01課程設(shè)計(jì)目的

單片機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)是學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識，全面掌握單片微型計(jì)算機(jī)及其接口的工作原理、編程和使用方法的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。通過獨(dú)立或協(xié)作提出并論證設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行軟、硬件調(diào)試，最后獲得正確的運(yùn)行結(jié)果，可以加深和鞏固對理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的掌握，進(jìn)一步建立計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)整體概念，初步掌握單片機(jī)軟、硬件開發(fā)方法。

根據(jù)單片機(jī)原理及應(yīng)用課程的要求，主要進(jìn)行兩個(gè)方面的設(shè)計(jì)，即單片機(jī)最小系統(tǒng)和存儲器擴(kuò)展設(shè)計(jì)、接口技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)。其中，單片機(jī)最小系統(tǒng)主要要求學(xué)生熟悉單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳功能、引腳的使用、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、4個(gè)并行接口和一個(gè)串行接口的實(shí)際應(yīng)用，從而可構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)，并編程進(jìn)行簡單使用。

存儲器擴(kuò)展設(shè)計(jì)要求學(xué)生掌握常用半導(dǎo)體芯片與單片機(jī)的接口，如EPROM存儲器用作外部程序存儲器時(shí)與單片機(jī)的連接關(guān)系，SRAM存儲器用作外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)與單片機(jī)的連接關(guān)系，E2PROM存儲器用作外部程序/數(shù)據(jù)存儲器時(shí)與單片機(jī)的連接關(guān)系。能合理分配和使用單片機(jī)的內(nèi)部和外部存儲器，編程實(shí)現(xiàn)正常的讀寫功能。

02課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求

2.1課程設(shè)計(jì)的任務(wù)

根據(jù)所學(xué)的單片機(jī)知識，設(shè)計(jì)一個(gè)八路的電子搶答器系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)功能為：可供8個(gè)選手使用，可顯示30s倒計(jì)時(shí)，并可顯示出搶到的選手號。

2.2課程設(shè)計(jì)要求

(1)設(shè)計(jì)出硬件電路；

(2)設(shè)計(jì)出軟件編程方法，并寫出源代碼；

(3)用PROTEUS進(jìn)行仿真；

03設(shè)計(jì)方案與論證

3.1設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)采用51系列單片機(jī)AT89C51作為控制核心，該系統(tǒng)可以完成運(yùn)算控制、信號識別以及顯示功能的實(shí)現(xiàn)。由于用了單片機(jī)，使其技術(shù)比較成熟，應(yīng)用起來方便、簡單并且單片機(jī)周圍的輔助電路也比較少，便于控制和實(shí)現(xiàn)。整個(gè)系統(tǒng)具有極其靈活的可編程性，能方便地對系統(tǒng)進(jìn)行功能的擴(kuò)張和更改。

3.2方案論證

(1)可靠性好：單片機(jī)按照工業(yè)控制要求設(shè)計(jì)，抵抗工業(yè)噪聲干擾優(yōu)于一般的CPU，程序指令和數(shù)據(jù)都可以寫在ROM里，許多信號通道都在同一芯片，因此可靠性高，易擴(kuò)充。

(2)單片機(jī)有一般電腦所必須的器件，如三態(tài)雙向總線，串并行的輸入及輸出引腳，可擴(kuò)充為各種規(guī)模的微電腦系統(tǒng)。

(3) 控制功能強(qiáng)：單片機(jī)指令除了輸入輸出指令，邏輯判斷指令外還有更豐富的條件分支跳躍指令。

04設(shè)計(jì)原理及功能介紹

4.1設(shè)計(jì)原理

八路搶答器的工作原理是利用單片機(jī)的定時(shí)器T0、T1中斷完成,其余狀態(tài)循環(huán)調(diào)用顯示子程序,用4個(gè)共陰極LED數(shù)碼管來顯示，用P0口作為數(shù)碼管的八個(gè)段選，用P2口中的P2.0、P2.1、P2.2、作為4個(gè)數(shù)碼管其中3個(gè)位選，P1口接8個(gè)按鍵，提供選手搶答，P3.0-P3.5四個(gè)接四個(gè)按鍵，提供開始、結(jié)束、答題時(shí)間調(diào)整、搶答時(shí)間調(diào)整，加1、減1調(diào)整之用

接通電源后，主持人將開關(guān)撥到“清除”狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號顯示器滅燈，定時(shí)器顯示設(shè)定時(shí)間；主持人將開關(guān)置，“開始”狀態(tài)，宣布“開始”搶答器工作。定時(shí)器倒計(jì)時(shí)，揚(yáng)聲器給出聲響提示。選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)搶答時(shí)，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示、揚(yáng)聲器等提示。當(dāng)一輪搶答之后，定時(shí)器停止、禁止二次搶答、定時(shí)器顯示剩余時(shí)間。如果再次搶答必的條件分支跳躍指令。其原理框圖如4-1所示

4-1八路搶答器原理框圖

4.2功能介紹

（1）如果想調(diào)節(jié)搶答時(shí)間或答題時(shí)間,按"搶答時(shí)間調(diào)節(jié)"鍵或"答題時(shí)間調(diào)節(jié)"鍵進(jìn)入調(diào)節(jié)狀態(tài),此時(shí)會顯示現(xiàn)在設(shè)定的搶答時(shí)間或回答時(shí)間值,如想加一秒按一下"加1s"鍵,如果想減一秒按一下"-1s"鍵，時(shí)間LED上會顯示改變后的時(shí)間，調(diào)整范圍為0s~99s, 0s時(shí)再減1s會跳到99，99s時(shí)再加1s會變到0s。

（2）主持人按"搶答開始"鍵，會有提示音，并立刻進(jìn)入搶答倒計(jì)時(shí)（預(yù)設(shè)30s搶答時(shí)間），如有選手搶答，會有提示音，并會顯示其號數(shù)并立刻進(jìn)入回答倒計(jì)時(shí)（預(yù)設(shè)60s搶答時(shí)間），不進(jìn)行搶答查詢，所以只有第一個(gè)按搶答的選手有效。倒數(shù)時(shí)間到小于5s會每秒響一下提示音。

（3)如倒計(jì)時(shí)期間，主持人想停止倒計(jì)時(shí)可以隨時(shí)按"停止"按鍵，系統(tǒng)會自動進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)，等待主持人按"搶答開始"進(jìn)入下次搶答計(jì)時(shí)。

（4）如果主持人未按"搶答開始"鍵，而有人按了搶答按鍵，犯規(guī)搶答，LED上不斷閃爍FF和犯規(guī)號數(shù)并響個(gè)不停，直到按下"停止" 鍵為止。

（5）P3.0為開始搶答，P3.1為停止，p1.0-p1.7為八路搶答輸入 數(shù)碼管段選P0口，位選P2口低3位，蜂鳴器輸出為P3.6口。P3.2搶答時(shí)間調(diào)整結(jié)，P3.3回答時(shí)間調(diào)整，P3.4為時(shí)間加1調(diào)整，P3.5為時(shí)間減1調(diào)整。

05單元電路設(shè)計(jì)

5.1時(shí)鐘電路

5-1時(shí)鐘電路圖

一般選用石英晶體振蕩器。此電路在加電大約延遲10ms后振蕩器起振,在XTAL2引腳產(chǎn)生幅度為3V左右的正弦波時(shí)鐘信號,其振蕩頻率主要由石英晶振的頻率確定。電路中有兩個(gè)電容C1,C2它們的主要作用為:一是幫助振蕩器起振;二是對振蕩器的頻率進(jìn)行微調(diào)。C1,C2的典型值為30PF。

單片機(jī)在工作時(shí),由內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生或由外直接輸入的送至內(nèi)部控制邏輯單元的時(shí)鐘信號的周期稱為時(shí)鐘周期。其大小是時(shí)鐘信號頻率的倒數(shù),常用fosc表示。如時(shí)鐘頻率為12MHz,即fosc=12MHz,則時(shí)鐘周期為1/12μs。

5.2復(fù)位電路

AT89C51的復(fù)位由外部的復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)。復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。本次設(shè)計(jì)采用按鈕復(fù)位方式。

單片機(jī)的第9腳RST為硬件復(fù)位端，只要持續(xù)4個(gè)機(jī)器周期的高電平即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位，硬件復(fù)位后的各狀態(tài)可知寄存器以及存儲器的值都恢復(fù)到了初始值。

5-2復(fù)位電路圖

5.3數(shù)碼管顯示電路

本次課程設(shè)計(jì)采用了7SEG-MPX2-CC 的兩位7段共陰極數(shù)碼管，用來顯示30s倒計(jì)時(shí)，和7SEG-MPX1-CC的一位7段共陰極數(shù)碼管，用來顯示搶答中的選手號碼。位選端分別與P2口的第七位，第六位以及第零位相接。同時(shí)7段數(shù)碼管線段通過上拉電阻接power，實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管的點(diǎn)亮。

5-3數(shù)碼管顯示電路圖

5.4報(bào)警電路

這里能利用程序來控制單片機(jī)P3.7口線反復(fù)輸出高電平或低電平，即在該口線上產(chǎn)生一定頻率的矩形波，接上揚(yáng)聲器就能發(fā)出一定頻率的聲音，再利用延時(shí)程序控制“高”“低”電平的持續(xù)時(shí)間，就能改變輸出頻率，從而改變音調(diào)，使揚(yáng)聲器發(fā)出不同的聲音，由于材料有限，本次實(shí)驗(yàn)采用發(fā)光二極管代替報(bào)警器。

5-4報(bào)警電路圖

5.5按鈕輸入電路

5-5按鈕電路圖

8個(gè)按鈕接P1口，表示8個(gè)選手的搶答按鈕，一個(gè)總開關(guān)接P3.0口負(fù)責(zé)啟動定時(shí)程序。

06軟件調(diào)試過程及結(jié)果

6.1調(diào)試過程

（1）軟件調(diào)試

問題1：選手搶答后計(jì)時(shí)未停止。

解決辦法：在if語句判斷按鈕是否按下后，增加TR0=0語句，使計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)。

問題2：倒計(jì)時(shí)開始之前，以及選手搶答后都可按下按鈕。

解決辦法：增加檢測變量n，當(dāng)TR0為1是n為1，當(dāng)n為1時(shí)才開始檢測是否有鍵按下，一旦有鍵按下n置為0，此后按鍵均無效。

（2）硬件仿真調(diào)試

問題1：七段數(shù)碼管不亮

解決辦法：開始采用Input作為數(shù)碼管電源，改為power后顯示正常。

問題2:一位七段數(shù)碼管管腳較密集無法正常畫線

解決辦法：在走線困難的地方按住ctrl鍵即可。

6.2調(diào)試結(jié)果

（1） keil uVision3

6.2.2 proteus

（2）開始計(jì)時(shí)

(3)7號選手搶答

07

總結(jié)

經(jīng)過一周的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，終于完成了八路搶答器的設(shè)計(jì)，不僅基本上達(dá)到設(shè)計(jì)要求,而且還是收獲良多。通過這次課程設(shè)計(jì)，使我更進(jìn)一步地熟悉了單片機(jī)芯片的工作原理和其具體的使用方法。單片機(jī)課程設(shè)計(jì)重點(diǎn)就在于軟件算法的設(shè)計(jì)，需要有很巧妙的程序算法，這鍛煉了自己獨(dú)立思考問題的能力和通過查看相關(guān)資料來解決問題的習(xí)慣。還有了解了課程設(shè)計(jì)的一般步驟，和設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題。

設(shè)計(jì)不僅是對前面所學(xué)知識的一種檢驗(yàn)，而且也是對自己能力的一種提高。下面我對整個(gè)設(shè)計(jì)的過程做一下簡單的總結(jié)。第一，接到任務(wù)以后進(jìn)行選題。選題是設(shè)計(jì)的開端，選擇恰當(dāng)?shù)摹⒏信d趣的題目，這對于整個(gè)設(shè)計(jì)是否能夠順利進(jìn)行關(guān)系極大。好比走路，這開始的第一步是具有決定意義的，第一步邁向何方，需要慎重考慮。否則，就可能走許多彎路、費(fèi)許多周折，甚至南轅北轍，難以到達(dá)目的地。因此，選；題時(shí)一定要考慮好了。第二，題目確定后就是找資料了。查資料是做設(shè)計(jì)的前期準(zhǔn)備工作，好的開端就相當(dāng)于成功了一半，到圖書館、書店、資料室去雖說是比較原始的方式，但也有可取之處的。總之，不管通過哪種方式查的資料都是有利用價(jià)值的，要一一記錄下來以備后用。第三，通過上面的過程，已經(jīng)積累了不少資料，對所選的題目也大概有了一些了解，這一步就是在這樣一個(gè)基礎(chǔ)上，綜合已有的資料來更透徹的分析題目。第四，有了研究方向，就應(yīng)該動手實(shí)現(xiàn)了。其實(shí)以前的三步都是為這一步作的鋪墊。通過這次設(shè)計(jì)，我對數(shù)字電路設(shè)計(jì)中的邏輯關(guān)系等有了一定的認(rèn)識，對以前學(xué)的數(shù)字電路又有了一定的新認(rèn)識，溫習(xí)了以前學(xué)的知識，就像人們常說的溫故而知新嘛，但在設(shè)計(jì)的過程中，遇到了很多的問題，有一些知識都已經(jīng)不太清楚了，但是通過一些資料又重新的溫習(xí)了一下數(shù)字電路部分的內(nèi)容。在這次設(shè)計(jì)中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進(jìn)一步了，同學(xué)之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法我們更好的理解知識，所以在這里非常感謝幫助我的同學(xué)。

在此要感謝我的指導(dǎo)老師，感謝老師給我這樣的機(jī)會鍛煉。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中的探索的艱難和成功的喜悅。雖然這個(gè)項(xiàng)目還不是很完善，但是在設(shè)計(jì)過程中所學(xué)到的東西是這次設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富，使我終身受益。

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附錄1：電路原理圖

附錄2：實(shí)物圖

附錄3：元器件清單

附錄4：源程序

#include

#define uint unsigned int

#define uchar unsigned char

sbit key1=P3^0; //定義"啟動"按鈕
sbit k1=P1^0;
sbit k2=P1^1;
sbit k3=P1^2;
sbit k4=P1^3;
sbit k5=P1^4;
sbit k6=P1^5;
sbit k7=P1^6;
sbit k8=P1^7; //選手按鍵
sbit beep=P3^7; //蜂鳴器
uchar temp;
ucharaa,shi,ge,i;
uint n;
uchar code table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77}; //共陰極數(shù)碼管編碼
void display(ucharshi,ucharge); //聲明顯示子函數(shù)
void dis(uchari);
void delay(uint z); //聲明延時(shí)子函數(shù)
void init(); //聲明初始化函數(shù)
void main()
{
init( ); //調(diào)用初始化子程序
while(1)
{
if(key1==0) //檢測"啟動"按鈕是否按下
{
delay(10); //延時(shí)去抖動
if(key1==0) //再次檢測"啟動"按鈕是否按下
{
while(!key1); //松手檢測，若按鍵沒有釋放，key1始終為0,那么!key1始終為1，程序就一直停在此while語句處
TR0=1; //啟動定時(shí)器開始工作
n=1;
}
}

display(shi,ge); //調(diào)用顯示子函數(shù)


dis(i); //顯示選手號數(shù)
if(n==1) {
if(k1==0){ delay(10);if(k1==0){while(!k1) i=1;TR0=0;n=0;beep=1;delay(500);beep=0;}}
if(k2==0){ delay(10);if(k2==0){while(!k2) i=2;TR0=0;n=0;beep=1;delay(500);beep=0;}}
if(k3==0){ delay(10);if(k3==0){while(!k3) i=3;TR0=0;n=0;beep=1;delay(500);beep=0;}}
if(k4==0){ delay(10);if(k4==0){while(!k4) i=4;TR0=0;n=0;beep=1;delay(500);beep=0;}}
if(k5==0){ delay(10);if(k5==0){while(!k5) i=5;TR0=0;n=0;beep=1;delay(500);beep=0;}}
if(k6==0){ delay(10);if(k6==0){while(!k6) i=6;TR0=0;n=0;beep=1;delay(500);beep=0;}}
if(k7==0){ delay(10);if(k7==0){while(!k7) i=7;TR0=0;n=0;beep=1;delay(500);beep=0;}}
if(k8==0){ delay(10);if(k8==0){while(!k8) i=8;TR0=0;n=0;beep=1;delay(500);beep=0;}}


}
}
}

void delay(uint z) //延時(shí)子函數(shù)
{
uintx,y;
for(x=z;x>0;x--)
for(y=110;y>0;y--);
}

void display(ucharshi,ucharge) //顯示子程序
{
P2=0xbf;
P0=table[shi];
delay(10);

P2=0x7f;
P0=table[ge];
delay(10); //使用動態(tài)掃描的方法實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管顯示
}
void dis(uchari)
{ P2=0xfe;
P0=table[i];
delay(10);
}

void init( ) //初始化子程序
{
n=0;
temp=30;
TMOD=0x01; //使用定時(shí)器T0的方式1
TH0=(65536-50000)/256;
TL0=(65536-50000)%256; //定時(shí)50ms中斷一次
EA=1; //中斷總允許
ET0=1; //允許定時(shí)器T0中斷
}

void timer0( ) interrupt 1
{

TH0=(65536-50000)/256;//重新賦初值
TL0=(65536-50000)%256;
aa++; //中斷一次變量aa的值加1
if(aa==20) //中斷20次后，定時(shí)時(shí)間為20*50ms=1000ms=1s，將變量temp的值加1
{
aa=0;
temp--;
if (temp==0)
{ temp=30;
}
shi=temp%100/10;
ge=temp%10; //分離個(gè)位和十位
}
}