plc四路抢答器课程设计

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四 川 理 工 学 院

课 程 设 计 书

系别 计算机学院

专业 计算机科学与技术

班级 2006.1

题目 智能抢答器的设计与功能实现

教师 陈光建 蒋华龙

学生 陈新林 李亚 严晓凤

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目 录

第一节 课程设计目标 ......................................................................................... 2

1.1概述 ......................................................................................................... 2

1.2功能介绍： ............................................................................................. 3

1.3设计方案 ................................................................................................. 4

1.3.1 原理图的确定 ............................................................................. 4

1.3.2 抢答器的工作原理 ..................................................................... 4

1.4 抢答器的总体设计 ................................................................................ 5

第二节 硬件电路详细设计 ................................................................................. 6

2.1 硬件的选择与电路设计 ........................................................................ 6

2.1.1 芯片的选择 ................................................................................. 6

2.1.2 复位电路的设计 ......................................................................... 6

2.1.3 晶振电路的设计 ......................................................................... 7

2.2 数码显示管的选择 ................................................................................ 8

第三节 软件详细设计 ......................................................................................... 8

3.1 主程序的设计 ........................................................................................ 8

3.2 显示子程序的设计 ................................................................................ 9

3.3 定时器T0、T1中断服务程序的设计 ................................................. 9

3.4 抢答处理程序的设计 .......................................................................... 10

第四节 试验结果及结论 ................................................... 错误！未定义书签。

第五节 PCB板的制作及产品的焊接调试 ...................... 错误！未定义书签。

5.1 PCB板的设计 ...................................................... 错误！未定义书签。

5.2 制板 ...................................................................... 错误！未定义书签。

5.3 焊接与调试 .......................................................... 错误！未定义书签。

第六节 心得体会及成员分工 ........................................... 错误！未定义书签。

第七节 附录（源程序） ................................................................................... 11

第八节 参考文献 ............................................................... 错误！未定义书签。

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一、 课程设计目标

1.1概述

单片机原理及应用课程设计是学生综合运用所学知识，全面

掌握单片微型计算机及其接口的工作原理、编程和使用方法的重

要实践环节。通过独立或协作提出并论证设计方案，进行软、硬

件调试，最后获得正确的运行结果，可以加深和巩固对理论教学

和实验教学内容的掌握，进一步建立计算机应用系统整体概念，

初步掌握单片机软、硬件开发方法，为以后进行实际单片机软、

硬件应用开发奠定良好的基础。

课程设计的主要内容：根据单片机原理及应用课程的要求，主要

进行两个方面的设计，即单片机最小系统和存储器扩展设计、接

口技术应用设计。其中，单片机最小系统主要要求学生熟悉单片

机的内部结构和引脚功能、引脚的使用、复位电路、时钟电路、4

个并行接口和一个串行接口的实际应用，从而可构成最小应用系

统，并编程进行简单使用。

存储器扩展设计要求学生掌握常用半导体芯片与单片机的接

口，如EPROM存储器用作外部程序存储器时与单片机的连接关系，

SRAM存储器用作外部数据存储器时与单片机的连接关系，E2PROM

存储器用作外部程序/数据存储器时与单片机的连接关系。能合理

分配和使用单片机的内部和外部存储器，编程实现正常的读写功

能。

接口技术应用设计主要要求学生能综合运用单片机、存储器、

常用接口芯片构成单片机应用系统，有针对性地进行软、硬件设

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计与开发。

1.2功能介绍：

1、如果想调节抢答时间或答题时间,按"抢答时间调节"键或"答题

时间调节"键进入调节状态,此时会显示现在设定的抢答时间或回

答时间值,如想加一秒按一下"加1s"键,如果想减一秒按一下

"-1s"键，时间LED上会显示改变后的时间，调整范围为0s~99s, 0s

时再减1s会跳到99，99s时再加1s会变到0s。

2、主持人按"抢答开始"键，会有提示音，并立刻进入抢答倒计时

（预设30s抢答时间），如有选手抢答，会有提示音，并会显示其

号数并立刻进入回答倒计时（预设60s抢答时间），不进行抢答查

询，所以只有第一个按抢答的选手有效。倒数时间到小于5s会每

秒响一下提示音。

3、如倒计时期间，主持人想停止倒计时可以随时按"停止"按键，

系统会自动进入准备状态，等待主持人按"抢答开始"进入下次抢

答计时。

4、如果主持人未按"抢答开始"键，而有人按了抢答按键，犯规抢

答，LED上不断闪烁FF和犯规号数并响个不停，直到按下"停止" 键

为止。

5、P3.0为开始抢答，P3.1为停止，p1.0-p1.7为八路抢答输入 数

码管段选P0口，位选P2口低3位，蜂鸣器输出为P3.6口。P3.2

抢答时间调整结，P3.3回答时间调整，P3.4为时间加1调整，P3.5

为时间减1调整。

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1.3设计方案

1.3.1 原理图的确定

在设计开始，我们查了不少关于抢答器的资料，其大体分为2种，一种是纯硬件实现，另一种是单片机实现。本次课程设计采用单片机实现。

单片机实现抢答的原理图：

1.3.2 抢答器的工作原理

抢答器的工作原理是利用单片机的定时器T0、T1中断完成,其余状态循环调用显示子程序,用4个共阴极LED数码管来显示，用P0口作为数码管的八个段选，用P2口中的P2.0、P2.1、P2.2、作为4个数码管其中3个位选，P1口接8个按键，提供选手抢答，

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P3.0-P3.5四个接四个按键，提供开始、结束、答题时间调整、抢答时间调整，加1、减1调整之用。

1.4 抢答器的总体设计

倒计时方案方面利用MCS-51的内部的定时/计时器进行中断计时，配合软件延时实现倒计时。该方案节省硬件成本，并且能够在定时器/计数器的使用、中断及程序设计方案方面得到锻炼与提高，显示方面采用穿行传输实现动态显示，该方案的硬件连接简单，但动态扫描的显示方式需占用CPU较多的时间，适用于单片机没有太多实时测控的任务场合。

抢答功能：

通过八路按键配合程序来实现抢答功能。当主持人按下抢答键开始抢答后，此时任一路按下按钮均闭锁其它各路，由程序对键盘译码并显示最先按下抢答键的路数及其当前时间。

抢答限时：

主持人按下抢答键后，设置5秒为抢答时间(此时间可在1-99秒之间修改)。若5秒内无人抢答，倒计时为0时发出报警，说明该抢答题目作废。此时闭锁所有抢答按键，只有当主持人再次按下抢答键开始下一次抢答方可抢答。

答题限时：

当选手按下按钮时，启动倒计时(此倒计时时间可在1～99秒之间修改)，，倒计时为0时发出报警，说明答题时间到。

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二、 硬件电路详细设计

2.1 硬件的选择与电路设计

2.1.1 芯片的选择

抢答器电路的核心是89C51单片机，其内部带有4KB的FLASH ROM，无需外扩程序存储器；抢答器没有大量的运算和暂存数据现有的128B篇内RAM已经能满足容量需求，故不需外扩片外RAM，系统配有8位8段数码显示管，管采用共阴数码管，作为时钟的显示输出。

2.1.2 复位电路的设计

复位电路的设计如图2-1所示：

图2-1 复位电路原理图

该复位电路采用上电自动复位和手动复位两种复位方式，图中

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网络标号所指9连接到单片机的复位引脚。要实现复位只需在，51系列单片机的RESET引脚上加上5ms的高电平就可以了。上电复位是利用电容的充电来实现的，即上电瞬间RESET端的电位与Vcc相同，随着电容上储能增加，电容电压也逐渐增大，充电电流减小，RESET端的电位。这样就会建立一个脉冲电压，调节电容与电阻的大小可对脉冲的持续时间进行调节。通常若采用12MHz的晶振时，复位元件参数为22μF的电解电容和10kΩ的电阻。按钮复位电路是通过按下复位按钮时，电源对RESET端维持两个机器周期的高电平实现复位的。

2.1.3 晶振电路的设计

MSC-51单片机的定时控制功能是用时钟电路和振荡器完成的，而根据硬件电路的不同，连接方式分为内部时钟方式和外部时钟方式。本设计中采用内部时钟方式。

单片机内部有一个反相放大器，XTAL1、XTAL2分别为反相放大器的输入端和输出端，外接定时反馈元件组成振荡器（内部时钟方式），产生时钟送至单片机内部各元件。时钟频率越高，单片机控制器的控制节拍就越快，运算速度也就越快。

一般来说单片机内部有一个带反馈的线性反相放大器，外界晶振（或接陶瓷振荡器）和电容就可组成振荡器，如图2-2所示。加电以后延时一段时间（约10ms）振荡器产生时钟，不受软件控制，图中Y1为晶振，震荡产生的时钟频率主要由Y1确定。电容C1，C2的作用有两个：一是帮助振荡器起振，二是对振荡器的频率起微调作用，典型值为30pF。

晶振电路的设计如图2-2所示：

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图2-2 晶振电路原理图

2.2 数码显示管的选择

数码显示管用来作为时间的显示输出，一般用7段数码显示管。本次设计中采用7段共阴数码显示管应用简单、可靠性高、成本低，作为显示输出。连接时段选信号接在P0口的P0.0～P0.6七个I/O口上，P1口是准双向I/O接口在输出驱动部分具有驱动4个TTL负载的能力，即输出电流不大于400μA，所以在接电阻时选择接510Ω限流电阻。而在位选方面采用单片机P2口的P2.0～P2.2三个I/O口作为位选信号的输出口。

三、 软件详细设计

3.1 主程序的设计

此程序的及时采用定时器T0和T1中断完成，其余状态循环调用显示子程序。系统主程序流程图如图3-1所示。

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图3-1 系统主程序流程图

3.2 显示子程序的设计

由于采用软件动态扫描实现数据显示，显示用十进制BCD码的数据对应段码存放在ROM表中。显示时，先取出70H～75H某一地址中的数据，然后查得对应的显示段码从P0口输出。P2口将对应的数码管选中，就能显示该地址单元的数据值。

3.3 定时器T0、T1中断服务程序的设计

定时器T0用于响铃程序，定时器T1用于计时程序。当答题剩余5秒种时P3.6口不断取反使喇叭发出一定频率的声音，提示选手。中断服务程序流程图如图3-2所示。

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图3-2 中断服务程序流程图

3.4 抢答处理程序的设计

当有选手第一个按下抢答器按扭时数码管显示选手号码，开始倒计时，并锁定抢答。当在此选手之后再有选手按下按扭时无效，数码管不变。

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四、 附录（源程序）

主程序部分和注解如下：

OK EQU 20H;抢答开始标志位

RING EQU 22H;响铃标志位

ORG 0000H

AJMP MAIN

ORG 0003H

AJMP INT0SUB

ORG 000BH

AJMP T0INT

ORG 0013H

AJMP INT1SUB

ORG 001BH

AJMP T1INT

ORG 0040H

MAIN: MOV R1,#30;初设抢答时间为30s

MOV R2,#60;初设答题时间为60s

MOV TMOD,#11H;设置未定时器/模式1

MOV TH0,#0F0H

MOV TL0,#0FFH;越高发声频率越高,越尖

MOV TH1,#3CH

MOV TL1,#0B0H;50ms为一次溢出中断

SETB EA

SETB ET0

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SETB ET1

SETB EX0

SETB EX1;允许四个中断,T0/T1/INT0/INT1

CLR OK

CLR RING

SETB TR1

SETB TR0;

显示子程序，及部分注解如下：

DISPLAY:MOV DPTR,#DAT1;查表显示程序,利用P0口做段选码口输出/P2低三位做位选码输出,

MOV A,R3

MOVC A,@A+DPTR

MOV P2,#0feH

MOV P0,A

ACALL DELAY

MOV DPTR,#DAT2

MOV A,R5

MOVC A,@A+DPTR

MOV P2,#0fdH

MOV P0,A

ACALL DELAY

MOV A,R4

MOVC A,@A+DPTR

MOV P2,#0fbH

MOV P0,A

ACALL DELAY

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RET

DAT1:DB 00h,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H ;"灭","1","2","3","4","5","6","7","8","9","灭","F"

DAT2:DB 3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H 第一个为零,其他与上相同,因为十位如果为零显示熄灭

=====TO溢出中断(响铃程序)=====

T0INT: MOV TH0,#0ECH

MOV TL0,#0FFH

JNB RING,OUT;

CPL P3.6;RING标志位为1时候P3.6口不断取反使喇叭发出一定频率的声音

OUT: RETI

T1溢出中断(计时程序)：

T1INT: MOV TH1,#3CH

MOV TL1,#0B0H

INC R0

RETI

END

抢答器处理程序：

TRUE1: ACALL BARK;按键发声

MOV A,R2

MOV R6,A;抢答时间R2送R6

MOV R3,#01H

CLR OK;因为答题的计时不再查询抢答,所以就锁了抢答

AJMP COUNT

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TRUE2:ACALL BARK; MOV A,R2

MOV R6,A

MOV R3,#02H

CLR OK

AJMP COUNT

TRUE3:ACALL BARK; MOV A,R2

MOV R6,A

MOV R3,#03H

CLR OK

AJMP COUNT

TRUE4:ACALL BARK; MOV A,R2

MOV R6,A

MOV R3,#04H

CLR OK

AJMP COUNT

TRUE5: ACALL BARK; MOV A,R2

MOV R6,A

MOV R3,#05H

CLR OK

AJMP COUNT

TRUE6: ACALL BARK; MOV A,R2

MOV R6,A

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MOV R3,#06H

CLR OK

AJMP COUNT

TRUE7: ACALL BARK; MOV A,R2

MOV R6,A

MOV R3,#07H

CLR OK

AJMP COUNT

TRUE8: ACALL BARK; MOV A,R2

MOV R6,A

MOV R3,#08H

CLR OK

AJMP COUNT