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1.1概述………………………………………………………………………2
1.2设计要求…………………………………………………………………2
第二节四路抢答器设计正文…………………………………………………2
2.1总体设计…………………………………………………………………2
2.1.1抢答器的工作原理……………………………………………………2
2.1.2抢答器的总体设计……………………………………………………3
2.2硬件电路详细设计………………………………………………………3
2.2.180c51芯片………………………………………………………………3
2.2.2芯片的选择……………………………………………………………6
2.2.3复位电路的设计………………………………………………………6
2.2.4晶振电路的设计………………………………………………………7
2.2.5数码显示电路的设计…………………………………………………8
2.2.6报警电路的设计………………………………………………………8
2.2.7总电路的设计…………………………………………………………9
2.2.8PCB版图的绘制………………………………………………………9
2.3软件详细设计……………………………………………………………10
2.3.1主程序的设计…………………………………………………………10
2.3.2显示子程序的设计……………………………………………………10
2.3.3定时器T0、T1中断服务程序的设计………………………………11
2.3.4抢答处理程序的设计…………………………………………………11
2.3.5总程序…………………………………………………………………11
第三节实验结果及结论………………………………………………………12
第四节参考文献………………………………………………………………13
第一节课程设计目的
1.1概述
单片机原理及应用课程设计是学生综合运用所学知识,全面掌握单片微型计算机及其接口的工作原理、编程和使用方法的重要实践环节。
通过独立或协作提出并论证设计方案,进行软、硬件调试,最后获得正确的运行结果,可以加深和巩固对理论教学和实验教学内容的掌握,进一步建立计算机应用系统整体概念,初步掌握单片机软、硬件开发方法,为以后进行实际单片机软、硬件应用开发奠定良好的基础。
课程设计的主要内容:
根据单片机原理及应用课程的要求,主要进行两个方面的设计,即单片机最小系统和接口技术应用设计。
其中,单片机最小系统主要要求学生熟悉单片机的内部结构和引脚功能、引脚的使用、复位电路、时钟电路、4个并行接口和一个串行接口的实际应用,从而可构成最小应用系统,并编程进行简单使用。
接口技术应用设计主要要求学生能综合运用单片机、存储器、常用接口芯片构成单片机应用系统,有针对性地进行软、硬件设计与开发。
1.2设计要求:
1、设置4个抢答台和四个抢答成功指示灯,1个比赛主持人开始按键和1个抢答指示灯以及1个LED显示器。
2、采用中断和查询结合的方法确定按键动作。
3、主持人按下“开始”键后,若有人抢答,则对应选手的指示灯点亮,并用7段LED显示抢答者的号码(1-4),同时蜂鸣器发出3声间隔一秒的警告音;
若9秒内无人抢答,则发出超时报警声,此题作废,主持人可按下“开始”键开始下一题的抢答。
第二节四路抢答器设计正文
2.1总体设计
2.1.1抢答器的工作原理
抢答器的工作原理是利用单片机的定时器T0、T1中断完成,其余状态循环调用显示子程序,用2个共阴极LED数码管来显示,用P2.0、P2.1、P2.2、P2.3口作为CD4511译码器的数据输入口,P1.0、P1.1、P1.2、P1.3口接4个选手按键,提供选手抢答,P1.4、P1.5、P1.6、P1.7接四个发光二极管作为抢答成功指示灯;
P0.0接蜂鸣器,超时报警,和提示抢答。
2.1.2抢答器的总体设计
倒计时方案方面利用MCS-51的内部的定时/计时器进行中断计时,配合软件延时实现倒计时。
该方案节省硬件成本,并且能够在定时器/计数器的使用、中断及程序设计方案方面得到锻炼与提高,显示方面采用穿行传输实现动态显示,该方案的硬件连接简单,但动态扫描的显示方式需占用CPU较多的时间,适用于单片机没有太多实时测控的任务场合。
抢答功能:
通过四路按键配合程序来实现抢答功能。
当主持人按下抢答键开始抢答后,此时任一路按下按钮均闭锁其它各路,由程序对键盘译码并显示最先按下抢答键的选手号。
并亮起主持人台和对应选手台上的抢答成功指示灯。
抢答限时:
主持人按下抢答键后,设置9秒为抢答时间。
若9秒内无人抢答,倒计时为0时发出报警,说明该抢答题目作废。
此时闭锁所有抢答按键,只有当主持人再次按下抢答键开始下一次抢答方可抢答。
2.2硬件电路详细设计
2.2.180C52芯片
80C52系列中,用CHMOS工艺制造的单片机都采用双列直插式(DIP)40脚封装,引脚信号完全相同。
1、为一般控制应用的8位单片机
2、晶片内部具有时钟振荡器(传统最高工作频率可至33MHz)
3、内部程式存储器(ROM)为8KB
4、内部数据存储器(RAM)为256B
5、外部程序存储器可扩充至64KB
6、外部数据存储器可扩充至64KB
7、32条双向输入输出线,且每条均可以单独做I/O的控制
8、5个中断向量源
9、3组独立的16位定时器
10、1个全双工串行通信端口
5.时钟电路
80C52单片机内有一个高增益反相放大器,其频率范围为1.2MHz~12MHz,XTAL1和XTAL2分别为放大器的输入端和输出端。
时钟可以由内部方式或外部方式产生。
80C52内部方式时钟电路如图2-10(a)所示。
在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件,就能构成自激振荡电路。
定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振电路。
电容器C1和C2主要起频率微调作用,电容值可选取为30pF左右(外接晶体时)或40pF左右(外接陶瓷谐振器时)。
80C52外部方式时钟电路如图2-10(b)所示。
XTAL1接外部振荡器,XTAL2悬空。
对外部振荡信号无特殊要求,只要保证脉冲宽度,一般采用频率低于12Hz的信号。
2.2.2芯片的选择
抢答器电路的核心是89C52单片机,其内部带有8KB的FLASHROM,无需外扩程序存储器;
抢答器没有大量的运算和暂存数据现有的256B篇内RAM已经能满足容量需求,故不需外扩片外RAM,系统配有2个8段数码显示管共用一个CD4511驱动,管采用共阴数码管,作为选手号的显示输出。
2.2.3复位电路的设计
复位电路的设计如图2-1所示:
图2-1复位电路原理图
该复位电路采用上电自动复位和手动复位两种复位方式,图中右侧引脚接到单片机的复位引脚。
要实现复位只需在,52系列单片机的RESET引脚上加上5ms的高电平就可以了。
上电复位是利用电容的充电来实现的,即上电瞬间RESET端的电位与Vcc相同,随着电容上储能增加,电容电压也逐渐增大,充电电流减小,RESET端的电位。
这样就会建立一个脉冲电压,调节电容与电阻的大小可对脉冲的持续时间进行调节。
通常若采用12MHz的晶振时,复位元件参数为22μF的电解电容和10kΩ的电阻。
按钮复位电路是通过按下复位按钮时,电源对RESET端维持两个机器周期的高电平实现复位的。
2.2.4晶振电路的设计
图2-2晶振电路原理图
MSC-52单片机的定时控制功能是用时钟电路和振荡器完成的,而根据硬件电路的不同,连接方式分为内部时钟方式和外部时钟方式。
本设计中采用内部时钟方式。
单片机内部有一个反相放大器,XTAL1、XTAL2分别为反相放大器的输入端和输出端,外接定时反馈元件组成振荡器(内部时钟方式),产生时钟送至单片机内部各元件。
时钟频率越高,单片机控制器的控制节拍就越快,运算速度也就越快。
一般来说单片机内部有一个带反馈的线性反相放大器,外界晶振(或接陶瓷振荡器)和电容就可组成振荡器,如图2-2所示。
加电以后延时一段时间(约10ms)振荡器产生时钟,不受软件控制,图中Y1为晶振,震荡产生的时钟频率主要由Y1确定。
电容C1,C2的作用有两个:
一是帮助振荡器起振,二是对振荡器的频率起微调作用,典型值为30pF。
2.2.5数码显示电路的设计
图2.3数码显示管电路图
数码显示管用来作为9秒倒计时显示和选手号,两个共阴极数码管共用一个CD4511驱动,每个数码管有一个位选端分别接P3.2、P3.3口。
P2.0、P2.1、P2.2、P2.3作为CD4511数据输入端。
2.2.6报警电路的设计
图2.4报警电路图
使用蜂鸣器作为报警电路,NPN三极管的基极通过电阻与单片机的P0.0引脚连接,再用330Ω的上拉电阻接电源,三极管的集电极接电源,发射极接蜂鸣器的正极。
当P0.0输出低电平时蜂鸣器响。
2.2.7总电路的设计
图2.5总电路原理图
2.2.8PCB板的制作
画好原理图检查无误后,画PCB版图,本设计由于电路连接比较简单,接线较少,所以用明线直接连接,不用制版,画出PCB版图的目的是便于插板时的布局和链接。
2.3软件详细设计
2.3.1主程序的设计
此程序的及时采用定时器T0和T1中断完成,其余状态循环调用显示子程序。
系统主程序流程图如图3-1所示。
图2-3-1系统主程序流程图
2.3.2显示子程序的设计
2.3.3定时器T0、T1中断服务程序的设计
定时器T0用于复位程序,当给RST口加10ms的复位信号时,单片机复位。
定时器T1用于计时程序,当主持人按下开始抢答按钮9秒内无人抢答时,蜂鸣器发出报警信号。
2.3.4抢答处理程序的设计
当有选手第一个按下抢答器按扭时数码管显示选手号码,同时选手指示灯点亮,蜂鸣器发出三声间隔1秒的警告,并锁定抢答。
当在此选手之后再有选手按下按扭时无效,数码管不变。
2.3.5四路抢答器程序
#include<
reg51.h>
#defineucharunsignedchar
unsignedcharcodetable[]={0x03,0x9f,0x25,0x0d,
0x99,0x49,0x41,0x1f,
0x01,0x09,0x11,0xc1,
0x63,0x85,0x61,0x71};
ucharkey;
ucharnum,time_num;
voiddelay(uchari)
{
ucharj,k;
for(j=i;
j>
0;
j--)
for(k=125;
k>
k--);
}
voidbee()
WR=0;
delay(255);
WR=1;
key_scan()
uchartemp;
temp=P1;
temp=temp&
0xf0;
if(temp!
=0xf0)
{
delay(10);
{
switch(temp)
case0xe0:
key=1;
break;
case0xd0:
key=2;
case0xb0:
key=3;
case0x70:
key=4;
}
}
returnkey;
voidtime_scan()
if(time_num>
=20)
{
num++;
time_num=0;
}
P0=0xfb;
P2=table[num/10];
delay(5);
P0=0xf7;
P2=table[num%10];
while(num>
=60)
P0=0;
P2=0xfd;
voidmain()
EX0=1;
IT0=1;
key=0;
num=0;
time_num=0;
TMOD=0x01;
TH0=(65536-50000)/256;
TL0=(65536-50000)%256;
EA=1;
ET0=1;
TR0=1;
while
(1)
key_scan();
time_scan();
if(key!
=0)
bee();
while(key!
{
P2=table[key];
}
voidEX0()interrupt0
key=0;
voidtime0()interrupt1
TH0=(65536-50000)/256;
TL0=(65536-50000)%256;
time_num++;
2.3.5四路抢答器仿真图
第三节试验结果及结论(实验心得)
回顾两周的课程设计,使我深深体会到动手的重要性,即使有再好的理论基础没有实践都是空话。
周一至周二绘制原理图,,然后编程,虽然说大二的时候有过一次课程设计,但是需要用到的知识点和需要注意的细节问题也不一样。
这次最重要的我觉得是编程,这是这次课设的心脏部分。
单片机连接好,然后调试,调试并不是一帆风顺的,最终也没找出问题,这算是这次实习的唯一遗憾了。
在这几天中,体会到了团结协作的重要性和乐趣,有什么问题很想法拿出来一起探讨与分享,将会有更好的答案,活跃了一个人的思维,丰富了我们的头脑,学会去接受别人,肯定别人,同样也得到了别人的尊重与肯定,除了讨论之外,还需积极独立思考,唯独通过自己的独立思考,才能解决相关问题,才能提高对专业知识的熟悉程度,以后才能学会用,同样这也是我该努力的两个方向。
努力培养自己的理论联系实践的能力,我对实验过程的阐述能力。
在此要感谢我的指导老师,感谢老师给我这样的机会锻炼。
在整个设计过程中我懂得了许多东西,也培养了我独立工作的能力,树立了对自己工作能力的信心,相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。
第四节参考文献
【1】张毅刚单片机原理及应用高等教育出版社.2003年.
【2】赵嘉蔚张家栋霍凯编单片机原理及接口技术清华大学出版社2010年
【3】康华光电子技术基础数字部分(第四版)高等教育出版社,2000.7
课程设计
评语
成绩
指导教师
(签字)
年月日
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