數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計

1、單 片 機 課 程 設(shè) 計八路搶答器設(shè)計院 系 專 業(yè) 班 級 學(xué) 號 姓 名 指導(dǎo)教師 2017年 6月 6日目 錄第一章 課程設(shè)計的目的和要求.11.1 課程設(shè)計的目的和要求.11.2 設(shè)計任務(wù)及要求.1第二章 方案設(shè)計.32.1 功能介紹.32.2 搶答器的工作原理.3第三章 硬件設(shè)計電路設(shè)計.53.1 原理圖的確定以及芯片的選擇.53.2 復(fù)位電路的設(shè)計.63.3 晶振電路的設(shè)計.63.4 數(shù)碼顯示管的選擇.73.5 報警設(shè)計.73.6 八位搶答輸入設(shè)計.73.7 主持人控制按鍵.8第四章 軟件設(shè)計思想及流程.94.1 主程序的設(shè)計.94.2 子程序的設(shè)計.10第五章 調(diào)試過程和調(diào)試方

2、法.12第六章 心得體會.14 參考文獻.15第一章 課程設(shè)計的目的和要求1.1課程設(shè)計的目的和要求單片機原理及應(yīng)用課程設(shè)計是學(xué)生綜合運用所學(xué)知識，全面掌握單片微型計算機及其接口的工作原理、編程和使用方法的重要實踐環(huán)節(jié)。通過獨立或協(xié)作提出并論證設(shè)計方案，進行軟、硬件調(diào)試，最后獲得正確的運行結(jié)果，可以加深和鞏固對理論教學(xué)和實驗教學(xué)內(nèi)容的掌握，進一步建立計算機應(yīng)用系統(tǒng)整體概念，初步掌握單片機軟、硬件開發(fā)方法。根據(jù)單片機原理及應(yīng)用課程的要求，主要進行兩個方面的設(shè)計，即單片機最小系統(tǒng)和存儲器擴展設(shè)計、接口技術(shù)應(yīng)用設(shè)計。其中，單片機最小系統(tǒng)主要要求學(xué)生熟悉單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳功能、引腳的使用、復(fù)位電路

3、、時鐘電路、4個并行接口和一個串行接口的實際應(yīng)用，從而可構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)，并編程進行簡單使用。存儲器擴展設(shè)計要求學(xué)生掌握常用半導(dǎo)體芯片與單片機的接口，如EPROM存儲器用作外部程序存儲器時與單片機的連接關(guān)系，SRAM存儲器用作外部數(shù)據(jù)存儲器時與單片機的連接關(guān)系，E2PROM存儲器用作外部程序/數(shù)據(jù)存儲器時與單片機的連接關(guān)系。能合理分配和使用單片機的內(nèi)部和外部存儲器，編程實現(xiàn)正常的讀寫功能。1.2 設(shè)計任務(wù)及要求1.2.1 設(shè)計任務(wù)基于MCS-51系列單片機AT89C51，設(shè)計一個八路搶答器。1.2.2 設(shè)計要求1.搶答器同時供八名選手或八個代表隊比賽，分別用8個按鈕K1K8.2.設(shè)置一個系統(tǒng)清

4、除和搶答控制開關(guān)K0，該開關(guān)由主持人控制。3.搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應(yīng)的編號，并將優(yōu)先搶答選手的編號一直保存到主持人將系統(tǒng)清除為止。4.主持人按下?lián)尨稹伴_始”按鈕，搶答開始。5.當(dāng)某一路搶答成功時，在數(shù)碼管上顯示成功信息和該路的號數(shù)。6.當(dāng)某一路搶答違規(guī)時，能在數(shù)碼管上顯示違規(guī)信息和該路的號數(shù)。7.具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設(shè)定（如30秒）。當(dāng)主持人啟動“開始”按鍵后，定時器進行減計時，同時揚聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)的時間0.5秒左右。8.參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)進行搶答，搶答有效，定時器停止工作顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人將系

5、統(tǒng)清除為止。9.如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示00。10.其他功能。第二章 總體設(shè)計2.1功能介紹1.如果想調(diào)節(jié)搶答時間或答題時間,按"搶答時間調(diào)節(jié)"鍵或"答題時間調(diào)節(jié)"鍵進入調(diào)節(jié)狀態(tài),此時會顯示現(xiàn)在設(shè)定的搶答時間或回答時間值,如想加一秒按一下"加1s"鍵,如果想減一秒按一下"-1s"鍵，時間LED上會顯示改變后的時間，調(diào)整范圍為0s99s, 0s時再減1s會跳到99，99s時再加1s會變到0s。 2.主持人按"搶答開始"鍵，會有提示音，并立刻進入

6、搶答倒計時（預(yù)設(shè)30s搶答時間），如有選手搶答，會有提示音，并會顯示其號數(shù)并立刻進入回答倒計時（預(yù)設(shè)60s搶答時間），不進行搶答查詢，所以只有第一個按搶答的選手有效。搶答及答題倒數(shù)時間到小于5s會每秒響一下提示音。 3.如果主持人未按"搶答開始"鍵，而有人按了搶答按鍵，犯規(guī)搶答，LED上不斷閃爍犯規(guī)號數(shù)和-并響個不停，直到按下"停止" 鍵為止。 4.p1.0-p1.7為八路搶答輸入數(shù)碼管段選P0口，位選P2口，蜂鳴器輸出為P3.6口。P3.0為開始搶答，P3.1為停止/復(fù)位，P3.2搶答時間調(diào)整結(jié)，P3.3回答時間調(diào)整，P3.4為時間加1調(diào)整，P3.5為

7、時間減1調(diào)整。2.2 搶答器的工作原理搶答器的工作原理是利用單片機的定時器T0、T1中斷完成,其余狀態(tài)循環(huán)調(diào)用顯示子程序,用4個共陰極LED數(shù)碼管來顯示，用P0口作為數(shù)碼管的八個段選，用P2口中的P2.0、P2.1、P2.2、作為4個數(shù)碼管其中3個位選，P1口接8個按鍵，提供選手搶答，P3.0-P3.5四個接四個按鍵，提供開始、結(jié)束、答題時間調(diào)整、搶答時間調(diào)整，加1、減1調(diào)整之用。搶答功能：通過八路按鍵配合程序來實現(xiàn)搶答功能。當(dāng)主持人按下?lián)尨疰I開始搶答后，此時任一路按下按鈕均閉鎖其它各路，由程序譯碼并顯示最先按下?lián)尨疰I的路數(shù)及其當(dāng)前時間并立即轉(zhuǎn)入答題階段。搶答功能設(shè)計框圖如圖1所示：圖1 搶答

8、功能設(shè)計框圖搶答限時：主持人按下?lián)尨疰I后，設(shè)置30秒為搶答時間(此時間可在1-99秒之間修改)。若30秒內(nèi)無人搶答，倒計時為5時每一秒發(fā)出一聲報警，倒計時為零時說明該搶答題目作廢并顯示-。答題限時：當(dāng)選手按下按鈕時，啟動60秒倒計時(此倒計時時間可在199秒之間修改)，倒計時為5時每一秒發(fā)出一聲報警，直到為零時該題答題結(jié)束，數(shù)碼管顯示-，等待主持人開始下一次搶答。第三章 硬件設(shè)計3.1 原理圖的確定以及芯片的選擇單片機實現(xiàn)搶答的原理圖如圖2所示圖2 搶答原理圖搶答器電路的核心是MCS-51系列AT89C51單片機，如圖3所示，其在一塊芯片上集成了CPU、RAM、ROM、定時/技術(shù)器、I/O接口

9、等功能部件。圖3 51系列單片機引腳圖VCC（40）：5V；GND（20）：接地；P0口（3932）：不外接片外存儲器及不擴展時可作為準雙向輸入/輸出接口，擴展是分時復(fù)用為低8位地址總線； P1口（18）：可作為準雙向I/O接口使用；P2口（28-21）：外接及擴展時用作高8位地址總線；P3口（1017）：有兩種功能，優(yōu)先選用第二功能； RST（9）：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位時，要保持RST引腳2個機器周期的高電平時間；ALE/PROG（30）：地址鎖存有效信號輸出端；PSEN（29）：外部程序存儲器的選通信號；EA/VPP（31）：片外程序存儲器選通端； XTAL1（19）：內(nèi)部振蕩電路反相放

10、大器輸入端；XTAL2（18）：內(nèi)部振蕩電路反相放大器輸出端。3.2 復(fù)位電路的設(shè)計 RST：復(fù)位端。單片機的振蕩器工作時，該引腳上至少保持連續(xù)兩個機器周期（24個振蕩周期）的高位電平就可以實現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位，使單片機回復(fù)到初始狀態(tài)。該復(fù)位電路采用上電自動復(fù)位方式，要實現(xiàn)復(fù)位只需在51系列單片機的RESET引腳上加上5ms的高電平就可以了。上電復(fù)位是利用電容的充電來實現(xiàn)的，即上電瞬間RESET端的電位與Vcc相同，隨著電容上儲能增加，電容電壓也逐漸增大，充電電流減小，RESET端的電位。這樣就會建立一個脈沖電壓，調(diào)節(jié)電容與電阻的大小可對脈沖的持續(xù)時間進行調(diào)節(jié)。通常若采用12MHz的晶振時，復(fù)位元件參

11、數(shù)為10F的電解電容和10k的電阻。3.3 晶振電路的設(shè)計MCS-51單片機的定時控制功能是用時鐘電路和振蕩器完成的，而根據(jù)硬件電路的不同，連接方式分為內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。本設(shè)計中采用內(nèi)部時鐘方式。單片機內(nèi)部有一個反相放大器，XTAL1、XTAL2分別為反相放大器的輸入端和輸出端，外接定時反饋元件組成振蕩器（內(nèi)部時鐘方式），產(chǎn)生時鐘送至單片機內(nèi)部各元件。時鐘頻率越高，單片機控制器的控制節(jié)拍就越快，運算速度也就越快。一般來說單片機內(nèi)部有一個帶反饋的線性反相放大器，外界晶振（或接陶瓷振蕩器）和電容就可組成振蕩器，如圖4所示。加電以后延時一段時間（約10ms）振蕩器產(chǎn)生時鐘，不受軟件控制，圖

12、中電容C2，C3的作用有兩個：一是幫助振蕩器起振，二是對振蕩器的頻率起微調(diào)作用。圖4 晶振電路圖3.4 數(shù)碼顯示管的選擇數(shù)碼顯示管用來作為時間的顯示輸出，一般用7段數(shù)碼顯示管，如圖5所示。本次設(shè)計中采用7段共陰數(shù)碼顯示管應(yīng)用簡單、可靠性高、成本低，作為顯示輸出。連接時段選信號接在P0口的P0.0P0.6七個I/O口上，P1口是準雙向I/O接口，在接電阻時選擇接10K限流電阻。而在位選方面采用單片機P2口的P2.0P2.6七個I/O口作為位選信號的輸出口。圖5 數(shù)碼顯示管3.5 報警設(shè)計當(dāng)開始搶答或者任一選手非法搶答時，以及搶答及答題到最后五秒時，系統(tǒng)都會發(fā)出報警聲。3.6 八位搶答輸入設(shè)計八個

13、按鍵分別供八位選手使用，當(dāng)主持人按下開始搶答鍵后，選手們在第一時間內(nèi)按下自己的按鍵，即可進行搶答。如圖6所示：圖6 八位搶答輸入電路圖3.7 主持人控制按鍵主持人控制按鍵由“開始搶答”、“停止/復(fù)位”、“強大時間調(diào)整”、“答題時間調(diào)整”、“加1”、“減1”六個按鍵組成。按動不同的按鍵就能實現(xiàn)不同的功能。如圖7所示：圖7 控制按鍵第四章 軟件設(shè)計思想及流程4.1 主程序的設(shè)計4.1 .1主程序的設(shè)計流程圖主程序的設(shè)計流程圖如圖8所示圖8 系統(tǒng)主程序流程圖144.1.2主程序設(shè)計源程序MAIN: MOV R1,#30;初設(shè)搶答時間為30s MOV R2,#60;初設(shè)答題時間為60s MOV TMO

14、D,#11H;設(shè)置未定時器/模式1 MOV TH0,#0F0H;送初值 MOV TL0,#0FFH;越高發(fā)聲頻率越高,越尖 MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H;50ms為一次溢出中斷 SETB EA SETB ET0 SETB ET1SETB EX0SETB EX1;允許四個中斷,T0/T1/INT0/INT1 CLR OKCLR RING SETB TR1 SETB TR0;一開始就運行定時器,以開始顯示- 4.2子程序的設(shè)計4.2.1 設(shè)計流程圖 流程圖如圖9所示圖9 流程圖4.2.1 查詢程序源程序START: MOV R5,#0BH MOV R4,#0BH MOV R

15、3,#0BHACALL DISPLAY;未開始搶答時候顯示- JB P3.0,NEXT;ddddddd ACALL DELAY JB P3.0,NEXT;去抖動 ACALL BARK;按鍵發(fā)聲 MOV A,R1 MOV R6,A;送R1->R6,因為R1中保存了搶答時間 SETB OK;搶答標志位 MOV R3,#0AH;搶答只顯示計時,滅號數(shù) AJMP COUNT;進入倒計時程序NEXT: 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

16、 P1.6,TZ1 JNB P1.7,TZ2 AJMP STARTTZ1:JMP FALSE7TZ2:JMP FALSE84.2.2 非法搶答處理程序 非法搶答處理程序圖如圖10所示圖10 非法搶答處理程序圖4.2.3 搶答時間調(diào)整子程序搶答時間調(diào)整子程序圖11所示：圖11 搶答時間調(diào)整子程序圖第五章 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試包括硬件調(diào)試和軟件調(diào)試，硬件調(diào)試的任務(wù)是排除系統(tǒng)的硬件電路故障，包括設(shè)計錯誤和工藝故障。軟件調(diào)試是利用開發(fā)工具進行在線仿真調(diào)試，除發(fā)現(xiàn)和解決程序錯誤外，也可以發(fā)現(xiàn)硬件故障。硬件調(diào)試：在本次課程設(shè)計中，我們用到如下元器件：七段數(shù)碼顯示器7SEG-MPX8-CC-BLUE、芯片74H

17、C245、單片機AT89C51、12個BUTTON按鍵、2個15P電容 CERAMIC、兩個晶振CRYSTAL、電解電容MINELECT470N63V、10個10K電阻MINRES10K、并口電阻RESPACK-8、蜂鳴器SOUNDER、電源及接地裝置。軟件調(diào)試：1.運用Keil軟件調(diào)試程序?qū)eil軟件解壓并安裝；在Keil中寫入（匯編）程序，將其用非中文及.asm為后綴保存下來；調(diào)試程序至沒有錯誤；將其Rebuild就可以了。2.運行在Proteus中打開畫好的圖形；分別點擊并填寫source下的第二項、第一項，接著點擊build all；雙擊at89c51打開P F加入以.HEX結(jié)尾的文

18、件；點擊proteus界面左下方的開始按鈕即可運行程序。運行時，若達不到題目要求，則返回去修改程序直至達到要求為止。圖12 搶答開始前電路圖圖13 正常搶答倒計時電路圖圖14 答題倒計時電路圖第六章 心得體會本次歷時接近兩周的課程設(shè)計，我感覺真是受益匪淺啊！本課程設(shè)計讓我明白：在課程設(shè)計中只有一個人知道原理是遠遠不夠的，必須讓每個人都明白該設(shè)計中每一個步驟式為什么要這樣設(shè)計，否則一個人的錯誤，就有可能導(dǎo)致整個工作失敗。團結(jié)協(xié)作式我們成功的一項非常重要的保證。而這次設(shè)計也正好鍛煉我們這一點，這也是非常寶貴的。在這個過程中，我們也曾經(jīng)因為匯編程序的掌握深度不夠失落過，也曾經(jīng)為仿真成功而熱情高漲。生活就是這樣，學(xué)習(xí)亦是如此，汗水預(yù)示著結(jié)果也見證者收獲，勞動是人類生存生活永恒不變的話題。當(dāng)課程設(shè)計完成時，那感覺是甜蜜的，沒有耕耘，哪來的收獲的喜悅，不懂付出怎么能知道回報的快樂，一份耕耘一份收獲，就在這樣的痛與快樂的 交融中，我們學(xué)到了知識，學(xué)到了做人的道理。這次的課程設(shè)計，我們學(xué)到了很多書本上沒有詳細介紹的東西最大的收獲是對單片機CPU，匯編語言，顯示器等的進一步學(xué)習(xí)，加