北京交通大学单片机

⑴ AT89S51单片机八路抢答器工作原理

基于MCS-51系列单片机AT89S51的八路抢答器

基于MCS-51系列单片机AT89S51的八路抢答器

前言

随着现代电子电路的快速发展，以及电子行业对现有电子工程技术的不断需求，特别是对实际操作实践的电子人才的需求越来越多，所以加强学生动手能力、重视实践应该是电子发展需求的必然趋向。实践动手能力的培养是一种综合能力，这种能力当然是在一定难度的前提下完成的，通过一定数量的实践才能逐步形成的。因此在培养实践能力的同时，要通过实践来不断的发现问题和解决问题的途径和方法，从而提高实践能力。

近年来，随着单片机档次的不断提高，功能的不断完善，其应用日趋成熟、应用领域日趋扩大，特别是工业测控、尖端武器和日用家电等领域更是因为有了单片机而生辉增色。单片机应用技术已成为一项新的工程应用技术。本次实习设计的题目为基于单片机的抢答器。

在本次的课程设计中我主要负责了该系统的印制电路板PCB的制作

一、方案论证

方案一:系统各部分采用中小规模集成数字电路，用机械开关按钮作为控制开关，完成抢答输入信号的触发。该方案的特点是中小规模集成电路应用技术成熟，性能可靠，能方便地完成选手抢答的基本功能，但是由于系统功能要求较高，所以电路连接集成电路相对较多，而且过于复杂，并且制作过程工序比较烦琐，使用不太方便。

方案二:该系统采用MCS-51系列单片机AT89S51作为控制核心，该系统可以完成运算控制、信号识别以及显示功能的实现。由于用了单片机，使其技术比较成熟，应用起来方便、简单并且单片机周围的辅助电路也比较少，便于控制和实现。整个系统具有极其灵活的可编程性，能方便地对系统进行功能的扩张和更改性。CS-51单片机特点如下：

1>可靠性好：单片机按照工业控制要求设计，抵抗工业噪声干扰优于一般的CPU，程序指令和数据都可以烧写在ROM许多信号通道都在同一芯片，因此可靠性高。

2>易扩充：单片机有一般电脑所必须的器件，如三态双向总线，串并行的输入及输出引脚，可扩充为各种规模的微电脑系统

3>控制功能强：单片机指令除了输入输出指令，逻辑判断指令外还有更丰富的条件分支跳跃指令。原理框图如1-1所示;

图1-1

方案比较及其选用依据，显然方案二比方案一简单的多，不但从性能上优于方案一，而且在使用上及其功能的实现上都较方案一简洁，并且由于单片机具有优越的高集成电路性，使其工作速度更快、效率更高。另外AT89S51单片机采用12MHz的晶振，提高了信号的测量精度，并且使该系统可以通过软件改进来扩张功能。而方案一采用了中小规模集成电路，有其复杂的电路性能，从而可能会使信号的输入输出产生延时及不必要的误差。依此依据选择方案二比较适合。

二、原理分析

1.本电路采用单片机AT89C51作为控制芯片，单片机的P0口外接八个发光二极管，每个发光二极管分别作为八位选手的信号指示灯。并在各个外接电路上并接开关按键，按键另一端接地。发光二极管采用共阳极接法，由于P0口为高电平呈输入状态，当有按键按下时，P0口呈低电平与按键对应的发光二极管满足点亮条件点亮。在程序编程上采用查询，查询P0口P0。0到P0。7的八个端口呈低电平，即查询是哪个选手先按键，然后将选手号码的字节数据送至串行口输出并在数码管上显现出来。

2.蜂鸣器是利用三极管处于开关状态是的导通与截止工作，在三极管导通时蜂鸣器工作，三极管截止时蜂鸣器不工作。三极管采用8550PNP型基极接于P1。2口置其低电平时三极管导通，置其高电平时三极管截止。

3.数码管采用共阳极七段显示，其内部发光二极管为共阳极接高电平，当对应发光二极管一端为低电平时发光二极管点亮，显示的数字或字符由送入的字节数据控制，字节数据的输出采用串形口工作模式0，8位串行字节数据的输出通过RXD端口送出，TXD端用于送出同步移位脉冲，作为外接器件的同步移位信号。数据的发送是在TI=0的情况下，由一写发送缓冲器的指令开始CPU执行完该指令，串行口即将8位数据从RXD端送出，同时TXD端发出同步移位脉冲。8位数据发送完毕后由硬件置位TI=1，通过查询TI位来确定是否发送完一组数据，TI=1表示发送缓冲器已空，当要发送下一组数据时用软件使TI清零，然后即可发送下一组数据。

4.软件设计分析首先在程序的开始为选手设置了一段违规程序，该程序的作用是为了防止选手在主持人没有按下抢答键时，有的选手已经提前抢答了，本次抢答为无效抢答，并有报警和记录下该位选手的选号，做违规处理，如果选手超出了在规定的提前抢答次数，则该选手将被取消以后的抢答资格。如果在主持按下抢答键时再抢答，该次抢答被视为有效抢答，在主持按下回答问题的键时选手就可以在规定的时间内回答问题了

图1-2

<1>选手查询程序：

ORG0000H

START:CLRA

MOVA，#0FFH

MOVP0，A

LOP:JNBP2。4，LP

JNBP0。0，SA1

JNBP0。1，SA2

JNBP0。2，SA3

JNBP0。3，SA4

JNBP0。4，SA5

JNBP0。5，SA6

JNBP0。6，SA7

JNBP0。7，SA8

SJMPLOP

SA1:AJMPSB1

SA2:AJMPSB2

SA3:AJMPSB3

SA4:AJMPSB4

SA5:AJMPSB5

SA6:AJMPSB6

SA7:AJMPSB7

SA8:AJMPSB8

LP:MOVR0，#9

LOP1:LCALLLED

LCALLDEL

JNBP0。0，SIP1

JNBP0。1，SIP2

JNBP0。2，SIP3

JNBP0。3，SIP4

JNBP0。4，SIP5

JNBP0。5，SIP6

JNBP0。6，SIP7

JNBP0。7，SIP8

DECR0

CJNER0，#0，LOP1

MOVR0，#0

LCALLLED

LCALLDEL

SJMPLOP

SIP1:AJMPDIP1

SIP2:AJMPDIP2

SIP3:AJMPDIP3

SIP4:AJMPDIP4

SIP5:AJMPDIP5

SIP6:AJMPDIP6

SIP7:AJMPDIP7

SIP8:AJMPDIP8

SB1:MOVR2，#1

LCALLLED1

LCALLDE

SJMPLP1

SB2:MOVR2，#2

LCALLLED1

LCALLDE

SJMPLP1

SB3:MOVR2，#3

LCALLLED1

LCALLDE

SJMPLP1

SB4:MOVR2，#4

LCALLLED1

LCALLDE

SJMPLP1

SB5:MOVR2，#5

LCALLLED1

LCALLDE

SJMPLP1

SB6:MOVR2，#6

LCALLLED1

LCALLDE

SJMPLP1

SB7:MOVR2，#7

LCALLLED1

LCALLDE

SJMPLP1

SB8:MOVR2，#8

LCALLLED1

LCALLDE

SJMPLP1

LP1:JNBP2。4，LOP2

SJMPLP1

DIP1:MOVR2，#1

LCALLLED1

LCALLDE

SJMPLH1

DIP2:MOVR2，#2

LCALLLED1

LCALLDE

SJMPLH1

DIP3:MOVR2，#3

LCALLLED1

LCALLDE

SJMPLH1

DIP4:MOVR2，#4

LCALLLED1

LCALLDE

SJMPLH1

DIP5:MOVR2，#5

LCALLLED1

LCALLDE

SJMPLH1

DIP6:MOVR2，#6

LCALLLED1

LCALLDE

SJMPLH1

DIP7:MOVR2，#7

LCALLLED1

LCALLDE

SJMPLH1

DIP8:MOVR2，#8

LCALLLED1

LCALLDE

SJMPLH1

LH1:JNBP2。4，LOOP

SJMPLH1

LOP2:MOVA，#11H

MOVSBUF，A

JNBTI，$

CLRTI

LCALLDEL

AJMPLOP

<2>串行输出程序:

该部分程序的设计利用了单片机的串行模式0输出，该输出方式占用IO口少。可以省去许多IO口作为功能的扩展使用。在该模式下，我们采用了输出查询的方式，就是要借助发送标志TI，当程序执行到发送标志位时，查询其标志位TI的值，只要TI的值是0程序就继续查询，知道查询到TI为1时才结束，然后在进入下一组数据的发送。由于串行输出时送进去的数都是十进制数，以致计算机不能识别，所以还要把送进去的十进制数转化成而进制数，这样才能输出。因此在输出程序前必须有拆字程序，把原来送进去的十进制数转化成二进制数，然后在输出并通过数码管显示出来。但是如果在显示选手选号与显示选手回答问题所用的到计同用一段串行输出程序时就会造成程序的混乱，所以在此处设计了两段初始值不同的显示程序，从而可能增加了程序的烦琐化。

LED1:MOVA，R2

MOVB，#10

DIVAB

MOVR1，A

MOVR3，B

MOVA，R1

MOVDPTR，#TAB

MOVCA，@A+DPTR

MOVSBUF，A

JNBTI，$

CLRTI

MOVA，R3

MOVCA，@A+DPTR

MOVSBUF，A

JNBTI，$

CLRTI

RET。

LED:MOVA，R0

MOVB，#10

DIVAB

MOVR1，A

MOVR3，B

MOVA，R1

MOVDPTR，#TAB

MOVCA，@A+DPTR

MOVSBUF，A

JNBTI，$

CLRTI

MOVA，R3

MOVCA，@A+DPTR

MOVSBUF，A

JNBTI，$

CLRTI

RET

DE:CLRP1。2

LCALLDEL01

SETBP1。2

LCALLDEL01

RET

TAB:DB11H，0D7H，32H，92H，0D4H，98H，18H，0D3H，10H，90H

RET

<3>倒计时程序

该程序为选手回答问题时的30秒倒计时程序，其中前25秒为正常的倒计时，在后5秒倒计时时伴随有报警声，用于提示选手回答问题的剩余时间。如果该选手在正常的倒计时内没有完成问题的回答，那么倒计时将被清零。

LOOP:MOVR0，#30

LPP:LCALLLED

LCALLDEL

JNBP2。4，LOP2

DECR0

CJNER0，#5，LPP

MOVR0，#5

LPP1:JNBP2。4，LOP2

LCALLLED

LCALLDE

DECR0

CJNER0，#0，LPP1

MOVR0，#0

LCALLLED

LCALLDEL

LJMPSTART

<4>延时程序

该系统设计了两段延时程序，一段1秒延时，是为了30秒倒计时调用和程序中一秒延时所用；另一段为0。5秒延时，用于报警。程序的设计中报警时间为一秒，但是由于在硬件的设计时只设计了一个按键，这样就会造成连续按键时会使所设定的报警声不断的响，这是设计中不允许的，所以在软件编程时设计了一个0。5秒的延时，被报警时所调用，这样就使报警声能很清楚地区分出来了

DEL:MOVR6，#20DEL01:MOVR6，#10

DEL1:MOVR5，#100DEL11:MOVR5，#100

DEL2:MOVR4，#250DEL21:MOVR4，#250

DJNZR4，$DJNZR4，$

DJNZR5，DEL2DJNZR5，DEL21

DJNZR6，DEL1DJNZR6，DEL11

RETRET

<5>报警程序

该段程序主要是用于本系统中的所有报警使用，报警时间延时为1秒钟。

DE:CLRP1。2

LCALLDEL01

SETBP1。2

LCALLDEL01

RET

三、制作过程

五、参考文献

曾峰，巩海洪，曾波，电子工业出版社，印刷电路板（PCB）设计与制作2005.8

梅海凤，王艳秋，张军，汪毓铎，清华大学出版社单片机原理与接口技术2004.2

北京交通大学出版社

第二个文献：基于51单片机八路抢答器设计程序及电路图

基于51单片机八路抢答器设计程序及电路图

说明：本人的这个设计改进后解决了前一个版本中1号抢答优先的问题，并增加了锦囊的设置，当参赛选手在回答问题时要求使用锦囊，则主持人按下抢答开始键，计时重新开始。

;八路抢答器电路请看下图是用ps仿真的，已经测试成功

<单片机八路抢答器电路图>

;============================================================

;================单片机八路抢答器程序=====================

;================51hei=======================

;================2008年5月=======================

;============================================================

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,#30;初设抢答时间为30s

MOVR2,#60;初设答题时间为60s

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

JBP3.0,NEXT;ddddddd

ACALLDELAY

JBP3.0,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

MOVR7,#01H;读抢答键数据信号标志，这里表示只读一次有用信号

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:JNBP1.0,FALSE1

JNBP1.1,FALSE2

JNBP1.2,FALSE3

JNBP1.3,FALSE4

JNBP1.4,FALSE5

JNBP1.5,FALSE6

JNBP1.6,FALSE7

JNBP1.7,FALSE8

AJMPSTART

;=====非法抢答处理程序=====

FALSE1:MOVR3,#01H

AJMPERROR

FALSE2:MOVR3,#02H

AJMPERROR

FALSE3:MOVR3,#03H

AJMPERROR

FALSE4:MOVR3,#04H

AJMPERROR

FALSE5:MOVR3,#05H

AJMPERROR

FALSE6:MOVR3,#06H

AJMPERROR

FALSE7:MOVR3,#07H

AJMPERROR

FALSE8:MOVR3,#08H

AJMPERROR

;=====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

JNBP3.4,INC0;P3.4为+1s键,如按下跳到INCO

JNBP3.5,DEC0;P3.5为-1s键,如按下跳到DECO

JNBP3.1,BACK0;P3.1为确定键,如按下跳到BACKO

AJMPINT0SUB

INC0:MOVA,R1

CJNEA,#63H,ADD0;如果不是99,R2加1,如果加到99,R1就置0，重新加起。

MOVR1,#00H

ACALLDELAY1

AJMPINT0SUB

ADD0:INCR1

ACALLDELAY1

AJMPINT0SUB

DEC0:MOVA,R1

JZSETR1;如果R1为0,R1就置99，

DECR1

ACALLDELAY1

AJMPINT0SUB

SETR1:MOVR1,#63H

ACALLDELAY1

AJMPINT0SUB

BACK0:RETI

;=====INT1(回答时间R2调整程序)=====

INT1SUB:MOVA,R2

MOVB,#0AH

DIVAB

MOVR5,A

MOVR4,B

MOVR3,#0AH

ACALLDISPLAY

JNBP3.4,INC1

JNBP3.5,DEC1

JNBP3.1,BACK1

AJMPINT1SUB

INC1:MOVA,R2

CJNEA,#63H,ADD1

MOVR2,#00H

ACALLDELAY1

AJMPINT1SUB

ADD1:INCR2

ACALLDELAY1

AJMPINT1SUB

DEC1:MOVA,R2

JZSETR2

DECR2

ACALLDELAY1

AJMPINT1SUB

SETR2:MOVR2,#63H

ACALLDELAY1

AJMPINT1SUB

BACK1:RETI

;=====倒计时程序(抢答倒计时和回答倒计时都跳到改程序)=====

REPEAT:MOVA,R2;使用锦囊时重新计时

MOVR6,A

CLRRING

COUNT:MOVR0,#00H;重置定时器中断次数

MOVTH1,#3CH

MOVTL1,#0B0H;重置定时器

RECOUNT:MOVA,R6;R6保存了倒计时的时间,之前先将抢答时间或回答时间给R6

MOVB,#0AH

DIVAB;除十分出个位/十位

MOV30H,A;十位存于(30H)

MOV31H,B;个位存于(31H)

MOVR5,30H;取十位

MOVR4,31H;取个位

MOVA,R6

SUBBA,#07H

JNCLARGER;大于5s跳到LARGER,小于等于5s会提醒

MOVA,R0

CJNEA,#0AH,FULL;1s中0.5s向下运行

CLRRING

AJMPCHECK

FULL:CJNEA,#14H,CHECK;下面是1s的情况,响并显示号数并清R0,重新计

SETBRING

MOVA,R6

JZQUIT;计时完毕

MOVR0,#00H

DECR6;一秒标志减1

AJMPCHECK

LARGER:MOVA,R0

CJNEA,#14H,CHECK;如果1s向下运行,否者跳到查"停/显示"

DECR6;计时一秒R6自动减1

MOVR0,#00H

CHECK:JNBP3.1,QUIT;如按下停止键退出

JNBOK,CHECKK;只在回答倒计时才有效

AJMPNEXTT

CHECKK:JNBP3.0,REPEAT;判断是否使用锦囊

NEXTT:ACALLDISPLAY

JBOK,ACCOUT;如果是抢答倒计时,如是则查询抢答,否者跳过查询继续倒数(这里起到锁抢答作用)

AJMPRECOUNT

ACCOUT:

MOVA,36H

JNBACC.0,TRUE1

JNBACC.1,TRUE2

JNBACC.2,TRUE3

JNBACC.3,TRUE4

JNBACC.4,TRUE5

JNBACC.5,TRUE6

JNBACC.6,TZ1

JNBACC.7,TZ2

AJMPRECOUNT

TZ1:JMPTRUE7

TZ2:JMPTRUE8

QUIT:CLROK;如果按下了"停止键"执行的程序

CLRRING

AJMPSTART

;=====正常抢答处理程序=====

TRUE1:ACALLBARK

MOVA,R2

MOVR6,A;抢答时间R2送R6

MOVR3,#01H

CLROK;因为答题的计时不再查询抢答,所以就锁了抢答

AJMPCOUNT

TRUE2:ACALLBARK

MOVA,R2

MOVR6,A

MOVR3,#02H

CLROK

AJMPCOUNT

TRUE3:ACALLBARK

MOVA,R2

MOVR6,A

MOVR3,#03H

CLROK

AJMPCOUNT

TRUE4:ACALLBARK

MOVA,R2

MOVR6,A

MOVR3,#04H

CLROK

AJMPCOUNT

TRUE5:ACALLBARK

MOVA,R2

MOVR6,A

MOVR3,#05H

CLROK

AJMPCOUNT

TRUE6:ACALLBARK

MOVA,R2

MOVR6,A

MOVR3,#06H

CLROK

AJMPCOUNT

TRUE7:ACALLBARK

MOVA,R2

MOVR6,A

MOVR3,#07H

CLROK

AJMPCOUNT

TRUE8:ACALLBARK

MOVA,R2

MOVR6,A

MOVR3,#08H

CLROK

AJMPCOUNT

;=====犯规抢答程序=====

ERROR:MOVR0,#00H

MOVTH1,#3CH

MOVTL1,#0B0H

MOV34H,R3;犯规号数暂存与(34H)

HERE:MOVA,R0

CJNEA,#06H,FLASH;0.3s向下运行->灭并停响

CLRRING

MOVR3,#0AH

MOVR4,#0AH

MOVR5,#0AH;三灯全灭

AJMPCHECK1

FLASH:CJNEA,#0CH,CHECK1;下面是0.8s的情况,响并显示号数并清R0,重新计

SETBRING

MOVR0,#00H

MOVR3,34H;取回号数

MOVR5,#0BH

MOVR4,#0BH;显示FF和号数

AJMPCHECK1

CHECK1:JNBP3.1,QUIT1

ACALLDISPLAY

AJMPHERE

QUIT1:CLRRING

CLROK

AJMPSTART

;=====显示程序=====

DISPLAY:MOVDPTR,#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,

MOVA,R3

MOVCA,@A+DPTR

MOVP2,#0feH

MOVP0,A

ACALLDELAY2

MOVDPTR,#DAT2

MOVA,R5

MOVCA,@A+DPTR

MOVP2,#0fdH

MOVP0,A

ACALLDELAY2

MOVA,R4

MOVCA,@A+DPTR

MOVP2,#0fbH

MOVP0,A

ACALLDELAY2

RET

DAT1:DB00h,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H

;"灭","1","2","3","4","5","6","7","8","9","灭","F"

DAT2:DB3fh,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

;====加减时间延时(起到不会按下就加N个数)======

DELAY1:MOV35H,#08H

LOOP0:ACALLDISPLAY

DJNZ35H,LOOP0

RET

;=====延时4236个机器周期(去抖动用到)=====

DELAY:MOV32H,#12H

LOOP:MOV33H,#0AFH

LOOP1:DJNZ33H,LOOP1

DJNZ32H,LOOP

RET

;=====延时4236个机器周期(显示用到)=====

DELAY2:MOV32H,#43H

LOOP3:MOV33H,#1EH

MOVA,R7;每隔60~70个机器周期读一次P1口,全为1时为无效数据,继续读,有一个不为1时,转到正常抢答处理

JNZAAAA1;没读到有效数据时继续转到AAAA1

LOOP2:DJNZ33H,LOOP2

DJNZ32H,LOOP3

RET

;=====读抢答按键数据口程序=====

;由于在读抢答数据口的时候，单片机首先进入倒计时程序，再调用显示程序，最后才检测按键口

;然而在检测按键口时动态扫描要调用三次(4ms)延时程序.这样就会导致读数据口出现滞后,造成1号优先最高.8号最低.

;故采用在延时子程序中加了读数据口程序.保证了灵敏度和可靠性

AAAA1:MOVA,P1

CJNEA,#0FFH,AA1;当不全为1时的数据为有效数据

AA0:MOV36H,A;将有效数据送到36H暂存

AJMPLOOP2

AA1:DECR7

AJMPAA0

;=====发声程序=====

BARK:SETBRING

ACALLDELAY1

ACALLDELAY1

CLRRING;按键发声

RET

;=====TO溢出中断(响铃程序)=====

T0INT:MOVTH0,#0ECH

MOVTL0,#0FFH

JNBRING,OUT;

CPLP3.6;RING标志位为1时候P3.6口不短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:MOVTH1,#3CH

MOVTL1,#0B0H

INCR0

RETI

仅供参考。