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：2014-06-19～2014-06-29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-1-目录摘要..............................................................................................................................................-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……………………………………………………………………….53.1.1、复位电路..........................................................................................................-5-3.1.2、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………………………………………………………………………………21-2-一、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。-3-二、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、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。-4-2.5、总体设计设计总体框架图如图2-5-1所示STC89C52图2-5-1六位按键输入四位八段共阴数码管LED灯蜂鸣器-5-三、硬件设计3.1、单片机最小系统3.1.1、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3.1.2、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-6-3.2、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-7-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-8-3.5、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，而后者则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，成本低廉，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，其按键比较少，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。如图所示。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较多的I/O口线，当单片机应用系统键盘中需要的按键比较少或I/O口线比较富余时，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P1.0-P1.5相连。图3-7键盘模块-9-3.6、蜂鸣器模块蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器