八路竞赛抢答器的设计与制作讲解

1、VV 单片机原理及应用课程设计报告题 目： 八路竞赛抢答器的设计与制作专 业：_通信工程_年 级：2011级_学 号：1110618019_学生姓名：_刘文青_联系电话指导老师：_王辉_完成日期：2014年5月25日I随着科学技术的发展和普及，各种各样的竞赛越来越多，其中抢答器的作 用也越来越重要。本设计是以 STC89C5 单片机为核心的八路抢答器，以抢答为 出发点，采用了数字显示器直接指示，自动锁存显示结果，并自动复位的设计 思想，它能根据不同的抢答输入信号，经过单片机的控制处理并产生不同的与输 入信号相对应的输出信号，最后通过 LED 数码管显示相应的路数，充分

2、利用了 单片机系统结构简单、功能强大、可靠性好、实用性强的特点。关键词：单片机；抢答器；LED 数码管ABSTRACTWith the developme nt and popularizati on of scie nee and tech no logy, all kinds ofcompetition is increasing, the role of the buzzer is becoming more and more importa nt.This desig n is based on STC89C52 si ngle-chip microcomputer as the co

3、re ofeight-way responder, vies to answer first as a starting point, the digital display direct instructi ons, automatic latch display results, and the idea of the desig n of the automaticreset it can accord ing to differe nt vies to an swer first the in put sig nal, through sin glechip microcomputer

4、 con trol process ing and gen erate differe nt corresp onding to thein put sig nal is output sig nals, fin ally through the LED digital tube display the corresponding way, make full use of the sin gle chip microcomputer system structure is simple,powerful functions, the characteristics of good relia

5、bility and stro ng practicability.Key Words： single-chip microcomputer;eight-way responder;LED digital tube摘要. IABSTRACT. I1 设计要求及方案选择 . 1II1.1设计要求. 11.2方案选择. 12理论分析与设计. 32.1总体电路的分析及设计. 32.2 STC89C52RC 单片机的介绍 . 32.6复位电路的分析及设计. 52.7显示电路的分析及设计 . 52.8报警电路的分析及设计 . 51时钟电路的分析及设计. 63电路设计. 73.1硬件电路的设计. 73.2

6、软件的设计. 84 系统测试. 9调试所用的基本仪器清单 . 9调试结果. 10测试结果分析. 105 总结. 10参考文献. 11附录一元件清单. 12附录二八路抢答器 PCB 原理图. 13附录三八路抢答器 C 程序. 1411 设计要求及方案选择1.1 设计要求（1） 抢答器同时供 8 名选手或 8 个代表队比赛，分别用 8 个按钮 S（ S7 表示。（2） 设置一个系统清除和抢答控制开关 S,该开关由主持人控制。（3） 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 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

7、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 00。1.2 方案选择 方案一：基于 74 系列集成芯片的八路数字抢答器设计图 1 方案一原理框图如图 1 所示，利用（1）基本功能：74 系列集成芯片设计数字抢答器，使其完成以下功能：抢答器同时供 8 名选手或 8 个代表队比赛，分别用 8 个按钮 S0 S7 表示。设置一个系统清除和抢答控制开关 S,该开关由主持人控制。抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存

8、相应的编号，扬声器 发出声响提示，并在 DPY_7-SEGb 段数码管上显示选手号码。选手抢答实行优先 锁存，2优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。（2）扩展功能：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30 秒）。当主持人启动开始键后，定时器进行减计时。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。 在这段（3） 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 00。方案 2:基于单片机的八路竞赛抢答器设计图 2 方案二系统原理框图如图 2 所示，

9、利用单片机系统来设计抢答器，以 STC89C5 洋片机作为主控 核心，与数码管、蜂鸣器等构成八路抢答器，利用了单片机的延时电路、按键复 位电路、时钟电路、定时/中断等电路，在抢答器系统中，设有八个抢答组，可 任意使用。并且具有倒计时和时间设置报警功能。设计的八路抢答器具有倒计时 和实时显示抢答选手的号码的特点，还有复位电路，使其再开始新的一轮的答题 和比赛。并且从硬件和软件两方面分别阐述该控制系统的设计方法，并通过运行和调试使该系统达到预期设计要求， 具有反应快、功能强和便于调试修改的的优 点。通过对比这两种方案，考虑到成本、性能、操作的简易程度等方面问题，最 终确定选择方案 2 进行设计制作

10、32 理论分析与设计2.1 总体电路的分析及设计抢答器的总体电路原理如图 3 所示，工作原理为：电源电路为单片机提供标准+5V 电源；单片机作为主控制器，根据输入信号对系统进行响应的控制；选手按下响 应的按键后，提交输入信号给系统；数码管显示最先按下按键的选手的编号，直到主持人清零；主持人按下清零按键，数码管清零，系统重新开始进行抢答。STC89C52RC 单片机的介绍在单片机 STC 89C52R 中,有 256KB 勺片内数据存储器和 8KB 勺片内程序存储器，因此在组建单片机的最小应用系统时， 不需要在单片机的外部扩展片外存储器。单片机 STC 89C52R 中有四个 8 位的并行 I/

11、O 接口：PO、 P1、 P2、 P3o 这四个 接J?l4a5EHS56JD176. .0 0丄f-出戈4 4 百7 7了心1 1眾左. .4 4注1313 I Ii i I I L L L L i ii i i ii ia ai i一一i i wiwi二wj左主wi $T T T T、PPPPPPPP-PPPPPPPPSXGPPPPPPPP-PPPPPPPPSXG畑叫聊现血血现加FojEAFojEAL L砸壮M.M.呛吃D1D2D3jfiD4TyTyD64口，既可以作输入，也可以作输出，既可以按 8 位处理，也可以按位处理。P0 口也可以作数据/地址线使用，在本次课程设计中，P0 乍数据线

12、使用，向锁存器5输出 8 位的字段码。P2 口也可以作地址线使用，在本次实验中， P2 口作位选码输出端。P1 口中选三个端口作按键输入端。(T2)P1 4 匚.240 VCC(T2 EX)P1 J 239 P0T0 (ADO)P1,2 338p P0.1 (AD1)P1 .3 437 P0.2 (AD2)PI .1 536 P0.3 (AD3)PI.5 匚635 POM (ADDpre 匚734 P0.5 (AD5)PI .7 匚833 P0.6 (ADO)RST 匚932 P0.7 (AD7)(RXD)P3.0 匚1 031 EA/VPP(TXD)P3.1 匚1 130 ALE/PROG(

13、INTO)P3.2 匚1 229 PSEN(INTI)P3.3 匚1 328h P2.7 (Al 5)(TO) P3.1 匚1 427 P2.6 (AM)(T1)P3.5 匚1 526 P2.5 (A1 3)(WR)P3.6 匚1 625 P2.4 (A 12)(RD)P3.7 匚1 724 P2.3 (A1 1)XTAL2 匚 1 823 P2.2 (A10)XTAL1 匚 1 g22 P2.1 (A9)GND 匚2021 P2.0 (A8J图 4 STC 89C52RC 封装图单片机控制线介绍：RST 上电复位端，当单片机振荡工作时，在该引脚上出现两个机器周期的高电 平，单片机就可实现复位

14、操作，使单片机回到初始状态。XTAL1 XTAL2 外接晶振引脚。/EA:片外程序存储器选用端，低电平有效。本次实验中不需要扩张存储器，因 此，在电路中此端口接高电平。/PSEN 片外程序存储器读选通信号输出端，低电平有效。本次试验中无片外程 序存储器，故此功能不需要，此端口接高电平或悬空。ALE 地址锁存信号输出端。本试验中没有用到 16 位地址线，故此端口悬空处理 VCC电源端，接+5V 电源正端。GND 接地端，接+5V 电源地端。6复位电路的分析及设计复位电路的设计如图 5 所示，复位操作完成单片机片内电路的初始化， 由 S1 按键控制，使单片机从一种确定的状态开始运行。显示电路的分析

15、及设计显示电路用了一个一位一体数码管和一个两位一体的数码管，它们是共阴极的，由高电平点亮。可以直接接收 STC89C52 单片机传送的信号。我们要使其显 示数字，就必须对其接收的信号进行处理。 选手按下按键后，先由程序选择数码 管将要显示的内容，再将处理后的信号提交给数码管，以完成显示特定信息的功图 6 显示电路报警电路的分析及设计7采用普通 5V 成品小蜂鸣器。利用程序来控制单片机某个口线的“高”电平8或低电平，则在该口线上就能产生一定频率的矩形波， 接上喇叭就能发出一定频 率的声音，若再利用延时程序控制“高”“低”电平的持续时间， 就能改变输出 频率，从而改变音调，使喇叭发出不同的声音。时

16、钟电路的分析及设计在引脚 XTAL1 和 XTAL2 外接晶体振荡器（简称晶振）或陶瓷谐振器，就构成 了内部振荡方式。由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器，并产生振荡时钟脉冲。晶振通常选用 6MHz 12MHz 或 24MHz 内部振荡方式如图 8 所示。图中电容器 C1,C2 起稳定振荡频率、快速起振的作用。 电容值一般为 5-30pF。内部振荡方式所得的时钟信号比较稳定，实用电路中使 用较多。93 电路设计3.1 硬件电路的设计图 9 八路竞赛抢答器原理图如图 9 所示采用单片机 STC89C52 乍为控制芯片，单片机的 P0 口外接一个两 位一体的共阴数

17、码管，用来显示 30s 的倒计时显示。并在 P3 口上并接开关按键，按键另一端接地。在程序编程上采用查询，查询P3 口 P3.0 到 P3.7 的八个端口呈低电平，即查询是哪个选手先按键，然后将选手号码的字节数据送至串行口并 在 P1口外接的数码管上显现出来。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 8550 PNP 型基极接于 P2.4 口置其低电平时三极管导通，置其高电平时三极管截止。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，当对应发光二极管一端为高电平时发光二极管点亮，显示的数字或字符由送入的字

18、节数据控制，电路中有一个一位一体数码管和一个两位一体的数码管，一位数码管用 来10显示抢答时，抢答的组数，两位一体的数码管用来显示 30s 倒计时显示。抢答 组数由P3 口的按键控制，通过是否按下按键来辨别是哪一组抢答， 并在抢答时， 倒计时停在当前值。30s 倒计时显示，则由开始键按下后，开始计时，若在规定 时间内无人抢答，最后数码管显示 00 并且蜂鸣器发出报警声。3.2 软件的设计3.2.1 主程序流程图图 10 主程序流程图整个抢答过程首先由主持人按下 start 键，蜂鸣器发出 0.5s 的报警，系统开 始 30s的倒计时，进入抢答状态，选手开始抢答。如果有选手进行抢答，倒计时 停止

19、于当前状态，数码管显示第一个抢答选手的编号，直到主持人按下复位键准11备开始进行新一轮的抢答；如果没有人抢答，倒计时30s 正常进行，结束后蜂鸣器一直报警，直到主持人按下复位键，蜂鸣器停止报警，系统回到初始状态，然 后进行下一轮的抢答，即重复以上过程。3.3.2 中断程序流程图中断是指由于某种随机事件的发生，计算机暂停现行的程序，转去执行另一 程序以处理发生的事件，处理完毕后又自动返回原来的程序继续运行。 在此设计 中，定时器 0 中断发生时，判断 1 秒时间是否达到，如果到 1 秒，倒计时减少 1 秒, 数码管显示减 1 秒后的秒值；如果 1 秒时间没有达到，数码管显示当前秒值，然后 中断返

20、回，继续执行原来的程序。124 系统测试4.1 调试所用的基本仪器清单数字万用表、5v-12v 电源、杜邦线和单片机实验板等。4.2 调试结果在接通电源后，按下开始键，蜂鸣器会发出 0.5s 时间的报警，倒计时开始 计时，起始时间 30s，逐秒减一。如果在 30s 之内有人抢答，则倒计时停在当前 位置，单位数码管上面显示首个抢答者编号。 若在规定时间内无人抢答，倒计时 结束后，时间会停在“ 00”，并且蜂鸣器开始一直报警，直到主持人按下复位键。 在开始前和倒计时结束后，抢答均无效，单位数码管上仍旧显示“0”。4.3 测试结果分析存在的问题是在按下开始键后，蜂鸣器报警的响度不够，可能是连接三极管

21、 出现了问题，或者三极管的规格达不到以致没有足够的电流驱动报警电路。 另外, 在按键按下时，数码管显示的数字会出现闪烁现象， 这可能是由于所编写的程序 有一定的缺陷所造成的。总体来说，经过测试，本次设计基本达到要求。5 总结经过近一个月的努力，在老师和小组同学的讨论和帮助下，我成功地完成了 八路抢答器的设计，通过此次课程设计，我重新认识到了对书本上的知识要独立 运用的道理。在抢答器设计过程中，发现了很多细节性的问题，也出现了很多错 误，其中主要是程序的问题，比如在主持人未按下开始键时，选手就可以抢答， 经过和同学们研究、商讨后，确定是因为程序没有完成锁存的问题；再比如蜂鸣 器不能报警的问题，起

22、初以为是程序的问题，但经过多次的修改一直没能解决， 于是回过头去检查硬件及电路，最后发现实物三极管与电脑软件中的三极管封装 不同，管脚的位置是错位的，最后通过扭转管脚终于实现了报警电路的功能。由此看出，在做课程设计时一定要注意每一个细节， 不能想当然的自以为是。另外, 出现的最严重的问题是，我们小组成员都忽略了抢答器的关键性问题， 就是抢答。 这个隐藏在课题题目中的问题我们竟然没有发现，只是按照给出的要求完成了相13应的功能，经过老师的指导，又进行程序的修改，缩短了延时，最后取得了成功。 我在这一次抢答器的设计过程中， 很是受益匪浅。经过不断的发现问题，解决问 题，不仅提高了自己的能力，也使自

23、己巩固了学过的知识，夯实了基础，培养了 我运用所学知识解决实际问题的能力。 这为自己今后进一步深化学习，积累了一 定宝贵的经验。参考文献边春远.51 单片机应用开发实用子程序M.北京：人民邮电出版社，2005李光飞.单片机课程设计指导M.北京：北京航天航空大学出版社，2004李朝青.单片机原理及接口技术M.北京：北京航空航天大学出版社，2002胡伟.单片机 C 程序设计及应用实例M.北京：人民邮电出版社，2003冯育长单片机系统设计指导M.西安：西安电子科技大学出版社，20076郭培源.电子电路及电子器件M.北京：高等教育出版社.,200314附录一元件清单元件名称规格数量STC89C52-1

24、74LS245-1排阻A102G1蜂鸣器有源1晶振11.0592MHZ1电解电容10pF1瓷片电容30pF2按键开关-10三极管S85501电阻1K1电阻10K1数码管两位一体1数码管一位一体115附录二八路抢答器 PCB 原理图16附录三八路抢答器 C 程序#in clude#in clude#defi ne uc un sig ned char#defi ne ut un sig ned intsbit we1=P2A0; /数码管显示位sbit we2=P2A1；/数码管显示位sbit beep=P2A3; 报警位sbit start=P2A2; / 开始位uc aa,nu m1,key

25、 ,num;uc code table1=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f;uc code table2=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f;void display(uc );uc keysca n();void ini t();void delay(uc );void ma in() 主函数 ini t();while(1) if(num 仁=30)num=0;if(start=0) beep=0;delay(500);beep=1;17num 仁 30;num=