基于单片机的抢答器系统设计报告(终稿)

1、计算机课程设计基于单片机的响应系统设计摘要：单片机是一门技术性、应用性和实践性的学科。课程设计是学好本课程的又一重要实践教学环节。课程设计的目的和任务是配合单片机的教学和平时的实验，巩固和消化课程内容，进一步加强综合应用能力和单片机的开发集成。芯片应用系统。设计能力的培养，启发创新思维，使他们具备独立的单片机产品和科学研究的基本技能，是培养学生综合运用所学知识的过程。在现实生活中，有很多地方用到了单片机，所以学好这门课很重要。本设计提出以AT89C5 2单片机为核心控制元件，设计一个简单的八通道快速响应器。本方案中AT89C5 2单片机与按键、数码管、蜂鸣器等组成八路快速响应器，利用单片机的延

2、时。时间电路、按键复位电路、时钟电路、定时/中断电路等。使用汇编语言编程实现一些基本功能，使设计的快速响应器具有实时显示成功参赛者的人数和比赛结束后与参赛者进行犯规报警反应的剩余时间的特点，并具有重置功能，以便它可以开始一个新的。几轮测验和比赛。所设计的系统实用性强，判断准确，操作简单，扩展功能强，功能实现按键控制。游戏开始，主持人读完题后按下开始答题键，数码管立即实时显示30秒倒计时。当有参赛者时，数码管上会显示对应的参赛者编号和剩余答案。同时，蜂鸣器会响起提醒某人回答问题。如果在规定的30秒内未作答，则该题作废，开始新一轮答题。关键词： T89C52单片机，实时显示，按键控制，复位目录TO

3、C o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc328565094 1简介 PAGEREF _Toc328565094 h 3 HYPERLINK l _Toc328565095 2总体设计方案 PAGEREF _Toc328565095 h 3 HYPERLINK l _Toc328565096 2.1 MCU PAGEREF _Toc328565096 h 3的选择 HYPERLINK l _Toc328565097 2.2电路设计方案 PAGEREF _Toc328565097 h 4 HYPERLINK l _Toc328565098 3系统硬件设计 PAGEREF _Toc3

4、28565098 h 5 HYPERLINK l _Toc328565099 3.1响应器的工作原理 PAGEREF _Toc328565099 h 5 HYPERLINK l _Toc328565100 3.2单片机最小系统设计 PAGEREF _Toc328565100 h 5 HYPERLINK l _Toc328565101 3.3控制系统及所需部件 PAGEREF _Toc328565101 h 6 HYPERLINK l _Toc328565102 3.4各部分电路功能图 PAGEREF _Toc328565102 h 6 HYPERLINK l _Toc328565103 4系统

5、软件设计 PAGEREF _Toc328565103 h 8 HYPERLINK l _Toc328565104 4.1响应流程图 PAGEREF _Toc328565104 h 8 HYPERLINK l _Toc328565105 4.2程序流程图 PAGEREF _Toc328565105 h 9 HYPERLINK l _Toc328565106 5系统仿真 PAGEREF _Toc328565106 h 10 HYPERLINK l _Toc328565107 5.1设计理念 PAGEREF _Toc328565107 h 10 HYPERLINK l _Toc328565108 5

6、.2电路仿真 PAGEREF _Toc328565108 h 11 HYPERLINK l _Toc328565109 6工作总结 PAGEREF _Toc328565109 h 13 HYPERLINK l _Toc328565110 参考文献 PAGEREF _Toc328565110 h 13 HYPERLINK l _Toc328565111 到 PAGEREF _Toc328565111 h 13 HYPERLINK l _Toc328565112 附录 PAGEREF _Toc328565112 h 14 HYPERLINK l _Toc328565113 源代码 PAGEREF

7、_Toc328565113 h 141简介二十世纪跨越了三个“电气”时代，即电气时代、电子时代和现在进入的计算机时代。但是，这种计算机通常是指个人计算机，或简称PC。它由主机、键盘、显示器等组成。还有一类计算机是大多数人不太熟悉的。这种计算机是一种单片机（也称为微控制器），将智能赋予各种机器。顾名思义，这种计算机的最小系统只使用了一个集成电路，可以进行简单的操作和控制。由于体积小，通常隐藏在被控机器的“腹部”中。它就像整个设备中的人脑一样，如果出了问题，整个设备就会瘫痪。现在，这种单片机已广泛应用于智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等领域。各种产品一旦使用了单片机，就可以起到产品

8、升级换代的作用，而形容词“智能”往往会在产品名称前加上前缀。在知识竞赛中，经常使用快速响应器，因此我们选择使用单片机编程来设计快速响应器。即使两位选手的快速答题时间相差几微秒，我们也可以很容易地区分出哪个选手先答题。本设计是一个由AT89C52单片机控制的八路快速回答模拟器。由一组4个普通负数数码管显示，其中1个数码管显示成功响应的参赛者人数，2个数码管显示剩余时间。接听成功后，蜂鸣器响 设备立即发出声音提示。本文主要介绍了单片机应答器的设计流程和工作原理，以及它的实际使用。采用单片机AT89C52作为整个控制核心，其主控系统分为五个模块，即：显示模块、存储模块、语音模块、接听开关模块、复位模

9、块。系统通过开关电路中的按键输入快速答题信号，用数码管完成显示功能，用按键让选手答题，并在数码管上显示选手先答题，所以以实现整个快速回答过程。工作时，用按钮通过开关电路输入各通道的响应信号，再通过单片机处理输出控制信号，实现智能响应。随着我国经济文化事业的发展，在证券、股票交易、各类竞猜比赛等诸多公开的竞争场合，都需要公平的竞争判断。接听器一般由很多电路组成，电路复杂，可靠性不高，功能也比较简单，尤其是接听电路数量较多时，实现起来比较困难。为此，我们设计了一种以单片机为核心的新型智能答录机。在保留原答录机基本功能的同时，增加了数码管显示电路，实现其他功能。响应器，又称第一信号鉴别器，主要用于各

10、种知识竞赛、文艺活动等场合。2总体设计方案2.1单片机的选择1. ATMEL公司的89C52单片机是一款增强型加载RISC的单片机。芯片上的闪存贴在用户的产品上，可以随时进行编程和重新编程，使用户的产品设计简单，更换方便。 89C52单片机采用增强型RISC结构，具有高速处理能力。它可以在一个时钟周期内执行复杂的指令，每MHz的处理能力可以达到1MIPS。 89C52单片机工作电压为2.76.0V ，可实现功耗优化。 89C52单片机广泛应用于计算机外围设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器、航空航天设备等各个领域。因为单片机的种类很多，所以在选择单片机时，要根据实际的设计要求来选择

11、合适的单片机。例如，当设计只需要单片机定时器时，则选择 89C 10 51 或 89C 2051 51 而不是 89C52 ，因为后者的价格更高。当然，如果对程序和数据区的要求更高，那么选择的单片机也必须满足程序空间的要求。2 、AT89C5 2和AT89C5 1的区别表 2-1 51 与 52 对比单片机数据存储程序存储器计时器打断51系列128B4KB2552系列256B8KB38 RAM 空间增加：AT89C51 有 128 字节的 RAM，称为 DATA 存储区。 AT89C52 的 RAM 扩展为 256 字节，其中高 128 字节位于从 80H 开始的地址空间，称为 IDATA 存

12、储区，但对 IDATA 区的访问只能采用间接寻址方式。 Partial FLASH变大：AT89C51有4K bytes的partial FLASH PERAM，而. AT89C52的FLASH PERAM翻倍到8K。增加中断源：在AT89C52中，P1.0和P1.1也可以分别作为定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和（P1.1/T2EX），也就是说， P1。 0也可以作为定时器/计数器T2的外部计数输入，以及50%输出占空比的时钟脉冲端口。 P1.1 也可用作定时器/计数器 T2 捕获/重载触发和方向控制端口。因此，除了AT89C51的定时器/计数器T0和定时器/计数器T1之外，

13、AT89C52还增加了定时器/计数器T2。定时器/计数器 T2 的控制位和状态位分别位于 T2CON 和 T2MOD 中，而定时器/计数器 T2 在 16 位捕捉模式或自动重载模式下的捕捉/重载寄存器组为（TCAO2H，RCAP2L）。2.2 电路设计方案在本课题中，我们选用现在比较流行的52系列单片机，即选用ATMEL公司的AT89C52 。系统采用单片机AT89C52作为控制核心，可完成操作控制、信号识别和显示功能。由于采用的是单片机，技术比较成熟，应用方便简单，而且单片机周围的辅助电路也比较少，便于控制和实现。整个系统具有极其灵活的可编程性，可以方便地扩展和改变系统的功能。AT89C52

14、单片机特点：可靠性好，单片机按工控要求设计，抗工业噪声干扰能力优于普通CPU。程序指令和数据可以在 ROM 中编程。多个信号通道在同一芯片内，可靠性高；易于扩展：单片机具备通用计算机必备的三态双向总线、串并输入输出引脚等器件，可扩展成各种规模的微机系统；强大的控制功能：单片机指令除输入输出指令、逻辑判断指令外。还有更丰富的条件分支跳转指令。3 系统硬件设计3.1 响应器的工作原理问答机采用单片机设计制造。由于其功能主要通过软件编程实现，所以采用单片机AT89C52，是一款低功耗、高性能的CMOS型8位单片机。该芯片有8KB的Flash存储器，可以在系统中改写或用编程器编程。答题器的准确率非常高

15、，其误差主要是晶振本身的误差造成的。AT89C52单片机由微处理器、存储器、I/O口和特殊功能寄存器SFR组成。它的存储器在物理上被设计成程序存储器和数据存储器两个独立的空间。片程序存储器容量为8KB，片数据存储器为256B字节。 AT89C52 微控制器有四个 8 位并行 I/O 端口：P0 端口、P1 端口、P2 端口和 P3 端口。每个接口由接口锁存器、输出驱动器和输入缓冲器组成。 P1端口是唯一的单功能端口，只能用作通用数据输入/输出端口。 P3端口是一个双功能端口。除了数据输入/输出功能外，每个接口还有不同的第二个功能，比如P3.0是串口输入口线，P3.1口是串口输出口线。当需要扩展

16、外部程序存储器和数据存储器时，P0 可作为时分复用的低 8 位地址/数据总线，P2 端口可作为高 8 位地址总线。 P3端口也可以作为AT89C5 2的一些特殊功能端口，同时接收一些用于flash烧写和烧写验证的控制信号。3.2 单片机最小系统设计本课题采用单片机最小系统实现八路冲程装置。以下是单片机最小系统的原理。单片机的主要功能是负责整个系统的控制，不承担复杂的数据处理任务。因此，在设计单片机最小系统时，通常选择AT89C5l 、 AT89C52 、 AT89S51 、 AT89S52 （ S系列芯片支持ISP功能）等8位单片机作为MCU 。该单片机最小系统采用AT89C52 。一个典型的

17、单片机最小系统一般由时钟电路、复位电路、片外RAM 、片外ROM 、按键、数码管、液晶显示器、外部扩展接口等组成。原理图如图3-1所示单片机最小系统图。图3-1 单片机最小系统示意图3.3 控制系统及所需部件1、控制系统：主要由单片机应用电路、存储器接口电路和显示接口电路组成。其中，单片机AT89C52是系统工作的核心，主要负责控制各部分的协调。2、所需元器件：系统的核心器件为AT89C52，外围接复位电路、上拉电阻、数码管、按键、扬声器。组成部分有：晶振X1、电容C1、C2、C3、电阻RP1等。 P3.0 和 P3.1 由裁判控制，是快速回答的开始和停止按钮。 P1.0-P1.7为8组接听输

18、入口，P2.0-P2.3为数码管段选择口，位选择口为P0.0-P0.6口输出，P3 .6 是蜂鸣器的控制端口。3.4 各电路功能图1、AT89C52的引脚图如下图3-2所示：图 3-2 AT89C52 引脚图2. 外接振荡电路 MCU 必须由AT89C5 2 驱动才能工作。单片机内部有时钟振荡电路，只需要连接一个振荡源就可以产生一定的时钟信号致给单片机的各个单元。外部振荡器电路如图 3-3 所示：图 3-3 外部振荡器电路3. 复位电路：由电容串联电阻组成。从图和“电容电压不能突然改变”的特性可以知道，当系统上电时， RST管脚会出现高电平，并且这个高电平会持续很长时间。时间由电路的 RC 值

19、决定。典型的 5.2单片机会在 RST 引脚的高电平持续超过两个机器周期时复位。因此，适当组合RC值可以保证可靠的复位。一般C为10f， R为1K ，当然也有其他取法。原则上，RC组合可以在RST引脚上产生不少于2个机器周期的高电平；复位电路如图 3-4 所示：图 3-4 复位电路复位输入为高电平有效。当振荡器工作时， RST 引脚出现两个以上机器周期的高电平，从而复位微控制器。复位只需按“RST”键，电源Vcc经电阻分压，RST端产生复位高电平。软件复位实际上是指程序执行完毕后，通过跳转指令将程序指针跳转到指定的程序。4、共阴极七段码7SEG-MPX4-CC用于显示，高电平点亮。图表如下图

20、3-5 所示：图 3-5 共阴极数码管5. 8个BUTTON按钮作为快速回答的选择按钮，如图3-6所示：图 3-6 八个 BUTTON 按钮4 系统软件设计4.1 响应者流程图硬件电路确定后，软件的编程必须与硬件相匹配，软硬件结合才能完成要实现的功能。功能分析得到如下软件结构图：系统初始化模块系统初始化模块按键模块正确抢答模块块非法抢答模块调整时间模块显示模块图 4-1 软件系统结构图4.2 程序流程图整个程序主要由定时器T0、定时器T1、外部中断0和主程序组成。1.定时器T0用于使扬声器发声。需要振铃时，将振铃标志置1，每中断一次倒置P3.6，喇叭发声。更改定时器的初始值以更改扬声器频率。定

21、时器流程流程图如下：PP3.6取反定时器重新赋值返回主函数响铃标志为1？NY图 4-2 振铃程序流程图2、定时器T1用于倒计时，每次中断50ms。计数标记为 20 时为一秒，显示的数字减一。其流程图如下：返回主函数返回主函数计时标志加一计数器重新赋值图 4-3 倒计时中断流程图3、外部中断0用于调整倒计时时间。流程图如下：显示时间显示时间R1R1减1返回主函数R1置0R1增1R1置99加1键按下？减1键按下？R到0？R1到99？返回键按下？YNYYYNNNNY图4-4 快速应答时间调整流程图5 系统仿真5.1 设计思路1、当主持人按下“开始快速回答”按钮时，会有提示音并立即进入快速回答倒计时（

22、预设30s快速回答时间）。 （预设快速回答时间为30s），不进行快速回答查询，因此只有第一个按下快速回答的参赛者有效。数码管只显示第一个快答的玩家编号，倒计时时间小于10秒时，会每秒响一声。如果主机在倒计时期间要停止倒计时，可以随时按“停止”按钮，系统会自动进入就绪状态，等待主机按“开始快速应答”进入下一个快速回答计时，下一个快速回答是先按下复位按钮。2.如果主持人没有按下“开始快速应答”按钮，但有人按下快速应答键，犯规响应，LED闪烁“PP”，犯规球员号码和蜂鸣器一直响，直到“停止被按下。直到按键被按下。3、P3.0为开始接听，P3.1为停止接听，P1.0 - P1.7为八路接听输入，数码管

23、段选为P0口，该位选为低3位P2端口，蜂鸣器输出为P3。 6个嘴巴。八路响应器的源程序见附录1。5.2 电路仿真1、在proteus中画出一般电路图如下图5-1所示：图 5-1 八路响应器一般电路图2、使用keil软件编写源程序，源程序见附录1，在keil软件中将源程序生成可执行文件，下载到proteus原理图中进行仿真调试。图 5-2 显示了参赛者不急于回答时的状态：图 5-2 选手准备答题时的显示3. 3号选手回复成功，如下图5-3所示：图5-3 3号选手回复成功6工作总结经过这几天的努力，我们圆满完成了设计任务。通过这次课程设计，我再次意识到自学的重要性和学以致用的原则。我在图书馆查了很

24、多资料，也意识到了图书馆的重要作用。通过这个应答器的设计，我把之前学过的电子知识都捡了起来，感觉这个设计进一步巩固了我在设计过程中所学和学到的知识，与时俱进。克服编程的枯燥感让我受益匪浅。在以后的学习过程中，你应该去图书馆阅读一些专业书籍，以丰富你的知识。也加深了我对单片机和接口技术的理解和应用。由于知识水平的限制，设计上可能存在一些不足。真诚接受老师和同学的批评和指正。在这个过程中，我也曾因为缺乏实践经验而迷失了方向，也一直对模拟的成功充满热情。生活就是这样。汗水预示着结果，见证着收获。劳动是人类生存和生活的永恒话题。虽然这只是一个很简单的课程制作（八路答录器），但平心而论，也耗费了我们不少

25、心血，不得不佩服那些专门开发单片机的技术前辈微电脑，让老一辈认识到我们社会的贡献，为了让人们的生活更美好，他们为我们的社会付出了多少心血！但是当课程设计完成时，感觉很甜蜜。没有努力，怎能收获收获的喜悦，不懂得付出，又怎么懂得回报的幸福，不努力不会有回报，只有努力才会有回报，就像这样在交换在痛苦和快乐中，我学会了知识，学会了做人的道理。参考1.焦宇，曾勇。单片机原理与应用理工大学 20112 、何立民。单片机进阶教程。第一版。 : 航空航天大学 20013.小安。 MCS-51单片机的原理与应用。 : 大学 2001.34.广地。单片机的基础。第一版。 : 航空航天大学 19995.许惠民，安德

26、宁。单片机原理接口及应用第一版。 : 邮电大学 19966 、何立民。从Cygnal 80C51F看8位单片机的发展。微控制器与嵌入式系统应用，2002 ，第5期：P587.夏继强。单片机实验与实践课程. : 航空航天大学 2001至导师王先生表示衷心的感谢。从选题到完成，从理论探讨到实际问题解决，这篇论文处处都充满了王老师的心血。王老师的细心指导和建议，给了我很大的帮助和支持，让我受益匪浅。值此论文完成之际，谨向王老师表示深深的感谢和崇高的敬意。我还要感谢我的队友郭海军。这个课程设计也让我看到了团队的实力。我认为我们的工作是一个团队的工作。团队需要个人，个人离不开团队。必须促进团结合作。的精

27、神。一开始，我们分工，有的画原理图，进行仿真实验，有的积极搜索相关资料，经常聚在一起讨论各种方案的可行性。在课程设计中，只有一个人知道原理是不够的。每个人都必须知道，否则，一个人的错误可能导致整个工作的失败。团结协作是我们成功的一个非常重要的保证，而这个设计刚刚锻炼了我们，也是非常可贵的。附录源代码OK EQU 20H;抢答开始标志RING EQU 22H;环标志位组织机构 0000HAJMP 主ORG 000BHAJMP TT0ORG 001BHAJMP TT1组织机构 0040H ;避开中断向量区主：MOV R1，#30；初始响应时间为 30s移动 TMOD, #11H ;设置定时器/模式

28、 1移动 TH0, #0F0H移动 TL0, #0FFH ;声音频率越高，声音越高MOV TH1,#3CHMOV TL1,#0B0H ;50ms为溢出中断/F=12MHzSETB EA ;设置EA=1，启动总中断SETB ET0SETB ET1 ;启用 2 个中断，T0/T1CLR 正常； make OK=0，禁止抢答CLR 环 SETB TR1SETB TR0 ;在开始时运行计时器以开始显示 PPP。如果要重新计数，只需重置 TH1/TL1;=查询程序=开始： MOV R5,#0BHMOV R4,#0BHMOV R3,#0BH呼叫显示；未启动应答时显示 PPPP3.0,FEIFA ;如果没有

29、按下开始接听键，即P3.0=1，则跳转到FEIFA呼叫延迟P3.0，飞发；去抖动，如果按下“开始键”，则向下执行，否则跳转到非法答案查询呼叫树皮；关键的声音MOV A，R1移动 R6,A ;致R1-R6，因为应答时间保存在R1中设置好；抢答标志，在COUNT子程序中用于判断是否查询抢答MOV R3,#0AH ;答案只显示时序和死数个数AJMP 计数；进入倒计时程序，“查询有效答案的程序”在COUNT飞发：JNB P1.0，FALSE1；如果P1.0=0，则转为FALSE1，即有人非法抢答JNB P1.1, FALSE2JNB P1.2, FALSE3JNB P1.3, FALSE4JNB P1

30、.4, FALSE5JNB P1.5, FALSE6JNB P1.6, FALSE7JNB P1.7, FALSE8AJMP 开始;=非法接听程序=FALSE1：呼叫树皮；关键的声音MOV R3,#01HAJMP 错误FALSE2：呼叫树皮MOV R3,#02HAJMP 错误FALSE3：呼叫树皮MOV R3,#03HAJMP 错误FALSE4：呼叫树皮MOV R3,#04HAJMP 错误FALSE5：呼叫树皮MOV R3,#05HAJMP 错误FALSE6：呼叫树皮MOV R3,#06HAJMP 错误FALSE7：呼叫树皮MOV R3,#07HAJMP 错误FALSE8：呼叫树皮MOV R3

31、,#08HAJMP 错误;=倒计时程序（跳过倒计时换程序）=计数：MOV R0,#00H ;复位定时器中断计数MOV TH1,#3CH移动 TL1, #0B0H ;重置计时器RECOUNT: MOV A,R6 ;R6 保存倒计时时间，然后将回答时间交给 R6MOV B,#0AHDIV AB ;即A/B，商在A，余数在B，个位/十除以十后移动 30H,A ;十位存储在（30H）移动 31H,B ;一位存储在 (31H)MOV R5,30H ;拿十个MOV R4,31H ;就位MOV A, R6SUBB A,#0CH ;借位减法，A=A-016H-CyJNC 大;如果Cy=0，转移，即大于10s，

32、跳转到LARGER/小于等于10s，会提醒MOV A, R0CJNE A，#0AH，满； 0.5s 在 1s 内耗尽CLR 环AJMP 检查完整：CJNE A，#14H，检查；下面是1s的情况，振铃显示数字并清R0，重新计数套装戒指MOV A, R6JZ 退出；时间到MOV R0,#00H十二月 R6；一秒标记减1AJMP 检查更大：MOV A，R0CJNE A，#14H，检查；如果跑了 1s，否则跳到检查“停止/显示”十二月 R6；时间一秒 R6 自动减 1MOV R0,#00HCHECK: JNB P3.1,QUIT ;如果按停止键退出呼叫显示好的，会计；如果是抢答倒计时，如果是则查询抢答

33、，否则跳过查询继续倒计时（这个起到锁定抢答的作用）AJMP 重新计票ACCOUT：JNB P1.0，TRUE1JNB P1.1,TRUE2JNB P1.2,TRUE3JNB P1.3,TRUE4JNB P1.4,TRUE5JNB P1.5,TRUE6JNB P1.6,TRUE7JNB P1.7,TRUE8AJMP 重新计票退出：CLR 确定；如果按下“停止键”执行程序CLR 环 呼叫树皮AJMP 开始;=正常答题流程=TRUE1：呼叫吠叫；关键的声音MOV R3,#01HCLR 正常；因为回答问题的时机不再询问快速回答，所以快速回答被锁定AJMP 计数TRUE2：呼叫吠叫；MOV R3,#02HCLR 正常AJMP 计数TRUE3：呼叫吠叫；MOV R3,#03HCLR 正常AJMP 计数TRUE4：呼叫吠叫；MOV R3,#04HCLR 正常AJMP 计数TRUE5：呼叫吠叫；MOV R3,#05HCLR 正常AJMP 计数TRUE6：呼叫吠叫；MOV R3,#06HCLR 正常AJMP 计数TRUE7：呼叫吠叫；MOV R3,#07HCLR 正常AJMP 计数TRUE8：呼叫吠叫；MOV R3,#08HCLR 正常