课程设计报告抢答器的设计

1、 电气与电子信息工程学院单片机应用系统设计与制作设计题目： 抢答器的设计 专业班级： 电气自动化技术2011级（1）班 学号： 2 姓 名： 陈俊清 指导教师： 陶彪 李玉平 设计时间： 2013/5/132013/5/25 设计地点： K2306 单片机应用系统设计与制作课程设计成绩评定表姓 名陈俊清学 号2专业班级电气自动化技术2011级（1）班课程设计题目：八位抢答器的设计与制作课程设计答辩或质疑记录：1、如何对按钮的信号进行检索? 有两种方法可进行选择：<1>当有按键按下时，与被按键相连的I/O线将得到低电平输入，其他按键的输入线均为高电平，经过消除抖动后，逐个搜索P1.0

2、P1.7判断是哪个按键被按下。此方占用系统资源效率低不采用。<2>通过中断方式处理键盘，在中断服务程序中先消除抖动，再对各键进行查询，找到按键，转到相应的处理程序中。系统资源占用少，精确，不易出错，本次试验采用这种方法。2、如何用数码管显示数据？ 利用P0口做段选码口输出/P2低三位做位选码输出，并且而通过查表的方式来输出所要显示的数剧成绩评定依据：实物制作（20）：课程设计考勤情况（10）：课程设计答辩情况（20）：完成设计任务及报告规范性（50）：最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定） 指导教师签字： 年 月 日目录第一部分 课程设计任务书1、课程设计任务书·

3、············································3 第二部分 课程设计 一、方案论证 1、设计任务与要求·&#

4、183;············································5 2、方案论证····

5、················································5二、硬件设计 1、复位

6、电路·················································

7、3;··6 2、稳压电源电路··············································

8、··7 3、外部震荡电路··············································&#

9、183;·7 4、报警电路···············································

10、·····8 5、选手抢答电路···········································&#

11、183;····9 6、时间调整电路···········································

12、3;····9 7、显示与显示驱动电路·········································10三、设计框图 1、抢答器电

13、路框图·············································10 2、系统主程序设计··

14、83;··········································11四、设计电路图 1、总电路·····

15、················································13五、软件仿真 1、k

16、eil程序仿真···············································14 2、protue

17、s仿真················································14六、实物图 1

18、、启动电路·················································&

19、#183;·19 2、抢答计时··············································

20、3;····20 3、一号选手抢答············································

21、;···21 4、四号选手违规抢答···········································22七、总结 1、实

22、验总结·················································

23、83;·23八、附录 1、参考文献··············································&#

24、183;····23 2、程序············································&

25、#183;··········24 3、元件清单·····································

26、3;·············29第一部分 课程设计任务书 2012 2013 学年第2学期学生姓名： 陈俊清 专业班级：电气自动化技术2011级（1）班 指导教师： 陶彪 工作部门： 电气学院基础教研室 一、课程设计题目： 单片机应用系统设计与制作 1. 简易心率检测仪6. 遥控开关2. 电子时钟的设计7. 抢答器的设计3. 跑马灯的控制设计8. 交通信号灯的控制设计4. 数字式温度计设计9. 多路数据采集系统5. 数字式电压表设计10自选二、课程设计内容 1.

27、根据具体设计课题的技术指标和给定条件，以单片机为核心器件，能独立而正确地进行方案论证和电路设计，要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整； 2. 熟悉、掌握各种外围接口电路芯片的工作原理和控制方法； 3. 熟练使用单片机汇编语言进行软件设计； 4. 熟练使用Proteus、Keil软件进行仿真电路测试； 5. 熟练使用Protel软件设计印刷电路板； 6. 学会查阅有关参考资料和手册，并能正确选择有关元器件和参数； 7. 编写设计说明书，参考毕业设计论文格式撰写设计报告。注：详细要求和技术指标见附录。三、进度安排1时间安排序 号内 容学时安排（天）1方案论证和总体设计22硬件设计23软件设计

28、24仿真测试及PCB设计15撰写和打印设计报告1合 计10设计指导答辩地点：K2306仿真实验室2执行要求单片机应用系统设计与制作多个选题，每组不超过6人，为避免雷同，在设计中每个同学所采用的方案不能一样。四、基本要求（1）根据要求确定系统设计方案；（2）绘制系统框图、系统原理总图，印刷电路板图，列出元器件明细表；（3）计算电路参数和选择元器件，画出软件框图，列出程序清单；（4）仿真，测试与修改调整；（5）误差分析与调整；（6）写出使用说明书；（7）对设计进行全面总结，写出课程设计报告。五、课程设计考核办法与成绩评定根据过程、报告、答辩等确定设计成绩，成绩分优、良、中、及格、不及格五等。评定项

29、目基本内涵分值设计过程考勤10分答 辩回答问题情况20分实物测试正常无故障运行20分设计报告完成设计任务、报告规范性等情况50分90100分：优；8089分：良；7079分：中；6069分，及格；60分以下：不及格第二部分 课程设计一、 方案论证1、设计任务与要求1、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S0 S8表示。2、设置一个系统确定和抢答控制开关S，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。4、抢答器具有定时

30、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"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。5、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，并保持到主持人将系统清除为止。6、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 。2.设计方案与论证方案一:系统各部分采用中小规模集成数字电路，用机械开关按钮作为控制开关，完成抢答输入信号的触发。该方案的特点是中小规模集成电路应用技术成熟，性能可靠，能方便地完成选手抢答的基本功能，但是由于系统

31、功能要求较高，所以电路连接集成电路相对较多，而且过于复杂，并且制作过程工序比较烦琐，使用不太方便。方案二:该系统采用51系列单片机AT89C51作为控制核心，该系统可以完成运算控制、信号识别以及显示功能的实现。由于用了单片机，使其技术比较成熟，应用起来方便、简单并且单片机周围的辅助电路也比较少，便于控制和实现。整个系统具有极其灵活的可编程性，能方便地对系统进行功能的扩张和更改。MCS-51单片机特点如下：<1>可靠性好：单片机按照工业控制要求设计，抵抗工业噪声干扰优于一般的CPU，程序指令和数据都可以写在ROM里，许多信号通道都在同一芯片，因此可靠性高，易扩充。<2>单

32、片机有一般电脑所必须的器件，如三态双向总线，串并行的输入及输出引脚，可扩充为各种规模的微电脑系统。<3> 控制功能强：单片机指令除了输入输出指令，逻辑判断指令外还有更丰富的条件分支跳跃指令。方案比较及其选用依据，显然方案二比方案一简单的多，不但从性能上优于方案一，而且在使用上及其功能的实现上都较方案一简洁，并且由于单片机具有优越的高集成电路性，使其工作速度更快、效率更高。另外80C51单片机采用12MHz的晶振，提高了信号的测量精度，并且使该系统可以通过软件改进来扩张功能。而方案一采用了中小规模集成电路，有其复杂的电路性能，从而可能会使信号的输入输出产生延时及不必要的误差。依此依据

33、选择方案二比较适合。二、 硬件电路设计1、复位电路外部中断和内部中断并存，单片机硬件复位端，只要持续4个机器周期的高电平即可实现复位，硬件复位后的各状态可知寄存器以及存储器的值都恢复到了初始值，因为本设计中功能中有倒计时时间的记忆功能，所以不能对单片机进行硬件复位，只能用软件复位，软件复位实际上就是当程序执行完之后，将程序通过一条跳转指令让它完成复位。复位电路如下图示：2、稳压电源电路首先利用220v用220V12V的变压器降压，再用桥式整流。在电源电路中，整流电路将交流变成脉动的直流，而在整流电路之后接入一个较大容量的电解电容（470uf），利用其充放电特性，使整流后的脉动直流电压变成相对比

34、较稳定的直流电压。在实际中，为了防止电路各部分供电电压因负载变化而产生变化，所以在电源的输出端及负载的电源输入端一般接有数十至数百微法的电解电容由于大容量的电解电容一般具有一定的电感，对高频及脉冲干扰信号不能有效地滤除，故在其两端并联了一只容量为0.001-0.lpF的电容，以滤除高频及脉冲干扰然后并接一个0.1uF的小电容然后输入的7805的1脚、7805的2脚接地、78L05的3脚输出，加一个0.1uF的电容到地，这就可以了。本次设计没有用稳压电源而是用4枚1.2V电池充当电源。稳压电源电路如下图所示：3、外部震荡电路外部震荡电路单片机必须在AT89C51的驱动下才能工作，在单片机内部有一

35、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，外部震荡电路如下图：4、报警电路报警电路用于报警，当遇到报警信号时，发出警报。8951驱动喇叭的信号为各种频率的脉冲。因此，最简单的喇叭驱动方式就是利用达林顿晶体管，或者以两个常用的小晶体管连接成达林顿架势。在右图中电阻R为限流电阻，在此利用晶体管的高电流增益，以达到电路快速饱和的目的。不过，如果要由P0输出到此电路，还需要连接一个10K的上拉电阻。选手在设定的时间内抢答时，实现：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

36、作"确定"和"开始"状态开关。报警电路如下图所示：5、选手抢答电路89C51的P1口做一个为选手抢答的输入按键引脚，P1.0至P1.7轮流输出低电位，给每一个选手编号1至8，当选手按下按钮时，P1口个端口的电平变化从P1口输入，经单片机处理后从P0输出由数码管显示抢答者编号。抢答电路如图所示:6、时间调整电路 利用89C51的P3.2-P3.5口作为抢答和回答时间的调整电路，抢答时间存放在寄存器R1中，回答时间存放在R2中。通过设置定时方式将P3.2-P3.5的触发设置为低电平触发，通过中断来调整时间。时间调整电路如图所示：7、显示与显示驱动电路此电路包

37、括显示和驱动，显示采用数码管，驱动用P2口， 违规者编号、抢答30秒倒计时、正常抢答者编号和回答问题时间60秒倒计时，数码管采用动态显示。驱动电路P2口，查询显示程序利用P0口做段选码口输出P2低3位做位选码输出，当为低电平则能驱动数码管使其显示数字。在+5V电压下接10k的电阻，保证正常压降。显示与显示驱动电路如图所示：三、设计框图1、抢答器电路框图其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到“确定”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；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、

38、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、确定"状态开关。系统框图如图所示：抢答按扭优先编码电路锁存器译码电路译码显示主持人控制开关控制电路报警电路秒脉冲产生电路定时电路译码电路2、系统主程序设计为了能够达到抢答的公平、公正、合理，应该在主持人发布抢答命令之前必须先设定抢答的时间，因而在编开始抢答前的程序得先编写设定时间的程序，当时间设好了之后，主持人发布抢答命令按下P1.7按键，程序开始打开定时中断开始倒计时，然后调用键盘扫描子程序，编写键盘扫描程序。当在扫描到有人按下了答题键，马

39、上关闭T0、调用显示程序、封锁键盘。主程序的流程图如下图所示：主程序显示电路设置抢答时间和回答问题时间定时器及并行口初始化将时间计数器及启动标志值1开中断采并行口数据为0吗？启动标志=1吗？判断抢答组号将抢答组发光二极管点亮判断哪一组为抢答组将抢答组号送显示抢答时间到了吗？输出响铃信号提示超时继续抢答比赛吗？系统返回NYYYNYN四、设计电路图1、总电路图五、软件仿真1、keil仿真2、protues仿真<1>接通电路<2>开始抢答<3>一号选手抢答<4>4号选手违规抢答六、实物图1、启动电路2、抢答计时3、一号选手抢答4、四号选手违规抢答七、总

40、结1、实验小结 为期两周的单片机课程设计即将结束，我们的作品也随着即将完成。看到自己最终的劳动成果，心中落下了圆满的句号。单片机是一门综合性质比较强的科目，要学好单片机，首先要有较强的逻辑思维，然后就是要掌握单片机的核心编程。单片机的很多控制作用都是通过程序来完成的，所以好的作品离不开好的程序，好的程序离不开好的程序编译者。当然，单片机所涉及的范围也很广，除了一些基本的微型计算机的知识外，还有电路电子、数电、模电等相关电路知识。因此想掌握好的单片机我们必须花足够的时间和精力。在确定方案，编写程序花了很大的功夫，平时也只编一编小的程序，这么产长的程序也是第一次编写。查资料，上网用了各种办法才将程

41、序弄出来。期间利用keil和protues多次调试。将程序与电路的作用相结合。在制作实物的时候也花费了大量的时间。经过这次课程设计让我对单片机有了更深的了解，同时也明白了没有一件事是简单的，但是没有一件事会很难，只要努力钻研任何问题都不是问题。八、附录1、参考文献1陈志旺 李亮等. 51单片机快速上手 机械工业出版社2朱清慧等. proteus教程 清华大学出版社、3李全利. 单片机原理及接口技术 高等教育出版社4 电气与电子信息工程学院.单片机实验指导书5韩志军等.单片机应用系统设计入门向导与设计实例.北京：机械工业出版社6皮大能等. 单片机课程设计指导书. 北京：北京理工大学出版社2、程序

42、30 / 31文档可自由编辑打印OK EQU 20H;抢答开始标志位RING EQU 22H;响铃标志位ORG 0000HAJMP MAINORG 0003HAJMP INT0SUBORG 000BHAJMP T0INTORG 0013HAJMP INT1SUBORG 001BHAJMP T1INTORG 0040HMAIN: MOV R1,#30;初设抢答时间为30sMOV R2,#60;初设答题时间为60sMOV TMOD,#11H;设置未定时器/模式1MOV TH0,#0F0HMOV TL0,#0FFH;越高发声频率越高,越尖MOV TH1,#3CHMOV TL1,#0B0H;50ms为

43、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FFF.如果想重新计数,重置TH1/TL1就可以了;=查询程序=START: MOV R5,#0BHMOV R4,#0BHMOV R3,#0BHACALL DISPLAY;未开始抢答时候显示FFFJB P3.0,NEXT;dddddddACALL DELAYJB P3.0,NEXT;去抖动,如果"开始键"按下就向下执行,否者跳到非法抢答查询ACALL

44、 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,用于COUNT只程序中判断是否查询抢答MOV R7,#01H ;读抢答键数据信号标志，这里表示只读一次有用信号MOV R3,#0AH;抢答只显示计时,灭号数AJMP COUNT;进入倒计时程序,"查询有效抢答的程序"在COUNT里面NEXT: JNB P1.0,FALSE1JNB P1.1,FALSE2JNB P1.2,FALSE3JNB P1.3,FALSE4JNB P1.4,FALSE5JNB P1.5,FALSE6JNB P1.6,FALSE

45、7JNB P1.7,FALSE8AJMP START;=非法抢答处理程序=FALSE1: MOV R3,#01HAJMP ERRORFALSE2: MOV R3,#02HAJMP ERRORFALSE3: MOV R3,#03HAJMP ERRORFALSE4: MOV R3,#04HAJMP ERRORFALSE5: MOV R3,#05HAJMP ERRORFALSE6: MOV R3,#06HAJMP ERRORFALSE7: MOV R3,#07HAJMP ERRORFALSE8: MOV R3,#08HAJMP ERROR;=INT0(抢答时间R1调整程序)=INT0SUB:MOV

46、A,R1MOV B,#0AHDIV ABMOV R5,AMOV R4,BMOV R3,#0AHACALL DISPLAY;先在两个时间LED上显示R1JNB P3.4,INC0;P3.4为+1s键,如按下跳到INCOJNB P3.5,DEC0;P3.5为-1s键,如按下跳到DECOJNB P3.1,BACK0;P3.1为确定键,如按下跳到BACKOAJMP INT0SUBINC0: MOV A,R1CJNE A,#63H,ADD0;如果不是99,R2加1,如果加到99,R1就置0，重新加起。MOV R1,#00HACALL DELAY1AJMP INT0SUBADD0: INC R1ACALL

47、 DELAY1AJMP INT0SUBDEC0: MOV A,R1JZ SETR1;如果R1为0, R1就置99，DEC R1ACALL DELAY1AJMP INT0SUBSETR1: MOV R1,#63HACALL DELAY1AJMP INT0SUBBACK0: RETI;=INT1(回答时间R2调整程序)=INT1SUB:MOV A,R2MOV B,#0AHDIV ABMOV R5,AMOV R4,BMOV R3,#0AHACALL DISPLAYJNB P3.4,INC1JNB P3.5,DEC1JNB P3.1,BACK1AJMP INT1SUBINC1: MOV A,R2CJN

48、E A,#63H,ADD1MOV R2,#00HACALL DELAY1AJMP INT1SUBADD1: INC R2ACALL DELAY1AJMP INT1SUBDEC1: MOV A,R2JZ SETR2DEC R2ACALL DELAY1AJMP INT1SUBSETR2: MOV R2,#63HACALL DELAY1AJMP INT1SUBBACK1: RETI;=倒计时程序(抢答倒计时和回答倒计时都跳到改程序)=REPEAT:MOV A,R2 ;使用锦囊时重新计时MOV R6,ACLR RINGCOUNT: MOV R0,#00H;重置定时器中断次数MOV TH1,#3CHMO

49、V TL1,#0B0H;重置定时器RECOUNT:MOV A,R6;R6保存了倒计时的时间,之前先将抢答时间或回答时间给R6MOV B,#0AHDIV AB;除十分出个位/十位MOV 30H,A;十位存于(30H)MOV 31H,B;个位存于(31H)MOV R5,30H;取十位MOV R4,31H;取个位MOV A,R6SUBB A,#07HJNC LARGER;大于5s跳到LARGER,小于等于5s会提醒MOV A,R0CJNE A,#0AH,FULL;1s中0.5s向下运行CLR RINGAJMP CHECKFULL: CJNE A,#14H,CHECK;下面是1s的情况,响并显示号数并

50、清R0,重新计SETB RINGMOV A,R6JZ QUIT;计时完毕MOV R0,#00HDEC R6;一秒标志减1AJMP CHECKLARGER: MOV A,R0CJNE A,#14H,CHECK;如果1s向下运行,否者跳到查"停/显示"DEC R6;计时一秒R6自动减1MOV R0,#00HCHECK: JNB P3.1,QUIT;如按下停止键退出JNB OK,CHECKK ;只在回答倒计时才有效AJMP NEXTTCHECKK:JNB P3.0,REPEAT ;判断是否使用锦囊NEXTT: ACALL DISPLAYJB OK,ACCOUT;如果是抢答倒计时,

51、如是则查询抢答,否者跳过查询继续倒数(这里起到锁抢答作用)AJMP RECOUNTACCOUT:MOV A,36HJNB ACC.0,TRUE1JNB ACC.1,TRUE2JNB ACC.2,TRUE3JNB ACC.3,TRUE4JNB ACC.4,TRUE5JNB ACC.5,TRUE6JNB ACC.6,TZ1JNB ACC.7,TZ2AJMP RECOUNTTZ1:JMP TRUE7TZ2:JMP TRUE8QUIT: CLR OK;如果按下了"停止键"执行的程序CLR RINGAJMP START;=正常抢答处理程序=TRUE1: ACALL BARKMOV A

52、,R2MOV R6,A;抢答时间R2送R6MOV R3,#01HCLR OK;因为答题的计时不再查询抢答,所以就锁了抢答AJMP COUNTTRUE2:ACALL BARKMOV A,R2MOV R6,AMOV R3,#02HCLR OKAJMP COUNTTRUE3:ACALL BARKMOV A,R2MOV R6,AMOV R3,#03HCLR OKAJMP COUNTTRUE4:ACALL BARKMOV A,R2MOV R6,AMOV R3,#04HCLR OKAJMP COUNTTRUE5:ACALL BARKMOV A,R2MOV R6,AMOV R3,#05HCLR OKAJMP COUNTTRUE6: ACALL BARKMOV A,R2MOV R6,AMOV R3,#06HCLR OKAJMP COUNTTRUE7:ACALL BARKMOV A,R2MOV R6,AMOV R3,#07HCLR OKAJMP COUNTTRUE8:ACALL BARKMOV A,R2MOV R6,AMOV R3,#08HCLR OKAJMP COUNT;=犯规抢答程序=ERROR: MOV R0,#00HMOV TH1,#3CHMOV TL1,#0B0HMOV 34H,R3;犯规号数暂存与(34H)HERE: MOV A,R0CJNE A,#06H,FL