八路抢答器设计.docx
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八路抢答器设计
基于C51单片机的抢答器的设计
1引言2
1.80C51单片机基本工作原理3
2.51单片机外部引脚说明5
3.RST引脚7
451单片机定时/计数器基础7
2.八路抢答器的设计12
1设计要求12
2.2硬件电路图12
2.3编程和调试14
3．心得体会与总结25
3.1心得体会25
3.2从八路抢答器可以看80C51要如下特点：
26
4.参考文献26
基于C51单片机的抢答器的设计
学生姓名：
刘义冬指导老师：
周克辉
摘要本课程设计进行了C51单片机的抢答器的设计，首先介绍了抢答器的特点，其次详细分析了其原理，以8路抢答器为例，进行了抢答器电路的设计，最后在C51开发板平台上进行了软件实现，结果达到了抢答器的目标。
本次课程设计的系统开发平台为WindowsXP，课程设计软件采用的是KeiluVision2、AltiumDesigner6。
关键词仿傎；89C51；中断；定时
1引言
本次课程设计主要是解决在C51开发板平台上的抢答器的设计，加深对单片机应用的了解。
由于C51开发板平台已经为我们提供了基本的模块，所以不必设计单独模块的电路，但这要求我们要非常熟悉KeiluVision2环境。
随着生活水平的提高，大家为对智力游戏公平起见,以及在时间上争分夺秒，所以对设计的电路要求大大提高，使生活越来越充满了色彩。
1.80C51单片机基本工作原理
51单片机的内部结构框图如上图所示。
51单片机组成结构中包含运算器、控制器、片内存储器、4个I/O口、串行口、定时器/计数器、中断系统、振荡器等功能部件。
1）I/O端口
PORT0DRIVERS，PORT0LATCH端口0驱动器与锁存器
PORT1DRIVERS，PORT1LATCH端口1驱动器与锁存器
PORT2DRIVERS，PORT2LATCH端口2驱动器与锁存器
PORT3DRIVERS，PORT3LATCH端口3驱动器与锁存器
通过这些端口，数据可以输出到单片机外，也可以从单片机外输入到单片机。
2）存储器
RAM，RAMADDRREGISTER片内随机存储器与随机存储器的地址寄存器，51单片机具有128字节的片内RAM，用于保存变量、中间运算结果等，部分RAM具有位寻址能力。
FLASH片内ROM，用于保存代码等片内ROM采用FLASH存储器构成，具有ISP功能，容量随型号不同而不同，对于AT89S51单片机，ROM容量为4k。
STACKPOINTER栈指针，堆栈是保存工作现场数据、地址、指令等的寄存器，栈指针用于指向堆栈的栈顶。
3）算术与逻辑运算
BREGISTER用于乘除等操作的寄存器，常作为运算的第2操作数。
ACC累加器，大部分单操作数指令均以ACC作为其操作数，多数双操作数指令也以累加器作为第一个操作数，通常操作结果也保存在累加器中。
TMP1、TMP2暂存器，用于暂时保存数据
ALU8位算术逻辑单元ALU，用于处理各种算术运算和逻辑运算，在12MHz时钟时，多数指令的执行时间为1μs。
PSW程序状态字，用于记录与控制程序运行的的相关信息，可以位寻址。
4）指令处理
PROGRAMADDRESSREGISTER程序地址存储器
BUFFER总线缓冲器
PCINCREMENTER程序计数器加1处理
PROGRAMCOUNTER保存下一条指令的16位地址寄存器，可寻址范围为64k。
DUALDPTR双数据指针，DPTR为两个8位缓存器（DPH和DPL）组成的16位缓存器，主要功能是存储16位地址，作为存取ROM和RAM的地址指针用，读写RAM用MOVX指令，读写ROM用MOVC指令。
5）时序控制与指令寄存
TIMINGANDCONTROL定时与控制单元
INSTRUCTIONREGISTER指令寄存器
WATCHDOG看门狗
OSC时钟振荡器，与外接晶体一起组成时钟振荡器
6）ISP部分
ISPPORTISP端口，通过该端口与PC通信，实现ISP
PROGRAMLOGIC编程逻辑，控制ISP操作
2.51单片机外部引脚说明
1）主电源引脚
VCC（40脚）：
接+5V电源正端。
VSS（20脚）：
接+5V电源地端。
电源电压范围是4~5.5V，最高电源电压为6.6V。
任何引脚对地的电压范围是－1V~7V。
2）外接晶体引脚
石英晶体与内部的反相器组成Pierce振荡器，接线如图1-2所示。
1-1
XTAL1（19脚）：
接外部石英晶体的一端，在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。
当采用外部时钟时，该引脚作为外部振荡信号的输入端。
XTAL2（18引脚）接外部石英晶体的另外一端。
在单片机内部，它是反相放大器的输出端。
1-2
3）输入/输出引脚
（1）P0口（P0.0~P0.7）引脚39~32：
具有漏极开路结构，作为输出端使用，需要外接上拉电阻（在作为I/O口使用时，T1管夹断）；
若作为输入端使用，需要先将“1”写入端口（使T2管夹断）；
P0口可作为地址总线（AB0-AB7），也可作为数据总线（DB0-DB7）；
P0可驱动8个LSTTL，其它P口可以驱动4个LSTLL。
（1个LSTTL负载为0.4mA）。
如1-3
1-3
3.RST引脚
该引脚为单片机的上电复位引脚，高电平有效。
当单片机电源电压达到单片机工作电压、同时单片机振荡器正常工作后，该引脚上必须持续两个机器周期的高电平，就可实现复位操作，使单片机恢复到初始状态。
如1-4
1-4
451单片机定时/计数器基础
51单片机内有两个16位定时/计数器，它们具有四种工作方式，其控制字和状态均在相应的特殊功能寄存器中，通过对控制寄存器的编程，就可方便地选择适当的/定时计数工作方式。
1.4.1定时器T0由计数器TL0（低8位）和TH0（高8位）构成，定时器T1由计数器TL1（低8位）和TH1（高8位）构成。
特殊功能寄存器TMOD控制定时寄存器的工作方式，TCON则用于控制定时器T0和T1的启动和停止计数，同时管理定时器T0和T1的溢出标志。
为使定时/计数器满足程序需要，程序开始时需对TL0、TH0、TL1和TH1进行初始化编程，以确定它们的工作方式并控制T0和T1如何工作。
框图如1-8
1-8
1）定时/计数器的方式控制寄存器TMOD，字节地址为89H，其格式如下：
GATE位：
GATE=1时，INT0引脚控制计数器0的时钟端，INT1控制计数器1的时钟端，这时，外中断引脚的高电平将引起计数器计数，计数器所计数值乘以计数时钟周期就是外中断引脚高电平的时间。
GATE=0时，计数器时钟不受外部中断引脚控制。
C/T位：
C/T=0时，计数器时钟脉冲来自经过12分频的晶体振荡器，因此时钟周期与机器周期相同。
计数器的计数值乘以时钟周期就是时间，所以C/T=0时为定时工作模式。
C/T=1时，计数器时钟脉冲来自外引脚P3_4（T0）或是P3_5（T1），在外引脚的下降沿，计数器计数，允许计数频率为晶体频率的1/24。
所以C/T=1时为计数工作模式。
M1、M0位：
是4种工作方式选择位：
2）定时器控制寄存器TCON，字节地址为88H，位地址为88H—8FH，其格式如下：
TF1位：
T1计数器溢出标志位
TF1=1时，说明计数器发生溢出，向CPU申请中断，该位在响应中断后，自动清零。
TF1=0时，说明计数器未发生溢出。
TR1位：
T1计数器激活位，软件置“1”或清“0”
TR1=1时，使计数器计数
TR1=0时，禁止计数器计数
TF0位：
T0计数器溢出标志位
TF0=1时，说明计数器发生溢出，向CPU申请中断，该位在响应中断后，自动清零。
TF0=0时，说明计数器未发生溢出。
TR0位：
T0计数器激活位，软件置“1”或清“0”
TR0=1时，使计数器计数
TR0=0时，禁止计数器计数
3）TR1、GATE1和INT1三个变量之间的关系
如1-9所示的是计数器时钟端控制信号CONTROL的逻辑图，按照该逻辑图可以得到时钟端控制信号CONTROL的逻辑表达式为：
由该表达式可以知道，TR1=1同时GATE=0时，或是TR1=1同时INT1=1时，CONTROL=1，计数器的时钟端连接时钟信号或是外输入信号T1，可以计数。
1-9
1）工作方式1
定时/计数器1的工作方式1逻辑框图如图1-9所示（定时/计数器0与定时/计数器1的情况完全一致），这时定时/计数器1为13位计数器，由TH1的全部8位和TL1的低8位构成。
定时工作模式（C/T=0）：
多路开关连接时钟脉冲的12分频输出，16位计数器进行计数。
计数工作模式（C/T=1）
多路开关接通外计数引脚（T1），当外计数脉冲发生负向跳变时，计数器加1。
当TL的低8位溢出时，都会向TH进位，而全部16位计数器溢出时，则会使计数器溢出标志位TF1=1。
如1-10。
1-10
若C/T=0同时TR1=1：
若是GATE=0，则计数器对单片机时钟计数，由于时钟周期为已知，则计数值乘以时钟周期就是定时时间，也就是GATE=0期间的时间。
若是GATE=1，则信号控制计数器，在INT1=1时计数器计数，因为时钟周期已知，所以计数器的数值乘以时钟周期就是定时时间，也就是INT1=1期间的时间。
若C/T=1同时TR1=1：
若是GATE=0，则计数器对外引脚T1输入的脉冲计数，计数值是GATE=0期间的外输入脉冲数。
若是GATE=1，则信号控制计数器，在INT1=1时计数器计数，计数值INT1=1期间的外输入脉冲数。
TF1是定时/计数器的溢出标志位，溢出时TF1=1，TF1溢出中断被CPU响应时，转入中断服务时由硬件清“0”，但也可由软件查询和清“0”。
当GATE=0时，定时器/计数器的启动或停止由TR1控制，只要用软件置TR1=1，定时/计数器就开始工作；置TR1=0，定时/计数器停止工作。
当GATE=1，同时TR1=1时，定时器/计数器的启动或停止还可以由INT1控制，中断输入引脚INT1控制定时器/计数器是否工作，当INT1=1时，开始定时，INT0=0时停止定时。
定时/计数器的时钟源由C/T选择，当C/T=0时，选择时钟源，C/T=1时选择外引脚P3.4。
2.八路抢答器的设计
1设计要求
功能如下所要求：
1抢答器同时供8名选手比赛，分别用8个按钮S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7,S8表示。
2设置一个系统清除和抢答控制开关S9,S10，该开关由主持人控制。
3抢答器判断选手和显示功能。
即选手按动按钮，并在数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示，同时其它选在按下按钮无效，抢答选手的编号一直保存到主持人件系统清除为止。
4抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答时间由主持人设定（如30秒）。
当主持人启动”开始”按键后，计时器进行减计时，同时当小于5s时峰鸣器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5秒左右。
5参赛选手在设定（60s）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器的时间，并保持到主持人将系统清除为止;如果选手在设定的时间内没有回答正确本次抢答无效，同时当小于5s时峰鸣器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5秒左右。
6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，定时器显示00。
2.2硬件电路图
由设计要求可以道要有八个输入信号、一个启动信号和一个复位信号。
同时要显示还需要三位七段LED进行显示选手号码和时间，还有报警需要一个峰鸣器，因单片机的输出口驱动能力是有限的，所以要加4PNP开关三极管做驱动电路（单片机一上电所要I/O输出都是高电平如果用NPN管相应一些电路会动作），在设计时要注意P0要接上拉电阻。
要想单片机正常工作需要满足三个条件：
1）提供电源，本电路图的电源由USB电源直接提给；2）复位电路；3）石英晶振起振产生所需要的频率。
电路图如下。
2.3编程和调试
流程图
1）根据流程图和硬件电路可以编写程序和下：
#defineuintunsignedint
ucharcodetalbe[]={
0x3F,0x06,0x5B,0x4F,
0x66,0x6D,0x7D,0x07,
0x7F,0x6F,0x00,0x7C,
0x39,0x5E,0x79,0x71};
ucharaa,sum,shi,ge,ok,haoma;
sbitdula=P2^0;
sbitwela=P2^1;
sbitstart=P3^4;
sbits1=P1^0;
sbits2=P1^1;
sbits3=P1^2;
sbits4=P1^3;
sbits5=P1^4;
sbits6=P1^5;
sbits7=P1^6;
sbits8=P1^7;
sbittemp=P2^7;
sbitret=P3^5;
//延时程序
voiddelay（uintz）
{
uintx,y;
for（x=110;x>0;x--）
for（y=z;y>0;y--）;
}
//初始化程序
voidinit（）
{
TMOD=0x01;
TL0=（65536-50000）%256;
TH0=（65536-50000）/256;
EA=1;
ET0=1;
//TR0=1;
sum=30;
ok=1;
haoma=10;
}
//显示程序
voiddisp（）
{
shi=sum/10;
ge=sum%10;
wela=1;
P0=0xfd;
wela=0;
P0=0xff;
dula=1;
P0=talbe[ge];
dula=0;
delay（3）;
wela=1;
P0=0xfe;
wela=0;
P0=0xff;
dula=1;
P0=talbe[shi];
dula=0;
delay（3）;
wela=1;
P0=0x7f;
wela=0;
P0=0xff;
dula=1;
P0=talbe[haoma];
dula=0;
delay（3）;
}
//键盘扫描程序
voidkey（）
{
if（start==0）
{
delay（10）;
if（start==0）
{
TR0=1;
while（start==0）;
templay（）;
ok=0;
}
}
if（ok==0）
{
if（s1==0）
{
templay（）;
haoma=1;
TR0=0;
sum=60;
TR0=1;
ok=1;
}
}
if（ok==0）
{
if（s2==0）
{
templay（）;
haoma=2;
TR0=0;
sum=60;
TR0=1;
ok=1;
}
}
if（ok==0）
{
if（s3==0）
{
templay（）;
haoma=1;
TR0=0;
sum=60;
TR0=1;
ok=1;
}
}
if（ok==0）
{
if（s4==0）
{
templay（）;
haoma=2;
TR0=0;
sum=60;
TR0=1;
ok=1;
}
}
if（ok==0）
{
if（s5==0）
{
templay（）;
haoma=1;
TR0=0;
sum=60;
TR0=1;
ok=1;
}
}
if（ok==0）
{
if（s6==0）
{
templay（）;
haoma=2;
TR0=0;
sum=60;
TR0=1;
ok=1;
}
}
if（ok==0）
{
if（s7==0）
{
templay（）;
haoma=1;
TR0=0;
sum=60;
TR0=1;
ok=1;
}
}
if（ok==0）
{
if（s8==0）
{
templay（）;
haoma=2;
TR0=0;
sum=60;
TR0=1;
ok=1;
}
}
if（ret==0）
{
templay（）;
TR0=0;
sum=0;
haoma=10;
}
}
//峰鸣器程序
voidtemplay（）
{
temp=0;
delay（20）;
temp=1;
}
//定时器/计数器0中断服务程序
voidtime0（）interrupt1
{
TL0=（65536-50000）%256;
TH0=（65536-50000）/256;
aa++;
}
//主程序
voidmain（）
{
init（）;
while
（1）
{
if（aa==20）
{
aa=0;
sum--;
}
if（sum==0）
{
sum=0;
TR0=0;
}
if（sum==5）
{
templay（）;
}
disp（）;
key（）;
}
}
2）调试与分析：
秒表程序时要满足下列条件：
（1）设定初值；
（2）开中断（总中断和定时器中断）
（3）开计数器；
（4）设定初值；
在设计定时器程序时，往往都是忘记开计数器和中断，走的程序总是走，还有时间不准确是由于初值没有设定正确所倒至。
倒计时程序是在秒表程序的改进，只要给设定倒计时时间，它就会自动每到一秒减一。
在倒时程序中最容易出错的就是减到0的时候忘记在设定倒计时时间。
当按下启动按钮时倒计开始显示，当时间到0秒时有要重新设定倒计时间。
在按电路中总是会出现按下去时灵时不灵的现象，这是由于机械开关在接通和松时都会产生抖动，影响按钮的误动，在设计要注意消抖。
按下启动按钮开始30秒倒计时，同时判断是否有选手按下，如果有60秒倒计时，判断选手是否在设定的时间内把问题回答正确。
在调试启动和选手按钮时，要注意把选手铵钮的判断有放到启动按钮的外面，否则会出按启动按钮可以30秒倒计时，但是所要选手按钮不起作用，这是因为你把选手按钮的判断放在启动按钮里面去判断了，所以我们在写程序时要注意放到外面来判断。
当选手回答问题完时，我们要对它进行复位，等待主持人下一按下启动按钮时才可以下一次的抢答。
3．心得体会与总结
3.1心得体会
从本次设计中可以看我对一些基础知识还是不够了解，在一个是对现在的一些新的技术了解很，对C语言编程还要一些提高，所以在今后的习学中应该加强。
3.2从八路抢答器可以看80C51要如下特点：
⑴有优异的性能价格比。
⑵集成度高，体积小，可靠性好。
⑶控制能力强。
⑷低功耗,低电压,便于生产便携式产品。
⑸易扩展。
4.参考文献
［1］王幸之，钟爱琴，王雷，王闪，AT89系列单片机原理与接口技术，北京：
北京航空航天大学出版社，2004
［2］求是科技，单片机典型模块设计实例导航，北京：
人民邮电出版社，2004
［3］李广弟，朱月秀，王秀山，单片机基础（修订版）。
北京：
北京航空航天大学出版社2001
［4］LeonardSB.ElementaryCinearCircuitAnalysis.London;Holt,RinnchartAndwinstons,1981
［5］Chua.LO,DesoerCA,KuhES.LinearandNonlinearCircuits,McGraw-Hill,1987.
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