《智能四路抢答器(完)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《智能四路抢答器(完)（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、- 1 -目目 录录第 1 节 课程设计目的.31.1 概述.31.2 设计要求3第二节 四路抢答器设计正文32.1 总体设计32.1.1 抢答器的工作原理32.1.2 抢答器的总体设计.42.2 硬件电路详细设计42.2.180c51 芯片42.2.2 芯片的选择.62.2.3 复位电路的设计62.2.4 晶振电路的设计72.2.5 数码显示电路的设计82.2.6 报警电路的设计82.2.7 总电路的设计.92.2.8 PCB 版图的绘制.102.3 软件详细设计.112.3.1 主程序的设计112.3.2 显示子程序的设计.112.3.3 定时器 T0、T1 中断服务程序的设计.112.3
2、.4 抢答处理程序的设计.112.3.5 总程序.12第三节 实验结果及结论.18第四节 参考文献19- 2 -第一节第一节 课程设计目的课程设计目的1.1 概述概述单片机原理及应用课程设计是学生综合运用所学知识，全面掌握单片微型计算机及其接口的工作原理、编程和使用方法的重要实践环节。通过独立或协作提出并论证设计方案，进行软、硬件调试，最后获得正确的运行结果，可以加深和巩固对理论教学和实验教学内容的掌握，进一步建立计算机应用系统整体概念，初步掌握单片机软、硬件开发方法，为以后进行实际单片机软、硬件应用开发奠定良好的基础。 课程设计的主要内容：根据单片机原理及应用课程的要求，主要进行两个方面的设
3、计，即单片机最小系统和接口技术应用设计。其中，单片机最小系统主要要求学生熟悉单片机的内部结构和引脚功能、引脚的使用、复位电路、时钟电路、4 个并行接口和一个串行接口的实际应用，从而可构成最小应用系统，并编程进行简单使用。接口技术应用设计主要要求学生能综合运用单片机、存储器、常用接口芯片构成单片机应用系统，有针对性地进行软、硬件设计与开发。1.2 设计要求设计要求：1、设置 4 个抢答台和四个抢答成功指示灯，1 个比赛主持人开始按键和 1 个抢答指示灯及 1 个 LED 显示器。2、采用中断和查询结合的方法确定按键动作。3、主持人按下“开始”键后，若有人抢答，则对应选手的指示灯点亮，并用 7 段
4、LED 显示抢答者的号码（1-4） ，同时蜂鸣器发出 3 声间隔一秒的警告音；若 9 秒内无人抢答，则发出超时报警声，此题作废，主持人可按下“开始”键开始下一题的抢答。第二节四路抢答器设计正文第二节四路抢答器设计正文 2.1 总体设计总体设计 2.1.1 抢答器的工作原理抢答器的工作原理抢答器的工作原理是利用单片机的定时器 T0、T1 中断完成,其余状态循环调用显示子程序,用 2 个共阴极 LED 数码管来显示，用 P2.0、P2.1、P2.2、P2.3 口作为 CD4511 译码器的数据输入口，P1.0、P1.1、P1.2、P1.3 口接 4 个选手按键，提供选手抢答，P1.4、P1.5、P
5、1.6、P1.7 接四个发光二极管作为抢答成功指示灯；P0.0 接蜂鸣器，超时报警，和提示抢答。2.1.2 抢答器的总体设计抢答器的总体设计倒计时方案方面利用 MCS-51 的内部的定时/计时器进行中断计时，配合软件延时实现倒计时。该方案节省硬件成本，并且能够在定时器/计数器的使用、中断及程序设计方案方面得到锻炼与提高，显示方面采用穿行传输实现动态显示，该方案的硬件连接简单，但- 3 -动态扫描的显示方式需占用 CPU 较多的时间，适用于单片机没有太多实时测控的任务场合。抢答功能：通过四路按键配合程序来实现抢答功能。当主持人按下抢答键开始抢答后，此时任一路按下按钮均闭锁其它各路，由程序对键盘译
6、码并显示最先按下抢答键的选手号。并亮起主持人台和对应选手台上的抢答成功指示灯。抢答限时：主持人按下抢答键后，设置 9 秒为抢答时间。若 9 秒内无人抢答，倒计时为 0 时发出报警，说明该抢答题目作废。此时闭锁所有抢答按键，只有当主持人再次按下抢答键开始下一次抢答方可抢答。2.2 硬件电路详细设计硬件电路详细设计 2.2.1 80C52 芯片芯片80C52 系列中，用 CHMOS 工艺制造的单片机都采用双列直插式（DIP）40 脚封装，引脚信号完全相同。1、为一般控制应用的 8 位单片机2、晶片内部具有时钟振荡器（传统最高工作频率可至 33MHz）3、内部程式存储器（ROM）为 8KB 单片机4
7、、内部数据存储器（RAM）为 256B5、外部程序存储器可扩充至 64KB6、外部数据存储器可扩充至 64KB7、32 条双向输入输出线，且每条均可以单独做 I/O 的控制8、5 个中断向量源9、3 组独立的 16 位定时器10、1 个全双工串行通信端口- 4 -各引脚功能介绍：1电源VCC（引脚号 40）：电源正端输入，接+5V。VSS（引脚号 20）：电源地端。2时钟XTAL1（引脚号 18）内部振荡电路反相放大器的输入端，是外接晶振的一个引脚。当采用外部振荡器时，此引脚接地。XTAL2（引脚号 19）内部振荡器的反相放大器输出端，是外接晶振的另一端。当采用外部振荡器时，此引脚接外部振荡源
8、。3控制总线 （1）ALE/ PROG（引脚号 30）:正常操作时为 ALE 功能（允许地址锁存） ，用来把地址的低字节锁存到外部锁存器。ALE 引脚以不变的频率（振荡器频率的 1/6）周期性地发出正脉冲信号。因此，它可用作对外输出的时钟信号或用于定时。但要注意，每当访问外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。ALE 端可以驱动（吸收或输出电流）8 个LSTTL 电路。在 8751 单片机 EPROM 编程期间，此引脚接编程脉冲（PROG 功能） 。（2）PSEN（引脚号 29）：外部程序存储器读选通信号。在从外部程序存储器取指令（或数据）期间，PSEN 在每个机器周期内两次有效。PSEN
9、 可以驱动 8 个 LSTTL 电路。（3）RST/VPD（引脚号 9）：复位信号输入端。振荡器工作时，该引脚上持续 2 个机器周期的高电平可实现复位操作。此引脚还可接上备用电源。在 Vcc 掉电期间，由向内部RAM提供电源，以保持内部 RAM 中的数据。（4）EA/Vpp（引脚号 31）：EA 为内部程序存储器和外部程序存储器的选择端。当为 EA 高电平时，访问内部程序存储器（PC 值小于 4K） ；当 EA 为低电平时，访问外部程序存储器。对于 87C51 单片机，在 EPROM 编程期间，此端为 21V 编程电源输入端。4I/O 线（1）P0 口（引脚号 3239）：单片机的双向数据总线
10、和低 8 位地址总线。在访问外部存储器时实现分时操作，先用作地址总线，在 ALE 信号的下降沿，地址被锁存；然后用作为数据总线。它也可以用作双向输入/输出口。P0 口能驱动 8 个 LSTTL 负载。（2）P1 口（引脚号 18）：准双向输入/输出口，它能驱动 4 个 LSTTL 负载。（3）P2 口（引脚号 2128）：准双向输入/输出口。在访问外部存储器时，用作高 8- 5 -位地址总线。P2 口能驱动 4 个 LSTTL 负载。（4）P3 口（引脚号 1017）：准双向输入/输出口，它能驱动 4 个 LSTTL 负载。P3 口的每一引脚还有另外一种功能：P3.0RXD：串行口输入端P3.
11、1TXD：串行口输出端P3.2 ：外部中断 0 中断请求输入端 P3.3 ：外部中断 1 中断请求输入端 P3.4T0：定时器/计数器 0 外部输入端 P3.5T1：定时器/计数器 1 外部输入端 P3.6 ：外部数据存储器写选通信号 P3.7 ：外部数据存储器读选通信号 5时钟电路 80C52 单片机内有一个高增益反相放大器，其频率范围为 1.2MHz12MHz，XTAL1 和XTAL2 分别为放大器的输入端和输出端。时钟可以由内部方式或外部方式产生。 80C52 内部方式时钟电路如图 2-10（a）所示。在 XTAL1 和 XTAL2 引脚上外接定时元件，就能构成自激振荡电路。定时元件通常
12、采用石英晶体和电容组成的并联谐振电路。电容器C1 和 C2 主要起频率微调作用，电容值可选取为 30pF 左右（外接晶体时）或 40pF 左右（外接陶瓷谐振器时） 。 80C52 外部方式时钟电路如图 2-10（b）所示。XTAL1 接外部振荡器，XTAL2 悬空。对外部振荡信号无特殊要求，只要保证脉冲宽度，一般采用频率低于 12Hz 的信号。 抢答器电路的核心是 89C52 单片机，其内部带有 8KB 的 FLASH ROM，无需外扩程序存储器；抢答器没有大量的运算和暂存数据现有的 256B 篇内 RAM 已经能满足容量需求，故不需外扩片外 RAM，系统配有 2 个 8 段数码显示管共用一个
13、 CD4511 驱动，管采用共阴数码管，作为选手号的显示输出。 2.2.2 芯片的选择芯片的选择 抢答器电路的核心是 89C52 单片机，其内部带有 8KB 的 FLASH ROM，无需外扩程序存储器；抢答器没有大量的运算和暂存数据现有的 256B 篇内 RAM 已经能满足容量需求，故不需外扩片外 RAM，系统配有 2 个 8 段数码显示管共用一个 CD4511 驱动，管采用共阴数码管，作为选手号的显示输出。2.2.3 复位电路的设计复位电路的设计- 6 -复位电路的设计如右图所示：该复位电路采用上电自动复位和手动复位两种复位方式，图中右侧引脚接到单片机的复位引脚。要实现复位只需在，52 系列
14、单片机的 RESET 引脚上加上 5ms 的高电平就可以了。上电复位是利用电容的充电来实现的，即上电瞬间 RESET 端的电位与 Vcc 相同，随着电容上储能增加，电容电压也逐渐增大，充电电流减小，RESET 端的电位。这样就会建立一个脉冲电压，调节电容与电阻的大小可对脉冲的持续时间进行调节。通常若采用12MHz 的晶振时，复位元件参数为 22F 的电解电容和 10k 的电阻。按钮复位电路是通过按下复位按钮时，电源对 RESET 端维持两个机器周期的高电平实现复位的。2.2.4 晶振电路的设计晶振电路的设计图 2-2 晶振电路原理图MSC-52 单片机的定时控制功能是用时钟电路和振荡器完成的，
15、而根据硬件电路的不同，连接方式分为内部时钟方式和外部时钟方式。本设计中采用内部时钟方式。 单片机内部有一个反相放大器，XTAL1、XTAL2 分别为反相放大器的输入端和输出端，外接定时反馈元件组成振荡器（内部时钟方式） ，产生时钟送至单片机内部各元件。时钟频率越高，单片机控制器的控制节拍就越快，运算速度也就越快。 一般来说单片机内部有一个带反馈的线性反相放大器，外界晶振（或接陶瓷振荡器）和电容就可组成振荡器，如图 2-2 所示。加电以后延时一段时间（约 10ms）振荡器产生时钟，不受软件控制，图中 Y1 为晶振，震荡产生的时钟频率主要由 Y1 确定。电容 C1，C2的作用有两个：一是帮助振荡器
16、起振，二是对振荡器的频率起微调作用，典型值为 30pF。- 7 -2.2.5 数码显示电路的设计数码显示电路的设计 图 2.3 数码显示管电路图数码显示管用来作为 9 秒倒计时显示和选手号，两个共阴极数码管共用一个 CD4511 驱动， 每个数码管有一个位选端分别接 P3.2、P3.3 口。P2.0、P2.1、P2.2、P2.3 作为 CD4511 数据 输入端。 2.2.6 报警电路的设计报警电路的设计图 2.4 报警电路图 使用蜂鸣器作为报警电路, NPN 三极管的基极通过电阻与单片机的 P0.0 引脚连接，再用- 8 -330 的上拉电阻接电源，三极管的集电极接电源，发射极接蜂鸣器的正极。当 P0.0 输出 低电平时蜂鸣器响。2.2.7 总电路的设计总电路的设计- 9 -1234ABCD4321DCBAEA/VP31X 119X 218RESET9RD17WR16IN T012IN T113T014T115P101P112P123P1
