项目八路抢答器的设计与仿真.ppt

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1、项目项目3 八路抢答器的设计与仿真八路抢答器的设计与仿真3.1 工作任务工作任务3.2 理论基础理论基础3.3 工作过程工作过程3.4 能力拓展能力拓展3.1 工作任务工作任务本项目的工作任务是设计一款用于各种竞赛抢答情景下的八路抢答器，本项目的工作任务是设计一款用于各种竞赛抢答情景下的八路抢答器，要求以单片机为核心，设计并仿真八路抢答器，具体要求如下要求以单片机为核心，设计并仿真八路抢答器，具体要求如下:抢答器同时供抢答器同时供8名选手或名选手或8个代表队比赛，分别用个代表队比赛，分别用8个按钮个按钮S0一一S7表表示。示。设置一个系统清除设置一个系统清除(停止停止)和抢答开始控制开关和抢答

2、开始控制开关(开始开始)，由主持人控制。，由主持人控制。抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，抢答器锁存相应的抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，抢答器锁存相应的编号，并在编号，并在LE D数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。选手数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。除为止。下一页返回3.1 工作任务工作任务抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定(如如10s)。当主持人启动。当主

3、持人启动“开始开始”键后，定时器进行减计时，同时扬声器键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间发出短暂的声响，声响持续的时间0.5 s方右。方右。参赛选手在设定的时间内参赛选手在设定的时间内(30s)进行抢答，抢答有效，显示器上显示进行抢答，抢答有效，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。如果定时时间少于如果定时时间少于5s则扬声器发出短暂报警，若定时时间到，无人则扬声器发出短暂报警，若定时时间到，无人抢答，则本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，显示器上显示抢答，则本次抢答无效，系统报警并禁

4、止抢答，显示器上显示“FF”。选手如果在主持人按开始键之前违规抢答，系统报警选手如果在主持人按开始键之前违规抢答，系统报警,LED显示违显示违规选手号码和规选手号码和 FF，直到主持人按下停止键。，直到主持人按下停止键。上一页返回3.2 理论基础理论基础3.2.1键盘接口键盘接口1.键盘种类及工作原理键盘种类及工作原理单片机应用系统中的键盘，一般有独立式和行列式两种，单片机应用系统中的键盘，一般有独立式和行列式两种，如图如图3一一1所所示。示。(I)独立式键盘独立式键盘独立式键盘中，每个键占用一根独立式键盘中，每个键占用一根I/0 U线，每个按键电路相对独立，如线，每个按键电路相对独立，如图图

5、3一一1(a)所示。所示。(2)行列式键盘行列式键盘行列式键盘采用行列电路结构。行列交点处通过按键相连，列线为输行列式键盘采用行列电路结构。行列交点处通过按键相连，列线为输出口，行线为输入口，如图出口，行线为输入口，如图3-1(b)所示。所示。下一页返回3.2 理论基础理论基础2.键盘的工作方式键盘的工作方式键盘的工作方式一般有编程扫描方式键盘的工作方式一般有编程扫描方式(查询方式查询方式)和中断扫描方式和中断扫描方式(中断中断方式方式)两种。两种。(1)编程扫描方式编程扫描方式编程扫描方式是利用编程扫描方式是利用CPU在完成其他工作的空余，调用键盘扫描子程在完成其他工作的空余，调用键盘扫描子

6、程序，来响应键输入要求。其主要功能有序，来响应键输入要求。其主要功能有:查询是否有键按下查询是否有键按下;查询查询按键所在的行列位置按键所在的行列位置;对所得的行号和列号译码，得到键值对所得的行号和列号译码，得到键值;去除去除键的抖动影响，方法为键的抖动影响，方法为:在判断有键按下后，软件延时一段时间在判断有键按下后，软件延时一段时间(一般一般为为10ms)后，判断键盘状态，如果仍为有键按下状态，则认为有一个后，判断键盘状态，如果仍为有键按下状态，则认为有一个确定的键被按下，否则按键抖动处理。确定的键被按下，否则按键抖动处理。(2)中断扫描方式中断扫描方式上一页 下一页返回3.2 理论基础理论

7、基础中断扫描方式下单片机不必查询键盘情况，只需开放键盘中断请求。中断扫描方式下单片机不必查询键盘情况，只需开放键盘中断请求。当有键按下时，会请求中断，在中断服务程序中检查是哪个键按下。当有键按下时，会请求中断，在中断服务程序中检查是哪个键按下。图图3-2所示所示为中断方式键盘接口电路。为中断方式键盘接口电路。3.键盘管理中键输入与键操作键盘管理中键输入与键操作键输入处理是完成键输入甄别的操作，要检查有无键按下，有键按下键输入处理是完成键输入甄别的操作，要检查有无键按下，有键按下时，找出是哪个键按下，以便使程序转入该键的键操作程序。因此，时，找出是哪个键按下，以便使程序转入该键的键操作程序。因此

8、，一个键盘管理程序应包括键输入处理程序和键操作程序两个部分。一个键盘管理程序应包括键输入处理程序和键操作程序两个部分。4.查询方式的键盘接口电路查询方式的键盘接口电路用用80C51的的P1口构成一个查询方式的口构成一个查询方式的4 x4行列式键盘，接口电路行列式键盘，接口电路如图如图3-3所示。所示。上一页 下一页返回3.2 理论基础理论基础3.2.2 程序存储器的扩展程序存储器的扩展1.扩展器件选择扩展器件选择单片机外部程序存储器扩展大多使用单片机外部程序存储器扩展大多使用EPROM器件，用作单片机外部器件，用作单片机外部程序存储器的程序存储器的EPROM器件主要是器件主要是Intel公司生

9、产的公司生产的27C系列，即系列，即27 C 16,27 C32,27 C64,27 C 128,27 C256等，容量分别等，容量分别2KB,4KB,8KB,16KB,32KB，如图如图3-4所示所示。除。除27C16和和27 C32为为24脚外，其余为脚外，其余为28脚。脚。2.程序存储器程序存储器EPROM的扩展方法的扩展方法80C51单片机为外部程序存储器扩展提供了专用的单片机为外部程序存储器扩展提供了专用的PSEN取指令控制取指令控制信号，因此外部程序存储器形成了独立的空间。信号，因此外部程序存储器形成了独立的空间。图图3-6为扩展一片程为扩展一片程序存储器序存储器EPROM的原理电

10、路，连接方法如下。的原理电路，连接方法如下。上一页 下一页返回3.2 理论基础理论基础(1)地址线地址线程序存储器的低程序存储器的低8位地址线位地址线A0 A7与与P0口相连，高口相连，高8位地址线位地址线A8A15与与P2口相连，扩展口相连，扩展16 KB的的27128只使用了只使用了P2.0P2.5。图图3一一5为为74HC373的引脚图。的引脚图。(2)数据线数据线程序存储器的程序存储器的8位数据线与位数据线与P0口从低到高对应相连。口从低到高对应相连。(3)控制线控制线程序洗通有效信号程序洗通有效信号PSEN端与程序存储器的输出允许端端与程序存储器的输出允许端OE相诈。相诈。27128

11、的片洗端接地。的片洗端接地。图图3-7为扩展两片为扩展两片27 064程序存储器的接程序存储器的接u电路，其地址空间分别为电路，其地址空间分别为:27064(1)为为02000 H03 FFFH,27 064(2)为为04000 H05FFFH。上一页 下一页返回3.2 理论基础理论基础3.用用EEPROM的扩展电路的扩展电路图图3一一8是用是用2816A EEPROM的扩展电路。的扩展电路。3.2.3 数据存储器的扩展数据存储器的扩展(1)扩展器件选择扩展器件选择单片机应用系统中并行扩展的数据存储器都使用静态随机存储器单片机应用系统中并行扩展的数据存储器都使用静态随机存储器SRAM(Stat

12、ic Random Access Memory)，近年来一也有的使用，近年来一也有的使用非易失性非易失性Flash存储器。存储器。单片机应用系统中常用的单片机应用系统中常用的SRAM有有62系列系列6116,6264,62256,628128,628256等，存储容量分别为等，存储容量分别为2KB,B KB,32 KB,128KB,512 KB等，等，如图如图3一一9所示所示。上一页 下一页返回3.2 理论基础理论基础(2)数据存储器的扩展方法数据存储器的扩展方法数据存储器的扩展数据存储器的扩展如图如图3一一10所示所示，图，图(a)用一片用一片62256扩展扩展32 KB和和用两片用两片62

13、256扩展扩展64 KB外部数据存储器的电路。图外部数据存储器的电路。图(b)电路中因只扩电路中因只扩展两片数据存储器，故不使用地址译码器。展两片数据存储器，故不使用地址译码器。在单片机应用系统中，有时既需要扩展片外程序存储器，一也需要扩在单片机应用系统中，有时既需要扩展片外程序存储器，一也需要扩展片外数据存储器。这种同时需要扩展的电路如展片外数据存储器。这种同时需要扩展的电路如图图3一一11所示所示.与本项目相关的指令与本项目相关的指令1.变址寻址的转移指令变址寻址的转移指令变址寻址的转移指令，亦称散转指令。转移的日的地址由基址寄存器变址寻址的转移指令，亦称散转指令。转移的日的地址由基址寄存

14、器DPTR中的中的16位数和累加器位数和累加器A中的中的8位无符号偏移量之和确定。当位无符号偏移量之和确定。当DPTR中内容确定后，改变中内容确定后，改变A的值，可以实现多分支的程序转移。的值，可以实现多分支的程序转移。上一页 下一页返回3.2 理论基础理论基础该指令执行后不改变累加器该指令执行后不改变累加器A和数据指针和数据指针DPTR中内容，不影响任何中内容，不影响任何标志位。标志位。2.条件转移指令条件转移指令条件转移指令是依据某种特定条件转移的指令。条件满足时转移，否条件转移指令是依据某种特定条件转移的指令。条件满足时转移，否则顺序执行。其中的条件一般为前条指令执行后产生的结果，如运算

15、则顺序执行。其中的条件一般为前条指令执行后产生的结果，如运算结果是否为结果是否为0，是否产生了进，是否产生了进(借借)位等。位等。3.算术运算类指令算术运算类指令加加1指令指令所有加所有加1指令，除指令，除INC A指令只影响奇偶标志指令只影响奇偶标志P外，均不影响程序状态外，均不影响程序状态字字PSW。带借位减法指令带借位减法指令上一页 下一页返回3.2 理论基础理论基础减减1指令指令所有减所有减1指令，除指令，除DEC A指令只影响奇偶标志指令只影响奇偶标志P外，均不影响程序状态外，均不影响程序状态字字PSW。乘、除法指今乘、除法指今4.位操作指令位操作指令位操作指令是以位为操作对象进行运

16、算和操作的指令，可以实现位的位操作指令是以位为操作对象进行运算和操作的指令，可以实现位的传送、运算、转移、控制等，适用于位操作的地址空间是内部传送、运算、转移、控制等，适用于位操作的地址空间是内部RAM中中20H2FH字节地址字节地址(位地址位地址00 H7FH)以及以及SFR区中可以位寻址的地区中可以位寻址的地址。址。位传送指令位传送指令 位传送指令只允许位地址与位传送指令只允许位地址与CY间进行传送。若要实现两个位地址之间进行传送。若要实现两个位地址之间的传送，需经间的传送，需经CY中转。中转。上一页 下一页返回3.2 理论基础理论基础位运算指令位运算指令在汇编语言中，位地址的表达方式有以

17、下在汇编语言中，位地址的表达方式有以下4种种:a.直接位地址直接位地址:如如91H;b.字节符号地址点操作字节符号地址点操作:如如P1.0(90H);c.位符号地址位符号地址:如如RSO;d.用户使用伪指令事先定义过的符号地址。用户使用伪指令事先定义过的符号地址。利用位操作指令可以方便地用软件模拟组合电路，实现以软件代替硬利用位操作指令可以方便地用软件模拟组合电路，实现以软件代替硬件。件。位控制转移指令位控制转移指令上一页返回3.3 工作过程工作过程3.3.1构思构思学生查阅该项目相关资料，如教材、参考书目、图书、网络资源等，学生查阅该项目相关资料，如教材、参考书目、图书、网络资源等，收集秒表

18、信息，包括八路抢答器的应用场合、发展现状、应用技术要收集秒表信息，包括八路抢答器的应用场合、发展现状、应用技术要求等求等;教师采用多媒体课件讲授该项目理论知识相关内容，为学生制作教师采用多媒体课件讲授该项目理论知识相关内容，为学生制作八路抢答器定理论基础八路抢答器定理论基础;通过与指导教师交流，解决该项目设计和通过与指导教师交流，解决该项目设计和制作的疑难问题。最终完成学生工作页（如制作的疑难问题。最终完成学生工作页（如表表3-1）的填写。）的填写。3.3.2设计设计各小组集中讨论，汇总信息并整理，确定该项目的设计方案，要保证各小组集中讨论，汇总信息并整理，确定该项目的设计方案，要保证项目的可

19、行性和可操作性。项目的可行性和可操作性。1.单片机选型单片机选型2.电源、时钟电路和复位电路电源、时钟电路和复位电路下一页返回3.3 工作过程工作过程3.抢答器键盘与显示模块设计抢答器键盘与显示模块设计抢答器的硬件电路图抢答器的硬件电路图如图如图3一一12所示所示。4.软件程序设计软件程序设计硬件电路确定后，软件的编程要与硬件相匹配，软硬件才能结合完成硬件电路确定后，软件的编程要与硬件相匹配，软硬件才能结合完成所要实现的功能。由功能分析得到以下的软件结构所要实现的功能。由功能分析得到以下的软件结构图图3-13.在本设计中包括了以下八个主要的程序在本设计中包括了以下八个主要的程序:主程序，非法抢

20、答程序，抢答主程序，非法抢答程序，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，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。调整抢答时间流程图犯规处理程序，显示及发声程序。调整抢答时间流程图如图如图3-14，主，主流程图如下流程图如下图图3-15所示所示:八路抢答器仿真图八路抢答器仿真图如如3-16。上一页 下一页返回3.3 工作过程工作过程3.3.3项目实施项目实施1.制作八路抢答器的电路板制作八路抢答器的电路板列出所需元件清单，列出所需元件清单，如表如表3-2所示所示。焊接完成后，要进行硬件电路的测试。焊接完成后，要进行硬

21、件电路的测试。测试单片机的电源和地是否正确连接测试单片机的电源和地是否正确连接;测试单片机的时钟电路和复位电路是否正常测试单片机的时钟电路和复位电路是否正常;测试测试EA引脚是否与电源相连引脚是否与电源相连;测试测试LED数码管动态显示电路是否正确数码管动态显示电路是否正确;测试下载界限是否正确。测试下载界限是否正确。小组反复讨论、分析并调试好单片机系统的硬件。小组反复讨论、分析并调试好单片机系统的硬件。上一页 下一页返回3.3 工作过程工作过程2.调试调试3.3.4 项目评价项目评价按以下几个方面对学生完成项目的整个过程进行评价，项目考核具体按以下几个方面对学生完成项目的整个过程进行评价，项

22、目考核具体内容见内容见表表3-3所示所示。上一页返回3.4 能力拓展能力拓展上述八路抢答器能够满足基本设计要求的基础上，可以考虑设计一款上述八路抢答器能够满足基本设计要求的基础上，可以考虑设计一款具有计分功能的抢答器。如具有计分功能的抢答器。如:设计一个四路设计一个四路(八路八路)抢答器，抢答器，如图如图3一一17所示，所示，LE D灯显示获得抢答权的选手，灯显示获得抢答权的选手，12864显示选手分数，由主持显示选手分数，由主持人宣布并通过按键控制开始抢答及加减分，清零分数等操作。人宣布并通过按键控制开始抢答及加减分，清零分数等操作。返回图图3一一1单片机应用系统中的键盘类型单片机应用系统中

23、的键盘类型返回图图3一一2中断方式键盘接口电路中断方式键盘接口电路返回图图3-3 80C51与与4 x4键盘的接口电路键盘的接口电路返回图图3一一4 27C系列系列EPROM DIP封装引脚封装引脚返回图图3一一5 74HC373的引脚图的引脚图返回图图3一一6外接外接27128方法方法返回图图3-7扩展两片扩展两片27C64程序存储器的接程序存储器的接口电路口电路返回图图3一一8用用2816A EPROM的扩展电路的扩展电路返回图图3一一9 62系列系列SRAM的的DIP封装引脚封装引脚返回图图3一一10数据存储器的外围扩展数据存储器的外围扩展返回(a)用一片62256扩展32KB数据存储器;(b)用两片62256扩展64KB数据存储器图图3一一11同时扩展外部数据存储器和程同时扩展外部数据存储器和程序存储器的电路序存储器的电路返回表表3一一1学生工作页学生工作页返回图图3一一12 八路拾答器硬件电路图八路拾答器硬件电路图返回图图3一一13 软件系统结构图软件系统结构图返回图图3一一14 调整抢答时间流程图调整抢答时间流程图返回图图3一一15 主程序流程图主程序流程图返回图图3一一16 八路抢答器八路抢答器protues仿真图仿真图返回表表3-2元件清单元件清单返回表表3-3 项目考核表项目考核表返回图图3一一17抢答器参考电路图抢答器参考电路图返回