基于AT89C51单片机抢答器控制系统设计.doc

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1、目 录摘 要I目 录2引言31.六路数字抢答器的概述及制作要求41.1六路数字抢答器的概述41.2六路抢答器的设计要求42.单片机的选择及抢答器方案42.1单片机芯片的选择42.2模块性能的分析63.硬件电路的设计63.1根据抢答器的功能，可以设计出如下：63.2 外部振荡电路的设计73.3复位电路的设计73.4 显示器的设计73.5按钮输入电路的设计74.系统软件的设计74.1 抢答器的流程图74.2抢答器程序95.课程设计总结9摘 要 现代生活中抢答器对我们并不陌生，基于89C51单片机的抢答器有主题电路和数码管构成。通过扫描开关键的状态，数码管中显示开关键的编号。单片机体积小价格低，应用

2、方便，稳定可靠。单片机系统的硬件结构给予抢答器系统“身躯”，而单片机的应用程序赋予其新的“生命”。使其在传统的抢答器面前具有电路简单，成本低，运行可靠等特色。关键字：抢答器电路 开关键扫描 数码管显示字符串引言 随着计算机技术的发展，单片机技术已经成为计算机技术中的一个独特的分支,单片机的应用领域也越来越广泛，特别是在工业控制和仪表仪器智能化中扮演着举足轻重的角色。在单片机家族的众多成员中，51系列单片机以其优越的性能、成熟的技术、高可靠性和高性价比，成为国内单片机应用领域内的主流。 各种知识竞赛、文娱活动的广泛开展，使抢答器成了必不可少的电子设备，它为参赛选手提供了公正、客观、快速的裁决，已

3、逐渐发展成为一种成型的电子产品，但市面上所售抢答器价格一般较贵且多为小规模集成电路构成，其性能单一，工作起来不够理想。本文介绍了一种以STC89C51单片机为核心的六路抢答器，它充分利用了单片机系统的优点，具有结构简单、功能强大、可靠性好、成本较低，实用性强的特点。 抢答器在电视台、商业机构、学校及企事业单位都有广泛应用，它为各种竞赛增添了刺激性、娱乐性，在一定程度上丰富了人们的业余生活。它的基本功能是：有几个小组参赛，当主持人允许抢答的情况下，优先抢答者发出抢答信号，此时其他参赛组的抢答电路即失去控制作用；在主持人解除抢答信号后，电路才自动恢复到各组又均可抢答的状态中。本课题目标是开发并且制

4、作一种结构简单、实用性强、基于单片机的抢答器，从而公正、快速、准确的裁决出第一抢答者。1.六路数字抢答器的概述及制作要求 1.1六路数字抢答器的概述对于抢答器我们大家来说都不陌生，它是用于很多竞赛场合，真正实现先抢先答，让最先抢到题的选手来回答问题。抢答器不仅考验选手的反应速度同时也要求选手具备足够的知识面和一定的勇气。选手们都站在同一个起跑线上，体现了公平公正的原则。六路抢答器以AT89C51单片机为核心，通过硬件电路和软件程序的共同作用，当按下电路的抢答键即K0K5六位开关键，电路中的数码管会显示出按键的位置，即选手的编号。当无人按键时，六位数码管会循环显示从06这六个数字。当有人按键以后

5、，所有的开关键处于无效状态；即在六位数码管同时显示同一个选手的编号。 1.2六路抢答器的设计要求以拔动开关K0K5中的某个丌关为0N作为抢答按键，无人抢答时，6个数码管循环轮流显示16跑马，谁先抢答，数码管停止跑马，6个数码管同时亮谁的编号，其后再有键按下，系统不予响应，直到此位拔为OFF，恢复l6跑了马，开始下一轮抢答。2.单片机的选择及抢答器方案 2.1单片机芯片的选择单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。 .SCM即单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成

6、功，奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。在开创嵌式系统独立发展道路上，Intel公司功不可没。 .MCU即微控制器（Micro Controller Unit）阶段，主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，发展MCU的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。从这一角度来看，Intel逐渐淡出MCU的发展也有其客观因素。在发展MCU方面，最著名的厂家当数Philips公司。.单片机是嵌入式系统的独立发展之路，向MCU阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决；因此，

7、专用单片机的发展自然形成了SoC化趋势。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展，基于SoC的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。 单片机的发展单片机作为微型计算机的一个重要分支，应用面很广，发展很快。自单片机诞生至今，已发展为上百种系列的近千个机种。该抢答器的设计选择的芯片是Atmel公式推出的AT89C51。它是一种低功效、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。在单芯片上拥有灵巧的8位CPU和在线系统可

8、编程Flash，使得AT89C52具有以下标准功能：8K字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器串口、中断继续工作。掉电保护方式下RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。而且，它还具有一个看门狗(WDT)定时/计数器。如果程序没有正常工作，就会强制整个系统复位，还可以在程序陷入死循环的时候，让单片机复位而不用整个系统断电，从而保护你的硬件电路。T89S51有40个引脚，32个外

9、部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中端口，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。单片机各个引脚的说明：引脚功能P3.0RXD（串行口输入），蜂鸣器报警P3.1TXD（串行口输出）警示灯报警P3.2INT0（外部中断0输入）,用于倒计时P0.0P0.7数码管段选P2.0P2.3数码管位选P1.0P1.7按钮抢答功能键RST复位端XTAL1，XTAL2振荡电路 2.2模块性能的分析模块部分主要分为AT89C51芯

10、片、独立式键盘、LED数码管显示部分，下面对这后两部分进行介绍，其中对LED六段数码管显示器做详细介绍，并根据实际工作情况采用合适的工作方式。2.2.1独立式键盘 利用六个常开按钮开关K0K5和6只电阻共同组成抢答器的输入电路。K0K5为自复式常开按钮开关，分别作为6位抢答按钮，与它相连的6只电阻为下拉电阻，以保证按钮未按下时，锁存器的输入端为低电平。当程序执行时，按下按键，六段数码管显示器上即显示相应的是哪个组按下抢答。2.2.2 LED数码管显示译码器的逻辑功能是将每一个输入的二进制代码译成对应的输出高、低电平信号，是编码器的反操作。数码管可以用TTL或CMOS集成电路直接驱动，所以使用译

11、码器将BCD编码译成数码管所需要的驱动信号，以便使数码管用十进制数字显示出BCD编码表示的数值。六段数码管的段排列和内部结构如图所示七段数码管的段排列和内部部结构点亮显示器分为静态和动态显示两种方法。所谓静态显示，就是当显示器显示某一字符时，相应的发光二极管恒定的导通或是截止。例如，其段数码管的a、b、c、d、e、f、导通，g截止，则显示0.这对这种显示方式每一位都要有一个8位输出口控制，所占硬件较多，一般用于显示位数较少（很少）的场合。当位数较多时，用静态显示所需的I/O过多，一般采用动态显示方法。在实际电路设计中，需要先通过仿真软件测试电路以及编译的程序，检查外围电路设计是否合理，软件编译

12、是否正确，以及软件和硬件电路能否正常配合工作，能否准确的实现所设计的功能。如果测试通过，电路仿真没有问题能完全实现功能的话就可以实际的做板子的焊接工作了。3.硬件电路的设计 3.1根据抢答器的功能，可以设计出如下：总体设计： 3.2 外部振荡电路的设计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,其振荡频率为11.0592HZ。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。3.3复位电路的设计单片机的第9脚RST为硬件复位端,只要将该端持续4个机器周期

13、的高电平即可实现复位,复位后单片机的各状态都恢复到初始化状态。在方案中使用到了硬件复位和软件复位两种功能,由上面的硬件复位可使寄存器及存储器的值都恢复到初始值,而前面的功能提到了倒计时间需要有记忆功能,该功能实现的前提条件就是不能对单片机进行硬件复位,所以设定了软复位功能。软复位实际上就是当程序执行完毕之后,将程序指针通过一条跳转指令让它跳转到程序执行的起始地址。 3.4 显示器的设计 3.5按钮输入电路的设计这些常开开关组成了抢答按键，硬件电路简单，在程序设计上也不复杂，只要在程序中消除在按键过程中产生的“毛刺”现象就可以了。这里采用最常用的方法即延时法，其的原理为：因为“毛刺”脉冲一般持续

14、时间短，约为几ms，而按键的时间一般远远大于这个时间,所以当单片机检测到有按键动静后再延时一段时间(这里取10ms)后再判断此电平是否保持原状态,如果是则为有效按键，否则无效。4.系统软件的设计 4.1 抢答器的流程图流程图是使用图形表示算法的思路是一种极好的方法，不论采用何种程序设计方法，程序总体结构确定后，一般以程序流程图的形式对其进行描述。总体框图中的各个子模块或各个子任务也应该结合具体的教学模型和算法画出较详细的程序流程图，供后面编写具体程序和阅读程序使用。流程图是由一些图框和流程线组成的，其中图框表示各种操作的类型，图框中的文字和符号表示操作的内容，流程线表示操作的先后次序。流程图的

15、基本结构为顺序结构，分支结构（又称选择结构），循环结构。为便于识别，绘制流程图的习惯做法是：方框表示：要执行的处理（Process）平行四边型表示：代表资料输入（Input） 不规则图形代表资料输出（Output）或报表输出（Print） 菱形表示：决策或判断（例如：If.Then.Else）初始化部分P3.2= =0启动中断，数码管开显示从06的跑码若有选手抢答中断停止，数码管显示选手的标号结束开始NYYN84.2抢答器程序#include #include /定义函数的调用sbit kaishi=P33;/给开始键赋值unsigned char code table=0x3f,0x06,0

16、x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d;/共阴极数码管sbit k1=P10;/定义开关按键sbit k2=P11;sbit k3=P12;sbit k4=P13;sbit k5=P14;sbit k6=P15;sbit beep=P30;unsigned int m;/定义无符号整型void delay (unsigned char delay_time) /延迟 unsigned int i,j; for(i=0;i250;i+) for(j=1;j200;j+);void play(unsigned char play)/发音函数 unsigned char i; for(i=0

17、;i100;i+) beep=beep; delay(10); beep=0; void main()/主函数 while (1) unsigned int a;/定义无符号整型a unsigned char ledshow;/定义无符号字符型ledshow a=1;/对a赋初值1 if(kaishi=1)/未按开始时 P0=0x77; P2=0x00; if(kaishi=0)/按下开始键 m=k1; while(m) P2=0x00; ledshow=a;/将a的值赋给ledshow P0=tableledshow;/将table中的数送入的P0口显示 delay(5000);/延迟500

18、0ms a+; if(a=7)/对a值进行限定 a=1;/a回到初值，实现循环 if(k1=0)/按键k1闭合 m=k1;/将k1的值赋给m P0=0x06;/显示1 play(1); if(k2=0) /按键k2按下时 m=k2;/将k2的值赋给m P0=0x5b;/显示2 play(2); if(k3=0)/按下k3 m=k3;/将k3的值赋给m P0=0x4f;/显示3 play(3); if(k4=0) /按下k4 m=k4;/将k4的值赋给m P0=0x66;/显示4 play(4); if(k5=0) m=k5;/将k5的值赋给m P0=0x6d;/显示5 play(5); if(

19、k6=0) m=k6;/将k6的值赋给m P0=0x7d;/显示6 play(6); 5.课程设计总结我在这一次抢答器的设计过程中，很是受益匪浅。通过对自己在大学三年时间里所学的知识的回顾，并充分发挥对所学知识的理解和对毕业设计的思考及书面表达能力，最终完成了。这为自己今后进一步深化学习，积累了一定宝贵的经验。撰写论文的过程也是专业知识的学习过程，它使我运用已有的专业基础知识，对其进行设计，分析和解决一个理论问题或实际问题，把知识转化为能力的实际训练。培养了我运用所学知识解决实际问题的能力。通过这次课程设计我发现，只有理论水平提高了；才能够将课本知识与实践相整合，理论知识服务于教学实践，以增强

20、自己的动手能力。这个实验十分有意义 我获得很深刻的经验。通过这次课程设计，我们知道了理论和实际的距离，也知道了理论和实际想结合的重要性，也从中得知了很多书本上无法得知的知识。我们的学习不但要立足于书本，以解决理论和实际教学中的实际问题为目的，还要以实践相结合，理论问题即实践课题，解决问题即课程研究，学生自己就是一个专家，通过自己的手来解决问题比用脑子解决问题更加深刻。学习就应该采取理论与实践结合的方式，理论的问题，也就是实践性的课题。这种做法既有助于完成理论知识的巩固，又有助于带动实践，解决实际问题，加强我们的动手能力和解决问题的能力。参考文献1. 基于Proteus的单片机课程设计的基础实验与课程设计 张毅刚主编 人民邮电出版社2. 单片机课程设计实例指导，李光飞，北京航天航空大学出版社，20043. 单片机原理及接口技术（第3版），李朝青，北京航空航天大学出版社，20024. 单片机C程序设计及应用实例，胡伟，人民邮电出版社，20035. 单片机系统设计与实例指导，冯育长，西安电子科技大学出版社，200715