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正文內(nèi)容

安志超聲光顯示智力競賽搶答器設(shè)計(編輯修改稿)

2025-07-26 23:50 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 作為輸出口時,被外部拉低的P3口會因為內(nèi)部上拉電阻的存在而輸出電流。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口,如下表所示:   RXD(串行輸入口)   TXD(串行輸出口) /INT0(外部中斷0)   /INT1(外部中斷1)   T0(記時器0外部輸入)   T1(記時器1外部輸入)  /WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通) /RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)u RST:復位信號輸入端。當振蕩器工作時,RET引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上的高電平將使單片機復位。u ALE/PROG:ALE是地址鎖存允許信號。它的作用是把CPU從P0口分時輸出的低8位地址鎖存在鎖存器中。在平時,ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號,此頻率為振蕩器頻率的1/6,可用作外部時鐘或定時。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時,ALE只有在執(zhí)行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。如果CPU在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止,置位無效。u /PSEN:讀片外程序存儲器選通信號輸出端。當執(zhí)行外部程序存儲器數(shù)據(jù)時,/PSEN將產(chǎn)生負脈沖作為外部程序存儲器的讀選通信號。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器和內(nèi)部程序存儲器時,/PSEN無效。u /EA/VPP:讀片內(nèi)與片外程序存儲器的選擇端。當/EA為高電平時,低4KB的地址為片內(nèi)程序存儲器單元,高于4KB以上的地址為片外程序存儲器單元;當/EA為低電平時,則只能讀片外程序存儲器。u XTAL1:片內(nèi)振蕩電路反向放大器的輸入端,采用外部時鐘時該引腳接地。XTAL2:片內(nèi)振蕩電路反向放大器的輸出端,采用外部時鐘時該引腳為振蕩信號的輸入端。 硬件的構(gòu)成及功能本節(jié)主要介紹了搶答器的硬件部分的設(shè)計,硬件部分的設(shè)計是比不可少的,也是此次設(shè)計的核心。 搶答器的硬件圖根據(jù)所要實現(xiàn)的功能,我們先大概將搶答器的硬件分為這幾部分:CPU、聲音電路、顯示電路、定時電路、開始結(jié)束鍵輸入和搶答按鍵輸入。圖如圖22所示。圖22 搶答器硬件圖 時鐘頻率控制電路單片機必須在時鐘的驅(qū)動下才能工作。AT89C51中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器,引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。只需要外接一個振蕩源就能產(chǎn)生一定的時鐘信號送到單片機內(nèi)部的各個單元,決定單片機的工作速度。時鐘頻率控制電路如圖23所示。圖23 外部振蕩電路內(nèi)部時鐘振蕩器一般選用石英晶體振蕩器。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左右的正弦波時鐘信號,其振蕩頻率主要由石英晶振的頻率確定。電路中兩個電容CC2選用30PF大小,其作用有兩個:一是幫助振蕩器起振;二是對振蕩器的頻率進行微調(diào)。單片機在工作時,由內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生或由外部直接輸入的送至內(nèi)部控制邏輯單元的時鐘信號的周期稱為時鐘周期。其大小是時鐘信號頻率的倒數(shù)。時鐘頻率選為12MHz。 復位電路的設(shè)計在搶答器中復位是為定時做鋪墊的,在搶答之前要復位,搶答完畢要復位,按了復位鍵之后LED顯示F。單片機的復位引腳RST出現(xiàn)2個機器周期以上的高電平時即可實現(xiàn)復位,復位后單片機的各狀態(tài)都恢復到初始化狀態(tài),其電路圖如圖24所示。圖24 復位電路圖中復位電路由按鍵和電解電容C電阻R1構(gòu)成的按鍵及上電復位電路。由于單片機是高電平復位,所以當按鍵按下時,單片機的9腳RESET管腳處于高電平,此時單片機處于復位狀態(tài)。當上電后由于電容緩慢充電,單片機的9腳電壓逐步由高向低轉(zhuǎn)化,經(jīng)過一段時間后,單片機的9腳處于穩(wěn)定的低電平狀態(tài),此時單片機上電復位完畢,系統(tǒng)程序從0000H開始執(zhí)行。在此設(shè)計中使用了硬件復位和軟件復位兩種。硬件復位可將寄存器及存儲器的值都恢復到初始值。而在設(shè)計中,倒計時時間存在記憶功能,因此還設(shè)計了軟復位功能。軟復位實際上就是當程序執(zhí)行完畢后,講程序指針通過一條跳轉(zhuǎn)指令讓它跳轉(zhuǎn)到該段程序的起始地址。 報警電路的設(shè)計我們知道,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某個管腳的高低電平,則在該管腳上就能產(chǎn)生一定頻率的矩形波,接上蜂鳴器就能發(fā)出一定頻率的聲音,若利用延時程序控制高低電平的持續(xù)時間,就能改變輸出頻率,從而改變蜂鳴器發(fā)出的音調(diào)。在本設(shè)計中此電路起到報警功能。它會在第一位選手按下?lián)尨鸢粹o時響一次,以提示有人搶答本題,并且在該選手的60秒搶答過程中或30秒等待過程中剩余最后5秒時響起,以提示到此題結(jié)束還有5秒鐘。本次設(shè)計如圖25所示,圖中用到單片機的11和16管腳。10管腳具有讀入功能,11管腳具有輸出功能,而16管腳具有外部數(shù)據(jù)寫功能,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)動蜂鳴器發(fā)生。圖25 報警電路 顯示電路的設(shè)計顯示功能與硬件的關(guān)系極大,顯示電路有兩種選擇,液晶屏顯示和傳統(tǒng)數(shù)碼管顯示。液晶屏具有輕薄、無輻射危險、可視面積大、分辨率高和抗干擾能力強的特點,但是由于顯示信息少、編程工作量大和成本偏高。而數(shù)碼管具有低耗能、低損耗、低壓、壽命長和精確度高、操作簡單的優(yōu)點,本設(shè)計中采用的是4位七段數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管顯示通常顯示分為動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示。其中,靜態(tài)顯示的特點是顯示穩(wěn)定不閃爍,編程簡單,顯示亮度高,但占用I/O口多,實際應(yīng)用時必須增加譯碼驅(qū)動器進行驅(qū)動,增加了硬件電路的復雜性。而動態(tài)顯示的穩(wěn)定性雖沒靜態(tài)顯示的好,編程復雜,但是相對靜態(tài)顯示而言占用的端口資源少。本設(shè)計采用的是動態(tài)顯示方法。通過查表法將值在數(shù)碼管上顯示出來。其中單片機的P0口為字型碼輸入端,P2口得低三位為字選段輸入端。4位七段數(shù)碼管顯示電路如圖26。圖26 七段數(shù)碼管顯示電路數(shù)碼管有共陰極和共陽極兩種接法。共陰極接法,各發(fā)光二極管的陰極連在一起并接地,當某一發(fā)光二極管的陽極輸入高電平時,則該段發(fā)光;共陽極接法,各發(fā)光二極管的陽極連在一起并接電源,當某一發(fā)光二極管的陰極輸入低電平時,則該段發(fā)光。本設(shè)計采用4位一體的七段共陰極數(shù)碼管,其中AG段分別接到單片機的P0口,由單片機輸出的P0口數(shù)據(jù)來決定段碼值,位選碼COM1,COM3,,由單片機來決定當前該顯示的是哪一位。在電路圖中還有8個220歐姆的電阻分別連接在P0口上,用作P0口的上拉電阻,保證P0口沒有數(shù)據(jù)輸出時處于高電平狀態(tài)。 鍵盤掃描電路的設(shè)計鍵盤掃描電路由兩部分組成:搶答電路和定時電路。鍵盤是人機交互的主要設(shè)備,鍵盤電路分為獨立式和矩陣式。其中,獨立式鍵盤硬件電路簡單,而且在程序設(shè)計上也不復雜,一般用在對硬件電路要求不高的簡單電路中;矩陣式鍵盤硬件電路比獨立式鍵盤電路復雜,而且程序設(shè)計繁瑣,但它節(jié)省端口,適合于多按鍵電路。本設(shè)計基于簡單硬件電路要求的基礎(chǔ)上,采用的是獨立鍵盤的方式。在定時電路的設(shè)計中,有1個搶答時間調(diào)整按鍵、1個回答時間調(diào)整按鍵、加一按鍵、減一按鍵和1個開始按鍵、1個結(jié)束按鍵。電路圖如圖27所示。 圖27 定時電路 圖28 搶答電路圖中和AT89C51芯片的12管腳連接的為搶答時間30s的調(diào)整按鍵,和13管腳連接的為回答時間60s的調(diào)整按鍵,與14管腳連接的為加一按鍵,與15管腳連接的為減一按鍵。這四個按鍵用于主持人對回答時間和搶答時間的調(diào)整。開始按鍵與單片機的10管腳連接,停止按鍵與11管腳連接。這里用到了單片機11管腳復合功能中的IO端口功能,單片機通過讀取。當主持人按下開始鍵,搶答電路和定時電路將進入正常搶答狀態(tài);當回答完畢,主持人可以按下結(jié)束鍵停止計時。搶答電路完成兩個功能:一是分辨出選手按鍵先后,并鎖存優(yōu)先搶答者的編號,同時譯碼顯示電路顯示編號;二是其他選手操作無效。搶答電路如圖28所示。如果主持人未按下開始按鍵判斷到有人違規(guī)操作,蜂鳴器會發(fā)出警報聲 第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 系統(tǒng)主程序設(shè)計1. 系統(tǒng)主程序設(shè)計思路為了能達到公平、公正、合理的設(shè)計理念,應(yīng)該在主持人發(fā)布搶答命令之前設(shè)定好搶答時間。當時間設(shè)定好了之后,主持人發(fā)布搶答命令。按下開始按鍵后,程序開始打開,定時中斷開始倒計時,然后調(diào)用鍵盤掃描子程序,當掃描到有人按下了搶答鍵,馬上關(guān)閉搶答中斷計時器T1,調(diào)用顯示程序,此時封鎖搶答鍵盤,啟動計時器T0。2. 主程序框圖 根據(jù)搶答器設(shè)計要求,其軟件設(shè)計部分流程圖如圖31:圖31 主程序流程圖 鍵盤掃描程序設(shè)計搶答選手的搶答程序設(shè)計是本設(shè)計的關(guān)鍵。鍵盤掃描流程圖如圖32所示。圖32 鍵盤掃描程序流程圖 顯示程序設(shè)計本次設(shè)計的顯示部分在按下開始鍵時,后兩個數(shù)碼管顯示倒計時間,以1s變換一次,并且調(diào)用延時程序,此時定時器采用中斷方式,可以充分利用CPU。在有選手按下?lián)尨疰I時,第一個數(shù)碼管顯示選手號,最后兩個數(shù)碼管顯示倒計時,定時器同樣采用中斷方式。除此之外,本設(shè)計數(shù)碼管具有閃爍功能,當有違規(guī)搶答時,第一個數(shù)碼管會顯示選手號,后兩個數(shù)碼管會閃爍顯示FF,一個周期為每秒1次。以示搶答無效,此時定時器采用定時中斷的工作方式。~,P1口是準雙向I/O接口在輸出驅(qū)動部分,所以在接電阻時選擇接220Ω限流電阻。~。第4章 系統(tǒng)調(diào)試與軟件仿真系統(tǒng)調(diào)試包括硬件調(diào)試和軟件調(diào)試,二者密不可分。我們設(shè)計好的硬件電路和軟件程序必須經(jīng)過聯(lián)合調(diào)試才能驗證其正確性。 Keil uVision2軟件調(diào)試軟件調(diào)試是
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