八路抢答器设计

《单片机原理及应用》课程设计报告课题名称八路抢答器设计★★学院自动控制与机械工程学院专业电气工程及其自动化班级姓名学号时间2014年6月23日至7月4日目录前言 (4)一、课程设计的目的和要求 (4)1．课程设计目的 (4)2.课程设计要求 (5)二、八路抢答器的设计任务及要求 (6)1．设计任务 (6)2．设计要求： (6)三、总体设计 (7)3.1功能介绍 (7)3.2 抢答器的工作原理 (8)四、硬件设计 (9)4.1 原理图的确定 (9)4.2 芯片的选择 (10)4.3各个功能模块的设计 (12)（1）复位电路的设计 (12)（2）晶振电路的设计 (13)（3）数码显示管的选择 (14)（4）报警电路设计 (14)（5）八位抢答输入设计 (15)（6）主持人控制按键 (16)五、软件设计 (17)1 .主程序设计 (17)(1) 主程序的设计流程图 (17)(2)主程序设计源程序 (18)2子程序的设计流程图 (19)（1）查询程序 (19)（2）非法抢答处理程序 (21)（3）抢答时间调整子程序 (24)六、系统调试 (25)1.硬件调试： (25)2．软件调试： (25)（1）.运用Keil软件调试程序 (25)（2）.运行 (25)七、课程设计体会 (28)八、参考文献 (29)附录 (30)1.系统整机电路原理图 (30)2.源程序代码 (30)前言单片机和其他微型机一样，也是由CPU（包括运算器和控制器）、存储器、输入设备、输出设备组成，只不过单片机是将CPU、RAM、ROM、定时/计数器，以及输入/输出（I/O）接口电路等计算机的主要部件集成在一小块硅片上的单片微型计算机。

它具有体积小、可靠性高、性价比高等优点，主要应用于工业检测与控制、计算机外设、只能仪器仪表、通讯设备、家用电器和机电一体化产品等领域。

单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SOC三大阶段。

1.SCM即单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的佳体系结构。

“创新模式”获得成功，奠定了SCM 与通用计算机完全不同的发展道路。

在开创嵌式系统独立发展道路上，Intel公司功不可没。

2.MC即微控制器（Micro Controller Unit）阶段，主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。

它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，发展MCU 的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。

3.单片机是嵌入式系统的独立发展之路，向MCU阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决；专用单片机的发展自然形成了SOC化趋势。

随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展，基于SOC的单片机应用系统设计会有较大的发展。

因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。

一、课程设计的目的和要求1．课程设计目的单片机原理及应用课程设计作为独立的教学环节，是自动化及相关专业集中实践性环节系列之一，是学习完《单片机原理及应用》课程后，并在进行相关课程设计基础上进行的一次综合练习。

是学生综合运用所学知识，全面掌握单片微型计算机及其接口的工作原理、编程和使用方法的重要实践环节。

通过独立或协作提出并论证设计方案，进行软、硬件调试，最后获得正确的运行结果，可以加深和巩固对理论教学和实验教学内容的掌握，进一步建立计算机应用系统整体概念，初步掌握单片机软、硬件开发方法。

单片机课程设计过程中，学生通过查阅资料、接口设计、程序设计、安装调试等环节，完成一个基于MCS-51系列单片机，涉及多种资源应用，并具有综合功能的小应用系统设计。

使学生不但能够将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来，而且能够对电子电路、电子元器件等方面的知识进一步加深认识，同时在软件编程、调试、相关仪器设备和相关软件的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高。

使学生增进对单片机的感性认识，加深对单片机理论方面的理解，加深单片机的内部功能模块的应用，如定时器/计数器、中断、片内外存贮器、I/O 接口、串行口等。

使学生了解和掌握单片机应用系统的软硬件设计过程、方法及实现，强化单片机应用电路的设计与分析能力。

提高学生在单片机应用方面的实践技能和科学作风；培育学生综合运用理论知识解决问题的能力。

2.课程设计要求课程设计应以学生认知为主体，充分调动学生的积极性和能动性，重视学生自学能力的培养。

根据课程设计具体课题安排时间，确定课题的设计、编程和调试内容，分团队开展课程设计活动，按时完成每部分工作。

要求学生自己调研、设计系统功能、划分软硬件功能、选择器件，用Proteus或Protel软件在PC 机上完成硬件原理图设计。

使用Keil或相关编程软件，完成软件设计。

根据单片机原理及应用课程的要求，主要进行两个方面的设计，即单片机最小系统和存储器扩展设计、接口技术应用设计。

其中，单片机最小系统主要要求学生熟悉单片机的内部结构和引脚功能、引脚的使用、复位电路、时钟电路、4个并行接口和一个串行接口的实际应用，从而可构成最小应用系统，并编程进行简单使用。

存储器扩展设计要求学生掌握常用半导体芯片与单片机的接口，如EPROM 存储器用作外部程序存储器时与单片机的连接关系，SRAM存储器用作外部数据存储器时与单片机的连接关系，E2PROM存储器用作外部程序/数据存储器时与单片机的连接关系。

能合理分配和使用单片机的内部和外部存储器，编程实现正常的读写功能。

然后使用通用单片机实验开发系统，或者使用Proteus或Multisim 仿真软件在PC机进行系统仿真，调试电路和修改调试程序。

烧录程序，对整个系统做试运行，有问题再进一步修改调试，直至达到设计的要求和取得满意的效果。

最后编写系统说明书，其内容主要包括系统的功能介绍、使用范围、主要性能指标、使用方法、注意事项等。

二、八路抢答器的设计任务及要求1．设计任务基于MCS-51系列单片机AT89C51，设计一个八路抢答器。

2．设计要求：(1) 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K1 ~ K8。

(2) 设置一个系统清除和抢答控制开关K0，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，并在优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。

(4) 主持人按下抢答“开始”按钮，抢答开始。

(5) 当某一路抢答成功时，在数码管上显示成功信息和该路的号数；(6) 当某一路抢答违规时，能在数码管上显示显示违规信息和该路的号数；(7) @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，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5秒左右。

(8) @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。

(9) @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。

(10) ☆其他功能。

三、总体设计该系统采用51系列单片机AT89C51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。

图 3–1 系统原理框图3.1功能介绍⑴、（创新）如果想调节抢答时间或答题时间,按"抢答时间调节"键或"答题时间调节"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"-1s"键，时间LED上会显示改变后的时间，调整范围为0s~99s, 0s时再减1s会跳到99，99s时再加1s会变到0s。

⑵、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30s 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60s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。

抢答及答题倒数时间到小于5s会每秒响一下提示音。

⑶、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 上不断闪烁犯规号数并响个不停，直到按下"停止" 键为止。

⑷、P1.0-P1.7为八路抢答输入数码管段选P0口，位选P2口，蜂鸣器输出为P3.6口。

P3.0为开始抢答，P3.1为停止/复位，P3.2抢答时间调整结，P3.3回答时间调整，P3.4为时间加1调整，P3.5为时间减1调整。

3.2 抢答器的工作原理抢答器的工作原理是利用单片机的定时器T0、T1中断完成,其余状态循环调用显示子程序,用4个共阴极LED数码管来显示，用P0口作为数码管的八个段选，用P2口中的P2.0、P2.1、P2.2、作为4个数码管其中3个位选，P1口接8个按键，提供选手抢答，P3.0-P3.5四个接四个按键，提供开始、结束、答题时间调整、抢答时间调整，加1、减1调整之用。

抢答功能：通过八路按键配合程序来实现抢答功能。

当主持人按下抢答键开始抢答后，此时任一路按下按钮均闭锁其它各路，由程序译码并显示最先按下抢答键的路数及其当前时间并立即转入答题阶段。

如下为抢答功能设计框图：图 3.2-1 抢答功能设计框图抢答限时：主持人按下抢答键后，设置30秒为抢答时间(此时间可在1-99秒之间修改)。

若30秒内无人抢答，倒计时为5时每一秒发出一声报警，倒计时为零时说明该抢答题目作废并显示- --。

答题限时：当选手按下按钮时，启动60秒倒计时(此倒计时时间可在1～99秒之间修改)，倒计时为5时每一秒发出一声报警，直到为零时该题答题结束，数码管显示---，等待主持人开始下一次抢答。

四、硬件设计4.1 原理图的确定单片机实现抢答的原理图图 4.1-1 抢答原理图4.2 芯片的选择抢答器电路的核心是MCS-51系列AT89C51单片机，其在一块芯片上集成了CPU、RAM、ROM、定时/技术器、I/O接口等功能部件。

图4.2-1 51单片机的内部系统组成图4.2-2 51系列单片机引脚图VCC（40）：＋5V；GND（20）：接地；P0口（39－32）：不外接片外存储器及不扩展时可作为准双向输入/输出接口，扩展是分时复用为低8位地址总线；P1口（1－8）：可作为准双向I/O接口使用；P2口（28-21）：外接及扩展时用作高8位地址总线；P3口（10－17）：有两种功能，优先选用第二功能； RST （9）：复位输入。