課 程 設(shè) 計 說 明 書課程名稱： 單片機(jī)技術(shù) 設(shè)計題目： 搶答器 院 系： 電子信息與電氣工程學(xué)院 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 專業(yè)班級： 電子信息工程2011級 指導(dǎo)教師： 2012年 5月 18 日2課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書設(shè)計題目搶答器設(shè)計學(xué)生姓名所在院系電子信息與電氣工程學(xué)院專業(yè)、年級、班電子信息工程11級設(shè)計要求：設(shè)計一個可用于表決選擇的選擇器。1、 具有電源開關(guān)及指示燈，具有復(fù)位按鍵；2、 用一位數(shù)碼管顯示搶答選手，用八個LED燈作為選手搶答指示燈;3、 利用查詢方式擴(kuò)展8個外部中斷源，由74LS09組成優(yōu)先權(quán)選擇電路，作為8個選手按鍵；4、 P3.3接開關(guān)K10，做主持人按鍵。在任何一位選手在主持人沒有按下按鍵的情況下?lián)尨?，沒有任何反應(yīng)；5、 若有人搶答成功，蜂鳴器響一聲；6、 如果多為選手同時按下按鍵，則按位置優(yōu)先原則，即7號位置優(yōu)先級最高，0號位置優(yōu)先級最低。學(xué)生應(yīng)完成的工作：1.硬件電路設(shè)計以及程序的編寫；2.軟硬件結(jié)合仿真；3.實物制作并調(diào)試；4.課程設(shè)計說明書的書寫；5.我主要負(fù)責(zé)硬件的設(shè)計。參考文獻(xiàn)閱讀：1 張偉. 單片機(jī)原理及應(yīng)用M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2005.2 薛棟梁. 單片機(jī)原理及應(yīng)用M.北京：中國水利水電出版社.2001.3 高吉祥. 電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計M.北京：電子工業(yè)出版社.2002.4 劉振鵬. 單片微機(jī)控制應(yīng)用技術(shù)實操指導(dǎo)書M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2007.5 王春明. 微機(jī)原理及應(yīng)用M.北京：高等教育出版社.2004.工作計劃：5.4課程設(shè)計任務(wù)書下達(dá) 5.5結(jié)合指導(dǎo)老師，完成硬件電路的設(shè)計 5.6程序編寫5.7進(jìn)行軟硬件聯(lián)機(jī)調(diào)試 5.8-5.9課程設(shè)計說明書的書寫 5.10領(lǐng)元器件5.11焊接電路板 5.12-5.13程序的燒寫和電路板調(diào)試 5.14交課程設(shè)計說明書和焊接電路板任務(wù)下達(dá)日期：2012 年5月 7 日 任務(wù)完成日期：2012 年5月 18 日指導(dǎo)教師（簽名）： 學(xué)生（簽名）： 搶答器摘 要：在知識競賽中，特別是做搶答題時，在搶答過程中，為了更確切的知道哪一組或哪一位選手先搶答到題，必須要有一個系統(tǒng)來完成這個任務(wù)。若在搶答中，只靠人的視覺是很難判斷出哪一組先搶答到題的。利用單片機(jī)編程來設(shè)搶答器，可以使以上問題得以解決。本設(shè)計是利用AT89S52單片機(jī)及外圍接口實現(xiàn)的搶答系統(tǒng)，將軟、硬件有機(jī)地結(jié)合起來。硬件由電源模塊把交流變成+5v的直流，通過復(fù)位模塊實現(xiàn)搶答器的重置，晶振模塊提供時鐘信號，揚(yáng)聲器模塊進(jìn)行聲音的放大，led燈和數(shù)碼管確定哪位先選手搶到，用了匯編語言編寫了程序，protues軟件進(jìn)行仿真，Q編譯器進(jìn)行了程序的調(diào)制與編譯。具備可靠性好，易擴(kuò)充，電路簡單、成本較低、操作方便等優(yōu)點。關(guān)鍵詞：搶答器；報警；單片機(jī)；74LS09或門 目 錄1. 設(shè)計背景12.設(shè)計方案22.1 硬件設(shè)計方案22.2軟件設(shè)計方案23. 方案實施33.1硬件方案實施33.2軟件方案實施74. 結(jié)果與結(jié)論94.1 總體過程分析94.2 總體結(jié)論95. 收獲與致謝106. 參考文獻(xiàn)117. 附件127.1元器件清單127.2 硬件原理圖137.3 仿真圖147.4 實物圖147.5系統(tǒng)程序清單151. 設(shè)計背景 在知識競賽中，特別是做搶答題時，在搶答過程中，為了更確切的知道哪一組或哪一位選手先搶答到題，必須要有一個系統(tǒng)來完成這個任務(wù)。若在搶答中，只靠人的視覺是很難判斷出哪一組先搶答到題的。利用單片機(jī)編程來設(shè)搶答器，可以使以上問題得以解決，即使兩組的搶答時間相差幾微秒，也能輕松的分辨出哪一組先搶答到題的。它的功能實現(xiàn)是有主持人按鍵來控制總開關(guān)，選手們?nèi)粲幸粋€在規(guī)定的時間內(nèi)搶答成功則其余的選手不可以再搶答，在數(shù)碼管顯示哪位選手搶答。本文主要介紹了搶答器的工作原理及設(shè)計，以及它的實際用途。 本系統(tǒng)采用單片機(jī)作為整個控制核心?？刂葡到y(tǒng)的三個模塊為：復(fù)位模塊、顯示模塊、電源模塊、搶答開關(guān)模塊、時鐘模塊。該系統(tǒng)通過開關(guān)電路按鍵輸入搶答信號，利用一個數(shù)碼管來完成顯示功能；用按鍵來讓選手進(jìn)行搶答，在數(shù)碼管上顯示哪一位選手先答題的，從而實現(xiàn)整個搶答過程。隨著我國經(jīng)濟(jì)和文化事業(yè)的發(fā)展，在很多公開競爭場合要求有公正的競爭裁決，諸如證券、股票交易及各種智力競賽等。其主要應(yīng)用于各種知識競賽、文藝活動等2.設(shè)計方案2.1 硬件設(shè)計方案方案一：比賽活動中，為了更準(zhǔn)確、公正、直觀地判斷出第一個搶答者，通常設(shè)置一個搶答器，通過數(shù)字顯示，燈光及音響等多種手段顯示第一搶答者，傳統(tǒng)的數(shù)電控制電路可靠性雖好，但不能顯示臺幾號給主持人帶來一定的麻煩，而模擬電子控制電路可靠性較差。線路復(fù)雜，可靠性不高，功能也比較簡單，特別是當(dāng)搶答路數(shù)很多時，實現(xiàn)起來就更為困難。方案二：核芯是一片AT89S52利用單片機(jī)可以用很少元件實現(xiàn)相同功能，而且單片機(jī)性能操作性強(qiáng)?？梢灾挥肞0口連接上拉電阻，完成驅(qū)動LED的功能，串接按鍵可以由選手自己控制搶答機(jī)會。比較兩者，模擬電子控制電路復(fù)雜，可靠性不高。而利用單片機(jī)可靠性好，易擴(kuò)充，電路簡單，成本較低，操作方便。通過以上分析，采用方案二。2.2軟件設(shè)計方案方案一：采用靜態(tài)顯示，是指當(dāng)數(shù)碼管顯示某一字符時，七段數(shù)碼管的對應(yīng)段的發(fā)光二極管被選中，在這種顯示方式下，每段LED都對應(yīng)一個單片機(jī)口線。方案二：采用動態(tài)顯示，對于多位數(shù)碼管顯示時，每一位數(shù)碼管輪流顯示，當(dāng)顯示間隔時間較短時人眼就分辨不出是動態(tài)顯示，而是每一位都是一直都在顯示。比較兩者，靜態(tài)顯示主要的優(yōu)點是顯示穩(wěn)定，在需要更新顯示內(nèi)容時，CPU才去執(zhí)行顯示更新子程序，這樣既節(jié)約了CPU的時間，又提高了CPU的工作效率。其不足之處是在需要用于顯示的數(shù)碼管較多時占用硬件資源較多，每個LED數(shù)碼管需要獨占8條輸出線。隨著顯示器位數(shù)的增加，需要的I/O口線也將增加。動態(tài)顯示器的優(yōu)點是節(jié)省硬件資源，成本較低，但是要保證顯示器正常顯示，CPU必需每隔一段時間執(zhí)行一次顯示子程序，占用CPU大量時間，降低了CPU的工作效率，同時顯示亮度較靜態(tài)顯示器低。通過以上分析，結(jié)合本課題只提供一位數(shù)碼管，所以采用方案一。3. 方案實施3.1硬件方案實施（1）硬件電路框圖 本系統(tǒng)采用AT89S52單片機(jī)作為控制核心，數(shù)碼管、蜂鳴器等構(gòu)成八路搶答器，利用了單片機(jī)的按鍵復(fù)位電路、定時/中斷等電路，設(shè)計的搶答器具有實時顯示搶答選手的號碼的特點，還有復(fù)位電路，使其再開始新的一輪的答題和比賽，同時還利用匯編語言編程，使其實現(xiàn)一些基本的功能。系統(tǒng)框圖如下圖所示。復(fù)位電路時鐘電路LED顯示電路蜂鳴器電路數(shù)碼管顯示電路電源電路 AT89S52單片機(jī)圖3.1 系統(tǒng)硬件圖（2）AT89S52電路AT89S52為 ATMEL 所生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flsah存儲器。AT89S52主要功能列舉如下：1、擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash2、晶片內(nèi)部具時鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至 12MHz）3、內(nèi)部程序存儲器（ROM）為 8KB4、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（RAM）為 256字節(jié)5、32 個可編程I/O 口線6、8 個中斷向量源7、三個 16 位定時器/計數(shù)器8、三級加密程序存儲器9、全雙工UART串行通道圖3.2單片機(jī)電路圖（3）復(fù)位電路由電容串聯(lián)電阻構(gòu)成,由圖并結(jié)合“電容電壓不能突變”的性質(zhì)，可以知道,當(dāng)系統(tǒng)一上電，RST腳將會出現(xiàn)高電平,并且,這個高電平持續(xù)的時間由電路的RC值來決定.典型的52單片機(jī)當(dāng)RST腳的高電平持續(xù)兩個機(jī)器周期以上就將復(fù)位，所以，適當(dāng)組合RC的取值就可以保證可靠的復(fù)位。 復(fù)位輸入高電平有效，當(dāng)振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上的高電平，使單片機(jī)復(fù)位。此電路除具有上電復(fù)位功能外，若要復(fù)位只需按“RST”鍵，此電源Vcc經(jīng)電阻分壓，在RST端產(chǎn)生一個復(fù)位高電平。圖3.3復(fù)位電路圖（4）時鐘震蕩電路 時鐘震蕩電路單片機(jī)必須在AT89C51的驅(qū)動下才能工作，在單片機(jī)內(nèi)部有一個時鐘震蕩電路，只需要外接一個振蕩器就能產(chǎn)生一定的時鐘信號送到單片機(jī)內(nèi)部的各個單元，時鐘震蕩電路 圖3.4時鐘振蕩電路圖（5) 數(shù)碼管顯示電路 LED顯示器，實現(xiàn)八段數(shù)碼管的顯示數(shù)字。從電路上，按數(shù)碼管的接法不同又分為共陰和共陽兩種。它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。 圖3.5共陰極、共陽極數(shù)碼管圖（6)電源電路電源電路由橋堆2w10和7805構(gòu)成。電源電路主要用用于為整個系統(tǒng)提供電源。我們?nèi)粘Ｓ秒姸际?20V的交流電，所以在設(shè)計電源時要先把交流電整成直流，然后再經(jīng)過穩(wěn)壓管輸出整個系統(tǒng)所需的穩(wěn)定的直流電壓。整流主要采用2W10橋堆和電容濾波以得到基本穩(wěn)定的輸出電壓。穩(wěn)壓部分是采用常用的穩(wěn)壓管W7805得到穩(wěn)定的輸出正5V電壓。如圖5所示：圖3.6電源電路圖（7）報警電路設(shè)計 報警電路用于報警，當(dāng)遇到報警信號時，發(fā)出警報。一般喇叭是一種電感性圖3.6報警電路圖。因此，最簡單的喇叭驅(qū)動方式就是利用晶體管，在下圖中電阻R為限流電阻，在此利用晶體管的高電流增益，以達(dá)到電路快速飽和的目的。不過，如果要由P2輸出到此電路，還需要連接一個10K的上拉電阻。 選手在設(shè)定的時間內(nèi)搶答時，實現(xiàn)了優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示、揚(yáng)聲器提示。當(dāng)一輪搶答之后，定時器停止、禁止二次搶答。如果再次搶答必須由主持人再次作"清除"和"開始"狀態(tài)開關(guān)。 圖3.7 蜂鳴器電路圖3.2軟件方案實施初始化開始是否有外部中斷？中斷初始化外部中斷1子程序外部中斷0子程序結(jié)束是否有外部中斷1？是否有外部中斷1？為了能夠達(dá)到搶答的公平、公正、合理，應(yīng)該主持人發(fā)布搶答命令按下SRST2按鍵，程序開始打開定時中斷開始倒計時，然后調(diào)用鍵盤掃描子程序，編寫鍵盤掃描程序。當(dāng)在掃描到有人按下了答題鍵，馬上關(guān)閉T0、調(diào)用顯示程序、封鎖鍵盤。 圖3.8 主程序流程圖按鍵掃描程序流程圖開外部中斷1有搶答？P1.7低電平？P1.6低電平？鍵盤消抖數(shù)碼管顯示8、LED閃爍、蜂鳴器響一聲P1.5低電平？P1.4低電平？P1.3低電平？P1.2低電平？P1.1低電平？有中斷1？返回數(shù)碼管顯示7、LED閃爍、蜂鳴器響一聲數(shù)碼管顯示6、LED閃爍、蜂鳴器響一聲數(shù)碼管顯示5、LED閃爍、蜂鳴器響一聲數(shù)碼管顯示4、LED閃爍、蜂鳴器響一聲數(shù)碼管顯示3、LED閃爍、蜂鳴器響一聲數(shù)碼管顯示2、LED閃爍、蜂鳴器響一聲數(shù)碼管顯示1、LED閃爍、蜂鳴器響一聲中斷1處理程序圖3.9外部中斷0處理程序圖4. 結(jié)果與結(jié)論4.1 總體過程分析總結(jié)以下要點：在設(shè)計程序之前，設(shè)計者必學(xué)對所用單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有一個系統(tǒng)的了解，知道該單片 機(jī)內(nèi)有哪些資源；要有一個清晰的思路和一個完整的的軟件流程圖；在設(shè)計程序時，不能妄想一次就將整個程序設(shè)計好，反復(fù)修改、不斷改進(jìn)是程序設(shè)計的必經(jīng)之路；要養(yǎng)成注釋程序的好習(xí)慣，一個程序的完美與否不僅僅是實現(xiàn)功能，而應(yīng)該讓人一看就能明白你的思路，這樣也為資料的保存和交流提供了方便；在設(shè)計課程過程中遇到問題是很正常的，但我們應(yīng)該將每次遇到的問題記錄下來，并分析清楚，以免下次再碰到同樣的問題。4.2 總體結(jié)論通過此次的課程設(shè)計，讓我更進(jìn)一步的鞏固了單片機(jī)的各種知識。此次的課程設(shè)計樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學(xué)習(xí)工作生活都有非常重要的影響，而且大大的提高了動手能力，使我充分的體會到了創(chuàng)造過程中的探索的艱難和成功的喜悅。雖然這次做出的作品還存在很多需要改進(jìn)的地方，比如說蜂鳴器不響。但是在整個設(shè)計過程中所學(xué)習(xí)到的東西是這次實訓(xùn)所得到的最大收獲跟財富，使我終身受益。，我真誠的接受老師和同學(xué)的批評和指正。本搶答器具有以下優(yōu)點：可靠性好，易擴(kuò)充，電路簡單、成本較低、操作方便。5. 收獲與致謝通過此次的課程設(shè)計，讓我更進(jìn)一步的鞏固了單片機(jī)的各種知識。但在設(shè)計的過程中，遇到了很多的問題，有一些知識已經(jīng)不太清楚了，但是通過一些資料又重新的翻閱并且認(rèn)真的復(fù)習(xí)了相關(guān)教科書中的內(nèi)容。此次的課程設(shè)計樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學(xué)習(xí)工作生活都有非常重要的影響，而且大大的提高了動手能力，使我充分的體會到了創(chuàng)造過程中的探索的艱難和成功的喜悅。雖然這次做出的作品還存在很多需要改進(jìn)的地方，但是在整個設(shè)計過程中所學(xué)習(xí)到的東西是這次實訓(xùn)所得到的最大收獲跟財富，使我終身受益。這兩個周的單片機(jī)課程設(shè)計實習(xí)很快要結(jié)束了，在這個過程中我深刻的認(rèn)識到了自己的不足，也獲得了很多難得的經(jīng)驗和知識。在本課程設(shè)計即將完成之際，我要對所有支持和幫助我的老師和同學(xué)表示衷心的感謝。雖然文章中有很多不足，但是在學(xué)習(xí)的過程中苦中帶甜，而且鞏固了很多軟件學(xué)習(xí)。這次學(xué)習(xí)給我留下了深刻的印象，使我受益匪淺。而且對于論文的總體構(gòu)思也有了很多經(jīng)驗，相信自己經(jīng)過這一次的訓(xùn)練與學(xué)習(xí)，對于今后會更加努力，做得最好。首先我要感謝我們的指導(dǎo)老師。宋老師雖身負(fù)教學(xué)、畢業(yè)設(shè)計重任，仍抽出時間，不時召集。她的平易近人和認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度讓我深受感動，她也給了我們精確地的指導(dǎo)，讓我學(xué)到了很多知識，其次要感謝我們的單片機(jī)課程老師丁老師，在相關(guān)知識的積累和應(yīng)用上給了我們極大的幫助。其次我要感謝我的室友，雖然經(jīng)過無數(shù)次的爭論，但是最終還是得到了統(tǒng)一的結(jié)果。這些都是大家的功勞。謝謝老師，謝謝幫助我的人。這篇論文更傾注了她的大量心血。從初稿到定稿，宋老師不厭其煩，一審再審，大到篇章布局的偏頗，小到語句格式的瑕疵，以指出。同時，我要感謝傳播與藝術(shù)學(xué)院所有給我上過課老師，是他們傳授給我方方面面的知識，拓了我的知識面，培養(yǎng)了我的功底，對論文的完成不無裨益。我還要感謝學(xué)院的各位工作人員。他們細(xì)致的工作使我和同學(xué)們的學(xué)習(xí)和生活井然有序。 6. 參考文獻(xiàn) 1 張偉. 單片機(jī)原理及應(yīng)用M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2005. 2 薛棟梁. 單片機(jī)原理及應(yīng)用M.北京：中國水利水電出版社.2001. 3 高吉祥. 電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計M.北京：電子工業(yè)出版社.2002. 4 劉振鵬. 單片微機(jī)控制應(yīng)用技術(shù)實操指導(dǎo)書M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2007. 5 王春明. 微機(jī)原理及應(yīng)用M.北京：高等教育出版社.2004.7. 附件7.1元器件清單器件名型號與規(guī)格數(shù)量單片機(jī)STC89S521晶振12MHz1瓷片電容20pF和0.33uF，0.1uF各2電解電容10uF和1000uF,220uF各1二極管1N40011LED指示燈9數(shù)碼管共陽極數(shù)碼管1位1三極管9013174LS092電阻4.7K8電阻2208電阻10K2電阻1K2電阻4708三端穩(wěn)壓器78051蜂鳴器1橋堆2W101插座40腳IC插座1開關(guān)撥動開關(guān)1開關(guān)按鍵10萬用板17.2 硬件原理圖圖7.1 硬件原理圖7.3 仿真圖圖7.2 硬件仿真圖7.4 實物圖圖7.3實物圖7.5系統(tǒng)程序清單 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP IN0 ORG 0013H LJMP IN1 ORG 1000HMAIN:MOV SP,#60H LCALL ZDISP MOV A,#7FH MOV P1,A MOV A,#0FFH MOV P2,A CLR EX0 SETB EX1 SETB IT1 SETB PT1 SETB EA SJMP $;*主持人按鍵* IN1:SETB EX0 SETB IT0 SETB EA SETB PT1 MOV A,#40H MOV P1,A SETB P1.7 LCALL DELAY1S CLR P1.7 RETI;*搶答程序* IN0:SETB EX1 SETB IT1 SETB PT1 SETB EA CLR EX0 CLR IT0 MOV A,P0 LCALL DELAY CJNE A,P0,FINISH LCALL CLZFINISH:RETI;*按鍵掃描程序*CLZ:JB P0.7,K6 MOV A,#80H MOV P1,A MOV R4,#5LP7:CLR P2.7 LCALL DELAY1S SETB P2.7 LCALL DELAY1S DJNZ R4,LP7 AJMP INTR K6:JB P0.6,K5 MOV A,#0F8H MOV P1,A MOV R4,#5 LP6:CLR P2.6 LCALL DELAY1S SETB P2.6 LCALL DELAY1S DJNZ R4,LP6 AJMP INTR K5:JB P0.5,K4 MOV A,#82H MOV P1,A MOV R4,#5 LP5:CLR P2.5 LCALL DELAY1S SETB P2.5 LCALL DELAY1S DJNZ R4,LP5 AJMP INTR K4:JB P0.4,K3 MOV A,#92H MOV P1,A MOV R4,#5 LP4:CLR P2.4 LCALL DELAY1S SETB P2.4 LCALL DELAY1S DJNZ R4,LP4 AJMP INTR K3:JB P0.3,K2 MOV A,#99H MOV P1,A MOV R4,#5 LP3:CLR P2.3 LCALL DELAY1S SETB P2.3 LCALL DELAY1S DJNZ R4,LP3 AJMP INTR K2:JB P0.2,K1 MOV A,#0B0H MOV P1,A MOV R4,#5 LP2:CLR P2.2 LCALL DELAY1S SETB P2.2 LCALL DELAY1S DJNZ R4,LP2 AJMP INTR K1:JB P0.1,KEY MOV A,#0A4H MOV P1,A MOV R4,#5 LP1:CLR P2.1 LCALL DELAY1S SETB P2.1 LCALL DELAY1S DJNZ R4,LP1 AJMP INTR KEY:MOV A,#0F9H MOV P1,A MOV R4,#5 LP0:CLR P2.0 LCALL DELAY1S SETB P2.0 LCALL DELAY1S DJNZ R4,LP0 INTR:RET;*鍵盤消抖延時程序*DELAY: MOV R2,#40 LOP0: MOV R3,#125LOP1: DJNZ R3,LOP1 DJNZ R2,LOP0 RET;*0.5S延時*DELAY1S:MOV R7,#20 LOOP3:MOV R6,#100 LOOP2:MOV R5,#250LOOP1:DJNZ R5,LOOP1 DJNZ R6,LOOP2DJNZ R7,LOOP3RET;*自檢*ZDISP:MOV A,#80H MOV P1,A MOV A,#00H MOV P2,A LCALL DELAY1S RET END指導(dǎo)教師評語：課程設(shè)計報告成績： ，占總成績比例： 30% 課程設(shè)計其它環(huán)節(jié)成績：環(huán)節(jié)名稱： 考勤 ，成績： ，占總成績比例： 20% 環(huán)節(jié)名稱： 綜合 ，成績： ，占總成績比例： 50% 總 成 績： 指導(dǎo)教師簽字：年 月 日本次課程設(shè)計負(fù)責(zé)人意見：負(fù)責(zé)人簽字：年 月 日20