【正文】 體的硬件電路中，讓學(xué)生了解將仿真軟件和具體的工程實踐如何結(jié)合起來，利于學(xué)生對工程實踐過程的了解和學(xué)習(xí)。還有，學(xué)生畢業(yè) 后想對單片機控制技術(shù)或智能儀表等有較深的研究和學(xué)習(xí)，如果采用傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方法，則學(xué)生需要購置的設(shè)備比較多，增加了他們學(xué)習(xí)和研究的投入。因此采用軟件的方式進(jìn)行教學(xué)，其經(jīng)濟優(yōu)勢是比較明顯的。 (2)硬件投入少，經(jīng)濟優(yōu)勢明顯 對于傳統(tǒng)的采用單片機實驗教學(xué)板的教學(xué)實驗，由于硬件電路的固定，也就將單片機的CPU 和具體的接口電路固定了下來。 圖 Proteus 界面 Proteus 軟件虛擬單片機實驗的優(yōu)點 采用 Proteus 仿真軟件進(jìn)行虛擬單片機實驗，具有比較明顯的優(yōu)勢，如涉及到的實驗實習(xí)內(nèi)容全面、硬件投入少、學(xué)生可自行實驗、實驗過程中損耗小、與工程實踐最為接近等。對于總體執(zhí)行效果的調(diào)試方法，只需要執(zhí)行 debug 菜單下的 execute 菜單項或 F12 快捷鍵啟動執(zhí)行，用 debug 菜單下的 pause animation 菜單項或 pause 鍵暫停系統(tǒng)的運行；或用 debug 菜單下的 stop animation 菜單項或shiftbreak 組合鍵停止系統(tǒng)的運行。 Proteus 還提供了一個圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號，以圖形的方式實時地顯示出來，其作用與示波器相似但功能更多。 (2)Proteus 軟件所提供的 元件資源 開始 是否有鍵按下 延時取抖 是否有鍵按下 掃描取得鍵值 閉合鍵放否 結(jié)束 N N N Y Y Y 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 22 頁 共 68 頁 Proteus 軟件所提供了 30 多個元件庫，數(shù)千種元件。對于這樣的仿真實驗，從某種意義上講，是彌補了實驗和工程應(yīng)用間脫節(jié)的矛盾和現(xiàn)象。 鍵盤掃描 開始 設(shè)置 T1 工作方式 2，設(shè)置波特率 串口工作于方式 2， SMOD=1 開總中斷 開串口中斷 檢測 TI、 RI 發(fā)送數(shù)據(jù) 接收數(shù)據(jù) 中斷返回 TI=1 RI=1 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 21 頁 共 68 頁 圖 鍵盤掃描流程圖 相關(guān)仿真軟件的介紹 Proteus ，真的很不錯。 ET1：定時器 /計數(shù)器 T1的溢出中斷允許位。 單片機與單片機串行通信流程圖 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 20 頁 共 68 頁 圖 串口中斷流程圖 中斷控制 MCS51單片機中沒有專門的開中斷和關(guān)中斷指令，對各個中 斷源的允許和屏蔽是由內(nèi)部的中斷允許寄存器 IE的各位來控制的。在編寫串行通信程序的時候，可以使用軟件查詢 RI的方法獲得數(shù)據(jù)是否已接收完畢。在編寫串行通信程序的時候，可以使用軟件查詢 TI的方法獲得數(shù)據(jù)是否已發(fā)送完畢。在方式 2或方式 3中， RB8為接收到的第 9位數(shù)據(jù)?？杉s定作為奇偶校驗位 ,或在多機通訊中作為區(qū)別地址幀或數(shù)據(jù)幀的標(biāo)志位。由軟件置位 (REN=1)才允許接收，又由軟件清 O(REN=0)來禁止接收。 串口控制寄存器 1. 特殊功能寄存器 SCON 它用于定義串行口的工作方式及實施接收和發(fā)送控制。發(fā)送時，只寫不讀；接收時，只讀不寫。 串行口有 4種基本工作方式，通過編程設(shè)置，可以使其工作在任一方式，以滿足不同場合的需要。 IT0（或 IT1）被設(shè)置為 0，則選擇外部中斷為電平觸發(fā)方式； IT0（或 IT1）被設(shè)置為 1，則選擇外部中斷為邊沿觸發(fā)方式。 時器 /計數(shù)器控制寄存器 TCON： 表 TCON 控制寄存器各位的定義 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT0 IE0 IT TF0(TF1):T0(T1) 定時器 /計數(shù)器溢出中斷標(biāo)志位。 開始 設(shè)置定時器工作方式 定時器 賦初值 開總中斷 啟動定時器 Count++ Country==20 ? Country 清零 定時器再次賦初值 時間減一 時間 ==0 ? 結(jié)束 Y Y N N 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 18 頁 共 68 頁 M M0：定時器工作方式選擇位，其值與工作方式對應(yīng)關(guān)系見表 。 定時器 T0/T1 的中斷流程圖： 圖 定時器中斷流程圖 器 /計數(shù)器方式控制寄存器 TMOD： 定時器 /計數(shù)器 T0/T1 都有四種工作方式，可通過對 TMOD 編寫設(shè)置來選擇。加法計數(shù)器溢出時可向 CPU 發(fā)出中斷請求信號。 主流程圖如 所示： 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 15 頁 共 68 頁 開始 初始化 設(shè)置答題時間和搶答時間 準(zhǔn)備開始答題 主持人是否按 搶答按鍵 定時器 0 開，倒計時開始 串口中斷，搶答時間內(nèi)是否有選手搶答 給串口發(fā)送答題時間， 選手開始答題 主持人是否按下開始答題鍵 選手按下答題結(jié)束，串口中斷，定時器關(guān)，倒計時停止 系統(tǒng)復(fù)位，下一輪搶答開始 數(shù)碼管顯示選手號 主持人是否按下開始答題鍵 犯規(guī)，顯示選手號 是 是 是 是 否 否 犯規(guī) 否 否 圖 系統(tǒng)總流程圖 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 16 頁 共 68 頁 各個模塊軟件設(shè)計與分析 定時器 /計數(shù)器 T0、 T1 定時器 /計數(shù)器是 51 系列單片機的重要功能之一，它的核心是 16 位加法計數(shù)器。整個系統(tǒng)軟件可分為后臺 程序（背景程序）和前臺程序。首先根據(jù)系統(tǒng)功能和鍵盤設(shè)置選擇一種最適合的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)。這兩類軟件的設(shè)計方法各有特色，執(zhí)行軟件的設(shè) 計偏重算法效率，與硬件關(guān)系密切，千變?nèi)f化。圖中單片機的 21 腳輸出具有復(fù)合功能，此處用到了單片機 18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。 系統(tǒng)中的搶答時間和答題時間都是用鍵盤掃描來完成的，我們采用了 4*4集成鍵盤來實現(xiàn)的， 8個端分別介入單片機的 P1口，單片機掃描來判斷當(dāng)前輸入的數(shù)字并用數(shù)碼管顯示所選數(shù)字；其中還包含了主持人開始按鍵，系統(tǒng)復(fù)位按鍵，主持控制開始答題按鍵。在單片機應(yīng)用中鍵盤用得最多的形式是獨立鍵盤及矩陣鍵盤 。 4 位一體數(shù)碼管，其內(nèi)部段已連接好，引腳如圖 8所示： a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 dP 為段引腳， 4 分別表示四個數(shù)碼管的位。在本設(shè)計中根據(jù)實際情況采用的 是動態(tài)顯示方法。s。 C1，C2 的典型值為 30PF。時鐘電路如圖 。 值得注意的是，在設(shè)計當(dāng)中使用到了硬件復(fù)位和軟件復(fù)位兩種功能，由上面的硬件復(fù)位后的各狀態(tài)可知寄存器及存儲器的值都恢復(fù)到了初始值，而前面的功能介紹中提到了倒計時時間的記憶功能，該功能的實現(xiàn)的前提條件就是不能對單片機進(jìn)行硬件復(fù)位，所以設(shè)定了軟復(fù)位功能。搶答器的工作流程分為：系統(tǒng)復(fù)位、正常流程、違例流程等幾部分，如圖 所示，下面分別予以介紹。 如果主持人未按 下“ 開始搶答 ”按鈕 ，而有人按了搶答 按鈕 ， 則為 犯規(guī)搶答， 數(shù)碼管顯示 犯規(guī) 臺號 并 伴有提示音 ，直到按下 “ 停止 ”按鈕 為止。如需更改時間需要按下總復(fù)位開關(guān)來重新設(shè)置。當(dāng)搶答超過規(guī)定時間或答題超過規(guī)定時間后數(shù)碼管顯示陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁 共 68 頁 “ 000”。 本設(shè)計系統(tǒng)中，有一個共陰的數(shù)碼管組，四個數(shù)碼管。主持人按下開始搶答按鈕后，數(shù)碼顯示屏顯示搶答時間倒計時，并在最后五秒蜂鳴器發(fā)出聲音提示，在搶答時間范圍內(nèi)，選手的搶答才為有效，當(dāng)搶答成功后，數(shù)碼顯示屏顯示出成功搶答的選手臺號。 系統(tǒng)的主要功能模塊方框圖如上圖 2所示。 4 位七段數(shù)碼管的位選接 P2 口低 3 位，蜂鳴器輸出為 口。 表 P3 口第二功能表 引腳 第二功能 RxD 串行口輸入端 TxD 串行口輸出端 INT0 外部中斷 0 請求輸入端，低電平有效 INT1 外部中斷 1 請求輸入端 ，低電平有效 T0 定時 /計數(shù)器 0 計數(shù)脈沖輸入端 T1 定時 /計數(shù)器 1 計數(shù)脈沖輸入端 WR 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號輸出端，低電平有效 RD 外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號輸出端，低電平有效 圖 中單片機為 AT 89C51， K1~K8 分別為 8 路搶答按鍵，分別接到單片機的 ~中。 P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P3的輸入緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL邏輯門電路。作輸入口時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時輸出一個電流（ I）。 I/O線： AT89C52共有 4個 8位并行 I/O端口： P0、 P P P3 口，共 32個引腳。 控制線 ： 控制線共有 4根 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 7 頁 共 68 頁 ⑴ ALE/PROG： 地址鎖存允許 /片內(nèi) EPROM編程脈沖 ，連接時接高電平。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。下面就設(shè)計中所用到的引腳功能做以介紹。該器件采用 AT高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51指令集和輸出管腳相兼容。 (5) I/O 端口：在樣機研制出來后進(jìn)行現(xiàn)場試用時，往往會發(fā)現(xiàn)一些被忽視的問題，而這些問題不是靠單純的軟件措施來解決的。如選用 8155 作 I/O 接口，就可以增強 256字節(jié) RAM。因為很少有一錘定音的電路設(shè)計，如果現(xiàn)在不留余地，將來可能要為一點小小的修改或擴展而被迫進(jìn)行全面返工。只要技術(shù)準(zhǔn)備充分，硬件設(shè)計的大返工是比較少的，軟件設(shè)計的任務(wù)貫徹始終，到中后期基本上都是軟件設(shè)計任務(wù)，隨著集成電路技術(shù)的飛速發(fā) 展，各種功能很強的芯片不斷出現(xiàn)，使硬件電路的集成度越來越高，硬件設(shè)計的工作量在整個項目中的所占的比重逐漸下降。 ，發(fā)送主單片機預(yù)設(shè) STC89C51單片機 四位七段數(shù)碼管顯示 聲音電路 8 路搶答 按鍵輸入 復(fù)位電路 時間預(yù)設(shè)、 開始、結(jié)束 鍵盤輸入 時鐘電路 STC89C51單片機 STC89C51單片機 復(fù)位電路 復(fù) 位電路 時鐘電路 時鐘電路 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 6 頁 共 68 頁 的答題時間，并確定選手號。 數(shù)碼管顯示模塊選用了一個四位一體的共陰數(shù)碼管和四個獨立的共陰數(shù)碼管，其中四位一體共陰數(shù)碼 管接在主單片機上，用以選手號和倒計時的顯示，其中位碼分別接在 P2口的第四位，斷碼分別接在 P0口；四個獨立數(shù)碼管分別接在兩個從單片機上，用以顯示答題過程中的時間提醒。 單片機最小系統(tǒng)主要由復(fù)位電路和時鐘電路組成。方案一中的搶答器搶答模式單一、不靈活，在所有場合只能用相同搶答時間和答題時間。 第三，公平性方面。方案二則連線簡單，出現(xiàn)問題也方便檢修和排查。如果要再次搶答，主持人可以按下“搶答復(fù)位”按鈕，就可以繼續(xù)開始搶答。 圖 基于 數(shù)字電路 的系統(tǒng) 框架 基于單片機的多路智能搶答器 如圖 所示為 該方案系統(tǒng) 總體方框圖 。定時器倒計時，揚聲器給出聲響提示。 第五，搶答器中的搶答模式單一、不靈活，在所有場合只能用相同搶答時間和 答題時間。因為單片機只完成號碼處理、計時、數(shù)據(jù)運算等功能，其它功能如選手號碼的識別、譯碼、計分顯示等仍只能通過數(shù)字集成電路完成。 目前多數(shù)搶答器以下存在 五 方面不足之處： 第一，現(xiàn)場線路連接復(fù)雜。因此，做好畢業(yè)設(shè)計（論文）將為我們由學(xué)習(xí)走入工作、由學(xué)校進(jìn)入社會打下良好的基礎(chǔ)。 了解簡單多 路 搶答器組成原理，初步掌握多 路 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。能夠熟練使用 ， 學(xué)會 運用這些軟件進(jìn)行 分析 、 設(shè)計 和仿真 電路 。 基于 單片機及外圍接口實現(xiàn)的搶答系統(tǒng) ， 利用單片機的定時器 /計數(shù)器定時和記數(shù)的原理，將軟、硬件有機地結(jié)合起來，使得系統(tǒng)能夠正確地進(jìn)行計時， 同時使 數(shù)碼管能夠正確地顯示時間 和選 手號碼 。利用面包板經(jīng)過排版、布線、調(diào)試等工作后數(shù)字搶答器成形?，F(xiàn)在大多數(shù)搶答器均使用單片機 (如 MCS51型 )和數(shù)字集成電路，并增加了許多新功能，如選手號碼顯示、搶按前或搶按后的計時、選手 犯規(guī) 顯示等功能。本人授權(quán) 大學(xué)可以將 本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。 can show which players answer in an effective and invalid answer in。用矩陣鍵盤進(jìn)行活動前的時間設(shè)定工作