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1课程设计用纸教师批阅目录第一章课程设计任务书…………………………………………2一、概述……………………………………………………………2二、课程设计任务书………………………………………………2第二章硬件电路设计及描述……………………………………4一、单片机芯片型号的选择………………………………………5二、电源方案的选择………………………………………………5三、抢答器键盘的选择……………………………………………5四、时钟电路的设计………………………………………………6五、复位电路………………………………………………………7六、显示电路………………………………………………………7七、主持人控制电路和蜂鸣器电路………………………………8第三章软件设计流程及描述……………………………………9一、软件设计流程…………………………………………………9二、程序设计描述…………………………………………………10第四章源程序代码…………………………………………………11第五章电路原理图…………………………………………………20第六章课程设计心得体会………………………………………212课程设计用纸教师批阅第一章课程设计任务书一、概述：1974年，美国仙童公司研制出世界上第一台单片微型计算机F8，该机由两块集成电路芯片组成，结构呢奇特，具有与众不同的指令系统，深受民用电器和仪器仪表领域的欢迎和重视。从此，单片机开始迅速发展，应用范围也在不断扩大，现在成为微型计算机的重要分支。随着电子科技的发展，单片机的作用和地位越来越高，功能也越来越完善，在电子电路中起到控制管理的核心作用。《单片机原理及应用技术》也是理工生的一门必修课，是一门技术性、应用性、实践性较强的科目。其核心在于编程，通过相应的程序来达到控制管理的作用。相应的程序可以由高级语言来编写，当然也能由汇编语言来编写。本次的《单片机原理与应用课程设计》主要是利用MCS-51系列单片机为核心，设计一个可容纳八组参赛队的数字式抢答器，要求由主机、按键盒和显示、报警器等组成完整系统。通过汇编语言编写程序来控制电路的过程。这次课程设计的目的和意义就是希望通过小组在一起分析研究，来达到自主学习、分析和解决问题的一个思维和能力，提高理工生的实践能力。二、课程设计任务书1．内容与要求利用MCS-51系列单片机为核心，设计一个可容纳八组参赛队的数字式抢答器，要求由主机、按键盒和显示、报警器等组成完整系统。2．基本工作原理及组成简介系统主机由MCS-51单片机作为控制核心，按键盒设置一个按键和一个指示灯通过导线连接到主机接口，显示器包括抢答组别号显示和计时显示。抢答开始：先由主持人将系统复位并发出抢答指令后，参赛者才按抢答按键，首先抢答组指示灯亮并通过组别显示电路显示出抢答者的组别，同时扬声器发出“嘀-嘟”的双音音响持续2S~3S钟。同时电路自锁，使别组的抢答按键不起作用。若抢答犯规，对提前抢答和超时抢答的组别鸣喇叭示警，显示器上显示出犯规组别。3．技术指标与性能特点参赛组数：8组。3课程设计用纸教师批阅4．基本步骤（1）分析题意，确定设计方案（2）选择单片机型号（3）设计单元电路、选择元器件、计算参数、并进行实验验证（4）用Protel画出完整电路原理图（5）编写程序（6）软、硬件调试5．关键技术提示（1）LED显示器电路设计，考虑重点是驱动能力核算。（2）抢答按键消抖与互锁时间配合及编程。（3）裁判规则算法。6．设计报告要求（1）封面（2）内容提要（3）目录（4）正文①概述所设计题目的意义、本人所做的工作及系统的主要功能；②硬件电路设计及描述③软件设计流程及描述④软、硬件调试过程及方法描述⑤源程序代码（要详细注解）⑥电路原理图。（5）课程设计体会（6）主要参考文献、资料4课程设计用纸教师批阅第二章硬件电路设计及描述硬件设计主要包括一些电子器件的选择。当然，这些电子器件的选择与我们的软件设计密不可分。因此，我们应该先把握好整个设计的思路，根据设计思路来确定自己需要哪些硬件来完成我们的目的。本次课程设计是一个可容纳8组参赛队的数字抢答器。具体思路是：系统主机由MCS-51单片机作为控制核心，按键盒设置一个按键和一个指示灯通过导线连接到主机接口，显示器包括抢答组别号显示和计时显示。抢答开始：先由主持人将系统复位并发出抢答指令后，参赛者才按抢答按键，首先抢答组指示灯亮并通过组别显示电路显示出抢答者的组别，同时扬声器发出“嘀-嘟”的双音音响持续2S~3S钟。同时电路自锁，使别组的抢答按键不起作用。若抢答犯规，对提前抢答和超时抢答的组别鸣喇叭示警，显示器上显示出犯规组别。具体构思如下图所示：5课程设计用纸教师批阅一、单片机芯片型号的选择：在之前的单片机课程和实验中，我们学习和使用过AT89C51的单片机，用AT89C51单片机来控制电路，简单、方便。最重要的就是写程序，如何通过程序来达到抢答器的作用，利用51单片机来说补充了集成电路中所缺的遗漏，更是在集成电路上更加精准，对选手更加的公平，让选手都站在同一的战线上。AT89C51的引脚图:二、电源方案的选择：系统需要多个电源，AT89C51使用5V稳压电源。采用三端稳压集成78L05得到5V的稳定电压。利用该方法方便简单，工作稳定可靠。三、抢答器键盘的选择：键盘接口中使用多少根I/O口，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。6课程设计用纸教师批阅10k10k10k10k10k10k10k10kVCC四、时钟电路的设计：本设计所采用的时钟信号为C51中的内部形式，内部方式实现单片机的时钟电路，利用单片机芯片上提供的反相放大器电路，在XTAL1和XTAL2引脚之间外接振荡器构成一个自激振荡器，自激振荡器与单片机内部的始终发生器构成单片机的时钟电路。如图中，由OSC和电容C1和C2构成了并联谐振回路作为定时元件，振荡源OSC可选用晶体振荡器或陶瓷振荡器，频率为1.2—12MHz，电容C1、C2为5—30pF，起频率微调作用。30pFC2Cap30pFC3Cap12MHzY1XTALP1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RESET9RXD10TXD11INT012INT113T014T115WR16RD17XTAL118XTAL219GND20P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728PSEN29ALE30EA31P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039VCC40U1AT89C51P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RESETVCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7X1X2RXDTXDITN0ITN1T0T1WRRDP2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7PSENALEEA7课程设计用纸教师批阅五、复位电路：在单片机工作过程中，由于某种原因使单片机陷入“死机”状态，或根据需要采用强制手段使程序重新开始执行等等，需要采用按钮开关复位方式。当按钮开关S按下时，+5V电源通过S接入电阻构成的电路网络，设计时使电阻上的分压达到高电平的阀值，就可以使单片机复位。因为我们按动按钮开关使其闭合的时间远远大于单片机复位所用的时间。通常把上电自动复位电路和按钮开关复位电路综合在一起，这样既可以在每一次电源接通时系统复位，也可以满足强制复位的要求。S9SW-PB1KR1Res29KR2Res2+5VP1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RESET9RXD10TXD11INT012INT113T014T115WR16RD17XTAL118XTAL219GND20P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728PSEN29ALE30EA31P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039VCC40U1AT89C51P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RESET22uFC1CapPol2VCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7X1X2RXDTXDITN0ITN1T0T1WRRDP2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7PSENALEEA六、显示电路：本设计采用LED数码管显示，利用软件设计其倒计时功能，当主持人未按键开始抢答时，时间显示数码管显示为00，当开始抢答后，显示为30并开始倒计时，如果在此期间有人按键抢答，则在第三个数码管上显示响应的号数，当然如果出现违规的选手则不能参与本次回答，因为违规的时候会出来二极管LED显示红灯，同时扬声器发出声响，时间大约为0.5秒，如果有人正常按键抢答，则出现绿灯，扬声器也发出声响时间也为0.5秒左右。8课程设计用纸教师批阅VCC20Q019Q118Q217Q316Q415Q514Q613Q712LE11U374HC573fgedcDPbaDS1DpyRed-CAfgedcDPbaDS2DpyRed-CAfgedcDPbaDS3DpyRed-CA七、主持人控制电路和蜂鸣器电路：当有信号源从P2.7口输入时，扬声器发出声响，可根据定时器设计发声时间的长短，此信号源可以为抢答开始、抢答时间到、选手正常抢答、选手非法抢答、答题时间到都会同过此扬声器发出一定时间的声响，并且设计了一个LED显示来提示是否为报警信号，当正常信号源来的时候，此灯为绿灯，发出声响，但是如果为报警信号来时，此灯为红灯，并发出声响。同时主持人通过S按键输入信号，提示答题时间开始、清除，扬声器同时发出声响，发出声响的时候优先判断是哪位抢答到答题的机会，并在LED上显示出来，同时显示开始后的时间，此电路设计答题时间为30秒，扬声器响的时间为0.5秒。当主持人清除系统信号的时候，显示器上显示时间为00，选手号数也为0。SSW-PBLS1SpeakerD4LED1P2.7P2.69课程设计用纸教师批阅第三章软件设计流程及描述一、软件设计流程：智力竞赛抢答器要求有计时记忆功能,一次时间设置完,复位后不需重新进行时间设定，通过键盘扫描输出按键信息,再通过单片机将它转换成能在七段数码管上显示字型码.当抢答完毕时,会在数码管上显示抢答者数字号码提示以表示抢答成功.同时显示其分数,分数的加减可由裁判手动进行.采用独立式键盘,可实现8路抢答.在显示时使用的是七段数码管显示在本设计中根据实际情况采用的是动态显示方法.并通过查表法将其在数码管上显示出来,其中P1口为字型码输入端,P2口低6位为字选段输入端.通过查表将字型码送给7段数码管显示的数字。软件去抖动,如果开始键按下就向下执行,否者跳到开始。采用倒计时程序，使其具有倒计时功能。回答倒计时30秒。抢答时间5秒。采用发声警报（由于发生器不响，所以，用绿灯换了），起到报警作用。1、如果想调节抢答时间或答题时间,按抢答时间调节键或答题时间调节键进入调节状态,此时会显示现在设定的抢答时间或回答时间值,如想加一秒按一下加1s键,如果想减一秒按一下-1s键，时间LED上会显示改变后的时间，调整范围为0s~99s,0s时再减1s会跳到99，99s时再加1s会变到0s。2、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30s抢答时间），如有选手抢答，会有提示音，并会显示其号数并立刻进入回答倒计时（预设60s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。倒数时间到小于5s会每秒响一下提示音。3、如倒计时期间，主持人想停止倒计时可以随时按停止按键，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。4、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，L