毕业设计(论文)基于单片机的八路抢答器设计.doc
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1、廊坊师范学院本科生毕业论文摘 要很多人都抢答器作为一种工具,已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。但抢答器的使用频率较低,且有的要么制作复杂,要么可靠性低。作为一个单位,如果专门购一台抢答器虽然在经济上可以承受,但每年使用的次数极少,往往因长期存放使(电子器件的)抢答器损坏,再购置的麻烦和及时性就会影响活动的开展,因此设计了本抢答器。 本设计是以八路抢答为基本理念。考虑到依需设定限时回答的功能,利用AT89C51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。关键词: 单片机;抢答器
2、; AT89C51 AbstractMany people are scare-answering device as a tool, has been widely applied in all kinds of intelligence and knowledge competition situation. But vies to implement use frequency is quite low, and some either make complicated or low reliability. As a unit, if specialized purchased a v
3、ies to implement whereas economically may inherit, but every year the number of little use for long-term storage, often make (electronics) vies is damaged, again the purchase of trouble and timeliness will affect activities, so this contest was designed device. This design is 8 vies for basic ideas.
4、 Considering according to need to set limit to answer function, using AT89C51 and periphery interface implementation of scare-answering system, of the microcontroller timer/counter timing and numeration principle, software and hardware organically, and makes the system can correctly to the time, at
5、the same time making digital tube can properly shows the time. Keywords: Microcontroller ;Scare-answering device ; AT89C51 目 录摘要英文摘要目录绪论1第1章 系统设计内容11.1 系统设计根据11.2 设计任务和要求11.3 设计目的2第2章 硬件设计22.1 单片机控制原理22.2 抢答器的原理32.2.1原理及电路总框图42.3 功能模块电路52.3.1 晶振复位及开始抢答电路52.3.2 选手抢答键(矩阵式键盘)62.3.3显示与显示驱动电路72.3.4蜂鸣器音频输
6、出电路8第3章 软件设计3.1程序设计3.1.1 系统流程图103.1.2 显示抢答违规流程图113.1.3 抢答成功流程图113.2 程序代码11第4章 系统功能说明124.1 系统的调试介绍124.2软件调试过程12参考文献14致谢15附录一 程序代码16绪 论单片机作为计算机的一个重要分支,其应用范围很广,发展很快,它已成为现代电子技术、计算机应用、网络、通信、自动控制与计量测试、数据采集与信号处理等技术中日益普及的一项新兴技术,应用范围十分广泛。从事单片机应用与开发,不仅为将来可能从事该方面的开发打下基础,另一方面,由于单片机作为微型计算机的一种,麻雀虽小,五脏俱全,可以把它当作微型计
7、算机的一个简化模型来看待,学习单片机可以加深对微型计算机工作原理的理解,更加清楚计算机的脉络。同时,提供了一个实际应用手段。21世纪,是一个信息技术飞速发展的时代,智力竞赛是一种形式比较活泼的教育方式,是人们休闲娱乐生活的一部分。这些竞赛一方面充实了人们的娱乐生活,另一方面也提高了人们努力汲取相关领域的知识的兴趣。智力竞赛,也就是几个参赛选手之间在规定的时间,规定的地点进行相互竞争的比赛。 抢答是各种竞赛常用的一种形式。在抢答赛中,往往要有主持人宣布抢答的开始,还要确定是哪个选手抢到了答题权,具体答题的时间有时也要设定。这些如果仅凭主持人的主观判断,很容易出现误判的情况。因此,在竞赛中,抢答器
8、就扮演了一个非常重要的角色。第1章 系统设计内容1.1系统设计依据 抢答器由计数器、寄存器、集成定时器和译码显示等组合、时序电路组成。可分为抢答电路,定时电路,报警电路等几个单元部分。每个单元电路分别可以处理一些抢答竞赛中的基本问题。 本次课程设计设计的是一个多路定时抢答器,是多于两位选手参赛的一个抢答器,具有锁存和显示功能。同时由主持人控制系统的清零和抢答的开始。抢答开始后,若有任何一名选手按动抢答按钮,抢答器就会显示该选手编号直至系统被主持人清零,并有扬声器发出提示,同时其他人再抢答就无效了。此次设计的抢答器还有自动定时功能,主持人可以设定选手答题的时间。当主持人启动“开始”键后,定时器会
9、自动减计时,这个会显示在显示器上。选手只有在抢答时间内抢答才有效,若在答题时间内没有选手答题,时间到时,报警电路就会发出警报亮灯并且禁止抢答。1.2设计任务和要求设计一个八路抢答器要求:(1)设计出硬件电路; (2)设计出软件编程方法,并写出源代码; (3)用PROTEUS进行仿真; (4)论文格式要符合学院的统一规定,结构要合符逻辑,表达要得体。1.3 设计目的通过设计学习单片机最小系统的基本设计方法,掌握单片机应用系统的开发调试过程。(1)学习单片机开发工具功能、特点和使用方法。(2)学会单片机控制系统程序的编制和调试方法。(3)设计单片机抢答器硬件电路,绘制出电路原理图。(4)编制并调试
10、出键盘扫描程序和显示驱动程序。(5)掌握单片机定时器的基本用法,编制出定时器的中断程序。第2章 硬件设计2.1 单片机控制原理单片机(SCM)是单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)的简称。它是把中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、I/O接口电路、定时/计数器以及输入/输出适配器都集成在一块芯片上,构成一个完整的微型计算机。它的最大优点是体积小,可放在仪表内部;但存储量小,输入/输出适配器简单,功能较低。目前,单片机在民用和工业测控领域得到最广泛的应用,早已深深地融入人们的生活中。简单的说,用单片机系统来设计抢答器,实现两组的抢答时间即使是相差几
11、微秒,也可分辨出哪组优先答题。P0端口(P0.0-P0.7):P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时,P0 口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。P1端口(P1.0-P1.7):P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后,被内部上拉为高电平,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验
12、时,P1口作为第八位地址接收。 P2端口(P2.0-P2.7):P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3端口(P3.0-P3.7):P3口管脚是一个带有内部上
13、拉电阻的8位的双向I/O端口,可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。作为输入端时,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)。2.2 抢答器的原理数码管及上拉电阻AT89C51复位电路抢答器计时时间调整及语音报警独立式按键键盘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。为了完成这个任务设计时系统能显示抢答组号、各组计分并能计分显示以及比赛结束时能发出报警声三个要求;电子智能抢答计分器主要是由硬件部分和软件部分构成,硬件和软件分开设计;系统综框图如下:图2.2系统综框图2.2.1 原理及
14、电路总框图所需元件:该系统的核心器件是AT89C51,其外部接上复位电路、上拉电阻、数码管、按钮及扬声器。元件为:晶体振荡管X1,电容C1、C2、C3,电阻RP1,P3.0和P3.1有裁判控制分别是抢答停止和开始键;P1.0-P1.7是8组抢答的输入口;P2.0-P2.3口为数码管的位选口;段选口用的是P0.0-P0.6口输出,外部中断0、1和P3.2,P3.3为抢答记时调整口,实现的对个队进行计时,并且加减调整,外部中断0,1实现了答题时间调整。P3.4、P3.5分别实现了时间的加一和减一;P3.6为蜂鸣器控制口。智能抢答器用单片机来设计制作完成,由于其功能的实现主要通过软件编程来完成,采用
15、单片机AT89C51,它是低功耗、高性能的CMOS型8位单片机。片内带有4KB的Flash存储器,并允许在系统内改写或用编程器编程。该智力竞赛抢答器的准确度很高,其误差主要由晶振自身的误差所造成。AT89C51单片机内部由CPU、4KB的FPEROM ,128B的RAM,两个16位的定时/计数器T0和T1,4个8位的I/O端P0、P1、P2、P3等组成。单片微机内部最核心的部分是CPU。CPU主要功能是产生各种控制信号,控制存储器、输入/输出端口的数据传输、数据的算术运算、逻辑运算以及位操作处理等,CPU按其功能可分为运算器和控制器两部分。控制器由程序计数器PC、指令储存器、指令译码器、实时控
16、制与条件转移逻辑电路等组成。它的功能是对来自存储器中的指令进行译码,通过实时控制电路,在规定的时刻发出各种操作所需的内部和外部的控制信号,使各部分协调工作,完成指令所规定的操作。运算器由算术逻辑器部件ALU、累加器ACC、暂存器、程序状态字寄存器PSW,BCD码运算调整电路等组成。图2.2.1抢答器总原理图2.3 功能模块电路本设计分为硬件设计和软件设计,这两者相互结合,不可分离;从时间上看,硬件设计的绝大部分工作量是在最初阶段,到后期往往还要做一些修改。只要技术准备充分,硬件设计的大返工是比较少的,软件设计的任务贯彻始终,到中后期基本上都是软件设计任务,随着集成电路技术的飞速发展,各种功能很
17、强的芯片不断出现,使硬件电路的集成度越来越高,硬件设计的工作量在整个项目中的所占的比重逐渐下降。为使硬件电路设计尽可能合理,应注意以下几方面7:(1) 尽可能采用功能强的芯片,以简化电路,功能强的芯片可以代替若干普通芯片,随着生产工艺的提高,新型芯片的的价格不断下降,并不一定比若干普通芯片价格的总和高。(2) 留有设计余地。在设计硬件电路时,要考虑到将来修改扩展的方便。因为很少有一锤定音的电路设计,如果现在不留余地,将来可能要为一点小小的修改或扩展而被迫进行全面返工。(3) 程序空间,选用片内程序空间足够大的单片机,本设计采用AT89C51单片机。(4) RAM空间,AT89C51内部RAM不
18、多,当要增强软件数据处理功能时,往往觉得不足。如果系统配置了外部RAM,则建议多留一些空间。如选用8155作I/O接口,就可以增强256字节RAM。如果有大批数据需要处理,则应配置足够的RAM,如6264,62256等。随着软件设计水平的提高,往往只要改变或增加软件中的数据处理算法,就可以使系统功能提高很多,而系统的硬件不必做任何更换就使系统升级换代。只要在硬件电路设计初期考虑到这一点,就应该为系统将来升级留足够的RAM空间,哪怕多设计一个RAM的插座,暂不插芯片也好。(5) I/O端口:在样机研制出来后进行现场试用时,往往会发现一些被忽视的问题,而这些问题不是靠单纯的软件措施来解决的。如有些
19、新的信号需要采集,就必须增加输入检测端;有些物理量需要控制,就必须增加输出端。如果在硬件电路设计就预留出一些I/O端口,虽然当时空着没用,那么用的时候就派上用场了。2.3.1晶振复位及开始抢答电路晶振的频率为12MHZ,提供89C51的时钟脉冲使89C51工作,复位电路是单片机初始化,使单片机重新开始执行程序。当复位开关按下RST由低电平变为高电平,则程序从头开始执行,在此次课程设计电路中当一个问题结束主持人后按下复位开关后进行下一题的准备。图2.3.1 晶振复位电路图2.3.1开始抢答电路2.3.2 选手抢答键(矩阵式键盘)89C51的P1口做一个为选手抢答的输入按键引脚,P1.0至P1.7
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