#51单片机三路抢答器Word文档下载推荐.docx
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采用宏晶公司的STC89C52作为系统控制器的CPU方案。
原理框图如图1所示：
图1原理方框图
2系统的主要功能
本系统是借用单片机采用模块化设计的抢答器，包括3路抢答按钮、开始按钮、复位按钮，指示灯显示，倒计时显示部分。
用中断0和中断1的控制按钮做复位和开始控制。
主持人按键开始后，选手开始抢答为有效，相应成功指示灯亮，并开始倒时，回答问题的时间限定为10秒，满时后系统计时自动复位及主控复位。
3抢答器的硬件设计
3．1STC89C52简介
STC89C52引脚图如图2所示：
图2STC89C52引脚图
主要性能：
和MCS-51单片机产品兼容
8K字节在系统可编程Flash存储器
1000次擦写周期
全静态操作：
0Hz～33Hz
三级加密程序存储器
32个可编程I/O口线
三个16位定时器/计数器
八个中断源
全双工UART串行通道
低功耗空闲和掉电模式
掉电后中断可唤醒
看门狗定时器
双数据指针
掉电标识符
功能特性描述：
STC89C52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。
使用宏晶高密度非易失性存储器技术制造，和工业80C51产品指令和引脚完全兼容。
片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编器。
在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制使用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
STC89C52具有以下标准功能：
8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。
另外，STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结。
VCC:
电源
GND:
地
P0口：
P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。
作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。
对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。
当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。
在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。
在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；
在程序校验时，输出指令字节。
程序校验时，需要外部上拉电阻。
P1口：
P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出
电流（IIL）。
此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所示。
在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。
P1.0T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出
P1.1T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）
P1.5MOSI（在系统编程用）
P1.6MISO（在系统编程用）
P1.7SCK（在系统编程用）}
P2口：
P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。
在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR）时，P2口送出高八位地址。
在这种使用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。
在使用8位地址（如MOVX@RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。
在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。
P3口：
P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。
P3口亦作为STC89S52特殊功能（第二功能）使用，。
在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。
P3.0RXD（串行输入）
P3.1TXD（串行输出）
P3.2INT0（外部中断0）
P3.3INT0（外部中断0）
P3.4T0（定时器0外部输入）
P3.5T1（定时器1外部输入）
P3.6WR（外部数据存储器写选通）
P3.7RD（外部数据存储器写选通）
RST:
复位输入。
晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。
看门狗计时完成后，RST脚输出96个晶振周期的高电平。
特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能无效。
DISRTO默认状态下，复位高电平有效。
ALE/PROG：
地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。
在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。
在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。
然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。
如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。
这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOVC指令时有效。
否则，ALE将被微弱拉高。
这个ALE使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。
PSEN:
外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。
当STC89C52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。
EA/VPP:
访问外部程序存储器控制信号。
为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。
为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。
在flash编程期间，EA也接收12伏VPP电压。
XTAL1:
振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。
XTAL2:
振荡器反相放大器的输出端。
3、2LED灯
LED灯示意图如图3所示：
图3LED灯示意图
单片机的P1.0~P1.7分别接到D4-D11这8个LED灯。
3．38255接口芯片
单片机系统里常用的8255[1]芯片是一个典型的可编程通用并行接口芯片，用来扩展单片机的端口，它具有3个8位的并行口，有三种工作方式,可作为单片机和各种外部设备连接的接口电路。
8255的引脚图如图4所示。
图48255的引脚图
8255引脚功能说明：
RESET:
复位输入线，当该输入端外于高电平时，所有内部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成输入方式。
PA0～PA7:
端口A输入输出线，一个8位的数据输出锁存器/缓冲器，一个8位的数据输入锁存器。
PB0～PB7:
端口B输入输出线，一个8位的I/O锁存器，一个8位的输入输出缓冲器。
PC0～PC7:
端口C输入输出线，一个8位的数据输出锁存器/缓冲器，一个8位的数据输入缓冲器。
端口C可以通过工作方式设定而分成2个4位的端口，每个4位的端口包含一个4位的锁存器，分别和端口A和端口B配合使用，可作为控制信号输出或状态信号输入端口。
CS:
片选信号线，当这个输入引脚为低电平时，表示芯片被选中，允许8255和CPU进行通讯。
RD:
读信号线，当这个输入引脚为低电平时，允许8255通过数据总线向CPU发送数据或状态信息，即CPU从8255读取信息或数据。
WR:
写入信号，当这个输入引脚为低电平时，允许CPU将数据或控制字写8255。
D0～D7:
三态双向数据总线，8255和CPU数据传送的通道，当CPU执行输入输出指令时，通过它实现8位数据的读/写操作，控制字和状态信息也通过数据总线传A0,A1:
地址选择线,用来选择8255的PA口，PB口，PC口和控制寄存器。
当A0=0,A1=0时,PA口被选择；
当A0=0,A1=1时,PB口被选择；
当A0=1,A1=0时,PC口被选择；
当A0=1.A1=1时,控制寄存器被选择。
在本次设计中，8255芯片用来扩展系统的外部接口，将8255的PA、PB、PC口给数码管、键盘使用。
3．4数码管显示模块
数码管原理图如图5所示：
图5数码管原理图
在本次设计中，数码管的8段是由芯片8255的PB口控制亮灭，每个数码管的公共脚分别由8255的PA0-PA5经三极管扩流后进行控制，且数码管是共阳极的。
当公共脚接上电源正极，笔画脚通过一个220欧姆电阻接负极，对应的笔画就会点亮。
要在某位数码管上显示一个数字，首先把待显示数字的显示码送给8255的PB口，接着选中要显示的位。
3．5按键模块
按键示意图如图6所示：
图6按键示意图
在单片机系统中键盘中按钮数量较多时，为了减少I/O口的占用，常常将按钮排列成矩阵形式，在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按钮加以连接。
这样，一个端口（如P1口）就能组成4*4=16个按钮，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就能组成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9键）。
由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。
矩阵式键盘的按钮识别办法确定矩阵式键盘上何键被按下，介绍一种“行扫描法”。
行扫描法又称为逐行（或列）扫描查询法，是一种最常用的按钮识别办法。
判断键盘中有无键按下将全部列线置高电平，然后检测行线的状态。
只要有一行的电平为高，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于高电平线和4根列线相交叉的4个按钮之中。
若所有行线均为低电平，则键盘中无键按下。
判断闭合键所在的位置：
在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。
其办法是：
将全部列线置为高电平，在确定某根行线位置为高电平后，再逐列对列线置高再检测先前返回高电平的行线的电平状态。
若此行返回为高，则该列线和返为高电平的行线交叉处的按钮就是闭合的按钮。
本次设计虽只用到其中三个按键但考虑到以后对系统升级，所以采用了矩阵式键盘。
3．6外部中断0和外部中断1
外部中断0和外部中断1示意图如图7所示：
图7外部中断0和外部中断1示意图
在单片机上有两个引脚，名称为INT0、INT1，也就是P3.2、P3.3这两个引脚。
在单片机内部的TCON寄存器中有四位是和外中断有关的。
IT0：
INT0触发方式控制位，可由软件进和置位和复位，IT0=0，INT0为低电平触发方式，IT0=1，INT0为负跳变触发方式。
IE0：
INT0中断请求标志位。
当有外部的中断请求时，这位就会置1（这由硬件来完成），在CPU响应中断后，由硬件将IE0清0。
IT1、IE1的用途和IT0、IE0相同。
按键0接单片机P32脚，按键1接单片机的P33脚。
本次设计用到了外中断1和外中断0，需接上跳帽W1和W2。
4抢答器的软件设计
4．1主程序流程及分析
抢答器的基本工作原理：
在抢答竞赛或呼叫时，有多个信号同时或不同时送入主电路中，抢答器内部的寄存器工作，并识别、记录第一个号码，同时内部的定时器开始工作，记录有关时间并产生超时信号。
在整个抢答器工作过程中，显示电路还要根据现场的实际情况向外电路输出相应信号。
抢答器的工作流程分为：
系统复位、正常流程、违例流程等几部分，如图8所示，下面予以介绍。
1、主持人按复位键，复位指示灯亮，进入准备状态，主持人出题。
3、主持人按开始键，进入抢答部分，有人抢答就开始回答倒计时，抢答人在此限定时间内做出回答，计时完毕后停止做答并返回复位状态。
无人抢答则主持人根据实际情况做出处理后可进入下一轮抢答。
4、如果主持人未按开始键，而有人按了抢答按键，犯规抢答，相应犯规灯亮。
主持人根据实际情况做出处理后可进入下一轮抢答。
图8工作流程图
4．2总程序模块
在本次设计中，总程序可分为主程序部分，显示部分，延时部分，键盘部分，计时部分，定时器工作模式设定及初始化部分，中断程序部分。
主程序：
main（）
{unsignedcharflag=0;
light=0xc0;
Timer1_Init（）；
while
（1）
{GInt_Init（）;
P1=light;
display（6,second）;
if（second==0）
{second=0x09;
TR1=0;
light=0x7f;
}
flag=keyboard（）;
if（light==0x3f）
{switch（flag）
{case1:
light=0xfd,TR1=1;
break;
case2:
light=0xf7,TR1=1;
case3:
light=0xdf,TR1=1;
default:
light=0x3f;
}
if（light==0x7f）
{switch（flag）
{case1:
light=0xfe;
light=0xfb;
light=0xef;
default:
light=0x7f;
打开中断及相应的设定：
voidGInt_Init（void）
{EA=1;
EX0=1;
IT0=1;
EX1=1;
IT1=1;
ET1=1;
}
外中断0：
voidISR_Ex0（void）interrupt0{light=0x7f;
外中断1：
1voidISR_Ex1（void）interrupt2
{light&
=0xbf;
定时器工作模式设定及初始化：
voidTimer1_Init（void）
{TMOD=0x10;
TH1=（65535-50000）/256;
TL1=（65535-50000）%256;
1秒时间的设定：
voidISR_Timer1（void）interrupt3
{Timer_Count++;
if（Timer_Count==20）
{Timer_Count=0;
second--;
Timer1_Init（）;
延时部分：
voiddelay（unsignedintx）
{unsignedchari,j,k;
while（x--）
{for（i=0;
i<
=5;
i++）
for（j=0;
j<
=10;
j++）
;
显示部分：
#include"
reg51.h"
#include"
ABSACC.H"
#definea8255_PAXBYTE[0xD1FF]
#definea8255_PBXBYTE[0xD2FF]
#definea8255_PCXBYTE[0xD5FF]
#definea8255_CONXBYTE[0xD7FF]
unsignedcharconstnum_table[16]={
0xA0,/*0*/
0xBB,/*1*/
0x62,/*2*/
0x2A,/*3*/
0x39,/*4*/
0x2C,/*5*/
0x24,/*6*/
0xBA,/*7*/
0x20,/*8*/
0x28,/*9*/
0x30,/*A*/
0x25,/*B*/
0xE4,/*C*/
0x23,/*D*/
0x64,/*E*/
0x74,/*F*/};
voiddisplay（unsignedcharplace,unsignedcharnumber）{a8255_CON=0x89;
a8255_PA=0xff;
a8255_PB=0xff;
a8255_PA=~（0x01<
<
（place-1））;
a8255_PB=num_table[number];
键盘部分：
unsignedcharkeyboard（）
{unsignedcharPC_data;
unsignedcharj;
unsignedchary=0;
a8255_CON=0x89;
a8255_PA=0xf1;
a8255_PB=0xff;
delay
（1）;
PC_data=a8255_PC;
for（j=0;
4;
{if（（PC_data&
（1<
j））==（1<
j））
y=j+1;
return（y）;
完整总程序见附录。
5调试结果及分析
本设计主要是在编写的程序编译通过后，用下载软件将编写的程序下载到实验开发板上，验证结果是否满足设计要求。
主要通过按键部分进行控制，通过数码管和LED灯部分进行观察。
经验证，在抢答中，只有开始后抢答才有效，如果在开始抢答前抢答为无效，相应犯规灯亮；
主持人按键开始后，选手开始抢答为有效，相应成功指示灯亮，并开始倒时，回答问题的时间限定为10秒，满时后系统计时自动复位及主控复位，满足设计要求。
参考文献
[1]张鑫编著.《单片机原理及使用》[M].北京：
电子工业出版社，2005.8.105—136.
[2]陈家骏，郑滔主编.《程序设计教程》[M].北京：
机械工业出版社，2004.8.41—92.
[3]余文俊主编.《8051C语言实习》[M].北京：
中国水利水电出版社，2002.10.50—89.
[4]孙育才编著.
《新型AT89S52系列单片机及其使用》[M].北京：
清华大学出版社，2005.5.1—63.
附录一：
总体原理图
总体原理图如图9所示：
图9总体硬件连接原理图
图中U1为单片机STC89C52，U2为芯片8255，单片机的P1.0~P1.7分别接到D4-D11这8个LED灯。
复位按键和开始按键分别接到单片机的P3.2、P3.3脚，单片机的P0.0-P0.7脚接8255芯片D0-D7脚，8255的PA0-PA5分别接6个数码管的位选，同时PA0-PA3接键盘的四列，PC3-PC0接键盘的四行，PB0接数码管引脚11,PB1接数码管引脚10,PB2接数码管引脚7,PB3接数码管引脚1,PB4接数码管引脚2,PB5接数码管引脚3,PB6接数码管引脚4,PB7接数码管引脚5。
附录二：
总程序
//包括一个51标准内核的头文件
#include"
//库函数
#definea8255_PAXBYTE[0xD1FF]/*PA口地址*/
#definea8255_PBXBYTE[0xD2FF]/*PB口地址*/
#definea8255_PCXBYTE[0xD5FF]/*PC口地址*/
#definea8255_CONXBYTE[0xD7FF]/*控制字地址*/
unsignedcharTimer_Count=0;
//定义变量
unsignedcharsecond=9;
unsignedcharlight;
unsignedcharconstnum_table[16]={
0x74,/*F*/
};
voidTimer1_Init（void）;
//函数声明
voidGInt_Init（void）;
voiddelay（unsignedintx）;
voiddisplay（unsignedcharplace,unsignedcharnumber）;
unsignedcharkeyboard（）;
main（）//主程序
Timer1_Init（）；
定时器工作模式设定及初始化
while
（1）//主程序循环
//函数调用（打开中断及相应的设定）
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