单片机课程设计-抢答器

《单片机课程设计-抢答器》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机课程设计-抢答器（35页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、目录第1章绪论111抢答器控制概述1111单片机抢答器的背景11.1.2单片机抢答器的意义11.2主要研究任务2第2章主控器AT89C51介绍32.1内部逻辑结构32.2单片机的信号引脚52.3单片机的时钟与时序6第3章各模块的选择和论证83.1抢答器显示模块选择83.2控制器选择93.3键盘选择93.4时钟频率电路的设计103.5复位电路的设计103.6报警电路113.7锁存器 74HC57311第4章模块最终方案的设计1341总体设计思路134.2总体电路连接134.3功能介绍134.4抢答器的软件设计144.4.1流程图简介144.4.2程序流程图144.5数码显示15第5章系统调试与仿

2、真165.1软件调试问题分析165.2 Proteus仿真17第6章总结18参考文献19附录:c语言编程20第1章绪论11抢答器控制概述对于抢答器我们大家来说都不陌生，它是用于很多竞赛场合，真正实现先抢先答，让 最先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。1.1.1单片机抢答器的背景二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不 过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称PC机，它由主机、键盘、显示器等组成。还 有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉，这种计算机就是

3、把智能赋予各种机械的单片机（亦 称微控制器）。顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运 算和控制。因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中，起着有如 人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在，这种单片机的使用领域已十分 广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了 单片机，就能起到使产品升级换代的功效。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发 者搞出来的某些产品，不是电路太复杂，就是功能太简单且极易被仿制。究其原因，可能 就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。在知识竞赛中，特别是做抢答题时，在抢答过

4、程中，为了更确切的知道哪一组或哪一 位选手先抢答到题，必须要有一个系统来完成这个任务。若在抢答中，只靠人的视觉（或 者是听觉）是很难判断出哪一组（或哪一个选手）先抢答到题的。利用单片机编程来设计 抢答器，可以使以上问题得以解决，即使两组的抢答时间相差几微秒，也能轻松的分辨出 哪一组（或哪个选手）先抢答到题的。本文主要介绍了抢答器的工作原理及设计，以及它 的实际用途。1.1.2单片机抢答器的意义本系统采用单片机作为整个控制核心。控制系统的四个模块为：显示模块、存储模块、 语音模块、抢答开关模块。该系统通过开关电路八个按键输入抢答信号；利用一个数码管 来完成显示功能；用按键来让选手进行抢答，在数码

5、管上显示哪一组先答题的，从而实现 整个抢答过程。本文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。系统工作原理本 系统采用AT89C51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、抢答开关模块。该抢答器系统通过开关电路四个按键输入抢答信号； 利用一 个数码管来完成显示功能。工作时，用按键通过开关电路输入各路的抢答信号，经单片机 的处理，输出控制信号，单片机控制的智能抢答器设计。12主要研究任务1. 完成系统硬件电路设计：（1）单片机采用AT89C51系列；（2）键盘采用独立式键盘，按键比较少，且键盘中各按键的工作互不干扰；（3）个四位七段数码管，用来显示

6、抢答者的序号和抢答时间。2. 完成系统软件设计：（1）键盘管理程序（包括键扫描、键处理程序）；（2）数码管显示程序；（3）控制抢答程序。3. 实现系统要求的功能：（1）基于51单片机原理设计一款八路数字抢答器，抢答器可同时供8名选手或8个 代表队比赛，分别用8个按键S1S8进行抢答；（2）设置一个抢答控制开关（具有清零和非法抢答控制功能，开始抢答后才允许答题 者抢答），供主持人用，避免选手在主持人按“开始”前提前抢答，违反规则；（3）设定抢答时间限制（20s），当主持人启动“开始”后，定时器进行减计时，在20S 内无人抢答表示所有参赛选手或参赛队对本题弃权，抢答时间耗尽后禁止抢答，该题作废；（

7、4）抢答器具有锁存与显示功能。当选手按下按键，锁存相应选手的参赛号码，并在 数码管上显示。选手抢答实行优先锁存，其他按键者将不能响应，以便公平地选择第一个 抢答者；（5）倒计时期间，如果主持人想终止倒计时，可以按下“停止”键，系统会自动停止。第2章 主控器AT89C51介绍AT89C51单片机是美国Atmel公司生产低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器(EPROM)和128 bytes的随机存取数据存储器 (RAM)，器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存取技术生产，兼容标准MCS-51指令 系统，片内置通用8位中央处理器(CPU)和Fla

8、sh存储单元，功能强大。AT89C51单片 机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。21内部逻辑结构C51单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、 并行I/O接口、串行接口、中断系统、时钟电路、位处理器等几大单元及数据总线、地址 总线和控制总线等三大总线，其逻辑结构如图2-1所示。0P0. 7P2. 0P2. 7图2-1 C51单片机逻辑结构框图1中央处理器CPU中央处理器CPU(Central Processing Unit)是整个单片机的核心部件，包含运算电路 和控制电路两大部分，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，

9、CPU负 责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。2内部数据存储器(RAM)AT89C51内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一 编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数 据，所以，用户能使用的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户 定义的字型表。3内部程序存储器(ROM)包括ROM (4Kx8)和程序地址寄存器等。AT89C51共有4KB掩膜ROM，用于存放 用户程序、原始数据或表格，简称内部ROM。4定时/计数器(ROM)AT89C51共有两个16位的可编程定时/计

10、数器，用以实现定时或计数功能，并以此产 生的中断对单片机进行控制。5并行输入输出(I/O) 口AT89C51共有4组8位I/O 口(PO、P1、P2或P3)，以实现数据的并行输入与输出。 6全双工串行口AT89C51内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口 既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。7中断系统AT89C51具备较完善的中断功能，共有5个中断源，即外中断2个、定时/计数器中断 2个和串行中断1个。全部中断分为高级和低级共两个优先级别，可满足不同的控制要求。8时钟电路AT89C51内置最高频率达12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序

11、, 但石英晶体和微调电容需外接。9位处理器单片机主要用于控制，需要较强的位处理功能，因此，位处理器是它的必要组成部分, 也称布尔处理器。10内部总线上述这些部件通过总线连接起来，才能构成一个完整的计算机系统。芯片内的地址信 号、数据信号和控制信号都是通过总线传输的。总线结构减少了单片机的连线和引脚，提 高了集成度和可靠性。总线结构如图2-2所示。C51/时钟程序存储器嗷18存储制TTTTfT h t定时计数器并行“口库行浦信口图2-2 AT89C51内部总线结构22单片机的信号引脚1. 芯片引脚简介AT89C51的40个引脚主要包括： +5V电源VCC地线Vss外置石英振荡器的时钟线XTAL1

12、和XTAL2复位信号RST访问程序存储器控制信号EA外部程序存储器读选通信号PSEN地址锁存控制信号ALE 4组8位共32个I/O 口线2. 芯片引脚的功能VCC：供电电压。GND：接地。P0 口： P0 口为一个8位漏级开路双向I/O 口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1 口的 管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义 为数据/地址的第八位。在FLASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FLASH进行校验时, P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1 口 :P1 口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出4TTL 门电流。

13、P1 口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平 时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1 口作为第八位 地址接收。P2 口： P2 口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出4个 TTL门电流，当P2 口被写1时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为 输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2 口当用于 外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给 出地址1时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输

14、出 其特殊功能寄存器的内容。P2 口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3 口： P3 口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O 口，可接收输出4个TTL门电流。 当P3 口写入1后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为 低电平，P3 口将输出电流。3. 芯片引脚的第二功能随着单片机功能的增强，而又由于简化、工艺或标准等原有，芯片引脚数目总是有限 的，所以，“引脚复用”现象在单片机中十分常见。80C51的引脚复用主要集中在P3 口线上，P3 口线的第二功能见表2-1。表2-1 P3 口线的第二功能口线特殊功能信号名称P3.0RXD串行输入口P3.1TXD串行输出口P3.2INTO外部中断0输入口P3.3TNT1外部中断1输入口P3.4T0定时器0外部输入口P3.5T1定时器1外部输入口P3.6WR写选通输出口P3.7RD读选通输出口23单片机的时钟与时序为了保证同步工作方式的实现，单片机必须有时钟信号，一是以使系统在时钟信号的 控制下按时序协调工作。时序是指令执行过程中各信号之间的相互时间关系。1. 时钟电路内部时钟方式单片机的时钟电路由振