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正文內(nèi)容

畢業(yè)設(shè)計——基于單片機的數(shù)字搶答器設(shè)計(編輯修改稿)

2024-12-16 10:09 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 編碼表示的數(shù)值 。 七段數(shù)碼管的段排列和內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示七段數(shù)碼管的段排列和內(nèi)部部結(jié)構(gòu) 應(yīng)根據(jù)實際情況決定究竟采用共陽還是共陰方式,其基本原則是:若單片機口線直接驅(qū)動數(shù)碼管各段,最好采用共陽極數(shù)碼管,因為 8051 系列單片機口線輸出高電平時,輸出的電流很小,數(shù)碼管不會太亮。 若數(shù)碼管通過驅(qū)動芯片與單片機相連,就要看驅(qū)動芯片對數(shù)碼管極性的要求了 點亮顯示器分為靜態(tài)和動態(tài)顯示兩種方法。所謂靜 態(tài)顯示,就是當(dāng)顯示器顯示某一字符時,相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通或是截止。例如,其段數(shù)碼管的 a、 b、 c、 d、 e、 f、導(dǎo)通, g 截止,則顯示 有一個 8 位輸出口控制,所占硬件較多,一般用于顯示位數(shù)較少(很少)的場合。當(dāng)位數(shù)較多時,用靜態(tài)顯示所需的 I/O 過多,一般采用動態(tài)顯示方法。 所謂動態(tài)顯示,就是逐位地輪流點亮各位顯示器(掃描),對于每一位顯示器而言,每個一段時間點亮一次。 顯示器的點亮既與點亮?xí)r的導(dǎo)通電流有關(guān),也與點亮?xí)r間和間隔時間比例有關(guān)。調(diào)整電流和時間參數(shù),可是實現(xiàn)亮度較高、較為穩(wěn) 定的顯示,同時可減少工作電流。 三極管中的 COM 是選通位,對于共陽極數(shù)碼管,當(dāng) a、 b、 c、 d、 e、 f、g、 h 端接低電平時, COM 位高電平,數(shù)碼管各段全部點亮。 例如,想讓數(shù)碼管顯示 “ 1” ,就必須使數(shù)碼管的 b、 c 段點亮,其它段熄滅;所以使 b、 c 段為低電平,其它各引腳均為高電平。 在設(shè)計電路時,可將這幾位分別接到單片機的引腳上,還要加上限流電阻,這樣就可由程序控制數(shù)碼管的工作情況了。但是如果用一個端口驅(qū)動一個數(shù)碼管,四位數(shù)碼管就需要四個空閑端口,而在許多系統(tǒng)中并無四個端口可用。 此外,使用四個端口往往使得每一個數(shù)字都 需要獨立驅(qū)動 (緩沖 )電路和排阻,這將大大增加系統(tǒng)的成本。 最常見的解決方案是采用多路復(fù)用顯示。這是指對于每一個顯示只驅(qū)動 1/4時間。 只要在 20Hz50Hz 之間循環(huán)所有顯示,由于人眼存在視覺殘留,在這樣的顯示方式下,數(shù)碼管看起來時同時點亮的。 在這次課程設(shè)計中根據(jù)實際需要采用了七段數(shù)碼管共陽極和靜態(tài)顯示方式。 搶答器的實現(xiàn)方式有種多樣,通過純電子器件搭建電路實現(xiàn),如優(yōu)先編碼器,鎖存器, 555 定時器譯碼器等,純電子器件實現(xiàn)沒有軟件參與,調(diào)試簡單,但是它不易于擴展和修改,而且電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜,調(diào)試困難電子,電子器件管 腳很多,實際搭建起來費時費力,焊接很容易出錯。于是,我想到了用單片機實現(xiàn)。單片機體積小價格低,應(yīng)用方便,穩(wěn)定可靠。 單片機將很多任務(wù)交給了軟件編程去實現(xiàn),大大簡化了外圍硬件電路,使外圍電路的實現(xiàn)簡單方便。由于單片機本身不具有軟件編譯測試的功能,我們需要借助其他軟件編譯,將編譯好的程序 “ 燒 ” 入單片機內(nèi)。 在實際電路設(shè)計中,需要先通過仿真軟件測試電路以及編譯的程序,檢查外圍電路設(shè)計是否合理,軟件編譯是否正確,以及軟件和硬件電路能否正常配合工作,能否準確的實現(xiàn)所設(shè)計的功能。如果測試通過,電路仿真沒有問題能完全實現(xiàn) 功能的話就可以實際的做板子的焊接工作了。 在老師的指導(dǎo)下我選擇了常用的單片機仿真軟件 以及 keil 進行仿真。 三 硬件電路設(shè)計 總體設(shè)計 根據(jù)搶答器的基本功能,可以設(shè)計出如下的單片機外圍電路。(詳細電路圖見附件 1)硬件電路設(shè)計主要由我的搭檔汪姍完成,在這里只展示電路圖。 單片機最小系統(tǒng)電路: 顯示電路的設(shè)計: 搶答電路的設(shè)計: 報警電路的設(shè)計: 四 系統(tǒng)軟件設(shè)計 搶答器流程圖 流程圖是使用圖形表示算法的思路是一種極好的方法,不論采用何種程序設(shè)計方法,程序總體結(jié)構(gòu)確定后,一般以程序流程圖的形式對其進行描述。總體框圖中的各個子模塊或各個子任務(wù)也應(yīng)該結(jié)合具體的教學(xué)模型和算法畫出較詳細的程序流程圖,供后面編寫具體程序和閱讀程序使用。 流程圖是由一些圖框和流程線組成的,其中圖框表示各種操作的類型,圖框中的文字和符號表示操作的內(nèi)容,流程線表示操作的先后次序。流程圖的基本結(jié)構(gòu)為順序結(jié)構(gòu),分支結(jié)構(gòu)(又稱選擇結(jié)構(gòu)),循環(huán)結(jié)構(gòu)。為便于識別,繪制流程圖的習(xí)慣做法是: 方框表示:要執(zhí)行的處理( Process) 平行四邊型表示:代表資料輸入( Input) 不規(guī)則圖形代表資料輸出( Output)或報表輸出( Print) 菱形表示:決策或判斷(例如: If...Then...Else) 我們組所設(shè)計的搶答器的程序采用的是 C 程序設(shè)計, C 語言的顯著特點是用二進 制來編寫程序 ,程序的各個部分除了必要的信息交流外彼此之間相互獨立。這種結(jié)構(gòu)化方式可使程序?qū)哟吻逦?, 便于使用、維護以及調(diào)試。 C 語言是以函數(shù)形式提供給用戶的 ,這些函數(shù)可方便的調(diào)用 ,并具有多種循環(huán)、條件語句控制程序流向 ,從而使程序完全結(jié)構(gòu)化。雖然 C 語言也是強類型語言,但它的語法比較靈活,允許程序編寫者有較大的自由度。 搶答器主程序流程圖如下: 中斷程序 (1) 什么是中斷 中斷是指由于某種隨機事件的發(fā)生,計算機暫?,F(xiàn)行的程序的運行,轉(zhuǎn)去執(zhí)行另一個程序,以處理發(fā)生的事件,處理完畢后又自動返回原來的程 序繼續(xù)運行。 有五種中斷源:外部中斷 0、外部中斷 定時器中斷 0、定時器中斷 串行中斷。它們的描述如下圖所示: 中斷源符號 名稱 終端引起的原因 中斷矢量地址 INT0 外部中斷 0 由 低電平或下降沿信號 0003H T0 定時器中斷0 定時 /計數(shù)器 0 回零溢出 0013H INT1 外部中斷 1 由 低電平或下降沿信號 000BH T1 定時器中斷1 定時 /計數(shù)器 1 回零溢出 001BH TI/RI 串行中斷 串行口接收或發(fā)送完幀數(shù)據(jù)引起的中斷 0023H (2) 中斷 所用到的寄存器 介紹定時器 /計數(shù)器中所介紹的寄存器: ① 、定時器 /計數(shù)器控制寄存器 TCON TCON 的作用是控制定時器的啟動 `停止,標志定時器的溢出和中斷情況; ② 、中斷允許控制寄存器 IE 對中斷源的開放或屏蔽是由中斷寄存器 IE 控制的,地址為 0A8H,即可以按字節(jié)尋址,也可以按位尋址。 當(dāng)單片機復(fù)位時, IE 被清零。 ③ 、串行控制寄存器 SCON 定時 /計數(shù)器的控制方法:在啟動定時 /計數(shù)器工作之前 CPU 必須將一些命令(稱為控制字)寫入定時 /計數(shù)器中,這個過程稱為定時 /計數(shù)的初始化。(定時/計數(shù)器的初始化通過定時 /計數(shù)器的方式寄存器 TMOD 和控制寄存器 TCON 來完成。︱ ④ 定時 /計數(shù)器方式寄存器 TMOD GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 定時器 1 定時器 0 M1 M0 工作方式 功能說明 0 0 方式 0 13 位計數(shù)器 0 1 方式 1 16 位計數(shù)器 1 0 方式 2 自動再裝入 8 位計數(shù)器 1 1 方式 3 定時器 0:分成兩個 8 位計數(shù)器;定時器 1:停止計數(shù) ( 3)中斷程序的編寫的步驟: ① 、 根據(jù)要求設(shè)置 IE(中斷允許寄存器)的對應(yīng)位 EA( EA— 總中斷允許位 EA=1 開放所有的中斷; EA=0 禁止所有的中斷),某個中斷源還有相應(yīng)的中斷允許位 a、當(dāng) =1 時:允許相應(yīng)中斷源的中斷; b、當(dāng) =0 時:禁止相應(yīng)中斷源的中斷; ③ 、 INT0、 INT1 設(shè)定觸發(fā)方式 IT0(外部中斷觸發(fā)方式控制位)當(dāng)為 0 時:低電平觸發(fā) ;當(dāng)為 1 時:下降沿觸發(fā); ④ 、返回值是 Void 中斷函數(shù)名() interrupt() ( 4) 為什么采用中斷控制方式 CPU 與外部設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送方式: ① 無條件傳送方式 CPU 總認為外設(shè)處于準備好的狀態(tài),外設(shè)比較簡單 ② 程序查詢傳送方式 外設(shè)有一個狀態(tài)(狀態(tài)存儲在寄存器內(nèi)) 缺點: CPU 工作效率低, CPU 處于等待的狀態(tài),為解決此缺點便出現(xiàn)了第三種傳送方式 ③ 中斷傳送方式 中斷是指由于某種隨機事件的發(fā)生,計算機暫?,F(xiàn)行的程序
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