扬州大学单片机课程设计抢答器

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1、扬州大学能源与动力工程学院课程设计报告题 目： 八位竞赛抢答器的设计 课 程： 单片机原理及应用课程设计 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 姓 名： 学 号： 第一部分任务书单片机原理及应用单片机原理及应用课程设计任务书课程设计任务书一、课题名称一、课题名称详见单片机课程设计题目（一） ：主要是软件仿真，利用 Proteus 软件进行仿真设计并调试；单片机课程设计题目（二） ：主要是硬件设计，利用单片机周立功实验箱进行设计并调试。二、课程设计目的二、课程设计目的课程设计是课程教学中的一项重要内容，是达到教学目标的重要环节，是综合性较强的实践教学环节，它对帮助学生全面牢固地掌握课堂教学内容

2、、培养学生的实践和实际动手能力、提高学生全面素质具有很重要的意义。单片机原理及应用是一门理论性、实用性和实践性都很强的课程，课程设计环节应占有更加重要的地位。单片机原理及应用课程设计的目的是让学生在理论学习的基础上，通过完成一个涉及 MCS-51 单片机多种资源应用并具有综合功能的小系统目标板的设计与编程应用，使学生不但能将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来，而且能进一步加深对电子电路、电子元器件等知识的认识与理解，同时在软件编程、排错调试、相关软件和仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高。为今后能够独立进行某些单片机应用系统的开发设计工作打下一定的基础。通过单片机硬件和软件设计、

3、调试、整理资料等环节的培训，使学生初步掌握工程设计方法和组织实践的基本技能，逐步熟悉开展科学实践的程序和方法。三、课程设计内容三、课程设计内容设计以 89C51 单片机和外围元器件构成的单片机应用系统，并完成相应的软硬件调试。1.系统方案设计：综合运用单片机课程中所学到的理论知识，学生根据所选课题的任务、要求和条件进行总体方案的设计。2.硬件电路设计：对方案中以单片机为核心的电路进行设计计算，包括元器件的选择和电路参数的计算，并画出总体电路图。3.软件设计：根据已设计出的软件系统框图，用汇编语言或 C51 编制出各功能模块的子程序和整机软件系统的主程序。4.调试：在单片机 EDA 仿真软件环境

4、 Proteus 下进行仿真设计并调试；或在单片机周立功实验箱上进行相关设计并调试。四、课程设计要求四、课程设计要求详见单片机课程设计题目（一） 单片机课程设计题目（二） 五、进度安排五、进度安排序号内容天数1布置任务，熟悉课题要求0.52总体方案确定，硬件电路设计1.53软件编程1.54Proteus 仿真，或在周立功实验箱上调试25总结，撰写课程设计报告1.5七、课程设计报告内容：七、课程设计报告内容：总结设计过程，写出设计报告，设计报告具体内容要求如下：1课程设计的目和设计的内容。2课程设计的要求。3控制系统总框图及系统工作原理。4控制系统的硬件电路连接图，电路的原理。5软件设计流程图及

5、其说明。6电路设计，软件编程、调试中遇到的问题及分析解决方法。7实验结果及其分析。8体会。第二部分课程设计报告目录目录1 1 课题简介课题简介11.1 课题目的与任务11.2 课题要求11.3 扩展功能12 2 八位竞赛抢答器方案设计八位竞赛抢答器方案设计.12.1 系统总体介绍12.2 系统整体框图22.3 系统工作原理 23.3. 八位竞赛抢答器硬件电路设计八位竞赛抢答器硬件电路设计.23.1 单片机芯片型号的选择 23.2 电源方案的选择43.3 抢答器按键的选择43.4 时钟电路的设计53.5 复位电路53.6 显示电路63.7 主持人控制电路和蜂鸣器电路73.8 抢答器总硬件电路图7

6、4 4 八位竞赛抢答器软件编程设计八位竞赛抢答器软件编程设计.84.1 程序中伪指令及重点标志位简单介绍（不含硬件驱动中的伪指令） 84.2 主程序部分的设计84.3 初始主持人开关及作弊识别 94.4 8*2 矩阵式键盘的实现114.5 检测按键及保持 124.6 回答倒计时 144.7 MAX7219 子程序16 4.8 LCD 显示子程序174.9 中断程序 195 实验实验与与结结果分析果分析205.1 实验的调试205.2 实验的结果205.2.1 抢答器初始状态.205.2.2 抢答器时间设置.205.2.3 抢答器作弊检测.215.2.4 抢答器正常工作状态.215.2.5 抢答

7、器回答倒计时工作状态.22 5.3 发现的不足之处 236 小小结结与体会与体会24参考文献参考文献.25附附录录.2611 1 课题简介课题简介1.11.1 课题目的课题目的与任务与任务 以单片机为核心，设计一个 8 位竞赛抢答器。1.21.2 课题要求课题要求 1.同时供 8 名选手或 8 个代表队比赛，分别用 8 个按钮 S0S7 表示。 2.设置一个系统清除和抢答控制开关 S，开关由主持人控制。 3.抢答器具有锁存与显示功能。即选手按按钮，锁存相应的编号，并在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.抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如 30 秒）

8、。 5.当主持人启动“开始”键后，定时器进行减计时，同时蜂鸣器发出短暂的声响，声响持续的时间为 0.5s 左右。 6.参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。 7.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。1.31.3 扩展功能扩展功能 1.LCD 显示器显示当前工作状态。 2.抢答开始前按下强大按钮定义为抢答作弊，在 LCD 上显示作弊者并且发出报警，并维持到主持人按 复位或开始。 3.加入回答功能，主持人增加三个按钮，分别为“回答计时” 、 “正确”和“错误”用

9、于抢答完成后的操 作，回答正确或错误均会在 LCD 上显示，如果在规定时间内未完成也会发生报警。 4.扩展抢答人数，由最高 8 人抢答变为最高 16 路抢答，兼容更多场合。2 2 八位竞赛抢答器方案设计八位竞赛抢答器方案设计2.12.1 系统总体介绍系统总体介绍 多路竞赛抢答器用于生活中常见抢答环节，本抢答器基于 51 单片机系统，利用单片机运行高速可靠的 特点，结合适当的外部电路，达到自定抢答时间、作弊检测、16 路抢答、回答倒计时等功能。抢答器使用 了单片机 P3.3 P3.4 与抢答矩阵式按钮地址端相连，P1 与数据端相连，达到 16 路输入的目的，在抢答按钮 按下之前，复位按钮具有设定

10、时间的功能，并且此时任意选手按抢答按钮都会被识别为作弊，并在 LCD 上 显示及发出报警声，当按下抢答按钮后，发出短暂提示音，第一个按下抢答按钮的选手会被识别，其他选 手信号被封锁，程序进入等待命令状态并发出报警声，由主持人决定是复位还是进行回答倒计时，如果复 位，抢答器即刻进入初始状态，如果按回答计时按钮，那么程序将进入回答倒计时模式，主持人根据选手2回答情况确定正确与否，结果在 LCD 上显示，如果在限定时间内选手未做回答，那么抢答器会发出报警声 直到主持人复位。2.22.2 系统整体框系统整体框图图图 1 2.32.3 系统工作原理系统工作原理 首先通过单片机编程检测来自主持人按钮的低电

11、平信号控制抢答器的整体运行状态，在未开始抢答前， 通过持续检测抢答按钮来达到防作弊的功能，当进入抢答环节时，通过高速扫描抢答按钮以达到准确指示 抢答者的目的，在未进入中断的情况下，其检测精度可达 10uS 级别，基本可以做到公平性，并通过加入回 答倒计时与结果显示，直观并且符合生活实际情况，通过 MAX7219 驱动数码管显示时间与抢答者，节省 I/O 口的同时也节省了 CPU 时间，间接上也为检测精度提供保证，使用了 LCD1602 指示抢答器各个部分的 工作状态，并且可在开始前显示作弊者，抢答器实用性得以提高。3.3. 八位竞赛抢答器硬件电路设计八位竞赛抢答器硬件电路设计3.13.1 单片

12、机芯片型号的选择单片机芯片型号的选择 在之前的单片机课程和实验中，我们学习和使用过 AT89C51 的单片机，用 AT89C51 单片机来控制电路， 简单、方使用 AT89C51 单片机结合字符型 LCD 显示器设计一个简易的可编程作息时间控制器，若 LCD 选 择有背光显示的模块，在夜晚或黑暗的场合中也可使用。程序执行后工作指示灯 LED 闪动，表示程序开始晶振电路复位电路 AT89C51抢答键盘模块LCD 显示模 块蜂鸣器数码管显示模块主持人控制模块3执行，同时显示系统时间。作息时间控制器是由 4 路可调闹钟组成，从而实现打铃等功能。当四路闹钟中 的任一路到时，均会点亮灯、打铃。其中操作键

13、 K1K4 的功能分别为：设置限制的时间/时的调整、显示 闹钟设置的时间/分的调整、设置闹钟的时间/设置完成、闹钟更换。 在电子计算机基础上发展而来的可编程作息时间控制器，它可以利用电子计算机的内部时间，通过程 序判断处理，完成对作息时间的精确控制，并且由于是程序控制，所以可通过改变程序进而灵活改变作息 时间，同时可以实时显示时间，并实现打铃功能。可编程时间控制器可实现对时间控制的智能化，摆脱由 人控制时间的长短不同的不便，并且可以在必要时人工切入控制，完美的满足作息时间控制。 便。最重要的就是写程序，如何通过程序来达到抢答器的作用，利用 51 单片机来说补充了集成电路中 所缺的遗漏，更是在集

14、成电路上更加精准，对选手更加的公平，让选手都站在同一的战线上。 AT89C51 的引脚功能说明 Vcc：电源电压 GND：地 P0 口：P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位 能吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储 器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低 8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。 在 FIash 编程时，P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1 口：P1 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O

15、口，P1 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1” ，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用 时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL） 。 FIash 编程和程序校验期间，P1 接收低 8 位地址。 P2 口：P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1” ，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口 使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL） 。在访

16、问外部程序存 储器或 16 位地址的外部数据存储器（例如执行 MOVXDPTR 指令）时，P2 口送出高 8 位地址数据。在访问 8 位地址的外部数据存储器（如执行 MOVXRI 指令）时，P2 口线上的内容（也即特殊功能寄存器（SFR）区中 R2 寄存器的内容） ，在整个访问期间不改变。 Flash 编程或校验时，P2 亦接收高位地址和其它控制信号。 P3 口：P3 口是一组带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4 个 TTL 逻辑门电路。对 P3 口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被 外部拉低的 P3 口将用上拉电阻输出电流（IIL