#51单片机三路抢答器

1、单单片片机机开开发发和和设设计计工工程程师师测测试试文文档档设计题目设计题目： 抢答器 学学 校：校： 湖南人文科技学院 系系 别：别： 通信和控制工程系 专专 业：业： 电子信息工程 班班 级：级： 07 级电信一班 学生姓名学生姓名: 龙丽婷、董文 学学 号：号： 07409106 、07409129 起止日期起止日期: 2010 年 6 月 12 日 2010 年 6 月 25 日 摘 要本设计是以抢答为基本理念。考虑到依需设定限时回答的功能，利用STC89C52 单片机及外围接口实现的抢答系统，利用单片机的定时器/计数器定时和记数的原理，将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够正确地进行

2、计时，同时使数码管能够正确地显示时间。同时系统能够实现：在抢答中，只有开始后抢答才有效，如果在开始抢答前抢答为无效，相应犯规灯亮；开始后抢答，即正确按键后，相应成功指示灯亮，并开始倒计时，回答问题的时间限定为 10 秒，满时后系统计时自动复位及主控复位；按键锁定，在有效状态下，按键无效非法。关键词: STC89C52；LED 灯；数码管；抢答器；计时目录设计要求.11 方案.12 系统的主要功能.23 抢答器的硬件设计.231 STC89C52 简介 .23、2 LED 灯.533 8255 接口芯片.634 数码管显示模块.735 按键模块.736 外部中断 0 和外部中断 1.84 抢答器

3、的软件设计.941 主程序流程及分析.942 总程序模块.105 调试结果及分析.14参考文献.15附录一：总体原理图.16附录二：总程序.171抢答器抢答器设计要求1、一位主持人和 3 位抢答者，复位后，甲乙丙的绿、红灯全亮，开始键、复位键的指示灯全暗；主持人按复位键则仅复位指示灯亮，其他都暗，准备开始；主持人按开始键，开始灯亮，允许甲乙丙抢答，此时优先者则相应成功指示灯亮，如允许前抢就相应犯规灯亮；答题开始进行倒计时，到规定时间不允许答题，并返回复位状态。2、具有抢答控制和倒计时显示功能。3、控制器应有复位控制、开始控制、抢答控制和状态指示等功能，并有答题时间控制和显示功能。1 方案采用宏

4、晶公司的 STC89C52 作为系统控制器的 CPU 方案。原理框图如图 1 所示：图 1 原理方框图22 系统的主要功能本系统是借用单片机采用模块化设计的抢答器，包括 3 路抢答按钮、开始按钮、复位按钮，指示灯显示，倒计时显示部分。用中断 0 和中断 1 的控制按钮做复位和开始控制。同时系统能够实现：在抢答中，只有开始后抢答才有效，如果在开始抢答前抢答为无效，相应犯规灯亮；主持人按键开始后，选手开始抢答为有效，相应成功指示灯亮，并开始倒时，回答问题的时间限定为 10 秒，满时后系统计时自动复位及主控复位。 3 抢答器的硬件设计抢答器的硬件设计31 STC89C52 简介STC89C52 引脚

5、图如图 2 所示：图 2 STC89C52 引脚图主要性能： 和 MCS-51 单片机产品兼容8K 字节在系统可编程 Flash 存储器 1000 次擦写周期 全静态操作：0Hz33Hz 三级加密程序存储器 32 个可编程 I/O 口线 三个 16 位定时器/计数器3 八个中断源 全双工 UART 串行通道 低功耗空闲和掉电模式 掉电后中断可唤醒 看门狗定时器 双数据指针 掉电标识符 功能特性描述： STC89C52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。使用宏晶高密度非易失性存储器技术制造，和工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。 片

6、上 Flash 允许程序存储器在系统可编程， 亦适于常规编器。 在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 STC89C52 为众多嵌入式控制使用系统提供高灵活、超有效的解决方案。STC89C52 具有以下标准功能：8k 字节 Flash，256 字节 RAM，32 位 I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个 16 位定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，STC89C52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继

7、续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结。 VCC : 电源 GND: 地 P0 口：P0 口是一个 8 位漏极开路的双向 I/O 口。作为输出口，每位能驱动 8个 TTL 逻辑电平。对 P0 端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0 口也被作为低 8 位地址/数据复用。在这种模式下，P0 具有内部上拉电阻。在 flash 编程时，P0 口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。 P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P1 端口

8、写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作 为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL） 。 此外，P1.0 和 P1.2 分别作定时器/计数器 2 的外部计数输入4（P1.0/T2）和时器/计数器 2 的触发输入（P1.1/T2EX） ，具体如下表所示。在 flash编程和校验时，P1 口接收低 8 位地址字节。 P1.0 T2（定时器/计数器 T2 的外部计数输入） ，时钟输出 P1.1 T2EX（定时器/计数器 T2 的捕捉/重载触发信号和方向控制） P1.5 MOSI（在系统编程用） P1.6 MISO（在系统编程用） P1.7 SCK（在

9、系统编程用） P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL） 。 在访问外部程序存储器或用 16 位地址读取外部数据存储器（例如执行 MOVX DPTR）时，P2 口送出高八位地址。在这种使用中，P2 口使用很强的内部上拉发送 1。在使用 8 位地址（如 MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2 口输出 P2 锁存器的内容。在 flash 编程和校验时，P2 口也接收高 8 位

10、地址字节和一些控制信号。 P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，p2 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL） 。 P3 口亦作为 STC89S52 特 殊功能（第二功能）使用， 。在flash 编程和校验时，P3 口也接收一些控制信号。 P3.0 RXD（串行输入） P3.1 TXD（串行输出） P3.2 INT0(外部中断 0) P3.3 INT0(外部中断 0) P3.4 T0（定时器 0 外部输入） P3.5

11、 T1（定时器 1 外部输入） P3.6 WR(外部数据存储器写选通) P3.7 RD(外部数据存储器写选通) RST: 复位输入。晶振工作时，RST 脚持续 2 个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST 脚输出 96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器5AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO 位可以使此功能无效。DISRTO 默认状态下，复位高电平有效。 ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低 8 位地址的输出脉冲。在 flash 编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作

12、为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE 脉冲将会跳过。 如果需要，通过将地址为 8EH 的 SFR 的第 0 位置“1” ，ALE 操作将无效。这一位置“1” ，ALE 仅在执行 MOVX 或 MOVC 指令时有效。否则，ALE 将被微弱拉高。这个 ALE 使能标志位 （地址为 8EH 的 SFR 的第 0 位） 的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。 PSEN:外部程序存储器选通信号 （PSEN） 是外部程序存储器选通信号。 当STC89C52 从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN 在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN 将不被

13、激活。 EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从 0000H 到 FFFFH 的外部程序存储器读取指令，EA 必须接 GND。为了执行内部程序指令，EA 应该接 VCC。在 flash 编程期间，EA 也接收 12 伏 VPP 电压。 XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。 3、2 LED 灯 LED 灯示意图如图 3 所示：6图 3 LED 灯示意图单片机的 P1.0P1.7 分别接到 D4-D11 这 8 个 LED 灯。33 8255 接口芯片 单片机系统里常用的 82551芯片是一个典型的可编程通用并行接口芯片，用来扩

14、展单片机的端口，它具有 3 个 8 位的并行口，有三种工作方式,可作为单片机和各种外部设备连接的接口电路。 8255 的引脚图如图 4 所示。 图 4 8255 的引脚图8255 引脚功能说明： RESET:复位输入线，当该输入端外于高电平时，所有内部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有 I/O 口均被置成输入方式。 PA0PA7:端口 A 输入输出线，7一个 8 位的数据输出锁存器/缓冲器， 一个 8 位的数据输入锁存器。 PB0PB7:端口 B 输入输出线，一个 8 位的 I/O 锁存器， 一个 8 位的输入输出缓冲器。 PC0PC7:端口 C 输入输出线， 一个 8 位的数据输出锁存器

15、/缓冲器， 一个 8 位的数据输入缓冲器。端口 C 可以通过工作方式设定而分成 2 个 4 位的端口， 每个4 位的端口包含一个 4 位的锁存器，分别和端口 A 和端口 B 配合使用，可作为控制信号输出或状态信号输入端口。 CS:片选信号线，当这个输入引脚为低电平时，表示芯片被选中，允许 8255 和 CPU 进行通讯。 RD:读信号线，当这个输入引脚为低电平时，允许 8255 通过数据总线向 CPU 发送数据或状态信息，即 CPU 从 8255 读取信息或数据。 WR:写入信号，当这个输入引脚为低电平时，允许 CPU 将数据或控制字写8255。 D0D7:三态双向数据总线，8255 和 CP

16、U 数据传送的通道，当 CPU 执行输入输出指令时，通过它实现 8 位数据的读/写操作，控制字和状态信息也通过数据总线传 A0,A1:地址选择线,用来选择 8255 的 PA 口，PB 口，PC 口和控制寄存器。 当 A0=0,A1=0 时,PA 口被选择； 当 A0=0,A1=1 时,PB 口被选择； 当 A0=1,A1=0 时,PC 口被选择； 当 A0=1.A1=1 时,控制寄存器被选择。 在本次设计中，8255 芯片用来扩展系统的外部接口，将 8255 的 PA、PB、PC口给数码管、键盘使用。 34 数码管显示模块数码管原理图如图 5 所示：8图 5 数码管原理图在本次设计中，数码管

17、的 8 段是由芯片 8255 的 PB 口控制亮灭，每个数码管的公共脚分别由 8255 的 PA0-PA5 经三极管扩流后进行控制，且数码管是共阳极的。当公共脚接上电源正极，笔画脚通过一个 220 欧姆电阻接负极，对应的笔画就会点亮。 要在某位数码管上显示一个数字，首先把待显示数字的显示码送给 8255 的 PB口，接着选中要显示的位。35 按键模块 按键示意图如图 6 所示：图 6 按键示意图在单片机系统中键盘中按钮数量较多时，为了减少 I/O 口的占用，常常将按钮排列成矩阵形式，在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按钮加以连接。这样，一个端口（如 P1 口）就

18、能组成 4*4=16 个按钮，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加9一条线就能组成 20 键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9 键） 。由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。 矩阵式键盘的按钮识别办法确定矩阵式键盘上何键被按下，介绍一种“行扫描法” 。行扫描法又称为逐行（或列）扫描查询法，是一种最常用的按钮识别办法。 判断键盘中有无键按下将全部列线置高电平，然后检测行线的状态。只要有一行的电平为高，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于高电平线和 4 根列线相交叉的 4 个按钮之中。若所有行线均为低电平，则键盘中无键按下。 判断

19、闭合键所在的位置：在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。其办法是：将全部列线置为高电平，在确定某根行线位置为高电平后，再逐列对列线置高再检测先前返回高电平的行线的电平状态。若此行返回为高，则该列线和返为高电平的行线交叉处的按钮就是闭合的按钮。本次设计虽只用到其中三个按键但考虑到以后对系统升级，所以采用了矩阵式键盘。36 外部中断 0 和外部中断 1外部中断 0 和外部中断 1 示意图如图 7 所示：图 7 外部中断 0 和外部中断 1 示意图在单片机上有两个引脚，名称为 INT0、INT1，也就是 P3.2、P3.3 这两个引脚。在单片机内部的 TCON 寄存器中有四位是和外中断有关

20、的。 IT0： INT0 触发方式控制位，可由软件进和置位和复位，IT0=0，INT0 为低电平触发方式，IT0=1，INT0为负跳变触发方式。IE0：INT0 中断请求标志位。当有外部的中断请求时，这位就会置 1（这由硬件来完成） ，在 CPU 响应中断后，由硬件将 IE0 清 0。IT1、IE1 的用途和 IT0、IE0 相同。按键 0 接单片机 P32 脚，按键 1 接单片机的 P33 脚。本次设计用到了外中断 1 和外中断 0，需接上跳帽 W1 和 W2。 104 抢答器的软件设计41 主程序流程及分析抢答器的基本工作原理：在抢答竞赛或呼叫时，有多个信号同时或不同时送入主电路中，抢答器

21、内部的寄存器工作，并识别、记录第一个号码，同时内部的定时器开始工作，记录有关时间并产生超时信号。在整个抢答器工作过程中，显示电路还要根据现场的实际情况向外电路输出相应信号。抢答器的工作流程分为：系统复位、正常流程、违例流程等几部分，如图 8 所示，下面予以介绍。1、主持人按复位键，复位指示灯亮，进入准备状态，主持人出题。3、主持人按开始键，进入抢答部分，有人抢答就开始回答倒计时，抢答人在此限定时间内做出回答，计时完毕后停止做答并返回复位状态。无人抢答则主持人根据实际情况做出处理后可进入下一轮抢答。4、如果主持人未按开始键，而有人按了抢答按键，犯规抢答，相应犯规灯亮。主持人根据实际情况做出处理后

22、可进入下一轮抢答。图 8 工作流程图1142 总程序模块 在本次设计中，总程序可分为主程序部分，显示部分，延时部分，键盘部分，计时部分，定时器工作模式设定及初始化部分，中断程序部分。 主程序：main() unsigned char flag=0; light=0 xc0;Timer1_Init()； while(1) GInt_Init(); P1=light; display(6,second); if(second=0)second=0 x09;TR1=0;light=0 x7f; flag=keyboard(); if(light=0 x3f) switch(flag) case 1:

23、 light=0 xfd,TR1=1; break; case 2: light= 0 xf7, TR1=1 ; break; case 3:light=0 xdf, TR1=1; break; default : light =0 x3f; if(light=0 x7f) switch(flag) case 1: light=0 xfe; break; case 2:light=0 xfb; break; case 3:light= 0 xef; break; default : light =0 x7f; 12打开中断及相应的设定： void GInt_Init(void) EA = 1;

24、 EX0 = 1; IT0 = 1; EX1= 1;IT1 = 1; ET1=1; 外中断 0： void ISR_Ex0(void) interrupt 0 light=0 x7f;外中断 1：1void ISR_Ex1(void) interrupt 2 light&=0 xbf;定时器工作模式设定及初始化：void Timer1_Init(void) TMOD=0 x10; TH1=(65535-50000 )/256; TL1=(65535-50000)%256; 1 秒时间的设定： void ISR_Timer1(void) interrupt 3 Timer_Count+;

25、if(Timer_Count = 20) Timer_Count = 0; second-; Timer1_Init();延时部分：void delay(unsigned int x) unsigned char i,j,k; while(x-) for(i=0;i=5;i+) for(j=0;j=10;j+);13显示部分：#includereg51.h #include ABSACC.H #define a8255_PA XBYTE0 xD1FF #define a8255_PB XBYTE0 xD2FF #define a8255_PC XBYTE0 xD5FF #define a825

26、5_CON XBYTE0 xD7FF unsigned char const num_table16= 0 xA0, /*0*/ 0 xBB, /*1*/ 0 x62, /*2*/ 0 x2A, /*3 */ 0 x39, /*4*/ 0 x2C, /*5 */ 0 x24, /*6*/ 0 xBA, /*7*/ 0 x20, /*8*/ 0 x28, /*9 */ 0 x30, /*A*/ 0 x25, /*B*/ 0 xE4, /*C*/ 0 x23, /*D*/ 0 x64, /*E*/ 0 x74, /*F */ ; void display(unsigned char place,

27、unsigned char number) a8255_CON=0 x89; a8255_PA =0 xff; a8255_PB=0 xff; a8255_PA=(0 x01(place-1); a8255_PB=num_tablenumber; 键盘部分：unsigned char keyboard() 14 unsigned char PC_data; unsigned char j; unsigned char y=0;a8255_CON=0 x89; a8255_PA=0 xf1;a8255_PB=0 xff; delay(1); PC_data=a8255_PC; for(j = 0

28、;j4;j+) if(PC_data&(1j) = (1j) y= j+1; return(y) ; 完整总程序见附录。5 调试结果及分析本设计主要是在编写的程序编译通过后，用下载软件将编写的程序下载到实验开发板上，验证结果是否满足设计要求。主要通过按键部分进行控制，通过数码管和 LED 灯部分进行观察。经验证，在抢答中，只有开始后抢答才有效，如果在开始抢答前抢答为无效，相应犯规灯亮；主持人按键开始后，选手开始抢答为有效，相应成功指示灯亮，并开始倒时，回答问题的时间限定为 10 秒，满时后系统计时自动复位及主控复位，满足设计要求。参考文献1张鑫编著.单片机原理及使用M .北京：电子工业

29、出版社，2005.8.105136.2陈家骏，郑滔主编.程序设计教程M .北京：机械工业出版社，2004.8.4192.3 余文俊主编.8051 C 语言实习M . 北京：中国水利水电出版社，2002.10.5089. 4 孙育才编著. 新型 AT89S52 系列单片机及其使用M .北京：清华大学出版社，2005.5.163.15附录一：总体原理图总体原理图如图 9 所示：图 9 总体硬件连接原理图图中 U1 为单片机 STC89C52，U2 为芯片 8255，单片机的 P1.0P1.7 分别接到D4-D11 这 8 个 LED 灯。复位按键和开始按键分别接到单片机的 P3.2、P3.3 脚，

30、单片机的 P0.0-P0.7 脚接 8255 芯片 D0-D7 脚，8255 的 PA0-PA5 分别接 6 个数码管的位选 ，同时 PA0-PA3 接键盘的四列，PC3-PC0 接键盘的四行，PB0 接数码管引脚11, PB1 接数码管引脚 10, PB2 接数码管引脚 7, PB3 接数码管引脚 1, PB4 接数码管引脚 2, PB5 接数码管引脚 3,PB6 接数码管引脚 4, PB7 接数码管引脚 5。附录二：总程序#includereg51.h /包括一个 51 标准内核的头文件#include ABSACC.H /库函数#define a8255_PA XBYTE0 xD1FF

31、/*PA 口地址*/#define a8255_PB XBYTE0 xD2FF /*PB 口地址*/#define a8255_PC XBYTE0 xD5FF /*PC 口地址*/#define a8255_CON XBYTE0 xD7FF /*控制字地址*/unsigned char Timer_Count=0; /定义变量16unsigned char second=9;unsigned char light;unsigned char const num_table16= 0 xA0, /*0*/ 0 xBB, /*1*/ 0 x62, /*2*/ 0 x2A, /*3 */ 0 x39

32、, /*4*/ 0 x2C, /*5 */ 0 x24, /*6*/ 0 xBA, /*7*/ 0 x20, /*8*/ 0 x28, /*9 */ 0 x30, /*A*/ 0 x25, /*B*/ 0 xE4, /*C*/ 0 x23, /*D*/ 0 x64, /*E*/ 0 x74, /*F */ ; void Timer1_Init(void); /函数声明void GInt_Init(void);void delay (unsigned int x) ;void display (unsigned char place, unsigned char number);unsigned

33、 char keyboard(); main()/ 主程序 unsigned char flag=0; light=0 xc0; Timer1_Init()；定时器工作模式设定及初始化 while(1) /主程序循环 GInt_Init(); /函数调用（打开中断及相应的设定） P1=light; display(6,second);17 if(second=0)second=0 x09;TR1=0;light=0 x7f; flag=keyboard(); if(light=0 x3f) switch(flag) case 1: light=0 xfd,TR1=1; break; case 2: light= 0 xf7,