基于单片机的数字抢答器的设计;

1、课程设计说明书题目: 基于单片机的数字抢答器的设计院部： 理学院 专业班级： 应用物理11-1班学 号： 2021305035 学生姓名： 徐宝林 指导教师： 李虎 安徽理工大学课程设计论文任务书理学院部 物理系学号2021305035学生姓名徐宝林专业班级应用物理11-1题目基于单片机的数字抢答器的设计 设计技术参数1、设计方案； 2、硬件电路设计； 3、软件设计及软硬件结合仿真； 4、调试分析； 5、课程设计说明书的书写；设计要求1、设置8个按键和一位数码管，对8个按键进行编号，当按下任意一个按键后，完成按键的识别，并在数码管上显示对应的数字；2、设置蜂鸣器进行状态指示，当检测到有按键按下

2、式发出提示音；3、增加语音播报功能，当检测到有按键按下时能够发出语音提示；4、对两个或多个按键同时按下时的具体处理作详细研究；工作量查阅相关材料，完成设计，完成设计报告工作方案1、综合论证，确定设计方案；2、查阅资料，完成设计；3、完成设计报告；参考资料1 康华光电子技术根底数字局部(第四版)M北京：高等教育出版社，20032 李广弟单片机根底M北京：北航出版社，20013 梁超一款基于单片机技术的电子抢答器M机电工程技术，20054 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1999指导教师签字教研室主任签字前 言单片机技术作为计算机技术的一个分支，广泛地应用于工业控制，智能仪

3、器仪表，机电一体化产品，家用电器等各个领域。“单片机原理与应用在工科院校各专业中已作为一门重要的技术根底课而普遍开设。学生在课程设计，毕业设计,科研工程中会广泛应用到单片机知识，而且，进入社会后也会广泛接触到单片机的工程工程。鉴于此，提高“单片机原理及应用课的教学效果，让学生参与课程设计实习甚为重要。单片机应用技术涉及的内容十分广泛，如何使学生在有限的时间内掌握单片机应用的根本原理及方法，是一个很有价值的教学工程。为此，我们进行了“单片机的学习与应用方面的课程设计，锻炼学生的动脑动手以及协作能力。单片机课程设计是针对模拟电子技术，数字逻辑电路，电路，单片机的原理及应用课程的要求，对我们进行综合

4、性实践训练的实践学习环节，它包括选择课设任务、软件设计，硬件设计，调试和编写课设报告等实践内容。通过此次课程设计实现以下三个目标:第一，让学生初步掌握单片机课程的试验、设计方法，即学生根据设计要求和性能约束，查阅文献资料，收集、分析类似的相关题目，并通过元器件的组装调试等实践环节，使最终硬件电路到达题目要求的性能指标；第二，课程设计为后续的毕业设计打好根底，毕业设计是系统的工程设计实践，而课程设计的着眼点是让学生开始从理论学习的轨道上逐渐引向实际运用，从已学过的定性分析、定量计算的方法，逐步掌握工程设计的步骤和方法，了解科学实验的程序和实施方法。第三，培养学生勤于思考乐于动手的习惯，同时通过设

5、计并制作单片机类产品，使学生能够自己不断地学习接受新知识如在本课设题目中存在智能测温器件DS18B20，就是课堂环节中不曾提及的“新器件，通过多人的合作解决现实中存在的问题，从而不断地增强学生在该方面的自信心及兴趣，也提高了学生的动手能力，对学生以后步入社会参加工作打下一定良好的实践根底。 目录一 系统总体方案的设计与工作原理5设计方案51.2 系统的功能与要求5方案的论证5二 硬件电路设计及描述6硬件电路的设计6总体原理图62.3 时钟频率电路的设计72.4 复位电路的设计82.5 数码管电路的设计9蜂鸣器局部的设计10三 软件设计流程及描述113.1 软件设计流程113.2 数码显示软件设

6、计123.3 音频输出13四 调试分析144.1 硬件调试144.2 软件调试的根本方法14心得体会14参考文献15附录16附录A 电路图16附录B 元器件清单17附录C 完整源程序17一 系统总体方案的设计与工作原理1.1设计方案1 确定单片机的型号根据系统的功能与要求，要求我们要用P89V51RB2单片机。2 设计任务通过对本课题的设计，进一步熟悉单片机控制系统，并了解系统设计的一般规律。用P89V51RB2单片机设计一个数控直流稳压电源，输出恒定的直流电压。1.2 系统的功能与要求该设计系统的根本要求为：1设置8个按键和一位数码管，对8个按键进行编号，当按下任意一个按键后，完成按键的识别

7、，并在数码管上显示对应的数字。2设置蜂鸣器进行状态指示，当检测到有按键按下式发出提示音。3增加语音播报功能，当检测到有按键按下时能够发出语音提示。4对两个或多个按键同时按下时的具体处理作详细研究有许多比赛活动中，为了更准确、公正、直观的、地判断出第一个抢答者，通常设置一个抢答器，通过数字显示，灯光及向、音响等多种手段显示第一抢答者的功能，传统的数字控制电路可靠性虽好，但不能显示几号给主持人带来一定的麻烦，而模拟电子控制电路可靠性较差。利用单片机可以用很少的元件实现相同功能，而且单片机性能可操作性强。可以只用P0口连接上位电阻，完成驱动LED的功能，串接按键可以由选手自己控制抢答时机，利用P3口

8、的RXD解、接P89V51RB2的A、B端，TXD接移动脉冲做时钟信号。利用单片机程序判断选手按键是否有效，利用简单程序显示选手序号，启动蜂鸣器，并给出相应的延时。而本设计采用单片机，可靠行好，结构简单，具有显示功能。该模式充分表达了原有系统性能的改良，功能的扩展及其他同类系统的不同之处，它包括硬件逻辑图与软件流程图，比拟经济实用，所以我们选用单片机方案。二 硬件电路设计及描述本设计分为硬件设计和软件设计，这两者相互结合，不可别离；从时间上看，硬件设计的绝大局部工作量是在最初阶段，到后期往往还要做些修改。只要技术准备充分，硬件设计的大返工是比拟少的，软件设计的任务贯彻始终，到中后期根本上都是软

9、件设计任务，随着集成电路的集成度越来越高，硬件设计的工作量在整个工程中的所占的比重逐渐下降。为使硬件电路设计尽可能合理，应注意一下几个方面：1尽可能采用功能强的芯片，以简化电路，功能强的芯片可以代替假设干个普通芯片，随着生产工艺的提高，新型芯片的价格不断下降，并不一定不假设干个普通芯片价格高。2留有设计余地。在设计硬件电路时，要考虑到将来修改扩展的方便。因此很少有一锤定音的电路设计，如果现在不留有余地，将来可能要为一点小小的修改或扩展而被迫进行全面返工。3程序空间，选用片内程序空间足够大的单片机，本设计采用P89V51RB2单片机。4I/O端口：在样机研制出来后进行现场试用时，往往会发现一些被

10、无视的问题，而这些问题不是靠单纯的软件措施来解决的。如有些新的信号需要采集，就必须增加输入检测端；有些物理量需要控制，就必须增加输出端。如果在硬件电路设计就预留一些I/O端口，虽然当时空着没用，那么用的时候就派上用场了。图2.1 总体原理图2.3 时钟频率电路的设计 单片机必须在时钟的驱动下才能工作，在单片机内部有一个时钟振荡电路，只需要外接一个振荡源就能产生一定的时钟信号送到单片机内部的各个单元，决定单片机的工作速度。图2.2 外部源振荡电路图一般选用石英晶体振荡器。此电路在加点大约10ms后振荡器起振，在XTAL2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体的频率确定。

11、电路中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。单片机在工作时，有内部振荡器产生或由外直接输入的送至内部控制逻辑单元的时钟信号的周期称为时钟周期。其大小是时钟信号频率的倒数。2.4 复位电路的设计复位是计算机的一个重要工作状态。复位电路由一个按键和电容串联电阻构成，“结合电容电压不能突变的性质可以知道，当系统上电时，单片机的RET脚将会出现高电平，并且这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定。典型的51单片机在通电后，RST管脚上的高电平除了要保持有效上电复位所需的两个机器周期外，还要继续保持一段时间，以便振荡器稳定起振低频振荡器通常

12、需要几个毫秒。所以，上图中将RST管脚通过一个10UF的电容和VCC相连，再通过一个10K欧姆的电阻和GND相连，就是要让RC组合可以在RST脚上产生不少于2个机器周期的高电平。单片机的RET引脚为硬件复位端，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状态，其电路图如下图图2.3 复位电路图2.5 数码管电路的设计LED是发光二极管的缩写，LED显示器由假设干个发光二极管构成的，当发光二极管导通时，显示对应的字符。LED显示器由7个发光二极管组成，也称为7段显示器，排列性质如下图LED显示器还有一个圆点型的发光二极管，用于显示小数点，有时也称为8段LED显

13、示器。图2.4 7段LED显示图LED显示器的发光二极管有共阴极和共阳极两种接法。共阴极接法各发光二极管的阴极连在一起并接地，当某一发光二极管的阳极输入高电平时，那么该段发光；图右为共阳极接法，各发光二极管的阳极连在一起并接，当阴极输入低电平时，该段发光二极管发光。图2.5 数码管电路图图2.6 蜂鸣器局部电路图有源蜂鸣器和无源蜂鸣器的根本区别是产品对输入信号的要求不一样：有源蜂鸣器工作的理想信号时直流电，通常标示为VDC、VDD等。因为蜂鸣器内部有一简单的振荡电路，能将恒定的直流电转化成一定频率的脉冲信号，从而实现磁场交变，带动钼片振动发音。但是在某些有源蜂鸣器在特定的交流信号下也可以工作，

14、只是对交流信号的电压和频率要求很高，此种工作方式一般不采用。注意，这里的“源不是指电源。二是振荡源。也就是说，有源蜂鸣器内部带振荡源，所以只要一通电就会叫。而无源内部不带震荡源，所以如果用直接信号无法令其鸣叫。必须有2K5K的方波去驱动它。有源蜂鸣器往往比无源的贵，就是因为里面多个震荡电路。无源蜂鸣器的优点是：1 廉价；2 声音频率可控，可以做出“多来米发索拉西的效果；3 在一些特例中，可以和LED复用一个控制口。有源蜂鸣器的优点是：程序控制方便。三 软件设计流程及描述3.1 软件设计流程从上述设计方案可知，依照本次课程设计要求及任务，根据已作出的8路数字抢答器的原理图，设计出如图的程序框架图

15、图3.1 程序框架图 本设计程序主要由主程序、数码管显示程序、按键程序和延时程序，程序设计分析为：对按键局部和数码管显示局部，只要有一路按键按下，相应的数码管就会显示对应的数字，并且蜂鸣器鸣叫。并且只要一路按键按下，其他路就被屏蔽，只显示一开始按下的按键，直到重新开始抢答。3.2 数码显示软件设计采用动态显示，显示器有一个共阴极数码管组成，数码显示程序流程如图3.2所示。图3.2 数码管显示框图3.3 音频输出 音频输出由输出，其程序流程图如图3.3所示。图3.3 音频输出流程图四 调试分析4.1 硬件调试 本设计硬件局部主要为显示模块按键模块。硬件电路功能检测主要针对这两局部进行测试。 对于

16、显示电路，由于使用的是单数码管显示屏，首先要确定数码管的共阴还是共阳极。因此先用万用表检测是什么极性。然后再先固定下，检查显示电路能否正常显示。最后再焊接上去。 对于按键局部，首先要确定各个按键是否完好，先自己接到一个简易的电路上测试下，确定完好后再焊接。4.2 软件调试的根本方法软件的设计与调试实行分模块实现方法。本设计软件调试的分模块包括显示功能模块、抢答功能模块以及报警功能模块。各个独立模块功能调试成功后，将这些模块程序通过主程序合并在一起，最后再对合并的总程序进行调试。个软件模块首先要通过PC和仿真器进行软件调试。心得体会在设计之前，参考了许多相关的资料。在设计中又参考了以前讲过的四路

17、抢答器的原理图，有了根本的思路。 但着手设计时，又出现了许多未预料到的问题，例如元件的选择：在选择编码器时，是采用普通编码器还是优先编码器。普通编码器中，任何时刻只允许输入一个编码信号，否那么输出将发生混乱。 在一些设计原理上也遇到了许多新问题。发现当电源接通后，无论有无人按按钮都会使音乐集成电路通电发出声响，经同学以及老师的指证，发现导通的原因，并及时的改正。 通过这次抢答器的设计，我发现了以往学习中的许多缺乏，也让我掌握了以往许多掌握的不太牢的知识，感觉学到了很多东西。两周的课程设计，留给我印象最深的是要设计一个成功的电路，必须要有耐性和坚持下去的毅力。在整个电路的安装调试的过程中，花费时

18、间最多的是各个元件电路的连接，电路的细节设计以及连完线路后的检查工作上，其中在连接电路是出现问题比拟多，在P89V51RB2的连接的调试的时候出现了问题在老师的指导和讲解下我门有了更深刻的认识，同时对元件的原理的功能了解的更多更深刻。在这次过程中，我深刻的体会到在设计过程中，需要反复实践，其过程很可能相当的烦琐，有时花很长时间检查电路故障，分析原因，那时心中就有点灰心，有时还特别想放弃，此时更需要静下心来，更仔细的查找原因。 总之，这次实验过程中我受益匪浅，在摸索我和我的伙伴实现了课题所要求的结果。培养了我的设计思维，增加了动手操作的能力。更让我体会到实现电路功能喜悦。参考文献1 康华光电子技

19、术根底数字局部(第四版)M北京：高等教育出版社，20032 李广弟单片机根底M北京：北航出版社，20013 梁超一款基于单片机技术的电子抢答器M机电工程技术，20054 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19995 李海.74系列芯片手册.重庆：重庆大学出版社，1999:34-89.6 秦曾煌.电工学下册，电子技术M.北京：高等教育出版2004:118-192.7 李淑明，朱名日.电子电路实验教学模式的探索与实践.广西：科技信息，2021:13-56.8 黄洁.数字电路实验教学模式的探讨J.湖北：人文社会科学版，2007：47-90.附录附录A 电路图附录B 元器件清单序

20、号名称与规格数量序号名称与规格数量 1 按键 8 5 单排插孔 20 2 蜂鸣器 1 6 共阴数码管 1 3 330欧电阻 7 710K欧姆电阻8 4PNP三极管9013 1 8最小系统板套件：序号名称与规格数量序号名称与规格数量1最小系统板1块6杜邦线15根2RS232串口线1根7芯片座35V电源1个8圆孔插针4USB电源线1根9直插针55*7cm万用表10附录C 完整源程序#include reg52.htypedef unsigned char uint8;typedef unsigned int uint32; sbit bee = P37;sbit s_1 = P10;sbit s_

21、2 = P11;sbit s_3 = P12;sbit s_4 = P13;sbit s_5 = P14;sbit s_6 = P15;sbit s_7= P16;sbit s_8 = P17;/共阴数码管08编码uint8 code Tab=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F;/函数声明uint8 s_control(void);Void display(uint8 num);/*函数名称：delay(uint32 z)函数功能：起延时作用参 数：z返 回 值：无其他说明：延时的时间由z决定， z=n时大约延时n ms*/void del

22、ay(uint 32 z)uint32 x,y;For(x=z;x0;x-)for(y=10;y0;y-);/*函数名称：main(void)函数功能：主函数：八路抢答器 只要有一路按键按下， 相应的数码管就会显示对应的数字 蜂鸣器鸣叫参 数：无返 回 值：无其他说明：只要按下其中一路，其他路就被屏蔽，只显示 一开始按下的按键，直到重新开始抢答*/Void main(void)uint8 Ch;bee = 1;P2 = 0x00; /初始化P2口P1 = 0xff; /初始化P1口 while(1) Ch = s_control();While (Ch!= 0)Switch (Ch)case

23、1:display(1); /第1路抢答成功、显示1Break;case 2:display(2); /第2路抢答成功、显示2Break;case 3: display(3); /第3路抢答成功、显示3Break;case 4: display(4); /第4路抢答成功、显示4Break;case 5: display(5); /第5路抢答成功、显示5Break;case 6: display(6); /第6路抢答成功、显示6Break;case 7: display(7); /第7路抢答成功、显示7Break;case 8: display(8); /第8路抢答成功、显示8Break; /*

24、函数名称：s_control()函数功能：控制八路按键，其中有一路按下，那么返回对应是数字参 数：无返 回 值：0:没有按键按下 1:第一个按键按下 2:第二个按键按下 3:第三个按键按下 4:第四个按键按下 5:第五个按键按下 6:第六个按键按下 7:第七个按键按下 8:第八个按键按下其他说明：*/uint8 s_control(void)/第一个按键按下If (s_1 = 0)delay(5); /按键消抖if(s_1 = 0)While (!s_1);/松手判断return1;/第二个按键按下Else if (s_2 = 0)delay(5); /按键消抖if (s_2 = 0)While (!s_2);/松手判断Return 2; /第三个按键按下Else if(s_3 = 0)delay(5); /按键消抖if (s_3 = 0)While (!s_3);/松手判断Return 3;/第四个按键按下Else if (s_4 = 0)delay(5); /按键消抖if (s_4 = 0)While (!s_4);/松手判断Return 4; /第五个按键按下Else if (s_5 = 0)delay(5); /按键消抖if (s_5 = 0)While (!s_5);/松手判断Return 5; /第六个按键按下El