单片机课程设计八路抢答器.docx

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单片机课程设计八路抢答器

单片机课程设计

课程题目：

基于单片机---8路抢答器

专业：

电子信息科学与技术

年级：

091

2012年1月2日

摘要……………………………………………………………………3

1单片机的应用技术………………………………………………3

2系统设计要点………………………………………………………4

2.1抢答器的硬件设计要求……………………………………………4

2.2计分器的硬件设计要求…………………………………………4

2.3人机交互程序设计…………………………………………..……...….4

3电子智能抢答器系统的硬件电路设计……………………………5

3.1硬件模块方案………………………………………………………..5

3.2计分器的电路设计……………………………………………5

3.3抢答器的电路设计…………………………………………………7

4软件设计…………………………………………………………….........9

4.1抢答器系统软件的流程图…………………………………………………...9

4.2计分器系统的软件流程………………………………………………….....10

4.3键盘扫描程序流程图………………………………………………….........10

4.4抢答数码显示软件程序设计………………………………………….……12

4.5音乐音频输出程序流程图………………………………………………….13

5单片机干扰防护……………………………………………………14

5.1采用隔离技术……………………………………………………14

5.2正确的接地措施……………………………………………………14结论…………………………………………………………………….15

程序………………………………………………………………….…........15

摘要

电子智能抢答计分器在抢答过程中，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。

抢答组数可以在八组以内任意使用，本系统设计为模块形式采用九针插头进行连接，系统工作原理本系统采用AT89S51单片机作为核心。

控制系统的五个模块分别为：

单片机最小系统、显示模块、显示驱动模块、抢答开关模块、音乐音频输出模块。

关键词：

单片机；显示；驱动；抢答

1单片机的应用技术

单片机由硬件系统与软件系统组成。

硬件系统是指构成微机系统的实体与装置，通常由运算器、控制器、存储器、输入接口电路和输入设备、输出接口电路和输出设备等组成。

其中运算器和控制器一般做在一个集成芯片上，统称中央处理单元（CentralProcessingUnit），简称CPU，是微机的核心部件。

CPU配上存放程序和数据的存储器、输入/输出（Input/Output，简称I/O）接口电路以及外部设备即构成单片机的硬件系统。

软件系统是微机系统所使用的各种程序的总称，人们通过它对微机进行控制并与微机系统进行信息交换，使微机按照人的意图完成预定的任务。

软件系统与硬件系统共同构成完整的单片微型计算机系统，两者相辅相成，缺一不可。

2系统设计要点

系统设计主要包括硬件和软件两大部分，依据控制系统的工作原理和技术性能，将硬件和软件分开设计。

硬件设计部分包括电路原理图、合理选择元器件、绘制线路图，然后对硬件进行调试、测试，以达到设计要求。

软件设计部分，首先在总体设计中完成系统总框图和各模块的功能设计，拟定详细的工作计划；然后进行具体设计，包括各模块的流程图，选择合适的编程语言和工具，进行代码设计等；最后是对软件进行调试、测试，达到所需功能要求。

硬件电路是采用结构化系统设计方法，该方法保证设计电路的标准化、模块化。

硬件电路的设计最重要的选择用于控制的单片机，并确定与之配套的外围芯片，使所设计的系统既经济又高性能。

硬件电路设计还包括输入输出接口设计，画出详细电路图，标出芯片的型号、器件参数值，根据电路图在仿真机上进行调试，发现设计不当及时修改，最终达到设计目的。

软件设计的方法与开发环境的选取有着直接的关系，本系统由于是采用51系列单片机，因此使用KeilC语言进行开发。

此编程工具相比汇编语言具有结构化、适用范围大、可移植性好等特点。

本系统软件设计采用模块化系统设计方法，先编写各个功能模块子程序，然后进行组合与调整，经过调试后，达到设计功能要求。

2.1抢答器的硬件设计要求

抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S1~S8表示。

设置一个系统清除和抢答控制按扭，该按扭由主持人控制。

抢答器具有锁存与显示功能。

即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。

选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。

2.2计分器的硬件设计要求

加减计分有三位显示，用串行通信口，显示分数，用4*4阵列式键盘进行同时加减和单组加分。

2.3人机交互程序设计

系统的人机交互程序设计，主要是解决按键的扫描与信息的显示，让操作者

能够灵活地控制系统工作。

键盘用来输入指令，发光数码管用来显示单片机的状态，这是一个比较简单的人机交互形式。

3电子智能抢答器系统的硬件电路设计

3.1硬件模块方案

主控制器模块：

采用AT89C51单片几机控制

抢答器显示模块：

数码管显示

电源方案的选择：

采用三端稳压器电路

抢答器键盘模块：

独立式键盘

计分器显示模块：

采用带有锁存功能的移位寄存器74LS595芯片

计分器键盘模块：

行列式键盘

3.2计分器的电路设计

主控制器采用AT89C51单片机作为微处理器，AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机，片内含4Kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128bytes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（CPU）和Flash存储单元。

计分器的工作原理是采用最小系统，用4x4键盘来输入是选手需要加减进行分数的加减输入。

主板上的6个数码显示，加几分的数，按确定键后分数值从串口p3.0，p3.1传到计分器显示模块上再通过数码管驱动模块显示。

原理图如图4.1所示

图3.1计分器系统的硬件电路

3.3抢答器的电路设计

3.3.1抢答电路模块

抢答器的工作原理是采用单片机最小系统，用查询式键盘进行抢答。

通过抢答按键模块，连接按键进行抢答。

其工作原理为：

主持人按清零键后，选手可按键抢答，单片机锁存信号，屏蔽外界信号。

串显示编号，并有丁冬声输出。

抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。

抢答器原理如图4.2。

图4.2抢答器原理图

3.3.2抢答按键模块的设计

抢答按键模块的设计是通过利用光电耦合器，光电偶合器的输入/输出之间没有接触，能有效地防止输入端的电磁干扰以电藕合的方式进入应用系统，而且光电偶合器的输入阻抗很小，干扰源的内阻很大，所以能输入到光电偶合器的干扰电压很小。

把单片机信号和按钮的信号隔开，采用+12V电源给单片机开关量的控制。

其原理图如图4.3。

图3.3输入隔离电路

4软件设计

4.1抢答器系统软件的流程图

抢答组数可以在八组以内任意使用，其流程如图5.1

图4.1抢答器系统软件的流程图

4.2计分器系统的软件流程

检测P3.7状态

初始化

开始

扫描键盘S1~S8是那一个组要加分,并组号显示在主板上（六个数码管）

为0单组加减分

为1全部统一加减分

加分按键S14

减分按键S15

键盘录入分值,并显示在主板上（六个数码管）

加分按键S12

减分按键S13

键盘录入分值,并显示在主板上（六个数码管）

确定S16

P1.7输入一个单次脉冲,并保持高电平（锁存数据由P3.0P3.1串口输出显示分数）

图4.2计分器系统的软件流程

4.3键盘扫描程序流程图

本系统的键盘采用的是4×4矩阵式键盘，矩阵式键盘由行线和列线组成，按键位于行、列线的交叉点上。

一个4×4的行、列结构可以构成一个含有16个按键的键盘，显然，在按键数量较多时，矩阵式键盘较之独立式按键键盘要节省很多I/O口。

矩阵式键盘中，行、列线分别连接到按键开关的两端，在进行键盘扫描时，首先把矩阵键盘列线的第一根线置高，然后分别再检测矩阵键盘行线是否有高电平的信号，如果有信号，那么就证明这根行线与第一根列线相交处的按键被按下了，单片机就读入这个键值。

如果所有的四根行线都没有信号，那么就把第一根列线置低，把第二根列线置高，再一次检测行线有没有信号，然后依次类推。

由于键盘扫描的速度很快，而人按键总会持续一定的时间，因此只要单片机处在等待输入的状态，这个键盘扫描程序基本上不会错过任何一个按键信号。

由于一般人按键会有抖动，抖动信号造成键盘扫描时会出现一些错误的信号，要不就是扫描不进数据，要不就是重复输入很多次数据，因此需要有一个消除抖动的程序。

让单片机不响应一些相关的抖动信号，而只响应一次确实存在的按键信号。

消抖动程序是这样实现的，当检测到一个脉冲信号时，并不立即认为是一次按键，而是延时一段时间以后再进行检测，如果三次检测都有信号，那么就认为有一次按键动作发生了。

延时的选择非常重要，太快了，起不到消除抖动的效果，太慢了又让键盘太不灵活，错过较多的按键信号。

键盘扫描程序的流程图如图4.3所示。

图5.3键盘扫描程序流程

4.4抢答数码显示软件程序设计

采用静态显示，显示器由9个共阳极数码管组成。

输入只有两个信号，它们是串行数据线DIN和移位信号CLK。

9个串/并移位寄存器芯片74LS164首尾相连，了九位共阳极七段数码管，共阳极数码管的8个发光二极管的阳极（二极管正端）连接在一起，通常，公共阳极接高电平（一般接电源），七它管脚接段驱动电路输出端。

当某段驱动电路的输出端为低电平时，则该端所连接的字段导通并点亮，根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。

此时，要求段驱动电路能吸收额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻，这里的限流电阻选100Ω。

数码显示程序流程如图5.4：

图4.4数码显示程序流程

4.5音乐音频输出程序流程图

音乐音频输出由P3.7输出，如图5.5

开始

输出音频脉冲低电平

延时

输出音频脉冲高电平

延时

图4.5音频输出程序流程图

5单片机干扰防护

单片机应用系统在实际工作过程中，难免会受到各种外部或内部的干扰，使系统发生异常情况。

比如，因干扰使程序指针发生错误时，可能会将非操作码执行，造成程序执行的混乱（跑飞）或进入死循环，甚至可能会损坏元器件。

干扰窜入应用系统的主要渠道有三条：

通过电磁波辐射窜入系统的空间干扰；通过输入/输出通道窜入的通道干扰；电源的干扰。

5.1采用隔离技术

对于供电系统的干扰，可以采用交流稳压器、不间断电源（UPS）、隔离变压器、底通虑波器等，以防止电源电压的波动和干扰噪声；在直流电源的抗干扰措施中，对应用系统中的不同等级的直流电源采取集成稳压块单独供电，以避免模块间的互相影响，使直流开关电源、DC-DC变换器以加强隔离提高电源稳定性等。

在单片机应用系统的输入/输出通道中，普遍采用通道隔离技术来防止通道干扰。

其中应用较多的是光电耦合器。

光电耦合器的输入/输出之间没有接触，能有效地防止输入端的电磁干扰以电耦合的方式进入应用系统，而且光电耦合器的输入阻抗很小，干扰源的内阻很大，所以能输入到光电偶合器的干扰电压很小。

5.2正确的接地措施

在低频电路中，因寄生电抗的影响不大，常采用一点接地，以减少地线造成的地环路。

在单片机系统中，数字地和模拟地应分别接地，即使一个芯片上有两种地也要分别接地，然后再在一点处把两种分别连接起来。

在研制印刷电路板时，对地线的分布、形状、长度和宽度等也有一定的要求，比如地线要呈辐射状，避免环行，地线要宽，连接旁路电容的地线不要太长等。

单片机应用系统中的数字地、模拟地（低电平电路地）、大功率电气设备等强电设备的地（噪声地）、机壳或其他金属构件的屏蔽地应分开布置并在一点上和电源地相连。

每个单元宜采用一个接地点，地线应尽量加粗以减少地线的阻抗。

在采用屏蔽双绞线传递信号时，应将地与工作地连在一起。

要注意只能在一个点接地，以免形成回路，在屏蔽体上产生较大的噪声。

结论

通过这次课程设计。

我们小组设计电子智能抢答计分器，采用了单片机技术、数字电子、模拟电子、制作电路板等相关技术。

把在学校这一段时间所学知识连成一串。

理论联系实践，体现出大学生动手能力。

通过查资料和搜集有关的文献，培养了自学能力和动手能力。

并且由原先的被动的接受知识转换为主动的寻求知识，这可以说是学习方法上的一个很大的突破。

在以往的传统的学习模式下，我们可能会记住很多的书本知识，但是通过毕业论文，我们学会了如何将学到的知识转化为自己的东西，学会了怎么更好的处理知识和实践相结合的问题。

把握重点、攻克难关，学到用到、活学活用。

在设计过程中由于时间仓促有很多地方难免存在不足之处，硬件设计已经完成，在软件设计中有些功能还尚未开发出来。

但在以后的工作中，我们会严格要求自己，追求完美。

程序：

ORG0000H

AJMPMAIN

ORG0030H

MAIN:

MOVSP,#60H

CJNEA,#0EH,NEXT2

NEXT1:

ACALLKEYSZ

ACALLDISPLAY

SJMPMAIN

NEXT2:

CJNEA,#0FH,MAIN

AJMPNEXT1

ORG0100H

KEYSZ:

PUSHPSW

PUSHACC

SETBRS1

MOVR0,#DBUF

MOVR7,#3

L1:

CLRRS1

SETBRS1

CJNEA,#0AH,L2

L2:

JNCL1

MOVR0,A

INCR0

DJNZR7,L1

POPACC

POPPSW

CLRRS1

RET

KEYSCAN:

MOVR3,#0F7H

MOVR1,#00H

L3:

MOVA,R3

MOVP1,A

MOVA,P1

MOVR4,A

SETBC

MOVR5,#04H

L4:

RLCA

JNCKEYIN

INCR1

DJNZR5,L4

MOVA,R3

SETBC

RRCA

MOVR3,A

JCL3

SJMPKEYSCAN

KEYIN:

MOVR7,#60

D2:

MOVR6,#248

DJNZR6,$

DJNZR7,D2

D3:

MOVA,P1

XRLA,R4

JZD3

MOVA,R1

MOVDPTR,#TABLE

MOVCA,@A+DPTR

RET

ORG0200H

DISPLAY:

MOVR0,#DBUF

MOVR2,#3

MOVDPTR,#SEGTAB

DISP:

MOVA,@R0

MOVCA,@A+DPTR

MOVSCON,#0

MOVSBUF,A

JNBTI,$

CLRTI

INCR0

DJNZR2,DISP

RET

DBUFEQU30H

ORG0000H

AJMPMAIN

ORG0030H

MAIN:

MOVSP,#60H

ACALLKEYSCAN

CJNEA,#0EH,NEXT2

NEXT1:

ACALLKEYSZ

ACALLDISPLAY

SJMPMAIN

NEXT2:

CJNEA,#0FH,MAIN

AJMPNEXT1

ORG0100H

L1:

CLRRS1

ACALLKEYSCAN

SETBRS1

CJNEA,#0AH,L2

L2:

JNCL1

MOVR0,A

INCR0

DJNZR7,L1

POPACC

POPPSW

CLRRS1

RET

KEYSCAN:

MOVR3,#0F7H

MOVR1,#00H

L3:

MOVA,R3

MOVP0,A

MOVA,P0

MOVR4,A

SETBC

MOVR5,#04H

L4:

RLCA

JNCKEYIN

INCR1

DJNZR5,L4

MOVA,R3

SETBC

RRCA

MOVR3,A

JCL3

SJMPKEYSCAN

KEYIN:

MOVR7,#60

D2:

MOVR6,#248

DJNZR6,$

DJNZR7,D2

D3:

MOVA,P0

XRLA,R4

JZD3

MOVA,R1

MOVDPTR,#TABLE

MOVCA,@A+DPTR

RET

END

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Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse.

NurfürdenpersönlichenfürStudien,Forschung,zukommerziellenZweckenverwendetwerden.

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以下无正文