單片機(jī)原理及接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)-比賽計(jì)分器設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、比賽計(jì)分器設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)比賽計(jì)分器設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 指導(dǎo)老師： 指導(dǎo)學(xué)長(zhǎng)： 學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 班 級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 負(fù)責(zé)任務(wù)： 2011 年 7 月 6 日 一一 、任務(wù)說(shuō)明、任務(wù)說(shuō)明 設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)一個(gè)甲，乙兩隊(duì)用的比賽計(jì)分器，要求實(shí)現(xiàn)以下功能： 給 甲，乙兩隊(duì)分別設(shè)置 1 個(gè)加分按鈕，按一下能分別實(shí)現(xiàn)加一分；給甲，乙兩隊(duì) 分別設(shè)置 1 個(gè)減分按鈕，按一下能分別實(shí)現(xiàn)減一分；設(shè)置一個(gè)清零按鈕，按一 下能實(shí)現(xiàn)清零 ；設(shè)置預(yù)置分按鈕；設(shè)置一個(gè)加減一分、兩分和三分的切換按鈕。 二、二、 方案論證方案論證 單片機(jī)又稱單片微控制器,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片,而是把一個(gè) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片

2、上。 我們都知道，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的關(guān)鍵是思路，而系統(tǒng)通常又由各個(gè)模塊所組成， 所以必須先把所要設(shè)計(jì)系統(tǒng)模塊化，再把各個(gè)模塊組合在一起，實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整 的系統(tǒng)。這就要求我們先要有較扎實(shí)的理論知識(shí)，特別對(duì)芯片的各個(gè)管腳功能 必須了解，這樣才能進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)。同時(shí)，又必須掌握 MCS51 的指令功能，通 過(guò)編程實(shí)現(xiàn)其功能，這就能讓我們更好地理解單片機(jī)原理及應(yīng)用這門課程， 也是一種理論在實(shí)踐中的運(yùn)用。 在課程設(shè)計(jì)中，由于它是一個(gè)系統(tǒng)，這就要求我們必須建立系統(tǒng)的概念。 我們都知道現(xiàn)實(shí)運(yùn)行的都是完整的系統(tǒng)，而且功能相對(duì)來(lái)說(shuō)要復(fù)雜，如何把一 個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)模塊化才能使問(wèn)題來(lái)的簡(jiǎn)單，這是我們必須首先解決的問(wèn)題。當(dāng) 各個(gè)模

3、塊完成之后再組合成一個(gè)完成的系統(tǒng)，這當(dāng)中要考慮模塊間的銜接問(wèn)題， 這些都是在以前設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單程序時(shí)不曾遇到的。如果說(shuō)我們以前學(xué)的都只是些理 論，包括 C 語(yǔ)言，微機(jī)原理，C+，微機(jī)接口，Protel，單片機(jī)，那么這次的課 程設(shè)計(jì)就是一個(gè)貫穿多學(xué)科的綜合性實(shí)踐!單片機(jī)自20世紀(jì)70年代問(wèn)世以來(lái)，以 極其高的性價(jià)比受到人們的重視和關(guān)注，所以應(yīng)用很廣，發(fā)展很快。單片機(jī)的 優(yōu)點(diǎn)是體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)環(huán)境要求不高，價(jià)格低廉，可靠性 高，靈活性好，開(kāi)發(fā)較為容易。例如，80C51系列單片機(jī)已有十多年的生命期， 如今仍保持著上升的趨勢(shì)，就充分證明了這一點(diǎn)。單片機(jī)以其一系列優(yōu)點(diǎn)，近 幾年得到迅猛發(fā)展和大

4、范圍推廣，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、 智能化儀器儀表，及通訊設(shè)備、日常消費(fèi)類產(chǎn)品、玩具等。并且已經(jīng)深入到工 業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)以及人民生活的各層次中，如車間流水線控制、自動(dòng)化系統(tǒng) 等、智能型家用電器等。而美國(guó) ATMEL 公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn)了新型的8位單片機(jī) AT89系列單片機(jī)。他不但具有一般 MCS-51單片機(jī)的所有特性，而且還擁有一些 獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，此次設(shè)計(jì)中所用到的 AT89C51就是其中典型的代表。 本設(shè)計(jì)是基于 AT89C51 單片機(jī)的籃球計(jì)分器，利用 7 段共陰 LED 作為顯示 器件。在此設(shè)計(jì)中共接入了 2 個(gè)四位一體 7 段共陰 LED 顯示器，每隊(duì)顯示器顯 示范圍可達(dá)到 0

5、255 分。 本設(shè)計(jì)內(nèi)容為比賽計(jì)分器，主要用于各種體育比賽記錄分?jǐn)?shù)。采用獨(dú)立式 鍵盤作為輸入，用戶可分別對(duì)兩隊(duì)比分進(jìn)行加 1、加 2、加 3 和減 1 減 2、減 3 操作，其加減 1，2，3 分可以通過(guò)加減 1 分、2 分和 3 分的切換按鈕實(shí)現(xiàn)，并 通過(guò)指示燈顯示其每次按下加減分鍵所加減的分值。通過(guò)加減分鍵和分值切換 鍵配合使用可以較方便實(shí)現(xiàn)預(yù)置分。比分通過(guò) 2 個(gè)四位一體 7 段共陰 LED 顯示 器顯示，每隊(duì)比分顯示三位數(shù)。 三、 原理圖設(shè)計(jì)說(shuō)明 1.系統(tǒng)框圖 AT89C51 單片機(jī) 比分復(fù)位獨(dú)立式鍵盤比分顯示系統(tǒng)分值切換顯示 2.各元件原理及功能 2.1 按鈕設(shè)置 S1甲加1 S2甲

6、減1 S3乙加1 S4乙減1 S51/2/3/分切換 S6分?jǐn)?shù)清零 比比分分紀(jì)紀(jì)錄錄控控制制鍵鍵 按鈕功能圖 獨(dú)立鍵盤通過(guò) P1 口輸入鍵值，其中 1/2/3 分切換由發(fā)光二極管指示，見(jiàn)圖。 通過(guò)加減分鍵和分值切換鍵配合使用可以較方便實(shí)現(xiàn)甲乙兩隊(duì)的初始分?jǐn)?shù)。按 下清零后，顯示的分?jǐn)?shù)清零。 2.2 分值切換顯示功能 分值切換顯示功能圖 2.3 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)的選擇 圖 2-3 74LS 引腳功能圖 74LS245 還具有雙向三態(tài)功能，既可以輸出，也可以輸入數(shù)據(jù)。 當(dāng) 8051 單片機(jī)的 P0 口總線負(fù)載達(dá)到或超過(guò) P0 最大負(fù)載能力時(shí)，必須接入 74LS245 等總線驅(qū)動(dòng)器。 當(dāng)片選端/CE 低電平

7、有效時(shí)，DIR=“0” ，信號(hào)由 B 向 A 傳輸；（接收） DIR=“1” ，信號(hào)由 A 向 B 傳輸；（發(fā)送）當(dāng)/CE 為高電平時(shí)，A、B 均為 P2.0 P2.1 P2.2 1分 LED-BIBY 2分 LED-BIBY 3分 LED-BIBY 分分值值切切換換顯顯示示 高阻態(tài)。 由于 P2 口始終輸出地址的高 8 位，接口時(shí) 74LS245 的三態(tài)控制端/1G 和 /2G 接地，P2 口與驅(qū)動(dòng)器輸入線對(duì)應(yīng)相連。P0 口與 74LS245 輸入端相連,/E 端 接地，保證數(shù)據(jù)現(xiàn)暢通。8051 的/RD 和/PSEN 相與后接 DIR，使得/RD 或/PSEN 有效時(shí)，74LS245 輸入

8、（P0.IDI） ，其它時(shí)間處于輸出（P0.IDI） 。 2.4 發(fā)光二極管顯示器的結(jié)構(gòu)、工作原理及其接口電路 下圖為典型的數(shù)碼管： 圖 2-4 7 段 LED 數(shù)碼管 如上圖，LED 顯示器又稱為數(shù)碼管，LED 顯示器由 8 個(gè)發(fā)光二極管組成。中 7 個(gè)長(zhǎng)條形的發(fā)光管排列成“日”字形，另一個(gè)賀點(diǎn)形的發(fā)光管在顯示器的右 下角作為顯示小數(shù)點(diǎn)用，它能顯示各種數(shù)字及部份英文字母。LEDD 顯示器有兩 種不同的形式：一種是 8 個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極都連在一起的，稱之為共陽(yáng)極 LED 顯示器；另一種是 8 個(gè)發(fā)光二極管的陰極都連在一起的，稱之為共陰極 LED 顯示器。 表 2-1 代碼對(duì)應(yīng)表 顯示字 符

9、共陰極段碼共陽(yáng)極段碼顯示字符共陰極段碼共陽(yáng)極段碼 03FHC087FH80H 106HF996FH90H 25BHA4A77H88H 34FHB0B7CH83H 466H99HC39HC6 56DH92HD5EHA1H 67DH82HE79H86H 707HF8F71H8EH 動(dòng)態(tài)掃描顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一。其接口 電路是把所有顯示器的 8 個(gè)筆劃段 a-h 同名端連在一起，而每一個(gè)顯示器的公 共極 COM 是各自獨(dú)立地受 I/O 線控制。CPU 向字段輸出口送出字形碼時(shí)，所有 顯示器接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)顯示器亮，則取決于 COM 端，而這 一端是由 I/

10、O 控制的，所以我們就可以自行決定何時(shí)顯示哪一位了。而所謂動(dòng) 態(tài)掃描就是指我們采用分時(shí)的方法，輪流控制各個(gè)顯示器的 COM 端，使各個(gè)顯 示器輪流點(diǎn)亮。在本課題中采用 P0 口輸出段碼，P3 口為位控制輸出口。 乙加分 加減分 鍵釋放 去抖動(dòng) 甲加分 S1 鍵釋放 鍵釋放 鍵釋放 乙減分 S2 切換加減分值， 相應(yīng) LED 燈亮 甲乙比 分清零 去抖動(dòng) 去抖動(dòng) 四、程序設(shè)計(jì)說(shuō)明 1 程序設(shè)計(jì) 1.1 系統(tǒng)流程圖 表首址送 DPTR，比 分清零，加減分值為 1 調(diào)用顯示函數(shù) 判斷哪鍵按下 S6 S5 開(kāi)始 初始化 S3 去抖動(dòng) S4 1.2 顯示子程序流程圖 1.3 延時(shí)子程序 延時(shí)子程序就是通

11、過(guò)執(zhí)行一些沒(méi)用但又占用時(shí)間的指令的集合。這個(gè)子程 序可以用于很多延時(shí)的地方因?yàn)樗訒r(shí)的時(shí)間可以通過(guò) R7 進(jìn)行改變，所以通用 性好，可以將幾個(gè)延時(shí)子程序合為一個(gè)，只用在調(diào)用前給 R7 賦值，即可根據(jù)用 戶的需要延時(shí)，流程圖見(jiàn)圖 3-2。 位 選 通 取 段 碼 送 段 碼 調(diào)用延時(shí)程序 關(guān) 段 碼 將 8 位二進(jìn)制比分轉(zhuǎn) 換為十進(jìn)制數(shù) 2.系統(tǒng)的安裝調(diào)試說(shuō)明 2.1 軟件調(diào)試 上電時(shí)對(duì)系統(tǒng)中進(jìn)行檢測(cè)是單片機(jī)程序中的一個(gè)良好設(shè)計(jì)。在硬件設(shè)計(jì)時(shí) 也應(yīng)該細(xì)細(xì)考慮將各個(gè)使用到的芯片、接口設(shè)計(jì)成容易使用軟件進(jìn)行測(cè)試的模 式。 很多有經(jīng)驗(yàn)的單片機(jī)設(shè)計(jì)者都會(huì)在系統(tǒng)上電時(shí)（特別是第一次上電時(shí)）進(jìn) 行全面的檢測(cè)

12、，或者更進(jìn)一步，將系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)中分為測(cè)試模式和正常運(yùn)行 模式，通過(guò)加入測(cè)試模式對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的檢測(cè)，使得系統(tǒng)的批量檢測(cè)更為方 便容易。 另外要注意的是，一個(gè)簡(jiǎn)單明了的故障顯示界面也是頗要費(fèi)得心思的。比 如：系統(tǒng)的外部 RAM（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器）是單片機(jī)系統(tǒng)中常用的器件。外部 RAM 如 果存在問(wèn)題，程序通常都會(huì)成為無(wú)法控制。 因此，程序在啟動(dòng)時(shí)（至少在第一次上電啟動(dòng)時(shí)）一定要對(duì)外部 RAM 進(jìn)行 檢測(cè)。 給 R6 放初值 執(zhí)行三條空指令 返回 R6-1，判斷 R6 是 否為 0 R7-1，判斷 R7 是 否為 0 延時(shí)子程序流程圖 另外，在仿真前要做好充分的準(zhǔn)備。單片機(jī)硬件仿真器給單片機(jī)開(kāi)發(fā)者帶

13、來(lái)了極大的方便，同時(shí)也很容易造成人的依賴性。很多時(shí)候，沒(méi)有仿真器卻能 促使工程師寫(xiě)出更高質(zhì)量的程序。在硬件仿真調(diào)試之前，下面準(zhǔn)備工作將是必 要的： （1）程序編完后，對(duì)代碼仔細(xì)逐行檢查。檢查代碼的錯(cuò)誤，建立自己的代 碼檢查表，對(duì)經(jīng)常易錯(cuò)的地方進(jìn)行檢查。檢查代碼是否符合編程規(guī)范。 （2）對(duì)各個(gè)子程序進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試的方法：用程序測(cè)試程序，編制一個(gè)調(diào) 用該子程序的代碼，建立要測(cè)試子程序的入口條件，再看看它是否按預(yù)期輸出 結(jié)果。 （3）如果代碼有修改，再次對(duì)代碼進(jìn)行檢查。 調(diào)試過(guò)程截圖： 2.2 軟硬聯(lián)調(diào) 編程后利用 Keil uVision3 來(lái)進(jìn)行編譯，再生成的 HEX 文件裝入芯片中， 采用 p

14、roteus 軟件來(lái)仿真，檢驗(yàn)功能是否能夠正常實(shí)現(xiàn)。仿真成功后，焊接硬 件電路，通過(guò) ISP 下載器將 hex 文件燒制到單片機(jī)。 通電后，LED-1 亮，數(shù)碼管顯示“000-000”.。對(duì)應(yīng)的 “S1”鍵為甲加 分按鈕，當(dāng) LED-1 亮?xí)r，每次按下“S1”鍵，甲隊(duì)分?jǐn)?shù)加 1；當(dāng) LED-2 亮?xí)r， 每次按下“S1”鍵，甲隊(duì)分?jǐn)?shù)加 2；當(dāng) LED-3 亮?xí)r，每次按下“S1”鍵，甲隊(duì) 分?jǐn)?shù)加 3；可以通過(guò)按“S5”鍵來(lái)實(shí)現(xiàn) LED-1,LED-2,LED-3 之間的切換。對(duì)應(yīng) 的“S2”鍵為甲隊(duì)減分鍵，當(dāng) LED-1 亮?xí)r，每次按下“S2”鍵，甲隊(duì)分?jǐn)?shù)減 1；當(dāng) LED-2 亮?xí)r，每次按下“S

15、2”鍵，甲隊(duì)分?jǐn)?shù)減 2；當(dāng) LED-3 亮?xí)r，每次按 下“S2”鍵，甲隊(duì)分?jǐn)?shù)減 3；“S3”鍵為乙加分鍵， “S4”鍵為乙隊(duì)減分鍵，其 實(shí)現(xiàn)功能與甲隊(duì)一樣。對(duì)應(yīng)的“S6”鍵為清零按鈕，按下可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位。數(shù)碼 管顯示甲乙隊(duì)當(dāng)前分?jǐn)?shù)，復(fù)位后，數(shù)碼管顯示“000-000” 。 五、 電路原理圖 六、源程序清單 NA EQU 24H NB EQU 25H ;甲乙兩隊(duì)分?jǐn)?shù) TEMP EQU 26H ;存放切換分?jǐn)?shù) 123 JIAJIA BIT P1.0 ;甲加分控制位 JIAJIAN BIT P1.1 ;甲減分控制位 YIJIA BIT P1.2 ;乙加分控制位 YIJIAN BIT P1.3 ;乙減分

16、控制位 SWITCH BIT P1.4 ;分值切換控制位 RST BIT P1.5 ;比分清零控制位 ORG 0000H SJMP START START:MOV DPTR,#TABLE ;將表首址送 DPTR MOV NA,#0 MOV NB,#0 ;比分自動(dòng)清零 MOV TEMP,#1 ;開(kāi)機(jī)默認(rèn)加減分值為 1 MOV P2,#01H ;分值顯示燈亮 A1:ACALL DISPLAY ;調(diào)顯示函數(shù) JNB JIAJIA,S1 JNB JIAJIAN,S2 JNB YIJIA,S3 JNB YIJIAN,S4 JNB SWITCH,S5 JNB RST,S6 LJMP A1 ;判斷按下的控制

17、鍵 S1:LCALL DELAY ;去抖動(dòng) JB JIAJIA,A1 ;確認(rèn)按鍵 MOV A,NA ADD A,TEMP MOV NA,A LCALL B0 C0:JB JIAJIA,A1 ;等鍵釋放 LCALL DISPLAY SJMP C0 S2:LCALL DELAY ;去抖動(dòng) JB JIAJIAN,A1 MOV A,NA SUBB A,TEMP MOV NA,A LCALL B0 C1:JB JIAJIAN,A1 ;等鍵釋放 LCALL DISPLAY SJMP C1 S3:LCALL DELAY ;去抖動(dòng) JB YIJIA,A1 MOV A,NB ADD A,TEMP MOV NB,

18、A LCALL B1 C2:JB YIJIA,A1 ;等鍵釋放 LCALL DISPLAY SJMP C2 S4:LCALL DISPLAY ;去抖動(dòng) JB YIJIAN,A1 MOV A,NB SUBB A,TEMP MOV NB,A LCALL B0 C3:JB YIJIAN,A1 ;等鍵釋放 LCALL DISPLAY SJMP C3 S5:INC TEMP MOV A,TEMP CJNE A,#2,D0 MOV P2,#2 D0:CJNE A,#3,D1 MOV P2,#04H D1:CJNE A,#4,D2 MOV TEMP,#1 MOV P2,#01H ;分值切換循環(huán) 1-2-3

19、D2:LJMP A1 S6:MOV NA,#0 MOV NB,#0 LJMP A1 B0:CJNE A,#255,B2 ;是否大于 999? (可以省略) MOV NA,#0 B2:RET B1:CJNE A,#255,B3 MOV NB,#0 B3:RET ;* 顯示函數(shù) DISPLAY:MOV A,NA ;甲隊(duì)比分顯示 MOV B,#100 ;將 8 位二進(jìn)制轉(zhuǎn)換位十進(jìn)制 DIV AB CLR P3.0 MOVC A,A+DPTR ;送段碼 MOV P0,A ;顯示甲比分比分百位 LCALL DELAY SETB P3.0 ;關(guān)位選 MOV A,B MOV B,#10 DIV AB CLR

20、 P3.1 ;開(kāi)位選 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL DELAY SETB P3.1 MOV A,B CLR P3.2 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL DELAY SETB P3.2 CLR P3.3 MOV P0,#40H ;顯示分隔符 LCALL DELAY SETB P3.3 ;* 乙隊(duì)比分顯示 MOV A,NB MOV B,#100 DIV AB CLR P3.5 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL DELAY SETB P3.5 MOV A,B MOV B,#10 DIV AB CLR P3.6 MOVC A,

21、A+DPTR MOV P0,A LCALL DELAY SETB P3.6 MOV A,B CLR P3.7 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL DELAY SETB P3.7 CLR P3.4 MOV P0,#40H LCALL DELAY SETB P3.4 RET TABLE:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H DB 6DH,7DH,07H,7FH,6FH ;*延時(shí)程序 DELAY:MOV R6,#10 E:MOV R7,#250 DJNZ R7,$ DJNZ R6,E RET END ; * 2011 年 6 月 30 日編譯 七、總結(jié)與體會(huì) 回顧此次接近兩周的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，我感慨頗多。這次課程設(shè)計(jì)使我懂 得了理論與實(shí)際相結(jié)合的重要性，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)， 才能提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。 在設(shè)計(jì)和制作的整個(gè)過(guò)程中，我們分工明細(xì)。在我們把程序調(diào)試好、仿真 電路畫(huà)好并檢驗(yàn)之后，就進(jìn)入了實(shí)物制作階段，這項(xiàng)工作主要由我和同組的另 外一名同學(xué)完成。在焊接電路板的過(guò)程中