1、 武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书目录摘要 .21 设计方案选择及讨论 .31.1 方案设计 .31.2 核心控制器件 89C52 简介 .32 硬件电路设计 .52.1 单元电路设计 .52.2 单元电路设计 .52.2.1 核心控制器件 STC89C52 最小系统 .62.2.2 时序控制电路设计 .62.2.3 复位与加减时间电路的设计 .72.2.4 抢答与数码管显示电路 .72.2.5 声音电路设计 .73 软件编程设计 .83.1 大体思路 .84 仿真及调试 .105 焊接与实际调试 .116 心得体会 .12参考文献 .13附录 I 元件清单 .14附录 程序代码 .
2、15武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书1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。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 AT89C52 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 1-30s 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
3、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。关键词：抢答器 单片机 软硬件结合 武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书2抢答按扭优先编码电路锁存器 译码电路 译码显示裁判控制开关 控制电路 报警电路秒脉冲产生电路 定时电路 译码电路 显示电路1 方案设计1.1方案设计该系统采用 51 系列单片机 STC89C52 作为控制核心，该系统可以完成运算控制、信号识别以及显示功能的实现。由于用了单片机，使其技术比较成熟，应用起来方便、简单并且单片机周围的辅助电路也比较少，便于控制和实现。整个系统具有极其灵活的可编程性，能方便地对系统进行功能的扩张和更改。S
4、TC89C52 单片机特点如下：第一，可靠性好：单片机按照工业控制要求设计，抵抗工业噪声干扰优于一般的 CPU，程序指令和数据都可以写在 ROM 里，许多信号通道都在同一芯片，因此可靠性高，易扩充。第二，单片机有一般电脑所必须的器件，如三态双向总线，串并行的输入及输出引脚，可扩充为各种规模的微电脑系统。第三， 控制功能强：单片机指令除了输入输出指令，逻辑判断指令外还有更丰富的条件分支跳跃指令。其原理框图如下:图 1.1 原理框图武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书31.2 核心控制器件 89C52简介STC89C52 是 STC 公司生产的一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有
5、 8K 在系统可编程 Flash 存储器。STC89C52 使用经典的 MCS-51 内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统 51 单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 STC89C52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k 字节Flash，512 字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器，内置 4KB EEPROM，MAX810 复位电路，3 个 16 位定时器/计数器，4 个外部中断，一个 7向量 4 级中断结构（兼容传统 51 的 5 向量 2 级中断结构），全双工串行口。另外
6、 STC89C52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率 35MHz，6T/12T 可选。其引脚图如下：武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书4图 1.2 单片机引脚图2 硬件电路设计2.1抢答器的电路框图如图 1.1 所示为电路框图。其工作原理为：接通电源后，裁判将开关拨到“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，裁判可在抢答开始；裁判将开关置“
7、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裁判再次操作“开始、停止“状态开关。2.2 单元电路设计2.2.1 核心控制器件 STC89C52最小系统此次课程设计使用原码实验室的 89C52 最小系统板进行设计，再加上一块焊有数码管等外围模块的电路板。原码实验室的单片机最小系统已经焊接完成，其中只对需要用到的时钟晶振外部电路，中断，以及复位和一些逻辑 I/O 口进行电路图绘制，其他进行程序烧入的部分。最小系统电路
8、图如下：图 2.2.1 STC89C52 最小系统电路武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书5图中我们可以看到 P2 整个八个关键用来为抢答者提供抢答器，当按键开关第一次被按下后，那位抢答者所对应的座位便可以显示出来。2.2.2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：第一，裁判将控制开关拨到“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。 第二，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。2.2.3复位与加减时间电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
9、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，将程序通过一条跳转指令让它完成复位。而对时间的加减设置也可以通过对相应的按键中断进行定义以实现。复位电路如下图所示：图 2.2.2 复位电路图2.2.4抢答以及数码管显示电路抢答电路即裁判与抢答者的用按键扫描来完成，剩下的由软件完成其功能。而数码管的显示则需要经过 74HC573 这个锁存器芯片进行锁存，在第一位抢答者抢答成功之后倒计时以及显示“谁抢到”的 2 个 2 段数码管分别被两个锁存器进行锁存，是数码管现实不会再有变化
10、，即实现功能。数显电路如下图：武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书6图 2.2.3 数显电路2.2.5声音电路设计声音电路用于以声音提示，当遇到报警信号时，发出警报。一般喇叭是一种电感性原件。89C52 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。在右图中电阻 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
11、答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次作“清除“和“开始“状态开关。对于不同情况下的声音有不同的设置，此处也是利用软件进行设计，声音电路模块如下图：图 2.2.4 声音电路武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书73 软件设计3.1系统主程序设计为了能够达到抢答的公平、公正、合理，应该在裁判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，当时间设好了之后，裁判发布抢答命令按下 INTO 按键，程序开始打开定时中断开始倒计时，然后调用键盘扫描子程序，编写键盘扫描程序。当在扫描到有人按下了答题键，马上关闭 T0、调用显示程序、封锁键盘。其主程序
12、流程图如下：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？判断抢答组号将抢答组发光二极管点亮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武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书8图 3.1 主程序流程图4 仿真及调试使用 proteus 进行仿真，仿真图如下：武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书9图 4.1 仿真电路图仿真开始后按下按键 1 时，数码管前两位显示 “1” ，刚好在还剩 6 秒的时候，所以后两位数码管显示“6” 。结果如下图所示：图 4.2 仿真时的按键图此时的数码管显示如下图：
