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1、单片机课程设计 课程题目： 基于单片机-8路抢答器 专 业： 电子信息科学与技术 年 级： 091 2012 年 1 月 2 日目 录摘要31 单片机的应用技术32 系统设计要点4 2.1 抢答器的硬件设计要求4 2.2 计分器的硬件设计要求42.3 人机交互程序设计.43 电子智能抢答器系统的硬件电路设计5 3.1 硬件模块方案.5 3.2 计分器的电路设计5 3.3 抢答器的电路设计74 软件设计.94.1 抢答器系统软件的流程图.94.2计分器系统的软件流程.104.3键盘扫描程序流程图.104.4 抢答数码显示软件程序设计.124.5 音乐音频输出程序流程图.135 单片机干扰防护14
2、 5.1 采用隔离技术14 5.2 正确的接地措施14结论.15程序.152 摘 要电子智能抢答计分器在抢答过程中，为了知道哪一组或哪一位选手先答题，必须要设计一个系统来完成这个任务。如果在抢答中，靠视觉是很难判断出哪组先答题。利用单片机系统来设计抢答器，使以上问题得以解决，即使两组的抢答时间相差几微秒，也可分辨出哪组优先答题。抢答组数可以在八组以内任意使用，本系统设计为模块形式采用九针插头进行连接，系统工作原理本系统采用AT89S51单片机作为核心。控制系统的五个模块分别为：单片机最小系统、显示模块、显示驱动模块、抢答开关模块、音乐音频输出模块。关键词：单片机；显示；驱动；抢答1 单片机的应
3、用技术单片机由硬件系统与软件系统组成。硬件系统是指构成微机系统的实体与装置，通常由运算器、控制器、存储器、输入接口电路和输入设备、输出接口电路和输出设备等组成。其中运算器和控制器一般做在一个集成芯片上，统称中央处理单元（Central Processing Unit），简称CPU，是微机的核心部件。CPU配上存放程序和数据的存储器、输入/输出（Input/Output，简称I/O）接口电路以及外部设备即构成单片机的硬件系统。软件系统是微机系统所使用的各种程序的总称，人们通过它对微机进行控制并与微机系统进行信息交换，使微机按照人的意图完成预定的任务。软件系统与硬件系统共同构成完整的单片微型计算机
4、系统，两者相辅相成，缺一不可。2 系统设计要点系统设计主要包括硬件和软件两大部分，依据控制系统的工作原理和技术性能，将硬件和软件分开设计。硬件设计部分包括电路原理图、合理选择元器件、绘制线路图，然后对硬件进行调试、测试，以达到设计要求。软件设计部分，首先在总体设计中完成系统总框图和各模块的功能设计，拟定详细的工作计划；然后进行具体设计，包括各模块的流程图，选择合适的编程语言和工具，进行代码设计等；最后是对软件进行调试、测试，达到所需功能要求。硬件电路是采用结构化系统设计方法，该方法保证设计电路的标准化、模块化。硬件电路的设计最重要的选择用于控制的单片机，并确定与之配套的外围芯片，使所设计的系统
5、既经济又高性能。硬件电路设计还包括输入输出接口设计，画出详细电路图，标出芯片的型号、器件参数值，根据电路图在仿真机上进行调试，发现设计不当及时修改，最终达到设计目的。软件设计的方法与开发环境的选取有着直接的关系，本系统由于是采用51系列单片机，因此使用Keil C语言进行开发。此编程工具相比汇编语言具有结构化、适用范围大、可移植性好等特点。本系统软件设计采用模块化系统设计方法，先编写各个功能模块子程序，然后进行组合与调整，经过调试后，达到设计功能要求。2.1 抢答器的硬件设计要求抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S1S8表示。设置一个系统清除和抢答控制按扭，该按扭由主持人控制
6、。抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。2.2 计分器的硬件设计要求加减计分有三位显示，用串行通信口，显示分数，用4*4阵列式键盘进行同时加减和单组加分。2.3 人机交互程序设计系统的人机交互程序设计，主要是解决按键的扫描与信息的显示，让操作者能够灵活地控制系统工作。键盘用来输入指令，发光数码管用来显示单片机的状态，这是一个比较简单的人机交互形式。3 电子智能抢答器系统的硬件电路设计3.1 硬件模块方案主控制器模块：采用AT89C51单片几机控制抢答器
7、显示模块：数码管显示电源方案的选择：采用三端稳压器电路抢答器键盘模块：独立式键盘计分器显示模块：采用带有锁存功能的移位寄存器74LS595芯片计分器键盘模块：行列式键盘3.2 计分器的电路设计主控制器采用AT89C51单片机作为微处理器，AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机，片内含4K bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash 存储单元。计分器的工作原理是采用最小系统，
8、用4x4键盘来输入是选手需要加减进行分数的加减输入。主板上的6个数码显示，加几分的数，按确定键后分数值从串口p3.0，p3.1传到计分器显示模块上再通过数码管驱动模块显示。原理图如图4.1所示图3.1计分器系统的硬件电路193.3 抢答器的电路设计3.3.1抢答电路模块抢答器的工作原理是采用单片机最小系统，用查询式键盘进行抢答。通过抢答按键模块，连接按键进行抢答。其工作原理为： 主持人按清零键后，选手可按键抢答，单片机锁存信号，屏蔽外界信号。串显示编号，并有丁冬声输出。抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。抢答器原理如图4.2。图4.2 抢答器原理图3.3.2抢答按键模块的设计抢答按键
9、模块的设计是通过利用光电耦合器，光电偶合器的输入/输出之间没有接触，能有效地防止输入端的电磁干扰以电藕合的方式进入应用系统，而且光电偶合器的输入阻抗很小，干扰源的内阻很大，所以能输入到光电偶合器的干扰电压很小。把单片机信号和按钮的信号隔开，采用+12V电源给单片机开关量的控制。其原理图如图4.3。图3.3 输入隔离电路4 软件设计4.1 抢答器系统软件的流程图抢答组数可以在八组以内任意使用，其流程如图5.1 图4.1抢答器系统软件的流程图4.2 计分器系统的软件流程检测P3.7状态初始化开始扫描键盘S1S8是那一个组要加分,并组号显示在主板上(六个数码管)为0单组加减分为1全部统一加减分加分按
10、键S14减分按键S15键盘录入分值,并显示在主板上(六个数码管)加分按键S12减分按键S13键盘录入分值,并显示在主板上(六个数码管)确定S16P1.7输入一个单次脉冲,并保持高电平(锁存数据由P3.0 P3.1串口输出显示分数)图4.2 计分器系统的软件流程4.3键盘扫描程序流程图本系统的键盘采用的是44矩阵式键盘，矩阵式键盘由行线和列线组成，按键位于行、列线的交叉点上。一个44的行、列结构可以构成一个含有16个按键的键盘，显然，在按键数量较多时，矩阵式键盘较之独立式按键键盘要节省很多I/O口。矩阵式键盘中，行、列线分别连接到按键开关的两端，在进行键盘扫描时，首先把矩阵键盘列线的第一根线置高
11、，然后分别再检测矩阵键盘行线是否有高电平的信号，如果有信号，那么就证明这根行线与第一根列线相交处的按键被按下了，单片机就读入这个键值。如果所有的四根行线都没有信号，那么就把第一根列线置低，把第二根列线置高，再一次检测行线有没有信号，然后依次类推。由于键盘扫描的速度很快，而人按键总会持续一定的时间，因此只要单片机处在等待输入的状态，这个键盘扫描程序基本上不会错过任何一个按键信号。由于一般人按键会有抖动，抖动信号造成键盘扫描时会出现一些错误的信号，要不就是扫描不进数据，要不就是重复输入很多次数据，因此需要有一个消除抖动的程序。让单片机不响应一些相关的抖动信号，而只响应一次确实存在的按键信号。消抖动
12、程序是这样实现的，当检测到一个脉冲信号时，并不立即认为是一次按键，而是延时一段时间以后再进行检测，如果三次检测都有信号，那么就认为有一次按键动作发生了。延时的选择非常重要，太快了，起不到消除抖动的效果，太慢了又让键盘太不灵活，错过较多的按键信号。键盘扫描程序的流程图如图4.3所示。图5.3键盘扫描程序流程4.4 抢答数码显示软件程序设计采用静态显示，显示器由9个共阳极数码管组成。输入只有两个信号，它们是串行数据线DIN和移位信号CLK。9个串/并移位寄存器芯片74LS164首尾相连，了九位共阳极七段数码管，共阳极数码管的8个发光二极管的阳极（二极管正端）连接在一起，通常，公共阳极接高电平（一般
13、接电源），七它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为低电平时，则该端所连接的字段导通并点亮，根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。此时，要求段驱动电路能吸收额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻，这里的限流电阻选100。数码显示程序流程如图5.4：图4.4数码显示程序流程4.5 音乐音频输出程序流程图音乐音频输出由P3.7输出，如图5.5开始输出音频脉冲低电平延时输出音频脉冲高电平延时图4.5音频输出程序流程图5 单片机干扰防护单片机应用系统在实际工作过程中，难免会受到各种外部或内部的干扰，使系统发生异常情况。比如，因干扰使程序指针发生错误时，
14、可能会将非操作码执行，造成程序执行的混乱（跑飞）或进入死循环，甚至可能会损坏元器件。干扰窜入应用系统的主要渠道有三条：通过电磁波辐射窜入系统的空间干扰；通过输入/输出通道窜入的通道干扰；电源的干扰。5.1 采用隔离技术对于供电系统的干扰，可以采用交流稳压器、不间断电源（UPS）、隔离变压器、底通虑波器等，以防止电源电压的波动和干扰噪声；在直流电源的抗干扰措施中，对应用系统中的不同等级的直流电源采取集成稳压块单独供电，以避免模块间的互相影响，使直流开关电源、DC-DC变换器以加强隔离提高电源稳定性等。在单片机应用系统的输入/输出通道中，普遍采用通道隔离技术来防止通道干扰。其中应用较多的是光电耦合
15、器。光电耦合器的输入/输出之间没有接触，能有效地防止输入端的电磁干扰以电耦合的方式进入应用系统，而且光电耦合器的输入阻抗很小，干扰源的内阻很大，所以能输入到光电偶合器的干扰电压很小。5.2 正确的接地措施在低频电路中，因寄生电抗的影响不大，常采用一点接地，以减少地线造成的地环路。在单片机系统中，数字地和模拟地应分别接地，即使一个芯片上有两种地也要分别接地，然后再在一点处把两种分别连接起来。在研制印刷电路板时，对地线的分布、形状、长度和宽度等也有一定的要求，比如地线要呈辐射状，避免环行，地线要宽，连接旁路电容的地线不要太长等。单片机应用系统中的数字地、模拟地（低电平电路地）、大功率电气设备等强电
16、设备的地（噪声地）、机壳或其他金属构件的屏蔽地应分开布置并在一点上和电源地相连。每个单元宜采用一个接地点，地线应尽量加粗以减少地线的阻抗。在采用屏蔽双绞线传递信号时，应将地与工作地连在一起。要注意只能在一个点接地，以免形成回路，在屏蔽体上产生较大的噪声。结论通过这次课程设计。我们小组设计电子智能抢答计分器，采用了单片机技术、数字电子、模拟电子、制作电路板等相关技术。把在学校这一段时间所学知识连成一串。理论联系实践，体现出大学生动手能力。通过查资料和搜集有关的文献，培养了自学能力和动手能力。并且由原先的被动的接受知识转换为主动的寻求知识，这可以说是学习方法上的一个很大的突破。在以往的传统的学习模
17、式下，我们可能会记住很多的书本知识，但是通过毕业论文，我们学会了如何将学到的知识转化为自己的东西，学会了怎么更好的处理知识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开发出来。但在以后的工作中，我们会严格要求自己，追求完美。程序：ORG0000HAJMPMAINORG0030HMAIN:MOVSP,#60HCJNEA,#0EH,NEXT2NEXT1:ACALLKEYSZACALLDISPLAYSJMPMAINNEXT2:CJNEA,#0FH,MAINAJMPNEXT1ORG0100H
18、KEYSZ:PUSHPSWPUSHACC SETBRS1MOVR0,#DBUFMOVR7,#3L1:CLRRS1SETBRS1CJNEA,#0AH,L2L2:JNCL1MOVR0,AINCR0DJNZR7,L1POPACCPOPPSWCLRRS1RETKEYSCAN:MOVR3, #0F7HMOVR1,#00HL3:MOVA,R3MOVP1,AMOVA,P1MOVR4,ASETBCMOVR5,#04HL4:RLCAJNCKEYININCR1DJNZR5,L4MOVA,R3SETBCRRCAMOVR3,AJCL3SJMPKEYSCANKEYIN:MOVR7,#60D2:MOVR6,#248DJN
19、ZR6,$DJNZR7,D2D3:MOVA,P1XRLA,R4JZD3MOVA,R1MOVDPTR,#TABLEMOVCA,A+DPTRRETORG0200HDISPLAY:MOVR0,#DBUF MOVR2,#3 MOVDPTR,#SEGTABDISP: MOVA,R0 MOVCA,A+DPTR MOVSCON,#0 MOVSBUF,A JNBTI,$ CLRTI INCR0 DJNZR2,DISP RETDBUFEQU30HORG0000HAJMPMAINORG0030HMAIN:MOVSP,#60HACALLKEYSCANCJNEA,#0EH,NEXT2NEXT1:ACALLKEYSZA
20、CALLDISPLAYSJMPMAINNEXT2:CJNEA,#0FH,MAINAJMPNEXT1ORG0100HL1:CLRRS1ACALLKEYSCANSETBRS1CJNEA,#0AH,L2L2:JNCL1MOVR0,AINCR0DJNZR7,L1POPACCPOPPSWCLRRS1RETKEYSCAN:MOVR3, #0F7HMOVR1,#00HL3:MOVA,R3MOVP0,AMOVA,P0MOVR4,ASETBCMOVR5,#04HL4:RLCAJNCKEYININCR1DJNZR5,L4MOVA,R3SETBCRRCAMOVR3,AJCL3SJMPKEYSCANKEYIN:MOVR7,#60D2:MOVR6,#248DJNZR6,$DJNZR7,D2D3:MOVA,P0XRLA,R4JZD3MOVA,R1MOVDPTR,#TABLEMOVCA,A+DPTRRET END