51單片機(jī)4位搶答器_倒計時可調(diào)仿真設(shè)計

目錄標(biāo)題

• 51單片機(jī)4位搶答器_倒計時可調(diào)仿真設(shè)計
• • 基本功能
  • • 課程設(shè)計目的
    • 任務(wù)和要求
    • 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
  • 理論分析與計算
  • 硬件設(shè)計
  • • AT89C51最小系統(tǒng)
    • 鍵盤模塊
    • 蜂鳴器模塊
  • 軟件設(shè)計
  • • 主程序
  • 仿真圖
  • 設(shè)計報告
  • 資料清單

（程序+proteus仿真+報告）

Proteus仿真版本：proteus 7.8

程序編譯器：keil 4/keil 5

編程語言：C語言

設(shè)計編號：Q001

基本功能

以單片機(jī)為核心，設(shè)計一個4位競賽搶答器：同時供4名選手或4個代表隊比賽，分別用4個按鈕S0～S4表示。

1.設(shè)置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)S，開關(guān)由主持人控制。

2.搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按按鈕，鎖存相應(yīng)的編號，并在優(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。

3.搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設(shè)定（如20秒）。

4.當(dāng)主持人啟動“開始”鍵后，定時器進(jìn)行減計時，同時揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)的時間為0.5s左右。

參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)進(jìn)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。

5.如果在主持人啟動"開始"鍵前搶答 ，搶答無效。且顯示器上會顯示搶答選手編號。

6.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。

課程設(shè)計目的

（1） 綜合所學(xué)的單片機(jī)原理及接口技術(shù)等課程的理論知識完成本課程設(shè)計；

（2） 學(xué)習(xí)并掌握基本電路設(shè)計與使用方法，單片機(jī)的編程與應(yīng)用方法；

（3） 提高綜合分析、解決實(shí)際問題的能力。

任務(wù)和要求

本設(shè)計是以搶答為出發(fā)點(diǎn)。考慮到依需設(shè)定限時回答的功能，利用AT89C51單片機(jī)及外圍接口實(shí)現(xiàn)的搶答系統(tǒng)，利用單片機(jī)的定時器/計數(shù)器定時和記數(shù)的原理，將軟、硬件有機(jī)地結(jié)合起來，使得系統(tǒng)能夠正確地進(jìn)行計時，同時使數(shù)碼管能夠正確地顯示時間。用開關(guān)做鍵盤輸出，發(fā)光二極管和蜂鳴器發(fā)出提示。同時系統(tǒng)能夠?qū)崿F(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；在軟件中還應(yīng)用了外部中斷，通過中斷解除搶答的鎖存，似的設(shè)計更加靈活，實(shí)用性更強(qiáng)。

本設(shè)計主要設(shè)計指標(biāo)：

（1） 按鍵輸入模塊，包括主持人時間加，時間減，開始搶答，新一輪4個按鍵和選手1號到4號共搶4答按鍵；

（2） 顯示模塊，可以搶答實(shí)現(xiàn)倒計時和顯示搶答選手編號。

（3） 蜂鳴器模塊，用于倒計時提醒，倒計時開始后發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)的時間為0.5s左右。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

? 主持人控制搶答器時間加減和開始，設(shè)置好時間或者使用默認(rèn)時間后，按下開始按鍵即開始倒計時，每倒計時一秒蜂鳴器短暫鳴0.5提醒選手。選手在開始搶答后按下各自的按鍵搶答，一旦按下會顯示選手編號。一輪搶答結(jié)束后，主持人按下新一輪即可進(jìn)入下一輪的搶答。

理論分析與計算

? 倒計時主要應(yīng)用了51單片機(jī)的定時器，本設(shè)計應(yīng)用定時器產(chǎn)生50ms定時。以12Mhz的晶振來說，機(jī)器周期是1us，計滿TH0、TL0就需要216-1個數(shù)，再來一個數(shù)就“溢出”產(chǎn)生中斷，一次溢出也就是65536us，約等于65.5ms，假若定時50ms需要一個預(yù)裝值（初值），總值-需要值=預(yù)裝值。預(yù)裝后，定時器從預(yù)裝值開始加值，定時器溢出中斷后，會重新從預(yù)裝值開始加值加到50ms就再產(chǎn)生中斷，從而達(dá)到了定時的目的。如果要定時1s就可以讓定時器中斷1000ms/50ms=20次。

硬件設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，系統(tǒng)由：AT89C51最小系統(tǒng)、顯示模塊、按鍵模塊和蜂鳴器模塊組成。

AT89C51最小系統(tǒng)

? AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS4位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器，期間采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用4位中央處理器和Flash存儲單元，功能強(qiáng)大的AT89C51單片機(jī)可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。

AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/O口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。

本系統(tǒng)中央控制器采用的單片機(jī)AT89C51，復(fù)位電路采用上電復(fù)位電路。外接的晶振為12MHz晶振。

圖2 AT89C51最小系統(tǒng)

*3**.2* *顯示模塊*

本次設(shè)計采用八段數(shù)碼管顯示，是四位一體共陰極數(shù)碼管，由四個八段數(shù)碼管集成，高電平點(diǎn)亮。在顯示上我們通常采用兩種方法：一種是靜態(tài)顯示，一種是動態(tài)顯示。

靜態(tài)顯示是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動。靜態(tài)顯示的優(yōu)點(diǎn)是編程簡單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多，實(shí)際應(yīng)用時必須增加譯碼驅(qū)動器進(jìn)行驅(qū)動，增加了硬件電路的復(fù)雜性。

LED數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)顯示是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時，單片機(jī)對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)顯示。

在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，但能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。故本次設(shè)計采用動態(tài)顯示方法。其原理圖如圖3所示。

圖3 顯示模塊

本設(shè)計使用74HC573來驅(qū)動四位一體數(shù)碼管。74HC573的八個鎖存器都是透明的D型鎖存器，當(dāng)使能（LE）為高時，Q輸出將隨數(shù)據(jù)（D）輸入而變。當(dāng)使能（LE)為低時，輸出將鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平上。輸出控制不影響鎖存器的內(nèi)部工作，即老數(shù)據(jù)可以保持，甚至當(dāng)輸出被關(guān)閉時，新的數(shù)據(jù)也可以置入。這種電路可以驅(qū)動大電容或低阻抗負(fù)載，可以直接與系統(tǒng)總線接口并驅(qū)動總線，而不需要外接口。特別適用于緩沖寄存器，I/O通道，雙向總線驅(qū)動器和工作寄存器.573工作電壓在5V（VCC）左右最大7V最小2V，最大輸出電流為20MA,可用來驅(qū)動發(fā)光二極管。

圖4 顯示電路驅(qū)動電路

鍵盤模塊

鍵盤是人機(jī)交互的接口，本設(shè)計中，我們采用獨(dú)立鍵盤。按鈕需要12個,分別為4位搶答按鍵、開始搶答鍵、新一輪按鍵、搶答時間加鍵和搶答時間減鍵。當(dāng)按鍵按下，與主控芯片連接的端口被降為低電平，按鍵松開則也升為高電平。按鍵采用的是Tack Switch按鈕開關(guān),它具有自動恢復(fù)的功能。當(dāng)我們按下按鈕時，其中的接點(diǎn)接通，放開按鈕后，接點(diǎn)恢復(fù)為切斷。雖然Tack Switch有4個引腳，但實(shí)際上，其內(nèi)部只有一對a接點(diǎn)，即其中兩個引腳是內(nèi)部相連通的，而另外兩個引腳內(nèi)部也是相連通的。

本設(shè)計中12個按鍵實(shí)現(xiàn)了搶答，時間調(diào)節(jié)等功能，獨(dú)立按鍵的引入使得體現(xiàn)了本設(shè)計的人性化，智能化，功能的強(qiáng)大。其電路分為主持人部分和選手部分。分別實(shí)現(xiàn)了控制、調(diào)節(jié)功能和搶答功能。其電路圖如圖4所示。

圖4 按鍵電路

蜂鳴器模塊

蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。 蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。

本設(shè)計采用電磁式蜂鳴器進(jìn)行。電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發(fā)聲。因此需要一定的電流才能驅(qū)動它，單片機(jī)I/O引腳輸出的電流較小，單片機(jī)輸出的TTL電平基本上驅(qū)動不了蜂鳴器，因此需要增加一個電流放大的電路。如蜂鳴器電路圖5所示，蜂鳴器的正極接到VCC（+5V）電源上面，蜂鳴器的負(fù)極接到三極管的發(fā)射極E，三極管的基極B經(jīng)過限流電阻R3后由單片機(jī)的beep引腳控制，當(dāng)beep輸出低電平時，三級管QS截止，沒有電流流過線圈，蜂鳴器不發(fā)聲；當(dāng)beep輸出高電平時，三級管導(dǎo)通，這樣蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音。因此，我們可以通過程序控制beep腳的電平來使蜂鳴器發(fā)出聲音和關(guān)閉。其電路圖如圖5所示。

圖5 蜂鳴器電路

軟件設(shè)計

當(dāng)接通電源開始工作后，單片機(jī)中的程序開始運(yùn)行，將對程序進(jìn)行初始化，以便和單片機(jī)芯片達(dá)成通信協(xié)議。完成初始化后，將進(jìn)行鍵盤掃描，同時判斷開始按鍵、調(diào)節(jié)按鍵是否按下。最后完成倒計時和選手號碼的顯示。系統(tǒng)流程圖如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)流程框圖

根據(jù)系統(tǒng)軟件設(shè)計要求將軟件劃分為：主程序、顯示子程序、按鍵子程序、蜂鳴器子程序

主程序完成外部中斷初始化、定時器初始化、蜂鳴器模塊初始化。主程序掃描主持人不斷掃描按鍵，進(jìn)行對應(yīng)的操作。

主程序

進(jìn)入主程序后，顯示顯示預(yù)設(shè)的倒計時數(shù)字20，程序掃描主持人按鍵倒計時加減鍵和開始按鍵。按下開始按鍵后，倒計時開始工作，實(shí)時刷新倒計時數(shù)字，每倒計時1秒蜂鳴器beep引腳拉低0.5秒，蜂鳴器短鳴0.5秒。在掃描到選手按下按鍵后，倒計時定時器停止工作，顯示選手編號和按下?lián)尨疰I的時間。

主要（關(guān)鍵）代碼：

void main (void) { EA=1;TMOD=0x11;TH0=(65536-50000)/256;//這是50ms的TL0=(65536-50000)%256;ET0=1;TR0=0; TH1=(65536-50000)/256;//這是50ms的TL1=(65536-50000)%256;ET1=1;TR1=1; beep = 0;time=20; num=0; flag=0; while (1) //主循環(huán){TempData[2]=dofly_DuanMa[time/10];//分解顯示信息，如要顯示68，則68/10=6 68%10=8 TempData[3]=dofly_DuanMa[time%10];if(num!=0)m=1;if(start==0){DelayMs(10); if(start==0){ flag=1;while(!start);}}if(add==0){DelayMs(10); if(add==0){ time++;while(!add);}}if(jian==0){DelayMs(10); if(jian==0){ time--;while(!jian);}}if(time>=99)time=99;if(flag==0){if(num!=0)m=1;keyscan(); check2();}if(flag==1){ TR0=1;if(num!=0)m=1; keyscan(); check1();}//主循環(huán)中添加其他需要一直工作的程序 } }

此段程序是完成外部中斷初始化、定時器初始化、蜂鳴器模塊初始化。完成后進(jìn)入大循環(huán)。

if(num==1){TempData[0]=dofly_DuanMa[num/10];//分解顯示信息，如要顯示68，則68/10=6 68%10=8 TempData[1]=dofly_DuanMa[num%10];TempData[4]=table[0];beep=0;Display(0,8); //數(shù)碼管顯示函數(shù)TR0=0; while(m);} if(num==2){TempData[0]=dofly_DuanMa[num/10];//分解顯示信息，如要顯示68，則68/10=6 68%10=8 TempData[1]=dofly_DuanMa[num%10];TempData[4]=table[1];beep=0;Display(0,8); //數(shù)碼管顯示函數(shù)TR0=0; while(m);} if(num==3){TempData[0]=dofly_DuanMa[num/10];//分解顯示信息，如要顯示68，則68/10=6 68%10=8 TempData[1]=dofly_DuanMa[num%10];TempData[4]=table[2];beep=0;Display(0,8); //數(shù)碼管顯示函數(shù) TR0=0; while(m);} if(num==4){TempData[0]=dofly_DuanMa[num/10];//分解顯示信息，如要顯示68，則68/10=6 68%10=8 TempData[1]=dofly_DuanMa[num%10];TempData[4]=table[3];beep=0;Display(0,8); //數(shù)碼管顯示函數(shù) TR0=0; while(m);}

這段函數(shù)完成了倒計時的顯示和掃描是否開始倒計時。在沒有開始搶答時，選手按下按鍵會顯示選手編號和清零時間，一起防止選手搶答。開始搶答后，標(biāo)志位flag變?yōu)?。開始執(zhí)行按鍵掃描函數(shù)check2();

void check2() {if(num==1){TempData[0]=dofly_DuanMa[num/10];//分解顯示信息，如要顯示68，則68/10=6 68%10=8 TempData[1]=dofly_DuanMa[num%10];TempData[2]=0x40;//分解顯示信息，如要顯示68，則68/10=6 68%10=8 TempData[3]=0x40;TempData[4]=table[0];Display(0,8); //數(shù)碼管顯示函數(shù)TR0=0; while(m);} if(num==2){TempData[0]=dofly_DuanMa[num/10];//分解顯示信息，如要顯示68，則68/10=6 68%10=8 TempData[1]=dofly_DuanMa[num%10];TempData[2]=0x40;//分解顯示信息，如要顯示68，則68/10=6 68%10=8 TempData[3]=0x40;TempData[4]=table[1];Display(0,8); //數(shù)碼管顯示函數(shù)TR0=0; while(m);} if(num==3){TempData[0]=dofly_DuanMa[num/10];//分解顯示信息，如要顯示68，則68/10=6 68%10=8 TempData[1]=dofly_DuanMa[num%10];TempData[2]=0x40;//分解顯示信息，如要顯示68，則68/10=6 68%10=8 TempData[3]=0x40;TempData[4]=table[2];Display(0,8); //數(shù)碼管顯示函數(shù) TR0=0; while(m);} if(num==4){TempData[0]=dofly_DuanMa[num/10];//分解顯示信息，如要顯示68，則68/10=6 68%10=8 TempData[1]=dofly_DuanMa[num%10];TempData[2]=0x40;//分解顯示信息，如要顯示68，則68/10=6 68%10=8 TempData[3]=0x40;TempData[4]=table[3];Display(0,8); //數(shù)碼管顯示函數(shù) TR0=0; while(m);} }

?

假如按鍵1按下，會顯示選手編號。同時程序會卡在while(m);循環(huán)。此時除了新一輪按鍵之外的任何按鍵都系統(tǒng)沒有任何變化。

新一輪按鍵是系統(tǒng)復(fù)位，即使程序一直在執(zhí)行while(m)循環(huán)，按下按鍵后，程序會執(zhí)行一次硬件復(fù)位，將變量清零，函數(shù)重新執(zhí)行按鍵掃描。

仿真圖

設(shè)計報告

資料清單

資料下載鏈接

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的51单片机4位抢答器_倒计时可调仿真设计的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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