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1、项目3 八路抢答器的设计与仿真,3.1 工作任务3.2 理论基础3.3 工作过程3.4 能力拓展,3.1 工作任务,本项目的工作任务是设计一款用于各种竞赛抢答情景下的八路抢答器，要求以单片机为核心，设计并仿真八路抢答器，具体要求如下: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S0一S7表示。设置一个系统清除(停止)和抢答开始控制开关(开始)，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，抢答器锁存相应的编号，并在LE D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持到主持人将系统清除为止。,下一页,返回,3.1 工作任务,抢答器具
2、有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定(如10s)。当主持人启动“开始”键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5 s方右。参赛选手在设定的时间内(30s)进行抢答，抢答有效，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。如果定时时间少于5s则扬声器发出短暂报警，若定时时间到，无人抢答，则本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，显示器上显示“FF”。选手如果在主持人按开始键之前违规抢答，系统报警,LED显示违规选手号码和 FF，直到主持人按下停止键。,上一页,返回,3.2 理论基础,3.2.1键盘接口1.键盘种类及工作原理单片机应用系统中的键盘，
3、一般有独立式和行列式两种，如图3一1所示。(I)独立式键盘独立式键盘中，每个键占用一根I/0 U线，每个按键电路相对独立，如图3一1(a)所示。(2)行列式键盘行列式键盘采用行列电路结构。行列交点处通过按键相连，列线为输出口，行线为输入口，如图3-1(b)所示。,下一页,返回,3.2 理论基础,2.键盘的工作方式键盘的工作方式一般有编程扫描方式(查询方式)和中断扫描方式(中断方式)两种。(1)编程扫描方式编程扫描方式是利用CPU在完成其他工作的空余，调用键盘扫描子程序，来响应键输入要求。其主要功能有:查询是否有键按下;查询按键所在的行列位置;对所得的行号和列号译码，得到键值;去除键的抖动影响，
4、方法为:在判断有键按下后，软件延时一段时间(一般为10ms)后，判断键盘状态，如果仍为有键按下状态，则认为有一个确定的键被按下，否则按键抖动处理。(2)中断扫描方式,上一页,下一页,返回,3.2 理论基础,中断扫描方式下单片机不必查询键盘情况，只需开放键盘中断请求。当有键按下时，会请求中断，在中断服务程序中检查是哪个键按下。图3-2所示为中断方式键盘接口电路。3.键盘管理中键输入与键操作键输入处理是完成键输入甄别的操作，要检查有无键按下，有键按下时，找出是哪个键按下，以便使程序转入该键的键操作程序。因此，一个键盘管理程序应包括键输入处理程序和键操作程序两个部分。4.查询方式的键盘接口电路用80
5、C51的P1口构成一个查询方式的4 x4行列式键盘，接口电路如图3-3所示。,上一页,下一页,返回,3.2 理论基础,3.2.2 程序存储器的扩展1.扩展器件选择单片机外部程序存储器扩展大多使用EPROM器件，用作单片机外部程序存储器的EPROM器件主要是Intel公司生产的27C系列，即27 C 16,27 C32,27 C64,27 C 128,27 C256等，容量分别2KB,4KB,8KB,16KB,32KB，如图3-4所示。除27C16和27 C32为24脚外，其余为28脚。2.程序存储器EPROM的扩展方法80C51单片机为外部程序存储器扩展提供了专用的PSEN取指令控制信号，因此
6、外部程序存储器形成了独立的空间。图3-6为扩展一片程序存储器EPROM的原理电路，连接方法如下。,上一页,下一页,返回,3.2 理论基础,(1)地址线程序存储器的低8位地址线A0 A7与P0口相连，高8位地址线A8A15与P2口相连，扩展16 KB的27128只使用了P2.0P2.5。图3一5为74HC373的引脚图。(2)数据线程序存储器的8位数据线与P0口从低到高对应相连。(3)控制线程序洗通有效信号PSEN端与程序存储器的输出允许端OE相诈。27128的片洗端接地。图3-7为扩展两片27 064程序存储器的接u电路，其地址空间分别为:27064(1)为02000 H03 FFFH,27
7、064(2)为04000 H05FFFH。,上一页,下一页,返回,3.2 理论基础,3.用EEPROM的扩展电路图3一8是用2816A EEPROM的扩展电路。3.2.3 数据存储器的扩展(1)扩展器件选择单片机应用系统中并行扩展的数据存储器都使用静态随机存储器SRAM(Static Random Access Memory)，近年来一也有的使用非易失性Flash存储器。单片机应用系统中常用的SRAM有62系列6116,6264,62256,628128,628256等，存储容量分别为2KB,B KB,32 KB,128KB,512 KB等，如图3一9所示。,上一页,下一页,返回,3.2 理论
8、基础,(2)数据存储器的扩展方法数据存储器的扩展如图3一10所示，图(a)用一片62256扩展32 KB和用两片62256扩展64 KB外部数据存储器的电路。图(b)电路中因只扩展两片数据存储器，故不使用地址译码器。在单片机应用系统中，有时既需要扩展片外程序存储器，一也需要扩展片外数据存储器。这种同时需要扩展的电路如图3一11所示.3.2.4与本项目相关的指令1.变址寻址的转移指令变址寻址的转移指令，亦称散转指令。转移的日的地址由基址寄存器DPTR中的16位数和累加器A中的8位无符号偏移量之和确定。当DPTR中内容确定后，改变A的值，可以实现多分支的程序转移。,上一页,下一页,返回,3.2 理
9、论基础,该指令执行后不改变累加器A和数据指针DPTR中内容，不影响任何标志位。2.条件转移指令条件转移指令是依据某种特定条件转移的指令。条件满足时转移，否则顺序执行。其中的条件一般为前条指令执行后产生的结果，如运算结果是否为0，是否产生了进(借)位等。3.算术运算类指令加1指令所有加1指令，除INC A指令只影响奇偶标志P外，均不影响程序状态字PSW。带借位减法指令,上一页,下一页,返回,3.2 理论基础,减1指令所有减1指令，除DEC A指令只影响奇偶标志P外，均不影响程序状态字PSW。乘、除法指今4.位操作指令位操作指令是以位为操作对象进行运算和操作的指令，可以实现位的传送、运算、转移、控
10、制等，适用于位操作的地址空间是内部RAM中20H2FH字节地址(位地址00 H7FH)以及SFR区中可以位寻址的地址。位传送指令 位传送指令只允许位地址与CY间进行传送。若要实现两个位地址之间的传送，需经CY中转。,上一页,下一页,返回,3.2 理论基础,位运算指令在汇编语言中，位地址的表达方式有以下4种:a.直接位地址:如91H;b.字节符号地址点操作:如P1.0(90H);c.位符号地址:如RSO;d.用户使用伪指令事先定义过的符号地址。利用位操作指令可以方便地用软件模拟组合电路，实现以软件代替硬件。位控制转移指令,上一页,返回,3.3 工作过程,3.3.1构思学生查阅该项目相关资料，如教
11、材、参考书目、图书、网络资源等，收集秒表信息，包括八路抢答器的应用场合、发展现状、应用技术要求等;教师采用多媒体课件讲授该项目理论知识相关内容，为学生制作八路抢答器定理论基础;通过与指导教师交流，解决该项目设计和制作的疑难问题。最终完成学生工作页（如表3-1）的填写。3.3.2设计各小组集中讨论，汇总信息并整理，确定该项目的设计方案，要保证项目的可行性和可操作性。1.单片机选型2.电源、时钟电路和复位电路,下一页,返回,3.3 工作过程,3.抢答器键盘与显示模块设计抢答器的硬件电路图如图3一12所示。4.软件程序设计硬件电路确定后，软件的编程要与硬件相匹配，软硬件才能结合完成所要实现的功能。由
12、功能分析得到以下的软件结构图3-13.在本设计中包括了以下八个主要的程序:主程序，非法抢答程序，抢答时间调整程序，回答时间调整程序，倒计时程序，正常抢答处理程序，犯规处理程序，显示及发声程序。调整抢答时间流程图如图3-14，主流程图如下图3-15所示:八路抢答器仿真图如3-16。,上一页,下一页,返回,3.3 工作过程,3.3.3项目实施1.制作八路抢答器的电路板列出所需元件清单，如表3-2所示。焊接完成后，要进行硬件电路的测试。测试单片机的电源和地是否正确连接;测试单片机的时钟电路和复位电路是否正常;测试EA引脚是否与电源相连;测试LED数码管动态显示电路是否正确;测试下载界限是否正确。小组
13、反复讨论、分析并调试好单片机系统的硬件。,上一页,下一页,返回,3.3 工作过程,2.调试3.3.4 项目评价按以下几个方面对学生完成项目的整个过程进行评价，项目考核具体内容见表3-3所示。,上一页,返回,3.4 能力拓展,上述八路抢答器能够满足基本设计要求的基础上，可以考虑设计一款具有计分功能的抢答器。如:设计一个四路(八路)抢答器，如图3一17所示，LE D灯显示获得抢答权的选手，12864显示选手分数，由主持人宣布并通过按键控制开始抢答及加减分，清零分数等操作。,返回,图3一1单片机应用系统中的键盘类型,返回,图3一2中断方式键盘接口电路,返回,图3-3 80C51与4 x4键盘的接口电
14、路,返回,图3一4 27C系列EPROM DIP封装引脚,返回,图3一5 74HC373的引脚图,返回,图3一6外接27128方法,返回,图3-7扩展两片27C64程序存储器的接口电路,返回,图3一8用2816A EPROM的扩展电路,返回,图3一9 62系列SRAM的DIP封装引脚,返回,图3一10数据存储器的外围扩展,返回,(a)用一片62256扩展32KB数据存储器;(b)用两片62256扩展64KB数据存储器,图3一11同时扩展外部数据存储器和程序存储器的电路,返回,表3一1学生工作页,返回,图3一12 八路拾答器硬件电路图,返回,图3一13 软件系统结构图,返回,图3一14 调整抢答时间流程图,返回,图3一15 主程序流程图,返回,图3一16 八路抢答器protues仿真图,返回,表3-2元件清单,返回,表3-3 项目考核表,返回,图3一17抢答器参考电路图,返回,
