【正文】 4位七段數(shù)碼管顯示電路圖 上圖中數(shù)碼管采用的是 4位一體七段共陽數(shù)碼管，其中 A~H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， COM4分別接到單片 機的 ， ， ，由單片機來決定當(dāng)前該顯示的是哪一位。 通過查表法，將其在數(shù)碼管上顯示出來，其中 P0口為字型碼輸入端， P2口低 3 位為字選段輸入段。 控制器選擇 控制器主要用于對顯示、搶答、音樂、計分等模塊進(jìn)行控制。 方案一：采用 FPGA（現(xiàn)場可編程門列陣）作為系統(tǒng)的控制器。 FPGA 采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模實時系統(tǒng)的控制核心。 方案二：采用 ATMEL 公司的 AT89S51 作為系統(tǒng)控制器的 CPU方案。 基于以上分析，我選擇采用方案二。鍵盤按結(jié)構(gòu)形式可以分為非編碼鍵盤和編碼鍵盤，前者用軟件方法產(chǎn)生鍵碼，而后者則用硬件方法來產(chǎn)生鍵碼。 方案一：獨立式鍵盤 鍵盤接口中使用多少根 I/O 線，鍵盤中 就有幾個按鍵，鍵盤接口使用了 8根 I/O 口線，該鍵盤就有 8 個按鍵，這種類型的鍵盤，其按鍵比較少，且鍵盤中各按鍵的工作互不干擾。如圖 22。 獨立式鍵盤的缺點是需要占用比較多的 I/O 口線，當(dāng)單片機應(yīng)用系統(tǒng)鍵盤中需要的 按鍵比較少或 I/O 口線比較富余時，可以采用這樣類型的鍵盤。這種形式的鍵盤結(jié)構(gòu)，能夠有效的提高單片機系統(tǒng)中 I/O 的利用率，列線接 ~ 行線接 ~，行列適用于按鍵輸入多的 情況。在大多數(shù)情況下， CPU對鍵盤可能進(jìn)行空掃描。 圖 23行列式鍵盤 圖 24 搶答按鍵及調(diào)整按鍵 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F P P P P P P P P 9 時鐘頻率電路的設(shè)計 單片機必須在時鐘的驅(qū)動下才能工作。時鐘電路如下圖所示。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。 單片機在工作時，由內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生或由外直接輸入的送至內(nèi)部控制邏輯單元的時鐘信號的周期稱為時鐘周期。圖中時鐘頻率為 12MHz。 本文設(shè)計如下圖所示。 圖 27 發(fā)聲電路 AT89S51 簡介 AT89S51 單片機的結(jié)構(gòu) AT89S51 單片機是美國 Atmel 公司生產(chǎn)低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 4k bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（ EPROM）和 128 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)，器件采用 Atmel 公司的高密度、非易失性存取技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲單元，功能強大。 圖 28為 AT89S51 單片機的基本組成功能方塊圖。下面介紹幾個主要部分。采用 40引腳雙列直插封裝形式。 VCC：供電電壓。 P0 口： P0 口為一個 8位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。在 FLASH編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時， P2 口輸出地址的高八位。 P2口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地 址信號和控制信號。當(dāng) P3 口寫入 1后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 P3 口也可作為 AT89S51 的一些特殊功能口，如下表所示： P3 口管腳 備選功能 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） P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。 PSEN：外部程序存儲器的選通信號端。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。注意加 密方式 1時， EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 三 模塊最終方案的設(shè)計 主控制器模塊：采用 AT89S51 單片機控制 搶答器顯示模塊：數(shù)碼管顯示 電源方案的選擇：采用 5V電源供電 搶答器鍵盤模 塊：獨立式鍵 14 功能介紹 如果想調(diào)節(jié)搶答時間或答題時間，按“搶答時間調(diào)節(jié)”鍵或“回答時間調(diào)節(jié)”鍵進(jìn)入調(diào)節(jié)狀態(tài)，此時會顯示現(xiàn)在設(shè)定的搶答時間或回答時間值，如果想加 1秒按一下“加 1秒”鍵，如果想減 1 秒按一下“減 1秒”鍵，時間 LED 上會顯示改變后的時間，調(diào)整范圍為 0S~99S， 0S時再減 1S 會跳到 99， 99S 時再加 1S會變到 0S。倒數(shù)時間到小于 5S會每秒響一下提示音。 如果主持人未按“搶答開始”鍵，而有人按了搶答按鍵，犯規(guī)搶答， LED 上不斷閃爍 FF和犯規(guī)號數(shù)并響個不停，直到按下“停止”鍵為止。主程序由驗鍵，違規(guī)顯示，倒計時等功能子程序組成，系統(tǒng)完成初始化后循環(huán)檢查各個功能當(dāng)用戶使用某個功能時，按下相應(yīng)的按鈕（或 開關(guān)）單片機進(jìn)入相應(yīng)的功能處理。 該智能搶答器以 AT89S51 單片機為控制核心，控制精度較高，操作誤差主要來自晶振自身所造成的誤差。該智能搶答器具有計時記憶功能，一次時間設(shè)置完，復(fù)位后不需重新進(jìn)行時間設(shè)定；通過按鍵掃描輸出按鍵信息，并通過單片機將它轉(zhuǎn)化為在七段數(shù)碼管上顯示的字形符。外部中斷 INT0 和 INT1 分別為搶答時間和回答時間的調(diào)整口， 和 分別實現(xiàn)時間調(diào)整時的加 1 和減 1功能； 為報警電路的控制口。本次設(shè)計中采用 7段共 陽 數(shù)碼顯示管應(yīng)用簡單、可靠性高、成本低，作為顯示輸出。而在位選 方面采 用 P2 口的 ～用單片機 三個 I/O 口作為位選信號的輸出口 。我們設(shè)計好的硬件電路和軟件程序，只有經(jīng)過聯(lián)合調(diào)試，才能驗證其正確性；軟硬件的配人情況以及是否達(dá)到設(shè)計任務(wù)的要求，也只有經(jīng)過調(diào)試，才能發(fā)現(xiàn)問題并加以解決、完善，最終開發(fā)成實用產(chǎn)品。這種調(diào)試可單獨模擬進(jìn)行，也可通過開發(fā)裝置由軟件配合進(jìn)行，硬件聯(lián)機調(diào)試則必須在系統(tǒng)軟件的配合下進(jìn)行。程序的分塊調(diào)試一般在單片機開發(fā)裝置上進(jìn)行，可根據(jù)所調(diào)程序功能塊的入口參量初值編制一個特殊的程序段，并連同被調(diào)程序功能塊一起在開發(fā)裝置上運行；也可配合對應(yīng)硬件電路單獨運行某程序功能塊，然后檢查是否正確，如果執(zhí)行結(jié)果與預(yù)想的不一致，可以通過單步運行或設(shè)置斷點的方法，查出原因并加以改正，直到運行結(jié)果正確為止。其它程序功 能塊可按此法進(jìn)行調(diào)試。從而試驗程序整體運行的完整性、正確性和與硬件電路的配合情況。在聯(lián)調(diào)中如發(fā)現(xiàn)硬件問題也應(yīng)及時修正，直到單片機系統(tǒng)的軟件、硬件全部調(diào)試成功為止。 軟件調(diào) 試問題分析 數(shù)碼管顯示問題：本次設(shè)計的最終方案是采用數(shù)碼管顯示屏實現(xiàn)顯示功能，最初數(shù)碼管顯示不正常，出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。由于一開始所選用的延時時間太短因此出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象，在增加顯示延時之后，數(shù)碼管顯示正常。一開始編寫程序時，沒有對控制口的最初狀態(tài)作正確設(shè)置 ，由于系統(tǒng)開機復(fù)位后，鬧鈴控制口處于高電平狀態(tài)，因此出現(xiàn)一開機蜂鳴器就處于啟動狀態(tài)的情況。 按鍵消抖問題：在最初編寫程序時，鍵盤控制部分按照常例加入了按鍵消抖程序。這是因為在鍵盤控制程序中，除了消抖程序外，還加入了按鍵提示音程序（每次按壓鍵盤時，蜂鳴器發(fā) 16 出“嘩”的一聲提示音）。通過調(diào)試發(fā)現(xiàn)提示音子程序本身所產(chǎn)生的延時已能夠滿足按鍵消抖時間延遲的要求，因此在鍵盤控制程序中無需再加入專門的按鍵消抖程序。 Proteus 仿真 Proteus 軟件是來自英國 Labcenter Electronics 公司的 EDA 工具軟件 ,Proteus 軟件除了其具有和其它 EDA 工具一樣的原理布圖 ,PCB 自動或人工布線及電路仿真的功能外 , 其革命性的功能是 ,他的電路仿真是互動的 ,針對微處理器的應(yīng)用 ,還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上 編程 ,并實現(xiàn)軟件源碼級的實時調(diào)試 ,如有顯示及輸出 , 還能看到運行后輸入輸出的效果 ,配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器如示波器 ,邏輯分析儀等 ,PROTUES 的 ISIS 是一款 Labcenter 出品的電路分析實物仿真系統(tǒng)，可仿真各種電路和 IC，并支持單片機，元件庫齊全，使用方便，是不可多得的專業(yè)的單片機軟件仿真系統(tǒng)。 、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、 RS232 動態(tài)仿真、 C調(diào)試器、 SPI 調(diào) 試器、鍵盤和 LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。 4. 支持大量的存儲器和外圍芯片。 五 電路板的制作與檢查 在電路板的制作中，首先要進(jìn)行線路的排布。 PCB 板刻錄完成之后，開始進(jìn)行焊接工作。 一般來說，造成硬件問題的首要問題就是焊接了，也就是說焊接的好與壞直接響產(chǎn)品的正常運行。 。 ,焊錫與元器件或印刷板之間夾雜著一層松香 ,造成電連接不良。對于有加熱不足的松香膜的情況 ,可以用烙鐵進(jìn)行補焊。 。這在對超小元器件及細(xì)小印刷電路板進(jìn)行焊接時要尤為注意。當(dāng)少量松香殘留時 ,可以用電烙鐵再輕輕加熱一下 ,讓松香揮發(fā)掉 ,也可以用蘸有無水酒精的棉球 ,擦去多余的松香或焊劑。這多是由于加熱溫度不足或焊劑過少 ,以及烙鐵離開焊點時角度不當(dāng)浩成的內(nèi)。用電壓表測量接地引腳跟電源引腳之間的電壓，看是否符合電源電壓，常用的是 5V 左右。 六 總結(jié) 通過這次畢業(yè)設(shè)計，我明白學(xué)習(xí)是一個長期積 累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。第二是理論聯(lián)系實際性太強，把所學(xué)的搜集到得知識運用的實際中不是一件容易的事，不僅由元件從課本上的符號到實物的認(rèn)識還是理論的測量結(jié)果與實際值的誤差。這次畢業(yè)設(shè)計業(yè) 也讓我懂得了分析問題，才能解決問題的道理，通過了這次更增加了我以后能夠干好自己工作的信心。搶答開始標(biāo)志位 RING EQU 22H。初設(shè)搶答時間為 30s MOV R2,60。設(shè)置未定時器 /模式 1 MOV TH0,0F0H MOV TL0,0FFH。50ms 為一次溢出中斷 SETB EA SETB ET0 SETB ET1 SETB EX0 SETB EX1。一開始就運行定時器 ,以開始顯示 ,重置TH1/TL1 就可以了 。未開始搶答時候顯示 FFF JB ,NEXT。去抖動 ,如果 開始鍵 按下就向下執(zhí)行 ,否者跳到非法搶答查詢 ACALL BARK。送 R1R6,因為 R1 中保存了搶答時間 SETB OK。讀搶答鍵數(shù)據(jù)信號標(biāo)志，這里表示只讀一次有用信號 MOV R3,0AH。進(jìn)入倒計時程序 ,查詢有效搶答的程序 在 COUNT 里面 NEXT: JNB ,FALSE1 JNB ,FALSE2 JNB ,FALSE3 JNB ,FALSE4 JNB ,FALSE5 JNB ,FALSE6 JNB ,FALSE7 JNB ,FALSE8 AJMP START 。=====INT0(搶答時間 R1調(diào)整程序 )===== INT0SUB:MOV A,R1 MOV B,0AH DIV AB MOV R5,A MOV R4,B MOV R3,0AH ACALL DISPLAY。 為 +1s 鍵 ,如按下跳到 INCO JNB ,DEC0。 為確定鍵 ,如按下跳到 BACKO AJMP INT0SUB INC0: MOV A,R1 CJNE A,63H,ADD0。 MOV R1,00H ACALL DELAY1 AJMP INT0SUB ADD0: INC R1 ACALL DELAY1 AJMP INT0SUB DEC0: MOV A,R1 JZ SETR1。=====INT1(回答時間 R2調(diào)整程序 )===== INT1SUB:MOV A,R2 MOV B,0AH DIV AB MOV R5,A MOV R4,B MOV R3,0AH ACALL DISPLAY JNB ,INC1 22 JNB ,DEC1 JNB ,BACK1 AJMP INT1SUB INC1: MOV A,R2 CJNE A,63H,ADD1 MOV R2,00H ACALL DELAY1 AJMP INT1SUB ADD1: INC R2 ACALL DELAY1 AJMP INT1SUB DEC1: MOV A,R2 JZ SETR2 DEC R2 ACALL DELAY1 A