基于单片机的数字抢答器的设计单片机期末课程设计Word文档下载推荐.docx
- 文档编号:4502805
- 上传时间:2023-05-03
- 格式:DOCX
- 页数:27
- 大小:171.16KB
基于单片机的数字抢答器的设计单片机期末课程设计Word文档下载推荐.docx
《基于单片机的数字抢答器的设计单片机期末课程设计Word文档下载推荐.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于单片机的数字抢答器的设计单片机期末课程设计Word文档下载推荐.docx(27页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
累加器
*B
F0H
乘法寄存器
*PSW
D0H
程序状态字
SP
81H
堆栈指针
DPL
82H
数据存储器指针低8位
DPH
83H
数据存储器指针高8位
*IE
A8H
中断允许控制器
*IP
D8H
中断优先控制器
*P0
80H
端口0
*P1
90H
端口1
*P2
A0H
端口2
*P3
B0H
端口3
PCON
87H
电源控制及波特率选择
*SCON
98H
串行口控制器
SBUF
99H
串行数据缓冲器
*TCON
88H
定时器控制
TMOD
89H
定时器方式选择
TL0
8AH
定时器0低8位
TL1
8BH
定时器1低8位
TH0
8CH
TH1
8DH
定时器1高8位
注:
带*号的特殊功能寄存器都是可以位寻址的寄存器
c)89系列单片机采用静态时钟方式,可以节省电能,降低便携式设备的功耗。
(2)89系列单片机的结构简介:
89系列单片机的内部结构与AT80C51相近,主要有以下部件:
18031CPU2振荡电路3总线控制部件
4中断控制部件5片内Flash存储器6片内RAM
7并行I/O接口8定时器9串行I/O接口
89系列的各种型号单片机,内部差别很大。
例如,AT89C1051片内Flash存储器只有1KB,而AT89C52、AT89LV52和AT89S8252的片内Flash存储器有8KB。
AT89S8252的结构最复杂,它的内部含有标准的串行口,还有一个串行的外围接口SPI,Watchdog定时器,双数据指针等部件,以及电源下降的中断恢复功能。
89系列的单片机一共有五种型号,分别为AT89C51,AT89LV51,AT89C52,AT89LV52和AT89S8252,其中AT89LV51和AT89LV52分别是AT89C51和AT89C52的低压产品,最低电压可以低2.7V,AT89C1051和AT89C2051则是抵挡的低压产品,只有20根引脚。
89系列单片机的型号编码中字母的意义是:
AT表示该器件是ATMEL公司的产品,C表示该器件是CMOS产品,LV表示该器件是低电压产品,S表示该器件含可以下载的Flash存储器。
AT89C51是89系列单片机的标准型,它是与MSC-51系列单片机兼容的。
在内部含有4KB或8KB可重复编程的Flash存储器,可进行1000次擦写操作。
全静态工作为0-24MHZ,有3级程序锁存器,内部含有128-256字节的RAM,有32条可编程I/O口线,2-3个16位定时/计数器,6-8个中断源,通用的串行接口,低电压空闲及电源下降方式。
AT89C51是基本型,具有4KB的Flash存储器,128字节的片内RAM,32条可编程I/O口,两个个16位定时/计数器,6个中断源,3位存储器加密,一个可编程串行接口。
AT89C52在AT89C52的基础上,增加了一个定时/计数器,2个中断源,128字节的片内RAM,4KB的Flash存储器。
1.2AT89C51单片机的内部结构
AT89C51单片机内部由CPU、4KB的FPEROM,128B的RAM,两个16位的定时/计数器T0和T1,4个8位的I/O端P0、P1、P2、P3等组成。
单片微机内部最核心的部分是CPU。
CPU主要功能是产生各种控制信号,控制存储器、输入/输出端口的数据传输、数据的算术运算、逻辑运算以及位操作处理等,CPU按其功能可分为运算器和控制器两部分。
控制器由程序计数器PC、指令储存器、指令译码器、实时控制与条件转移逻辑电路等组成。
它的功能是对来自存储器中的指令进行译码,通过实时控制电路,在规定的时刻发出各种操作所需的内部和外部的控制信号,使各部分协调工作,完成指令所规定的操作。
运算器由算术逻辑器部件ALU、累加器ACC、暂存器、程序状态字寄存器PSW,BCD码运算调整电路等组成。
图1-1AT89C51单片机的内部结构图
为了提高数据处理和位操作功能,片内增加了一个通用寄存器B和一些专用寄存器,还增加了位处理逻辑电路的功能。
其内部结构如图1-1所示。
1.3各类型单片机的比较分析
如表1-2所示,以下各种类型的单片机内除CPU外,还包括ROM、RAM、4*8I/O口和2个16位定时/计数器,它们都是功能很强的单片微型计算机。
但由于80C51片内为掩膜ROM,故内部程序不能改写,不用于实验开发。
87C51具有片内EPROM,是真正的单片微机,但由于价格较贵,且程序改写时要用紫外线擦除,时间较长,所以用得较少。
80C31在市场上的价格很低,但片内没有ROM,必须在片外扩展一片EPROM,非常不便。
AT89C51片内具有可电擦除的FPEROM,可以快速、多次地编程,且价格不高,所以用得非常广泛,目前开发用的MCS—51产品绝大多数用89C51。
表1-2单片机主要性能的比较
型号
ROM
形式
片内ROM
片内
RAM
寻址
范围
定时
计数
I/O口
串行I/O口
外部
中断
80C31
接ROM
4K
128
2*64K
2*16
4
UART
2
80C51
87C51
EPROM
89C51
FPEROM
1.4AT89C51单片机性能
AT89C51是一种低功耗、高性能的含有4KB闪速可编程电擦除只读存储器(FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的8位CMOS微控制器,使用高密度、非易失存储技术制造,并且与80C51指令系统和引脚完成兼容。
芯片上的FPEROM允许在线或采用通用的非易失存储编程器对程序存储器重复编程。
(1)AT89C51的主要性能包括:
AT89C51与MCS—51控制器系列产品兼容,片内有4K可在线重复编程闪速电擦除存储器(FlashMemory),存储器可循环写入/擦除1000次;
存储器数据保存时间可达10年;
工作电压范围宽:
Vcc可由2.7V到6V;
全静态工作可由0Hz到16MHz;
程序存储器具有3级锁存保护;
128*8位内部RAM;
32条可编程I/O线;
两个16位定时器/计数器;
中断结构具有5个中断源和2个中断优先级;
可编程全双工串行通信;
空闲状态维持低功耗和掉电状态保存存储内容。
(2)FPEROM的编程:
AT89C51的I/O口P0、P1、P2和P3除具有与80C51相同的一些性能和用途外,在FPEROM编程时,P0口接收代码字节,并在程序检验时输出代码字节,但在程序校验时需要外部上拉负载电阻,在FPEROM编程和程序校验期间,P1口接收低位地址字节,P2口接收高位地址字节和一些控制信号,P3口也接收一些FPEROM编程和校验用的信号,此时ALE/PROG引脚是编程脉冲输入(PROG)端,在FPEROM编程期间,如果选择12V编程电压、那么EA/Vpp引脚也允许接受12V编程电压(Vpp)。
第2节数字抢答器总体方案的设计
本设计分为硬件设计和软件设计,这两者相互结合,不可分离;
从时间上看,硬件设计的绝大部分工作量是在最初阶段,到后期往往还要做一些修改。
只要技术准备充分,硬件设计的大返工是比较少的,软件设计的任务贯彻始终,到中后期基本上都是软件设计任务,随着集成电路技术的飞速发展,各种功能很强的芯片不断出现,使硬件电路的集成度越来越高,硬件设计的工作量在整个项目中的所占的比重逐渐下降。
2.1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AT89C51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。
2.1.1总体原理图
如图2-1,P1.0为开始抢答,P1.7为停止,P1.1-P1.6为六路抢答输入,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为时间加1调整,P3.3为时间减1调整。
图2-1系统原理图
2.1.2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。
图2-2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1/12µ
s。
2.1.3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4所示:
图2-3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。
2.1.4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。
2.1.5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。
图2-4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。
2.1.6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。
2.1.7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(LJMP0000H)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。
在所有的指令中,只有RETI指令能够清除中断激活标志。
前文各处提案到的出错处理程序ERR主要完成这一功能,其他的善后工作交由复位后的系统去完成。
这部分程序如下:
POWERDATA67H;
上电标志存放单元
ERR:
CLREA;
关中断
MOVDPTR,#ERR1;
准备返回地址
PUSHDPL
PUSHDPH
RETI;
清除高级中断激活标志
ERR1:
MOVPOWER,#0AAH;
重建上电标志
CLRA;
准备复位地址
PUSHACC;
压入复位地址0000H
PUSHACC
清除低级中断激活标志,从程序0000H开始执行。
这段程序先关中断,以便后续处理能顺利进行,然后用两个RETI指令代替两个LJMP指令,从而清除了两级中断激活标志。
有相应软件陷阱捕捉来的程序可能没有全部激活两个标志,这也无妨。
第3节系统软件设计
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)主程序系统结构图
图2-5软件系统结构图
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;
非法抢答序;
抢答时间调整程序;
回答时间调整程序;
倒计时程序;
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2-6所示:
图2-6程序设计流程图
3)系统程序
OKEQU20H;
抢答开始标志位
RINGEQU22H;
响铃标志位
ORG0000H
AJMPMAIN
ORG0003H
AJMPINT0SUB
ORG000BH
AJMPT0INT
ORG0013H
AJMPINT1SUB
ORG001BH
AJMPT1INT
ORG0040H
MAIN:
MOVR1,#0FH;
初设抢答时间为15s
MOVR2,#0AH;
初设答题时间为10s
MOVTMOD,#11H;
设置未定时器/模式1
MOVTH0,#0F0H
MOVTL0,#0FFH;
越高发声频率越高,越尖
MOVTH1,#3CH
MOVTL1,#0B0H;
50ms为一次溢出中断
SETBEA
SETBET0
SETBET1
SETBEX0
SETBEX1;
允许四个中断,T0/T1/INT0/INT1
CLROK
CLRRING
SETBTR1
SETBTR0;
一开始就运行定时器,以开始显示FFF.如果想重新计数,重置TH1/TL1就可以了
查询程序:
START:
MOVR5,#0BH
MOVR4,#0BH
MOVR3,#0BH
ACALLDISPLAY;
未开始抢答时候显示FFF
JBP1.0,NEXT
ACALLDELAY
JBP1.0,NEXT;
去抖动,如果"
开始键"
按下就向下执行,否者跳到非法抢答查询
ACALLBARK;
按键发声
MOVA,R1
MOVR6,A;
送R1->
R6,因为R1中保存了抢答时间
SETBOK;
抢答标志位,用于COUNT只程序中判断是否查询抢答
MOVR3,0AH;
抢答只显示计时,灭号数
AJMPCOUNT;
进入倒计时程序,"
查询有效抢答的程序"
在COUNT里面
NEXT:
JNBP1.1,FALSE1
JNBP1.2,FALSE2
JNBP1.3,FALSE3
JNBP1.4,FALSE4
JNBP1.5,FALSE5
JNBP1.6,FALSE6
AJMPSTART
非法抢答处理程序:
FALSE1:
按键发声
MOVR3,#01H
AJMPERROR
FALSE2:
ACALLBARK
MOVR3,#02H
FALSE3:
MOVR3,#03H
FALSE4:
MOVR3,#04H
FALSE5:
MOVR3,#05H
FALSE6:
MOVR3,#06H
INT0(抢答时间R1调整程序):
INT0SUB:
MOVA,R1
MOVB,#0AH
DIVAB
MOVR5,A
MOVR4,B
MOVR3,#0AH
ACALLDISPLAY;
先在两个时间LED上显示R1
JNBP3.2,INC0;
P3.2为+1s键,如按下跳到INCO
JNBP3.3,DEC0;
P3.3为-1s键,如按下跳到DECO
JNBP1.7,BACK0;
P1.7为确定键,如按下跳到BACKO
INC0:
CJNEA,#63H,ADD0;
如果不是99,R2加1,如果加到99了,R1就置0,重新加起
MOVR1,#00H
ACALLDELAY1
ADD0:
INCR1
DEC0:
JZSETR1;
如果R1为0,R1就置99,
DECR1
SETR1:
MOVR1,#63H
BACK0:
RETI
INT1(回答时间R2调整程序):
INT1SUB:
MOVA,R2
ACALLDISPLAY
JNBP3.2,INC1
JNBP3.3,DEC1
JNBP1.7,BACK1
INC1:
MOVA,R2
CJNEA,#63H,ADD1
MOVR2,#00H
ADD1:
INCR2
DEC1:
JZSETR2
DECR2
SETR2:
MOVR2,#63H
BACK1:
倒计时程序(抢答倒计时和回答倒计时都跳到该程序):
COUNT:
MOVR0,#00H;
重置定时器中断次数
MOVTL1,#0B0H;
重置定时
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 单片机 数字 抢答 设计 期末 课程设计