课程设计(论文)基于单片机控制的8路抢答器设计.doc
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1、山东理工大学电气与电子工程学院课程设计说明书设计题目:基于单片机控制的八路抢答器计专业班级: 学生姓名: 学 号: 指导教师: 孙 凯 起止日期: 2012.6.4-2011.6.8 _课程设计任务书题目名称(包括主要技术参数)及要求设计要求: (1)抢答器同时为8组选手分别提供抢答按钮,按钮分别为PB1、PB2、PB3、PB4、PB5、PB6、PB7、PB8; (2)设置一个复位按钮PB9,实现系统电路的复位,由主持人控制; (3)设置一个启动按钮PB10,由主持人控制;(4)设置一个限时开关PB11,由主持人控制;(5)当主持人打开启动开关PB10后,在设定时间T0 内,如果某一组抢先按下
2、抢答按钮,则驱动音效电路发出声响,指示灯L1 亮,并且在七段LED显示出抢答成功的组号,此时电路实现互锁,其它组再按下抢答按钮为无效; (4)如果在时间T0 内,无人应答,则驱动音效电路发出声响,指示灯L2 亮,表示抢答者均放弃该题; (5)在抢答成功后,主持人打开限时开关PB11,启动定时器,显示倒计时时间,在设定的时间T1内回答有效,当到达设定时间T1 时,驱动音效电路,指示灯L3 亮,表示答题时间到。完成资料:设计说明书一份(1015页),包括设计原理说明、控制原理图。设计内容及工作量设计内容:1、根据设计要求选择单片机型号和外围电路的电子元器件。2、设计硬件电路原理图。3、编写单片机程
3、序并调试。工作量:1周主要参考资料1蒋辉平, 周国雄.单片机原理与应用设计,北京:航空航天大学出版社,2007。2文明月,基于AT89S52 单片机的抢答器设计与实现,科技创新导报,2009年第28期。3王冬梅,张建秋,基于单片机的八路抢答器设计与实现佳木斯大学学报(自然科学版), 2009年第3期。4张瑞惜,智力竞赛抢答器设计,机电工程技术,2007年第8期。进 度 计 划 表阶段日期计划完成工作量指导教师检查意见备注6.4查阅资料,确定总体设计方案6.5绘制电路原理图6.6单片机及外围电路连接,初步调试6.7编写课程设计说明书6.8课程设计答辩设计总结:经过一周的忙碌,在老师和同学的讨论和
4、帮助下,我成功地完成了八路抢答器的设计。由于时间仓促,所以只列出了程序流程图,没有编写程序,也没有进行仿真,以后会注意加强这方面的练习。通过此次的抢答器的设计,让我重新拾起了以前所学习的单片机和电子电路的知识,也使我加深了对单片机及接口技术的理解和应用。这次课程设计我也发现自己的很多不足之处。课堂上学到的东西并不能完全照搬到课程设计中来,还要结合实际问题,具体问题具体分析。这对我来说既是一个挑战,也是一次难得的锻炼机会。在设计过程中我发现自己考虑问题很不全面,自己的专业知识掌握的很不牢固,所掌握的计算机应用软件还不够多,我希望自己的这些不足之处能在今后的工作和学习中得到改善。而且,通过这次设计
5、,我懂得了学习的重要性,学会了坚持和努力,我将会在以后的学习中继续努力。总之这次课程设计,让我受益匪浅。最后感谢在这次课程设计中所有帮助过我的老师,还有和我一起探讨问题的同学。考核成绩及评语指导教师签字 年 月 日系(教研室)意见系(教研室)主任签字 年 月 日摘要随着科学技术的发展和普及,各种各样的竞赛越来越多,其中抢答器的作用也越来越重要。本文设计出以AT89S51单片机为核心的八路抢答器,采用了数字显示器直接指示,自动锁存显示结果,并自动复位的设计思想,它能根据不同的抢答输入信号,经过单片机的控制处理并产生不同的与输入信号相对应的输出信号,最后通过LED数码管显示相应的路数,即使两组的抢
6、答时间相差几微秒,也可分辨出是哪组优先按下的按键,充分利用了单片机系统结构简单、功能强大、可靠性好、实用性强的特点。本设计是以抢答为出发点。考虑到依需设定限时回答的功能,利用89S51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。用开关做键盘输出,扬声器发生提示。同时系统能够实现: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;满时后系统计时自动复位及主控强制复位;按键锁定,在有效状态下,按键无效非法【关键词】抢答器 单片机 LED数码显示管 定时器/计数器 扬声器A
7、bstract With the development of science and technology and popularization, all kinds of competitions, including contest is more and more the role of more and more important. This paper designed AT89S51 as the core in the zhuhai vies regulator, with digital display direct instructions, automatic latc
8、h showed results, and automatic reset design ideas, it can according to different contest input signal by MCU control, handle and produce different with the input signal corresponding output signal, finally LED digital pipe display by the corresponding points, even if the two groups of vies differs
9、a few microseconds, also time can distinguish which group of priority press buttons, fully utilize the single-chip microcomputer system structure is simple, powerful, good reliability and practicability strong characteristic. This design is for the starting point. Responder Considering the set limit
10、 to answer in 89S51 single-chip microcomputer and function, use of peripheral interfaces, 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 the same time making digital tu
11、be can properly show time. With a switch do keyboard output, the speaker happens hints. And the system can realize: in the contest, only after beginning vies to effective, if at the start of the contest for the invalid; former contest Full automatic reset and clock after the system master mandatory
12、reset; Key lock, in effective condition, buttons invalid illegal 【Key Words】vies to implement microcontroller LED digital The timer/counters speaker .第一章 绪论数字技术是当前发展最快的学科之一,数字逻辑器件已从60年代的小规模集成电路(SSI)发展到目前的中、大规模集成电路(MSI、LSI)及超大规模集成电(VLSI)。相应地,数字逻辑电路的设计方法在不断地演变和发展,由原来的单一的硬件逻辑设计发展成三个分支,即硬件逻辑设计(中、小规模集成器件
13、)、软件逻辑设计(软件组装的LSI和VSI,如微处理器、单片机等)及兼有二者优点的专用集成电路(ASIC)设计。 目前数字电子技术已经广泛地应用于计算机,自动控制,电子测量仪表,电视,雷达,通信等各个领域。例如在现代测量技术中,数字测量仪表不仅比模拟测量仪表精度高,功能高,而且容易实现测量的自动化和智能化。随着集成技术的发展,尤其是中,大规模和超大规模集成电路的发展,数字电子技术的应用范围将会更广泛地渗透到国民经济的各个部门,并将产生越来越深刻的影响。随着现代社会的电子科技的迅速发展,要求我们要理论联系实际,数字电子逻辑课程设计的进行使我们有了这个非常关键的机会。通过这种综合性训练,我们要达到
14、以下的目的和要求:1.结合课程中所学的理论知识,独立设计方案。达到学有所用的目的.2.学会查阅相关手册与资料,通过查阅手册和文献资料,进一步熟悉常用电子器件类型和特性,并掌握合理选用的原则,培养独立分析与解决问题的能力,对于抢答器我们大家都知道那是用于选手做抢答题时用的,选手进行抢答,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。第二章 抢答器的概述2.1 系统设计的功能定时抢答器的总体框图如下图: 2.1.1 基本功能:(1) 同时供8名选手比赛,分别用8个按钮S0 S7表示。(2)设置一个系
15、统清除和抢答控制开关S,该开关由主持人控制。(3)抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮,锁存相应的编号,扬声器发出声响提示,并在七段数码管上显示选手号码。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。2.1.2 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。(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。在这段 (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。2.2
16、抢答器的需求分析1、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。2、抢答限定时间和回答问题的时间可是在199s设定。3、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。4、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。5、按键锁定,在有效状态下,按键无效非法。2.3 抢答器的硬件设计抢答器电路2.4 抢答的工作过程1、如果想调节抢答时间或答题时间,按加一键或减一键进入调节状态,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减1s键,时间LED上会显示改变后的时间,调整范围为099s, 0s时再减1s会跳到99,99s
17、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20s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20s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。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,LED上不显示任何结果,直到按下停止 键为止。第三章 硬件电路的设计3.1总电路原理为使硬件电路设计尽可能合理,应注意以下几方面:(1) 尽可能采用功能强的芯片,以简化电路,功能强的芯片可
18、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,AT89S51内部RAM不多,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626
19、4,62256等。(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。P2.4为开始抢答9,P2.5为加分,P2.6为减分,P1.0-P1.7为六八抢答输入,数码管段选P0口,位选P2口低3位,蜂鸣器输出为P2.7口。3.2 时钟频率电路的设计时钟电路是计算机的心脏,它控制着计算机的工作节奏。MCS-51单片机允许的时钟频率是因型号而异的。晶振的选择:6MHz
20、的晶振,其机器周期是2us。12MHz的晶振,其机器周期是1us, 也就是说在执行同一条指令时用6MHz的晶振所用的时间是12MHz晶振的两倍。为了提高整个系统的性能我选择了12MHz的晶振。振荡方式的选择:内部振荡方式,MCS-51内部都有一个反相放大器,XTAL1、XTAL2分别为反相放大器输入和输出端,外接定时反馈元件以后就组成振荡器,产生时钟送至单片机内部的各个部件。这样就构成了内部振荡方式外部振荡方式是把已有的时钟信号引入单片机内。这种方式适合用来使单片机的时钟与外部信号一致。在我的这个设计中没有也无需与外部时钟信号一致,所以我选择了内部振荡方式,由于单片机内部有一个高增益反相放大器
21、,当外接晶振后,就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。晶振我选择了12MHz,相对于6MHz的晶振,整个系统的运行速度更快了。电容器C1、C2起稳定振荡频率、快速起振的作用,电容值我选择了30pF。内部振荡方式所得的时钟信号稳定性高。 图3-2时钟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。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
22、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1/12s。3.3复位电路的设计3.3.1 复位电路的可靠性设计计算机在启动运行是都需要复位,使中央处理器CPU和系统中的其它部件都处于一个确定的初始状态,并从这个状态开始工作。MCS-51的复位输入引脚RST为MCS-51提供了初始化的手段,可以使程序从指定处开始执行,在MCS-51的时钟电路工作后,只要R
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