基于单片机控制的智力竞赛抢答器

河河南南理理工工大大学学单片机课程设计报告基于单片机控制的智力竞赛抢答器姓名：学号：专业班级：指导老师：所在学院：2008年9月18日河南理工大学本科课程设计报告-1-摘要本设计是在学习过《单片机原理及应用技术》这门课程后，利用所学过的课堂知识，发挥自己的创新能力，并结合动手动脑能力，来设计一个由单片机控制的智力竞赛抢答器，并完成系统的软硬件设计及调试。它的基本要求是：能容许2—6组抢答；能显示抢答组号；各组计分，并能计分显示；比赛结束时，能发出报警声。本设计中的控制系统核心是单片机AT89C51，它主要负责控制各个部分协调工作。在其外围接上复位电路、上拉电阻、数码管、按钮及扬声器。元件为：晶振X1、电容C1、C2、C3、电阻RP1及7SEG-MPX4-CC-BLUE。设计内容为：P1.0和P1.7由裁判控制,分别是抢答开始和停止键。P1.1—P1.6是6组抢答的输入口,P0口为数码管的段选口,位选口用的是P2口的低4位,外部中断0,P3.2为抢答记口,实现的对个队进行加减记分,外部中断1,P3.3实现了答题时间调整.P3.4—P3.5分别实现了时间的加一和减一.P3.6为蜂鸣器的控制口。外部中断和内部中断并存，单片机有硬件复位端,只要输入持续4个机器周期的高电平即可实现复位。外部还接有蜂鸣器用来发出报警音。采用7SEG-MPX4-CC-BLUE显示，它是共阴极的由高电平点亮。。系统仿真用到了伟福软件和PROTUCE软件，通过仿真可以完全显示出所设计系统的功能,对于程序的调试等有很大的帮助。河南理工大学本科课程设计报告-2-目录1概述………………………………………………………………………………31.1单片机的应用及课程设计的意义…………………………………………31.2设计任务及要求……………………………………………………………31.3设计思路……………………………………………………………………32系统总体方案及硬件设计………………………………………………………42.1控制系统组成………………………………………………………………42.2硬件组成及所需原件………………………………………………………42.3实验原理……………………………………………………………………83软件设计…………………………………………………………………………104Proteus软件仿真………………………………………………………………115课程设计体会……………………………………………………………………12参考文献……………………………………………………………………………13附1：源程序代码…………………………………………………………………14附2：系统原理图…………………………………………………………………22河南理工大学本科课程设计报告-3-1概述1.1单片机的应用及课程设计的意义单片机使一种特殊的计算机，它是在一块半导体芯片上集成了CPU、存储器RAM、ROM以及输入与输出接口电路的芯片。由于单片机的集成度高、功能强、通用性好，特别是它具有体积小、重量轻、能耗低、价格便宜、可靠性高、抗干扰能力强和使用方便等独特优点，使单片机迅速得到了推广应用。《单片机原理及应用技术》是电气专业的主要专业与特色课程之一。在学完本课程之后，通过课程设计再次巩固了所学的单片机基本原理，培养了我们运用所学知识和技能去分析和解决技术问题的能力，建立正确的设计思想，掌握设计的一般程序和方法。在设计中，锻炼自己的抽象思维和编写程序的能力。加深了对单片机课程的理解和熟练应用。1.2设计任务及要求设计一个用于智力竞赛的抢答器，其功能的实现是由单片机控制的，满足（1）能容许2-6组进行抢答。（2）能显示抢答组号。（3）各组记分，并能记分显示。（4）比赛结束时，能发出报警声。1.3设计思路AT89C51单片机的P1.0和P1.7由裁判控制,分别是抢答开始和停止键。P1.1-P1.6是6组抢答的输入口,P0口为数码管的段选口,位选口用的是P2口的低4位,外部中断0,P3.2为抢答记口,实现的对个队进行加减记分,外部中断1,P3.3实现了答题时间调整.P3.4P3.5分别实现了时间的加一和减一.P3.6为蜂鸣器的控制口。外部中断和内部中断并存，单片机有硬件复位端,只要输入持续4个机器周期的高电平即可实现复位。外部还接有蜂鸣器用来发出报警音。采用7SEG-MPX4-CC-BLUE显示，它是共阴极的由高电平点亮。软件设计部分由汇编语言编写。系统仿真用到了伟福软件和PROTUCE软件，通过仿真可以完全显示出所设计系统的功能,对于程序的调试等有很大的帮助。河南理工大学本科课程设计报告-4-2系统总体方案及硬件设计2.1控制系统组成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AT89C51是系统工作的核心，它主要负责控制各个部分协调工作。2.2硬件组成及所需原件该系统的核心器件是AT89C51。AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。下面介绍一下AT89C51：主要特性：·与MCS-51兼容·4K字节可编程闪烁存储器·寿命：1000写/擦循环·数据保留时间：10年·全静态工作：0Hz-24Hz·三级程序存储器锁定·128*8位内部RAM·32可编程I/O线·两个16位定时器/计数器·5个中断源·可编程串行通道·低功耗的闲置和掉电模式·片内振荡器和时钟电路河南理工大学本科课程设计报告-5-管脚说明：VCC：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。P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。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。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。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。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。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。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。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。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。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。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：口管脚备选功能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）河南理工大学本科课程设计报告-6-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）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。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。振荡器特性：XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。河南理工大学本科课程设计报告-7-芯片擦除：整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。在其外围接上复位电路、上拉电阻、数码管、按钮及扬声器。元件为：晶振X1、电容C1、C2、C3、电阻RP1、P1.0和P1.7由裁判控制,分别是抢答开始和停止键。P1.1-P1.6是6组抢答的输入口,P0口为数码管的段选口,位选口用的是P2口的低4位,外部中断0,P3.2为抢答记口,实现的对个队进行加减记分,外部中断1,P3.3实现了答题时间调整.P3.4P3.5分别实现了时间的加一和减一.P3.6为蜂鸣器的控制口。河南理工大学本科课程设计报告-8-2.3实验原理智力竞赛抢答器用单片机来设计制作完成,由于其功能的实现主要通过软件编程来完成,采用单片机AT89C51,它是低功耗、高性能的CMOS型8位单片机。片内带有4KB的Flash存储器,且允许在系统内改写或用编程器编程。该智力竞赛抢答器的准确度很高，其误差主要由晶振自身的误差所造成。AT89C51单片机由微处理器，存储器，I/O口以及特殊功能寄存器SFR等部分构成。其存储器在物理上设计成程序存储器和数据存储器两个独立的空间，片内程序存储器的容量为4KB，片内数据存储器为128个字节。89C51单片机有4个8位的并行I/O口：P0口，P1口，P2口和P3口。各个接口均由接口锁存器，输出驱动器，和输入缓冲器组成。P1口是唯一的单功能口，仅能用作通用的数据输入/输出口。P3口是双功能口除了具有数据输入/输出功能外，每条接口还具有不同的第二功能，如P3.0是串行输入口线，P3.1口是串行输出口线。在需要外部程序存储器和数据存储器扩展时，P0可作为分时复用的低8位地址/数据总线，P2口可作为高8位的地址总线。P3口也可作为AT