【正文】 ........................ 1 進(jìn)度安排 .......................................... 2 2 方案論證 ........................................ 3 多路搶答器方案設(shè)計(jì)系統(tǒng) ............................ 3 基于數(shù)字電路多路搶答器的設(shè)計(jì) .................. 3 基于單片機(jī)的多路智能搶答器 .................... 3 方案論證及選擇 .................................... 4 3．硬件電路的設(shè)計(jì) .................................. 5 硬件電路設(shè)計(jì)思路 .................................. 5 總體設(shè)計(jì)框圖 ...................................... 5 單片機(jī)系統(tǒng) ........................................ 6 單片機(jī)的選擇 ................................. 6 AT89C52 主要性能參數(shù) .......................... 6 AT89C52 功能引腳說明 .......................... 6 搶 答器的系統(tǒng)概述 .................................. 8 系統(tǒng)的主要功能 ............................... 8 搶答器的主要指標(biāo) ............................. 9 搶答器的工作流程 ............................. 9 外圍電路的設(shè)計(jì)及分析 ............................. 10 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) .............................. 10 時(shí)鐘頻率電路的設(shè)計(jì) ........................... 11 顯示電路的設(shè)計(jì) .............................. 12 鍵盤掃描電路的設(shè)計(jì) ........................... 12 聲音電路 .................................... 13 4 軟件設(shè)計(jì) ....................................... 14 軟件任務(wù)分析 ..................................... 14 系統(tǒng)總流程圖 ..................................... 14 各個(gè)模塊軟件設(shè)計(jì)與分析 ........................... 16 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T0、 T1 ......................... 16 串口通信 .................................... 18 中斷控制 .................................... 20 鍵盤掃描 .................................... 20 相關(guān)仿真軟件的介紹 ............................... 21 Proteus 介 紹 ............................. 21 Keil uVision4 介紹 .......................... 23 Proteus 與 Keil uVision4 結(jié)合使用 ......... 26 5 系統(tǒng)仿真與硬件調(diào)試及分析 ......................... 27 軟件調(diào)試 ......................................... 27 硬件調(diào)試 ......................................... 27 結(jié)果分析 ......................................... 28 6 總結(jié)與展望 ..................................... 29 本文小結(jié) ......................................... 29 心得體會(huì) ......................................... 29 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 致 謝 ........................................... 30 參考文獻(xiàn) ......................................... 31 附錄 A：系統(tǒng)仿真圖 ................................ 32 附錄 B： 系統(tǒng)實(shí)物圖 ................................ 33 附錄 C：元器件清單 ................................ 35 附錄 D：英文文獻(xiàn) .................................. 36 附錄 E：源程序 .................................... 39 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁 共 68 頁 1 引言 課題背景 搶答器是一種應(yīng)用非常廣泛的設(shè)備，在各種競(jìng)賽、搶答場(chǎng)合中，它能迅速、客觀地分辨出最先獲得發(fā)言權(quán)的選手。目前市場(chǎng)上已有各種各樣的搶答器，但絕大多數(shù)是早期設(shè)計(jì)的，以模擬電路、數(shù)字電路或者模擬電路和數(shù)字電路結(jié)合的產(chǎn)品，這部分搶答器已相當(dāng)成熟，但功能越多的電路越復(fù)雜，且成本也比較高，發(fā)生故障的可能性也比較高，傳統(tǒng)普通搶答器主要存在以下 缺陷：傳統(tǒng)的搶答器都是導(dǎo)線布局，受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境影響很大；顯示方式簡(jiǎn)單，無法判斷提前搶按按鍵的行為，且不便于電路升級(jí)換代。 學(xué)習(xí)單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)物制作、調(diào)試、測(cè)試、故障查找和排除的方法及技巧。但大多數(shù)搶答器不但制作復(fù)雜、可靠性低，而且功能過于簡(jiǎn)單，僅適用于在單一規(guī)則的活動(dòng)中使用。 第三，系統(tǒng)性能不夠穩(wěn)定，有時(shí)會(huì)在選手搶按成功時(shí)，出現(xiàn)沒有搶答被記錄的問題。當(dāng)一輪搶答之后，定時(shí)器停止、禁止二次搶答、定時(shí)器顯示剩余時(shí)間。 搶答 按鈕 優(yōu)先編碼電路 鎖存器 譯碼 電路 譯碼 顯示 主持人 控制開關(guān) 控制 電路 報(bào)警 電路 秒脈沖 產(chǎn)生電路 定時(shí) 電路 譯碼 電路 顯示 電路 主 體電路 擴(kuò)展電路 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁 共 68 頁 圖 基于 單片機(jī) 的 系統(tǒng)框架 方案論證及選擇 對(duì)兩個(gè)方案進(jìn)行比較，可以發(fā)現(xiàn)以下幾點(diǎn)： 第一，電路連線方面。方案二中的搶答器不但能 判斷出搶答成功或犯規(guī)選手臺(tái)號(hào)， 而且 顯示出每個(gè)選手搶答所用的時(shí)間 ，讓所有選手清晰看到自己的搶答所用時(shí)間，用直觀的實(shí)際數(shù)據(jù)證明比賽的公平性。時(shí)鐘電路采用外部時(shí)鐘方式，保證單片機(jī)個(gè)功能 部件都是以時(shí)鐘頻率為基準(zhǔn)，有條不紊地一拍一拍地工作。 片機(jī)根據(jù)選手是否犯規(guī)，或者其他提示控制聲音電路發(fā)出聲響。 (4) RAM 空間， AT 89C51 內(nèi)部 RAM 不多，當(dāng)要增強(qiáng)軟件數(shù)據(jù)處理功能時(shí)，往往覺得不足。如果在硬件電路設(shè)計(jì)就預(yù)留出一些 I/O 端口，雖然當(dāng)時(shí)空著沒用，那么用的時(shí)候就派上用場(chǎng)了。 時(shí)鐘 ： XTAL XTAL2： 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。 ⑶ RST/VPD： 復(fù)位 /備用電源 。 P2口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P2的輸入緩沖極可以驅(qū)動(dòng)（輸入或輸出電流） 4個(gè) TTL邏輯門電路。 10 個(gè) LED 燈分別對(duì)應(yīng)八位選手及準(zhǔn)備開始和開始搶答。 主持人有開始搶答和開始答題鍵。主持人開始搶答按鈕后，各位選手才能開始搶答。時(shí)間 每隔5s 蜂鳴器 會(huì)響一下提示音。由于單片機(jī)是高電平復(fù)位，所以當(dāng)按鍵 RESET1按下時(shí)候，單片機(jī)的 9腳 RESET管腳處于高電平，此時(shí)單片機(jī)處于復(fù)位狀態(tài)。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(shí)鐘信號(hào)，其振蕩頻率主要由石英晶振的頻率確定。 在這里我們使用的是七段數(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(dòng)態(tài)顯示 。關(guān)于鍵盤硬件電路的設(shè)計(jì)方法也可以在文獻(xiàn)和書籍中找到，配合各種不同的硬件電路，這些書籍中一般也提供了相應(yīng)的鍵盤掃描程序。如下圖 ： 圖 八名選手搶答停止按鍵 聲音電路 我們知道，聲音的頻譜范圍約在幾十到幾千赫茲，若能利用程序來控制單 片 機(jī)某個(gè)口線的 “ 高 ” 電平或低電平，則在該口線上就能產(chǎn)生一定頻率的矩形波，接上喇叭就能發(fā)出一定頻率的聲音，若再利用延時(shí)程序控制 “ 高 ”“ 低 ” 電平的 持續(xù)時(shí)間，就能改變輸出頻率，從而改變音調(diào)，使喇叭發(fā)出不同的聲音。在各執(zhí)行模塊進(jìn)行定義時(shí)，將要牽扯到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)類型問題也一并規(guī)劃好。也可以將全部程序均安排在前臺(tái)，后臺(tái)程序?yàn)?“ 使系統(tǒng)進(jìn)入睡眠狀態(tài) ” ，以利于系統(tǒng)節(jié)電和抗干擾。 加法計(jì)數(shù)器的初值可以由程序設(shè)定，設(shè) 置的初值不同，計(jì)數(shù)值或定時(shí)時(shí)間就不同。如果GATE=1，則定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 的啟動(dòng)受芯片引腳 INT0 控制，則定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1 啟動(dòng)受芯片引腳 INT1 控制；如果 GATE= /計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)與 INT0、 INT1 無關(guān)。 串口通信 51單 片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)功能很強(qiáng)的全雙工串行口，可同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。 串行端口的波特率可以用程序來控制。在方式 2或方式 3中，要發(fā)送的第 9位數(shù)據(jù)，根據(jù)需要由軟件置 1或清 0。發(fā)送數(shù)據(jù)前必須軟件清 0，發(fā)送過程中 TI一直為 0，當(dāng)發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后，由硬件自動(dòng)置 1。 表 特殊功能寄存器 PCON D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 SM0D X X X X X X SMOD：波特率加倍位。 ET0：定 時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T0的溢出中斷允許位。在工作前，要設(shè)置 view 菜單下的捕捉對(duì)齊和 system 下的顏色、 圖形界面大小等項(xiàng)目。這些測(cè)試信號(hào)包括模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。 (1)內(nèi)容全面 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 23 頁 共 68 頁 內(nèi)容全面包括其能實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容包括軟件部分的匯編、 C51 等語言的調(diào)試過程，也包括硬件接口電路中的大部分類型。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，忽視了學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)，對(duì)于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，則很少涉及到。同時(shí)也可以在原設(shè)計(jì)上 進(jìn)行修改處理。 圖 Proteus 與 Keil uVision4 結(jié)合畫面 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 27 頁 共 68 頁 5 系統(tǒng)仿真與硬件調(diào)試及分析 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路為：首先從整體上劃分出各功能模塊，然后硬件和軟件同時(shí)進(jìn)行依次完成各個(gè)功能模塊，最后將各個(gè)模塊聯(lián)系起來完成整個(gè)系統(tǒng) 。 Keil系列軟件具有良好的調(diào)試界面，優(yōu)秀的編譯效果，豐富的使用資料。了解和把握別人的設(shè)計(jì)意圖和思維模式，是團(tuán)結(jié)協(xié)作的基礎(chǔ)。還有，學(xué)生畢業(yè) 后想對(duì)單片機(jī)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(shí)驗(yàn)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。 (2)硬件投入少，經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)明顯 對(duì)于傳統(tǒng)的采用單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)板的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，由于硬件電路的固定，也就將單片機(jī)的CPU 和具體的接口電路固定了下來。對(duì)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(xiàng)或 F12 快捷鍵啟動(dòng)執(zhí)行，用 debug 菜單下的 pause animation 菜單項(xiàng)或 pause 鍵暫停系統(tǒng)的運(yùn)行；或用 debug 菜單下的 stop animation 菜單項(xiàng)或shiftbreak 組合鍵停止系統(tǒng)的運(yùn)行。 (2)Proteus 軟件所提供的 元件資源 開始 是否有鍵按下 延時(shí)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(jì) 第 22 頁 共 68 頁 Proteus 軟件所提供了 30 多個(gè)元件庫，數(shù)千種元件。 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(cè) 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(jì) 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(cuò)。 單片機(jī)與單片機(jī)串行通信流程圖 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 20 頁 共 68 頁 圖 串口