单片机抢答器的设计与实现毕业设计

1、河南师范大学本科毕业论文 学号：单片机抢答器设计与实现学 院 名 称： 物理与信息工程学院 专 业 名 称： 电子信息工程 年 级 班 别： 06级 1班 姓 名： 王明磊 指 导 教 师： 董蕴华 2010 年 5 月 摘 要 设计可以实现抢答器功能的方式有多种,能够采用前期的模拟电路、数字电路或模拟与数字电路相结合的方式。近年来随着科技的飞速发展,单片机的应用正在不断深入,同时带动传统控制检测日新月异更新。本文介绍一种利用微电脑芯片作为核心部件进行逻辑控制及信号产生的多功能智力竞赛抢答器。利用单片机技术和C 语言编程实现4路抢答功能。关键词:C51；单片机;抢答器;设计AbstractIt

2、 has many kinds of method to realize the vying to answer first function ,may select the method which is the ear2lier period of analogous circuit ,the digital circuit or the simulation and the digital circuit unifies. In recent years along with the technical rapid development, the single chip applica

3、tion is moving towards thoroughly, at the same time leading the traditional control examination to change with each new day the update. This article introduces a kind of single chip technology and four groups multi purpose intelligence competitions vying to answer first the C language programming us

4、ing the microcomputer chip as the core part which the logical control and the signal produces which but designs.Keywords: C51; single chip microcomputer ; vying to answer first; design目录摘要 Abstract 第一章 绪论 21.1 单片机抢答器的背景 21.2 单片机抢答器意义 21.3 抢答器的应用 2第二章 整体设计方案 32.1 单片机的选择 32.2 单片机的基本结构3 2.3 单片机的存储器配置 5

5、 第三章 硬件设计 73.1 最小系统的设计 73.2 数码管显示电路 73.3 按键控制电路73.4 硬件电路图 8第四章 软件设计 9 4.1 抢答器系统软件设计的流程图 9 4.2 主程序 10 第五章 系统的仿真 13 5.1 proteus软件的介绍及使用 13 5.2 抢答器proteus软件的仿真16 第六章 调试功能说明 18 6.1 系统的调试 18 6.2 软件调试问题及解决 18 6.3 焊接的问题及解决 18 第七章 结束语 20 7.1 结论 20 7.2工作展望 20参考文献 21致谢 22第一章 绪论1.1 单片机抢答器的背景单片机的使用领域十分广泛，如智能仪表、

6、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词-“智能型”。1.2 单片机抢答器的意义本文介绍了单片机抢答器设计及工作原理，以及它的实际用途。系统工作原理本系统采用89C51单片机作为核心。控制系统的四个模块分别为：存储模块、显示模块、语音模块、抢答开关模块。该抢答器系统通过开关电路四个按键输入抢答信号， 利用一个数码管来完成显示功能。工作时，用按键通过开关电路输入各路的抢答信号，经单片机的处理， 输出控制信号，单片机控制的智能抢答器设计。1.3 抢答器的应用随着我国经济和文化事业的发展，在很多公开竞争场合要求有公正的

7、竞争裁决，诸如证券、股票交易及各种智力竞赛等,因此出现了抢答器。抢答器一般是由很多电路组成的，线路复杂，可靠性不高，功能也比较简单，特别是当抢答路数很多时，实现起来就更为困难。因此我们设计了以单片机为核心的新型智能的抢答器，在保留原始抢答器的基本功能的同时又增加了数码管显示电路实现了其它功能。抢答器又称为第一信号鉴别器，其主要应用于各种知识竞赛、文艺活动等场合。第二章 整体设计方案2.1 单片机的选择2.1.1 什么是单片机单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管它的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统。单片机是

8、将中央处理器，随机存储器。只读存储器，定时器芯片和I/O接口电路集成于一个芯片上的微控制器。2.1.2 单片机的应用单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。2.1.3 如何选择单片机在本课题中，我们选用现在较为流行的89C51系列单片机，即选用STC89C51。2.2 单片机的基本结构2.2.1 单片机的引脚分布及功能MCS-51系列单片机采用40Pin封装的双列直接DIP结构，右图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组

9、8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。图2-1为89C51引脚图。图2-1 STC89C51的引脚图Pin9:RESET/Vpd复位信号复用脚，当89C51通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器PC指向0000H，P0-P3输出口全部为高电平，堆栈指针写入07H，其它专用寄存器被清“0”。RESET由高电平下降为低电平后，系统即从0000H地址开始执行程序。然而，初始复位不改变RAM（包括工作寄存器R0-R7）的状态，89C51的初始态。89C51的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，见下图2-2。此外，RE

10、SET/Vpd还是一复用脚，Vcc掉电其间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部RAM的数据不丢失。 图2-2 复位电路和晶振电路图1、8位微处理器和控制器2、内部含有4KB的程序ROM。3、2个16位的计数/定时器。4、内部时钟振荡器5、全双工方式的串行接口（UART）种寻址方式。6、最高时钟振荡频率可达12MHZ，大部分指令执行时间为1?s，乘、除指令为4?s。2.2.2 信号引脚介绍：1.输入/输出口线2.ALE地址锁存控制信号3.在系统扩展时，ALE用于控制把 口输出的底8位地址送入锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的分时传送。此外由于ALE是以十二分之一晶振频率的固定频率输出的正脉

11、冲，因此可作为外部时钟或外部定时脉冲使用。4.外部程序存储器读选通信号5.在读外部ROM时 有效（低电平），以实现外部ROM单元的读操作6.访问程序存储器控制信号7.当信号为低电平时，对ROM的读操作限定在外部程序存储器；而当 信号为高电平时，则对ROM的读操作是从内部程序存储器开始，并可延续至外部程序存储8.RST 复位信号当输入的复位信号延续2个机器周期以上高电平时即为有效，用以完成单片机的复位操作。9.XTAL1和XTAL2外接晶体引线端当使用芯片内部时钟时，此二引线端用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。10.VSS地线11.VCC+5V 电源2.3 单

12、片机的存储器配置 图2-3 单片机的内部存储器配置从用户的角度存储器分3个逻辑地址空间：1. 片内外统一编址的64KB程序存储器地址空间0000HFFFFH即（a）图；2. 256B的片内数据存储器地址空间00HFFH（包括低128B的内部RAM地址00H7FH和高128B的特殊功能寄存器地址空间）即（b）图；3.64KB的外部数据存储器或扩展I/O接口地址空间0000HFFFFH如（c）图。4.画出RAM的组成RAM共有256个单元，按功能分为两部分低128单元（单元地址00H7FH）和高128单元（单元地址80HFFH）。其中高128单元是供给专用寄存器使用，因这些寄存器的功能已作为专门规

13、定故此称之为特殊功能寄存器SFR-11个SFR有位寻址作用，而且要说明低128单元是单片机的真正RAM存储器。表2.1为RAM的组成图30H7FH通用RAM区20H2FH位寻址区（00H7FH18H1FH工作寄存器3区（R7R0）10H17H工作寄存器2区（R7R0）08H0FH工作寄存器1区（R7R0）00H07H工作寄存器0区 (R7R0) 表2.1 RAM组成图5.低128单元是单片机的真正RAM存储器，按其用途划分为三个区域：通用寄存器区通用寄存器为CPU提供了就近数据存储的便利，有利于提高单片机的运算速度。此外，使用通用存储器还能提高程序编制的灵活性，因此在单片机的应用编程中应充分利

14、用这些寄存器，以简化程序设计，提高程序运行速度。位寻址区内部RAM的20H2FH单元，即可作为一般RAM单元使用，进行字节操作，也可以对单元中每一位进行位操作，因此把该区称之为位寻址区。工作寄存区用户存储数据的。第三章硬件设计3.1 单片机的最小系统最小系统由这三部分组成：电源、晶振电路、复位电路。图3-1单片机的最小系统3.2 数码管的显示电路LED显示器，实现七段数码管的显示三位十六进制数。来进行倒计时，即来限制抢答的时间。数码管的接法不同可分为共阴级接法和共阳级接法两种。图3-2数码管的接法3.3 按键控制电路在一些按键控制电路中,人机接口通常是LED显示器和小型按键。常见的工作方式有两

15、种:一是直接使用系统中的CPU对显示器进行动态显示和键盘检测；二是专用的显示、键盘芯片。但这两种方式存在着不能及时响应、价格较高等缺点。介绍了一种性价比高的显示/键盘电路的结构及工作原理。以ATMEL89C51系列单片机为核心构成的显示/键盘电路,它具有功能强、价格低廉等特点。按键可直接连接到STC89C51的P1口，这样其电路结构最为简单，工作时可使用中断方式，但使用STC89C51在不用扫描方式时最多只可以有8个按键，此次设计抢答器利用P1.0P1.3作为输入，由四个按键来控制单片机中的发光二极管即P1.4P1.7端口，当在P1.0的按键按下则对应的P1.4发光二极管亮，当在P1.1端口的

16、按键按下则对应的P1.5的发光二极管亮；依次如此。3.4 硬件电路图图3-3抢答器的proteus仿真图第四章 软件设计4.1 抢答器流程图 图4-1 抢答器主程序流程图图4-2 抢答器定时器中断流程图 图4-3 外部中断程序图4.2 主程序本次设计的主程序中包括时钟设计程序，定时器中断子程序，LED显示程序以及按键控制子程序，程序设计如下：#includesbit k0=P10;sbit k1=P11;sbit k2=P12;sbit k3=P13;sbit d0=P14;sbit d1=P15;sbit d2=P16;sbit d3=P17;sbit B0=P37;sbit l0=P20;

17、sbit l1=P22;sbit l2=P23;sbit l3=P24;sbit kz=P30;unsigned char qiangdanum=0x3f;unsigned char code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;unsigned char ge=0,shi=0;unsigned int num=0,time=0;void display(); /*显示函数*/void delay(unsigned int);main()TMOD=0X01; /*采用方式一，即十六位计数器*/TH0=(65536-50

18、000)/256; /*设置初始值*/TL0=(65536-50000)%256;IT0=0;EA=1;ET0=1; /*开启总中断源*/EX0=1; /*启动外部中断0*/while(1)display();if(kz=0)TR0=1; /*开启定时器0中断*/if(num=20) num=0;time+;if(time=60) /*60秒的计时*/time=0;void exter0() interrupt 0 /*外部中断程序*/EA=0;l0=0;if(k0=0) /*开关0按下*/d0=0;qiangdanum=1;B0=1; /* 1号选手抢答成功，数码管显示1，蜂鸣器响，第1个二

19、极管亮*/if(k1=0) /*开关1按下*/d1=0;qiangdanum=2;B0=1; /* 2号选手抢答成功，数码管显示2，蜂鸣器响，第2个二极管亮*/if(k2=0) /*开关2按下*/d2=0;qiangdanum=3;B0=1; /* 3号选手抢答成功，数码管显示3，蜂鸣器响，第3个二极管亮*/if(k3=0) /*开关3按下*/d3=0;qiangdanum=4;B0=1; /* 4号选手抢答成功，数码管显示4，蜂鸣器响，第4个二极管亮*/void time0() interrupt 1num+;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%2

20、56; /*1秒定时函数*/void delay(unsigned int z)unsigned int x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-); /*延迟函数*/void display(void)shi=time/10;ge=time%10;P2=0xef;P0=tablege;delay(5);P2=0xf7;P0=tableshi;delay(5);P2=0xFE;P0=tableqiangdanum;delay(5); /*显示函数：来显示0-60的计数*/第五章 系统的仿真5.1 proteus软件的介绍及使用5.1.1 什么是Proteus软件Pro

21、teus软件是Labcenter Electronics公司的一款电路设计与仿真软件，它包括ISIS、ARES等软件模块，能仿真大量的单片机芯片，比如MCS-51系列、PIC系列等等，以及单片机外围电路，比如按键、LED、数码管等等。5.1.2 怎样操作Proteus仿真软件图5-1 proteus 启动界面图如图中所示，区域为菜单及工具栏，区域为预览区，区域为元器件浏览区，区域为编辑窗口，区域为对象拾取区，区域为元器件调整工具栏，区域为运行工具条。下面就以建立一个和在Keil简介中所讲的工程项目相配套的Proteus工程为例来详细讲述Proteus的操作方法以及注意事项。首先点击启动界面区域

22、中的“P”按钮（Pick Devices，拾取元器件）来打开“Pick Devices”（拾取元器件）对话框从元件库中拾取所需的元器件。对话框如下图所示：图5-2 用proteus软件查找元器件在对话框中的“Keywords”里面输入要检索的元器件的关键词，比如要选择项目中使用的AT89C51，就可以直接输入。输入以后我们能够在中间的“Results”结果栏里面看到我们搜索的元器件的结果。在对话框的右侧，还能够看到选择的元器件的仿真模型、引脚以及PCB参数。搜索到所需的元器件以后，可以双击元器件名来将相应的元器件加入到文档中，那么接着还可以用相同的方法来搜索并加入其他的元器件。当将所需的元器件

23、全部加入到文档中时，点击“OK”按钮来完成元器件的添加。添加好元器件以后，下面所需要做的就是将元器件按照的需要连接成电路。首先在元器件浏览区中点击需要添加到文档中的元器件，这时就可以在浏览区看到所选择的元器件的形状与方向，如果其方向不符合你的要求，可以通过点击元器件调整工具栏中的工具来任意进行调整，调整完成之后在文档中单击并选定好需要放置的位置即可。接着按相同的操作即可完成所有元器件的布置，接下来是连线。布线时只需要单击选择起点，然后在需要转弯的地方单击一下，按照所需走线的方向移动鼠标到线的终点单击即可。布线的结果如下图所示： 图5-3 发光二极管发光原理图5.2 抢答器proteus软件的仿

24、真绘制抢答器的软件仿真图步骤分一下四步：（1）查找所需要的元器件；（2）根据电路图进行连线；（3）写出线条所对应的坐标，即下图所示的P1.1等坐标；（4）下载所写完的C程序即可以仿真。通过以上步骤，来实现抢答器设计的仿真实现，仿真如下图所示： 图5-5 抢答器的proteus仿真图第六章 调试功能说明6.1 系统的调试系统调试包括硬件调试和软件调试，而且两者是密不可分的。6.2 软件调试问题及解决1、 总调，即应用软件的链接调试，程序固化，软、硬件结合的应用系统软硬件联合仿真系统由一个硬件执行环境和一个软件执行环境组成，通常软件环境和硬件环境都有自己的除错和控制界面，Keil与Proteus的

25、整合调试可以实现系统的总调，在该系统中，Keil作为软件调试界面，Proteus作为硬件仿真和调试界面。1、安装keil 与 proteus。2、把安装proteus MODELS目录下 VDM51.dll文件复制到Keil安装目录的 C51BIN目录中。3、修改keil安装目录下 Tools.ini文件，在C51字段加入TDRV5=BINVDM51.DLL (Proteus VSM Monitor-51 Driver),保存。4、打开proteus，画出相应电路，在proteus的debug菜单中选中use remote debug monitor 5、在keil中编写C语言程序6、进入KE

26、IL的project菜单option for target 工程名。在DEBUG选项中右栏上部的下拉菜单选中 Proteus VSM Monitor-51 Driver。7、在keil中进行debug吧，同时在proteus中查看直观的结果（如LCD显示）这样就可以像使用仿真器一样调。6.3 焊接的问题及解决一般来说，造成硬件问题的首要问题就是焊接了，也就是说焊接的好与坏直接响产品的正常运行。造成焊接质量不高的常见原因是:焊锡用量过多,形成焊点的锡堆积；焊锡过少,不足以包裹焊点。冷焊。焊接时烙铁温度过低或加热时间不足,焊锡未完全熔化、浸润、焊锡表面不光亮(不光滑),有细小裂纹(如同豆腐渣一样!

27、)。夹松香焊接,焊锡与元器件或印刷板之间夹杂着一层松香,造成电连接不良。若夹杂加热不足的松香,则焊点下有一层黄褐色松香膜；若加热温度太高,则焊点下有一层碳化松香的黑色膜。对于有加热不足的松香膜的情况,可以用烙铁进行补焊。对于已形成黑膜的,则要吃净焊锡,清洁被焊元器件或印刷板表面,重新进行焊接才行。焊锡连桥。指焊锡量过多,造成元器件的焊点之间短路。这在对超小元器件及细小印刷电路板进行焊接时要尤为注意。焊剂过量,焊点明围松香残渣很多。当少量松香残留时,可以用电烙铁再轻轻加热一下,让松香挥发掉,也可以用蘸有无水酒精的棉球,擦去多余的松香或焊剂。焊点表面的焊锡形成尖锐的突尖。这多是由于加热温度不足或焊

28、剂过少,以及烙铁离开焊点时角度不当浩成的内。最小系统的电路不工作，首先应该确认电源电压是否正常。用电压表测量接地引脚跟电源引脚之间的电压，看是否符合电源电压，常用的是5V左右。接下来就是检测复位引脚的电压是否正常，EA引脚的电压要正常为5V左右。第七章 结束语7.1结论经过近几个月的努力,在老师和同学的商讨和帮助下,我较好的完成了设计任务，通过此次课程设计，我重新认识到了自学的重要性，以及学以致用的道理。我在图书馆查阅了大量的资料，同时也认识到了图书馆的重要作用。通过此次的抢答器的设计，让我重新拾起了以前所学习的电子知识，及我觉得此次设计让我更加巩固了所学的知识并在设计的过程中学会了与时俱进，

29、克服了编程的枯燥感，让我受益匪浅。在学习单片机这门课程的时候，我们应该好好笔记，课下好好的做练习题才能把C程序设计灵活的运用到单片机程序的设计上，在单片机这门课程的学习上，我们应该知道一种常用的仿真软件proteus软件，可以让你我们更为清晰的掌握STC89C51系列的实际应用上的设计。在今后的学习过程中，应该多到图书馆看一些专业方面的书籍，以丰富自己的知识。也使我加深了对单片机及接口技术的理解和应用，由于知识水平的局限，设计中可能会存在着一些不足，我真诚的接受老师和同学的批评和指正。72展望经过一个月的毕业设计，我深刻明白了理论知识与社会实践相结合的道理，也得到了以前书本知识所不曾得到的知识

30、，更加明白了如今信息时代电子技能知识的重要性。本设计增强了我对单片机、C语言等技能方面的认识，掌握了分析、处理问题的方法、逻辑思维能力等基本技能的训练，具有了一定程度的实际工作能力。面对如此激烈的市场竞争体系，只有努力掌握好单片机知识方可在竞争中立于不败之地，我对从事电子设计、C语言编程和研究产生了浓厚的兴趣。希望自己以后能通过自己的不懈努力取得更大的进步。从上述单片机计术的发展现状与趋势来看，可以认为单片机又一次进入了蓬勃发展的新高潮。而这一次发展高潮涉及的范围更广，技术更新更难，影响力和影响面也更宽，势必对整个信息产业产生更加深远的影响，也将对下一世纪的社会经济发展产生巨大影响，值得密切注视和研究。参考文献1张立科.单片机典型模块设计实例导航M北京：人民邮电出版社,2004.第