基于STC89C51单片机抢答系统设计

1、基于STC89C51单片机抢答系统设计 课程设计报告题 目： 抢答系统设计 专业名称： 电子信息工程 班 级： 电信 092 学 号： 910706210 姓 名： 李志民 2011年 12月抢答系统设计李志民电子信息工程学系摘要：此次设计以STC89C51单片机为核心控制元件，与LED数码管、发光二极管等构成硬件操作，再结合C语言程序构成简易的6路抢答器。设计中主要运用了Proteus仿真设计软件，给出了完整设计电路和Keil编程软件的C语言程序，并画出了编程思路的流程图。通过调试、运行，最终完成一个完整的仿真电路设计，其功能是实现由主持人按键来控制总开关，主持人按下开关那么选手开始抢答，无

2、人抢答时，数码管循环跑马显示16；谁先抢答，数码管停止跑马，抢答者对应的数码管和发光二极管同时亮5次，之后6个数码管一起亮抢答者的编号，其间再有人抢答系统不予响应，直到主持人复位键按下，进行下一轮抢答。关键词：抢答器；单片机；Proteus仿真；报警电路0引言 在电视和学校中我们会经常看到一些智力抢答的节目，让抢答者用举手等方法，主持人很容易误判，会造成抢答的不公平，比赛中为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者，所设计的抢答器通常由数码显示、灯光、音响等多种手段指示出第一抢答者。为了使这种不公平不发生，只有靠电子产品的高准确性来保障抢答的公平性。2 硬件电路原理2.1 单片机电路引脚各部分连接

3、及功能本设计采用 Atmel公司生产的单片机AT89C51实现主要功能, AT89C51 的引脚图如2-1所示: 图2-1 单片机的引脚 各引脚功能情况为: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门流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P1口：P1口是一个内部提供的上拉电阻的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。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4TTL

4、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。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口输出其特殊功能寄存器的内容。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口功能引脚简介： P3.0:RXD（串行口输入） P3.1:TXD（串行口输出） P3.2:INT0（外部中断0）

5、P3.3:INT1（外部中断1） P3.4:T0（定时器0外部脉冲输入） P3.5:T1（定时器1外部脉冲输入） 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）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/RPOG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平由于锁存地址的地位字节。 （9）/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN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。 （10）/EA/VPP

6、：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH）,不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。（11）XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 （12）XTAL2：来自反向振荡器的输出。2.2 独立键盘利用8个自复式常开按钮开关作为抢答器的输入电路，其中KK为抢答开始键，KEY为复位键，K1K6为选手抢答按键。当主持人按下KK键时，K1K6才能开始工作，并分别对应6位选手的编号。2.3 数码管显示电路数码管显示器内部由7个条形发光二极管和一个小圆点发光二极管组成，根据各管的亮暗

7、组合成字符。常见LED的管脚排列如图1中c所示。根据内部发光二极管的接线形式，可分成共阴极型和共阳极性，如图2-2中a、b所示。LED数码管的g-a，dp8个发光二极管因不同亮暗的组合就能形成不同的字形，这种组合称为字形码。共阳极和共阴极的字形码是不同的。图2-2 LED数码管显示器点亮LED显示器分为静态和动态两种显示方法，为了节省I/O口的使用，本设计采用的是动态显示，其工作原理为：采用各数码管循环轮流显示的方法，当循环显示的频率较高时，利用人眼的暂留特性，看不出闪烁显示现象。将所有LED的段选线并联在一起，由一个八位IO口控制，而位选线分别由相应的IO口线控制。如：8位LED动态显示电路

8、只需要两个八位IO口。其中一个控制段选码，另一个控制位选。动态显示器电路如图2-3所示。图2-3 八位LED动态显示电路3 硬件电路设计3.1 总体设计根据上述分析，设计出基于AT89C51的单片机抢答器电路原理图如3-11所示：图3-1 总体设计图如图3-1，P0为数码管段选口，P2.0P2.5为数码管为选口；P1.0为抢答开始按键；P1.7为提示用的发光二极管接口（这里用发光二极管代替蜂鸣器，仿真时更直观，在实际电路中应选用蜂鸣器）；P3.0P3.5为6路抢答输入接口。3.2 外部振荡电路 图3-2 外部振荡电路一般选用石英晶体振荡器。此电路在加电大约延迟10ms后振荡器起振,在XTAL2

9、引脚产生幅度为3V左右的正弦波时钟信号,其振荡频率主要由石英晶振的频率确定。电路中两个电容 C1,C2的作用有两个:一是帮助振荡器起振;二是对振荡器的频率进行微调。C1,C2的典型值为30PF。3.3 复位电路的设计单片机的第9脚RST为硬件复位端,只要将该端持续4个机器周期的高电平即可实现复位,复位后单片机的各状态都恢复到初始化状态，其电路图如图3-3所示:图3-3 复位电路在方案中使用到了硬件复位和软件复位两种功能,由上面的硬件复位可使寄存器及存储器的值都恢复到初始值,而前面的功能提到了倒计时间需要有记忆功能,该功能实现的前提条件就是不能对单片机进行硬件复位,所以设定了软复位功能。软复位实

10、际上就是当程序执行完毕之后,将程序指针通过一条跳转指令让它跳转到程序执行的起始地址。3.4 按钮输入电路的设计抢答器的输入按钮选用常开开关，如图3-4所示：图3-4 抢答按键 这些常开开关组成了抢答按键，硬件电路简单，在程序设计上也不复杂，只要在程序中消除在按键过程中进行“消抖”就可以了。这里采用最常用的方法即延时法，其原理为：当单片机检测到有按键动静后再延时一段时间后再判断此电平是否保持原状态,如果是则为有效按键，否则无效。4 软件设计模块根据以上硬件电路和单片机控制原理，搭建编程思路，程序流程图如图4-1所示：图4-1 抢答器主程序流程图相关C语言程序附录在最后。5 仿真及结果仿真方法是：

11、 1 在Keil C51仿真软件下创建项目，并把上述源程序添加到项目中，通过编译产生一个".hex"为后缀的文件，此文件就是用于烧写到Proteus软件中AT89C52芯片的文件，参考文献2。 2 把生成的".hex"为后缀的文件添加到Proteus软件中绘制的AT89C52芯片中作为控制程序。 3 在Proteus软件仿真电路图中点击左下角的运行按钮，数码管闪烁待命，显示如图5-1所示；当KK键按下时，数码管循环跑马1-6，如图5-2所示；图5-1 待命状态 图5-2 循环跑马显示此时不断进行键盘检测，当K1-K6其中一个按键被按下，则对应的数码管闪烁按键的编号，同时发光二极管闪烁五次，比如按下K2，显示如图5-3所示；图5-3 数码管闪烁编号且同时发光二极管被点亮闪烁5遍之后所有的数码管同时显示所按下键的编号，如图5-4所示。图5-4 所有数码管同时显示抢答者编号6 结束语本设计以AT89C51单片机为核心，运用Proteus仿真软件来实现整个设计流程，借助其功能强大的仿真系统对设计的系统进行实时仿真，以检测系统设计的正确性与合理性，并可以根据仿真电路图制作硬件电路，这种设计具有传