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STC89C52单片机8路抢答器论文

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工程设计报告

设计题目: 八位抢答器
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抢答器设计

第一章:绪论，主要介绍设计背景。 2
1。数字抢答器的概述 3
2。 设计要求及目的 3
第二章：硬件电路设计 3
1.89c52单片机..。.。.。。。。.。。。。。..。。。.。.。。..。。.。。。。。.。.。。。..。。.。...。....。.。。。...。.。..。.。.。4
2.总体原理图 6
3。时钟频率电路的设计 6
4.复位电路的设计 7
5.显示电路的设计 8
6。键盘扫描电路的设计 8
7。发声 9
8。系统复位 10
三。系统软件设计 10
1。系统原理图 11
2。程序流程图 12
3。程序 12
第四章：焊接调试过程与问题分析 15
4。1 焊接 15
1.检测各元件 15
2.对PCB板进行排版及连线 16
3。 焊接 16
4.2调试 16
参考文献 17

第一章：绪论，主要介绍设计背景。
1.数字抢答器的概述
单片机把我们带入了智能化的电子领域,许多繁琐的系统若由单片机进行设计，便能收到电路更简单、功能更齐全的良好效果。若把经典的电子系统当作一个僵死的电子系统，那么智能化的现代电子系统则是一个具有“生命”的电子系统。
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。对于抢答器我们大家都知道那是用于选手做抢答题时用的，选手进行抢答，抢到题的选手来回答问题。抢答器不仅考验选手的反应速度同时也要求选手具备足够的知识面和一定的勇气。选手们都站在同一个起跑线上，体现了公平公正的原则。

2。 设计要求及目的
（1）设计一个可供8人进行的抢答器。
（2)系统设置复位按钮，按动后,重新开始抢答。
(3）抢答器开始时选手抢答实行优先显示，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。抢答后显示优先抢答者序号，同时发出音响。，并且不出现其他抢答者的序号。
第二章:硬件电路设计
一.系统硬件设计
为使硬件电路设计尽可能合理，应注意以下几方面:
（1） 尽可能采用功能强的芯片，以简化电路，功能强的芯片可以代替若干普通芯片,随着生产工艺的提高，新型芯片的的价格不断下降，并不一定比若干普通芯片价格的总和高。
(2） 留有设计余地。在设计硬件电路时，要考虑到将来修改扩展的方便。因为很少有一锤定音的电路设计，如果现在不留余地,将来可能要为一点小小的修改或扩展而被迫进行全面返工。
（3） 程序空间，选用片内程序空间足够大的单片机，本设计采用STC89C52单片机。
(4） I/O端口,在样机研制出来后进行现场试用时,往往会发现一些被忽视的问题，而这些问题不是靠单纯的软件措施来解决的。如有些新的信号需要采集，就必须增加输入检测端；有些物理量需要控制，就必须增加输出端.如果在硬件电路设计就预留出一些I/O端口，虽然当时空着没用，那么用的时候就派上用场了。
1.89c52单片机
89C52是INTEL公司MCS-51系列单片机中基本的产品,它采用ATMEL公司CMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品.它结合了CMOS的高速和高密度技术及CMOS的低功耗特征，它基于标准的MCS—51单片机体系结构和指令系统.

功能特性
表。 功能特性
· 标准MCS-51内核和指令系统
· 片内8kROM（可扩充64kB外部存储器)
· 32个双向I/O口
· 256x8bit内部RAM（可扩充64kB外部存储器)
· 3个16位可编程定时/计数器
· 时钟频率3.5-12/24/33MHz
· 向上或向下定时计数器
· 改进型快速编程脉冲算法
· 6个中断源
· 5。0V工作电压
· 全双工串行通信口
· 布尔处理器
—帧错误侦测
· 4层优先级中断结构
-自动地址识别
· 兼容TTL和CMOS逻辑电平
· 空闲和掉电节省模式
· PDIP（40)和PLCC（44）封装形式

管脚说明
VCC：供电电压. GND:接地。
P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8个TTL门电流。当P0口的管脚第一次写“1”时,被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时,P0输出原码，此时P0外部必须被拉高.
P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4个TTL门电流.P1口管脚写入“1"后，被内部上拉为高，可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流.这是由于内部上拉的缘故.P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位.在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL)这是由于上拉的缘故.P3口作为AT89C51的一些特殊功能口，管脚 备选功能个人收集整理，勿做商业用途本文为互联网收集，请勿用作商业用途
P3。0 RXD（串行输入口）
P3.1 TXD(串行输出口）
P3。2 /INT0（外部中断0）
P3。3 /INT1（外部中断1）
P3。4 T0（计时器0外部输入）
P3。5 T1(计时器1外部输入)
P3。6 /WR(外部数据存储器写选通）
P3。7 /RD（外部数据存储器读选通）
RST：复位输入。当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的底位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲.在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6.因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起用。另外,该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。个人收集整理,勿做商业用途本文为互联网收集，请勿用作商业用途
/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现./EA / VPP：当/EA保持低电平时则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）.个人收集整理，勿做商业用途个人收集整理，勿做商业用途
XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：来自反向振荡器的输出。

2。总体原理图

3。时钟频率电路的设计
单片机必须在时钟的驱动下才能工作。在单片机内部有一个时钟振荡电路,只需要外接一个振荡源就能产生一定的时钟信号送到单片机内部的各个单元,决定单片机的工作速度。

外部振荡源电路

一般选用石英晶体振荡器。此电路在加电大约延迟10ms后振荡器起振,在XTAL2引脚产生幅度为3V左右的正弦波时钟信号，其振荡频率主要由石英晶振的频率确定.电路中两个电容 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进行微调。C1,C2的典型值为30PF.
单片机在工作时,由内部振荡器产生或由外直接输入的送至内部控制逻辑单元的时钟信号的周期称为时钟周期。其大小是时钟信号频率的倒数，常用fosc表示。如时钟频率为12MHz，即fosc=12MHz，则时钟周期为1/12µs。

4。复位电路的设计
单片机的第9脚RST为硬件复位端，只要将该端持续4个机器周期的高电平即可实现复位，复位后单片机的各状态都恢复到初始化状态，其电路图如图所示：

复位电路
值得注意的是，在设计当中使用到了硬件复位和软件复位两种功能，由上面的硬件复位后的各状态可知寄存器及存储器的值都恢复到了初始值，而前面的功能介绍中提到了倒计时时间的记忆功能,该功能的实现的前提条件就是不能对单片机进行硬件复位，所以设定了软复位功能.软复位实际上就是当程序执行完毕之后,将程序指针通过一条跳转指令让它跳转到程序执行的起始地址.

5.显示电路的设计
显示功能与硬件关系极大，当硬件固定后，如何在不引起操作者误解的前提下提供尽可能丰富的信息，全靠软件来解决。

6。键盘扫描电路的设计
键盘是人与微机系统打交道的主要设备。关于键盘硬件电路的设计方法也可以在文献和书籍中找到，配合各种不同的硬件电路,这些书籍中一般也提供了相应的键盘扫描程序。站在系统监控软件设计的立场上来看，仅仅完成键盘扫描,读取当前时刻的键盘状态是不够的，还有不少问题需要妥善解决，否则，人们在操作键盘就容易引起误操作和操作失控现象。在单片机应用中键盘用得最多的形式是独立键盘及矩阵键盘.

独立键盘
它们各有自己的特点，其中独立键盘硬件电路简单,而且在程序设计上也不复杂，一般用在对硬件电路要求不高的简单电路中；矩阵键盘与独立键盘有很大区别，首先在硬件电路上它要比独立键盘复杂得多，而且在程序算法上比它要烦琐，但它在节省端口资源上有优势得多，因此它更适合于多按键电路.其次就是消除在按键过程中产生的“毛刺”
现象。这里采用最常用的方法，即延时重复扫描法，延时法的原理为：因为“毛刺”脉冲一般持续时间短，约为几ms，而我们按键的时间一般远远大于这个时间,所以当单片机检测到有按键动静后再延时一段时间(这里我们取10ms)后再判断此电平是否保持原状态,如果是则为有效按键，否则无效.

7。发声
我们知道，声音的频谱范围约在几十到几千赫兹，若能利用程序来控制单片机某个口线的“高”电平或低电平，则在该口线上就能产生一定频率的矩形波,接上喇叭就能发出一定频率的声音,若再利用延时程序控制“高”“低”电平的持续时间,就能改变输出频率，从而改变音调，使喇叭发出不同的声音.

8.系统复位
使CPU进入初始状态,从0000H地址开始执行程序的过程叫系统复位.从实现系统复位的方法来看，系统复位可分为硬件复位和软件复位。硬件复位必须通过CPU外部的硬件电路给CPU的RESET端加上足够时间的高电位才能实现。上电复位,人工按钮复位和硬件看门狗复位均为硬件复位。硬件复位后，各专用寄存器的状态均被初始化，且对片内通用寄存器的内容没有影响。但是，硬件复位还能自动清除中断激活标志,使中断系统能够正常工作，这样一个事实却容易为不少编码人员所忽视。软件复位就是用一系列指令来模拟硬件复位功能,最后通过转移指令使程序从0000H地址开始执行。对各专用寄存器的复位操作是容易的，也没有必要完全模拟,可根据实际需要去主程序初始化过程中完成。而对中断激活标志的清除工作常被遗忘，因为它没有明确的位地址可供编程。有的编程人员用020000（LJMP 0000H）作为软件陷阱,认为直接转向0000H地址就完成了软件复位，就是这类错误的典型代表。软件复位是使用软件陷阱和软件看门狗后必须进行的工作,这时程序出错完全有可能发生在中断子程序中，中断激活标志已置位，它将阻止同级中断响应。由于软件看门是高级中断，它将阻止说要中断响应，由此可见清除中断激活标志的重要性。文档为个人收集整理,来源于网络个人收集整理，勿做商业用途

三.系统软件设计

软件任务分析和硬件电路设计结合进行，哪些功能由硬件完成,哪些任务由软件完成，在硬件电路设计基本定型后,也就基本上决定下来了。

1．系统原理图

2。程序流程图
在本设计中包括了以下八个主要的程序:主程序;回答时间调整程序;正常抢答处理程序;犯规处理程序；显示及发声程序。主流程图如图所示：

3.程序
/＊==========================================================
* 功能说明：八路抢答器，当有人按下时，数码管显示数字,蜂鸣器响，此时如果有人在继续按键，没有反应
，按下复位键之后，重新开始抢答
*==========================================================*/
＃include
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int

sbit Beep = P3^3； //蜂鸣器IO口
sbit KEY1 = P2^0； //八个独立按键
sbit KEY2 = P2^1；
sbit KEY3 = P2^2
sbit KEY4 = P2^3；
sbit KEY5 = P2^4;
sbit KEY6 = P2^5;
sbit KEY7 = P2^6；
sbit KEY8 = P2^7；
sbit wela = P3^2； //数码管的公共端

uchar table[] = //共阳数码管的段选编码,0-F
{
0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,
0x99，0x92，0x82，0xf8,
0x80，0x90,0x88，0x83,
0xc6，0xa1，0x86，0x8e
}；

/*＊**＊＊**＊*＊*＊*＊***＊*＊＊＊**＊**＊＊＊**＊＊＊*＊＊*＊＊＊＊*＊***＊**＊**＊*＊***＊**＊＊
＊ 名称 : Delay_ms(）
* 功能 ： 延时子程序，延时时间为 1ms ＊ x
* 输入 ： i
* 输出 : 无
**＊＊＊*＊*＊＊*******＊*＊＊＊*＊*＊＊＊＊***＊*＊*＊**＊＊＊*＊＊＊*＊＊*********＊＊＊*＊*＊＊****＊/
void Delay_ms(uint i)
{
uint x，j;
for(j=0;j〈i;j++)
for（x=0；x<=148；x++）;
｝

/＊＊＊＊＊*＊＊＊**＊*＊＊＊＊＊＊＊**＊＊＊＊**＊＊****＊＊＊*＊＊＊*＊＊*＊****＊＊**＊＊＊**＊＊**＊＊*
＊ 名称 : KEY（）
＊ 功能 ： 按键扫描函数，如果有哪个按键先按下，则推出,并且返回哪个按键被按下
* 输入 : 无
＊ 输出 ： 按键对应的数字
＊＊**＊*＊*＊**＊＊*＊**＊*＊＊＊*＊＊＊＊＊＊＊＊＊*＊＊*＊**＊***＊*＊*＊*＊＊＊*＊＊*＊＊*＊＊＊********＊/
uchar KEY（）
{
if(KEY1==0 |｜ KEY2==0 ｜｜ KEY3==0 ｜| KEY4==0 ｜｜ KEY5==0 || KEY6==0 ｜| KEY7==0 || KEY8==0 )
//如果有任何一个按键被按下，则执行下面的代码,反之，返回数字0
｛
Delay_ms(10）； //10毫秒去抖动
if(KEY1 == 0）
{
Beep = 0; //如果该按键按下，蜂鸣器响
Delay_ms（30）； //延时30ms，蜂鸣器响30MS
Beep = 1； //蜂鸣器停止鸣响
return 1; //返回该按键的数值

}
if（KEY2 == 0）
｛
Delay_ms(10）;
Beep = 0；
Delay_ms(30）;
Beep = 1;
return 2；
}
if（KEY3 == 0）
｛
Delay_ms（10）；
Beep = 0;
Delay_ms(30)；
Beep = 1；
return 3;
｝
if(KEY4 == 0)
{
Delay_ms（10);
Beep = 0;
Delay_ms(30)；
Beep = 1;
return 4；
｝
if（KEY5 == 0）
{
Delay_ms（10)；
Beep = 0;
Delay_ms(30）；
Beep = 1;
return 5；
｝
if（KEY6 == 0)
｛
Delay_ms（10)；
Beep = 0；
Delay_ms（30);
Beep = 1;
return 6；
｝
if(KEY7 == 0）
｛
Delay_ms（10）;
Beep = 0；
Delay_ms（30);
Beep = 1;
return 7;
}
if（KEY8 == 0)
｛
Delay_ms(10）;
Beep = 0；
Delay_ms（30）;
Beep = 1；
return 8;
}

}
return 0; //如果没有按键按下，则返回0
｝

//主函数
void main()
｛
uchar temp；
while(1）
｛
temp = KEY（)； //调用键盘扫描函数，并且把返回值赋给temp
if(temp！= 0） //如果有按键按下(即返回值不为0）,跳出循环，执行wela0语句
{
break; //如果没有按键按下,一直在while（1）循环内，不断地执行键盘扫描函数
｝
}
wela=0; //有按键按下的时候,跳出循环执行此语句，打开位选,让数码管亮
P1 = table[temp］; //把键盘扫描函数的返回值送入P1，即数码管的段选
while（1）； //程序停在此处，此时按别的按键无反应,按下复位时，有反应
｝

第四章：焊接调试过程与问题分析。

4.1 焊接

主要步骤：1。检测各元件
2. 对PCB板进行排版及 布线
3.焊接

1. 检测各元件
数码管，STC89C52芯片,电阻，电容，三极管，蜂鸣器，矩阵键盘等

2. 对PCB板进行排版及连线
本实验所用的面包板的内部链接在破坏背面的绝缘胶带的情况下，可以揭开胶带看其内部线路的构造，以防不知道内部线路差错电路。当然最好的办法是：用测试电路在插孔上来回实验，猜想验证其内部构造。
1）、首先了解面包板在连线和焊接的注意事项。
2）、了解实验原件及器材后,按照原理图在面包板上连接电路；
3）、焊接要注意，电子电路在焊接时,应遵循的规则。
3.焊接
4.焊接的技巧和注意事项
1、焊锡之前应该先插上电烙铁的插头，给电烙铁加热. 
2、焊接时,焊锡与电路板、电烙铁与电路板的夹角最好成45度，这样焊锡与电烙铁夹角成90度。
3、焊接时,焊锡与电烙铁接触时间不要太长，以免焊锡过多或是造成漏锡；也不要过短，以免造成虚焊。
4、元件的腿尽量要直,而且不要伸出太长,以1毫米为好，多余的可以剪掉。
5、焊完时，焊锡最好呈圆滑的圆锥状，而且还要有金属光泽。

4.2调试
系统调试包括硬件调试和软件调试，而且两者是密不可分的。我们设计好的硬件电路和软件程序,只有经过联合调试，才能验证其正确性；软硬件的配人情况以及是否达到设计任务的要求,也只有经过调试，才能发现问题并加以解决、完善,最终开发成实用产品。
　　硬件调试分单元电路调试和联机调试，单元电路试验在硬件电路设计时已经进行，这里的调试只是将其制成印刷电路板后试验电路是否正确，并排除一些加工工艺性错误（如错线、开路、短路等）。这种调试可单独模拟进行，也可通过开发装置由软件配合进行,硬件联机调试则必须在系统软件的配合下进行。
　　软件调试一般包括分块调试和联机调试两个阶段。程序的分块调试一般在单片机开发装置上进行，可根据所调程序功能块的入口参量初值编制一个特殊的程序段，并连同被调程序功能块一起在开发装置上运行；也可配合对应硬件电路单独运行某程序功能块，然后检查是否正确如果执行结果与预想的不一致,可以通过单步运行或设置断点的方法，查出原因并加以改正，直到运行结果正确为止。这时该 程序功能块已调试完毕,可去掉附加程序段.其它程序功能块可按此法进行调试.程序联机调试就是将已调试好的各程序功能块按总体结构联成一个完整程序，在所研制的硬件电路上运行。从而试验程序整体运行的完整性、正确性和与硬件电路的配合情况。在联调中可能会有某些支路上的程序、功能块因受条件制约而得不到相应的输入参数，这时，调试人员应创造条件进行模拟调试。在联调中如发现硬件问题也应及时修正,直到单片机系统的软件、硬件全部调试成功为止.系统调试完成后，还要进行一段时间的试运行,从而检验系统的稳定性和抗干扰能力，验证系统功能是否达到设计要求，是否达到预期的效果.
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参考文献

1。C程序设计 ,谭浩强，清华大学出版社，2005
2.单片机原理及接口技术(第3版），李朝青，北京航空航天大学出版社，2002
3. 单片机系统设计与实例指导，冯育长，西安电子科技大学出版社，2007
4. 单片机课程设计实例指导，李光飞，北京航天航空大学出版社，2004