【正文】 的接口連上適當(dāng)?shù)倪B接器。 (3) 設(shè)置參數(shù)。元件的封裝是元件的外形，對每個元件必須有相應(yīng)的外形封裝，才能保證電路板設(shè)計的順利進行。一般自動布局后進行調(diào)整。完成電路板的布線后，保存完成的電路線路圖文件。軟件設(shè)計主要是針對主控芯片來講的，由軟件設(shè)計來告訴主控芯片如何去控制外圍電路完成某些特定的功能。輸入模塊軟件就是要完成這一任務(wù)。系統(tǒng)最初啟動是所處的狀態(tài)無法確定，就需要初始化程序?qū)τ布到y(tǒng)進行設(shè)定，使之符合系統(tǒng)運行的要求。 M a i n（ 主 函 數(shù)模 塊 ）顯 示模 塊輸 入模 塊計 時 模塊初 始 化模 塊 圖 41 軟件系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)圖 Fig. 41 module structure of software system 圖 41 中列出了軟件系統(tǒng)的主要模塊的機構(gòu)組成。 西南大學(xué) 電子信息工程學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)論文 22 按鍵掃描程序 本設(shè)計中采用的按鍵是矩陣式鍵盤。 [18]考慮到可能 出現(xiàn)的毛刺現(xiàn)象在掃描按鍵的過程中要做消抖動處理，消抖動的原理在 前面介紹過，這里不再敘述。最后返回對應(yīng)的按鍵鍵值。 [19]軟件定時器的原理簡單，但有時不能滿足需求，這是就需西南大學(xué) 電子信息工程學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)論文 23 要硬件定時 /技術(shù)器。選擇定時還是計數(shù)是可編程的。 開始初始化計數(shù)器C e n t加一C e n t == 20倒計時減一YT i m e == 0關(guān)定時器Y中斷返回NN 圖 44 定時器中斷流程圖 Fig. 44 flow charts of the timer interrupt 從圖 44 中可以看出，在本設(shè)計中每次計數(shù)器累加溢出后進入中斷服務(wù)程序，對 Cent加一，返回繼續(xù)運行主程序，累計到 cent 等于 20 時為 1 秒，這時對 time 的值減一，返回繼續(xù)運行主程序。關(guān)于它的顯示原理可以參考相關(guān)文獻和使用手冊。本設(shè)計中我們才用并行方式進行通信。關(guān)于各個指令的功能，在相關(guān)的手冊中都詳細(xì)的介紹，這里不再做進一步講述。以上函數(shù)的源程序見附錄。其中第一處倒計時顯示采用的是顯示圖像的方式，第二處則是采用顯示字符的方式。這樣帶來的問題是后六個字節(jié)刪除后會造成后六個字節(jié)的圖像顯示花屏。 然后是搶答成功選手的顯示。本設(shè)計中要求主持人按下復(fù)位鍵后顯示所有選手的得分。液晶的初始化和定時器的初始化。第二步是顯示開關(guān)控制，這一步選擇顯示的 開關(guān)盒游標(biāo)的開關(guān)。根據(jù)自己的設(shè)計需求計算初值即可。 發(fā)聲模塊 系統(tǒng)的發(fā)聲模塊由一個有源的蜂鳴器構(gòu)成，只要對響應(yīng)的引腳置低，蜂鳴器就會發(fā)出一定頻率的聲響。 在搶答是只有，主持人按下開始后才能搶答。 顯示倒計時，倒計時將要結(jié)束時有響鈴提示。 主持人復(fù)位后進入下一輪搶答，并顯示所有選手的分?jǐn)?shù)。這一步符合。如圖 51 所示。 選手答題后主持人進行加分或減分。 可以顯示搶答成功的選手和搶答犯規(guī)的選手。 西南大學(xué) 電子信息工程學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)論文 27 第 5 章 系統(tǒng)綜合調(diào)試 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能 通過了一系列的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，并將軟硬件進行整合。 設(shè)計中將所有選手的得分存在一個數(shù)組之中，需要顯示選手分?jǐn)?shù)時就從數(shù)組中調(diào)用對應(yīng)的值進行顯示，需要進行加減分操作時，就對數(shù)組中對應(yīng)的值進行加或減。第四步進入點設(shè)定，設(shè)定游標(biāo)的移動方向和指定顯示的位移。 圖 45 LCD12864 初始化流程 Fig. 45 LCD12864 initialization process 西南大學(xué) 電子信息工程學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)論文 26 根據(jù)上述流程對 LCD12864 液晶進行初始化。 顯示模塊源代碼見附錄。并且搶答成功后還會顯示該選手當(dāng)前的得分。 其次是犯規(guī)選手的顯示。由于圖像字模要占用大量的代碼空間，所以為了節(jié)省空間本設(shè)計中只做了 5 秒倒計時，第二處的 15 秒倒計時仍舊采用字符的顯示方式。 首先應(yīng)該是倒計時顯示程序。在本設(shè)計中，我們要顯示的內(nèi)容有圖片，漢字和數(shù)字等。表 41 中給出了 ST7920 的主要指令表。 LCD12864 與單片機之間的通信有并行和串行兩種方式。 顯示模塊 顯示模塊程序主要用于控制 LCD12864 顯示各種需要的信息。 為了確保計時的準(zhǔn)確性，本設(shè)計中我們采用單片機內(nèi)部的定時器并且以中斷的方式計數(shù)。當(dāng)預(yù)定的定時時間后向 CPU 發(fā)送一次中斷請求，執(zhí)行中斷服務(wù)程序。 計時模塊 定時器分為軟件定時器和硬件定時器，軟件定時器是靠指令延時完成定時任務(wù)的。 開始初始化將第一根行線置低掃描列線延時一次列線是否有信號列線是否有信號返回對應(yīng)值YY將上一根行線至高將下一根列線置低掃描列線列線是否有信號延時一次列線是否有信號返回對應(yīng)值NNYY是否是第四根行線NNN開始Y 圖 43 按鍵掃描流程圖 Fig. 43 buttons scan flow chart 從圖 43 中我們可以看出程序是先將一根行線置高，然后掃描列線。對矩陣鍵盤進行按鍵掃描的基本原理是對矩陣鍵盤的一條列線置為低電平，然后掃描行線，根據(jù)各行線的狀態(tài)就能判斷該列線上所有按鍵的狀態(tài)。 主要模塊的流程圖及分析 本設(shè)計中根據(jù)我們的設(shè)計要求和搶答器系統(tǒng)的工作流程，可以得到系統(tǒng)的程序總流程圖，如圖 42 所示。 ? 主函數(shù)模塊：程序都是從主函數(shù)開始運行的，主函數(shù)要控制這個程序運行的流程，將各個模塊有機的結(jié)合起來，使系統(tǒng)穩(wěn)定的工作。并在需要的時候提供當(dāng)前的時間供其他模塊調(diào)用。控制顯示屏顯示正確的信息是顯示模塊軟件的主要職責(zé)。 最終本設(shè)計生成的 PCB 圖如圖 36 所示。一般先進行自動布線，然后手工布線進行調(diào)整。 (5) 元件布局。 (4) 裝入網(wǎng)絡(luò)表及元件封裝。在繪制印制電路板之前，要對電路板有一個大體的規(guī)劃，比如電路板采用多大的物理尺寸，采用幾層電路板，各元件采用何種封裝形式及其安裝位置等。這是電路板設(shè)計的先期工作，主要是完成原理圖的繪制，包括生成網(wǎng)絡(luò)表。 根據(jù)上述要求，我們設(shè)計 PCB。當(dāng)焊盤直徑為 ，為了增加焊盤的抗剝離強度，可采用方形焊盤。必須用大面積銅箔時，最好用柵格狀。工藝允許的條件下，使間距盡量小。 導(dǎo)線的最小寬度主要由導(dǎo)線與絕緣基扳間的粘附強度和流過它們的電流大小決定。盡量減少各元器件之間的引線和縮短連接。 d) 應(yīng)留出印制板定位孔及固定支架所占用的位置。容易受干擾的元器件不能太近，輸入和輸出元件要盡量遠(yuǎn)離。 西南大學(xué) 電子信息工程學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)論文 17 布局的原則 要考慮 PCB 尺寸大小。 綜合 PCB 板的設(shè)計 印制電路板（ PCB）是各種電子產(chǎn)品中電路元器件的載 體， PCB 提供了電路元件和器件之間的電氣連接， PCB 設(shè)計的好壞對產(chǎn)品性能有很大影響 [17]。如果需要整個系統(tǒng)重新啟動進行 工作，則可以按下 Reset 鍵進行硬件復(fù)位。 圖 34 復(fù)位電路 Fig. 34 reset circuit 復(fù)位電路主要由電解電容 C電阻 R按鍵 S1 組成。軟件復(fù)位中對中斷標(biāo)志的清除工作常被遺忘，但清除中斷標(biāo)志非常重要。硬件復(fù)位必須通過 CPU 外部的硬件電路給 CPU 的RESET 端加上足夠時間的高電位才能實現(xiàn)。這個矩陣鍵盤接在單片機的 P3 端口上， 到 接行線， 到 接列線，在必要的時候可以再加一行按鍵，行線接 擴展為 4*4 的矩陣鍵盤。其中獨立鍵盤結(jié)構(gòu)簡單，程序設(shè)計也較為簡單，一般用于對硬件電路要求不高的簡單電路中；矩陣鍵盤在硬件結(jié)構(gòu)上較為復(fù)雜，程序算法上也比獨立鍵盤復(fù)雜得多，但是矩陣鍵盤更加能夠節(jié)省端口資源，適合在按鍵較多的電路中使用。震蕩脈沖頻率范圍為 fosc=0~24MHz，我們所用的震蕩頻率為 12MHz。 89C51 內(nèi)部有一個高增益反響放大器，用于構(gòu)成振蕩器。 RS 腳接 、 R/W 腳接 、 E 腳接 、 PSE 腳接 、 RST 腳接 。在本設(shè)計中使用的開發(fā)板上硬件電路已經(jīng)固定， I/O 端口的分配也很合理，無需再重新分配 I/O 端口。 （ 4） RAM 空間，單片機內(nèi)部的 RAM 空間不多。 （ 3）程序空間。在硬件設(shè)計是，往往不是一次成型的。為是硬件電路設(shè)計更加合理，應(yīng)注意以下幾個方面： （ 1）盡量使用集成度更高功能更強的芯片，以簡化電路。 西南大學(xué) 電子信息工程學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)論文 12 第 3 章 硬件設(shè)計 總體設(shè)計 本設(shè)計包含了硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩部分，兩者緊密結(jié)合，不可分離。同時 Proteus 兼有 PCB 板繪制的功能。 Keil C51 生成目標(biāo)代碼的效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。所以采用 C 語言編寫程序能更方便快捷的完成我們的設(shè)計，并且具有良好的可移植性，方便以后移植系統(tǒng)到其他硬件設(shè)備上。主要應(yīng)用在實時性要求高、對硬件設(shè)備進行控制的場合。 它用易于理解和記憶的英文名稱或縮寫形式 (助記符 )來表示二進制指令。 C51 除了遵循一般 C 語言的語法規(guī)則外，還有自身的特點。使用蜂鳴器即可滿足設(shè)計需求。無源蜂鳴器則要交流驅(qū)動，改變驅(qū)動頻率可以奏簡單音樂。 行列式鍵盤有節(jié)省 I/O 口的優(yōu)點。根據(jù)矩陣鍵盤的識鍵和譯鍵方法的不同，矩陣鍵盤又分為非編碼鍵盤和編碼鍵盤兩種。在不同的場合下，這兩種鍵盤都得到了廣泛的應(yīng)用， 線性鍵盤是由若干獨立的按鍵構(gòu)成，每個按鍵的一端與單片機的一個 I/O 口相連 [9]。 西南大學(xué) 電子信息工程學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)論文 9 圖 25 MPU 寫資料到模塊 Fig. 25 MPU write data to the module 圖 26 MPU 讀出資料 Fig. 26 MPU read data 可行性分析：本設(shè)計中需要顯示的信息有倒計時的顯示，選手分?jǐn)?shù)顯示，搶答成功和犯規(guī)的顯示。 ? 通訊方式：串行、并行可選。 ? 內(nèi)置 128 個 168 點陣字符。 圖 24 12864 外部結(jié)構(gòu)圖 西南大學(xué) 電子信息工程學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)論文 8 Fig. 24 12864 external structure 該液晶模塊可顯示 84 行 1616 的漢字，也可以顯示 12864 像素的圖形。數(shù)碼管結(jié)構(gòu)簡單，易于控制，程序算法也相對簡單，缺點是數(shù)碼管占用端口資源多。而且有 3 個定時器，本設(shè)計只需用到 1 個。 ? 看門狗 ? 共 3 個 16 位定時器 /計數(shù)器，其中定時器 0 還可當(dāng)成 2 個 8 位定時器使用。該產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)易用，價格便宜，是新一代超強抗干擾、高速、低功耗的單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機。 在本設(shè)計中，我們用 MCU（又稱單片機）中較為常見的 8051 系列單片機作為主控芯片。 西南大學(xué) 電子信息工程學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)論文 6 軟硬件方案選擇 硬件方案選擇 （ 1）主控芯片選擇方案 根據(jù)以上我們提出的需求，搶答器系統(tǒng)的主控芯片可以有多種選擇方案。在 5 秒結(jié)束前有選手搶答判定為犯規(guī)，屏幕顯示犯規(guī)選手編號，主持人按下復(fù)位鍵進入下一輪搶答。 主持人復(fù)位后進入下一輪搶答，并顯示所有選手的分?jǐn)?shù)。 顯示倒計時，倒計時將要結(jié)束時有響鈴提示。 總結(jié)其系統(tǒng)的需求分析如下： 在搶答時只有主持人按下開始后才能搶答。在主持人按下開始 鍵后才能開始搶答，在搶答時選手的搶答犯規(guī)、搶答成功都會顯示在液晶屏幕上。 主 控 制 器顯 示 模 塊按 鍵 輸 入 模 塊 圖 21 搶答器的總體框圖 Fig. 21 the overall block diagram of the responder 在搶答比賽中八路搶答按鈕分別對應(yīng)一組選手。隨著單片機的應(yīng)用不斷深入，以單片機為核心的搶答器不斷出現(xiàn)。通過知識競賽軟件可以做到各個環(huán)節(jié)中的題目顯示，選手可以通過手中的搶答器搶答，搶答結(jié)果會顯示在大屏幕上和分?jǐn)?shù)會顯示在 LED 記分屏中。活動的策劃者們在不斷的思考和在活動環(huán)節(jié)上進行設(shè)計。特別是 I2C、 SPI 等 串行總線的應(yīng)用，使單片機的引腳更少，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡化更加規(guī)范。在一定時期內(nèi)，這種情形將得到延續(xù)。 (4) 主流與多品 種共存。以往的單片機內(nèi)部 ROM 一般為幾 K 字節(jié)， RAM 為數(shù)百字節(jié)。 80C51 就采用了 HMOS 和 CHMOS。在單片機的功能越來越多的同時也要求它的體積更小、重量更輕，這就要求單片機除了有更強的功能外，體積也要盡量小。由單片機系統(tǒng)控制的自動化設(shè)備提高了工作效率，并且使人的勞動強度降低很多。傳感器的的標(biāo)準(zhǔn)化工作也會更好的促進智能儀器和儀表的規(guī)范化，使其可以針對不同的對象，不同功能功能，設(shè)計成模塊化的結(jié)構(gòu)，并根據(jù)需要進行組合，這樣可以在很大程度上提高可靠性并且降低成本。 單片機在自動化、實時控制、家用電器、儀器儀表、網(wǎng)絡(luò)通信、商業(yè)、醫(yī)用、汽車、電子產(chǎn)品、航天軍事等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。硬件系統(tǒng)是指微型計算機機系統(tǒng)的實體和裝置，通常包括運算器、控制器、存儲器、 I/O 接口等。本設(shè)計的電子搶答器用一片 8051 單片機控制，用 43 矩陣鍵盤來模擬選手和主持人的按鍵，用一塊帶字庫