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1、 XXXXX大学毕业设计（论文） 基于STC89C52单片机的多路抢答器设计 姓 名 XXXX 学 院 XXXX 专 业 XXXXXXX 指导教师 XXXX 职 称 XXXX 2012年6月1日XXXXX大学毕业设计（论文）任务书题目基于STC89C52单片机的多路抢答器设计 学生姓名XXXX学院名称XXX 专业班级XXXX课题类型论文课题意义1. 了解国内外大型比赛活动中抢答器的发展现状；2. 巩固所学的单片机知识，学会通过各种途径查找相关资料；3. 能够把所学的理论知识联系实际，解决现实问题；4. 掌握多路抢答器的工作原理及其设计方法；5. 通过实物制作，了解STC89C52单片机市场情况
2、、价格，掌握该芯片的功能，同时也锻炼了自身的动手能力及分析思考问题的能力。任务与进度要求翻译文献1W5(19 27March) 研究“任务书”，借阅相关图书，并阅读相关章节；阅读基本文献，了解国内外大型比赛活动中抢答器的发展现状；制作ppt格式的“开题报告”；填写开题报告表，进行开题报告.W6-W10(28March 1May)查阅相关资料，了解抢答器的基本原理，回顾微机原理及接口技术，熟悉STC89C52单片机的使用方法. W11(28 May)完成电路设计，编写相关程序，并对其进行模拟仿真；同时接受“毕业论文中期进度和质量检查”.W12-W13(922May) 购买相关元件，完成抢答器的焊
3、接、组装和调试工作，完成实物制作. W14-W15(23May1June)准备毕业论文草稿；论文自我完善并录入；配合导师进行论文审查；修改、整理材料和装订.W16(211June)准备答辩PPT，打印毕业论文和相应材料（包括翻译英文材料），用活页夹装订。按规定时间答辩，答辩后，将定稿的论文电子版、答辩PPT文档及装订好纸质论文上交指导老师。主要参考文献1 Cheng Qiming, et al. Design and Implement of Responder Based on Freescale HCS12 Single Chip Microcomputer J. IEEE 2010: 1
4、127 2 文明月. 基于AT89S52单片机的抢答器设计与实现J, 科技创新导报, 2009, 28(10): 353 周功明, 周陈琛. 基于单片机AT89C2051的九路多功能智力竞赛抢答器的设计J, 现代电子技术, 2006, 10(20): 4 4 王冬梅, 张建秋. 基于单片机的八路抢答器设计与实现J, 佳木斯大学学报, 2009, 27(3): 350 5 谢道平. 基于Proteus仿真的单片机多功能智能抢答器的设计J, 长春大学学报, 2011, 21(10): 12 6 耿仁义, 等. 新编微机原理及接口技术. 2006.起止日期2011年3月2012年6月备注学号：XXX
5、X院长 教研室主任 指导教师 毕业设计（论文）开题报告表 2012年 04 月 05 日姓名XXX学院XXX专业XXX班级XXX题目基于STC89C52单片机的多路抢答器设计指导教师XXX一、与本课题有关的国内外研究情况、课题研究的主要内容、目的和意义：国内外研究情况：目前市场上抢答器种类繁多，功能各异，价格差异也很大。而我国抢答器系统行业正逐步走出低谷，而且该行业已经基本走出了全国经济萧条的低迷期。与之相关的核心生产技术应用与研发必将成为业内企业关注的焦点。课题研究的主要内容：1. 抢答器同时供八名选手比赛，分别用八个按钮SW1SW8表示； 2. 抢答器具有锁存、显示、定时抢答功能，且抢答时
6、间由主持人设定（如15s）； 3. 参赛选手在设定的抢答时间内进行抢答，抢答才有效，数码管将显示选手号与答题时间（如45s可调）；若抢答时间已到且无人抢答，则该次抢答无效，系统报警并禁止抢答，数码管显示选手号与“FF” ； 4. 主持人按清除键时，禁止抢答，若某选手犯规抢答，数码管将显示选手号与“FF” 。目的和意义：本研究课题主要是通过完成抢答器的实物制作，以此巩固所学的单片机知识，并把所学的理论知识联系实际，解决现实问题，最终锻炼了自身的动手能力以及分析思考问题的能力。二、进度及预期结果：起止日期主要内容预期结果W06-10查阅相关资料，了解抢答器基本原理，回顾微机原理及接口技术，熟悉ST
7、C89C52单片机的使用方法.掌握抢答器的基本原理，熟悉使用STC89C52单片机编程W11-13完成电路设计，编写相关程序，并对其进行模拟仿真；同时接受“毕业论文中期进度和质量检查”. 购买相关元件，完成抢答器的焊接、组装和调试工作，完成实物制作.完成实物制作W14-15准备毕业论文草稿；论文自我完善并录入；配合导师进行论文审查；修改、整理材料和装订. 完成毕业论文W16制作ppt格式的答辩文稿，准备答辩；答辩.答辩通过完成课题的现有条件1. 指导老师在毕设过程中的专业指导；2. 大学四年中学过的相关专业知识；3. 网上发表的关于抢答器的相干刊物。审查意见指导教师： 2012 年 月 日学院
8、意见主管领导： 2012年 月 日XXXX大学本科毕业设计（论文）评阅表（论文类）题目基于STC89C52单片机的多路抢答器设计学生姓名XXX学生班级XXXX指导教师姓名XXX评审项目指标满分评分选题能体现本专业培养目标，使学生得到较全面训练。题目大小、难度适中，学生工作量饱满，经努力能完成。10题目与生产、科研等实际问题结合紧密。10课题调研、文献检索能独立查阅文献以及从事其他形式的调研，能较好地理解课题任务并提出实施方案；有分析整理各类信息，从中获取新知识的能力。15论文撰写结构严谨，理论、观点、概念表达准确、清晰。10文字通顺，用语正确，基本无错别字和病句，图表清楚，书写格式符合规范。1
9、0外文应用能正确引用外文文献，翻译准确，文字流畅。5论文水平论文论点正确，论点与论据协调一致，论据充分支持论点，论证过程有说服力。15有必要的数据、资料支持，数据、资料翔实可靠，得出的结论有可验性。15论文有独到见解或有一定实用价值。10合计100意见及建议：评阅人签名： 年 月 日XXXXX大学毕业设计（论文）成绩考核表学生姓名XXX学院名称XXX专业班级XXXX题目基于STC89C52单片机的多路抢答器设计1毕业设计（论文）指导教师评语及成绩： 成绩： 指导教师签字： 2012年 6月 日2毕业设计（论文）答辩委员会评语及成绩：成绩：答辩主席（或组长）签字： 年 月 日3毕业设计（论文）总
10、成绩：a.指导教师给定成绩b.评阅教师给定成绩c.毕业答辩成绩总成绩(a0.5+b0.2+c0.3)摘 要近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测日新月异。此次设计提出一种用STC89C52单片机作为核心控制元件，与电阻、数码管、蜂鸣器等构成硬件操作，再利用汇编语言编程，来控制抢答器的功能实现。本论文对抢答器的背景与现状、硬件设计、软件设计及其仿真都做了详细的介绍，使我们不仅对抢答器的原理及设计有了深入的了解，也对单片机的设计研发过程有了更加深刻的体会。本次设计的系统主要采用单片机控制，采用手动抢答的方式。有人抢答后，系统自动封锁其他选手的抢答按钮，使其不再抢答
11、，从而实现抢答功能。该系统还增加了抢答倒计时和答题倒计时功能，并且参数都可以调整。若有人在主持人按下开始按钮之前抢答，系统自动视其为犯规者，抢答器自动报警，同时显示器显示该选手的号码，使抢答公平、公正地进行。关键词：抢答器; 单片机; STC89C52; 微处理器控制单元; 倒计时ABSTRACTWith the rapid development of science and technology in recent years, single chip microcontroller (SCM) applications are deepening, and the traditional
12、 control test technology is driven to develop rapidly. This thesis designs a multi-channel responder by using of a STC89C52 master controller, resistors, control lamps, buzzers, and other electronic components. In the meanwhile, the assembler language program is written to control the multi-channel
13、responder. The thesis introduces first the responders background and present, hardware designing, software designing and simulation in detail, and can not only help us understand the principle of device designing with microcontrollers, but also learn more from the research experience by myself.This
14、design mainly uses the microprocessor control unit (MCU) control with the manual answer method. After someone answers first, the system automatically blocks the answer buttons of other people to let other answer ineffective. The system also includes countdown functions of racing and answering, and a
15、ll the parameters can be adjusted. If one presses the answer button before the presenter presses the start button, the system automatically determines him or her to be an offender, and the responder can give an automatic alarming, at the same time display the number of offenders and their codes. The
16、refore the race will develop fairly and equitably. Keywords: Multi-channel responder; Single chip microcontroller; STC89C52; Microprocessor control unit,Countdown 目 录第一章 绪论- 1 -1.1课题研究的背景及意义- 1 -1.2设计的主要任务- 1 -第二章 抢答器整体方案设计- 2 -2.1单片机的选择- 2 -2.2 STC89C52单片机的基本结构- 2 -2.3系统功能框图- 5 -第三章 硬件电路设计- 7 -3.1最
17、小系统设计- 7 -3.2选手抢答电路设计- 8 -3.3八段显示电路设计- 9 -3.4蜂鸣器报警电路- 9 -3.5时间调整电路- 10 -3.6主持人控制电路- 10 -3.7数码管简介- 11 -3.8 总电路图- 12 -第四章 软件设计- 13 -4.1系统软件设计流程图- 13 -4.2 系统主程序- 13 -第五章 系统仿真与调试- 14 -5.1Protues软件介绍- 14 -5.2Keil软件介绍- 15 -5.3系统仿真过程及结果- 16 -5.4抢答器实物演示过程及结果- 19 -5.5软件调试问题及解决- 24 -5.6焊接问题及解决- 24 -第五章 总结和展望-
18、 25 -参考文献- 26 -附 录- 28 -附录一：抢答器程序- 28 -附录二：英文文献- 36 -附录三：中文翻译- 40 -致 谢- 47 -XXXX大学2012届本科生毕业设计（论文）第一章 绪论1.1课题研究的背景及意义二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和电脑时代。不过，这种电脑通常是指个人计算机，简称PC机。然而，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MCU）。顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。抢答器又称第一信号鉴别器1，广泛的应用于知识竞赛和文娱活动等场合，传统的抢答器普遍使
19、用基本的数字电路或接触器作为控制核心部件，有很多诸如可靠性差、体积大、价格昂贵、操作不方便等缺点。近年来，随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月异2。本次设计就是利用单片机作为核心部件进行逻辑控制及信号产生，利用单片机本身的优势使竞赛真正达到公正、公平、公开。1.2设计的主要任务 通过此次设计，预期完成以下主要任务：1. 掌握抢答器的基础知识及原理；2. 掌握STC89C52单片机的管脚分配，理解LS3641AH数码管的工作原理；3. 设计出合理的电路图及相应的汇编程序，同时仿真调试成功；4. 购买元器件完成焊接组装工作，解决调试问题，最后完成多路抢答器
20、的实物制作。 第二章 抢答器整体方案设计2.1单片机的选择单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管它的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一台完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内外总线系统3。单片机是将中央处理器、随机存储器、只读存储器、定时器芯片和I/O接口电路集成于一个芯片上的微控制器。本次设计开始打算使用Atmel公司的89C51单片机，后来考虑到必须买相应的程序烧录器（价格昂贵），正好班上秦飞飞同学有STC公司的51开发板（只能烧录STC公司的单片机），所以整个设计就改用STC89C52单片机完成。2.2 STC89C52单片机的基本结构STC89C52单片机
21、采用40Pin封装的双列直接DIP结构，图2-1是它的引脚配置，40个引脚中，电源Vcc和接地GND各一根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口和P3口复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明。图2-1 STC89C52的引脚图1. 电源引脚（1）Vcc （40脚） 电源端 GND （20脚） 接地端（2）工作电压为5V 2. 外接晶体引脚XTAL1 是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2 则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到XTAL1，而XTAL2 悬空。内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为12MHz，时钟频率就为6MHz。晶振的频率可以
22、在1MHz-24MHz内选择4。电容取30PF 左右。 图2-2 晶振电路3. 复位RST（9引脚）在振荡器运行时，有两个机器周期（24个振荡周期）以上的高电平出现在此引退时，将使单片机复位，只要这个引脚保持高电平，51芯片便循环复位。复位后P0-P3口均置1引脚表现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存器SFR全部清零5。当复位脚由高电平变为低电平时，芯片为ROM的00H处开始运行程序。图2-3 复位电路4. 输入输出引脚(1) P3 端口P3.0P3.7 P3 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向I/0 端口。输出时可驱动4 个TTL5。端口置1 时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。对内
23、部Flash程序存储器编程时，接控制信息。除此之外P3 端口还用于一些专门功能，具体请看下面功能表。表2-1 P3功能表(2) P2 端口P2.0P2.7 P2 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向I/0 端口。输出时可驱动4 个TTL。端口置1 时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。对内部Flash 程序存储器编程时，接收高8 位地址和控制信息。在访问外部程序和16 位外部数据存储器时，P2 口送出高8 位地址。而在访问8位地址的外部数据存储器时其引脚上的内容在此期间不会改变。(3) P1 端口P1.0P1.7 P1 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向I/0 端口。输出时可驱动4 个TT
24、L。端口置1 时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。对内部 Flash 程序存储器编程时，接收低8 位地址信息。(4) P0 端口P0.0-P0.7 P0 是一个8 位漏极开路型双向I/O 端口，端口置1（对端口写1）时作高阻抗输入端。作为输出口时能驱动8 个TTL。对内部Flash 程序存储器编程时，接收指令字节;校验程序时输出指令字节，要求外接上拉电阻7。在访问外部程序和外部数据存储器时，P0 口是分时转换的地址(低8 位)/数据总线，访问期间内部的上拉电阻起作用。2.3系统功能框图 本次设计八路抢答器系统主要有五部分电路：选手抢答电路、八段显示电路、蜂鸣器报警电路、时间调整电路、主
25、持人控制电路。详细框图如下：图2-4 系统框图本次设计的八路抢答器可实现以下基本功能：u 启动电源后系统自动复位，数码管显示“FFF”。u 抢答器同时供八名选手比赛，分别用八个按钮SW1SW8表示。u 设置一个系统清除键和一个抢答器开始键，并由主持人控制。u 抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮时会锁存相应的编号，并且优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。u 抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答时间由主持人设定（如15s）。当主持人启动开始键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响。若抢答时间已到，无人抢答，本次抢答无效8。u 参赛选手在设定的抢答时间内进行抢答，抢答才有效
26、，数码管将显示选手号与答题时间（如45s可调）。若抢答时间已到且无人抢答，则该次抢答无效，系统报警并禁止抢答，数码管显示选手号与“FF” 。u 主持人按清除键时，禁止抢答，若某选手犯规抢答，数码管将显示选手号与“FF”。第三章 硬件电路设计3.1最小系统设计图3-1 STC89C52最小系统说明：（1） 复位电路：教材一般电容取10u，电阻R取8.2K9。（2） 晶振电路：典型的晶振取11.0592MHz（因为可以准确地得到9600波特率和19200波特率，用于有串口通讯的场合）或者12MHz(产生精确的方波便于12分频，方便定时操作)。（3） 电源接5V变压器。（4） 本次设计中的最小系统是
27、网购的，省去了大量焊接工作。3.2选手抢答电路设计键盘有两类：独立键盘和矩阵键盘。独立键盘的特点是每个按键单独占用一个I/O口，每个按键工作不会影响其它的I/O口线的状态，多用于按键不多的场合。可采用JNB或JB来查询是哪一个按键按下，并转向相应的功能处理程序。当按键较多时，就用到了矩阵键盘。矩阵键盘又称行列键盘，它是用四条I/O线作为行线，四条I/O线作为列线组成的键盘，在行线和列线的每个交叉点上设置一个按键，这样键盘上按键的个数就是4*4个10。这种行列式键盘结构能够有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。但由于本设计的按键只有八个，所以采用独立键盘方式，编写程序比较简单，运行速度也较快。
28、以下是本次抢答器系统的部分截图：图3-2 选手抢答电路3.3八段显示电路设计本次设计采用了LG3641AH共阴数码管完成电路的显示工作，该数码管利用了BCD编码显示数字，程序编译容易，资源占用较少。并且具有低能耗、低损耗、低压等特点。同时它还易于维护，精度高，操作简单。以下是本次抢答器系统的部分截图：图3-3 显示电路3.4蜂鸣器报警电路当主持人启动开始键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响。参赛选手在设定的抢答时间内进行抢答，抢答才有效，数码管将显示选手号与答题时间11。若抢答时间已到且无人抢答，则该次抢答无效，系统报警并禁止抢答，数码管显示选手号与“FF” 。 图3-4 蜂鸣器报
29、警电路3.5时间调整电路主持人可自由设定每次抢答时间，本人设置的初始值是15s。若参赛选手在设定的抢答时间内进行抢答，抢答才算有效，数码管将显示选手号与答题时间，每次答题时间由主持人自由设定，本人设置的初始值是45s。图3-5 时间调整电路3.6主持人控制电路主持人按开始抢答键时，选手开始抢答。主持人按停止/确定键时，禁止选手抢答。 图3-6 主持人控制电路3.7数码管简介本次设计运用的是LG3641AH共阴数码管，它是一个红色高亮度LED数码显示管，引脚图和原理图12如下：图3-7 LG3641AH引脚图说明：上图是型号为LG3641AH共阴数码管，从左至右，依次是数码管1，2，3，4。详细
30、引脚如上所示。 此外，本次设计还需用到数码管具体的结构框图，下面给出了型号为LG3641AH数码管的详细原理图，系统调试时借助此原理图可以知道具体哪个LED灯出现问题。原理图如下：图3-8 原理图3.8 总电路图下图是调试时所截的总电路图，图中为七号选手抢答成功后处于答题倒计时状态。图3-9 总电路图第四章 软件设计4.1系统软件设计流程图本程序采用子程序设计，在主程序中调用子程序来完成特定的功能，这样程序会通熟易懂，同时也有利于程序的调试和修改，本程序流程图13如下：图4-1 程序流程图4.2 系统主程序目前，单片机的编程语言主要有C语言和汇编语言两种。C语言是高级语言，编写起来比较简便且易
31、维护，汇编语言介于机器语言和高级语言之间，更接近硬件，但编写起来比较冗长。介于本次程序不太复杂，本人又更喜欢汇编，故本次设计的程序采用汇编语言来写，详见附录一。第五章 系统仿真与调试5.1Protues软件介绍Protues(海神)的ISIS是一款Labcenter出品的电路分析实物仿真系统，可仿真各种电路和IC，并支持单片机，元件库齐全，使用方便，是不可多得的专业单片机仿真系统14。下图是本人安装的Protues软件初始界面： 图5-1 Protues软件初始界面该软件的特点有：(1) 满足常用单片机软件仿真系统的标准，并在同类产品中具有明显优势。(2) 具有模电仿真、数电仿真、单片机及其外
32、围电路组成系统仿真。(3) 目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC系列以及各种外围芯片。(4) 支持大量的存储器和外围芯片。Protues与其它单片机仿真软件不同的是，它不仅能仿真单片机的工作情况，也能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其它电路情况。因此在仿真和程序调试时，关心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和存储器内容的改变，而是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程及结果。对于这样的仿真实验，从某种意义上讲，弥补了实验和工程应用间脱节的矛盾现象。5.2Keil软件介绍Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机软件，Keil软件提供了包括C编
33、译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部分组合在一起15。下图是本人安装的Keil软件初始界面： 图5-2 Keil软件初始界面5.3系统仿真过程及结果仿真过程操作如下：1）在Protues中画出系统电路图。2）将程序在Keil中编译并生成hex文件。3）把上述hex文件载入STC89C52单片机中4）运行仿真。仿真结果如下：1）系统初始状态启动电源后系统自动复位，数码管显示“F FF”。这次设计中，电源用的是5V变压器，可以给STC89C51单片机及其他电路提供5V直流电源。以下是系统仿真时的部分电路截图。 图
34、5-3 初始化2）抢答开始后, 抢答器倒计时状态 本次设计的八路抢答器可同时供八名选手进行比赛，分别用八个按钮SW1SW8表示16。该系统还设置一个系统清除键和一个抢答器开始键，并由主持人自由控制。下图是抢答开始后, 抢答器进入八秒倒计时状态的部分电路截图。 图5-4 8秒倒计时3）6号选手抢答后43秒倒计时状态 本次设计的八路抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答时间可由主持人自由设定（如15s）17。当主持人启动开始键后，定时器进行减计倒计时，同时扬声器发出短暂的声响。若抢答时间已到无人抢答，本次抢答无效。 图5-5 6号选手答题43秒倒计时 4）5号选手犯规状态 主持人按清除键时，禁止抢答，
35、若某选手犯规抢答，数码管将显示选手号与“FF”。下图是主持人禁止抢答后, 5号选手犯规抢答时的部分电路截图。 图5-6 5号选手犯规5.4抢答器实物演示过程及结果演示过程操作如下：1）把仿真成功后的hex文件载入STC89C52单片机中2）运行仿真。演示结果如下：1）系统初始状态启动电源后系统自动复位，数码管显示“F FF”。这次设计中，电源用的是5V变器以下是系统仿真时的部分电路截图。 图5-7 5号选手犯规2）抢答开始后, 抢答器倒计时状态 本次设计的八路抢答器可同时供八名选手进行比赛，分别用八个按钮SW1SW8表示。该系统还设置一个系统清除键和一个抢答器开始键，并由主持人自由控制。下图是
36、抢答开始后, 抢答器进入八秒倒计时状态的部分电路截图。 图5-8 8秒倒计时3）6号选手抢答后43秒倒计时状态主持人启动开始键后，定时器进行减计倒计时，同时扬声器发声，下图便是6号选手成功抢答后43秒倒计时状态图5-9 6号选手成功抢答后43秒倒计时状态4）5号选手犯规状态主持人按清除键时，禁止抢答，若某选手犯规抢答，数码管将显示选手号与“FF” 18。下图是主持人禁止抢答后, 5号选手犯规抢答时的部分电路截图。 图5-10 5号选手犯规5）实物展示通过这段时间的努力，终于成功做好了预期的八路抢答器。下面展示一下实物图片（手机拍摄，像素可能不是很高）。 图5-11 俯视图 图5-12 右侧面图图5-13 左侧面图