六人搶答電路機(jī)電一體化畢業(yè)論文.pdf

周口職業(yè)技術(shù)學(xué)院 08 級(jí)機(jī)電一體化畢業(yè)論文設(shè)計(jì) - 1 - 目錄目錄 目錄 1 前言 2 摘要 3 第一章系統(tǒng)概述與原理方框圖 4 1.1計(jì)算機(jī)電子技術(shù)發(fā)展概述與系統(tǒng)問(wèn)題的提出4 1.2方案的選擇及設(shè)計(jì)思路與原理方框圖5 第二章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 9 2.1四路搶答器系統(tǒng)電源的設(shè)計(jì)與分析7 2.2中央控制器- AT89C205111 2.3六路搶答器系統(tǒng)的外圍電路的設(shè)計(jì)與分析15 第三章 系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計(jì)16 3.1程序流程圖16 3.2程序設(shè)計(jì)17 第四章產(chǎn)品的制作、 安裝與調(diào)試20 4.1PCB 板的制作 20 4.2元件安裝焊接及系統(tǒng)調(diào)試21 總 結(jié)23 鳴 謝24 附 件 25 參考材料 26 周口職業(yè)技術(shù)學(xué)院 08 級(jí)機(jī)電一體化畢業(yè)論文設(shè)計(jì) - 2 - 前言前言 21 世紀(jì)是瞬息萬(wàn)變的信息社會(huì)?，F(xiàn)代信息技術(shù)由三大部分組 成，信息的采集傳感技術(shù)，信息傳遞通信技術(shù)，信息處理 計(jì)算機(jī)技術(shù)。而電子產(chǎn)品正在以前所未有的革新速度,向著功 能多樣化，體積最小化，功耗最低化的方向發(fā)展。它與傳統(tǒng)電子產(chǎn) 品在設(shè)計(jì)上的顯著區(qū)別一是大量使用大規(guī)?？删帉?xiě)芯片，以提高產(chǎn) 品性能，縮小產(chǎn)品體各，降低產(chǎn)品功耗，二是廣泛運(yùn)用現(xiàn)代計(jì)算機(jī) 技術(shù)，以提高電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化程序，縮短開(kāi)發(fā)周期，提高產(chǎn)品的競(jìng) 爭(zhēng)力。單片機(jī)的單芯片的微小體積和極低的成本，可廣泛地嵌入到 電子系統(tǒng)，辦公自動(dòng)化、艦船、個(gè)人信息終端及通信產(chǎn)品等方方面 面，成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中最重要的智能化工具。 目前，形式多樣、功能完備的搶答器已廣泛應(yīng)用于電視臺(tái)、商 業(yè)機(jī)構(gòu)、學(xué)校及企事單位它為各種競(jìng)賽增添了刺激性、娛樂(lè)性，在 一定程度上豐富了人們的業(yè)余生活。 在我們以前所學(xué)習(xí)的課程中，根據(jù)所學(xué)的知識(shí)來(lái)設(shè)計(jì)數(shù)字此電 路。電路中主要的功能模塊是單片機(jī)、電源模塊、上位機(jī)等。在學(xué) 習(xí)了數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)的前提下，我們基本可以獨(dú)立理解和分析電 路，能夠了解 AT89C2051 單片機(jī)、七段數(shù)碼顯示器、音樂(lè) IC 等集 成電路，能夠知道這些集成電路的基本功用和應(yīng)注意的問(wèn)題。 周口職業(yè)技術(shù)學(xué)院 08 級(jí)機(jī)電一體化畢業(yè)論文設(shè)計(jì) - 3 - 六路搶答器的制作六路搶答器的制作 摘要摘要：文章首先介紹了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案思路與原理圖，進(jìn)而闡明了設(shè)計(jì) 6 路搶答器系統(tǒng)的意義。單片機(jī) AT8920C51 控制芯片及其外圍電路，數(shù) 碼顯示電路及其周?chē)娐罚刂齐娐?，語(yǔ)音電路等，軟件部分就針對(duì)一 些具體模塊進(jìn)行編程。整個(gè)系統(tǒng)采用單片機(jī)通訊方式，文中還介紹了單 片機(jī)接口與控制器之間的通訊情況以及該系統(tǒng)的 PCB 板制作。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：電子；搶答器；單片機(jī)； 輸入； 編程；調(diào)試； AllAll thethe duction. ResponderResponder Abstract:Abstract: this paper introduced the design ideas and system, and illustrates the principle diagram design 6 road system. Responder AT8920C51 MCU control circuit chip and its peripherals, digital display circuit, control circuit and its surrounding circuit, voice circuits, software for some specific part. The system adopts singlechip communication mode, this paper also introduces microcontrollerinterfaceandthecontrollerofthe communication between the system and the PCB production. Keywords:Keywords:electronic,Viestoanswerfirst,SCM,Input, Programming, Debugging, 周口職業(yè)技術(shù)學(xué)院 08 級(jí)機(jī)電一體化畢業(yè)論文設(shè)計(jì) - 4 - 第第 1 1 章章 系統(tǒng)概述與原理方框圖系統(tǒng)概述與原理方框圖 在本章中， 我們對(duì)四路搶答器的總體設(shè)計(jì)及其主要的功能特點(diǎn)進(jìn)行 簡(jiǎn)單的分析，并給出它的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)的功能以及系統(tǒng)的簡(jiǎn)單操作，以對(duì) 單片機(jī)及其控制系統(tǒng)的了解。 第第 1.11.1 節(jié)節(jié)計(jì)算機(jī)電子技術(shù)發(fā)展的概述與系統(tǒng)問(wèn)題的提出計(jì)算機(jī)電子技術(shù)發(fā)展的概述與系統(tǒng)問(wèn)題的提出 近年來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)析迅猛發(fā)展，使得計(jì)算機(jī)在工業(yè)，農(nóng)業(yè)，國(guó)防 科研及日常生活的各個(gè)領(lǐng)域顯示了日益旺盛的生命力， 它已成為各國(guó)工 業(yè)發(fā)展水平的主要標(biāo)志之一，是發(fā)展新技術(shù)，改造老技術(shù)的強(qiáng)有力的武 器。 目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，單片機(jī)的發(fā)展正朝 著 CMOS 化，低功耗，小體積，大容量，高性能，低價(jià)格和外圍電路的 內(nèi)裝化等幾個(gè)方面發(fā)展。近幾年，由于某種原因 CHMOS 技術(shù)的進(jìn)步，大 大地促進(jìn)了單片機(jī)的 CMOS 化，此種芯片除了低功耗外，還具有功耗的 可控性，使單片機(jī)可以工作在功耗精細(xì)管理狀態(tài)，特別是 IIC，API 等 串行總線的引入，可以使單片機(jī)的引腳設(shè)計(jì)得更少，單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更 加簡(jiǎn)化及規(guī)范化。 而我們?cè)O(shè)計(jì)出的 4 路搶答器是一種基于 MCS-51 智能鎖的硬件和軟 件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方法，這種電路設(shè)計(jì)具有按鍵有效提示,輸入錯(cuò)誤提示, 控制開(kāi)鎖電平,控制報(bào)警電路,在線修改功能等多種功能,保密性強(qiáng),靈 活性高,特別適用于家庭!辦公室!學(xué)生宿舍及賓館等場(chǎng)所。它具有全集 成化，智能化，高精度，高性能，高可靠性和低價(jià)格等優(yōu)點(diǎn)，是一個(gè)值 得推廣的一種方法。 接下來(lái)我們就對(duì)方案與設(shè)計(jì)原理方框圖進(jìn)行比較分 析。 周口職業(yè)技術(shù)學(xué)院 08 級(jí)機(jī)電一體化畢業(yè)論文設(shè)計(jì) - 5 - 第第 1.21.2 節(jié)節(jié)方案的選擇及設(shè)計(jì)思路與原理方框圖方案的選擇及設(shè)計(jì)思路與原理方框圖 為了使設(shè)計(jì)更具有針對(duì)性， 使用性更強(qiáng)， 我對(duì)們其進(jìn)行精心的設(shè)計(jì)， 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們想到了很多的設(shè)計(jì)方案。 1 12 21 1 設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)思路 設(shè)計(jì)一個(gè)智力競(jìng)賽搶答器，可同時(shí)供 N 名選手或者 N 個(gè)代表隊(duì)參加 比賽，他們的編號(hào)分別為 0,1,2N-1,各用一個(gè)搶答器按鈕,按鈕的編 號(hào)與選手的編號(hào)相對(duì)應(yīng),分別設(shè)為 S0,S1SN-1。節(jié)目主持人設(shè)置一個(gè) 控制開(kāi)關(guān)，用來(lái)控制系統(tǒng)的清零和搶答器的開(kāi)始。并且搶答器具有數(shù)據(jù) 鎖存和顯示的功能，搶答開(kāi)始手，若有選手按動(dòng)搶答按鈕，編號(hào)立即鎖 存，并在 LED 數(shù)碼管上顯示出選手的編號(hào)，同時(shí)蜂鳴器給出音響提示， 此外，要封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答，優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直 保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。 1 12.22.2 總體方框圖總體方框圖 系統(tǒng)的總體方框圖如下圖所示： 圖 1.1 搶答器系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖 周口職業(yè)技術(shù)學(xué)院 08 級(jí)機(jī)電一體化畢業(yè)論文設(shè)計(jì) - 6 - 該系統(tǒng)的主要輸入搶答輸入電路，譯碼電路，顯示電路等，控制電 路等電路組成，外圍電路少，功能單一，可不用編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是其也 有很大的缺點(diǎn)，比如不能按到多次，且手動(dòng)輸入的時(shí)間不能太長(zhǎng)，而且 時(shí)間也有一點(diǎn)限制。 且不能斷電， 斷電后將無(wú)法恢復(fù)， 輸入又無(wú)法顯示， 無(wú)可觀性，因此我們采用以下的方法。 利用單片機(jī) AT89C2051， 它是一種性能優(yōu)良的集成可編程的單片機(jī)， 其功能十分的強(qiáng)大，它把 CPU、存儲(chǔ)器、及 I/O 集成到一個(gè)芯片上，只 要外加少許電子零件便可以構(gòu)成一套簡(jiǎn)易的控制系統(tǒng)。 這樣可以降低設(shè) 計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品的硬件成本， 通過(guò)編程快速實(shí)現(xiàn)對(duì)不同密碼值的輸出與控 制。 多路搶答器系統(tǒng)的整個(gè)系統(tǒng)從大體來(lái)看可以分為鍵盤(pán)搶答輸入，系 統(tǒng)處理，數(shù)字?jǐn)?shù)碼管顯示，聲音的輸出以及對(duì)電腦的串口通信等。而本 設(shè)計(jì)將分為以下四個(gè)部分：鍵盤(pán)輸入部分，電源部分，數(shù)字顯示部分， MCU 中央處理部分和串口通信部分。 主要的系統(tǒng)電路有：電源電路、復(fù)位電路、單片機(jī)控制電路、單 片機(jī)控制輸出顯示電路，音頻控制輸出電路，24C02 防掉線數(shù)據(jù)保護(hù)電 路等。電路分析我們?cè)谙乱徽鹿?jié)中進(jìn)行分析。 該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有： 該產(chǎn)品的互換性好，響應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)，外圍電路簡(jiǎn) 單易懂，因此相對(duì)來(lái)說(shuō)體積小。 該系統(tǒng)能用軟件的方式設(shè)計(jì)硬件，所以用軟件方式設(shè)計(jì)的系統(tǒng) 向硬件系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換是由有關(guān)開(kāi)發(fā)軟件自動(dòng)完成的，易操作。 具有具體數(shù)字顯示的功能。 可以從以前的組合設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向真正的自由設(shè)計(jì)，所以設(shè)計(jì)的移植 性好，效率高?？蛇m合大規(guī)模的現(xiàn)場(chǎng)制作。 周口職業(yè)技術(shù)學(xué)院 08 級(jí)機(jī)電一體化畢業(yè)論文設(shè)計(jì) - 7 - 利用按鈕進(jìn)行輸入，輸入簡(jiǎn)單。 具有智能報(bào)警的功能，當(dāng)選定之后就馬上鎖定，并且發(fā)出音樂(lè) 聲音。大大提高了搶答器的可靠性。 因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)可集成在一個(gè)芯片上，因此體積小，功耗低，可 靠邊性更高。并且非常適合合分工作，團(tuán)隊(duì)精神。 第第 2 2 章章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 為使 6 路報(bào)警器能夠具有更好的實(shí)用性，并且具有更高的性能，我 們對(duì)該系統(tǒng)的硬件進(jìn)行精心的設(shè)計(jì)。 在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，為了能掌握電路設(shè)計(jì)的基本方法和步驟，論文首 先對(duì)一些電源的整流濾波和穩(wěn)壓電路的一些參數(shù)進(jìn)行分析與比較， 然后 詳細(xì)分析電路各組成部分（數(shù)碼管數(shù)字顯示電路，輸入電路，控制輸出 音頻電路等） ， 還詳細(xì)介紹了有關(guān)集成音樂(lè)電路、 中央處理器 AT89C2051 的工作原理及外圍電路的設(shè)計(jì)情況。 該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)采用了的整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。按實(shí)現(xiàn)的功能來(lái) 分， 可分為以下幾個(gè)部分。 其中， AT89C2051 單片機(jī)是整個(gè)電路的核心， 它控制其他模塊來(lái)完成各種復(fù)雜的操作。外圍電路包括復(fù)位電路，電源 電路、輸入電路，控制輸出音頻電路等。 第第 2.12.1 節(jié)節(jié) 四路搶答器系統(tǒng)電源的設(shè)計(jì)與分析四路搶答器系統(tǒng)電源的設(shè)計(jì)與分析 在設(shè)計(jì)整個(gè)搶答器的整個(gè)系統(tǒng)之前， 我們應(yīng)該先設(shè)計(jì)一個(gè)高精度的 電源，而我們首先對(duì)整流，濾波與穩(wěn)壓電路的工作原理及其一些基本的 參數(shù)進(jìn)行分析。再根據(jù)其性質(zhì)對(duì)電子密碼鎖的電源進(jìn)行精心設(shè)計(jì)。 周口職業(yè)技術(shù)學(xué)院 08 級(jí)機(jī)電一體化畢業(yè)論文設(shè)計(jì) - 8 - 2.1.1整流電路的工作原理及其參數(shù)分析整流電路的工作原理及其參數(shù)分析 整流是把交流電變換成直流電的過(guò)程， 它的基本原理是利用了晶體二極 管的單向?qū)щ娞匦浴?整流電路負(fù)載上的直流電壓就是輸出脈動(dòng)電壓的平均值。由傅里葉 級(jí)數(shù)展開(kāi)式可知，其輸出電壓可表示為： tftfftUU omO )2(4cos 15 2 )2cos( 3 2 2sin 2 11 （1） 式中 Uom/為直流分量，Uom/2 為基波交流分量，其它為諧波分量。 忽略二極管內(nèi)阻時(shí)，輸出直流電壓為： i iimom O U UUU U45. 0 2 （2） 式中 Uim為變壓器次級(jí)交流變壓器的峰值，Ui為其有效值。 橋式整流電路及信號(hào)的輸入、輸出波形。同理，其輸出電壓可表示 為： tftfUU omO )2(4cos 15 4 )2(2cos 3 42 （3） 輸出直流電壓為： i iimom O U UUU U9 . 0 2222 （4） 比較公式（2）與（4）可知：橋式整流電路的輸出直流電壓比半波 整流的高一倍。 為了衡量整流電源這一特性的好壞，常用紋波因數(shù)來(lái)表示。即： 直流電壓分量 值交流電壓分量的總有效 周口職業(yè)技術(shù)學(xué)院 08 級(jí)機(jī)電一體化畢業(yè)論文設(shè)計(jì) - 9 - 越小，輸出脈動(dòng)越小，表示整流電源的性能越好。 2.1.2 濾波電路的工作原理及其參數(shù)分析濾波電路的工作原理及其參數(shù)分析 雖然整流電路的輸出電壓包含一定的直流成分，但脈動(dòng)較大，須經(jīng) 過(guò)濾波才能得到較平滑的直流電壓。 常用濾波器有 C 型、 型、 型。本實(shí)驗(yàn)只研究 C 型與（RC） 型 濾波器。 C2= 100F，RL=1k，R = 100） 經(jīng)過(guò)電容的濾波作用后， 其輸出電壓變得比較平滑， 脈動(dòng)大大減小， 而且直流成分增加，對(duì) C 型濾波，負(fù)載 RL、C 的數(shù)值越大，紋波越小， 輸出直流電壓越接近于變壓器次級(jí)交流電壓的峰值 Uim，其輸出直流電 壓的范圍為： UO=（0.9 1.4）Ui 對(duì)于型濾波，輸出脈動(dòng)更小，但輸出直流電壓略有降低。 2.1.3 集成穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)集成穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì) 經(jīng)整流、濾波后產(chǎn)生的直流電源，雖然脈動(dòng)大大降低，但若負(fù)載電 流發(fā)生變化時(shí)，將直接影響輸出電壓的平均值，而在本系統(tǒng)中，當(dāng)氣體 濃度大于設(shè)定值時(shí)，將開(kāi)啟換氣扇進(jìn)行通風(fēng)，其對(duì)換氣扇的控制是通過(guò) 繼電器來(lái)完成的。 為防止過(guò)熱應(yīng)安裝散熱片； (在安裝時(shí),由于用力過(guò)猛,把引腳給壓斷過(guò)，因此在后面的安裝過(guò) 程中，我們特別小心)。 2.1.4 電源電路元件參數(shù)的選擇電源電路元件參數(shù)的選擇 濾波電容的選擇 濾波電容 C 的大小取決于放電回路的時(shí)間常數(shù)。RLC 越大，輸出電壓的 脈動(dòng)就越小。作為濾波電路，電容的容量越大越好，但容量越大的電容 其成本越高，使得設(shè)計(jì)出來(lái)的整流電路生產(chǎn)成本也增高，為了達(dá)到在滿(mǎn) 足要求的前提下，使得生產(chǎn)成本最低，通常取 RLC 為脈動(dòng)電壓中最低次 諧波周期的（35）倍，即 周口職業(yè)技術(shù)學(xué)院 08 級(jí)機(jī)電一體化畢業(yè)論文設(shè)計(jì) - 10 - d=RLC（35）T 最低次諧波 當(dāng)交流電源頻率為 50Hz 時(shí)，對(duì)于半波整流電路，由上式可求得濾波電 容的容量： C（35）T/RL=（35）0.02/RL 整流二極管的選擇 當(dāng)濾波電容進(jìn)入穩(wěn)定工作時(shí)， 電路的充電電流平均值等于放電電流平均 值，因此，二極管的最大整流電流可按下式進(jìn)行選擇： IFID=IL（半波整流） IFID=1/2IL（全波整流） 橋式整流電容濾波電路中，二極管的最高反向工作電壓為： URM1.414U=1.4149=12.7V 通過(guò)查找二極管的參數(shù)手冊(cè)，我們選擇 1N4007，其反向耐壓為 1000V， 工作電流為 1A，可以滿(mǎn)足本系統(tǒng)的要求。 電源變壓器的選擇 對(duì)于變壓器的選擇，主要是對(duì)變壓器功率和次級(jí)電壓的確定。 由式 UO=（0.9 1.4）Ui 這里 Ui是變壓器的次級(jí)輸出電壓，由上式可知： Ui= UO0.9=10V 系統(tǒng)的功率為:P=UI=90.2=1.8W 為了看清是否有電，我們?cè)陔娫措娐分袑?zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了電源指示燈 LED1， 發(fā)光二極管的工作電流為 15mA，為了防止電流過(guò)大燒毀發(fā)光管，我 們加入了限流電阻 R1，其阻值為： （5-1.2）/5=0.76K。這里我們?nèi)?2.2 K的電阻 因?yàn)橄到y(tǒng)是由單片機(jī)直接控制處理，其穩(wěn)定的電壓是十分重要的， 所以我們專(zhuān)門(mén)精心設(shè)計(jì)了一個(gè)穩(wěn)壓電源,使甲烷檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)能在各種 特殊的環(huán)境都能正常工作。 周口職業(yè)技術(shù)學(xué)院 08 級(jí)機(jī)電一體化畢業(yè)論文設(shè)計(jì) - 11 - 第第 2.22.2 節(jié)節(jié) 中央控制器中央控制器- AT89C2051AT89C2051 A AT89C2051 是由美國(guó) Atmel 公司生產(chǎn)的至今為止世界上最新型的 高性能八位單片機(jī)。該芯片采用 FLASH 存儲(chǔ)技術(shù)，內(nèi)部具有 2KB 字節(jié)快 閃存存儲(chǔ)器，采用 DIP 封裝，是目前在中小系統(tǒng)中應(yīng)用最為普及的單片 機(jī)。 、AT89C2051 的特點(diǎn) AT89C2051 具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： AT89C2051 與 MCS-51 系列的單片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼 容； 、AT89C201 的功能描述 AT89C2051 是一種低損耗、高性能、CMOS 八位微處理器，片內(nèi)有 4k 字節(jié)的在線可重復(fù)編程、快速擦除快速寫(xiě)入程序的存儲(chǔ)器，能重復(fù) 寫(xiě)入/擦除 1000 次，數(shù)據(jù)保存時(shí)間為十年。 、 AT89C2051 引腳功能 AT89C51 單片機(jī)為 20 引腳芯片如圖 2.10 所示： 周口職業(yè)技術(shù)學(xué)院 08 級(jí)機(jī)電一體化畢業(yè)論文設(shè)計(jì) - 12 - 、口線：P1、P3 共 2 個(gè)八位口。 P1 口是專(zhuān)門(mén)供用戶(hù)使用的 I/O 口,是準(zhǔn)雙向口，其中 P1.0 和 P1.1 除作為普通 I/O 用外， 還可作為電壓比較器輸入端。 P3口是雙功能口,該口的每一位均可獨(dú)立地定義為第一I/O 功能或第二 I/O 功能。 VCC： 工作電源+5V GND ：電源地。 VPP： 訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器允許信號(hào)。 RST：復(fù)位信號(hào)輸入端。 XTAL1：片內(nèi)振蕩器輸入端。 XTAL2：片內(nèi)振蕩器輸出端。 RXD：串行口輸入。 TXD：串行口輸出。 ALE：訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，它作為鎖存擴(kuò)展地址低字節(jié)的控 制信號(hào)的輸入。 控制口線:PSEN(片外選取控制)、ALE(地址鎖存控制)、EA(片 外存儲(chǔ)器選擇)、RESET(復(fù)位控制); .2 時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)與工作原理分析的設(shè)計(jì)與工作原理分析 8031/8051 單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩 方式和外部振蕩方式。 在引腳 XTAL1 和 XTAL2 外接晶體振蕩器(簡(jiǎn)稱(chēng)晶振)或陶瓷諧振器， 就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，當(dāng) 外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。電容器 Cl，C2 起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，其電容值一般在 5-30pF。晶振頻 率的典型值為 12MHz，采用 6MHz 的情況也比較多。內(nèi)部振蕩方式所得 周口職業(yè)技術(shù)學(xué)院 08 級(jí)機(jī)電一體化畢業(yè)論文設(shè)計(jì) - 13 - 的時(shí)鐘信號(hào)比較穩(wěn)定，實(shí)用電路中使用較多。 外部振蕩方式是把外部已有的時(shí)鐘信號(hào)引入單片機(jī)內(nèi)。這種方式適 宜用來(lái)使單片機(jī)的時(shí)鐘與外部信號(hào)保持同步。 外部振蕩信號(hào)由 XTAL2 引入，XTAL1 接地。為了提高輸入電路的驅(qū) 勸能力，通常使外部信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)帶有上拉電阻的 TTL 反相門(mén)后接入 XTAL2。 .3、單片機(jī)的、單片機(jī)的基本時(shí)序單位基本時(shí)序單位介紹介紹 單片機(jī)以晶體振蕩器的振蕩周期(或外部引入的時(shí)鐘周期)為最小 的時(shí)序單位，片內(nèi)的各種微操作都以此周期為時(shí)序基準(zhǔn)。 振蕩頻率二分頻后形成狀態(tài)周期或稱(chēng) s 周期，所以，1 個(gè)狀態(tài)周期 包含有 2 個(gè)振蕩周期。 振蕩頻率 foscl2 分頻后形成機(jī)器周期 MC。 所以， 1 個(gè)機(jī)器周期包含有 6 個(gè)狀態(tài)周期或 12 個(gè)振蕩周期。 1 個(gè)到 4 個(gè)機(jī)器周 期確定一條指令的執(zhí)行時(shí)間，這個(gè)時(shí)間就是指令周期。8031 單片機(jī)指 令系統(tǒng)中，各條指令的執(zhí)行時(shí)間都在 1 個(gè)到 4 個(gè)機(jī)器周期之間。 4 種時(shí)序單位中，振蕩周期和機(jī)器周期是單片機(jī)內(nèi)計(jì)算其它時(shí)間值 (例如，波特率、定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間等)的基本時(shí)序單位。 .4、單片機(jī)、單片機(jī)復(fù)位電路復(fù)位電路的設(shè)計(jì)與分析的設(shè)計(jì)與分析 當(dāng)MCS-5l系列單片機(jī)的復(fù)位引腳RST(全稱(chēng)RESET)出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周 期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。如果 RST 持續(xù)為高電平， 單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。 根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和上電或開(kāi) 關(guān)復(fù)位。上電復(fù)位要求接通電源后，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。常用的上電復(fù) 位電路如下圖 A 中左圖所示。圖中電容 C1 和電阻 R1 對(duì)電源十 5V 來(lái)說(shuō) 構(gòu)成微分電路。上電后，保持 RST 一段高電平時(shí)間，由于單片機(jī)內(nèi)的等 周口職業(yè)技術(shù)學(xué)院 08 級(jí)機(jī)電一體化畢業(yè)論文設(shè)計(jì) - 14 - 效電阻的作用，不用圖中電阻 R1，也能達(dá)到上電復(fù)位的操作功能，如 下圖(A)中右圖所示。 上電或開(kāi)關(guān)復(fù)位要求電源接通后，單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位，并且在單片機(jī) 運(yùn)行期間，用開(kāi)關(guān)操作也能使單片機(jī)復(fù)位。常用的上電或開(kāi)關(guān)復(fù)位電路 如上圖(B)所示。上電后，由于電容 C3 的充電和反相門(mén)的作用，使 RST 持續(xù)一段時(shí)間的高電平。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行當(dāng)中時(shí)，按下復(fù)位鍵 K 后松 開(kāi)， 也能使 RST 為一段時(shí)間的高電平， 從而實(shí)現(xiàn)上電或開(kāi)關(guān)復(fù)位的操作。 根據(jù)實(shí)際操作的經(jīng)驗(yàn)，下面給出這兩種復(fù)位電路的電容、電阻參考值。 上圖(A)中：Cl10-30uF，R11k 上圖 127(B)中：C：1uF，Rllk，R210k .5、單片機(jī)復(fù)位后的狀態(tài)單片機(jī)復(fù)位后的狀態(tài)的分析的分析 單片機(jī)的復(fù)位操作使單片機(jī)進(jìn)入初始化狀態(tài)， 其中包括使程序計(jì)數(shù) 器 PC0000H，這表明程序從 0000H 地址單元開(kāi)始執(zhí)行。單片機(jī)冷啟動(dòng) 后， 片內(nèi) RAM 為隨機(jī)值， 運(yùn)行中的復(fù)位操作不改變片內(nèi) RAM 區(qū)中的內(nèi)容， 21 個(gè)特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)為確定值，值得指出的是，記住一 些特殊功能寄存器復(fù)位后的主要狀態(tài)，對(duì)于了解單片機(jī)的初態(tài)，減少應(yīng) 用程序中的韌始化部分是十分必要的。 周口職業(yè)技術(shù)學(xué)院 08 級(jí)機(jī)電一體化畢業(yè)論文設(shè)計(jì) - 15 - 第第 2 23 3 節(jié)節(jié)六路搶答器系統(tǒng)的外圍電路的設(shè)計(jì)與分析六路搶答器系統(tǒng)的外圍電路的設(shè)計(jì)與分析 其工作原理為：接通電源后，單片機(jī) AT89C2051 自動(dòng)復(fù)位，搶答器 處于工作狀態(tài)，數(shù)碼管無(wú)顯示，當(dāng)開(kāi)始搶答時(shí)，四個(gè)開(kāi)關(guān) SB1-SB4 處于 工作狀態(tài)，此時(shí)單片機(jī)處于檢測(cè)狀態(tài)，無(wú)論四個(gè)開(kāi)關(guān)哪一個(gè)先按下后， 其它開(kāi)關(guān)將無(wú)效，此時(shí)數(shù)碼管顯示對(duì)應(yīng) 開(kāi)關(guān)的數(shù)字（SB1 為 1，SB2 為 2，SB3 為 3，SB4 為 4），此時(shí)通過(guò) P3.7I/O 控制音樂(lè) IC 工作，音樂(lè)響起，30S 后自動(dòng)結(jié)束，顯示管清零狀 態(tài)，準(zhǔn)備下輪搶答。 .1 搶答器電路搶答器電路 總的來(lái)講，搶答器電路圖可大概用圖來(lái)表示（可參考附圖） 。該 電路具有兩個(gè)功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的 編號(hào)，同時(shí)譯碼顯示電路顯示編號(hào)；二實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)通信。 .2 音樂(lè)電路音樂(lè)電路 通過(guò)單片機(jī)的 P3.7 口控制音樂(lè) IC 的工作。 當(dāng) P3.7 口輸出一低平信號(hào)是， VT1 導(dǎo)通，+5V 電壓經(jīng)過(guò) VT1，R11；CW1 為穩(wěn)壓二極管，其電壓為 3.6V，即提供 3.6V 電壓給音樂(lè) IC 供電。 只要音樂(lè) IC 電壓正常， 則音樂(lè)電路則正常啟動(dòng)， BJ015 B 端則輸出信號(hào)，經(jīng) VT2 驅(qū)動(dòng) SP1。經(jīng) 30S 后，單片 P3.7 口輸出復(fù)位信號(hào)，則 VT1 不導(dǎo)通，IC3 無(wú)電壓，則音樂(lè)電路停止工作。 對(duì)于有觸發(fā)端的電路設(shè)計(jì)一般有兩種啟動(dòng)方式： 1、通過(guò)電子開(kāi)關(guān)控制音樂(lè)集成電路的供電，從而控制音樂(lè)集成電路是 否工作。 2、這種方式的電路設(shè)計(jì)，必須把觸發(fā)端直接和正電源端相接，這樣只 要一向音樂(lè)集成電路供電，其觸發(fā)端便得到一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，啟動(dòng)電 周口職業(yè)技術(shù)學(xué)院 08 級(jí)機(jī)電一體化畢業(yè)論文設(shè)計(jì) - 16 - 路工作，這種方式只要一直保證向音樂(lè)集成電路供電，它便會(huì)反復(fù) 地演湊； 3、向觸發(fā)端送入觸發(fā)信號(hào)。 4、這種方式的電路設(shè)計(jì)要求讓音樂(lè)集成電路始終接入電源，而通過(guò)外 電路向其送入觸發(fā)信號(hào)，從而啟動(dòng)電路工作。 第 三 章第 三 章系 統(tǒng) 的 軟 件 程 序 設(shè) 計(jì)系 統(tǒng) 的 軟 件 程 序 設(shè) 計(jì) 3.13.1 程序流程圖程序流程圖 圖 3.1 主程序流程圖 周口職業(yè)技術(shù)學(xué)院 08 級(jí)機(jī)電一體化畢業(yè)論文設(shè)計(jì) - 17 - 3.23.2 程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì) 以下為設(shè)計(jì)參考程序： ； 程 序 開(kāi) 始 ;6 路 搶 答 器 程 序 ;輸 入 輸 出 口 預(yù) 定 義 SWITCH2EQUP1.0; YINYUEEQUP3.7; K1 EQUP3.0; K2 EQUP3.1; K3 EQUP3.2; K4 EQUP3.3; DATEQU 60H; ORG0000H AJMPSTART; ORG0013H; RETI; ORG0023H; RETI START: MOVP1,#0FFH ;端 口 初 始 化 MOVP3,#0FFH ; MOV20H,#0FFH ; MOVDAT,#00H; MAIN: 周口職業(yè)技術(shù)學(xué)院 08 級(jí)機(jī)電一體化畢業(yè)論文設(shè)計(jì) - 18 - JB K1,LOOP2 ;K1 按 下 ? MOVP1,#9FH;1 MOVDAT,#1H; ACALL YINDA;調(diào) 用 應(yīng) 答 子 程 序 AJMPMAIN;返 回 LOOP2: JB K2,LOOP3 ;K2 按 下 ? MOVP1,#25H;2 MOVDAT,#2H; ACALL YINDA; AJMPMAIN; LOOP3: JB K3,LOOP4 ;K3 按 下 ? MOVP1,#0DH;3 MOVDAT,#3H; ACALL YINDA; AJMPMAIN; LOOP4: JB K4,LOOP5 ;K4 按 下 ? MOVP1,#99H;4 MOVDAT,#4H; ACALL YINDA; AJMPMAIN; LOOP5: JB K5,LOOP6 ;K5 按 下 ? 周口職業(yè)技術(shù)學(xué)院 08 級(jí)機(jī)電一體化畢業(yè)論文設(shè)計(jì) - 19 - MOVP1,#49H;5 MOVDAT,#5H; ACALL YINDA; AJMPMAIN; ;* YINDA: CLRYINYUE;開(kāi) 啟 音 樂(lè) MOVR1,#20;寫(xiě) 入 延 時(shí) 時(shí) 間 值 YIN1: MOVR2,#100 YIN2: ACALL DEL5MS; JNBR_AN, YIN3;若 按 下 復(fù) 位 鍵 則 返 回 DJNZR2,YIN2;延 時(shí) 30 秒 DJNZR1,YIN1; YIN3: SETBYINYUE;關(guān) 閉 音 樂(lè) MOVP1,#0FFH ;關(guān) 顯 示 RET;返 回 ;延 時(shí) 子 程 序 ;晶 振 :12M ;* DEL1MS: MOVR6,#24 周口職業(yè)技術(shù)學(xué)院 08 級(jí)機(jī)電一體化畢業(yè)論文設(shè)計(jì) - 20 - DEL1MS1: MOVR7,#19 DEL1MS2: DJNZR7,DEL1MS2 DJNZR6,DEL1MS1 RET ;* DEL5MS: MOVR7,#45 DEL5MS1: MOVR6,#54 DEL5MS2: DJNZR6,DEL5MS2 DJNZR7,DEL5MS1 RET END 第第 4 4 章章產(chǎn)品的制作、安裝與調(diào)試產(chǎn)品的制作、安裝與調(diào)試 第第 4.1 節(jié)節(jié)PCB 板圖的制作板圖的制作 .1 電路圖的繪制電路圖的繪制 (1)、在 Protel 中先新建一個(gè)文檔，把所需要的元件載入到文檔里 面。 周口職業(yè)技術(shù)學(xué)院 08 級(jí)機(jī)電一體化畢業(yè)論文設(shè)計(jì) - 21 - (2)、再按照系統(tǒng)電路圖繪制導(dǎo)線，把元件連好線。 (3)、通過(guò)電氣檢查如果沒(méi)有錯(cuò)誤，那么系統(tǒng)的電路圖就繪制完成。 .2 PCBPCB 板的制作板的制作 用 Protel99 設(shè)計(jì)好 PCB 板，認(rèn)真檢查正確無(wú)誤以后就開(kāi)始制作電 路板其過(guò)程包括打印、轉(zhuǎn)印、蝕刻和鉆孔四個(gè)主要制作工序。下面分 別敘述制作過(guò)程。 、打印 、轉(zhuǎn)印 、蝕刻 、鉆孔 第第 4.2 節(jié)節(jié)元件元件安裝安裝焊接焊接及及系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試 .1 元件安裝的基本要求與原則元件安裝的基本要求與原則 制造電子產(chǎn)品，可靠性與安全是二個(gè)重要因素,而零件的安裝對(duì)于 保證產(chǎn)品的安全可靠是至關(guān)重要的。如何疏忽都可能造成整機(jī)工作失 常，甚至導(dǎo)致更為嚴(yán)重的后果。 元件安裝的基本要求 保證導(dǎo)通與絕緣的電氣特性，電氣連接的通與斷是安裝的核心 這里所說(shuō)的通與斷，不僅是安裝后簡(jiǎn)單的使用萬(wàn)用表測(cè)試的結(jié)果，而且 要考慮在振動(dòng)。 保證機(jī)械強(qiáng)度，電子產(chǎn)品在使用過(guò)程中，不可避免的需要運(yùn)輸 和搬動(dòng)，會(huì)發(fā)生各種有意或無(wú)意達(dá)到振動(dòng)，沖擊，如果機(jī)械安裝不夠牢 固，電氣連接不夠可靠，都有可能因?yàn)榧铀俣鹊乃查g受力使裝置受到損 害。 周口職業(yè)技術(shù)學(xué)院 08 級(jí)機(jī)電一體化畢業(yè)論文設(shè)計(jì) - 22 - 保證傳熱的要求，在安裝中，必須考慮某些零部件在傳熱，電 磁方面的要求。 安裝時(shí)接地與屏蔽要充分利用，接地與屏蔽一是消除外辦對(duì)產(chǎn) 品的電磁干擾， 1 1、數(shù)字搶答器調(diào)試、數(shù)字搶答器調(diào)試 用相關(guān)軟件（例如 WEWB）先對(duì)數(shù)字搶答器進(jìn)行模擬調(diào)試，再到 具體的電路中真實(shí)調(diào)試。首先，對(duì)主持人控制開(kāi)關(guān)能否正常復(fù)位進(jìn)行檢 查。其次，對(duì)按鈕狀態(tài)與顯示器的顯示是否相符。 2 2、電源電路調(diào)試、電源電路調(diào)試 主要對(duì) 7