基于單片機的八路搶答器電路設計

1、第一部分 系統(tǒng)整體方案設計與比較一、實驗目的1、掌握系統(tǒng)整體方案設計的方法2、培養(yǎng)分析系統(tǒng)設計方案的能力二、實驗內(nèi)容針對本次課題，提出幾種總體設計方案，并比較其優(yōu)缺點，確定一套方案為本課題采納的方案。三、實驗原理與方法本次課程設計設計的是一個多路定時搶答器，是一個多于兩位選手參賽的一個搶答器，具有鎖存和顯示功能。同時有主持人控制系統(tǒng)的清零和搶答的開始。搶答開始后，若有任何一名選手按動搶答按鈕，搶答器就會顯示該選手編號直至系統(tǒng)被主持人清零，并有揚聲器發(fā)出提示，同時其他人再搶答就無效了。這次設計的搶答器還有自動定時功能，主持人可以設定選手答題的時間。當主持人啟動“開始”鍵后，定時器會自動減計時，這

2、個會顯示在顯示器上。選手只有在搶答時間內(nèi)搶答才有效，若在答題時間內(nèi)沒有選手答題，時間到時，報警電路就會發(fā)出警報亮燈并且禁止搶答。搶答器由計數(shù)器、寄存器、集成定時器和譯碼顯示等組合、時序電路組成?？煞譃閾尨痣娐罚〞r電路，報警電路等幾個單元部分。每個單元電路分別可以處理一些搶答競賽中的基本問題。四、實驗步驟1、方案設計按照目前的各種技術及要求，要設計一個八路搶答器主要有以下方案：方案一：采用數(shù)電技術實現(xiàn)。方案二：采用編程技術通過設計簡單電路實現(xiàn)。2、方案比較方案一設計的搶答器的電路主要是由搶答器開關電路、觸發(fā)電路、觸發(fā)鎖存電路、編程器、七段顯示譯碼器幾部分構成。搶答電路主要采用優(yōu)先編碼器74ls

3、148和74ls279完成。此外還有定時電路，報警電路，時序控制電路等。方案二設計的電路圖簡單明了，避免重復，控制起來更加方便。搶答器對參賽選手的動作的先后有很強的分辨力，即使先后只相差幾毫秒，搶答器也能分辨出來，搶答器直接實現(xiàn)了動作選手的編號，并保持到主持人清零為止，且實現(xiàn)的功能較多，比如增設了開啟錦囊，回答和搶答時間均可隨意調(diào)整，故采用方案二。五、實驗記錄與結論方案一將搶答按鈕先直接與鎖存器而不是優(yōu)先編碼器相連，將最先搶答的選手的編號鎖定，再依次經(jīng)過優(yōu)先編碼器、譯碼器和七段顯示器，最后顯示的是搶答選手的編號，經(jīng)過優(yōu)先編碼器后的信號到單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器又與報警電路直接連接，所以顯示編

4、號的同時可以發(fā)出報警信號。另外由主持人控制開關和其他部分電路通過門電路實現(xiàn)對搶答電路、定時電路和報警部分電路的控制。方案二主持人按動開始搶答的開關后，最先搶答的選手的電平信號先經(jīng)過優(yōu)先編碼器，再依次經(jīng)過數(shù)據(jù)鎖存器，此時已經(jīng)限制了其他選手的搶答，信號再經(jīng)過譯碼器和七段數(shù)碼顯示器，將最先搶答的該選手的編號顯示出來，并同時產(chǎn)生報警信號，到此完成的是搶答功能；如果沒有人搶答， 30秒減計數(shù)器減到00時也會發(fā)出報警信號，此是完成計時功能。這種方案原理比較簡單，組裝電路比較簡單，相對方案一要簡單，所以采用方案一能夠完全實現(xiàn)本次設計的要求。第二部分 原理圖的繪制及仿真軟件訓練一、實驗目的掌握原理圖的繪制方法

5、和protel軟件的使用掌握電路仿真的方法和proteus軟件的使用二、實驗內(nèi)容練習使用protel軟件，并且用其繪制系統(tǒng)原理圖。練習使用proteus軟件，并且用來仿真單片機的部分實例。三、實驗原理與方法本次實驗主要用到了protel軟件和proteus軟件。protel軟件介紹：protel是portel公司在80年代末推出的eda軟件，在電子行業(yè)的cad軟件中，它當之無愧地排在眾多eda軟件的前面，是電子設計者的首選軟件，它較早就在國內(nèi)開始使用，在國內(nèi)的普及率也最高，有些高校的電子專業(yè)還專門開設了課程來學習它，幾乎所有的電子公司都要用到它，許多大公司在招聘電子設計人才時在其條件欄上常會寫

6、著要求會使用protel。proteus軟件介紹：proteus軟件是英國labcenter electronics公司出版的eda工具軟件。它不僅具有其它eda工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發(fā)應用的科技工作者的青睞。proteus是世界上著名的eda工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到pcb設計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、pcb設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺。四

7、、實驗步驟使用protel繪制原理圖的步驟：1、設計圖紙大小。首先要構思好零件圖，設計好圖紙大小。圖紙大小是根據(jù)電路圖的規(guī)模和復雜程度而定的，設置合適的圖紙大小是設計好原理圖的第一步。 2、設置protel 99 se/schematic設計環(huán)境。包括設置格點大小和類型，光標類型等等，大多數(shù)參數(shù)也可以使用系統(tǒng)默認值。 3、旋轉(zhuǎn)零件。用戶根據(jù)電路圖的需要，將零件從零件庫里取出放置到圖紙上，并對放置零件的序號、零件封裝進行定義和設定等工作。 4、原理圖布線。利用protel 99 se/schematic提供的各種工具，將圖紙上的元件用具有電氣意義的導線、符號連接起來，構成一個完整的原理圖。 5、

8、調(diào)整線路。將初步繪制好的電路圖作進一步的調(diào)整和修改，使得原理圖更加美觀。 6、報表輸出。通過protel 99 se/schematic提供的各種報表工具生成各種報表，其中最重要的報表是網(wǎng)絡表，通過網(wǎng)絡表為后續(xù)的電路板設計作準備。 7、文件保存及打印輸出。最后的步驟是文件保存及打印輸出。 使用proteus仿真的步驟1、添加元件；添加本次仿真所需要的元件到元件列表。2、放置元件；將添加進來的元件，放置到原理圖編輯區(qū)中。3、電路圖布線；將各個元件連接起來。4、系統(tǒng)仿真；導入程序文件，進行仿真，觀察結果。五、實驗記錄與結論使用protel繪制出來的單片機最小系統(tǒng)的原理圖截圖：使用proteus設計

9、的數(shù)碼管顯示實例截圖（6號選手搶答成功）：第三部分 系統(tǒng)軟件設計及硬件設計一、實驗目的1.掌握系統(tǒng)硬件電路部分設計的思路和單元模塊設計的方法。2.掌握系統(tǒng)軟件部分設計方法，理解模塊化編程的概念。二、實驗內(nèi)容設計該搶答器系統(tǒng)各個部分的硬件電路，并且在protel和proteus中畫出原理圖。用wave軟件，設計出系統(tǒng)軟件的程序代碼。三、實驗原理與方法系統(tǒng)硬件電路模塊設計1、控制模塊，如下圖：單片機（scm）是單片微型計算機（single chip microcomputer）的簡稱。它是把中央處理器cpu、隨機存儲器ram、只讀存儲器rom、i/o接口電路、定時/計數(shù)器以及輸入輸出適配器都集成在

10、一塊芯片上，構成一個完整的微型計算機。它的最大優(yōu)點是體積小，可放在儀表內(nèi)部。但存儲量小，輸入輸出適配器簡單，功能較低。目前，單片機在民用和工業(yè)測控領域得到最廣泛的應用，早已深深地融入人們的生活中。簡單的說，用單片機系統(tǒng)來設計搶答器，實現(xiàn)兩組的搶答時間即使是相差幾微秒，也可分辨出哪組優(yōu)先答題。時鐘復位及振蕩電路模塊，如下圖：晶振的頻率為12mhz，提供89c51的時鐘脈沖使89c51工作，復位電路是單片機初始化，使單片機重新開始執(zhí)行程序。當復位開關按下rst由低電平變?yōu)楦唠娖剑瑒t程序從頭開始執(zhí)行，在此次課程設計電路中當一個問題結束主持人后按下復位開關后進行下一題的準備。xtal1和xtal2分別

11、為反向放大器的輸入和輸出，該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器、石英晶體振蕩器和陶瓷振蕩器均可采用，如采用外部時鐘源驅(qū)動 選手搶答模塊，如下圖：at89c51的p1口做一個為選手搶答的輸入按鍵引腳，p1.0至p1.7輪流輸出低電位，給每一個選手編號1至8，當選手按下按鈕時，p1口個端口的電平變化從p1口輸入，經(jīng)單片機處理后從p0輸出由數(shù)碼管顯示搶答者編號。顯示與顯示驅(qū)動電路此電路包括顯示和驅(qū)動，顯示采用數(shù)碼管，驅(qū)動用p2口， 違規(guī)者編號、搶答30秒倒計時、正常搶答者編號和回答問題時間60秒倒計時，數(shù)碼管采用動態(tài)顯示。驅(qū)動電路p2口，查詢顯示程序利用p0口做段選碼口輸出p2低3位做位選碼輸出，當為低

12、電平則能驅(qū)動數(shù)碼管使其顯示數(shù)字。在+5v電壓下接10k的電阻，保證正常壓降。蜂鳴器音頻及l(fā)ed燈輸出電路通過控制不同頻率的矩形脈沖來控制蜂鳴器發(fā)聲。此次課程設計中只需要一些簡單的提示聲音和稍微顯眼的燈控，有搶答違規(guī)，開始搶答，搶答時間結束和回答時間到得提示聲和亮燈提醒。2、系統(tǒng)軟件實現(xiàn)方法系統(tǒng)程序流程圖如下：四、實驗記錄與結論硬件原理圖如下：程序源代碼如下：ok equ 20h ring equ 22h org 0000h ajmp main org 0003h ajmp int0sub org 000bh ajmp t0int org 0013h ajmp int1sub org 001bh

13、 ajmp t1int org 0040hmain: mov r1,#30 mov r2,#60 mov tmod,#11h mov th0,#0f0h mov tl0,#0ffh mov th1,#3ch mov tl1,#0b0h setb ea setb et0 setb et1 setb ex0 setb ex1 clr ok clr ring setb tr1 setb tr0start: mov r5,#0bh mov r4,#0bh mov r3,#0bh acall display jb p3.0,next;ddddddd acall delay jb p3.0,next ac

14、all bark mov a,r1 mov r6,a setb ok mov r7,#01h mov r3,#0ah ajmp countnext: jnb p1.0,false1 jnb p1.1,false2 jnb p1.2,false3 jnb p1.3,false4 jnb p1.4,false5 jnb p1.5,false6 jnb p1.6,false7 jnb p1.7,false8 ajmp startfalse1: mov r3,#01h ajmp errorfalse2: mov r3,#02h ajmp errorfalse3: mov r3,#03h ajmp er

15、rorfalse4: mov r3,#04h ajmp errorfalse5: mov r3,#05h ajmp errorfalse6: mov r3,#06h ajmp errorfalse7: mov r3,#07h ajmp errorfalse8: mov r3,#08h ajmp errorint0sub:mov a,r1 mov b,#0ah div ab mov r5,a mov r4,b mov r3,#0ah acall display jnb p3.4,inc0 jnb p3.5,dec0 jnb p3.1,back0 ajmp int0subinc0: mov a,r

16、1cjne a,#63h,add0 mov r1,#00h acall delay1ajmp int0subadd0: inc r1 acall delay1 ajmp int0subdec0: mov a,r1 jz setr1 dec r1 acall delay1 ajmp int0subsetr1: mov r1,#63h acall delay1 ajmp int0subback0: reti int1sub:mov a,r2 mov b,#0ah div abmov r5,a mov r4,b mov r3,#0ah acall display jnb p3.4,inc1 jnb

17、p3.5,dec1 jnb p3.1,back1 ajmp int1subinc1: mov a,r2 cjne a,#63h,add1 mov r2,#00h acall delay1ajmp int1subadd1: inc r2 acall delay1 ajmp int1subdec1: mov a,r2 jz setr2 dec r2 acall delay1 ajmp int1subsetr2: mov r2,#63h acall delay1 ajmp int1subback1: reti repeat:mov a,r2 mov r6,a clr ring count: mov

18、r0,#00h mov th1,#3ch mov tl1,#0b0hrecount:mov a,r6;r6 mov b,#0ah div ab mov 30h,a mov 31h,b mov r5,30h mov r4,31h mov a,r6 subb a,#07h jnc larger mov a,r0 cjne a,#0ah,full clr ring ajmp checkfull: cjne a,#14h,check setb ring mov a,r6 jz quit mov r0,#00h dec r6 ajmp checklarger: mov a,r0 cjne a,#14h,

19、check dec r6 mov r0,#00hcheck: jnb p3.1,quit jnb ok,checkk ajmp nexttcheckk:jnb p3.0,repeat nextt: acall display jb ok,accout ajmp recountaccout: mov a,36h jnb acc.0,true1 jnb acc.1,true2 jnb acc.2,true3 jnb acc.3,true4 jnb acc.4,true5 jnb acc.5,true6 jnb acc.6,tz1 jnb acc.7,tz2 ajmp recount tz1:jmp

20、 true7 tz2:jmp true8 quit: clr ok clr ring ajmp starttrue1: acall bark mov a,r2 mov r6,a mov r3,#01h clr ok ajmp counttrue2:acall bark mov a,r2 mov r6,a mov r3,#02h clr ok ajmp counttrue3:acall bark mov a,r2 mov r6,a mov r3,#03h clr ok ajmp counttrue4:acall bark mov a,r2 mov r6,a mov r3,#04h clr ok

21、ajmp counttrue5:acall bark mov a,r2 mov r6,a mov r3,#05h clr ok ajmp counttrue6: acall bark mov a,r2 mov r6,a mov r3,#06h clr ok ajmp counttrue7:acall bark mov a,r2 mov r6,a mov r3,#07h clr ok ajmp counttrue8:acall bark mov a,r2 mov r6,a mov r3,#08h clr ok ajmp counterror: mov r0,#00h mov th1,#3ch m

22、ov tl1,#0b0h mov 34h,r3here: mov a,r0 cjne a,#06h,flash clr ring mov r3,#0ah mov r4,#0ah mov r5,#0ah ajmp check1flash: cjne a,#0ch,check1 setb ring mov r0,#00h mov r3,34h mov r5,#0bh mov r4,#0bh ajmp check1check1: jnb p3.1,quit1 acall display ajmp herequit1: clr ring clr ok ajmp startdisplay:mov dpt

23、r,#dat1 mov a,r3 movc a,a+dptr mov p2,#0feh mov p0,a acall delay2 mov dptr,#dat2 mov a,r5 movc a,a+dptr mov p2,#0fdh mov p0,a acall delay2 mov a,r4 movc a,a+dptr mov p2,#0fbh mov p0,a acall delay2 retdat1:db 00h,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00h,71h ;滅,1,2,3,4,5,6,7,8,9,滅,fdat2:db 3fh,06h,5bh,

24、4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00h,71hdelay1: mov 35h,#08hloop0: acall display djnz 35h,loop0 retdelay: mov 32h,#12hloop: mov 33h,#0afhloop1: djnz 33h,loop1 djnz 32h,loop retdelay2: mov 32h,#43hloop3: mov 33h,#1eh mov a,r7 jnz aaaa1 loop2: djnz 33h,loop2 djnz 32h,loop3 retaaaa1: mov a,p1 cjne a,#0ffh,a

25、a1 aa0: mov 36h,a ajmp loop2 aa1: dec r7 ajmp aa0bark: setb ring acall delay1 acall delay1 clr ringt0int: mov th0,#0ech mov tl0,#0ffh jnb ring,out; cpl p3.6; out: retit1int: mov th1,#3ch mov tl1,#0b0h inc r0 retiend第四部分 電路仿真及修改一、實驗目的1、掌握軟件仿真的原理及方法2、掌握proteus軟件中調(diào)試工具的使用方法二、實驗內(nèi)容利用proteus軟件進行系統(tǒng)仿真，并且使用pr

26、oteus中自帶的調(diào)試工具，修改設計過程中的錯誤。三、實驗原理與方法用proteus軟件畫出仿真圖，如下圖：四、實驗記錄及結果在proteus軟件加載好程序后，點擊仿真控制面板中的全速運行，觀察仿真結果，如下圖：此時數(shù)碼液晶顯示器亮起，顯示“f ff”，黃色發(fā)光二極管發(fā)光。若在此時按下開始按鈕，顯示器則顯示“30”，則代表要在30秒內(nèi)進行搶答，如下圖所示（倒數(shù)到29秒時）：此時搶答成功的號碼及規(guī)定完成答題的60秒計時會顯示在液晶顯示器上，如下圖所示（6號搶答成功60秒倒時器倒數(shù)到40時）：第五部分 pcb圖的繪制及制版一、實驗目的1、掌握pcb圖的繪制過程，初步掌握protel軟件的使用。2、

27、了解pcb制作過程中各種工藝要求，掌握pcb制版的全過程。二、實驗內(nèi)容使用protel軟件繪制出系統(tǒng)pcb電路板，并指出制版過程中的工藝要求。三、實驗原理、方法與步驟利用protel繪制pcb版的基本流程，制作工藝包含在步驟內(nèi)。1、繪制好原理圖。首先保證原理圖是完全正確的，進行erc檢查無錯。2、制作pcb元件庫。對于標準庫和自己的常用庫里面沒有的元件封裝進行制作。熟悉常用元件（電阻，電容，二極管，三極管） 的封狀形式。3、生成網(wǎng)絡表。在原理圖里面加好封裝，保存，erc檢查，生成元件清單檢查。生成網(wǎng)絡表。4、建立pcb。選擇好公制，捕獲和可見刪格大小，按要求設計好外框（向?qū)Щ蜃约寒嫞?，然后放?/p>

28、固定孔的位置，大?。?.0mm的螺絲可以用3.5mm的內(nèi)孔焊盤，2.5的可以用3的內(nèi)孔），邊緣的先改好焊盤，孔大小，位置固定。添加好需要用到的庫。5、布局。調(diào)用網(wǎng)絡表，調(diào)入元件，修改部分焊盤大小，設置好布線規(guī)則，可以改變標號的大小，粗細，隱藏標稱值。然后先把需要特殊位置的元件放好并瑣定。還要考慮散熱，熱敏元件。電阻，二極管的放置方式6、布線。先設置好規(guī)則里面的內(nèi)容，vcc，gnd 大功率等大電流的線可以設置的寬點（0.5mm-1.5mm），一般1mm可以通過1a的電流。對于大電壓的線間距可以設置大點，一般1mm為 1000v。設置好了，先布vcc，gnd 等一些比較重要的線。注意各個模塊的區(qū)分

29、。對單面板最好可以加一些條線。加過孔，不一定橫平豎直，集成塊的焊盤間一般不走線，大電流的寬線可以在 solder層畫上線，以便后面上錫；走線用45度角7、手工修改線：修改一些線的寬度，轉(zhuǎn)角，補淚地或包焊盤（單面板必須做），鋪銅，處理地線。8、檢查。drc，emc 等檢查，然后可以打印檢查，網(wǎng)絡表對比。元件清單檢查。需要注意的幾點的地方：在印制板布線時，應先確定元器件在板上的位置，然后布地線，電源線。在安排高速信號線，最好考慮低速信號線。元氣件的位置按電源電壓，數(shù)字模擬，速度快慢，電流大小等分組。安全的條件下，電源線應盡量靠近地。減小差摸輻射的環(huán)面積，也有助于減小電路的交擾。當需要在電路板上布置

30、快速，中速，低速邏輯電路時，高速的應放在靠近邊緣連接器范圍內(nèi)，而低速邏輯和存儲器，應放在遠離連接器范圍內(nèi)。這樣對共阻抗偶合，輻射和交擾的減小都是有利的。最后的接地最重要的了。四、實驗記錄及結果最后繪制出來的pcb電路板如下圖：利用protel中的3d預覽功能，預覽一下pcb成品的模樣。如下圖。pcb板的正面：pcb板的背面第六部分 系統(tǒng)的安裝調(diào)試與鼓掌排除一、實驗目的 掌握元件安裝調(diào)試的方法。掌握調(diào)試過程中故障排除及系統(tǒng)功能和參數(shù)測試的方法。二、實驗內(nèi)容進行pcb元件安裝，調(diào)試，并且排除安裝測試過程所出現(xiàn)的故障。測試出系統(tǒng)的功能和各種系統(tǒng)參數(shù)。三、實驗原理、方法與步驟(一)pcb板元件的焊接過程：1、焊前準備首先要熟悉所焊印制電路板的裝配圖，并按圖紙配料，檢查元器件型號、規(guī)格及數(shù)量是否符合圖紙要求，并做好裝配前元器件引線成型等準備工作。2、焊接順序元器件裝焊順序依次為：電阻器、電容器、二極管、三極管、集成電路、大功率管，其它元器件為先小后大。3、對元器件焊接要求：a、電阻器焊接按圖將電阻器準確裝人規(guī)定位置。要求標記向上，字向一致。裝完同一種規(guī)格后再裝另一種規(guī)格，盡量使電阻器的高低一致。焊完后將露在印制電路板表面多余引腳齊根剪去。b、電容器焊接將電容器按圖裝人規(guī)定位置，并注意有極性電容器其 “ ” 與 “ ” 極不能接錯，電容器