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单片机抢答器设计与实现.pdf
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时间:2009-06-23 12:39来源:网络 作者:枫叶 点击: 1619次
此次设计提出了用 AT89C51单片机为核心控制元件,设计一个简易的抢答器, 本方案以 AT89C51单片机
作为主控核心,与 MAX232、发光二极管、数码管、蜂鸣器等构成四路抢答器,利用了单片机的延时电路、
按键复位电路、时钟电路、定时/中断等电路,设计的抢答器具有实时显示抢答
单片机抢答器设计与实现 摘 要
此次设计提出了用 AT89C51单片机为核心控制元件,设计一个简易的抢答器,本方案以 AT89C51单片
机作为主控核心,与 MAX232、发光二极管、数码管、蜂鸣器等构成四路抢答器,利用了单片机的延时电
路、按键复位电路、时钟电路、定时 /中断等电路,设计的抢答器具有实时显示抢答选手的号码和抢答时间
的特点,还有复位电路,使其再开始新的一轮的答题和比赛,同时还利用C 语言编程,使其实现一些基本的
功能。
本设计的系统实用性强、判断精确、操作简单、扩展功能强。它的功能实现是比赛开始,主持人读完题
之后按下总开关,即计时开始,此时数码管开始进行1s 的加计时,直到有一个选手抢答时,对应的会在数
码管上显示出该选手的编号和抢答所用的时间,同时该选手对应的发光二极管会发出相应的光,蜂鸣器也会
发出声音,以提示有人抢答本题,如果在规定的60s 时间内没有做出抢答,则此题作废,即开始重新一轮的
抢答。
关键字:STC89C52单片机、动态显示、中断、按键控制
目 录 第一章 绪论 ………………………………………………………………………………1
1.1 单片机抢答器背景……………………………………………………………………1
1.2 单片机抢答器意义……………………………………………………………………1
1.3 抢答器的应用…………………………………………………………………………1
第二章 整体设计方案 ………………………………………………………………1
2.1 单片机的选择…………………………………………………………………………2
2.2 单片机的基本结构……………………………………………………………………4
2.3 单片机的存储器配置…………………………………………………………………6
第三章 硬件设计 …………………………………………………………………………8
3.1 最小系统的设计 ……………………………………………………………………8
3.2 数码管显示电路 ……………………………………………………………………8
3.3 按键控制电路…………………………………………………………………………9
第四章 软件设计 …………………………………………………………………………11
4.1 抢答器系统软件设计的流程图 ……………………………………………………11
4.2 主程序 ………………………………………………………………………………12
4.3 中断程序 ……………………………………………………………………………15
第五章 系统的仿真 ………………………………………………………………………18
5.1 protenus 软件的介绍及使用 ………………………………………………………18
5.2 抢答器 protenus 软件的仿真………………………………………………………23
第六章 调试功能说明 ……………………………………………………………………24
6.1 系统的调试 …………………………………………………………………………24
6.2 软件调试问题及解决 ………………………………………………………………25
6.3 焊接的问题及解决 …………………………………………………………………26
6.4 单片机的通信 ………………………………………………………………………25
第七章 结束语 ……………………………………………………………………………27
7.1 结论 ………………………………………………………………………………27
7.2工作展望 ……………………………………………………………………………28
参考文献 ……………………………………………………………………………………29
致谢……………………………………………………………………………………………30
单片机抢答器设计与实现(2)
时间:2009-06-23 12:39来源:网络 作者:枫叶 点击: 1620次
第一章 绪论 1.1 单片机抢答器的背景 二十世纪跨越了三个电的时代,即电气时代、电子时代和现已进入
的电脑时代。不过,这种电脑,通常是指个人计算机,简称 PC 机。它由主机、键盘、显示器等组成。还
有一类计算机,大
第一章 绪论 1.1 单片机抢答器的背景
二十世纪跨越了三个“电”的时代,即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过,这种电脑,通
常是指个人计算机,简称 PC 机。它由主机、键盘、显示器等组成。还有一类计算机,大多数人却不怎么熟
悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机(亦称微控制器)。顾名思义,这种计算机的最小系统只
用了一片集成电路,即可进行简单运算和控制。因为它体积小,通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个
装置中,起着有如人类头脑的作用,它出了毛病,整个装置就瘫痪了。现在,这种单片机的使用领域已十分
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”。
在知识竞赛中,往往会用到抢答器。故此我们就选择利用单片机编程来设计抢答器,即使两组的抢答时
间相差几微秒,也能轻松的分辨出哪一组(或哪个选手)先抢答到题。
1.2 单片机抢答器的意义
本系统采用单片机作为整个控制核心。控制系统的四个模块为:显示模块、存储模块、语音模块、抢答
开关模块。该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,用按键来让选手
进行抢答,在数码管上显示哪一组先答题的,从而实现整个抢答过程。本文主要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89C52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。
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。
单片机也被称为微控制器(Microcontroler),是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅
有 CPU 的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和 CPU 集成在一个芯片中,使计算
机系统更小,更容易集成进复杂的而对提及要求严格的控制设备当中。INTEL 的 Z80是最早按照这种思想
设计出的处理器,从此以后,单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。
早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是 INTEL 的8031,因为简单可靠而性能不错获得了很大
的好评。此后在8031上发展出了 MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使
用。随着工业控制领域要求的提高,开始出现了16位单片机,但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。
90年代后随着消费电子产品大发展,单片机技术得到了巨大的提高。随着 INTELI960系列特别是后来的
ARM 系列的广泛应用,32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位,并且进入主流市场。而传统的8位单
片机的性能也得到了飞速提高,处理能力比起 80年代提高了数百倍。目前,高端的32位单片机主频已经超
过300MHz,性能直追90年代中期的专用处理器,而普通的型号出厂价格跌落至1美元,最高端的型号也只
有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用,大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在
全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的 Windows 和
Linux 操作系统。
单片机是靠程序的,并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能,尤其是特殊的独特的一些功能,
这是别的器件需要费很大力气才能做到的,有些则是花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用
美国50年代开发的74系列,或者60年代的 CD4000系列这些纯硬件来搞定的话,电路一定是一块大 PCB
板,但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机,结果就会有天壤之别。只因为单片机的通过你
编写的程序可以实现高智能,高效率,以及高可靠性。
目前单片机渗透到我们生活的各个领域,几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置,
飞机上各种仪表的控制,计算机的网络通讯与数据传输,工业自动化过程的实时控制和数据处理,广泛使用
的各种智能 IC 卡,民用豪华轿车的安全保障系统,录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制,以及程控玩具、
电子宠物等等,这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此,单
片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。
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,大致可分如下几个范畴:
1.在智能仪器仪表上的应用
单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点,广泛应用于仪器仪表
中,结合不同类型的传感器,可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、
硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化,且功能比起采
用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备(功率计,示波器,各种分析仪)。
2.在工业控制中的应用
用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理,电梯智能化控
制、各种报警系统,与计算机联网构成二级控制系统等。
3.在家用电器中的应用
可以这样说,现在的家用电器基本上都采用了单片机控制,从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、
其他音响视频器材、再到电子秤量设备,五花八门,无所不在。
4.在计算机网络和通信领域中的应用
现代的单片机普遍具备通信接口,可以很方便地与计算机进行数据通信,为在计算机网络和通信设备间
的应用提供了极好的物质条件,现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制,从手机,电话机、小型程
控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话,集群移动通信,
无线电对讲机等。
5.单片机在医用设备领域中的应用
单片机在医用设备中的用途亦相当广泛,例如医用呼吸机,各种分析仪,监护仪,超声诊断设备及病床
呼叫系统等等。
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
ATMEL 公司的89C52单片机,是增强型 RISC 内载 Flash 的单片机,芯片上的 Flash 存储器附在用户的
产品中,可随时编程,再编程,使用户的产品设计容易,更新换代方便。89C52单片机采用增强的 RISC 结构,
使其具有高速处理能力,在一个时钟周期内可执行复杂的指令,每 MHz 可实现1MIPS 的处理能力。89C52单
片机工作电压为2.7~6.0V,可以实现耗电最优化。89C52的单片机广泛应用于计算机外部设备,工业实时控
制,仪器仪表,通讯设备,家用电器,宇航设备等各个领域。
由于单片机的种类很多,在选择单片机时要依据实际设计要求选择合适的单片机。例如当设计仅仅需要
一个单片机定时器那么选择89C1051或89C2051即可,而不选择89C52,因为后者的价格较高一些。当然
若程序和数据区的要求较高那么选择的单片机还要满足程序空间的要求。
表2-1 51和52的比较
数 据 存 程 序 存 定时器
储器 储器
4KB
8KB
2
3
中断
51系列
52系列
128B
256B
5
8
在本课题中,我们选用现在较为流行的52系列单片机,即选用 ATMEL 公司的 STC89C52。
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-52系列单片机中的8032、8052及8752均采用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。现在我们对这些引脚的功能加以说明:
图2-2 STC89C52的引脚图
Pin9:RESET/Vpd 复位信号复用脚,当8052通电,时钟电路开始工作,在RESET 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,8052的初始态。
8052的复位方式可以是自动复位,也可以是手动复位,见下图4。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2-3 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 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。
4.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。
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