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1、 烟台大学51 单片机 课程设计说明书课题：八路抢答器学生姓名：王志林学号：201056501312院系：机电汽车工程学院指导老师：姜风国同组成员：张凤礼、张体栋、程事业、范光科2013 年 06 月 05 日目录1 设计任务.212 系统总体方案.23 硬件设计.33.1 控制系统所需硬件.33.2 硬件原理介绍.44 软件设计.64.1 软件总体设计.64.2 程序流程图.75 软件仿真. .95.1 Keil 软件.95.2 在 Proteus 软件.96 小结.10附 1：源程序代码.11附 2：参考文献 .181 .设计任务本设计要求学生结合现有的实际条件，以 51 单片机为控制核心
2、，设计一个8 路智能抢答器。要求实现以下功能：1) 有一主持人和 8 个参赛队员2) 当主持人按下抢答按键，参赛队员在 10 秒内可以抢答，并且抢答器开2始倒计时。剩余 5 秒时，如果仍无人抢答，则系统每 1s 报警一次。如超出 10秒则不能抢答；如抢答成功，则显示抢答队号。3) 抢答成功则需在 60 秒内回答完成，如超出时间则抢答无效，显示无效指示。如果 60 秒完成回答，则抢答成功，显示有效。剩余 5 秒时，如果仍无人回答，则系统每 1s 报警一次。4) 当主持人按下复位键时，系统回到初始状态。5) 倒计时期间，如果主持人想终止倒计时，可以按下“停止”按键，系统会自动进入准备状态。主要硬件
3、设备：AT89C51 单片机，8 输入 3 态缓冲器/线驱动器 74LS244,六反相驱动器 7404，共阳极 LED 数码管等，12MHZ 晶振，74LS04 反相器，手动开关，按键若干，报警喇叭。2.系统总体方案2.1 整体方案设计该智能抢答器以 AT89C51 单片机为控制核心，控制精度较高，操作误差主要来自晶振自身所造成的误差。其他外围电路包括复位电路，时钟电路，报警电路，LED 显示电路，抢答按键等。该智能抢答器具有计时记忆功能，一次时间设置完，复位后不需重新进行时间设定；通过按键扫描输出按键信息，并通过单片机将它转化为在七段数码管上显示的字符型。单片机的 P1 口为 8 组抢答按键
4、的输入口，P0.0P0.6 为数码管的段选口，P2.0P2,2 为数码管的片选口。P3.6 为报警电路的控制口。智能抢答器的整体方案设计图如下所示。智能抢答器的整体方案设计图33.硬件设计3.1 硬件总体设计 1）控制系统主要由单片机应用电路、存储器接口电路、显示接口电路组成。其中单片机 AT89C51 是系统工作的核心，它主要负责控制各个部分协调工作.2）硬件组成及所需元件：该系统的核心器件是 AT89C51。在其外围接上复位电路、上拉电阻、数码管、按钮及扬声器。元件为：晶振 X1、电容C1、C2、C3、 电阻 RP1。P3.0 和 P3.1 由裁判控制 ,分别是开始键和抢答停止。P1.0-
5、P1.7 是 8 组抢答的输入口, P2.0-P2.3 口为数码管的段选口,位选口用的是 P0.0-P0.6 口输出 硬件接线图如图所示：47SEG-MPX4-CC LED 显示内部结构如上图所示：3.2 原理介绍 智力竞赛抢答器用单片机来设计制作完成,由于其功能的实现主要通过软件编程来完成, 采用单片机 AT89C51,它是低功耗、高性能的 CMOS 型 8 位单片机。片内带有 4KB 的 Flash 存储器,且允许在系统内改写或用编程器编程。该智力竞赛抢答器的准确度很高，其误差主要由晶振自身的误差所造成。AT89C51 单片机由微处理器，存储器，I/O 口以及特殊功能寄存器 SFR 等部分
6、构成。其存储器在物理上设计成程序存储器和数据存储器两个独立的空间，片内程序存储器的容量为 4KB，片内数据存储器为 128 个字节。89C51 单片机有4 个 8 位的并行 I/O 口：P0 口，P1 口，P2 口和 P3 口。各个接口均由接口锁存器，输出驱动器，和输入缓冲器组成。P1 口是唯一的单功能口，仅能用作通用的数据输入/输出口。P3 口是双功能口除了具有数据输入/输出功能外，每条接口还具有不同的第二功能，如 P3.0 是串行输入口线，P3.1 口是串行输出口线。在需要外部程序存储器和数据存储器扩展时，P0 可作为分时复用的低 8 位地址/数据总线，P2 口可作为高 8 位的地址总线。
7、P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。AT89C51 的管脚图：外部振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振荡电路,只需要外接一个振荡源就能产生一定的时钟信号送到单片机内5部的各个单元。外部振荡电路见图一 复位电路采用图二所示：图一 图二外部还接有蜂鸣器用来发出报警音，其图形如下：采用七段码 7SEG-MPX4-CC 显示，它是共阳极的由低电平点亮。图形如下：采用八个 BUTTON 按钮作为抢答的选择按键如图所示：64.软件设计4.1 软件总体设计智力竞赛抢答器要求有计时记忆功能,一次时间设置完,
8、复位后不需重新进行时间设定，通过键盘扫描输出按键信息,再通过单片机将它转换成能在七段数码管上显示字型码.当抢答完毕时,会在数码管上显示抢答者数字号码提示以表示抢答成功.同时显示其分数,分数的加减可由裁判手动进行. 采用独立式键盘,可实现 8 路抢答. 在显示时使用的是七段数码管显示在本设计中根据实际情况采用的是动态显示方法. 并通过查表法 将其在数码管上显示出来,其中 P1 口为字型码输入端,P2 口低 3 位为字选段输入端.通过查表将字型码送给 7 段数码管显示的数字。软件去抖动,如果开始键按下就向下执行,否者跳到开始。采用倒计时程序，使其具有倒计时功能。回答倒计时 60 秒。抢答时间 10
9、 秒。采用发声警报，起到报警作用。1、主持人按抢答开始键，会有提示音，并立刻进入抢答倒计时（预设10s 抢答时间） ，如有选手抢答，会有提示音，并会显示其号数并立刻进入回答倒计时（预设 60s 抢答时间） ，不进行抢答查询，所以只有第一个按抢答的选手有效。倒数时间到小于 5s 会每秒响一下提示音。2、如倒计时期间，主持人想停止倒计时可以随时按停止按键，系统会自动进入准备状态，等待主持人按抢答开始进入下次抢答计时。 3、如果主持人未按抢答开始键，而有人按了抢答按键，犯规抢答，LED上不断闪烁 FF 和犯规号数并响个不停，直到按下停止 键为止。4、P3.0 为开始抢答，P3.1 为停止，p1.0-
10、p1.7 为八路抢答输入 数码管段选 P0 口，位选 P2 口低 3 位，蜂鸣器输出为 P3.6 口。4.2 流程图4.2.1 主程序流程图智能抢答器在正常工作的情况下，首先对控制系统进行初始化，然后进行键盘扫描，判断主持人是否按下了“开始抢答”按键按下则执行倒计时子程序和显示子程序。其中倒计时程序包括抢答倒计时和回答倒计时。主程序流程图如下图所示：74.2.2 初始化子程序流程图任何控制系统开始正常工作前都必须要进行初始化。初始化子程序流程图如上图所示4.2.3 非法抢答查询子程序流程图在主持人未按下“抢答开始键”时，为防止参赛选手发生抢答， Y专门设计了非法抢答查询子程序。当有选手发生抢答
11、时，系统会将选手的号码保存， N下来,并送到 LED 显示装置 Y进行显示，同时调用犯规抢答子程序。非法抢答查询子程序流程图如图: NYNY开始P1.0 按下P1.1 按下P1.2 按下P1.3 按下开始初始化子程序P3.0 是否按下倒计时子程序显示子程序正常抢答处理子程序结束非法抢答处理子程序8NYYNY YNY YNY YNYY5. 软件仿真5.1：Keil 软件用该软件进行程序的检查调试，调试完成后在仿真器里设置生成*.HEX 文件。5.2：Protus 软件系统仿真还用到了 Protus 软件，可通过仿真可以完全显示出所设计系统的功能,对于程序的调试等有很大的帮助.系统仿真时首先要在使用 Keil 编译器，把所写的程序进行编译，同时在仿真器里设置生成 HEX 文件，编译无错误时进行 Protus 仿真。首先要新建一个文档是DNS 型的找出需要的器件，可以使用搜索功能。接着把各个器件放到合适的位置都要放到蓝色框内。然后根据自己的设计要求连线。等所有的元件都连接完P1.4 按下P1.5 按下P1.6 按下P1.7 按下P1.8 按下将犯规号送到 R3犯规抢答程序返回9成后可以把，伟福编译生成的无错误文件加载到 AT89C51 中，方法是，右键点中器件然后在用左键点
