1、本科毕业设计（论文）（20 届）基于单片机的八路抢答器设计所在学院专业班级 电子信息科学与技术学生姓名指导教师完成日期目录摘要 .IIAbstract .III第一章 系统整体设计 .11.1 设计任务与要求 .11.2 设计方案论证与比较 .1第二章 系统硬件设计及功能分析 .32.1 AT89C51 芯片 .32.2 系统的硬件设计及功能分析 .62.2.1 抢答器的硬件构成图 .62.2.2 抢答器的电路图 .62.2.3 抢答电路的设计 .72.2.4 显示电路的设计 .82.2.5 复位电路的设计 .92.2.6 报警电路的设计 .102.2.7 系统扬声器的发声 .102.2.8
2、时钟电路的设计 .11第三章 系统程序分析及仿真 .123.1 系统的程序流程图 .123.2 系统抢答电路部分的程序分析及仿真 .133.3 系统调整抢答时间部分的程序分析及仿真 .163.4 系统中选手非法抢答处理的程序分析及仿真 .18第四章 总结 .22参考文献 .23附录 .24致谢 .35基于单片机的八路抢答器摘要本文的设计是以 AT89C51 单片机为核心控制元件，以按钮作为输入设备控制发光二极管、LED 数码管、扬声器等硬件设备，利用汇编语言编程，实现抢答功能。本次设计的系统判断精准、操作简单、成本低廉、实用性强。它的功能实现是由主持人按键来控制总开关，当主持人按下开始键后选手
3、开始抢答，此时显示时间的 LED 数码管开始倒计时（时间可通过按键调节输入 00-99秒） ，选手们在此时间内答题有效，若有一名选手优先按下抢答按钮，则该系统自动屏蔽其他选手的抢答，同时 LED 数码管显示该选手的编号及答题的剩余时间，扬声器提示抢答成功，若过了抢答时间仍没有选手抢答那么本次抢答无效，扬声器响起提示无人抢答；如果在开始抢答前按下抢答按钮，则视为抢答无效，LED 数码管显示犯规选手编号和 FF，扬声器响起提示犯规；答题完毕和犯规后系统由主持人复位。关键词：AT89C51；LED 数码管；中断Microcontroller-Based Eight-Way ResponderAbst
4、ractThis design is based on AT89C51 microcontroller as the core control elements to the button as an input device control light-emitting diode, LED digital tubes, speakers and other hardware devices, the use of assembly language programming, answer in function. The design of the system to determine
5、precise, simple, low cost, practical. Its function implementation is key to control by the host master switch, when the host key players began to press the answer in the beginning, when the time of the LED digital display starts counting down (time can be adjusted through the key input 00-99 seconds
6、), players answer at this time are valid, if a player first answer in the button pressed, the system automatically shield the other players answer in the same time, LED digital display of the players number and answer the remaining time, the speaker prompt answer in the success. If you still do not
7、have the answer in time, then this player responder invalid, the speaker sounded tips have no answer; If the answer before the start responder in press the button, responder is considered invalid, LED digital display foul player number and FF, the speaker sounded foul tips; answer is completed and r
8、eset after a foul the system by the moderator.Keywords: AT89C51, LED Digital Tube, The Interrupt第一章 系统整体设计1.1 设计任务与要求论文设计的主要任务：设计一个基于 AT89C51 单片机的八路抢答器。论文设计的主要要求： 抢答器同时供 8名选手或 8组参赛队比赛使用，分别用编号 1号-8 号来表示，每个编号对应一个相应的抢答按钮。 系统为主持人设置了复位按钮和控制抢答开始的按钮，用于系统的清零和控制选手的抢答。 抢答器具有锁存和显示功能。即选手按下抢答按钮后，锁存相应的选手编号，并在 LED
9、数码管上显示，扬声器发出声响提示（时间约为 0.5s） 。与此同时封锁输入电路，禁止其他选手抢答。 抢答器具有定时抢答的功能，每次抢答的时间可由主持人根据题目的难度设定（初始抢答时间为 30s） 。当主持人按下“开始 ”按钮后，定时器立即减计时，LED 数码管显示倒计时时间，同时扬声器发出短暂的声响以提示答题开始；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，禁止选手超时抢答，时间显示器上显示 00，最后显示为初始状态FFF。 选手在规定的时间内进行抢答为有效状态，定时器停止工作，LED 数码管显示抢答成功的选手编号和答题的时间，在答题的最后 5秒时间里
10、，扬声器伴随倒计时发出声响提示选手答题时间即将结束，要求选手掌握答题速度；若选手提前答题完毕的则由主持人按下“结束”按钮，进行下一轮的抢答。 如果选手在主持人按下抢答“开始”按钮之前进行抢答，则视为抢答犯规，LED 数码管显示选手编号和 FF，同时扬声器发出报警声响，由主持人按下“复位”按钮将系统清零。 1.2 设计方案论证与比较方案一：系统采用 C51 系列单片机 AT89C51 为核心控制元件，以按钮作为输入设备控制发光二极管、LED 数码管、扬声器等硬件设备，利用汇编语言编程，通过相应的程序使单片机部分引脚输出高低电平，配合驱动电路驱动数码管显示结果，最终达到设计目的，实现抢答功能。其硬
11、件电路的设计不是很繁琐，编程也不是很复杂，系统的功能调试结合电路原理图，通过修改相应的程序即可。方案二：系统各部分采用中小规模集成数字电路，用机械开关按钮作为控制开关，完成抢答输入信号的触发。该方案的特点是中小规模集成电路应用技术成熟，性能可靠，能方便地完成选手抢答的基本功能，但是由于系统功能要求较高，所以电路连接集成电路相对较多，而且过于复杂，并且制作过程工序比较繁琐，使用不太方便。用这种方法来实现，其优点是不用编程，但其不足的之处是电路复杂，焊接工程量大，一旦焊接错误，就会给检查硬件带来很大的麻烦，而且调试也相对麻烦 1。方案一设计的电路原理图简单明了，避免了重复，控制和使用起来都很方便。
12、抢答器对选手的抢答速度有很强的分辨力，即使先后只相差 10 毫秒，抢答器也能很快的分辨出来，从而判断出拥有优先权的选手，抢答成功的选手的编号会在 LED 数码显示器上显示出来，在显示选手编号的同时也显示答题倒计时，该结果保持到主持人清零为止，本设计实现的功能较多，答题时间和抢答时间均可随意调整，故采用方案一。第二章 系统硬件设计及功能分析2.1 AT89C51 芯片AT89C51 是一种内含 4KB 闪速存储器、低电压、高性能的 8位 CMOS 微控制器。它采用了 ATMEL 公司的高密度非易失存储制造技术，与工业标准的 MCS-51指令集合输出引脚完全兼容。由于将多功能 8位 CPU 和闪速
13、存储器组合在一个芯片中，使其具有方便易用、性价比高的显著特点，因此成为 C51 系列兼容单片机中最受欢迎的品种 2。2.1.1 AT89C51 芯片的引脚说明AT89C51 单片机内部包括一个 8位 CPU，片内振荡器和时钟电路，由 4KB 闪存组成的的程序存储器，128 字节的数据存储器，四个 8位并行 I/O 口，一个全双工串行口，两个 16位定时/计数器，5 个中断源，提供两个中断优先级，21 个特殊功能寄存器，可寻址 64KB 的外部程序存储器和数据存储器，有位寻址功能及较强的布尔数据处理能力，有两种软件可选的低功耗运行方式，即空闲和掉电方式 2-3。其引脚图如图2.1所示：图 2.1
14、 AT89C51 引脚图AT89C51 单片机的引脚说明如下，按其功能可分为以下四类：第一类，主电源引脚 VCC 和 GND。 VCC：正常工作电压+5V。 GND：电源地。第二类，时钟电路引脚 XTAL1 和 XTAL2。 XTAL1:片内振荡器输入端，是外接晶体的一个引脚。当采用外部振荡器时，此引脚接地。 XTAL2:片内振荡电路的输出端，是外接晶体的另一端。当采用外部振荡器时， 此引脚接外部振荡源。如果采用外部时钟源驱动器件， XTAL2应不接。输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。系统选用的是 12MHz 的晶
15、振。第三类，输入/输出（I/O）端口引脚。 P0 口： 8位漏极开路的双向 I/O 口。每个引脚可吸收 8个 TTL 门电流。当P0 口的管脚第一次写 “1”时，被定义为高阻输入。P 0口能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在 FLASH 编程时，P 0口作原码输入口，当 FLASH 进行校验时， P0输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。 P1 口：带内部上拉电阻的 8位双向 I/O 口。 P1口缓冲器能接收输出 4个TTL 门电流。P1 口管脚被写入“1”后，被内部上拉为高电平，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉电阻的缘故。在FL
16、ASH 编程和校验时， P1 口作为第八位地址接收。 P2 口：带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。 P2 口缓冲器可接收输出 4个TTL 门电流。当 P2 被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且其作为输入。P2 口当用于外部程序存储器或 16位地址数据存储器进行读写时，P 2口输出地址的高八位。当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在 FLASH 编程和校验时接收地址信号和控制信号。 P3 口：带内部上拉电阻、引脚有复用功能的 8位双向 I/O 口。P 3口可接收输出 4个 TTL 门电流。当 P3 口写入“1”后，它被内部上拉电阻拉为高
17、电平，并用作输入。P 3口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口， P3口的第二功能如表2.1所示：表 2.1 P3 口的第二功能端口引脚 第二功能P3.0 RXD(串行数据输入口)P3.1 TXD(串行数据输出口)P3.2 INT0(外部中断 0输入线)P3.3 INT1(外部中断 1输入线)P3.4 T0(外部计数脉冲输入)P3.5 T1(外部计数脉冲输入)P3.6 WR(外部数据存储器写选通)P3.7 RD(外部数据存储器读选通)第四类，控制类引脚： RST：复位信号引脚。当振荡器工作时，RST 引脚出现两个机器周期（24个振荡周期）以上的高电平，将使单片机复位。只要这个引脚保持高电
18、平，51 芯片便循环复位。复位后 P0P3口均置 1，引脚表现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存器 SFR 全部清零。当复位脚由高电平变为低电平时，芯片从 ROM 的 00H处开始运行程序 ALE/PROG:片外存储器地址锁存允许/编程脉冲输入端。当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE 输出脉冲用于锁存地址的低 8位字节。即使不访问外部存储器,ALE 仍以时钟振荡频率的 1/6输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。但要注意：每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE 脉冲。ALE 端可以驱动（吸收或输出电流）8 个 TTL 电路。 PSEN:片外程序存储器读选通。产生访
19、问外部程序存储器的读选通信号。在由外部程序存储器读取指令期间，PSEN 在每个机器周期内两次有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 PSEN 信号将不出现。PSEN 可以驱动 8个 TTL电路。 EA/VPP:片内、片外程序存储器选择输出/编程电压输入端。当 EA 为低电平时，执行外部程序存储器的程序，不管是否有内部程序存储器；当 EA 为高电平时，执行内部程序存储器的程序。在 FLASH 编程期间，此引脚也可以用于施加12V 编程电源（VPP） 。2.2 系统的硬件设计及功能分析2.2.1 抢答器的硬件构成图我们可以看出抢答器主要有 6个部分组成，每个部分完成相应的功能。复位电路用于清
20、零系统，使系统恢复初始状态；时钟频率部分用于抢答器的定时和倒计时，通过在 LED 数码管上显示出相应的时间；显示电路就用于显示抢答的选手编号、抢答时间、倒计时时间和选手非法抢答的显示；报警电路用于选手非法抢答的报警、抢答开始的提示和答题时间最后 5秒的报警提示；抢答电路是用 8个抢答按钮组成的，用于供选手抢答。抢答器具有锁存、定时、显示和报警功能。即当主持人按下抢答“开始”按钮后，抢答开始，当选手按下抢答按钮后，锁存器锁存相应的选手编号，同时在LED 数码管上显示出抢答成功的选手编号和答题时间。在主持人宣布按下抢答“开始”按钮、选手按下抢答按钮以及在抢答和答题的最后 5秒的时间里都有报警声以提示主持人和选手。该电路主要完成以下功能：分辨出选手按键的先后顺序，并锁存优先抢答选手的编号，同时译码显示选手编号；禁止其他选手按键，即使其他选手按键，该操作也视为无效 4。抢答器构成框图如图 2.2所示：复位电路单片机时钟频率报警电路显示电路抢答电路
