单片机抢答器.docx
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单片机抢答器
单片机课程设计报告
题目：
多路抢答器的设计
专业：
电气工程及其自动化
班级：
电气081
学号：
3080421026
学生姓名：
贺瑾
指导教师：
王水鱼
2010年秋季学期
起止时间：
2010年12月27日至2011年1月7日
平时
（10%）
任务完成
（30%）
答辩
（30%）
课设报告
（30%）
总评成绩
目录
一、设计目的……………………………………………………………3
2、设计的主要内容要求………………………………………………3
三、整体设计……………………………………………………………3
3.1设计思路
3.2总体方框图
3.3模块介绍
四、硬件电路的设计……………………………………………………5
4.1硬件总体电路图
4.2硬件分块电路介绍
五、软件设计…………………………………………………………10
5.1主程序系统流程图
5.2系统程序
5.3定时分析
6、系统仿真及使用说明……………………………………………24
7、设计心得…………………………………………………………25
八、致谢………………………………………………………………26
九、参考文献…………………………………………………………26
多路抢答器的设计
一·设计目的
1.熟悉单片机控制系统，并了解系统设计的一般规律。
2.掌握PROTEUS软件的使用，学会仿真。
3.熟悉模拟用于娱乐或比赛抢答器的实现方法。
二·设计的主要内容和要求
1·设计一款八路抢答器；
2·设计一个抢答器控制开关（开始抢答后才允许答题者抢答），供主持人用;
3·数码管显示当前答题者号数；
4·答题开始后，数码管显示倒计时时间；
5·附加功能：
（1）抢答器具有锁存与显示功能。
即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。
选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。
（2）抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如10秒）。
当主持人启动"开始"键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5秒左右。
主持人可以控制抢答的开始和结束，若主持人没有按开始按钮选手抢答，则会显示犯规选手号，在时间显示数码管中显示FF，并报警，直到主持人选择停止。
如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示FFF
（3）参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。
（4）主持人可以调整抢答倒计时时间和答题倒计时时间，以停止按钮为确定。
三·整体设计
3·1设计思路
设计一个智力竞赛抢答器，可同时供8名选手或者8个代表队参加比赛，他们的编号分别为1,2,3,4,5,6,7,8,各用一个抢答器按钮,按钮的编号与选手的编号相对应,分别设为1,2,3,4,5,6,7,8。
节目主持人设置一个开始控制开关，用来控制系统的清零和抢答器的开始。
并且抢答器具有数据锁存和显示的功能，抢答开始手，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在LED数码管上显示出选手的编号，同时蜂鸣器给出音响提示，此外，要封锁输入电路，禁止其他选手抢答，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。
主持人按控制开始，开始抢答倒计时，在此期间选手可以抢答，抢答成功后开始答题倒计时，若在抢答倒计时期间无人抢答，则表示弃权，此题作废，主持人开始下一道题目。
若在主持人没有按下开始按钮时有选手抢答，则显示选手号，在时间显示栏显示FF，报警，表示该选手犯规。
由主持人停止报警，开始下一题。
抢答倒计时以及答题倒计时都可以由主持人控制和调节，当按下停止按钮时，表示确定设置。
3.2总体方框图
AT
3.3模块介绍
由于是软件仿真的多路抢答器，故在原理上比较简单。
主要由外部复位控制电路，抢答电路，AT89C51控制电路，显示电路以及主持人控制电路和报警电路五大模块构成。
由于系统内部有时钟控制，所以可以省去外部振荡源电路，时钟由内部控制发生。
外部复位控制电路，可以手动操作，来从硬件上实现对整个电路的复位控制，实现系统的初始化。
通过抢答电路，八位选手可以进行对题目的抢答，先抢答的选手获得答题权，此时其他选手没有抢答权。
AT89C51控制电路是整个电路的核心，它控制着整个电路的工作，内部时钟提供整个工作的时钟，内部定时器实现对抢答倒计时和答题倒计时的控制，通过管脚的选择，选择不同的功能来控制其他模块电路的工作。
显示电路用的是共阴极的多位数码管，第一位用来显示选手的号码，后两位来显示倒计时时间的变化。
主持人控制电路，可以通过手动来控制抢答的开始及结束，还可以实现对抢答倒计时时间和答题倒计时时间的调整。
当发生错误或者抢答成功以及倒计时时间在五秒之内的时候，报警电路会工作，发出蜂鸣声。
四·硬件电路的设计
4.1硬件总体电路图
在整个电路中，用到了以下元器件：
开关按钮BUTTON：
15个：
电阻10K：
8个；
四位共阴极数码显示管：
1个；
扬声器SREAKER：
1个；
AT89C51单片机：
1个。
其工作原理为：
接通电源后，主持人将开关拨到“清除”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置，“开始”状态，宣布“开始”抢答器工作,倒计时开始。
扬声器给出声响提示。
抢答器完成：
优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。
当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答。
如果再次抢答必须由主持人再次操作“开始、停止”状态开关。
若有选手在主持人没有按下开始按钮时进行了抢答，则会出现犯规提示。
而且主持可以灵活调节抢答倒计时时间和答题倒计时时间。
4.2硬件分块电路介绍
4.2.1复位电路
单片机的第9脚RST为硬件复位端,只要将该端持续4个机器周期的高电平即可实现复位,复位后单片机的各状态都恢复到初始化状态，其电路图如图
值得注意的是,在设计当中使用到了硬件复位和软件复位两种功能,由上面的硬件复位后的各状态可知寄存器及存储器的值都恢复到了初始值,而前面的功能介绍中提到了倒计时时间的记忆功能,该功能的实现的前提条件就是不能对单片机进行硬件复位,所以设定了软复位功能。
软复位实际上就是当程序执行完毕之后,将程序指针通过一条跳转指令让它跳转到程序执行的起始地址。
4.2.2显示电路
显示功能与硬件关系极大，当硬件固定后，如何在不引起操作者误解的前提下提供尽可能丰富的信息，全靠软件来解决。
复位时，数码管显示FFF,数码管的第一位显示的是抢答选手的号数，数码管的最后两位显示的是倒计时的时间。
当出现犯规操作的时候，数码管闪烁。
4.2.3键盘扫描电路
键盘扫描电路主要有八个按钮来实现，每一个按钮对应着相应的选手，号码对应。
选手按下按钮，实现抢答。
键盘扫描电路可以实现优先抢答和锁存，锁存第一个按下抢答按钮的选手号，这样，其他选手在有选手抢答成功的情况下没有抢答权利。
键盘是人与微机系统打交道的主要设备。
关于键盘硬件电路的设计方法也可以在文献和书籍中找到，配合各种不同的硬件电路，这些书籍中一般也提供了相应的键盘扫描程序。
站在系统监控软件设计的立场上来看，仅仅完成键盘扫描，读取当前时刻的键盘状态是不够的，还有不少问题需要妥善解决，否则，人们在操作键盘就容易引起误操作和操作失控现象。
在单片机应用中键盘用得最多的形式是独立键盘及矩阵键盘。
它们各有自己的特点，其中独立键盘硬件电路简单，而且在程序设计上也不复杂，一般用在对硬件电路要求不高的简单电路中；矩阵键盘与独立键盘有很大区别，首先在硬件电路上它要比独立键盘复杂得多，而且在程序算法上比它要烦琐，但它在节省端口资源上有优势得多，因此它更适合于多按键电路。
其次就是消除在按键过程中产生的“毛刺”现象。
4.2.4发声电路
我们知道，声音的频谱范围约在几十到几千赫兹，若能利用程序来控制单片机某个口线的“高”电平或低电平，则在该口线上就能产生一定频率的矩形波，接上喇叭就能发出一定频率的声音，若再利用延时程序控制“高”“低”电平的持续时间，就能改变输出频率，从而改变音调，使喇叭发出不同的声音。
发声电路在抢答成功的时候,选手非法抢答的时候，倒计时时间在五秒之内的时候，都会发出声音来提示主持人和选手。
4.2.5系统复位
使CPU进入初始状态，从0000H地址开始执行程序的过程叫系统复位。
从实现系统复位的方法来看，系统复位可分为硬件复位和软件复位。
硬件复位必须通过CPU外部的硬件电路给CPU的RESET端加上足够时间的高电位才能实现。
上电复位，人工按钮复位和硬件看门狗复位均为硬件复位。
硬件复位后，各专用寄存器的状态均被初始化，且对片内通用寄存器的内容没有影响。
但是，硬件复位还能自动清除中断激活标志，使中断系统能够正常工作，这样一个事实却容易为不少编码人员所忽视。
软件复位就是用一系列指令来模拟硬件复位功能，最后通过转移指令使程序从0000H地址开始执行。
对各专用寄存器的复位操作是容易的，也没有必要完全模拟，可根据实际需要去主程序初始化过程中完成。
而对中断激活标志的清除工作常被遗忘，因为它没有明确的位地址可供编程。
有的编程人员用020000（LJMP0000H）作为软件陷阱，认为直接转向0000H地址就完成了软件复位，就是这类错误的典型代表。
软件复位是使用软件陷阱和软件看门狗后必须进行的工作，这时程序出错完全有可能发生在中断子程序中，中断激活标志已置位，它将阻止同级中断响应。
由于软件看门是高级中断，它将阻止说要中断响应，由此可见清除中断激活标志的重要性。
在所有的指令中，只有RETI指令能够清除中断激活标志。
前文各处提案到的出错处理程序ERR主要完成这一功能，其他的善后工作交由复位后的系统去完成。
这部分程序如下：
POWERDATA67H；上电标志存放单元
ERR:
CLREA；关中断
MOVDPTR,#ERR1；准备返回地址
PUSHDPL
PUSHDPH
RETI；清除高级中断激活标志
ERR1:
MOVPOWER,#0AAH；重建上电标志
CLRA；准备复位地址
PUSHACC；压入复位地址0000H
RETI；清除低级中断激活标志，从程序0000H开始执行。
这段程序先关中断，以便后续处理能顺利进行，然后用两个RETI指令代替两个LJMP指令，从而清除了两级中断激活标志。
有相应软件陷阱捕捉来的程序可能没有全部激活两个标志，这也无妨。
五·软件设计
5.1主程序系统流程图
NY
YN
NYN
5.2系统程序
;============================================================
;================单片机八路抢答器程序=====================
;============================================================
OKEQU20H;抢答开始标志位
RINGEQU22H;响铃标志位
ORG0000H
AJMPMAIN
ORG0003H
AJMPINT0SUB
ORG000BH
AJMPT0INT
ORG0013H
AJMPINT1SUB
ORG001BH
AJMPT1INT
ORG0040H
MAIN:
MOVR1,#0AH;初设抢答时间为10s
MOVR2,#1EH;初设答题时间为30s
MOVTMOD,#11H;设置未定时器/模式1
MOVTH0,#0F0H
MOVTL0,#0FFH;越高发声频率越高,越尖;0.3841S
MOVTH1,#3CH
MOVTL1,#0B0H;50ms为一次溢出中断
SETBEA;CPU中断允许
SETBET0;T0中断允许
SETBET1
SETBEX0;外部中断允许
SETBEX1;允许四个中断,T0/T1/INT0/INT1
CLROK
CLRRING
SETBTR1
SETBTR0;一开始就运行定时器,以开始显示FFF.如果想重新计数,重置TH1/TL1就可以了
;=====查询程序=====
START:
MOVR5,#0BH
MOVR4,#0BH
MOVR3,#0BH
ACALLDISPLAY;未开始抢答时候显示FFF
JBP3.0,NEXT;P3.0=1时跳转
ACALLDELAY
JBP3.0,NEXT;去抖动,如果"开始键"按下就向下执行,否者跳到非法抢答查询
ACALLBARK;按键发声
MOVA,R1
MOVR6,A;送R1->R6,因为R1中保存了抢答时间
SETBOK;抢答标志位,用于COUNT只程序中判断是否查询抢答
MOVR7,#01H;读抢答键数据信号标志，这里表示只读一次有用信号
MOVR3,#0AH;抢答只显示计时,灭号数
AJMPCOUNT;进入倒计时程序,"查询有效抢答的程序"在COUNT里面
NEXT:
JNBP1.0,FALSE1
JNBP1.1,FALSE2
JNBP1.2,FALSE3
JNBP1.3,FALSE4
JNBP1.4,FALSE5
JNBP1.5,FALSE6
JNBP1.6,FALSE7
JNBP1.7,FALSE8
AJMPSTART;绝对转移
;=====非法抢答处理程序=====
FALSE1:
MOVR3,#01H
AJMPERROR
FALSE2:
MOVR3,#02H
AJMPERROR
FALSE3:
MOVR3,#03H
AJMPERROR
FALSE4:
MOVR3,#04H
AJMPERROR
FALSE5:
MOVR3,#05H
AJMPERROR
FALSE6:
MOVR3,#06H
AJMPERROR
FALSE7:
MOVR3,#07H
AJMPERROR
FALSE8:
MOVR3,#08H
AJMPERROR
;=====INT0（抢答时间R1调整程序）=====
INT0SUB:
MOVA,R1
MOVB,#0AH
DIVAB
MOVR5,A
MOVR4,B
MOVR3,#0AH
ACALLDISPLAY;先在两个时间LED上显示R1
JNBP3.4,INC0;P3.4为+1s键,如按下跳到INCO
JNBP3.5,DEC0;P3.5为-1s键,如按下跳到DECO
JNBP3.1,BACK0;P3.1为确定键,如按下跳到BACKO
AJMPINT0SUB
INC0:
MOVA,R1
CJNEA,#63H,ADD0;如果不是99,R2加1,如果加到99,R1就置0，重新加起。
MOVR1,#00H
ACALLDELAY1
AJMPINT0SUB
ADD0:
INCR1
ACALLDELAY1
AJMPINT0SUB
DEC0:
MOVA,R1
JZSETR1;如果R1为0,R1就置99，
DECR1
ACALLDELAY1
AJMPINT0SUB
SETR1:
MOVR1,#63H
ACALLDELAY1
AJMPINT0SUB
BACK0:
RETI
;=====INT1（回答时间R2调整程序）=====
INT1SUB:
MOVA,R2
MOVB,#0AH
DIVAB
MOVR5,A
MOVR4,B
MOVR3,#0AH
ACALLDISPLAY
JNBP3.4,INC1
JNBP3.5,DEC1
JNBP3.1,BACK1
AJMPINT1SUB
INC1:
MOVA,R2
CJNEA,#63H,ADD1
MOVR2,#00H
ACALLDELAY1
AJMPINT1SUB
ADD1:
INCR2
ACALLDELAY1
AJMPINT1SUB
DEC1:
MOVA,R2
JZSETR2
DECR2
ACALLDELAY1
AJMPINT1SUB
SETR2:
MOVR2,#63H
ACALLDELAY1
AJMPINT1SUB
BACK1:
RETI
;=====倒计时程序（抢答倒计时和回答倒计时都跳到改程序）=====
REPEAT:
MOVA,R2;使用锦囊时重新计时
MOVR6,A
CLRRING
COUNT:
MOVR0,#00H;重置定时器中断次数
MOVTH1,#3CH
MOVTL1,#0B0H;重置定时器
RECOUNT:
MOVA,R6;R6保存了倒计时的时间,之前先将抢答时间或回答时间给R6
MOVB,#0AH
DIVAB;除十分出个位/十位
MOV30H,A;十位存于（30H）
MOV31H,B;个位存于（31H）
MOVR5,30H;取十位
MOVR4,31H;取个位
MOVA,R6
SUBBA,#07H;
JNCLARGER;C=0跳转，大于5s跳到LARGER,小于等于5s会提醒
MOVA,R0
CJNEA,#0AH,FULL;1s中0.5s向下运行
CLRRING
AJMPCHECK
FULL:
CJNEA,#14H,CHECK;下面是1s的情况,响并显示号数并清R0,重新计
SETBRING
MOVA,R6
JZQUIT;计时完毕
MOVR0,#00H
DECR6;一秒标志减1
AJMPCHECK
LARGER:
MOVA,R0
CJNEA,#14H,CHECK;如果1s向下运行,否者跳到查"停/显示"
DECR6;计时一秒R6自动减1
MOVR0,#00H
CHECK:
JNBP3.1,QUIT;如按下停止键退出
JNBOK,CHECKK;只在回答倒计时才有效
AJMPNEXTT
CHECKK:
JNBP3.0,REPEAT;判断是否使用锦囊
NEXTT:
ACALLDISPLAY
JBOK,ACCOUT;如果是抢答倒计时,如是则查询抢答,否者跳过查询继续倒数（这里起到锁抢答作用）
AJMPRECOUNT
ACCOUT:
MOVA,36H
JNBACC.0,TRUE1
JNBACC.1,TRUE2
JNBACC.2,TRUE3
JNBACC.3,TRUE4
JNBACC.4,TRUE5
JNBACC.5,TRUE6
JNBACC.6,TZ1
JNBACC.7,TZ2
AJMPRECOUNT
TZ1:
JMPTRUE7
TZ2:
JMPTRUE8
QUIT:
CLROK;如果按下了"停止键"执行的程序
CLRRING
AJMPSTART
;=====正常抢答处理程序=====
TRUE1:
ACALLBARK
MOVA,R2
MOVR6,A;抢答时间R2送R6
MOVR3,#01H
CLROK;因为答题的计时不再查询抢答,所以就锁了抢答
AJMPCOUNT
TRUE2:
ACALLBARK
MOVA,R2
MOVR6,A
MOVR3,#02H
CLROK
AJMPCOUNT
TRUE3:
ACALLBARK
MOVA,R2
MOVR6,A
MOVR3,#03H
CLROK
AJMPCOUNT
TRUE4:
ACALLBARK
MOVA,R2
MOVR6,A
MOVR3,#04H
CLROK
AJMPCOUNT
TRUE5:
ACALLBARK
MOVA,R2
MOVR6,A
MOVR3,#05H
CLROK
AJMPCOUNT
TRUE6:
ACALLBARK
MOVA,R2
MOVR6,A
MOVR3,#06H
CLROK
AJMPCOUNT
TRUE7:
ACALLBARK
MOVA,R2
MOVR6,A
MOVR3,#07H
CLROK
AJMPCOUNT
TRUE8:
ACALLBARK
MOVA,R2
MOVR6,A
MOVR3,#08H
CLROK
AJMPCOUNT
;=====犯规抢答程序=====
ERROR:
MOVR0,#00H
MOVTH1,#3CH
MOVTL1,#0B0H
MOV34H,R3;犯规号数暂存与（34H）
HERE:
MOVA,R0
CJNEA,#06H,FLASH;累加器内容和立即数不等时跳转，0.5s向下运行->灭并停响
CLRRING
MOVR3,#0AH
MOVR4,#0AH
MOVR5,#0AH;三灯全灭
AJMPCHECK1
FLASH:
CJNEA,#0CH,CHECK1;下面是0.8s的情况,响并显示号数并清R0,重新计
SETBRING;报警
MOVR0,#00H
MOVR3,34H;取回号数
MOVR5,#0BH
MOVR4,#0BH;显示FF和号数
AJMPCHECK1
CHECK1:
JNBP3.1,QUIT1;停止未按下时跳转
ACALLDISPLAY
AJMPHERE
QUIT1:
CLRRING
CLROK
AJMPSTART
;=====显示程序=====
DISPLAY:
MOVDPTR,#DAT1;查表显示程序,利用P0口做段选码口输出/P2低三位做位选码输出,
MOVA,R3
MOVCA,@A+DPTR
MOVP2,#0FEH
MOVP0,A
ACALLDELAY2
MOVDPTR,#DAT2
MOVA,R5
MOVCA,@A+DPTR
MOVP2,#0fdH
MOVP0,A
ACALLDELAY2
MOVA,R4
MOVCA,@A+DPTR
MOVP2,#0fbH
MOVP0,A
ACALLDELAY2
RET
DAT1:
DB00h,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H
;"灭","1","2","3"
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