AT89S52 单片机的带时间及声光提示的抢答器设计论文.doc
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1、本科毕业论文(设计) 题目: 基于 AT89S52 单片机的带时间及声光提示的抢答器设 计 姓 名: 邓 亚 洲 学号: 20081000581 院(系) : 机械与电子信息学院 专业:电子信息工程 指导教师: 张 祥 莉 职称: 讲 师 评 阅 人: 傅 华 明 职称: 副 教 授 2012 年 6 月 本科生毕业论文(设计)原创性声明本科生毕业论文(设计)原创性声明 本人以信誉声明:所呈交的毕业论文(设计)是在导师指导下进行的研 究工作及取得的研究成果,论文中引用他人的文献、数据、图件、资料均 已明确标注出,论文中的结论和结果为本人独立完成,不包含他人成果及 为获得中国地质大学或其他教育机
2、构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示了谢意。 毕业论文作者(签字): 签字日期: 年 月 日 摘要 目前,越来越多的比赛需要用到抢答器,抢答器需要有时间限制、用时提醒、 违规提醒等功能,并且能够通过声光信号进行提示,更加清晰的显示选手的回答情 况、违规情况。经过单片机的控制处理并产生不同的与输入信号相对应的输出信号, 最后通过 LED 数码管显示相应的路数,即使两组的抢答时间相差几微秒也可分辨 出是哪组优先按下的按键。利用单片机及外围接口实现的抢答系统,利用单片机的 定时器/计数器定时和记数的原理,将软、硬件有机地结合起来,
3、使得系统能够正 确地进行计时,同时,使数码管能够正确地显示时间。单片机的有关设计可以使用 proteus1 和 keil 等软件进行虚拟仿真,看到实际的模拟效果。本系统是基于 AT89S52 单片机带时间和声光提示的抢答器,它由控制核心 AT89S52 单片机、选 手按键、主持人按键、声光提示和数码管显示等部分组成。选手按键和主持人按键 均由独立按键构成,采用扫描方式工作;声光提示部分由无源蜂鸣器提供声音,提 示光提示由发光二极管提供。LED 数码显示部分则是由普通发光二极管构成的数 码管。 关键词关键词: AT89S52 单片机 抢答器 数码管 晶振 Abstract At present
4、more and more games need to use Responder2,Responder requires a limited time、 use the time to remind 、reminder functions such violation ,and the sound and light signals through the tips of the Responder. More clearly show the responses from the players, irregularities. After a single chip control pr
5、ocessing and the input signals produce different output signals corresponding to the last LED digital display by the corresponding large ones, even if the time difference between the two groups answer in a few microseconds, which can distinguish first press group key. Use of external interface MCU3
6、and the answer in the system ,using the microcontroller timer / counter the principle of timing and counting, will be soft,organically integrated hardware,allows the system to correctly time,while making the digital display the time correctly . SCM can use the design software such as proteus and kei
7、l virtual simulation,see the actual simulation. The system is based on the AT89S52 microcontroller with a time of harmony and light tips of the Responder,which consists of control core AT89S52 microcontroller,key players,the host key,sound and light tips and the digital display and other components.
8、 Players are independent keys and host keys constitutes a key by scanning the work; sound and light prompted in part by the passive buzzer to provide audio cues, light tips provided by the light-emitting diodes. LED digital display part is formed by ordinary light-emitting diode LED. Key words: AT89
9、S52 Microcontrolle Responder Digital tube Crystal oscillator 目录 第一章第一章 绪论绪论.1 1.1 单片机的发展史.1 1.2 单片机抢答器的背景.1 1.3 单片机抢答器的意义.2 1.4 单片机抢答器的应用.2 第二章第二章 总体设计方案总体设计方案.4 2.1 设计任务与要求.4 2.2 总体设计框图.4 2.3 方案设计与论证.5 2.4 各个模块方案设计.6 2.4.1 核心控制器.6 2.4.2 按键模块.7 2.4.3 显示模块.8 第三章第三章 系统组成介绍及工作原理系统组成介绍及工作原理.9 3.1 AT89S5
10、2 单片机的介绍.9 3.1.1 单片机的内部结构.9 3.1.2 单片机的引脚分布及功能.10 图 3-4.12 3.1.3 单片机的存储器配置.12 3.2 74LS07 的介绍.14 3.3 四位共阴数码管的介绍.14 3.4 系统电路模块的介绍.15 3.4.1 晶振电路.15 3.4.2 复位电路.16 3.4.3 按键电路.17 3.4.4 数码管显示电路.17 3.4.5 声光提示电路.18 第四章第四章 系统软件设计与仿真系统软件设计与仿真.20 4.1 有关参数的计算.20 4.2 单片机中断的介绍.20 4.2.1 什么是中断.20 4.2.2 中断所用到的寄存器.21 4
11、.2.3 为什么采用中断控制方式.22 4.3 程序流程图.23 4.4 PROTEUS软件简介 .24 4.5 KEIL软件简介25 4.6 电路的仿真与调试.26 4.6.1 仿真的实现.26 图 4-3 仿真电路图.27 4.6.2 系统的调试.27 4.6.3 电路仿真调试结果.28 结束语结束语.30 致谢词致谢词.31 参考文献参考文献.32 附录附录.33 中国地质大学(武汉)学士学位论文 1 第一章 绪论 1.1 单片机的发展史 单片机诞生于 20 世纪 70 年代末,经历了 SCM、MCU、SoC 三大阶段。 1.SCM 即单片微型计算机(Single Chip Microc
12、omputer)阶段,主要是寻求最 佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。 “创新模式”获得成功,奠定了 SCM 与通 用计算机完全不同的发展道路。在开创嵌式系统独立发展道路上,Intel 公司 功不 可没。 2.MCU 即微控制器(Micro Controller Unit)阶段,主要的技术发展方向是:不 断扩展满足嵌入式应用时,对象系统要求的各种外围电路与接口电路,突显其对象 的智能化控制能力。它所涉及的领域都与对象系统相关,因此,发展 MCU 的重 任不可避免地落在电气、电子技术厂家。从这一角度来看,Intel 逐渐淡出 MCU 的 发展也有其客观因素。在发展 MCU 方面,最著名的厂家
13、当数 Philips 公司。Philips 公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势,将 MCS-51 从单片微型计算机迅速发展到 微控制器。因此,当我们回顾嵌入式系统发展道路时,不要忘记 Intel 和 Philips 的 历史功绩。 3.单片机是嵌入式系统的独立发展之路,向 MCU 阶段发展的重要因素,就是 寻求应用系统在芯片上的最大化解决;因此,专用单片机的发展自然形成了 SoC 化趋势。随着微电子技术、IC 设计、EDA 工具的发展,基于 SoC 的单片机应用系 统设计会有较大的发展。 因此,对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用 系统。单片机作为微型计算机的一个重要
14、分支,应用面很广,发展很快。自单片机 诞生至今,已发展为上百种系列的近千个机种。 1.2 单片机抢答器的背景 二十世纪跨越了三个“电”的时代,即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时 代。不过,这种电脑,通常是指个人计算机,简称 PC 机。它由主机、键盘、显示 器等组成。还有一类计算机,大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予 各种机械的单片机(亦称微控制器) 。顾名思义,这种计算机的最小系统只用了一 中国地质大学(武汉)学士学位论文 2 片集成电路,即可进行简单运算和控制。因为它体积小,通常都藏在被控机械的 “肚子”里。它在整个装置中,起着有如人类头脑的作用,它出了毛病,整个装置就 瘫痪
15、了。现在,这种单片机的使用领域已十分广泛,如智能仪表、实时工控、通讯 设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机,就能起到使产品升级 换代的功效,常在产品名称前冠以形容词“智能型”,如智能型洗衣机等。现在 有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品,不是电路太复杂, 就是功能太简单且极易被仿制。究其原因,可能就卡在产品未使用单片机或其它可 编程逻辑器件上。 在知识竞赛中,特别是做抢答题时,在抢答过程中,为了更确 切的知道哪一组或哪一位选手先抢答到题,必须要有一个系统来完成这个任务。若 在抢答中,只靠人的视觉(或者是听觉)是很难判断出哪一组(或哪一个选手)先 抢答到题的。利
16、用单片机编程来设计抢答器,可以使以上问题得以解决,即使两组 的抢答时间相差几微秒,也能轻松的分辨出哪一组(或哪个选手)先抢答到题的。 本文主要介绍了抢答器的工作原理及设计,以及它的实际用途。 1.3 单片机抢答器的意义 本系统采用单片机作为整个控制核心。控制系统的四个模块为:显示模块、存 储模块、语音模块、抢答开关模块。该系统通过开关电路四个按键输入抢答信号; 利用一个数码管来完成显示功能;用按键来让选手进行抢答,在数码管上显示哪一 组先答题的,从而实现整个抢答过程。在知识比赛中, 特别是做抢答题目的时候, 在抢答过程中,为了知道哪一组或哪一位选手先答题,必须要设计一个系统来完 成这个任务。如
17、果在抢答中,靠视觉是很难判断出哪组先答题。利用单片机系统来 设计抢答器,使以上问题得以解决,即使两组的抢答时间相差几微秒,也可分辨出 哪组优先答题。本文主要介绍了单片机抢答器设计及工作原理,以及它的实际用途。 系统工作原理本系统采用 89c52 单片机作为核心。控制系统的四个模块分别为: 存储模块、显示模块、语音模块、抢答开关模块。该抢答器系统通过开关电路四个 按键输入抢答信号; 利用一个数码管来完成显示功能。工作时,用按键通过开关 电路输入各路的抢答信号,经单片机的处理, 输出控制信号,单片机控制的智能 抢答器设计。 1.4 单片机抢答器的应用 随着我国经济和文化事业的发展,在很多公开竞争场
18、合要求有公正的竞争裁决, 诸如证券、股票交易及各种智力竞赛等因此出现了抢答器。抢答器一般是由很多电 路组成的,线路复杂,可靠性不高,功能也比较简单,特别是当抢答路数很多时, 实现起来就更为困难。因此我们设计了以单片机为核心的新型智能的抢答器,在保 留了原始抢答器的基本功能的同时又增加一系列的实用功能并简化其电路结构。抢 中国地质大学(武汉)学士学位论文 3 答器又称为第一信号鉴别器,其主要应用于各种知识竞赛、文艺活动等场合。传统 普通抢答器主要存在以下缺陷: (一) 、在一次抢答过程中,当出现超前违规抢答时,只能处理违规抢答信号 而对没有违规的有效抢答信号不能进行处理,因而使该次抢答过程变为无
19、效。 (二) 、当有多个违规抢答时,普通抢答器或采用优先编码电路选择其中一个, 或利用抢答电路电子元件的“竞争”选择其中一个。对于后者由于抢答电路制作完毕 后电子元件被固定。各路抢答信号的“竞争”能力也被固定,因而本质上也有优先权。 普通抢答器存在不公平性。 (三) 、当有多个违规抢答时,普通抢答器只能“抓住”其中一个而出现“漏洞”。 中国地质大学(武汉)学士学位论文 4 第二章 总体设计方案 2.1 设计任务与要求 1、设计一个智力竞赛抢答器可同时供 8 名选手或 8 个代表队参加比赛编号为 1、2、3、4、5、6、7、8 各用一个按钮。 2、显示部分用 LED 组成的模拟数码管来显示数字。
20、 3、给节目主持人设置 5 个控制开关用来控制系统的清零和抢答的开始及各种 时间的调节控制。 4、抢答器具有数据锁存功能、显示功能和声光提示功能。 5、主持人可以通过两个时间调节键来调节抢答限制时间和答题时间限制。需 在主持人按下抢答开始后方可开始且各个环节有相应的时间限制。 (系统原始抢答 时间为 20 秒,答题时间为 30 秒) 2.2 总体设计框图 中国地质大学(武汉)学士学位论文 5 显显 示示 器器 信息反馈信息反馈 选选 手手 按按 键键 主主 持持 人人 按按 键键 主主 控控 制制 器器 信息反馈信息反馈 信 息 输 入 选手 按下抢 答键 主持人 按下开始、 复位键 图 2-
21、1 总体设计框图 如图 2-1 所示的总体设计框图,抢答器由主控制器和外部电路组成。外部电路 包括选手按键主持人按键显示电路等。主控制器负责电路的所有信息的控制控制电 路的信息输入、信息逻辑计算、输出信息给显示器。按键给主持人、选手提供按键 需求。显示器显示开始工作、开始抢答、显示抢答选手的号码、显示违规选手、显 示倒计时时间等。 2.3 方案设计与论证 1)方案一:基于逻辑数字电路抢答器的设计 定时抢答器的总体框图如下图 1-2 所示它由主体电路和扩展两部分组成。主体 电路完成基本的抢答功能,即开始抢答后,当选手按动抢答键时,能显示选手的编 号,同时能封锁输入电路,禁止其他选手抢答。扩展电路
22、完成定时抢答的功能。 中国地质大学(武汉)学士学位论文 6 图 2-2 基于逻辑数字电路抢答器的结构图 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, 能方便的完成选手抢答的基本功能,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,并且制作过程比较繁琐,使用不方便。 2)方案二:基于 AT89S52 单片机控制的抢答器的设计 抢答器的控制核心是 AT89S52 单片机,用查询式键盘进行抢答,结构图如图 2-3 所示。通过抢答按键模块,连接按键进行抢答。实现功能的框图如下所示
23、,按 下开始按钮,此时进入抢答状态,选手的输入采用扫描式的输入,之后由相关的信 息由单片机处理,送到显示部分显示。此时如果有人第一个按下相应的按键,经过 单片机的处理,选择显示相应的号码,并锁存,不再响应其它按键输入。主持人系 统有开始按键,限时开始按键,抢答时间调节按键,限时时间调节按键。选手系统 有抢答按钮,计时显示,声光提示等。 中国地质大学(武汉)学士学位论文 7 AT89S52 控制器 复 位 电 路 主持人按键 电源电路 声光显示 数码显示 选手按键晶 振 电 路 图 2-3 基于 AT89S52 单片机控制的抢答器的结构图 由以上可知。方案一结构太复杂。成本过高。这种电路接线多只
24、适用于小型的 控制电路。单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把 一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲一块芯片就成了一台计算机。它的体 积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时学习使用单 片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。单片机以其价格低廉,硬件电路简单, 设计灵活而成为国内中小型设计的主流,在 ATMEL 公司的最常用的 AT89S52 投 入广泛使用之后,一些带有 AD/DA 转换,看门狗功能的增强型芯片悄然而至。飞 利浦公司推出的在线可编程芯片在近几年的仿真教学中占据了大的份额,而 AT 系 列的传统单片机依然是工程中的常客。另外一些国
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