单片机四路抢答器课设说明书Word下载.docx
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2.3.3定时器T0、T1中断服务程序的设计………………………………11
2.3.4抢答处理程序的设计…………………………………………………11
2.3.5总程序…………………………………………………………………11
第三节实验结果及结论………………………………………………………14
第四节参考文献………………………………………………………………15
第一节课程设计目的
1.1概述
单片机原理及应用课程设计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，为以后进行实际单片机软、硬件应用开发奠定良好的基础。
课程设计的主要内容：
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。
接口技术应用设计主要要求学生能综合运用单片机、存储器、常用接口芯片构成单片机应用系统，有针对性地进行软、硬件设计与开发。
1.2设计要求：
1、设置4个抢答台和四个抢答成功指示灯，1个比赛主持人开始按键和1个抢答指示灯以及1个LED显示器。
2、采用中断和查询结合的方法确定按键动作。
3、主持人按下“开始”键后，若有人抢答，则对应选手的指示灯点亮，并用7段LED显示抢答者的号码（1-4），同时蜂鸣器发出3声间隔一秒的警告音；
若9秒内无人抢答，则发出超时报警声，此题作废，主持人可按下“开始”键开始下一题的抢答。
第二节四路抢答器设计正文
2.1总体设计
2.1.1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2个共阴极LED数码管来显示，用P2.0、P2.1、P2.2、P2.3口作为CD4511译码器的数据输入口，P1.0、P1.1、P1.2、P1.3口接4个选手按键，提供选手抢答，P1.4、P1.5、P1.6、P1.7接四个发光二极管作为抢答成功指示灯；
P0.0接蜂鸣器，超时报警，和提示抢答。
2.1.2抢答器的总体设计
倒计时方案方面利用MCS-51的内部的定时/计时器进行中断计时，配合软件延时实现倒计时。
该方案节省硬件成本，并且能够在定时器/计数器的使用、中断及程序设计方案方面得到锻炼与提高，显示方面采用穿行传输实现动态显示，该方案的硬件连接简单，但动态扫描的显示方式需占用CPU较多的时间，适用于单片机没有太多实时测控的任务场合。
抢答功能：
通过四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，由程序对键盘译码并显示最先按下抢答键的选手号。
并亮起主持人台和对应选手台上的抢答成功指示灯。
抢答限时：
主持人按下抢答键后，设置9秒为抢答时间。
若9秒内无人抢答，倒计时为0时发出报警，说明该抢答题目作废。
此时闭锁所有抢答按键，只有当主持人再次按下抢答键开始下一次抢答方可抢答。
2.2硬件电路详细设计
2.2.180C52芯片
80C52系列中，用CHMOS工艺制造的单片机都采用双列直插式（DIP）40脚封装，引脚信号完全相同。
1、为一般控制应用的8位单片机
2、晶片内部具有时钟振荡器（传统最高工作频率可至33MHz）
3、内部程式存储器（ROM）为8KB
4、内部数据存储器（RAM）为256B
5、外部程序存储器可扩充至64KB
6、外部数据存储器可扩充至64KB
7、32条双向输入输出线，且每条均可以单独做I/O的控制
8、5个中断向量源
9、3组独立的16位定时器
10、1个全双工串行通信端口
各引脚功能介绍：
1．电源
VCC（引脚号40）：
电源正端输入，接+5V。
VSS（引脚号20）：
电源地端。
2．时钟
XTAL1（引脚号18）内部振荡电路反相放大器的输入端，是外接晶振的一个引脚。
当采用外部振荡器时，此引脚接地。
XTAL2（引脚号19）内部振荡器的反相放大器输出端，是外接晶振的另一端。
当采用外部振荡器时，此引脚接外部振荡源。
3．控制总线
（1）ALE/
（引脚号30）:
正常操作时为ALE功能（允许地址锁存），用来把地址的低字节锁存到外部锁存器。
ALE引脚以不变的频率（振荡器频率的1/6）周期性地发出正脉冲信号。
因此，它可用作对外输出的时钟信号或用于定时。
但要注意，每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
ALE端可以驱动（吸收或输出电流）8个LSTTL电路。
在8751单片机EPROM编程期间，此引脚接编程脉冲（
功能）。
（2）
（引脚号29）：
外部程序存储器读选通信号。
在从外部程序存储器取指令（或数据）期间，
在每个机器周期内两次有效。
可以驱动8个LSTTL电路。
（3）RST/VPD（引脚号9）：
复位信号输入端。
振荡器工作时，该引脚上持续2个机器周期的高电平可实现复位操作。
此引脚还可接上备用电源。
在Vcc掉电期间，由
向内部RAM提供电源，以保持内部RAM中的数据。
（4）
/Vpp（引脚号31）：
为内部程序存储器和外部程序存储器的选择端。
当
为高电平时，访问内部程序存储器（PC值小于4K）；
为低电平时，访问外部程序存储器。
对于87C51单片机，在EPROM编程期间，此端为21V编程电源输入端。
4．I/O线
（1）P0口（引脚号32~39）：
单片机的双向数据总线和低8位地址总线。
在访问外部存储器时实现分时操作，先用作地址总线，在ALE信号的下降沿，地址被锁存；
然后用作为数据总线。
它也可以用作双向输入/输出口。
P0口能驱动8个LSTTL负载。
（2）P1口（引脚号1~8）：
准双向输入/输出口，它能驱动4个LSTTL负载。
（3）P2口（引脚号21~28）：
准双向输入/输出口。
在访问外部存储器时，用作高8位地址总线。
P2口能驱动4个LSTTL负载。
（4）P3口（引脚号10~17）：
P3口的每一引脚还有另外一种功能：
P3.0——RXD：
串行口输入端
P3.1——TXD：
串行口输出端
P3.2——
：
外部中断0中断请求输入端
P3.3——
外部中断1中断请求输入端
P3.4——T0：
定时器/计数器0外部输入端
P3.5——T1：
定时器/计数器1外部输入端
P3.6——
外部数据存储器写选通信号
P3.7——
外部数据存储器读选通信号
5．时钟电路
80C52单片机内有一个高增益反相放大器，其频率范围为1.2MHz~12MHz，XTAL1和XTAL2分别为放大器的输入端和输出端。
时钟可以由内部方式或外部方式产生。
80C52内部方式时钟电路如图2-10（a）所示。
在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，就能构成自激振荡电路。
定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振电路。
电容器C1和C2主要起频率微调作用，电容值可选取为30pF左右（外接晶体时）或40pF左右（外接陶瓷谐振器时）。
80C52外部方式时钟电路如图2-10（b）所示。
XTAL1接外部振荡器，XTAL2悬空。
对外部振荡信号无特殊要求，只要保证脉冲宽度，一般采用频率低于12Hz的信号。
2.2.2芯片的选择
抢答器电路的核心是89C52单片机，其内部带有8KB的FLASHROM，无需外扩程序存储器；
抢答器没有大量的运算和暂存数据现有的256B篇内RAM已经能满足容量需求，故不需外扩片外RAM，系统配有2个8段数码显示管共用一个CD4511驱动，管采用共阴数码管，作为选手号的显示输出。
2.2.3复位电路的设计
复位电路的设计如图2-1所示：
图2-1复位电路原理图
该复位电路采用上电自动复位和手动复位两种复位方式，图中右侧引脚接到单片机的复位引脚。
要实现复位只需在，52系列单片机的RESET引脚上加上5ms的高电平就可以了。
上电复位是利用电容的充电来实现的，即上电瞬间RESET端的电位与Vcc相同，随着电容上储能增加，电容电压也逐渐增大，充电电流减小，RESET端的电位。
这样就会建立一个脉冲电压，调节电容与电阻的大小可对脉冲的持续时间进行调节。
通常若采用12MHz的晶振时，复位元件参数为22μF的电解电容和10kΩ的电阻。
按钮复位电路是通过按下复位按钮时，电源对RESET端维持两个机器周期的高电平实现复位的。
2.2.4晶振电路的设计
图2-2晶振电路原理图
MSC-52单片机的定时控制功能是用时钟电路和振荡器完成的，而根据硬件电路的不同，连接方式分为内部时钟方式和外部时钟方式。
本设计中采用内部时钟方式。
单片机内部有一个反相放大器，XTAL1、XTAL2分别为反相放大器的输入端和输出端，外接定时反馈元件组成振荡器（内部时钟方式），产生时钟送至单片机内部各元件。
时钟频率越高，单片机控制器的控制节拍就越快，运算速度也就越快。
一般来说单片机内部有一个带反馈的线性反相放大器，外界晶振（或接陶瓷振荡器）和电容就可组成振荡器，如图2-2所示。
加电以后延时一段时间（约10ms）振荡器产生时钟，不受软件控制，图中Y1为晶振，震荡产生的时钟频率主要由Y1确定。
电容C1，C2的作用有两个：
一是帮助振荡器起振，二是对振荡器的频率起微调作用，典型值为30pF。
2.2.5数码显示电路的设计
图2.3数码显示管电路图
数码显示管用来作为9秒倒计时显示和选手号，两个共阴极数码管共用一个CD4511驱动，每个数码管有一个位选端分别接P3.2、P3.3口。
P2.0、P2.1、P2.2、P2.3作为CD4511数据输入端。
2.2.6报警电路的设计
图2.4报警电路图
使用蜂鸣器作为报警电路,NPN三极管的基极通过电阻与单片机的P0.0引脚连接，再用330Ω的上拉电阻接电源，三极管的集电极接电源，发射极接蜂鸣器的正极。
当P0.0输出低电平时蜂鸣器响。
2.2.7总电路的设计
图2.5总电路原理图
2.2.8PCB板的制作
画好原理图检查无误后，画PCB版图，本设计由于电路连接比较简单，接线较少，所以用明线直接连接，不用制版，画出PCB版图的目的是便于插板时的布局和链接。
2.3软件详细设计
2.3.1主程序的设计
此程序的及时采用定时器T0和T1中断完成，其余状态循环调用显示子程序。
系统主程序流程图如图3-1所示。
图2-3-1系统主程序流程图
2.3.2显示子程序的设计
2.3.3定时器T0、T1中断服务程序的设计
定时器T0用于复位程序，当给RST口加10ms的复位信号时，单片机复位。
定时器T1用于计时程序，当主持人按下开始抢答按钮9秒内无人抢答时，蜂鸣器发出报警信号。
2.3.4抢答处理程序的设计
当有选手第一个按下抢答器按扭时数码管显示选手号码，同时选手指示灯点亮，蜂鸣器发出三声间隔1秒的警告，并锁定抢答。
当在此选手之后再有选手按下按扭时无效，数码管不变。
2.3.5四路抢答器程序
#include<
reg52.h>
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitstart=P3^4;
sbitbuzzer=P0^0;
sbitkey1_led=P1^4;
sbitkey2_led=P1^5;
sbitkey3_led=P1^6;
sbitkey4_led=P1^7;
sbitkey5_led=P3^6;
uchartemp;
ucharcodewei[]={0xfb,0xf7};
ucharcodeduan[]={0x00,0x01,0x02,0x03,0x04,
0x05,0x06,0x07,0x08,0x09};
uchartt=0,key=0,sw=0,key_flag=0,start_flag=0,
buzz_flag=0,x=0,y=0,j=9,m=0;
//*****************************************//
//延时函数
voiddelay（unsignedintt）
{
unsignedinti,j;
for（i=1000;
i>
0;
i--）
for（j=t;
j>
j--）;
}
//定时器初始化
voidinit_timer（）
TMOD=0x01;
TH0=（65535-50000）/256;
TL0=（65535-50000）%256;
EA=1;
ET0=0;
TR0=0;
//按键检测
voidkey_jc（）
temp=P1;
sw=0x0f&
temp;
if（sw!
=0x0f）
{
delay
（1）;
if（sw!
{
temp=P1;
sw=0x0f&
while（sw==0x0f）;
switch（sw）
{
case0x0e:
key_flag=1;
key1_led=1;
key=2;
break;
case0x0d:
key_flag=2;
key2_led=1;
case0x0b:
key_flag=3;
key3_led=1;
case0x07:
key_flag=4;
key4_led=1;
break;
default:
}
}
}
//******************************************//
//动态数码管显示
//显示按键值和计时值
voidxianshi（ucharn）
uchari=0;
for（i=0;
i<
=1;
i++）
if（i==0）
P3=wei[0];
P2=duan[j];
elseif（i==1）
P3=wei[1];
P2=duan[n];
for（x=500;
x>
x--）
for（y=10;
y>
y--）;
}
//数码管显示
voidLed（）
if（key==2）
start_flag=2;
//准备复位
switch（sw）
case0x0e:
//按键1
xianshi
（1）;
break;
case0x0d:
//按键2
xianshi
（2）;
case0x0b:
//按键3
xianshi（3）;
case0x07:
//按键4
xianshi（4）;
default:
elseif（key==0）//初始状态“00”显示
for（i=0;
P3=wei[i];
P2=duan[0];
for（x=5;
for（y=1;
}
elseif（key==1）//未有按键按下，仅计时显示
{
if（i==0）
P3=wei[1];
P2=duan[0];
elseif（i==1）
P3=wei[0];
P2=duan[j];
for（x=500;
for（y=10;
}
//蜂鸣器函数
voidbuzz（）
if（buzz_flag==0）
buzz_flag=1;
ET0=1;
TR0=1;
if（buzz_flag==1）
if（tt==10）
{
tt=0;
m++;
if（m==6）
{
m=0;
buzzer=1;
buzz_flag=2;
start_flag=2;
//准备复位
}
elseif（m<
=6）
buzzer=~buzzer;
}
//主函数
//start_flag=0:
初始状态
//start_flag=1:
开始
//start_flag=2:
复位
voidmain（）
init_timer（）;
start_flag=0;
buzzer=1;
P1=0x0f;
while
（1）
if（start==0）//开始按键被按下
delay
（1）;
if（start==0）
{
while（start==0）;
if（start_flag==0）
{
start_flag=1;
//开始
ET0=1;
TR0=1;
key=1;
}
if（start_flag==2）//复位
start_flag=0;
buzz_flag=0;
key_flag=0;
key5_led=0;
buzzer=1;
P1=0x0f;
key=0;
ET0=0;
TR0=0;
tt=0;
m=0;
j=9;
}
if（start_flag==1）//开始
if（j>
0）//在计时完成之前检测按键
key_jc（）;
}
if（key==2）
if（buzz_flag==0）
ET0=0;
TR0=0;
tt=0;
buzz（）;
Led（）;
}
}
//定时中断函数
voiditc_timer（）interrupt1
tt++;
if（start_flag==1）
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