单片机课设 AT89C51八路抢答器.docx

1、单片机课设 AT89C51八路抢答器单片机课程设计任务书1.课题名称抢答器设计2.设计目的1 进一步理解和掌握单片机理论课程知识,加强对专业知识的合运用；2 学会熟练使用单片机编程工具软件及单片机软件编程；3 学习单片机小系统的硬件设计及PCB布线。4 学会如何整理资料,划分模块,提高自己的编程技巧;3.设计思路a. 了解抢答器的工作方式；b. 单片机按键输入的设计；c. 单片机驱动发光二极管显示及数码管的动态扫描工作方式；d. 延时子程序设计；e. 定时器的应用；4.设计要求1.在本设计中要求设计一个八组单片机控制的抢答器模拟器；2.要求由两个LED（红绿）指示抢答成功或失败；3.要求由1位

2、数码管显示抢答成功（或失败）的组；4.发挥部分：剩余时间显示，各组积分显示；5.课程设计结束后，要求交设计心得，课程设计报告；目 录第一章 概述 1第二章 八路抢答器设计方案及选取 22.1电路设计方案一 22.2电路设计方案二 22.3电路设计方案的选取 2第三章 电路设计原理及硬件设计 33.1单片机最小系统的原理 33.2八路抢答器工作原理 43.3控制系统及所需元件 5第四章 软件系统设计及仿真 74.1软件系统设计 74.2电路仿真 8第五章 电路板制作与调试 95.1电路板制作 95.2电路调试 9第六章 心得体会 11第七章 参考文献 12鸣谢 12附录一 源程序 13 第一章

3、概述单片机原理及应用技术是一门技术性，应用性、实践性很强的学科。课程设计是学好本门课程的又一重要实践性教学环节，课程设计的目的和任务就是配合单片机的教学和平时实验，以达到巩固消化课程的内容，进一步加强综合应用能力及单片机应用系统开发和设计能力的训练，启发创新思维，使之具有独立单片机产品和科研的基本技能，是以培养学生综合运用所学知识的过程，是知识转化为能力和能力转化为工程素质的重要阶段。在实际生活中有好多地方都用到了单片机，因此学习好这门课程有着十分重要的意义。在本设计中要求设计一个八组单片机控制的抢答器模拟器；要求由两个LED（红绿）指示抢答成功或失败；要求由1位数码管显示抢答成功（或失败）的

4、组；发挥部分：剩余时间显示，各组积分显示； 1）控制系统主要由单片机应用电路、存储器接口电路、显示接口电路组成。其中单片机AT89C51是系统工作的核心，它主要负责控制各个部分协调工作. 2）硬件组成及所需元件：该系统的核心器件是AT89C51。在其外围接上复位电路、上拉电阻、数码管、按钮及扬声器（没有驱动器，所以就没有用扬声器了）。元件为：晶振X1、电容C1、C2、C3、 电阻RP1。P3.0和P3.1由裁判控制,分别是抢答开始和停止键。P1.0-P1.7是8组抢答的输入口, P2.0-P2.3口为数码管的段选口,位选口用的是P0.0-P0.6口输出,外部中断0、1实现的对个队进行计时， P

5、3.6为蜂鸣器的控制口。 控制系统防真用到了protuse软件，用keil软件与protuce软件级联可以进行模拟调试，既可以检测方案的正确性，又可以避免实物多次调试。Keil集成调试环境,集成了编缉器、编译器、调试器，支持软件模拟，支持项目管理功能强大的观察窗口,支持所有的数据类型。支持ASM（汇编）、C语言,多语言多模块源程序混合调试，在线直接修改、编译、调试源程序，错误指令定位。功能很强大。可通过仿真可以完全显示出所设计系统的功能,对于程序的调试等有很大的帮助.第二章 八路抢答器设计方案及选取2.1电路设计方案一:系统各部分采用中小规模集成数字电路，用机械开关按钮作为控制开关，完成抢答输

6、入信号的触发。该方案的特点是中小规模集成电路应用技术成熟，性能可靠，能方便地完成选手抢答的基本功能，但是由于系统功能要求较高，所以电路连接集成电路相对较多，而且过于复杂，并且制作过程工序比较烦琐，使用不太方便。2.2电路设计方案二:该系统采用MCS-51系列单片机AT89S51作为控制核心，该系统可以完成运算控制、信号识别以及显示功能的实现。由于用了单片机，使其技术比较成熟，应用起来方便、简单并且单片机周围的辅助电路也比较少，便于控制和实现。整个系统具有极其灵活的可编程性，能方便地对系统进行功能的扩张和更改性。 CS-51单片机特点如下：1 可靠性好：单片机按照工业控制要求设计，抵抗工业噪声干

7、扰优于一般的CPU ，程序指令和数据都可以烧写在ROM许多信号通道都在同一芯片，因此可靠性高。2 易扩充：单片机有一般电脑所必须的器件，如三态双向总线，串并行的输入及输出引脚，可扩充为各种规模的微电脑系统3 控制功能强：单片机指令除了输入输出指令，逻辑判断指令外还有更丰富的条件分支跳跃指令。2.3电路设计方案的选取： 方案比较及其选用依据，显然方案二比方案一简单的多，不但从性能上优于方案一，而且在使用上及其功能的实现上都较方案一简洁，并且由于单片机具有优越的高集成电路性，使其工作速度更快、效率更高。另外AT89S51单片机采用12MHz的晶振，提高了信号的测量精度，并且使该系统可以通过软件改进

8、来扩张功能。而方案一采用了中小规模集成电路，有其复杂的电路性能，从而可能会使信号的输入输出产生延时及不必要的误差。依此依据选择方案二比较适合。第三章 电路设计原理及硬件设计3.1单片机最小系统的原理本课题采用了单片机最小系统来实现八路抢答器，下面是单片机最小系统的原理。单片机的主要功能是负责整个系统的控制，不承担复杂的数据处理任务，因此在设计单片机最小系统时通常选用AT89C5l、AT89C52、AT89S51、AT89S52（S系列芯片支持ISP功能）等型号的8位单片机作为MCU。本单片机最小系统采用的是AT89S51。 一个典型的单片机最小系统一般由时钟电路、复位电路、片外RAM、片外RO

9、M、按键、数码管、液晶显示器、外部扩展接口等部分组成，图3-1 、图3-2分别给出了单片机最小系统的结构框图、原理图。图3-1 单片机最小系统的结构框图图3-2单片机最小系统的原理图3.2八路抢答器工作原理 智力竞赛抢答器用单片机来设计制作完成,由于其功能的实现主要通过软件编程来完成, 采用单片机AT89C51,它是低功耗、高性能的CMOS型8位单片机。片内带有4KB的Flash存储器,且允许在系统内改写或用编程器编程。该智力竞赛抢答器的准确度很高，其误差主要由晶振自身的误差所造成。AT89C51单片机由微处理器，存储器，I/O口以及特殊功能寄存器SFR等部分构成。其存储器在物理上设计成程序存

10、储器和数据存储器两个独立的空间，片内程序存储器的容量为4KB，片内数据存储器为128个字节。89C51单片机有4个8位的并行I/O口：P0口，P1口，P2口和P3口。各个接口均由接口锁存器，输出驱动器，和输入缓冲器组成。P1口是唯一的单功能口，仅能用作通用的数据输入/输出口。P3口是双功能口除了具有数据输入/输出功能外，每条接口还具有不同的第二功能，如P3.0是串行输入口线，P3.1口是串行输出口线。在需要外部程序存储器和数据存储器扩展时，P0可作为分时复用的低8位地址/数据总线，P2口可作为高8位的地址总线。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信

11、号。3.3控制系统及所需元件 控制系统主要由单片机应用电路、存储器接口电路、显示接口电路组成。其中单片机AT89C51是系统工作的核心，它主要负责控制各个部分协调工作. 所需元件：该系统的核心器件是AT89C51。在其外围接上复位电路、上拉电阻、数码管、按钮及扬声器。元件为：晶振X1、电容C1、C2、C3、 电阻RP1、P3.0和P3.1由裁判控制,分别是抢答开始和停止键。P1.0-P1.7是8组抢答的输入口, P2.0-P2.3口为数码管的段选口,位选口用的是P0.0-P0.6口输出, P3.6为蜂鸣器的控制口。AT89C51的管脚图如下图3-3所示： 图3-3 AT89c51的管脚图外部振

12、荡电路单片机必须在AT89C51的驱动下才能工作.在单片机内部有一个时钟振荡电路,只需要外接一个振荡源就能产生一定的时钟信号送到单片机内部的各个单元。外部振荡电路见图3-4所示： 图3-4外部振荡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,应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。复位电路采用图3-5所示：图3-5复位电路采用七段码7SEG-MPX4-CC 显示，它是共阴

13、极的由高电平点亮。图形如下图3-6所示。： 图3.6 共阴极采用八个BUTTON按钮作为抢答的选择按键如图3-7所示：图3-7八个BUTTON按钮第四章 软件系统设计及仿真4.1软件系统设计智力竞赛抢答器要求有计时记忆功能,一次时间设置完, 复位后不需重新进行时间设定，通过键盘扫描输出按键信息,再通过单片机将它转换成能在七段数码管上显示字型码.当抢答完毕时,会在数码管上显示抢答者数字号码提示以表示抢答成功.同时显示其分数,分数的加减可由裁判手动进行. 采用独立式键盘,可实现8路抢答. 在显示时使用的是七段数码管显示在本设计中根据实际情况采用的是动态显示方法. 并通过查表法 将其在数码管上显示出

14、来,其中P1口为字型码输入端,P2口低6位为字选段输入端.通过查表将字型码送给7段数码管显示的数字。软件去抖动,如果开始键按下就向下执行,否者跳到开始。采用倒计时程序，使其具有倒计时功能。回答倒计时30秒。抢答时间5秒。采用发声警报（缺少驱动器，所以没有用扬声器了），起到报警作用。 1、如果想调节抢答时间或答题时间,按抢答时间调节键或答题时间调节键进入调节状态,此时会显示现在设定的抢答时间或回答时间值,主持人按抢答开始键，会有提示音，并立刻进入抢答倒计时（预设30s抢答时间），如有选手抢答，会有提示音，并会显示其号数并立刻进入回答倒计时（预设30s抢答时间），不进行抢答查询，所以只有第一个按抢

15、答的选手有效。数码管上只显示第一个抢答的选手号，倒数时间到小于5s会每秒响一下提示音。如倒计时期间，主持人想停止倒计时可以随时按停止按键，系统会自动进入准备状态，等待主持人按抢答开始进入下次抢答计时。下次抢答是先按复位键。 4、如果主持人未按抢答开始键，而有人按了抢答按键，犯规抢答，LED上不断闪烁FF和犯规号数并响个不停，直到按下停止 键为止。 5、P3.0为开始抢答，P3.1为停止，p1.0-p1.7为八路抢答输入 数码管段选P0口，位选P2口低3位，蜂鸣器输出为P3.6口。P3.6为蜂鸣器的控制口。 八路抢答器的源程序见附录1.4.2 电路仿真利用keil软件编写源程序，其源程序见附录1

16、，在protues中画好其总电路图如下图4.1所示： 图4-1 八路抢答器总电路图把keil软件中的源程序生成可执行文件，下载到protuce中进行仿真，调试。其选手没有抢答时的状态如下图4-2所示： 图4-2 选手准备抢答时的显示图 6号选手抢答成功如下图4-3所示：图4-3 6号选手抢答成功显示 第五章 电路板制作与调试5.1电路板制作：单片机最小系统的PCB图如下图4-1所示： 图4-1单片机最小系统的PCB图将打印好PCB的转印纸平铺在覆铜板上，准备转印。再用电熨斗加温（要很热）将转印纸上黑色塑料粉压在覆铜板上形成高精度的抗腐层。准备好三氯化铁溶液进行腐蚀。腐蚀好后进行焊接。清理出焊盘

17、部分，剩下的部分用于阻焊，安装所需预定原件并焊接好。然后进行调试。5.2电路调试5.2.1总结调试的原则和方法（1）通电观察把经过准确测量的电源接入电路。观察有无异常现象，包括有无元件发热，甚至冒烟有异味电源是否有短路现象等；如有此现象，应立即断电源，待排除故障后才能通电。（2）静态调试交流和直流并存是电子电路工作的一个重要组成部分。一般情况下，直流为交流服务，直流是电路工作的基础。因此，电子电路的调试有静态和动态调试之分。静态调试过程：如，通过静态测试模拟电路的静态工作点，数字电路和各输入端和输出端的高低电平值及逻辑关系等，可以及时发现已损坏的元器件，判断电路工作情况，并及时调整电路参数，使

18、电路工作状态符合设计要求。（3）动态调试调试的方法是在电路的输入端接入适当频率和幅值的信号，并循着信号流向来检测各有关点的波形，参数和性能指标。发现故障应采取各种方法来排除。通过调试，最后检查功能块和整机的各种指标是否满足设计要求，如必要再进一步对电路参数提出合理的修正。5.2.2调试中注意的事项我们在调试时，为了保证效果，必须尽量减小测量误差，提高测量精度。调试结果是否正确，很大程度受测量正确与否和测量精度的影响。为此，需注意以下几点：（1）正确使用测量仪器的接地端。（2）测量电压所用仪器的输入端阻抗必须远大于被测处的等效阻抗。因为， 若测量仪器输入阻抗小，则在测量时会引起分流给测量结果带来

19、很大误差。（3）要正确选择测量点，用同一台测量仪进行测量进，测量点不同，仪器内阻引起的误差大小将不同。（4）调试过程中，不但要认真观察和测量，还要于记录。记录的内容包括实验条件，观察的现象。只有有了大量的可靠实验记录并与理论结果加以比较，才能发现电路设计上的问题，完善设计方案。（5）调试时出现故障，要认真查找故障原因，切不可一遇故障解决不了的问题就拆掉线路重新安装。因为重新安装的线路仍可能存在各种问题。我们应该认真检查.第六章 心得体会 单片机课程设计是一门很实用，很难的设计。这次课程设计历时二个星期多左右，通过这两个星期的学习，发现了自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还

20、是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。 这次的课程设计也让我看到了团队的力量，我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。刚开始的时候，大家就分配好了各自的任务，大家有的绘制原理图，进行仿真实验，有的积极查询相关资料，并且经常聚在一起讨论各个方案的可行性。在课程设计中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们成功的一项非常重要的保证。而这次设计也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。 在这个过程中，我也曾经因为实践经验的缺乏失落过，也曾经仿真成功而热情高涨。生活就是这样，汗水预

21、示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。虽然这只是一次的极简单的课程制作（八路抢答器），可是平心而论，也耗费了我们不少的心血，这就让我不得不佩服专门搞单片机开发的技术前辈，才意识到老一辈对我们社会的付出，为了人们的生活更美好，他们为我们社会所付出多少心血啊！但当课程设计完成时，那感觉是甜蜜的，没有耕耘，哪来得收获的喜悦，不懂付出怎么能知道回报的快乐，一分耕耘一分收获，有付出才会有回报，就在这样的痛与快乐的交换中，我学到了知识， 学到了做人的道理。 这次的课程设计，让我学到了很多书本上学不到的东西，学到了实际应用时，是取用成本的最小化，做设计不仅要考虑大的方面，小的方面也必须做到

22、完美。最大的收获是：对键盘，显示器， C51语言（虽然最后还是用汇编语言编写的，但是，我也试着学用了C51）的应用有了深刻的了解。还有学会了团队合作精神。第七章 参考文献 1谢自美. 电子线路设计. 华中科技大学出版社, 2005-08. 2曹才开，电工电子实训教程.清华大学出版社，1998.3 余发山，单片机原理及应用技术.中国矿业大学出版社，2002.4 张淑清，单片微型计算机接口技术及其应用.国防工业出版社，2002.5李光飞，单片机课程设计实例指导，北京航空航天大学出版社，2001.鸣谢在这三个星期的课程设计中，感谢老师的细心指导；感谢实验室老师的鼎力支持；感谢同学们的热心帮助；感谢湖

23、南工学院。因为有了你们的帮助，才使我们圆满的完成了这次课程设计。附录1 源程序 OK EQU 20H;抢答开始标志位 RING EQU 22H;响铃标志位 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 000BH AJMP TT0 ORG 001BH AJMP TT1 ORG 0040H;避开中断向量区MAIN: MOV R1,#30;初设抢答时间为30s MOV TMOD,#11H;设置定时器/方式1 MOV TH0,#0F0H MOV TL0,#0FFH;越高发声频率越高,越尖 MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H;50ms为一次溢出中断/F=12MHz SETB EA

24、SETB ET0 SETB ET1;允许2个中断,T0/T1 CLR OK CLR RING SETB TR1 SETB TR0;一开始就运行定时器,以开始显示PPP.如果想重新计数,重置TH1/TL1就可以了;=查询程序=START: MOV R5,#0BH MOV R4,#0BH MOV R3,#0BH ACALL DISPLAY;未开始抢答时候显示PPP JB P3.0,FEIFA; ACALL DELAY JB P3.0,FEIFA;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 ACALL BARK;按键发声 MOV A,R1 MOV R6,A;送R1-R6,因为R1中保存了

25、抢答时间 SETB OK;抢答标志位,用于COUNT子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FEIFA: JNB P1.0,FALSE1 JNB P1.1,FALSE2 JNB P1.2,FALSE3 JNB P1.3,FALSE4 JNB P1.4,FALSE5 JNB P1.5,FALSE6 JNB P1.6,FALSE7 JNB P1.7,FALSE8 AJMP START;=非法抢答处理程序=FALSE1: ACALL BARK;按键发声 MOV R3,#01H AJMP ERRO

26、RFALSE2: ACALL BARK MOV R3,#02H AJMP ERRORFALSE3: ACALL BARK MOV R3,#03H AJMP ERRORFALSE4: ACALL BARK MOV R3,#04H AJMP ERRORFALSE5: ACALL BARK MOV R3,#05H AJMP ERRORFALSE6: ACALL BARK MOV R3,#06H AJMP ERRORFALSE7: ACALL BARK MOV R3,#07H AJMP ERRORFALSE8: ACALL BARK MOV R3,#08H AJMP ERROR;=倒计时程序(抢答倒计

27、时跳到改程序)=COUNT: MOV R0,#00H;重置定时器中断次数 MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H;重置定时器RECOUNT: MOV A,R6;R6保存了倒计时的时间,之前先将抢答时间给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,#016H JNC LARGER;大于10s跳到LARGER/小于等于10s会提醒 MOV A,R0 CJNE A,#0AH,FULL;1s中0.5s

28、向下运行 CLR RING AJMP CHECKFULL: CJNE A,#14H,CHECK;下面是1s的情况,响并显示号数并清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 CHECKLARGER: MOV A,R0 CJNE A,#14H,CHECK;如果1s向下运行,否者跳到查停/显示 DEC R6;计时一秒R6自动减1 MOV R0,#00HCHECK: JNB P3.1,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

29、跳过查询继续倒数(这里起到锁抢答作用) AJMP RECOUNTACCOUT: JNB P1.0,TRUE1 JNB P1.1,TRUE2 JNB P1.2,TRUE3 JNB P1.3,TRUE4 JNB P1.4,TRUE5 JNB P1.5,TRUE6 JNB P1.6,TRUE7 JNB P1.7,TRUE8 AJMP RECOUNTQUIT: CLR OK;如果按下了停止键执行的程序 CLR RING ACALL BARK AJMP START;=正常抢答处理程序=TRUE1: ACALL BARK;按键发声 MOV R3,#01H CLR OK;因为答题的计时不再查询抢答,所以就锁了抢答 AJMP COUNTTRUE2: ACALL BARK; MOV R3,#02H CLR OK AJMP COUNTTRUE3: ACALL BARK; MOV R3,#03H CLR OK AJMP COUNTTRUE4: ACALL BARK; MOV R3,#04H CLR OK AJMP COUNTTRUE5: ACALL BARK; MOV R3,#05H CLR OK AJMP COUNTTRUE6: ACALL BARK; MOV R3,#06H CLR OK AJMP COUNTTRUE7: ACA