单片机多路抢答器设计.docx

1、一、方案比较1、 纯数字逻辑电路，基本可以排除方案的，主要缺点是缺乏灵活性，消耗的精力是最大的，发现需要修改，你就发现非常难于修改，除非重新设计，制作。2、 单片机是原材料成本最小的一种方案，更精确，更容易控制，不易出错，可实现功能多，且易实现。综上所述，选择基于单片机的抢答器制作更为合理二、设计的主要任务通过此次设计，预期完成以下主要任务：1. 掌握抢答器的基础知识及原理；2. 掌握 STC89C52 单片机的管脚分配；3. 设计出合理的电路图及相应的汇编程序，同时仿真调试成功；4. 购买元器件完成焊接组装工作，解决调试问题，最后完成多路抢答器的实物制作。三、主要元件介绍（一）、单片机的选择

2、单片机选用的是 Atmel 公司推出的 AT89S52，它是一种低功效、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。在单芯片上拥有灵巧的 8 位 CPU 和在线系统可编程 Flash，使得 AT89S52 具有以下标准功能：8K 字节 Flash，256 字节 RAM，32 位 I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个 16 位定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器

3、/计数器串口、中断继续工作。掉电保护方式下 RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。而且，它还具有一个看门狗(WDT)定时/计数器。如果程序没有正常工作，就会强制整个系统复位，还可以在程序陷入死循环的时候，让单片机复位而不用整个系统断电，从而保护你的硬件电路。T89S52 有 40 个引脚，32 个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含 2 个外中端口，2 个 16 位可编程定时计数器，2 个全双工串行通信口，片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。其将通用的微处理器和 Flash 存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 F

4、lash 存储器可有效地降低开发成本。STC89C52 单片机的基本结构STC89C52 单片机采用 40Pin 封装的双列直接 DIP 结构，图 2-1 是它的引脚配置，40 个引脚中，电源 Vcc 和接地 GND 各一根，外置石英振荡器的时钟线两根，4 组 8 位共 32 个 I/O 口，中断口和 P3 口复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明。图 2-1STC89C52 的引脚图1. 电源引脚（1） Vcc （40 脚）电源端GND （20 脚）接地端（2） 工作电压为 5V2. 外接晶体引脚XTAL1 是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2 则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信

5、号应直接加到 XTAL1，而 XTAL2 悬空。内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为 12MHz，时钟频率就为 6MHz。晶振的频率可以在 1MHz-24MHz 内选择4。电容取 30PF 左右。图 2-2 晶振电路3. 复位 RST（9 引脚）在振荡器运行时，有两个机器周期（24 个振荡周期）以上的高电平出现在此引退时，将使单片机复位，只要这个引脚保持高电平，51 芯片便循环复位。复位后 P0-P3 口均置 1 引脚表现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存器 SFR 全部清零5。当复位脚由高电平变为低电平时，芯片为 ROM 的 00H 处开始运行程序。图 2-3 复位电路4. 输入

6、输出引脚(1) P3 端口P3.0P3.7 P3 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/0 端口。输出时可驱动 4 个 TTL5。端口置 1 时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。对内部 Flash 程序存储器编程时，接控制信息。除此之外 P3 端口还用于一些专门功能，具体请看下面功能表。表 2-1 P3 功能表(2) P2 端口P2.0P2.7 P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/0 端口。输出时可驱动 4 个 TTL。端口置 1 时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。对内部 Flash 程序存储器编程时，接收高 8 位地址和控制信息。在访问外部程序和 16 位外

7、部数据存储器时，P2 口送出高 8 位地址。而在访问 8 位地址的外部数据存储器时其引脚上的内容在此期间不会改变。(3) P1 端口P1.0P1.7 P1 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/0 端口。输出时可驱动 4 个 TTL。端口置 1 时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。对内部 Flash 程序存储器编程时，接收低 8 位地址信息。(4) P0 端口P0.0-P0.7 P0 是一个 8 位漏极开路型双向 I/O 端口，端口置 1 （对端口写 1）时作高阻抗输入端。作为输出口时能驱动 8 个 TTL。对内部 Flash 程序存储器编程时，接收指令字节;校验程序时输出指令字节

8、，要求外接上拉电阻7。在访问外部程序和外部数据存储器时，P0 口是分时转换的地址(低 8 位)/ 数据总线，访问期间内部的上拉电阻起作用。（二）、数码管简介四、系统功能框图本次设计八路抢答器系统主要有五部分电路：选手抢答电路、八段显示电路、蜂鸣器报警电路、主持人控制电路。本次设计的八路抢答器可实现以下基本功能：u启动电源后系统自动倒计时 3 秒。u抢答器同时供八名选手比赛，分别用八个按钮 SW1SW8 表示。u抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮时会锁存相应的编号，并且优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。u违规抢答，蜂鸣器会报警，而且锁存抢答队员的号码，并闪烁显示。u主持人关

9、电源清除号码。五、硬件电路设计1、最小系统设计图 3-1STC89C52 最小系统说明：（1） 复位电路：教材一般电容取 10u，电阻 R 取 8.2K9。（2） 晶振电路：典型的晶振取 11.0592MHz（因为可以准确地得到 9600 波特率和 19200 波特率，用于有串口通讯的场合）或者 12MHz(产生精确的方波便于 12 分频，方便定时操作)。（3） 电源接 5V 变压器。六、总电路图下图是电路原理图总电路图七、系统主程序目前，单片机的编程语言主要有 C 语言和汇编语言两种。C 语言是高级语言，编写起来比较简便且易维护，汇编语言介于机器语言和高级语言之间，更接近硬件，但编写起来比较

10、冗长。介于本次程序不太复杂，本人又更喜欢汇编，故本次设计的程序采用汇编语言来写，详见附录一。八、系统仿真与调试1、Protues 软件介绍Protues 的 ISIS 是一款 Labcenter 出品的电路分析实物仿真系统，可仿真各种电路和 IC，并支持单片机，元件库齐全，使用方便，是不可多得的专业单片机仿真系统。下图是 Protues 软件初始界面：图 5-1 Protues 软件初始界面该软件的特点有：(1) 满足常用单片机软件仿真系统的标准，并在同类产品中具有明显优势。(2) 具有模电仿真、数电仿真、单片机及其外围电路组成系统仿真。(3) 目前支持的单片机类型有：68000 系列、805

11、1 系列、AVR 系列、PIC 系列以及各种外围芯片。(4) 支持大量的存储器和外围芯片。Protues与其它单片机仿真软件不同的是，它不仅能仿真单片机的工作情况，也能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其它电路情况。因此在仿真和程序调试时，关心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和存储器内容的改变，而是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程及结果。对于这样的仿真实验，从某种意义上讲，弥补了实验和工程应用间脱节的矛盾现象。2、Keil 软件介绍Keil 软件是目前最流行开发 MCS-51 系列单片机软件，Keil 软件提供了包括 C 编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等

12、在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部分组合在一起。下图是本人安装的 Keil 软件初始界面：图 5-2Keil 软件初始界面九、实物图十、元件清单：位号名称规格数量D1共阳数码管3.8*5.6cm1晶振晶振12M1STC89C52STC89C52 单片机STC89C52 单片机1led红色 led5mm1R1电阻470 欧姆1Q1三极管85501U1蜂鸣器蜂鸣器1J1-J8按键开关按键开关8S1电源开关自锁开关1万用板万用板7*9cm1插针排插常用排插4+8=1240 引脚 DIP 插槽DIP 插槽40 引脚1电源接线插口电源接线插口2 口1十一、焊接问题及解决一

13、般来说，造成硬件问题的首要原因就是焊接失误，即焊接的好坏直接影响到产品的正常与否，在本次设计制作的焊接过程中遇到了一些问题，通过查找资料，找到了相关原因：1） 焊锡用量过多导致焊点的锡堆积；焊锡过少又不足以包裹焊点；2） 冷焊。焊接时烙铁温度过低或加热时间不足，焊锡未完全熔化、浸润、焊锡表面不光亮，有细小裂纹。3） 焊锡连桥。指焊锡量过多，造成元器件的焊点之间短路。4） 焊点表面的焊锡形成尖锐的突尖。这多是由于加热温度不足或焊剂过少，以及烙铁离开焊点时角度不当造成的。有时，调试时最小系统的电路不工作，通过查资料才明白，首先应该确认电源电压是否正常。用电压表测量接地引脚跟电源引脚之间的电压，看是

14、否符合电源电压，电路需 5V 电源供电，故我们选择了用双公 USB 从电脑上供电，省去好多变压的麻烦。参考文献1 王冬梅, 张建秋. 基于单片机的八路抢答器设计与实现J. 佳木斯大学学报, 2009,27(3): 350.2 周功明, 周陈琛. 基于单片机 AT89C2051 的九路多功能智力竞赛抢答器的设计J. 现代电子技术, 2006, 10(20): 4.3 谢道平. 基于 Proteus 仿真的单片机多功能智能抢答器的设计J. 长春大学学报, 2011,21(10): 12.4 耿仁义等. 新编微机原理及接口技术. 2006.5 文明月. 基于 AT89S52 单片机的抢答器设计与实现

15、J. 科技创新导报, 2009, 28(10): 35.6 周润景, 张丽娜. 基于 PROTEUS 的电路及单片机系统设计与仿真M. 北京: 北京航天航空大学出版社, 2006.7 周坚. 单片机 C 语言轻松入门M. 北京: 北京航天航空大学出版社, 2006.8 李萍, 张池, 张勃. AT89S51 单片机原理、开发与应用实例M. 北京: 中国电力出版社, 2008.9 杨居义，单片机原理，清华大学出版社附 录附录一：抢答器程序#include unsigned char c1,c2,c3,c4,c5,c6;int j,k; sbit feng=P37; sbit k1=P10; sb

16、it k2=P11; sbit k3=P12; sbit k4=P13; sbit k5=P14; sbit k6=P15; sbit k7=P16; sbit k8=P17;unsignedcodetable=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x77,0x7 C,0x39,0x5E,0x79,0x71;void delay1() unsigned int i,j; for(i=600;i0;i-)for(j=10;j0;j-); void main() for(k=400;k0;k-)for(j=100;j0;j-)P2=t

17、able3;if(k1=0) while(1)feng=0; P2=table1; delay1(); P2=0xff; delay1();if(k2=0) while(1) feng=0; P2=table2; delay1(); P2=0xff; delay1(); if(k3=0) while(1) feng=0; P2=table3; delay1(); P2=0xff; delay1(); if(k4=0) while(1) feng=0; P2=table4; delay1(); P2=0xff; delay1(); if(k5=0) while(1) feng=0; P2=tab

18、le5; delay1(); P2=0xff; delay1(); if(k6=0) while(1) feng=0; P2=table6; delay1(); P2=0xff; delay1(); if(k7=0) while(1) feng=0; P2=table7; delay1(); P2=0xff; delay1(); if(k8=0) while(1) feng=0; P2=table8; delay1(); P2=0xff; delay1(); for(k=400;k0;k-) for(j=100;j0;j-)P2=table2; if(k1=0) while(1) feng=0

19、; P2=table1; delay1(); P2=0xff; delay1();if(k2=0) while(1) feng=0; P2=table2; delay1(); P2=0xff; delay1(); if(k3=0) while(1) feng=0; P2=table3; delay1(); P2=0xff; delay1(); if(k4=0) while(1) feng=0; P2=table4; delay1(); P2=0xff; delay1(); if(k5=0) while(1) feng=0; P2=table5; delay1(); P2=0xff; delay

20、1(); if(k6=0) while(1) feng=0; P2=table6; delay1(); P2=0xff; delay1(); if(k7=0) while(1) feng=0; P2=table7; delay1(); P2=0xff; delay1(); if(k8=0) while(1) feng=0; P2=table8; delay1(); P2=0xff; delay1(); for(k=400;k0;k-)for(j=100;j0;j-)P2=table1; if(k1=0) while(1) feng=0; P2=table1; delay1(); P2=0xff

21、; delay1();if(k2=0) while(1) feng=0; P2=table2; delay1(); P2=0xff; delay1(); if(k3=0) while(1) feng=0; P2=table3; delay1(); P2=0xff; delay1(); if(k4=0) while(1) feng=0; P2=table4; delay1(); P2=0xff; delay1(); if(k5=0) while(1) feng=0; P2=table5; delay1(); P2=0xff; delay1(); if(k6=0) while(1) feng=0;

22、 P2=table6; delay1(); P2=0xff; delay1(); if(k7=0) while(1) feng=0; P2=table7; delay1(); P2=0xff; delay1(); if(k8=0) while(1) feng=0; P2=table8; delay1(); P2=0xff; delay1(); P2=table0;while(1) if(k1=0)P2=table1; while(1); if(k2=0) P2=table2; while(1); if(k3=0) P2=table3; while(1); if(k4=0) P2=table4; while(1); if(k5=0) P2=table5; while(1); if(k6=0) P2=table6; while(1); if(k7=0) P2=table7; while(1); if(k8=0) P2=table8; while(1);