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单片机课程设计八路抢答器

电气学科大类

2012级

单片机原理及应用技术》课程

课程设计

姓名

学

号

专业班号

同组者1

学

号

专业班号

同组者2

学

号

专业班号

日期2015年1月

单片机课程设计

1基本内容介绍3...

2设计任务及要求3..

3方案分析4...

4主要元件介绍6...

5设计特色8...

6程序流程图9...

7源程序介绍1..0.

8心得体会1..6.

9源程序附录1...

单片机课程设计

基本内容介绍

抢答器作为一种工具，已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。

它能迅速、客观地分辨出最先获得发言权的选手。

抢答器可用机械原理或者电子器件来完成制作，如果用机械原理做，虽然原理简单技术含量不高，但是精确度和耐用性都远远不如电子元件做成的抢答器好，制作成本也会有较大差距，所以现在大多数抢答器均使用单片机和数字集成电路，并增加了许多新的功能，

本设计是以七路抢答为基本理念。

考虑到依需设定限时回答的功能，利用8051单片机及外围接口实现的抢答系统，利用单片机的定时器/计数器定时和记数的原理，将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够正确地进行计时，同时使数码管能够正确地显示时间。

用开关做键盘输出，蜂鸣器发生提示。

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犯规；抢答限定时间可设定；可以显示是哪位选手有效抢答和无效抢答，成功抢答后有声音提示；抢答时间倒记时显示，满时后系统计时自动复位及主控强制复位，重新开始。

二、设计任务与要求

1、抢答器同时供7选手或7代表队比赛，分别用7按钮S1~S7示。

2、设置一个系统清除和抢答控制开关S8开关由主持人控制。

3、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和码管上显示，同时蜂鸣器发出声响提示。

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。

4、抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如10秒）。

当主持人启动"开始"键后，同时蜂鸣器发出短暂的声响，定时器进行减计时

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5、参赛选手在设定的时间内进行抢答，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的时间，并保持到主持人将系统清除为止。

6、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，主持人将系统清零重新开始。

三、方案分析

抢答器同时供7名选手或7个代表队比赛，分别用7个按钮S1~S7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，同时蜂鸣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。

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，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。

硬件电路实验箱上已经满足要求，P2.7即为S8，由裁判控制,是抢答开始键。

P2.0-P2.6（即为S1-S7）是7组抢答的输入口,P0口为数据总线和地址总线，通过两个574和一个ULN2003驱动元件分别输出数码管的段选信号和位选信号。

实验箱核心板上P3.2口为蜂鸣器的引脚控制口。

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

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列单片机，因此使用Keil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。

本系统涉及到的功能子程序包括：

查询程序、非法抢答处理程序、倒计时程序、正常抢答处理程序、犯规抢答程序、显示程序、发声程序、T0溢出中断（计时程序）。

程序具体设计采用T0的溢出中断来实现倒计时定时，用一个两位数码管来显示倒计时，另外用一个一位数码管和一排LED灯来显示选手号。

其中，核心板上的倒计时显示为共阴极接法；并且通过动态显示法（即位选控制）来实现四个LED的同时显示。

下图1-1所示为电路框图。

其工作原理为：

接通电源后，主持人将开关拨到“清除”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置“开始”状态，宣布“开始”抢答器工作。

定时器倒计时，蜂鸣器给出声响提示。

选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：

优先判断、编号锁存、编号显示、蜂鸣器提示。

当一轮抢答之后，定时器停止、其他按键无效，禁止二次抢答，如果再次抢答必须由主持人再次操作"开始、停止"状态开关。

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图1-1抢答器的原理框图

四、主要元件介绍

1.8051单片机简介

8051系列单片机是国际上流行多年的代表机型，是国内高校教学和初学者入门首选的主流机型，也是在各种技术期刊和专业书籍中出现频率最高的经典机型。

本文以标准80C51为模型，并适当兼顾8051系列的共性和常用型号的特性。

内容主要包括：

硬件架构、ROM、RAM、指令系统、汇编程序基础和汇编语言工具链、并行端口、定时器、中断逻辑、复位逻辑、时钟电路、电源电路等功能电路的结构和工作原理，以及片内程序存储器编程原理。

80C51内含8位CPU；广泛的布尔处理能力：

32根双向且分别可寻址的I/O线；128字节RAM；2个16位定时器/计数器；全双工异步串行口（UART）；2个中断优先级；5个中断源；片内有时钟震荡器；4K字节片内ROM程序储存器；可寻址的64K字节外部程序储存空间；可寻址得64K字节外部数据储存空间。

MCS-51单片机特点如下：

<1>.可靠性好：

单片机按照工业控制要求设计，抵抗工业噪声干扰优于一般的CPU，程序指令和数据都可以写在ROM里，许多信号通道都在同一芯片，因此可靠性高，易扩充。

<2>单片机有一般电脑所必须的器件，如三态双向总线，串并行的输入及输出引脚，可扩充为各种规模的微电脑系统。

<3>控制功能强：

单片机指令除了输入输出指令，逻辑判断指令外还有更丰富的条件分支跳跃指令。

<4>单片机具有优越的高集成电路性，使其工作速度更快、效率高。

另外80C51单片机采用12MHz的晶振，提高了信号的测量精度，并且使该系统可以通过软件改进来扩张功能。

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（1）80C51的时序图时序图如图1-2所示:

图1-280C51的时序图

时序控制电路:

1主持人将控制开关拨到“开始”位置时，蜂鸣器发声，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态。

2当参赛选手按动抢答键时，蜂鸣器发声，抢答电路和定时电路停止工作。

3当设定的抢答时间到，无人抢答时，蜂鸣器发声，同时抢答电路和定时电路停止工作。

（2）8051引角及其功能

电源端Vcc

接地端GND

脚

时钟信号输入端XTAL2

时钟电路引脚XTAL1复位信号输入端RST地址锁存允许信号端ALE

40脚

20脚

18脚

19脚

9脚，高电平有效

30脚

0C51的引

6分频振荡周期，PSEN29脚

程序存储器允许输出信号端

用于读取外部的程序存储器，每个机器周期中两次

有效。

EA31脚外部程序存储器地址允许输入,接高电平时，执行片内程序存储器

的内容，当PC超过0fffH时，自动变0。

接低电平时，访问外部程序存储器

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P039~32脚8位准双向I/O,在做输入时，要先向口地址80H写1，此时由内部上拉提成高阻态。

P11~8脚8位准双向I/O

2.数码管

数码管有8个输入接口和一个共阴极端,8个输入端分别接A,B,C,D,E,F,G七个显示管和一个小数点端DP，数码管引脚图如图2-1。

数码管代替二极管，也就是用一位数字的显示来代替两位的二极管，共同完成同样的故障显示功能。

图2-1数码管引脚图

五、设计特色

抢答器是一种应用非常广泛的设备，在各种竞赛、抢答场合中，它能迅速、客观地分辨出最先获得发言权的选手。

早期的抢答器只由几个三极管、可控硅、发光管等组成，能通过发光管的指示辩认出选手号码。

现在大多数抢答器均使用单片机（如MCS-51型）和数字集成电路，并增加了许多新功能，如选手号码显示、抢按前或抢按后的计时、选手得分显示等功能。

本系统涉及到的功能子程序包括：

查询程序、非法抢答处理程序、倒计时程序、正常抢答处理程序、犯规抢答程序、显示程序、发声程序、T0溢出中断（计时程序）。

用开关做键盘输出，蜂鸣器发生提示。

系统达到要求:

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犯规；抢答限定时间显示10秒倒计时；可以显示是哪位选手有效抢答和无效抢答，正确按键后有发声提示；抢答时间倒记时显示时间完后系统复位；有选手抢答成功后按键锁定，此状态下其他按键无效。

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六、程序流程图

9

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七、源程序介绍

根据流程图中的介绍，本设计的源程序除主程序外，还包括查询程序、非法抢答处理程序、无人抢答程序、倒计时程序、正常抢答处理程序、犯规抢答程序、显示程序、发声程序、T0溢出中断程序。

下面将对下面将对其一一介绍。

完整的源程序参见附录

a）主程序开始之前：

对数据存储单元定义，中断入口，主程序入口

D_DAT0EQU

6AH

D_DAT1EQU

6BH

D_DAT2EQU

6CH

D_DAT3EQU

6DH

D_DAT4EQU

6EH

D_DAT5EQU

6FH

D_DAT6EQU

70H;定义显示数据单元

ORG

0000H

AJMP

START

ORG

000BH;定时器T0入口

AJMP

INTT0

b）主程序：

初始化数码管，等待主持人宣布抢答开始

START:

MOV

SP,#30H

MOV

D_DAT0,#10

MOV

D_DAT1,#10

MOV

D_DAT2,#10

10

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MOVD_DAT3,#10;熄灭前四个灯

MOVD_DAT4,#1

MOVD_DAT5,#0;初始化显示数据10

MOVR3,#10;倒计时10秒的数暂存于R3

MOVP0,#0

CLRP1.1;初始化有关I/O口

CLRP1.2

MOVR0,#D_DAT0;初始化显示指针寄存器

;R0指向第一位显示数字

MOVR1,#01H;初始化需点亮数码管位置代码

NOP

JNBP2.7,$

c）非法抢答处理程序：

READY:

LCALLDISP

JNBP2.0,ERROR1

JNBP2.1,ERROR2

JNBP2.2,ERROR3

JNBP2.3,ERROR4

JNBP2.4,ERROR5

JNBP2.5,ERROR6

JNBP2.6,ERROR7;判断抢答犯规者，显示号码并响铃

JBP2.7,READY

11

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LCALLSOUND

;主持人控制抢答是否开始，P2.7先置于1，开始抢答则置于0

AJMPNOERROR

随着查询程序，一开始主持人控制抢答，P2.7为1，抢答未开始，若在查询程序中发现有选手提前抢答，则程序转到非法抢答处理程序开始执行。

比如，检测到选手1犯规，则执行以下语句：

JNBP2.0,ERROR1；

同时，

ERROR1:

MOVD_DAT1,#1

LCALLSOUND

MOVR5,#1

JNBP2.7,ERROR1

AJMPSTART;P2.7置1，重新开始

；转犯规抢答程序

1号若抢答犯规，则会发出警报，同时数码管显示抢答选手的编号，主持人控制重新开始。

d）INT0处理程序（抢答时间程序）

NOERROR:

MOV

TMOD,#11H

MOVTH0,#3CH

MOVTL0,#0B0H;50ms

MOVR2,#20;循环20次

SETBEA

SETBET0

SETBTR0;定时器T0初始化

中断程序：

INTT0:

MOVTH0,#3CH

12

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MOVTL0,#0B0H

DJNZR2,INTTO_1

MOVR2,#20;20次循环重赋初值

DECR3

MOVD_DAT5,R3

MOVD_DAT4,#0

INTTO_1:

RETI

定时器T0采用方式一，系统主频focs=12MHz，计数初值f12

X216focst2161250000155363CB0H。

中断程序一次循环50ms,进行1212

20次循环，刚好1秒。

e）正常抢答处理程序：

当确定没有选手犯规抢答时，则进入正常抢答环节，判断选手抢答成功与否

MAIN:

LCALLDISP;调用数码管循环点亮子程序

JNBP2.0,SOUND1

JNBP2.1,SOUND2

JNBP2.2,SOUND3

JNBP2.3,SOUND4

JNBP2.4,SOUND5

JNBP2.5,SOUND6

JNBP2.6,SOUND7;判断抢答成功者，停止计时并响铃

MOVR4,D_DAT4

CJNER4,#0,LOOP1

MOVR4,D_DAT5

CJNER4,#0,LOOP1

AJMPNOBODY;无人抢答，停止计时并响铃

13

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LOOP1:

AJMPMAIN;循环执行主程序

由于程序运行速度很快，误差很小，故可以采用依次查询的方法，对结果几乎

没有影响。

若选手3抢答成功，则进入以下程序

SOUND3:

CLRTR0

MOVD_DAT1,#3

LCALLSOUND

SOUND3_1:

LCALLDISP

JNBP2.7,SOUND3_1

AJMPSTART;P2.7置1，重新开始

抢答成功后，停止计时，数码管显示选手号码。

需要进行下一次抢答时，则只

需要将P2.7置1，此操作将由主持人完成。

同理，可以得到其他选手的处理程序。

详细程序请参见附录源程序中正常抢答处理程序部分。

f）所有选手放弃抢答程序：

NOBODY:

CLRTR0

MOVD_DAT5,#0

LCALLSOUND

NOBODY1:

LCALLDISP

JNBP2.7,NOBODY1

AJMPSTART

放弃抢答的标志是D_DAT4=0，D_DAT5=0，查询到这种情况既跳转到无人抢答处理。

g）显示子程序：

DISP:

MOVA,R1;取位代码

MOVP0,A;位代码送P0口

14

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SETB

P1.2

NOP

CLR

P1.2

;产生一个锁存脉冲,锁存位代码

MOV

A,@R0;取需显示的数字

MOV

DPTR,#DISPD;装载笔画编码表首地址

MOVC

A,@A+DPTR;取需显示数字笔画代码

MOV

P0,A

;笔画代码送到P0口

SETB

P1.1

NOP

CLR

P1.1

;产生一个锁存脉冲,锁存笔画代码

INC

R0

;R0增1指向下一个需显示数字

MOV

A,R1

CLR

C

RLC

A

MOV

R1,A

;R1中的值左移1位,指向下一位数码管

CJNE

R0,#70H,DISP1;R0中不为70H则继续

MOV

R0,#D_DAT0;R0中为70H,循环完一轮

;重新赋初值

MOV

R1,#1

;位置代码初值

DISP1:

NOP

RET

;数字笔画代码表

;0123456789熄

DISPD:

DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,0

这里的显示包括对时间和选手号的显示，显示器即为核心板上的数码管，显示

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单片机课程设计

子程序也就是例子程序，不需要做多大的改动。

h）发声程序

一旦开始键或抢答键按下，或因非法抢答，都需要调用到发声子程序

SOUND:

MOV

R7,#228

MOV

R6,#0FFH

DELAY:

CPL

P3.2

DE1:

DJNZ

R7,DE1

DJNZ

R6,DELAY

利用核心板上的蜂鸣器，可以发出声音，P3.2控制蜂鸣器的发声。

P3.2连续高低电平变化时，可以发出不同频率的声音，由于这里对发声的频率没有什么要求，故随意设置了一个发声频率，发声时间也很短暂。

至此，所有子程序的编写已介绍完毕。

心得

这次课程设计老师给我们安排了两个星期的时间，可以说是比较充裕的。

虽然如此，我还是很用心的做设计，利用了周六周日两天的时间在宿舍思考本次的课程设计，拿到题目，感觉太繁杂了，不知怎么下手，虽然这些知识以前都有接触过，但也只是分部分来接触，而这次的设计是要对前面几次实验的一个综合，真的很难。

也翻阅了一些资料，并自己事先编写好了程序，到了周一去到实验室时候，把自己写的程序烧进去芯片里面，发现不行，那些数字闪动得非常厉害，自己检查了好久好久，但还是发现不了问题，之后问了同学，才知是我把段码搞错了，我用的是共阴位选，但数据表的段码我却用了共阳的段码，所以不能在数码管上正常显示。

通

16

单片机课程设计

过运用单片机设计七路抢答器程设计，发现自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。

在这个过程中，我也曾经因为实践经验的缺乏失落过，也曾经仿真成功而热情高涨。

特别是Proteus仿真软件的使用，不知是由于电脑的问题还是怎么，这个软件的安装就花了我很长的时间，好不容易安装好了，又对软件的使用一点都不熟悉，要从头开始学起，对着我们的芯片原理进行仿真画图，刚刚开始时候真的很难下手，因为是英文版的软件，很多东西都看不太明白，都是通过自己一个个来慢慢琢磨，才把仿真图画了出来，然后把写好的程序导入芯片，进行仿真，当看到程序正常运行的那一刻，心中真是有几分的喜悦。

生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。

劳动是人类生存生活永恒不变的话题。

虽然这只是一次的较简单的课程制作（七路抢答器），可是平心而论，也耗费了我不少的心血。

通过这次课程设计，我想说：

为完成这次课程设计我们确实很辛苦，但苦中仍有乐，和同学们相互帮助，我感觉我和同学们之间的距离更加近了。

LED亮了起来，蜂鸣器响起的是我一生以来最好听的声音，我们的心中就不免兴奋，不免激动。

以前种种艰辛这时就变成了最甜美的回忆！

这次学习给我留下了深刻的印象，使我受益匪浅。

而且对于论文的总体构思也有了很多经验，相信自己经过这一次的训练与学习，对于今后会更加努力，做得最好。

对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。

让我知道了学无止境的道理。

我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。

挫折是一份财富，经历是一份拥有。

这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！

17

单片机课程设计

附录

总程序清单

D_

DAT0EQU

6AH

D_

DAT1EQU

6BH

D_

DAT2EQU

6CH

D_

DAT3EQU

6DH

D_

DAT4EQU

6EH

D_

DAT5EQU

6FH

D_

DAT6EQU

70H

;定义显示数据单元

ORG0000H

AJMPSTART

ORG000BH;定时器T0入口

AJMPINTT0

ORG

0030H

START:

MOV

SP,#30H

MOV

D_DAT0,#10

MOV

D_DAT1,#10

MOV

D_DAT2,#10

MOV

D_DAT3,#10;熄灭前四个灯

MOV

D_DAT4,#1

MOV

D_DAT5,#0;初始化显示数据10

MOV

R3,#10;倒计时10秒的数暂存于R3

MOVP0,#0

CLRP1.1;初始化有关I/O口

CLRP1.2

MOVR0,#D_DAT0;初始化显示指针寄存器

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单片机课程设计

;R0指向第一位显示数字

MOV

R1,#01H;初始化需点亮数码管位置代码

NOP

JNB

P2.7,$

READY:

LCALLDISP

JNB

P2.0,ERROR1

JNB

P2.1,ERROR2

JNB

P2.2,ERROR3

JNB

P2.3,ERROR4

JNB

P2.4,ERROR5

JNB

P2.5,ERROR6

JNB

P2.6,ERROR7;判断抢答犯规者，显示号码并响铃

JB

P2.7,READY

LCALL

开始抢答则置于0

SOUND;主持人控制抢答是否开始，P2.7先置于1，

AJMP

NOERROR

ERROR1:

MOVD_DAT1,#1LCALLSOUNDMOVR5,#1

JNBP2.7,ERROR1

AJMPSTART;P2.7置1，重新开始

ERROR2:

MOVD_DAT1,#2

LCALLSOUND

MOVR5,#2

19

单片机课程设计

JNBP2.7,ERROR2

AJMPSTART;P2.7置1，重新开始

ERROR3:

MOVD_DAT1,#3

LCALLSOUND

MOVR5,#3

JNBP2.7,ERROR3

AJMPSTART;P2.7置1，重新开始

ERROR4:

MOVD_DAT1,#4

LCALLSOUND

MOVR5,#4

JNBP2.7,ERROR4

AJMPSTART;P2.7置1，重新开始

ERROR5:

MOVD_DAT1,#5

LCALLSOUND

MOVR5,#5

JNBP2.7,ERROR5

AJMPSTART;P2.7置1，重新开始

ERROR6:

MOVD_DAT1,#6

LCALLSOUND