基于AT89C51单片机六路抢答器的设计

1、 课程设计报告课程设计报告 基于 AT89C51 单片机抢答器的设计 院 系 电子信息工程学院 专 业 电子信息工程 班 级 1 姓 名 xxx 学号：xxxxxxxxxx 合肥师范学院课程设计报告 I 摘摘 要要 单片机由于其微小的体积和极低的成本，广泛的应用于家用电器、工业控制等领域 中。在工业生产中，单片微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生产力的 机种。单片微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称微控器。学校和电视 台等单位场举办各种比赛，抢答器是必要设备。在我校举行的各种竞赛中我们经常看到 有抢答的环节，举办方多数采用让选手通过举答题板的方法判断选手的答题权，这在某

2、 种程度上会因为主持人的主观判断造成比赛的不公平性。抢答器是一名公正的裁判员， 他由主体电路与扩展电路组成。单片机由于其微小的体积和极低的成本，广泛的应用于 家用电器、工业控制等领域中。在工业生产中，单片微型计算机是微型计算机的一个重 要分支，也是颇具生产力的机种。单片微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域， 故又称微控器。学校和电视台等单位场举办各种比赛，抢答器是必要设备。在我校举行 的各种竞赛中我们经常看到有抢答的环节，举办方多数采用让选手通过举答题板的方法 判断选手的答题权，这在某种程度上会因为主持人的主观判断造成比赛的不公平性。抢 答器是一名公正的裁判员，他由主体电路与扩展电路组成。

3、 AT89C51 是一种带 4K 字节 FLASH 存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能 CMOS 8 位微处理器，俗称单片机。 AT89C2051 是一种带 2K 字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除 只读存储器可以反复擦除 1000 次。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制 造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU 和闪速存 储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器，AT89C2051

4、 是它的 一种精简版本。AT89C51 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方 案。外形及引脚排列如图所示。 本设计是六路智力抢答器。使用 51 系列单片机，编写应用程序来实现智力抢答功能。 硬件设计使用的是 51 系列单片机中的 89C51。硬件设计利用其中断控制程序进行抢答部 分的处理，通过非门的控制去申请单片机内部的中断，以达到显示抢答的目的。软件设 计利用中断系统的基本构成原理编写中断服务程序，其信号由按键电路提供，由 CPU 响 应中断，并输出响应。用到了查询按键模块、定时器模块、显示时间模块、显示组号模 块、报警模块等。 关键词：89C51 中断 定时器 报警电路等

5、 合肥师范学院课程设计报告 II 目目 录录 摘 要.I 目 录 .II 1 引言.1 1.1 智能抢答器的发展现状.1 1.2 抢答器的背景和特点.1 1.3 抢答器的分类及应用.1 2 硬件设计.2 2.1 AT89C51 的管脚说明.2 2.2 六路抢答器设计功能要求.3 2.3 抢答器设计方案.3 2.4 系统电路图.3 2.5 拨动开关.4 2.6 显示电路的设计.4 3 软件设计.6 3.1 程序流程图.6 3.2 系统程序.6 4 系统调试与实验.10 4.1 仿真调试.10 4.2 性能分析.11 5 总结.12 5.1 设计出现的问题.12 5.2 总结.12 参考文献.13

6、 合肥师范学院课程设计报告 1 1 引言引言 1.11.1 智能抢答器的发展现状智能抢答器的发展现状 随着电子技术的发展，现在的抢答器功能越来越强，可靠性和准确性也越来越高。 能够实现抢答器功能的方式有多种，可以采用前期的模拟电路、数字电路或模拟与数字 电路相结合的方式，但这种方式制作过程复杂，而且准确性与可靠性不高，成品面积大。 对于目前的抢答器的功能描述，如涵盖抢答器、抢答限时、选手答题计时及犯规组 号抢答器具有抢答自锁，灯光指示、暂停复位、电子音乐报声、自动定时等功能，还有 工作模式的切换和时间设定，对于这些，随着科学技术的发展，肯定还要得到进一步的 改进。一般都要趋向于智能化。 1.2

7、1.2 抢答器的背景和特点抢答器的背景和特点 在各类竞赛中，特别是做抢答题时，在抢答过程中，为了知道哪一组或哪一名选手 先答题，必须要有一个系统来完成这个任务。如果在抢答过程中，只靠人的视觉是很难 判断出哪组先答题。利用单片机来设计抢答器，使以上问题得以解决，即使有两组的抢 答时间相差几微秒，也可分辨出哪组优先答题。 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。早期的抢大漆只由几个三极管、可控硅、发光管等组成， 能通过发光管的指示辨认出选手号码。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

8、选手号码显示、抢按前或抢按后的计时、选 手得分显示功能。像这类抢答器，制作过程简单，准确性与可靠性高，而且安装维护简 单。对于抢答器的应用，如早期的数字电路，随着科技的逐步发展，进而到了单片机的 控制来实现其功能，而且功能齐全，电路简单，成本低，性能高，真正朝着有利的方向 发展。 1.31.3 抢答器的分类及应用抢答器的分类及应用 电子抢答器的中心构造一般由抢答器由单片机以及外围电路组成，其搭配的配件不 同又分为，非语音飞计分抢答器和语音计分抢答器。多适用于学校和企业举办的简单的 抢答活动。非语音记分抢答器构造很简单，就是一个抢答器的主机和一个抢答器按钮组 成，在抢答过程中选手没有记分的显示屏

9、。语音记分抢答器是有一个抢答器的主机和主 机的显示屏和选手的记分显示屏。 电脑抢答器又分为无线电脑抢答器和有线电脑抢答器。无线电脑抢答器的构成是由： 主机和抢答器专用的软件和无线按钮。无线电脑抢答器利用电脑和投影仪，可以把抢答 合肥师范学院课程设计报告 2 气氛活跃起来，一般多使用于电台等大型的活动。有线电脑抢答器也是由主机和电脑配 合起来，电脑在和投影仪配合起来，利用专门研发的配套的抢答器软件，可以十分完美 地表现抢答的气氛。 随着我国经济和文化事业的发展，在很多公开竞争场合要求有公正的竞争裁决，诸 如证券、股票交易及各种智力竞赛等，因此出现了抢答器。 2 硬件设计硬件设计 2.12.1 A

10、T89C51AT89C51 的管脚说明的管脚说明 AT89C51 管脚说明： VCC：供电电压。 GND：接地。 P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P0 口的 管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定 义为数据/地址的低八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验 时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须接上拉电阻。 P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部

11、上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为 低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时，P1 口作为 低八位地址接收。 P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 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 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因 此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2 口 当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。 在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时， P2

12、口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号 和控制信号。 P3 口：P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为 低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管脚 备选功能 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断 0） P3.3 /INT1（外部中断 1） P3.4 T0（计时器 0

13、外部输入） P3.5 T1（计时器 1 外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） 合肥师范学院课程设计报告 3 P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 2.22.2 六路抢答器设计功能要求六路抢答器设计功能要求 1、基本要求 （1）抢答器同时供 6 名选手或 6 个代表队比赛，分别用 6 个按钮 K0 K5 表示。 （2） 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，同时扬声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。 （3）抢答器具有定

14、时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如 30 秒）。当 主持人启动开始键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的 时间 0.5 秒左右。 （4）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。 （5）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，定时显 示器上显示 FF。 2.32.3 抢答器设计方案抢答器设计方案 在设计中采用的单片机是 AT89C51，它主要负责控制各个部分协调工作。P1.0 P1.5 是 6 组抢答的输入口，按下对应按钮即为抢答。P2.0P2.5 为位选通

15、。P0 口为数码 管的段选口，位选口用的是 P2 口的低 4 位。它是共阴极的由高电平点亮。以拔动开关 K0K5 中的某个开关为 0N 作为抢答按键，无人抢答时，6 个数码管循环轮流显示 16 跑马，谁先抢答，数码管停止跑马，6 个数码管同时亮谁的编号，其后再有键按下，系统 不予响应，直到此位拔为 OFF，恢复 l6 跑了马，开始下一轮抢答。系统仿真用到了 Proteus7.7 软件，通过仿真可以显示所设计系统的功能,对于程序的调试等有很大的帮助。 2.42.4 系统电路图系统电路图 如图 2-1，系统通电开始抢答， P1.0-P1.5 为六路抢答输入，数码管段选 P0 口，位 选 P2 口。

16、 合肥师范学院课程设计报告 4 图 2-1 系统电路原理图 2.52.5 拨动开关拨动开关 拨动开关是通过拨动开关柄使电路接通或断开，从而达到切换电路的目的。拨动开 关的设计如下图 2-2，P1.0-P1.5是6组抢答的输入口,按下按钮抢答。谁先按下后其他 人再按则无效。当该选手抢答完成后该开关拨为 OFF，系统开始重新跑马。 图 2-2 点键盘扫描电路 2.62.6 显示电路的设计显示电路的设计 led 数码管（LED Segment Displays）是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的 器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。led 数码管常用段 数一般为

17、7 段有的另加一个小数点，还有一种是类似于 3 位“+1”型。位数有半位， 1，2，3，4，5，6，8，10 位等等，led 数码管根据 LED 的接法不同分为共阴和共阳两类， 了解 LED 的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电 路有差异外，编程方法也是不同的。本实验的显示电路的设计如下图 2-3。采用数码管 7SEG-MPX6-CA-BLUE。此为六个数码管合一的，123456 表示选择的数码管供电的管脚， ABCDEFG DP 就是数码管的断码输入。系统通电后六个数码管循环轮流显示 16 跑马， 合肥师范学院课程设计报告 5 谁先抢答数码管停止跑马，六个数码

18、管同时亮谁的编号。其后再有键按下系统不予响应， 直到此为拨到 OFF。 图 2-3 显示电路的设计 合肥师范学院课程设计报告 6 3 软件设计软件设计 软件任务分析和硬件电路设计结合进行，哪些功能由硬件完成，哪些任务由软件完 成，在硬件电路设计基本定型后，也就基本上决定下来了。 3.13.1 程序流程图程序流程图 图 3-1 程序流程图 图 3-1 为本实验的程序流程图。 3.23.2 系统程序系统程序 在本设计中包括了以下程序：主程序、p1.0-p1.5 为六路抢答输入数码管段选 P0 口， 位选 P2 口。 系统程序： #include sbit k1=P10; sbit k2=P11;

19、合肥师范学院课程设计报告 7 sbit k3=P12; sbit k4=P13; sbit k5=P14; sbit k6=P15; unsigned char DSY_CODE=0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99,0 x92,0 x82; void delayms(unsigned int ms) unsigned int i,j; for(i=0;ims;i+) for(j=0;j1141;j+); void main() unsigned char key,i; TMOD=0 x01; TH0=0 xff; TL0=0 xff; while(1) key=P1;

20、if(key=0 xff) for(i=1;i7;i+) switch(i) case 1:P2=0 x01;break; case 2:P2=0 x02;break; case 3:P2=0 x04;break; case 4:P2=0 x08;break; case 5:P2=0 x10;break; case 6:P2=0 x20;break; default : P2=0 x01;break; 合肥师范学院课程设计报告 8 P0=DSY_CODEi; delayms(10); if(key!=0 xff) EA=1; ET0=1; TR0=1; void Tim_T0() interr

21、upt 1 using 0 if(k1=0 P0=DSY_CODE1; if(k2=0 P0=DSY_CODE2; if(k3=0 P0=DSY_CODE3; if(k4=0 P0=DSY_CODE4; 合肥师范学院课程设计报告 9 if(k1!=0 P0=DSY_CODE5; if (k6=0 P0=DSY_CODE6; 合肥师范学院课程设计报告 10 4 系统调试与实验系统调试与实验 4.14.1 仿真调试仿真调试 一、上电显示一、上电显示 图 4-1 上电显示图 如图 4-1 当上电时，数码显示管显示“1-6 循环跑马”。 合肥师范学院课程设计报告 11 二、正确抢答显示二、正确抢答显示

22、 图 4-2 正确抢答显示 如图 4-2，三号选手抢答成功，此时其他选手再抢答则无效，当三号选手把 K2 拨为 OFF 时，数码管重新回复 1-6 循环跑马。 4.24.2 性能分析性能分析 以拨动开关 K0-K5 中的某个开关为 ON 作为抢答按键。无人抢答时 6 个数码管循环轮 流显示 1-6 跑马。谁先抢答，数码管停止跑马，6 个数码管同时亮谁的编号，其后再有键 按下，系统不予响应，知道此为拨为 OFF，恢复 1-6 跑马。并开始下一轮抢答。 合肥师范学院课程设计报告 12 5 总结总结 5.15.1 设计出现的问题设计出现的问题 在本次课程设计过程中，出现了许许多多的问题，主要包括在程

23、序的编写及调试、 仿真及调试和设计本身的不足。此次所设计的抢答器可实现基本的操作功能,可是还存在 许多不足之处,如当抢答时,如果前一位选手抢答错误而继续抢答时,前一个选手的号码不能 自动被清除；还有就是不能调整抢答计时时间等等。 5.25.2 总结总结 经过一个学期的学习，我觉得单片机这门课是很有趣的一门课程，在设计中掌握课 程，具有很强的实用性，真正做出一个实际的作品比我们做很多道题更具有生动性。 第一次从白纸一样开始自己设计单片机，起初我还害怕做不出东西来，可是在这两星期 的日子里，虽然中途感到在设计上迷茫，但是最后还是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。这次