单片机课程八路抢答器设计1

1、单片机课程设计题目名称：   八路抢答器       指导老师：     潘晓明   组员名字：  农 明 实     韦 宁 辉 黄 兰 班   级： 应用电子技术091班   单片机八路抢答器设计 摘 要本设计是以八路抢答为基本理念。考虑到依需设定限时回答的功能，利用AT89C51单片机及外围接口实现的抢答系统，利用单片机的定时器/计数器定时和记数的原理，将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够正确地进行计时，同时

2、使数码管能够正确地显示时间，用开关做键盘输出。一、 设计任务与要求 （一）、任务：设计并制作一个抢答器电路。其原理示意图如下：显示清除按 键 抢答器电路声 音 提 示开始按 键抢答按键 8抢答按键 2抢答按键 1（二）、要求1、基本要求：制作一套八路抢答器，先抢答者有效。当主持人按下“开始”按键后抢答有效，当有抢答人按下按键，抢答成功，只显示第一个抢答成功的抢答者。抢答成功后，主持人按下“清除”按键后可清除上次显示的抢答者。（1）具有8路抢答输入，输入方式可用开关或按键。（2）具有清除功能，方式不限。（3）能显示抢答成功者的状态。2、发挥部分（1）只能使用按键作为抢答键。（2）清除功能不得通过

3、关闭电源方式实现。（3）显示成功抢答者的序号。二、方案设计与论证 方案：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。STC-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>单片机有一般电脑所必须的器件，如三

4、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。三、硬件电路设计1、 抢答器的电路框图     如图1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

5、、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。图2为电路接口电路图1抢答器框图图2抢答电路的接口电路2、单元电路设计(1)抢答器电路参考电路如图2所示。该电路完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号；二是禁止其他选手按键操作无效。如有再次抢答需由主持人按下,“清除”然后再进行下一次按键。(2)时序控制电路设计时序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，抢答电路和定时电路进人正常抢答工作状态。 B.当参赛选手按动抢答键时

6、，扬声器发声，抢答电路和定时电路停止工作。(3)复位电路的设计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、报警电路设计报警电路用

7、于报警，当遇到报警信号时，发出警报。一般喇叭是一种电感性图4报警电路图。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。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。如果再次抢答必须由主持人再次按“清除”和"开始"状态开关。图4是数字抢答器的报警电路图。四、软件设计1、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。主持人发布抢答命令按下开始按键，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，马上关闭T0

8、、调用显示程序、封锁键盘。（1）主程序流程图主程序设置抢答时间和回答时间定时器及并口初始化将时间计数器启动值为1 开中断并口数据为0吗？ Yes启动标志为1 吗？判断抢答组号判断哪一组为抢答组 No Yes将抢答组号送显显示抢答时间到了吗？ 输出抢答超时 No继续抢答比赛吗？ Yes 系统返回 No2、主程序清单OK EQU 20H;抢答开始标志位RING EQU 22H;响铃标志位ORG 0000HAJMP MAINORG 000BHAJMP T0INTORG 001BHAJMP T1INTORG 0040HMAIN: MOV R1,#30;初设抢答时间为30sMOV R2,#60;初设答题

9、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000.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

10、开始抢答时候显示000JB 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 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 P

11、1.0,FALSE1JNB P1.1,FALSE2JNB P1.2,FALSE3JNB P1.3,FALSE4JNB P1.4,FALSE5JNB P1.5,FALSE6JNB P1.6,FALSE7JNB 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,#06H

12、AJMP ERRORFALSE7: MOV R3,#07HAJMP ERRORFALSE8: MOV R3,#08HAJMP ERROR;=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,#3CHMOV 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

13、(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&qu

14、ot;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,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

15、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,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 OKAJ

16、MP 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 C

17、OUNTTRUE8: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,FLASH;0.3s向下运行->灭并停响CLR RINGMOV R3,#0AHMOV R4,#0AHMOV R5,#0AH;三灯全灭AJMP CHECK1FLASH: CJNE A,#0CH,CHECK1;下面是0.8s的情况,响并显示号数并清R0,重新计SETB

18、RINGMOV R0,#00HMOV R3,34H;取回号数MOV R5,#0BHMOV R4,#0BH;显示00和号数AJMP CHECK1CHECK1: JNB P3.1,QUIT1ACALL DISPLAYAJMP HEREQUIT1: CLR RINGCLR OKAJMP START;=显示程序=DISPLAY:MOV DPTR,#DAT1;查表显示程序,利用P0口做段选码口输出/P2低三位做位选码输出,MOV A,R3MOVC A,A+DPTRMOV P2,#0feHMOV P0,AACALL DELAY2MOV DPTR,#DAT2MOV A,R5MOVC A,A+DPTRMOV

19、P2,#0fdHMOV P0,AACALL DELAY2MOV A,R4MOVC A,A+DPTRMOV P2,#0fbHMOV P0,AACALL DELAY2RETDAT1:DB 00h,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,3FH;"灭","1","2","3","4","5","6","7","8","9","灭","

20、0"DAT2:DB 3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,3FH;第一个为零,其他与上相同,因为十位如果为零显示熄灭;=加减时间延时(起到不会按下就加N个数)=DELAY1: MOV 35H,#08HLOOP0: ACALL DISPLAYDJNZ 35H,LOOP0RET;=延时4236个机器周期(去抖动用到)=DELAY: MOV 32H,#12HLOOP: MOV 33H,#0AFHLOOP1: DJNZ 33H,LOOP1DJNZ 32H,LOOPRET;=延时4236个机器周期(显示用到)=DELAY2: MOV 32H,#

21、43HLOOP3: MOV 33H,#1EHMOV A,R7 ;每隔6070个机器周期读一次P1口,全为1时为无效数据,继续读,有一个不为1时,转到正常抢答处理JNZ AAAA1 ;没读到有效数据时继续转到AAAA1LOOP2: DJNZ 33H,LOOP2DJNZ 32H,LOOP3RET;=读抢答按键数据口程序=;由于在读抢答数据口的时候，单片机首先进入倒计时程序，再调用显示程序，最后才检测按键口;然而在检测按键口时动态扫描要调用三次(4ms)延时程序.这样就会导致读数据口出现滞后,造成1号优先最高.8号最低.;故采用在延时子程序中加了读数据口程序.保证了灵敏度和可靠性AAAA1: MOV

22、 A,P1CJNE A,#0FFH,AA1 ;当不全为1时的数据为有效数据AA0: MOV 36H,A ;将有效数据送到36H暂存AJMP LOOP2AA1: DEC R7AJMP AA0;=发声程序=BARK: SETB RINGACALL DELAY1ACALL DELAY1CLR RING;按键发声RET;=TO溢出中断(响铃程序)=T0INT: MOV TH0,#0ECHMOV TL0,#0FFHJNB RING,OUT;CPL P3.6;RING标志位为1时候P3.6口不短取反使喇叭发出一定频率的声音OUT: RETI;=T1溢出中断(计时程序)=T1INT: MOV TH1,#3CHMOV TL1,#0B0HINC R0RETIEND五、仿真过程与仿真结果1、Proteus仿真做好的Proteus仿真图如下：抢答30秒倒计时显示：上述两图是在proteus的开始显示和30 秒倒计时的仿真图，接上电源开始显示000,。用DXP连接原理图如下： 通过仿真可知，仿真结果完全符合设计要求。六、安装与调试制作PCB电路板流程：打印PCB裁剪覆铜板转印到铜