基于51單片機八路搶答器

1、 . . . 基于51單片機八路搶答器計課程設(shè)計設(shè)計題目： 八路搶答器 學(xué)院系別： 電氣工程學(xué)院 班級： 電氣1001 設(shè)計學(xué)生： xxxx 指導(dǎo)老師： xxx 設(shè)計時間：2012年6月4日-6月10日摘 要搶答器是一種常見的電子產(chǎn)品，尤其是在各類智力競猜中，為了實現(xiàn)選手的公平性，性能優(yōu)良的搶答器往往更能得到各單位的青睞。這里通過兩種設(shè)計方案的對比，最終選定了用單片機實現(xiàn)搶答器電路。由于單片機具有可編程定時器和中斷設(shè)備，便于實現(xiàn)編程和時間的精確控制。所用方案電路結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，它用4個七段數(shù)碼管來顯示，且具有簡單精準(zhǔn)的報警電路。所選方案的一個很重要的特點在于具有靈活性，主持人可以根據(jù)題目難

2、易進行時間設(shè)定，這樣進一步保證了公平性。由于它具有成本低廉，結(jié)構(gòu)簡單，且性能優(yōu)良的諸多優(yōu)點，必定會得到廣泛的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：搶答器 ，單片機 ，七段數(shù)碼管，時間設(shè)定 目 錄一方案的概述11.1 設(shè)計容與要求11.1.1 設(shè)計容11.1.2 設(shè)計要求11.2 設(shè)計方框圖21.3 搶答器的程序流程3二搶答器單元設(shè)計與其說明82.1主要芯片的介紹82.2程序流程圖102.3 MAX7219122.3.1 MAX7219引腳說明122.3.2 基本的工作方法132.3.3 MAX7219初始化142.3.4 部分程序功能介紹142.4LCD簡介162.4.1LCD和LED的區(qū)別162.4.3顯示電路設(shè)計

3、和LCD的引腳功能說明172.4.4液晶顯示模塊18三搶答器電路原圖與仿真203.1搶答器原理圖203.2仿真軟件介紹213.3仿真測試效果22設(shè)計總結(jié)25參考文獻26附錄一27附錄二3837 / 40一 方案的概述1.1 設(shè)計容與要求1.1.1 設(shè)計容1設(shè)計一個智力競賽搶答器，可同時供8名選手或8個代表隊參加比賽，他們的編號分別是1、2、3、4、5、6、7、8，各用一個搶答按鈕，按鈕的編號與選手的編號相對應(yīng)，分別是S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。2給節(jié)目主持人設(shè)置一個控制開關(guān)，用來控制系統(tǒng)的清零(編號顯示數(shù)碼管滅燈)和搶答的開始。3搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開始后，

4、若有選手按動搶答按鈕，編號立即鎖存，并在LED數(shù)碼管上顯示出選手的編號，同時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)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。4用中小規(guī)模集成電路組成智力競賽搶答器電路，畫出各單元電路圖和總體邏輯框圖，正確描述各單元功能，合理選用電路器件，畫出完整的電路設(shè)計圖以與寫出設(shè)計總結(jié)報告1.1.2 設(shè)計要求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

5、"-1s"鍵，時間LED上會顯示改變后的時間，調(diào)整圍為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。倒數(shù)時間到小于5s會每秒響一下提示音。 3、如倒計時期間，主持人想停止倒計時可以隨時按"停止"按鍵，系統(tǒng)會自動進入準(zhǔn)備狀態(tài)，等待主持人按"搶答開始"進入下次搶答計時。 4、如果主持

6、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FF和犯規(guī)號數(shù)并響個不停，直到按下"停止" 鍵為止。 5、P3.0為開始搶答，P3.1為停止，p1.0-p1.7為八路搶答輸入 數(shù)碼管段選P0口，位選P2口低3位，蜂鳴器輸出為P3.6口。P3.2搶答時間調(diào)整整，P3.3回答時間調(diào)整，P3.4為時間加1調(diào)整，P3.5為時間減1調(diào)整。6、當(dāng)參賽選手在回答問題時要求使用錦囊，則主持人按下?lián)尨痖_始鍵，計時重新開始。1.2 設(shè)計方框圖如圖（1-1）所示為八路智力搶答器設(shè)計的物理模塊劃分如下：單片機搶答模塊（八路輸入）控制模塊（主持人操作）顯示模塊

7、（倒計時、選手號）語音提示模塊 圖1-1 設(shè)計物理框圖通過主持人的相關(guān)操作（包括開始、停止、調(diào)時、錦囊使用等），以與選手的搶答，顯示模塊與語音模塊應(yīng)能迅速做出正確回應(yīng)。如主持人按下開始，語音模塊立刻給以語音提示，顯示模塊立刻顯示搶答倒計時；當(dāng)有選手搶答，顯示模塊應(yīng)馬上顯示最先搶答的選手號，并進入答題倒計時 而這一切，都有賴于本設(shè)計的核心模塊51單片機來控制。通過一系列的匯編程序，來控制、實現(xiàn)相應(yīng)的邏輯功能。本設(shè)計部分的較為復(fù)雜的邏輯控制，都是用相應(yīng)的匯編程來控制實現(xiàn)的。根據(jù)相應(yīng)的設(shè)計要求，對本設(shè)計可作如下分析：1、由設(shè)計要求1，本設(shè)計應(yīng)具有搶答時間調(diào)整和回答時間調(diào)整程序，并由相應(yīng)引腳來控制：P

8、3.2搶答時間調(diào)整，P3.3回答時間調(diào)整，P3.4為加1s，P3.5為減1s；2、根據(jù)設(shè)計要求2，本設(shè)計應(yīng)具有搶答、回答倒計時功能，即倒計時程序。通過查詢開始鍵的狀態(tài)來決定是否進入搶答倒計時，開始鍵按下后有人搶答便立即進入回答倒計時，倒計時小于5s時，調(diào)用發(fā)聲程序；3、程序中應(yīng)不斷查詢"停止" 鍵的狀態(tài)，一旦其按下，應(yīng)立即退出，并進入查詢程序（用來查詢開始鍵與八路搶答鍵的狀態(tài)）；4、 為使本設(shè)計具有錦囊功能，在回答倒計時過程中，若按下開始鍵，回答倒計時重新開始。1.3 搶答器的程序流程本設(shè)計采用P3.2、P3.3分別接搶答時間調(diào)節(jié)和答題時間調(diào)節(jié)按鈕，即通過外部中斷0、外部中

9、斷1分別控制搶答、答題時間的調(diào)整。因此，設(shè)計的軟件部分可分為工作模塊、外部中斷0模塊、外部中斷1模塊。對流程圖的分析，也分三部分來介紹。（1）工作時（非調(diào)節(jié)時間時）的流程平時正常工作時，程序的流程圖繪制如圖1-2：對工作流程圖中的某些部分解釋如下：初始化部分：包括對定時計數(shù)器的工作方式、初始化數(shù)值的設(shè)置，還包括對搶答時間與答題時間的預(yù)設(shè)，另外，還應(yīng)對外部中斷0、外部中斷1進行開放。搶答倒計時、回答倒計時部分：由于二者功能的相似性，本設(shè)計將二者在一個子程序倒計時程序中一起編寫。犯規(guī)程序部分：包括對犯規(guī)選手號的顯示、報警器的間斷工作。另外，由于在設(shè)計要求主持人能隨時對工作過程終止，因此，要不斷查詢

10、停止鍵的狀態(tài)，一旦按下，便回到初始化后的狀態(tài)；在倒計時過程中還要不斷將與5S比較，當(dāng)小于5S時，還需調(diào)用發(fā)聲程序；小于5S后， 又需要不斷將與0較，當(dāng)其等于零時，立即返回。圖1-2 工作流程圖（2）外部中斷0（搶答時間調(diào)整）流程外部中斷0（搶答時間調(diào)整）的流程圖見圖1-3：INT0中斷Y顯示當(dāng)前搶答時間P3.4按下？P3.5按下？搶答時間加1sNYN結(jié)果為100s?結(jié)果置0N結(jié)果為0s?結(jié)果置100搶答時間減1sYYN停止鍵按下？中斷返回NY圖1-3 INT0流程圖一旦因P3.2對應(yīng)鍵的按下，便進入INT0中斷過程。通過不斷對P3.4（加1s）和P3.5（減1s）進行不斷的查詢，來對搶答時間進

11、行調(diào)整：發(fā)現(xiàn)P3.4按下，就對原搶答時間加1s, 發(fā)現(xiàn)P3.5下，就對原搶答時間減1s并調(diào)用顯示程序。根據(jù)設(shè)計要求，當(dāng)加至99s時，若再加1s，則時間變?yōu)?；當(dāng)減至0s后，若再減一秒，時間變?yōu)?9s。因此，流程中應(yīng)該對當(dāng)前時間于99s或0s比較，再作出相應(yīng)處理。另外，在中斷過程中還需要不時對停止按鈕進行查詢，一旦發(fā)現(xiàn)其按下，立即中斷返回。由于本中斷過程在返回前一直是循環(huán)執(zhí)行的，因此，只需要在每次循環(huán)末查詢一次即可，如流程圖所示（3）外部中斷1（答題時間調(diào)整）流程外部中斷1（答題時間調(diào)整）流程與外部中斷1流程小異。其程序流程參見圖1-4：與搶答時間調(diào)整類似，一旦因P3.3對應(yīng)的按鈕按下，便進入I

12、NT1中斷過程。通過不斷對P3.4（加1s）和P3.5（減1s）進行不斷的查詢，來對搶答時間進行調(diào)整：發(fā)現(xiàn)P3.4按下，就對原搶答時間加1s, 發(fā)現(xiàn)P3.5下，就對原搶答時間減1s并調(diào)用顯示程序。當(dāng)加至99s時，若再加1s，則時間變?yōu)?；當(dāng)減至0s后，若再減一秒，時間變?yōu)?9s。因此，流程中應(yīng)該對當(dāng)前時間于99s或0s比較，再作出相應(yīng)處理。同上，在中斷過程中，也還需要不時對停止按鈕進行查詢，一旦發(fā)現(xiàn)其按下，立即中斷返回。INT1中斷Y顯示當(dāng)前答題時間P3.4按下？P3.5按下？答題時間加1sNYN結(jié)果為100s?結(jié)果置0N結(jié)果為0s?結(jié)果置100答題時間減1sYYN停止鍵按下？中斷返回NY圖1

13、-4 INT1流程圖二 搶答器單元設(shè)計與其說明2.1主要芯片的介紹AT89SC52的引腳圖如圖2-1所示圖2-1 AT89SC52芯片引腳圖1） 主要性能本方案所使用的主要芯片是AT89SC52， 它與MCS-51單片機產(chǎn)品兼容 、8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器、 1000次擦寫周期、 全靜態(tài)操作：0Hz33Hz 、 三級加密程序存儲器 、 32個可編程I/O口線 、三個16位定時器/計數(shù)器 八個中斷源 、全雙工UART串行通道、 低功耗空閑和掉電模式 、掉電后中斷可喚醒 、看門狗定時器 、雙數(shù)據(jù)指針 、掉電標(biāo)識符 。2） 功能特性描述At89sc52 是一種低功耗、高性能CMOS8位微

14、控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用Atmel 公司高密度非 易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于 常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng) 可編程Flash，使得AT89SC52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個16 位 定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片晶振與時鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz

15、靜態(tài)邏 輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工 作。掉電保護方式下，RAM容被保存，振蕩器被凍結(jié)， 單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。8 位微控制器 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash AT89S52。3） P0、P1口介紹P0 口：P0 口是一組8 位漏極開路型雙向I/O 口， 也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8 個TTL邏輯門電路，對端口P0 寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間

16、激活部上拉電阻。在Flash 編程時，P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。P1 口：P1 是一個帶部上拉電阻的8 位雙向I/O 口， P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個TTL 邏輯門電路。對端口寫“1”，通過部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(IIL)。與AT89C51 不同之處是，P1.0 和P1.1 還可分別作為定時/計數(shù)器2 的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和輸入（P1.1/T2EX），參見表2-1表2-1 P1.0 P2.0 引腳功能特性4） 本

17、方案中用到的一些引腳介紹XTAL1：振蕩器反相放大器的與部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。特殊功能寄存器：在AT89C52 片存儲器中，80H-FFH 共128 個單元為特殊功能寄存器（SFE）。并非所有的地址都被定義，從80HFFH 共128 個字節(jié)只有一部分被定義，還有相當(dāng)一部分沒有定義。對沒有定義的單元讀寫將是無效的，讀出的數(shù)值將不確定，而寫入的數(shù)據(jù)也將丟失。不應(yīng)將數(shù)據(jù)“1”寫入未定義的單元，由于這些單元在將來的產(chǎn)品中可能賦予新的功能，在這種情況下，復(fù)位后這些單元數(shù)值總是“0”。AT89C52除了與AT89C51所有的定時/計數(shù)器0 和定時/計數(shù)器1 外，還增加

18、了一個定時/計數(shù)器2。定時/計數(shù)器2 的控制和狀態(tài)位位于T2CON,T2MOD，寄存器對（RCAO2H、RCAP2L）是定時器2 在16 位捕獲方式或16 位自動重裝載方式下的捕獲/自動重裝載寄存器。2.2程序流程圖圖2-2 程序流程圖2.3 MAX72192.3.1 MAX7219引腳說明引腳說明見表2-2表2-2 MAX7219引腳說明引腳號名稱功能說明1Din串行數(shù)據(jù)輸入端在CLK的上升沿數(shù)據(jù)被鎖入芯片部16位移位寄存器。2358.10.11DIG0DIG78位LED位選線，從共陰極LED中吸入電流。49GND地線（兩個GND必須連在一起）。12Load鎖入輸入的數(shù)據(jù)在Load上升沿最后

19、的16位串行數(shù)據(jù)被鎖入。13CLK時鐘輸入，最高時鐘頻率為10MHZ，在CLK的上升沿數(shù)據(jù)被鎖入部移位寄存器，在CLK的下降沿，數(shù)據(jù)從Dout腳被輸出。1417 2023SegASegG.DP7段驅(qū)動和小數(shù)點驅(qū)動18Iset該腳通過一個電阻與V+相連，設(shè)置峰值段電流。19V+電源電壓，+5V。24Dout串行數(shù)據(jù)輸出。輸入到Din的數(shù)據(jù)在16.5個時鐘周期后在Dout腳發(fā)出，該腳用于與級聯(lián)擴展2.3.2 基本的工作方法MAX7219與8031單片機連接采用三線串行接口，典型應(yīng)用電路如表2-3所示。Y&FeN;y-jGuest表2-3 16位數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)格式如下：D0D7D8D11D12

20、D13D14D15LSB DATA MSBADDRESSD7D0：8位數(shù)據(jù)位，D7最高位，D0最低位； D11D8：4位地址位； D15D12：無關(guān)位，通常全取1。MAX7219通過D11D84位地址位譯碼，可尋址14個部寄存器，分別是8個LED顯示位寄存器，5個控制寄存器和1個空操作寄存器。LED顯示寄存器由部8×8靜態(tài)RAM構(gòu)成，操作者可直接對位寄存器進行個別尋址，以刷新和保持?jǐn)?shù)據(jù)，只要V超過2V（一般為5V）。a y6i/e8G(rW0nGuest控制寄存器包括：譯碼模式，顯示亮度調(diào)節(jié)，掃描限制（選擇掃描位數(shù)），關(guān)斷和顯示測試寄存器。 EETOP專業(yè)博客-電子工程師自己的家園1

21、wm0-?7B-v&Lt PGueste(|o'x*U )vGuestMAX7219的驅(qū)動程序首先必須對5個控制寄存器（地址分配見表2-4）初始設(shè)置即初始化，各控制寄存器設(shè)置含義如下：譯碼模式選擇寄存器（地址=F9H）；5G)sJ'wGm+CGuestEETOP專業(yè)博客-電子工程師自己的家園xG/U9Y3O|共有4種譯碼模式供選擇，當(dāng)數(shù)據(jù)位全0時選擇“非譯碼方式”。在此方式下，8個數(shù)據(jù)位分別一一對應(yīng)7個段和小數(shù)點。通常選擇此方式。1Qeb#k qGuestk54q6Y+vGuest掃描限制寄存器：地址FBH；用于設(shè)置顯示的LED個數(shù)（18），當(dāng)D2D1D0111、D7D

22、6D5D4D3無關(guān)時，可接8個LED管。EETOP專業(yè)博客-電子工程師自己的家園9rB3Dw#Y0X亮度調(diào)節(jié)寄存器：地址FAH；CB!iae rp-qGuest共有16級選擇，用于LED顯示亮度的強弱設(shè)置。EETOP專業(yè)博客-電子工程師自己的家園99lia(8D$hw 關(guān)斷模式寄存器：地址FCH；EETOP專業(yè)博客-電子工程師自己的家園K_*aVSI有兩種模式選擇：一種是關(guān)斷狀態(tài)模式（D00）；一種是正常操作狀態(tài)（D01），通常選擇正常操作狀態(tài)。EETOP專業(yè)博客-電子工程師自己的家園bjA|Q顯示測試寄存器：地址FFH；有兩種選擇用于設(shè)置LED是測試狀態(tài)還是正常操作狀態(tài)：當(dāng)在測試狀態(tài)時（D0

23、1）各位全應(yīng)亮，一般選擇正常操作狀態(tài)（D0=0）。表2-4 寄存器地址分配表寄存器名稱地址D15D12D11D10D9D8空操作0000Digit00001Digit10010Digit20011Digit30100Digit40101Digit50110Digit60111Digit71000譯碼模式1001亮度調(diào)節(jié)1010掃描限制1011關(guān)斷模式1100顯示測試11112.3.3 MAX7219初始化表2-5 初始化設(shè)置各項的選擇與對應(yīng)數(shù)值設(shè)置項目選擇顛倒后的數(shù)值（16位）顯示亮度17/325F1FH掃描限制07位DFEFH譯碼方式非譯碼方式9F00H顯示測試正常操作FF00H關(guān)斷方式正常

24、操作3F80H2.3.4 部分程序功能介紹 全部程序見附錄二，下面僅介紹部分程序由于在讀搶答數(shù)據(jù)口的時候，單片機首先進入倒計時程序，再調(diào)用顯示程序，最后才檢測按鍵口，然而在檢測按鍵口時動態(tài)掃描要調(diào)用三次(4ms)延時程序.這樣就會導(dǎo)致讀數(shù)據(jù)口出現(xiàn)滯后,造成1號優(yōu)先最高.8號最低.故采用在延時子程序中加了讀數(shù)據(jù)口程序.保證了靈敏度和可靠性，程序如下：=加減時間延時(起到不會按下就加N個數(shù))=DELAY1: MOV 35H,#08HLOOP0: ACALL DISPLAYDJNZ 35H,LOOP0RET;=延時4236個機器周期(去抖動用到)=DELAY: MOV 32H,#12HLOOP: M

25、OV 33H,#0AFHLOOP1: DJNZ 33H,LOOP1DJNZ 32H,LOOPRET;=延時4236個機器周期(顯示用到)=DELAY2: MOV 32H,#43HLOOP3: MOV 33H,#1EHMOV A,R7 ;每隔6070個機器周期讀一次P1口,全為1時為無效數(shù)據(jù),繼續(xù)讀,有一個不為1時,轉(zhuǎn)到正常搶答處理JNZ AAAA1 ;沒讀到有效數(shù)據(jù)時繼續(xù)轉(zhuǎn)到AAAA1LOOP2: DJNZ 33H,LOOP2DJNZ 32H,LOOP3RET;=讀搶答按鍵數(shù)據(jù)口程序= 主持人時間設(shè)定程序如下：ACALL DISPLAY;先在兩個時間LED上顯示R1JNB P3.4,INC0;

26、P3.4為+1s鍵,如按下跳到INCOJNB P3.5,DEC0;P3.5為-1s鍵,如按下跳到DECOJNB P3.1,BACK0;P3.1為確定鍵,如按下跳到BACKO2.4LCD簡介2.4.1LCD和LED的區(qū)別LED為英文（Light Emitting Diode）的縮寫，是發(fā)光二極管的一種,LCD是液晶顯示器,兩者相差太多.但是用LED的點陣也能組成顯示器,適用于戶外大屏幕顯示,分辨率較低。LCD為英文（Liquid Crystal Display）的縮寫，即液晶顯示器，是一種數(shù)字顯示技術(shù)，通過液晶和彩色過濾器過濾光源，在平面面板上產(chǎn)生圖象。與傳統(tǒng)的陰極射線管LCD占用空間小，低功耗

27、，低輻射，無閃爍，降低視覺疲勞。 LCD技術(shù)能夠顯示更加清晰，明亮的圖象。 LED是發(fā)光二極管 特點：自發(fā)光，從遠處可以看見，價格相對較低缺點；顯示的容少，一般是數(shù)碼，LED電子滾動顯示，等等，很耗電，控制復(fù)雜。 由于LCD比LED的效果好，所以本設(shè)計我們選擇了LCD作為我們設(shè)計的顯示器。2.4.2單片機和分立元件的區(qū)別單片機相當(dāng)于一個集成電路，將一些功能都集成在一個芯片中，在一小塊芯片中能實現(xiàn)各種功能的器件。分立元件是指電阻電感電容等器件。這是相對于集成電路來說的，比如一個電路,他用了一個集成電路,外加一些零件即能實現(xiàn)需要的功能,而一般來說,用分立元件也能實現(xiàn),但體積可能會大一些,可靠性可能

28、也差一些。通過兩者的比較，單片機明顯優(yōu)于分立元件，所以本設(shè)計我們選擇了用單片機。其系統(tǒng)硬件設(shè)計如圖2-3鍵盤輸入單片機液晶顯示對比度控制圖2-3 單片機系統(tǒng)硬件設(shè)計2.4.3顯示電路設(shè)計和LCD的引腳功能說明液晶顯示模塊是一種將液晶顯示器件、連接件、集成電路、PCB線路板、背光源、結(jié)構(gòu)件等裝配在一起的組件。英文名稱叫“LCD Module”，簡稱“LCM”，中文稱為“液晶顯示模塊”，其流程圖如2-4所示，實物圖如2-5所示。LCD控制器VSSVDDDVORSR/WEDB0DB7LCD驅(qū)動器LCD顯示裝置如圖2-4 LCD流程圖圖2-5 LCD1602實物圖2.4.4液晶顯示模塊表2-6 LCD

29、引腳功能編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2雙向數(shù)據(jù)口2VDD電源正極10D3雙向數(shù)據(jù)口3VL對比度調(diào)節(jié)11D4雙向數(shù)據(jù)口4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5雙向數(shù)據(jù)口5R/W讀/寫選擇13D6雙向數(shù)據(jù)口6E模塊使能端14D7雙向數(shù)據(jù)口7D0雙向數(shù)據(jù)口15BLK背光源地8D1雙向數(shù)據(jù)口16BLA背光源正極VDD：電源正極，4.55.5V，通常使用5V電壓；VL：LCD對比度調(diào)節(jié)端，電壓調(diào)節(jié)圍為05V。接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，但對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，因此通常使用一個10K的電位器來調(diào)整對比度，或者直接串接一個電阻到地；RS：MCU寫入數(shù)據(jù)或者指令選擇端。MCU要

30、寫入指令時，使RS為低電平；MCU要寫入數(shù)據(jù)時，使RS為高電平；R/W：讀寫控制端。R/W為高電平時，讀取數(shù)據(jù)；R/W為低電平時，寫入數(shù)據(jù)；E：LCD模塊使能信號控制端。寫數(shù)據(jù)時，需要下降沿觸發(fā)模塊。D0D7：8位數(shù)據(jù)總線，三態(tài)雙向。如果MCU的I/O口資源緊的話，該模塊也可以只使用4位數(shù)據(jù)線D4D7接口傳送數(shù)據(jù)。本充電器就是采用4位數(shù)據(jù)傳送方式；BLA： LED背光正極。需要背光時，BLA串接一個限流電阻接VDD，BLK接地，實測該模塊的背光電流為50mA左右；BLK： LED背光地端。數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點顯示）；按

31、能顯示多少個“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。三搶答器電路原圖與仿真.搶答器原理圖搶答器電路

32、原理框圖如圖3-1所示，其中右上部分是4個七段數(shù)碼管，作為顯示輸出部分，左上部分是鐘控部分，除了S1-S8是選手控制按鈕，其余按鈕式主持人控制系統(tǒng)。圖3-1 搶答器電路原理框圖各按鍵功能介紹如下：SET鍵為復(fù)位鍵，按下復(fù)位鍵系統(tǒng)進入就緒狀態(tài)；B1、B2分別為30s、60s預(yù)置時間鍵；“+”、“-”鍵可以調(diào)節(jié)時間；EN鍵用來確定自設(shè)時間；ON鍵用來確定一切就緒，按下它系統(tǒng)就進入倒計時搶答；S1-S8為8個搶答按鍵。3.2仿真軟件介紹1） Proteus軟件簡介Proteus組合了高級原理布圖、混合模式SPICE仿真,PCB設(shè)計以與自動布線來實現(xiàn)一個完整的電子設(shè)計系統(tǒng)。 ISIS是Proteus系

33、統(tǒng)的中心,它遠不僅是一個圖表庫。它是具有控制原理圖畫圖的外觀設(shè)計環(huán)境 。Proteus軟件是一種低投資的電子設(shè)計自動化軟件，提供可仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件和多達30多個元件庫。Proteus軟件提供多種現(xiàn)實存在的虛擬儀器儀表。此外，Proteus還提供圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號，以圖形的方式實時地顯示出來。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標(biāo)，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗，盡可能減少儀器對測量結(jié)果的影響，Proteus軟件提供豐富的測試信號用于電路的測試。這些測試信號包括模擬信號和數(shù)字信號。提供Schematic Drawing、SPICE仿真與PCB設(shè)計功能，同

34、時可以仿真單片機和周邊設(shè)備，可以仿真51系列、AVR、PIC等常用的MCU，并提供周邊設(shè)備的仿真，例如373、led、示波器等。Proteus提供了大量的元件庫，有RAM、ROM、鍵盤、馬達、LED、LCD、AD/DA、部分SPI器件、部分IIC器件，編譯方面支持Keil和MPLAB等編譯器。 一臺計算機、一套電子仿真軟件，在加上一本虛擬實驗教程，就可相當(dāng)于一個設(shè)備先進的實驗室。以虛代實、以軟代硬，就建立一個完善的虛擬實驗室。在計算機上學(xué)習(xí)電工基礎(chǔ)，模擬電路、數(shù)字電路、單片機應(yīng)用系統(tǒng)等課程，并進行電路設(shè)計、仿真、調(diào)試等。2）基本操作步驟1打開PROTEUS 操作界面。2選擇“P”，從元件庫中提

35、取需要的元器件（選中雙擊），選擇完點OK。3在編輯區(qū)畫電路圖,修改元件參數(shù)。4進行電路仿真。5保存文件。3）使用Proteus軟件的便利。1培養(yǎng)學(xué)習(xí)者實驗設(shè)計能力，并降低科研投入，不擔(dān)心燒壞設(shè)備和元器件。2支持創(chuàng)新性設(shè)計。3培養(yǎng)團隊合作能力。4提高實驗質(zhì)量，擴展學(xué)習(xí)者的思路和提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣。3.3仿真測試效果經(jīng)測試達到了設(shè)計的效果，下面用發(fā)光LED代替報警系統(tǒng)，則可以看到測試效果。操作說明：主持人按下復(fù)位鍵SET,如果題目比較容易調(diào)節(jié)搶答時間為22s,按下B1鍵，然后調(diào)節(jié)“-”按鈕，顯示從30的倒計時，等顯示時間減到22時，停止按動“-”按鈕，再按EN鍵確定，然后按下ON開始搶答，同時揚

36、聲器響，顯示如圖3-2所示；5號選手按下鍵搶答成功，立即進入倒計時答題狀態(tài)如圖3-3所示；如果在所設(shè)時間選手未能按時答題，則發(fā)出報警，如圖3-4和3-5所示。若8位選手均未能在設(shè)定時間正常搶答,系統(tǒng)同樣進入報警狀態(tài)，本系統(tǒng)所有的報警時間都設(shè)置為5s。圖3-2 搶答器搶答狀態(tài)圖3-3 搶答器倒計時答題狀態(tài)圖3-4 搶答器報警狀態(tài)圖3-5 搶答器報警狀態(tài)終總結(jié)此次畢業(yè)設(shè)計要求我們在老師的指導(dǎo)下獨立進行查閱資料，設(shè)計方案與組織實驗等工作，并寫出報告。這次實驗對于提高我們的素質(zhì)和科學(xué)實驗?zāi)芰Ψ浅Ｓ幸?，為以后從事電子電路方面的設(shè)計，研制電子產(chǎn)品打下基礎(chǔ)。通過這一周的學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，自己知識的

37、很多漏洞，看到了自己的實踐經(jīng)驗還是比較缺乏，理論聯(lián)系實際的能力還急需提高。通過這次畢業(yè)設(shè)計，為完成這次畢業(yè)設(shè)計我們確實很辛苦，但苦中仍有樂，和團隊人員這一周的日子，讓我們有說有笑，相互幫助，配合默契，多少人間歡樂在這里灑下，大學(xué)里兩年的相處還趕不上這兩個月的實習(xí)，我感覺我和同學(xué)們之間的距離更加近了。這個工程確實很累，但當(dāng)我們仿真實驗成功的時候，當(dāng)我們連好線，按下按鈕，LED亮了起來，喇叭響起的是我一生以來最好聽的聲音，我們的心中就不免興奮，不免激動。對我們而言，知識上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。在此要特別感我的指導(dǎo)老師對我們的指導(dǎo)，在此向老師說一聲，老師您辛苦了！當(dāng)然我也要感我們同組的人

38、的積極合作。在老師的啟發(fā)和我們共同的努力下，我們才能順利的完成畢業(yè)設(shè)計。在以后的工作中，我一定會更加努力的學(xué)習(xí)，充分的發(fā)揮自己的特長。參考文獻1 朱運利. 單片機技術(shù)應(yīng)用. :機械工業(yè)， 2005年1月第一版.2 大彪. 電子技能與實訓(xùn). :電子工業(yè)， 2004年7月.3 全力，德申. 微機控制技術(shù)與應(yīng)用. :機械工業(yè)， 2004年1月第一版.4 閻 石. 數(shù)字電子電路. :中央廣播電視大學(xué)， 1993.5 毅坤，善久，龔雪紅. 單片微型計算機原理應(yīng)用. :電子科技大學(xué), 2003.6 田 良，黃正瑾，建元. 綜合電子設(shè)計與實踐. :東南大學(xué).7 素行. 模擬電子電路. :中央廣播電視大學(xué),

39、1994.8 康平光. 電子技術(shù)基礎(chǔ). :高等教育, 2003.9 華. MCS-51單片機接口技術(shù)與應(yīng)用. :航天航空大學(xué). 附錄一完整的源程序：OK EQU 20H;搶答開始標(biāo)志位RING EQU 22H;響鈴標(biāo)志位ORG 0000HAJMP MAINORG 0003HAJMP INT0SUBORG 000BHAJMP T0INTORG 0013HAJMP INT1SUBORG 001BHAJMP T1INTORG 0040HMAIN: MOV R1,#30;初設(shè)搶答時間為30sMOV R2,#60;初設(shè)答題時間為60sMOV TMOD,#11H;設(shè)置未定時器/模式1MOV TH0,#0F

40、0HMOV TL0,#0FFH;越高發(fā)聲頻率越高,越尖MOV TH1,#3CHMOV TL1,#0B0H;50ms為一次溢出中斷SETB EASETB ET0SETB ET1SETB EX0SETB EX1;允許四個中斷,T0/T1/INT0/INT1CLR OKCLR RINGSETB TR1SETB TR0;START: MOV R5,#0BHMOV R4,#0BHMOV R3,#0BHACALL DISPLAY;未開始搶答時候顯示FFF P3.0,NEXT;dddddddACALL DELAY P3.0,NEXT;去抖動,如果"開始鍵"按下就向下執(zhí)行,否者跳到非法搶答

41、查詢ACALL BARK;按鍵發(fā)聲MOV A,R1MOV R6,A;送R1->R6,因為R1中保存了搶答時間SETB OK;搶答標(biāo)志位,用于COUNT只程序中判斷是否查詢搶答MOV R7,#01H ;讀搶答鍵數(shù)據(jù)信號標(biāo)志，這里表示只讀一次有用信號MOV R3,#0AH;搶答只顯示計時,滅號數(shù)AJMP COUNT;進入倒計時程序,"查詢有效搶答的程序"在COUNT里面NEXT: JNB P1.0,FALSE1JNB P1.1,FALSE2JNB P1.2,FALSE3JNB P1.3,FALSE4JNB P1.4,FALSE5JNB P1.5,FALSE6JNB P1.

42、6,FALSE7JNB P1.7,FALSE8AJMP START;=非法搶答處理程序=FALSE1: MOV R3,#01HAJMP ERRORFALSE2: MOV R3,#02HAJMP ERRORFALSE3: MOV R3,#03HAJMP ERRORFALSE4: MOV R3,#04HAJMP ERRORFALSE5: MOV R3,#05HAJMP ERRORFALSE6: MOV R3,#06HAJMP ERRORFALSE7: MOV R3,#07HAJMP ERRORFALSE8: MOV R3,#08HAJMP ERROR;=INT0(搶答時間R1調(diào)整程序)=INT0S

43、UB:MOV A,R1MOV B,#0AHDIV ABMOV R5,AMOV R4,BMOV R3,#0AHACALL DISPLAY;先在兩個時間LED上顯示R1JNB P3.4,INC0;P3.4為+1s鍵,如按下跳到INCOJNB P3.5,DEC0;P3.5為-1s鍵,如按下跳到DECOJNB P3.1,BACK0;P3.1為確定鍵,如按下跳到BACKOAJMP INT0SUBINC0: MOV A,R1CJNE A,#63H,ADD0;如果不是99,R2加1,如果加到99,R1就置0，重新加起。MOV R1,#00HACALL DELAY1AJMP INT0SUBADD0: INC

44、R1ACALL DELAY1AJMP INT0SUBDEC0: MOV A,R1JZ SETR1;如果R1為0, R1就置99，DEC R1ACALL DELAY1AJMP INT0SUBSETR1: MOV R1,#63HACALL DELAY1AJMP INT0SUBBACK0: RETI ;=INT1(回答時間R2調(diào)整程序)=INT1SUB:MOV A,R2MOV B,#0AHDIV ABMOV R5,AMOV R4,BMOV R3,#0AHACALL DISPLAYJNB P3.4,INC1JNB P3.5,DEC1JNB P3.1,BACK1AJMP INT1SUBINC1: MOV

45、 A,R2CJNE A,#63H,ADD1MOV R2,#00HACALL DELAY1AJMP INT1SUBADD1: INC R2ACALL DELAY1AJMP INT1SUBDEC1: MOV A,R2JZ SETR2DEC R2ACALL DELAY1AJMP INT1SUBSETR2: MOV R2,#63HACALL DELAY1AJMP INT1SUBBACK1: RETI ;=倒計時程序(搶答倒計時和回答倒計時都跳到改程序)=REPEAT:MOV A,R2 ;使用錦囊時重新計時MOV R6,ACLR RING COUNT: MOV R0,#00H;重置定時器中斷次數(shù)MOV

46、TH1,#3CHMOV TL1,#0B0H;重置定時器RECOUNT:MOV A,R6;R6保存了倒計時的時間,之前先將搶答時間或回答時間給R6MOV B,#0AHDIV AB;除十分出個位/十位MOV 30H,A;十位存于(30H)MOV 31H,B;個位存于(31H)MOV R5,30H;取十位MOV R4,31H;取個位MOV A,R6SUBB A,#07HJNC LARGER;大于5s跳到LARGER,小于等于5s會提醒MOV A,R0CJNE A,#0AH,FULL;1s中0.5s向下運行CLR RING AJMP CHECKFULL: CJNE A,#14H,CHECK;下面是1s

47、的情況,響并顯示號數(shù)并清R0,重新計SETB RINGMOV A,R6JZ QUIT;計時完畢MOV R0,#00HDEC R6;一秒標(biāo)志減1AJMP CHECKLARGER: MOV A,R0CJNE A,#14H,CHECK;如果1s向下運行,否者跳到查"停/顯示"DEC R6;計時一秒R6自動減1MOV R0,#00HCHECK: JNB P3.1,QUIT;如按下停止鍵退出JNB OK,CHECKK ;只在回答倒計時才有效AJMP NEXTTCHECKK:JNB P3.0,REPEAT ;判斷是否使用錦囊NEXTT: ACALL DISPLAY OK,ACCOUT;

48、如果是搶答倒計時,如是則查詢搶答,否者跳過查詢繼續(xù)倒數(shù)(這里起到鎖搶答作用)AJMP RECOUNTACCOUT:MOV A,36HJNB ACC.0,TRUE1JNB ACC.1,TRUE2JNB ACC.2,TRUE3JNB ACC.3,TRUE4JNB ACC.4,TRUE5JNB ACC.5,TRUE6JNB ACC.6,TZ1JNB ACC.7,TZ2AJMP RECOUNTTZ1:JMP TRUE7TZ2:JMP TRUE8 QUIT: CLR OK;如果按下了"停止鍵"執(zhí)行的程序CLR RINGAJMP START;=正常搶答處理程序=TRUE1: ACALL

49、 BARKMOV A,R2MOV R6,A;搶答時間R2送R6MOV R3,#01HCLR OK;因為答題的計時不再查詢搶答,所以就鎖了搶答AJMP COUNTTRUE2:ACALL BARKMOV A,R2MOV R6,AMOV R3,#02HCLR OKAJMP COUNTTRUE3:ACALL BARKMOV A,R2MOV R6,AMOV R3,#03HCLR OKAJMP COUNTTRUE4:ACALL BARKMOV A,R2MOV R6,AMOV R3,#04HCLR OKAJMP COUNTTRUE5:ACALL BARK MOV A,R2MOV R6,AMOV R3,#05HCLR OKAJMP COUNTTRUE6: ACALL BARK MOV A,R2MOV R6,AMOV R3,#06HCLR OKAJMP COUNTTRUE7:ACALL BARK MOV A,R2MOV R6,AMOV R3,#07HCLR OKAJMP COUNTTRUE8:ACALL BARK MOV A,R2MOV R6,AMOV R3,#08HCLR OKAJMP COUNT;=犯規(guī)搶答程序=ERROR: MOV R0,#00H