标准电子技术设计三路抢答器.docx
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标准电子技术设计三路抢答器
电子技术设计
设计题目:
三路抢答器
学校:
xx学院
系别:
xxxxxx
专业:
xxxxxx
班级:
2xxxxx
学生姓名:
xxxxx
学号:
xxxxxxxxxx
起止日期:
2012年5月14日~2012年5月24日
1设计任务与要求
1)一位主持人与3位抢答者,复位后,甲乙丙的绿、红灯全亮,开始键、复位键的指示灯全暗;主持人按复位键则仅复位指示灯亮,其他都暗,准备开始;主持人按开始键,开始灯亮,允许甲乙丙抢答,此时优先者则相应成功指示灯亮,如允许前抢就相应犯规灯亮;答题开始进行倒计时,到规定时间不允许答题,并返回复位状态。
2)具有抢答控制和倒计时显示功能。
3)控制器应有复位控制、开始控制、抢答控制和状态指示等功能,并有答题时间控制和显示功能。
2设计方案
采用宏晶公司的STC89C52作为系统控制器的CPU方案。
原理框图如图1所示:
图1原理方框图
本系统是借用STC89C52单片机采用模块化设计的抢答器,包括3路抢答按钮、开始按钮、复位按钮,指示灯显示,倒计时显示部分按钮。
3抢答器系统的主要功能
本系统是借用单片机采用模块化设计的抢答器,包括3路抢答按钮、开始按钮、复位按钮,指示灯显示,倒计时显示部分。
用中断0和中断1的控制按钮做复位与开始控制。
同时系统能够实现:
在抢答中,只有开始后抢答才有效,如果在开始抢答前抢答为无效,相应犯规灯亮;主持人按键开始后,选手开始抢答为有效,相应成功指示灯亮,并开始倒时,回答问题的时间限定为10秒,满时后系统计时自动复位及主控复位。
STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K在系统可编程Flash存储器。
使用宏晶高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。
片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编器。
在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
STC89C52具有以下标准功能:
8k字节Flash,256字节RAM,32位I/O口线,看门狗定时器,2个数据指针,三个16位定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口,片内晶振及时钟电路。
另外,STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结。
定时器/计数器2的触发输入(P1.1/T2EX),具体如下表所示。
在flash编程和校验时,上拉发送1。
在使用8位地址(如MOVX@RI)访问外部数据存储器时,P2口输出P2锁存器的内容。
在flash编程和校验时,P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。
4抢答器硬件电路设计
总体原理图如图2所示
图中U1为单片机STC89C52,U2为芯片8255,单片机的P1.0~P1.7分别接到D4-D11这8个LED灯。
复位按键与开始按键分别接到单片机的P3.2、P3.3脚,单片机的P0.0-P0.7脚接8255芯片D0-D7脚,8255的PA0-PA5分别接6个数码管的位选,同时PA0-PA3接键盘的四列,PC3-PC0接键盘的四行,PB0接数码管引脚11,PB1接数码管引脚10,PB2接数码管引脚7,PB3接数码管引脚1,PB4接数码管引脚2,PB5接数码管引脚3,PB6接数码管引脚4,PB7接数码管引脚5。
图2总体硬件连接原理图
4.18255接口芯片
单片机系统里常用的8255[1]芯片是一个典型的可编程通用并行接口芯片,用来扩展单片机的端口,它具有3个8位的并行口,有三种工作方式,可作为单片机与各种外部设备连接的接口电路。
8255的引脚图如图3所示。
图38255的引脚图
8255引脚功能说明:
RESET:
复位输入线,当该输入端外于高电平时,所有内部寄存器(包括控制寄存器)均被清除,所有I/O口均被置成输入方式。
PA0~PA7:
端口A输入输出线,一个8位的数据输出锁存器/缓冲器,一个8位的数据输入锁存器。
PB0~PB7:
端口B输入输出线,一个8位的I/O锁存器,一个8位的输入输出缓冲器。
PC0~PC7:
端口C输入输出线,一个8位的数据输出锁存器/缓冲器,一个8位的数据输入缓冲器。
端口C可以通过工作方式设定而分成2个4位的端口,每个4位的端口包含一个4位的锁存器,分别与端口A和端口B配合使用,可作为控制信号输出或状态信号输入端口。
CS:
片选信号线,当这个输入引脚为低电平时,表示芯片被选中,允许8255与CPU进行通讯。
4.2数码管显示模块
数码管原理图如图3所示:
图3数码管原理图
在本次设计中,数码管的8段是由芯片8255的PB口控制亮灭,每个数码管的公共脚分别由8255的PA0-PA5经三极管扩流后进行控制,且数码管是共阳极的。
当公共脚接上电源正极,笔画脚通过一个220欧姆电阻接负极,对应的笔画就会点亮。
要在某位数码管上显示一个数字,首先把待显示数字的显示码送给8255的PB口,接着选中要显示的位。
4.3按键模块
按键示意图如图4所示:
在单片机系统中键盘中按钮数量较多时,为了减少I/O口的占用,常常将按钮排列成矩阵形式,在矩阵式键盘中,每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通,而是通
图4按键示意图
过一个按钮加以连接。
这样,一个端口(如P1口)就能组成4*4=16个按钮,比之直接将端口线用于键盘多出了一倍,而且线数越多,区别越明显,比如再多加一条线就能组成20键的键盘,而直接用端口线则只能多出一键(9键)。
由此可见,在需要的键数比较多时,采用矩阵法来做键盘是合理的。
矩阵式键盘的按钮识别办法确定矩阵式键盘上何键被按下,介绍一种“行扫描法”。
行扫描法又称为逐行(或列)扫描查询法,是一种最常用的按钮识别办法。
判断键盘中有无键按下将全部列线置高电平,然后检测行线的状态。
只要有一行的电平为高,则表示键盘中有键被按下,而且闭合的键位于高电平线与4根列线相交叉的4个按钮之中。
若所有行线均为低电平,则键盘中无键按下。
判断闭合键所在的位置:
在确认有键按下后,即可进入确定具体闭合键的过程。
其办法是:
将全部列线置为高电平,在确定某根行线位置为高电平后,再逐列对列线置高再检测先前返回高电平的行线的电平状态。
若此行返回为高,则该列线与返为高电平的行线交叉处的按钮就是闭合的按钮。
本次设计虽只用到其中三个按键但考虑到以后对系统升级,所以采用了矩阵式键盘。
5抢答器的软件设计
5.1主程序流程及分析
抢答器的基本工作原理:
在抢答竞赛或呼叫时,有多个信号同时或不同时送入主电路中,抢答器内部的寄存器工作,并识别、记录第一个号码,同时内部的定时器开始工作,记录有关时间并产生超时信号。
在整个抢答器工作过程中,显示电路还要根据现场的实际情况向外电路输出相应信号。
抢答器的工作流程分为:
系统复位、正常流程、违例流程等几部分,如图5所示,下面予以介绍。
1)主持人按复位键,复位指示灯亮,进入准备状态,主持人出题。
2)主持人按开始键,进入抢答部分,有人抢答就开始回答倒计时,抢答人在此限定时间内做出回答,计时完毕后停止做答并返回复位状态。
无人抢答则主持人根据实际情况做出处理后可进入下一轮抢答。
3)如果主持人未按开始键,而有人按了抢答按键,犯规抢答,相应犯规灯亮。
主持人根据实际情况做出处理后可进入下一轮抢答。
图5工作流程图
5.2总程序模块
在本次设计中,总程序可分为主程序部分,显示部分,延时部分,键盘部分,计时部分,定时器工作模式设定及初始化部分,中断程序部分。
主程序:
main()
{unsignedcharflag=0;
light=0xc0;
Timer1_Init();
while
(1)
{GInt_Init();
P1=light;
display(6,second);
if(second==0)
{second=0x09;
TR1=0;
light=0x7f;
}
flag=keyboard();
if(light==0x3f)
{switch(flag)
{case1:
light=0xfd,TR1=1;break;
case2:
light=0xf7,TR1=1;break;
case3:
light=0xdf,TR1=1;break;
default:
light=0x3f;}
}
if(light==0x7f)
{switch(flag)
{case1:
light=0xfe;break;
case2:
light=0xfb;break;
case3:
light=0xef;break;
default:
light=0x7f;}
}
}
}
打开中断及相应的设定:
voidGInt_Init(void)
{EA=1;
EX0=1;
IT0=1;
EX1=1;
IT1=1;
ET1=1;
}
外中断0:
voidISR_Ex0(void)interrupt0{light=0x7f;}
外中断1:
1voidISR_Ex1(void)interrupt2
{light&=0xbf;}
定时器工作模式设定及初始化:
6调试过程
本设计主要是在编写的程序编译通过后,用下载软件将编写的程序下载到实验开发板上,验证结果是否满足设计要求。
主要通过按键部分进行控制,通过数码管和LED灯部分进行观察。
经验证,在抢答中,只有开始后抢答才有效,如果在开始抢答前抢答为无效,相应犯规灯亮;主持人按键开始后,选手开始抢答为有效,相应成功指示灯亮,并开始倒时,回答问题的时间限定为10秒,满时后系统计时自动复位及主控复位,满足设计要求。
7结论
通过电子技术设计的实习,学到了很多的东西。
平时上课没有注意到的地方或是还不太明白的知识点,通过设计当中自己查相关资料和询问其他同学解决掉了。
设计当中还学到了一些相关的课外知识。
设计实习提高了我的思能力,动手能力,还有团队合作的能力,以上这些都是在课上体会不到而在以后的工作当中相当重要的。
这次的电子技术设计设计实习,我虽然参考了很多的资料,但由于知识有限,经验不足,实验仪器的限制,再加上时间并不是十分充裕,做的并不是十全十美。
虽然程序能够运行,但程序没有考虑到所有可能的情况,程序本身也存在一些漏洞。
希望老师能够指导。
8参考文献
[1]张鑫编著.《单片机原理及应用》[M].北京:
电子工业出版社,2005.8.105—136.
[2]陈家骏,郑滔主编.《程序设计教程》[M].北京:
机械工业出版社,2004.8.41—92.
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中国水利水电出版社,2002.10.50—89.
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[6]高伟.AT89单片机原理及应用[M].北京:
国防工业出版社,2008年.
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北京航空航天大学出版社,2006年.
[8]杨凌霄.微型计算机原理及应用[M].江苏:
中国矿业大学出版社,2004年.
[9]丁建伟.抢答器电路设计[J].兰州工业高等专科学校学报,2008,(04).
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