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1、八路抢答器的设计 Design of the Octal Responder摘要近年来，随着单片机档次的不断提高，功能的不断完善，其应用日趋成熟、应用领域日趋扩大，特别是工业测控、尖端武器和日用家电等领域更是因为有了单片机而生辉增色。单片机应用技术已成为一项新的工程应用技术。本文着重讲述单片机的发展及单片机在八路抢答器中的应用。该系统采用单片机AT89S52作为控制核心，通过运用单片机的编程语言来实现数码管的显示、抢答器的判断和扬声器的发声等功能，它的8个开关和8个LED灯分别代表8位选手，当其中一位选手按下开关时，扬声器发声，相应的LED灯亮，数码管会显示选手的号码。八路抢答器具有电路简单、
2、成本较低、操作方便、灵敏可靠等优点，具有较高的推广价值。关键词：单片机；八路抢答器；AT89S52；编程语言AbstractIn recent years, with the grade of the continuous improvement of microcontroller functions of continuous improvement, its application has matured, applications have been expanding, particularly in industrial monitoring and control, cuttin
3、g-edge weapons and household appliances such areas is because of the brilliance enriched by MCU. SCM application technology has become a new engineering application technology. In this paper, describes the development and MCU Microcontroller Octal Responder application. The system uses microcontroll
4、er AT89S52 as the control core, through the use of MCU programming language to implement the digital control display, Responder speakers sound judgments and functions, and its eight switches and eight LED lights representing the eight players, When one player pressing a switch, the speaker sound, th
5、e corresponding LED lights, digital tube displays the players number. Octal Responder a circuit is simple, low cost, easy to operate, sensitive and reliable, etc., with a high application value.Keywords: microcontroller; Octal Responder; AT89S52; programming language目录摘要IAbstractII第一章 绪论1 1.1设计的功能.1
6、1.2系统的设计.1 1.2.1 系统设计的总体思路.1 1.2.2 方案的比较.1 1.2.3 总体方案的设计.2第二章 单片机编程3 2.1单片机的定义3 2.2单片机的应用领域4 2.3单片机引脚介绍4 2.4电路版的刻制6 2.4.1 protel99电路图连线.7 2.4.2 网络表的生成.7 2.4.3 PCB的制作.8第三章 八路抢答器原理与设计9 3.1八路抢答器设计所需元件9 3.2八路抢答器原理9 3.3复位电路原理.11 3.3.1 上电复位电路原理12 3.3.2 按键复位电路原理13第四章 总结.14附录：源程序清单.15参考文献.20致谢.21第一章 绪论1.1设计
7、的功能单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。本设计通过单片机编程语言来对AT89S52下命令，驱使AT89S52来实现数码管的显示、抢答器的判断和扬声器的发声等功能。本次设计电路简单、成本较低、操作方便、灵敏可靠，既可以提高动手能力，又可以使制作者对单片机的编程有一个更深入的
8、了解。1.2系统的设计1.2.1 系统设计的总体思路实现这个8路抢答器，要考虑的主要是以下四个方面的内容：一、每个开关都有相应的号码，必须准确地将号码和开关一一对应。二、数码管的显示也要和开关一一对应，当选手按下开关后。三、要实现当选手按下开关后扬声器会作出回应。四、实现总开关的控制和复位功能。于是本设计就是以这四个部分为核心内容展开。1.2.2 方案的比较为了实现这种有自动播放歌和演奏功能的电子琴，有两种方案可供参考：方案一:系统各部分采用中小规模集成数字电路，用机械开关按钮作为控制开关，完成抢答输入信号的触发。该方案的特点是中小规模集成电路应用技术成熟，性能可靠，能方便地完成选手抢答的基本
9、功能，但是由于系统功能要求较高，所以电路连接集成电路相对较多，而且过于复杂，并且制作过程工序比较烦琐，使用不太方便。方案二:该系统采用单片机AT89S52作为控制核心，该系统可以完成运算控制、信号识别以及显示功能的实现。由于用了单片机，使其技术比较成熟，应用起来方便、简单并且单片机周围的辅助电路也比较少，便于控制和实现。整个系统具有极其灵活的可编程性，能方便地对系统进行功能的扩张和更改性。AT89S52单片机特点如下： 1 可靠性好：单片机按照工业控制要求设计，抵抗工业噪声干扰优于一般的CPU ，程序指令和数据都可以烧写在ROM许多信号通道都在同一芯片，因此可靠性高。 2 易扩充：单片机有一般
10、电脑所必须的器件，如三态双向总线，串并行的输入及输出引脚，可扩充为各种规模的微电脑系统3 控制功能强：单片机指令除了输入输出指令，逻辑判断指令外还有更丰富的条件分支跳跃指令。方案比较及其选用依据，显然方案二比方案一简单的多，不但从性能上优于方案一，而且在使用上及其功能的实现上都较方案一简洁，并且由于单片机具有优越的高集成电路性，使其工作速度更快、效率更高。另外AT89S51单片机采用12MHz的晶振，提高了信号的测量精度，并且使该系统可以通过软件改进来扩张功能。而方案一采用了中小规模集成电路，有其复杂的电路性能，从而可能会使信号的输入输出产生延时及不必要的误差。依此依据选择方案二比较适合。1.
11、2.3 总体方案的设计根据设计要求该八路抢答器能实现数码管的显示、抢答器的判断和扬声器的发声等功能，8个开关和8个LED灯分别代表8位选手，当其中一位选手按下开关时，扬声器发声，相应的LED灯亮，数码管会显示选手的号码。除此之外还有两个开关按键，一个是主持人使用的总开关，当主持人按下总开关后选手才能开始抢答；另一个是复位开关，当抢答结束后，主持人按下复位开关，所有的数据都会清零，然后再继续下一个抢答。第二章 单片机编程一台能够工作的计算机要有这样几个部份构成：中央处理单元CPU（进行运算、控制）、随机存储器RAM（数据存储）、存储器ROM（程序存储）、输入/输出设备I/O（串行口、并行输出口等
12、）。在个人计算机（PC）上这些部份被分成若干块芯片，安装在一个被称之为主板的印刷线路板上。而在单片机中，这些部份全部被做到一块集成电路芯片中了，所以就称为单片（单芯片）机，而且有一些单片机中除了上述部份外，还集成了其它部份如模拟量/数字量转换（A/D）和数字量/模拟量转换（D/A）等。 单片机凭借体积小、质量轻、价格便宜等优势，已经渗透到我们生活的各个领域：导弹的导航装置、飞机上各种仪表的控制、工业自动化过程的实时控制和数据处理、广泛使用的各种智能IC卡、民用豪华轿车的安全保障系统、录像机、摄像机、全自动洗衣机、程控玩具、电子宠物等，更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。2.1单
13、片机的定义单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）简称单片机，是大规模集成电路技术发展的产物。一般来说，单片机就是在一块芯片上集成中央处理器CPU(Central Processing United)、随机存取存储器RAM(Random Access Memory)、只读存储器ROM(Read Only Memory)、定时器/计数器、中断系统和输入输出（I/O）接口等主要功能部件的完整的数字处理系统。如果单片机再配上适当的外围设备和软件，便可构成一个单片机应用系统。单片机主要应用于测量和控制领域。在国际上，一般把单片机称为微控制器（Micro-Controller
14、）。由于单片机在应用时通常作为系统的核心部件并融入其中，即以，嵌入式的方式被使用，故也将单片机称为嵌入式微控制器（Embedded Micro-Controller）。 单片机具有体积小、重量轻、功耗低、功能强、价格便宜、使用灵活、可靠性高、控制功能强等优点，在计算机应用领域中发挥着极其重要的作用。2.2 单片机的应用领域单片机有着极为广泛的应用领域，主要应用于：1、 测控系统中的应用，这是最重要的应用领域。在工业控制中，由于环境恶劣，各种干扰大，而且往往要求实时控制，故单片机要能很好地保证控制系统工作稳定、可靠性好、抗干扰能力强。如高温炉恒温控制、电镀生产线自动控制等；2、 智能仪器仪表中的
15、应用，使得仪器仪表数字化、智能化、微型化、并使监测、处理、控制等功能一体华，使仪表体积大大减小，便于携带，同时降低了成本，提高了性能价格比。如数字温湿度检测仪、计时器等;3、 实时过程控制中的应用，用单片机进行实时数据处理和控制，可使系统保持最佳工作状态，提高系统的工作效率和产品质量。如工厂流水线的智能化管理、航空航天的实时控制系统等；4、 电器产品中的应用。单片机除了以上各方面的应用，它还广泛应用于办公自动化、商业营销、计算机外部设备、模糊控制、汽车以及宇航等各领域中。单片机的应用从根本上改变了控制系统中的传统的设计思想和设计方法，单片机通过软件方法成功实现了以住硬件电路的大部分控制功能。在
16、自动控制中，单片机实现了智能化的数字计算控制、模糊控制和自适应控制，这种以软件取代硬件并能提高系统性能的控制技术称这微控制技术。随着单片机应用的深入和扩大，微控制技术也将不断发展和完善。2.3 AT89S52单片机引脚介绍单片机有40只脚，如图所示1、电源引脚。外接单片机的工作电源，VCC(40脚)接+5V电源；VSS（20脚）接地。2、时钟引脚。XTAL1、XTAL2（19脚、18脚）接振荡电路的输入和输出端。3、输入/输出口引脚。P0.0P0.7(P0口)，8位双向三态I/O口；P1.0P1.7(P1口)，P2.0P2.7(P2口)，P3.0P3.7(P3口)，8位准双向I/O口。4、EA
17、/VPP(31脚).EA为内外ROM选择控制端；VPP（第二功能）为编程用高压输入端。5、 ALE/PROG(30脚)。ALE为地址锁存控制信号输出端；PROG (第二功能)为编程脉冲输入端。6、 PSEN (29脚)。PSEN 为外部ROM选择控制端。7、 RST/VPD（9脚）。RST为复位信号输入端，高电平有效；VPD（第二功能）为备用电源输入端。8、 并行输入输出口第二功能。P1口的第二功能体现在P1.5，P1.6，P1.7主要用于ISP； P3口的第二功能是作为单片机的重要控制信号，在实际使用时，都是优先选择其第二功能的，剩余口作为一般口线使用。2.4 电路板的刻制电路板的刻制是通过
18、Protel 99软件来实现的。Protel 99采用全新的管理方式，即数据库的管理方式。Protel 99 是在桌面环境下第一个以独特的设计管理和团队合作技术为核心的全方位的印制板设计系统。所有Protel99设计文件都被存储在唯一的综合设计数据库中，并显示在唯一的综合设计编辑窗口。 Protel 99软件沿袭了Protel以前版本方便易学的特点，内部界面与Protel 98大体相同，新增加了一些功能模块。Protel公司引进了德国INCASES公司的先进技术，在Protel99中集成了信号完整性工具，精确的模型和板分析，帮助你在设计周期里利用信号完整性分析可获得一次性成功和消除盲目性。Pr
19、otel99容易使用的特性就是新的“这是什么” 帮助。按下任何对话框右上角的小问号，然后选择你所要的信息。现在可以很快地看到特性的功能，然后用到设计中，按下状态栏末端的按钮，使用自然语言帮助顾问。 2.4.1 Protel 99电路图的连线确定起始点和终止点，Protel99就会自动地在原理图上连线，从菜单上选择Place/Wir e后，按空格键切换连线方式，自动连线、任意角度、45连线、90连线，使得设计 者在设计时更加轻松自如。只要简单地定义AutoWire方式。自动连线可以从原理图的任 何一点进行，不一定要从管脚到管脚。如图就是本次设计的电路图之一。图（1）2.4.2 网络表的生成网络表
20、是生成pcb是的一个条件检测表格，看看你的sch 是否可以生成pcb。主要包含各元件的封装 名字 大小等基本属性 都是pcb所需要的 一些相对的高手可以不用画原理图而通过直接编写网络表来生成pcb 省去了很多功夫 不过错误是很容易出现的。以下是以下是八路抢答器的一部份网络表。图（2）2.4.3 PCB的制作PCB是英文“Printed Circuit Board”的缩写，直译就是印制电路板的意思。 其含义是：以绝缘材料为基板加工成一定尺寸的板，上面至少有一个导电图形及所设计好的孔，以实现电子元器件之间的电气连接，这样的板称为印制电路板。PCB几乎会出现在每一种电子设备当中。如果在某样设备中有电
21、子零件，那么它们也都是镶在大小各异的PCB上。除了固定各种小零件外，PCB的主要功能是提供上头各项零件的相互电气连接。随着电子设备越来越复杂，需要的零件越来越多，PCB上头的线路与零件也越来越密集了.标准的PCB长得就像这样-电脑主板。板子本身的基板是由绝缘隔热、并不易弯曲的材质所制作成。在表面可以看到的细小 线路材料是铜箔，原本铜箔是覆盖在整个板子上的，而在制造过程中部份被蚀刻处理掉，留下来的部份就变成网状的细小线路了。这些线路被称作导线（conductor pattern）或称布线，并用来提供PCB上零件的电路连接。以下是八路抢答器的PCB图。图（3）第三章 八路抢答器原理与设计3.1八路
22、抢答器设计所需元件（1）集成电路：AT89S52 、MC7805T（2）电阻：1k3只、10 k排阻3只、10 k1只（3）电容：30pf2只、104陶瓷电容2只、100uf2只、10uf1只（4）晶体管：9014三极管8只、发光二极管9只（5）其它：扬声器1只、12M晶振1只、开关10只、数码管1个3.2八路抢答器原理抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S0 S7表示。设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保
23、持到主持人将系统清除为止。以下是控制框图图（4）图（5）是八路抢答器的电路图，其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到清除状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置?quot;开始状态，宣布开始抢答器工作。定时器倒计时，扬声器给出声响提示。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答。如果再次抢答必须由主持人再次操作清除和开始状态开关。图（5）3.3 复位电路原理当AT89S52单片机的复位引脚RST(全称RESET)出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位。如果RST持续为高
24、电平，单片机就处于循环复位状态。根据应用的要求，复位通常有两种基本形式：上电复位和上电或开关复位。8051的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，如图6。此外，RESET/Vpd还是一复用脚，VCC掉电期间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部RAM的数据不丢失。 图（6）任何单片机在工作之前都要有个复位的过程，复位是什么意思呢？它就象是我们上课之前打的预备铃。预备铃一响，大家就自动地从操场、其它地方进入教室了，在这一段时间里，是没有老师干预的，对单片机来说，是程序还没有开始执行，是在做准备工作。显然，准备工作不需要太长的时间，复位只需要5ms的时间就能了。如何进行复位呢？只要在单片机的R
25、ST管脚上加上高电平，就能了，按上面所说，时间不少于5ms。3.3.1 上电复位电路原理典型复位电路如图8(a)所示，其中的阻容值是原始手册中提供的。在经历了一系列延时之后，单片机才开始按照时钟源的工作频率，进入到正常的程序运行状态。从图7所示的实测曲线中可以同时看到4条曲线：VDD、Vrst、XTAL2和ALE。在电源电压以及振荡器输出信号稳定之后，又等待了一段较长的延时才释放RST信号，使得CPU脱离复位锁定状态；而RST信号一旦被释放，立刻在ALE引脚上就可检测到持续的脉冲信号。图（7）图（8）由于标准80C51的复位逻辑相对简单，复位源只有RST一个(相对新型单片机来说，复位源比较单一
26、)，因此各种原因所导致的复位活动以及复位状态的进入，都要依靠在外接引脚RST上施加一定时间宽度的高电平信号来实现。 标准80C5l不仅复位源比较单一，而且还没有设计内部上电复位的延时功能，因此必须借助于外接阻容支路来增加延时环节，如图7(a)所示。其实，外接电阻R还是可以省略的，理由是一些CMOS单片机芯片内部存在一个现成的下拉电阻Rrst。例如，AT89系列的Rrst阻值约为50200k；P89V51Rx2系列的Rrst阻值约为40225 k。因此，在图7(a)基础上，上电复位延时电路还可以精简为图7(b)所示的简化电路(其中电容C的容量也相应减小了)。3.3.2 按键手动复位电路原理除了上
27、电复位外，有时还需要按键手动复位。本设计就是用的按键手动复位。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中电平复位是通过RST端经电阻与电源Vcc接通而实现的。按键手动复位电路见图。时钟频率选用12MHZ时，C取22uF,Rs取200，RK取1K。图（9）第四章 总结在设计之前，参考了许多相关的资料，从网络上下载了原理图。在设计中又参考了以前讲过的四路抢答器的原理图，有了基本的思路。但着手设计时，又出现了许多未预料到的问题：1、画电路图时，有些元件在元件库里找不到，这时得自己画一个元件，并在电路图中调用。2、在布置PCB前，得对元件进行封装，所以必须熟悉每个元件的封装，还要记得生成网络表，对网络
28、表中的每一个元件都要认真核对，若网络表出错，就做不成PCB了，所以网络表的准确性是很重要的。3、在Protel 99软件中布置PCB时，元件布置合不合理直接关系到成品的制作，所以在布置元件时得参考其它PCB的布置，做出最好的布置方案，力求做到元件布置合理和布线最少。4、在PCB板的刻制过程中，因没有经验，第一块板并没有刻穿，以致浪费了一块PCB板，在吸取了第一块板的教训后，刻第二块板时，加深了刻制的厚度，顺利地完成了PCB板的刻制。5、在焊接元件时，因没考虑周全，导致发光二极管的排布太密，不过通过人工修改后，还是顺利的完成了焊接。6、焊接完成后，需要用万用表检查电路，结果发现有短路现象，甚至烧
29、坏了一个数码管，在经认真检查后终于发现短路的地方，并解决了问题。本次设计运用了Protel 99软件来完成PCB板的刻制，因而加深了对Protel 99软件的使用和了解。运用自己对单片机的认识来实现八路抢答器的功能，不仅提高了动手能力，还充分发挥了团队的合作和协调能力。在设计过程中，遇到困难时，与队友认真地检查，找出问题并加以解决，这一过程使我们都变得更耐心和细心。通过这次八路抢答器的设计，我发现了以往学习中的许多不足，也让我掌握了以往许多掌握的不太牢的知识，感觉学到了很多东西。附录：源程序清单;- ;文件名称：SENSOR.ASM ;程序功能: 抢答器 ;-;- 程序初始化 -;引脚定义-L
30、ED EQU 80HDISP EQU 0A0HK1 BIT P1.0K2 BIT P1.1K3 BIT P1.2K4 BIT P1.3K5 BIT P1.4K6 BIT P1.5K7 BIT P1.6K8 BIT P1.7KQD BIT P3.3SPK BIT P3.7PD BIT 20H;程序开始执行地址 -ORG 00HLJMP STARTORG 13HLJMP QD;- 初始化程序 -ORG 30HSTART:SETB EASETB EX1CLR EX0SETB IT1MOV DISP,#00HMOV LED,#00HACALL TSMOV R5,#5ACALL DELAY10MS_R5
31、ACALL TSSETB SPKJMP MAIN;- 主程序-MAIN:MOV R3,#00HSETB PDLOOP:ACALL KJCACALL LED_DISPINC R3CJNE R3,#9,LOOPJMP MAIN;-抢答程序-QD:CLR PDMOV LED,#0FFHMOV DISP,#00HACALL TSACALL TSCLR PDLOOP1:ACALL KJCJMP LOOP1;-显示程序-LED_DISP:MOV DPTR,#TABLE1MOV A,R3MOVC A,A+DPTRMOV DISP, AMOV DPTR,#TABLE2MOV A,R3MOVC A,A+DPTR
32、MOV LED,AMOV R5,#15ACALL DELAY10MS_R5RET;-判断程序-KJC:D1:JB K1,D2MOV R5,#1ACALL DELAY10MS_R5JB K1,D2MOV R3,#1ACALL RESPD2:JB K2,D3MOV R5,#1ACALL DELAY10MS_R5JB K2,D3MOV R3,#2ACALL RESPD3:JB K3,D4MOV R5,#1ACALL DELAY10MS_R5JB K3,D4MOV R3,#3ACALL RESPD4:JB K4,D5MOV R5,#1ACALL DELAY10MS_R5JB K4,D5MOV R3,#
33、4ACALL RESPD5:JB K5,D6MOV R5,#1ACALL DELAY10MS_R5JB K5,D6MOV R3,#5ACALL RESPD6:JB K6,D7MOV R5,#1待添加的隐藏文字内容2ACALL DELAY10MS_R5JB K6,D7MOV R3,#6ACALL RESPD7:JB K7,D8MOV R5,#1ACALL DELAY10MS_R5JB K7,D8MOV R3,#7ACALL RESPD8:JB K8,NEXTMOV R5,#1ACALL DELAY10MS_R5JB K8,NEXTMOV R3,#8ACALL RESPNEXT:RET;-响应程序
34、-RESP:MOV 22H,#3MOV A,R3MOV DPTR,#TABLE1MOVC A,A+DPTRMOV DISP,AMOV A,R3MOV DPTR,#TABLE2MOVC A,A+DPTRMOV LED,AJB PD ,TDACALL TSACALL TSJMP RESP2TD:CLR SPKRESP2:CLR AMOV LED, AMOV DISP, AMOV R5,#30ACALL DELAY10MS_R5MOV A,R3MOV DPTR,#TABLE1MOVC A,A+DPTRMOV DISP,AMOV A,R3MOV DPTR,#TABLE2MOVC A,A+DPTRMOV
35、 LED,AMOV R5,#30ACALL DELAY10MS_R5DJNZ 22H,RESP2JMP $;-字型数据编码表-TABLE1:DB 3FH 06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FHTABLE2:DB 00H,01H,02H,04H,08H,10H,20H,40H,80H;-发声程序-TS:MOV R4,#250MOV R5,#5B1:MOV R7,#50L1:NOPNOPDJNZ R7,L1CPL SPKL2:DJNZ R4,B1DJNZ R5,B1SETB SPKRET;-延时程序-DELAY10MS_R5:DLY1:MOV R7,#100DLY2:MOV
36、 R6,#50DJNZ R6,$DJNZ R7,DLY2DJNZ R5,DLY1RETEND参考文献1袁杰，张伟豪,莫晏光. 单片机原理与接口技术 .上海：上海交通大学出版社，2008年（第一版）2王廷才.电子线路CAD Protel 99 SE. 北京：机械工业出版社，2009年（第一版）3杨志忠,卫桦林. 数字电子技术. 北京：高等教育出版社，2003年,(第二版)4王秀英，唐民丽，李国彬，王丹,徐国芹.电工基础. 西安：西安电子科技大学出版社，2004年（第一版）5胡宴如,耿苏燕.模拟电子技术. 北京：高等教育出版社，2004年（第二版）6朱一纶.电子技术专业英语. 北京：电子工业出版社，2009年（第三版）
