八路抢答器设计课程设计.docx
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八路抢答器设计课程设计
课程设计(论文)
题目名称八路抢答器设计
课程名称单片机原理及应用
学生姓名
学号
系、专业信息工程系、电子科学与技术
指导教师
2008年12月12日
摘要
随着电子技术的飞速发展,基于单片机的控制系统已广泛应用于工业、农业、电力、电子、智能楼宇等行业,微型计算机作为嵌入式控制系统的主体与核心,代替了传统的控制系统的常规电子线路。
同时楼宇智能化的发展与成熟,也为基于单片机的照明控制系统的普及与应用奠定了坚实的基础。
本设计是在学习过《单片机初级教程》这门课程后,利用所学过的课堂知识,发挥自己的创新能力,并结合动手动脑能力,来设计一个由单片机控制的智力竞赛抢答器,并完成系统的软硬件设计及调试。
关键字:
单片机、微型计算机、创新、抢答器
目录
1前言4
2方案设计5
2.1设计思路5
2.2方案论证5
2.3设计原理6
3电路设计7
3.1系统电路原理7
3.2主要元器件选择8
3.2.1AT89C51芯片8
3.2.274HC2448
3.2.3七段数码管9
4程序设计10
4.1系统程序流程10
4.2系统程序设计11
5功能仿真18
6总结与体会19
参考文献资料20
1前言
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。
因为在抢答过程中,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,即使各组的抢答时间相差几微秒,也可分辨出哪组优先答题。
该课程设计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。
本系统采用8051单片机作为核心。
控制系统的四个模块分别为:
存储模块、显示模块、语音模块、抢答按键模块。
该抢答器系统通过开关电路八个按键输入抢答信号;利用语音芯片ISD1420完成语音的录放功能;利用存储程序;利用一个四位一体的七段显示数码管来完成显示功能。
工作时,在按下抢答开始键后,用按键通过开关电路输入各路的抢答信号进行抢答,经单片机的处理,输出控制信号,控制数码管和语音芯片工作。
在位选数码管上显示哪一组先答题的号码,并有倒计时显示,以及通过语音系统发出报警声音,从而实现整个抢答过程。
2方案设计
2.1设计思路
本设计中的控制系统核心是单片机AT89C51,它主要负责控制各个部分协调工作。
在其外围接上复位电路、上拉电阻、数码管、按钮及蜂鸣器。
元件为:
晶振X1、电容C1、C2、电阻RP1及7SEG-MPX4-CA。
AT89C51单片机的P1.0和P1.7由选手控制,分别是选手抢答键,即八组抢答的输入口。
P0口为数码管的段选口,位选口用的是P2口的低4位,外部中断0,P3.2为抢答开始键。
P3.7蜂鸣器的控制口。
单片机有硬件复位端。
外部还接有蜂鸣器用来发出报警音。
采用7SEG-MPX4-CA它是共阴极的由高电平点亮。
软件设计部分由程序设计流程图和汇编语言编写。
系统仿真用到了伟福软件和PROTUCE软件,通过仿真可以完全显示出所设计系统的功能,对于程序的调试等有很大的帮助。
主持人按"抢答开始"键,会有提示音,并立刻进入抢答倒计时(预设10S抢答时间),如有选手抢答,并会显示其号数,3S后进入回答倒计时(预设15S抢答时间)。
如倒计时期间,主持人想停止倒计时可以随时按"复位"键,系统会自动进入准备状态,等待主持人按"抢答开始"进入下次抢答计时。
如果主持人未按"抢答开始"键,而有人按了抢答按键,犯规抢答,犯规号数送往显示,到按下"复位"键为止。
2.2方案论证
该系统采用MCS-51系列单片机AT89C51作为控制核心,该系统可以完成运算控制、信号识别以及显示功能的实现。
由于用了单片机,使其技术比较成熟,应用起来方便、简单并且单片机周围的辅助电路也比较少,便于控制和实现。
整个系统具有极其灵活的可编程性,能方便地对系统进行功能的扩张和更改性。
CS-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许多信号通道都在同一芯片,因此可靠性高。
2>易扩充:
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。
该方案不但从性能上优越,而且在使用上及其功能的实现上都较简洁,并且由于单片机具有优越的高集成电路性,使其工作速度更快、效率更高。
另外AT89S51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。
2.3设计原理
1.本电路采用单片机AT89C51作为控制芯片,单片机的P0口外接七段显示数码管,数码管用来显示八位选手的号码。
并在各个外接电路上并接开关按键,按键另一端接地。
发光二极管采用共阳极接法,由于P0口为高电平呈输入状态,当有按键按下时,P0口呈低电平与按键对应的发光二极管满足点亮条件点亮。
在程序编程上采用查询,查询P1口P1.0到P1.7的八个端口呈低电平,即查询是哪个选手先按键,然后将选手号码送至数码管上显现出来。
2.蜂鸣器是利用三极管处于开关状态是的导通与截止工作,在三极管导通时蜂鸣器工作,三极管截止时蜂鸣器不工作。
三极管采用8550PNP型基极接于P3.7口置其低电平时三极管导通,置其高电平时三极管截止。
3.数码管采用共阴极七段显示,其内部发光二极管为共阴极接低电平。
在主持人按下开始键后,10秒倒计时在数码管上显示。
抢答选手按下键的时候,其号码被送往数码管进行显示。
选手答题的时候,15S倒计时也送往显示。
4.软件设计分析首先在程序的开始为选手设置了一段违规程序,该程序的作用是为了防止选手在主持人没有按下抢答键时,有的选手已经提前抢答了,本次抢答为无效抢答,并有报警和记录下该位选手的选号,做违规处理。
如果在主持人按下抢答键后规定时间内抢答,该次抢答被视为有效抢答,在主持按下回答问题的键时选手就可以在规定的时间内回答问题了。
3电路设计
3.1系统电路原理
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AT89C51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AT89C51。
在其外围接上复位电路、上拉电阻、数码管、按钮及蜂鸣器。
元件为:
晶振X1、电容C1、C2、电阻RES、RESPACK-8。
外部中断0,P3.2由裁判控制,是抢答开始键。
P1.0-P1.7是8组抢答的输入口, P2.0--P2.3口为数码管的段选口,位选口用的是P0.0--P0.7输出,P3.7口为蜂鸣器输出口。
P0口和P1口要分别接上上拉电阻。
电路原理图如下:
3.2主要元器件选择
3.2.1AT89C51芯片
AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机。
AT89C51芯片不仅包括CPU、RAM、ROM、定时器、串行口、I/O接口等主要功能部件之外,还有驱动器、锁存器、指令寄存器、地址寄存器等辅助部分。
CPU是单片机最核心的部分,是单片机的大脑和心脏,主要完成运算和控制功能。
RAM用于存放变化的数据,其地址空间为256个RAM单元,但其中能作为数据存储器供用户使用的仅有前面128个,后128个被专用寄存器占用。
ROM用于存放程序和固定不变的常数等等。
通常采用只读存储器,且其有多种类型,在89系列单片机中全部采用闪存、定时/计数器用于实现定时和计数功能。
AT89C51共有四个8位的并行I/O口,每个口都有一个锁存器和1个驱动器组成。
并行I/O口主要用于实现与外部设备中数据的并航输入输出,有些I/O口还有其他功能。
AT89C51有1个UART全双工异步串行口,用于实现单片机和其他具有相应接口的设备之间的异步串行数据传送。
AT89C51采用40Pin封装的双列直接DIP结构。
40个引脚中,正电源和地线两根,外置石英振荡器的时钟线两根,4组8位共32个I/O口,中断口线与P3口线复用。
3.2.274HC244
74HC244芯片内部共有两个四位三态缓冲器,使用时可分别以1C和2G作为它们的选通工作信号。
当1C和2G都为低电平时,输出端Y和输入端A状态相同;当1G和2G都为高电平时,输出呈高阻态。
A0~A3为输入端,Y1~Y4为输出端。
OE为使能端,低电平有效。
3.2.3七段数码管
LED显示器是由发光二极管显示字段的显示器件。
由图可知它由8个发光二极管构成,通过不同的组合可用来显示0~9、A~F及小数点“.”等字符。
图中DP表示小数点,COM表示公共端。
数码管通常有共阴极和共阳极两种型号。
共阴数管的发光二极管阴极必须接低电平,当某一发光二极管的阳极连到高电平时,此发光二极管点亮;共阳极数码管的发光二极管是阳极并接到高电平,须点亮的发光二极管阴极接低电平即可。
显然,要显示某字形就应使此字形的相应字段点亮,实际就是送一个用不同电平组合代表的数据到数码管。
4程序设计
4.1系统程序流程
(1)主程序
(2)中断服务程序
(3)答题子程序
4.2系统程序设计
ORG0000H
LJMPSTART
ORG0003H
LJMPESS
ORG00A0H
START:
SETBEA
SETBEX0
SETBIT0
LP:
MOVR2,#00H
INCR2
JBP1.0,LP1
LCALLLOP
LP1:
INCR2
JBP1.1,LP2
LCALLLOP
LP2:
INCR2
JBP1.2,LP3
LCALLLOP
LP3:
INCR2
JBP1.3,LP4
LCALLLOP
LP4:
INCR2
JBP1.4,LP5
LCALLLOP
LP5:
INCR2
JBP1.5,LP6
LCALLLOP
LP6:
INCR2
JBP1.6,LP7
LCALLLOP
LP7:
INCR2
JBP1.7,LP8
LCALLLOP
LP8:
LJMPLP
LOP:
MOV56H,#02H
LP16:
MOV51H,#10D
MOV52H,#10H
CLRP3.7
LP10:
LCALLDELAY
DJNZ51H,LP10
SETBP3.7
LP15:
LCALLDELAY
DJNZ52H,LP15
DJNZ56H,LP16
MOVDPTR,#TAB
MOVA,R2
MOVCA,@A+DPTR
LP11:
MOVP2,#01H
MOVP0,A
LJMPLP11
RET
ESS:
MOVP2,#00H
CLRP3.7
MOVTMOD,#00000001B
MOVR3,#0AH
L12:
MOVR4,#14H
L11:
MOVTH0,#3CH
MOVTL0,#0B0H
MOVDPTR,#TAB
SETBTR0
MOVA,R3
MOVB,#0AH
DIVAB
MOVCA,@A+DPTR
MOVP2,#01H
MOVP0,A
LCALLDLAY
MOVA,B
MOVCA,@A+DPTR
MOVP2,#02H
MOVP0,A
LCALLDLAY
L10:
JNBTF0,L10
CLRTF0
SETBP3.7
DJNZR4,L11
DECR3
CJNER3,#0FFH,L19
LJMPL18
L19:
CJNER3,#00H,L12
MOV51H,#50D
CLRP3.7
L15:
LCALLDELAY
DJNZ51H,L15
SETBP3.7
MOVP2,#00H
LJMPL18
L18:
RETI
DLAY:
MOV53H,#05H
L14:
MOV54H,#0F0H
L13:
MOVR2,#00H
INCR2
JBP1.0,L1
LCALLLOOP
L1:
INCR2
JBP1.1,L2
LCALLLOOP
L2:
INCR2
JBP1.2,L3
LCALLLOOP
L3:
INCR2
JBP1.3,L4
LCALLLOOP
L4:
INCR2
JBP1.4,L5
LCALLLOOP
L5:
INCR2
JBP1.5,L6
LCALLLOP
L6:
INCR2
JBP1.6,L7
LCALLLOOP
L7:
INCR2
JBP1.7,L8
LCALLLOOP
L8:
DJNZ54H,L13
DJNZ53H,L14
RET
LOOP:
MOVTMOD,#00010000B
MOVR5,#11H
L22:
MOVR6,#14H
L21:
MOVTH1,#3CH
MOVTL1,#0B0H
SETBTR1
MOVDPTR,#TAB
MOVA,R2
MOVCA,@A+DPTR
L16:
MOVP2,#01H
MOVP0,A
LCALLDELAY
CJNER5,#0FH,L24
LJMPL25
L24:
JCL25
LJMPL20
L25:
MOVA,R5
MOVB,#0AH
DIVAB
MOVDPTR,#TAB
MOVCA,@A+DPTR
MOVP2,#04H
MOVP0,A
LCALLDELAY
MOVA,B
MOVDPTR,#TAB
MOVCA,@A+DPTR
MOVP2,#08H
MOVP0,A
LCALLDELAY
MOVP2,#02H
MOVP0,#0BFH
LCALLDELAY
L20:
JNBTF1,L20
CLRTF1
DJNZR6,L21
DECR5
CJNER5,#0FFH,L22
MOV57H,#10H
CLRP3.7
L27:
LCALLDELAY
DJNZ57H,L27
SETBP3.7
MOVR3,#00H
MOVP2,#00H
RET
DELAY:
MOV61H,#10D
D0:
MOV62H,#248D
D1:
DJNZ62H,D1
DJNZ61H,D0
RET
TAB:
DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H
END
5功能仿真
1、主持人按下抢答开始键之前,抢答选手若按下抢答键,视为违规,显示其号码,同时报警,仿真电路如图:
2、当主持人按下抢答开始键后,进入抢答倒计时,显示仿真电路如图:
3、主持人按下抢答开始键,若有选手进行抢答,显示其号码,3秒后进入抢答15秒倒计时的仿真电路图如图:
4、选手答题期间,当主持人按下复位键后,重新计时的仿真电路图如图:
6总结与体会
课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异,单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域,在生活中可以说得是无处不在。
因此作为二十一世纪的大学来说掌握单片机的开发技术是十分重要的。
回顾起此次单片机课程设计,我仍感慨颇多,的确,从选题到定稿,从理论到实践,在接近四星期的日子里,可以说得是苦多于甜,但是可以学到很多很多的的东西,同时不仅可以巩固了以前所学过的知识,而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,才能真正为社会服务,从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题,可以说得是困难重重,这毕竟第一次做的,难免会遇到过各种各样的问题,同时在设计的过程中发现了自己的不足之处,对以前所学过的知识理解得不够深刻,掌握得不够牢固,比如说不懂一些元器件的使用方法,对单片机汇编语言掌握得不好……通过这次课程设计之后,一定把以前所学过的知识重新温故。
在这次课程设计中,我要特别感谢我的老师——江世民,感谢老师的精心选题及悉心指导,在我们出现问题的时候,老师牺牲了很多休息时间来帮我们解答,教会我们怎么做。
在老师的帮助下,我们的一个个疑问迎刃而解。
在此,学生对您的指导工作表示衷心感谢以及对您的教学态度表示敬意!
参考文献资料
[1]李朝青.单片机原理及接口技术(修订版).北京:
北京航空航天大学出版社,1998
[2]李广弟.单片机基础.北京:
北京航空航天大学出版社,1992
[3]何立民.单片机应用技术大全.北京:
北京航空航天大学出版社,1994
[4]张毅刚.单片机原理及接口技术.哈尔滨:
哈尔滨工业大学出版社,1990
[5]谭浩强.单片机课程设计.北京:
清华大学出版社,1989
[6]余发山编著.《单片机原理机机及应用技术》.徐州:
中国矿业大学出版社
[7]张淑清娄万录等主编.《单片微机计算机接口技术及其应用》.科学出版社
[8]霄主编.《微型计算机原理及应用》.中国矿业大学出版社
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