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1、课程设计(论文)题 目 名 称 八路抢答器设计 课 程 名 称 单片机原理及应用 学 生 姓 名 学 号 0640629049 系 、专 业 信息工程系、电子科学与技术 指 导 教 师 许建明 2008年 12 月 12 日摘要随着电子技术的飞速发展，基于单片机的控制系统已广泛应用于工业、农业、电力、电子、智能楼宇等行业，微型计算机作为嵌入式控制系统的主体与核心，代替了传统的控制系统的常规电子线路。同时楼宇智能化的发展与成熟，也为基于单片机的照明控制系统的普及与应用奠定了坚实的基础。本设计是在学习过单片机初级教程这门课程后，利用所学过的课堂知识，发挥自己的创新能力，并结合动手动脑能力，来设计一
2、个由单片机控制的智力竞赛抢答器，并完成系统的软硬件设计及调试。关键字：单片机、微型计算机、创新、抢答器目录1 前言42 方案设计52.1设计思路52.2 方案论证52.3 设计原理63 电路设计731系统电路原理732主要元器件选择83.2.1 AT89C51芯片83.2.2 74HC24483.2.3七段数码管94 程序设计104.1系统程序流程1042系统程序设计115 功能仿真186 总结与体会19参考文献资料201 前言在知识比赛中，特别是做抢答题目的时候，在抢答过程中，为了知道哪一组或哪一位选手先答题，必须要设计一个系统来完成这个任务。因为在抢答过程中，靠视觉是很难判断出哪组先答题。
3、利用单片机系统来设计抢答器，使以上问题得以解决，即使各组的抢答时间相差几微秒，也可分辨出哪组优先答题。该课程设计主要介绍了单片机抢答器设计及工作原理，以及它的实际用途。本系统采用8051单片机作为核心。控制系统的四个模块分别为：存储模块、显示模块、语音模块、抢答按键模块。该抢答器系统通过开关电路八个按键输入抢答信号；利用语音芯片ISD1420 完成语音的录放功能；利用存储程序；利用一个四位一体的七段显示数码管来完成显示功能。工作时，在按下抢答开始键后，用按键通过开关电路输入各路的抢答信号进行抢答，经单片机的处理，输出控制信号，控制数码管和语音芯片工作。在位选数码管上显示哪一组先答题的号码，并有
4、倒计时显示，以及通过语音系统发出报警声音，从而实现整个抢答过程。2 方案设计2.1设计思路本设计中的控制系统核心是单片机AT89C51，它主要负责控制各个部分协调工作。在其外围接上复位电路、上拉电阻、数码管、按钮及蜂鸣器。元件为：晶振X1、电容C1、C2、电阻RP1及7SEG-MPX4- CA。AT89C51单片机的P1.0和P1.7由选手控制，分别是选手抢答键，即八组抢答的输入口。P0口为数码管的段选口,位选口用的是P2口的低4位,外部中断0,P3.2为抢答开始键。P3.7蜂鸣器的控制口。单片机有硬件复位端。外部还接有蜂鸣器用来发出报警音。采用7SEG-MPX4-CA它是共阴极的由高电平点亮
5、。软件设计部分由程序设计流程图和汇编语言编写。系统仿真用到了伟福软件和PROTUCE软件，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。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，并会显示其号数，3S后进入回答倒计时（预设15S抢答时间）。如倒计时期间，主持人想停止倒计时可以随时按复位键，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。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，犯规号数送往显示，到按下复位 键为止。 2.2 方案论证该系统采用MCS-51系列单片机AT89C51作为控制核心，该系统
6、可以完成运算控制、信号识别以及显示功能的实现。由于用了单片机，使其技术比较成熟，应用起来方便、简单并且单片机周围的辅助电路也比较少，便于控制和实现。整个系统具有极其灵活的可编程性，能方便地对系统进行功能的扩张和更改性。 CS-51单片机特点如下： 1 可靠性好：单片机按照工业控制要求设计，抵抗工业噪声干扰优于一般的CPU ，程序指令和数据都可以写在ROM许多信号通道都在同一芯片，因此可靠性高。 2 易扩充：单片机有一般电脑所必须的器件，如三态双向总线，串并行的输入及输出引脚，可扩充为各种规模的微电脑系统3 控制功能强：单片机指令除了输入输出指令，逻辑判断指令外还有更丰富的条件分支跳跃指令。该方
7、案不但从性能上优越，而且在使用上及其功能的实现上都较简洁，并且由于单片机具有优越的高集成电路性，使其工作速度更快、效率更高。另外AT89S51单片机采用12MHz的晶振，提高了信号的测量精度，并且使该系统可以通过软件改进来扩张功能。2.3 设计原理1. 本电路采用单片机AT89C51作为控制芯片，单片机的P0口外接七段显示数码管，数码管用来显示八位选手的号码。并在各个外接电路上并接开关按键，按键另一端接地。发光二极管采用共阳极接法，由于P0口为高电平呈输入状态，当有按键按下时，P0口呈低电平与按键对应的发光二极管满足点亮条件点亮。在程序编程上采用查询，查询P1口P1.0到P1.7的八个端口呈低
8、电平，即查询是哪个选手先按键，然后将选手号码送至数码管上显现出来。 2. 蜂鸣器是利用三极管处于开关状态是的导通与截止工作，在三极管导通时蜂鸣器工作，三极管截止时蜂鸣器不工作。三极管采用8550 PNP型基极接于P3.7口置其低电平时三极管导通，置其高电平时三极管截止。 3. 数码管采用共阴极七段显示，其内部发光二极管为共阴极接低电平。在主持人按下开始键后，10秒倒计时在数码管上显示。抢答选手按下键的时候，其号码被送往数码管进行显示。选手答题的时候，15S倒计时也送往显示。4. 软件设计分析首先在程序的开始为选手设置了一段违规程序，该程序的作用是为了防止选手在主持人没有按下抢答键时，有的选手已
9、经提前抢答了，本次抢答为无效抢答，并有报警和记录下该位选手的选号，做违规处理。如果在主持人按下抢答键后规定时间内抢答，该次抢答被视为有效抢答，在主持按下回答问题的键时选手就可以在规定的时间内回答问题了。3 电路设计31系统电路原理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. 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、按钮及蜂鸣器。元件为：晶振X1、电容C1、C2、 电阻RES、RESPACK-8。外部中断0，P3.2由裁判控制,是抢答开始键。P1.0-P1.7
10、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-P0.7输出，P3.7口为蜂鸣器输出口。P0口和P1口要分别接上上拉电阻。电路原理图如下：32主要元器件选择3.2.1 AT89C51芯片AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机。AT89C51芯片不仅包括CPU、RAM、ROM、定时器、串行口、I/O接口等主要功能部件之外，还有驱动器、锁存器、指令寄存器、地址寄存器等辅助部分。CPU是单片机最核心的部分，是单片机的大脑和心脏，主要完成运算和控制功能。RAM用于存放变化的数据，其地址空间为256个RAM单元，但其中能作为数据存储器供用
11、户使用的仅有前面128个，后128个被专用寄存器占用。ROM用于存放程序和固定不变的常数等等。通常采用只读存储器，且其有多种类型，在89系列单片机中全部采用闪存、定时/计数器用于实现定时和计数功能。AT89C51共有四个8位的并行I/O口，每个口都有一个锁存器和1个驱动器组成。并行I/O口主要用于实现与外部设备中数据的并航输入输出，有些I/O口还有其他功能。AT89C51有1个UART全双工异步串行口，用于实现单片机和其他具有相应接口的设备之间的异步串行数据传送。AT89C51采用40Pin封装的双列直接DIP结构。40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I
12、/O口，中断口线与P3口线复用。3.2.2 74HC24474HC244芯片内部共有两个四位三态缓冲器，使用时可分别以1C和2G作为它们的选通工作信号。当1C和2G都为低电平时，输出端Y和输入端A状态相同；当1G和2G都为高电平时，输出呈高阻态。A0A3为输入端，Y1Y4为输出端。OE为使能端，低电平有效。3.2.3七段数码管LED显示器是由发光二极管显示字段的显示器件。由图可知它由8个发光二极管构成，通过不同的组合可用来显示09、AF及小数点“.”等字符。图中DP表示小数点，COM表示公共端。数码管通常有共阴极和共阳极两种型号。共阴数管的发光二极管阴极必须接低电平，当某一发光二极管的阳极连到
13、高电平时，此发光二极管点亮；共阳极数码管的发光二极管是阳极并接到高电平，须点亮的发光二极管阴极接低电平即可。显然，要显示某字形就应使此字形的相应字段点亮，实际就是送一个用不同电平组合代表的数据到数码管。4 程序设计4.1系统程序流程(1)主程序 (2) 中断服务程序 (3) 答题子程序42系统程序设计 ORG 0000H LJMP START ORG 0003H LJMP ESS ORG 00A0HSTART: SETB EA SETB EX0 SETB IT0LP: MOV R2,#00H INC R2 JB P1.0,LP1 LCALL LOPLP1: INC R2 JB P1.1,LP2
14、 LCALL LOPLP2: INC R2 JB P1.2,LP3 LCALL LOPLP3: INC R2 JB P1.3,LP4 LCALL LOPLP4: INC R2 JB P1.4,LP5 LCALL LOPLP5: INC R2 JB P1.5,LP6 LCALL LOPLP6: INC R2 JB P1.6,LP7 LCALL LOPLP7: INC R2 JB P1.7,LP8 LCALL LOPLP8: LJMP LPLOP: MOV 56H,#02HLP16: MOV 51H,#10D MOV 52H,#10H CLR P3.7LP10: LCALL DELAY DJNZ 51H,LP10 SETB P3.7LP15: LCALL DELAY DJNZ 52H,LP15 DJNZ 56H,LP16 MOV DPTR,#TAB
