单片机课程设计四路抢答器设计

单片机课程设计(论文)题目名称基于单片机的四路抢答器设计课程名称单片机原理及在电气工程学科中的应用学生姓名XXX学号系、专业电气工程系指导教师XXXX2011年6月28日邵阳学院课程设计（论文）任务书年级专业09级电气工程测控类学生姓名学号题目名称基于单片机的六路抢答器设计设计时间2011-6-28课程名称单片机原理及在电气测控学科中的应用课程编号121200105设计地点数字控制与PLC实验室（305）一、课程设计（论文）目的课程设计是在校学生素质教育的重要环节，是理论与实践相结合的桥梁和纽带。单片机课程设计，要求学生更多的完成软硬结合的动手实践方案，解决目前学生课程设计过程中普遍存在的缺乏动手能力的现象.《单片机课程设计》是继《电子技术》、和《单片机原理与应用》课程之后开出的实践环节课程，其目的和任务是训练学生综合运用已学课程“电子技术基础”、“单片机原理及应用”的基本知识，独立进行单片机应用技术和开发工作,掌握单片机程序设计、调试和应用电路设计、分析及调试检测。二、已知技术参数和条件1、89C51系列单片机2、电源、电阻，导线，LED7段数码显示，发光二极管等3、KEIL软件；Wave软件4、THKSCM-1型单片机实验系统。三、任务和要求设计要求掌握六路抢答器的基本原理；掌握六路抢答器硬件电路的设计；掌握六路抢答器软件程序设计。设计一个可供6人进行的抢答器；系统设置复位按钮，按动后，重新开始抢答；抢答器开始时数码管显示序号0，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。抢答后显示优先抢答者序号，同时发出音响，并且不出现其他强答着的序号；抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定，本抢答器的时间设定为30秒，当主持人启动“开始”开关后，定时器开始减计时，同时音乐盒有短暂的声响；设定的抢答时间内选手可以抢答，这时定时器停止工作，显示器上显示选手的号码盒抢答时间，并保持到主持人按复位键；当设定的时间到，而无人抢答时，本次抢答无效，扬声器报警发出声音，并禁止抢答，定时器上显示00。1、要求设计出电气原理图；2、要求设计出程序流程图；3、要求设计出程序；注：1．此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；2．此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）1、单片机课程设计指导，北京航空航天大学出版社，楼然苗等2007年7月2、单片机实验与实践教程，北京航空航天大学出版社，何立民等2004年7月3、THKSCM-1型单片机实验系统实验指导书、KEIL软件，WAVE软件4、数字控制与PLC实验室”THKSCM-1型单片机实验系统”。五、进度安排2011年6月1日-7日：收集和课程设计有关的资料，熟悉课题任务何要求2011年6月8日-12日：总体方案设计2011年6月13日-18日日：硬件电路设计2011年6月19日-23日：软件设计2011年6月24日-25日：系统调试改进2011年6月26日-28日：整理书写设计说明书2011年6月29-30日：答辩并考核六、教研室审批意见教研室主任（签字）：年月日七|、主管教学主任意见主管主任（签字）：年月日八、备注指导教师（签字）：学生（签字）：XX学院课程设计（论文）评阅表学生姓名XXX学号系电气工程系专业班级题目名称基于单片机的四路抢答器设计课程名称单片机原理及在电气测控学科中的应用一、学生自我总结回顾起此次单片机课程设计，我感慨颇多。的确，从选题到定稿，从理论到实践，在这将近一个月的日子里，可以说是苦多于甜，但是可以学到很多的东西。不仅可以巩固以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合的重要性，只有理论知识是远远不够的，必须把所学的理论知识与实践相结合，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。学生签名：年月日二、指导教师评定评分项目平时成绩论文答辩综合成绩权重304030单项成绩指导教师评语：指导教师（签名）：年月日注：1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面；2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。I摘要本设计是六路智力抢答器。使用51系列单片机，编写应用程序来实现智力抢答功能。硬件设计使用的是51系列单片机中的89C51。硬件设计利用其中断控制程序进行抢答部分的处理，通过多输入与门的控制去申请单片机内部的中断，以达到显示抢答的目的。软件设计利用中断系统的基本构成原理编写中断服务程序，其信号由按键电路提供，由CPU响应中断，并输出响应。用到了查询按键模块、定时器模块、显示时间模块、显示组号模块、报警模块等。显示结果是主持人按键时，数码管显示30，即定时器从30秒开始计时，若30秒内有人抢答，则此时定时器停止计时，数码管显示此时的时间，同时蜂鸣器发出“嘀”声，且警报灯闪烁一下，与此同时显示抢答器的组数。反之数码管显示00，并停止计时。此时等待主持人按键进行下一轮抢答。关键词：抢答电路;定时电路;报警电路；时序控制目录第1章绪论…………………………………………………………………………11.1扩展功能…………………………………………………………………………11.2系统主要功能……………………………………………………………………1第2章抢答器的硬件电路设计…………………………………………………32.1电路原理图…………………………………………………………………………32.2时钟频率电路的设计……………………………………………………………42.3复位电路的设计…………………………………………………………………52.4显示电路的设计…………………………………………………………………52.5键盘扫描电路的设计……………………………………………………………52.6发声…………………………………………………………………………………62.7系统复位……………………………………………………………………………6第3章抢答器的软件设计…………………………………………………………83.1主程序系统结构图………………………………………………………………83.2程序流程图…………………………………………………………………………8第4章系统源程序…………………………………………………………………10第5章调试及性能分析…………………………………………………………21第6章课程设计小结………………………………………………………………22参考文献………………………………………………………………………………23致谢………………………………………………………………………………………241第1章绪论抢答器是一种应用非常广泛的设备，在各种竞赛、抢答场合中，它能迅速、客观地分辨出最先获得发言权的选手。早期的抢答器只由几个三极管、可控硅、发光管等组成，能通过发光管的指示辩认出选手号码。现在大多数抢答器均使用单片机(如MCS-51型)和数字集成电路，并增加了许多新功能，如选手号码显示、抢按前或抢按后的计时、选手得分显示等功能。本课题利用89C51单片机及外围接口实现的抢答系统，利用单片机的定时器/计数器定时和记数的原理，将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够正确地进行计时，同时使数码管能够正确地显示时间和选手号码。用开关做键盘输出，扬声器发生提示。系统达到要求:在抢答中，只有开始后抢答才有效，如果在开始抢答前抢答为无效；抢答限定时间和回答问题的时间可是在1-99s设定；可以显示是哪位选手有效抢答和无效抢答，正确按键后有音乐提示；抢答时间和回答问题时间倒记时显示，时间完后系统自动复位；按键锁定，在有效状态下，按键无效非法。1.1扩展功能1.抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。当主持人启动开始键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5秒左右。2.参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。3.如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00.1.2系统主要功能抢答器原理：该抢答器供不多于四个的抢答比赛使用。每个选手的座位前安装一只抢答按钮开关和一只信号灯。主持人的座位前安装一只复原按钮开关、一只蜂鸣器和一只抢答器工作状态指示灯。每当主持人口头发出允许抢答的号令之后，哪个队先按下座位上的按钮开关，该座位的信号灯就先被点亮，同时封锁其他按钮开关的活动。并且熄灭主持人座位上的状态指示灯和发出3声类似于电话振铃的提示声，以“声明”此次抢答动作已经完成。在主持人确认后，按下复原按钮，状态指示灯重新点亮，2并且同时发出“笛——笛——”声，为下一次的抢答作好准备。电路中的蜂鸣器FM是一只带有助音腔的压电陶瓷蜂鸣器，用于模拟发出报警声的功率放大器和喇叭。在FM发声的同时，灯D6也在发光。FM可以看作是一个电容性负载，本身不能流过直流电流。发声的原理是，作用在两个电极极板的电位在发生变化时，陶瓷材料就发生弯曲，从而振动空气发出声音。FM和4只按钮开关SWa~SWd以及4只电阻Ra~Rd都是在演示板的基础上额外添加的。由于RB端口内部具有上拉电阻，只要用软件设置其有效，即可省略在4只端口引脚上外接上拉电阻。按钮开关和指示灯与座位的对应关系如表1-1所示。表1-1按钮开关和指示灯与座位的对应关系座位主持人席座位1座位2座位3座位4按钮开关SW1SWaSWbSWcSWd指示灯D7D0D1D2D3蜂鸣器有无无无无3第2章抢答器的硬件电路设计2.1电路原理图如图2-1，P1.0为开始抢答，P1.7为停止，P1.1-P1.4为四路抢答输入，数码管段选P0口，位选P2口低3位，蜂鸣器输出为P3.6口。P3.2为时间加1调整，P3.3为时间减1调整。4图2-1系统原理图工作过程：该6路竞赛抢答器，每组受控于一个抢答器健开关，高电平表示抢答有效。设置主持人控制FW用于控制整个系统清0和抢答器有效开始控制的启动。每按下一次复位键FW时，使锁存器的控制端为高电平，若组没按键开关1-6中任何一个都没按下，即对应锁存器的输入端均为低电平，则此时6个输出端均为低电平，对应的发光二极管均不点，表示抢答者正在准备状态。按下复位键FW时，锁存器的控制端为高电平，若组别按开关1-6中存在一个或几个处于按下状态，即与之对应的锁存器的输入端为高电平，此时与之对应的锁存器的输出端立即为高电平，对应的发光二极管被点亮，表示抢答者违规了。只有每按下一次复位键FW，并在复位键FW抬起后，抢答才是有效地。系统具有第一抢答信号鉴别和锁存的功能。在主持人将系统复位并使抢答有效开始后，第一抢答者按下抢答按钮，对应的输入引脚接高电平1。或门电路使三极管VT1基极得到高电平，将锁存器的输入信号锁存在了输入端，输入端的信号变化不再影响输出端。对应点亮的发光二极管指示出第一抢答者的组别。在显示有效的组别的同时，也可同时采用蜂鸣器警示。2.2时钟频率电路的设计单片机必须在时钟的驱动下才能工作.在单片机内部有一个时钟振荡电路,只需要外接一个振荡源就能产生一定的时钟信号送到单片机内部的各个单元,决定单片机的工作速度。5图2-2外部振荡源电路一般选用石英晶体振荡器。此电路在加电大约延迟10ms后振荡器起振,在XTAL2引脚产生幅度为3V左右的正弦波时钟信号,其振荡频率主要由石英晶振的频率确定。电路中两个电容C1,C2的作用有两个:一是帮助振荡器起振;二是对振荡器的频率进行微调。C1,C2的典型值为30PF。单片机在工作时,由内部振荡器产生或由外直接输入的送至内部控制逻辑单元的时钟信号的周期称为时钟周期。其大小是时钟信号频率的倒数,常用fosc表示。如时钟频率为12MHz,即fosc=12MHz,则时钟周期为1/12µs。2.3复位电路的设计单片机的第9脚RS