单片机课程设计-基于51单片机抢答器设计

课程设计（论文）课程名称： 单片机原理及其接口技术 题 目： 智力竞赛抢答器的设计 院 （系）： 理学院 专业班级： 电子信息科学与技术1301班姓 名： 学 号： 指导教师： 2016 年 7 月 1 日西安建筑科技大学课程设计（论文）任务书一、课程设计（论文）题目 基于51单片机智力竞赛抢答器的设计 二、本次课程设计（论文）应达到的目的熟悉8路抢答器工作原理和设计方法，利用单片机实现抢答器抢答，并采用Proteus软件仿真，理论联系实际，将理论知识转换为实践能力。三、本次课程设计（论文）任务的主要内容和要求（包括原始数据、技术参数、设计要求等）主要内容：编写程序，利用单片机控制抢答器及显示。要求： （1）要求采用51单片机作为控制器； （2）通过一个共阴极数码管进行号码显示； （3）抢答器需要实现锁存优先抢答号码及显示等功能。 四、 应收集的资料及主要参考文献：1 严洁.单片机原理及其接口技术.第一版.机械工业出版社, 2010.77922 谢维成，杨家国.单片机原理接口及其应用系统设计.第一版.电子工业出版社,2014.1041103 胡汉才.单片机原理及其接口技术.第一版.清华大学出版社，2004.1561564 楼然苗，李广飞.单片机课程设计指导.第二版.清华大学出版社，2009.80875 杨居义，马宁.单片机原理设计指导.第一版.清华大学出版社，2009.8889五、审核批准意见教研室主任（签字）专业班级：电子信息科学与技术1301 学生姓名:毛文强 指导教师(签名): 西安建筑科技大学课程设计（论文）摘要本次课程设计通过对8路智力竞赛抢答器的研究与分析，了解抢答器的工作原理，以AT89C51微处理器作为主要模块、数码管做为显示模块组成的用于表决选择的抢答器。本文主要介绍AT89C51微处理器、数码管和蜂鸣器等电子元器件的相关功能及其应用。合理选取AT89C51系列集成电路芯片通过划分功能模块完成抢答部分与显示部分的电路设计，结合实际应用与理论设计，使用蜂鸣器构成扩展电路，通过八个按键开关来摸拟八路选手的抢答，开始键按下，则进入到八个按键的扫描中。通过数码管来显示抢答选手的号数，并由蜂鸣器发出抢答产生信号，利用Proteus电路模拟仿真软件，实现8路智力竞赛抢答器的模拟仿真，最终实现可控8路智力竞赛抢答器的设计。关键词：抢答器，集成芯片，AT89C51，ProteusAbstract The course is designed by 8 quiz Responder research and analysis to understand Responder works with AT89C51 microprocessor as the main module, LED display module as the Responder for voting choice. This paper describes the correlation function and its application AT89C51 microprocessor, digital control, buzzer, and other electronic components. Reasonable selection AT89C51 series is completed by dividing the integrated circuit chip modules answer part of the circuit design and the display section, combined with the practical application of theory and design, constitute a buzzer expanding circuit, through eight key switch to analog eight players answer, start key is pressed, the process proceeds to the scan in eight buttons. Through digital number to show the number of players answer, the answer issued by the buzzer signal generated using Proteus circuit simulation software, simulation 8 quiz Responder, and ultimately controllable 8 quiz Responder design. Key Words：Responder，Integrated chip，AT89C51，Proteus目录1 绪论11.1课设背景11.2 Proteus仿真简介22 设计方案42.1 硬件设计方案42.2 软件设计方案43硬件电路设计63.1 微处理器AT89C51简介63.2管脚说明73.3 模块电路原理分析93.3.1 抢答器的电路框图93.3.2时序控制电路103.3.3时钟电路103.3.4扩展电路114 软件方案设计134.1 程序设计134.2 总电路仿真测试155 心得体会16参考文献171 绪论1.1课设背景随着各种知识竞赛电视节目的不断发展，越来越多的竞赛抢答器排上了用场，抢答器不仅体现选手之间的公平抢答，而且能增加节目现场的紧张、活跃气氛。在知识竞赛中，特别是做抢答题时，在抢答过程中，为了知道哪一组或哪一位选手先答题，必须要有一个系统来完成这个任务。这次设计就是用AT89C51微处理器和其他元器件设计一个八路抢答器。数字抢答器由主体电路与扩展电路组成，优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出；用控制电路和主持人开关启动电路，以上两部分组成主体电路。通过蜂鸣器实现在选手抢答开始或抢答成功时响铃提示功能，构成扩展电路。本次课程设计的设计目的归纳为：1. 抢答器可同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮就表示；2. 为节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零和抢答的开始；3. 抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按下抢答按钮，编号立即锁存，并在LED七段数码管上显示出选手的编号、蜂鸣器给出音响提示，同时要封锁输入电路，禁止其他选手抢答。优先抢答选手的编号保持到主持人将系统清零为止。1.2 Proteus仿真简介Proteus软件是英国Lab Center Electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前比较好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。在PROTEUS绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：*.HEX可以在PROTEUS的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。PROTEUS不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例：元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。课程设计、毕业设计是学生走向就业的重要实践环节。由于PROTEUS提供了实验室无法相比的大量的元器件库，提供了修改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表，因而也提供了培养学生实践精神、创造精神的平台。随着科技的发展，“计算机仿真技术”已成为许多设计部门重要的前期设计手段。它具有设计灵活，结果、过程的统一的特点。可使设计时间大为缩短、耗资大为减少，也可降低工程制造的风险。相信在单片机开发应用中Proteus也能茯得愈来愈广泛的应用。使用Proteus 软件进行单片机系统仿真设计，是虚拟仿真技术和计算机多媒体技术相结合的综合运用，有利于培养学生的电路设计能力及仿真软件的操作能力。2 设计方案2.1 硬件设计方案抢答器由基本电路和扩展电路两部分组成。基本电路完成基本的抢答功能，即抢答开始后，当选手按下抢答键，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答。扩展电路完成抢答开始和抢答成功时有蜂鸣器响起提示。根据课程设计要求可以大概构思出硬件电路图：数码管与单片机的P0口的低七位相连接；P0.7口与蜂鸣器相连接；P1口接八个按键；P2口接八个LED灯分别显示八位选手抢答的指示信号。用以AT89C52为核心的单片机控制方案，通过相应的程序，并通过按键来进行电平识别，再由单片机输出相应的程序，并将相应数值通过数码来显示。用单片机来制作的抢答器，硬件电路比较简单，容易明白，且成本相对较低。2.2 软件设计方案（1）中断的开通与关断设计 为达到在主持人未按下按键前抢答无效应该设置外部中断为开中断，外部中断0为关中断。当开始抢答信号发出后，开外部中断0以接收选手抢答中断信号。选手抢答后，开外部中断1从而使主持人再次按下按键后可以开始下一次抢答。 （2）数码管的显示 方案一：采用静态显示，是指当数码管显示某一字符时，七段数码管的对应段的发光二极管被选中，在这种显示方式下，每段LED都对应一个单片机口线。 方案二：采用动态显示，对于多位数码管显示时，每一位数码管轮流显示，当显示间隔时间较短时人眼就分辨不出是动态显示，而是每一位都是一直都在显示。 比较二者，静态显示主要的优点是显示稳定，在发光二极管导通电流一定的情况下显示器的亮度大，系统运行过程中，在需要更新显示内容时，CPU才去执行显示更新子程序，这样既节约了CPU的时间，又提高了CPU的工作效率。其不足之处是在需要用于显示的数码管较多时占用硬件资源较多，每个LED数码管需要独占8条输出线。随着显示器位数的增加，需要的I/O口线也将增加。动态显示器的优点是节省硬件资源，成本较低，但是要保证显示器正常显示，CPU必需每隔一段时间执行一次显示子程序，占用CPU大量时间，降低了CPU的工作效率，同时显示亮度较静态显示器低。 通过以上分析，结合本课题只提供一位数码管，所以采用方案一。 3）抢答信号指示灯 对于这一位LED灯的闪烁可以通过软件程序的编写，交替送出电平高低控制其闪烁