8位抢答器课设说明书文档格式.docx
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4.熟悉Keil软件,程序的编译与调试。
5总结各个模块,编写总体设计说明书。
(2)个人任务:
熟悉Keil软件,程序的编译与调试。
三、工作量要求:
1、提交课程设计说明书一份(电子版及纸质版)
3、提交利用编译与调试结果结果(电子版)
学生:
陈长林指导教师:
李菊梅
目录
微机原理课程设计(三级项目)任务书2
一、概述4
1.1课程设计的任务5
二、总体设计方案与选择6
2.1模块框图6
三、硬件设计模块6
3.1硬件电路设计6
3.2硬件原理图7
3.3复位电路的设计8
3.4
显示电路的设计9
3.5键盘扫描电路的设计9
3.6.锁存器9
3.7.AT89C51单片机10
3.8系统总图10
四、软件设计模块12
4.1.软件任务分析12
4.2主程序系统结构图12
4.3.程序设计13
4.3.protenus仿真13
五系统调试13
5.1.软件介绍13
5.2调试流程概念14
5.3具体操作15
六、课程设计收获21
七参考文献22
一、概述
本设计是以八路抢答为基本理念。
利用AT89C51单片机及外围接口实现的抢答系统,利用单片机使得系统能够正确地进行计时,同时使数码管能够正确地显示时间。
用开关做键盘输出,扬声器发生提示。
同时系统能够实现:
在抢答中,只有开始后抢答才有效,如果在开始抢答前抢答为无效;
抢答限定时间和回答问题的时间可在1-99s设定;
可以显示是哪位选手有效抢答和无效抢答,正确按键后有音乐提示;
抢答时间和回答问题时间倒记时显示,满时后系统计时自动复位及主控强制复位;
按键锁定,在有效状态下,按键是无效的。
《单片机原理及应用》是一门技术性,应用性、实践性很强的学科。
课程设计是学好本门课程的又一重要实践性教学环节,通过课程设计可以有效地培养培养我们自身的实践运用能力。
本文以抢答器为设计中心,充分利用软、硬件的结合,实现所需的功能。
1.1课程设计的任务
通过这次设计,掌握51单片机的原理,了解简单多功能抢答器组成原理,初步掌握多功能抢答器的调整及测试方法,提高动手能力和排除故障的能力。
同时通过本课题设计与装配、调试,提高自己的动手能力,巩固已学的理论知识,建立单片机理论和实践的结合,了解多功能抢答器各单元电路之间的关系及相互影响,从而能正确设计、计算定时计数的各个单元电路。
初步掌握多功能抢答器的调整及测试方法。
提高动手能力和排除故障的能力。
(1)设置一个总开关,控制整个系统的开关。
(2)具有锁存和显示优先抢答选手的编号功能,并一直保持到主持人将系统清除为止。
(3)抢答器具有定时抢答功能。
当主持人启动“开始”按钮后,定时器开始减计时,参赛选手在设定的时间内进行抢答,抢答有效,定时器停止工作,显示抢答的时间,并保持到主持人将系统清除为止。
如果定时时间已到,无人抢答,本次抢答无效,系统报警并禁止抢答,显示器上显示00。
(4)设有主持人控制的开始和复位清除按钮,且主持人可以手动调控答题规定的时间。
(5)参赛选手首先抢到答题权时,显示器上显示出该选手的号码。
二、总体设计方案与选择
2.1模块框图
本系统采用模块化设计的八路抢答器,在抢答比赛中广泛应用,各组分别有一个抢答按钮。
一共有8个按键输入,分别对应8路选手的抢答按键。
三、硬件设计模块
3.1硬件电路设计
本设计分为硬件设计和软件设计,这两者相互结合,不可分离;
从时间上看,硬件设计的绝大部分工作量是在最初阶段,到后期往往还要做一些修改。
只要技术准备充分,硬件设计的大返工是比较少的,软件设计的任务贯彻始终,到中后期基本上都是软件设计任务,随着集成电路技术的飞速发展,各种功能很强的芯片不断出现,使硬件电路的集成度越来越高,硬件设计的工作量在整个项目中的所占的比重逐渐下降。
为使硬件电路设计尽可能合理.
应注意以下几方面:
(1)
尽可能采用功能强的芯片,以简化电路.
(2)
留有设计余地。
(3)
程序空间
(4)
I/O端口
3.2硬件原理图
(1)系统原理图
系统原理图
3.3复位电路的设计
单片机的第9脚RST为硬件复位端,只要将该端持续4个机器周期的高电平即可实现复位,复位后单片机的各状态都恢复到初始化状.
显示电路的设计
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的前提下提供尽可能丰富的信息,全靠软件来解决。
在这里我们使用的是七段数码管显示,通常在显示上我们采用的方法一般包括两种:
一种是静态显示,一种是动态显示。
其中静态显示的特点是显示稳定不闪烁,程序编写简单,但占用端口资源多;
动态显示的特点是显示稳定性没静态好,程序编写复杂,但是相对静态显示而言占用端口资源少。
在本设计中根据实际情况采用的是动态显示方法。
3.5键盘扫描电路的设计
键盘是人与单片机打交道的主要设备。
关于键盘硬件电路的设计方法也可以在文献和书籍中找到,配合各种不同的硬件电路,这些书籍中一般也提供了相应的键盘扫描程序。
站在系统监控软件设计的立场上来看,仅仅完成键盘扫描,读取当前时刻的键盘状态是不够的,还有不少问题需要妥善解决,否则,人们在操作键盘就容易引起误操作和操作失控现象。
在单片机应用中键盘用得最多的形式是独立键盘及矩阵键盘。
它们各有自己的特点,其中独立键盘硬件电路简单,而且在程序设计上也不复杂,一般用在对硬件电路要求不高的简单电路中;
矩阵键盘与独立键盘有很大区别,首先在硬件电路上它要比独立键盘复杂得多,而且在程序算法上比它要烦琐,但它在节省端口资源上有优势得多,因此它更适合于多按键电路。
其次就是消除在按键过程中产生的“毛刺”现象。
这里采用最常用的方法,即延时重复扫描法,延时法的原理为:
因为“毛刺”脉冲一般持续时间短,约为几ms,而我们按键的时间一般远远大于这个时间,所以当单片机检测到有按键动静后再延时一段.(这里我们取10ms)后再判断此电平是否保持原状态,如果是则为有效按键,否则无
3.6.锁存器
OE为使能控制端,LE为锁存控制信号端。
74HC373有三种工作状态,当OE为低电平,LE为高电平时输出跟随输入。
当OE为低电平,LE由高电平降为低电平第输入端数据锁入内部寄存器中,内部寄存器的数据与输出相同,当LE保持为低电平时不会影响输出端的状态。
当OE为高电平是锁存器缓冲三态门封闭。
3.7.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的低电压,高性能CMOS8位微处理器。
各个引脚功能如下:
(1)电源:
VCC-芯片电源,接+5V;
VSS-接地端;
(2)时钟:
XTAL1、XTAL2-晶体振荡电路反相输入端和输出端。
(3)控制线:
ALE/PROGPSENEA/VppRES
(1)I/O口线:
P0、P1、P2、P3共四个八位口。
3.8系统总图
将各个模块连接到一起得到总图。
系统总图
四、软件设计模块
4.1.软件任务分析
Proteus:
它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能,还能仿真单片机及外围器件。
它是目前比较好的仿真单片机及外围器件的工具。
本次课程设计,主要由Keil和Proteus两个软件来完成程序编写和电路仿真。
其中Keil用于程序的编写,而后生成可供单片机使用的.hex文件。
Proteus用于搭建仿真电路,然后将Keil编译程序生成的.hex文件导入Proteus软件电路中的AT89C51单片机中,即可进行仿真。
4.2主程序系统结构图
4.3.程序设计
程序应分为宏定义、定时器中断函数、外部中断函数、按键扫描函数、LED显示函数、延时函数、抢答开始函数、抢答复位函数和主函数9个部分。
程序流程图
4.3.protenus仿真
(1)本次仿真用了Proteus软件,Proteus的ISIS是一款Labcenter出品的电路分析实物仿真系统,可仿真各种电路和IC,并支持单片机,元件库齐全,使用方便,是不可多得的专业的单片机软件仿真系统。
(1)查找所需要的元器件;
(2)根据电路图进行连线;
(3)写线所对应的的坐标;
(4)下载说写完的程序即可仿真。
五系统调试
5.1.软件介绍
(1)Proteus
ISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。
它运行于Windows操作系统上,可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路,Proteus
是目前最好的模拟单片机外围器件的工具,它可以仿真51
系列等.Proteus
与其它单片机仿真软件不同的是,它不仅能仿真单片机CPU
的工作情况,也能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况。
该软件的特点是:
①实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。
具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能;
有各种虚拟仪器,如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。
②支持主流单片机系统的仿真。
目前支持的单片机类型有:
68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。
③提供软件调试功能。
在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能,同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态,因此在该软件仿真系统中,也必须具有这些功能;
同时支持第三方的软件编译和调试环境,如Keil
C51
uVision2等软件。
④具有强大的原理图绘制功能。
总之,该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件,功能极其强大。
(2)Keil
C51标准C编译器为8051微控制器的软件开发提供了C语言环境,同时保留了汇编代码高效,快速的特点。
C51编译器的功能不断增强,
使你可以更加贴近CPU本身,及其它的衍生产品。
C51已被完全集成到uVision2的集成开发环境中,这个集成开发环境包含:
编译器,汇编器,实时操作系统,项目管理器,调试器。
uVision2
IDE可为它们提供单一而灵活的开发环境。
它可以支持所有8051的衍生产品,也可以支持所有兼容的仿真器,同时支持其它第三方开发工具。
5.2调试流程概念
(1)软件任务分析和硬件电路设计结合进行,哪些功能由硬件完成,哪些任务由软件完成,在硬件电路设计基本定型后,也就基本上决定下来了。
软件任务分析环节是为软件设计做一个总体规划。
从软件的功能来看可分为两大类:
一类是执行软件,它能完成各种实质性的功能,如测量,计算,显示,打印,输出控制和通信等,另一类是监控软件,它是专门用来协调各执行模块和操作者的关系,在系统软件中充当组织调度角色的软件。
这两类软件的设计方法各有特色,执行软件的设计偏重算法效率,与硬件关系密切,千变万化。
软件任务分析时,应将各执行模块一一列出,并为每一个执行模块进行功能定义和接口定义(输入输出定义)。
在各执行模块进行定义时,将要牵扯到的数据结构和数据类型问题也一并规划好。
各执行模块规划好后,就可以监控程序了。
如何安排监控软件和各执行模块。
整个系统软件可分为后台程序(背景程序)和前台程序。
后台程序指主程序及其调用的子程序,故通常将监控程序(键盘解释程序),显示程序和打印程序等与操作者打交道的程序放在后台程序中执行;
而前台程序安排一些实时性要求较高的内容,如定时系统和外部中断(如掉电中断)。
也可以将全部程序均安排在前台,后台程序为“使系统进入睡眠状态”,以利于系统节电和抗干扰。
软件编程与调试使用分模块功能的方法实现,软件调试模块包括显示功能模块、调整时间功能模块、抢答功能模块以及报警功能模块,各个功能模块之间相互独立。
各模块调试成功后,主程序main按功能完成顺序调用各模块程序,各软件模块首先要通过PC和仿真器进行软件调试,当仿真效果符合要求,再写进单片机看是否能在实际电路板上正常工作,最后再对主程序进行调试。
5.3具体操作
(1)在PROTEUS绘制好原理图后,调入已编译好的目标代码文件:
*.HEX,可以在PROTEUS的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。
在软件调试过程中,
建文档
第一阶段,我根据程序流程图在草稿上写出主体程序,然后逐步细化,采用模块化程序设计方法,如初始子程序,延时子程序等等,这样简洁明了,很方便查找问题;
第二阶段,我将所写的程序输入到电脑上,利用Keil软件调试:
新建项目,保存,新建文件,编译,仿真。
在软件仿真中,我在工程项目的
Source
Group1母文件夹下添加了两个子文件(一个原文件,一个修改后的文件)
,然后点击Rebuild
All
Target
Files编译图标,编译器马上给我提示,程序正确!
程序调试结果
PROTEUS不仅可将许多单片机实例功能形象化,也可将许多单片机实例运行过程形象化。
前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果,后者则是实物演示实验难以达到的效果。
例:
元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。
(2)我们采用Proteus软件与Keil软件整合构建单片机虚拟实验平台。
首先在PC上利用Proteus软件自己搭建硬件电路,并利用系统提供的功能完成电路分析、系统调试和输出显示的硬件设计部分;
同时在Keil软件中编制程序,进行相应的编译和仿真,完成系统的软件设计部分。
当系统的设计工作完成后,我们可以在PC上看到最终的运行效果。
最后再通过proteus设计PCB,再完成真正硬件的调试。
仿真开始
8号抢答成功
六、课程设计收获
本文研究设计的八路抢答器采用了通用的电子元器件,利用AT89C51单片机及外围接口实现强大系统,利用单片机的定时器、计数器定时和计数的原理,将软‘硬件有机的结合起来。
理论联系时间,体现出大学生的动手能力。
通过查资料和收集有关的文献,培养了自学能力和动手能力。
并且有原先的被动接受只是转换为主动寻求只是,这可以收拾学习方法上的一个很大突破。
在以往的传统学习模式下,我们可能会记住很多书本知识,但是通过毕业设计,我们学会了如何将学到的知识化为自己的东西,学会了怎么更好的处理只是和实践相结合的问题,把握重点,攻克难关,学到用到活学活用。
在设计过程中由于时间仓促有很多地方难免存在不足之处,硬件设计已经完成,在软件设计中有些功能还尚未能开发出来。
但在以后的工作中,我们会严格要求自己最求完美。
整个设计通过软件和硬件上的调试,仿真。
我想这些对于自己以后的学习和工作都会有很大的帮助。
在这次设计中遇到很多实际性的问题,在实际设计中才发现,书本上德尔理论性的东西与实际运用中的还是有一定的出入的,所以有些问题不但要深入的理解,而且要不断的更正以前的错误思维。
对于单片机设计,器硬件电路时比较简单的,主要是解决程序设计中的问题。
因此可以说单片机的设计师软件和硬件的结合,二者是密不可分的。
七参考文献
(1)
苏平,单片机的原理与接口技术[M].北京:
电子工业出版社
(2)
周润景,张丽娜.基于PROTEUS的电路及单片机系统设计与仿真[M]
.北京:
航空航天大学出版社
(3).康华光,《电子技术基础.数字部分(第四版)》高等教育出版社
(4)李朝青
刘艳玲.单片机原理及接口技术.北京航空航天大学出版社
(5)李增生.对《抢答器》的改进[J].电子制作
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