基于51单片机的抢答器实验报告.docx
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基于51单片机的抢答器实验报告.docx
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基于51单片机的抢答器实验报告
实习(设计)汇报
姓名
班级
学号
实习(设计)科目基于51单片机五路抢答器
实习(设计)地点
实习(设计)时间
电气工程及自动化学院
SchoolofElectricalEngineering&Automation
实习(设计)
科目
基于51单片机五路抢答器
实习
设计
指导
老师
姓名
职务
所在部门
实习
设计
小组
组员
组长:
组员:
实习
设计
要求
经过实训加强对理论知识了解,掌握微型计算机系统设计基础方法,学会多种接口器件使用技巧,学会文件资料检索及工具软件系统使用,使所学知识融会贯通。
实训中硬软件结合,培养实践能力及发明能力,锻炼分析问题和处理问题能力,完成微型计算机系统分析与设计初步训练。
实习
设计
任务
1.设计一个五路抢答器。
2.必需有主持人按钮,当主持人按下按钮,开始30秒倒计时,这30秒内即是五位选手抢答时长,若30秒内无人抢答,则视为全部选手弃权。
3.倘若主持人按下开始30秒内有些人抢答,定时到10秒,同时在一屏幕上显示该抢答选手号码,当主持人按下开始答题键时,则倒计时从10秒开始,同时选手号码清零。
若10秒内无法回复,则该选手视为题目回复错误。
说明:
(1)本日志用于统计实习(设计)过程中各项活动内容,要求学生必需填写具体、齐全、工整。
(2)实习(设计)结束后由专业科主任审查签字。
实习(设计)成绩评定表
班级姓名学号
1、实习(设计)名称:
基于51单片机五路抢答器
2、实习(设计)题目:
基于51单片机五路抢答器
3、实习(设计)时间:
自年12月30日至年1月17日
4、实习(设计)地点:
12#405A
5、关键内容简述:
设计一个五路抢答器,必需有主持人按钮,当主持人按下按
钮,开始30秒倒计时,这30秒内即是五位选手抢答时长,若30秒内没有选手
抢答,则视为全部选手弃权。
倘若30秒内有些人抢答,定时到10秒,同时在屏幕
上显示该抢答选手号码,当主持人按下开始答题键时,则倒计时从10秒开始,同
时选手号码清零。
若10秒内无法回复,则该选手视为回复错误。
6、指导老师评语:
7、指导小组复评意见:
8、成绩:
指导老师署名:
年月日
指导小组组长署名:
年月日
教研室主任署名:
年月日
摘要
此次设计提出了用AT89C51单片机为关键控制元件,设计一个简易抢答器,本方案以AT89C51单片机作为主控关键,与74HC573、发光二极管、数码管、等组成五路抢答器,利用了单片机延时电路、按键复位电路、时钟电路、定时/中止等电路,设计抢答器含有实时显示抢答选手号码和抢答时间特点,还有复位电路,使其再开始新一轮答题和比赛,同时还利用C语言编程,使其实现部分基础功效。
本设计系统实用性强、判定正确、操作简单、扩展功效强。
关键字单片机抢答器数码管74HC573
一.绪论……………………………………………………………………3
1.1单片机抢答器背景………………………………………………3
1.2单片机抢答器意义………………………………………………3
1.3抢答器意义………………………………………………………3
二.试验安排………………………….…………………………………4
三.整体设计方案…………………………………………………………5
3.1单片机选择……………………………………………………5
3.2单片机基础结构………………………………………………7
3.3单片机存放配置………………………………………………10
四.单片机设计……………………………………………………………12
4.1抢答器步骤图……………………………………………………12
4.2最小系统设计…………………………………………………13
4.3数码管显示电路…………………………………………………14
4.4按键控制电路……………………………………………………15
五.单片机调试……………………………………………………………16
六.结束语…………………………………………………………………18
参考文件……………………………………………………………………19
附录一五路抢答器源程序……………………………………………20
附录二五路抢答器原理图……………………………………………30
一.绪论
1.1单片机抢答器背景
二十世纪跨越了三个“电”时代,即电气时代、电子时代和现已进入电脑时代。
不过,这种电脑,通常是指个人计算机,简称PC机。
它由主机、键盘、显示器等组成。
还有一类计算机,大多数人却不怎么熟悉。
这种计算机就是把智能给予多种机械单片机(亦称微控制器)。
顾名思义,这种计算机最小系统只用了一片集成电路,即可进行简单运算和控制。
因为它体积小,通常都藏在被控机械“肚子”里。
它在整个装置中,起着有如人类头脑作用,它出了毛病,整个装置就瘫痪了。
现在,这种单片机使用领域已十分广泛,如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。
多种产品一旦用上了单片机,就能起到使产品升级换代功效,常在产品名称前冠以形容词--“智能型”。
在知识竞赛中,往往会用到抢答器。
故此我们就选择利用单片机编程来设计抢答器,即使两组抢答时间相差几微秒,也能轻松分辨出哪一组(或哪个选手)先抢答到题。
1.2单片机抢答器意义
本系统采取单片机作为整个控制关键。
控制系统三个模块为:
显示模块、存放模块、抢答开关模块。
该系统经过开关电路五个按键输入抢答信号,利用一个数码管来完成显示功效,用按键来让选手进行抢答,在数码管上显示哪一组先答题,从而实现整个抢答过程。
本文关键介绍了单片机抢答器设计及工作原理,以及它实际用途。
系统工作原理本系统采取89C52单片机作为关键。
控制系统四个模块分别为:
存放模块、显示模块、语音模块、抢答开关模块。
该抢答器系统经过开关电路五个按键输入抢答信号,利用一个数码管来完成显示功效。
工作时,用按键经过开关电路输入各路抢答信号,经单片机处理,输出控制信号,单片机控制智能抢答器设计。
1.3抢答器应用 伴随中国经济和文化事业发展,在很多公开竞争场所要求有公正竞争裁决,诸如证券、股票交易及多种智力竞赛等,所以出现了抢答器。
抢答器通常是由很多电路组成,线路复杂,可靠性不高,功效也比较简单,尤其是当抢答路数很多时,实现起来就更为困难。
所以我们设计了以单片机为关键新型智能抢答器,增加了数码管显示电路实现了其它功效。
抢答器又称为第一信号判别器,其关键应用于多种知识竞赛、文艺活动等场所。
二.试验安排
1.设计一个八路抢答器。
2.必需有主持人按钮,当主持人按下按钮,开始30秒倒计时,这30秒内即是八位选手抢答时长,若30秒内无人抢答,则视为全部选手弃权。
3.倘若主持人按下开始30秒内有些人抢答,定时到10秒,同时在一屏幕上显示该抢答选手号码,当主持人按下开始答题键时,则倒计时从10秒开始,同时选手号码清零。
若10秒内无法回复,则该选手视为题目回复错误。
三.整体设计方案
3.1单片机选择
3.1.1什么是单片机
单片机是指一个集成在一块芯片上完整计算机系统。
尽管它大部分功效集成在一块小芯片上,不过它含有一个完整计算机所需要大部分部件:
CPU、内存、内部和外部总线系统。
单片机是将中央处理器,存放器。
只读存放器,定时器芯片和I/O接口电路集成于一个芯片上微控制器。
单片机也被称为微控制器(Microcontroler),是因为它最早被用在工业控制领域。
单片机由芯片内仅有CPU专用处理器发展而来。
最早设计理念是经过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中,使计算机系统更小,更轻易集成进复杂而对提及要求严格控制设备当中。
INTELZ80是最早根据这种思想设计出处理器,以后以后,单片机和专用处理器发展便分道扬镳。
早期单片机都是8位或4位。
其中最成功是INTEL8031,因为简单可靠而性能不错取得了很大好评。
以后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。
基于这一系统单片机系统直到现在还在广泛使用。
伴随工业控制领域要求提升,开始出现了16位单片机,但因为性价比不理想并未得到很广泛应用。
90年代后伴随消费电子产品大发展,单片机技术得到了巨大提升。
伴随INTELI960系列尤其是以后ARM系列广泛应用,32位单片机快速替换16位单片机高端地位,而且进入主流市场。
而传统8位单片机性能也得到了飞速提升,处理能力比起80年代提升了数百倍。
现在,高端32位单片机主频已经超出300MHz,性能直追90年代中期专用处理器,而一般型号出厂价格跌落至1美元,最高端型号也只有10美元。
现代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用,大量专用嵌入式操作系统被广泛应用在全系列单片机上。
而在作为掌上电脑和手机关键处理高端单片机甚至能够直接使用专用Windows和Linux操作系统。
单片机是靠程序,而且能够修改。
经过不一样程序实现不一样功效,尤其是特殊独特部分功效,这是别器件需要费很大力气才能做到,有些则是花大力气也极难做到。
一个不是很复杂功效要是用美国50年代开发74系列,或者60年代CD4000系列这些纯硬件来搞定话,电路一定是一块大PCB板,不过假如要是用美国70年代成功投放市场系列单片机,结果就会有天壤之别。
只因为单片机经过你编写程序能够实现高智能,高效率,以及高可靠性。
现在单片机渗透到我们生活各个领域,几乎极难找到哪个领域没有单片机踪迹。
导弹导航装置,飞机上多种仪表控制,计算机网络通讯与数据传输,工业自动化过程实时控制和数据处理,广泛使用多种智能IC卡,民用豪华轿车安全保障系统,录象机、摄象机、全自动洗衣机控制,以及程控玩具、电子宠物等等,这些都离不开单片机。
更不用说自动控制领域机器人、智能仪表、医疗器械了。
所以,单片机学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制科学家、工程师。
3.1.2单片机应用
单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备智能化管理及过程控制等领域,大致可分以下多个范围:
1.在智能仪器仪表上应用
单片机含有体积小、功耗低、控制功效强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点,广泛应用于仪器仪表中,结合不一样类型传感器,可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量测量。
采取单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化,且功效比起采取电子或数字电路愈加强大。
比如精密测量设备(功率计,示波器,多种分析仪)。
2.在工业控制中应用
用单片机能够组成形式多样控制系统、数据采集系统。
比如工厂流水线智能化管理,电梯智能化控制、多种报警系统,与计算机联网组成二级控制系统等。
3.在家用电器中应用
能够这么说,现在家用电器基础上都采取了单片机控制,从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其她音响视频器材、再到电子秤量设备,五花八门,无所不在。
4.在计算机网络和通信领域中应用
现代单片机普遍含有通信接口,能够很方便地与计算机进行数据通信,为在计算机网络和通信设备间应用提供了极好物质条件,现在通信设备基础上都实现了单片机智能控制,从手机,电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随地可见移动电话,集群移动通信,无线电对讲机等。
5.单片机在医用设备领域中应用
单片机在医用设备中用途亦相当广泛,比如医用呼吸机,多种分析仪,监护仪,超声诊疗设备及病床呼叫系统等等。
另外,单片机在工商,金融,科研、教育,国防航空航天等领域都有着十分广泛用途。
3.1.3怎样选择单片机
ATMEL企业89C52单片机,是增强型RISC内载Flash单片机,芯片上Flash存放器附在用户产品中,可随时编程,再编程,使用户产品设计轻易,更新换代方便。
89C52单片机采取增强RISC结构,使其含有高速处理能力,在一个时钟周期内可实施复杂指令,每MHz可实现1MIPS处理能力。
89C52单片机工作电压为2.7~6.0V,能够实现耗电最优化。
89C52单片机广泛应用于计算机外部设备,工业实时控制,仪器仪表,通讯设备,家用电器,宇航设备等各个领域。
因为单片机种类很多,在选择单片机时要依据实际设计要求选择适宜单片机。
比如当设计仅仅需要一个单片机定时器那么选择89C1051或89C2051即可,而不选择89C52,因为后者价格较高部分。
当然若程序和数据区要求较高那么选择单片机还要满足程序空间要求。
51和52比较
数据存放器
程序存放器
定时器
中止
51系列
128B
4KB
2
5
52系列
256B
8KB
3
8
在本课题中,我们选择现在较为流行52系列单片机,即选择ATMEL企业STC89C52。
3.2单片机基础结构
3.2.1单片机引脚分布及功效
MCS-52系列单片机中8032、8052及8752均采取40Pin封装双列直接DIP结构,右图是它们引脚配置,40个引脚中,正电源和地线两根,外置石英振荡器时钟线两根,4组8位共32个I/O口,中止口线与P3口线复用。
现在我们对这些引脚功效加以说明:
STC89C52引脚图
Pin9:
RESET/Vpd复位信号复用脚,当8052通电,时钟电路开始工作,在RESET引脚上出现24个时钟周期以上高电平,系统即初始复位。
初始化后,程序计数器PC指向0000H,P0-P3输出口全部为高电平,堆栈指针写入07H,其它专用寄存器被清“0”。
RESET由高电平下降为低电平后,系统即从0000H地址开始实施程序。
然而,初始复位不改变RAM(包含工作寄存器R0-R7)状态,8052初始态。
8052复位方法能够是自动复位,也能够是手动复位,见下图4。
另外,RESET/Vpd还是一复用脚,Vcc掉电其间,此脚可接上备用电源,以确保单片机内部RAM数据不丢失。
复位电路和晶振电路图
1、8位微处理器和控制器
2、内部含有4KB程序ROM。
3、2个16位计数/定时器。
4、内部时钟振荡器
5、全双工方法串行接口(UART)种寻址方法。
6、最高时钟振荡频率可达12MHZ,大部分指令实施时间为1?
s,乘、除指令为4?
s。
2.2信号引脚介绍:
1.输入/输出口线
2.ALE地址锁存控制信号
3.在系统扩展时,ALE用于控制把口输出底8位地址送入锁存器锁存起来,以实现低位地址和数据分时传送。
另外因为ALE是以十二分之一晶振频率固定频率输出正脉冲,所以可作为外部时钟或外部定时脉冲使用。
4.外部程序存放器读选通信号
5.在读外部ROM时有效(低电平),以实现外部ROM单元读操作
6.访问程序存放器控制信号
7.当信号为低电平时,对ROM读操作限定在外部程序存放器;而当信号为高电平时,则对ROM读操作是从内部程序存放器开始,并可延续至外部程序存放
8.RST复位信号
当输入复位信号延续2个机器周期以上高电平时即为有效,用以完成单片机复位操作。
9.XTAL1和XTAL2外接晶体引线端
当使用芯片内部时钟时,此二引线端用于外接石英晶体和微调电容;当使用外部时钟时,用于接外部时钟脉冲信号。
10.GND地线
11.VCC+5V电源
3.3单片机存放器配置
单片机内部存放器配置
从用户角度存放器分3个逻辑地址空间:
1.片内外统一编址64KB程序存放器地址空间0000H~FFFFH即(a)图;
2.256B片内数据存放器地址空间00H~FFH(包含低128B内部RAM地址00H~7FH和高128B特殊功效寄存器地址空间)即(b)图;
3.64KB外部数据存放器或扩展I/O接口地址空间0000H~FFFFH如(c)图。
4.画出RAM组成
RAM共有256个单元,按功效分为两部分低128单元(单元地址00H~7FH)和高128单元(单元地址80H~FFH)。
其中高128单元是供给专用寄存器使用,因这些寄存器功效已作为专门要求故此称之为特殊功效寄存器SFR-11个SFR有位寻址作用,而且要说明低128单元是单片机真正RAM存放器。
RAM组成图
30H~7FH
通用RAM区
20H~2FH
位寻址区(00H~7FH)
18H~1FH
工作寄存器3区(R7~R0)
10H~17H
工作寄存器2区(R7~R0)
08H~0FH
工作寄存器1区(R7~R0)
00H~07H
工作寄存器0区(R7~R0)
四.单片机设计
4.1抢答器步骤图
4.2单片机最小系统
①复位电路:
由电容串联电阻组成,由图并结合“电容电压不能突变”性质,能够知道,当系统一上电,RST脚将会出现高电平,而且,这个高电平连续时间由电路RC值来决定。
经典51单片机当RST脚高电平连续两个机器周期以上就将复位,所以,合适组合RC取值就能够确保可靠复位.通常教科书推荐C取10,R取8.2K。
当然也有其她取法,标准就要让RC组合能够在RST脚上产生不少于2个机周期高电平;
②复位输入高电平有效,当振荡器工作是,RST引脚出现两个机器周期以上高电平,使单片机复位。
此电路除含有上电复位功效外,若要复位只需按“RST”键,此电源Vcc经电阻分压,在RST端产生一个复位高电平;
③晶振电路:
经典晶振取11.0592MHz(因为能够正确地得到9600波特率和19200波特率,用于有串口通讯场所)/12MHz(产生正确方波便于12分频,方便定时操作);
④单片机:
一片AT89S51/52或其她51系列兼容单片机;
注意:
对于31脚(EA/Vpp),当接高电平时,单片机在复位后从内部ROM0000H开始实施;当接低电平时,复位后直接从外部ROM0000H开始实施;
⑤电源部分:
接+5伏特电压。
4.3数码管显示电路
LED显示器,实现七段数码管显示三位十六进制数。
来进行倒计时,即来限制抢答时间。
其中数码管显示能够分为两种:
静态显示和动态显示。
静态显示段选位和位选位均单独连接,所以占用I/O接口多,无法扩展多个数码管,在这种采取这种方法,必需要给LED恒定电压,要求电压一直保持,所以通常在LED和单片机之间加锁存器,这种显示方法亮度高,编程较简单,结构清楚,管理也较简单,占用CPU时间少。
②动态显示驱动:
数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛一个显示方法之一,动态驱动是将全部数码管8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"同名端连在一起,另外为每个数码管公共端COM增加位选通控制电路,位选通由各自独立I/O线控制,当单片机输出字形码时,全部数码管都接收到相同字形码,但到底是那个数码管会显示出字形,取决于单片机对位选通COM端电路控制,所以我们只要将需要显示数码管选通控制打开,该位就显示出字形,没有选通数码管就不会亮。
经过分时轮番控制各个数码管COM端,就使各个数码管轮番受控显示,这就是动态驱动。
在轮番显示过程中,每位数码管点亮时间为1~2ms,因为人视觉暂留现象及发光二极管余辉效应,尽管实际上各位数码管并非同时点亮,但只要扫描速度足够快,给人印象就是一组稳定显示数据,不会有闪烁感,动态显示效果和静态显示是一样,能够节省大量I/O端口,而且功耗更低。
从电路上,按数码管接法不一样又分为共阴和共阳两种。
4.474hc573介绍
HC573引脚功效表:
PINNo引脚号
SYMBOL符号
NAMEANDFUNCTION名称及功效
1
OE
3StateoutputEnableInput(ActiveLOW)3态输出使能输入(低电平)
2,3,4,5,6,7,8,9
D0toD7
DataInputs数据输入
12,13,14,15,16,17,18,19
Q0toQ7
3StateLatchOutputs3态锁存输出
11
LE
LatchEnableInput锁存使能输入
10
GND
Ground接地(0V)
20
VCC
PositiveSupplyVoltage电源电压
图1 HC573引脚图 图2HC573国际电工委员会逻辑符号
4.5按键控制电路
在部分按键控制电路中,人机接口通常是LED显示器和小型按键。
常见工作方法有两种:
一是直接使用系统中CPU对显示器进行动态显示和键盘检测;二是专用显示、键盘芯片。
但这两种方法存在着不能立刻响应、价格较高等缺点。
介绍了一个性价比高显示/键盘电路结构及工作原理。
以ATMEL89C51系列单片机为关键组成显示/键盘电路,她含有功效强、价格低廉等特点。
五.单片机调试
系统调试包含硬件调试和软件调试。
我们设计好硬件电路和软件程序,只有经过联合调试,才能验证其正确性;软硬件配人情况以及是否达成设计任务要求,也只有经过调试,才能发觉问题并加以处理、完善,最终开发成实用产品。
硬件调试分单元电路调试和联机调试,单元电路试验在硬件电路设计时已经进行,这里调试只是将其制成印刷电路板后试验电路是否正确,并排除部分加工工艺性错误(如错线、开路、短路等)。
这种调试可单独模拟进行,也可经过开发装置由软件配合进行,硬件联机调试则必需在系统软件配合下进行。
软件调试通常包含分块调试和联机调试两个阶段。
程序分块调试通常在单片机开发装置上进行,可依据所调程序功效块入口参量初值编制一个特殊程序段,并连同被调程序功效块一起在开发装置上运行;也可配合对应硬件电路单独运行某程序功效块,然后检验是否正确,假如实施结果与预想不一致,能够经过单步运行或设置断点方法,查出原因并加以更正,直到运行结果正确为止。
这时该程序功效块已调试完成,可去掉附加程序段。
其它程序功效块可按此法进行调试。
程序联机调试就是将已调试好各程序功效块按总体结构联成一个完整程序,在所研制硬
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