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1、海南软件职业技术学院综合实训报告目录绪论11.1基于单片机抢答器的系统结构与原理21.2设计内容和要求32 硬件设计32.1抢答器硬件电路图32.2抢答器各部分电路设计42.2.1单片机最小系统的设计42.2.2抢答器按键电路的设计62.2.3中断控制按键电路的设计62.2.4数码管显示电路的设计62.2.5蜂鸣器报警电路的设计73.1主程序设计8。83.2延时程序设计9。93.3键盘扫描程序设计9。93.4数码管显示程序设计10。103.5抢答程序设计10。103.6倒计时程序设计12。123.7程序流程图13。134 仿真调试194.1 仿真软件简介194.1.1 Keil 仿真软件19。
2、194.1.2 PROTEUS仿真软件194.2 仿真调试结果19结束语22致谢23绪论 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。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（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，即可进行简单的运算和控制。因为它的体积小，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、
3、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，就能起到产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词“智能型”。在知识竞赛中，往往会用到抢答器。故此我们就选择利用单片机编程来设计抢答器，即使两组的抢答时间相差几微秒，也能轻松分辨出哪一组（或哪个选手）先抢答到题。 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、储存模块、语音模块、抢答模块。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
4、途。系统工作原理采用AT89C51单片机作为核心。控制系统的四个模块为：显示模块、储存模块、语音模块、抢答模块。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。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。3抢答器的应用随着我国经济和文化事业的发展，在很多公开竞争场合要求有公正的竞争裁决，诸如证券、股票交易及各种智力竞赛等，因此出现了抢答器。抢答器一般由很多电路组成，线路复杂，可靠性不高，功能也比较简单，特别是当抢答路数多时，实现起来就更加的困难。因此我们设计了以单片机为核心的新型智能抢答器，在保留原始抢答器的基本
5、功能的同时又增加了数码管显示电路实现了其它功能。抢答器又称为第一信号鉴别器，其主要应用于各种知识竞赛、文艺活动等场合。1 系统设计方案1.1基于单片机抢答器的系统结构与原理图1所示为抢答器电路，抢答器电路实际上就是单片机最小系统的应用，主要由单片机芯片加上时钟电路和复位电路以及按键和数码管显示电路及报警电路组成。18为8个 抢答键。P1.0P1.7为8路抢答信号输入端。当有抢答键按下时,对应输入端为低电平“0”反之为高电平“1”。开始抢答键为抢答启动键。在抢答开始时，按动一下开始抢答键，向单片机申请一次INTO中断单片机在中断服务程序中对抢答信号进行采样和识别处理。采用四位LED共阴极数码管以
6、动态扫描方式对抢答键号、违规抢答键号、倒计时时间等信息进行显示。蜂鸣器对违规抢答信号进行报警，以示出错警告。 图1 抢答器电路图1.2设计内容和要求本系统的设计内容和要求如下：1 主持人按“抢答开始”键，立刻进入抢答倒计时（预设15s抢答时间），如果有选手抢答，并会显示其号码并立刻进入回答时间（预设30s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。2 如果主持人未按“抢答开始”键，而有人按了抢答键，犯规抢答，LED上显示犯规号数并扬声器发声连续响十下。3 P3.2为开始抢答，P3.6为停止，p1.0-p1.7为八路抢答输入，数码管选P0口，位选P2口低4位，蜂鸣器输出为P3.7
7、口。2 硬件设计2.1抢答器硬件电路图抢答器硬件电路图如图1所示，主要包括以下几部分：（1）单片机最小系统电路：单片机最小系统，或者称为最小应用系统：是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。对51系列单片机来说，最小系统一般应该包括：单片机、晶振电路、复位电路。复位电路：由电容串联电阻构成，当系统一上电，RST脚将会出现高电平，并且，这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定.典型的51单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位，所以，适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位。一般教科书推荐C 取10u，R取10K。（2）抢答按键电路：抢答按键电路由8个按钮和8个均值的电阻通过总线连
8、接在AT89C51的P1.0至P1.7实现功能。（3）中断控制按键电路：由两个10K的电阻，和两个按钮通过图7的连接，并且D0、D1分别连接在AT89C51芯片的P3.2口和P3.6.其中一个按钮为开始抢答键，另一个为复位键。（4）数码管显示电路：由七段数码管7SEG-MPX-CA、RESPACK-8、74LS244及导线按图8连接其中74LS244主要用于三态输出，作为地址驱动器、时钟驱动器、总线驱动器和定向发送器等.（5）蜂鸣器报警电路：由一个200欧的电阻和SPEAKER连接，其中扬声器的一端与电阻相连，另一端连在AT89C51P3.7口。扬声器起到报警作用，若有选手出现抢答犯规，则扬声
9、器发声。2.2抢答器各部分电路设计2.2.1单片机最小系统的设计单片机的最小系统，或者称为最小应用系统，是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。对51系列单片机来说，最小系统一般应该包括单片机芯片，时钟电路和复位电路等三部分组成。最小系统电路图如图2所示。图2 单片机最小系统图2.2.1.1时钟电路设计时钟电路用于产生MCS-51单片机工作所必需的时钟控制信号。时钟频率直接影响单片机的速度，电路的质量直接影响系统的稳定性。常用的时钟电路有两种方式：内部时钟方式和外部时钟方式。（1）内部时钟方式利用芯片内部的振荡器，然后在引脚XTALl和XTAL2两端跨接晶体振荡器（简称晶振），就构成了稳定
10、的自激振荡器，发出的脉冲直接送入内部时钟电路。具体的接线方法如图3所示。外接晶振时，C l和C2的值通常选择为30pF左右；C l、C2对频率有微调作用，晶振或陶瓷谐振器的频率范围可在1.212MHz之间选择，其典型值为12MHz或6MHz。某些高速单片机芯片的时钟频率已达40MHz。（2）外部时钟方式外部时钟信号由外部振荡器产生，它的波形应为方波，频率应符合所用的MCS-51单片机的具体要求。接入外部时钟时，应根据不同类型的单片机，选择相应的连线方式，如图4所示。本系统采用内部时钟电路方式。图3 MCS-51采用内部时钟的接线图图4 MCS-51单片机与外部时钟的连接方式2.2.1.2复位电
11、路设计如图5（a）所示为开机复位电路，也称上电复位电路，由电容C1和电阻R1组成，一般C1取10uF，R1取8.2K。上电复位电路是利用电容两端电压不能突变的原理实现的。当断电时，电容C1经放电后电荷为0；当上电时，由于电容两端电压不能突变，RST端的电平为高电平，随着电容的充电，RST端的电位逐渐降低，最终变为0。从上电到电容充电结束，RST端的电平由高电平到低电平，只要选择合适的电容、电阻参数，就能够保证两个以上机器周期的复位高电平时间，从而保证复位的实现。如图5（b）所示为开机复位与人工复位电路也称按键复位电路。在系统运行过程中，只要按下按键就可以复位。一般R1=1K，R2=200，C=
12、22uF，按下按键，可以简单看成两个电阻串联，因为R1的电阻大，因而RST分压为高电平，系统复位，松开按键后RST电压给C充电，随着电容的充电，RST端的电位逐渐降低，最终变为0。系统开始工作。本系统采用按键复位电路。 （a）开机复位电路 （b）开机复位/人工复位电路图5 MCS-51单片机的复位电路2.2.2抢答器按键电路的设计抢答器输入信号由八个按键控制，当有键按下的时候，就会产生有效的输入信号，本设计使用了上拉电阻把输入信号先嵌位在高电平，当有按键按下时便使与这个按键相连的引脚变成低电平，产生一个低电平的输入信号。图6 抢答器按键电路2.2.3中断控制按键电路的设计 如图7为中断按键控制
13、电路，其中有两个按键D0、D1分别连接在AT89C51芯片的P3.2口和P3.6.其中一个按钮为开始抢答键，另一个为复位键。开始抢答按钮由主持人按，当主持人按下开始抢答后，选手方可抢答，否则视为抢答违规；另一按钮为复位按钮，抢答到的选手在限制的时间内回答问题，若选手提前回答完毕，则主持人可通过复位键进行下一轮的抢答。图7 中断按键控制电路2.2.4数码管显示电路的设计本设计使用七段数码管显示，通常在显示上我们采用的方法一般包括两种：一种是静态显示，一种是动态显示。其中静态显示的特点是显示稳定不闪烁，程序编写简单，但占用端口资源多；动态显示的特点是显示稳定性没静态好，程序编写复杂，但相对静态显示
14、而言占用资源少。本设计采用的是动态显示方法。图8 数码管显示电路 图8中数码管采用的是4位七段共阴极数码管，其中AH段分别接到单片机的P0口，由单片机输出P0口数据来决定段码值，位选码COM1、COM2、COM3、COM4分别接到单片机的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3，由单片机来决定当前该显示的哪一位。图中还有八个10K的电阻，连接在P0口上，用作P0口的上拉电阻，保证P0口没有数据输出时候出于高电平状态。2.2.5蜂鸣器报警电路的设计 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波，接上喇叭就能发出一定频率的声音，若再利用延时控制高或低电平的持续时间，就能改变输出频率，从而改变音频，使喇叭发出不同的声音。图9中单片机的14脚输出具有复合功能，此处用到了单片机17脚的IO端口功能，单片机通过内部定时器的操作实现交替变换的波形输出驱动扬声器发声。图9 蜂鸣器报警电路3 软件设计程序总体说明：实现抢答器功能的程序主要包括：主程序，没有进入
