四位抢答器课程设计报告

课程设计报告课程名称：微机原理课程设计题目：四位电子抢答器学院：环境与化学工程系：过程装备与测控工程专业：测控技术与仪器班级：测仪121学号：007学生姓名：文艺三起讫日期：2023-06-19～2023-06-29指导教师：熊剑、杨俊清、杨大勇摘要单片机就是微控制器，是面向应用对象设计、突出控制功能的芯片。单片机接上晶振、复位电路和相应的接口电路，装载软件后就可以构成单片机应用系统。将它嵌入到形形色色的应用系统中，就构成了众多产品、设备的智能化核心。本设计就是应用单片机制作多功能四位电子抢答器，具有抢答限时、抢答自锁、灯光指示、暂停复位等强大功能。本设计采用的是STC89S52单片机，该单片机采用的MCU51内核，具有很好的兼容性，内部带有8KB的ROM，能够存储大量的程序，采用STC_ISP软件给单片机烧写程序。除单片机外其他主要部件有12MHz的晶振、6位按键开关、八段共阴极数码管、无源蜂鸣器。关键词：抢答器四位多功能目录TOC\o"1-3"\h\u摘要-0-一、设计任务、要求-2-二、方案总体设计-3-2.1、显示模块-3-2.2、按键控制模块-3-2.4、声音报警模块-3-2.5、总体设计………………4三、硬件设计-5-3.1、单片机最小系统……………………….5、复位电路-5-、时钟信号的产生-5-3.2、数码管显示模块-6-3.3、抢答器显示模块-6-3.4、电源方案的选择-7-3.5、抢答器键盘的选择……………………83.6、蜂鸣器模块……………93.7、控制系统及所需元件-9-3.8、整体电路图…………..113.9、lochmaste硬件电路………………….12四、软件设计-13-五、系统仿真与调试-15-5.1、Proteus仿真原理图-15-5.2、实物图………………..17六、设计总结-19-七、参考文献-27-附录：源程序代码………………21一、设计任务、要求1．1、设计任务:利用单片机、STC89C52、3×2矩阵开关、数码管、无源蜂鸣器实现具有抢答限时、抢答自锁、灯光指示、暂停复位功能的四位电子抢答器。1．2、设计要求：〔1〕抢答器同时供4名选手或4个代表队比赛使用，分别用4个按钮K1～K4表示。〔2〕设置裁判开关k5和清零开关k6，该开关由主持人控制，当主持人按下k6，系统复位，预备抢答，当主持人按下总控制控制开关k5，开始抢答；〔3〕抢答器具有定时抢答功能，抢答时间为倒计时15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提示声响，声响持续的时间0.5秒左右，当计时小于5秒后，每减少一秒，便报警一次以提示选手。〔4〕抢答器具有锁存功能，参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，蜂鸣器发声，计时停止，数码管上显示选手的编号和时间，选手相应的信号灯被点亮，其他选手再抢答时无效。〔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。等待下一轮抢答。二、方案总体设计本次设计四位电子抢答器，使用了STC89C52单片机芯片控制电路，单片机控制电路简单，电路简明易懂，使用键盘键上的按键来进行开始、抢答、复位，用一蜂鸣器来进行提醒，编程采用C程序，用keil软件进行程序编译，用protues软件进行软件仿真，lochmaster软件进行电路板布线。再通过四个模块：键盘、芯片、蜂鸣器、数码管即可满足设计要求。2.1、显示模块数码管是利用发光二极管的特性组合而成数字显示器件，通过控制相应的二极管的状态显示相应的数字。要使数码管正常显示就得有驱动电路驱动相应的段码，数码管的现实方式可分为静态显示和动态显示，静态显示方式只适合显示单个的数字。本设计采用的数码管为四位八段共阴极数码管，故此采用动态显示。2.2、按键控制模块本设计用到的键盘有6个按键，分别为四位选手抢答按键，主持人开始按键和复位按键，依次接p1.0-p1.5口。2.4、声音报警模块此模块采用无源蜂鸣器实现，通过编写相应的程序，当满足一要求时，蜂鸣器发声。蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、机、定时器等电子产品中作发声器件。2.5、总体设计设计总体框架图如图2-5-1所示四位八段共阴数码管四位八段共阴数码管六位按键输入STC六位按键输入蜂鸣器蜂鸣器89C52LED灯LED灯图2-5-1三、硬件设计3.1、单片机最小系统、复位电路复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式，本设计采用按键电平复位，结构如图3-1所示。图3-1-1复位电路、时钟信号的产生89C52芯片内部有一个高增益法相放大器，用于构成振荡器。反相放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2，两端跨接石英晶体及两个电容就可以构成稳定的自己振荡器，电路如图3-2所示。图3-1-2晶振电路3.2、数码管显示模块图3-3四位共阴极数码管引脚图与实物图3.3、抢答器显示模块显示模块分为数码管模块和LED信号灯模块分别采用四位一体共阴极数码管和四个发光二极管，体积小，功耗低，故障率低，程序编译容易，资源占用较少。〔见图3-4，图3-5〕图13.3、系统电源图3-4数码管显示模块图3-5LED灯显示模块3.4、电源方案的选择系统需要5V电源来驱动单片机STC89C52。利用电脑的USB接口可以提供5V电压来驱动单片机。图3-6USB接口图3.5、抢答器键盘的选择键盘是单片机不可缺少的输入设备，是实现人机对话的纽带。键盘按结构形式可以分为非编码键盘和编码键盘，前者用软件方法产生键码，而后者那么用硬件方法来产生键码。在单片机中使用的都是非编码键盘，因为非编码键盘结构简单，本钱低廉，非编码键盘的类型很多，常用的有独立式键盘，行列式键盘等。本设计采用独立式键盘。键盘接口中使用多少根I/O线，键盘中就有几个按键，键盘接口使用了6根I/O口线，该键盘就有6个按键，这种类型的键盘，其按键比拟少，且键盘中各按键的工作互不干扰。因此可以根据实际需要对键盘中的按键灵活的编码。如下图。最简单的编码方式就是根据I/O输入口所直接反映的相应按键，按下的状态进行编码，称按键直接状态码，对于这样编码的独立式键盘，CPU可以通过直接读取I/O口的状态来获取按键的直接状态编码值，根据这个值直接进行按键识别，这样形式的键盘结构简单，按键识别容易。独立式键盘的缺点是需要占用比拟多的I/O口线，当单片机应用系统键盘中需要的按键比拟少或I/O口线比拟充裕时，可以采用这样类型的键盘。其模块电路图如图4所示。采用六个BUTTON按钮作为抢答的选择按钮，与STC89C52的相连。图3-7键盘模块3.6、蜂鸣器模块蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、机、定时器等电子产品中作发声器件，其图形如下图.图3-6-13.7、控制系统及所需元件控制系统主要由单片机应用电路、存储器接口电路、显示接口电路组成。其中单片机STC89C52是系统工作的核心，它主要负责控制各个局部协调工作。所需元件：该系统的核心器件是STC89C52。各口功能：是数码管的位选口；P2.0-P2.7是数码管的段选口，为其传送段选信号；P1.0-P1.3是4组抢答信号的输入口；P1.4、P1.5由裁判控制,分别是抢答开始\复位功能键；P1.6为蜂鸣器的控制口；P3.4-P3.7为选手信号灯输出口；在其外围接上电复位电路、数码管电路、LED发光二极管、按键电路及扬声器电路。电子抢答器用单片机来设计制作完成的，由于其功能的实现主要是通过软件编程来完成的，所以采用单片机STC89C52，它是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和512bytes的随机存取数据存储器〔RAM〕，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的STC89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。下列图为其I/O口引脚图：STC89C52管脚图3.8、整体电路图图3-73.9、Lochmaster硬件电路图3-8 硬件电路正面视图与反面视图四、软件设计4.1、程序流程图：初始化局部初始化局部K5==0启动中断，数码管开始倒计时假设有选手抢答中断停止，数码管显示选手的标号并点亮信号灯结束开始NYYN抢答器主程序流程图定时器0中断定时器0中断1秒时间到？中断返回N秒加1数码管显示秒值Y抢答器定时器中断流程图扫描键盘扫描键盘K0键按下K1键按下K3键按下K2键按下扫描停止与K0键对应的发光二极管亮及数码管显示与K1键对应的发光二极管亮及数码管显示与K2键对应的发光二极管亮及数码管显示与K3键对应的发光二极管亮及数码管显示YYYYNNNN五、系统仿真与调试5.1、Proteus仿真原理图Proteus软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。它是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台。以下是用Proteus仿真调试图：抢答倒计时3号选手抢答成功无人抢答最终显示界面5.2、实物图图5-1正在运行中的实物图图5-2实物图正面图5-3实物图反面六、设计总结经过近十天的努力,在不懈的努力下,我总算是成功地焊出了属于自己的成果，完成了这次设计工程。说实话，这些天真的很累，不停歇地学习软件的用法，学习各种器件的功能。但是，毋庸置疑的是收获确实是巨大的。通过此次课程设计，我重新认识到了自学的重要性，以及学以致用的道理。我在图书馆和网上查阅了大量的资料，极大地系统化了我所学的知识。通过此次的抢答器的设计，让我更加重视到专业知识的重要性及动手能力的必要性，在整个制作过程中，我出现很多问题，但我们并没有因此而放弃，在不断调试和失败中，我不仅熟悉了专业知识，更是磨炼了我的心智，让我明白了任何事情只要去做，多多去尝试，那么任何事情即使做的不好，也会受益很多。就像有句话叫做：心态决定的成败的话。无论做什么事情都不可能一帆风顺，碰到阻碍不要舍弃，不要踟蹰不前，不经历风雨，怎么见彩虹！在这次课程设计中，碰到了很多技术上的问题。首先是程序的编写，我采用的是C语言编写本设计的程序。由于根底知识知识不扎实，即使在查阅了很多资料的情况下，我依旧不能一次性的编写出正确的程序。在keil软件中经过不停地修改，程序终于编译成功。那一瞬间的欣喜文字真的很难表述。接下来就是洞洞板的排线问题了。由于我购置器件时未注重规格，导致买的洞洞板过小，而电阻和LED灯过大，在器件的安放上着实伤透了脑筋。然后由于洞洞板太小，没有足够的地方进行排线，导致数码管的f、g管脚采取了飞线的连接方式。最后那么是在焊接上了。一般来说，造成硬件问题的首要问题就是焊接了，也就是说焊接的好与坏直接响产品的正常运行。造成焊接质量不高的常见原因是:①焊锡用量过多,形成焊点的锡堆积；焊锡过少,缺乏以包裹焊点。②冷焊。焊接时烙铁温度过低或加热时间缺乏,焊锡未完全熔化、浸润、焊锡外表不光亮(不光滑),有细小裂纹(如同豆腐渣一样!)。③夹松香焊接,焊锡与元器件或印刷板之间夹杂着一层松香,造成电连接不良。假设夹杂加热缺乏的松香,那么焊点下有一层黄褐色松香膜；假设加热温度太高,那么焊点下有一层碳化松香的黑色膜。对于有加热缺乏的松香膜的情况,可以用烙铁进行补焊。对于已形成黑膜的,那么要"吃"净焊锡,清洁被焊元器件或印刷板外表,重新进行焊接才行。④焊锡连桥。指焊锡量过多,造成元器件的焊点之间短路。这在对超小元器件及细小印刷电路板进行焊接时要尤为注意。⑤焊剂过量,焊点明围松香残渣很多。当少量松香残留时,可以用电烙铁再轻轻加热一下,让松香挥发掉,也可以用蘸有无水酒精的棉球,擦去多余的松香或焊剂。⑥焊点外表的焊锡形成锋利的突尖。这多是由于加热温度缺乏或焊剂过少,以及烙铁离开焊点时角度不当浩成的内。由于自己经验缺乏，导致在焊接过程中频频犯错，幸好及时改正，也没有造成大错。总而言之，本次课程设计对自己而言是一次非常有意义的经历，希望自己能吸取经验，在以后的学习中改正自己的缺乏之处，以更饱满的精神状态迎接日后的挑战。附录〔C程序〕#include<reg52.h> #defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintUcharcodetable[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//共阴数码管0~9编码uinti,j,time,num;ucharge,shi;bitflag,flag1;sbitk1=P1^0;sbitk2=P1^1;sbitk3=P1^2;sbitk4=P1^3;sbitk5=P1^4;sbitk6=P1^5;//k1~k4为选手按键,k5为主持人开关,k6为复位键sbitbeep=P1^6;//定义蜂鸣器的端口sbitwei1=P0^0;sbitwei2=P0^1;sbitwei3=P0^2;sbitwei4=P0^3;//定义数码管的位选端口sbitled1=P3^4;sbitled2=P3^5;sbitled3=P3^6;sbitled4=P3^7;//定义LED灯的端口voiddelay(uinta)//延时函数{uinti,j;for(i=a;i>0;i--)for(j=110;j>0;j--);}voiddisplay()//显示函数{ shi=time/10;ge=time%10; P2=table[num];//显示选手编号 wei1=0;delay(1); wei1=1;P2=table[shi]; wei3=0; delay(1);//显示时间 wei3=1;P2=table[ge]; wei4=0; delay(1); wei4=1; }voidkeyscan(){ if(time==6) TR1=1;if(k1==0)//按键按下 { delay(10);//延时去抖动 if(k1==0) {num=1;led1=0;flag=1;TR0=~TR0;TR1=0;//关定时器0,关定时器1beep=1;delay(500);beep=0;//蜂鸣器响500毫秒while(!k1);//等待按键释放} } if(k2==0) {delay(10); if(k2==0) {num=2;led2=0;flag=1;TR0=~TR0;TR1=0;beep=1;delay(500);beep=0;while(!k2);} } if(k3==0) { delay(10); if(k3==0) {num=3;led3=0;flag=1;TR0=~TR0;TR1=0;beep=1;delay(500);beep=0;while(!k3);}} if(k4==0) { delay(10); if(k4==0) {num=4;led4=0;flag=1;TR0=~TR0;TR1=0;beep=1;delay(500);beep=0;while(!k4);} }display();//显示选手编号和时间if(time==0){TR0=0;TR1=0;flag=1;//关计时器0和1}}voidinit(){TMOD=0x11;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256; TH1=(65536-50000)/256;TL1=(65536-50000)%256;EA=1;ET0=1;ET1=1;beep=0;//作品上蜂鸣器是赋高电平响，开始置低关闭}voidmain(){init();//初始化while(1) { display(); if(k6==0) {delay(10); if(k6==0) {P3=0xff;//关闭所有LED灯flag1=k6;time=15;wei1=0;num=0;