基于单片机的抢答器设计.docx

1、基于单片机的抢答器设计基于单片机的抢答器设计学号1251401243单片机课 程 设 计（2012级本科） 题 目： 基于单片机的抢答器设计 系（部）院： 物理与机电工程学院 专 业： 电气工程及其自动122班 作者姓名： 杨存恩 指导教师： 向根祥 职称： 副教授 完成日期： 2 0 1 5 年 6 月 28 日1 引言1.1 设计目的 现如今电视节目日益丰富其中的竞赛环节也越来越多，其中智力抢答器是不可或缺的器材。在本学期学习了单片机这门课之后，我觉得可以试着自己来实现抢答器的功能，令它能准确、公正、直观地判断出第一抢答者，并通过抢答器的数码管显示和蜂鸣器报警指出抢答组别。最终做出一种数字

2、式抢答器的设计方案,通过Proteus设计完成,利用keil2软件编辑程序，仿真验证,适用于多种竞赛场合。1.2 设计要求 设计一个用于智力竞赛的抢答器，其功能的实现是由单片机控制的，满足：（1）能容许2-6组进行抢答。（2）能显示抢答组号。（3）各组记分，并能记分显示。（4）比赛结束时，能发出报警声。2 设计方案在设计中采用的单片机是AT89C51，它主要负责控制各个部分协调工作。P1.0和P1.7由裁判控制,分别是抢答开始和停止键。P1.1P1.6是6组抢答的输入口，按下对应按钮即为抢答。P0口为数码管的段选口，位选口用的是P2口的低4位,外部中断0。外部中断1，P3.3用于控制有组答题完

3、成后结束计时。P3.4P3.5分别实现了分数的加一和减一。P3.6为蜂鸣器的控制口。外部中断和内部中断并存，单片机有硬件复位端,只要输入持续4个机器周期的高电平即可实现复位。外部还接有蜂鸣器用来发出报警音。采用7SEG-MPX4-CC-BLUE显示，它是共阴极的由高电平点亮。系统仿真用到了Proteus软件，通过仿真可以显示所设计系统的功能,对于程序的调试等有很大的帮助。3 硬件设计3.1 电路原理图 电路原理图如图3.1所示。 图3.1 电路原理图3.2总体设计电路图整个系统分为：外部振荡电路、复位电路、 加减分电路及蜂鸣器报警电路、 抢答电路及裁判控制开始停止电路、数码管显示电路几个部分。

4、本设计的核心是单片机AT89C51。AT89C51 提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。3.2.1 振荡电路振荡电路使用外部振荡电路，由两个1nF的电容和一个晶体振荡、外部振荡电路。 图3.2.1

5、 晶振振荡电路3.2.2 复位电路外部中断和内部中断并存，单片机有硬件复位端,只要输入持续4个机器周期的高电平即可实现复位。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。因为本设计功能中有倒计时时间的记忆功能，所以不能对单片机进行硬件复位，只能用软复位。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开始。图3.2.2 复位电路3.2.3 加减分电路及蜂鸣器报警电路P3.3接口的开关按下意味着答题结束，P3.4接口开关表示给抢答相应组加上一分，P3.5接口开关按下表示相应组减去一分。裁判示意开始抢答、有组抢答成功、违规抢答、最后5s倒计时都会触发蜂鸣器发

6、出警报。P3.6为蜂鸣器控制口。 图3.2.3 加减分电路及蜂鸣器报警电路3.2.4 抢答电路及裁判控制开始停止电路P1.0和P1.7由裁判控制,分别是抢答开始和停止键。P1.1-P1.6是6组抢答的输入口,按下按钮抢答。 图3.2.4 抢答电路及裁判控制开始停止电路3.2.5 数码管显示电路采用排阻RESPACK-8来做为上拉电阻，排阻一般应用在数字电路上，通常作为某个并行口的上拉或者下拉电阻用。排阻具有方向性，与色环电阻相比具有整齐、少占空间的优点，比用若干只固定电阻更方便。图3.2.5 排阻RESPACK-8 数码管7SEG-MPX4-CC-BLUE，它是共阴极的数码管 图3.2.6 数

7、码管7SEG-MPX4-CC-BLUE 4 仿真过程示意4.1 开始抢答 开始抢答时，数码管显示000。图4.1 开始抢答4.2 抢答倒计时 允许抢答后，开始倒计时从15s直到0s。在最后5s蜂鸣器会发出警报。 图4.2 抢答倒计时4.3 答题及答题倒计时 第四组抢答，答题时间有30s，在最后5s蜂鸣器会发出警报。 图4.3 第四组答题及答题倒计时4.4 违规抢答若还没有允许抢答就有人按下抢答器，那么蜂鸣器会发出警报，并显示是哪一组违规抢答。如图为第二组违规抢答。 图4.4 第二组违规抢答4.5 答题正确加分如图为第四组回答正确加一分 图4.5 第四组答题正确加一分4.6 答题错误减分如图为第

8、四组回答错误减一分 图4.6 第四组答题错误减一分4.7 抢答结束 抢答结束后电路复位，并记录各组抢答得分，待下次抢答得分累计。5 程序流程图图5.1 程序流程图6 课程设计总结在这次课程设计中，我们运用到了以前所学的专业课知识，如：汇编语言、模拟和数字电路知识等。虽然过去从未独立应用过它们，但在学习的过程中带着问题去学我发现效率很高，这是我做这次课程设计的又一收获。要做好一个课程设计，就必须做到：在设计程序之前，对所用单片机的内部结构有一个系统的了解，知道该单片机内有哪些资源；要有一个清晰的思路和一个完整的的软件流程图；在设计程序时，不能妄想一次就将整个程序设计好，反复修改、不断改进是程序设

9、计的必经之路；要养成注释程序的好习惯，一个程序的完美与否不仅仅是实现功能，而应该让人一看就能明白你的思路，这样也为资料的保存和交流提供了方便；在设计课程过程中遇到问题是很正常德，但我们应该将每次遇到的问题记录下来，并分析清楚，以免下次再碰到同样的问题的课程设计结束了，但是从中学到的知识会让我受益终身。 发现、提出、分析、解决问题和实践能力的提高都会受益于我在以后的学习、工作和生活中。设计过程，好比是我们人类成长的历程，常有一些不如意，但毕竟这是第一次做，难免会遇到各种各样的问题。在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。参考文献1 周立功.夏宇闻.单

10、片机与CPLD综合应用技术M.北京：北京航空航天大学出版2 丁元杰.单片微机原理及应用M.北京:机械工业出版社.3 靳达编.单片机应用系统开发实例导航M.北京:人民邮电出版社. 4 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.5 胡宴如.高频电子线路M.北京:高等教育出版社. 6 白驹珩.雷晓平.单片计算机及其应用M.成都:电子科技大学出版社. 7 李广弟.单片机基础M.北京:北京航空航天大学出版社. 8 沈美明.温冬婵.IBM汇编语言程序设计M.北京:清华大学出版社.9 彭传正.林春景.凌阳单片机原理与实践M.北京:北京航空航天大学出版社.10 李荣正.陈学军.PIC单片

11、机实践教程M.北京：北京航空航天大学出版社。附录：源程序清单 OK EQU 20H RING EQU 22H ORG 0000H AJMP MAIN ORG 000BH AJMP T0INT ORG 0013H AJMP INT1SUB ORG 001BH AJMP T1INT ORG 0040HMAIN:MOV R1,#15;设置抢答倒计时时间15s MOV R2,#30;设置答题倒计时时间30s MOV TMOD,#11H;设置未定时器/工作方式1（16位计数器） MOV TH0,#0F0H; MOV TL0,#0FFH;越高发声频率越高,越尖(3.842ms) MOV TH1,#3CH;

12、 MOV TL1,#0B0H;50ms为一次溢出中断 SETB EA SETB ET0 SETB ET1 SETB EX1;允许3个中断,T0/T1/INT0/INT1 CLR OK CLR RING SETB TR1 SETB TR0;开始就运行定时器,初始显示888如果想重新计数,重置TH1/TL1 ;=查询程序=START: MOV R5,#00H MOV R4,#00H MOV R3,#00H ACALL DISPLAY;未开始抢答时候显示888 JB P1.0,NEXT ACALL DELAY JB P1.0,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 ACAL

13、L BARK;按键发声 MOV A,R1 MOV R6,A;送R1-R6,因为R1中保存了抢答时间 SETB OK;抢答标志位,用于COUNT只程序中判断是否查询抢答 MOV R3,#0AH;抢答只显示计时,灭号数 AJMP COUNT;进入倒计时程序,查询有效抢答的程序在COUNT里面 NEXT:JNB P1.1,FALSE1 JNB P1.2,FALSE2 JNB P1.3,FALSE3 JNB P1.4,FALSE4 JNB P1.5,FALSE5 JNB P1.6,FALSE6 AJMP START;=非法抢答处理程序= FALSE1: ACALL BARK;按键发声 MOV R3,#

14、01H AJMP ERROR FALSE2: ACALL BARK MOV R3,#02H AJMP ERROR FALSE3: ACALL BARK MOV R3,#03H AJMP ERROR FALSE4: ACALL BARK MOV R3,#04H AJMP ERROR FALSE5: ACALL BARK MOV R3,#05H AJMP ERROR FALSE6: ACALL BARK MOV R3,#06H AJMP ERROR;=INT1(答题对错加减分数程序）= INT1SUB:MOV R4,#0AH MOV R5,#0AH JNB P3.4,INC1 JNB P3.5,D

15、EC1 JNB P1.7,BACK1 ACALL DISPLAY AJMP INT1SUB MOV A,R3 SUBB A,#01H JZ XXY1 SUBB A,#02H JZ XXY2 SUBB A,#03H JZ XXY3 SUBB A,#04H JZ XXY4 SUBB A,#05H JZ XXY5 SUBB A,#06H JZ XXY6 XXY1:MOV R7,41H XXY2:MOV R7,42H XXY3:MOV R7,43H XXY4:MOV R7,44H XXY5:MOV R7,45H XXY6:MOV R7,46H INC1:INC R7 CJNE R3,#01H,L1 M

16、OV 51H,R7 L1:CJNE R3,#02H,L2 MOV 52H,R7 L2:CJNE R3,#03H,L3 MOV 53H,R7 L3:CJNE R3,#04H,L4 MOV 54H,R7 L4:CJNE R3,#05H,L5 MOV 55H,R7 L5:CJNE R3,#06H,LL MOV 56H,R7 LL:ACALL DELAY1 AJMP INT1SUB DEC1:DEC R7 ACALL DELAY1 AJMP INT1SUB BACK1:RETI;=倒计时程序(抢答倒计时和回答倒计时都跳到该程序)= COUNT: MOV R0,#00H;重置定时器中断次数 MOV TH

17、1,#3CH; MOV TL1,#0B0H;重置定时器(53ms) RECOUNT:MOV A,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 MOV B,#0AH DIV AB;除十分出个位/十位 MOV 30H,A;十位存于(30H) MOV 31H,B;个位存于(31H) MOV R5,30H;取十位 MOV R4,31H;取个位 MOV A,R6 SUBB A,#07H JNC LARGER;大于5s跳到LARGER,小于等于5s会提醒 MOV A,R0 CJNE A,#0AH,FULL;1s中0.5s向下运行 CLR RING AJMP CHECK FULL:CJNE

18、 A,#14H,CHECK;下面时1s的情况,报警，显示号数并清R0,重新计数 SETB RING MOV A,R6 JZ QUIT;计时完毕 MOV R0,#00H DEC R6;一秒标志减1 AJMP CHECK LARGER: MOV A,R0 CJNE A,#14H,CHECK;如果1s向下运行,否则跳到查停/显示 DEC R6;计时一秒R6自动减1 MOV R0,#00H CHECK: JNB P1.7,QUIT;如按下停止键退出 ACALL DISPLAY JB OK,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) AJMP RECOUN

19、T ACCOUT:JNB P1.1,TRUE1 JNB P1.2,TRUE2 JNB P1.3,TRUE3 JNB P1.4,TRUE4 JNB P1.5,TRUE5 JNB P1.6,TRUE6 AJMP RECOUNT QUIT:CLR OK;如果按下了停止键执行的程序 CLR RING AJMP START;=正常抢答处理程序= TRUE1: ACALL BARK;按键发声 MOV A,R2 MOV R6,A;抢答时间R2送R6 MOV R3,#01H MOV R7,41H CLR OK;因为答题的计时不再查询抢答,所以就锁了抢答 AJMP COUNT TRUE2:ACALL BARK;

20、 MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#02H MOV R7,42H CLR OK AJMP COUNT TRUE3:ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#03H MOV R7,43H CLR OK AJMP COUNT TRUE4:ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#04H MOV R7,44H CLR OK AJMP COUNT TRUE5:ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#05H MOV R7,45H CLR OK AJMP COUNT TRUE6:ACA

21、LL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#06H MOV R7,46H CLR OK AJMP COUNT ;=犯规抢答程序= ERROR:MOV R0,#00H MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H MOV 34H,R3;犯规号数暂存与(34H) HERE: MOV A,R0 CJNE A,#0AH,FLASH;0.5s向下运行-灭并停响 CLR RING MOV R3,#0AH MOV R4,#0AH MOV R5,#0AH;三灯全灭 AJMP CHECK1 FLASH:CJNE A,#14H,CHECK1;下面系1s的情况,响并显示号数并清R0

22、,重新计 SETB RING MOV R0,#00H MOV R3,34H;取回号数 MOV R5,#0BH MOV R4,#0BH;显示FF和号数 AJMP CHECK1 CHECK1:JNB P1.7,QUIT1 ACALL DISPLAY AJMP HERE QUIT1: CLR RING CLR OK AJMP START;=显示程序= DISPLAY:MOV 41H,51H MOV 42H,52H MOV 43H,53H MOV 44H,54H MOV 45H,55H MOV 46H,56H MOV DPTR,#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

23、, MOV A,r5 MOVC A,A+DPTR MOV P2,#01H MOV P0,A ACALL DELAY MOV DPTR,#DAT2 MOV A,r4 MOVC A,A+DPTR MOV P2,#02H MOV P0,A ACALL DELAY MOV A,r3 MOVC A,A+DPTR MOV P2,#04H MOV P0,A ACALL DELAY MOV A,R7 MOVC A,A+DPTR MOV P2,#08H MOV P0,A ACALL DELAY RET DAT1:DB 00H,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H

24、 ;灭,1,2,3,4,5,6,7,8,9,灭,F DAT2:DB 3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H ;第一个为零,其他与上相同,因为十位如果为零显示熄灭;=加减时间延时(起到不会按下就加N个数)= DELAY1: MOV 35H,#08H LOOP0: ACALL DISPLAY DJNZ 35H,LOOP0 RET;=延时(显示和去抖动用到)= DELAY: MOV 32H,#12H LOOP: MOV 33H,#0AFH LOOP1: DJNZ 33H,LOOP1 DJNZ 32H,LOOP RET;=发声程序= BARK:

25、SETB RING ACALL DELAY1 ACALL DELAY1 CLR RING;按键发声 RET;=TO溢出中断(响铃程序)= T0INT: MOV TH0,#0ECH MOV TL0,#0FFH JNB RING,OUT; CPL P3.6;RING标志位为1时候P3.6口不短取反使喇叭发出一定频率的声音 OUT: RETI;=T1溢出中断(计时程序)= T1INT: MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H INC R0 RETI ENDPLC程设计成绩评定表姓 名 杨存恩 学 号 1251401243专业班级 电气工程及其自动化122班 课程设计题目： 基于单片机的抢答器设计成绩评定依据：评 定 项 目评 分 成 绩1.设计方案可行性及其选优（20分）2.设计过程及结果（40分）3.平时成绩（态度认真、遵守纪律）（10分）4.设计报告的规范性、参考文献（不少于5篇）（10分）5.答辩（20分）总 分最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定） 指导教师签字： 年 月 日