四路抢答器单片机课程设计和四路抢答器课程设计

渝州科技职业学院单片机四路抢答器课程设计院系：电子信息工程专业班级：电管本2班学生姓名：学号：指导教师姓名：指导教师职称：讲师目录一、 方案设计 31.1、 设计要求 31.2、总体法案设计 3二、 硬件电路设计 42.1、元器件简介 42.2、系统总电路图 62.3、单元电路设计 62.3.1、独立式按键电路 62.3.2时钟电路设计 72.3.3复位电路设计 72.3.4指示灯电路设计 8三、 软件实际 83.1系统程序设计 83.2主程序流程图 83.3程序清单 9四、 制作以调试 14五、 抢答器的使用方法 15六、 心得与体会 16方案设计设计要求（1）、总共6个按键，两个供主持人用于“开始抢答”和“复位”操作，四个供四个选手用作“抢答”操作。（2）、用1个发光二极管用作开始抢答的指示灯，用4个发光二极管分别显示4个选手的抢答状态。（3）、开始抢答后，哪个选手抢答键最先按下，该选手的抢答指示灯点亮，表示抢答成功，此时其他选手再按键为无效，抢答成功后开始3秒计时，到时指示灯变为闪烁，以提示选手选手抢答后必须3秒内回答问题，否则视为犯规。（4）、开始抢答前，若有选手按下抢答键，则其对应的指示灯变为闪烁，表示该选手犯规，此时有选手按键都将无效。（5）、出现犯规后，主持人可以利用“复位键”重新开始。1.2、总体法案设计方案：依据课题要求，基于AT89C51单片机制作的抢答器，其最大的好处就是处理快，准确性高、可靠性好、控制功能强。采用51系列的单片机AT89C51作为控制中心，系统可以完成运算控制、信号的控制以及显示的功能。选手通过按键开光作为输入信号完成输入信号的触发，主持人根据选手的输入信号准确的判断最先按下的选手且屏蔽其他的抢答信号，让选手作答。使用外部中断方式来实现开始抢答，运用按键复位来实现系统的复位，其系统原理框图如下：选手按键复位电路AT89C51单片机内部时钟电路选手抢答指示灯抢答开光选手按键复位电路AT89C51单片机内部时钟电路选手抢答指示灯抢答开光图一系统原理框图硬件电路设计2.1、元器件简介AT89C51单片机，其内部带有4KB的掩膜ROM。无需扩展外部程序存储器。其中：CVV：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门电流。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的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4个TTL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。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。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。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口：P3.0RXD（串行输入口）；P3.1TXD（串行输出口）；P3.2/INT0（外部中断0）；P3.3/INT1（外部中断1）；P3.4T0（记时器0外部输入）；P3.5T1（记时器1外部输入）；P3.6/WR（外部数据存储器写选通）；P3.7/RD（外部数据存储器读选通）。RST：复位输入。EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器，不管是否有内部程序存储器。当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。2.2、系统总电路图图二、总电路图2.3、单元电路设计2.3.1、独立式按键电路如右图5个独立式按键K1—K4分别接在P2口的P2.0—P2.3另外一端接地。当有一键按下时相应的口线的电平发生变化，单片机进行扫描确定哪个键按下。K5接P3.3接外部中断1，作为主持人开始抢答键的按键。当5个键中的其中一个键按下时，其对应的指示灯也相对的被点亮。2.3.2时钟电路设计如右图示，为时钟电路，单片机必须在时钟驱动下才能正常的工作，在单片机内部有一时钟振荡电路，只需外接一个振荡源就可以一定的时钟信号送到各个单元，采用12MHz的晶振，其时钟周期为1/12us，电路中两个电容C1和C2的作用：一是帮组振荡器起振；二是对振荡器的频率进行微调，它们的值都为30PF。2.3.3复位电路设计单片机的第9引脚RST是复位端，只要在复位端保持两个周期以上的高电平，就可以实现复位。右图采用按键手动复位中的按键电平复位，由复位按键和10PF的电容，以及一个200Ω的电阻和一个1KΩ的电阻构成复位电路，当复位键按下就对单片机进行复位。单片机复位完成之后，系统程序将从0000H开始执行。2.3.4指示灯电路设计右图为指示灯电路，采用共阳极的方式，为低电平是发光二级管亮，即发光二级管的正极接上500Ω的保护电阻在接到高电平，另外一端接到单片机的P1口的P1.0—P1.4，当其对应的按键按下时，相应的二极管就会被点亮。软件实际3.1系统程序设计在抢答过程中，有多个信号输入主电路中，单片机内部的寄存器工作，并识别、记录第一个抢答的人，同时内部的定时器开始工作，记录有关的时间信号，在整个抢答过程中，显示电路还要根据现场的实际情况来相应的显示输入信号。采用外部中断一，且为下降源触发，在设计中包括：主程序、查询程序、非法抢答处理程序、正常抢答处理程序、显示程序。3.2主程序流程图主程序流程图如下：否是是是否是计时3秒提示回答按键处理有键按下结束抢答？犯规处理有键按下？开始抢答？主程序开始否是是是否是计时3秒提示回答按键处理有键按下结束抢答？犯规处理有键按下？开始抢答？主程序开始3.3程序清单ORG0000HAJMPKAISHI；转主程序ORG0013H；外部中断1矢量地址AJMPINT_1；转外部中断程序1======主程序========ORG0100HKAISHI:MOVSP,#60HSETBEA；开外部中断SETBEX1；开外部中断1SETBIT1SETBP3.3NEXT:MOVP1,#0FFHMOVP2,#0FH;选手指示灯初始状态全灭MOVR4,#15MOVA,#5JNBP2.0,FEIFA1；判断主持人开关未按下时开关1是否抢答JNBP2.1,FEIFA2；判断主持人开关未按下时开关2是否抢答JNBP2.2,FEIFA3；判断主持人开关未按下时开关3是否抢答JNBP2.3,FEIFA4；判断主持人开关未按下时开关4是否抢答SJMPNEXT；跳转到程序NEXTFEIFA1:CLRP1.0；选手一的非法抢答处理程序ACALLDINGSHI；调用子程序DINGSHISETBP1.0 ACALLDINGSHISJMPFEIFA1FEIFA2:CLRP1.1；选手二的非法抢答处理程序ACALLDINGSHISETBP1.1 ACALLDINGSHISJMPFEIFA2FEIFA3:CLRP1.2；选手三的非法抢答处理程序ACALLDINGSHISETBP1.2 ACALLDINGSHISJMPFEIFA3FEIFA4:CLRP1.3；选手四的非法抢答处理程序ACALLDINGSHISETBP1.3 ACALLDINGSHISJMPFEIFA4;======外部中断程序=========ORG0300HINT_1:CLRP1.4MOVA,#5JNBP2.0,XS1；判断主持人开关按下时选手1是否抢答JNBP2.1,XS2；判断主持人开关按下时选手2是否抢答JNBP2.2,XS3；判断主持人开关按下时选手3是否抢答JNBP2.3,XS4；判断主持人开关按下时选手4是否抢答SJMPINT_1RETI；中断返回XS1:CLRP1.0；选手1正确抢答处理程序ACALLDINGSHIDJNZR4,XS1ST1:SETBP1.0MOVA,#5ACALLDINGSHICLRP1.0ACALLDINGSHISJMPST1XS2:CLRP1.1；选手2正确抢答处理程序ACALLDINGSHIDJNZR4,XS2ST2:SETBP1.1MOVA,#5ACALLDINGSHICLRP1.1ACALLDINGSHISJMPST2XS3:CLRP1.2；选手3正确抢答处理程序ACALLDINGSHIDJNZR4,XS3ST3:SETBP1.2MOVA,#5ACALLDINGSHICLRP1.2ACALLDINGSHISJMPST3XS4:CLRP1.3；选手4正确抢答处理程序ACALLDINGSHIDJNZR4,XS4ST4:SETBP1.3MOVA,#5ACALLDINGSHICLRP1.3ACALLDINGSHISJMPST4;=======定时子程序=======ORG0400HDINGSHI:MOVTMOD,#01H；设置定时器为定时器0，方式1MOVTL0,#0C0HMOVTH0,#63HMOVR3,ASETBTR0LOOP:JNBTF0,$MOVTL0,#0C0HMOVTH0,#63HCLRTF0DJNZR3,LOOPCLRTR0RETEND制作以调试在焊接过程中，因为在以前也有过多次焊接的训练，因此在焊接过程中没有太多的问题，焊接结束是，电路板没有问题。程序在keilluVision2编译成功后，接之在proteus7中画出系统总电路图，把程序烧写进芯片中，进行仿真，仿真结果正确。作品正面作品背面抢答器的使用方法抢答器接上电源之后，（以作品真面为例），左上为主持人使用的复位键，左下为主持人使用的开始抢答键，右下的键为供选手使用的抢答键，从右下往上分别为选手一至选手四的按键，在主持人还没有按下开始抢答键是若有选手按下抢答键，则其选手相应的指示灯会闪烁以提示其犯规，此时主持人应按下复位键，重新开始。如选手抢答成功之后，其相应的指示灯会亮3秒，之后会变成闪烁以提示选手作答。心得与体会通过这次的设计，让我对单片机的知识又有了近一步的了解，让我在多方面都有了一定的提高。通过这次设计，综合运用本专业所学习的课程的理论，设计工作的实际训练从而提高我们的独立的工作能力，巩固我们所学的知识，提高了我们我们的独立思考能力。在设计的过程中，我遇上了许多的问题，但是我没有放弃，在不明白的地方，及时的查阅材料，问老师，问同学，顺利地编写程序，仿真，焊接，调试。《电子技术课程设计》实训报告题目四路抢答器学生姓名专业班级电子科学与技术学号系（部）电气信息工程系指导教师实训时间实训报告评语等级：评阅人：职称：年月日一、实训目的1、培养动手能力，在实践中加强对理论知识的理解。2、掌握对电子元器件识别，相应工具的操作，相关仪器的使用，电子设备制作、装调的全过程的方法。3、掌握查找及排除电子电路故障的常用方法。4、学习使用proteus、protel电路仿真与设计软件，动手绘制电路图。二、实训设备及仪器1、电烙铁：焊接的元件多，所以使用的是外热式电烙铁，功率为30w，烙铁头是铜制。2、螺丝刀、镊子等必备工具以及练习焊接时用的铜丝。3、锡丝：由于锡熔点低，焊接时，焊锡能迅速散步在金属表面焊接牢固，焊点光亮美观。4、松香，导线，剥线钳等其它需要用到的工具。5、相关实验项目所需的电路板，电子元件等。三、实训要求1、识别不同的电子元器件的规格和种类，熟练掌握焊接技术。2、按照电路图设计合理安排元器件的位置，连接好电路，对接口进行焊接，完成对指定功能的测试。未达到测试要求的重新调试，直至排除故障。四、实训电路设计1、电路设计框图设计思想：<1>接通电源后，显示器显示“0”状态，抢答器处于禁止状态。此时,若有人抢答,为违规抢答LED不显示器显示其编号,定时器显示不变。<2>主持人将开关置于“计时”状态，宣布“开始”抢答，抢答器工作,定时器倒计时,选手们有9秒的时间“选择”或“放弃”，优先选择者,编号锁存,编号显示,倒计时停止。<3>若在9秒内无人抢答，抢答无效。则需要由主持人再次操作“置数”和“计时”状态开关。2、部分电路设计1.芯片4511（图1）2.数码管(共阴)（图2）3.芯片74LS175（四D触发器）四D触发器内部具有四个独立的D触发器，四个触发器的输入端分别为Di，D2，D3，D4，出端相应为Qi，Qi；Q。，Q2；Q。，Q3；Q4，Q。。四D触发器具有共同的时钟C端和共同的清除端，这种D触发器又称寄存器，它可以寄存数据。当C脉冲未来到时，D触发器输出端的状态不因输入端状态的改变而改变，起到寄存原来的数据的作用。同时，74ALS175为一四路的锁存器，CP引脚输入上涨沿时，当1D-4D被锁存到输出端（1Q-4Q）。在CLK其他状态时，输出与输入无关。四D触发器具有共同的时钟C端和共同的清除端，这种D触发器又称寄存器，它可以寄存数据。电路通电后，按下复位按键主持人开关，Q0、Q1、Q2、Q3、输出低电平。电路进入筹办状态。这时候，假设有按键A被按下，Q0的输出将由低电平变成高电平，使Q0输出的高电平经过与非门U3A驱动数码管使数码管预示1（选手的编号），同时使/Q0(Q0非)输出为低电平经过与门U4A输出低电平，此低电平与时钟脉冲经过与非门U3A形成一个上涨沿作为74LS175CLK的输入。因为74LS175是下降沿触发的，故按下除复位之外的不论什么的按键都将不会发生电路状态的变化，即输入被锁定。达到了既定的功能方针。74LS175的引脚图及功能表如:（图3）说明：将D触发器74LS175的16脚接“+5V”电源，8脚接“地”。4.芯片74LS19274LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能。电路可以进行反馈，很容易被级联，即把借位输出端和进位输出端分别反馈到后级计数器的减计数输入端和加计数输入端即可。其引脚排列图及功能表为：（图4）其真值表：MRPLCPUCPD工作模式HXXX清除LLXX预置LHHH保持LH↑H加计数LHH↑减计数说明：H=高电平L=低电平X=不定（高或低电平）↑=由“低”→“高”电平的跃变引脚功能表：CPU计数芯片时钟脉冲输入CPD倒计时时钟脉冲输入MR异步主复位（清除）输入PL异步并行负载（低电平）输入Pn并行数据输入838电子Qn触发器输出（附注b）TCD终端倒计时（借）输出（注b）TCU终端数最多输出5.芯片74LS1074LS10是3输入与非门，含3个门电路：1,2,13为输入端，12为输出端;9,10,11为输入端,8为输出端;3,4,5为输入端,6为输出端;管脚图：（图5）芯片74LS2174LS21是四输入与门，含两个门电路：1,2,4,5,为输入端，6为输出端；9,10,12,13为输入端，8为输出端；管脚图：（图6）用上述介绍的芯片构成抢答部分，其仿真图为：（图7）8.芯片NE555抢答器电路由

NE555

接成音多谐振荡器，其中R1=R2=47K，扬声器通过10UF的电容器接在

NE555

IC的3脚与地（GND）之间。C1=0.01UF。其中555构成多谐振（RI＋2R2）C〕。PR荡器，振荡频率fo＝1．43／〔为控制信号，当PR为高电平时，多谐振荡器工作，反之，电路停振。555构成的多谐振荡器的工作原理如图，接通电源Vcc，电容C上的电压uc在2/3Vcc和1/3Vcc之间来回充电和放电，从而使电路产生振荡，输出矩形脉冲。555的内部结构可等效成23个晶体三极管.17个电阻.两个二极管.组成了比较器.RS触发器.等多组单元电路.特别是由三只精度较高5k电阻构成了一个电阻分压器.为上.下比较器提供基准电压.所以称之为555.

555属于CMOS工艺制造.

555引脚图介绍如下:

1地GND

2触发

3输出

4复位

5控制电压

6门限(阈值）

7放电

8电源Vcc555组成的多谐振荡器：（图8）其工作原理图：（图9）倒计时电路：五．总电路仿真图：（正确抢答显示）图9超时抢答显示：（图10）六．实训心得：在设计之前，参考了许多相关的资料，在设计中又参考了网上的四路抢答器的原理图，有了基本的思路。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，否则输出将发生混乱。所以选择了优先编码器。但是74LS系列中众多不同管脚的类型，选择哪个作编码器。经过