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1课程题目：基于单片机---8路抢答器学院：职业技术学院专业：电子信息科学与技术年级：091学号：0920020088学生姓名：黄亚飞指导教师：陈燕秀2012年1月2日单片机课程设计2目录摘要……………………………………………………………………31单片机的应用技术………………………………………………32系统设计要点………………………………………………………42.1抢答器的硬件设计要求……………………………………………42.2计分器的硬件设计要求…………………………………………42.3人机交互程序设计…………………………………………..……...….43电子智能抢答器系统的硬件电路设计……………………………53.1硬件模块方案………………………………………………………..53.2计分器的电路设计……………………………………………53.3抢答器的电路设计…………………………………………………74软件设计…………………………………………………………….........94.1抢答器系统软件的流程图…………………………………………………...94.2计分器系统的软件流程………………………………………………….....104.3键盘扫描程序流程图………………………………………………….........104.4抢答数码显示软件程序设计………………………………………….……124.5音乐音频输出程序流程图………………………………………………….135单片机干扰防护……………………………………………………145.1采用隔离技术……………………………………………………145.2正确的接地措施……………………………………………………14结论…………………………………………………………………….15程序………………………………………………………………….…........153摘要电子智能抢答计分器在抢答过程中，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。如果在抢答中，靠视觉是很难判断出哪组先答题。利用单片机系统来设计抢答器，使以上问题得以解决，即使两组的抢答时间相差几微秒，也可分辨出哪组优先答题。抢答组数可以在八组以内任意使用，本系统设计为模块形式采用九针插头进行连接，系统工作原理本系统采用AT89S51单片机作为核心。控制系统的五个模块分别为：单片机最小系统、显示模块、显示驱动模块、抢答开关模块、音乐音频输出模块。关键词：单片机；显示；驱动；抢答1单片机的应用技术单片机由硬件系统与软件系统组成。硬件系统是指构成微机系统的实体与装置，通常由运算器、控制器、存储器、输入接口电路和输入设备、输出接口电路和输出设备等组成。其中运算器和控制器一般做在一个集成芯片上，统称中央处理单元（CentralProcessingUnit），简称CPU，是微机的核心部件。CPU配上存放程序和数据的存储器、输入/输出（Input/Output，简称I/O）接口电路以及外部设备即构成单片机的硬件系统。软件系统是微机系统所使用的各种程序的总称，人们通过它对微机进行控制并与微机系统进行信息交换，使微机按照人的意图完成预定的任务。软件系统与硬件系统共同构成完整的单片微型计算机系统，两者相辅相成，缺一不可。42系统设计要点系统设计主要包括硬件和软件两大部分，依据控制系统的工作原理和技术性能，将硬件和软件分开设计。硬件设计部分包括电路原理图、合理选择元器件、绘制线路图，然后对硬件进行调试、测试，以达到设计要求。软件设计部分，首先在总体设计中完成系统总框图和各模块的功能设计，拟定详细的工作计划；然后进行具体设计，包括各模块的流程图，选择合适的编程语言和工具，进行代码设计等；最后是对软件进行调试、测试，达到所需功能要求。硬件电路是采用结构化系统设计方法，该方法保证设计电路的标准化、模块化。硬件电路的设计最重要的选择用于控制的单片机，并确定与之配套的外围芯片，使所设计的系统既经济又高性能。硬件电路设计还包括输入输出接口设计，画出详细电路图，标出芯片的型号、器件参数值，根据电路图在仿真机上进行调试，发现设计不当及时修改，最终达到设计目的。软件设计的方法与开发环境的选取有着直接的关系，本系统由于是采用51系列单片机，因此使用KeilC语言进行开发。此编程工具相比汇编语言具有结构化、适用范围大、可移植性好等特点。本系统软件设计采用模块化系统设计方法，先编写各个功能模块子程序，然后进行组合与调整，经过调试后，达到设计功能要求。2.1抢答器的硬件设计要求抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S1~S8表示。设置一个系统清除和抢答控制按扭，该按扭由主持人控制。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，并在LED数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。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。2.2计分器的硬件设计要求加减计分有三位显示，用串行通信口，显示分数，用4*4阵列式键盘进行同时加减和单组加分。2.3人机交互程序设计系统的人机交互程序设计，主要是解决按键的扫描与信息的显示，让操作者能够灵活地控制系统工作。键盘用来输入指令，发光数码管用来显示单片机的状态，这是一个比较简单的人机交互形式。53电子智能抢答器系统的硬件电路设计3.1硬件模块方案主控制器模块：采用AT89C51单片几机控制抢答器显示模块：数码管显示电源方案的选择：采用三端稳压器电路抢答器键盘模块：独立式键盘计分器显示模块：采用带有锁存功能的移位寄存器74LS595芯片计分器键盘模块：行列式键盘3.2计分器的电路设计主控制器采用AT89C51单片机作为微处理器，AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机，片内含4Kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元。计分器的工作原理是采用最小系统，用4x4键盘来输入是选手需要加减进行分数的加减输入。主板上的6个数码显示，加几分的数，按确定键后分数值从串口p3.0，p3.1传到计分器显示模块上再通过数码管驱动模块显示。原理图如图4.1所示6123456ABCD654321DCBA标题图号修订尺寸B日期:23-Jun-2008第张共张文件:J:\抢答器记分器.Ddb制图人:EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U989S5112U1A74ALS0634U1B74ALS0656U1C74ALS0689U1D74ALS06A02A13A24A35A46A57A68A79B018B117B216B315B414B513B612B711E19DIR1U274ALS245S1S2S3S4S5S9S13S6S10S14S7S11S15SW-PBS8S12S16R110KR210KR310KR410KA0A1A2A3A4A5A6A7A0A1A2A3A4A5A6A7A0A1A2A3A4A5A6A7A0A1A2A3A4A5A6A7A0A1A2A3A4A5A6A7VCCB0B1B2B3B4B5B6B7B0B1B2B312J1CON2C130PC230PR510KY1S0C310uFVCCR9R9C41000uFC50.1uFR65.6KD0LEDS12345678J2C0C1C2C3C4C5C6C7C0C1C2C3C4C5C6C7VCCB6B71011U1E74ALS06A0A1A2A3A4A5A6A7B41213U1F74ALS06A0A1A2A3A4A5A6A7B5162738495J3串口输出D0D1D2D3D4D5D6D0D1D2D3D4D5D6P1.7P1.7C0C1VCCR710R810R910R1010R1110R10LabfcgdeVCC1234567abcdefg8dpdp9DS1abfcgdeVCC1234567abcdefg8dpdp9DS2abfcgdeVCC1234567abcdefg8dpdp9DS3abfcgdeVCC1234567abcdefg8dpdp9DS4abfcgdeVCC1234567abcdefg8dpdp9DS5abfcgdeVCC1234567abcdefg8dpdp9DS6图3.1计分器系统的硬件电路73.3抢答器的电路设计3.3.1抢答电路模块抢答器的工作原理是采用单片机最小系统，用查询式键盘进行抢答。通过抢答按键模块，连接按键进行抢答。其工作原理为：主持人按清零键后，选手可按键抢答，单片机锁存信号，屏蔽外界信号。串显示编号，并有丁冬声输出。抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。抢答器原理如图4.2。图4.2抢答器原理图3.3.2抢答按键模块的设计抢答按键模块的设计是通过利用光电耦合器，光电偶合器的输入/输出之间没有接触，能有效地防止输入端的电磁干扰以电藕合的方式进入应用系统，而且光电偶合器的输入阻抗很小，干扰源的内阻很大，所以能输入到光电偶合器的干扰电压8很小。把单片机信号和按钮的信号隔开，采用+12V电源给单片机开关量的控制。其原理图如图4.3。图3.3输入隔离电路94软件设计4.1抢答器系统软件的流程图抢答组数可以在八组以内任意使用，其流程如图5.1开始初始化显示组号开音乐第一组第二组第三组第八组否是是否否是是图4.1抢答器系统软件的流程图104.2计分器系统的软件流程图4.2计分器系统的软件流程4.3键盘扫描程序流程图本系统的键盘采用的是4×4矩阵式键盘，矩阵式键盘由行线和列线组成，按检测P3.7状态初始化开始扫描键盘S1~S8是那一个组要加分,并组号显示在主板上(六个数码管)为0单组加减分为1全部统一加减分加分按键S14减分按键S15键盘录入分值,并显示在主板上(六个数码管)加分按键S12减分按键S13键盘录入分值,并显示在主板上(六个数码管)确定S16P1.7输入一个单次脉冲,并保持高电平(锁存数据由P3.0P3.1串口输出显示分数)11键位于行、列线的交叉点上。一个4×4的行、列结构可以构成一个含有16个按键的键盘，显然，在按键数量较多时，矩阵式键盘较之独立式按键键盘要节省很多I/O口。矩阵式键盘中，行、列线分别连接到按键开关的两端，在进行键盘扫描时，首先把矩阵键盘列线的第一根线置高，然后分别再检测矩阵键盘行线是否有高电平的信号，如果有信号，那么就证明这根行线与第一根列线相交处的按键被按下了，单片机就读入这个键值。如果所有的四根行线都没有信号，那么就把第一根列线置低，把第二根列线置高，再一次检测行线有没有信号，然后依次类推。由于键盘扫描的速度很快，而人按键总会持续一定的时间，因此只要单片机处在等待输入的状态，这个键盘扫描程序基本上不会错过任何一个按键信号。由于一般人按键会有抖动，抖动信号造成键盘扫描时会出现一些错误的信号，要不就是扫描不进数据，要不就是重复输入很多次数据，因此需要有一个消除抖动的程序。让单片机不响应一些相关的抖动信号，而只响应一次确实存在的按键信号。消抖动程序是这样实现的，当检测到一个脉冲信号时，并不立即认为是一次按键，而是延时一段时间以后再进行检测，如果三次检测都有信号，那么就认为有一次按键动作发生了。延时的选择非常重要，太快了，起不到消除抖动的效果，太慢了又让键盘太不灵活，错过较多的按键信号。键盘扫描程序的流程图如图4.3所示。12开始初始化将第一根列线置高依次扫描行线有信号吗延时一次有信号吗再延时一次有信号吗将上一根列线置低将下一根列线置高依次扫描行线有信号吗延时一次有信号吗再