单片机的8路抢答器的设计.docx
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单片机的8路抢答器的设计.docx
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单片机的8路抢答器的设计
单片机
数字抢答器设计
院系:
电信系
班级:
机电一班
姓名:
王仲
学号:
04041001005
抢答器设计功能分析
数字抢答器的摘要
此次设计提出了用AT89C51单片机为核心控制元件,设计一个简易的抢答器,本方案以AT89C51单片机作为主控核心,与MAX232、发光二极管、数码管、蜂鸣器等构成八路抢答器,利用了单片机的延时电路、按键复位电路、时钟电路、定时/中断等电路,设计的抢答器具有实时显示抢答选手的号码和抢答时间的特点,还有复位电路,使其再开始新的一轮的答题和比赛,同时还利用C语言编程,使其实现一些基本的功能。
本设计的系统实用性强、判断精确、操作简单、扩展功能强。
它的功能实现是比赛开始,主持人读完题之后按下总开关,即计时开始,此时数码管开始进行1s的加计时,直到有一个选手抢答时,对应的会在数码管上显示出该选手的编号和抢答所用的时间,同时该选手对应的发光二极管会发出相应的光,蜂鸣器也会发出声音,以提示有人抢答本题,如果在规定的60s时间内没有做出抢答,则此题作废,即开始重新一轮的抢答。
关键字:
ATC89C51单片机、动态显示、中断、按键控制
1.1单片机抢答器的意义
本系统采用单片机作为整个控制核心。
控制系统的四个模块为:
显示模块、存储模块、语音模块、抢答开关模块。
该系统通过开关电路四个按键输入抢答信号;利用一个数码管来完成显示功能;用按键来让选手进行抢答,在数码管上显示哪一组先答题的,从而实现整个抢答过程。
在知识比赛中,特别是做抢答题目的时候,在抢答过程中,为了知道哪一组或哪一位选手先答题,必须要设计一个系统来完成这个任务。
如果在抢答中,靠视觉是很难判断出哪组先答题。
利用单片机系统来设计抢答器,使以上问题得以解决,即使两组的抢答时间相差几微秒,也可分辨出哪组优先答题。
本文主要介绍了单片机抢答器设计及工作原理,以及它的实际用途。
系统工作原理本系统采用89c51单片机作为核心。
工作时,用按键通过开关电路输入各路的抢答信号,经单片机的处理,输出控制信号,单片机控制的智能抢答器设计。
1.2设计任务与要求
基本要求:
1.给主持人设置一个开关,用来控制系统的清零(编号显示数码管灭灯)和抢答器的开始。
2.抢答器具有数据锁存和显示的功能。
抢答开始后,若有选手按动抢答器按钮,编号立即锁存,并在LED数码上显示选手的编号,同时扬声器给出音响提示。
此外,要封锁输入电路,禁止其他选手抢答。
发挥部分:
1.抢答器具有定时抢答的功能,且一次抢答的时间可以由主持人设定(如30秒)。
当节目主持人启动“开始”键后,要求定时器立即减计时,并用显示器显示,同时扬声器发出短暂的声响,声响持续时间0.5秒左右。
2.参加选手在设定的时间内抢答,抢答有效,定时器停止工作,显示器上显示选手的编号和抢答时刻的时间,并保持到主持人将系统清零为止。
3.如果定时抢答的时间已到,却没有选手抢答时,本次抢答无效,系统短暂报警,并封锁输入电路,禁止选手超时后抢答,时间显示器上显示00。
4.选手如果在主持人按开始键之前违规抢答,系统报警,LED显示违规选手号码和FF,直到主持人按下停止键。
抢答器方案论证比较
抢答器的实现方式有种多样,通过纯电子器件搭建电路实现,如优先编码器,锁存器,555定时器译码器等,纯电子器件实现没有软件参与,调试简单,但是它不易于扩展和修改,而且电路结构复杂,调试困难电子,电子器件管脚很多,实际搭建起来费时费力,焊接很容易出错。
于是,我想到了用单片机实现。
单片机体积小价格低,应用方便,稳定可靠。
单片机将很多任务交给了软件编程去实现,大大简化了外围硬件电路,使外围电路的实现简单方便。
由于单片机本身不具有软件编译测试的功能,我们需要借助其他软件编译,将编译好的程序“烧”入单片机内。
在实际电路设计中,需要先通过仿真软件测试电路以及编译的程序,检查外围电路设计是否合理,软件编译是否正确,以及软件和硬件电路能否正常配合工作,能否准确的实现所设计的功能.
总体设计
根据抢答器的基本功能,可以设计出如下的单片机外围电路:
图3-1总体设计
如图3-1,P3.0为开始抢答,P3.2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(用绿灯代替)输出为P3.6口。
P3.2为时间加1调整,P3.3为时间减1调整。
3.2外部振荡电路
图3-2外部振荡电路
一般选用石英晶体振荡器。
此电路在加电大约延迟10ms后振荡器起振,在XTAL2引脚产生幅度为3V左右的正弦波时钟信号,其振荡频率主要由石英晶振的频率确定。
电路中两个电容C1,C2的作用有两个:
一是帮助振荡器起振;二是对振荡器的频率进行微调。
C1,C2的典型值为30PF。
3.3复位电路的设计
单片机的第9脚RST为硬件复位端,只要将该端持续4个机器周期的高电平即可实现复位,复位后单片机的各状态都恢复到初始化状态,其电路图如图4所示:
图3-3复位电路
在方案中使用到了硬件复位和软件复位两种功能,由上面的硬件复位可使寄存器及存储器的值都恢复到初始值,而前面的功能提到了倒计时间需要有记忆功能,该功能实现的前提条件就是不能对单片机进行硬件复位,所以设定了软复位功能。
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执行的起始地址。
3.1.4显示电路的设计
显示电路使用了七段数码管7SEG-MPX4-CC,它是共阴极的,由高电平点亮。
图3-4阴极七段数码管
3.1.5
按钮输入电路的设计
抢答器的输入按钮使用常开开关,
图3-5抢答按键
这些常开开关组成了抢答按键,硬件电路简单,在程序设计上也不复杂,只要在程序中消除在按键过程中产生的“毛刺”
现象就可以了。
这里采用最常用的方法即延时法,其的原理为:
因为“毛刺”脉冲一般持续时间短,约为几ms,而按键的时间一般远远大于这个时间,所以当单片机检测到有按键动静后再延时一段时间(这里取10ms)后再判断此电平是否保持原状态,如果是则为有效按键,否则无效。
3.1.6发声
这里能利用程序来控制单片机P3.6口线反复输出高电平或低电平,即在该口线上产生一定频率的矩形波,接上扬声器就能发出一定频率的声音,再利用延时程序控制“高”“低”电平的持续时间,就能改变输出频率,从而改变音调,使扬声器发出不同的声音。
第四章系统软件设计
4.1程序系统结构图
硬件电路确定后,软件的编程要与硬件相匹配,软硬件才能结合完成所要实现的功能。
由功能分析得到以下的软件结构图:
图4-1软件系统结构图
4.2程序流程图
整个程序主要由定时器T0、定时器T1、外部中断0和主程序构成。
定时器T0用于使扬声器发声,当需要响铃时,把响铃标志位置一,每次中断都对P3.7取反,扬声器发声,改变定时器初值,可改变扬声器频率。
定时器程流程图如下:
图4-2响铃程序流程图
定时器T1用于倒计时,每次中断为50ms,当计数标志为20时即为一秒,显示数字减一。
其流程图如下:
图4-3倒计时中断流程图
外部中断0用于调整倒计时时间,流程图如下:
图4-4调整抢答时间流程图
主程序协调三个中断一起工作,实现抢答功能,其流程图如下:
图4-5主程序流程图
附录:
程序代码:
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的低三位口,蜂鸣器输出为P3.6口。
ORG0000H
AJMPMAIN
ORG0003H
AJMPINT0SUB
ORG000BH
AJMPT0INT
ORG001BH
AJMPT1INT
OKEQU20H;抢答开始标志位
RINGEQU22H;响铃标志位
ORG0040H
MAIN:
MOVR1,#0FH;初设抢答时间为15s
MOVR2,#0AH;初设答题时间为10s
MOVTMOD,#11H;设置未定时器/模式1
MOVTH0,#0F0H
MOVTL0,#0FFH;越高发声频率越高,越尖
MOVTH1,#3CH
MOVTL1,#0B0H;50ms为一次溢出中断
SETBEA
SETBET0
SETBET1
SETBEX0
SETBEX1;允许四个中断,T0/T1/INT0/INT1
CLROK
CLRRING
SETBTR1
SETBTR0;一开始就运行定时器,以开始显示FFF.如果想重新计数,重置TH1/TL1就可以了
查询程序:
START:
MOVR5,#0BH
MOVR4,#0BH
MOVR3,#0BH
ACALLDISPLAY;未开始抢答时候显示FFF
JBP3.0,NEXT
ACALLDELAY
JBP3.0,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
ACALLBARK;按键发声
MOVA,R1
MOVR6,A;送R1->R6,因为R1中保存了抢答时间
SETBOK;抢答标志位,用于COUNT只程序中判断是否查询抢答
MOVR3,#0AH;抢答只显示计时,灭号数
AJMPCOUNT;进入倒计时程序,"查询有效抢答的程序"在COUNT里面
NEXT:
JNBP1.0,FALSE1
JNBP1.1,FALSE2
JNBP1.2,FALSE3
JNBP1.3,FALSE4
JNBP1.4,FALSE5
JNBP1.5,FALSE6
JNBP1.6,FALSE7
JNBP1.7,FALSE8
AJMPSTART
非法抢答处理程序:
FALSE1:
ACALLBARK;按键发声
MOVR3,#01H
AJMPERROR
FALSE2:
ACALLBARK
MOVR3,#02H
AJMPERROR
FALSE3:
ACALLBARK
MOVR3,#03H
AJMPERROR
FALSE4:
ACALLBARK
MOVR3,#04H
AJMPERROR
FALSE5:
ACALLBARK
MOVR3,#05H
AJMPERROR
FALSE6:
ACALLBARK
MOVR3,#06H
AJMPERROR
FALSE7:
ACALLBARK
MOVR3,#07H
AJMPERROR
FALSE8:
ACALLBARK
MOVR3,#08H
AJMPERROR
倒计时程序(包括有效抢答程序):
COUNT:
MOVR0,#00H;重置定时器中断次数
MOVTH1,#3CH
MOVTL1,#0B0H;重置定时器
RECOUNT:
MOVA,R6;R6保存了倒计时的时间
MOVB,#0AH
DIVAB;除十分出个位/十位
MOV30H,A;十位存于(30H)
MOV31H,B;个位存于(31H)
MOVR5,30H;取十位
MOVR4,31H;取个位
MOVA,R6
CLRC
SUBBA,#07H
JNCLARGER;大于5s跳到LARGER,小于等于5s会提醒
MOVA,R0
CJNEA,#0AH,FULL;1s中0.5s向下运行
CLRRING
AJMPCHECK
FULL:
CJNEA,#14H,CHECK;1s时,响并显示号数并清R0,重新计时
SETBRING
MOVA,R6
JZQUIT;计时完毕
MOVR0,#00H
DECR6;一秒标志减1
AJMPCHECK
LARGER:
MOVA,R0
CJNEA,#14H,CHECK;如果1s向下运行,否者跳到查"停/显示"
DECR6;计时一秒R6自动减1
MOVR0,#00H
CHECK:
JNBP3.1,QUIT;如按下停止键退出
ACALLDISPLAY
JNBP1.0,TRUE1
JNBP1.1,TRUE2
JNBP1.2,TRUE3
JNBP1.3,TRUE4
JNBP1.4,TRUE5
JNBP1.5,TRUE6
JNBP1.6,TRUE7
JNBP1.7,TRUE8
AJMPRECOUNT
QUIT:
CLROK;如果按下了"停止键"重新回到开始
CLRRING
ACALLBARK
AJMPSTART
正常抢答处理程序:
TRUE1:
ACALLBARK;按键发声
MOVA,R2
MOVR6,A;抢答时间R2送R6
MOVR3,#01H
CLROK;
AJMPLOOP2
TRUE2:
ACALLBARK;
MOVA,R2
MOVR6,A
MOVR3,#02H
CLROK
AJMPLOOP2
TRUE3:
ACALLBARK;
MOVA,R2
MOVR6,A
MOVR3,#03H
CLROK
AJMPLOOP2
TRUE4:
ACALLBARK;
MOVA,R2
MOVR6,A
MOVR3,#04H
CLROK
AJMPLOOP2
TRUE5:
ACALLBARK;
MOVA,R2
MOVR6,A
MOVR3,#05H
CLROK
AJMPLOOP2
TRUE6:
ACALLBARK;
MOVA,R2
MOVR6,A
MOVR3,#06H
CLROK
AJMPLOOP2
TRUE7:
ACALLBARK;
MOVA,R2
MOVR6,A
MOVR3,#07H
CLROK
AJMPLOOP2
TRUE8:
ACALLBARK;
MOVA,R2
MOVR6,A
MOVR3,#08H
CLROK
LOOP2:
AJMPDISPLAY;抢答后停止计时,等待返回
SETBRING
JNBP3.1QUIT
AJMPLOOP2
犯规抢答程序:
ERROR:
SETBRING;犯规响铃
MOVR5,#0BH
MOVR4,#0BH;显示FF和犯规号数
LOOP3:
ACALLDISPLAY
JNBP3.1QUIT1;等待“停止”键按下
AJMPLOOP3
QUIT1:
CLRRING
CLROK
AJMPSTART
显示程序:
DISPLAY:
MOVDPTR,#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
MOVA,R5
MOVCA,@A+DPTR
MOVP2,#01H
MOVP0,A
ACALLDELAY
MOVDPTR,#DAT2
MOVA,R4
MOVCA,@A+DPTR
MOVP2,#02H
MOVP0,A
ACALLDELAY
MOVA,R3
MOVCA,@A+DPTR
MOVP2,#04H
MOVP0,A
ACALLDELAY
RET
DAT1:
DB00H,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H
;"灭","1","2","3","4","5","6","7","8","9","灭","F"
DAT2:
DB3FH,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H
DELAY1:
MOV35H,#08H
LOOP0:
ACALLDISPLAY
DJNZ35H,LOOP0
RET
延时(显示和去抖动用到):
DELAY:
MOV32H,#12H
LOOP:
MOV33H,#0AFH
LOOP1:
DJNZ33H,LOOP1
DJNZ32H,LOOP
RET
发声程序:
BARK:
SETBRING
ACALLDELAY1
ACALLDELAY1
CLRRING;按键发声
RET
INT0(抢答时间R1调整程序):
INT0SUB:
MOVA,R1
MOVB,#0AH
DIVAB
MOVR5,A
MOVR4,B
MOVR3,#0AH
ACALLDISPLAY;先在两个时间LED上显示R1
JNBP3.2,INC0;P3.2为+1s键,如按下跳到INCO
JNBP3.3,DEC0;P3.3为-1s键,如按下跳到DECO
JNBP3.4,BACK0;P3.4为确定键,如按下跳到BACKO
AJMPINT0SUB
INC0:
MOVA,R1
CJNEA,#63H,ADD0;如果不是99,R2加1,如果加到99了,R1就置0,重新加起
MOVR1,#00H
ACALLDELAY1
AJMPINT0SUB
ADD0:
INCR1
ACALLDELAY1
AJMPINT0SUB
DEC0:
MOVA,R1
JZSETR1;如果R1为0,R1就置99,
DECR1
ACALLDELAY1
AJMPINT0SUB
SETR1:
MOVR1,#63H
ACALLDELAY1
AJMPINT0SUB
BACK0:
RETI
TO溢出中断(响铃程序):
T0INT:
MOVTH0,#0ECH
MOVTL0,#0FFH
JNBRING,OUT
CPLP3.6;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:
MOVTH1,#3CH
MOVTL1,#0B0H
INCR0
RETI
END
设计心得:
通过这一次抢答器的设计,使我受益匪浅,也让我学到了很多知识,通过对自己在大学里所学的知识的回顾,并充分发挥对所学知识的理解和对单片机电路设计的思考,经过几天的努力终于搞定了。
从而为自己今后进一步深层次的学习,积累了一定宝贵的经验。
其实撰写论文的过程也是专业知识的学习过程,它使我运用已有的专业基础知识,对其进行设计,分析和解决理论问题或实际问题,把知识转化为能力的实际训练,培养了我运用所学知识解决实际问题的能力。
通过这次实验设计我发现,只有理论水平提高了;才能够将课本知识与实践相结合,理论知识服务于教学实践,以增强自己的动手能力。
通过这次实验电路设计,我们知道了理论和实际的差距,也知道了理论和实际想结合的重要性,也从中得知了很多书本上无法得知的知识。
我们的学习不但要立足于书本,以解决理论和实际教学中的实际问题为目的,还要以实践相结合,理论问题即实践课题,解决问题即课程研究,学生自己就是一个专家,通过自己的手来解决问题比用脑子解决问题更加深刻。
学习就应该采取理论与实践结合的方式,理论的问题,也就是实践性的课题。
这种做法既有助于完成理论知识的巩固,又有助于带动实践,解决实际问题,加强我们的动手能力和解决问题的能力。
经过近一个月的努力,在老师和同学的商讨和帮助下,我较好的完成了设计任务,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。
我在图书馆查阅了大量的资料,同时也认识到了图书馆的重要作用。
通过此次的抢答器的设计,让我重新拾起了以前所学习的电子知识,及我觉得此次设计让我更加巩固了所学的知识并在设计的过程中学会了与时俱进,克服了编程的枯燥感,让我受益匪浅。
在学习单片机这门课程的时候,我们应该好好你的记笔记,课下好好的做练习才能把C程序设计灵活的运用到单片机程序的设计上,在单片机这门课程的学习上,我们还应该知道一种常用的仿真软件proteus软件,可以让你我们更为清晰的掌握AT89C51/52系列的实际应用上的设计。
在今后的学习过程中,应该多到图书馆看一些专业方面的书籍,以丰富自己的知识。
也使我加深了对单片机及接口技术的理解和应用,由于知识水平的局限,设计中可能会存在着一些不足,我真诚的接受老师的指导与教诲.总之,这次设计,自己还是比较满意的。
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