基于AT89S51单片机的数码显示八路抢答器毕业设计论文.docx
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基于AT89S51单片机的数码显示八路抢答器毕业设计论文
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基于AT89S51单片机的数码显示八路抢答器毕业设计
摘要
本文介绍了一种用51系列单片机的数码显示八路抢答器的电路组成、设计思路及功能。
该抢答器除具有基本的抢答功能外，还具有计时和报警功能。
主持人通过时间预设开关计算抢答时间。
系统将完成自动倒计时。
若在规定的时间内有人抢答，则计时将自动停止；若在规定的时间内无人抢答，则系统中的蜂鸣器将发响，提示主持人本轮抢答无效，实现报警功能。
关键字：
八路,抢答器,设计,定时，计时，报警
Abstract
Inthispaper,theelectriccircuitanddesigningthoughtofanansweringracerbasedonthecommon-usedseriesof74ICwith8-wireisintroduced,anditsfunctionisalsodescribed.Theansweringrace’sfunctionincludestiming,counting,andalarming,besidesthebasicfunctionofanansweringracer.Thethetimeautomatically.Ifanybodyanswerthequestionontime,thecountingoftimewillstop;Ifnobodyanswerthequestionontime,thealarmwillgiveoutsomesound,thisturnisofnouse,sothefunctionofalarmingisachieved.
Keywords：
8-wire,answeringracer,design,timing,counting,alarming
1目录
前 言…………………………………………………………………………1
第一章设计的依据…………………………………………………………2
1.1课题的提出……………………………………………………………………2
1.2设计目的…………………………………………………………………………2
1.3 设计的内容………………………………………………………………………2
第二章总体方案确定…………………………………………………………2
第三章AT89S51芯片简介……………………………………………………3
3.1AT89S51芯片简介……………………………………………………………………3
第四章硬件电路………………………………………………………………4
4.1复位电路设计…………………………………………………………………………4
4.2显示电路的设计………………………………………………………………………5
4.3控制电路实现…………………………………………………………………………7
第五章电路调试………………………………………………………………8
5.1硬件调试………………………………………………………………………………8
5.2软件调试………………………………………………………………………………8
总结 ……………………………………………………………………………9
致 谢…………………………………………………………………………10
参考文献………………………………………………………………………11
附图
（1）数字抢答器原理图
附图
（2）数字抢答器单面PCB板图附录
附录（3）AT89S51芯片主程序
前 言
抢答器又称第一信号鉴别器,应用于各种知识竟赛、文娱活动等场合。
普通抢答器存在以下缺陷:
1）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效.2）当有多个违规抢答时，普通抢答器只能“抓住”其中一个，出现“漏洞”。
3）当同时出现多个有效抢答信号时，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,因而本质上也具有优先权。
普通抢答器因而存在不公平性。
本文介绍一种以单片机为控制核心的智能型抢答器,它对采样获得的各路抢答信号进行分柝,识别超前违规信号、有效抢答信号,并对它们进行处理。
使每一次抢答过程都有效。
利用存储器记忆多个违规信号,克服“漏洞”现象。
当同时出现多个抢答信号时,利用程序软件随机选择其中一个,十分公平。
具有倒计时、验键、违规显示等功能。
而随着技术的进步，单片机与串口通信的结合更多地应用到各个电子系统中已成一种趋势。
本设计就是基于单片机设计抢答系统，通过串口通信动态传输数据，使抢答系统有了更多更完善的功能。
单片机系统的硬件结构给予了抢答系统“身躯”，而单片机的应用程序赋予了其新的“生命”，使其在传统的抢答器面前具有电路简单、成本低、运行可靠等特色。
一设计的依据
1.1课题的提出
学校在开展文娱活动时一般都会有抢答一项，需要用到抢答器。
而市场上，一般的抢答器都需要几百块，价钱比较贵。
本人设计的抢答器，电路简单，成本较低，操作方便，灵敏可靠。
而且一般学校都有计算机，利用计算机就可以很方便地构成一台功能强大而价格十分低廉的抢答器。
1.2设计目的
在电视和学校中我们会经常看到一些智力抢答的节目，如果要是让抢答者用举手等方法，主持人很容易误判，会造成抢答的不公平，比赛中为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者，所设计的抢答器通常由数码显示、灯光、音响等多种手段指示出第一抢答者。
为了使这种不公平不发生，只有靠电子产品的高准确性来保障抢答的公平性。
1.3设计的内容
（1）、进一步熟悉和掌握单片机的工作原理和结构功能，熟悉其基本的振荡和复位电路原理。
（2）、熟悉单片机IO口的基本输入输出功能以及IO口的扩展使用。
（3）、掌握单片机内部功能模块的应用：
如定时器、计数器、中断系统等。
（4）、掌握用8255A可编程并行接口芯片扩展IO口的特性、使用与控制方法。
（5）、掌握按键与单片机连接的使用以及数码管接口电路设计。
（6）、熟悉PCB板的布线、腐蚀和元器件的焊接的流程和方法，进一步掌握电路板的检测顺序和方法。
（8）、掌握程序的下载以及调试方法。
二 总体方案确定
如图1所示为总体方框图。
其工作原理为：
接通电源后，主持人将开关拨到"清零"状态，抢答器处于禁止状态，定时器显示设定时间；主持人将开关置;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、显示器显示按下的时间。
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1总体框图
三 AT89S51芯片简介
3.1AT89S51芯片简介
AT89S51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89S51单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。
AT89S51芯片引脚结构如图2所示：
图2
主要性能参数：
·与MCS—51产品指令和引脚完全兼容
·8k字节可重擦写Flash闪速存储器
·1000次擦写周期
·全静态操作：
0Hz—24MHz
·三级加密程序存储器
·256×8字节内部RAM
·32个可编程IO口线
·3个16位定时计数器
·8个中断源
·可编程串行UART通道
·低功耗空闲和掉电模式
功能特性概述：
AT89S51提供以下标准功能：
8k字节Flash闪速存储器，256字节内部RAM，32个IO口线，3个16位定时计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。
同时，AT89S51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。
空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时计数器，串通信口及中断系统继续工作。
掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。
引脚功能说明
·Vcc：
电源电压
·GND：
地
·P0口：
P0口是一组8位漏极开路型双向IO口，也即地址数据总线复用口。
作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。
在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。
在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时,要求外接上拉电阻。
·P1口：
P1是一个带内部上拉电阻的8位双向IO口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。
对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。
作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。
与AT89C51不同之处是，P1.0和P1.1还可分别作为定时计数器2的外部计数输入（P1.0T2）和输入（P1.1T2EX）。
·P2口：
P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向IO口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。
对端口P2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。
在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。
在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@RI指令）时，P2口输出P2锁存器的内容。
·P3口：
P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向IO口。
P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。
对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。
此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。
·RST：
复位输入。
当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。
·ALEPROG：
当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。
一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的16输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。
要注意的是：
每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。
对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。
如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。
该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。
此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。
·PSEN：
程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S51由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。
在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。
·EAVPP：
外部访问允许。
欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H—FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。
需注意的是：
如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。
如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。
Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。
·XTAL1：
振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。
·XTAL2：
振荡器反相放大器的输出端。
四 硬件电路
4.1复位电路设计
单片机AT89S51作为主控芯片，控制整个电路的运行。
单片机外围需要一个复位电路，复位电路的功能是：
系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤消复位信号。
为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。
该设计采用含有电阻的复位电路，复位电路可以有效的解决电源毛刺和电源缓慢下降（电池电压不足）等引起的问题，在电源电压瞬间下降时可以使电容迅速放电，一定宽度的电源毛刺也可令系统可靠复位。
复位电路的设计图如图3示：
图3
4.2显示电路的设计
图4LED数码管
现在驱动LED数码管流行采用单片机设计电路，但发现一些显示（LED数码管）电路设计复杂，没有充分利用单片机的电器特点、没有采用“硬件软化”的方法。
直接用单片机的8位数据口作为数码管的8段显示驱动口。
这种显示方式虽然简便，电路也最简单，但显示的位数很少（最多四位）。
但已经满足了此次设计要求，所以选用此种方式。
（1）LED的结构原理
发光二极管是一种将电能转变成光能的半导体器件。
简称LED（LightEmittingDiode）。
LED数码管结构简单，价格便宜。
八段LED显示管有八只发光二极管组成，编号是a、b、c、d，e，f和SP，分别和同名管脚相连。
七段LED显示管比八段LED少一只发光二极管SP，其它和八段LED相同。
在给每个二极管通电后，二极管发光后表示要显示的数字的一部分，当组成这个数字的所有二极管都发亮时，才能正确的显示这个数字。
LED显示器是单片机应用系统中常用的廉价输出设备。
它是由若干个发光二极管组成的，当发光二极管导通时，相应的一个点或一段笔画发亮。
控制不同组合的二级管导通，就能显示出各种字符。
使用LED显示器的时候，为了显示数字或是字符，要为LED显示器提供代码，因为这些代码是通过各个段的亮与灭来显示不同字符的，因此称之为段码。
7段LED的段码如下表2所示：
表27段LED的段码
显示字符
共阴极段码
共阳极段码
显示字符
共阴极段码
共阳极段码
0
3FH
C0H
c
39H
C6H
1
06H
F9H
d
5EH
A1H
2
5BH
A4H
E
79H
86H
3
4FH
B0H
F
71H
8EH
4
66H
99H
P
73H
8CH
5
6DH
92H
U
3EH
C1H
6
7DH
82H
T
31H
CCEH
7
07H
F8H
y
6EH
91H
8
7FH
80H
H
76H
89H
9
6FH
90H
L
38H
C7H
A
77FH
88H
“灭”
00H
FFH
B
7CH
83H
……
……
……
（2）LED显示器工作原理
由N个LED显示块可以接成N位LED显示器。
N个LED显示块有N根位选线和8*N根段选线。
根据显示方式的不同，位选线和段选线的连接方法也各不同。
段选线控制显示字符的字型，而位选线为各个LED显示块的公共端，它控制该LED显示位的亮，暗。
A．LED静态显示方式
LED显示器工作于静态显示方式时，各位的共阴极或是共阳极连接在一起并接地（或是+5V）；每段的段选线（a～dp）分别与一个8位的锁存器输出连接。
所以称为静态显示。
LED的显示字符一经确定，相应锁存器的输出将维持不变，直到显示另一个字符为止。
也正是因为如此，静态显示的亮度都较高。
B．LED动态显示方式
在多位LED显示时，为了简化硬件电路，通常将所有位的段选线相应的并联在一起，由一个8位IO口控制，形成段选线的多路复用。
而各位的共阴极或是共阳极分别由相应的IO线选址，实现各位的分时选通。
如以一个四位段显示为例来说明，其中段选线占用一个8位IO口，而位选线占用一个4位IO口。
由于各位的段选线并联，段码的输出对于各位来说都是相同的。
因此次，同一时刻，如果各位选线都处于选通状态的话，4位LED将显示相同的字符。
若要各位LED能够显示出与本位相应的显示字符，就必须采用扫描显示方式，即在某一时刻，只要让某一位的位选线处于选通状态，而其他各位的为选线处于关闭状态，同时，段选线上输出相应位要显示字符的段码。
这样同一时刻，只让下一位的位选线处于选通状态，而其他各位的位选通处于关闭状态，同时，在段选线上输出相应位将要显示字符的段码，则同一时刻，只有选通位显示出相应的字符，而其他各位都是熄灭的。
如此循环下去，就可以使各位显示出将要显示的字符。
虽然这些字符上在不同时刻出现的，而且同一时刻，只有一个位显示，其他各位熄灭，但是LED显示器的余辉和人眼的视觉暂留作用，只要每位显示间隔足够短，则可以造成多位同时亮的假象，达到同时显示的目的。
4．3控制电路实现
图5控制电路
图6抢答电路
主持人按下复位键，给显示器清零。
开中断，显示器开始记时，当选手按下其中一个按钮的时候，蜂鸣器发出声响，按零选手前的指示灯亮，计数器停止记时。
五电路调试
5．1硬件调试
基本电路板检查:
根据前面的研究完成各个电路模块的原理设计并生成PCB图，制作电路板，进行实验调试。
（1）检查印制板的印制线是否有断路，是否有毛刺，是否与其它线或是焊盘粘连，焊盘是否有脱落，过孔是否有未金属化现象等等。
（2）先用万用表复核目测中认为可疑的连接或是接点，检查它们的通短状态是否与设计规定相符。
再检查各种电源线与地线之间是否有短路现象，如有再仔细检查出并排除。
短路现象一定要在器件安装及加电前检查出。
（3）路接通电源后，用手摸一下芯片是否发热，如果发热，立即关掉电源，稍后再进行再次检测；如果没有发热，再测试芯片的VCC端电压是否达到设计要求，接地端是否都接地。
主控模块调试:
在本次设计中，主控模块是非常重要的部分，它不仅是本次设计的核心，同时在后面的8255A显示也是起关键的作用。
在本次硬件调试中也遇到了问题，接上电源的时候，数码管不亮，没有任何显示，于是我做了如下的工作：
（1）检查电源是否通电，发现指示灯亮着；
（2）编程使P1为低电平，检查到P1输出为低；（3）检查P0口未接上拉电阻，接上数码管发亮了。
由次我深刻的认识到：
制作电路板是一个比较繁琐的过程，它需要我们时刻都要用心去做，每个环节都不能忽视，只有这样才能达到锻炼的目的。
5.2软件调试
当硬件制作完成后，软件制作也是不可轻视的部分，是实现电路的功能的关键部分，通过本次毕业设计，总结经验如下：
（1）先进行人工检查。
写好程序后，不立刻烧入单片机，先对纸面上的程序进行人工检查。
由于采用C语言编程，所以要特别小心地检查语法错误，如括号不配对，漏写分号等，通过仔细的检查，发现并排除这些错误。
（2）人工检查无误后，上机调试。
在编译时给出的语法错误的信息，根据提示的信息具体找出程序中错误之处并改之，从上至下逐一改正。
应当注意的是：
有的提示出错行并不是真正出错的行，如果在提示出错的行上找不到错误的话，则应该到上行再找。
（3）当确认程序无语法错误和逻辑错误时，通过直接下载到单片机来调试。
采用的是自下到上的调试方法，即单独调好每一个模块，然后再连接成一个完整的系统调试。
（4）程序烧入单片机后，观察各个部件的工作是否正常，功能是否实现。
如不能正常工作，则继续检查程序中的相应模块，必要时从上到下重新检查程序。
总结
毕业设计不仅是对前面学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。
下面我对整个毕业设计的过程做一下简单的所总结。
第一，接到任务以后进行选题。
选题是毕业设计的开端，选择恰当的、感兴趣的题目，这对于整个毕业设计是否能够顺利进行关系极大。
好比走路，这开始的第一步是具有决定意义的，第一步迈向何方，需要慎重考虑。
否则，就可能走许多弯路、费许多周折，甚至南辕北辙，难以到达目的地。
因此，选；题时一定要考虑好了。
第二，题目确定后就是找资料了。
查资料是做毕业设计的前期准备工作，好的开端就相当于成功了一半，到图书馆、书店、资料室去虽说是比较原始的方式，但也有可取之处的。
总之，不管通过哪种方式查的资料都是有利用价值的，要一一记录下来以备后用。
第三，通过上面的过程，已经积累了不少资料，对所选的题目也大概有了一些了解，这一步就是在这样一个基础上，综合已有的资料来更透彻的分析题目。
第四，有了研究方向，就应该动手实现了。
其实以前的三步都是为这一步作的铺垫。
通过这次设计，我对数字电路设计中的逻辑关系等有了一定的认识，对以前学的数字电路又有了一定的新认识，温习了以前学的知识，就像人们常说的温故而知新嘛，但在设计的过程中，遇到了很多的问题，有一些知识都已经不太清楚了，但是通过一些资料又重新的温习了一下数字电路部分的内容。
在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。
在此要感谢我的指导老师，感谢老师给我这样的机会锻炼。
在整个毕业设计过程中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。
而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中的探索的艰难和成功的喜悦。
虽然这个项目还不是很完善，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。
致谢
本设计是在指导老师莫秋云的悉心指导下完成的。
从设计的选题，相关资料的查寻，到论文的撰写这一整个过程中，莫老师以其广博的知识、丰富的经验、清晰的思路，自始至终给我以指导，使我能够顺利完成设计，他严谨的治学态度，精益求精的工作作风和孜孜不倦的求学精神令我受益匪浅。
在此设计完成之际，对莫老师表示衷心的感谢！
参考文献
[1]潘新民,王燕芳.微型计算机控制技术.人民邮电出版社.1999
[2]李朝青.单片微机原理及应用技术.南开大学出版社.
[3]1999王卫东,王明秋,艾庆生.1999.基于单片机的最简连线抢答器的设计与制作.郧阳师范高等专科学校学报，19（3）：
69－72
[4]黄明强.DS1302在单片机系统中的应用[J].保定师范专科学校学报，2004，17
（2）
[6]赵海兰，朱剑，赵祥伟.DS1302实时显示时间的原理与应用[J].电子技术，2002,
（1）
附图
（1）数字抢答器原理图
附图
（2）数字抢答器单面PCB板图附录
附录（3）AT89S51芯片主程序
#include{unsignedintd;
uchartj=0;条件判断,用于第一个人按到后,后面的人再按不管用.
TMOD=0x01;用定时器定时50MS
TH0=0x3c;
TL0=0xb0;
ET0=1;
EA=1;
while
（1）{
P2_7=1;
display（）;
if（c==20）
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