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抢答器
单片机技术课程设计说明书
抢答器
系、部：
学生姓名：
指导教师：
职称
专业：
班级：
完成时间：
2010-12-26
摘要
在竞赛、文体娱乐活动（抢答活动）中，抢答器能准确、公正、直观地判断出抢答者，具有很广泛的应用，因此设计抢答器很有必要。
本项目主要阐述了以AT89S52单片机作为核心器件，采用模块化布局，设计的一个抢答器，通过数码管显示指示出第一抢答者。
本项目利用单片机的内部定时器溢出产生中断来实现定时。
采用汇编和C语言进行软件编程，用keil软件进行调试，proteus软件进行仿真。
最后把调试成功后的程序烧写到AT89S52单片机中，通电运行。
抢答器正常工作时能指示出第一抢答者，并对违规操作进行报警。
本项目设计的抢答器能很好的完成设计任务，但本人认为这个设计并不具备推广应用价值，因为这个设计的硬件电路花费比较大，设计的项目性价比不是很高，不是很适合推广。
关键词：
抢答器；单片机；数码管显示；报警
ABSTRACT
Atthecompetition,stylisticentertainmentactivities（scare-answeringactivities）,viestoanswerfirstdevicecanaccurately,justiceandintuitivetodiagnosevies,whohasawiderangeofapplications,thereforedesigncontestisverybenecessary.TheprojectmainlyelaboratedbyAT89S52SCMasthecoredevice,modularlayout,thedesignofaviestoimplement,throughdigitalpipedisplayindicatesthatthefirstvies.Theprojectofthemicrocontrollertimerinterruptinternaltoachievetimingoverflowproduce.UsingassemblyandClanguagekeilsoftwarewithsoftwareprogramming,debugging,proteussoftwaresimulation.FinallythedebuggingafterthesuccessoftheprogramburnwroteAT89S52SCM,electrifyoperation.Viestoimplementduringnormalworkingcanindicatethefirstviesvictim,andtoviolatecompassesoperationforalarm.Thisprojectdesigncontestdevicecanbeaverygoodcompletedthedesigntask,ButIthinkthatthisdesigndoesnotpossesspopularizationvalue,becausethisdesignofhardwarecircuitcostislarger,designprojectpriceisnotveryhigh,isnotverysuitableforpromotion.
Keywords:
Scare-answeringmanometers;MCU;Digitaltubedisplay;alarm
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…………………………………………………7
3.2各模块功能简要介绍………………………………………………………7
3.3程序的流程框图……………………………………………………………7
3.4程序清单……………………………………………………………………11
4抢答器的设计结论、仿真结果和教学建议……………………………………12
4.1设计结论和使用说明………………………………………………………12
4.2仿真结果……………………………………………………………………12
4.3设计体会……………………………………………………………………13
4.4教学建议……………………………………………………………………14
参考文献……………………………………………………………………………15
致谢…………………………………………………………………………………16
附录…………………………………………………………………………………17
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简要介绍
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图和元器件布局图
Protel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
致谢
在这里我要感谢王老师这段时间对我的悉心教诲，这段时间我确实学到了很多实用的知识，同时经过不断的实践操作，我也加深了对理论的理解。
在学习和实践过程中我要感谢王老师和同学对我提出的问题耐心的讲解，也很感谢他们对我的帮助！
附录1
附录2
附录3
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
升级会员 