實(shí)訓(xùn)題目：基于單片機(jī)的搶答器的設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)要求

1.1.1設(shè)計(jì)任務(wù)  

基于單片機(jī)的搶答器的設(shè)計(jì)

1.1.2性能指標(biāo)要求

① 需要自己設(shè)計(jì)電路并焊接電路板。

② 基本要求：有一個(gè)主持人控制開關(guān)和6路搶答按扭，當(dāng)主持人允許搶答時(shí)才能進(jìn)行搶答操作，并用一個(gè)數(shù)碼管顯示搶答選手的號(hào)碼，同時(shí)其他選手不能再搶答。

③ 當(dāng)主持人允許搶答后倒計(jì)時(shí)5秒時(shí)間，在這5秒內(nèi)搶答有效，過后就不能進(jìn)行搶答了。

④ 電路上要加個(gè)蜂鳴器的電路，當(dāng)有選手搶答時(shí)蜂鳴器響一下。

⑤ 當(dāng)有選手搶答后，進(jìn)行倒計(jì)時(shí)20秒作為選手回答問題時(shí)間，用兩個(gè)數(shù)碼管顯示，倒計(jì)時(shí)時(shí)間到時(shí)有聲光提示。

⑥ 畫電路板時(shí)要增加下載接口，方便調(diào)試程序。

⑦ 擴(kuò)展功能（選做）：

用按鍵可設(shè)置倒計(jì)時(shí)的時(shí)間，范圍在5秒到30秒之間。

1.2 設(shè)計(jì)思路及設(shè)計(jì)框圖

1.2.1設(shè)計(jì)思路

設(shè)計(jì)思路如下：

電路通電后，LED閃爍三次，表示電路各功能正常。搶答之前必須由主持人控制，所以在芯片的P1^0腳處接入開始按鍵。搶答時(shí)必須有選手搶答電路，因?yàn)轭}目要求6位選手搶答，所以分別在P1^1~P1^6設(shè)置了從1~6號(hào)選手的搶答按鍵。當(dāng)主持人按下開始搶答鍵時(shí)，6位選手連接的單片機(jī)從P1^1~P1^6的任意1位選手都可以進(jìn)行搶答，搶答時(shí)間為5s。主持人按下開始搶答按鍵以后，會(huì)進(jìn)入5s倒計(jì)時(shí)搶答時(shí)間，如若在5s之內(nèi)，有選手搶答成功，則數(shù)碼管顯示搶答選手的號(hào)數(shù)，搶答成功后燈光提示0.5秒，系統(tǒng)開始自動(dòng)設(shè)定回答問題時(shí)間為20s，倒計(jì)結(jié)束時(shí)LED燈亮，并且蜂鳴器響1s，1秒后重新等待主持人控制。

拓展功能利用三個(gè)按鍵來實(shí)現(xiàn)控制回答問題的時(shí)間的增減，有1號(hào)和6號(hào)選手按鍵同時(shí)按下開啟回答時(shí)間調(diào)整功能，時(shí)間加計(jì)數(shù)的設(shè)置控制鍵為P1^1，每當(dāng)按鍵按下并松開，則倒計(jì)時(shí)加一。時(shí)間減計(jì)數(shù)的設(shè)置控制按鍵為P1^6，每當(dāng)按鍵按下并松開，則倒計(jì)時(shí)減一，主持人按鍵P1^0按下來確定回答問題的時(shí)間，而且加減計(jì)時(shí)時(shí)間的范圍在5s~30s內(nèi)，主持人確定時(shí)間后會(huì)有1s的燈光提示，表示調(diào)整完成。P0口接的是一個(gè)四位一體共陰數(shù)碼管，P2.0~P2.3作為數(shù)碼管的位選。三極管8050在電路當(dāng)中起了開關(guān)的作用，當(dāng)控制三極管開關(guān)狀態(tài)的管腳P3^3輸出高電平時(shí)，蜂鳴器響，反之蜂鳴器停。

1.2.2總體設(shè)計(jì)框圖

2.1 單片機(jī)

STC89C52RC是以51為內(nèi)核的8位單片機(jī)，芯片總共有40個(gè)引腳。

P0~P3：總共占32個(gè)引腳，其中P0是低8位地址線/數(shù)據(jù)線的端口，P1是數(shù)據(jù)線端口，P2是高8位地址線/數(shù)據(jù)線端口，P3是數(shù)據(jù)線/第二功能線端口。P0口內(nèi)部沒有上拉電阻，所以在P0用作輸出時(shí)必須外加上拉電阻。

EA~ /VPP：片外程序ROM有效編程電源，作EA~用時(shí)為輸出信號(hào)，EA~=0片外程序ROM有效，EA~=1片內(nèi)ROM有效，作VPP用時(shí)為電源輸入。

XTAL1和XTAL2：外部時(shí)鐘震蕩輸入端

RST/VPD：復(fù)位/備用電源接入。正常工作時(shí)作復(fù)位信號(hào)引入，當(dāng)VCC失電時(shí)，此腳接入備用電源，使片內(nèi)RAM中的數(shù)據(jù)處于底功能保護(hù)。

2.2 最小系統(tǒng)

這兩部分電路分別為晶振電路和復(fù)位電路，這兩塊電路與單片機(jī)的電源電路共同組成了單片機(jī)的最小系統(tǒng)。

晶振電路由晶振和兩個(gè)瓷片電容組成，本實(shí)訓(xùn)采用晶振為12MHZ，瓷片電容的容量為22PF，瓷片電容是沒有正負(fù)極之分的。

本次實(shí)訓(xùn)采用的復(fù)位電路是手動(dòng)復(fù)位方式，當(dāng)復(fù)位鍵按下，RST由低電平變?yōu)楦唠娖剑琑ST引腳獲得2個(gè)機(jī)器周期的脈沖后，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)硬件復(fù)位，使單片機(jī)重新開始執(zhí)行程序。

2.3 按鍵模塊電路

按鍵一端接地，一端接單片機(jī)I/O口。當(dāng)按鍵按下時(shí)，電平狀態(tài)因一端接地被拉低。

2.4 數(shù)碼管顯示模塊電路

本次實(shí)訓(xùn)用的是四位共陰數(shù)碼管，A,B,C,D,E,F,G,DP控制段選；1,2,3,4控制位選。

2.5 蜂鳴器與LED燈模塊電路

在本次實(shí)訓(xùn)中，蜂鳴器電路材料有8050(NPN)三極管，一個(gè)限流電阻，一個(gè)蜂鳴器，此時(shí)電路中的三極管充當(dāng)開關(guān)作用，當(dāng)P3^3=1時(shí)三極管導(dǎo)通，則蜂鳴器響，反之不響。

LED負(fù)極端通過限流電阻接地，正極接入I/O口，當(dāng)P3^4=1時(shí)，LED亮，反之滅。

焊完板子后用下載線接通電源，觀察電源指示燈是否正常，指示燈閃爍后停止工作，斷電檢查電路，發(fā)現(xiàn)有一接地端未聯(lián)通，接通后發(fā)現(xiàn)電源指示燈不在工作。

軟件燒錄時(shí)一直在檢測(cè)單片機(jī)，在嘗試斷電重連，讀寫反接后燒錄成功。

在驗(yàn)證功能期間發(fā)現(xiàn)“選手回答問題結(jié)束”后，蜂鳴器和LED一直處在開啟狀態(tài)，需要復(fù)位按鍵復(fù)位后才能使用；電源指示燈不工作（可能燒壞了），無法判斷電路是否正常；修改代碼將聲光提醒改為1s，1s后自動(dòng)恢復(fù)等待主持人操作；通電后LED閃爍三次，閃爍結(jié)束后等待主持人操作。

在硬件不改變的前提增加擴(kuò)展功能，使用1號(hào)和6號(hào)選手按鍵同時(shí)按下開啟回答時(shí)間調(diào)整功能，時(shí)間加計(jì)數(shù)的設(shè)置控制鍵為P1^1，每當(dāng)按鍵按下并松開，則倒計(jì)時(shí)減1。時(shí)間減計(jì)數(shù)的設(shè)置控制按鍵為P1^6，每當(dāng)按鍵按下并松開，則倒計(jì)時(shí)加1，或者一直按著加（減）按鍵，倒計(jì)時(shí)會(huì)每個(gè)0.5s實(shí)現(xiàn)自加（減）1，主持人按鍵P1^0按下來確定回答問題的時(shí)間，加減計(jì)時(shí)時(shí)間的調(diào)整范圍在5s~30s內(nèi)，主持人確定時(shí)間后會(huì)有1s的燈光提示，表示調(diào)整完成。

4.1 測(cè)試儀器與設(shè)備

電腦 ：一臺(tái)

萬用表 ：一臺(tái)

燒錄器 ：一個(gè)

4.2 性能指標(biāo)測(cè)試

1.總共有六路搶答，在主持人允許搶答才可以開始搶答，倒計(jì)時(shí)5秒。

2.一個(gè)搶答后，其他選手不能再搶答，可以設(shè)定時(shí)間來限制回答問題的時(shí)間。

3.當(dāng)有選手開始搶答時(shí)，蜂鳴器響一聲。

4.選手回答時(shí)間結(jié)束時(shí)有聲光顯示

5.可以通過按鍵來設(shè)置回答問題時(shí)間（5-30秒）。

4.3 誤差分析

有時(shí)候按鍵不防抖或無反應(yīng)

經(jīng)過這一周的單片機(jī)實(shí)訓(xùn)，結(jié)合之前的單片機(jī)理論課和實(shí)驗(yàn)課，各個(gè)書本與老師的答疑解惑下，我終于完成了本次實(shí)訓(xùn)，在單片機(jī)電路連接中只需要把單片機(jī)最小系統(tǒng)做出來然后把IO口接各個(gè)外圍器件，寫好程序進(jìn)行操控就可以了，但是也非常考察人的細(xì)心和焊功是否牢固。

在這學(xué)習(xí)的過程中，我通過網(wǎng)上查了許多單片機(jī)的資料，讓我明白了51單片機(jī)的I/0的作用，由于P0口與P1\P2\P3口不同，因?yàn)槠鋬?nèi)部沒有上拉電阻，如果不加上拉電阻，會(huì)呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，所以當(dāng)我們需要用P0口給數(shù)碼管進(jìn)行段選時(shí)，P0口必須外加上拉電阻，通常為10K的排阻。通過分析網(wǎng)上列出的幾種不同的蜂鳴器控制電路，我懂得了本次實(shí)訓(xùn)蜂鳴器控制電路中的三極管在電路中充當(dāng)著開關(guān)作用，電阻充當(dāng)著限流作用，保護(hù)電路。51單片機(jī)I/O口充當(dāng)控制作用。

在此，我感謝指導(dǎo)我的老師們，通過本次實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)到的知識(shí)是從理論課本上獲取不到的，這些調(diào)試電路的經(jīng)驗(yàn)，調(diào)試代碼的經(jīng)驗(yàn)，51單片機(jī)的原理，統(tǒng)統(tǒng)需要實(shí)踐的積累。在今后遇到使用單片機(jī)所做的項(xiàng)目，我都會(huì)通過這次的實(shí)訓(xùn)的經(jīng)驗(yàn)來擬定好一個(gè)方案，并能夠設(shè)計(jì)基礎(chǔ)電路，在軟件方面還需多加練習(xí)，多寫程序，吸收別人的思維方式，腦海中要構(gòu)造好流程圖，流程圖做好，每一步需要怎么寫怎么做就一目了然了。

附錄1：仿真圖

附錄2:程序