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抢答器

《单片机技术》课程设计说明书

抢答器

院、部：

电气与信息工程学院

学生姓名：

陈敏全

指导教师：

王韧职称副教授

专业：

电气工程及其自动化

班级：

电气本1103

完成时间：

2014年6月

湖南工学院

课程设计任务书

课程：

单片机技术

课程设计题目：

数字电子钟

数字频率计

数字电压表

交通灯

抢答器

密码锁

波形发生器

数字温度计

计算器

数字式秒表

适用班级：

电气本1101～2、电气本1103～4

电气本1105～自本1101

时间：

2013～2014学年第二学期

指导教师：

王韧

《单片机技术》课程设计任务书

一、设计题目：

数字电子钟、数字频率计、数字电压表、交通灯、抢答器、密码锁、波形发生器、数字温度计、计算器、数字式秒表。

二、适用班级：

电气本1101～2、电气本1103～4、电气本1105～自本1101

三、指导教师：

王韧

四、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。

五、设计内容与要求

设计内容

1、数字电子钟

设计一个具有特定功能的电子钟。

该电子钟上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入时钟准备状态；第一次按电子钟启动/调整键，电子钟从0时0分0秒开始运行，进入时钟运行状态；再次按电子钟启动/调整键，则电子钟进入时钟调整状态，此时可利用各调整键调整时间，调整结束后可按启动/调整键再次进入时钟运行状态。

2、数字频率计

设计一个能够测量周期性矩形波信号的频率、周期、脉宽、占空比的频率计。

该频率计上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入测量准备状态。

按频率测量键则测量频率；按周期测量键则测量周期；按脉宽测量键则测量脉宽；按占空比测量键则测量占空比。

3、数字电压表

设计一个能够测量直流电压的数字电压表。

测量电压范围0～5V，测量精度小数点后两位。

该电压表上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入测量准备状态，按测量开始键则开始测量，并将测量值显示在显示器上，按测量结束键则自动返回“P.”状态。

4、交通灯

设计一个具有特定功能的十字路口交通灯。

该交通灯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。

按开始键则开始工作，按结束键则返回“P.”状态。

要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，甲车道为主车道，每次通车时间为60秒，乙车道为次车道，每次通车时间为30秒，要求黄灯亮3秒，并且1秒闪烁一次。

有应急车辆出现时，红灯全亮，应急车辆通车时间10秒，同时禁止其他车辆通过。

5、抢答器

设计一个具有特定功能的抢答器。

该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，显示器显示违规台号。

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，都要通过主持人按复位按钮。

6、密码锁

设计一个具有特定功能的密码锁。

该密码锁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。

该密码锁具有系统原始密码888888，用户可以设定并存储用户密码，密码输入时应处于保密显示状态，密码输入正确时应显示密码输入正确提示信息，否则，显示密码输入错误提示信息。

7、波形发生器

设计一个具有特定功能的波形发生器。

该波形发生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。

该波形发生器可以分别产生幅值0～5V、频率100Hz～100KHz范围内的三角波、锯齿波、方波、梯形波和正弦波。

8、数字温度计

设计一个具有特定功能的数字温度计。

该数字温度计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。

测量温度范围0℃～99℃，测量精度小数点后两位，可以通过开始和结束键控制数字温度计的工作状态。

9、计算器

设计一个具有特定功能的计算器。

该计算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。

能实现

（1）基本的加、减、乘、除、平方、开方；

（2）三角函数运算；（3）十进制、十六进制转换运算；（4）其他功能。

10、数字式秒表

设计一个具有特定功能的数字式秒表。

该数字式秒表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。

该数字式秒表应具有开始、暂停、连续、清零和停止功能。

设计要求

1、以上课题可以任选其一或多选，学生也可以自拟课题；

2、编程语言：

汇编或C51；

3、计算机打印《单片机技术》课程设计说明书一份；

4、设计时间：

一周；

5、实物制作；

6、人员分组：

一人一组一实物。

六、《单片机技术》课程设计说明书正文主要内容

参照“《单片机技术》课程设计说明书正文主要内容”文件。

七、《单片机技术》课程设计说明书书写规范格式

参照“《单片机技术》课程设计说明书书写规范格式”文件。

八、参考资料

1、马忠梅，单片机的C语言Windows环境编程宝典[M],北京：

北京航空航天大学出版社，2003.6；　　　

2、李光飞,单片机C程序设计指导[M],北京:

北京航空航天大学出版社，2003.01；

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。

电气自动化教研室

2014年2月20日

摘要

抢答器主要运用于小型的智类游戏抢答比赛，各位选手用来抢答用的。

它对于这类的游戏和节目具有重要的意义。

现在大多数抢答器均使用单片机和数字集成电路，并增加了如选手号码显示、抢按器或抢按后的计时、选手得分显示功能。

本次的抢答器设计是以AT89S52单片机为核心，利用AT89S52单片机及外围接口实现的抢答系统，利用单片机的定时器/计数器定时的原理，将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够正确地进行计时，同时使数码管能够正确地显示时间。

用开关做键盘输出，扬声器发生提示。

同时系统能够实现：

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；抢答限定时间和回答问题的时间可在1-99s设定；可以显示是哪位选手有效抢答和无效抢答，正确按键后有音乐提示；抢答时间和回答问题时间倒记时显示，满时后由主控强制复位。

分别从软件和硬件两方面来阐述该控制系统的设计方法，并经过调试和运行使该系统达到预期的目标，使其具有反应快，功能齐全，实用性强的特点。

本次设计的抢答器，电路简单、成本较低、可靠、具有较高的推广价值。

关键词：

抢答器；单片机；报警；显示；违规

ABSTRACT

Responderismainlyappliedtosmallgamesviestoanswerfirstgame,eachplayerfortakingviestoanswerfirst.Ithasprofoundsignificanceforsuchgamesandprograms.Nowmostresponderusingsingle-chipmicrocomputeranddigitalintegratedcircuit,andanincreaseinsuchasplayernumberdisplay,robpressingdeviceorrobberybythetimeafterby,ascoredisplayfunction.ResponderdesignthisistheAT89S52MCUasthecore,usingAT89S52MCUandperipheralinterfaceoftheansweringsystem,theuseofsingle-chiptimer/countertimingprinciple,softwareandhardwarecombination,sothatthesystemcancorrectlytime,whilemakingthenixietubeabletocorrectlydisplaythetime.Byswitchingthekeyboardoutput,speakersintips.Atthesametimethesystemcanrealize:

theanswer,onlybeganaftertheresponderiseffective,ifbegintoansweransweranswerbeforethetimelimitisinvalid;questionandanswertimein1-99sset,candisplaywhichiseffectiveandineffectiveplayersansweranswerkeys,rightafterthemusiccue;answertimeandanswerquestionsoftimedowntimingdisplay,fullbythemaincontrolforcedreset.respectivelyfromthetwoaspectsofsoftwareandhardwaretoelaboratethedesignmethodthecontrolsystem,andaftercommissioningandoperationofthesystemtoachievethedesiredobjectives,whichhasfastresponse,completefunctions,strongpracticability.Responderthisdesign,simplecircuit,lowcost,reliable,andhashigherpopularizationvalue.

Keywordsresponder;mcu;alarm;display;illegal

目　录

1设计课题任务、功能要求说明及总体方案介绍1

1.1　设计课题任务1

1.2　功能要求说明1

1.3　设计课题总体方案介绍及工作原理说明1

2　设计课题硬件系统的设计2

2.1　设计课题硬件系统各模块功能简要介绍2

2.2　设计课题电路原理图、PCB图、元器件布局图3

2.3　设计课题元器件清单3

3　设计课题软件系统的设计4

3.1设计课题使用单片机资源的情况4

3.2设计课题软件系统各模块功能简要介绍4

3.3设计课题软件系统程序流程框图5

3.4设计课题软件系统程序清单8

4　设计结论、运行结果、设计体会及建议9

4.1　设计课题的设计结论及使用说明9

4.2设计课题的仿真结果9

4.3设计体会10

4.4教学建议11

结束语12

致谢13

参考文献14

附录15

附录A　电路原理图15

附录B电路PCB图16

附录C　元器件布局图17

附录DAutoCAD原理图18

附录E　元器件清单19

附录F　程序清单20

1设计课题任务、功能要求说明及总体方案介绍

1.1设计课题任务

课题：

抢答器

任务：

设计一个具有特定功能的抢答器。

该抢答器上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”。

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；正常抢答，显示器显示台号，蜂鸣器发出音响；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，违规指示灯亮，显示器显示违规台号，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，都要通过主持人按复位按钮。

1.2功能要求说明

在本次工程实践中，主要完成如下方面的功能任务：

（1）抢答器上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”

（2）主持人按键后，抢答开始并显示倒计时30秒

（3）倒计时10秒内无人抢答，蜂鸣器进行报警

（4）正确抢答时，能显示台号，蜂鸣器发出声响,指示灯亮

（5）超时和违规处理时，显示违规台号，违规灯亮，蜂鸣器进行报警

（6）主持人按复位键，消除各台数字显示，蜂鸣器音响及违规灯的关断

1.3设计课题总体方案介绍及工作原理说明

抢答器的总体功能原理是以AT89S52单片机为主要控制核心，通过外接8个独立式键盘作为控制信号输入源，通过选手按键，单片机执行，并通过数码管进行显示和LED灯进行违规指示。

系统控制原理图如图1所示。

图1　抢答器系统控制原理图

2设计课题硬件系统的设计

2.1　设计课题硬件系统各模块功能简要介绍

2.1.1AT89S52控制模块

考虑到设计功能需要，控制器的功能用于外部键盘信号的接收和识别、数码管模块的显示控制、复位电路等，我们选择了AT89S52系列单片机，它具有反应速度极快，工作效率特高的特点。

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。

使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。

AT89S52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。

2.1.2电源电路模块

电源是每个电子产品运作的首要条件，为单片机提供电源，为单片机各部分提供正常的电压。

主要供电电路由一个开关、一个1K电阻、一个发光二极管、一个插针和电源接口组成。

2.1.3振荡电路模块

外部振荡器与单片机内部的时钟振荡电路产生一定的时钟信号送到单片机内部的各个单元，采用12MHZ的晶振和两个33pF的电容组成振荡电路，接到单片机引脚XTAL1和XTAL2上。

2.1.4复位电路模块

复位电路用于产生复位信号，通过RST引脚送入单片机，进行复位操作。

复位电路主要由一个按键、一个200欧姆和一个10K的电阻以及一个22UF的有极性电容组成，再通过一个短路冒接到单片机的RET引脚上。

2.1.5下载电路模块

下载电路是所有程序导入单片机的主要工具。

下载电路由一个下载口组成。

2.1.6键盘电路模块

键盘电路的单片机重要的输入设备之一，在抢答器的设计当中，各位选手通过按键来控制单片机，从而使单片机去驱动数码管进行显示。

键盘电路有八个独立式键盘组成，用于选手抢答和主持按键开始和复位使用。

2.1.7　蜂鸣电路模块

蜂鸣电路是用来报警使用的。

最主要由一个蜂鸣器、一个1K电阻、一个NPN三极管和一个短路冒组成。

2.1.8　LED灯电路模块

LED灯电路是用来显示选手违规指示，答完指示，各位选手指示用的，它主要由八个LED灯组成，外接上拉电阻排再与单片机的P1口相连。

2.1.9　数码管显示电路模块

数码管显示电路是用来显示按键选手的台号以及倒计时，电路主要包括两块四位共阳数码管、一个驱动芯片74HC573和八个470欧姆的电阻组成。

2.2设计课题电路原理图、PCB图、元器件布局图

2.2.1电路原理图

电路原理图（见附录A）

2.2.2电路PCB图

电路PCB图（见附录B）

2.2.3元器件布局图

元器件布局图（见附录C）

2.2.4ＡutoCAD原理图

ＡutoCAD原理图（见附录D）

2.3设计课题元器件清单

见附录E

3设计课题软件系统的设计

3.1设计课题使用单片机资源的情况

AT89S52的片外资源：

P0、P1、P3：

基本输入输出口；

P3：

驱动芯片74HC573接入；

XTAL1、XTAL2：

晶振输入；

RET：

复位电路、下载口电路接入；

AT89S52的片内资源：

20H单元：

存放独立式键盘的键值；通用寄存器区：

R0，R1，R2，R4，R5，R6，R7；专用寄存器区：

A,B,P0，P1，P2，P3，PSW,TCON,TMOD,TH0，TL0，TH1，TL1,IE。

3.2设计课题软件系统各模块功能简要介绍

3.2.1数码管显示模块

数码管显示模块是用来显示倒计时和抢答选手台号的。

选手违规抢答时，显示违规台号。

选手正常抢答时，显示倒计时和台号。

3.2.2独立式键盘模块

独立式键盘软件设计主要通过在主程序中调用键扫函数key来执行相应的功能，单片机P1口在复位之后保持高电平，当键按下相应口线为低电平，经过相应判别过程判断键松开后，执行相关键功能程序，完成相应操作。

3.2.3定时模块

定时器0，以方式一工作，查询方式，定时2毫秒，延时作用；定时器1，以方式一工作，定时1秒，查询方式，延时作用。

3.2.4监控模块

监控模块可监控有无按键按下，若有则跳转相应标志地方执行相应程序。

3.3设计课题软件系统程序流程框图

3.3.1主程序流程框图

主程序流程图如图2所示。

图2　主程序流程图

3.3.2　显示子程序流程框图

显示程序主要是用来显示倒计时30秒，主持人按开始键和选手正常抢答，都需要调数码管动态显示来完成倒计时功能。

其程序流程图如图3所示。

图3　显示子程序流程图

3.3.3　定时器程序流程框图

定时器0和定时器1都是用来延时作用的，定时器0用来延时2毫秒，定时器1用来延时1秒。

其主要的流程图如图4所示，其中定时器1需要循环20次，才能达到延时1秒的作用。

图4　定时器程序流程图

3.3.4键扫描子程序流程框图

键扫描程序主要是用来判断是哪个键按下，并保存其键值。

程序流程图如图5所示。

图5　键扫描子程序流程图

3.4设计课题软件系统程序清单

见附录F

4　设计结论、运行结果、设计体会及建议

4.1设计课题的设计结论及使用说明

程序编写完成后，用keil调试后显示程序0错误0警告，表明程序无语法类错误。

下载程序到单片机后，通过按不同的键，数码管正确显示其对应的台号，并且在倒计时30秒内按下键，都会相应的有蜂鸣器报警和指示灯的点亮，达到了此次课程设计的要求。

4.2设计课题的仿真结果

课程设计的仿真主要是通过keil进行编译和调试，生成hex文件，再通过proteus进行仿真。

单片机上电后，系统显示P.，如图6所示；选手违规抢答时，显示违规台号，如图7所示；主持人按开始键之后，倒计时30秒，如图8所示；选手正常抢答时，显示台号和倒计时，如图9所示。

图6　上电显示P.

图7　选手违规抢答显示选手台号

图8　主持人按开始键后，倒计时30秒

图9　选手正常抢答，显示台号和倒计时

4.3设计体会

单片机课程设计总算圆满结束了。

在整个的课程设计当中，发现自己是收获挺多的。

不管是对单片机这本教科书的整体复习，还是对整个程序的编写过程，自己都是收获颇多。

本次课程设计是次对单片机综合知识的检验，整个抢答器课题的设计主要的难点在于将程序思路理解的清晰。

因为本次课程设计的程序存在多次的跳转和对不同情况的处理，它增加了程序理清的难度。

我觉得本次课程设计的程序主要难点在于正常抢答监控程序中返回主函数时几个辅助跳转的设置，也正是有这几个跳转，程序才成功的跳转到对应选手的正常抢答程序中去；其次我认为是正常抢答监控程序中循环次数的设置，这些设置让数码管倒计时的显示变得如此成功。

通过这次课程设计，让我对自己所学的单片机有了更深的了解，感触挺大的倒是王老师在实验室里说的一句话“知识，应当要学以致用”。

因为在整个课程设计当中，有很多不熟悉地方，也遇上了许多问题和挑战，好在没有轻易放弃，通过自己努力上网查找资料，查找老师课堂笔记及同学帮助一步步走了过来。

总的来说，这次课程设计告诉我遇到困难不要轻易放弃，多多提高自己思考和解决问题的能力，应该学会利用所学理论知识结合实际对问题进行分析和解决。

只有不放弃，才有可能取得最后的成功。

4.4教学建议

王老师上课一直很严格的要求我们，这是我这学期课上下来的一点感触。

可是反观自己一学期下来，我不光只学了单片机还学了很多其他东西，像visio作图，AutoCAD软件，proteus软件,虽然刚开始接触这些软件的时候有那么点困难和不自在，但是最后不得不承认，王老师要求了，我们也必须严格要求自己去接触到这些对我们有用的软件。

我很幸运，因为王老师的严格要求我学到了许多。

王老师喜欢将理论教学与生活实际相结合的教学方式，我很喜欢。

学习中断程序时，怕我们难以理解特意形象的举出生活中的例子，从而理解的更加容易。

最后，我也对王老师教学提出点建议，就是希望王老师在今后授课中能给学生们带去更多与单片机知识很形象的生活例子，让学生学得更加开心更加简单。

结束语

这次的课程设计，让我不可避免的遇到许多问题，但我很高兴能够在老师和同学的帮助下，最后通过自己的努力解决了问题，从而让我我学到了许多。

抢答器的设计，夹带着严密的逻辑，这就要求我们在设计之前思考好到底通过什么实现判断选手的违规与否，或谁在不违规情况下谁最先答题，这个课题对我们单片机所学知识有了很好的综合应用。

回顾起此次课程设计，感触的确蛮多的。

在准备的日子里，可以说遇到过很多问题，好在自己不放弃，不断的上网查找资料进行学习研究，请教同学。

在一个个问题都得到了解决的时候学到了很多东西和小小满足感。

通过这次设计使我体会很深的是要学以致用，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，提高自己的实际动手能力和独立思考的能力，才能更好的解决处理问题。

只要自己在面对困难时，更多一点的坚持和努力，事情总会朝着变得更好方向去的。

致谢

对于这次课程设计的顺利完成，我首先要感谢王韧老师。

是他平时对我们的课堂教学的严谨，实验课的多面要求加深了我对AT89S52、独立式键盘、数码管显示等相关的知识的理解，王老师严谨的治学态度、崇高的敬业精神和为人师表的风范，让我受益匪浅。

在此，谨向王老师表示我最衷心的感谢。

同时，在我的课程设计作品的制作过程中,得到的班里许多的同学的热情的帮助。

此外，在程序的编写的过程遇到许多的不解的困难时，有其他专业的同学也给我提供了细致的解答，因为有他们每一个人的帮助，我的单片机课程设计得以顺利的完成。

在此，我对于在我的课程设计和制作的过程中给予我帮助的每一个人表示由衷的感谢。

参考文献

[1]李广弟.单片机基础[M],北京:

北京航空航天大学出版社，2007

LiGuangdi.microcontrol