基于单片机的八路智能抢答器课程设计

基于单片机的八路智能抢答器课程设计内容摘要：

可直接与总线相连。 当三态允许控制端 OE 为低电平时， O0~O7 为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。 当 OE 为高电平时， O0~O7 呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。 当锁存允许端 LE 为高电平时， O 随数据 D 而变。 当 LE 为低电平时， O 被锁存在已建立的数据电平。 微机原理及应用课程设计说明书 7 图 33 74LS373 引脚 (管脚 ) 图 34 74LS373 内部逻辑 4 系统软件设计 proteus 软件环境介绍 本系统的硬件设计首先是在 Proteus 软件环境中仿真实现的。 Proteus 软件是来自英国Labcenter electronics 公司的 EDA 工具软件， Proteus 软件有十多年的历史，在全球广泛使用，除了具有和其它 EDA 工具一样的原理布图、 PCB 自动或人工布线及电路仿真的功能外，其革命性的功能是， 它 的电路仿真是互动的。 针对微处理器的应用，还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，并实现软件源码级的实时调试。 如 果 有显示及输出，配合系统配置的虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪等 ， 还能看到运行后输入输出的效果。 Proteus建立了完备的电子设计开发环境 ， 尤其重要的是 Proteus Lite 可以完全免费，也 可以花微不足道的费用注册达到更好的效果 [2]。 Proteus 是目前最好的模拟单片机外围器件的工具。 可以仿真 51 系列、 AVR、 PIC 等常用的 MCU 及其外围电路（如 LCD， RAM， ROM，键盘，马达 ， LED， AD/DA，部分SPI 器件，部分 IIC 器件 ...）。 其实 Proteus 与 multisim 比较类似，只不过它可以仿真MCU， 当然，软件仿真精度有限，而且不可能所有的器件都找得到相应的仿真模型，用开发板和仿真器当然是最好选择，可是初学者 拥 有 它们 的可能性比较小。 当然，硬件实践还是必不可少的。 在没有硬件的情况 下 ， Proteus 能像 pspice 仿真模拟 /数字电路那样仿真 MCU 及外围电路。 另外，即使有硬件，在程序编写早期用软件仿真一下也 是很有必要的。 Proteus 软件主要具有以下几个方面的特点： 微机原理及应用课程设计说明书 8 设计和仿真软件 Proteus 是一个很有用的工具，它可以帮助学生和专业人士提高他们的模拟和数字电路的设计能力。 它允许对电路设计采用图形环境，在这种环境中，可以使用一个特定符号来代替元器件，并完成不会对真实电路造成任何损害的电路仿真操作。 它可以仿真仪表以及可描述在仿真过程中所获得的信号的图表。 它可以仿 真目前流行的单片机，如 PICS, ATMELAVR, MOTOROLA, 8051 等。 在设计综合性方案中 ,还可以利用 ARES 开发印制电路板。 Protel 软件环境介绍 Protel 印制板设计软件包是澳大利亚 protel technology 公司与 1990 年推出的电子CAD 产品，具有方便、易学、实用、快速以及高速度、高步通率的特点。 它采用了分层次下拉窗口菜单结构形式，用户基本上不需要记背太多的键盘命令，用鼠标点击菜单命令就能操作， protel 有着很高的自动布线布通率。 布通率是电子产 CAD 产品 的一项重要指标，它反映电子元件在电路图中连接关系有多少能在印刷版图中实现。 在设计常用的单、双面印制板时只要选择适当的元件布局和布线策略方法 ， protel 就可以轻易的达到 98%100%的布通率。 对于极少数不能布通的定方 ， protel 可以用飞线指示出来，引导用户用手工方法连通。 另外， protel 有强大的宏命令设置功能，利用宏命令功能多定义的热键可以大大提高操作速度 [1]。 Protel对微机的软硬件配置要求很低： cpu在 8088以上， ，内存 640kb以上，双软件（或一个软件一个硬盘），单色 显示器（多层板设计时最好用彩色），各种兼容打印机。 也能在 Windows9X 平台的模拟 DOS 下运行。 Protel 已成为印制板设计加工方面的工业标准。 据初步统计 protel 在 CAD 的市场占有率达 95%，成为电子产品制造业界的首选 CAD 软件。 系统软件分析 任何一个应用系统，它们都有着自己的硬件系统和软件系统，少了任何一个部分都不可能称之为一个完整的应用系统，它们之间是相互依存的一个整体，硬件系统是软件系统的一个基础和前提，为软件系统提供了一个操作平台；而软件系统是硬件系统的灵魂，它对硬件系统起到扩充 和完善的作用。 可想而知软件系统与硬件系统同等重要，下面为系统软件设计过程： 抢答器显示模块选择 显示模块主要是显示抢答的时间，组别号码等。 在使用传统的数码管显示。 数码管具有：低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐老化、防晒、防潮、防火、防高（低）温，对外界环境要求低，易于维护，同时其精度高，称量快，精确可靠，操作简单。 数码显示是采用 BCD 编码显示数字，程序编译容易，资源占用较少。 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。 在这里我们使用的是七段数码管显示，通常在显示上我们采用的方法一般包括两种：一种是静态显示，一种是动态显示。 其中静态显示的特点是显示稳定不闪烁，程序编写简单，但占用端口资源多；动态显示的特点是：显示稳定性没静态好，程序编写复杂，但是相对静态显示而言占用端口资源少。 在本设计中根据实际情况采用的是动态显示方法。 4 位七段数码管显示电路如下图所示。 微机原理及应用课程设计说明书 9 图 41 4 位七段数码管显示电路图 上图中数码管采用的 是 4 位一体七段共阳数码管，其中 A~H 段分别接到单片机的 P0口，由单片机输出的 P0 口数据来决定段码值，位选码 COM1， COM2， COM3， COM4 分别接到单片机的 ， ， ， P2.,3，由单片机来决定当前该显示的是哪一位。 在图中还有一个排阻，连接在 P0 口上，用作 P0 口的上拉电阻，保证 P0 口没有数据输出时候处于高电平状态。 通过查表法，将其在数码管上显示出来，其中 P0 口为字型码输入端， P2 口低 4 位为字选段输入段。 在这里我们通过查表将字型码送给 7 段数码管显示的数字。 控制器选择 控 制器主要用于对显示、抢答、音乐、计分等模块进行控制。 采用 ATMEL 公司的 AT89S51 作为系统控制器的 CPU 方案。 单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可以用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且由于其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点，使其在各个领域应用广泛。 图 42 AT89S51 元件图 微机原理及应用课程设计说明书 10 键盘选择 键盘是单片机不可缺少的输入设备，是实现人机对话的纽带。 键盘按结构形式可以分为非编码键盘和编码键盘，前者用软件方法产生键码，而后者则用硬件方法来产生键码。 在单片机中使用的都是非编码 键盘，因为非编码键盘结构简单，成本低廉，非编码键盘的类型很多，常用的有独立式键盘，行列式键盘等。 本设计采用独立式键盘 键盘接口中使用多少根 I/O 线，键盘中就有几个按键，键盘接口使用了 8 根 I/O 口线，该键盘就有 8 个按键，这种类型的键盘，其按键比较少，且键盘中各按键的工作互不干扰。 因此可以根据实际需要对键盘中的按键灵活的编码。 如图 22。 最简单的编码方式就是根据 I/O 输入口所直接反映的相应按键，按下的状态进行编码，称按键直接状态码，对于这样编码的独立式键盘， CPU 可以通过直接读取 I/O 口的状态来获取按键的 直接状态编码值，根据这个值直接进行按键识别，这样形式的键盘结构简单，按键识别容易。 独立式键盘的缺点是需要占用比较多的 I/O 口线，当单片机应用系统键盘中需要的按键比较少或 I/O 口线比较富余时，可以采用这样类型的键盘。 图 43 抢答按键及调整按键 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。 时钟电路如下图所示。 图 44 外部振荡源电路 微机原理及应用课程设计说明书 11 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。