四人抢答器的实验报告

常熟理工学院电气与自动化工程学院课程设计用纸1电气与自动化工程学院课程设计评分表课程设计题目：微机原理与接口技术课程设计班级：Y102101学号：Y10210120姓名：王圣爽项目评分比例得分课程设计表现20%课程设计报告40%课程设计答辩40%课程设计总成绩指导老师：年月日常熟理工学院电气与自动化工程学院课程设计用纸2常熟理工学院电气与自动化工程学院课程设计说明书课程名称：微机原理与接口技术课程设计设计题目：四人抢答器设计班级：Y102101姓名：王圣爽学号：Y10210120指导老师：王燚设计时间：2013-7-1常熟理工学院电气与自动化工程学院课程设计用纸3目录第一章引言.............................................................................1第二章方案设计与论证............................2第三章硬件电路具体设计.....................................................33.1抢答器电路框图...................................................33.2单元电路设计.......................................................3第四章系统的软件设计与实现......................114.1系统软件简介...........................114.2程序设计...............................114.3流程图.................................12第五章四人抢答器的调试..........................14第六章收获体会..................................15参考文献.........................................16附录1...........................................17附录2...........................................18常熟理工学院电气与自动化工程学院课程设计用纸4《单片机技术》课程设计任务书题目：四人抢答器设计一、课程设计任务本课题要求应用以51单片机为核心设计一四人抢答器，由1个主持人按键、4个抢答按键、用于显示号码的数码管、用于渲染气氛的LED和蜂鸣器组成。二、课程设计目的通过本次课程设计使学生掌握：1）掌握以单片机为核心的控制系统的分析和设计的基本方法；2）控制程序的设计及实现方法；3）提高学生对单片机实时控制系统的设计和调试能力。三、课程设计要求开机后，LED渲染气氛，在主持人按下“开始”键后，渲染气氛LED停止，数码管显示抢答剩余时间（初始10s）；甲、乙、丙、丁4人可按下抢答，当有人按下键后，蜂鸣器响(可播放一段音乐)，同时显示位号后，渲染气氛LED从停止的位置继续显示，回到初始状态。本课题要求采用protues或实验箱实现。用实验箱做的话，倒计时显示可采用74LS164芯片驱动数码管实现。四、课程设计内容1、人机对话“界面”的设计；2、内存端口及外设的设置；3、硬件电路原理图、软件清单。五、课程设计报告要求报告中提供如下内容：1、目录2、正文常熟理工学院电气与自动化工程学院课程设计用纸5（1）课程设计任务书；（2）总体设计方案（3）针对人机对话“界面”要有操作使用说明，以便用户能够正确使用本产品；（4）硬件原理图（可手画也可用protel软件），以便厂家生成产品；（5）程序流程图及清单（子程序不提供清单，但应列表反映每一个子程序的名称及其功能）；（6）调试、运行及其结果；3、收获、体会4、参考文献六、课程设计进度安排周次工作日工作内容第一周1布置课程设计任务，查找相关资料2熟悉相关芯片3完成总体设计方案4画出硬件原理图及程序流程图5完成硬件接线，编写程序并调试第二周1编写程序并调试2编写程序并调试3编写程序并调试及准备课程设计报告4完成课程设计报告并于下午两点之前上交5答辩本课题共需两周时间常熟理工学院电气与自动化工程学院课程设计用纸61.引言抢答器作为一种工具，已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。但抢答器的使用频率较低，且有的要么制作复杂，要么可靠性低。作为一个单位，如果专门购一台抢答器虽然在经济上可以承受，但每年使用的次数极少，往往因长期存放使（电子器件的）抢答器损坏，再购置的麻烦和及时性就会影响活动的开展，因此设计了本抢答器。本设计是以四路抢答为基本理念。考虑到依需设定限时回答的功能，利用AT89C51单片机及外围接口实现的抢答系统，利用单片机的定时器/计数器定时和记数的原理，将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够正确地进行计时，同时使数码管能够正确地显示时间。用开关做键盘输出，扬声器发生提示。同时系统能够实现：在抢答中，只有开始后抢答才有效，如果在开始抢答前抢答为无效；抢答限定时间和回答问题的时间可在1-10s设定；可以显示是哪位选手有效抢答，正确按键后有响铃提示；抢答时间和回答问题时间倒记时显示，满时后系统计时自动复位及主控强制复位；按键锁定，在有效状态下，按键无效非法。常熟理工学院电气与自动化工程学院课程设计用纸72.方案设计与论证方案：该系统采用51系列单片机AT89C51作为控制核心，该系统可以完成运算控制、信号识别以及显示功能的实现。由于用了单片机，使其技术比较成熟，应用起来方便、简单并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,能方便地对系统进行功能的扩张和更改。MCS-51单片机特点如下：1可靠性好：单片机按照工业控制要求设计，抵抗工业噪声干扰优于一般的CPU，程序指令和数据都可以写在ROM里，许多信号通道都在同一芯片，因此可靠性高，易扩充。2单片机有一般电脑所必须的器件，如三态双向总线，串并行的输入及输出引脚，可扩充为各种规模的微电脑系统。3控制功能强：单片机指令除了输入输出指令，逻辑判断指令外还有更丰富的条件分支跳跃指令。原理框如图:选手开关触发锁存电路主持人开关抢答鉴别电路显示电路时间脉冲源常熟理工学院电气与自动化工程学院课程设计用纸83.硬件电路具体设计1、抢答器的电路框图如图所示为电路框图。其工作原理为：接通电源后，渲染灯循环亮歇，抢答器处于禁止状态，主持人将开关置“开始”状态，宣布“开始”抢答器工作。定时器倒计时，渲染等停住，选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作开始、停止状态开关。图为四路抢答器框图2、单元电路设计（1）芯片的选择及介绍AT89C51芯片简介1、主要元器件介绍常熟理工学院电气与自动化工程学院课程设计用纸9单片机主控电路的主要元件是AT89C51，AT89C51是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技能生产，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，内置功能强大的微型计算机的AT89C51提供了高性价比的处理方案。AT89C51是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，AT89C51可以按照常规要领执行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。2、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门流。当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执行校验时，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执行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它运用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器执行读写时，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。作为输常熟理工学院电气与自动化工程学院课程设计用纸10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，如下表所示：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）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。ST：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。然而要留心的是：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），不管能不能有内部程序存储器。留心加密方式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常熟理工学院电气与自动化工程学院课程设计用纸11图为AT89C51芯片(2)抢答器电路参考电路如图11.2所示。该电路完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号；二是禁止其他选手按键操作无效。如有再次抢答需由主持人将S开关重新置,“清除”然后再进行下一次抢答。常熟理工学院电气与自动化工程学院课程设计用纸12抢答器电路(3)时序控制电路设计时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下功能：a.主持人将控制开关拨到开始位置时，计时开始，抢答电路进人正常抢答工作状态。b.当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，抢答电路停止工作。(4)复位