基于单片机的抢答器设计.docx
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基于单片机的抢答器设计
基于单片机的抢答器设计
学号1251401243
《单片机》
课程设计
（2012级本科）
题目：
基于单片机的抢答器设计
系（部）院：
物理与机电工程学院
专业：
电气工程及其自动122班
作者姓名：
杨存恩
指导教师：
向根祥职称：
副教授
完成日期：
2015年6月28日
1引言
1.1设计目的
现如今电视节目日益丰富其中的竞赛环节也越来越多，其中智力抢答器是不可或缺的器材。
在本学期学习了单片机这门课之后，我觉得可以试着自己来实现抢答器的功能，令它能准确、公正、直观地判断出第一抢答者，并通过抢答器的数码管显示和蜂鸣器报警指出抢答组别。
最终做出一种数字式抢答器的设计方案,通过Proteus设计完成,利用keil2软件编辑程序，仿真验证,适用于多种竞赛场合。
1.2设计要求
设计一个用于智力竞赛的抢答器，其功能的实现是由单片机控制的，满足：
（1）能容许2-6组进行抢答。
（2）能显示抢答组号。
（3）各组记分，并能记分显示。
（4）比赛结束时，能发出报警声。
2设计方案
在设计中采用的单片机是AT89C51，它主要负责控制各个部分协调工作。
P1.0和P1.7由裁判控制,分别是抢答开始和停止键。
P1.1—P1.6是6组抢答的输入口，按下对应按钮即为抢答。
P0口为数码管的段选口，位选口用的是P2口的低4位,外部中断0。
外部中断1，P3.3用于控制有组答题完成后结束计时。
P3.4—P3.5分别实现了分数的加一和减一。
P3.6为蜂鸣器的控制口。
外部中断和内部中断并存，单片机有硬件复位端,只要输入持续4个机器周期的高电平即可实现复位。
外部还接有蜂鸣器用来发出报警音。
采用7SEG-MPX4-CC-BLUE显示，它是共阴极的由高电平点亮。
系统仿真用到了Proteus软件，通过仿真可以显示所设计系统的功能,对于程序的调试等有很大的帮助。
3硬件设计
3.1电路原理图
电路原理图如图3.1所示。
图3.1电路原理图
3.2总体设计电路图
整个系统分为：
外部振荡电路、复位电路、加减分电路及蜂鸣器报警电路、抢答电路及裁判控制开始停止电路、数码管显示电路几个部分。
本设计的核心是单片机AT89C51。
AT89C51提供以下标准功能：
4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。
同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。
空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。
掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。
3.2.1振荡电路
振荡电路使用外部振荡电路，由两个1nF的电容和一个晶体振荡、外部振荡电路。
图3.2.1晶振振荡电路
3.2.2复位电路
外部中断和内部中断并存，单片机有硬件复位端,只要输入持续4个机器周期的高电平即可实现复位。
硬件复位后的各状态可知寄存器及存储器的值都恢复到了初始值。
因为本设计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，只能用软复位。
软复位实际上就是当程序执行完毕之后,将程序指针通过一条跳转指令让它跳转到程序开始。
图3.2.2复位电路
3.2.3加减分电路及蜂鸣器报警电路
P3.3接口的开关按下意味着答题结束，P3.4接口开关表示给抢答相应组加上一分，P3.5接口开关按下表示相应组减去一分。
裁判示意开始抢答、有组抢答成功、违规抢答、最后5s倒计时都会触发蜂鸣器发出警报。
P3.6为蜂鸣器控制口。
图3.2.3加减分电路及蜂鸣器报警电路
3.2.4抢答电路及裁判控制开始停止电路
P1.0和P1.7由裁判控制,分别是抢答开始和停止键。
P1.1-P1.6是6组抢答的输入口,按下按钮抢答。
图3.2.4抢答电路及裁判控制开始停止电路
3.2.5数码管显示电路
采用排阻RESPACK-8来做为上拉电阻，排阻一般应用在数字电路上，通常作为某个并行口的上拉或者下拉电阻用。
排阻具有方向性，与色环电阻相比具有整齐、少占空间的优点，比用若干只固定电阻更方便。
图3.2.5排阻RESPACK-8
数码管7SEG-MPX4-CC-BLUE，它是共阴极的数码管
图3.2.6数码管7SEG-MPX4-CC-BLUE
4仿真过程示意
4.1开始抢答
开始抢答时，数码管显示000。
图4.1开始抢答
4.2抢答倒计时
允许抢答后，开始倒计时从15s直到0s。
在最后5s蜂鸣器会发出警报。
图4.2抢答倒计时
4.3答题及答题倒计时
第四组抢答，答题时间有30s，在最后5s蜂鸣器会发出警报。
图4.3第四组答题及答题倒计时
4.4违规抢答
若还没有允许抢答就有人按下抢答器，那么蜂鸣器会发出警报，并显示是哪一组违规抢答。
如图为第二组违规抢答。
图4.4第二组违规抢答
4.5答题正确加分
如图为第四组回答正确加一分
图4.5第四组答题正确加一分
4.6答题错误减分
如图为第四组回答错误减一分
图4.6第四组答题错误减一分
4.7抢答结束
抢答结束后电路复位，并记录各组抢答得分，待下次抢答得分累计。
5程序流程图
图5.1程序流程图
6课程设计总结
在这次课程设计中，我们运用到了以前所学的专业课知识，如：
汇编语言、模拟和数字电路知识等。
虽然过去从未独立应用过它们，但在学习的过程中带着问题去学我发现效率很高，这是我做这次课程设计的又一收获。
要做好一个课程设计，就必须做到：
在设计程序之前，对所用单片机的内部结构有一个系统的了解，知道该单片机内有哪些资源；要有一个清晰的思路和一个完整的的软件流程图；在设计程序时，不能妄想一次就将整个程序设计好，反复修改、不断改进是程序设计的必经之路；要养成注释程序的好习惯，一个程序的完美与否不仅仅是实现功能，而应该让人一看就能明白你的思路，这样也为资料的保存和交流提供了方便；在设计课程过程中遇到问题是很正常德，但我们应该将每次遇到的问题记录下来，并分析清楚，以免下次再碰到同样的问题的课程设计结束了，但是从中学到的知识会让我受益终身。
发现、提出、分析、解决问题和实践能力的提高都会受益于我在以后的学习、工作和生活中。
设计过程，好比是我们人类成长的历程，常有一些不如意，但毕竟这是第一次做，难免会遇到各种各样的问题。
在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。
参考文献
[1]周立功.夏宇闻.单片机与CPLD综合应用技术[M].北京：
北京航空航天大学出版
[2]丁元杰.单片微机原理及应用[M].北京:
机械工业出版社.
[3]靳达编.单片机应用系统开发实例导航[M].北京:
人民邮电出版社.
[4]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.
[5]胡宴如.高频电子线路[M].北京:
高等教育出版社.
[6]白驹珩.雷晓平.单片计算机及其应用[M].成都:
电子科技大学出版社.
[7]李广弟.单片机基础[M].北京:
北京航空航天大学出版社.
[8]沈美明.温冬婵.IBM汇编语言程序设计[M].北京:
清华大学出版社.
[9]彭传正.林春景.凌阳单片机原理与实践[M].北京:
北京航空航天大学出版社.
[10]李荣正.陈学军.PIC单片机实践教程[M].北京：
北京航空航天大学出版社。
附录：
源程序清单
OKEQU20H
RINGEQU22H
ORG0000H
AJMPMAIN
ORG000BH
AJMPT0INT
ORG0013H
AJMPINT1SUB
ORG001BH
AJMPT1INT
ORG0040H
MAIN:
MOVR1,#15;设置抢答倒计时时间15s
MOVR2,#30;设置答题倒计时时间30s
MOVTMOD,#11H;设置未定时器/工作方式1（16位计数器）
MOVTH0,#0F0H;
MOVTL0,#0FFH;越高发声频率越高,越尖（3.842ms）
MOVTH1,#3CH;
MOVTL1,#0B0H;50ms为一次溢出中断
SETBEA
SETBET0
SETBET1
SETBEX1;允许3个中断,T0/T1/INT0/INT1
CLROK
CLRRING
SETBTR1
SETBTR0;开始就运行定时器,初始显示888如果想重新计数,重置TH1/TL1
;=====查询程序=====
START:
MOVR5,#00H
MOVR4,#00H
MOVR3,#00H
ACALLDISPLAY;未开始抢答时候显示888
JBP1.0,NEXT
ACALLDELAY
JBP1.0,NEXT;去抖动,如果"开始键"按下就向下执行,否者跳到非法抢答查询
ACALLBARK;按键发声
MOVA,R1
MOVR6,A;送R1->R6,因为R1中保存了抢答时间
SETBOK;抢答标志位,用于COUNT只程序中判断是否查询抢答
MOVR3,#0AH;抢答只显示计时,灭号数
AJMPCOUNT;进入倒计时程序,"查询有效抢答的程序"在COUNT里面
NEXT:
JNBP1.1,FALSE1
JNBP1.2,FALSE2
JNBP1.3,FALSE3
JNBP1.4,FALSE4
JNBP1.5,FALSE5
JNBP1.6,FALSE6
AJMPSTART
;=====非法抢答处理程序=====
FALSE1:
ACALLBARK;按键发声
MOVR3,#01H
AJMPERROR
FALSE2:
ACALLBARK
MOVR3,#02H
AJMPERROR
FALSE3:
ACALLBARK
MOVR3,#03H
AJMPERROR
FALSE4:
ACALLBARK
MOVR3,#04H
AJMPERROR
FALSE5:
ACALLBARK
MOVR3,#05H
AJMPERROR
FALSE6:
ACALLBARK
MOVR3,#06H
AJMPERROR
;=====INT1（答题对错加减分数程序）=====
INT1SUB:
MOVR4,#0AH
MOVR5,#0AH
JNBP3.4,INC1
JNBP3.5,DEC1
JNBP1.7,BACK1
ACALLDISPLAY
AJMPINT1SUB
MOVA,R3
SUBBA,#01H
JZXXY1
SUBBA,#02H
JZXXY2
SUBBA,#03H
JZXXY3
SUBBA,#04H
JZXXY4
SUBBA,#05H
JZXXY5
SUBBA,#06H
JZXXY6
XXY1:
MOVR7,41H
XXY2:
MOVR7,42H
XXY3:
MOVR7,43H
XXY4:
MOVR7,44H
XXY5:
MOVR7,45H
XXY6:
MOVR7,46H
INC1:
INCR7
CJNER3,#01H,L1
MOV51H,R7
L1:
CJNER3,#02H,L2
MOV52H,R7
L2:
CJNER3,#03H,L3
MOV53H,R7
L3:
CJNER3,#04H,L4
MOV54H,R7
L4:
CJNER3,#05H,L5
MOV55H,R7
L5:
CJNER3,#06H,LL
MOV56H,R7
LL:
ACALLDELAY1
AJMPINT1SUB
DEC1:
DECR7
ACALLDELAY1
AJMPINT1SUB
BACK1:
RETI
;=====倒计时程序（抢答倒计时和回答倒计时都跳到该程序）=====
COUNT:
MOVR0,#00H;重置定时器中断次数
MOVTH1,#3CH;
MOVTL1,#0B0H;重置定时器（53ms）
RECOUNT:
MOVA,R6;R6保存了倒计时的时间,之前先将抢答时间或回答时间给R6
MOVB,#0AH
DIVAB;除十分出个位/十位
MOV30H,A;十位存于（30H）
MOV31H,B;个位存于（31H）
MOVR5,30H;取十位
MOVR4,31H;取个位
MOVA,R6
SUBBA,#07H
JNCLARGER;大于5s跳到LARGER,小于等于5s会提醒
MOVA,R0
CJNEA,#0AH,FULL;1s中0.5s向下运行
CLRRING
AJMPCHECK
FULL:
CJNEA,#14H,CHECK;下面时1s的情况,报警，显示号数并清R0,重新计数
SETBRING
MOVA,R6
JZQUIT;计时完毕
MOVR0,#00H
DECR6;一秒标志减1
AJMPCHECK
LARGER:
MOVA,R0
CJNEA,#14H,CHECK;如果1s向下运行,否则跳到查"停/显示"
DECR6;计时一秒R6自动减1
MOVR0,#00H
CHECK:
JNBP1.7,QUIT;如按下停止键退出
ACALLDISPLAY
JBOK,ACCOUT;如果是抢答倒计时,如是则查询抢答,否者跳过查询继续倒数（这里起到锁抢答作用）
AJMPRECOUNT
ACCOUT:
JNBP1.1,TRUE1
JNBP1.2,TRUE2
JNBP1.3,TRUE3
JNBP1.4,TRUE4
JNBP1.5,TRUE5
JNBP1.6,TRUE6
AJMPRECOUNT
QUIT:
CLROK;如果按下了"停止键"执行的程序
CLRRING
AJMPSTART
;=====正常抢答处理程序=====
TRUE1:
ACALLBARK;按键发声
MOVA,R2
MOVR6,A;抢答时间R2送R6
MOVR3,#01H
MOVR7,41H
CLROK;因为答题的计时不再查询抢答,所以就锁了抢答
AJMPCOUNT
TRUE2:
ACALLBARK;
MOVA,R2
MOVR6,A
MOVR3,#02H
MOVR7,42H
CLROK
AJMPCOUNT
TRUE3:
ACALLBARK;
MOVA,R2
MOVR6,A
MOVR3,#03H
MOVR7,43H
CLROK
AJMPCOUNT
TRUE4:
ACALLBARK;
MOVA,R2
MOVR6,A
MOVR3,#04H
MOVR7,44H
CLROK
AJMPCOUNT
TRUE5:
ACALLBARK;
MOVA,R2
MOVR6,A
MOVR3,#05H
MOVR7,45H
CLROK
AJMPCOUNT
TRUE6:
ACALLBARK;
MOVA,R2
MOVR6,A
MOVR3,#06H
MOVR7,46H
CLROK
AJMPCOUNT
;=====犯规抢答程序=====
ERROR:
MOVR0,#00H
MOVTH1,#3CH
MOVTL1,#0B0H
MOV34H,R3;犯规号数暂存与（34H）
HERE:
MOVA,R0
CJNEA,#0AH,FLASH;0.5s向下运行->灭并停响
CLRRING
MOVR3,#0AH
MOVR4,#0AH
MOVR5,#0AH;三灯全灭
AJMPCHECK1
FLASH:
CJNEA,#14H,CHECK1;下面系1s的情况,响并显示号数并清R0,重新计
SETBRING
MOVR0,#00H
MOVR3,34H;取回号数
MOVR5,#0BH
MOVR4,#0BH;显示FF和号数
AJMPCHECK1
CHECK1:
JNBP1.7,QUIT1
ACALLDISPLAY
AJMPHERE
QUIT1:
CLRRING
CLROK
AJMPSTART
;=====显示程序=====
DISPLAY:
MOV41H,51H
MOV42H,52H
MOV43H,53H
MOV44H,54H
MOV45H,55H
MOV46H,56H
MOVDPTR,#DAT1;查表显示程序,利用P0口做段选码口输出/P2低三位做位选码输出,
MOVA,r5
MOVCA,@A+DPTR
MOVP2,#01H
MOVP0,A
ACALLDELAY
MOVDPTR,#DAT2
MOVA,r4
MOVCA,@A+DPTR
MOVP2,#02H
MOVP0,A
ACALLDELAY
MOVA,r3
MOVCA,@A+DPTR
MOVP2,#04H
MOVP0,A
ACALLDELAY
MOVA,R7
MOVCA,@A+DPTR
MOVP2,#08H
MOVP0,A
ACALLDELAY
RET
DAT1:
DB00H,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H;"灭","1","2","3","4","5","6","7","8","9","灭","F"
DAT2:
DB3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H;第一个为零,其他与上相同,因为十位如果为零显示熄灭
;====加减时间延时（起到不会按下就加N个数）======
DELAY1:
MOV35H,#08H
LOOP0:
ACALLDISPLAY
DJNZ35H,LOOP0
RET
;=====延时（显示和去抖动用到）=====
DELAY:
MOV32H,#12H
LOOP:
MOV33H,#0AFH
LOOP1:
DJNZ33H,LOOP1
DJNZ32H,LOOP
RET
;=====发声程序=====
BARK:
SETBRING
ACALLDELAY1
ACALLDELAY1
CLRRING;按键发声
RET
;=====TO溢出中断（响铃程序）=====
T0INT:
MOVTH0,#0ECH
MOVTL0,#0FFH
JNBRING,OUT;
CPLP3.6;RING标志位为1时候P3.6口不短取反使喇叭发出一定频率的声音
OUT:
RETI
;=====T1溢出中断（计时程序）=====
T1INT:
MOVTH1,#3CH
MOVTL1,#0B0H
INCR0
RETI
END
PLC程设计成绩评定表
姓名
杨存恩
学号
1251401243
专业班级
电气工程及其自动化122班
课程设计题目：
基于单片机的抢答器设计
成绩评定依据：
评定项目
评分成绩
1.设计方案可行性及其选优（20分）
2.设计过程及结果（40分）
3.平时成绩（态度认真、遵守纪律）（10分）
4.设计报告的规范性、参考文献（不少于5篇）（10分）
5.答辩（20分）
总分
最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）
指导教师签字：
年月日
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