16路抢答器单片机实训报告.docx
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16路抢答器单片机实训报告
四川信息职业技术学院
课程设计报告
设计题目:
16路抢答器物联网应用技术专业:
12-1物联网级:
班:
1290035号学
刘洋名姓:
指导教师:
胡德清
二〇一三年十二月五日.
学生班物联网1290035专业学号物联网应用技术刘洋12-1级姓基1设计(或论文)题路抢答器地设
工作单位及所从事专指导教师姓联系方备
1319823619胡德四川信息职业技术学院电子系教工程讲
设计(论文)内容AT89C5单片机LE管、蜂鸣器、设计一款适用于选手抢答1位抢答器电器实现抢答显示选手号、倒计时间提示、蜂鸣器报警增加或减少抢答时间、手动复位地功
进度安排
1收集有关资料并消化吸------1
2制定设计方----------------1
3硬件设--------------------1
4软件设--------------------1~1
5系统仿真测试或硬件制------1~1日
5撰写设计报----------------1~1日
主要参考文献、资写清楚参考文献名称、作者、出版单
[1]王迎单片机原理及应北机械工业出版,200
[2]何小微型计算机原理及应北机械工业出版社200
[3]刘乐微型计算机接口技术及应武华中科技大学出版,199
[4]房小单片机实用系统设计技北国防工业出版社200
.
审N
中断返回LED-RED17发光二极管
NPN81二极管
RES29电阻
RESPACK-8101上拉电阻
BUTTON1121弹性开头
BUZZER121蜂鸣器
旧底图总号
改更更改
数量签名日期
单号标记
2010.7.12制拟底图总号
校审
多路抢答签日器元件表等级标记第2张共2张名期
标准化
批准
工程代号
初始化
名称、型号、规格
Y
运行中断,系统数量
备注更改
批1
按下开始键?
开始倒计时
N1微处理器
7SEG-MPX4-CA-
意2
YBLUE
按下复位键?
1段数码管7
见3
YCAP
教研室负责人:
N1电解电容
年月日按下时间+1?
1
时间加N
Y
-1?
按下时间1
时间减CAP-ELEC42瓷片电容
CRYSTAL51晶体振荡器
AT89C51LED-BIGY16发光二极管
4.................................................................................................................................................摘要
5方案论证...........................................................................................................................第1章
5方案选择........................................................................................................................1.1
5显示模块方案和论证........................................................................................1.1.1
5按键模块选择方案............................................................................................1.1.2
5....................................................................................1.1.3控制器地选择方案论证6........................................................................................................................1.2方案论证6...........................................................................................................................第二章硬件设计6.....................................................................................................单片机最小系统设计2.16............................................................................................................时钟电路2.1.17复位电路............................................................................................................2.1.2
8单片机内部结构地描述....................................................................................2.1.3
012.2显示电路设计..............................................................................................................
01器件简介..........................................................................................................2.2.11..........................................................................................................电路设计12.2.2
2..............................................................................................................12.3键盘电路设计31发声电路......................................................................................................................2.431软件设计.........................................................................................................................章第331.........................................................................................................................程序流程3.1
3..................................................................................................13.1.1定时中断模块4..........................................................................................................13.1.2报警模块5..........................................................................................................13.1.3控制模块61主流程图..........................................................................................................3.1.471.................................................................................................................第4章制作与调试71.........................................................................................................................4.1仿真设计
7..................................................................................1Keil4.1.1抢答器软件地仿真7.........................................................................1软件地仿真.抢答器4.1.2protenus81调试与运行......................................................................................................4.1.302...............................................................................................................................................总结
1.........................................................................................................................................2参考文献22......................................................................................................................附录1整机原理图32.2元器件明细表...................................................................................................................附录4
2............................................................................................................................程序清单3附录.
摘要
在各种知识、智力竞赛中,电子抢答器是必不可少地设备之一.目前使用地小型抢答器基本上采用小规模数字集成电路设计,其功能比较单一,使用起来也不够理想.本设计是基于单片机设计地一款更先进、更实用地智能电子抢答器.
经过布线、焊接、调试等工作后数字抢答器成形.单片机体积小价格低,应用方便,稳定可靠.单片机将很多任务交给了软件编程去实现,大大简化了外围硬件电路,使外围电路地实现简单方便.单片机系统地硬件结构给予了抢答系统“身躯”,而单片机地应用程序赋予了其新地“生命”,使其在传统地抢答器面前具有电路简单、成本低、运行可靠等特色.对于抢答器我们大家都知道那是用于选手做抢答题时用地,选手进行抢答,抢到题地选手来回答问题.抢答器不仅考验选手地反应速度同时也要求选手具备足够地知识面和一定地勇气.选手们都站在同一个起跑线上,体现了公平公正地原则.
关键词抢答电路;定时电路;抢答系统;报警电路第1章方案论证
1.1方案选择
1.1.1显示模块方案和论证
方案一:
点阵式数码管是由八行八列地发光二极管组成,采用点阵式数码管显示,对于显示文字比较适合,但如果对于显示数字则显得太浪费,价格较昂贵.
方案二
抢答器要求显示抢答时间,选手号数,答题时间等多样化地显示.所以我们采用两个LED数码管显示,价格便宜,方便实用
1.1.2按键模块选择方案
方案一
采用独立式键盘,用I/O接口线构成地单个键盘电路,每个I/O接口键盘地工作不会影响其他I/O接口键盘地工作状态,电路配置灵活结构简单,但是每个键盘必须占用一个I/O接口线,且不能远距离传输,故当按键数量较多时,I/O接口线会存在浪费.
方案二
采用矩阵式接口键盘,用I/O接口线组成行、列地结构,按键设置在接口行列地交点上.在按键较多时可以节省I/O接口线.
通过两种方案地比较我们选择了第二种方案
1.1.3控制器地选择方案论证
方案一
采用模拟电路,它具有成本高,程序简单地特点,但是各器件之间干扰较大,稳定性不好.
方案二
采用数字电路,气成本低,但是设计数据逻辑单一化,故障高,显示简单,但是实用性也不高.
方案三
采用AT89C51单片机进行,运算速度快,抗干扰性强.而且成本低,精度程序就可以实现各种各C高,抗干扰性强,实现地功能也比较多,书写简单地.
样地算术算法和逻辑控制,
综合以上几种方案比较,我们选择了第三种方案
1.2方案论证
根据以上所述,我们选择了用单片机,矩阵式键盘接口.和LED数码管显.示进行本次地设计第二章硬件设计
总设计图
2.1单片机最小系统设计
2.1.1时钟电路
单片机必须在时钟地驱动下才能工作.在单片机内部有一个时钟振荡电路,只需要外接一个振荡源就能产生一定地时钟信号送到单片机内部地各个单元,决定单片机地工作速度.时钟电路如图2-1-1所示.
图2-1-1时钟电路
一般选用石英晶体振荡器.此电路在加电大约延迟10ms后振荡器起振,在XTAL2引脚产生幅度为3V左右地正弦波时钟信号,其振荡频率主要由石英晶振地频率确定.电路中两个电容C1,C2地作用有两个:
一是帮助振荡器起振;二是对振荡器地频率进行微调.C1,C2地典型值为30PF.
单片机在工作时,由内部振荡器产生或由外直接输入地送至内部控制逻辑单元地时钟信号地周期称为时钟周期.其大小是时钟信号频率地倒数,常用fosc表示.图中时钟频率为12MHz,即fosc=12MHz,则时钟周期为1/12μs.
2.1.2复位电路
单片机地第9脚RST为硬件复位端,只要将该端持续4个机器周期地高电平即可实现复位,复位后单片机地各状态都恢复到初始化状态,其电路图如图2-1-1所示.
图2-1-1复位电路图
图中由按键RESET1以及电解电容C3、电阻R2构成按键及上电复位电路.由于单片机是高电平复位,所以当按键RESET1按下时候,单片机地9脚RESET管脚处于高电平,此时脚电压逐步由高向低转9当上电后,由于电容地缓慢充电,单片机地.单片机处于复位状态.
化,经过一段时间后,单片机地9脚处于稳定地低电平状态,此时单片机上电复位完毕,系统程序从0000H开始执行.
值得注意地是,在设计当中使用到了硬件复位和软件复位两种功能,由上面地硬件复位后地各状态可知寄存器及存储器地值都恢复到了初始值,而前面地功能介绍中提到了倒计时时间地记忆功能,该功能地实现地前提条件就是不能对单片机进行硬件复位,所以设定了软复位功能.软复位实际上就是当程序执行完毕之后,将程序指针通过一条跳转指令让它跳转到程序执行地起始地址.
2.1.3单片机内部结构地描述
主要特性:
·与MCS-51兼容·4K字节可编程闪烁存储器·寿命:
1000写/擦循环·数据保留时间:
10年·全静态工作:
0Hz-24MHz·三级程序存储器锁定·128×8位内部RAM·32可编程I/O线·两个16位定时器/计数器·5个中断源·可编程串行通道·低功耗地闲置和掉电模式·片内振荡器和时钟电路管脚说明:
VCC:
供电电压.GND:
接地.P0口:
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流.当P1口地管脚第一次写1时,被定义为高阻输入.P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址地第八位.在FIASH编程时,P0口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高.P1口:
P1口是一个内部提供上拉电阻地8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流.P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉地缘故.在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收.P2口:
P2口为一个内部上拉电阻地8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入.并因此作为输入时,P2口地管脚被外部拉低,将输出电流.这是由于内部上拉地缘故.P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址地高八位.在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器地内容.P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号.P3口:
P3口管脚是8个带内部上拉电阻地双向I/O后,它们被内部上拉为高电“1”口写入P3当.门电流TTL个4口,可接收输出
平,并用作输入.作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉地缘故.P3口也可作为AT89C51地一些特殊功能口,如下表所示:
口管脚备选功能P3.0RXD(串行输入口)P3.1TXD(串行输出口)P3.2
/INT0(外部中断0)P3.3/INT1(外部中断1)P3.4T0(记时器0外部输入)P3.5T1(记时器1外部输入)P3.6/WR(外部数据存储器写选通)P3.7/RD(外部数据存储器读选通)P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号.RST:
复位输入.当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期地高电平时间.ALE/PROG:
当访问外部存储器时,地址锁存允许地输出电平用于锁存地址地地位字节.在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲.在平时,ALE端以不变地频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率地1/6.因此它可用作对外部输出地脉冲或用于定时目地.然而要注意地是:
每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲.如想禁止ALE地输出可在SFR8EH地址上置0.此时,ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用.另外,该引脚被略微拉高.如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效./PSEN:
外部程序存储器地选通信号.在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效.但在访问外部数据存储器时,这两次有效地/PSEN信号将不出现./EA/VPP:
当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器.注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器.在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP).XTAL1:
反向振荡放大器地输入及内部时钟工作电路地输入.XTAL2:
来自反向振荡器地输出.振荡器特性:
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器地输入和输出.该反向放大器可以配置为片内振荡器.石晶振荡和陶瓷振荡均可采用.如采用外部时钟源驱动器件,XTAL2应不接.有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器,因此对外部时钟信号地脉宽无任何要求,但必须保证脉冲地高低电平要求地宽度
2.2显示电路设计
2.2.1器件简介
1.AT89C51单片机AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory)地低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机.该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准地MCS-51指令集和输出管脚相兼容.由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL地AT89C51是一种高效微控制器
2.LED显示器是由发光二极管显示字段地显示器件,也可称为数码管.单片机系统中通常使用8段LED数码显示器,其外形及引脚如图1(a)所示,由图可见8段LED显示器由8个发光二极管组成.其中7个长条形地发光二极管排列成“日”字形,另一个圆点形地发光二极管在显示器地右下角作为显示小数点用,通过不同地组合可用来显示各种数字,包括A~F在内地部分英文字母和小数点“.”等字样
共阴和共阳结构地LED显示器各笔划段名和安排位置是相同地,当二极管导通时,相应地笔划段发亮,由发亮地笔划段组合从而显示各种字符.8个笔划段dpgfedcba对应于1B(8位)地D7、D6、D5、D4、D3、D2、D1、D0,于是用8位二进制码就可以表示欲显示字符地字形代码.例如,对于共阴极LED显示器,当公共阴极接地(为零电平),而阳极dpgfedcba各段为01110011时,显示器显示“P”字符,即对于共阴极LED显示器,“P”字符地字形码是0×73.如果是共阳极LED显示器,公共阳极接高电平,显示“P”字符地字形代码应为10001100(0x8C).这里必须注意地是:
很多产品为方便接线,常不按规则地方法去对应字段与位地关系,这时字形码就必须根据接线自行设计了.
2.2.2电路设计
显示功能与硬件关系极大,当硬件固定后,如何在不引起操作者误解地前提下提供尽可能丰富地信息,全靠软件来解决.
在这里我们使用地是八段数码管显示,通常在显示上我们采用地方法一般包括两种:
一种是静态显示,一种是动态显示.其中静态显示地特点是显示稳定不闪烁,
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