基于單片機(jī)的八路智能搶答器課程設(shè)計

1、<p><b>　　交通與汽車工程學(xué)院</b></p><p><b>　　課程設(shè)計說明書</b></p><p>　　課 程 名 稱: 微機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計 </p><p>　　課 程 代 碼: 8234570 </p><p>　　

2、題 目: 基于單片機(jī)的八路智能搶答器 </p><p>　　年級/專業(yè)/班: 2009級/車輛工程/汽電（3）班 </p><p>　　學(xué) 生 姓 名: 何 彥 希 </p><p>　　學(xué)　　 號: 332009030606112 </p><p>　　開 始

3、時 間: 2012 年 07 月 02 日</p><p>　　完 成 時 間: 2012 年 07 月 06 日</p><p><b>　　課程設(shè)計成績：</b></p><p>　　指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日</p><p><b&g

4、t;　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要2</b></p><p><b>　　1 引 言3</b></p><p>　　1.1 問題的提出3</p><p>　　1.2任務(wù)與分析3</p><p>　　2 系統(tǒng)方案設(shè)計3<

5、;/p><p>　　2.1 系統(tǒng)設(shè)計方案3</p><p>　　2.2 系統(tǒng)總體框圖4</p><p>　　3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計4</p><p>　　3.1 AT89S51單片機(jī)4</p><p>　　3.2 74LS373鎖存器6</p><p>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計7</p&

6、gt;<p>　　4.1 proteus軟件環(huán)境介紹7</p><p>　　4.2 Protel軟件環(huán)境介紹8</p><p>　　4.3系統(tǒng)軟件分析8</p><p>　　4.3.1 搶答器顯示模塊選擇8</p><p>　　4.3.2控制器選擇9</p><p>　　4.3.3 鍵盤選擇1

7、0</p><p>　　4.3.4時鐘頻率電路的設(shè)計10</p><p>　　4.3.5復(fù)位電路的設(shè)計11</p><p>　　4.3.6 報警電路11</p><p>　　4.4 程序流程圖12</p><p>　　4.4.1主程序流程圖：12</p><p>　　4.4.2 中斷流

8、程圖：12</p><p>　　4.4.3 搶答時間調(diào)整流程圖13</p><p>　　5 系統(tǒng)調(diào)試過程14</p><p>　　5．1 繪制protel原理圖14</p><p>　　5．2 ERC電氣規(guī)則檢查14</p><p>　　5．3 生成PCB圖15</p><p>　　

9、5．4 protues調(diào)試15</p><p><b>　　結(jié) 論16</b></p><p><b>　　致 謝17</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)18</b></p><p>　　附C語言程序：19</p><p><

10、;b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和普及，各種各樣的競賽越來越多，其中搶答器的作用也越來越重要。本文設(shè)計出以AT89C51單片機(jī)為核心的八路搶答器，采用了數(shù)字顯示器直接指示，自動鎖存顯示結(jié)果，并自動復(fù)位的設(shè)計思想,它能根據(jù)不同的搶答輸入信號，經(jīng)過單片機(jī)的控制處理并產(chǎn)生不同的與輸入信號相對應(yīng)的輸出信號，最后通過LED數(shù)碼管顯示相應(yīng)的路數(shù)，即使兩組的搶答時間相差幾微秒

11、，也可分辨出是哪組優(yōu)先按下的按鍵，充分利用了單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、功能強(qiáng)大、可靠性好、實用性強(qiáng)的特點。</p><p>　　本設(shè)計是以搶答為出發(fā)點?？紤]到依需設(shè)定限時回答的功能，利用AT89C51單片機(jī)及外圍接口實現(xiàn)的搶答系統(tǒng)，利用單片機(jī)的定時器/計數(shù)器定時和記數(shù)的原理，將軟、硬件有機(jī)地結(jié)合起來，使得系統(tǒng)能夠正確地進(jìn)行計時，同時使數(shù)碼管能夠正確地顯示時間。用開關(guān)做鍵盤輸出，揚(yáng)聲器發(fā)生提示。同時系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)：在搶答中

12、，只有開始后搶答才有效，如果在開始搶答前搶答為無效；滿時后系統(tǒng)計時自動復(fù)位及主控強(qiáng)制復(fù)位；按鍵鎖定，在有效狀態(tài)下，按鍵無效。</p><p>　　【關(guān)鍵詞】搶答器 單片機(jī) LED數(shù)碼顯示管 定時器/計數(shù)器 揚(yáng)聲器。</p><p><b>　　1 引 言 </b></p><p>　　1.1 問題的提出 </p>

13、<p>　　而隨著技術(shù)的進(jìn)步，單片機(jī)與串口通信的結(jié)合更多地應(yīng)用到各個電子系統(tǒng)中已成一種趨勢。本設(shè)計就是基于單片機(jī)設(shè)計搶答系統(tǒng)，通過串口通信動態(tài)傳輸數(shù)據(jù)，使搶答系統(tǒng)有了更多更完善的功能。單片機(jī)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)給予了搶答系統(tǒng)“身軀”，而單片機(jī)的應(yīng)用程序賦予了其新的“生命”，使其在傳統(tǒng)的搶答器面前具有電路簡單、成本低、運(yùn)行可靠等特色?，F(xiàn)如今電視節(jié)目日益豐富其中的競賽環(huán)節(jié)也越來越多，其中智力搶答器是不可或缺的器材。在本學(xué)期學(xué)習(xí)了單片

14、機(jī)這門課之后，我們小組成員覺得可以試著自己來實現(xiàn)搶答器的功能，令它能準(zhǔn)確、公正、直觀地判斷出第一搶答者，并通過搶答器的數(shù)碼管顯示和蜂鳴器報警指出搶答組別。我們最終做出一種數(shù)字式搶答器的設(shè)計方案,通過Proteus設(shè)計完成,利用KEIL軟件編輯程序，仿真驗證,適用于多種競賽場合。</p><p>　　本設(shè)計基于單片機(jī)技術(shù)原理，以單片機(jī)芯片AT89C51作為核心控制器，通過硬件電路的制作以及軟件程序的編制，設(shè)計制作出

15、一個多功能數(shù)字時鐘系統(tǒng)。該時鐘系統(tǒng)主要由時鐘模塊、數(shù)碼管顯示模塊、鍵盤控制模塊以及信號提示模塊組成。系統(tǒng)具有簡單清晰的操作界面，可隨時進(jìn)行時間調(diào)整。同時，該時鐘系統(tǒng)還具有功耗小、成本低的特點，具有很強(qiáng)的實用性。由于系統(tǒng)所用元器件較少，單片機(jī)所被占用的I/O口不多，因此系統(tǒng)具有一定的可擴(kuò)展性。</p><p><b>　　1.2任務(wù)與分析 </b></p><p>　　

16、此次設(shè)計提出了用AT89S51單片機(jī)為核心控制元件首先，在Protel軟件環(huán)境中進(jìn)行硬件電路圖的設(shè)計。然后在AT89S51軟件環(huán)境中進(jìn)行系統(tǒng)的軟件編程，并進(jìn)行程序源文件的編譯和調(diào)試，最后生成.hex文件。此.hex文件是硬件電路運(yùn)行實現(xiàn)的源代碼來源。把.hex文件加載到AT89C51單片機(jī)芯片，然后在Proteus軟件環(huán)境中運(yùn)行硬件電路，能實現(xiàn)搶答倒計時、信號鎖存的功能。</p><p><b>　　具

17、體任務(wù)：</b></p><p>　　1. 搶答器可同時供8名選手或8個代表隊比賽，分別用8個按鍵S1~S8進(jìn)行搶答。</p><p>　　2. 具有清零和非法搶答控制功能，并由主持人操縱，避免選手在主持人按“開始”前提前搶答，違反規(guī)則 。</p><p>　　3. 當(dāng)主持人啟動“開始搶答鍵”后，定時器進(jìn)行減計時，在20S內(nèi)無人搶答表示所有參賽選手或參賽

18、隊對本題棄權(quán)，搶答時間耗盡后禁止搶答。</p><p>　　4. 倒計時5S時，如果仍無人搶答，則系統(tǒng)每1S報警一次,用以提示參賽選手。</p><p>　　5. 搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按下按鍵，鎖存相應(yīng)選手的參賽號碼，并在LED數(shù)碼管上顯示。選手搶答實行優(yōu)先鎖存，其他按鍵者將不能響應(yīng)，以便公平地選擇第一個搶答者。</p><p>　　6. 倒計時期間，如

19、果主持人想終止倒計時，可以按下“停止”按鍵，系統(tǒng)會自動進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)。</p><p><b>　　2 系統(tǒng)方案設(shè)計</b></p><p>　　2.1 系統(tǒng)設(shè)計方案</p><p>　　總體方框圖如圖1所示。工作原理：接通電源后，主持人將開關(guān)撥到“清除”狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號顯示器滅燈，定時器顯示設(shè)定時間；主持人將開關(guān)撥到”開始&quo

20、t;狀態(tài)，宣布"開始"搶答器工作。定時器倒計時，揚(yáng)聲器給出聲響提示。選手在定時時間內(nèi)搶答時，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示、揚(yáng)聲器提示。當(dāng)一輪搶答之后，定時器停止、禁止二次搶答、定時器顯示剩余時間。如果再次搶答必須由主持人再次操作"清除"或者"開始"狀態(tài)開關(guān)。</p><p>　　2.2 系統(tǒng)總體框圖</p><p>　

21、　圖2-1 系統(tǒng)總體框圖</p><p>　　3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計</p><p>　　3.1 AT89S51單片機(jī)</p><p>　　AT89S51單片機(jī)是美國Atmel公司生產(chǎn)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（EPROM）和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，器件采用Atmel公司的高密度、非

22、易失性存取技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash 存儲單元，功能強(qiáng)大。AT89S51單片機(jī)可提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。</p><p>　　圖3-1為AT89S51單片機(jī)的基本組成功能方塊圖。由圖可見，在這一塊芯片上，集成了一臺微型計算機(jī)的主要組成部分，其中包括CPU、存儲器、可編程I/O口、定時器/計數(shù)器、串行口等，各部分通過內(nèi)部總線相

23、連。下面介紹幾個主要部分。</p><p>　　圖 3-1 單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖</p><p><b>　　單片機(jī)管腳說明:</b></p><p>　　圖 3-2 AT89S51單片機(jī)管腳圖</p><p>　　ATMEL公司的AT89S51是一種高效微控制器。采用40引腳雙列直插封裝形式。AT89S51單片機(jī)是高性能

24、單片機(jī)，因為受引腳數(shù)目的限制，所以有不少引腳具有第二功能。</p><p><b>　　VCC：供電電壓。</b></p><p><b>　　GND：接地。</b></p><p>　　P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程

25、序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FLASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FLASH進(jìn)行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。</p><p>　　P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作

26、為第八位地址接收。 </p><p>　　P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫1時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址1時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存

27、儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。</p><p>　　P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入1后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流。</p><p>　　P3口也可作為AT89S51的一些特殊功能口，如下表

28、所示：</p><p>　　P3口管腳 備選功能</p><p>　　P3.0 RXD（串行輸入口）</p><p>　　P3.1 TXD（串行輸出口）</p><p>　　P3.2 INT0（外部中斷0）</p><p>　　P3.3 INT1（外部中斷1）</p><p>　　P3.4 T0

29、（記時器0外部輸入）</p><p>　　P3.5 T1（記時器1外部輸入）</p><p>　　P3.6 （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）</p><p>　　P3.7 （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）</p><p>　　P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。</p><p>　　ALE/：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允

30、許端的輸出電平用于鎖存地址的地址字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。</p><p>　　PSEN：外部

31、程序存儲器的選通信號端。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。</p><p>　　/VP：當(dāng)保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源。</p&

32、gt;<p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。</p><p>　　XTAL2：反向振蕩器的輸出,如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，應(yīng)不接。</p><p>　　3.2 74LS373鎖存器</p><p>　　74LS373是八D鎖存器(3S,鎖存允許輸入有回環(huán)特性) ，常應(yīng)用在地址鎖存及輸出口的擴(kuò)展中。簡要說明: 

33、SN74LS373, SN74LS374 常用的8d鎖存器,常用作地址鎖存和i/o輸出. 可以用74hc373代換. 74LS373是低功耗肖特基TTL8D鎖存器，74H373是高速CMOS器件，功能與74LS373相同，兩者可以互換。74LS373內(nèi)有8個相同的D型(三態(tài)同相)鎖存器，由兩個控制端(11腳G或EN；1腳OUT、CONT、OE)控制。當(dāng)OE接地時，若G為高電平，74LS373接收由PPU輸出的地址信號；如果G為低電平，

34、則將地址信號鎖存。</p><p>　　工作原理：74LS373的輸出端O0~O7可直接與總線相連。當(dāng)三態(tài)允許控制端OE為低電平時，O0~O7為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動負(fù)載或總線。當(dāng)OE為高電平時，O0~O7呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。      當(dāng)鎖存允許端LE為高電平時，O隨數(shù)據(jù)D而變。當(dāng)LE為低電平時，O被鎖

35、存在已建立的數(shù)據(jù)電平。</p><p>　　圖3-3 74LS373引腳(管腳)</p><p>　　圖3-4 74LS373內(nèi)部邏輯</p><p><b>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計</b></p><p>　　4.1 proteus軟件環(huán)境介紹</p><p>　　本系統(tǒng)的硬件設(shè)計首先是在Prot

36、eus軟件環(huán)境中仿真實現(xiàn)的。Proteus軟件是來自英國Labcenter electronics公司的EDA工具軟件，Proteus軟件有十多年的歷史，在全球廣泛使用，除了具有和其它EDA工具一樣的原理布圖、PCB自動或人工布線及電路仿真的功能外，其革命性的功能是，它的電路仿真是互動的。針對微處理器的應(yīng)用，還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，并實現(xiàn)軟件源碼級的實時調(diào)試。如果有顯示及輸出，配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀等

37、，還能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果。Proteus建立了完備的電子設(shè)計開發(fā)環(huán)境，尤其重要的是Proteus Lite可以完全免費(fèi)，也可以花微不足道的費(fèi)用注冊達(dá)到更好的效果[2]。</p><p>　　Proteus是目前最好的模擬單片機(jī)外圍器件的工具?？梢苑抡?1系列、AVR、PIC等常用的MCU及其外圍電路（如LCD，RAM，ROM，鍵盤，馬達(dá)，LED，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件...）。其實Pro

38、teus 與 multisim比較類似，只不過它可以仿真MCU，當(dāng)然，軟件仿真精度有限，而且不可能所有的器件都找得到相應(yīng)的仿真模型，用開發(fā)板和仿真器當(dāng)然是最好選擇，可是初學(xué)者擁有它們的可能性比較小。當(dāng)然，硬件實踐還是必不可少的。在沒有硬件的情況下，Proteus能像pspice 仿真模擬/數(shù)字電路那樣仿真MCU及外圍電路。另外，即使有硬件，在程序編寫早期用軟件仿真一下也是很有必要的。Proteus軟件主要具有以下幾個方面的特點：<

39、/p><p>　　1、設(shè)計和仿真軟件Proteus 是一個很有用的工具，它可以幫助學(xué)生和專業(yè)人士提高他們的模擬和數(shù)字電路的設(shè)計能力。</p><p>　　2、它允許對電路設(shè)計采用圖形環(huán)境，在這種環(huán)境中，可以使用一個特定符號來代替元器件，并完成不會對真實電路造成任何損害的電路仿真操作。</p><p>　　3、它可以仿真儀表以及可描述在仿真過程中所獲得的信號的圖表。<

40、;/p><p>　　4、它可以仿真目前流行的單片機(jī)，如PICS, ATMEL-AVR, MOTOROLA, 8051 等。</p><p>　　5、在設(shè)計綜合性方案中,還可以利用ARES開發(fā)印制電路板。</p><p>　　4.2 Protel軟件環(huán)境介紹</p><p>　　Protel印制板設(shè)計軟件包是澳大利亞protel technolog

41、y公司與1990年推出的電子CAD產(chǎn)品，具有方便、易學(xué)、實用、快速以及高速度、高步通率的特點。它采用了分層次下拉窗口菜單結(jié)構(gòu)形式，用戶基本上不需要記背太多的鍵盤命令，用鼠標(biāo)點擊菜單命令就能操作，protel有著很高的自動布線布通率。布通率是電子產(chǎn)CAD產(chǎn)品的一項重要指標(biāo)，它反映電子元件在電路圖中連接關(guān)系有多少能在印刷版圖中實現(xiàn)。在設(shè)計常用的單、雙面印制板時只要選擇適當(dāng)?shù)脑季趾筒季€策略方法，protel就可以輕易的達(dá)到98%-100%

42、的布通率。對于極少數(shù)不能布通的定方，protel可以用飛線指示出來，引導(dǎo)用戶用手工方法連通。另外，protel有強(qiáng)大的宏命令設(shè)置功能，利用宏命令功能多定義的熱鍵可以大大提高操作速度[1]。</p><p>　　Protel對微機(jī)的軟硬件配置要求很低：cpu在8088以上，dos2.0以上版本，內(nèi)存640kb以上，雙軟件（或一個軟件一個硬盤），單色顯示器（多層板設(shè)計時最好用彩色），各種兼容打印機(jī)。也能在Window

43、s9X平臺的模擬DOS下運(yùn)行。</p><p>　　Protel已成為印制板設(shè)計加工方面的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)初步統(tǒng)計protel在CAD的市場占有率達(dá) 95%，成為電子產(chǎn)品制造業(yè)界的首選CAD軟件。</p><p>　　4.3系統(tǒng)軟件分析 </p><p>　　任何一個應(yīng)用系統(tǒng)，它們都有著自己的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，少了任何一個部分都不可能稱之為一個完整的應(yīng)用系統(tǒng)，它們之間

44、是相互依存的一個整體，硬件系統(tǒng)是軟件系統(tǒng)的一個基礎(chǔ)和前提，為軟件系統(tǒng)提供了一個操作平臺；而軟件系統(tǒng)是硬件系統(tǒng)的靈魂，它對硬件系統(tǒng)起到擴(kuò)充和完善的作用?？上攵浖到y(tǒng)與硬件系統(tǒng)同等重要，下面為系統(tǒng)軟件設(shè)計過程：</p><p>　　4.3.1 搶答器顯示模塊選擇</p><p>　　顯示模塊主要是顯示搶答的時間，組別號碼等。</p><p>　　在使用傳統(tǒng)的數(shù)碼管顯

45、示。數(shù)碼管具有：低能耗、低損耗、低壓、壽命長、耐老化、防曬、防潮、防火、防高（低）溫，對外界環(huán)境要求低，易于維護(hù)，同時其精度高，稱量快，精確可靠，操作簡單。數(shù)碼顯示是采用BCD編碼顯示數(shù)字，程序編譯容易，資源占用較少。</p><p>　　顯示功能與硬件關(guān)系極大，當(dāng)硬件固定后，如何在不引起操作者誤解的前提下提供盡可能豐富的信息，全靠軟件來解決。在這里我們使用的是七段數(shù)碼管顯示，通常在顯示上我們采用的方法一般包括兩

46、種：一種是靜態(tài)顯示，一種是動態(tài)顯示。其中靜態(tài)顯示的特點是顯示穩(wěn)定不閃爍，程序編寫簡單，但占用端口資源多；動態(tài)顯示的特點是：顯示穩(wěn)定性沒靜態(tài)好，程序編寫復(fù)雜，但是相對靜態(tài)顯示而言占用端口資源少。在本設(shè)計中根據(jù)實際情況采用的是動態(tài)顯示方法。4位七段數(shù)碼管顯示電路如下圖所示。</p><p>　　圖 4-1 4位七段數(shù)碼管顯示電路圖</p><p>　　上圖中數(shù)碼管采用的是4位一體七段共陽數(shù)

47、碼管，其中A~H段分別接到單片機(jī)的P0口，由單片機(jī)輸出的P0口數(shù)據(jù)來決定段碼值，位選碼COM1， COM2，COM3，COM4分別接到單片機(jī)的P2.0，P2.1，P2.2 ，P2.,3，由單片機(jī)來決定當(dāng)前該顯示的是哪一位。在圖中還有一個排阻，連接在P0口上，用作P0口的上拉電阻，保證P0口沒有數(shù)據(jù)輸出時候處于高電平狀態(tài)。</p><p>　　通過查表法，將其在數(shù)碼管上顯示出來，其中P0口為字型碼輸入端，P2口低4

48、位為字選段輸入段。在這里我們通過查表將字型碼送給7段數(shù)碼管顯示的數(shù)字。</p><p>　　4.3.2控制器選擇</p><p>　　控制器主要用于對顯示、搶答、音樂、計分等模塊進(jìn)行控制。</p><p>　　采用ATMEL公司的AT89S51作為系統(tǒng)控制器的CPU方案。單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活、自由度大，可以用軟件編程實現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且由于其功

49、耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點，使其在各個領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。</p><p>　　圖4-2 AT89S51元件圖</p><p>　　4.3.3 鍵盤選擇</p><p>　　鍵盤是單片機(jī)不可缺少的輸入設(shè)備，是實現(xiàn)人機(jī)對話的紐帶。鍵盤按結(jié)構(gòu)形式可以分為非編碼鍵盤和編碼鍵盤，前者用軟件方法產(chǎn)生鍵碼，而后者則用硬件方法來產(chǎn)生鍵碼。在單片機(jī)中使用的都是非編碼鍵盤，因為非

50、編碼鍵盤結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，非編碼鍵盤的類型很多，常用的有獨(dú)立式鍵盤，行列式鍵盤等。</p><p>　　本設(shè)計采用獨(dú)立式鍵盤</p><p>　　鍵盤接口中使用多少根I/O線，鍵盤中就有幾個按鍵，鍵盤接口使用了8根I/O口線，該鍵盤就有8個按鍵，這種類型的鍵盤，其按鍵比較少，且鍵盤中各按鍵的工作互不干擾。因此可以根據(jù)實際需要對鍵盤中的按鍵靈活的編碼。如圖2-2。</p>

51、<p>　　最簡單的編碼方式就是根據(jù)I/O輸入口所直接反映的相應(yīng)按鍵，按下的狀態(tài)進(jìn)行編碼，稱按鍵直接狀態(tài)碼，對于這樣編碼的獨(dú)立式鍵盤，CPU可以通過直接讀取I/O口的狀態(tài)來獲取按鍵的直接狀態(tài)編碼值，根據(jù)這個值直接進(jìn)行按鍵識別，這樣形式的鍵盤結(jié)構(gòu)簡單，按鍵識別容易。</p><p>　　獨(dú)立式鍵盤的缺點是需要占用比較多的I/O口線，當(dāng)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)鍵盤中需要的按鍵比較少或I/O口線比較富余時，可以采用這樣

52、類型的鍵盤。 </p><p>　　圖 4-3 搶答按鍵及調(diào)整按鍵</p><p>　　4.3.4時鐘頻率電路的設(shè)計</p><p>　　單片機(jī)必須在時鐘的驅(qū)動下才能工作。在單片機(jī)內(nèi)部有一個時鐘振蕩電路，只需要外接一個振蕩源就能產(chǎn)生一定的時鐘信號送到單片機(jī)內(nèi)部的各個單元，決定單片機(jī)的工作速度。時鐘電路如下圖所示。</p><p>　　圖4-

53、4 外部振蕩源電路</p><p>　　一般選用石英晶體振蕩器。此電路在加電大約延遲10ms后振蕩器起振，在XTAL2引腳產(chǎn)生幅度為3V左右的正弦波時鐘信號，其振蕩頻率主要由石英晶振的頻率確定。電路中兩個電容C1，C2的作用有兩個：一是幫助振蕩器起振；二是對振蕩器的頻率進(jìn)行微調(diào)。</p><p>　　單片機(jī)在工作時，由內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生或由外直接輸入的送至內(nèi)部控制邏輯單元的時鐘信號的周期稱

54、為時鐘周期。其大小是時鐘信號頻率的倒數(shù)。圖中時鐘頻率為12MHz。</p><p>　　4.3.5復(fù)位電路的設(shè)計 </p><p>　　單片機(jī)的第9腳RST為硬件復(fù)位端，只要將該端持續(xù)4個機(jī)器周期的高電平即可實現(xiàn)復(fù)位，復(fù)位后單片機(jī)的各狀態(tài)都恢復(fù)到初始化狀態(tài)，其電路圖如下所示：</p><p><b>　　圖4-5 復(fù)位電路</b></p&

55、gt;<p>　　4.3.6 報警電路</p><p>　　我們知道，聲音的頻譜范圍約在幾十到幾千赫茲，若能利用程序來控制單片機(jī)某個口線的“高”電平或低電平，則在該口線上就能產(chǎn)生一定頻率的巨型波，接上喇叭就能發(fā)出一定頻率的聲音，若再利用延時程序控制“高”“低”電平的持續(xù)時間，就能改變輸出頻率，從而改變音調(diào)，使喇叭發(fā)出不同的聲音。</p><p>　　本文設(shè)計如下圖所示。圖中單

56、片機(jī)的14腳輸出具有復(fù)合功能，此處用到了單片機(jī)14腳的IO端口功能，單片機(jī)通過內(nèi)部定時器的操作實現(xiàn)交替變換的波形輸出驅(qū)動揚(yáng)聲器發(fā)聲。</p><p>　　圖 4-6 發(fā)聲電路</p><p><b>　　4.4 程序流程圖</b></p><p>　　4.4.1主程序流程圖：</p><p>　　圖4-7 主程序流程圖

57、</p><p>　　4.4.2 中斷流程圖：</p><p>　　圖4-8 中斷流程圖</p><p>　　4.4.3 搶答時間調(diào)整流程圖</p><p>　　圖4-9搶答時間調(diào)整流程圖</p><p><b>　　5 系統(tǒng)調(diào)試過程</b></p><p>　　通過上面的

58、硬件設(shè)計和軟件設(shè)計過程，設(shè)計的工作已經(jīng)基本完成，接下來的工作就是對所設(shè)計好的應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。通過調(diào)試可以檢查出系統(tǒng)出現(xiàn)的一些錯誤，從而進(jìn)行下一步的修改。</p><p>　　5．1 繪制protel原理圖 </p><p>　　圖5-1 protel原理圖</p><p>　　5．2 ERC電氣規(guī)則檢查</p><p>　　圖5-2

59、ERC電氣規(guī)則檢查結(jié)果</p><p>　　5．3 生成PCB圖</p><p>　　圖5-4 系統(tǒng)PCB圖</p><p>　　5．4 protues調(diào)試</p><p>　　圖5-5 protues仿真圖</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　

60、　本課程設(shè)計設(shè)了八路多功能搶答器，采用了通用的電子元器件，利用AT89S51單片機(jī)及外圍接口實現(xiàn)搶答系統(tǒng)，利用單片機(jī)的定時器/計數(shù)器定時和記數(shù)的原理，將軟、硬件有機(jī)地結(jié)合起來，使得系統(tǒng)能夠正確地進(jìn)行計時，同時使數(shù)碼管能夠正確地顯示時間。單片機(jī)內(nèi)部程序用C語言進(jìn)行編寫。設(shè)計時，首先通過在KEIL環(huán)境中編程，然后調(diào)入protues 單片機(jī)中仿真，完全實現(xiàn)了設(shè)計功能。</p><p><b>　　致 謝&l

61、t;/b></p><p>　　在陳飛老師的指導(dǎo)下，我完成了本次設(shè)計。本設(shè)計從選題到完成，每一步都是在他的指導(dǎo)下完成的，傾注了老師大量的心血。另外，本設(shè)計的完成也離不開其他老師和各位同學(xué)給我的建議和幫助，是他們讓我明白了團(tuán)隊合作的精神。在此，我謹(jǐn)向陳飛老師和幫助過我的老師和同學(xué)們，表示崇高的敬意和衷心的感謝！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b><

62、/p><p>　　[1]《Protel99SE EDA 技術(shù)及應(yīng)用》徐崢穎編著，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005</p><p>　　[2]《單片機(jī)系統(tǒng)的protues設(shè)計與仿真》張靖武編著，北京：電子工業(yè)出版社，2007</p><p>　　[3]《單片機(jī)原理及接口技術(shù)》李朝青編著，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005</p><p>　　[4

63、]《MCS-51單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)實用子程序》邊春遠(yuǎn)編著，北京：人民郵電出版社，2005</p><p><b>　　附C語言程序：</b></p><p>　　#include <reg51.h></p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　#define uch

64、ar unsigned char</p><p>　　/*-----------------------------------------------------------</p><p>　　共陰極數(shù)碼管編碼表 0 - f顯示</p><p>　　---------------------------------------------------------

65、---*/</p><p>　　unsigned char code table[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,</p><p>　　0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,</p><p>　　0xc6,0xa1,0x86,0x8e};</p><p>　　/*------------

66、-----------------------------------------------</p><p><b>　　變量定義</b></p><p>　　------------------------------------------------------------*/</p><p>　　sbit start= P3^6;&l

67、t;/p><p>　　sbit stop=P3^5;</p><p>　　sbit reset = P3^7;</p><p>　　sbit key1 = P1^0;</p><p>　　sbit key2 = P1^1;</p><p>　　sbit key3 = P1^2;</p><p>　　

68、sbit key4 = P1^3;</p><p>　　sbit key5 = P1^4;</p><p>　　sbit key6 = P1^5;</p><p>　　sbit key7 = P1^6;</p><p>　　sbit key8 = P1^7;</p><p>　　sbit buzzer = P3^4;&

69、lt;/p><p>　　bit start_flag = 0;</p><p>　　bit stop_flag=0;</p><p>　　bit key1_flag = 0;</p><p>　　bit key2_flag = 0;</p><p>　　bit key3_flag = 0;</p><p

70、>　　bit key4_flag = 0;</p><p>　　bit key5_flag = 0;</p><p>　　bit key6_flag = 0;</p><p>　　bit key7_flag = 0;</p><p>　　bit key8_flag = 0;</p><p>　　bit reset

71、_flag = 0;</p><p>　　bit action = 0;</p><p>　　uchar second = 30;</p><p>　　uchar timer0_count = 0;</p><p>　　uchar number = 0;</p><p>　　uchar number_display =

72、 0;</p><p>　　/*-----------------------------------------------------------</p><p><b>　　延時函數(shù)</b></p><p>　　------------------------------------------------------------*/&l

73、t;/p><p>　　void delay(uint z)</p><p>　　{uint x,y;</p><p>　　for(x=z;x>0;x--)</p><p>　　for(y=110;y>0;y--);}</p><p>　　/*-----------------------------------

74、------------------------</p><p><b>　　數(shù)碼管顯示驅(qū)動函數(shù)</b></p><p>　　------------------------------------------------------------*/</p><p>　　void display(uchar number,uchar secon

75、d)</p><p>　　{uchar second_first,second_second;</p><p>　　second_first = second / 10;</p><p>　　second_second = second % 10;</p><p>　　P2 = 0xfe;</p><p>　　P0 =

76、 0xbf;</p><p><b>　　delay(2);</b></p><p>　　P2 = 0xfd;</p><p>　　P0 = table[second_first];</p><p><b>　　delay(2);</b></p><p>　　P2 = 0xf

77、b;</p><p>　　P0 = table[second_second];</p><p><b>　　delay(2);</b></p><p>　　P2 = 0xf7;</p><p>　　P0 = table[number];</p><p>　　delay(2);}</p>

78、<p>　　/*-----------------------------------------------------------</p><p><b>　　開始鍵掃描函數(shù)</b></p><p>　　------------------------------------------------------------*/</p>

79、<p>　　void start_keyscan()</p><p>　　{if(start == 0)</p><p>　　{delay(8);</p><p>　　if((start == 0)&&(!start_flag))</p><p>　　{start_flag = 1;</p><p

80、>　　action = 1;</p><p>　　TR0 = 1;}}</p><p><b>　　else</b></p><p>　　{start_flag = 0;}}</p><p>　　/*---------------------------------------------------------

81、--</p><p><b>　　八位搶答鍵掃描函數(shù)</b></p><p>　　------------------------------------------------------------*/</p><p>　　uchar key_scan8()</p><p>　　{if(key1 == 0)</

82、p><p>　　{delay(8);</p><p>　　if((key1 == 0)&&(!key1_flag))</p><p>　　{key1_flag = 1;</p><p>　　number = 1;</p><p>　　number_display = number;}}</p>

83、<p><b>　　else</b></p><p>　　{key1_flag = 0;</p><p>　　number = 0;}</p><p>　　if(key2 == 0)</p><p>　　{delay(8);</p><p>　　if((key2 == 0)&

84、;&(!key2_flag))</p><p>　　{key2_flag = 1;</p><p>　　number = 2;</p><p>　　number_display = number;}}</p><p><b>　　else</b></p><p>　　{key2_flag

85、 = 0;</p><p>　　number = 0;}</p><p>　　if(key3 == 0)</p><p>　　{delay(8);</p><p>　　if((key3 == 0)&&(!key3_flag))</p><p>　　{key3_flag = 1;</p>

86、<p>　　number = 3;</p><p>　　number_display = number;}}</p><p><b>　　else</b></p><p>　　{key3_flag = 0;</p><p>　　number = 0;}</p><p>　　if(ke

87、y4 == 0)</p><p>　　{delay(8);</p><p>　　if((key4 == 0)&&(!key4_flag))</p><p>　　{key4_flag = 1;</p><p>　　number = 4;</p><p>　　number_display = number

88、;}}</p><p><b>　　else</b></p><p>　　{key4_flag = 0;</p><p>　　number = 0;}</p><p>　　if(key5 == 0)</p><p>　　{delay(8);</p><p>　　if((k

89、ey5 == 0)&&(!key5_flag))</p><p>　　{key5_flag = 1;</p><p>　　number = 5;</p><p>　　number_display = number;}}</p><p><b>　　else</b></p><p>

90、;　　{key5_flag = 0;</p><p>　　number = 0;}</p><p>　　if(key6 == 0)</p><p>　　{delay(8);</p><p>　　if((key6 == 0)&&(!key6_flag))</p><p>　　{key6_flag = 1

91、;</p><p>　　number = 6;</p><p>　　number_display = number;}}</p><p><b>　　else</b></p><p>　　{key6_flag = 0;</p><p>　　number = 0;}</p><

92、;p>　　if(key7 == 0)</p><p>　　{delay(8);</p><p>　　if((key7 == 0)&&(!key7_flag))</p><p>　　{key7_flag = 1;</p><p>　　number = 7;</p><p>　　number_dis

93、play = number;}}</p><p><b>　　else</b></p><p>　　{key7_flag = 0;</p><p>　　number = 0;}</p><p>　　if(key8 == 0)</p><p>　　{delay(8);</p><

94、;p>　　if((key8 == 0)&&(!key8_flag))</p><p>　　{key8_flag = 1;</p><p>　　number = 8;</p><p>　　number_display = number;}}</p><p><b>　　else</b></p&

95、gt;<p>　　{key8_flag = 0;</p><p>　　number = 0;}</p><p>　　if(number_display != 0)</p><p>　　{return 1;}</p><p><b>　　else</b></p><p>　　{ret

96、urn 0;}}</p><p>　　/*-----------------------------------------------------------</p><p><b>　　復(fù)位鍵掃描函數(shù)</b></p><p>　　--------------------------------------------------------

97、----*/</p><p>　　void reset_keyscan()</p><p>　　{if(reset == 0)</p><p>　　{delay(8);</p><p>　　if((reset == 0)&&(!reset_flag))</p><p>　　{reset_flag = 1

98、;</p><p>　　number_display = 0;</p><p>　　second=30;}}</p><p><b>　　else</b></p><p>　　{reset_flag = 0;}}</p><p>　　void fengming() //蜂鳴函數(shù)，脈寬t =

99、1ms 周期T = 2ms 頻率f = 0.5khz 實際發(fā)現(xiàn)延時1ms的時候效果最好</p><p><b>　　{//延時1ms</b></p><p>　　buzzer = 0; //給P3.7口送高電平</p><p>　　delay(100); //延時1ms</p><p>　　buzzer = 1;

100、</p><p>　　delay(100);}</p><p>　　/*-----------------------------------------------------------</p><p><b>　　主函數(shù)</b></p><p>　　---------------------------------

101、---------------------------*/</p><p>　　void main()</p><p>　　{TMOD=0x01;</p><p>　　TH0=(65536-50000)/256;</p><p>　　TL0=(65536-50000)%256;</p><p><b>　　E

102、A=1;</b></p><p><b>　　ET0=1;</b></p><p><b>　　TR0=0;</b></p><p><b>　　while(1)</b></p><p>　　{start_keyscan();</p><p>

103、;　　reset_keyscan();</p><p>　　while(action==1)</p><p>　　{if(second<=5&&second>0)</p><p>　　fengming() ;</p><p>　　while(!key_scan8()&&!stop==0)</p

104、><p>　　{display(number_display,second);</p><p>　　if(second == 0)</p><p>　　{second = 30;</p><p><b>　　break;}}</b></p><p><b>　　TR0 = 0;</b&

105、gt;</p><p>　　display(number_display,second);</p><p>　　action = 0;</p><p><b>　　break;}</b></p><p>　　display(number_display,second);}}</p><p>　　/

106、*-----------------------------------------------------------</p><p><b>　　中斷服務(wù)函數(shù)</b></p><p>　　------------------------------------------------------------*/</p><p>　　void

107、 timer0() interrupt 1</p><p>　　{TH0=(65536-50000)/256;</p><p>　　TL0=(65536-50000)%256;</p><p>　　timer0_count ++;</p><p>　　if(timer0_count == 30)</p><p>　　{

108、timer0_count = 0;</p><p>　　second --;</p><p>　　if(second<=5&&second>0)</p><p>　　fengming() ;</p><p>　　if(second == 0)</p><p><b>　　{TR0