單片機課程設計-四路搶答器的設計與實現(xiàn)

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文檔簡介

1、　　課程設計報告　　課程設計名稱：單片機系統(tǒng)綜合課程設計　　課程設計題目：四路搶答器的設計與實現(xiàn)　　院（系）：計算機學院　　專業(yè)：　　班

2、級：　　學號：　　姓名：　　指導教師： 　　完成日期：

3、　　目錄　　第1章總體設計方案1　　1.1 設計原理1　　1.2 設計思路1　　1.3 實驗環(huán)境2　　第2章詳細設計方案3

4、;　　2.1 硬件電路設計3　　2.2 主程序設計6　　2.2 功能模塊的設計與實現(xiàn)7　　第3章結(jié)果測試及分析12　　3.1 結(jié)果測試12　　3.2 結(jié)果分析12

5、　　參考文獻13　　附錄14　?、裨闯绦?4　?、蛑饕骷鍐?2　　Ⅲ電路圖23

6、;　　第1章總體設計方案　　1.1 設計原理　　根據(jù)課程設計任務書的內(nèi)容與要求，要實現(xiàn)四路搶答器的設計。主持人按下?lián)尨痖_始開關(guān)，數(shù)碼管從10s開始倒計時，此時選手可以搶答，相應的LED亮，單數(shù)碼管顯示其選手號，雙數(shù)碼管從30s開始進行答題倒計時，答題時間到則單數(shù)碼管閃

7、爍顯示選手號5次，再回到初始狀態(tài)，若時間到但沒有人搶答則回到初始狀態(tài)（所有燈滅，檢測主持鍵是否按下）。若主持人尚在念題還未按下?lián)尨痖_始開關(guān)，某選手違規(guī)搶答，則單數(shù)碼管閃爍顯示其選手號5次后回到初始狀態(tài)。一共設置六個開關(guān)，用按鍵開關(guān)輸入搶答信號，經(jīng)單片機的處理，輸出控制信號。硬件部分主要由單片機8031、數(shù)碼管、按鍵開關(guān)、LED小燈和若干導線組成。　　1.2 設計思路<

8、/b>　　采用C語言程序設計結(jié)合硬件電路設計方法，利用偉福Lab6000實驗箱上已有芯片8031來實現(xiàn)四路搶答器的設計，其中包括主持人按鍵及各功能鍵的設計、觸發(fā)中斷定時、數(shù)碼管動態(tài)顯示、相應的LED燈亮滅的情況。　?。?）提出方案　　首先，設置一個主持人按鍵開關(guān)，當主持

9、人按下開始鍵后，觸發(fā)定時器T0進行10s搶答倒計時，若有選手按下?lián)尨疰I則觸發(fā)定時器T1進行30s答題倒計時。同時，與選手相對應的LED燈亮、數(shù)碼管顯示選手號；若30s內(nèi)選手沒有答題完畢，則數(shù)碼管閃爍其選手號5次。其次，若10秒內(nèi)沒有選手按下?lián)尨鹌?，則回到初始狀態(tài)，進行下一題搶答。最后，若主持人沒有按下開始鍵就有選手按下?lián)尨疰I，則數(shù)碼管將會閃爍顯示其選手號5次后回到初始狀態(tài)。

10、（2）方案論證　　四路搶答器設計的方案論證如下：　　首先，設計6個按鍵，分別為主持人開始鍵start、清零鍵clear，選手搶答鍵key1~key4，6個按鍵分別接在8031的P0.0~ P0.５處。只有主持人按下start鍵后才可以開始搶答，否則屬于違規(guī)搶答。clear鍵是選手在30秒內(nèi)答題結(jié)束，主持按下clear鍵，系統(tǒng)自動回到

11、初始狀態(tài)。 　　其次，將8031的P3.0~ P3.3口分別連接4個LED小燈，當有選手按下?lián)尨疰I時與其相對應的LED小燈亮（初始狀態(tài)時4個LED燈是熄滅狀態(tài)）。　　再次，使用8031，將其內(nèi)部的定時器T0設置為10秒倒計時，當主持人按下開始鍵后立即啟動定時器T0；并將定時器T1設置為30秒倒計時，若有選手按下?lián)尨疰I后立即啟動定時器T1，開始30秒答題倒

12、計時。　　最后，將8031的片選端CS連接到數(shù)碼管的LED/CS/端，最右端的雙數(shù)碼管用來顯示倒計時時間，右端起第三個數(shù)碼管顯示選手號。當若有選手違規(guī)搶答，則單數(shù)碼管會閃爍其選手號5次；若選手在30秒內(nèi)沒有答題結(jié)束，則單數(shù)碼管也會閃爍其選手號5次。　　如果10秒定時時間已到，沒有人搶答，表示本次搶答無效，系統(tǒng)將會自動恢復到初始狀態(tài)，繼續(xù)進行新一輪答題。并

13、且該設計使用8031單片機作為控制系統(tǒng)核心。可以實現(xiàn)信號識別，控制以及在數(shù)碼管上顯示結(jié)果等功能。　　四路搶答器的設計，由芯片初始化模塊、按鍵模塊、計時模塊、顯示模塊四部分組成，按鍵模塊和顯示模塊通過若干導線與控制模塊相連接。當主持人宣布搶答開始的時候，按下開始按鍵，此時系統(tǒng)進入搶答狀態(tài)，若選手按下?lián)尨疰I，相應的信息送往單片機，再由單片機輸出到顯示數(shù)碼管上。第一個按下?lián)尨鸢存I的選手信息，經(jīng)過單片機

14、的控制，在數(shù)碼管上顯示相應的號碼，并鎖存，同時禁止其他選手按鍵的輸入。　　1.3 實驗環(huán)境　　·硬件環(huán)境：偉福Lab6000實驗箱，PC機。　　·軟件環(huán)境：WAVE6000應用軟件。　　第2章詳細設計方案&l

15、t;/p>　　2.1 硬件電路設計　?。?）按鍵電路的設計　　開關(guān)電路共設置了6個按鍵，分別與8031的P1.0-P1.5相連。初始狀態(tài)時開關(guān)都接低電平，按下按鍵時向單片機輸入高電平信號。按鍵電路圖如圖2.1所示。　　圖2.1 按鍵電路圖

16、?。?）8031電路的設計　　8031的EA端接電源，X1、X2端接晶振電路，RESET端接復位電路。8031電路圖如圖2.2所示：　　圖2.2 8031電路圖　?。?）LED燈電路的設計　　74LS245的15-18引腳分別與8031的12-15引腳相連，初始狀態(tài)所有

17、的LED小燈是熄滅狀態(tài)。當有選手搶答成功時，與其相對應的LED燈會點亮。LED燈電路圖如圖2.3所示：　　圖2.3 LED燈電路圖　?。?）數(shù)碼管顯示電路的設計　　數(shù)碼管顯示電路首先送入OUT_BIT位選信號，讓后送入OUT_SEG段碼數(shù)據(jù)信號，這時數(shù)碼管上就會顯示出選手號和相應的計時時間。數(shù)碼管顯示電路圖如圖

18、2.4所示：　　圖2.4 數(shù)碼管顯示電路圖　?。?）譯碼、鎖存電路的設計　　74LS373鎖存器的D0-D7引腳分別與8031的P0.0-P0.7引腳相連，8031的P2.4—-P2.7分別與74LS138譯碼器的1-3引腳相連。74LS373鎖存器和74LS138譯碼器將信號鎖存和譯碼后將其送到數(shù)碼管顯示電路

19、中去。譯碼、鎖存電路圖如圖2.5所示：　　圖2.5 譯碼、鎖存電路圖　　2.2 主程序設計　　主持人讀完題目后，按下start鍵，此時啟動定時器T0，開始10秒倒計時。若在10秒鐘內(nèi)有選手搶答則立即啟動定時器T1，開始30秒答題倒計時。30秒內(nèi)答題結(jié)束那么主持人按下clear鍵回到初始狀態(tài)進行下一輪答題；若1

20、0秒內(nèi)無人搶答則系統(tǒng)回到初始狀態(tài)行下一輪答題；若主持人沒有按start鍵，有選手搶答則數(shù)碼管閃爍其選手號5次后回到初始狀態(tài)行下一輪答題；若選手在30秒內(nèi)沒有答題結(jié)束，則數(shù)碼管會閃爍其選手號5次后回到初始狀態(tài)行下一輪答題。主程序流程圖如圖2.6所示。　　圖2.6 主程序流程圖　　2.2 功能模塊的設計與實現(xiàn)

21、對8031中的定時器T0、T1進行初始化。利用開關(guān)向8031輸入高低電平信號，單片機對信號進行處理，控制LED燈亮滅，同時觸發(fā)各定時器來實現(xiàn)計時功能，利用數(shù)碼管進行顯示，將計時時間和選手號碼顯示在七段數(shù)碼管上。　　（1）芯片初始化模塊的設計與實現(xiàn)　　對8031中的定時器T0、T1進行初始化，選擇定時器T0和T1的工作方式為方式1，初值設置為0X3C、0X

22、B0。芯片初始化模塊流程圖如圖2.7所示：　　圖2.7 芯片初始化模塊流程圖　　（2）按鍵模塊的設計與實現(xiàn)　　設置6個按鍵，分別為開始鍵、清零鍵以及四個選手按鍵，只有當主持人按下開始鍵時，才允許選手按下?lián)尨疰I；如果主持人尚在念題并沒有按下開始鍵就有選手按下?lián)尨疰I，則視為違規(guī)操作；清零鍵將所有信息清零，回到初始狀

23、態(tài)。按鍵模塊流程圖如圖2.8所示：　　圖2.8 按鍵模塊流程圖　?。?）計時模塊的設計與實現(xiàn)　　主持人按下開始鍵后，立即啟動定時器T0，開始10秒搶答倒計時；在10秒內(nèi)有選手按下?lián)尨疰I，立即啟動定時器T1，開始30秒答題倒計時。若10秒內(nèi)無人搶答，則回到初始狀態(tài)；若主持人沒有按下開始鍵有選手按下?lián)尨疰I則表示選手

24、違規(guī)操作，數(shù)碼管閃爍其選手號5次；若30秒內(nèi)沒有結(jié)束答題則數(shù)碼管也會閃爍選手號5次；并且搶答成功是與選手相對應的LED燈。計時模塊流程圖如圖2.9所示： 　　圖2.9 計時模塊流程圖　?。?）顯示模塊的設計與實現(xiàn)　　將8031的片選端CS連接到數(shù)碼管的LED/CS/端，利用七段共陰數(shù)碼管對定時器產(chǎn)生的信息進行顯

25、示。最右端的雙數(shù)碼管用來顯示倒計時時間，右端起第三個數(shù)碼管顯示選手號。首先進行位選，選通后，通過段選送入段碼數(shù)據(jù)。顯示模塊流程圖如圖2.10所示：　　圖2.10 顯示模塊流程圖　　第3章結(jié)果測試及分析　　3.1 結(jié)果測試 <

26、/p>　　首先，當主持人念題結(jié)束，主持人會按下開始鍵，此時可以看到最右端的雙數(shù)碼管開始從10秒倒計時（若10秒內(nèi)無人搶答，則會到初始狀態(tài)，進行下一題的搶答），這時四位選手可以開始進行搶答。假如2號選手最先按下?lián)尨疰I，則最右端起第三個數(shù)碼管會一直顯示其選手號為2，并且與2號選手相對應的LED2小燈會點亮，與此同時最右端的雙數(shù)碼管開始了30秒鐘的答題倒計時（在這30秒內(nèi)，即使除2號選手的其他選手按鍵，系統(tǒng)也不會做

27、任何處理）；當2號選手在30秒內(nèi)答題結(jié)束，主持人會按下清零鍵，這時LED2會熄滅，同時數(shù)碼管會全部清零回到初始狀態(tài)。其次，若主持人尚在念題中，沒有按下開始鍵時，假如這時3號選手按下了搶答鍵，則單數(shù)碼管會閃爍其選手號5次后，系統(tǒng)自動回到初始狀態(tài)。最后，若2號選手在30秒內(nèi)沒有結(jié)束答題，則單數(shù)碼管會閃爍5次其選手號來提示其答題時間已到，請結(jié)束答題，提示結(jié)束后系統(tǒng)自動回到初始狀態(tài)，等待下一輪答題。&l

28、t;b>　　3.2 結(jié)果分析　　對于上述的運行結(jié)果和操作過程，達到了課程設計任務書中的要求。所有選手按鍵與主持按鍵都是鍵盤輸入，數(shù)碼管和LED小燈也能夠完全的顯示出準確的信息。并且系統(tǒng)可以循環(huán)的執(zhí)行，只有將系統(tǒng)關(guān)閉方可停止執(zhí)行。計時時間設計的也是十分精確，誤差相對很小，并且系統(tǒng)的可靠性十分高，不會出現(xiàn)錯誤。出現(xiàn)違規(guī)操作時，系統(tǒng)能夠十分準確的進行信息提示。所有的顯示都通

29、過LED燈和數(shù)碼管顯示，看起來很直觀、清晰，程序?qū)崿F(xiàn)了任務上的所有要求，達到了本次課設要求。　　參考文獻　　[1] 譚浩強.C語言程序設計[M].北京:清華大學出版社,2005　　[2] 王敬華林萍張清國[M].C語言程序設計教程.北京:清華大學出版社,2005</

30、p>　　[3]龔尚福.微機原理與接口技術(shù) [M]. 西安:西安電子科技大學出版社,2003　　[4]王中民.微型計算機原理 [M]. 西安:西安電子科技大學出版社,2003　　[5]何立民.單片機與嵌入式系統(tǒng)應用 [M]. 北京:北京航空航天大學出版社,2010　　[6]武雅麗.C語言

31、程序設計 [M]. 北京:清華大學出版社,2007　　[7]陳玉梅.全國大學生電子設計競賽獲獎作品匯編 [M]. 北京:北京理工大學出版社,2004　　附錄　　Ⅰ源程序　　#include&

32、lt;reg51.h>　　#define uchar unsigned char　　#define uint unsigned int　　xdata unsigned char OUTBIT _at_ 0X8002;　　xdata unsigned char OUT

33、SEG _at_ 0X8004;　　uchar tabseg[]={0X3F,0X06,0X5B,0X4F,0X66,0X6D,0X7D,0X07,0X7F,0X6F,0X00};　　//定義段碼　　uchar tabbit[]={1,2,4,8,16,32}; //選位&

34、lt;/p>　　uchar Sec1=30,Sec0=10,j=0,s=0;　　sbit start=P1^0;//開始鍵　　sbit key1=P1^1;　　sbit key2=P1^2;　　sbit key3=P1^3;</p&g

35、t;　　sbit key4=P1^4;//key1到key4為選手按鍵　　sbit clear=P1^5; //清零鍵　　sbit aa=P3^0; //LED小燈　　sbit bb=P3^1;　　sbit cc=P3^2;<

36、/p>　　sbit dd=P3^3;　　void delay() //延時子函數(shù)　　{　　uint k;　　for(k=0;k<125;k++);<

37、/p>　　}　　void delays()　　{ uint n;　　for(n=0;n<125;n++)　　delay();<p&

38、gt;　　}　　void Print(int a,int b) //數(shù)碼管顯示子函數(shù)　　{　　OUTBIT=tabbit[a];　　OUTSEG=tabseg[b];

39、;　　delay();　　}　　void System_Init(void) //初始化子函數(shù)　　{　　TMOD=0X11;<

40、;/p>　　TH0=0X3C;　　TL0=0XB0;　　TH1=0X3C;　　TL1=0XB0;<p&g

41、t;　　EA=1;//中斷控制寄存器IE　　ET0=1;　　ET1=1;　　}　　void Timer1(void) interrupt 3 //定時器1

42、中斷服務子函數(shù)　　{　　TH1=0X3C;　　TL1=0XB0;　　j++;&

43、lt;b>　　if(j==10)　　{　　j=0;　　Sec1--;　　}

44、　　}　　void Timer0(void) interrupt 1 //定時器0中斷服務子函數(shù)　　{　　TH0=0X3C;<

45、;b>　　TL0=0XB0;　　j++;　　if(j==10)　　{　　j=0;</p&

46、gt;　　Sec0--;　　}　　}　　void clr() //清零函數(shù)　　{</p

47、>　　Print(0,0);　　Print(1,0);　　Print(2,0);　　aa=0;bb=0;cc=0;dd=0；　　}　　int player()

48、 //判斷搶答選手號函數(shù)　　{　　if(key1==1&key2==0&key3==0&key4==0)　　{　　Print(2,1);<p

49、>　　TR0=0;　　s=1;　　aa=1;　　return 1;　　}&l

50、t;/p>　　if(key1==0&key2==1&key3==0&key4==0)　　{　　Print(2,2);　　TR0=0;<b&

51、gt;　　s=2;　　bb=1;　　return 1;　　}　　if(key1==0&key2==0&key3==1&am

52、p;key4==0)　　{　　Print(2,3);　　TR0=0;　　s=3;　　cc=1;&l

53、t;/b>　　return 1;　　}　　if(key1==0&key2==0&key3==0&key4==1)　　{</

54、p>　　Print(2,4);　　TR0=0;　　s=4;　　dd=1;　　return 1;

55、;　　}　　return 0;　　}　　void jishi() //計時函數(shù)　　{</

56、b>　　uchar i=0,j,t=0;　　while(i!=1)　　{　　TR1=0;//啟動定時器0　　TR0=1;&l

57、t;p>　　Print(0,Sec0%10);　　Print(1,Sec0/10);　　i=player();　　if(Sec0==0)　　{　　TR0=0;</

58、b>　　clr();　　t=1;　　break;　　}

59、　　}　　while(i==1)　　{　　TR1=1;　　if(clear==1)　　{i=0;t=1;}&l

60、t;p>　　if(Sec1==0)　　{　　i=0;　　TR1=0;　　}

61、;　　Print(0,Sec1%10);　　Print(1,Sec1/10);　　Print(2,s);　　}　　if(t==0)　　for(j=0;j&

62、lt;5;j++)　　{　　Print(2,s);　　delays();　　Print(2,10);　　delays();</b&

63、gt;　　}　　clr();　　}　　void weigui() //違規(guī)函數(shù)　　{ uint j;<

64、;/p>　　if(key1==1&key2==0&key3==0&key4==0)　　{　　for(j=0;j<5;j++)　　{　　Pr

65、int(2,1);　　delays();　　Print(2,10);　　delays();　　}

66、　}　　if(key1==0&key2==1&key3==0&key4==0)　　{　　for(j=0;j<5;j++)　　{

67、　　Print(2,2);　　delays();　　Print(2,10);　　delays();　　}<

68、p>　　}　　if(key1==0&key2==0&key3==1&key4==0)　　{　　for(j=0;j<5;j++)　　{</

69、b>　　Print(2,3);　　delays();　　Print(2,10);　　delays();　　}&

70、lt;/p>　　}　　if(key1==0&key2==0&key3==0&key4==1)　　{　　for(j=0;j<5;j++)&l

71、t;b>　　{　　Print(2,4);　　delays();　　Print(2,10);　　delays();

72、;　　}　　}　　clr();　　}　　void main(void) //主函數(shù)&l

73、t;b>　　{　　System_Init();　　aa=0;bb=0;cc=0;dd=0;　　while(1)　　{　　if(s

74、tart==1)　　{　　jishi();　　}　　else

75、　　weigui();　　clr();　　Sec0=10;　　Sec1=30;　　}</p&g

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