【正文】 畢 業(yè) 設 計（論 文）題 目： 基于51單片機的搶答器設計 院 （系）： 專 業(yè)： 班 級： 學生姓名： 　 導師姓名： 職稱： 目 錄第一章 搶答器的概述 系統(tǒng)設計的功能 搶答器需求分析 搶答器的工作原理第二章 單片機的功能簡介 89系列單片機的概述 AT89S51的功能 TA89S51特殊功能寄存器 AT89S51單片機的內部結構第三節(jié) 硬件電路的設計 總電路原理 時鐘頻率電路的設計 復位電路的設計 復位電路的可靠性設計 人工復位 顯示電路的設計 控制電路的實現(xiàn) 發(fā)聲 系統(tǒng)復位第四章 軟件設計 軟件任務分析 顯示子程序的設計 定時器T0、T1中斷服務程序的設計 搶答器處理程序的設計 主程序及分析第五章 元器件及焊接調試第六章 設計小結致謝參考文獻摘 要隨著科學技術的發(fā)展和普及，各種各樣的競賽越來越多，其中搶答器的作用也就顯而易見。目前很多搶答器基本上采用小規(guī)模數(shù)字集成電路設計，使用起來不夠理想。因此設計一更易于使用和區(qū)分度高的搶答器成了非常迫切的任務?，F(xiàn)在單片機已進入各個領域，以其功耗小、智能化而著稱，所以若利用單片機來設計搶答器，本文設計出以AT89S51單片機為核心的八路搶答器。我們采用了數(shù)字顯示器直接指示，自動鎖存顯示結果，并自動復位的設計思想,它能根據(jù)不同的搶答輸入信號，經(jīng)過單片機的控制處理并產(chǎn)生不同的與輸入信號相對應的輸出信號，最后通過LED數(shù)碼管顯示相應的路數(shù)，即使兩組的搶答時間相差幾微秒，也可分辨出是哪組優(yōu)先按下的按鍵，它充分利用了單片機系統(tǒng)的優(yōu)點，具有結構簡單、功能強大、可靠性好、實用性強的特點。本設計是以八路搶答為基本理念。考慮到依需設定限時回答的功能，利用89S51單片機及外圍接口實現(xiàn)的搶答系統(tǒng)，利用單片機的定時器/計數(shù)器定時和記數(shù)的原理，將軟、硬件有機地結合起來，使得系統(tǒng)能夠正確地進行計時，同時使數(shù)碼管能夠正確地顯示時間。用開關做鍵盤輸出，揚聲器發(fā)生提示。同時系統(tǒng)能夠實現(xiàn)：在搶答中，只有開始后搶答才有效，如果在開始搶答前搶答為無效；滿時后系統(tǒng)計時自動復位及主控強制復位；按鍵鎖定，在有效狀態(tài)下，按鍵無效非法。 第一章 搶答器的概述 系統(tǒng)設計的功能：（1） 同時供8名選手比賽，分別用8個按鈕S0 ~ S7表示。（2）設置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關S，該開關由主持人控制。（3）搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應的編號，揚聲器發(fā)出聲響提示，并在七段數(shù)碼管上顯示選手號碼。選手搶答實行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。：（1）搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設定（如30秒）。當主持人啟動開始鍵后，定時器進行減計時。（2）參賽選手在設定的時間內進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。在這段（3）如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示00。 搶答器的需求分析在搶答中，只有開始后搶答才有效，如果在開始搶答前搶答為無效。搶答限定時間和回答問題的時間可是在1～99s設定?？梢燥@示是哪位選手有效搶答和無效搶答，正確按鍵后有音樂提示。搶答時間和回答問題時間倒記時顯示，時間完后系統(tǒng)自動復位。按鍵鎖定，在有效狀態(tài)下，按鍵無效非法。 搶答的工作過程圖24搶答器電路表21 74LS148的功能真值表如果想調節(jié)搶答時間或答題時間,按加一鍵或減一鍵進入調節(jié)狀態(tài),此時會顯示現(xiàn)在設定的搶答時間或回答時間值,如想加一秒按一下加1s鍵,如果想減一秒按一下減1s鍵，時間LED上會顯示改變后的時間，調整范圍為0~99s, 0s時再減1s會跳到99，99s時再加1s會變到0s。主持人按搶答開始鍵，會有提示音，并立刻進入搶答倒計時（預設20s搶答時間），如有選手搶答，會有提示音，并會顯示其號數(shù)并立刻進入回答倒計時（預設20s搶答時間），不進行搶答查詢，所以只有第一個按搶答的選手有效。如倒計時期間，主持人想停止倒計時可以隨時按停止按鍵，系統(tǒng)會自動進入準備狀態(tài)，等待主持人按搶答開始進入下次搶答計時。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上不顯示任何結果，直到按下停止 鍵為止。 搶答器的工作原理及流程搶答器的基本工作原理:在搶答競賽或呼叫時[2]，有多個信號同時或不同時送入主電路中，搶答器內部的寄存器工作，并識別、記錄第一個號碼，同時內部的定時器開始工作，記錄有關時間并產(chǎn)生超時信號。在整個搶答器工作過程中，顯示電路、語音電路等還要根據(jù)現(xiàn)場的實際情況向外電路輸出相應信號。搶答器的工作流程分為、系統(tǒng)復位、正常流程、違例流程等幾部分，如圖22所示，下面分別予以介紹。第二章 單片機的功能簡介 89系列單片機的概況MCS51 單片機是美國INTE 公司于1980 年推出的產(chǎn)品，典型產(chǎn)品有 80 31（內部沒有程序存儲器，實際使用方面已經(jīng)被市場淘汰）、8051（芯片采用HMOS，功耗是630mW，是89C51 的5 倍，實際使用方面已經(jīng)被市場淘汰）和8751 等通用產(chǎn)品，一直到現(xiàn)在， MCS5 1 內核系列兼容的單片機仍是應用的主流產(chǎn)品（比如目前流行的89S5已經(jīng)停產(chǎn)的89C51 等），各高校及專業(yè)學校的培訓教材仍與MCS51 單片機作為代表進行理論基礎學習。有些文獻甚至也將8051 泛指MCS51 系列單片機，8051 是早期的最典型的代表作，由于MCS51 單片機影響極深遠，許多公司都推出了兼容系列單片機，就是說MCS51 內核實際上已經(jīng)成為一個8 位單片機的標準。其他的公司的51 單片機產(chǎn)品都是和MCS51 內核兼容的產(chǎn)品而以。同樣的一段程序，在各個單片機廠家的硬件上運行的結果都是一樣的，如ATMEL 的89C51（已經(jīng)停產(chǎn)）、89S51， PHILIPS（菲利浦），和WINBOND（華邦）等，我們常說的已經(jīng)停產(chǎn)的89C51 指的是ATMEL公司的 AT 89C51 單片機，同時是在原基礎上增強了許多特性，如時鐘，更優(yōu)秀的是由Flash（程序存儲器的內容至少可以改寫 1000 次）存儲器取帶了原來的 ROM（一次性寫入），AT89C51 的性能相對于8051 已經(jīng)算是非常優(yōu)越的了。不過在市場化方面，89C51 受到了PIC 單片機陣營的挑戰(zhàn)，89C51 最致命的缺陷在于不支持ISP（在線更新程序）功能，必須加上ISP 功能等新功能才能更好延續(xù)MCS51 的傳奇。89S51就是在這樣的背景下取代89C51 的，現(xiàn)在，89S51 目前已經(jīng)成為了實際應用市場上新的寵兒，作為市場占有率第一的Atmel 目前公司已經(jīng)停產(chǎn)AT89C51，將用AT89S51 代替。89S51 在工藝上進行了改進，89S51 采用 新工藝，成本降低,而且將功能提升,增加了競爭力。89SXX 可以像下兼容89CXX 等51 系列芯片。市場上見到的89C51 實際都是Atmel 前期生產(chǎn)的巨量庫存而以。如果市場需要，Atmel當然也可以再恢復生產(chǎn)AT89C51。 AT89S51/LS51單片機是低功耗的、具有4KB在線課編程Flash存儲器的單片機。它與通用80C51系列單片機的指令系統(tǒng)和引腳兼容。片內的Flash可允許在線重新編程，也可使用非易失性存儲器編程。他將通用CPU和在線可編程Flash集成在一個芯片上，形成了功能強大、使用靈活和具有較高性能性價比的微控制器。 AT89S51的功能 AT89S51特殊功能寄存器特殊功能寄存器也稱專用寄存器，是具有特殊功能的所有寄存器的集合，簡稱SFR（Special Function Register）。特殊功能寄存器共含有22個不同寄存器。它們的地址分配在80H～FFH中，即在RAM地址中。這些寄存器的名稱和地址見表22。表21器件選型方案的詳細清單器件名稱 規(guī)格型號 數(shù)量微處理器 AT89S51 1電阻 3WTT10K 8電容 30PF 3晶振 12MHZ 1按鈕 11反相器 37段數(shù)碼管 7SEGMPX4CC 4 揚聲器 1 雖然特殊功能寄存器地址在80H～FFH之中，但在80H～FFH的地址單元中，不是所有的單元都被特殊功能寄存器占用，未被占用的單元，其內容是不確定的，如果對這些單元進行操作，得到的是一些隨機數(shù)，而寫入則無效。所以，用戶編程時不應該將數(shù)據(jù)寫入這些未確定的地址單元，它們是公司留待將來開發(fā)新產(chǎn)品時使用的表22 AT89S51特殊功能寄存器列表符　號地　址注　釋*ACCE0H累加器*BF0H乘法寄存器*PSWD0H程序狀態(tài)字SP81H堆棧指針DPL82H數(shù)據(jù)存儲器指針低8位DPH83H數(shù)據(jù)存儲器指針高8位*IEA8H中斷允許控制器*IPD8H中斷優(yōu)先控制器*P080H端口0*P190H端口1*P2A0H端口2*P3B0H端口3PCON87H電源控制及波特率選擇*SCON98H串行口控制器SBUF99H串行數(shù)據(jù)緩沖器*TCON88H定時器控制TMOD89H定時器方式選擇TL08AH定時器0低8位TL18BH定時器1低8位TH08CH定時器0低8位TH18DH定時器1高8位注：帶*號的特殊功能寄存器都是可以位尋址的寄存器 AT89S51單片機的內部結構AT89S51單片機內部由CPU、4KB的FPEROM ，128B的RAM，兩個16位的定時/計數(shù)器T0和T1，4個8位的I/O端P0、PPP3等組成。單片微機內部最核心的部分是CPU。CPU主要功能是產(chǎn)生各種控制信號，控制存儲器、輸入/輸出端口的數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)的算術運算、邏輯運算以及位操作處理等，CPU按其功能可分為運算器和控制器兩部分。控制器由程序計數(shù)器PC、指令儲存器、指令譯碼器、實時控制與條件轉移邏輯電路等組成。它的功能是對來自存儲器中的指令進行譯碼，通過實時控制電路，在規(guī)定的時刻發(fā)出各種操作所需的內部和外部的控制信號，使各部分協(xié)調工作，完成指令所規(guī)定的操作。運算器由算術邏輯器部件ALU、累加器ACC、暫存器、程序狀態(tài)字寄存器PSW，BCD碼運算調整電路等組成。外部定時元件復位中斷電源系統(tǒng)時鐘