【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 程序占用內(nèi)存少，執(zhí)行速度快，并且可以直接對(duì)硬件進(jìn)行編程，能夠充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的硬件功能。它是計(jì)算機(jī)所能本科畢業(yè)論文13提供的最快、最有效的語(yǔ)言。主要應(yīng)用在實(shí)時(shí)性要求高、對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行控制的場(chǎng)合。使用 C 語(yǔ)言與使用匯編語(yǔ)言相比：不需要掌握 8051 系列單片機(jī)的指令集，只需了解單片機(jī)內(nèi)部特殊功能寄存器的用途；編程人員不必考慮寄存器的分配和尋址方式等細(xì)節(jié)，都有編程器自動(dòng)進(jìn)行管理；利于結(jié)構(gòu)化編程，易于維護(hù)；由于可以實(shí)現(xiàn)模塊化編程技術(shù)，大量例程直接調(diào)用，節(jié)省開發(fā)時(shí)間，提高效率 [9]。基于以上所講述的在單片機(jī)領(lǐng)域中的 C 語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言編程各自的優(yōu)缺點(diǎn)?？紤]到本設(shè)計(jì)整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生成的代碼占用空間小，一般的單片機(jī)足以滿足需求，并且對(duì)時(shí)序的要求不高。所以采用 C 語(yǔ)言編寫程序能更方便快捷的完成我們的設(shè)計(jì)，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。在集成開發(fā)環(huán)境(IDE)上我們選擇目前最流行的 Keil C51，KeilC51 是 Keil Software公司出品的 51 系列兼容單片機(jī) C 語(yǔ)言軟件開發(fā)系統(tǒng)。 Keil 提供了包括 C 編譯器、宏本科畢業(yè)論文14匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案。如果你使用 C 語(yǔ)言編程，那么 Keil 幾乎就是你的不二之選。Keil C51 生成目標(biāo)代碼的效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。Proteus 軟件是 Lab Center Electronics 公司的一款電路設(shè)計(jì)與仿真軟件，它包括ISIS，ARES 等模塊，它能仿真大量的單片機(jī)芯片，比如 MCS51 系列，PIC 系列等等，以及單片機(jī)外圍電路 [10]。通過(guò) Proteus 軟件的使用我們能很容易獲得一個(gè)強(qiáng)大，方便的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。同時(shí) Proteus 兼有 PCB 板繪制的功能。并且 Proteus 與 Keil 的結(jié)合使用能很方便的完成單片機(jī)的調(diào)試工作。作為目前市場(chǎng)上最流行的單片機(jī)仿真軟件，它的好處是資源豐富，在網(wǎng)上能獲得最多的技術(shù)支持與幫助。本設(shè)計(jì)即是采用 Keil 作為集成開發(fā)環(huán)境，以 Proteus 作為仿真原理圖、PCB 設(shè)計(jì)工具。本科畢業(yè)論文15第 3 章 硬件設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)包含了硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分，兩者緊密結(jié)合，不可分離。硬件設(shè)計(jì)是這個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，沒(méi)有硬件一切都無(wú)從談起。軟件設(shè)計(jì)是系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的核心，在硬件的基礎(chǔ)上軟件控制著系統(tǒng)的運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能。隨著技術(shù)的發(fā)展，硬件電路的集成度越來(lái)越高，各種功能強(qiáng)大的芯片降低了硬件設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度。為是硬件電路設(shè)計(jì)更加合理，應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：（1）盡量使用集成度更高功能更強(qiáng)的芯片，以簡(jiǎn)化電路。功能更強(qiáng)大的芯片能只占用較少的端口資源就完成同樣的甚至是跟多的功能。本設(shè)計(jì)中除了主控制芯片以外，顯示模塊采用了一塊高度集成的 12864 液晶，在兼顧顯示界面的友好美觀的情況下極大程度的簡(jiǎn)化了硬件電路的設(shè)計(jì)工作，而且節(jié)約了單片機(jī)的 I/O 端口。（2）留有一定設(shè)計(jì)余地。在硬件設(shè)計(jì)是，往往不是一次成型的?？紤]到以后修改擴(kuò)展的方便。要留有一定的余地，以避免為了一點(diǎn)小小的修改而全面返工。本次設(shè)計(jì)采用的硬件電路均在一塊開發(fā)板上，硬件電路已經(jīng)經(jīng)過(guò)生產(chǎn)廠商的測(cè)試，比較可靠，可以放心的使用，將更多經(jīng)歷投入到軟件的設(shè)計(jì)過(guò)程中去。（3）程序空間。應(yīng)該選擇內(nèi)部程序空間足夠大的單片機(jī)。所以你需要估計(jì)自己設(shè)計(jì)程序的復(fù)雜程度，選擇相匹配的單片機(jī)。本設(shè)計(jì)所采用 STC89C52RC 單片機(jī)擁有8K 的程序空間，基本上能夠滿足電子搶答器的設(shè)計(jì)所需的空間大小。（4）RAM 空間，單片機(jī)內(nèi)部的 RAM 空間不多。如果片內(nèi)空間不夠就需要增加片外 RAM，設(shè)計(jì)時(shí)需要預(yù)留 I/O 接口。在本設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)的功能簡(jiǎn)單，已有的單片機(jī)完全可以滿足需要，無(wú)需考慮這個(gè)問(wèn)題。（5）I/O 端口：在設(shè)計(jì)的初期就要對(duì)各個(gè) I/O 口資源合理分配，可以預(yù)留若干備用，也許在后期的調(diào)試過(guò)程中就會(huì)派上用場(chǎng)。在本設(shè)計(jì)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(wú)需再重新分配 I/O 端口。本次設(shè)計(jì)的總體硬件電路原理圖如圖 31 所示。本科畢業(yè)論文16XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0./U1AT89C52C13pC23p X1CRYSTALC310uRESET R91K Q12N3702 BUZ1BUZERK1 K2 K3 K4K5 K6 K7 K8+ STARTRESET1GND1VC2V03RS4R/W5E6 PSB15RET16NC117NC218LED19LED+20D07D18D29D310D41D512D613D714L1LCD12864A234567891RP1RESPACK8RV110KR110K圖 31 硬件電路原理圖Fig. 31 hardware circuit principle diagram圖 21 中主控制器為 STC89C52RC 單片機(jī)，顯示模塊為一塊集成的 LCD12864 液晶。由于采用并行傳輸數(shù)據(jù)，液晶模塊的 DB0DB7 接單片機(jī) P0 口。RS 腳接、R/W 腳接 、E 腳接 、PSE 腳接 、RST 腳接 。所有的按鍵全部在接在 P3 口的鍵盤陣列中，第一行和第二行按鍵為 8 為選手的搶答按鍵，第三行是主持人控制按鍵，左一為加分鍵、左二為減分鍵、左三為開始鍵、左四為復(fù)位鍵。BUZ1為蜂鳴器，作為系統(tǒng)中的響鈴提示功能。 時(shí)鐘頻率電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)與其他微機(jī)一樣，它的各種操作都是按著節(jié)拍有序的工作的。89C51 內(nèi)部有一個(gè)高增益反響放大器，用于構(gòu)成振蕩器。反相放大器的輸入端為 XTAL1，輸出端為本科畢業(yè)論文17XTAL2，兩斷跨接石英晶體及兩個(gè)電容就可以構(gòu)成穩(wěn)點(diǎn)的自己振蕩器。時(shí)鐘電路如圖22 所示。 C130pC230pX1CRYSTAL圖 32 外部震蕩源電路Fig. 32 external oscillators circuitC1 和 C2 通常取 30pF 左右，可以穩(wěn)定頻率并對(duì)震蕩頻率有微調(diào)作用 [11]。震蕩脈沖頻率范圍為 fosc=0~24MHz，我們所用的震蕩頻率為 12MHz。 鍵盤掃描電路的設(shè)計(jì)鍵盤是單片機(jī)應(yīng)用中必不可少的硬件之一，由于其設(shè)計(jì)方法多種多樣，所以在應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)、軟件設(shè)計(jì)等信息綜合考慮，設(shè)計(jì)出穩(wěn)定可靠、結(jié)構(gòu)緊湊、成本低廉、簡(jiǎn)單易用、性能優(yōu)良的人機(jī)鍵盤界面 [12]。鍵盤是進(jìn)行人機(jī)交互的主要設(shè)備。在單片機(jī)應(yīng)用中主要是獨(dú)立鍵盤和矩陣鍵盤。其中獨(dú)立鍵盤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，程序設(shè)計(jì)也較為簡(jiǎn)單，一般用于對(duì)硬件電路要求不高的簡(jiǎn)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(dú)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。在本設(shè)計(jì)中，為了節(jié)省端口資源，采用矩陣鍵盤。按鍵電路如圖 33 所示。XTAL218XTAL119ALE30 EA31 PSEN29RST9 U1AT89C52 K1 K2 K3 K4K5 K6 K7 K8+ START RESET1圖 33 按鍵電路Fig. 33 key circuit本科畢業(yè)論文18在這個(gè) 4*3 的矩陣鍵盤中，上兩行 8 個(gè)按鍵是 8 為選手的搶答按鍵，最下面一行是主持人控制的加減分按鍵和開始、復(fù)位按鍵。這個(gè)矩陣鍵盤接在單片機(jī)的 P3 端口上， 到 接行線， 到 接列線，在必要的時(shí)候可以再加一行按鍵，行線接 擴(kuò)展為 4*4 的矩陣鍵盤。在按鍵的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)現(xiàn)象，這種現(xiàn)象會(huì)造成按下按鍵判定不準(zhǔn)確，要消除這種影響就需要在掃描程序中采用消抖動(dòng)處理 [13]。通常采用的方法是，延時(shí)重復(fù)掃描的辦法，在檢測(cè)到按鍵按下之后延時(shí)一段時(shí)間再次檢測(cè)按鍵電平是否保持原狀態(tài)，進(jìn)行多次掃描后如果鍵盤的電平保持不變則判定按鍵被按下，否則判定為無(wú)效。 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)使 CPU 回到初始狀態(tài)，從 0000H 地址開始執(zhí)行程序的過(guò)程腳系統(tǒng)復(fù)位，系統(tǒng)的復(fù)位可分為硬件復(fù)位和軟件復(fù)位 [14]。硬件復(fù)位必須通過(guò) CPU 外部的硬件電路給 CPU 的RESET 端加上足夠時(shí)間的高電位才能實(shí)現(xiàn)。上電復(fù)位，人工按鍵復(fù)位和看門狗復(fù)位均為硬件復(fù)位。硬件復(fù)位后，各個(gè)寄存器狀態(tài)唄初始化，對(duì)片內(nèi)通用寄存器的內(nèi)容沒(méi)有影響。軟件復(fù)位就是用一系列指令來(lái)模擬硬件復(fù)位功能。軟件復(fù)位中對(duì)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。在本設(shè)計(jì)中的主持人控制的復(fù)位按鍵只是使程序結(jié)束當(dāng)前的搶答過(guò)程進(jìn)入到下一輪的搶答環(huán)節(jié)，并不是真正意義上的對(duì)整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位。對(duì)整個(gè)系統(tǒng)復(fù)位后，所有選手的分?jǐn)?shù)也將會(huì)清零。復(fù)位電路如圖 24 所示。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。由于單片機(jī)是高電平復(fù)位，所以當(dāng)復(fù)位鍵按下時(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)位本科畢業(yè)論文19狀態(tài)。當(dāng)上電后，由于電容的緩慢放電，單片機(jī)的 9 腳電壓逐步由高向低轉(zhuǎn)化，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，單片機(jī)的 9 腳處于穩(wěn)定的低電平狀態(tài)，此時(shí)單片機(jī)上電復(fù)位完畢，系統(tǒng)程序從 0000H 開始執(zhí)行。需要強(qiáng)調(diào)的是，在本設(shè)計(jì)中的主持人復(fù)位，并沒(méi)有使系統(tǒng)回到 0000H 開始執(zhí)行，只是回到搶答的開始階段開始執(zhí)行程序，不屬于以上所述的復(fù)位的范疇。如果需要整個(gè)系統(tǒng)重新啟動(dòng)進(jìn)行工作，則可以按下 Reset 鍵進(jìn)行硬件復(fù)位。 發(fā)聲電路的設(shè)計(jì)蜂鳴器是眾多電子產(chǎn)品中常用的發(fā)聲器件，本設(shè)計(jì)中也使用蜂鳴器作為發(fā)聲裝置，本設(shè)計(jì)中的發(fā)聲電路如圖 25 所示。圖 35 發(fā)聲電路Fig. 35 sounding circuit本設(shè)計(jì)中的發(fā)聲裝置一端接在單片機(jī)的 腳，當(dāng) 腳為低電平是蜂鳴器發(fā)聲，當(dāng) 為高電平時(shí)蜂鳴器靜音。單片機(jī)內(nèi)部通過(guò)編程控制 I/O 口的高低電平就能控制蜂鳴器的響鈴時(shí)常和頻率。 綜合 PCB 板的設(shè)計(jì)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(jì)的好壞對(duì)產(chǎn)品性能有很大影響 [15]。因此，在進(jìn)行PCB 設(shè)計(jì)時(shí)。必須遵守 PCB 設(shè)計(jì)的一般性原則，并應(yīng)符合抗干擾設(shè)計(jì)的要求。為了設(shè)本科畢業(yè)論文20計(jì)出優(yōu)質(zhì)低廉的 PCB，應(yīng)遵循一些原則。 布局的原則要考慮 PCB 尺寸大小。PCB 尺寸過(guò)大時(shí)，印制線就條長(zhǎng)，同時(shí)阻抗增加，抗噪聲能力也會(huì)下降，成本也增加；過(guò)小，則散熱不好，而且鄰近線條易受干擾。確定特殊元件的位置。在確定特殊元件的位置時(shí)要遵守以下原則：a) 縮短高頻元器件間的連線，以減少它們的分布參數(shù)和相互的電磁干擾。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。b) 某些元器件或?qū)Ь€之間可能有比較高的電位差，應(yīng)該增加它們之間的距離，以避免放電引發(fā)意外短路。c) 較重的元器件應(yīng)該用支架固定，再焊接。那些笨重、發(fā)熱量多的元器件，不宜裝在印制板上，應(yīng)裝在機(jī)箱底板上，熱敏元件應(yīng)遠(yuǎn)離發(fā)熱元件。d) 應(yīng)留出印制板定位孔及固定支架所占用的位置。根據(jù)電路的功能模塊，對(duì)全部元器件進(jìn)行布局時(shí)，要符合以下原則：a) 按照電路的流程安排電路中各個(gè)功能單元的位置，使布局放便信號(hào)流通，并使信號(hào)盡量保持一致的方向。b) 以每個(gè)功能電路的核心元件為中心，圍繞它來(lái)進(jìn)行布局。元器件應(yīng)均勻、整齊、緊湊地排列在 PCB 上。盡量減少各元器件之間的引線和縮短連接。c) 一般應(yīng)當(dāng)使元器件平行排列。這樣，既美觀有容易裝焊，易于批量生產(chǎn)。 布線 I/O 口的導(dǎo)線應(yīng)盡量避免相鄰平行，最好加線間地線,以避免發(fā)生反饋藕合。 導(dǎo)線的最小寬度主要由導(dǎo)線與絕緣基扳間的粘附強(qiáng)度和流過(guò)它們的電流大小決定。 在條件允許的情況下盡量使用寬線。尤其是電源線和地線。導(dǎo)線間的最小距離主要由最壞情況下的線間絕緣電阻和擊穿電壓決定。工藝允許的條件下，使間距盡量小。印制導(dǎo)線拐彎處一般采用圓弧形，直角或夾角在高頻電路中會(huì)影響電氣性能。還應(yīng)盡量不使用大面積銅箔。長(zhǎng)時(shí)間受熱時(shí)，易發(fā)生銅箔膨脹和脫落現(xiàn)象。必須用大面積銅箔時(shí)，最好用柵格狀。這樣有利于排除銅箔與基板間粘合劑受熱產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體。本科畢業(yè)論文21 焊盤 焊盤尺寸、焊盤的內(nèi)孔尺寸必須從元件引線直徑和公差尺寸以及鍍錫層厚度、孔徑公差、孔金屬化電鍍層厚度等方面考慮，一般以金屬引腳直徑加上 作為焊盤的內(nèi)孔直徑。而焊盤外徑應(yīng)該為焊盤孔徑加 ，最小應(yīng)該為焊盤孔徑加 。當(dāng)焊盤直徑為 時(shí)，為了增加焊盤的抗剝離強(qiáng)度，可采用方形焊盤。設(shè)計(jì)焊盤時(shí)的注意下列事項(xiàng)：焊盤孔邊緣到電路板邊緣要大于 1mm，這樣可以防止加工時(shí)導(dǎo)致焊盤缺損。焊盤補(bǔ)淚滴，當(dāng)與焊盤連接的銅膜線較細(xì)時(shí)，要將焊盤與銅膜線之間的連接設(shè)計(jì)成淚滴狀，這樣可以使焊盤不易被剝離，而銅膜線與焊盤之間的連線不易斷開。相鄰的焊盤盡量不要有銳角。根據(jù)上述要求，我們?cè)O(shè)計(jì) PCB。我們將各個(gè)模塊組合起來(lái)之后得到綜合電路原理圖（如圖 31） 。我們將綜合原理圖輸入 Proteus 中，就可以利用 Proteus 的 PCB 設(shè)計(jì)工具 AERS 自動(dòng)生成 PCB 圖。由 Proteus 生成 PCB 圖的主要有以下步驟：(1) 繪制原理圖。這是電路板設(shè)計(jì)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。當(dāng)然，也可直接進(jìn)入 P