基于单片机实现的抢答器设计毕业设计.docx

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基于单片机实现的抢答器设计毕业设计

任务书

课程设计题目：

《单片机基础》课程设计

课程设计目的：

1.使学生增进对单片机的感性认识，加深对单片机理论方面的理解。

2.使学生掌握单片机的内部功能模块的应用，如定时器、计数器、中断、片内外存储器、I/O等。

3.使学生了解和掌握单片机应用系统的软硬件设计过程、方法及实现，为以后设计和实现单片机应用系统打下良好基础。

课程设计（论文）专题部分

题目：

单片机控制的智能抢答器设计

基本内容：

用AT89C51单片机控制的智能抢答器，并使其具有倒计时、验键、违规显示等功能。

学生接受课程设计（论文）题目日期

第16周

指导教师签字：

2010年月日

摘要

随着电子技术的飞速发展，基于单片机的控制系统已广泛应用与工业、农业、电力、智能楼宇等行业，微型计算机作为嵌入式控制系统的主题与核心，代替了传统的控制系统的常规电子线路。

同时楼宇智能化的发展与成熟，也为单片机的照明控制系统的普及与应用奠定了坚实的基础。

本设计主要介绍了用单片机实现的智能抢答器的硬件结构和设计方法，系统介绍了它的硬件构成和软件工作过程，系统以AT89C51为核心，主要采用中断控制系统，结合单片机的知识，实现系统的功能要求，设计过程中很好的将软件与硬件相结合，达到了产品设计的基本要求。

关键词：

单片机微型计算机软件智能AT89C51抢答器

任务书……………………………………………………ii

摘要……………………………………………………iii

第一节引言………………………………………………………………1

1.1智能抢答器的介绍…………………………………………1

1.2设计任务……………………………………………………2

第二节单片机简介……………………………………………2

2.18051单片机的主要性能……………………………………3

2.2信号引脚的介绍……………………………………………3

2.3信号引脚的第二功能………………………………………4

2.4引脚的第一、第二功能会不会混淆……………………………5

第三节设计方案的比较……………………………………………………6

3.1原始方案………………………………………………………………..6

3.2最终方案………………………………………………………………7

第四节硬件设计介绍……………………………………………………8

4.174LS47译码器……………………………………………………8

4.2LM358………………………………………………………………9

4.3硬件部分工作原理……………………………………………10

第五节软件设计介绍………………………………………………………12

5.1主程序流程图………………………………………………13

5.2INT0中断服务程序框图……………………………………14

5.3中断…………………………………………………………15

第六节结论………………………………………………………………20

参考文献…………………………………………………………………………20

附录………………………………………………………………………………21

单片机控制的智能抢答器设计

第一节引言

随着我国经济和文化事业的发展，在很多公开竞争场合要求有公正的竞争裁决，诸如证券、股票交易及各种智力竞赛等,因此出现了抢答器。

抢答器一般是由很多电路组成的，线路复杂，可靠性不高，功能也比较简单，特别是当抢答路数很多时，实现起来就更为困难。

因此我们设计了以单片机为核心的新型智能的抢答器，在保留了原始抢答器的基本功能的同时又增加一系列的实用功能并简化其电路结构。

抢答器又称为第一信号鉴别器，其主要应用于各种知识竞赛、文艺活动等场合。

传统普通抢答器主要存在以下缺陷：

（一）、在一次抢答过程中，当出现超前违规抢答时，只能处理违规抢答信号，而对没有违规的有效抢答信号不能进行处理，因而使该次抢答过程变为无效。

（二）、当有多个违规抢答时，普通抢答器或采用优先编码电路选择其中一个，或利用抢答电路电子元件的“竞争”选择其中一个。

对于后者由于抢答电路制作完毕后电子元件被固定。

各路抢答信号的“竞争”能力也被固定，因而本质上也有优先权。

普通抢答器存在不公平性。

（三）、当有多个违规抢答时，普通抢答器只能“抓住”其中一个而出现“漏洞”。

1.1智能抢答器的介绍

这是一种单片机控制的智能化抢答器，该抢答器可以克服普通抢答器存在的各种缺陷。

详细介绍了其硬件结构和设计方法。

本系统的功能是通过按下抢答键的按钮使单片机的相应的口线读入信号，经过处理后输出致7447显示所按下的键号。

本系统还具备了用概率的方法筛选第一有效抢答信号、显示超前违规抢答信号、以及可变的提示抢答的倒计时信号和按键自检等功能。

其中简述了单片机的特点和7447芯片的使用；概述中断系统的控制功能，并详细介绍了本系统软件的程序设计和步骤。

1.2本设计任务

任务：

以单片机为控制核心的智能型抢答器。

它对采样获得的各种抢答信号进行分析，识别超前违规信号。

并对它们进行处理，使每一次抢答过程都有效。

利用存储器记忆多个违规信号，克服“漏洞”现象。

当同时出现多个抢答信号时，利用程序软件随机选择其中一个十分公平并具有倒计时功能、验键、违规显示等功能。

第二节单片机简介

电子计算机的发展经历了从电子管、晶体管、集成电路到大规模集成电路共四个阶段，即通常所说的第一代、第二代、第三代和第四代计算机。

现在广泛使用的微型计算机是大规模集成电路技术发展的产物，因此它属于第四代计算机，而单片机则是微型计算机的一个分支。

从1971年微型计算机问世以来，由于实际应用的需要，微型计算机向着两个不同的方向发展：

一个是向着高速度、大容量、高性能的高档微机方向发展；而另一个则是向稳定可靠、体积小和价格廉的单片机方向发展。

但两者在原理和技术上是紧密联系的。

单片机因将其主要组成部分集成在一个芯片上而得名，具体说就是把中央处理器、随机存储器、只读存储器、中断系统、定时器/计数器以及I/O口电路等主要微型机部件，集成在一块芯片上。

虽然单片机只是一块芯片，但从功能和组成上，它已具有了计算机的属性，为此它称为单片微型机。

单片机有很多的特点，主要表现在：

体积小、功耗低、价格廉、控制功能强、应用现场环境恶劣等等。

本设计核心采用了AT89C51单片机。

80C51单片机系列是在MCS—51系列的基础上发展起来的，早期的80C51只是系列众多芯片中的一类，但是随着后来的发展，80C51已经形成独立的系列，并且成为当前8位单片机的典型代表。

80C51的芯片信号引脚和逻辑符号如图2—1。

80C51芯片为40引脚双列直插封装，单一的+5V电源，其引脚排列和逻辑结构如图2—1，它具有4个8位并行I/O口，以实现数据的并行输入/输出。

此外还有256单元的RAM和2个16位计数结构的定时器/计数器。

2.180C51的主要性能：

1、8位微处理器和控制器

2、内含一个一位布尔运算处理器，可直接对数据的位进行操作和运算，特别适用于逻辑控制。

3、内部含有4KB的程序ROM。

4、2个16位的计数/定时器。

5、内部时钟振荡器

6、全双工方式的串行接口（UART）

7、两极中断优先权的6个中断源/5个中断矢量的中断逻辑。

8、哈佛结构的存储器组织，支持高达64K为单周期指令，支持六种寻址方式。

9、最高时钟振荡频率可达12MHZ，大部分指令执行时间为1µs，乘、除指令为4µs。

2.2信号引脚介绍：

1、输入/输出口线

~口8位双向口线

~口8位双向口线

~口8位双向口线

~口8位双向口线

2、ALE地址锁存控制信号

在系统扩展时，ALE用于控制把口输出的底8位地址送入锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的分时传送。

此外由于ALE是以六分之一晶振频率的固定频率输出的正脉冲，因此可作为外部时钟或外部定时脉冲使用。

3、外部程序存储器读选通信号

在读外部ROM时有效（低电平），以实现外部ROM单元的读操作。

4、访问程序存储器控制信号

当信号为低电平时，对ROM的读操作限定在外部程序存储器；而当信号为高电平时，则对ROM的读操作是从内部程序存储器开始，并可延续至外部程序存储器。

5、RST复位信号

当输入的复位信号延续2个机器周期以上高电平时即为有效，用以完成单片机的复位操作。

6、XTAL1和XTAL2外接晶体引线端

当使用芯片内部时钟时，此二引线端用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。

7、VSS地线

8、VCC+5V电源

2.3信号引脚的第二功能

由于工艺及标准化等原因，芯片的引脚数目是有限的，例如MCS—51系列芯片引脚数目40条，但单片机为实现其功能所需要的信号数目却远远超过此数，因此就出现了供需矛盾，所以只能“复用”，即给一些信号引脚赋予双重功能。

1、常见的第二功能信号

（1）、口线的第二功能信号

的8条口线都定义有第二功能，详见下表2—1

表2—1口线的第二功能

（2）、EPROM存储器程序固化所需要的信号

有内部EPROM的单片机芯片（例如87C51），为写入程序需提供专门的编程脉冲和编程电源，它们也是由信号引脚以第二功能的形式提供的，即：

编程脉冲：

30脚（ALE/PROG）

编程电压（25V）：

31脚（/）

（3）、备用电源引入

MCS—51单片机的备用电源也是以信号引脚第二功能的方式由9脚（RST/VPD）引入的。

当电源发生故障，电压降低到下限值时，备用电源经此端向内部RAM提供电压，以保护内部RAM中的信息不丢失。

2.4引脚的第一、第二功能会不会混淆

（1）、对于各种型号的芯片，其引脚的第一功能信号是相同的，所不同的只在引用的第二功能信号上。

（2）、对于9、30和31各引脚，由于第一功能信号与第二功能信号是单片机在不同工作方式下的信号，因此不会发生使用上的矛盾。

（3）、口线的第二功能信号都是单片机的重要控制信号。

因此在实际使用时，总是先按需要优先选用它的第二功能，剩下不用的才作为口线使用。

引脚表现出的是单片机的外特性或硬件特性，在硬件方面用户只能使用引脚，即通过引脚组建系统。

因此熟悉引脚是单片机硬件学习的重要内容。

见图2—1

1图2—18051单片机芯片引脚图

第三节设计方案比较

3.1原始方案

其工作原理为主逻辑电路的工作原理介绍如下：

参看图3—1。

IC1为CD4532八输入优先权编码器，IC2为CD4042四D锁存器，IC3为CD4511七段译码驱动器，IC4为CD4514二一十六线译码器。

其作用是将八路按键的输入转化成三位二进制编码，同时由GS端指示编码的有效性。

没有键按下时GS为低电平、输出无效的000，反之GS高电平、此时的代码有效，如果为000则是0号键的代码。

之所以采用优先权编码器，是考虑如果有多个键真正的同时按下（时间上的差别微小到电路无法区分）时，稳定输出这几个键中优先权最高的键的代码。

电路的关键之处是对IC2四D锁存器的巧妙利用，其CP端与Q0相连。

由其功能表可知，无任何键按下时，IC1的GS端为0，故IC2的CP端为1，IC3的BI端为0，IC4的INH端为1，由于IC2的M模式控制端为1，而且各锁存器的输出跟随对应输入的变化，Q1—Q3为无效的000，IC2处于一个稳态；此时IC3处于消隐状态，数码管无任何显示，IC4处于输出禁止状态，L0—L7也全灭。

当AN0-AN7中有任何一个键按下时，IC1输出有效数据的同时其GS端变为1，该