单片机课程设计八路抢答器设计.doc
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1、单片机课程设计 课程题目: 基于单片机-8路抢答器 专 业: 电子信息科学与技术 年 级: 091 2012 年 1 月 2 日目 录摘要31 单片机的应用技术32 系统设计要点4 2.1 抢答器的硬件设计要求4 2.2 计分器的硬件设计要求42.3 人机交互程序设计.43 电子智能抢答器系统的硬件电路设计5 3.1 硬件模块方案.5 3.2 计分器的电路设计5 3.3 抢答器的电路设计74 软件设计.94.1 抢答器系统软件的流程图.94.2计分器系统的软件流程.104.3键盘扫描程序流程图.104.4 抢答数码显示软件程序设计.124.5 音乐音频输出程序流程图.135 单片机干扰防护14
2、 5.1 采用隔离技术14 5.2 正确的接地措施14结论.15程序.15 摘 要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。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。抢答组数可以在八组以内任意使用,本系统设计为模块形式采用九针插头进行连接,系统工作原理本系统采用AT89S51单片机作为核心。控制系统的五个模块分别为:单片机最小系统、显示模块、显示驱动模块、抢答开关模块、音乐音频输出模块。关键词:单片机;显示;驱动;抢答1 单片机的应用
3、技术单片机由硬件系统与软件系统组成。硬件系统是指构成微机系统的实体与装置,通常由运算器、控制器、存储器、输入接口电路和输入设备、输出接口电路和输出设备等组成。其中运算器和控制器一般做在一个集成芯片上,统称中央处理单元(Central Processing Unit),简称CPU,是微机的核心部件。CPU配上存放程序和数据的存储器、输入/输出(Input/Output,简称I/O)接口电路以及外部设备即构成单片机的硬件系统。软件系统是微机系统所使用的各种程序的总称,人们通过它对微机进行控制并与微机系统进行信息交换,使微机按照人的意图完成预定的任务。软件系统与硬件系统共同构成完整的单片微型计算机系
4、统,两者相辅相成,缺一不可。2 系统设计要点系统设计主要包括硬件和软件两大部分,依据控制系统的工作原理和技术性能,将硬件和软件分开设计。硬件设计部分包括电路原理图、合理选择元器件、绘制线路图,然后对硬件进行调试、测试,以达到设计要求。软件设计部分,首先在总体设计中完成系统总框图和各模块的功能设计,拟定详细的工作计划;然后进行具体设计,包括各模块的流程图,选择合适的编程语言和工具,进行代码设计等;最后是对软件进行调试、测试,达到所需功能要求。硬件电路是采用结构化系统设计方法,该方法保证设计电路的标准化、模块化。硬件电路的设计最重要的选择用于控制的单片机,并确定与之配套的外围芯片,使所设计的系统既
5、经济又高性能。硬件电路设计还包括输入输出接口设计,画出详细电路图,标出芯片的型号、器件参数值,根据电路图在仿真机上进行调试,发现设计不当及时修改,最终达到设计目的。软件设计的方法与开发环境的选取有着直接的关系,本系统由于是采用51系列单片机,因此使用Keil C语言进行开发。此编程工具相比汇编语言具有结构化、适用范围大、可移植性好等特点。本系统软件设计采用模块化系统设计方法,先编写各个功能模块子程序,然后进行组合与调整,经过调试后,达到设计功能要求。2.1 抢答器的硬件设计要求抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛,分别用8个按钮S1S8表示。设置一个系统清除和抢答控制按扭,该按扭由主持人控制。
6、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,并在LED数码管上显示,同时扬声器发出报警声响提示。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。2.2 计分器的硬件设计要求加减计分有三位显示,用串行通信口,显示分数,用4*4阵列式键盘进行同时加减和单组加分。2.3 人机交互程序设计系统的人机交互程序设计,主要是解决按键的扫描与信息的显示,让操作者能够灵活地控制系统工作。键盘用来输入指令,发光数码管用来显示单片机的状态,这是一个比较简单的人机交互形式。3 电子智能抢答器系统的硬件电路设计3.1 硬件模块方案主控制器模块:采用AT89C51单片几机控制抢答器显
7、示模块:数码管显示电源方案的选择:采用三端稳压器电路抢答器键盘模块:独立式键盘计分器显示模块:采用带有锁存功能的移位寄存器74LS595芯片计分器键盘模块:行列式键盘3.2 计分器的电路设计主控制器采用AT89C51单片机作为微处理器,AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机,片内含4K bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash 存储单元。计分器的工作原理是采用最小系统,用
8、4x4键盘来输入是选手需要加减进行分数的加减输入。主板上的6个数码显示,加几分的数,按确定键后分数值从串口p3.0,p3.1传到计分器显示模块上再通过数码管驱动模块显示。原理图如图4.1所示图3.1计分器系统的硬件电路3.3 抢答器的电路设计3.3.1抢答电路模块抢答器的工作原理是采用单片机最小系统,用查询式键盘进行抢答。通过抢答按键模块,连接按键进行抢答。其工作原理为: 主持人按清零键后,选手可按键抢答,单片机锁存信号,屏蔽外界信号。串显示编号,并有丁冬声输出。抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。抢答器原理如图4.2。图4.2 抢答器原理图3.3.2抢答按键模块的设计抢答按键模块的
9、设计是通过利用光电耦合器,光电偶合器的输入/输出之间没有接触,能有效地防止输入端的电磁干扰以电藕合的方式进入应用系统,而且光电偶合器的输入阻抗很小,干扰源的内阻很大,所以能输入到光电偶合器的干扰电压很小。把单片机信号和按钮的信号隔开,采用+12V电源给单片机开关量的控制。其原理图如图4.3。图3.3 输入隔离电路4 软件设计4.1 抢答器系统软件的流程图抢答组数可以在八组以内任意使用,其流程如图5.1 图4.1抢答器系统软件的流程图4.2 计分器系统的软件流程检测P3.7状态初始化开始扫描键盘S1S8是那一个组要加分,并组号显示在主板上(六个数码管)为0单组加减分为1全部统一加减分加分按键S1
10、4减分按键S15键盘录入分值,并显示在主板上(六个数码管)加分按键S12减分按键S13键盘录入分值,并显示在主板上(六个数码管)确定S16P1.7输入一个单次脉冲,并保持高电平(锁存数据由P3.0 P3.1串口输出显示分数)图4.2 计分器系统的软件流程4.3键盘扫描程序流程图本系统的键盘采用的是44矩阵式键盘,矩阵式键盘由行线和列线组成,按键位于行、列线的交叉点上。一个44的行、列结构可以构成一个含有16个按键的键盘,显然,在按键数量较多时,矩阵式键盘较之独立式按键键盘要节省很多I/O口。矩阵式键盘中,行、列线分别连接到按键开关的两端,在进行键盘扫描时,首先把矩阵键盘列线的第一根线置高,然后
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