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文檔簡介
1、<p> 蚅羂膄薈螇膇肀薇衿羀葿薆蠆螃蒞薅螁肈芁薅襖袁膇薄薃肇肅薃蚆袀莁螞螈肅芇蟻袀袈膃蝕薀肅聿蝕螂袆蒈蠆襖膂莄蚈羇羄芀蚇蚆膀膆芃蝿羃肂莃袁膈莁莂薁羈芇莁蚃膇膃莀裊罿腿荿羈袂蕆莈蚇肈莃莇螀袀艿莇袂肆膅蒆薂衿肁蒅蚄肄莀蒄螆袇莆蒃羈肅節(jié)蒂蚈羅膈蒁螀膁肄蒁袃羄莂蒀薂腿羋蕿蚅羂膄薈螇膇肀薇衿羀葿薆蠆螃蒞薅螁肈芁薅襖袁膇薄薃肇肅薃蚆袀莁螞螈肅芇蟻袀袈膃蝕薀肅聿蝕螂袆蒈蠆襖膂莄蚈羇羄芀蚇蚆膀膆芃蝿羃肂莃袁膈莁莂薁羈芇莁蚃膇膃莀裊罿腿荿羈
2、袂蕆莈蚇肈莃莇螀袀艿莇袂肆膅蒆薂衿肁蒅蚄肄莀蒄螆袇莆蒃羈肅節(jié)蒂蚈羅膈蒁螀膁肄蒁袃羄莂蒀薂腿羋蕿蚅羂膄薈螇膇肀薇衿羀葿薆蠆螃蒞薅螁肈芁薅襖袁膇薄薃肇肅薃蚆袀莁螞螈肅芇蟻袀袈膃蝕薀肅聿蝕螂袆蒈蠆襖膂莄蚈羇羄芀蚇蚆膀膆芃蝿羃肂莃袁膈莁莂薁羈芇莁蚃膇膃莀裊罿腿荿羈袂蕆莈蚇肈莃莇螀袀艿莇袂肆膅蒆薂衿肁蒅蚄肄莀蒄螆袇莆蒃羈肅節(jié)蒂蚈羅膈蒁螀膁肄蒁袃羄莂蒀薂腿羋蕿蚅羂膄薈螇膇肀薇衿羀葿薆蠆螃蒞薅螁肈芁薅襖袁膇薄薃肇肅薃蚆袀莁螞螈肅芇蟻袀袈膃蝕薀肅聿蝕螂
3、袆蒈蠆襖膂莄蚈羇羄芀蚇蚆膀膆芃蝿羃肂莃袁膈莁莂薁羈芇莁蚃膇膃莀裊罿腿荿羈袂蕆莈蚇肈莃莇螀袀艿莇袂肆膅蒆薂衿肁蒅蚄肄莀蒄螆袇莆蒃羈肅節(jié)蒂蚈羅膈蒁</p><p> 2011屆畢業(yè)設計任務書</p><p><b> 摘 要</b></p><p><b> 【內(nèi)容摘要】</b></p><p>
4、; 本論文主要介紹用AT89C51單片機設計的數(shù)碼顯示八路搶答器的功能、電路組成、設計思路及制作。該搶答器除具有基本的搶答功能外,還具有定時、計時和報警功能。用C語言作為編程語言進行程序編寫,將軟件系統(tǒng)和AT89C51單片機有機結合起來,使系統(tǒng)能夠正確的進行倒記時,同時使數(shù)碼管能夠正確的顯示選手編號和倒記時時間,有效的實現(xiàn)搶答功能。</p><p> 本論文中我們采用了數(shù)字顯示器直接指示,自動鎖存顯示結果,并
5、自動復位的設計,它能根據(jù)不同的搶答輸入信號,經(jīng)過單片機的控制處理并產(chǎn)生不同的與輸入信號相對應的輸出信號,最后通過LED數(shù)碼管顯示相應的路數(shù),即使兩組的搶答時間相差幾微秒,也可以分辨出是哪組優(yōu)先按下的按鍵,它充分利用了單片機系統(tǒng)的優(yōu)點,具有結構簡單、功能強大、可靠性好、實用性強的特點。</p><p> 基于以上這些工作,所以把本論文總體上分成了五大章:第一章主要介紹單片機搶答器的背景與本人完成的工作;第二章主要
6、介紹單片機;第三章主要介紹搶答器的硬件電路設計;第四章主要介紹搶答器軟件系統(tǒng)的設計;第五章主要介紹搶答器的制作與調(diào)試仿真;最后一部分為總結與體會、參考文獻以及附錄。</p><p><b> 【關鍵詞】</b></p><p> 八路搶答器 C語言 單片機 AT89C51</p><p><b> 目 錄</b&g
7、t;</p><p> 第一章 概述------------------------------------------------------------------------- 1 -</p><p> 1.1 單片機搶答器的背景----------------------------------------------------------- 1 -</p>&
8、lt;p> 1.2 單片機搶答器的應用----------------------------------------------------------- 1 -</p><p> 1.3 本人完成的工作--------------------------------------------------------------- 1 -</p><p> 第二章 單片機簡介-
9、------------------------------------------------------------------ 3 -</p><p> 2.1 單片機介紹------------------------------------------------------------------- 3 -</p><p> 2.2 單片機的選擇--------------
10、--------------------------------------------------- 3 -</p><p> 2.3 AT89C51單片機的引腳與功能特性------------------------------------------------ 4 -</p><p> 第三章 系統(tǒng)硬件設計-----------------------------------
11、------------------------------ 7 -</p><p> 3.1 電路器件的選擇--------------------------------------------------------------- 7 -</p><p> 3.2 總電路圖------------------------------------------------------
12、--------------- 7 -</p><p> 3.3 外部振蕩電路設計------------------------------------------------------------- 8 -</p><p> 3.4 復位電路設計----------------------------------------------------------------- 9
13、-</p><p> 3.5 顯示電路設計----------------------------------------------------------------- 9 -</p><p> 3.6 按鍵輸入電路設計------------------------------------------------------------ 10 -</p><p
14、> 3.7 報警電路設計---------------------------------------------------------------- 11 -</p><p> 第四章 系統(tǒng)軟件設計---------------------------------------------------------------- 12 -</p><p> 4.1 軟件系統(tǒng)結構
15、圖-------------------------------------------------------------- 12 -</p><p> 4.2 搶答器工作流程圖------------------------------------------------------------ 12 -</p><p> 4.3 按鍵處理---------------------
16、----------------------------------------------- 13 -</p><p> 第五章 搶答器制作與系統(tǒng)調(diào)試仿真----------------------------------------------------- 18 -</p><p> 5.1 搶答器的制作--------------------------------------
17、-------------------------- 18 -</p><p> 5.1.1 焊接-------------------------------------------------------------------- 18 -</p><p> 5.1.2 元器件清單---------------------------------------------------
18、----------- 19 -</p><p> 5.2 系統(tǒng)調(diào)試-------------------------------------------------------------------- 19 -</p><p> 5.3 軟件仿真--------------------------------------------------------------------
19、20 -</p><p> 5.3.1 Keil軟件編譯------------------------------------------------------------ 20 -</p><p> 5.3.2 Proteus軟件仿真--------------------------------------------------------- 21 -</p>
20、<p> 總結與體會------------------------------------------------------------------------- 24 -</p><p> 致謝------------------------------------------------------------------------------- 25 -</p><p
21、> 參考文獻--------------------------------------------------------------------------- 26 -</p><p><b> 第一章 概述</b></p><p> 1.1 單片機搶答器的背景</p><p> 隨著我國經(jīng)濟和文化事業(yè)的發(fā)展,在很多公開競爭場
22、合要求有公正的競爭裁決,諸如證券、股票交易及各種智力競賽等,因此出現(xiàn)了搶答器。搶答器一般是由很多電路組成的,線路復雜,可靠性不高,功能也比較簡單,特別是當搶答路數(shù)很多時,實現(xiàn)起來就更為困難。因此我們設計了以單片機為核心的新型智能的搶答器,在保留原始搶答器的基本功能的同時又增加了數(shù)碼管顯示,電路實現(xiàn)了其它功能。搶答器又稱為第一信號鑒別器,其主要應用于各種知識競賽、文藝活動等場合。</p><p> 本系統(tǒng)采用AT
23、89C51單片機作為整個控制核心??刂葡到y(tǒng)的四個模塊為:顯示模塊、按鍵控制模塊、計時模塊、搶答開關模塊。該系統(tǒng)通過開關電路八個按鍵輸入搶答信號,利用一個數(shù)碼管來完成顯示功能,用按鍵來讓選手進行搶答,在數(shù)碼管上顯示哪一組先答題的,從而實現(xiàn)整個搶答過程。本文主要介紹了單片機搶答器設計及工作原理,以及它的實際用途。通過這次設計,掌握51單片機的原理,了解簡單多功能搶答器組成原理,初步掌握多功能搶答器的調(diào)整及測試方法,提高動手能力和排除故障的能
24、力。同時通過本論文設計與裝配、調(diào)試,提高自己的動手能力,鞏固已學的理論知識,建立單片機理論和實踐的結合;了解多功能搶答器各單元電路之間的關系及相互影響,從而能正確設計、計算定時計數(shù)的各個單元電路。初步掌握多功能搶答器的調(diào)整及測試方法,提高動手能力和排除故障的能力。</p><p> 1.2 單片機搶答器的應用</p><p> 隨著技術的進步,單片機與串口通信的結合更多地應用到各個電子
25、系統(tǒng)中已成一種趨勢。本論文就是基于單片機的八路搶答器,通過串口通信動態(tài)傳輸數(shù)據(jù),使搶答系統(tǒng)有了更多更完善的功能。單片機系統(tǒng)的硬件結構給予了搶答系統(tǒng)“身軀”,而單片機的應用程序賦予了其新的“生命”,使其在傳統(tǒng)的搶答器面前具有電路簡單、成本低、運行可靠等特色。對于搶答器我們大家都知道那是用于選手做搶答題時用的,選手進行搶答,搶到題的選手來回答問題。搶答器不僅考驗選手的反應速度同時也要求選手具備足夠的知識面和一定的勇氣。選手們都站在同一個起跑
26、線上,體現(xiàn)了公平公正的原則。</p><p> 1.3 本人完成的工作</p><p> 本人在畢業(yè)設計過程中協(xié)同本小組成員共同完成了作品的設計、軟件系統(tǒng)的編程、產(chǎn)品的制作與焊接、成品的調(diào)試與運行等工作。本人主要完成的工作如下:</p><p> 一、查找資料,資料來源于圖書館的書籍和網(wǎng)絡上并將這些資料整理總結。</p><p> 1
27、、學習單片機,并用到AT89C51單片機為本設計課題的芯片。</p><p> 2、了解本次設計的八路搶答器及各電路的結構和功能。</p><p> 二、了解了八路搶答器的資料后,并在指導老師王老師的幫助下畫出了搶答器的Proteus仿真電路圖,并用C語言編寫程序代碼,通過Keil軟件編譯實現(xiàn)仿真。</p><p> 三、元器件的選擇,然后購買元器件和焊接工具
28、,與本小組成員共同制作出八路搶答器實物。</p><p> 四、在將實物電路做出來后,進行了對前面幾周資料的整理和工作的總結,接下來書寫論文;我在論文中較詳細的分析了八路搶答器的硬件電路,其中包括外部震蕩電路、復位電路、顯示電路、按鍵輸入電路和報警電路;在軟件設計方面繪制了搶答器的工作流程圖及中斷處理流程圖,直觀的反映搶答器的工作流程;在調(diào)試方面用到Keil編譯軟件和Proteus仿真軟件進行軟件調(diào)試。<
29、/p><p><b> 第二章 單片機簡介</b></p><p><b> 2.1 單片機介紹</b></p><p> 單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上,但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件:CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng),目前大部分還會具有外存。同時集成諸
30、如通訊接口、定時器、時鐘等外圍設備。而現(xiàn)在最強大的單片機系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡、復雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。</p><p> 單片機也被稱為微控制器(Microcontroler),是因為它最早被用在工業(yè)控制領域。單片機由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設計理念是通過將大量外圍設備和CPU集成在一個芯片中,使計算機系統(tǒng)更小,更容易集成進復雜的而對提及要求嚴格的控制設備當中。INTE
31、L的Z80是最早按照這種思想設計出的處理器,從此以后,單片機和專用處理器的發(fā)展便分道揚鑣。</p><p> 早期的單片機都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031,因為簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列單片機系統(tǒng)?;谶@一系統(tǒng)的單片機系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領域要求的提高,開始出現(xiàn)了16位單片機,但因為性價比不理想并未得到很廣泛的應用。90年代后
32、隨著消費電子產(chǎn)品大發(fā)展,單片機技術得到了巨大的提高。隨著INTEL i960系列特別是后來的ARM系列的廣泛應用,32位單片機迅速取代16位單片機的高端地位,并且進入主流市場。而傳統(tǒng)的8位單片機的性能也得到了飛速提高,處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍。目前,高端的32位單片機主頻已經(jīng)超過300MHz,性能直追90年代中期的專用處理器,而普通的型號出廠價格跌落至1美元,最高端的型號也只有10美元。當代單片機系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機環(huán)境下開發(fā)和
33、使用,大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應用在全系列的單片機上。而在作為掌上電腦和手機核心處理的高端單片機甚至可以直接使用專用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。</p><p> 2.2 單片機的選擇</p><p> 單片機由單塊集成電路芯片構成,內(nèi)部包含有計算機的基本功能部件:中央處理器、存儲器和I/O接口電路等。因此單片機只需要和適當?shù)能浖巴獠吭O備相結合,便可成為一個單片機控制
34、系統(tǒng)。下面我介紹幾種市面上比較常見的單片機。</p><p><b> 一、STC單片機:</b></p><p> STC公司的單片機主要是基于8051內(nèi)核,是新一代增強型單片機:指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051、速度快8~12倍、帶ADC4路PWM、雙串口、有全球唯一ID號、加密性好和抗干擾強。</p><p><b> 二、P
35、IC單片機:</b></p><p> 是MICROCHIP公司的產(chǎn)品,其突出的特點是體積小、功耗低、精簡指令集、抗干擾性好、可靠性高、有較強的模擬接口和代碼保密性好。</p><p> 三、ATMEL單片機(51單片機):</p><p> ATMEl公司的8位單片機有AT89、AT90兩個系列,AT89系列是8位Flash單片機、與8051系列
36、單片機相兼容、靜態(tài)時鐘模式;AT90系列單片機是增強RISC結構、全靜態(tài)工作方式、內(nèi)載在線可編程Flash的單片機,也叫AVR單片機。</p><p> 四、松翰單片機(SONIX): </p><p> 是臺灣松翰公司的單片機,大多為8位機,有一部分與PIC 8位單片機兼容、價格便宜、系統(tǒng)時鐘分頻可選項較多、有PMW ADC 內(nèi)振 內(nèi)部雜訊濾波。缺點RAM空間過小、抗干擾較差。<
37、;/p><p> 在本次設計中我們用到的是ATMEl公司的AT89C51單片機,它具有與MCS-51兼容、可編程閃爍存儲器和串行通道、數(shù)據(jù)保留時間可達10年及低功耗的閑置和掉電模式等特點。</p><p> 2.3 AT89C51單片機的引腳與功能特性</p><p> AT89C51單片機采用40個引腳的雙列直插封裝方式,其中包括2個電源引腳、2個時鐘引腳、4個
38、控制引腳和32個I/O接口,引腳如圖2-1所示:</p><p> 圖2-1 AT89C51單片機引腳圖</p><p> 單片機是一種集成了CPU、RAM、ROM、定時/計數(shù)器和多功能I/O口等基本功能部件的微型計算機。它必須配備部分外圍元件才能使用,其系統(tǒng)核心是單片機芯片。芯片引腳按功能分為3類,即數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。下面我簡單的介紹AT89C51單片機40個引腳的基本
39、功能特性,如表2-1所示:</p><p> 表2-1 AT89C51單片機引腳名稱與功能特性表</p><p> ATMEL公司的AT89C51是一種高效微控制器,是高性能單片機。因為受引腳數(shù)目的限制,所以有不少引腳具有第二功能,下表介紹P3口引腳的第二功能,如表2-2所示:</p><p> 表2-2 P3口各位的第二功能</p><
40、;p> 當P3口作第二功能使用時,每一位功能定義如表2-2所示。P3口的第二功能實際上就是系統(tǒng)具有控制功能的控制線。此時相應的口線鎖存器必須為“1”狀態(tài),與非門的輸出由第二功能輸出線的狀態(tài)確定,從而P3口線的狀態(tài)取決于第二功能輸出線的電平。在P3口的引腳信號輸入通道中有兩個三態(tài)緩沖器,第二功能的輸入信號取自第一個緩沖器的輸出端,第二個緩沖器仍是第一功能的讀引腳信號緩沖器。P3口可驅(qū)動4個LSTTL門電路。</p>
41、<p> 第三章 系統(tǒng)硬件設計</p><p> 3.1 電路器件的選擇</p><p> AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器(FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓,高性能CMOS8位微處理器,俗稱單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。該器件采用ATME
42、L高密度非易失存儲器制造技術制造,與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中,是一種高效微控制器。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。根據(jù)初步對本設計要求的分析,設計這樣一個簡單的應用系統(tǒng),以AT89C51單片機為控制核心,采用模塊化的設計方案,可以實現(xiàn)8位數(shù)字搶答器的各項基本功能,例如定時搶答、顯示搶答選手號碼,主持人控制等等。</p&g
43、t;<p> 就搶答器而言,通??刹捎靡壕э@示或數(shù)碼管顯示。由于一般的段式液晶屏,需要專門的驅(qū)動電路,而且液晶顯示作為一種被動顯示,可視性相對較差;對于具有驅(qū)動電路和微處理器接口的液晶顯示模塊(字符或點陣),一般多采用并行接口,對微處理器的接口要求較高,占用資源多。因此,本設計采用數(shù)碼管顯示方式。數(shù)碼管作為一種主動顯示器件,具有亮度高、價格便宜等優(yōu)點,而且市場上也有專門的時鐘顯示組合數(shù)碼管。本次的設計我采用的是共陰四位一
44、體數(shù)碼管。此外還有按鈕、揚聲器、電容、電阻、導線等等。</p><p><b> 3.2 總電路圖</b></p><p> 我們采用模塊化的硬件電路設計,其中包括有:主控制器模塊、采用AT89S51單片機控制、搶答器顯示模塊、選用數(shù)碼管顯示。本設計的電源方案的選擇是采用5V電源供電,本設計的搶答器鍵盤模塊也是通過選用獨立式鍵來實現(xiàn)的。它由主體電路和擴展電路兩部分
45、組成。主體電路完成基本的搶答功能,即開始搶答后,當選手按動搶答鍵時,能顯示選手的編號,同時能封鎖輸入電路,禁止其他選手搶答。擴展電路完成檢測數(shù)碼管工作情況,其工作原理為:接通電源后,主持人按下開始鍵,宣布搶答器開始工作。選手在規(guī)定時間內(nèi)搶答時,搶答器完成:優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示。當一輪搶答之后,主持人按下復位鍵,選手們等待主持人按下開始鍵進行下一輪的搶答??傠娐穲D如圖3-1所示:</p><p> 圖3-
46、1 總體電路圖</p><p> 3.3 外部振蕩電路設計</p><p> 單片機必須在時鐘的驅(qū)動下才能工作。在單片機內(nèi)部有一個時鐘振蕩電路,只需要外接一個振蕩源就能產(chǎn)生一定的時鐘信號送到單片機內(nèi)部的各個單元,決定單片機的工作速度。外部振蕩電路如圖3-2所示:</p><p> 圖3-2 外部振蕩電路圖</p><p> 我們選用石
47、英晶體振蕩器。此電路在加電大約延遲10ms后振蕩器起振,在XTAL2引腳產(chǎn)生幅度為3V左右的正弦波時鐘信號,其振蕩頻率主要由石英晶振的頻率確定。電路中兩個電容 C1,C2的作用有兩個:一是幫助振蕩器起振;二是對振蕩器的頻率進行微調(diào)。C1,C2的典型值為30PF。</p><p> 單片機在工作時,由內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生或由外直接輸入的送至內(nèi)部控制邏輯單元的時鐘信號的周期稱為時鐘周期。其大小是時鐘信號頻率的倒數(shù),常用f
48、osc表示。圖中時鐘頻率為12MHz,即fosc=12MHz,則時鐘周期為1/12µs。</p><p> 3.4 復位電路設計</p><p> 計算機在啟動運行時都需要復位,使中央處理器CPU和系統(tǒng)中的其它部件都處于一個確定的初始狀態(tài),并從這個狀態(tài)開始工作。AT89C51單片機的復位輸入引腳RST為單片機提供了初始化的手段,可以使程序從指定處開始執(zhí)行。在AT89C51的時
49、鐘電路工作后,只要RST引腳上出現(xiàn)超過兩個機器周期以上的高電平時,即可產(chǎn)生復位的操作。只要RST保持高電平,則AT89C51循環(huán)復位。只有當RST由高電平變低電平以后,單片機才從0000H地址開始執(zhí)行程序。本論文采用的是硬件復位,其電路圖如圖3-3所示:</p><p><b> 圖3-3 復位電路</b></p><p> 在圖3-3中由電解電容C3、電阻R1構
50、成復位電路,rst端接在單片機第9腳。由于單片機是高電平復位,按鍵Rest接在單片機P3.7口,低電平觸發(fā)有效,所以當按鍵Rest按下時候,單片機的9腳RST管腳處于高電平,此時單片機處于復位狀態(tài)。當上電后,由于電容的緩慢充電,單片機的9腳電壓逐步由高向低轉(zhuǎn)化,經(jīng)過一段時間后,單片機的9腳處于穩(wěn)定的低電平狀態(tài),此時單片機上電復位完畢,系統(tǒng)程序從0000H開始執(zhí)行。</p><p> 3.5 顯示電路設計<
51、/p><p> 顯示模塊主要是顯示搶答的時間,組別號碼等。在使用傳統(tǒng)的數(shù)碼管顯示具有:低能耗、低損耗、低壓、壽命長、耐老化、防曬、防潮、防火、防高(低)溫、對外界環(huán)境要求低、易于維護,同時其精度高、稱量快、精確可靠和操作簡單的特性。數(shù)碼顯示是采用BCD編碼顯示數(shù)字,程序編譯容易,資源占用較少。</p><p> 顯示功能與硬件關系極大。當硬件固定后,如何在不引起操作者誤解的前提下提供盡可能
52、的豐富信息,全靠軟件來解決。在這里我們使用的是4位七段共陰極數(shù)碼管顯示,通常在顯示上我們采用的方法一般包括兩種:一種是靜態(tài)顯示,一種是動態(tài)顯示。其中靜態(tài)顯示的特點是:顯示穩(wěn)定不閃爍、程序編寫簡單、但占用端口資源多;動態(tài)顯示的特點是:顯示穩(wěn)定性沒靜態(tài)好、程序編寫復雜、但是相對靜態(tài)顯示而言占用端口資源少。在本設計中根據(jù)實際情況采用的是動態(tài)顯示方法。顯示電路如圖3-4所示:</p><p> 圖3-4 顯示電路圖&
53、lt;/p><p> 本設計采用上圖中的4位七段共陰數(shù)碼管,并且高電平有效,其中A~H段分別接到單片機的P0口,由單片機輸出的P0口數(shù)據(jù)來決定段碼值,位選碼COM1, COM2,COM3,COM4分別接到單片機的P2.0,P2.1,P2.2 ,P2.3,由單片機來決定當前該顯示的是哪一位。在圖中還有一個鎖存器,連接在P0口上,起到鎖存選手號碼的作用。通過查表法,將其在數(shù)碼管上顯示出來,其中P0口為字型碼輸入端,P2
54、口低4位為字選段輸入段。在這里我們通過查表將字型碼送給7段數(shù)碼管顯示的數(shù)字。</p><p> 3.6 按鍵輸入電路設計</p><p> 鍵盤是單片機不可缺少的輸入設備,是實現(xiàn)人機對話的紐帶。翻閱相關書籍我們能夠了解到很多按鍵電路的設計,在此次設計中我用到了獨立式鍵盤,因為獨立式鍵盤的結構簡單,在程序設計上也不太復雜,只要在程序中消除在按鍵過程中產(chǎn)生的“毛刺”現(xiàn)象就可以了。這里采用最
55、常用的方法即延時法,其的原理為:因為“毛刺”脈沖一般持續(xù)時間短,約為幾ms,而按鍵的時間一般遠遠大于這個時間,所以當單片機檢測到有按鍵動靜后再延時一段時間(這里取10ms)后再判斷此電平是否保持原狀態(tài);如果是則為有效按鍵,否則無效。本設計中有8個搶答按鍵輸入、一個開始按鍵、一個結束按鍵和一個復位按鍵,如圖3-5所示:</p><p> 圖3-5 搶答器按鍵電路</p><p> 在圖3
56、-5中8個搶答按鍵分別接入單片機的P1.0~P1.7端口,單片機通過讀取P1.0~P1.7的值來判斷當前輸入的是8個搶答按鍵中的哪一個。停止、開始及復位按鍵分別接到單片機的15、16、17腳;這里用到了單片機15、16、17腳復合功能中的IO端口功能。單片機通過讀取15、16、17腳的P3.5、P3.6、P3.7的IO端口值來判斷當前是否處于搶答開始狀態(tài)、搶答停止狀態(tài)或復位狀態(tài)。</p><p> 3.7 報警
57、電路設計</p><p> 在搶答比賽中難免不會遇到這種情況:主持人在宣布開始搶答并按下開始鍵,各參賽選手可以開始搶答,系統(tǒng)開始倒計時,選手們對該題目的答案不太確定而猶豫不決是否搶答,但搶答時間有限,在時限快到時主持人會提醒參賽者搶答。所以本設計我采用了較人性化的報警電路:在倒計時到5S時,如果仍無人搶答,則系統(tǒng)每1S報警一次,用以提示參賽選手。揚聲器通過一個10K的電阻接在單片機的14腳,此處用到了單片機14
58、腳的IO端口功能,單片機通過內(nèi)部定時器的操作實現(xiàn)交替變換的波形輸出驅(qū)動揚聲器發(fā)聲,如圖3-6所示:</p><p><b> 圖3-6報警電路</b></p><p> 第四章 系統(tǒng)軟件設計</p><p> 4.1 軟件系統(tǒng)結構圖</p><p> 軟件設計時保證電路正常運行的關鍵。前面我介紹到本設計用到的是模
59、塊化的設計,所以對于相應的模塊要給予相應的程序,來保證系統(tǒng)的正常運行。為了更好設計軟件系統(tǒng),我們要畫出搶答器系統(tǒng)的流程圖,這樣能夠很直觀,很簡便的來分析如何進行設計。在本設計中有以下幾個模塊:按鍵控制模塊、搶答模塊、倒計時模塊、報警模塊和顯示模塊,如圖4-1所示:</p><p> 圖4-1軟件系統(tǒng)結構框圖</p><p> 4.2 搶答器工作流程圖</p><p&
60、gt; 搶答器的工作原理是利用單片機的定時器T0、T1中斷完成,其余狀態(tài)循環(huán)調(diào)用顯示子程序,用4位七段共陰極數(shù)碼管來顯示;用P0口作為數(shù)碼管的八個段選,用P2口中的P2.0、P2.1、P2.2作為4個數(shù)碼管其中3個位選;P1口接8個按鍵,提供選手搶答;P3.5-P3.7接口接三個按鍵,提供開始、結束、復位調(diào)整。其工作流程是:主持人按下開始鍵,數(shù)碼管顯示20秒倒計時,選手開始搶答,系統(tǒng)將搶答選手號碼顯示在數(shù)碼管上;如無人搶答,則在倒計時
61、到5秒鐘時數(shù)碼管閃爍報警,直到倒計時結束,主持人復位并開始下一題的搶答。我們用一個流程圖來更直觀的來表述搶答器的工作流程,如圖4-2所示:</p><p> 圖4-2 搶答器工作流程</p><p><b> 4.3 按鍵處理</b></p><p> 按鍵是搶答器硬件部分的重要成分。在本設計中我用到8個按鍵接在AT89C51單片機的P1
62、口實現(xiàn)人與機器的交流。這8個按鍵可供八位選手搶答,按鍵編號K1~K8依次對應1~8號選手。程序代碼是驅(qū)動按鍵正常運行的關鍵,P1口有8根I/O線分別連接K1~K8這8個按鍵,由于按鍵數(shù)量比較少,且各按鍵之間工作互不干擾,因此可以根據(jù)實際需要對按鍵靈活的編碼。所以我用了最簡單的編碼方式:根據(jù)I/O輸入口所直接反映的相應按鍵,按下的狀態(tài)進行編碼。8個按鍵的工作流程圖如圖4-3所示:</p><p> 圖4-3 按
63、鍵流程圖</p><p> 上圖是八路搶答器中的8個按鍵工作的流程圖,根據(jù)流程圖我們可以更直觀的來編寫8個按鍵的程序代碼。在硬件電路的基礎上我們設計了軟件程序代碼,用來驅(qū)動按鍵的正常運行;其程序代碼如下:</p><p> uchar key_scan8()</p><p><b> {</b></p><p>
64、 if(key1 == 0)</p><p><b> {</b></p><p><b> delay(8);</b></p><p> if((key1 == 0)&&(!key1_flag))</p><p><b> {</b></p>
65、;<p> key1_flag = 1;</p><p> number = 1;</p><p> number_display = number;</p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p><
66、;b> else</b></p><p><b> {</b></p><p> key1_flag = 0;</p><p> number = 0;</p><p><b> }</b></p><p> if(key2 == 0)<
67、;/p><p><b> {</b></p><p><b> delay(8);</b></p><p> if((key2 == 0)&&(!key2_flag))</p><p><b> {</b></p><p> key
68、2_flag = 1;</p><p> number = 2;</p><p> number_display = number;</p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p><b> else</
69、b></p><p><b> {</b></p><p> key2_flag = 0;</p><p> number = 0;</p><p><b> }</b></p><p> if(key3 == 0)</p><p>
70、;<b> {</b></p><p><b> delay(8);</b></p><p> if((key3 == 0)&&(!key3_flag))</p><p><b> {</b></p><p> key3_flag = 1;</p
71、><p> number = 3;</p><p> number_display = number;</p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p><b> else</b></p>
72、<p><b> {</b></p><p> key3_flag = 0;</p><p> number = 0;</p><p><b> }</b></p><p> if(key4 == 0)</p><p><b> {<
73、/b></p><p><b> delay(8);</b></p><p> if((key4 == 0)&&(!key4_flag))</p><p><b> {</b></p><p> key4_flag = 1;</p><p>
74、number = 4;</p><p> number_display = number;</p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p><b> else</b></p><p><b>
75、; {</b></p><p> key4_flag = 0;</p><p> number = 0;</p><p><b> }</b></p><p> if(key5 == 0)</p><p><b> {</b></p>
76、<p><b> delay(8);</b></p><p> if((key5 == 0)&&(!key5_flag))</p><p><b> {</b></p><p> key5_flag = 1;</p><p> number = 5;</
77、p><p> number_display = number;</p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p><b> else</b></p><p><b> {</b><
78、;/p><p> key5_flag = 0;</p><p> number = 0;</p><p><b> }</b></p><p> if(key6 == 0)</p><p><b> {</b></p><p><b&g
79、t; delay(8);</b></p><p> if((key6 == 0)&&(!key6_flag))</p><p><b> {</b></p><p> key6_flag = 1;</p><p> number = 6;</p><p>
80、 number_display = number;</p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p><b> else</b></p><p><b> {</b></p><p>
81、; key6_flag = 0;</p><p> number = 0;</p><p><b> }</b></p><p> if(key7 == 0)</p><p><b> {</b></p><p><b> delay(8);<
82、/b></p><p> if((key7 == 0)&&(!key7_flag))</p><p><b> {</b></p><p> key7_flag = 1;</p><p> number = 7;</p><p> number_display =
83、 number;</p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p><b> else</b></p><p><b> {</b></p><p> key7_flag = 0;
84、</p><p> number = 0;</p><p><b> }</b></p><p> if(key8 == 0)</p><p><b> {</b></p><p><b> delay(8);</b></p>
85、<p> if((key8 == 0)&&(!key8_flag))</p><p><b> {</b></p><p> key8_flag = 1;</p><p> number = 8;</p><p> number_display = number;</p>
86、;<p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p><b> else</b></p><p><b> {</b></p><p> key8_flag = 0;</p><p
87、> number = 0;</p><p><b> }</b></p><p> if(number_display != 0)</p><p><b> {</b></p><p><b> return 1;</b></p><p
88、><b> }</b></p><p><b> else</b></p><p><b> {</b></p><p><b> return 0;</b></p><p><b> }</b></p>
89、<p><b> }</b></p><p> 第五章 搶答器制作與系統(tǒng)調(diào)試仿真</p><p> 5.1 搶答器的制作</p><p> 我們根據(jù)搶答器電路原理圖和所給的器件、萬能PCB電路板,自行制作八路搶答器。要求八路搶答器可以同時提供八位選手搶答,最先按下按鍵的有效,數(shù)碼管管通過鎖存器顯示相應按鍵選手編號,倒計時最
90、后5秒顯示管會不斷閃爍且蜂鳴器起報警;設有主持人控制按鍵,用以清除先前狀態(tài),使電路恢復初始等待搶答狀態(tài)。</p><p> 首先,我們應該根據(jù)搶答器電路圖以及電路圖的工作原理,繪制出焊接電路圖。</p><p> 其次,根據(jù)焊接電路圖、實際元器件器件及所給的PCB電路板,完成器件在PCB電路板上的布局,集成電路用相應的IC插座代替;完成器件在萬能板上的安裝焊接,所有器件都應安裝在PCB
91、板的正面,集成電路插座的缺口方向最好取向一致,排列要整齊、美觀。</p><p> 最后,根據(jù)電路原理圖,在PCB電路板上布線,PCB板的正面放置元器件,走線為橫線;PCB 反面為焊點所在的面,這面的走線以縱線為主。在PCB 板的反面的兩邊布置電源線和地線,地線和電源線要粗一些。布線時要先確定集成芯片的位置,再確定其他元器件的位置,最好先畫一份草圖,然后再實際連線和焊接。</p><p>
92、; 搶答器制作完成后還要對搶答器進行測試。在通電調(diào)試之前,必須認真檢查電路連線是否正確,對照電路圖按照一定順序逐級檢測,特別要注意電源是否接錯、電源與地是否有短接、二極管是否接反;輕輕撥一撥元器件,觀察焊點是否牢固。驗證按鍵的操作是否正確,電路是否能實現(xiàn)所設計的功能,相應的數(shù)碼管和蜂鳴器的變化是否符合設計邏輯,如果不正確,應根據(jù)現(xiàn)象分析,找到并排除故障,再進行驗證測試,直到電路能完成全部功能。一定要調(diào)試好電源值為5V,才能給電路通電。
93、電源接通后首先保證安全,觀察電路中是否有冒煙、起火等現(xiàn)象。如果有,應立即斷電,故障排除后繼續(xù)通電,并注意觀察各器件引腳電壓是否正常</p><p><b> 5.1.1 焊接</b></p><p> 一般來說,造成硬件問題的首要問題就是焊接了,也就是說焊接的好與壞直接響產(chǎn)品的正常運行。造成焊接質(zhì)量不高的常見原因是:</p><p> 一
94、、焊錫用量過多,形成焊點的錫堆積;焊錫過少,不足以包裹焊點。</p><p> 二、冷焊。焊接時烙鐵溫度過低或加熱時間不足,焊錫未完全熔化、浸潤、焊錫表面不光亮(不光滑) 、有細小裂紋(如同豆腐渣一樣)。</p><p> 三、夾松香焊接,焊錫與元器件或印刷板之間夾雜著一層松香,造成電連接不良。若夾雜加熱不足的松香,則焊點下有一層黃褐色松香膜;若加熱溫度太高,則焊點下有一層碳化松香的黑
95、色膜。對于有加熱不足的松香膜的情況,可以用烙鐵進行補焊。對于已形成黑膜的,則要“吃”凈焊錫,清潔被焊元器件或印刷板表面,重新進行焊接才行。</p><p> 四、焊錫連橋。指焊錫量過多,造成元器件的焊點之間短路。這在對超小元器件及細小印刷電路板進行焊接時要尤為注意。</p><p> 五、焊劑過量,焊點明圍松香殘渣很多。當少量松香殘留時,可以用電烙鐵再輕輕加熱一下,讓松香揮發(fā)掉;也可以
96、用蘸有無水酒精的棉球,擦去多余的松香或焊劑。</p><p> 六、焊點表面的焊錫形成尖銳的突尖。這多是由于加熱溫度不足或焊劑過少,以及烙鐵離開焊點時角度不當造成的。</p><p> 5.1.2 元器件清單</p><p> 本設計用到的元器件有電阻、電容、開關、三極管等等。下面我將這些元器件用表格的形式列出來,以方便搶答器的元器件的選擇和搶答器的制作。元器
97、件清單如表5-1所示:</p><p> 表5-1 元器件清單</p><p><b> 5.2 系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p> 系統(tǒng)調(diào)試包括硬件調(diào)試和軟件調(diào)試,而且兩者是密不可分的。我們設計好的硬件電路和軟件程序,只有經(jīng)過聯(lián)合調(diào)試,才能驗證其正確性;軟硬件的配備情況以及是否達到設計任務的要求,也只有經(jīng)過調(diào)試,才能發(fā)現(xiàn)問題并加以解決、
98、完善,最終開發(fā)成實用產(chǎn)品?! ∮布{(diào)試分單元電路調(diào)試和聯(lián)機調(diào)試。單元電路調(diào)試在硬件電路設計時已經(jīng)進行,這里的調(diào)試只是將其制成PCB電路板后試驗電路是否正確,并排除一些加工工藝性錯誤(如錯線、開路、短路等)。這種調(diào)試可單獨模擬進行,也可通過開發(fā)裝置由軟件配合進行。硬件聯(lián)機調(diào)試則必須在系統(tǒng)軟件的配合下進行?! ≤浖{(diào)試一般包括分塊調(diào)試和聯(lián)機調(diào)試兩個階段。程序的分塊調(diào)試一般在單片機開發(fā)裝置上進行,可根據(jù)所調(diào)試程序功能塊的入口參量初值編制一
99、個特殊的程序段,并連同被調(diào)程序功能塊一起在開發(fā)裝置上運行;也可配合對應硬件電路單獨運行某程序功能塊,然后檢查是否正確。如果執(zhí)行結果與預想的不一致,可以通過單步運行或設置斷點的方法,查出原因并加以改正,直到運行結果正確為止。這時該程序功能塊已調(diào)試完畢,可去掉附加程序段,其它程序功能塊可按此法進行調(diào)試。程序聯(lián)機調(diào)試就是將已調(diào)試好的各程序功能塊按總體結構聯(lián)成</p><p><b> 5.3 軟件仿真<
100、;/b></p><p> 為了更好地完成軟件仿真這一重要環(huán)節(jié),我們采用Keil軟件與Proteus軟件整合構建單片機虛擬實驗平臺。首先在PC上利用Proteus軟件自己搭建硬件電路,并利用系統(tǒng)提供的功能完成電路分析、系統(tǒng)調(diào)試和輸出顯示的硬件設計部分;同時在Keil軟件中編制程序,進行相應的編譯和仿真,完成系統(tǒng)的軟件設計部分。當系統(tǒng)的設計工作完成后,我們可以在PC上看到最終的運行效果。</p>
101、<p> 5.3.1 Keil軟件編譯</p><p> Keil C51標準C編譯器為8051微控制器的軟件開發(fā)提供了C語言環(huán)境,同時保留了匯編代碼高效、快速的特點。C51編譯器的功能不斷增強, 使你可以更加貼近CPU本身,及其它的衍生產(chǎn)品。C51已被完全集成到uVision2的集成開發(fā)環(huán)境中,這個集成開發(fā)環(huán)境包含:編譯器、匯編器、實時操作系統(tǒng)、項目管理器和調(diào)試器。uVision2 IDE可為
102、它們提供單一而靈活的開發(fā)環(huán)境。C51 V7版本是目前最高效、靈活的8051開發(fā)平臺。它可以支持所有8051的衍生產(chǎn)品,也可以支持所有兼容的仿真器,同時支持其它第三方開發(fā)工具。因此,C51 V7版本無疑是8051開發(fā)用戶的最佳選擇。Keil uVsion2編譯圖如圖5-1所示:</p><p> 圖5-1 Keil uVsion2編譯</p><p> 5.3.2 Proteus軟件仿
103、真</p><p> Proteus軟件是來自英國Labcenter Electronics公司的EDA工具軟件,Proteus軟件除了其具有和其它EDA工具一樣的原理布圖、PCB自動或人工布線及電路仿真的功能外, 其革命性的功能是:它的電路仿真是互動的,針對微處理器的應用,還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程,并實現(xiàn)軟件源碼級的實時調(diào)試;如有顯示及輸出, 還能看到運行后輸入輸出的效果,配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器
104、如示波器,邏輯分析儀等。Proteus為您建立了完備的電子設計開發(fā)環(huán)境。</p><p> PROTUES的ISIS是一款Labcenter出品的電路分析實物仿真系統(tǒng),可仿真各種電路和IC,并支持單片機;元件庫齊全,使用方便,是不可多得的專業(yè)的單片機軟件仿真系統(tǒng)。該軟件具有以下幾點特點:</p><p> 一、全部滿足我們提出的單片機軟件仿真系統(tǒng)的標準,并在同類產(chǎn)品中具有明顯的優(yōu)勢。&
105、lt;/p><p> 二、具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS-232動態(tài)仿真、C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能;有各種虛擬儀器,如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。</p><p> 三、目前支持的單片機類型有:68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外
106、圍芯片。</p><p> 四、支持大量的存儲器和外圍芯片??傊撥浖且豢罴瘑纹瑱C和SPICE分析于一身的仿真軟件,功能極其強大,可仿真51、AVR、PIC。</p><p> 使用Proteus軟件進行仿真:當主持人按下開始鍵,數(shù)碼管顯示0F20并進行倒計時。此時選手們可以開始搶答,當選手們紛紛按下?lián)尨鸢存I系統(tǒng)會記錄最先按下鍵的號碼,即使選手之間按下的間隔時間很短系統(tǒng)也能夠分辨出最
107、先按下的選手號碼;在計時開始被5號選手最先按下?lián)尨疰I,數(shù)碼管顯示選手號碼并鎖定倒計時,此時5號選手可以開始回答問題。仿真結果如圖5-2所示:</p><p> 圖5-2 5號選手搶答</p><p> 主持人依次按下復位、開始鍵,顯示管倒計時開始。在選手們考慮是否搶答問題時,數(shù)碼顯示器計時到最后5秒鐘仍然無選手搶答。這時候顯示器會開始不斷閃爍同時喇叭發(fā)出“嘟”的響聲如圖5-4所示:&
108、lt;/p><p> 圖5-3 5秒倒計時報警</p><p> 通過仿真結果證實,本方案可行。本設計方案通過51系列單片機的P0口作為段選輸出,用P2口作為位選輸出,動態(tài)掃描數(shù)碼顯示管,顯示時間。并通過接在P3.5-P3.7口的按鍵開關控制停止、開始、復位提示等功能。P1口接選手按鍵,控制搶答。本設計實現(xiàn)簡單,成本較低,具有很高的實用性。</p><p><
109、;b> 總結與體會</b></p><p> 畢業(yè)設計不僅是對前面所學知識的一種檢驗,而且也是對自己能力的一種提高。下面我對整個畢業(yè)設計的過程做一下簡單的總結。</p><p> 一、指導老師布置下來任務,首先要思考設計的方向,這一步很重要。好比走路,這開始的第一步是具有決定意義的,第一步邁向何方,需要慎重考慮。否則,就可能走許多彎路、費許多周折,甚至南轅北轍,難以
110、到達目的地。因此設計任務一定要認真思考。</p><p> 二、想好了方向后就是找資料了。查資料是做畢業(yè)設計的前期準備工作,好的開端就相當于成功了一半,到圖書館、書店去雖說是比較原始的方式,但也有可取之處的;在網(wǎng)上查找資料也很方便??傊?,不管通過哪種方式查的資料都是有利用價值的,要一一記錄下來以備后用。</p><p> 三、通過上面的過程,已經(jīng)積累了不少資料,對設計任務也大概有了一些
111、了解,這一步就是在這樣一個基礎上,綜合已有的資料來更透徹的分析題目。</p><p> 四、有了研究方向,就應該動手實現(xiàn)了。其實以前的三步都是為這一步作的鋪墊。</p><p> 通過這次設計,我對數(shù)字電路設計中的邏輯關系等有了一定的認識,對以前學的數(shù)字電路又有了一定的新認識,溫習了以前學的知識,從溫習舊知識而學到了新的知識。但在設計的過程中,遇到了很多的問題,比如運用到軟件中時,出現(xiàn)
112、各種不同的錯誤,我參考別人的程序,在老師的指導下,根據(jù)書本上所講的有關知識點加以改進。在這次畢業(yè)設計中也使我們的同學關系更進一步了,同學之間互相幫助,有什么不懂的大家在一起商量,聽聽不同的看法對我們更好的理解知識。</p><p><b> 致 謝</b></p><p> 在此我要對我們的指導老師王昱煜老師表示真摯的感謝,在做畢業(yè)設計的這段時間以來,在每周星期一
113、晚上七點到九點王老師對我們悉心的輔導和幫助。王老師幾次審閱我們的論文,提出許多寶貴的意見,為我們在做畢業(yè)設計指明了路,讓我們少走了很多彎路,沒有他的指導,我們就不能較好的完成課題設計的任務。您認真負責的工作態(tài)度,嚴謹?shù)闹螌W精神和深厚的理論水平都使我收益匪淺。古語有云:“授人以魚不如授人以漁”。置身其間,耳濡目染,潛移默化,使我不僅接受了全新的思想觀念,樹立了宏偉的學術目標,領會了基本的思考方式,也使我感到自己在這方面思維太過狹隘,以及信
114、息的日新月異。同時我也感謝我的同組同學在這次畢業(yè)設計中的支持、幫助和理解。在這過程中,我們幾個有過一些矛盾和分歧,但是到最后大家還是會以大局為重,把問題、意見說出來,通過交流,一起去解決、融合。</p><p> 在整個畢業(yè)設計過程中我懂得了許多東西,也培養(yǎng)了我獨立工作的能力,樹立了對自己工作能力的信心,相信會對今后的學習工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力,使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中的探索的艱
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