单片机简易四路抢答器.docx
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单片机简易四路抢答器
1设计任务和方案…………………………………………………………………3
1.1设计任务……………………………………………………………………3
1.2功能要求说明………………………………………………………………3
1.3设计总体方案及工作原理说明…………………………………………3
2抢答器的硬件系统的设计………………………………………………………5
2.1硬件系统各模块功能简要介绍……………………………………………5
2.2电路原理图、PCB图和元器件布局图………………………………………5
2.3元器件清单…………………………………………………………………6
3抢答器软件系统的设计…………………………………………………………7
3.1使用的单片机资源的情况…………………………………………………8
3.2各模块功能简要介绍………………………………………………………8
3.3程序的流程框图……………………………………………………………8
3.4程序清单……………………………………………………………………12
4抢答器的设计结论、仿真结果和教学建议……………………………………13
4.1设计结论和使用说明………………………………………………………13
4.2仿真结果……………………………………………………………………13
4.3设计体会……………………………………………………………………14
4.4教学建议……………………………………………………………………15
参考文献……………………………………………………………………………16
致谢…………………………………………………………………………………17
附录…………………………………………………………………………………18
1设计任务和方案
1.1设计任务
（一）设计题目：
抢答器
（二）设计目的与任务：
学生通过理论设计和实物制作解决相应的实际问题，巩固和运用在《单片机技术》中所学的理论知识和实验技能，掌握单片机应用系统的一般设计方法，提高设计能力和实践动手能力，为以后从事电子电路设计、研发电子产品打下良好的基础。
1.2功能要求说明
该抢答器上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”。
设定S2GN键、S3GN键、S4GN键、S5GN键、S6GN键、S7GN键、S8GN键分别为一号选手键、二号选手键、三号选手键、四号选手键、开始键、答完键、复位键。
若在主持人按下开始键之前有人按下抢答键，则抢答违规，数码管显示器显示违规台号，违规指示灯（接在P3.2上的灯）亮，只有主持人按复位键后才能重新开始抢答。
主持人按下开始键后，抢答开始并限定时间30S；10S内无人抢答，蜂鸣器发出音响；若30S后依然无人抢答，蜂鸣器发出音响，违规指示灯亮。
正常抢答下，从抢答键按下开始30S内，答完键没按下，则数码管显示器显示违规台号，违规指示灯亮，蜂鸣器发出音响。
各台数字显示的消除、蜂鸣器音响及违规指示灯的关断，都要通过主持人按复位键实现。
1.3设计总体方案及工作原理说明
设计中采用AT89S52芯片、LED显示器、蜂鸣器、LED灯和一些独立式按键构成一个简易四路抢答器。
设计中是采用单片机的内部定时器进行定时，原理框图如图1.1所示
整个抢答器的工作原理是：
在正常的供电状态下，开始抢答时利用单片机倒计时，并由单片机将所需要显示的数据送到LED显示器的输入口，当有键按下时则执行相应的键功能程序。
图1.1原理框图
2抢答器的硬件系统的设计
2.1硬件系统各模块功能设计
该抢答器主要由单片机最小系统、独立式键盘模块、LED显示电路模块、蜂鸣电路模块和LED指示灯电路模块组成。
各模块的功能如下：
（1）单片机最小系统
由AT89S52单片机、时钟电路和复位电路构成。
AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。
时钟电路由一个12MHz的石英晶体振荡器和两个33pF的的电容组成振荡电路和分频电路。
复位电路采用上电复位和按键复位结合的方式对电路进行复位，主要是通过RST引脚送入单片机。
单片机最小系统为整个电路的核心。
（2）独立式键盘模块
采用独立式键盘接法，共有七个按键来对电路进行控制。
分别通过上拉电阻接在单片机的P1口线上。
其中有四个按键为抢答键（接在P1.0--P1.3口线上），开始键接在P1.4口线上，答完键接在P1.5口线上，复位键接在P1..6口线上。
（3）LED显示电路模块
采用两个四位一体共阳型数码管显示器进行显示。
由于位控线的驱动电流较大，因此在P2口线上接了8个PNP型三极管提高驱动能力；在单片机的P1口线和P2口线上接了16个470Ω的电阻，这些电阻起限流的作用。
将段控口a--dp接在P0.0--P0.7上，位控口接在P2口线上，实现对显示的控制。
LED显示电路模块主要用来指示第一抢答者，显示倒计时和违规的台号。
（4）蜂鸣电路模块
单片机P3.1口线上接上一个1KΩ电阻然后再通过一个PNP型三极管与蜂鸣器相连接组成蜂鸣器电路，接入PNP型三极管是为了增强蜂鸣器的驱动电流。
蜂鸣电路主要完成提示和违规报警功能。
（5）LED指示灯电路模块
单片机P3.2口线上经过一个470Ω的电阻与LED灯的阴极相连接，LED灯的阳极接正五伏电压。
470Ω的电阻起限流的作用。
LED指示灯电路模块主要用来指示用违规操作发生。
2.2电路原理图、PCB图和元器件布局
Proteus原理图、PCB图以及元器件布局图分别见附录1附录2与附录3。
2.3元器件清单
元器件清单见附录4。
3抢答器软件系统的设计
3.1使用的单片机资源的情况
该抢答器用到了单片机的定时器的功能，定时器0采用工作方式1并以中断方式工作；在数据的显示时采用的是查表的方法，因此需要将表格、数据存到单片机的程序存储器中去。
本设计采用独立式键盘，键盘直接接在P1口上且按键的结果存贮在单片机的内部数据存储器里面。
用到的LED显示器接到了单片机的P0口线上和P2口线上。
LED指示灯和蜂鸣器接在P3口线上。
3.2各模块功能简要介绍
该抢答器所用的软件模块有定时器模块、按键模块、LED显示模块。
（1）定时器模块
选择定时器0，设置定时器定时方式为方式1以中断方式工作，设置定时时间为50mS。
（2）按键模块
采用独立式键盘，共用七个按键对电路进行控制和操作，分别为S2GN、S3GN、S4GN、S5GN、S6GN、S7GN、S8GN来控制抢答器。
S2GN、S3GN、S4GN、S5GN代表选手；S6GN为开始键、S7GN为答完键、S8GN为复位键。
（3）LED显示模块
抢答器上电显示P.，按开始键开始抢答，显示器显示倒计时，若为无效抢答则显示器显示违规台号。
3.3程序的流程框图
（1）主程序流程框图
如图3.1所示。
图3.1主程序流程框图
（2）抢答键程序流程框图
抢答键程序流程框图如图3.2所示。
图中的①代表主程序流程框图中的①。
图3.2抢答键程序流程框图
（3）开始键程序流程框图
开始键程序流程框图如图3.3所示。
图中的①代表主程序流程框图中的①。
图②代表抢答键程序流程框图中的②
图3.3开始键程序流程框图
（4）答完键程序流程框图
开始键程序流程框图如图3.4所示。
图中的①代表主程序流程框图中的①。
图3.4答完键程序流程框图
（5）复位键程序流程框图
复位键程序流程框图如图3.5所示，图中的①代表主程序流程框图中的①。
图3.5复位键程序流程框图
3.4程序清单
见附录5。
4抢答器的设计结论、仿真结果和教学建议
4.1设计结论和使用说明
（1）设计结论
通过对单片机进行外接键盘和LED数码管的操作以及加上硬件电路和软件的结合，实现了抢答器P.显示以及抢答倒计时的显示，正常抢答时显示台号，抢答违规时显示违规台号、违规指示灯亮、蜂鸣器报警。
通过测试和仿真以及修改，该抢答器完成了设计任务，符合设计要求。
（2）使用说明
该抢答器采用两个四位一体八段数码管显示。
当抢答器一上电即可显示“P.”,进入准备工作状态。
按下S6GN（开始键）键后，抢答开始并计时30S；若10S内无人抢答，蜂鸣器发出警示音，若计时到仍无人抢答则违规指示灯亮，蜂鸣器报警。
若在S6GN键按下之前有人抢答，则显示器显示违规台号，违规指示灯亮，只有按S8GN（复位键）才能重新开始抢答。
正常抢答下，显示器显示台号，蜂鸣器发出音响，其它抢答键无效；正常抢答下，从抢答键按下开始30S内，S7GN键（答完键）没按下，则数码管显示器显示违规台号，违规指示灯亮，蜂鸣器发出音响。
各台数字显示的消除、蜂鸣器音响及违规指示灯的关断，都要通过主持人按S8GN键实现。
4.2仿真结果
在仿真时用到了两个软件，第一个是Keil，第二个是Proteus，本次仿真是将两个软件结合起来进行的。
运用Keil软件用来编译和调试程序，运用Ptoteus软件来仿真。
Ptoteus仿真电路原理图参见附录。
抢答器上电时，仿真的数码管显示器显示如图4.1所示，当按下开始键时，显示器显示倒计时，此时数码管显示器的显示如图4.2所示，若在开始键按下之前有人抢答，数码管显示违规台号，违规指示灯亮，仿真图如图4.3所示。
正常抢答时，数码管显示台号仿真图如图4.4所示。
抢答超时时，数码管显示违规台号，违规指示灯亮，蜂鸣器发出音响，仿真图如图4.5所示。
图4.1抢答器上电显示P.图
图4.2抢答器显示倒计时图
图4.3抢答器正常抢答图
图4.4抢答器抢答违规图
图4.5抢答器超时违规图
4.3设计体会
本次我设计的抢答器已经能够完成任务，达到了设计要求。
这次设计的巧妙之处是在中断服务程序中完成了一些标志位的处理，使得编程更加容易。
虽然最后我设计的抢答器能完成任务，但仍存在很多的不足。
例如，我所设计的抢答器统计选手的得分情况，因此还需多加改进。
我所用的实物板子的电路虽然不是自己设计的，但是通过老师的讲解我知道了各个模块电路设计的原理。
由于以前已经做过几块板子了，因此在用Ptrtel软件绘制电路原理图、画PCB图以及制版的过程中并没有遇到太大的困难。
在进行程序编写时，虽然遇到了一点小小的问题，但是我通过Keil软件调试，最终将编写有误的程序修正过来。
在进行编程时我用汇编语言和C语言各编写了一套。
通过编写程序，我进一步熟悉了指令的运用。
这次课程设计让我认识到，调试程序时必须具有良好的耐性，不能急躁，否则会事倍功半。
遇到问题是应当迎难而上，不能逃避，必须对自己有足够的信心！
4.4教学建议
王老师不仅传授了知识给我们还教会了我们不少做人的道理，对于大学教师来说这是难能可贵的，这些做人的道理对于我们经后进入社会将会有很大的帮助。
在教学方面，我尤其觉得王老师的课件做的特别的好，课件重点、难点突出，讲解非常详细，而且还补充了一些很实用的知识。
王老师将理论教学与实际操作相结合，让我们更深刻的掌握了知识，同时也让我们认识到书本上的东西不一定都全对，必须通过实践来检验它。
我认为王老师的课讲得已经很好了，在此我只想提一个自己的拙见，希望在以后王老师能多启发我们的创新精神。
参考文献
［1］马忠梅，籍顺心，张凯，马岩.单片机的C语言应用程序设计［M］.北京：
北京航空航天大学出版社，2006
MaZhongmei,J,ZhangKai,MaYan.MCUClanguageprogramdesign[M].beijing:
Beijingaerospaceuniversitypress,2006
［2］李广弟，朱月秀，冷祖祁.单片机基础［M］.北京：
北京航空航天大学出版社，2007
LiGuangdi,ZhuYuexiu,LengZuqi.Microcontroller[M].beijing:
Beijinguniversityofaeronauticsandpress,2007
［3］李光飞.单片机课程设计实例指导［M］.北京：
北京航空航天大学出版社，2004.9
LiGuangfei.Thiscoursedesignexampleguide[M].beijing:
Beijinguniversityofaeronauticsandpress,2004.9
［4］邢增平.Protel99SE设计专家指导［M］.北京：
中国铁道出版社,2004
XingZengping.Protel99SEdesignexpertguidance[M].beijing:
Chinarailwaypublishinghouse,2004
附录1
附录4
元器件名称
规格
数量
AT89S52
1
底座
40脚
3
晶振
12MHz
1
发光二极管
9
单排插
40脚
1
三极管
9012
9
蜂鸣器
1
小按键
9
下载口座子
十芯
1
18b20温度传感器
1
六脚开关
1
USB电源线加接口
1
电阻
200Ω
1
电阻
4.7K
1
电阻
1K
3
电阻
470Ω
24
电解电容
220µF
1
瓷片电容
33pF
2
排阻
10K
2
短路帽
3
杜邦线8p
1
PCB板子
1
电源白色插座
1
附录5
（1）汇编语言
;*********************************************************************************;
;项目名称:
抢答器
;设计者：
潘艳
;设计日期：
2010年12月20日
;项目功能要求：
抢答器上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，
;进入准备工作状态。
主持人按下开始按钮后，抢答开始并
;限定时间30S；10S内无人抢答，蜂鸣器发出音响；主持人
;按下开始按钮之前有人按下抢答器，抢答违规，显示器显
;示违规台号，违规指示灯亮，其它按钮不起作用；正常抢
;答，显示器显示台号，蜂鸣器发出音响，其它抢答按钮无
;效；正常抢答下，从按下抢答按钮开始30S内，答完按钮
;没按下，则作超时处理，超时处理时，违规指示灯亮，数
;码管显示违规台号，蜂鸣器发出音响；各台数字显示的消
;除，蜂鸣器音响及违规指示灯的关断，都要通过支持人按
;复位按钮。
;违规指示灯使用接在P3.2上的LED灯
;*********************************************************************************;
;堆栈栈底7FH;
;*********************************************************************************;
;8个LED灯接至P30---P37
;*********************************************************************************;
;LED数码管显示器设定;
;P0.7---P0.0段控线，接LED的显示段dp,g,f,e,d,c,b,a
;P2.7---P2.0位控线,从左至右（LED7,LED6,LED5,LED4,LED3,LED2,LED1,LED0）
;显示缓冲区设定从右至左依次为78H,79H,7AH,7BH,7CH,7DH,7EH,7FH
;*********************************************************************************;
;独立式键盘设定;
;8个按键S2至S9分别依次接在P1.0至P1.7口线;
;*********************************************************************************;
;键功能程序;
;S2GN（S2键键功能程序）1号选手
;S3GN（S3键键功能程序）2号选手
;S4GN（S4键键功能程序）3号选手
;S5GN（S5键键功能程序）4号选手
;S6GN（S6键键功能程序）开始键
;S7GN（S7键键功能程序）答完键
;S8GN（S8键键功能程序）复位键
;*********************************************************************************;
;常数表格;
;DISBH（系统提示符P.字型代码序号表）
;TAB（共阳数码管字型代码表）
;*********************************************************************************;
;子程序;
;KEY（键扫描子程序）;
;KEYCHULI（P1口数据处理子程序）
;DISP（数码管显示子程序）
;DL（1毫秒延时子程序）
;*********************************************************************************;
;中断服务程序
;TC0（50ms定时器0以中断方式1进行中断）
;*********************************************************************************;
;数据存储器变量及常量单元定义；
;40H字节单元:
十六进制数存放定时50ms循环次数
;20H字节单元:
十六进制数键值
;21H.0：
开始键按下标志位
;21H.1：
抢答键按下标志位
;21H.2：
超时标志位
;78H-7FH字节单元:
显示缓存区
;30H字节单元：
十进制数秒个位数非压缩BCD码
;31H字节单元：
十进制数秒十位数非压缩BCD码
;32H字节单元：
十进制数秒值压缩BCD码
;*********************************************************************************;
;伪指令定义区
SECGEEQU30H
SECSHIEQU31H
SHUEQU32H
;*********************************************************************************;
;系统起始程序区
ORG0000H
START:
LJMPMAIN
ORG000BH
LJMPTC0
;*********************************************************************************;
;系统监控程序区
ORG0030H
MAIN:
MOVSP,#7FH;确立堆栈区
MOVPSW,#00H
MOVR0,#20H;RAM区首地址
MOVR7,#96;RAM区单元个数
ML:
MOV@R0,#00H
INCR0
DJNZR7,ML
MOVTMOD,#01H;定时器初始化，定时器0以工作方式1工作
MOVTH0,#3CH
MOVTL0,#0B0H
SETBEA;开启总中断
SETBET0;开启定时器0分中断
;*********************************************************************************;
;显示系统提示符“P.”
TSF:
MOVDPTR,#DISBH;系统初始化后提示符“P.”字符代
MOVR5,#08H;码表首地址
MOVR0,#78H
DISPTSF:
CLRA
MOVCA,@A+DPTR
MOV@R0,A
INCR0
INCDPTR
DJNZR5,DISPTSF
LCALLDISP
;*********************************************************************************;
;键盘控制指令
TT:
LCALLDISP;调用显示程序
LCALLKEY
JB20H.0,S2GN;1号选手
JB20H.1,S3GN1;2号选手
JB20H.2,S4GN1;3号选手
JB20H.3,S5GN1;4号选手
JB20H.4,S6GN1;开始键
JB20H.5,S7GN1;答完键
JB20H.6,S8GN1;复位键
LJMPTT;无键按下，则返回TT，继续调显示、扫描按键
S3GN1:
LJMPS3GN
S4GN1:
LJMPS4GN
S5GN1:
LJMPS5GN
S6GN1:
LJMPS6GN
S7GN1:
LJMPS7GN
S8GN1:
LJMPS8GN
;*********************************************************************************;
;键功能区
;\\S2键功能区
S2GN:
JNB21H.0,W20;若抢答违规则跳转到W20
SETBTR0
CLRP3.1
SETB21H.1
LCALLDLL
W23:
MOVR2,#5
MOVR0,#78H
MOV@R0,#0
INCR0
MOV@R0,#3
INCR0
W21:
MOV@R0,#16
INCR0
DJNZR2,W21
MOV@R0,#01H;此段程序为更新显示缓冲区
SETBP3.1
W24:
LCALLDISP
LCALLKEY
JB20H.5,S7GN22;答完键
JB20H.6,S8GN22;复位键
JB21H.2,W25
LJMPW24
W20:
MOVR2,#7
MOVR0,#78H
W22:
MOV@R0,#16
INCR0
DJNZR2,W22
MOV@R0,#01H
LJMPW26
W25:
LCALLDI
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