四路智能抢答器课程设计

1摘要近年来随着科技的飞速发展,单片机的应用正在不断深入,同时带动传统控制检测日新月异。此次设计提出一种用AT89C52单片机作为核心控制元件与电阻、液晶显示屏、蜂鸣器等构成硬件条件，再利用C语言编程来控制抢答器的功能实现。本论文对抢答器的背景与现状、硬件设计、软件设计及其仿真都做了详细的介绍,使我们不仅对抢答器的原理及设计有了深入的了解,也对单片机的设计研发过程有了更加深刻的体会。本次设计的系统主要采用单片机控制、采用手动抢答的方式。有人抢答后，系统自动封锁其他选手的抢答按钮，使其不再抢答，从而实现抢答功能。该系统还增加了抢答倒计时功能，可以调整。通过自主的设计、编程和调试出一个简单的四路抢答并在液晶屏显示抢答成功者号码；熟悉C语言编程；了解单片机仿真系统的使用方法，达到提高综合运用相关知识的能力；进一步熟悉和掌握Proteus7的使用方法；掌握单片机系统设计全部过程的目的。2目录前言…………………………………………………………3一.设计目的………………………………………………4二．设计任务与要求……………………………………4三．设计方案………………………………………………53.1方案一………………………………………………………53.2方案二………………………………………………………53.3方案比较……………………………………………………7四．硬件电路设计………………………………………74.1显示电路部分………………………………………………74.2按键控制电路部分…………………………………………8五．软件设计………………………………………………10六．系统调试与结果分析……………………………15七．心得体会………………………………………………18八．参考文献………………………………………………193前言电子技术和微型计算机的迅速发展，促进微型计算机测量和控制技术的迅速发展和广泛应用，单片机（单片微型计算机）的应用已经渗透到国民经济的各个部门和领域，它起到了越来越重要的作用。单片微型计算机就是将中央处理单元、存储器、定时/计数器和多种接口都集成到一块集成电路芯片上的微型计算机。因此一块芯片就构成了一台计算机。它已成为工业控制领域、智能仪器仪表、尖端武器、日常生活中最广泛使用的计算机。抢答器一般是由很多电路组成的，线路复杂，可靠性不高，功能也比较简单，特别是当抢答路数很多时，实现起来就更为困难。因此我们设计了以单片机为核心的新型智能的抢答器，在保留了原始抢答器的基本功能的同时又增加一系列的实用功能。并简化其电路结构。控制系统的三个模块为：显示模块、存储模块、抢答开关模块。该系统通过开关电路四个按键输入抢答信号，利用1602液晶屏来完成显示功能，用按键来让选手进行抢答，在液晶屏上显示抢答最快的号码及时间，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AT89C52单片机作为核心。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。4一．设计目的1．学习智力竞赛抢答器电路的工作原理。2．学习基于单片机电路的设计、实现和调试方法。二．设计任务与要求2.1设计任务设计一个由四人参加的智力竞赛抢答电路，当主持人宣布“开始”，显示出首先做出判断的参加竞赛者。功能：1、清零功能：可用触发器的异步复位端实现，由主持人控制。2、抢答键控功能：可用触发器和门电路实现。3、显示功能：可用发光二极管显示，用蜂呜器发声。2.2设计要求1、选择适当的元器件，设计该电路。以实现上述功能。2、利用Proteus绘制其电路原理图。3、对每个元器件选择合适的封装，形成网络表文件5三．方案设计3.1方案一利用数字电路实现该电路的设计。设计流程图如图一：图一抢答器主要是由F1是四D触发器74LS175，F2是双四输入与非门74LS20；F3是74LS20组成的多谐振荡器；F4是74LS74组成的四分频电路。工作原理：是当主持人按下抢答开关时，选手能进行抢答，抢答开始时，由主持人清除信号，按下复位开关S，74LS175的输出Q1~~Q4全为0.所有发光二极管的LED均熄灭，当主持人宣布“抢答开始”后，首先做出判断的参赛者立即按下开关，对应的发光二极管点亮，同时，通过的与非门F2送出信号锁住其他三个抢答者的电路，不再接受其他信号，直到主持人再次清除信号为止。3.2方案二利用单片机实现该电路设计。设计流程图如图二：秒脉冲计时控制抢答控制器光提示计时显示主持人控制6图二工作原理：抢答模块、修改抢答时间模块、主持人控制模块一共采用8个独立式的键盘作为按键输入，当在主持人按下开始键后有参赛者按键按下时，就会有对应于这个按键的灯亮并且蜂鸣器响一声，其它按键再按也无效。在规定时间之后如不清除，蜂鸣器就会一直响，超时的LED会点亮，提示已经到时间。修改抢答时间是在按下了修改按键之后就会等待增量、减量的输入以修改时间，直到再一次按下修改键以确定修改完成。52单片机的端口上电是高电平，而且当外部没有输入时能自动的弹跳到高电平，所以通过按键所接端口的高低电平变化可以判断出哪个按键按下了。73.3方案比较与利用数字电路实现的设计方案相比，利用单片机不仅编程被简化，还有效的利用了各个端口。8052单片机的资源完全够这个系统的要求。所以选择方案二。四．硬件电路设计4.1显示电路部分根据按键按下的情况LED做出相应的亮灭，蜂鸣器做出相应的反应。当开始键按下启动后，当S1按下时，则灯D1亮，并蜂鸣器响一声，如果超过规定时间，蜂鸣器一直响，并提示超时LED灯OFFON12345678161514131211109DSW1DIPSW_812345678161514131211109RN110kP1口电平变化单片机识别独立按键8被点亮。如果S1在限定的时间内再次被按下，说明参赛者1已完成回答；当S2按下时，则灯D2亮，并蜂鸣器响一声，如果超过规定时间，蜂鸣器一直响，并提示超时LED灯被点亮。如果S2在限定的时间内再次被按下，说明参赛者2已完成回答；当S3按下时，则灯D3亮，并蜂鸣器响一声，如果超过规定时间，蜂鸣器一直响，并提示超时LED灯被点亮。如果S3在限定的时间内再次被按下，说明参赛者3已完成回答；当S4按下时，则灯D4亮，并蜂鸣器响一声，如果超过规定时间，蜂鸣器一直响，并提示超时LED灯被点亮。如果S4在限定的时间内再次被按下，说明参赛者4已完成回答；抢答完后可以按下主持人的确定键将其初始化。使用液晶屏显示抢答成功者号码、时间。液晶显示屏（LCD）具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险，平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强的特点。4.2按键控制电路部分键盘是单片机不可缺少的输入设备，是实现人机对话的纽带。键盘按结构形式可以分为非编码键盘和编码键盘，前者用软件方XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C52A1B2C3E16E24E35Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77U374ALS138D02D13D24D35D46D57D68D79Q019Q118Q217Q316Q415Q514Q613Q712LE11OE1U274ALS5739法产生键码，而后者则用硬件方法来产生键码。在单片机中使用的都是非编码键盘，因为非编码键盘结构简单，成本低廉，非编码键盘的类型很多，常用的有独立式键盘，行列式键盘等。独立式键盘，键盘接口中使用多少根I/O线，键盘中就有几个按键，键盘接口使用了8根I/O口线，该键盘就有8个按键，这种类型的键盘，其按键比较少，且键盘中各按键的工作互不干扰。因此可以根据实际需要对键盘中的按键灵活的编码。如图3所示。图3独立式键盘原理图最简单的编码方式就是根据I/O输入口所直接反映的相应按键，按下的状态进行编码，称按键直接状态码，对于这样编码的独立式键盘，CPU可以通过直接读取I/O口的状态来获取按键的直接状态编码值，根据这个值直接进行按键识别，这样的键盘结构简单，按键识别容易。独立式键盘的缺点是需要占用比较多的I/O口线，当单片机应用系统键盘中需要的按键比较少或I/O口线比较富余时，可以采用此类型的键盘。10五．软件设计本设计的抢答器的程序采用的是C程序设计，C语言的显著特点是用二进制来编写程序,程序的各个部分除了必要的信息交流外彼此之间相互独立。这种结构化方式可使程序层次清晰,便于使用、维护以及调试。C语言是以函数形式提供给用户的,这些函数可方便的调用,并具有多种循环、条件语句控制程序流向,从而使程序完全结构化。虽然C语言也是强类型语言，但它的语法比较灵活，允许程序编写者有较大的自由度。本次设计的主程序中包括时钟设计程序，定时器中断子程序，数码管显示程序以及按键控制子程序。抢答器主流程图如图4所示：图4抢答器主程序流程图抢答器定时中断流程图如图5：11图5抢答器定时器中断流程图程序代码如下：ORG0000HSJMPMAINORG000BHLJMPTOINTORG001BHLJMPTIINTORG0050HMAIN:MOVR3,#00HMOVR4,#00HMOVR5,#00HMOVR6,#00HMOVP2,#00HMOVTMOD,#11HMOVTH0,#3CHMOVTL0,#0B0HMOVTH1,#3CH12MOVTL1,#0B0HMOVIE,#8AHMOVR1,#10MOVR7,#0C8HLOOP1:MOVA,P1CJNEA,#0FFH,STARTSJMPLOOP1START:CJNEA,#7FH,MATCHLOOP2:MOVA,P1CJNEA,#7FH,NUM1SJMPLOOP2NUM1:CJNEA,#7EH,NUM2MOVP2,#11HSETBTR1RR1:CJNER1,#00H,RR1MOVP2,#01HCLRTR1SETBTR0MOVR3,#01HLJMPLOOP3NUM2:CJNEA,#7DH,NUM3MOVP2,#12HSETBTR1RR2:CJNER1,#00H,RR2MOVP2,#02HCLRTR1SETBTR0MOVR4,#01HLJMPLOOP3NUM3:CJNEA,#7BH,NUM413MOVP2,#14HSETBTR1RR3:CJNER1,#00H,RR3MOVP2,#04HCLRTR1SETBTR0MOVR5,#01HLJMPLOOP3NUM4:CJNEA,#77H,NEXT3MOVP2,#18HSETBTR1RR4:CJNER1,#00H,RR4MOVP2,#08HCLRTR1SETBTR0MOVR6,#01HLJMPLOOP3NEXT3:LJMPLOOP1MATCH:CJNEA,#0BFH,NEXT2CLRTR0CLRTR1LJMPMAINNEXT2:LJMPLOOP1LOOP3:MOVA,P1CJNEA,#0FFH,LOOP3LJMPLOOP1TOINT:MOVTH0,#3CHMOVTL0,#0B0HDJNZR7,NEXTCJNER3,#00H,LED114CJNER4,#00H,LED2CJNER5,#00H,LED3CJNER6,#00H,LED4LED1:MOVP2,#11HCLRTR0MOVR7,#0C8HSJMPNEXT1LED2:MOVP2,#12HCLRTR0M