四位抢答器课程设计报告文档格式.docx

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2014-06-19～2014-06-29

指导教师：

熊剑、杨俊清、杨大勇

摘要

单片机就是微控制器，是面向应用对象设计、突出控制功能的芯片。

单片机接上晶振、复位电路和相应的接口电路，装载软件后就可以构成单片机应用系统。

将它嵌入到形形色色的应用系统中，就构成了众多产品、设备的智能化核心。

本设计就是应用单片机制作多功能四位电子抢答器，具有抢答限时、抢答自锁、灯光指示、暂停复位等强大功能。

本设计采用的是STC89S52单片机，该单片机采用的MCU51内核，具有很好的兼容性，内部带有8KB的ROM，能够存储大量的程序，采用STC_ISP软件给单片机烧写程序。

除单片机外其他主要部件有12MHz的晶振、6位按键开关、八段共阴极数码管、无源蜂鸣器。

关键词：

抢答器四位多功能

摘要-0-

一、设计任务、要求-2-

二、方案总体设计-3-

2.1、显示模块-3-

2.2、按键控制模块-3-

2.4、声音报警模块-3-

2.5、总体设计………………………………………………………………………………4

三、硬件设计-5-

3.1、单片机最小系统……………………………………………………………………….5

3.1.1、复位电路-5-

3.1.2、时钟信号的产生-5-

3.2、数码管显示模块-6-

3.3、抢答器显示模块-6-

3.4、电源方案的选择-7-

3.5、抢答器键盘的选择……………………………………………………………………8

3.6、蜂鸣器模块……………………………………………………………………………9

3.7、控制系统及所需元件-9-

3.8、整体电路图…………………………………………………………………………..11

3.9、lochmaste硬件电路………………………………………………………………….12

四、软件设计-13-

五、系统仿真与调试-15-

5.1、Proteus仿真原理图-15-

5.2、实物图………………………………………………………………………………..17

六、设计总结-19-

七、参考文献-27-

附录：

源程序代码………………………………………………………………………………21

一、设计任务、要求

1．1、设计任务:

利用单片机、STC89C52、3×

2矩阵开关、数码管、无源蜂鸣器实现具有抢答限时、抢答自锁、灯光指示、暂停复位功能的四位电子抢答器。

1．2、设计要求：

（1）抢答器同时供4名选手或4个代表队比赛使用，分别用4个按钮K1～K4表示。

（2）设置裁判开关k5和清零开关k6，该开关由主持人控制，当主持人按下k6，系统复位，预备抢答，当主持人按下总控制控制开关k5，开始抢答；

（3）抢答器具有定时抢答功能，抢答时间为倒计时15秒。

当主持人启动“开始”键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的提示声响，声响持续的时间0.5秒左右，当计时小于5秒后，每减少一秒，便报警一次以提示选手。

（4）抢答器具有锁存功能，参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，蜂鸣器发声，计时停止，数码管上显示选手的编号和时间，选手相应的信号灯被点亮，其他选手再抢答时无效。

（5）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。

等待下一轮抢答。

二、方案总体设计

本次设计四位电子抢答器，使用了STC89C52单片机芯片控制电路，单片机控制电路简单，电路简明易懂，使用键盘键上的按键来进行开始、抢答、复位，用一蜂鸣器来进行提醒，编程采用C程序，用keil软件进行程序编译，用protues软件进行软件仿真，lochmaster软件进行电路板布线。

再通过四个模块：

键盘、芯片、蜂鸣器、数码管即可满足设计要求。

2.1、显示模块

数码管是利用发光二极管的特性组合而成数字显示器件，通过控制相应的二极管的状态显示相应的数字。

要使数码管正常显示就得有驱动电路驱动相应的段码，数码管的现实方式可分为静态显示和动态显示，静态显示方式只适合显示单个的数字。

本设计采用的数码管为四位八段共阴极数码管，故此采用动态显示。

2.2、按键控制模块

本设计用到的键盘有6个按键，分别为四位选手抢答按键，主持人开始按键和复位按键，依次接p1.0-p1.5口。

2.4、声音报警模块

此模块采用无源蜂鸣器实现，通过编写相应的程序，当满足一要求时，蜂鸣器发声。

蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。

2.5、总体设计

设计总体框架图如图2-5-1所示

STC

89C52

图2-5-1

三、硬件设计

3.1、单片机最小系统

3.1.1、复位电路

复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式，本设计采用按键电平复位，结构如图3-1所示。

图3-1-1复位电路

3.1.2、时钟信号的产生

89C52芯片内部有一个高增益法相放大器，用于构成振荡器。

反相放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2，两端跨接石英晶体及两个电容就可以构成稳定的自己振荡器，电路如图3-2所示。

图3-1-2晶振电路

3.2、数码管显示模块

图3-3四位共阴极数码管引脚图与实物图

3.3、抢答器显示模块

显示模块分为数码管模块和LED信号灯模块

分别采用四位一体共阴极数码管和四个发光二极管，体积小，功耗低，故障率低，程序编译容易，资源占用较少。

（见图3-4，图3-5）

图1

3.3、系统电源

图3-4数码管显示模块

图3-5LED灯显示模块

3.4、电源方案的选择

系统需要5V电源来驱动单片机STC89C52。

利用电脑的USB接口可以提供5V电压来驱动单片机。

图3-6USB接口图

3.5、抢答器键盘的选择

键盘是单片机不可缺少的输入设备，是实现人机对话的纽带。

键盘按结构形式可以分为非编码键盘和编码键盘，前者用软件方法产生键码，而后者则用硬件方法来产生键码。

在单片机中使用的都是非编码键盘，因为非编码键盘结构简单，成本低廉，非编码键盘的类型很多，常用的有独立式键盘，行列式键盘等。

本设计采用独立式键盘。

键盘接口中使用多少根I/O线，键盘中就有几个按键，键盘接口使用了6根I/O口线，该键盘就有6个按键，这种类型的键盘，其按键比较少，且键盘中各按键的工作互不干扰。

因此可以根据实际需要对键盘中的按键灵活的编码。

如图所示。

最简单的编码方式就是根据I/O输入口所直接反映的相应按键，按下的状态进行编码，称按键直接状态码，对于这样编码的独立式键盘，CPU可以通过直接读取I/O口的状态来获取按键的直接状态编码值，根据这个值直接进行按键识别，这样形式的键盘结构简单，按键识别容易。

独立式键盘的缺点是需要占用比较多的I/O口线，当单片机应用系统键盘中需要的按键比较少或I/O口线比较富余时，可以采用这样类型的键盘。

其模块电路图如图4所示。

采用六个BUTTON按钮作为抢答的选择按钮，与STC89C52的P1.0-P1.5相连。

图3-7键盘模块

3.6、蜂鸣器模块

蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件，其图形如图所示.

图3-6-1

3.7、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STC89C52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STC89C52。

各口功能：

P0.0-P0.3是数码管的位选口；

P2.0-P2.7是数码管的段选口，为其传送段选信号；

P1.0-P1.3是4组抢答信号的输入口；

P1.4、P1.5由裁判控制,分别是抢答开始\复位功能键；

P1.6为蜂鸣器的控制口；

P3.4-P3.7为选手信号灯输出口；

在其外围接上电复位电路、数码管电路、LED发光二极管、按键电路及扬声器电路。

电子抢答器用单片机来设计制作完成的，由于其功能的实现主要是通过软件编程来完成的，所以采用单片机STC89C52，它是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和512bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的STC89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。

下图为其I/O口引脚图：

STC89C52管脚图

3.8、整体电路图

图3-7

3.9、Lochmaster硬件电路

图3-8硬件电路正面视图与背面视图

四、软件设计

4.1、程序流程图：

初始化部分

K5==0

启动中断，数码管开始倒计时

若有选手抢答

中断停止，数码管显示选手的标号并点亮信号灯

结束

开始

N

Y

抢答器主程序流程图

抢答器定时器中断流程图

扫描键盘

K0键按下

K1键按下

K3键按下

K2键按下

扫描停止

与K0键对应的发光二极管亮及数码管显示

与K1键对应的发光二极管亮及数码管显示

与K2键对应的发光二极管亮及数码管显示

与K3键对应的发光二极管亮及数码管显示

五、系统仿真与调试

5.1、Proteus仿真原理图

Proteus软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件。

它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。

它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。

Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真软件），从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。

它是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台。

以下是用Proteus仿真调试图：

抢答倒计时

3号选手抢答成功

无人抢答最终显示界面

5.2、实物图

图5-1正在运行中的实物图

图5-2实物图正面

图5-3实物图背面

六、设计总结

经过近十天的努力,在不懈的努力下,我总算是成功地焊出了属于自己的成果，完成了这次设计项目。

说实话，这些天真的很累，不停歇地学习软件的用法，学习各种器件的功能。

但是，毋庸置疑的是收获确实是巨大的。

通过此次课程设计，我重新认识到了自学的重要性，以及学以致用的道理。

我在图书馆和网上查阅了大量的资料，极大地系统化了我所学的知识。

通过此次的抢答器的设计，让我更加重视到专业知识的重要性及动手能力的必要性，在整个制作过程中，我出现很多问题，但我们并没有因此而放弃，在不断调试和失败中，我不仅熟悉了专业知识，更是磨炼了我的心智，让我明白了任何事情只要去做，多多去尝试