单片机课设--多路抢答器--课程设计报告兼程序4221.pdf

设计课题：多路抢答器 学 院：电气与信息工程学院 专 业：电气工程及其自动化 班 级：学 号：姓 名：目 录 一、任务及设计要求2 1.任务2 2.要求2 二、系统原理图2 三、硬件原理图6 1.元器件清单6 2.硬件设计6 3.软件设计11 4.性能分析13 四、流程图15 1.总体流程图15 2.抢答器模块16 3.北京时间模块流程图17 五、程序18 六、产品使用说明书27 1.功能27 2.使用说明28 七、心得体会29 八、参考文献，教师评语30 一、任务及设计要求 1、任务 设计一多路抢答器，每组设计一抢答按扭供选手使用 2、要求（1）设计一多路数字抢答器（2）设置一个系统清除和抢答控制开关，该开关由主持人控制（3）抢答器具有锁存与显示功能。选手按动按扭，锁存相应的编号，并在LED数码管或LCD上显示，同时系统报警。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统信号清除为止（4）抢答器具有定时抢答功能。当主持人启动“开始”键后，计时器进行计时，同时绿灯亮（可蜂鸣器替代或显示对应标志）。参赛选手在设定时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，绿灯灭，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，如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警。中途可以暂停。（5）显示定时时间，可倒数显示（6）定时时间进入最后十秒时，可用蜂鸣器提醒（7）显示北京时间，可调整 二、系统原理图 硬件原理：ADUC848 管脚图如下图所示。Pin14：（）作为矩阵式键盘或独立按键的输入，P1口只能用于输入，默认用于模拟输入，作为数字输入使用时应先往P1口相应引脚写0，这里可以用P0&=0 xf0。若P2、P3、P0口要作为输入，则应往相应引脚写1。Pin5、6：AVDD、AGND，模拟电源输入。Pin7、8：外部参考电压接入，Pin7接AGND。片内DAC有内部参考，ADC有内部参考。Pin9、10：（、）两路AD输入，可做差分输入，需要设置ADC的寄存器。Pin11、12：（、）各 200uA 激励电流源，可配合 RTD 等 做应用。Pin13：两路AD输入做普通输入时的电压参考端，AD输入电压不能低于此引脚电压。Pin14：片内DAC输出。Pin15：复位引脚。Pin16、17：单片机RS232接口的RXD（）TXD（）。Pin18：（）外部中断0，用于红外接收和PS/2接口。Pin19：（）LCD1602，LCD12864A的EN引脚，控制第一位数码管。Pin20、21：DVDD、DGND数字电源输入。Pin22：（）PS/2接口的data信号。Pin23：（）LCD1602和LCD12864A的RW。Pin24：（）LCD1602和LCD12864A的RS。Pin25：LCD12864A的CS1。Pin26：IIC接口时钟信号。Pin27：IIC接口data信号。Pin28：（）SPI接口时钟信号。Pin29：（）SPI接口MOSI信号、控制第6位数码管的位码。Pin30：（）SPI接口MISO信号、控制第7位数码管的位码。Pin31：（）SPI接口SS信号、控制第8位数码管的位码；3也作为4X4矩阵式键盘的扫描输出信号、步进电机的控制信号、数码管第数码管第6、7、8位位码。但是SPI、4X4矩阵式键盘、步进电机、数码管第6、7、8位功能不能同时实现。Pin32、Pin33：接外部晶振。Pin34、Pin35：DVDD、DGND。Pin36：（）LCD12864A的CS2。Pin37：（）内部PWM模块输出，控制红外LED。Pin38：（）内部PWM模块输出，控制蜂鸣器。Pin39：（）内部PWM模块的外部时钟输入（也可以用内部时钟）。Pin40：EA，低电平有效，正常使用时拉低。Pin41：PSEN，在此引脚电平为低时按复位键进入debug模式，可以下载和调试程序。Pin42：ALE。Pin47、Pin48：DGND、DVDD。Pin43、44、45、46、49、50、51、52：P0口、LCD1602和LCD12864的数据总线，数码管的段码。三、硬件原理图 1.元器件清单：MCU:选用 ADUC848 芯片，core clock 为。带有 PWM 脉宽调制功能。数码管：五个共阴极的数码管，用作显示数据。由于 I/O 的驱动能力有限，因此是用 PNP 来驱动数码管的段，用 NPN 来进行数码管的位选。段码在低电平有效，位码在高电平有效 键盘：使用矩阵键盘，使用 16 个按键，最多可以满足 13 名选手进行抢答。LED：一个绿色的 LED，正极接 P25，阴极接地。无源蜂鸣器：采用 PWM 控制发声。下载程序芯片：与 PC 机的通信使用 RS232 协议，使用的通信芯片是 MAX232 2.硬件设计：（1）电源模块 共有如下3种供电方式：5V电源适配器供电（开关往上拨、插针1下面两脚接跳线帽）。将开关sw4第2、3脚接通（开关往上拨），电源网络DVDD连接到插针1第2脚的输出，将插针1的第1、2脚（插针1下面两脚）接跳线帽，DVDD直接连接到电源适配器输入端，即为5V电源适配器供电模式。712V电源适配器供电（开关往上拨、插针1上面两脚接跳线帽）将开关sw4第2、3脚接通（开关往上拨），电源网络DVDD连接到插针1第2脚的输出，将插针1的第2、3脚（插针1上面两脚）接跳线帽，DVDD连接到稳压芯片7805的输出，而7805的输入端连接到电源适配器输入端，即为712V的电源适配器经7805给学习板供电的模式。USB供电（开关往下拨）。将开关sw4第1、2脚接通（开关往下拨），电源网络DVDD连接到USB电源输入端。（2）数码管 DS07：数码管段码。BIT07：数码管位码。MOTORAD：步进电机驱动信号。DISCTRL04：显示控制信号，控制数码管低5位。D08：单片机P0口。（3）8路LED 8个LED接P0口，低电平时LED亮，这样不会影响P0口逻辑电平。LED限流电阻取，通过LED电流约为，在P0口驱动能力范围之内。插针配置：使用该模块，可以接通插针2，（4）蜂鸣器 本设计中采用无源电磁式蜂鸣器，蜂鸣器由PWM1（）控制。PWM1和PWM0均为片内PWM模块的输出。蜂鸣器采用普通NPN三极管。插针配置：使用蜂鸣器，可以接通插针3。（5）按键模块 由于P1口（用于行扫描）内部无上拉电阻，为使无键按下时行信号为高电平，故将行信号接上拉电阻，电阻大小10K即可。引脚复用：为4X4矩阵式键盘列扫描信号，又复用作步进电机控制信号，SPI信号、还复用为数码管第5、6、7位位码控制信号。参与复用的一项功能使用时，其他参与复用的功能则不能使用。插针配置：插针10上面两脚接跳线帽，4X4矩阵式键盘输入，行扫描信号为，列扫描信号为。插针10下面两脚接跳线帽，独立按键输入，该模式有4个独立按键可用，按键扫描所用端口为。这4个按键为4X4矩阵键盘的左边4个按键。（6）复位与下载 复位与下载电路如图 进入下载或调试模式的步骤为：按住BTN1(down or debug按键)不要放开；按下 BTN2(reset 按键)，然后放开 BTN2(reset 按键)；放开BTN1(down or debug按键)。这样单片机就进入了调试模式，可以下载或调试程序（7）下载程序芯片（MAX 232）3.软件设计 （1）软件设计：分析了产品需要具有功能及工程任务和指标。这个多路抢答器功能有多路抢答器，北京时间，及其抢答过程中主持人的开始、暂停、清零，报警器的发声，LED 显示。因此将抢答器这个小工程分成 X 个模块：LED 显示模块，发声模块及 PWM 控制模块，数码管显示模块，按键扫描模块，功能选择模块。（2）数码管扫描：采用动态扫描法。先选中位选，再将七段码送出，延时一段时间，接着是点亮下一个，完成一轮后则扫描程序结束。全过程由display(unsigned char duan,unsigned char wei)函数实现。但是，关键在于延时选择多长时间，延时太短则数码管点不亮或是不清晰，延时太长则会不连续或是影响后面的程序的执行如键盘扫描，而这个时间是需要调试的。（3）键盘扫描：aduc848 芯片比较特殊性，其 P1 口不具备驱动能力只能读入，而且读入前要先将 P1 口置 0，这点与 AT89C51 完全不同，如果不仔细阅读说明书，按键的的扫描将是永远无解。键盘还有另一个问题，就是使用“闭环”还是“开环”。“闭环”的按键就是等待按键直到有按键按下才会退出按键扫描，而“开环”则不需要等到按键，只要没有按键就执行其后面的程序但是有一点，他必须用在循环中，而且一般是用在 while（1）之中，进行循环扫描。关于延时程序，也是要考虑的，如果程序写了但是没有调用就会占用 code 和 data 区，而data 区直接寻址仅仅 128B，故延时选择合适的延时时间作为单位。（4）北京时间：运用定时器 0，16 位计数方式实现。计数器是加一计数器，当加到 65535，即 1s 钟时定时器产生中断，同时对现实的时间进行刷新。由于在本产品的设计中我们只采用了一个中断，因此不存在中断的优先级，中断的嵌套。因此不会对中断的发生时间产生影响。同时core clock 的稳定，保证了时钟的稳定可靠。（5）倒计时与报警提示：倒计时采用延时程序完成，利用 1 ms 延时函数delay1ms(unsigned char),执行 1000 后延时就为 1s。每个 1s 对数码管显示的段码进行刷新。报警功能通过蜂鸣器实现，在特定的时间给蜂鸣器占空比为50%的，频率不相同的脉冲波，发出不同的报警提示音。抢答开始提示有一盏绿色的 LED 来反映。但允许抢答时刻，给抢答器的控制引脚送高电平，抢答器发光，当抢答暂停、抢答时间到、已抢答中任一种情况发生时，绿灯熄灭。4.性能分析（1）通过按键实现选手的抢答，主持人的开始，暂停，清零，北京时间调节信号。由于按键是有限的，用较少的按键实现这些功能则需要按键的复用，也就是不同模块中按键的功能是不同的。选手抢答需要在检测到按键时，通过行扫描法分析判断抢答成功选手的按键编号。主持人开始按键按下时倒计时开始。暂停按键按下时，程序进入死循环，同时倒计时暂停，跳出死循环的方法就是按下开始按键。清零按键按下时，抢答程序结束，屏幕显示北京时间，等待下一次抢答。北京时间调节，通过四个按键实现时和分的加减，同时不影响定时器工作。（2）警告声音是采用无源蜂鸣器发声。利用PWM给蜂鸣器不同频率的占空比都为50%的脉冲波，再通过延时发出声音。为了声音的不同，采用了不同的频率，有1000Hz，500Hz,333Hz,200Hz.（3）北京时间功能采用T0计时器中断来实现。ADuC848的core clock频率默认为，定时器0的时钟为core clock，1572864=65536*24。故将定时器0设置为16位计数模式，且初值为0，无需在定时器溢出中断中给定时器赋初值（中断溢出就开始执行中断程序，计数器为加法计数器，从0加到65536）。每65536个core clock周期将产生一次中断，在中断处理程序中累计中断次数，当有24次中断产生时即为1秒，进行计时。同时产生中断，在数码管上显示。（4）由于矩阵键盘和左边三位数码管I/O口冲突，为了显示的避免误操作，采用了五位数码管显示，用电子手表的形式显示北京时间。抢答器模式下，右起第五位数码管显示选手编号，右起最后两位显示抢答剩余时间，当抢答时间到没选手抢答时，结果显示特殊符号。（5）抢答开始提示有一个绿色的LED实现，通过P25给高电平时发光。四流程图 1.总体流程图 开始 初始化 按键扫描 按键判断 抢答模式 时钟调节 北京时间模式13号Else 10、11 14、15键 2.抢答器模块流程图 抢答模式 初始化限时30s 绿灯亮 Limit=0 数码管扫描，延时 1s Limit=10 发出最后 10s 警报，响 2s 按键扫描 按键判断 Limit 数码管扫描 按键判断 按键扫描 Led 灯熄灭 抢答成功提示音响一次 数码管扫描 Limit=0 时间到 30s 警告 按键判断 按键扫描 北京时间模式 Y N Y Y N N Else Else Else 按键 012 14 号键 13 号键 15 号键 返回段码 绿灯灭 3.北京时间模块流程图 Sec59 N Y Min+Min59 N Min59 Min=0 Hour+Y Hour23 N Hour=0 数码管扫描 按键扫描 按键判断 13 号 Else 15 号 抢答模式 10 号 11 号 14 号 Hour23 Min1 Min1 Hour+Hour=0 Min+Min=0 Hour-Hour=23 Min-Min=59 YYYYN N N N Sec+T0 初值为 0 每过 1sT0中断一次 Y 五、程序 程序分模块进行测试，然后将模块整合成函数，和主函数编写在一个文件中。#include /*蜂鸣器的 I/O 端口*/sbit fmq=P26;0f0f0f0f0f0f0f0f0f9f1f 产品特点（1）一多路数字抢答器（2）一个系统清除和抢答控制开关，该开关由主持人控制（3）抢答器具有锁存与显示功能。选手按动按扭，锁存相应的编号，并在LED数码管或LCD上显示，同时系统报警。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统信号清除为止（4）抢答器具有定时抢答功能。当主持人启动“开始”键后，计时器进行计时，同时绿灯亮（可蜂鸣器替代或显示对应标志）。参赛选手在设定时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，绿灯灭，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，如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警。中途可以暂停。（5）显示定时时间，可倒数显示（6）定时时间进入最后十秒时，可用蜂鸣器提醒（7）显示北京时间，可调整 3.使用说明 本产品有三项功能，共有 16 个按键，可对秒表进行设置。在不同的功能项目下，按键具有不同的作用，详情见下表。抢答器模式 北京时间模式 13 号按键 主持人控制的开始按键 无 09，12，13 号按键 抢答选手的抢答按键 无 10 号按键 抢答选手的抢答按键 小时数加 1 11 号按键 抢答选手的抢答按键 分钟数加 1 14 号按键 主持人控制的暂停按键 小时数减 1 15 号按键 主持人控制的清零按键 分钟数减 1 七、心得体会 这次的单片机课程设计让我收获颇丰。首先，我意识到平时扎实的基础是关键，只有平时学得牢，在面对课题时思路才会敏捷，在面对问题时才会快速找到症结所在并找到解决之道。其次，程序设计是个很复杂的过程，在大的构思实现之后我们往往还要在很多的细节上对程序加以改进。在过去的大学学习中，我们大多数接触的是专业课，我们在课堂上学习的也都是专业课的理论知识，为了锻炼我们的实践能力把所学的专业理论知识运用到实践中去，课程设计为我们搭建了这样一个练习的平台。模块 功能 按键 在这次课程设计中，我们培养了在实践中研究问题、分析问题和解决问题的能力，并意识到程序设计不仅要注重整体，更要注重细节；当程序运行过程中遇到问题时，我们要打开思路，发挥创新精神，力求用最有效简洁的方法解决；遇到难以解决的困难时，我们要多多请教书本、老师、同学，坚持不懈，就算程序运行失败了也不要气馁。最后，通过单片机的课程设计，我更加懂得了团队合作。“众人拾柴火焰高”，只有大家一起努力做事，才能把事情尽早地完成。也只有明确的分工，合理的安排才能让整个团队的工作达到事半功倍的效果。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着实我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义。我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。同时感谢老师这几天的细心指导，没有老师的教育，我没办法把课程设计做得那么顺利，再次感谢老师。八参考文献 1 基于 ADuC848 嵌入式系统的实验和课程设计指导书 作者：银翔等 2.微型计算机原理及其应用，作者：彭楚武、张志文 3.十天学会单片机，作者：郭天祥 4.C 语言程序设计教程（第二版），作者：李丽娟 5.51 单片机应用开发从入门到精通，作者：胡启明、程钢 教师评语