模拟抢答器设计.doc

沈 阳 工 程 学 院课 程 设 计课程设计题目： 模拟抢答器设计 系 别 自动化学院 班级 电自专111 学生姓名 张浩 学号 2011338113 指导教师 王德君、曲乐声 职称 工程师、讲师 起止日期：2013年6月24日起至2013年6月28日止沈 阳 工 程 学 院课程设计任务书课程设计题目： 模拟抢答器设计 系 别 自动化学院 班级 电自专111 学生姓名 张浩 学号 2011338113 指导教师 王德君、曲乐声 职称 工程师、讲师 课程设计进行地点： 单片机实验室(F207) 任 务 下 达 时 间：2013 年6月7日起止日期：2013年6月24日起至 201年6月28日止教研室主任 王 健 2013 年6月7日批准一、设计目的通过课程设计使学生更进一步掌握单片机原理及应用课程的有关知识，提高应用单片机解决问题的能力，加深对单片机应用的理解。通过查阅资料，结合所学知识进行软、硬件的设计，使学生初步掌握应用单片机解决问题的步骤及方法。为以后学生结合专业从事单片机应用奠定基础。二、设计的原始资料及依据利用TD-NMC+单片机实验系统的I/O接口或可编程接口8255，指示灯等。三、设计的主要内容及要求1分别用五个开关代替五个抢答小组，当开关为0时表示未抢答，为1时表示抢答，一个开关表示抢答开始，一个开关表示清除（复位）。2每个开关对应有一个发光二极管表示抢答是否成功，当该组抢答成功时，对应的发光二极管闪亮，未抢答成功时不亮。3当抢答开始开关为1时才允许抢答，为0时不允许抢答。4抢答开始后，某组抢答成功其对应的发光二极管闪亮，主持人可用清除开关对其清除。5扩展功能：某组抢答成功其对应的发光二极管闪亮，同时用两个数码管显示器显示出抢答成功的组别。四、对设计说明书撰写内容、格式、字数的要求 1.课程设计说明书（论文）是体现和总结课程设计成果的载体，一般不应少于3000字。2.学生应撰写的内容为：目录、正文、参考文献等。课程设计说明书（论文）的结构及各部分内容要求可参照沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范执行。应做到文理通顺，内容正确完整，书写工整，装订整齐。3.说明书（论文）手写或打印均可。手写要用学校统一的课程设计用纸，用黑或蓝黑墨水工整书写；打印时按沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范的要求进行打印。4. 课程设计说明书（论文）装订顺序为：封面、任务书、成绩评定表、目录、正文、参考文献。五、 设计完成后应提交成果的种类、数量、质量等方面的要求；提交课程设计说明书一份。在说明书中要有设计原理、硬件电路接线图、设计的程序及必要注释、程序流程图等。六、时间进度安排；顺序阶段日期计 划 完 成 内 容备注11.5天查阅资料及程序设计22.5天上机调试程序30.5天成绩评定40.5天书写报告七、主要参考资料（文献）。沈 阳 工 程 学 院单片机应用技术课程设计成绩评定表系（部）：自动化学院 班级： 电自专111 学生姓名： 张浩 指 导 教 师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分调研论证能独立查阅文献,收集资料；能制定课程设计方案和日程安排。0.15432工作能力态度工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好，能够独立完成设计工作， 0.25432工作量按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难度适宜。0.25432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.55432指导教师评审成绩（加权分合计乘以12） 分加权分合计指 导 教 师 签 名： 年 月 日评 阅 教 师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分查阅文献查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力0.25432工作量工作量饱满，难度适中。0.55432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.35432评阅教师评审成绩（加权分合计乘以8）分加权分合计评 阅 教 师 签 名： 年 月 日课 程 设 计 总 评 成 绩分目录1系统设计91.1 设计任务与要求91.2 8051单片机系统说明91.2.1 8051单片机简介91.2.2 8051的时序图101.3 8051引角及其功能101.4 设计抢答器的目的与意义112主要元器件分析112.1 8051芯片112.2 数码管113程序设计133.1、程序流程图133.2、硬件设计电路143.3、源程序介绍143.4、运行结果图184设计总结195参考文献20附录121摘 要抢答器是一种应用非常广泛的设备，在各种竞猜、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辨认出选手。现在大多数抢答器均使用单片机和数字集成电路，并增加了许多新的功能，如选手号码显示、抢按器或抢按后的计时、选手得分显示等功能。本文介绍了用8051系列单片机控制的八路智力抢答器。该抢答器除具有基本的抢答功能外，还具有定时、计时和报警功能。关键字：抢答器 ；单片机；报警引 言在知识比赛与娱乐竞赛中，特别是做抢答题目的时候，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。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8051单片机作为核心。控制系统的四个模块分别为：存储模块、显示模块、抢答开关模块。该抢答器系统通过开关电路五个按键输入抢答信号；利用存储程序；利用一个数码管来完成显示功能。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，控制数码管工作。在数码管上显示哪一组先答题，并通过数码管显示选手的序号以及开始倒计时，从而实现整个抢答过程。“一种基于单片机的抢答器”与一般抢答器有四点不同：首先，抢答器反应异常灵敏。据了解，此抢答器的反应时间仅为几十微秒，大大缩短了抢答器的反应时间，使抢答器可以迅速高效的工作。其次，抢答质量有保证，为比赛更加公正透明化提供了依据。第三，抢答器设置了复位键。抢答的活动常常会有几个环节构成，为了保证在每个环节中枪答器都可以快速高效的运作，使得抢答更加顺利的进行，此类抢答器设置了复位键。最后，抢答器利用单片机技术。利用这一技术，保证了抢答器拥有上述功能的同时，提高了抢答器的寿命与质量，让抢答器可以更加实用的同时，提高了抢答器的技术含量。1系统设计1.1 设计任务与要求1分别用五个开关代替五个抢答小组，当开关为0时表示未抢答，为1时表示抢答，一个开关表示抢答开始，一个开关表示清除（复位）。2每个开关对应有一个发光二极管表示抢答是否成功，当该组抢答成功时，对应的发光二极管闪亮，未抢答成功时不亮。3当抢答开始开关为1时才允许抢答，为0时不允许抢答。4抢答开始后，某组抢答成功其对应的发光二极管闪亮，主持人可用清除开关对其清除。5扩展功能：某组抢答成功其对应的发光二极管闪亮，同时用两个数码管显示器显示出抢答成功的组别。1.2 8051单片机系统说明1.2.1 8051单片机简介8051系列单片机是国际上流行多年的代表机型，是国内高校教学和初学者入门首选的主流机型，也是在各种技术期刊和专业书籍中出现频率最高的经典机型。本文以标准80C51为模型，并适当兼顾8051系列的共性和常用型号的特性。内容主要包括：硬件架构、ROM、RAM、指令系统、汇编程序基础和汇编语言工具链、并行端口、定时器、中断逻辑、复位逻辑、时钟电路、电源电路等功能电路的结构和工作原理，以及片内程序存储器编程原理。1.2.2 8051的时序图 时序图如图1-2所示:图1-2 8051的时序图时序控制电路:主持人将控制开关拨到“开始”位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态。当参赛选手按动抢答键时，显示灯亮，其他抢答电路停止工作。1.3 8051引角及其功能电源端Vcc 40脚 接地端GND 20脚 时钟信号输入端 XTAL2 18脚时钟电路引脚 XTAL1 19脚 复位信号输入端RST 9脚 ，高电平有效 地址锁存允许信号端ALE 30脚 ，6分频振荡周期， PSEN 29脚 程序存储器允许输出信号端 用于读取外部的程序存储器，每个机器周期中两次有效。EA 31脚 外部程序存储器地址允许输入,接高电平时，执行片内程序存储器的内容，当PC超过0fffH时，自动变0。接低电平时，访问外部程序存储器。P0 3932脚 8位准双向I/O,在做输入时，要先向口地址80H写1，此时由内部上拉提成高阻态。P1 18脚 8位准双向I/O口1.4 设计抢答器的目的与意义通过这次课程设计,掌握8051单片机的原理,了解简单多功能抢答器组成原理，初步掌握多功能抢答器的调整及测试方法，提高动手能力和排除故障的能力。同时通过本课题设计与装配、调试，提高自己的动手能力，巩固已学的理论知识，建立单片机理论和实践的结合，了解多功能抢答器各单元电路之间的关系及相互影响，从而能正确设计、计算定时计数的各个单元电路。初步掌握多功能抢答器的调整及测试方法，提高动手能力和排除故障的能力。设计思路：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，一个选手抢答后，屏蔽其他选手按键，禁止其他选手共同答一题。2主要元器件分析2.1 8051芯片8051内含8位CPU；广泛的布尔处理能力：32根双向且分别可寻址的I/O线；128字节RAM；2个16位定时器/计数器；全双工异步串行口（UART）；2个中断优先级；5个中断源；片内有时钟震荡器；4K字节片内ROM程序储存器；可寻址的64K字节外部程序储存空间；可寻址得64K字节外部数据储存空间；无片内ROM的8051形式是8031，EPROM型是751，8051AH是采用HMOS工艺制造，所以其管脚与8051兼容。2.2 数码管数码管有7个输入接口和一个共阴极端,7个输入端分别接A,B,C,D,E,F,G七个显示管和一个小数点端DP，数码管引脚图如图2-1。数码管代替二极管，也就是用一位数字的显示来代替两位的二极管，完成同样的故障显示功能。数码管可以把我们需要的POST代码显示出来，在PC的操作系统引导工作完成前，数码管显示的代码总处于变化状态。图2-1 数码管引脚图数码管使用条件（1）段及小数点上加限流电阻。（2）使用电压：段：根据发光颜色决定；小数点：根据发光颜色决定。（3）使用电流：静态：总电流80mA（每段10mA）；动态：平均电流4-5mA，峰值电流100mA。 本系统程序设计采用T0的溢出中断来实现倒计时定时，采用T0的溢出中断来使喇叭发出一定频率的声音；用一个两位LED来显示倒计时，另外用一个两位LED显示选手号。其中，倒计时显示的两位LED用的是共阴极接法，选手号显示LED用的是共阴极接法；并且通过动态显示法（即位选控制）来实现六个LED的同时显示。3程序设计3.1、程序流程图3.2、硬件设计电路3.3、源程序介绍3.3.1、总体程序设计思路 这次程序设计利用8051芯片和8255扩展，p1.1p1.5分别代表五位选手，当输入为1时，则抢答成功，为0时抢答失败。其中程序有start（调判断抢答是否开始程序）、bb（调选手抢答程序）、team（调选手答题情况）、mied（调主持人复位灭灯程序）、xs（调显示电路程序）。Delay、delay1、diy1、dly2分别调延迟程序。3.3.2、抢答开始程序 在抢答信号发出前，给p1输入高电位，让所有数码管都发亮，等待主持人发出开始抢答指令。用p1.6口输入是否有抢答指令，如果p1.6口输入为高电平，则跳转到选手抢答程序bb，如果p1.6输入为0，则跳转到延迟程序delay1,并返回start，继续等待主持人发出抢答指令：Org 0000hMain:mov a,#80h mov dptr,#7f03h movx dptr,a mov sp,#50h mov p1,#0ffh mov 35h,#0dh mov 34h,#0bh mov 33h,#10h mov 32h,#10h mov 31h,#00h start:jb p1.6,bb lcall delay1sjmp start3.3.3、选手抢答指令当主持人发出抢答信号后，五位选手就开始按抢答器进行抢答。以选手1为例，当p1.1为1时，跳转到team1，在该程序中，跳转到delay1进入延迟程序，使得显示电路工作，数码管显示1号选手的数字，知道主持人通过按键使p1.7由0变成1，跳转到灭灯程序，时数码管复位归零： bb:Jb P1.1,team1 jb p1.2,team2 jb p1.3,team3 jb p1.4,team4 jb p1.5,team5 Ajmp startTeam1:mov 30h,#01hLoop:mov a,#01h mov dptr,#7f00hmovx dptr,a acall delay1mov a,#00h待添加的隐藏文字内容3 mov dptr,#7f00hmovx dptr,a acall delay1 Jnb p1.7,loop lcall mied 3.3.4、灭灯程序 当选手答题后，由主持人按键使该选手的号码归零，继续进入下一道题：mied:mov a,#00hmov dptr,#7f00hmovx dptr,amov 30h,#0 ret3.3.5、显示程序当选手抢答成功后，跳转到显示程序，在该程序中利用一系列的延迟程序和空操作，使数码管一直显示，知道主持人进行复位清零操作或者系统判断无人抢答即acc.6为0时，跳转到ret结束本轮抢答，继续进行下一轮抢答：xs:mov r0,#30hmov r1,#0fehdisply:mov a,r0mov dptr,#tabmovc a,a+dptrmov dptr,#7f01hmovx dptr,amov a,r1mov dptr,#7f02hmovx dptr,alcall delaymov a,r1jnb acc.6,retnrl amov r1,ainc r0sjmp displyretn:retdelay:mov r5,#10hdd:nopdjnz r5,ddrettab:db 3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,77h,7ch,39h,5eh,79h,71h,40hDelay1 :mov r7,#9hDly1:mov r6,#02fhDly2:lcall xs Djnz r6,dly2 Djnz r7,dly1ret End3.4、运行结果图发出抢答命令二号选手抢答成功主持人按键复位清零4设计总结抢答器主要应用在一些娱乐活动中，抢答器又称第一信号鉴频器。抢答器的出现解决了过去举手抢答的方式。这样不但增强了可靠性，而且提高了公平性，值得选手信赖。由于抢答器的出现为娱乐领域中的抢答环节提供了方便。抢答器应用的一个关键问题是对其工作的稳定性，可靠性，快速性的设计要求严格。抢答器主要利用数字电路的编码，译码和定时功能来实现，或者利用单片机控制来完成，即智能化设计。本设计定位于本学科发展方向对单片机的编程及数字电路的应用进行研究，并且得到一些有意义的结论。抢答器的出现已经很多年，并且种类很多。目前抢答器的功能是较为完善的，即智能化，可靠性高，速度快，工作稳定。本设计采用了部分智能化，在抢答时间方面还须改进，而且在准确性方面也有待于改进。本设计的进一步设计应该是无限时的答题时间控制且用单片机来完成。一年多的单片机学习主要是课本上理论知识的学习，这些理论知识远不能满足对单片机的应用的要求，这次设计给我们提供了一次很好的理论联系实际的机会，使得我们对单片机的功能以及应用有了更深刻的了解和认识。另外，程序设计是本次设计的一个难点，由于对指令的运用不够熟练使得在编程时屡屡碰壁。特别对于一些中断程序，因涉及到一些标志位而使得编程难度更高，虽然通过查资料以及同学老师的指导解决了这些问题，但编程方面的欠缺还是很大的，这为我以后的学习业敲响了警钟，在以后我应加强这方面的练习以提高自己。由于时间以及自己的能力有限，这次的设计中难免会有一些遗漏和不足，希望老师批评指正。5参考文献1李朝青.单片机原理及接口技术（修订版）.北京：北京航空航天大学出版社，19982李广弟.单片机基础.北京：北京航空航天大学出版社，19923何立民.单片机应用技术大全.北京：北京航空航天大学出版社， 19944张毅刚. 单片机原理及接口技术.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，19905谭浩强.单片机课程设计. 北京：清华大学出版社，1989附录1总程序清单Org 0000hMain:mov a,#80h mov dptr,#7f03h movx dptr,a mov sp,#50h mov p1,#0ffh mov 35h,#0dh mov 34h,#0bh mov 33h,#10h mov 32h,#10h mov 31h,#00h start:jb p1.6,bb lcall delay1sjmp start bb:Jb P1.1,team1 jb p1.2,team2 jb p1.3,team3 jb p1.4,team4 jb p1.5,team5 Ajmp startTeam1:mov 30h,#01hLoop:mov a,#01h mov dptr,#7f00hmovx dptr,a acall delay1mov a,#00h mov dptr,#7f00hmovx dptr,a acall delay1 Jnb p1.7,loop lcall mied Ljmp startteam2:mov 30h,#02hLoop1:mov a,#02h mov dptr,#7f00hmovx dptr,a acall delay1mov a,#00hmov dptr,#7f00hmovx dptr,aacall delay1 Jnb p1.7,loop1 lcall miedLjmp startteam3:mov 30h,#03hLoop2:mov a,#04h mov dptr,#7f00hmovx dptr,a acall delay1mov a,#00hmov dptr,#7f00hmovx dptr,aacall delay1 Jnb p1.7,loop2 lcall miedLjmp startteam4:mov 30h,#04hLoop3:mov a,#08h mov dptr,#7f00hmovx dptr,a acall delay1mov a,#00hmov dptr,#7f00hmovx dptr,aacall delay1 Jnb p1.7,loop3 lcall miedLjmp startteam5:mov 30h,#05hLoop4:mov a,#10h mov dptr,#7f00hmovx dptr,a acall delay1mov a,#00hmov dptr,#7f00hmovx dptr,aacall delay1 Jnb p1.7,loop4 lcall mied Ljmp startmied:mov a,#00hmov dptr,#7f00hmovx dptr,amov 30h,#0 retxs:mov r0,#30hmov r1,#0fehdisply:mov a,r0mov dptr,#tabmovc a,a+dptrmov dptr,#7f01hmovx dptr,amov a,r1mov dptr,#7f02hmovx dptr,alcall delaymov a,r1jnb acc.6,retnrl amov r1,ainc r0sjmp displyretn:retdelay:mov r5,#10hdd:nopdjnz r5,ddrettab:db 3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,77h,7ch,39h,5eh,79h,71h,40hDelay1 :mov r7,#9hDly1:mov r6,#02fhDly2:lcall xs Djnz r6,dly2 Djnz r7,dly1ret End