基于51单片机抢答器设计

1、百度文库让每个人平等地提升自我参演久史聿咒技士专 课程设计（论文）课程名称： 单片机原理及其接口技术题 目： 智力竞赛抢答器的设计院（系）：理学院专业班级：电子信息科学与技术1301班姓 名：毛文强学 号：4指导教师：2016年7月1日曲要速发帝秋文等课程设计（论文）任务书专业班级：电子信息科学与技术1301学生姓名：毛文强指导教师（签名）:一、课程设计（论文）题目基于51单片机智力竞赛抢答器的设计二、本次课程设计（论文）应达到的目的熟悉8路抢答器工作原理和设计方法，利用单片机实现抢答器抢 答，并采用Proteus软件仿真，理论联系实际，将理论知识转换为实 践能力。三、本次课程设计（论文）任务

2、的主要内容和要求（包括原始数据、 技术参数、设计要求等）主要内容：编写程序，利用单片机控制抢答器及显示。要求：（1）要求采用51单片机作为控制器；（2）通过一个共阴极数码管进行号码显示；（3）抢答器需要实现锁存优先抢答号码及显示等功能。四、应收集的资料及主要参考文献：1严洁.单片机原理及其接口技术.第一版.机械工业出版社， 922谢维成，杨家国.单片机原理接口及其应用系统设计.第一版. 电子工业出版社,1103胡汉才.单片机原理及其接口技术.第一版.清华大学出版社， 1564楼然苗，李广飞.单片机课程设计指导.第二版.清华大学出版 社，875杨居义，马宁.单片机原理设计指导.第一版.清华大学出

3、版 社，89五、审核批准意见教研室主任（签字）摘要本次课程设计通过对8路智力竞赛抢答器的研究与分析，了 解抢答器的工作原理，以AT89c51微处理器作为主要模块、数码 管做为显示模块组成的用于表决选择的抢答器。本文主要介绍 AT89C51微处理器、数码管和蜂鸣器等电子元器件的相关功能及 其应用。合理选取AT89c51系列集成电路芯片通过划分功能模块 完成抢答部分与显示部分的电路设计，结合实际应用与理论设计, 使用蜂鸣器构成扩展电路，通过八个按键开关来摸拟八路选手的 抢答，开始键按下，则进入到八个按键的扫描中。通过数码管来 显示抢答选手的号数，并由蜂鸣器发出抢答产生信号，利用Proteus 电路

4、模拟仿真软件，实现8路智力竞赛抢答器的模拟仿真，最终 实现可控8路智力竞赛抢答器的设计。关键词：抢答器，集成芯片，AT89C51, Proteus0AbstractThe course is designed by 8 quiz Responder research and analysis to understand Responder works with AT89C51 microprocessor as the main module, LED display module as the Responder for voting choice. This paper describes

5、 the correlation function and its application AT89C51 microprocessor, digital control, buzzer, and other electronic components. Reasonable selection AT89C51 series is completed by dividing the integrated circuit chip modules answer part of the circuit design and the display section, combined with th

6、e practical application of theory and design, constitute a buzzer expanding circuit, through eight key switch to analog eight players answer, start key is pressed, the process proceeds to the scan in eight buttons. Through digital number to show the number of players answer, the answer issued by the

7、 buzzer signal generated using Proteus circuit simulation software, simulation 8 quiz Responder, and ultimately controllable 8 quiz Responder design.Key Words： Responder» Integrated chip, AT89C51, Proteus目录1绪论0课设背景0Proteus仿真简介12设计方案3硬件设计方案3软件设计方案33硬件电路设计5微处理器AT89c51简介5管脚说明6模块电路原理分析8抢答器的电路框图8时序控

8、制电路9时钟电路9扩展电路104软件方案设计11程序设计11总电路仿真测试135 .心得体会14参考文献15百度文库-让每个人平等地提升自我1绪论课设背景随着各种知识竞赛电视节目的不断发展，越来越多的竞赛抢 答器排上了用场，抢答器不仅体现选手之间的公平抢答，而且能 增加节目现场的紧张、活跃气氛。在知识竞赛中，特别是做抢答题时，在抢答过程中，为了知 道哪一组或哪一位选手先答题，必须要有一个系统来完成这个任 务。这次设计就是用AT89c51微处理器和其他元器件设计一个八 路抢答器。数字抢答器由主体电路与扩展电路组成，优先编码电 路、锁存器、译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出；用 控制电路和主

9、持人开关启动电路，以上两部分组成主体电路。通 过蜂鸣器实现在选手抢答开始或抢答成功时响铃提示功能，构成 扩展电路。本次课程设计的设计目的归纳为：1 .抢答器可同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按 钮就S0，表示；2 .为节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零和抢 答的开始；3 .抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手 按下抢答按钮，编号立即锁存，并在LED七段数码管上显示出选 手的编号、蜂鸣器给出音响提示，同时要封锁输入电路，禁止其 他选手抢答。优先抢答选手的编号保持到主持人将系统清零为止。 0百度文库让每个人平等地提升自我Proteus仿真简介Proteus软件

10、是英国Lab Center Electronics公司出版的。它不仅 具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器 件。它是目前比较好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前 国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教 师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具()，从布图、代码调试到与 外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到 产品的完整设计。是目前世界上唯一将软件、PCB设计软件和虚 拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、 HC1K PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33

11、, AVR、ARM、8086 和 MSP430等，2010年乂增加了 Cortex和DSP系列处理器，并持续 增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和 MPLAB等多种。在PROTEUS绘制好原理图后，调入已编译好的文件：*.HEX 可以在PROTEUS的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。 PROTEUS不仅可将许多功能形象化，也可将许多单片机实例运行 过程形象化。前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后 者则是实物演示实验难以达到的效果。它的元器件、连接线路等却和传统的实验硬件高度对应。这在相 当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例：元器件选择、 电路连接

12、、电路检测、电路修改、运行结果等。课程设计、毕 业设计是学生走向就业的重要实践环节。由于PROTEUS提供了 实验室无法相比的大量的元器件库，提供了修改电路设计的灵活 性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的、仪表，因而也提 供了培养学生实践精神、创造精神的平台。随着科技的发展，“已成为许多设计部门重要的前期设计 手段。它具有设计灵活，结果、过程的统一的特点。可使设计时 间大为缩短、耗资大为减少，也可降低工程制造的风险。相信在 单片机开发应用中Proteus也能茯得愈来愈广泛的应用。使用 Proteus软件进行单片机设计，是和相结合的综合运用，有利于培 养学生的电路设计能力及的操作能力。92设

13、计方案硬件设计方案抢答器由基本电路和扩展电路两部分组成。基本电路完成基 本的抢答功能，即抢答开始后，当选手按下抢答键，能显示选手 的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答。扩展电路完 成抢答开始和抢答成功时有蜂鸣器响起提示。根据课程设计要求可以大概构思出硬件电路图：数码管与单 片机的P0 口的低七位相连接；口与蜂鸣器相连接；P1 口接八个 按键；P2 口接八个LED灯分别显示八位选手抢答的指示信号。 用以AT89c52为核心的单片机控制方案，通过相应的程序，并通 过按键来进行电平识别，再由单片机输出相应的程序，并将相应 数值通过数码来显示。用单片机来制作的抢答器，硬件电路比较 简单，容易明

14、白，且成本相对较低。软件设计方案（1）中断的开通与关断设计为达到在主持人未按下按键前抢答无效应该设置外部中断为 开中断，外部中断。为关中断。当开始抢答信号发出后，开外部 中断0以接收选手抢答中断信号。选手抢答后，开外部中断1从 而使主持人再次按下按键后可以开始下一次抢答。（2）数码管的显示方案一：采用静态显示，是指当数码管显示某一字符时，七 段数码管的对应段的发光二极管被选中，在这种显示方式下，每 段LED都对应一个单片机口线。方案二：采用动态显示，对于多位数码管显示时，每一位数 码管轮流显示，当显示间隔时间较短时人眼就分辨不出是动态显 示，而是每一位都是一直都在显示。比较二者，静态显示主要的

15、优点是显示稳定，在发光二极管 导通电流一定的情况下显示器的亮度大，系统运行过程中，在需 要更新显示内容时，CPU才去执行显示更新子程序，这样既节约 了 CPU的时间，乂提高了 CPU的工作效率。其不足之处是在需要 用于显示的数码管较多时占用硬件资源较多，每个LED数码管需 要独占8条输出线。随着显示器位数的增加，需要的I/O 口线也 将增加。动态显示器的优点是节省硬件资源，成本较低，但是要 保证显示器正常显示，CPU必需每隔一段时间执行一次显示子程 序，占用CPU大量时间，降低了 CPU的工作效率，同时显示亮度 较静态显示器低。通过以上分析，结合本课题只提供一位数码管，所以采用方 案一。3）抢

16、答信号指示灯对于这一位LED灯的闪烁可以通过软件程序的编写，交替送 出电平高低控制其闪烁。3硬件电路设计微处理器AT89C51简介AT89C51 是一种带 4KFLASH( FPEROMHash Programmable and Erasable Read Only Memory )的低电压、高性能 CMOS 8 位， 俗称。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除的单片机。 单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用 ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪 速存储器组合在单个芯片中，AT

17、MEL的AT89c51是一种高效微 控制器，AT89co51是它的一种精简版本。AT89c51为很多提供 了一种灵活性高且价廉的方案。外形及排列如图3-1所示。p-i.o 匚P1.1 匚P1.2 匚P1.3 CP1.4 匚P1.5 匚P1.6 匚P1.7 匚RST匚(RXD) P3.0 匚(TXD) P3.1 匚ONTO) P3.2 匚(IFTTT) P3.3 匚(TO) P3.4 匚(T1) P3.5 C(WB) P3.6 匚(RD) P3.7 CXTAL2 CXTAL1 rGND匚01234567059。6780111111111125432109876543213939332222222

18、22 VCC 21 PO O CADO) P0.1 CA,D1) PO.2 cA 口 2) P0.9 (ADO) PO 4 CA.D4) PO.6 CA.D&)PO.e CADO) PO .7 CA.D7) EVPP ALE/PROG P2 .7 CA.1 5) P2.G (A14) P2 .5 cAi 3) P24 (A1 2) P2 3CA.1 1) P2.2 (A.1 0) P2.1 CA9) P2.0 CA.8)图3-1 AT89C51逻辑符号管脚说明VCC：供电电压。GND：接地。POn：PO 口为一个8位漏级开路双向I/O 口,每脚可吸收8TTL 门电流。当P0 口的管脚第

19、一次写1时，被定义为输入。P0能够 用于外部程序数据，它可以被定义为数据/地址的低八位。在 FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时， P0输出原码，此时P0外部必须接上拉电阻。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门电流。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。在FLASH编程和校验时，P1 口 作为低八位地址接收。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门电流，当P2 口被

20、写“1”时，其管 脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2 n 的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部或16位地址存储器进行存取时，P2 口输出地址的 高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八 位地址数据进行读写时，P2 口输出其的内容。P2 口在FLASH编 程和校验时接收高八位地址信号和。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。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，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3

21、 口也可作为AT89c51的一些特殊功能口，如下表所示： 口管脚备选功能RXD （串行输入口）TXD （串行输出口）/INTO （外部中断0）/INT1 （外部中断1）TO （计时器0外部输入）T1 （计时器1夕卜部输入）/WR （写选通）/RD （外部数据存储器读选通）P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个 的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，允许的用于锁存地址的低 位字节。在FLASH编程期间，此用于输入编程脉冲。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l/6o因此它可用作对外部输出

22、的脉冲或用于定时目的。然而要 注意的是：每当用作外部数据时.,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指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微 拉高。如果在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每 个两次/PSEN有效。但在访问存储器时，这两次有效的/PSEN信 号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序 (OOOOH-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。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，此间 内部

23、程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V 编程电源(VPP) OXTAL1：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。振荡器特性：XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放 大器可以配置为片内振荡器。振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用 外部驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部要通过一个二分 频，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的 高低电平要求的宽度。模块电路原理分析抢答器的电路框图如图3-2所示为电路框图。其工作原理为：接通电源后，主 持人将开关拨到“清除”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示 器灭灯，定

24、时器显示设定时间；主持人将开关置，“开始”状态, 宣布“开始”抢答器工作。定时器倒计时，扬声器给出声响提示。 选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、 编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二 次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次 操作”开始、停止”状态开关。百度文库让每个人平等地提升自我图3-4抢答器框图时序控制电路控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下功能：a.主持人将控制开关拨到“开始位置时，扬声器发声，抢答 电路进人正常抢答工作状态；b.当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，抢答电路停止工 作。时钟电路外部震荡电路单片机必须在AT49

25、c51的驱动下才能工作，在 单片机内部有一个时钟震荡电路，只需要外接一个振荡器就能产 生一定的时钟信号送到单片机内部的各个单元，外部震荡电路如 图3-5所示。18U1XTAL1XTAL2扩展电路数码管的设计：图3-6中数码管采用的是1位七段共阳数码 管，其中a - g段分别接到单片机的-口，由单片机输出的P1口数据来决定段码值。17图3-6数码管显示电路蜂鸣器的发声主要用于对有抢答时的报警信号，以提示主持 人。蜂鸣器的发声由三极管放大电压、电流来驱动，其中三极管 的基集接单片机的口，以提供导通基集电流，从而经放大后达到 蜂鸣器的发声电压、电流。P2DW8 P2.1JW9 P2 仍 1口P2 c

26、m2 P2丽3P2&飙 U P2.7A1S图3-7报警电路4软件方案设计程序设计抢答器的程序初始化主要完成中断初始化，数码管显示初始 化。中断初始化主要是对主持人按键中断信号和抢答中断信号的 初始化，首先设置为主持人中断优先，抢答中断其后，即只有主 持人按下按键后才允许选手抢答。而对于数码管的初始化显示在 本课题中是使数码管全灭。初始化程序如下：MOV A,#7FH；初始化MOV PO,ASETB EA；CPU 开中断SETB EXI；开外部中断1SETB IT1；外部中断1设为电平触发方式CLR EXO；关外部中断0程序主要是用来处理主持人按键发出的抢答信号的显示和选 手抢答按键的允

27、许：在主持人按下按键后，使数码管显示。以示 意选手可以开始抢答，同时开外部中断0,即允许选手抢答中断。 同时，数码管显示。就说明主持人已经按下按键，所以在这里没 有调用键盘消抖延时程序。处理程序和流程图如下：SETB EXO；开外部中断0SETB ITO；外部中断。设为电平触发方式MOV A,#40HMOV P0,A；主持人按键显示段码送到P0显示RETI；中断返回总程序如下：ORG 000JMP BEGINTABLE:;共阴极数码管显示代码表DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H; 01234DB 6DH,7DH,07H,7FHDELAY:MOV R5, #20LOOP4:MOV R6

28、, #50LOOP5:MOV R7, #100DJNZ R7, $DJNZ 6, LOOP5DJNZ R5, LOOP4RETBEGIN: MOV P2, #OFFH;46789;延时20 X 20ms子程序;P2 口置高电平，准备接收信号MOV R4, #0MOV A, R4;“R4”的位标志值清零。;“R4”位标志值送A寄存AGAIN: MOV DPTR.#TABLE ;共阴极数码管代码表首址送MOV Pl, ALOOPl: MOV A, P3CPL AJZ LOOP1;接收P3 口的抢答信号。;抢答信号求反;如果没有抢答信号再返回MOVC A, ©A+DPTR ;取出显示“0”

29、的代码送P 口显示LOOP1LOOP2: RRCA;有抢答信号则逐次移动判断是那一位抢答INC R4JNC LOOP2MOV A, R4;每移一次位，R4位标志值加1如果没有遇到抢答信号返回LOOP1继续移位;遇到抢答信号把R4位标志的只送AMOVC A, ©A+DPTR;找到相应位的显示代码;送P1 口显示MOV Pl, ALOOP3:JNB , BEGIN;若主持人按了复位信号健则转向程序复位CPL;若没按复位信号键，则通过给出高低信号驱动蜂鸣器LCALL DELAY;调用延时程序SJMP LOOP3;口反复间隔秒变化，驱动蜂鸣器总电路仿真测试电路仿真模拟图如图4-1所示，当主持人开关置于“清零”位 置时，选手按下抢答键不会有任何作用，只有当主持人宣布抢答 开始，同时将主持人开关拨到“开始”位置时，选手方可开始抢 答，假设7号选手抢答成功，则数码管上显示“7”，同时蜂鸣器 响起提示已有选手抢答成功。山于X3的锁存效果，选手抢