信息与电气工程学院。
课程设计说明书。
2008 /2009学年第 2 学期）
课程名称 ： 单片机应用课程设计。
题目四路抢答器。
专业班级。学生姓名。
学号。指导教师。
设计周数两周。
设计成绩。2 0 0 9 年 6 月 2 0日。
目录。1、课程设计目的。
2、课程设计具体要求。
3、课程设计正文。
3.1硬件设计。
3.1.1 at89s51简介。
3.1.2 方案设计。
3.1.3 单元电路设计。
3.1.4 原理图。
3.1.5 pcb图。
3.1.6 系统调试。
3.2 软件设计。
3.2.1 系统分析。
3.2.2 系统设计。
3.2.3 系统实施及程序。
4、课程设计总结。
5、参考文献。
6、致谢。1 设计目的。
什么是单片机，单片机就是在一块半导体硅片上集成了处理器（cpu），存储器（ram,rom,eprom）和各种输入输出接口（定时器/计数器，并行i/0口，串行口，a/d转换器以及脉宽调制器pwm等），这样一块集成电路芯片具有一台计算机的属性，因而被称为单片机微型计算机，简称单片机。
单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能**比，受到人们的重视和关注，应用非常广泛，发展很迅速。单片机体积小，抗干扰能力强，环境要求不高，**低廉，可靠性高，灵活性好，开发较为容易。由于具有如此多的优点，现在单片机已经广泛的应用于工业自动化控制，自动检测，智能仪器仪表，家用电器，电力电子，机电一体化等各个方面。
单片机按照其用途分为通用型和专用型。
通用型具有比较丰富的内部资源，性能比较全面。可以很好的被开发，这次课程设计所接触到的单片机就是通用型。
随着电子技术的发展， 现在的抢答器功能越来越强， 可靠性和准确性也越来越高。以前的抢答器大部分都是基于数字电路组成的。制作过程复杂， 而且准确性与可靠性不高， 成品面积大， 安装， 维护困难。
由于近年来单片机发展迅速， 逐渐出现用单片机制作抢答器， 制作过程简单， 而且安装， 维护简单。而且集成度也越来越高，实现的功能也越来越多，在这样一种迅速发展的势头下，作为一名普通高等学院的学生要掌握如何实现抢答器的功能，熟悉单片机的运行过程和工作原理以及掌握专业相关的知识。
通过课程设计，我们应该知道单片机的各个引脚的作用，以及如何通过编写的程序让它实现我们所需要的功能，其间要进行电路的焊接和程序调试，最后实现我们所需要的功能。
2．设计内容。
2.1 设计所需器材。
电阻：1k (7个) 5k（1个） 10k（9个） 300r（7个）
开关：5个。
电容：22pf （2个）10uf（1个）
晶振：12mhz（1个）
集成芯片：cd4511 （1片） at89c51（1片）
三极管：pnp 9012（1个）
数码管：1个。
发光二极管：5个。
蜂鸣器：1个。
底座：dip40（2个）dip20（1个）
万能电路板一个。
2.2 设计任务和要求。
本次课程设计，我们这一组要求做的是4路抢答器。抢答器在比赛的时候经常用到，市场上卖的成品比较贵，如果有足够的器件和条件，我们可以自己动手做简易的抢答器装置，根据自己的需要进行改进。设计的主要内容是：
（1）设计键盘输入电路；（2）设计显示输出电路；(3)掌握响应外部中断的原理；（4）编写程序；（5）利用画图软件画出硬件电路原理图和pcb图；（6）软硬件联机调试；（7）书写实验报告。
主要计数要求：设置4个抢答台和4个抢答成功指示灯，一个比赛主持人开始键和一个抢答指示灯以及用来显示抢答台号的显示器，采用中断和查询结合的方法来确定按键的动作，主持人按下开始键后如果有人抢答，则主持人的抢答指示灯亮确定有人抢答，显示器显示抢答者的号码，同时点亮对应台上的抢答成功指示灯；如果10秒内没有人抢答的话，则发出超时报警声，此题做废，主持人可以按下开始键开始下一题的抢答。
2.2.1 设计基本原理。
4路抢答器的设计，主要的部分是at89c51，编写程序，实现软硬结合，实现抢答功能。采用查询与中断的方式，先查询开始按钮，看是否按下，按下则执行下面的查询，主持人的确定指示灯点亮，谁先抢答数码管上显示哪个选手的台号并点亮对应的指示灯表示他抢答成功。同时，开始按钮按下的时候，开启t0中断，使定时器开始定时，在10秒到达的时候没有人抢答的话就开始报警，宣布此题作废，主持人可以再按下开始键开始下一题的抢答，如此循环。
2.2.2 器件说明
2.2.2.1 cd4511显示译码管。
cd4511是一个用于驱动共阴极 led （数码管）显示器的 bcd 码—七段码译码器，特点：具有bcd转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的cmos电路能提供较大的拉电流。可直接驱动led显示器。
cd4511 是一片 cmos bcd—锁存/7 段译码/驱动器，引脚排列如图 1 所示。其中a b c d 为 bcd 码输入，a为最低位。lt为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示数码“8”，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。
bi为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时， b1端应加高电平。另外 cd4511有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数9(1001)时，显示字形也自行消隐。le是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。
a～g是 7 段输出，可驱动共阴led数码管。另外，cd4511显示数“6”时，a段消隐；显示数“9”时，d段消隐，所以显示这两个数时，字形不太美观图3是 cd4511和cd4518配合而成一位计数显示电路，若要多位计数，只需将计数器级联，每级输出接一只 cd4511 和 led 数码管即可。所谓共阴 led 数码管是指 7 段 led 的阴极是连在一起的，在应用中应接地。
限流电阻要根据电源电压来选取，电源电压5v时可使用300ω的限流电阻。
图1 cd4511引脚图。
图2 cd4511各引脚接线图。
其功能介绍如下：
bi：4脚是消隐输入控制端，当bi=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。
lt：3脚是测试输入端，当bi=1，lt=0 时，译码输出全为1，不管输入 dcba 状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。
le：锁定控制端，当le=0时，允许译码输出。 le=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在le=0时的数值。
a1、a2、a3、a4、为8421bcd码输入端。 a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效。
cd4511具有锁存、译码、消隐功能，通常以反相器作输出级，通常用以驱动led。
各引脚的名称：其中分别表示a、b、c、d分别表示le、bi、lt分别表示 a、b、c、d、e、f、g。左边的引脚表示输入，右边表示输出，还有两个引脚分别表示的是vdd、vss。
2).锁存功能：译码器的锁存电路由传输门和反相器组成，传输门的导通或截止由控制端le的电平状态。
3）译码 ：cd4511译码用两级或非门担任，为了简化线路，先用二输入端与非门对输入数据b、c进行组合，得出四项，然后将输入的数据a、d一起用或非门译码。
4）消隐 bi为消隐功能端，该端施加某一电平后，迫使b端输出为低电平，字形消隐。
2.2.2.2 at89c51单片机。
at89c51的引脚说明和功能说明如下：
vcc ：at89c51电源正极输入，接+5v电压。
gnd ：电源接地端。
xtal1 ：接外部晶振的一个引脚。在单片机内部，它是一反相放大器输入端，这个放大器构成了片内振荡器。它采用外部振荡器时，些引脚应接地。
xtal2 ：接外部晶振的一个引脚。在片内接至振荡器的反相放大器输出端和内部时钟发生器输入端。当采用外部振荡器时，则此引脚接外部振荡信号的输入。
rst ：at89c51的复位信号输入引脚，高电位工作，当要对芯片又时，只要将此引脚电位提升到高电位，并持续两个机器周期以上的时间，at89c51便能完成系统复位的各项工作，使得内部特殊功能寄存器的内容均被设成已知状态。
ale/prog ：ale是英文"address latch enable"的缩写，表示允许地址锁存允许信号。当访问外部存储器时，ale信号负跳变来触发外部的8位锁存器 (如74ls373)，将端口p0的。
地址总线(a0-a7)锁存进入锁存器中。在非访问外部存储器期间，ale引脚的输出频率是系。
统工作频率的 1/16，因此可以用来驱动其他外围芯片的时钟输入。当问外部存储器期间，将以1/12振荡频率输出。
ea/vpp
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