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1、西安邮电学院 毕 业 设 计（论 文）题 目： 基于51单片机的抢答器设计 院 （系）： 专 业： 班 级： 学生姓名： 导师姓名： 职称： 目 录第一章 抢答器的概述 1.1 系统设计的功能 1.2 抢答器需求分析 1.3 抢答器的工作原理第二章 单片机的功能简介 2.1 89系列单片机的概述 2.2 AT89S51的功能 2.2.1 TA89S51特殊功能寄存器 2.2.2 AT89S51单片机的内部结构第三节 硬件电路的设计3.1 总电路原理3.2 时钟频率电路的设计3.3 复位电路的设计3.3.1 复位电路的可靠性设计3.3.2 人工复位3.4 显示电路的设计3.5 控制电路的实现3.
2、6 发声3.7 系统复位第四章 软件设计4.1 软件任务分析4.2 显示子程序的设计4.3 定时器T0、T1中断服务程序的设计4.4 抢答器处理程序的设计4.5 主程序及分析第五章 元器件及焊接调试第六章 设计小结致谢参考文献摘 要随着科学技术的发展和普及，各种各样的竞赛越来越多，其中抢答器的作用也就显而易见。目前很多抢答器基本上采用小规模数字集成电路设计，使用起来不够理想。因此设计一更易于使用和区分度高的抢答器成了非常迫切的任务。现在单片机已进入各个领域，以其功耗小、智能化而著称，所以若利用单片机来设计抢答器，便使以上问题得以解决.针对以上情况，本文设计出以AT89S51单片机为核心的八路抢
3、答器。我们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,它能根据不同的抢答输入信号，经过单片机的控制处理并产生不同的与输入信号相对应的输出信号，最后通过LED数码管显示相应的路数，即使两组的抢答时间相差几微秒，也可分辨出是哪组优先按下的按键，它充分利用了单片机系统的优点，具有结构简单、功能强大、可靠性好、实用性强的特点。本设计是以八路抢答为基本理念。考虑到依需设定限时回答的功能，利用89S51单片机及外围接口实现的抢答系统，利用单片机的定时器/计数器定时和记数的原理，将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够正确地进行计时，同时使数码管能够正确地显示时间。用开关做键盘输出，扬声
4、器发生提示。同时系统能够实现：在抢答中，只有开始后抢答才有效，如果在开始抢答前抢答为无效；满时后系统计时自动复位及主控强制复位；按键锁定，在有效状态下，按键无效非法。 第一章 抢答器的概述1.1 系统设计的功能1.基本功能：（1） 同时供8名选手比赛，分别用8个按钮S0 S7表示。（2）设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。（3）抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，扬声器发出声响提示，并在七段数码管上显示选手号码。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。2.扩展功能：（1）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
5、（如30秒）。当主持人启动开始键后，定时器进行减计时。（2）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。在这段（3）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。1.2 抢答器的需求分析1、在抢答中，只有开始后抢答才有效，如果在开始抢答前抢答为无效。2、抢答限定时间和回答问题的时间可是在199s设定。3、可以显示是哪位选手有效抢答和无效抢答，正确按键后有音乐提示。4、抢答时间和回答问题时间倒记时显示，时间完后系统自动复位。5、按键锁定，在有效状态下，按键无效非法。1.3 抢答的
6、工作过程图2-4抢答器电路表2-1 74LS148的功能真值表1、如果想调节抢答时间或答题时间,按加一键或减一键进入调节状态,此时会显示现在设定的抢答时间或回答时间值,如想加一秒按一下加1s键,如果想减一秒按一下减1s键，时间LED上会显示改变后的时间，调整范围为099s, 0s时再减1s会跳到99，99s时再加1s会变到0s。2、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20s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20s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。3、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
7、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。4、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上不显示任何结果，直到按下停止 键为止。1.4 抢答器的工作原理及流程抢答器的基本工作原理:在抢答竞赛或呼叫时2，有多个信号同时或不同时送入主电路中，抢答器内部的寄存器工作，并识别、记录第一个号码，同时内部的定时器开始工作，记录有关时间并产生超时信号。在整个抢答器工作过程中，显示电路、语音电路等还要根据现场的实际情况向外电路输出相应信号。抢答器的工作流程分为、系统复位、正常流程、违例流程等几部分，如图2-2所示，下面分别予以介绍。第二章 单片机的功能简介2.1 89系列
8、单片机的概况MCS-51 单片机是美国INTE 公司于1980 年推出的产品，典型产品有 80 31（内部没有程序存储器，实际使用方面已经被市场淘汰）、8051（芯片采用HMOS，功耗是630mW，是89C51 的5 倍，实际使用方面已经被市场淘汰）和8751 等通用产品，一直到现在， MCS-5 1 内核系列兼容的单片机仍是应用的主流产品（比如目前流行的89S51、已经停产的89C51 等），各高校及专业学校的培训教材仍与MCS-51 单片机作为代表进行理论基础学习。有些文献甚至也将8051 泛指MCS-51 系列单片机，8051 是早期的最典型的代表作，由于MCS-51 单片机影响极深远，
9、许多公司都推出了兼容系列单片机，就是说MCS-51 内核实际上已经成为一个8 位单片机的标准。其他的公司的51 单片机产品都是和MCS-51 内核兼容的产品而以。同样的一段程序，在各个单片机厂家的硬件上运行的结果都是一样的，如ATMEL 的89C51（已经停产）、89S51， PHILIPS（菲利浦），和WINBOND（华邦）等，我们常说的已经停产的89C51 指的是ATMEL公司的 AT 89C51 单片机，同时是在原基础上增强了许多特性，如时钟，更优秀的是由Flash（程序存储器的内容至少可以改写 1000 次）存储器取带了原来的 ROM（一次性写入），AT89C51 的性能相对于8051
10、 已经算是非常优越的了。不过在市场化方面，89C51 受到了PIC 单片机阵营的挑战，89C51 最致命的缺陷在于不支持ISP（在线更新程序）功能，必须加上ISP 功能等新功能才能更好延续MCS-51 的传奇。89S51就是在这样的背景下取代89C51 的，现在，89S51 目前已经成为了实际应用市场上新的宠儿，作为市场占有率第一的Atmel 目前公司已经停产AT89C51，将用AT89S51 代替。89S51 在工艺上进行了改进，89S51 采用 0.35 新工艺，成本降低,而且将功能提升,增加了竞争力。89SXX 可以像下兼容89CXX 等51 系列芯片。市场上见到的89C51 实际都是A
11、tmel 前期生产的巨量库存而以。如果市场需要，Atmel当然也可以再恢复生产AT89C51。 AT89S51/LS51单片机是低功耗的、具有4KB在线课编程Flash存储器的单片机。它与通用80C51系列单片机的指令系统和引脚兼容。片内的Flash可允许在线重新编程，也可使用非易失性存储器编程。他将通用CPU和在线可编程Flash集成在一个芯片上，形成了功能强大、使用灵活和具有较高性能性价比的微控制器。2.2 AT89S51的功能 2.2.1 AT89S51特殊功能寄存器特殊功能寄存器也称专用寄存器，是具有特殊功能的所有寄存器的集合，简称SFR（Special Function Regist
12、er）。特殊功能寄存器共含有22个不同寄存器。它们的地址分配在80HFFH中，即在RAM地址中。这些寄存器的名称和地址见表2-2。表2-1器件选型方案的详细清单器件名称 规格型号 数量微处理器 AT89S51 1电阻 3WTT10K 8电容 30PF 3晶振 12MHZ 1按钮 - 11反相器 - 37段数码管 7SEG-MPX4CC 4 扬声器 - 1 虽然特殊功能寄存器地址在80HFFH之中，但在80HFFH的地址单元中，不是所有的单元都被特殊功能寄存器占用，未被占用的单元，其内容是不确定的，如果对这些单元进行操作，得到的是一些随机数，而写入则无效。所以，用户编程时不应该将数据写入这些未确定的地址单元，它们是公司留待将来开发新产品时使用的表2-2 AT89S51特殊功能寄存器列表符号地址注释*ACCE0H累加器*BF0H乘法寄存器*PSWD0H程序状态字SP81H堆栈指针DPL82H数据存储器指针低8位DPH83H数据存储器指针高8位*IEA8H中断允许控制器*IPD8H中断优先控制器*P080H端口0*P190H端口1*P2A0H端口2*P3B0H端口3PCON87H电源控制及波特率选择*SCON98H串行口控制器SBUF99H串行数据缓冲器*TCON88H定时器控制TMOD89H定时器方式选择TL08AH定时器0低8位TL18BH定时器1低8位TH08
