单片机抢答器的设计与实现毕业设计

学号：060407128单片机抢答器设计与实现学院名称：物理与信息工程学院专业名称：电子信息工程年级班别：06级1班姓名：王明磊指导教师：董蕴华2010年5月河南师范大学本科毕业论文河南师范大学本科毕业论文（设计）I摘要设计可以实现抢答器功能的方式有多种,能够采用前期的模拟电路、数字电路或模拟与数字电路相结合的方式。近年来随着科技的飞速发展,单片机的应用正在不断深入,同时带动传统控制检测日新月异更新。本文介绍一种利用微电脑芯片作为核心部件进行逻辑控制及信号产生的多功能智力竞赛抢答器。利用单片机技术和C语言编程实现4路抢答功能。关键词:C51；单片机;抢答器;设计河南师范大学本科毕业论文（设计）IIAbstractIthasmanykindsofmethodtorealizethevyingtoanswerfirstfunction,mayselectthemethodwhichistheear2lierperiodofanalogouscircuit,thedigitalcircuitorthesimulationandthedigitalcircuitunifies.Inrecentyearsalongwiththetechnicalrapiddevelopment,thesinglechipapplicationismovingtowardsthoroughly,atthesametimeleadingthetraditionalcontrolexaminationtochangewitheachnewdaytheupdate.Thisarticleintroducesakindofsinglechiptechnologyandfourgroup’smultipurposeintelligencecompetitionsvyingtoanswerfirsttheClanguageprogrammingusingthemicrocomputerchipasthecorepartwhichthelogicalcontrolandthesignalproduceswhichbutdesigns.Keywords:C51;singlechipmicrocomputer;vyingtoanswerfirst;design目录摘要………………………………………………………………ＩAbstract…………………………………………………………Ｉ第一章绪论…………………………………………………………………………21.1单片机抢答器的背景……………………………………………………………21.2单片机抢答器意义…………………………………………………………21.3抢答器的应用………………………………………………………………………2第二章整体设计方案………………………………………………………………32.1单片机的选择………………………………………………………………………32.2单片机的基本结构…………………………………………………………………32.3单片机的存储器配置……………………………………………………………5第三章硬件设计………………………………………………………………………73.1最小系统的设计…………………………………………………………………73.2数码管显示电路…………………………………………………………………73.3按键控制电路………………………………………………………………………73.4硬件电路图……………………………………………………………………8第四章软件设计………………………………………………………………………94.1抢答器系统软件设计的流程图………………………………………………94.2主程序………………………………………………………………………………10第五章系统的仿真……………………………………………………………………135.1proteus软件的介绍及使用……………………………………………………135.2抢答器proteus软件的仿真……………………………………………………16第六章调试功能说明…………………………………………………………………186.1系统的调试…………………………………………………………………………186.2软件调试问题及解决……………………………………………………………186.3焊接的问题及解决…………………………………………………………………18第七章结束语……………………………………………………………………………207.1结论………………………………………………………………………………207.2工作展望…………………………………………………………………………20参考文献…………………………………………………………………………………21致谢………………………………………………………………………………………22河南师范大学本科毕业论文（设计）2第一章绪论1.1单片机抢答器的背景单片机的使用领域十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词--“智能型”。1.2单片机抢答器的意义本文介绍了单片机抢答器设计及工作原理，以及它的实际用途。系统工作原理本系统采用89C51单片机作为核心。控制系统的四个模块分别为：存储模块、显示模块、语音模块、抢答开关模块。该抢答器系统通过开关电路四个按键输入抢答信号，利用一个数码管来完成显示功能。工作时，用按键通过开关电路输入各路的抢答信号，经单片机的处理，输出控制信号，单片机控制的智能抢答器设计。1.3抢答器的应用随着我国经济和文化事业的发展，在很多公开竞争场合要求有公正的竞争裁决，诸如证券、股票交易及各种智力竞赛等,因此出现了抢答器。抢答器一般是由很多电路组成的，线路复杂，可靠性不高，功能也比较简单，特别是当抢答路数很多时，实现起来就更为困难。因此我们设计了以单片机为核心的新型智能的抢答器，在保留原始抢答器的基本功能的同时又增加了数码管显示电路实现了其它功能。抢答器又称为第一信号鉴别器，其主要应用于各种知识竞赛、文艺活动等场合。河南师范大学本科毕业论文（设计）3第二章整体设计方案2.1单片机的选择2.1.1什么是单片机单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管它的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统。单片机是将中央处理器，随机存储器。只读存储器，定时器芯片和I/O接口电路集成于一个芯片上的微控制器。2.1.2单片机的应用单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。2.1.3如何选择单片机在本课题中，我们选用现在较为流行的89C51系列单片机，即选用STC89C51。2.2单片机的基本结构2.2.1单片机的引脚分布及功能MCS-51系列单片机采用40Pin封装的双列直接DIP结构，右图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。图2-1为89C51引脚图。图2-1STC89C51的引脚图Pin9:RESET/Vpd复位信号复用脚，当89C51通电，时钟电路开始工作，在河南师范大学本科毕业论文（设计）4RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器PC指向0000H，P0-P3输出口全部为高电平，堆栈指针写入07H，其它专用寄存器被清“0”。RESET由高电平下降为低电平后，系统即从0000H地址开始执行程序。然而，初始复位不改变RAM（包括工作寄存器R0-R7）的状态，89C51的初始态。89C51的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，见下图2-2。此外，RESET/Vpd还是一复用脚，Vcc掉电其间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部RAM的数据不丢失。图2-2复位电路和晶振电路图1、8位微处理器和控制器2、内部含有4KB的程序ROM。3、2个16位的计数/定时器。4、内部时钟振荡器5、全双工方式的串行接口（UART）种寻址方式。6、最高时钟振荡频率可达12MHZ，大部分指令执行时间为1?s，乘、除指令为4?s。2.2.2信号引脚介绍：1.输入/输出口线2.ALE地址锁存控制信号3.在系统扩展时，ALE用于控制把口输出的底8位地址送入锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的分时传送。此外由于ALE是以十二分之一晶振频率的固定频率输出的正脉冲，因此可作为外部时钟或外部定时脉冲使用。河南师范大学本科毕业论文（设计）54.外部程序存储器读选通信号5.在读外部ROM时有效（低电平），以实现外部ROM单元的读操作6.访问程序存储器控制信号7.当信号为低电平时，对ROM的读操作限定在外部程序存储器；而当信号为高电平时，则对ROM的读操作是从内部程序存储器开始，并可延续至外部程序存储8.RST复位信号当输入的复位信号延续2个机器周期以上高电平时即为有效，用以完成单片机的复位操作。9.XTAL1和XTAL2外接晶体引线端当使用芯片内部时钟时，此二引线端用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。10.VSS地线11.VCC+5V电源2.3单片机的存储器配置图2-3单片机的内部存储器配置从用户的角度存储器分3个逻辑地址空间：1.片内外统一编址的64KB程序存储器地址空间0000H～FFFFH即（a）图；2.256B的片内数据存储器地址空间00H～FFH（包括低128B的内部RAM地址00H～7FH和高128B的特殊功能寄存器地址空间）即（b）图；河南师范大学本科毕业论文（设计）63.64KB的外部数据存储器或扩展I/O接口地址空间0000H～FFFFH如（c）图。4.画出RAM的组成RAM共有256个单元，按功能分为两部分低128单元（单元地址00H～7FH）和高128单元（单元地址80H～FFH）。其中高128单元是供给专用寄存器使用，因这些寄存器的功能已作为专门规定故此称之为特殊功能寄存器SFR-11个SFR有位寻址作用，而且要说明低128单元是单片机的真正RAM存储器。表2.1为RAM的组成图30H～7FH通用RAM区20H～2FH位寻址区（00H～7FH18H～1FH工作寄存器3区（R7～R0）10H～17H工作寄存器2区（R7～R0）08H～0FH工作寄存器1区（R7～R0）00H～07H工作寄存器0区(R7～R0)表2.1RAM组成图5.低128单元是单片机的真正RAM存储器，按其用途划分为三个区域：⒈通用寄存器区通用寄存器为CPU提供了就近数据存储的便利，有利于提高单片机的运算速度。此外，使用通用存储器还能提高程序编制的灵活性，因此在单片机的应用编程中应充分利用这些寄存器，以简化程序设计，提高程序运行速度。⒉位寻址区内部RAM的20H～2FH单元，即可作为一般RAM单元使用，进行字节操作，也可以对单元中每一位进行位操作，因此把该区称之为位寻址区。⒊工作寄存区用户存储数据的。河南师范大学本科毕业论文（设计）7第三章硬件设计3.1单片机的最小系统最小系统由这三部分组成：电源、晶振电路、复位电路。图3-1单片机的最小系统3.2数码管的显示电路LED显示器，实现七段数码管的显示三位十六进制数。来进行倒计时，即来限制抢答的时间。数码管的接法不同可分为共阴级接法和共阳级接法两种。图3-2数码管的接法3.3按键控制电路在一些按键控制电路中,人机接口通常是LED显示器和小型按键。常见的工作方式有两种:一是直接使用系统中的CPU对显示器进行动态显示和键盘检测；河南师范大学本科毕业论文（设计）8二是专用的显示、键盘芯片。但这两种方式存在着不能及时响应、价格较高等缺点。介绍了一种性价比高的显示/键盘电路的结构及工作原理。以ATM