华北水利水电大学主页太原理工大学现代科技-单片机课程设计-竞赛8路抢答器概要

2020年11月27日发(作者：黄健中)

太原理工大学现代科技学院

课程设计

太原理工大学

单片机原理与接口技术

课程设计

设计名称

智能竞赛抢答器

专业班级

测控

13-1

班

学

号

2013101561

姓

名

王文俊

指导教师

武娟萍

同

组

人

王文俊

,

马宇飞

1

太原理工大学现代科技学院

课程设计

太原理工大学现代科技学院

课程设计任务书

专业班级

测控

13-1

班

学生姓名

王文俊

课程名称

“单片机原理与接

口技术”课程设计

设计名称

智力竞赛

抢答器

设计周数

1.5

指导教师

武娟萍

设计一个以单片机为核心的智力竞赛抢答器。

主要设计参数：

设计

1

、

设置两个功能键：开始键，复位键。

2

、

按下开始键后可以进行抢答，按下复位键恢复初始状态。

任务

3

、

< /p>

能允许

2~6

组抢答能显示抢答组别，并给出状态指示灯信号。

4

、

各组计分，并能计数显示。

主要

5

、

比赛结束时，能发出报警声。

设计

参数

1

．

硬件电路设计：

(1)

MCU

主电路设计；

设计内容

(2)

IO

接口电路设计；

(3)

LED

显示接口电路设计。

设计要求

2

．

软件设计：

(1)

初始化程序设计；

(2)

各功能模块设计；

3

．软件硬件调试。

主要参考

1

．

单片机原理与接口技术，李晓林等，电子工业出版社，

2015

。

2

．

微型计算机控制 技术，潘新民等，人民邮电出版社，

1999

。

资

料

3

．

单片机应用系统设计技术，张齐等，电子林业出版社，

2010

。

课程设计说明书

1

份

学生提交

归档文件

注：

课程设计完成后，

学生提交的归档文件应按，

封面—任务书—说明书—图纸

的顺序进行装订上交（大张图纸不必装订）

指导教师签名

：

武娟萍

日期

2016.6

2

太原理工大学现代科技学院

课程设计

单片机课程设计< /p>

-

智力竞赛抢答器

摘要

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。

工厂、

学校

和电视台等单位常举办各种智 力竞赛

,

抢答记分器是必要设备。在我校举行的

各种竞 赛中我们经常看到有抢答的环节，

举办方多数采用让选手通过举答题板的

方法判断选手的答题权，

这在某种程度上会因为主持人的主观误断造成比赛的不

< br>公平性。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，

为解决这个问题，

我们小组准备就本次大赛的机会制 作一个低

成本但又能满足学校需要的八路数显抢答器。

本设计是以八路抢答为基本理念。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

1-99s

设定；

可以显示是哪位选手有效抢答

和无效抢答，

正确按键后有音乐提示；

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。

3

太原理工大学现代科技学院

课程设计

目录

1

概述

..... .................................................. .................................................. .........3

2

系统总体方案及硬件计

< br>............................................... .............................4

2 .1

控制系统及所需元件组成

....................... .................................................. .4

2.2

实验原理

............... .................................................. ......................................4

3 < /p>

软件设计

............................. .................................................. ..........................8.

4 Proteus

软件仿真

.................................. .................................................. ...12

4.1

伟福软件

..... .................................................. ...............................................12

4.2

在

Proteus

软件

< p>................................................ ............................................12

5

心得体会

.............................. .................................................. ...........................

19

参考文 献

...................................... .................................................. ........................20

附

1

：源程序代码

................. .................................................. ..........................21

附

2

：计算器模拟系统电图

................ .................................................. .......30

4

太原理工大学现代科技学院

课程设计

1

概述

《单片机原理及应用技术》是一门技术性，应用性、实践性很 强的学科。课

程设计是学好本门课程的又一重要实践性教学环节，

课程设 计的目的和任务就是

配合单片机的教学和平时实验，

以 达到巩固消化课程的内容，

进一步加强综合应

用能力及单片机应用系统开 发和设计能力的训练，

启发创新思维，

使之具有独立

单片 机产品和科研的基本技能，

是以培养学生综合运用所学知识的过程，

是知识

转化为能力和能力转化为工程素质的重要阶段。

在实际生活中有好多地方都用到

了单片机，因此学习好这门课程有着十分重要的意义。

要求的模拟的抢答器：

1

）

能容许

2-8

组进行抢答。

2

）

能显示抢答组号。

3

）

各组记分，并能记分显示。

4

）

比赛结束时，能发出报警声。

硬件系统设计

1

）控制系统主 要由单片机应用电路、存储器接口电路、显示接口电路组成。其

中单片机

AT89C51

是系统工作的核心，它主要负责控制各个部分协调工作

.

2

）硬件组成及所需元件：该系统的核心器件是

AT89C51

。在其外围接上复位电

路、

上拉电阻、

数 码管、

按钮及扬声器。

元件为：

晶振

X1

、

电容

C1

、

C2

、

C3

、

电

阻

R P1

。

P3.0

和

P3.1

由裁判 控制

,

分别是抢答停止和开始键。

P1.0-P1.7

< p>是

8

组

抢答的输入口

, P2.0 --P2.3

口为数码管的段选口

,

位选口用的是

P0.0--P0.6

口

输出

,

外部中断

0

、

1

和

P3.3

，

P3.4

为抢答记时调整口

,

实现的对个队进行 计时，

并且加减调整

,

外部中断

0

，

1

实现了答题时间调整

.P3.4 P3.5

分别实现了时

间的加一和减一

.P3.6

为蜂 鸣器的控制口。

控制系统防真用到了伟福软件，

集成调试环境

,

集成了编缉器、

编译器、

调

试器，

支持软件模拟，

支持项目管理功能强大的观察 窗口

,

支持所有的数据类型。

树状结构显示，一目了然， 支持

ASM

（汇编）

、

C

语言

,

多语言多模块源程序混合

调试，在线直接修改、编译、调试 源程序，错误指令定位。功能很强大。

系统仿真还用到了

PROTUCE

软件，

可通过仿真可以完全显示出所设计系统的功能

< p>,

对于程序的调试等有很大的帮助

.

5

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课程设计

2

实现原理和电路

1

：控制系统及所需元件

控 制系统主要由单片机应用电路、

存储器接口电路、

显示接口电路组成。

< p>其中单

片机

AT89C51

是系统工作的核心，

它主要负责控制各个部分协调工作

.

所需元件：

该系统的核心器件是

AT89C51

。在其外围接上复位电路、上拉电数码管、 按钮及

扬声器。元件为：晶振

X1

、电容

C1

、

C2

、

C3

、

电阻

RP1

、

P3.0

和

P3.1

由裁判

控制

,

分别是 抢答停止和开始键。

P1.0-P1.7

是

8

组抢 答的输入口

,P2.0--P2.3

口为数码管的段选口

,

位选口用的是

P0.0--P0.6

口输出

,< /p>

外部中断

0

、

1

和

P 3.3

，

P3.4

为抢答记时调整口

,< /p>

实现的对个队进行计时，并且加减调整

,

外部中断

0

，

1

实现了答题时间调整

.P3.4 P3.5

分别实现了时间的加一和减一

.P3.6

为蜂鸣

器的控制口。

2

：实验原理

智力竞赛抢答器用单片机来设计制作完成

,

由于其功能的实现主要通过软 件

编程来完成

,

采用单片机

AT89C 51,

它是低功耗、高性能的

CMOS

型

8

位单片机。

片内带有

4KB

的

F lash

存储器

,

且允许在系统内改写或用编程器编程。该智力竞

赛抢答器的准确度很高，其误差主要由晶振自身的误差所造成。

AT89C51

单片机由微处理器，存储器，

I /O

口以及特殊功能寄存器

SFR

等部

分 构成。

其存储器在物理上设计成程序存储器和数据存储器两个独立的空间，

片

内程序存储器的容量为

4KB

，片内数据存储器为

< p>128

个字节。

89C51

单片机有

4

个

8

位的并行

I/O

口：

P0

口，

P1

口，

P2

口 和

P3

口。各个接口均由接口锁存器，

输出驱动器，和输 入缓冲器组成。

P1

口是唯一的单功能口，仅能用作通用的数

据输入

/

输出口。

P3

口是双功能口除了具有 数据输入

/

输出功能外，每条接口还

具有不同的第二功能 ，如

P3.0

是串行输入口线，

P3.1

口是串行 输出口线。在需

要外部程序存储器和数据存储器扩展时，

P0

< p>可作为分时复用的低

8

位地址

/

数据

总线，

P2

口可作为高

8

位的地址 总线。

P3

口也可作为

AT89C51

的一些特殊 功能

口，同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

6

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课程设计

AT89C51

的管脚图：

外部振荡电路单片机必须在

AT89C51< /p>

的驱动下才能工作

.

在单片机内部有一个时

钟振荡电路

,

只需要外接一个振荡源就能产生一定的时钟信号送到单片机内部的< /p>

各个单元。外部振荡电路见图一

（图一）

外部中断和内部中断并存，单片机有 硬件复位端

,

只要输入持续

4

个机器周期的

高电平即可实现复位。

硬件复位后的各状态可知寄存器及存储器的值都恢复到了

初始值

,

应为本设计功能中有倒计时时间的记忆功能，所 以不能对单片机进行硬

件复位。只能用软复位。软复位实际上就是当程序执行完毕之后< /p>

,

将程序指针通

过一条跳转指令让它跳转到程。

< p>

复位电路采用图二所示：

7

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外部还接有蜂鸣器（由于缺少驱动器，发生器不响，所以，用绿灯换了）用来发

出报警音，其图形如下：

采用七段码

7SEG-MPX4-CC

显示，它是共阴极的由高电平点亮。图形如下：

采用八个

BUTTON

按钮作 为抢答的选择按键如图所示：

8

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课程设计

3

软件系统设计

智力竞赛抢答 器要求有计时记忆功能

,

一次时间设置完

,

复位 后不需重新进

行时间设定，通过键盘扫描输出按键信息

,

再通过单片机将它转换成能在七段数

码管上显示字型码

.

当抢答完毕时

,

会在数码管上显示抢答者数字号码提示以表

示抢答成功

.

同时显示其分数

,

分数的加减可由 裁判手动进行

.

采用独立式键盘

,

可实 现

8

路抢答

.

在显示时使用的是七段数码管显示 在本设计中根据实际情况

采用的是动态显示方法

.

并通过查表法

将其在数码管上显示出来

,

其中

P1

口为

字型码输入端

,P 2

口低

6

位为字选段输入端

.

通过 查表将字型码送给

7

段数码管

显示的数字。

软件去抖动

,

如果

开始键

按下就向下执行

,

否者跳到开始。

采用倒

计时程序，使其具有倒计时功能。回答倒计时

30

秒。抢答时间

5

秒。采用发声

警报（由于发生器不响，所以，用绿灯换了）

，起到报警作用。

1

、

< p>如果想调节抢答时间或答题时间

,

按

抢答时间 调节

键或

答题时间调节

< p>
键进入调节状态

,

此时会显示现在设定的抢答时间或回答时间值

,

如想加一秒按

一下

加

1s

键

,

如果想减一秒按一下

< p>键，

时间

LED

上会显示改变后的时间，

调整范围为

0s~99s, 0s

时再减

1s

会跳到

99

，

99s

时再加

1s< /p>

会变到

0s

。

主持人按< /p>

抢答开始

键，

会有提示音，

并立刻进入抢答倒计时

（预设

30s

抢答时

间）

，如有选手抢答，会有提示音，并会显示其号数并立刻进入回答倒计时（预

设

60s

抢答时间）

，不进行抢答查询，所以只有 第一个按抢答的选手有效。倒数

时间到小于

5s

会每秒响 一下提示音。

如倒计时期间，

主持人想停止倒计时可以 随时按

停止

按键，

系统会自动进入 准

备状态，等待主持人按

抢答开始

进入下次抢答计时。

4

、如果主持 人未按

抢答开始

键，而有人按了抢答按键，犯规抢 答，

LED

上不断闪烁

FF

和犯规号数并 响个不停，直到按下

停止

键为止。

5

、

P3.0

为开始抢答，

P3.1

为停止，

p1.0-p1.7

为八路抢答输入

数码管段

选

P0

口，< /p>

位选

P2

口低

3

位，

蜂鸣器输出为

P3.6

口。

P3.2

抢答时间调整 结，

P3.3

回答时间调整，

P3.4

为 时间加

1

调整，

P3.5

为时间减

1

调整。

9

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课程设计

4

系统仿真

1

：伟福软件

用到了伟福软件，

集成调试环境

,

集成了编缉器、编译器、调试器，支持软件模

拟，支持项目管理功能强大的观 察窗口

,

支持所有的数据类型。树状结构显示，

一目了然 ，支持

ASM

（汇编）

、

C

语言< /p>

,

多语言多模块源程序混合调试，在线直接

修改、编译、调 试源程序，错误指令定位。功能很强大。用于对程序的调试和编

辑。

其界面如下：

2

：

PROTUCE

软件

系统仿真还用到了

PROTUCE

软件，

可通过仿真可以完全显示出所设计系统的功能

,

对于程序的调试等有很大 的帮助

.

系统仿真时首先要在使用伟福编译器，

把所写 的程序进行编译，

同时在仿真器里

设置生成

HEX

文件，编译无错误时进行

PROTUCE

仿真。首先要新建一个文档是< /p>

DEFAULT

型的找出需要的器件，可以使用搜索 功能。接着把各个器件放到合适的

位置都要放到蓝色框内。

然后根据自己 的设计要求连线。

等所有的元件都连接完

成后可以把，

伟 福编译生成的无错误文件加载到

AT89C51

中，

方法是，

右键点中

器件然后在用左键点击，出来一个对话框在

prog ram file

后选择要添加文件，

文件要求必须是

H EX

文件。

然后可以点击运行观察现象，

看与自己设置的符合否，

如果不相符在查找错误进行修改，

一般的错误都是程序中的，

< p>所以要认真的读取

程序的每一个部分

10

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课程设计

作好的

PROTUCE

图：

倒计时

30

秒开始抢答：

11

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倒计时还有

5

秒时的报警显示图：

提示灯会呈闪亮状：

有选手抢答，显示号码并进入回答倒倒计时

6 0s

计

12

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未按抢答开始键，

3

号选手按了抢答键即倒计时，犯规，绿灯不断闪烁：

抢答时间调整

30s

13