八路搶答器設計課程設計

1、<p><b>　　課程設計(論文)</b></p><p>　　題 目 名 稱 八路搶答器設計 </p><p>　　課 程 名 稱 單片機原理及應用 </p><p>　　學 生 姓 名

2、 </p><p>　　學 號 </p><p>　　系 、專 業(yè) 信息工程系、電子科學與技術 </p><p>　　指 導 教 師 </p><p>　　2008年 12 月 1

3、2 日</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著電子技術的飛速發(fā)展，基于單片機的控制系統(tǒng)已廣泛應用于工業(yè)、農業(yè)、電力、電子、智能樓宇等行業(yè)，微型計算機作為嵌入式控制系統(tǒng)的主體與核心，代替了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)的常規(guī)電子線路。同時樓宇智能化的發(fā)展與成熟，也為基于單片機的照明控制系統(tǒng)的普及與應用奠定了堅實的基礎。本設計是在學習過《單片機初級教程》這門課

4、程后，利用所學過的課堂知識，發(fā)揮自己的創(chuàng)新能力，并結合動手動腦能力，來設計一個由單片機控制的智力競賽搶答器，并完成系統(tǒng)的軟硬件設計及調試。</p><p>　　關鍵字：單片機、微型計算機、創(chuàng)新、搶答器</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 前言4</b></p><

5、p><b>　　2 方案設計5</b></p><p><b>　　2.1設計思路5</b></p><p>　　2.2 方案論證5</p><p>　　2.3 設計原理6</p><p><b>　　3 電路設計7</b></p><p&g

6、t;　　3．1系統(tǒng)電路原理7</p><p>　　3．2主要元器件選擇8</p><p>　　3.2.1 AT89C51芯片8</p><p>　　3.2.2 74HC2448</p><p>　　3.2.3七段數(shù)碼管9</p><p><b>　　4 程序設計10</b></p

7、><p>　　4.1系統(tǒng)程序流程10</p><p>　　4．2系統(tǒng)程序設計11</p><p><b>　　5 功能仿真18</b></p><p>　　6 總結與體會19</p><p><b>　　參考文獻資料20</b></p><p>

8、<b>　　1 前言</b></p><p>　　在知識比賽中，特別是做搶答題目的時候，在搶答過程中，為了知道哪一組或哪一位選手先答題，必須要設計一個系統(tǒng)來完成這個任務。因為在搶答過程中，靠視覺是很難判斷出哪組先答題。利用單片機系統(tǒng)來設計搶答器，使以上問題得以解決，即使各組的搶答時間相差幾微秒，也可分辨出哪組優(yōu)先答題。該課程設計主要介紹了單片機搶答器設計及工作原理，以及它的實際用途。本系統(tǒng)采

9、用8051單片機作為核心?？刂葡到y(tǒng)的四個模塊分別為：存儲模塊、顯示模塊、語音模塊、搶答按鍵模塊。該搶答器系統(tǒng)通過開關電路八個按鍵輸入搶答信號；利用語音芯片ISD1420 完成語音的錄放功能；利用存儲程序；利用一個四位一體的七段顯示數(shù)碼管來完成顯示功能。工作時，在按下?lián)尨痖_始鍵后，用按鍵通過開關電路輸入各路的搶答信號進行搶答，經單片機的處理，輸出控制信號，控制數(shù)碼管和語音芯片工作。在位選數(shù)碼管上顯示哪一組先答題的號碼，并有倒計時顯示，以及

10、通過語音系統(tǒng)發(fā)出報警聲音，從而實現(xiàn)整個搶答過程。</p><p><b>　　2 方案設計</b></p><p><b>　　2.1設計思路</b></p><p>　　本設計中的控制系統(tǒng)核心是單片機AT89C51，它主要負責控制各個部分協(xié)調工作。在其外圍接上復位電路、上拉電阻、數(shù)碼管、按鈕及蜂鳴器。元件為：晶振X1、電

11、容C1、C2、電阻RP1及7SEG-MPX4- CA。AT89C51單片機的P1.0和P1.7由選手控制，分別是選手搶答鍵，即八組搶答的輸入口。P0口為數(shù)碼管的段選口,位選口用的是P2口的低4位,外部中斷0,P3.2為搶答開始鍵。P3.7蜂鳴器的控制口。單片機有硬件復位端。外部還接有蜂鳴器用來發(fā)出報警音。采用7SEG-MPX4-CA它是共陰極的由高電平點亮。軟件設計部分由程序設計流程圖和匯編語言編寫。系統(tǒng)仿真用到了偉福軟件和PROTUC

12、E軟件，通過仿真可以完全顯示出所設計系統(tǒng)的功能,對于程序的調試等有很大的幫助。主持人按"搶答開始"鍵，會有提示音，并立刻進入搶答倒計時（預設10S搶答時間），如有選手搶答，并會顯示其號數(shù)，3S后進入回答倒計時（預設15S搶答時間）。如倒計時期間，主持人想停止倒計時可以隨時按"復位"鍵，系統(tǒng)會自動進入準備狀態(tài)，等待主持人按"搶答開始"進入下次搶答計時。如果主持人未按"搶

13、答開始"鍵，而有人按了搶答按鍵，犯規(guī)搶</p><p><b>　　2.2 方案論證</b></p><p>　　該系統(tǒng)采用MCS-51系列單片機AT89C51作為控制核心，該系統(tǒng)可以完成運算控制、信號識別以及顯示功能的實現(xiàn)。由于用了單片機，使其技術比較成熟，應用起來方便、簡單并且單片機周圍的輔助電路也比較少，便于控制和實現(xiàn)。整個系統(tǒng)具有極其靈活的可編程性，

14、能方便地對系統(tǒng)進行功能的擴張和更改性。 CS-51單片機特點如下：    1> 可靠性好：單片機按照工業(yè)控制要求設計，抵抗工業(yè)噪聲干擾優(yōu)于一般的CPU ，程序指令和數(shù)據(jù)都可以寫在ROM許多信號通道都在同一芯片，因此可靠性高。    2> 易擴充：單片機有一般電腦所必須的器件，如三態(tài)雙向總線，串并行的輸入及輸出引腳，可擴充為各種規(guī)模的微電腦系統(tǒng) 

15、60;  3> 控制功能強：單片機指令除了輸入輸出指令，邏輯判斷指令外還有更豐富的條件分支跳躍指令。</p><p>　　該方案不但從性能上優(yōu)越，而且在使用上及其功能的實現(xiàn)上都較簡潔，并且由于單片機具有優(yōu)越的高集成電路性，使其工作速度更快、效率更高。另外AT89S51單片機采用12MHz的晶振，提高了信號的測量精度，并且使該系統(tǒng)可以通過軟件改進來擴張功能。</p><

16、p><b>　　2.3 設計原理</b></p><p>　　1. 本電路采用單片機AT89C51作為控制芯片，單片機的P0口外接七段顯示數(shù)碼管，數(shù)碼管用來顯示八位選手的號碼。并在各個外接電路上并接開關按鍵，按鍵另一端接地。發(fā)光二極管采用共陽極接法，由于P0口為高電平呈輸入狀態(tài)，當有按鍵按下時，P0口呈低電平與按鍵對應的發(fā)光二極管滿足點亮條件點亮。在程序編程上采用查詢，查詢P1口P1.

17、0到P1.7的八個端口呈低電平，即查詢是哪個選手先按鍵，然后將選手號碼送至數(shù)碼管上顯現(xiàn)出來。    2. 蜂鳴器是利用三極管處于開關狀態(tài)是的導通與截止工作，在三極管導通時蜂鳴器工作，三極管截止時蜂鳴器不工作。三極管采用8550 PNP型基極接于P3.7口置其低電平時三極管導通，置其高電平時三極管截止。    3. 數(shù)碼管采用共陰極七段顯示，其內部發(fā)光二極管為共陰極接低電平。

18、在主持人按下開始鍵后，10秒倒計時在數(shù)碼管上顯示。搶答選手按下鍵的時候，其號碼被送往數(shù)碼管進行顯示。選手答題的時候，15S倒計時也送往顯示。</p><p>　　4. 軟件設計分析首先在程序的開始為選手設置了一段違規(guī)程序，該程序的作用是為了防止選手在主持人沒有按下?lián)尨疰I時，有的選手已經提前搶答了，本次搶答為無效搶答，并有報警和記錄下該位選手的選號，做違規(guī)處理。如果在主持人按下?lián)尨疰I后規(guī)定時間內搶答，該次搶答被視為

19、有效搶答，在主持按下回答問題的鍵時選手就可以在規(guī)定的時間內回答問題了。</p><p><b>　　3 電路設計</b></p><p><b>　　3．1系統(tǒng)電路原理</b></p><p>　　控制系統(tǒng)主要由單片機應用電路、存儲器接口電路、顯示接口電路組成。其中單片機AT89C51是系統(tǒng)工作的核心，它主要負責控制各個部

20、分協(xié)調工作. 所需元件：該系統(tǒng)的核心器件是AT89C51。在其外圍接上復位電路、上拉電阻、數(shù)碼管、按鈕及蜂鳴器。元件為：晶振X1、電容C1、C2、 電阻RES、RESPACK-8。</p><p>　　外部中斷0，P3.2由裁判控制,是搶答開始鍵。P1.0-P1.7是8組搶答的輸入口, P2.0--P2.3口為數(shù)碼管的段選口,位選口用的是P0.0--P0.7輸出，P3.7口為蜂鳴器輸出口。P0口和P1口

21、要分別接上上拉電阻。</p><p><b>　　電路原理圖如下：</b></p><p>　　3．2主要元器件選擇</p><p>　　3.2.1 AT89C51芯片</p><p>　　AT89C51是美國ATMEL公司生產的低電壓、高性能CMOS8位單片機。AT89C51芯片不僅包括CPU、RAM、ROM、定時器、

22、串行口、I/O接口等主要功能部件之外，還有驅動器、鎖存器、指令寄存器、地址寄存器等輔助部分。CPU是單片機最核心的部分，是單片機的大腦和心臟，主要完成運算和控制功能。RAM用于存放變化的數(shù)據(jù)，其地址空間為256個RAM單元，但其中能作為數(shù)據(jù)存儲器供用戶使用的僅有前面128個，后128個被專用寄存器占用。ROM用于存放程序和固定不變的常數(shù)等等。通常采用只讀存儲器，且其有多種類型，在89系列單片機中全部采用閃存、定時/計數(shù)器用于實現(xiàn)定時和計

23、數(shù)功能。AT89C51共有四個8位的并行I/O口，每個口都有一個鎖存器和1個驅動器組成。并行I/O口主要用于實現(xiàn)與外部設備中數(shù)據(jù)的并航輸入輸出，有些I/O口還有其他功能。AT89C51有1個UART全雙工異步串行口，用于實現(xiàn)單片機和其他具有相應接口的設備之間的異步串行數(shù)據(jù)傳送。AT89C51采用40Pin封裝的雙列直接DIP結構。40個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根，4組8位共32個I/O口，中斷口線與</p

24、><p>　　3.2.2 74HC244</p><p>　　74HC244芯片內部共有兩個四位三態(tài)緩沖器，使用時可分別以1C和2G作為它們的選通工作信號。當1C和2G都為低電平時，輸出端Y和輸入端A狀態(tài)相同；當1G和2G都為高電平時，輸出呈高阻態(tài)。A0~A3為輸入端，Y1~Y4為輸出端。OE為使能端，低電平有效。</p><p>　　3.2.3七段數(shù)碼管</p&

25、gt;<p>　　LED顯示器是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件。由圖可知它由8個發(fā)光二極管構成，通過不同的組合可用來顯示0~9、A~F及小數(shù)點“.”等字符。圖中DP表示小數(shù)點，COM表示公共端。數(shù)碼管通常有共陰極和共陽極兩種型號。共陰數(shù)管的發(fā)光二極管陰極必須接低電平，當某一發(fā)光二極管的陽極連到高電平時，此發(fā)光二極管點亮；共陽極數(shù)碼管的發(fā)光二極管是陽極并接到高電平，須點亮的發(fā)光二極管陰極接低電平即可。顯然，要顯示某字形就應使

26、此字形的相應字段點亮，實際就是送一個用不同電平組合代表的數(shù)據(jù)到數(shù)碼管。</p><p><b>　　4 程序設計</b></p><p><b>　　4.1系統(tǒng)程序流程</b></p><p><b>　　(1)主程序</b></p><p>　　(2) 中斷服務程序</

27、p><p><b>　　(3) 答題子程序</b></p><p><b>　　4．2系統(tǒng)程序設計</b></p><p><b>　　ORG 0000H</b></p><p>　　LJMP START</p><p><b>　　ORG 000

28、3H</b></p><p><b>　　LJMP ESS</b></p><p><b>　　ORG 00A0H</b></p><p>　　START: SETB EA</p><p><b>　　SETB EX0</b></p><p>

29、;<b>　　SETB IT0</b></p><p>　　LP: MOV R2,#00H</p><p><b>　　INC R2</b></p><p>　　JB P1.0,LP1</p><p><b>　　LCALL LOP</b></p><

30、p>　　LP1: INC R2</p><p>　　JB P1.1,LP2</p><p><b>　　LCALL LOP</b></p><p>　　LP2: INC R2</p><p>　　JB P1.2,LP3</p><p><b>　　LCALL LOP<

31、/b></p><p>　　LP3: INC R2</p><p>　　JB P1.3,LP4</p><p><b>　　LCALL LOP</b></p><p>　　LP4: INC R2</p><p>　　JB P1.4,LP5</p><p>&l

32、t;b>　　LCALL LOP</b></p><p>　　LP5: INC R2</p><p>　　JB P1.5,LP6</p><p><b>　　LCALL LOP</b></p><p>　　LP6: INC R2</p><p>　　JB P1.6,LP7&

33、lt;/p><p><b>　　LCALL LOP</b></p><p>　　LP7: INC R2</p><p>　　JB P1.7,LP8</p><p><b>　　LCALL LOP</b></p><p>　　LP8: LJMP LP</p>

34、<p>　　LOP: MOV 56H,#02H</p><p>　　LP16: MOV 51H,#10D</p><p>　　MOV 52H,#10H</p><p><b>　　CLR P3.7</b></p><p>　　LP10: LCALL DELAY</p><p>　

35、　DJNZ 51H,LP10</p><p><b>　　SETB P3.7</b></p><p>　　LP15: LCALL DELAY</p><p>　　DJNZ 52H,LP15</p><p>　　DJNZ 56H,LP16</p><p>　　MOV DPTR,#TAB</p

36、><p><b>　　MOV A,R2</b></p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p>　　LP11: MOV P2,#01H</p><p><b>　　MOV P0,A</b></p><p><b>　　LJMP LP11</b&

37、gt;</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　ESS: MOV P2,#00H</p><p><b>　　CLR P3.7</b></p><p>　　MOV TMOD,#00000001B</p><p>　　MOV R3,#0AH</

38、p><p>　　L12: MOV R4,#14H</p><p>　　L11:MOV TH0,#3CH</p><p>　　MOV TL0,#0B0H</p><p>　　MOV DPTR,#TAB</p><p><b>　　SETB TR0</b></p><p>&l

39、t;b>　　MOV A,R3</b></p><p>　　MOV B,#0AH</p><p><b>　　DIV AB</b></p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p>　　MOV P2,#01H</p><p><b>　　MOV P0,A&

40、lt;/b></p><p>　　LCALL DLAY</p><p><b>　　MOV A,B</b></p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p>　　MOV P2,#02H</p><p><b>　　MOV P0,A</b></p&g

41、t;<p>　　LCALL DLAY</p><p>　　L10:JNB TF0,L10</p><p><b>　　CLR TF0</b></p><p><b>　　SETB P3.7</b></p><p>　　DJNZ R4,L11</p><p>&l

42、t;b>　　DEC R3</b></p><p>　　CJNE R3,#0FFH,L19</p><p><b>　　LJMP L18</b></p><p>　　L19: CJNE R3,#00H,L12 </p><p>　　MOV 51H,#50D</p><p

43、><b>　　CLR P3.7</b></p><p>　　L15: LCALL DELAY</p><p>　　DJNZ 51H,L15</p><p><b>　　SETB P3.7</b></p><p>　　MOV P2,#00H</p><p><b

44、>　　LJMP L18</b></p><p>　　L18: RETI</p><p>　　DLAY: MOV 53H,#05H</p><p>　　L14: MOV 54H,#0F0H</p><p>　　L13: MOV R2,#00H</p><p><b>　　INC

45、R2</b></p><p>　　JB P1.0,L1</p><p>　　LCALL LOOP</p><p>　　L1: INC R2</p><p>　　JB P1.1,L2</p><p>　　LCALL LOOP</p><p>　　L2: INC R2<

46、/p><p>　　JB P1.2,L3</p><p>　　LCALL LOOP</p><p>　　L3: INC R2</p><p>　　JB P1.3,L4</p><p>　　LCALL LOOP</p><p>　　L4: INC R2</p><p>

47、;　　JB P1.4,L5</p><p>　　LCALL LOOP</p><p>　　L5: INC R2</p><p>　　JB P1.5,L6</p><p><b>　　LCALL LOP</b></p><p>　　L6: INC R2</p><p&

48、gt;　　JB P1.6,L7</p><p>　　LCALL LOOP</p><p>　　L7: INC R2</p><p>　　JB P1.7,L8</p><p>　　LCALL LOOP</p><p>　　L8: DJNZ 54H,L13</p><p>　　DJNZ

49、53H,L14</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　LOOP: MOV TMOD,#00010000B</p><p>　　MOV R5,#11H</p><p>　　L22: MOV R6,#14H</p><p>　　L21: MOV TH1,#3CH&l

50、t;/p><p>　　MOV TL1,#0B0H</p><p><b>　　SETB TR1</b></p><p>　　MOV DPTR,#TAB</p><p><b>　　MOV A,R2</b></p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p>&

51、lt;p>　　L16: MOV P2,#01H</p><p><b>　　MOV P0,A</b></p><p>　　LCALL DELAY</p><p>　　CJNE R5,#0FH,L24</p><p><b>　　LJMP L25</b></p><p&g

52、t;　　L24: JC L25</p><p>　　LJMP L20 </p><p>　　L25: MOV A,R5</p><p>　　MOV B,#0AH</p><p><b>　　DIV AB</b></p><p>　　MOV DPTR,#TAB</p>&

53、lt;p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p>　　MOV P2,#04H</p><p><b>　　MOV P0,A</b></p><p>　　LCALL DELAY</p><p><b>　　MOV A,B</b></p><p>　　MOV DP

54、TR,#TAB</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p>　　MOV P2,#08H</p><p><b>　　MOV P0,A</b></p><p>　　LCALL DELAY</p><p>　　MOV P2,#02H</p><p>　　M

55、OV P0,#0BFH</p><p>　　LCALL DELAY</p><p>　　L20: JNB TF1,L20</p><p><b>　　CLR TF1</b></p><p>　　DJNZ R6,L21</p><p><b>　　DEC R5</b><

56、;/p><p>　　CJNE R5,#0FFH,L22</p><p>　　MOV 57H,#10H</p><p><b>　　CLR P3.7</b></p><p>　　L27: LCALL DELAY</p><p>　　DJNZ 57H, L27</p><p>

57、<b>　　SETB P3.7</b></p><p>　　MOV R3,#00H</p><p>　　MOV P2,#00H</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　DELAY: MOV 61H,#10D</p><p>　　D0: MOV 62H,

58、#248D</p><p>　　D1: DJNZ 62H,D1</p><p>　　DJNZ 61H,D0</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　TAB: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H</p><p>

59、<b>　　END</b></p><p><b>　　5 功能仿真</b></p><p>　　1、主持人按下?lián)尨痖_始鍵之前，搶答選手若按下?lián)尨疰I，視為違規(guī)，顯示其號碼，同時報警，仿真電路如圖：</p><p>　　2、當主持人按下?lián)尨痖_始鍵后，進入搶答倒計時，顯示仿真電路如圖：</p><p>

60、　　3、主持人按下?lián)尨痖_始鍵，若有選手進行搶答，顯示其號碼，3秒后進入搶答15秒倒計時的仿真電路圖如圖：</p><p>　　4、選手答題期間，當主持人按下復位鍵后，重新計時的仿真電路圖如圖：</p><p><b>　　6 總結與體會</b></p><p>　　課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力

61、的重要環(huán)節(jié),是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程.隨著科學技術發(fā)展的日新日異，單片機已經成為當今計算機應用中空前活躍的領域， 在生活中可以說得是無處不在。因此作為二十一世紀的大學來說掌握單片機的開發(fā)技術是十分重要的。</p><p>　　回顧起此次單片機課程設計，我仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到實踐，在接近四星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學到很多很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學過

62、的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，比如說不懂

63、一些元器件的使用方法，對單片機匯編語言掌握得不好……通過這次課程設計之后，一定把以前所學過的知識重新溫故。</p><p>　　在這次課程設計中，我要特別感謝我的老師——江世民，感謝老師的精心選題及悉心指導，在我們出現(xiàn)問題的時候，老師犧牲了很多休息時間來幫我們解答，教會我們怎么做。在老師的幫助下，我們的一個個疑問迎刃而解。在此，學生對您的指導工作表示衷心感謝以及對您的教學態(tài)度表示敬意！</p>&l

64、t;p><b>　　參考文獻資料</b></p><p>　　[1]李朝青.單片機原理及接口技術（修訂版）.北京：北京航空航天大學出版社，1998[2]李廣弟.單片機基礎.北京：北京航空航天大學出版社，1992[3]何立民.單片機應用技術大全.北京：北京航空航天大學出版社， 1994[4]張毅剛. 單片機原理及接口技術.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，1990[5]譚浩強.單片機