1、物理与电子工程学院单片机原理与接口技术课程设计报告书设计题目： 八路抢答器的设计 专 业： 自动化 物理与电子工程学院 课程设计任务书专业： 自动化 班级： 2 班 学生姓名 学号课程名称 单片机原理与接口技术 设计题目 八路抢答器的设计设计目的、主要内容（参数、方法）及要求设计目的：巩固单片机原理与接口技术课程中所学的知识，提高学生的动手能力和创新能力，培养学生查阅资料和阅读文献的能力，培养学生初步的科研能力，为毕业设计奠定基础。主要内容：本课程设计主要是利用单片机原理与接口技术课程中所学的知识，完成一个知识竞赛中用到的 8 路抢答器的设计。设计内容包括硬件电路原理图、显示程序设计、硬件和软
2、件的综合调试。设计要求：1、以 80C51 系列单片机为核心器件，组成一个 8 路抢答器，能够供 8 个参赛队进行抢答。2、在现有的单片机实验系统上完成硬件电路接线。3、完成该课题的程序设计、提交程序设计框图及程序设计清单。4、完成硬件与软件的综合调试，实现预定功能。5、通过老师审核，提交课程设计报告。工作量 2 周时间，每天 3 学时，共计 42 学时进度安排第 1-3 天：根据任务书的要求查阅相关资料。阅读相关文献。搞清楚本课题的设计内容，对本课题的设计有个初步的设想。第 4-5 天：完成本课题设计的基本设计方案，通过指导老师的审核。第 6-7 天：完成课题的硬件电路的设计,完成程序设计。
3、第 8-9 天：进行调试。第 10-11 天：撰写课题设计报告书，并根据指导教师的意见进行修改。第 12 天：完成课程设计报告书。第 13 天：提交报告书。第 14 天：指导教师批阅课程设计报告书。主要参考资料1、韩志军，沈晋源，王振波.单片机应用系统设计M机械工业出版社，2005 年2、李全利.单片机原理与接口技术M高等教育出版社，2009 年第二版3、马淑兰.单片机技术及应用实例分析M西安电子科技大学出版社， 2009 年4、自己查阅一些抢答器的设计实例以作参考。指导教师签字 教研室主任签字摘 要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
4、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。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；抢答限定时间和回答问题的时间可在 1-99s
5、 设定；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；抢答时间和回答问题时间倒记时显示，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。关键字：抢答器;竞赛;单片机目 录1 设计任务与要求 .51.1 设计目的 .51.2 设计要求 .52 总体设计思路 .53 硬件电路设计 .53.1 原理图的确定 .53.2 抢答器接口电路 .63.3 时序控制电路设计 .63.4 复位电路的设计 .63.5 晶振电路的设计 .73.6 报警电路设计 .83.7 选手抢答键（矩阵式键盘） .83.8 显示与显示驱动电路 .94 软件设计 .104.1 系统主程序设
6、计 .104.2 程序清单 .115 仿真调试 .196 总结 .20参 考 文 献 .2051 设计任务与要求1.1 设计目的巩固单片机原理与接口技术课程中所学的知识，提高学生的动手能力和创新能力，培养学生查阅资料和阅读文献的能力，培养学生初步的科研能力，为毕业设计奠定基础。主要内容：本课程设计主要是利用单片机原理与接口技术课程中所学的知识，完成一个知识竞赛中用到的 8 路抢答器的设计。设计内容包括硬件电路原理图、显示程序设计、硬件和软件的综合调试。1.2 设计要求(1)以 80C51 系列单片机为核心器件，组成一个 8 路抢答器，能够供 8 个参赛队进行抢答。(2)在现有的单片机实验系统上
7、完成硬件电路接线。(3)完成该课题的程序设计、提交程序设计框图及程序设计清单。(4)完成硬件与软件的综合调试，实现预定功能。(5)通过老师审核，提交课程设计报告。2 总体设计思路接通电源后，主持人将开关拨到“清除”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置，“开始”状态，宣布“开始”抢答器工作。定时器倒计时，扬声器给出声响提示。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作“开始、停止”状态开关。3 硬件电路设计3.1 原理图的确定6单
8、片机实现抢答的原理图同抢答电路的接口电路如图 3-1-1图 3-1-1 单片机实现抢答的原理图3.2 抢答器接口电路参考电路如图 3-1-1 所示。该电路完成两个功能：一是分辨出 选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号；二是禁止其他选手按键操作无效。如有再次抢答需由主持人将 S 开关重新置,“清除” 然后再进行下一次抢答。 3.3 时序控制电路设计时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下功能：a.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人正常抢答工作状态。 b.当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，抢答电路和定时电路停止工作3.4 复位电
9、路的设计外部中断和内部中断并存，单片机硬件复位端，只要持续 4 个机器周期的高电平即可实现复位，硬件复位后的各状态可知寄存器以及存储器的值都恢复到了初始值，因为本设计中功能中有倒计时时间的记忆功能，所以不能对单片机进行硬件复位，只能用软件复位，软件复位实际上就是当程序执行完之后，XTAL218XTAL119ALE301PSN29RST9 P0./AD03918.2/ 7P03A36.4/D554P0.6/A372P1.012.23P134.4556P1.6778 P3.0/RXD101T.2/IN2P313.4/T04P3.7/RD176W6552.7/A1528P2.0/A81192./3P
10、23A4.4/1256P67UAT89C51X12MHzC130pFC230pFC310uLS1SPEAKRR10k R21k30R41k50R610k710kR810k发 声 喇 叭S1 S8 开 始 抢 答复 位 /停 止 抢 答 时 间 调 整回 答 时 间 调 整加 减7将程序通过一条跳转指令让它完成复位。复位电路如图 3-4-1,3-4-2 所示： 复位电路原理图图 3-4-2 复位电路 图 3-4-1 复位电路该复位电路采用上电自动复位和手动复位两种复位方式，图中网络标号所指 9 连接到单片机的复位引脚。要实现复位只需在，51 系列单片机的 RESET 引脚上加上 5ms 的高电平
11、就可以了。上电复位是利用电容的充电来实现的，即上电瞬间 RESET 端的电位与 Vcc 相同，随着电容上储能增加，电容电压也逐渐增大，充电电流减小，RESET 端的电位。这样就会建立一个脉冲电压，调节电容与电阻的大小可对脉冲的持续时间进行调节。通常若采用 12MHz 的晶振时，复位元件参数为 22F 的电解电容和 10k 的电阻。按钮复位电路是通过按下复位按钮时，电源对 RESET 端维持两个机器周期的高电平实现复位的。3.5 晶振电路的设计MSC-51 单片机的定时控制功能是用时钟电路和振荡器完成的，而根据硬件电路的不同，连接方式分为内部时钟方式和外部时钟方式。本设计中采用内部时钟方式。如图
12、 3-5-1 所示图 3-5-1 晶振电路原理图83.6 报警电路设计报警电路用于报警，当遇到报警信号时，发出警报。一般喇叭是一种电感性图 5 报警电路图。8951 驱动喇叭的信号为各种频率的脉冲。因此，最简单的喇叭驱动方式就是利用达林顿晶体管，或者以两个常用的小晶体管连接成达林顿架势。如图 3-6-1 中电阻 R 为限流电阻，在此利用晶体管的高电流增益，以达到电路快速饱和的目的。不过，如果要由 P0 输出到此电路，还需要连接一个10K 的上拉电阻。选手在设定的时间内抢答时，实现：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢
13、答必须由主持人再次作“清除“和“开始“状态开关。3.7 选手抢答键（矩阵式键盘）AT89C51 的 P1 口做一个为选手抢答的输入按键引脚，如图 3-7-1，P1.0 至P1.7 轮流输出低电位，给每一个选手编号 1 至 8，当选手按下按钮时，P1 口个端口的电平变化从 P1 口输入，经单片机处理后从 P0 输出由数码管显示抢答者编号。图 3-6-1 报警电路图9图 3-7-1 选手抢答键电路3.8 显示与显示驱动电路此电路包括显示和驱动，显示采用数码管，如图 3-8-1 驱动用 P2 口， 违规者编号、抢答 30 秒倒计时、正常抢答者编号和回答问题时间 60 秒倒计时，数码管采用动态显示。驱
14、动电路 P2 口，查询显示程序利用 P0 口做段选码口输出 P2 低 3 位做位选码输出，当为低电平则能驱动数码管使其显示数字。在+5V电压下接 10k 的电阻，保证正常压降。图 3-8-1 显示与显示驱动电路104 软件设计4.1 系统主程序设计为了能够达到抢答的公平、公正、合理，应该在主持人发布抢答命令之前必须先设定抢答的时间，因而在编开始抢答前的程序得先编写设定时间的程序。如图 4-1-1 所示当时间设好了之后，主持人发布抢答命令按下 P1.7 按键，程序主程序设置抢答时间和回答问题时间定时器及并行口初始化将时间计数器及启动标志值1开中断采并行口数据为 0 吗？启动标志=1 吗？判断抢答组号报警电路发声判断哪一组为抢答组将抢答组号送显示抢答时间到了吗？输出响铃信号提示超时继续抢答比赛吗？系统返回N YYYNYN图 4-1-1 系统主程序流程图
