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1、单片机课程设计项目名称 基于 51 单片机八路抢答器设计 专业班级 通信 121 班 学生姓名 康健 指导教师 刘文礼 2014 年 12 月 10 日摘 要本课程设计提出八路抢答器，随着科学技术的不断发展，促使着人民学习科学、学习技术、学习知识的手段多种多样。抢答器已经广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。本设计是以八路抢答为基本理念，主要采用单片机为核心器件，利用单片机的定时器/计数器定时和记数的原理，将软、硬有机的结合起来，使得系统能够正确的进行计时完成的设计，同时采用了数字显示器直接指示，自动锁存显示结果，并自动复位的设计思想，用开关做键盘输出，用扬声器发声提示，设计具有系统结构简单、反应
2、快、功能强大、可靠性好、操作简单、实用性强的特点。达到了准确、公平、公正的水平。具有直观的判断出第一抢答者的意义。关键字：关键字：抢答器； 单片机； 复位；键盘；扬声器；AbstractThe proposed eight way responder of the curriculum design, with the development of science and technology, a variety of means to urge people to learn science, learning technology, learning knowledge diversit
3、y. The contest has been widely applied in all kinds of intelligence and knowledge competitions occasions. The design is based on the eight road as the basic concept, mainly uses the microcontroller as the core device, the use of single-chip timer / counter timing and counting principle, the soft and
4、 hard organic combination, so that the system can complete the design time are correct, at the same time adopts digital display direct instructions, automatic latch display results. And design idea of automatic reset, switching to do with the keyboard output using speaker voice prompts, the design h
5、as the characteristics of simple structure, fast response, the system of powerful functions, good reliability, simple operation and strong practicability. To achieve an accurate and fair level. With intuitive judgment of the first responder significance.Keywords: responder; MCU; justice;目 录第1 章 绪论 .
6、11.1 数字抢答器的概述 .11.2 设计要求及目的 .1第 2 章 硬件电路设计.22.1 总体原理图 .22.2 时钟频率电路的设计 .32.3 复位电路的设计 .42.4 显示电路的设计 .42.5 键盘扫描电路的设计 .52.6 发声 .62.7 系统复位 .6第 3 章 系统软件设计.83.1 系统方框图 .83.2 程序流程图 .83.3 程序 10第 4 章 实物焊接与调试134.1 焊接 .134.1.1 检测各元件134.1.2 对 PCB 板进行排版及连线134.1.3 焊接的问题及解决.154.1.4 焊接的技巧和注意事项154.2、调试 .164.2.1 系统的调试1
7、64.2.2 具体调试16第 5 章 实物与仿真.175.1 仿真图175.2 实物图17总结.19参考文献.20附件 1 程序.21第 1 章 绪论1.1 数字抢答器的概述单片机把我们带入了智能化的电子领域，许多繁琐的系统若由单片机进行设计，便能收到电路更简单、功能更齐全的良好效果。若把经典的电子系统当作一个僵死的电子系统，那么智能化的现代电子系统则是一个具有“生命”的电子系统。而随着技术的进步，单片机与串口通信的结合更多地应用到各个电子系统中已成一种趋势。本设计就是基于单片机设计抢答系统，通过串口通信动态传输数据，使抢答系统有了更多更完善的功能。单片机系统的硬件结构给予了抢答系统“身躯”
8、，而单片机的应用程序赋予了其新的“生命” ，使其在传统的抢答器面前具有电路简单、成本低、运行可靠等特色。对于抢答器我们大家都知道那是用于选手做抢答题时用的，选手进行抢答，抢到题的选手来回答问题。抢答器不仅考验选手的反应速度同时也要求选手具备足够的知识面和一定的勇气。选手们都站在同一个起跑线上，体现了公平公正的原则。1.2 设计要求及目的（1）设计一个可供 8 人进行的抢答器。（2）系统设置复位按钮，按动后，重新开始抢答。（3）抢答器开始时数码管显示序号 0，选手抢答实行优先显示，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。抢答后显示优先抢答者序号，同时发出音响。，并且不出现其他抢答者的序
9、号。（4）抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间有主持人设定，本抢答器的时间设定为 30 秒，当主持人启动“开始”开关后，定时器开始减计时，同时蜂鸣器有短暂的声响。（5）设定的抢答时间内，选手可以抢答，这时定时器停止工作，显示器上显示选手的号码和抢答时间。并保持到主持人按复位键。（6）当设定的时间到，而无人抢答时，本次抢答无效，扬声器报警发出声音，并禁止抢答。定时器上显示 00。第 2 章 硬件电路设计一.系统硬件设计为使硬件电路设计尽可能合理，应注意以下几方面：(1) 尽可能采用功能强的芯片，以简化电路，功能强的芯片可以代替若干普通芯片，随着生产工艺的提高，新型芯片的的价格不断下降，并不一
10、定比若干普通芯片价格的总和高。(2) 留有设计余地。在设计硬件电路时，要考虑到将来修改扩展的方便。因为很少有一锤定音的电路设计，如果现在不留余地，将来可能要为一点小小的修改或扩展而被迫进行全面返工。(3) 程序空间，选用片内程序空间足够大的单片机，本设计采用 AT89C51单片机。(4) I/O 端口，在样机研制出来后进行现场试用时，往往会发现一些被忽视的问题，而这些问题不是靠单纯的软件措施来解决的。如有些新的信号需要采集，就必须增加输入检测端；有些物理量需要控制，就必须增加输出端。如果在硬件电路设计就预留出一些 I/O 端口，虽然当时空着没用，那么用的时候就派上用场了。2.1 总体原理图总电
11、路图 2-12.2 时钟频率电路的设计单片机必须在时钟的驱动下才能工作.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部的各个单元,决定单片机的工作速度。外部振荡源电路图 2-2 一般选用石英晶体振荡器。此电路在加电大约延迟 10ms 后振荡器起振,在XTAL2 引脚产生幅度为 3V 左右的正弦波时钟信号,其振荡频率主要由石英晶振的频率确定。电路中两个电容 C1,C2 的作用有两个:一是帮助振荡器起振;二是对振荡器的频率进行微调。C1,C2 的典型值为 30PF。单片机在工作时,由内部振荡器产生或由外直接输入的送至内部控制逻辑单元的时钟信号的周期称为时钟
12、周期。其大小是时钟信号频率的倒数,常用 fosc表示。如时钟频率为 12MHz,即 fosc=12MHz,则时钟周期为 1/12s。2.3 复位电路的设计单片机的第 9 脚 RST 为硬件复位端,只要将该端持续 4 个机器周期的高电平即可实现复位,复位后单片机的各状态都恢复到初始化状态，其电路图如图所示:复位电路图 2-3值得注意的是,在设计当中使用到了硬件复位和软件复位两种功能,由上面的硬件复位后的各状态可知寄存器及存储器的值都恢复到了初始值,而前面的功能介绍中提到了倒计时时间的记忆功能,该功能的实现的前提条件就是不能对单片机进行硬件复位,所以设定了软复位功能。软复位实际上就是当程序执行完毕
13、之后,将程序指针通过一条跳转指令让它跳转到程序执行的起始地址。2.4 显示电路的设计显示功能与硬件关系极大，当硬件固定后，如何在不引起操作者误解的前提下提供尽可能丰富的信息，全靠软件来解决。显示电路图 2-42.5 键盘扫描电路的设计键盘是人与微机系统打交道的主要设备。关于键盘硬件电路的设计方法也可以在文献和书籍中找到，配合各种不同的硬件电路，这些书籍中一般也提供了相应的键盘扫描程序。站在系统监控软件设计的立场上来看，仅仅完成键盘扫描，读取当前时刻的键盘状态是不够的，还有不少问题需要妥善解决，否则，人们在操作键盘就容易引起误操作和操作失控现象。在单片机应用中键盘用得最多的形式是独立键盘及矩阵键
14、盘。键盘图 2-5在键盘中按键数量较多时，为了减少 I/O 口的占用，通常将按键排列成矩阵形式。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口（如 P1 口）就可以构成 1 乘 8 的 8 个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成 20 键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9 键） 。由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。 2.6 发声我们知道，声音的频谱范围约在几十到几千赫兹，若能利用程序来控制单片机某个口线的“高”电平或低电平，则在该口线上就能产生一定频率的矩形
15、波，接上喇叭就能发出一定频率的声音，若再利用延时程序控制“高“”低”电平的持续时间，就能改变输出频率，从而改变音调，使喇叭发出不同的声音。发声电路图 2-62.7 系统复位使 CPU 进入初始状态，从 0000H 地址开始执行程序的过程叫系统复位。从实现系统复位的方法来看，系统复位可分为硬件复位和软件复位。硬件复位必须通过 CPU 外部的硬件电路给 CPU 的 RESET 端加上足够时间的高电位才能实现。上电复位，人工按钮复位和硬件看门狗复位均为硬件复位。硬件复位后，各专用寄存器的状态均被初始化，且对片内通用寄存器的内容没有影响。但是，硬件复位还能自动清除中断激活标志，使中断系统能够正常工作，
16、这样一个事实却容易为不少编码人员所忽视。软件复位就是用一系列指令来模拟硬件复位功能，最后通过转移指令使程序从 0000H 地址开始执行。对各专用寄存器的复位操作是容易的，也没有必要完全模拟，可根据实际需要去主程序初始化过程中完成。而对中断激活标志的清除工作常被遗忘，因为它没有明确的位地址可供编程。有的编程人员用 020000（LJMP 0000H）作为软件陷阱，认为直接转向0000H 地址就完成了软件复位，就是这类错误的典型代表。软件复位是使用软件陷阱和软件看门狗后必须进行的工作，这时程序出错完全有可能发生在中断子程序中，中断激活标志已置位，它将阻止同级中断响应。由于软件看门是高级中断，它将阻止说要中断响应，由此可见清除中断激活标志的重要性。第 3 章 系统软件设计软件任务分析和硬件电路设计结合进行，哪些功能由硬件完成，
