O,sw=O.key_flag=O,start_flag=O, buzz_flag=0,x=0,y=0J=9,n1=0;*延时函数*void delay(unsigned

20、int t)unsigned int ij;for(i=1000;i>0:i-)for(j=t;j>0;j-);*定时器初始化* void init_timer()TMOD=0x01;THO=(65535-5OOOO)/256;TL0=(65535-50000)%256;EA=1;ET0=0;TR0=0;*按键检测* void keyjc()temp = Pl;sw = OxOf&temp; if(sw!=0x0f)delay(l);if(sw!=OxOf)case OxOe:key_flag=l;keylcd=l;key=2;break;case OxOd:key_fla

21、g=2;key2R=l;key=2;break;case OxOb:key_flag=3;key3ed=l;key=2;break;case 0x07:key_flag=4;key4_led=I;key=2;break;default:break;)*动态数码管显示显示按键值和计时值* void xianshi(uchar n)uchar i=0;for(i=0;i<=l;i+)if(i=O)P3=wei0;P2=duanj;)else if(i=l)P3=weil;P2=duann;)for(x=500;x>0;x-jfor(y=10;y>0;y-);)* 数码管显示* v

22、oid Lcd()2. 3. 5四路抢答器程序第 页2uchar i=0;if(key=2)temp = Pl;sw=0x0f&temp;while(sw=0x0f);if(buzz_flag=l) (if(tt=10)start_flag=2;准备复位 switch(sw)case OxOe: 按键 1xianshi(l);tt=O;break:case OxOd:按键 2 xianshi(2);break:case OxOb:按键 3 xianshi(3);break:case 0x07:按键 4 xianshi(4);break:default: break:)else if(k

23、ey=O)初始状态'OO” 显示(for(i=0:i<=l;i+)(P3=weii;P2=duan0;for(x=5;x>0;x-) for(y=l;y>0;y-);)elseif(key=l)未有按键按卜，仅计时显示(for(i=0:i<=l;i+)(if(i=0)(P3=weilJ;P2=duan0;) else if(i=l)(P3=wei0;P2=duanj;)for(x=500;x>0;x-)for(y=10;y>0;y-);)*蜂鸣器函数* void buzz()(if(buzz_flag=O)(buzz_flag=l;ETO=1;TRO

24、=1;)m+;if(m=6) (m=0;buzzer=l;buzz_flag=2;start_flag=2; 准备复位 else if(m<=6) (buzzer=-buzzer;)* 主函数/start_flag=O:初始状态/start_flag=l:开始 start_flag=2:复位 * void main()(initjimer();start_flag=O;buzzer=l;Pl=OxOf;while(l) (if(start=O) 开始按键被按下(delay(l);if(start=O) (whi!e(start=O); if(start_flag=O) (start_flag=l开始 ETO=1;TRO=1; key=l;)if(start_flae=2)复位 (start_flag=O; buzz_flag=O; key_flag=O; key5ed=0; buzzer=l; Pl=OxOf;kev=O; ETO=O; TR0=0;tt=O;m=0;j=9； )void itcjimerO interrupt 1)if(start_flag=l )开始ifQ>0） 在计时完成之前检测按键keyjc();) if(key=2)if(buzz_flag=O)ET0=0;TR0=0; tt=O;THO=(65535-5OOOO)/