【正文】 機(jī)設(shè)計(jì)屬于軟件范疇，它的硬件即單片機(jī)芯片是固定的，通過軟件編程語言描述在硬件芯片上的執(zhí)行的軟件指令。由上可知，F(xiàn)PGA具有很多優(yōu)點(diǎn)，但是對本設(shè)計(jì)而言是大材小用，而且芯片造價(jià)較高，因此選用單片機(jī)完成本設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)對芯片的要求不高，因此選用性價(jià)比高的單片機(jī)STC89C51。其工作電壓要求低，工作頻率可達(dá)48MHz。采用單片機(jī)完成設(shè)計(jì)，可利用Proteus繪制電路原理圖，用Keil uVision4進(jìn)行編程，然后進(jìn)行仿真調(diào)試，減少出錯(cuò)。綜上所述，采用方案一完成乒乓游戲機(jī)的設(shè)計(jì)。STC89C51與其它51單片機(jī)比較，具有成本低，性能好的優(yōu)點(diǎn),并且其具有在線編程功能，可以直接將程序燒錄到芯片中，不需要對硬件進(jìn)行修改。 單片機(jī)STC89C51簡介單片機(jī)STC89C51是宏晶科技推出的超強(qiáng)抗干擾/低功耗的單片機(jī)，指令代碼與引腳結(jié)構(gòu)完全兼容傳統(tǒng)的8051單片機(jī)。STC89C51的芯片擦除特性：整個(gè)PEROM陣列與三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳低電平10ms來完成。 STC89C51芯片及其芯片引腳圖 單片機(jī)端口分配乒乓游戲機(jī)需要八個(gè)端口接按鍵；16個(gè)發(fā)光二極管則通過兩個(gè)38譯碼器與單片機(jī)連接，需要六個(gè)端口；LCD顯示屏需要7個(gè)端口；單片機(jī)時(shí)鐘電路接兩個(gè)端口；復(fù)位電路接復(fù)位端口；暫停/開始按鍵需要兩個(gè)端口；發(fā)球指示燈和暫停指示燈需要兩個(gè)端口。P0口是一個(gè)三態(tài)雙向口，每個(gè)引腳可吸收八個(gè)TTL門電流。P0可用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。當(dāng)Flash進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，必須接上拉電阻。P1口的管腳寫“1”后，內(nèi)部上拉為高，可用作輸入。在Flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低八位地址。P2口為準(zhǔn)雙向口，緩沖器可接收/輸出4個(gè)TTL門電流。作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，因?yàn)閮?nèi)部上拉將輸出電流。在給出地址“1”時(shí)，利用上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出單片機(jī)特殊功能寄存器的內(nèi)容。P3口（10～17腳）：～。當(dāng)P3口寫入“1”時(shí)，被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。P3口作為第二功能使用時(shí)各端口引腳的作用。振蕩器復(fù)位器件時(shí)，保持RST引腳兩個(gè)機(jī)器周期高電平時(shí)間。XTAL2：反向振蕩器的輸出。 電源電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)STC89C51的工作電壓為+5V，因此需要一個(gè)電源電路來提供這一電壓。固定三端穩(wěn)壓器主要有78XX系列的正電壓輸出穩(wěn)壓器和79XX系列的負(fù)電壓穩(wěn)壓器。這種三端穩(wěn)壓器內(nèi)部包含了過流、過熱和調(diào)整管的保護(hù)電路，使用時(shí)組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件少，使用起來可靠、方便、快捷。因此本設(shè)計(jì)采用三端穩(wěn)壓器7805輸出5V電壓。1 2 3 芯片7805及其引腳圖 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)，可以認(rèn)為是在時(shí)鐘驅(qū)動下的時(shí)序邏輯電路，即單片機(jī)必須在時(shí)鐘的驅(qū)動下才能夠工作。在單片機(jī)內(nèi)部含時(shí)鐘振蕩電路，外部一個(gè)振蕩源產(chǎn)生是送到單片機(jī)內(nèi)部，決定單片機(jī)的工作速度。選用的元器件為一個(gè)12MHz的石英晶體振蕩器，兩個(gè)30pF的電容。電路中的電容作用有兩個(gè)：一是對振蕩器的頻率進(jìn)行微調(diào)，二是幫助振蕩器起振。 時(shí)鐘電路圖 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)STC89C51第九引腳為硬件復(fù)位端。復(fù)位電路由按鍵及電容，電阻構(gòu)成。當(dāng)上電后，電容緩慢充電，單片機(jī)的復(fù)位管腳電壓由高向低轉(zhuǎn)化，經(jīng)過一定時(shí)間，復(fù)位管腳處于穩(wěn)定的低電平狀態(tài)，此時(shí)單片機(jī)復(fù)位完畢，系統(tǒng)從0000H執(zhí)行程序。 按鍵電路的設(shè)計(jì)按鍵是一種常見的控制電器元件，常用來接通或斷開控制電路，從而達(dá)到控制電路的一種開關(guān)。當(dāng)按下按鍵時(shí)，1引腳和2引腳連通，3引腳和4引腳連通，1引腳2引腳和3引腳連通，1引腳和4引腳連通。模擬球拍按鍵分為左右兩邊，左右各四個(gè)。設(shè)計(jì)中模擬球拍按鍵與P0口相連，同時(shí)P0口接5KΩ的上拉電阻。當(dāng)按鍵按下的時(shí)候，相應(yīng)端口感應(yīng)輸入為低電平0。復(fù)位按鍵與單片機(jī)復(fù)位端口相連。乒乓游戲機(jī)采用16個(gè)發(fā)光二極管，單片機(jī)的端口有限，因此采用單片機(jī)的P2口的5個(gè)端口控制74LS138譯碼器進(jìn)行譯碼，節(jié)約端口。 譯碼器簡介本設(shè)計(jì)采用74LS138譯碼器進(jìn)行譯碼。該譯碼器有3位二進(jìn)制輸入A0、AA2，共有8種狀態(tài)的組合，即可譯出8個(gè)輸出信號Y0～Y7，輸出低電平有效。 譯碼器74LS138管腳功能管腳功能VCC電源正GND地E1選通端E2 /E3選通端（低電平有效）A0～A3地址輸入端Y0～Y7:輸出端（低電平有效）74LS138譯碼器的工作原理為：當(dāng)一個(gè)選通端（E1）為高電平，另兩個(gè)選通端(E2)和 (E3)為低電平時(shí)，可將地址端（A0、AA2）的二進(jìn)制編碼在對應(yīng)的輸出端以低電平譯出。 74LS138的引腳圖。這種電子元件在1962年出現(xiàn)，由鎵（Ga）與砷（As）、磷（P）的化合物組成的二極管，電子與空穴復(fù)合時(shí)能輻射出可見光。發(fā)光二極管具有單向?qū)ㄐ裕窗l(fā)光二極管只能往一個(gè)方向通電，這種特性叫做正向偏置（正向偏壓）。發(fā)光二極管的核心部分是由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體組成的晶片，在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過渡層，稱為PN結(jié)。發(fā)光二極管的兩根引線較長的一根是正極，需接電源正極。單片機(jī)P2口輸出信號，從而達(dá)到控制發(fā)光二極管的熄滅與點(diǎn)亮。 LCD1602簡介乒乓游戲機(jī)顯示電路設(shè)計(jì)采用LCD1602顯示屏。它是專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點(diǎn)陣型液晶模塊。每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。 LCD1602的管腳功能表管腳功能VSS電源地VCC接5V電源電極V0(VEE)液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源對比度最弱，接地電源最高RS寄存器選擇。高電平時(shí)讀取信息，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作E(EN)使能端。 LCD1602及其引腳圖 顯示電路的設(shè)計(jì)此設(shè)計(jì)中的顯示模塊采用LCD來顯示乒乓游戲機(jī)的AB隊(duì)比分。LCD1602的RS、RW、用于寫入控制。乒乓游戲機(jī)的硬件包括單片機(jī)電路、譯碼電路、發(fā)光二極管電路、按鍵電路、顯示電路等電路。4 乒乓游戲機(jī)的軟件設(shè)計(jì)及編程本系統(tǒng)的軟件主要采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具體的程序有主程序、按鍵組程序（球拍模擬和暫停/開始子程序）、發(fā)球程序、線路程序（包括線路選擇和LED點(diǎn)陣子程序）、回球程序、LCD顯示程序。暫停/開始程序在定時(shí)掃描，當(dāng)暫停鍵按下時(shí)，游戲暫停，在游戲暫停時(shí)當(dāng)開始按下游戲繼續(xù)。LED燈組接單片機(jī)的P2口上，按鍵組接單片機(jī)P0口上，LCD顯示屏由單片機(jī)控制。下行B:0。//顯示器清屏 P2=0。//數(shù)據(jù)初始化 EA=1。 EX1=1。 IT0=1。 TMOD=0X01。 TL0=(6553650000)%256。//定式掃描初始化設(shè)置 qiuquan()。 P2=q[n]。//延時(shí)處理程序 xianlu()。 球拍模擬子程序單片機(jī)P0口在相應(yīng)時(shí)間段內(nèi)感應(yīng)來自由按鍵組傳來的數(shù)據(jù)，如果在delay_1(t)中作出正確的選擇，進(jìn)入回球程序，否則對方加1分。定時(shí)程序是否暫停否繼續(xù)游戲是回到游戲是是否解除暫停繼續(xù)暫停否 暫停/開始程序流程圖 發(fā)球程序的設(shè)計(jì)及功能實(shí)現(xiàn)綠色指示燈亮起時(shí)，B得到發(fā)球球權(quán)，否則A得到發(fā)球球權(quán)。//球速控制變量 v=0。 f=0。 if(f2)//當(dāng)f小于2時(shí)A得到球權(quán) Ajiqiu()。} 線路程序的設(shè)計(jì)及功能實(shí)現(xiàn)線路程序包括線路選擇子程序和LED點(diǎn)陣子程序?；厍蚩偟木€路有16個(gè)，存在數(shù)組b[16]中。m=m%256。m=m%16。amp。m=1。 { P2=0。 else if(n=8) chang1()。 }} LED點(diǎn)陣子程序由單片機(jī)線路和delay_1(t)控制74LS138譯碼器，74LS138譯碼器譯碼控制LED點(diǎn)陣得點(diǎn)亮順序和相應(yīng)點(diǎn)亮?xí)r間。 回球程序的設(shè)計(jì)及功能實(shí)現(xiàn)當(dāng)球在A邊時(shí)，A可在相應(yīng)delay_1(t)中感應(yīng)A按鍵組的數(shù)據(jù)并作出相應(yīng)處理；當(dāng)球在B邊時(shí)，同理。下面對其中一個(gè)燈進(jìn)行解釋。//A的P0_3控制游戲的速度//D2 if(n==0)//n==0時(shí)D2燈點(diǎn)亮 { if(x==13amp。!P0_0)//當(dāng)線路為13時(shí)且P0_0按下時(shí)按以下處理。 else x=0。 m=b[x]。 while(!P0_0)。} else if(!P0_1) { x=0。 m=b[x]。下行B:0。 write_(0x80+2)。 write_data(39。)。:39。 write_data(39。)。039。 write_(0xC0+2)。 write_data(39。)。:39。 write_data(39。)。039。 設(shè)計(jì)源程序設(shè)計(jì)源程序見附錄1。 Proteus軟件簡介Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換至PCB設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。設(shè)置圖紙規(guī)格及編輯器系統(tǒng)參數(shù)放置元器件設(shè)置元器件屬性原理圖連線生成電路設(shè)計(jì)報(bào)表及網(wǎng)絡(luò)文件文件保存及輸出 繪制原理圖的基本流程 Keil uVision4軟件簡介Keil uVision4是德國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。它比以前的Keil uVision系列的優(yōu)點(diǎn)是引入靈活的窗口管理系統(tǒng)。 仿真調(diào)試仿真調(diào)試的步驟：（1） 在Keil中建立工程，輸入程序，進(jìn)行編譯，修改直至無錯(cuò)，最后編譯并保存。（3） 。 導(dǎo)入 （4） 點(diǎn)擊仿真盤框中的運(yùn)行按鈕，電路進(jìn)入仿真狀態(tài)，開始調(diào)試。如果不正確，按以上步驟進(jìn)行修改，直到達(dá)到設(shè)計(jì)要求。（1）LED未按正常預(yù)期工作，發(fā)球與回球的程序存在共同部分，加入發(fā)球控制參數(shù)后，正常工作。 實(shí)物調(diào)試及分析 制作實(shí)物的過程根據(jù)原理圖焊接電路。焊接遇到的問題：（1） LED燈接反，導(dǎo)致LED點(diǎn)陣不工作，改正全部的點(diǎn)陣燈后，正常工作。 進(jìn)行實(shí)物調(diào)試。 燒錄程序圖最后將芯片安裝到硬件電路中，接入5V穩(wěn)壓電源，乒乓游戲機(jī)開始運(yùn)行。 游戲狀態(tài)勝利圖按下暫停鍵，游戲機(jī)暫停，同時(shí)暫停指示燈亮。在調(diào)試中遇到的問題：（1）在按鍵操作過程中，發(fā)光二極管快速變化，與設(shè)定值不一樣。在實(shí)際的電路中，機(jī)械式按鍵按下或釋放時(shí)，因?yàn)闄C(jī)械彈性作用的影響，通常伴隨有一定時(shí)間的觸點(diǎn)機(jī)械抖動，然后其觸點(diǎn)才穩(wěn)定下來。通過對程序的修改，問題解決。6 結(jié)論與展望 結(jié)論本設(shè)計(jì)根據(jù)乒乓游戲機(jī)的功能要求，本設(shè)計(jì)采用性價(jià)比高的單片機(jī)設(shè)計(jì)出操作方便，系統(tǒng)穩(wěn)定度高的乒乓游戲機(jī)設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)采用44的線路電路，乒乓球的位置和移動方向由燈亮及依次燈亮的方向決定使用，乒乓游戲機(jī)的A、B兩方在各自不同的位置發(fā)球或擊球，分別有左、中、右、加速四個(gè)按