1、青島理工大學單片機原理及接口技術課程設計報告課題名稱基于單片機的八路搶答器設計學院自機學院專業電氣工程專業班級電氣（x）班姓名xx學號200x0417xxx時間20xx年12月27日目 錄 引言(2）一、設計任務及要求(2) 二、步驟及方案（2） (1)方案(2) (2)設計步驟(4)三、硬件設計(4)（1）總體設計電路圖(4)（2）搶答器電路(4)（3）時序控制電路(5)(4)復位電路(5)(5)報警電路(6)(6)LED數碼顯示器和驅動電路(6)四、軟件設計(6)(1)程序流程圖(6)（2）顯示和查詢子程序(7)(3)搶答處理子程序(8)(4)倒計時子程序(12)（5）報警子程序(12)五

2、、Proteus軟件調試仿真(12) （1）調試過程(12) （2）仿真結果(12)六、心得體會(14)七、參考文獻(15)附錄(16)引言基于MCS-51系列單片機AT89C51的一種搶答器.該電路采用AT89C51單片機的四個8位并行I/O接口連接各個控制電路來實現搶答功能.該電路設計簡單,進行簡單更改便可實現對8組或8組以下的人員搶答.應用很廣泛.一、設計任務及要求 (1)、設計任務基于MCS-51系列單片機AT89C51，設計一個多功能八路搶答器 （2）、設計要求 1）搶答器同時供8名選手或8個代表比賽，分別用8個按鈕K1K8。 2）設置一個系統清除和搶答控制開關K0，該開關由主持人控

3、制。 3）搶答器具有鎖存功能與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應的編號，并在優先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統清除為止。 4）主持人按下搶答“開始”按鈕，搶答開始。 5）當某一路搶答成功時，在數碼管上顯示成功信息和該路的號數； 6）當某一路搶答違規時，能在數碼管上顯示違規信息和該路的號數； 7）具有定時搶答發功能,且一次搶答的時間由主持人設定(如30秒)。當主持人啟動“開始”鍵后，定時器進行減計時，同時揚聲器發出短暫的聲響，聲響持續的時間0.5秒左右。 8）參賽選手在設定的時間內進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人將系統清除為止。 9）如

4、果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示00。 10）其它功能。二、步驟及方案 (1)、方案用P0口連接上拉電阻，完成驅動LED數碼顯示管的顯示功能;用P1口串接按鍵,可由選手自己控制搶答機會;利用P3口的RXD、TXD做控制開關。編寫簡單的匯編語言程序,導入單片機,以達到搶答功能,若有選手進行了犯規搶答,蜂鳴器會發出聲響,以告訴主持人有人違規，搶答無效并進行系統清除,重新開始進行搶答,并顯示除搶答倒計時,當時間剩余5秒時蜂鳴器發出聲響以提醒選手趕快搶答。選手按正確的操作搶答，單片機倒計時,利用AT89C51移位寄存8段數碼管,實現倒計時顯示時間,當時間剩余

5、5秒時提醒選手時間快到了,要及時作答,并啟動蜂鳴器。若搶答倒計時和回答倒計時為零,則顯示初始化狀態.元件清單:MCS-51系列單片機AT89C51、4位LED數碼管(共陽)、普通按鈕Button、喇叭Sounder、晶振、排電阻（10K）上拉電阻和電容等。總設計原理框架圖:顯示電路圖報警電路主持人控制開關電路選手控制電路晶振和復位電路圖 單 片 機 AT89C51單片機選擇:AT89C51作為搶答電路系統的核心器件。該器件是INTEL公司生產的MCS51系列單片機的基礎產品，采用了可靠的CMOS工藝制造技術，具有高性能的8位單片機，屬于標準的MCS51的CMOS產品。不僅結合了HMOS的高速和

6、高密度技術及HMOS的低功耗特征，而且繼承和擴展了MCS48單片機的體系結構和指令系統。AT89C51單片機的主要特征：A、與MCS51兼容，4K字節可編程閃爍存儲器；b、靈活的在線系統編程，掉電標識和快速編程特性；c、壽命為1000次寫/擦周期，數據保留時間可10年以上；d、全靜態工作模式：0HZ33HZ；e、三級程序存儲器鎖定；f128×8位內部RAM，32位可編I/O線；g、兩個16位定時器/計數器，5個中斷源，4個8位并行的I/O接口，1個全雙工I/O接口。h、有位尋址功能、適于布爾處理的位處理機。單片機與報警電路系統中的報警電路是由發光二極管和限電流電阻組成，并與單片機的P

7、1.2端口連接。P1端口的作用和接線方法與P2端口相同，不同的是Flash編程和程序校驗，P1接收低8位地址數據。程序存儲器 本系統的所需的沒有必要外擴程序存儲器，所以不用考慮存儲器擴充容量的大小，單片機本身的存儲器就已足夠。數據存儲器 根據系統的功能要求，不需擴展外部RAM，89C51本身的RAM就能滿足要求。I/O接口芯片 根據系統的功能要求，I/O接口芯片的也不需進行擴展。總線驅動能力 MCS-51系列單片機的外部擴展功能很強，但4個8位并行的帶負載的能力是有限的。P0口能驅動8個TTL電路，P1P3口只能驅動3個TTL電路。在實際運用中，這些端口的負載不應超過總負載能力的70%，以保證

8、留有一定的余量，以增強系統的抗干擾能力，在外接負載較多的情況下，應采用總線驅動電路，以提高端口的驅動能力和抗干擾能力 (2)步驟 1)確定方案后,繪制總設計電路圖,并選擇適當的元件畫出設計圖; 2)編寫匯編語言程序,并進行認真修改和調試; 3)將程序導入單片機,并進行仿真; 4)成功完成所需功能后進行整理,并書寫報告總結.三、硬件設計 （1）總設計電路圖(2)搶答器電路該電路完成兩個功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存有縣搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示編號；二是禁止其他選手按鍵，即使其他選手操作無效。搶答器具有鎖存、定時、顯示和報警功能。(3)時序控制電路時序控制電路是搶答器設計的關鍵，

9、它要完成的功能是：一、主持人按動“開始”按鍵KO時，搶答電路和定時電路進入正常搶答狀態。二、當主持人未按動“開始”按鍵，但有參賽選手按動搶答鍵時，蜂鳴器聲響，搶答電路和定時電路停止工作。（4）復位電路復位是計算機的一個重要工作狀態。在單片機工作時，接電之前要復位，斷電后也要復位，在搶答器中復位則為定時做鋪墊的，在搶答之前要復位，搶答完畢后也要復位，按了復位鍵之后，LED的顯示全為P00，當引腳RST端保持兩個機器周期以上的高電平，AT89C51可以進入復位狀態。（5）報警電路如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示為00，并發出一段時間的報警聲 (6)LE

10、D數碼顯示器和驅動電路本設計所用的顯示器為7段共陰極接法LED顯示器，當某一發光二極管的陽極輸入高電平時，則該段發光。利用P0口做段選碼口輸出，P2口的134三位做位選碼輸出.四、軟件設計（1）程序流程圖（2）顯示和查詢子程序;=查詢程序=START: MOV DATA0,#0FFH ;初始化 MOV R5,#0BH MOV R4,#0BH MOV R3,#0BH ACALL DISPLAY ;未開始搶答時候顯示P00 JB P3.0,NEXT ACALL DELAY JB P3.0,NEXT ;抖動,如果"開始鍵"按下就向下執行,否者跳到非法搶答查詢 ACALL BARK

11、 MOV A,R1 MOV R6,A ;送R1->R6,因為R1中保存了搶答時間 SETB OK ;搶答標志位,用于COUNT只程序中判斷是否查詢搶答 MOV R3,#0AH ;搶答只顯示計時,滅號數 AJMP COUNT ;進入倒計時程序,"查詢有效搶答的程序"在COUNT里面NEXT: JNB P1.0,FALSE1 JNB P1.1,FALSE2 JNB P1.2,FALSE3 JNB P1.3,FALSE4 JNB P1.4,FALSE5 JNB P1.5,FALSE6 JNB P1.6,TZ1 JNB P1.7,TZ2 AJMP STARTTZ1: JMP

12、FALSE7TZ2: JMP FALSE8;=顯示程序= DISPLAY: MOV DPTR,#DAT1 ;查表顯示程序 MOV A,R3 MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0feH MOV P0,A ACALL DELAY MOV DPTR,#DAT2 MOV A,R5 MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0fdH MOV P0,A ACALL DELAY MOV A,R4 MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0fbH MOV P0,A ACALL DELAYRETDAT1:DB 00h,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H

13、,73H ;"滅","1","2","3","4","5","6","7","8","9","滅","P"DAT2:DB 3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,3fH ;第一個為零,最后一個為零,其他與上相同,因為十位如果為零顯示熄滅(3)搶答處理子程序;=非法搶答處理程序=FALSE1: ACALL BAR

14、K ;按鍵發聲 MOV R3,#01H AJMP ERRORFALSE2: ACALL BARK MOV R3,#02H AJMP ERRORFALSE3: ACALL BARK MOV R3,#03H AJMP ERRORFALSE4: ACALL BARK MOV R3,#04H AJMP ERRORFALSE5: ACALL BARK MOV R3,#05H AJMP ERRORFALSE6: ACALL BARK MOV R3,#06H AJMP ERRORFALSE7: ACALL BARK MOV R3,#07H AJMP ERRORFALSE8: ACALL BARK MOV R

15、3,#08H AJMP ERROR;=正常搶答處理程序=TRUE1: ACALL BARK MOV A,R2 MOV R6,A ;回答時間R2送R6 MOV R3,#01H CLR OK ;因為答題的計時不再查詢搶答,所以就鎖了搶答,回答倒計時開始. AJMP COUNTTRUE2:ACALL BARK MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#02H CLR OK AJMP COUNTTRUE3:ACALL BARK MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#03H CLR OK AJMP COUNTTRUE4:ACALL BARK MOV A,R2 MOV R6,A M

16、OV R3,#04H CLR OK AJMP COUNTTRUE5: ACALL BARK MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#05H CLR OK AJMP COUNTTRUE6: ACALL BARK MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#06H CLR OK AJMP COUNTTRUE7: ACALL BARK MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#07H CLR OK AJMP COUNTTRUE8: ACALL BARK MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#08H CLR OK AJMP COUNT;=犯規搶答程序=ERR

17、OR: MOV R0,#00H MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H MOV 34H,R3 ;犯規號數暫存與(34H)HERE: MOV A,R0 CJNE A,#0AH,FLASH ;0.5s向下運行->滅并停響 CLR RING MOV R3,#0AH MOV R4,#0AH MOV R5,#0AH ;三燈全滅 AJMP CHECK1FLASH: CJNE A,#14H,CHECK1 ;下面是1s的情況,響并顯示號數并清R0,重新計 SETB RING MOV R0,#00H MOV R3,34H ;取回號數 MOV R5,#0BH MOV R4,#0BH ;顯示00

18、和號數 AJMP CHECK1CHECK1: JNB P3.1,QUIT1 ACALL DISPLAY AJMP HEREQUIT1: CLR RING CLR OKAJMP START(4)倒計時子程序;=倒計時程序(搶答倒計時和回答倒計時都跳到該程序)=COUNT: MOV R0,#00H ;重置定時器中斷次數 MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H ;重置定時器RECOUNT: MOV A,R6 ;R6保存了倒計時的時間,之前先將搶答時間或回答時間給R6 MOV B,#0AH DIV AB ;除十分出個位/十位 MOV 30H,A ;十位存于(30H) MOV 31H,B

19、;個位存于(31H) MOV R5,30H ;取十位 MOV R4,31H ;取個位 MOV A,R6 SUBB A,#07H JNC LARGER ;大于5s跳到LARGER,小于等于5s會提醒 MOV A,R0 CJNE A,#0AH,FULL ;1s中0.5s向下運行 CLR RING AJMP CHECKFULL: CJNE A,#14H,CHECK ;下面是1s的情況,響并顯示號數并清R0,重新計時 SETB RING MOV A,R6 JZ QUIT ;計時完畢 MOV R0,#00H DEC R6 ;一秒標志減1 AJMP CHECKLARGER: MOV A,R0 CJNE A

20、,#14H,CHECK ;如果1s向下運行,否者跳到查"停/顯示" DEC R6 ;計時一秒R6自動減1 MOV R0,#00HCHECK: JNB P3.1,QUIT ;如按下停止鍵退出 ACALL DISPLAY JB OK,ACCOUT ;如果是搶答倒計時,如是則查詢搶答,否者跳過查詢繼續倒數(這里起到鎖搶答作用) AJMP RECOUNTACCOUT: MOV A,DATA0 JNB P1.0,TRUE1 JNB P1.1,TRUE2 JNB P1.2,TRUE3 JNB P1.3,TRUE4 JNB P1.4,TRUE5 JNB P1.5,TRUE6 JNB P1

21、.6,TZ3 JNB P1.7,TZ4 AJMP RECOUNT TZ3: JMP TRUE7 TZ4: JMP TRUE8 QUIT: CLR OK ;如果按下了"停止鍵"執行的程序 CLR RING AJMP START（5）報警子程序;=發聲程序=BARK: SETB RING ACALL DISPLAY ACALL DISPLAY CLR RING ;按鍵發聲RET;=TO溢出中斷(響鈴程序)=T0INT: MOV TH0,#0ECH MOV TL0,#0FFH JNB RING,OUT; CPL P3.6 ;RING標志位為1時候P3.6口不斷取反使喇叭發出一定頻

22、率的聲音OUT: RETI五、Proteus的調試與仿真（1）調試過程基于設計思想，我們將編寫好的匯編語言程序導入了單片機，利用軟件Proteus進行仿真，得到想要的結果。 （2）仿真結果1）按下仿真開關，出現下圖（圖.a）的結果：圖.a按下仿真開關,LED顯示管上顯示初始狀態P00,等待主持人按下“開始”按鍵；2）開始：當按下仿真開始鍵，出現下圖（圖b）的仿真結果：圖.b主持人按下“開始”按鍵，LED顯示管上顯示搶答倒計時30s，并逐漸往下減1，直到有人按下搶答按鍵。3）搶答倒計時剩余5秒時出現下圖（圖c）的結果：圖.c若搶答倒計時剩余5秒時，蜂鳴器發出聲響，直到為零時恢復初始狀態。4）正確

23、搶答后出現下圖（圖d）的結果：圖.d有選手正確搶答后，顯示管上顯示選手號碼和回答倒計時，并且回到倒計時開始逐漸減1，直到按下“停止”鍵。5）回答倒計時剩余5秒時，出現下圖(圖e)的結果:圖.e若無人按下“停止”鍵，回答時間剩余5秒時，蜂鳴器發出聲響，直到時間為零時，恢復初始狀態。6)有選手違規搶答是，出現下圖（圖f）的結果：圖.f如果有選手在主持人還未按下“開始”鍵就做搶答，顯示管將顯示出該選手的號碼，同時開始閃爍，蜂鳴器發出聲響。六、心得體會開始選擇課程設計題目是，看見這個題目覺得挺好弄得，但是想的總是美好的。這次課程設計的仿真工具是從來沒有使用過，是在老師和同學的指導下學會的，結合單片機設

24、計電路更是從來沒有接觸過，但是沒有辦法，所以通過上網或去圖書館查閱資料了解了一些，經過兩個星期的設計，從開始的什么都不會，慢慢的自己會更改電路，會仿真，導入程序后會自己進行一些修改。雖然不是很系統的學習這些，但是基本的操作已經了解了。通過這次課程設計，我們意識到，要想設計出好的電路，必須清楚明白的知道題目所要表達的意思，并且要了解各種元器件的用途，這次設計綜合了我們所學習過的知識，也對這些知道進行了一定的擴展了解，這些對我們是很有幫助的。七、參考文獻（1）吳亦峰，陳德為，單片機原理與接口技術，電子工業出版社，2010（2）程相波，衛安軍，基于MCS單片機的八路搶答器設計方法研究【J】，北京工業

25、職業技術學院學報2007，6（2）附錄：定時器T1時間初值，設50ms時間初值為X,X的計算方法為X=（216-50*103),X=15536D=3CB0HOK EQU 25H ;搶答開始標志位 RING EQU 27H ;響鈴標志位 DATA0 EQU 40H ;搶答按鍵口數據存放地址 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 000BH AJMP T0INT ORG 001BH AJMP T1INTMAIN: MOV R1,#30 ;初設搶答時間為30s MOV R2,#60 ;初設答題時間為60s MOV TMOD,#10H ;設置未定時器方式2 MOV TH0,#0ECH MOV

26、 TL0,#0FFH ;越高發聲頻率越高,越尖 MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H ;50ms為一次溢出中斷 SETB EA SETB ET0 SETB ET1 ;允二個中斷,T0/T1 CLR OK CLR RING SETB TR1 SETB TR0 ;=查詢程序=START: MOV DATA0,#0FFH ;初始化 MOV R5,#0BH MOV R4,#0BH MOV R3,#0BH ACALL DISPLAY ;未開始搶答時候顯示P00 JB P3.0,NEXT ACALL DELAY JB P3.0,NEXT ;抖動,如果"開始鍵"按下就向下

27、執行,否者跳到非法搶答查詢 ACALL BARK MOV A,R1 MOV R6,A ;送R1->R6,因為R1中保存了搶答時間 SETB OK ;搶答標志位,用于COUNT只程序中判斷是否查詢搶答 MOV R3,#0AH ;搶答只顯示計時,滅號數 AJMP COUNT ;進入倒計時程序,"查詢有效搶答的程序"在COUNT里面NEXT: JNB P1.0,FALSE1 JNB P1.1,FALSE2 JNB P1.2,FALSE3 JNB P1.3,FALSE4 JNB P1.4,FALSE5 JNB P1.5,FALSE6 JNB P1.6,TZ1 JNB P1.7

28、,TZ2 AJMP STARTTZ1: JMP FALSE7TZ2: JMP FALSE8;=非法搶答處理程序=FALSE1: ACALL BARK ;按鍵發聲 MOV R3,#01H AJMP ERRORFALSE2: ACALL BARK MOV R3,#02H AJMP ERRORFALSE3: ACALL BARK MOV R3,#03H AJMP ERRORFALSE4: ACALL BARK MOV R3,#04H AJMP ERRORFALSE5: ACALL BARK MOV R3,#05H AJMP ERRORFALSE6: ACALL BARK MOV R3,#06H AJ

29、MP ERRORFALSE7: ACALL BARK MOV R3,#07H AJMP ERRORFALSE8: ACALL BARK MOV R3,#08H AJMP ERROR;=倒計時程序(搶答倒計時和回答倒計時都跳到該程序)=COUNT: MOV R0,#00H ;重置定時器中斷次數 MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H ;重置定時器RECOUNT: MOV A,R6 ;R6保存了倒計時的時間,之前先將搶答時間或回答時間給R6 MOV B,#0AH DIV AB ;除十分出個位/十位 MOV 30H,A ;十位存于(30H) MOV 31H,B ;個位存于(31H) M

30、OV R5,30H ;取十位 MOV R4,31H ;取個位 MOV A,R6 SUBB A,#07H JNC LARGER ;大于5s跳到LARGER,小于等于5s會提醒 MOV A,R0 CJNE A,#0AH,FULL ;1s中0.5s向下運行 CLR RING AJMP CHECKFULL: CJNE A,#14H,CHECK ;下面是1s的情況,響并顯示號數并清R0,重新計時 SETB RING MOV A,R6 JZ QUIT ;計時完畢 MOV R0,#00H DEC R6 ;一秒標志減1 AJMP CHECKLARGER: MOV A,R0 CJNE A,#14H,CHECK

31、;如果1s向下運行,否者跳到查"停/顯示" DEC R6 ;計時一秒R6自動減1 MOV R0,#00HCHECK: JNB P3.1,QUIT ;如按下停止鍵退出 ACALL DISPLAY JB OK,ACCOUT ;如果是搶答倒計時,如是則查詢搶答,否者跳過查詢繼續倒數(這里起到鎖搶答作用) AJMP RECOUNTACCOUT: MOV A,DATA0 JNB P1.0,TRUE1 JNB P1.1,TRUE2 JNB P1.2,TRUE3 JNB P1.3,TRUE4 JNB P1.4,TRUE5 JNB P1.5,TRUE6 JNB P1.6,TZ3 JNB P

32、1.7,TZ4 AJMP RECOUNT TZ3: JMP TRUE7 TZ4: JMP TRUE8 QUIT: CLR OK ;如果按下了"停止鍵"執行的程序 CLR RING AJMP START;=正常搶答處理程序=TRUE1: ACALL BARK MOV A,R2 MOV R6,A ;回答時間R2送R6 MOV R3,#01H CLR OK ;因為答題的計時不再查詢搶答,所以就鎖了搶答,回答倒計時開始. AJMP COUNTTRUE2:ACALL BARK MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#02H CLR OK AJMP COUNTTRUE3:A

33、CALL BARK MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#03H CLR OK AJMP COUNTTRUE4:ACALL BARK MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#04H CLR OK AJMP COUNTTRUE5: ACALL BARK MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#05H CLR OK AJMP COUNTTRUE6: ACALL BARK MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#06H CLR OK AJMP COUNTTRUE7: ACALL BARK MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#07H C

34、LR OK AJMP COUNTTRUE8: ACALL BARK MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#08H CLR OK AJMP COUNT;=犯規搶答程序=ERROR: MOV R0,#00H MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H MOV 34H,R3 ;犯規號數暫存與(34H)HERE: MOV A,R0 CJNE A,#0AH,FLASH ;0.5s向下運行->滅并停響 CLR RING MOV R3,#0AH MOV R4,#0AH MOV R5,#0AH ;三燈全滅 AJMP CHECK1FLASH: CJNE A,#14H,CHECK1 ;下面是1s的情況,響并顯示