八路抢答器单片机毕业设计(论文)(27页).doc
《八路抢答器单片机毕业设计(论文)(27页).doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《八路抢答器单片机毕业设计(论文)(27页).doc(26页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、-八路抢答器单片机毕业设计(论文)-第 10 页目 录摘要 .2第一章 绪论 .3第二章 系统总体方案设计 .42.1 设计任务及要求 .42.2 系统设计方案与选择 .42.3 系统总体结构框图 .52.4 系统的工作原理.6第三章 电路的功能单元设计 .73.1 单片机最小系统电路. .73.2 按键电路 .113.3 报警电路 .123.4 显示电路 .13第四章 程序设计.144.1 程序设计思想 .144.2 程序流程模块介绍 .154.3 设计软件简介 .16第五章 调试及故障分析.17 5.1 程序调试.17 5.2 硬件焊接及故障分析.17.总 结 .18参考文献.19附录1
2、整机原理图附录2 PCB制版图附录3 程序清单摘 要抢答器作为一种工具,已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。但抢答器的使用频率较低,且有的要么制作复杂,要么可靠性低。作为一个单位,如果专门购一台抢答器虽然在经济上可以承受,但每年使用的次数极少,往往因长期存放使(电子器件的)抢答器损坏,再购置的麻烦和及时性就会影响活动的开展,因此设计了本抢答器。本设计是以八路抢答为基本理念。考虑到依需设定限时回答的功能,利用STC89C52单片机及外围接口实现的抢答系统,利用单片机的定时器/计数器定时和记数的原理,将软、硬件有机地结合起来,使得系统能够正确地进行计时,同时使数码管能够正确地显示时间。用开关做键盘
3、输出,蜂鸣器发生提示。同时系统能够实现:在抢答中,只有开始后抢答才有效,如果在开始抢答前抢答为无效;抢答限定时间和回答问题的时间可在1-99s设定;可以显示是哪位选手有效抢答和无效抢答,正确按键后有音乐提示;抢答时间和回答问题时间倒记时显示,满时后系统计时自动复位及主控强制复位;按键锁定,在有效状态下,按键无效非法。关键字:单片机、数字管、蜂鸣器第一章 绪 论设计研究的背景及意义:我国进行单片机项目开发已经有二十多年历史,在此期间所进行的单片机开发项目已由简单到复杂,由小型系统到大型综合系统。单片机应用也越来越广泛,从开始的工控控制,到现在的航空航天、消防安全、工作数据采集、石油地质勘探、铁路
4、交通运输以及楼宇自动化等,甚至目前的许多家电中都有单片机的应用。随着计算机技术的发展,单片机技术已经成为计算机技术中的一个独特的分支,单片机的应用领域也越来越广泛,特别是在工业控制和仪表仪器智能化中扮演着举足轻重的角色。在单片机家族的众多成员中,52系列单片机以其优越的性能、成熟的技术、高可靠性和高性价比,成为国内单片机应用领域内的主流。各种知识竞赛、文娱活动的广泛开展,使抢答器成了必不可少的电子设备,它为参赛选手提供了公正、客观、快速的裁决,已逐渐发展成为一种成型的电子产品,但市面上所售抢答器价格一般较贵且多为小规模集成电路构成,其性能单一,工作起来不够理想。本文介绍了一种以STC89C52
5、单片机为核心的智能抢答器,它充分利用了单片机系统的优点,具有结构简单、功能强大、可靠性好、成本较低,实用性强的特点。第二章 系统总体方案设计2.1设计要求 2.1.1 设计任务具有时间,声,光,提示的数字抢答器的设计 2.1.2 基本要求(1)具有声音提示,LED闪烁提示,或者LED及显示时间。(2)最小同时提供8名选手比赛,分别有8个按钮。(3)设置一个抢答开关,该开关由主持人控制。(4)抢答选手在设定时间抢答功能,且一次抢答时间由主持人设定。(5)抢答选手在设定时间抢答,抢答定时器停止工作,显示选手的编号和时间并保持到主持人清楚为止。(6)如设定时间已到无人抢答,本次抢答无效系统报警,禁止
6、抢答。显示器显示“00” 2.1.3 结题形式(1)撰写并上交一份6000字左右的毕业设计报告(纸质);(2)上交毕业设计报告、电路原理图和PCB图、程序等电子文件;(3)制作并上交相应的控制系统作品(硬件);(4)口试答辩。2.2系统设计方案与选择2.2.1 方案一设计思路系统各部分采用中小规模集成数字电路,用机械开关按钮作为控制开关,完成抢答输入信号的触发。该方案的特点是中小规模集成电路应用技术成熟,性能可靠,能方便地完成选手抢答的基本功能,但是由于系统功能要求较高,所以电路连接集成电路相对较多,而且过于复杂,并且制作过程工序比较烦琐,使用不太方便。2.2.2 方案二的设计思路采用52系列
7、单片机STC89C52作为控制核心,该系统可以完成运算控制、信号识别以及显示功能的实现。由于使用单片机作为控制核心,其技术比较成熟,应用起来方便、简单,并且周围的辅助电路也比较少,便于控制和实现。整个系统具有极其灵活的可编程性,能方便地对系统进行功能的扩展和更改。2.2.3 方案比较 所以通过比较以上两种方案,方案二比方案一简单的多,不但从性能上优于方案一,而且在使用上及其功能的实现上都较方案一简洁,并且由于单片机具有优 越的高集成电路性,使其工作速度更快、效率更高。另外STC89C52单片机可以采用11.0592MHz的晶振,提高了信号的测量精度,并且使该系统可以通过软件改进来扩展功能。而方
8、案一采用了中小规模集成电路,由于其复杂的电路性能,可能会使信号的输入输出产生延时及不必要的误差。因此选择方案二比较适合。2.3系统总体结构图抢答器电路总体设计方框图如图1所示: 按键电路控制电路显示电路报警电路 图1 抢答器总体设计方框图2.4系统的工作原理 抢答器的工作原理是利用单片机的定时器T0、T1中断完成,其余状态循环调用显示子程序,用4个共阴极LED数码管来显示,用P0口作为数码管的八个段选,用P2口中的P2.4、P2.5、P2.6、P2.7作为4个数码管的位选,P1口接8个按键,提供选手抢答,P3.0、P3.2、P3.3、P3.4、3.5分别为开始、停止、答题时间调整、抢答时间调整
9、,复位。抢答功能:通过八路按键配合程序来实现抢答功能。当主持人按下抢答键开始抢答后,此时任一路按下按钮均闭锁其它各路,由程序对键盘译码并显示最先按下抢答键的路数及其当前时间。抢答限时:主持人按下抢答键后,设置30秒为抢答时间(此时间可在1-99秒之间修改)。若30秒内无人抢答,倒计时为5时发出报警,说明该抢答题目作废。此时闭锁所有抢答按键,只有当主持人再次按下抢答键开始下一次抢答方可抢答。答题限时:当选手按下按钮时,启动倒计时(此倒计时时间可在199秒之间修改),倒计时为5时发出报警,说明答题时间到。第三章 电路的功能单元设计电路的功能单元设计包括:单片机最小系统、按键电路、报警电路、显示电路
10、3.1单片机最小系统3.1.1系统结构总线型单片机非总线应用的最小系统示意图如图2所示,只有单片机和时钟电路、复位电路构成的最简单电路,并行总线不用于外围扩展,可作为应用系统的I/O口使用。图2 总线型单片机非总线应用的最小系统3.1.2系统特点(1)有大量可使用的I/O口;(2)没有并行扩展,应用系统结构简单;(3)外围器件只能通过UART口的串行移位方式或虚拟串行扩展总线进行扩展。3.1.3 STC89C52单片机STC89C52单片机具有片内E2PROM,是真正的单片机,由于不需要外接EPROM,所以应用非常普遍。STC89C52的主要工作特性如下:(1)片内程序存储器内含8KB的Fla
11、sh程序存储器,可擦写寿命为10000次;(2)片内数据存储器内含256字节的RAM;(3)具有32根可编程I/O口线;(4)具有3个可编程定时器;(5)中断系统是具有8个中断源、6个中断矢量、2个级优先权的中断结构;(6)串行口是具有一个全双工的可编程串行通信口;(7)具有一个数据指针DPTR;(8)低功耗工作模式有空闲模式和掉电模式;(9)具有可编程的3级程序锁定位;(10)单片机STC89C52工作电源电压为5(1+0.2)V,且典型值为5V;(11)单片机STC89C52最高工作频率为24MHz,单片机正常工作时,都需要有一个时钟电路和一个复位电路。STC89C52的内部结构图如图3所
12、示:ROM并行接口RAM串行接口定时器/计数器中断系统内部总线SFR特殊功能寄存器P0TXD RXDINTO INT1CPU微处理器P1P2P3内部总线T0 T1图3 STC89C52内部结构图52单片机有4个8位并行输入/输出接口:P0、P1、P2和P3口这四个口既可以并行输入或输出8位数据,又可按位使用,即每一位均能独立做输入或输出用。图4为各接口的电气结构示意图:图4 P0、P1、P2、P3口的电气结构图I/O端口的结构(1)锁存器加引脚的典型结构5 2的I/O端口都由内部总线实现操作控制。P0-P3四个I/O端口都可以用作普通I/O口,因此,要求有输出锁存功能。内部总线又是分时操作,故
13、每个 I/O端口都有相应的锁存器。然而,I/O端口又是外部的输入/输出通道,必须有相应的引脚,故形成了I/O端口的锁存器加引脚的典型结构。(2)I/O的复用结构I/O端口的总线复用。在使用并行扩展总线时,P0口可做数据总线口和低8位地址总线口,P0口为三态双向口。P0口输出并行总线的地址/数据信号;P2口输出高8位地址信号。I/O端口的功能复用。P3口为复用的I/O端口,口内有复用输出功能的控制端;引脚也有复用输入功能的控制端。P3口的第二功能输入引脚功能表如表1所示:表1 P3口的第二功能输入引脚端口引脚第二功能说 明P3.0RXD串行数据接受P3.1TXD串行数据发送P3.2外部中断0申请
14、P3.3外部中断1申请P3.4T0定时/计数器0输入P3.5T1定时/计数器1输入P3.6外部数据存储器写选通P3.7外部数据存储器读选通(3)准双向口结构P0、P1、P2、P3口作为普通I/O口使用时,都是准双向口结构,准双向口的典型结构如图(5)-b所示,准双向口的输入操作和输出操作本质不同,输入操作是读引脚状态;输出操作是对口锁存器的写入操作。由口锁存器和引脚电路可知:当由内部总线给口锁存器置0或1时,锁存器中的“1”或“0”状态立即反映到引脚上。但是在输入操作(读引脚)时,如果口锁存器状态为“0”,引脚被钳位在“0”状态,导致无法读出引脚的高电平输入。I/O端口的应用特性(1)端口的自
15、动识别。无论是P0、P2口的总线复用,还是P3口的功能复用,内部资源会自动选择,不需要通过指令的状态选择。(2)口锁存器的读、改、写操作。许多涉及到I/O端口的操作,实际上只是设计口锁存器的读出、修改、写入的操作。这些指令都是一些逻辑运算指令、置位/清除指令、条件转移指令以及将I/O口作为目的地址的操作指令。(3)P0口作为普通I/O口使用。当不使用并行扩展总线时,P0、P2口都可以做普通I/O口。但是P0口为开漏结构,作I/O口时必须外加上拉电阻。(5)I/O口的驱动特性。P0口每一个I/O口可输出驱动8个TTL负载。而P1-P3口只能驱动4个。3.1.4 时钟电路时钟电路用于产生单片机工作
16、所需要的时钟信号。设计中采用了比较典型的内部时钟方式,如图5所示:其工作原理是:片内高增益反向放大器XTAL1、XTAL2外接作为反馈元件的晶体(呈感性)与电容组成的并联谐振回路构成一个自激振荡器向内部时 钟电路提供振荡时钟。振荡器的频率主要取决于晶体的振荡频率,一般晶体可以在1.2-12MHz之间任选。电容的大小影响振荡器电路的稳定性和快速性,其值有微调作用,通常取30pF左右。在设计电路板时,晶振和电容应尽可能的靠近芯片,以减小分布电容,保证振荡器振荡的稳定性。XTAL2XTAL1晶振C2C1单 片 机图5单片机外接晶体的接法3.1.5 复位电路复位是单片机的初始化操作,其主要功能是将程序
17、计数器PC初始化为0000H,使单片机从0000H单元开始执行程序。复位操作不影响片内RAM的内容,但是对SFR中的一些寄存器有影响。图6各种复位电路单片机的复位是靠外部电路复位的。其复位方式有上电复位和按键手动复位两种。复位电路中的电阻、电容数值的设置,是为了保证在RST管脚处至少保持两个机器周期(24个振荡周期)的高电平而完成复位过程的,也就是在斯密特触发器的输入端维持在最低阀值电压以上足够长时间,使斯密特触发器产生一个正脉冲。电阻值通常为1K,电容值通常为22uF。图6为几种常见的复位电路接法。 3.2 按键电路3.2.1 键盘接口和键输入软件中应解决的几个问题(1)消除抖动按键的合断过
18、程存在一个抖动的暂态过程,这种抖动的暂态过程大约经过5-10ms的时间,人的肉眼是察觉不到的,但对于高速的CPU是有反应的,可能产生误处理。为了保证键动作一次,仅作一次处理,必须采取措施以消除抖动。本设计中采用了软件消抖的方法。软件消抖是用延时来躲过暂态抖动过程,执行一段大于10ms的延时程序后,再读取稳定的键状态。(2)键盘的监测方法对于计算机应用系统,键盘扫描只是CPU工作的一部分,键盘处理只是在有键按下时才有意义。对于是否有键按下的信息输入方式有中断方式和查询方式两种。3.2.2 电路接法如图7所示: 图7选手按键电路3.3 报警电路考虑到实验室现有的元器件,设计中采用了蜂鸣器报警电路,
19、如果有条件还可以采用更高级的语音报警电路,那样更加直观方便。电路的接法如图8所示:3图8 蜂鸣器报警电路工作工程:蜂鸣器经过PNP三极管接在P3.6口,当P3.6输出为低电平“0”时,PNP三极管端输出为“1”,晶体管导通,蜂鸣器两端获得约+5V的电压而鸣叫;当P3.6输出为高电平“1”时,三极管截止,蜂鸣器停止鸣叫。电路中三极管不仅起到了反向作用,还有增大负载能力的作用。3.4 显示电路显示电路为六位共阳极LED动态显示接口电路如图9所示: 图9数码管显示电路单个共阳极7段数码的段选码如表3所示:表2 7段共阳数码管段选码表显示字符0123456789共阳极段选码c0Hf9HA4HB0H99
20、H92H82HF8H80H90H共阳极LED数码管将发光二极管的阳极(正极)短接后作为公共阴极,当驱动信号为低电平、“+”端接高电平时才能发光。这样的多位显示,将所有位的选线并联在一起,由一个8位I/O口控制,实现各部分的分时选通。由于所有位选皆由一个I/O口控制,在每一瞬间6位LED会显示相同的字符。想要每一位显示不同的字符,就必须采用扫描方法轮流点亮各位LED,即在每一瞬间只使某一位显示字符。在此瞬间,段选控制I/O口输出相应字型码,而位选则控制I/O口在该显示位送出低电平,以保证该位显示相应字符。如此轮流,使每一位分时显示该位应显示字符。其管脚配置及动态显示接口电路如图10所示:图10
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 八路 抢答 单片机 毕业设计 论文 27
限制150内