四位搶答器課程設計報告

課程設計報告課程名稱：微機原理課程設計題目：四位電子搶答器學院：環(huán)境與化學工程系：過程裝備與測控工程專業(yè)：測控技術與儀器班級：測儀121學號：007學生姓名：文藝三起訖日期：2023-06-19～2023-06-29指導教師：熊劍、楊俊清、楊大勇摘要單片機就是微控制器，是面向應用對象設計、突出控制功能的芯片。單片機接上晶振、復位電路和相應的接口電路，裝載軟件后就可以構成單片機應用系統。將它嵌入到形形色色的應用系統中，就構成了眾多產品、設備的智能化核心。本設計就是應用單片機制作多功能四位電子搶答器，具有搶答限時、搶答自鎖、燈光指示、暫停復位等強大功能。本設計采用的是STC89S52單片機，該單片機采用的MCU51內核，具有很好的兼容性，內部帶有8KB的ROM，能夠存儲大量的程序，采用STC_ISP軟件給單片機燒寫程序。除單片機外其他主要部件有12MHz的晶振、6位按鍵開關、八段共陰極數碼管、無源蜂鳴器。關鍵詞：搶答器四位多功能目錄TOC\o"1-3"\h\u摘要-0-一、設計任務、要求-2-二、方案總體設計-3-2.1、顯示模塊-3-2.2、按鍵控制模塊-3-2.4、聲音報警模塊-3-2.5、總體設計………………4三、硬件設計-5-3.1、單片機最小系統……………………….5、復位電路-5-、時鐘信號的產生-5-3.2、數碼管顯示模塊-6-3.3、搶答器顯示模塊-6-3.4、電源方案的選擇-7-3.5、搶答器鍵盤的選擇……………………83.6、蜂鳴器模塊……………93.7、控制系統及所需元件-9-3.8、整體電路圖…………..113.9、lochmaste硬件電路………………….12四、軟件設計-13-五、系統仿真與調試-15-5.1、Proteus仿真原理圖-15-5.2、實物圖………………..17六、設計總結-19-七、參考文獻-27-附錄：源程序代碼………………21一、設計任務、要求1．1、設計任務:利用單片機、STC89C52、3×2矩陣開關、數碼管、無源蜂鳴器實現具有搶答限時、搶答自鎖、燈光指示、暫停復位功能的四位電子搶答器。1．2、設計要求：〔1〕搶答器同時供4名選手或4個代表隊比賽使用，分別用4個按鈕K1～K4表示?！?〕設置裁判開關k5和清零開關k6，該開關由主持人控制，當主持人按下k6，系統復位，預備搶答，當主持人按下總控制控制開關k5，開始搶答；〔3〕搶答器具有定時搶答功能，搶答時間為倒計時15秒。當主持人啟動“開始〞鍵后，定時器進行減計時，同時揚聲器發(fā)出短暫的提示聲響，聲響持續(xù)的時間0.5秒左右，當計時小于5秒后，每減少一秒，便報警一次以提示選手?！?〕搶答器具有鎖存功能，參賽選手在設定的時間內進行搶答，搶答有效，蜂鳴器發(fā)聲，計時停止，數碼管上顯示選手的編號和時間，選手相應的信號燈被點亮，其他選手再搶答時無效。〔5〕如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統報警并禁止搶答。等待下一輪搶答。二、方案總體設計本次設計四位電子搶答器，使用了STC89C52單片機芯片控制電路，單片機控制電路簡單，電路簡明易懂，使用鍵盤鍵上的按鍵來進行開始、搶答、復位，用一蜂鳴器來進行提醒，編程采用C程序，用keil軟件進行程序編譯，用protues軟件進行軟件仿真，lochmaster軟件進行電路板布線。再通過四個模塊：鍵盤、芯片、蜂鳴器、數碼管即可滿足設計要求。2.1、顯示模塊數碼管是利用發(fā)光二極管的特性組合而成數字顯示器件，通過控制相應的二極管的狀態(tài)顯示相應的數字。要使數碼管正常顯示就得有驅動電路驅動相應的段碼，數碼管的現實方式可分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示，靜態(tài)顯示方式只適合顯示單個的數字。本設計采用的數碼管為四位八段共陰極數碼管，故此采用動態(tài)顯示。2.2、按鍵控制模塊本設計用到的鍵盤有6個按鍵，分別為四位選手搶答按鍵，主持人開始按鍵和復位按鍵，依次接p1.0-p1.5口。2.4、聲音報警模塊此模塊采用無源蜂鳴器實現，通過編寫相應的程序，當滿足一要求時，蜂鳴器發(fā)聲。蜂鳴器是一種一體化結構的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應用于計算機、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設備、機、定時器等電子產品中作發(fā)聲器件。2.5、總體設計設計總體框架圖如圖2-5-1所示四位八段共陰數碼管四位八段共陰數碼管六位按鍵輸入STC六位按鍵輸入蜂鳴器蜂鳴器89C52LED燈LED燈圖2-5-1三、硬件設計3.1、單片機最小系統、復位電路復位操作有上電自動復位和按鍵手動復位兩種方式，本設計采用按鍵電平復位，結構如圖3-1所示。圖3-1-1復位電路、時鐘信號的產生89C52芯片內部有一個高增益法相放大器，用于構成振蕩器。反相放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2，兩端跨接石英晶體及兩個電容就可以構成穩(wěn)定的自己振蕩器，電路如圖3-2所示。圖3-1-2晶振電路3.2、數碼管顯示模塊圖3-3四位共陰極數碼管引腳圖與實物圖3.3、搶答器顯示模塊顯示模塊分為數碼管模塊和LED信號燈模塊分別采用四位一體共陰極數碼管和四個發(fā)光二極管，體積小，功耗低，故障率低，程序編譯容易，資源占用較少?！惨妶D3-4，圖3-5〕圖13.3、系統電源圖3-4數碼管顯示模塊圖3-5LED燈顯示模塊3.4、電源方案的選擇系統需要5V電源來驅動單片機STC89C52。利用電腦的USB接口可以提供5V電壓來驅動單片機。圖3-6USB接口圖3.5、搶答器鍵盤的選擇鍵盤是單片機不可缺少的輸入設備，是實現人機對話的紐帶。鍵盤按結構形式可以分為非編碼鍵盤和編碼鍵盤，前者用軟件方法產生鍵碼，而后者那么用硬件方法來產生鍵碼。在單片機中使用的都是非編碼鍵盤，因為非編碼鍵盤結構簡單，本錢低廉，非編碼鍵盤的類型很多，常用的有獨立式鍵盤，行列式鍵盤等。本設計采用獨立式鍵盤。鍵盤接口中使用多少根I/O線，鍵盤中就有幾個按鍵，鍵盤接口使用了6根I/O口線，該鍵盤就有6個按鍵，這種類型的鍵盤，其按鍵比擬少，且鍵盤中各按鍵的工作互不干擾。因此可以根據實際需要對鍵盤中的按鍵靈活的編碼。如下圖。最簡單的編碼方式就是根據I/O輸入口所直接反映的相應按鍵，按下的狀態(tài)進行編碼，稱按鍵直接狀態(tài)碼，對于這樣編碼的獨立式鍵盤，CPU可以通過直接讀取I/O口的狀態(tài)來獲取按鍵的直接狀態(tài)編碼值，根據這個值直接進行按鍵識別，這樣形式的鍵盤結構簡單，按鍵識別容易。獨立式鍵盤的缺點是需要占用比擬多的I/O口線，當單片機應用系統鍵盤中需要的按鍵比擬少或I/O口線比擬充裕時，可以采用這樣類型的鍵盤。其模塊電路圖如圖4所示。采用六個BUTTON按鈕作為搶答的選擇按鈕，與STC89C52的相連。圖3-7鍵盤模塊3.6、蜂鳴器模塊蜂鳴器是一種一體化結構的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應用于計算機、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設備、機、定時器等電子產品中作發(fā)聲器件，其圖形如下圖.圖3-6-13.7、控制系統及所需元件控制系統主要由單片機應用電路、存儲器接口電路、顯示接口電路組成。其中單片機STC89C52是系統工作的核心，它主要負責控制各個局部協調工作。所需元件：該系統的核心器件是STC89C52。各口功能：是數碼管的位選口；P2.0-P2.7是數碼管的段選口，為其傳送段選信號；P1.0-P1.3是4組搶答信號的輸入口；P1.4、P1.5由裁判控制,分別是搶答開始\復位功能鍵；P1.6為蜂鳴器的控制口；P3.4-P3.7為選手信號燈輸出口；在其外圍接上電復位電路、數碼管電路、LED發(fā)光二極管、按鍵電路及揚聲器電路。電子搶答器用單片機來設計制作完成的，由于其功能的實現主要是通過軟件編程來完成的，所以采用單片機STC89C52，它是一個低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內含8kbytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和512bytes的隨機存取數據存儲器〔RAM〕，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS-51指令系統，片內置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強大的STC89C52單片機可為您提供許多較復雜系統控制應用場合。下列圖為其I/O口引腳圖：STC89C52管腳圖3.8、整體電路圖圖3-73.9、Lochmaster硬件電路圖3-8 硬件電路正面視圖與反面視圖四、軟件設計4.1、程序流程圖：初始化局部初始化局部K5==0啟動中斷，數碼管開始倒計時假設有選手搶答中斷停止，數碼管顯示選手的標號并點亮信號燈結束開始NYYN搶答器主程序流程圖定時器0中斷定時器0中斷1秒時間到？中斷返回N秒加1數碼管顯示秒值Y搶答器定時器中斷流程圖掃描鍵盤掃描鍵盤K0鍵按下K1鍵按下K3鍵按下K2鍵按下掃描停止與K0鍵對應的發(fā)光二極管亮及數碼管顯示與K1鍵對應的發(fā)光二極管亮及數碼管顯示與K2鍵對應的發(fā)光二極管亮及數碼管顯示與K3鍵對應的發(fā)光二極管亮及數碼管顯示YYYYNNNN五、系統仿真與調試5.1、Proteus仿真原理圖Proteus軟件是英國Labcenterelectronics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。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調試到單片機與外圍電路協同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現了從概念到產品的完整設計。它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。以下是用Proteus仿真調試圖：搶答倒計時3號選手搶答成功無人搶答最終顯示界面5.2、實物圖圖5-1正在運行中的實物圖圖5-2實物圖正面圖5-3實物圖反面六、設計總結經過近十天的努力,在不懈的努力下,我總算是成功地焊出了屬于自己的成果，完成了這次設計工程。說實話，這些天真的很累，不停歇地學習軟件的用法，學習各種器件的功能。但是，毋庸置疑的是收獲確實是巨大的。通過此次課程設計，我重新認識到了自學的重要性，以及學以致用的道理。我在圖書館和網上查閱了大量的資料，極大地系統化了我所學的知識。通過此次的搶答器的設計，讓我更加重視到專業(yè)知識的重要性及動手能力的必要性，在整個制作過程中，我出現很多問題，但我們并沒有因此而放棄，在不斷調試和失敗中，我不僅熟悉了專業(yè)知識，更是磨煉了我的心智，讓我明白了任何事情只要去做，多多去嘗試，那么任何事情即使做的不好，也會受益很多。就像有句話叫做：心態(tài)決定的成敗的話。無論做什么事情都不可能一帆風順，碰到阻礙不要舍棄，不要踟躕不前，不經歷風雨，怎么見彩虹！在這次課程設計中，碰到了很多技術上的問題。首先是程序的編寫，我采用的是C語言編寫本設計的程序。由于根底知識知識不扎實，即使在查閱了很多資料的情況下，我依舊不能一次性的編寫出正確的程序。在keil軟件中經過不停地修改，程序終于編譯成功。那一瞬間的欣喜文字真的很難表述。接下來就是洞洞板的排線問題了。由于我購置器件時未注重規(guī)格，導致買的洞洞板過小，而電阻和LED燈過大，在器件的安放上著實傷透了腦筋。然后由于洞洞板太小，沒有足夠的地方進行排線，導致數碼管的f、g管腳采取了飛線的連接方式。最后那么是在焊接上了。一般來說，造成硬件問題的首要問題就是焊接了，也就是說焊接的好與壞直接響產品的正常運行。造成焊接質量不高的常見原因是:①焊錫用量過多,形成焊點的錫堆積；焊錫過少,缺乏以包裹焊點。②冷焊。焊接時烙鐵溫度過低或加熱時間缺乏,焊錫未完全熔化、浸潤、焊錫外表不光亮(不光滑),有細小裂紋(如同豆腐渣一樣!)。③夾松香焊接,焊錫與元器件或印刷板之間夾雜著一層松香,造成電連接不良。假設夾雜加熱缺乏的松香,那么焊點下有一層黃褐色松香膜；假設加熱溫度太高,那么焊點下有一層碳化松香的黑色膜。對于有加熱缺乏的松香膜的情況,可以用烙鐵進行補焊。對于已形成黑膜的,那么要"吃"凈焊錫,清潔被焊元器件或印刷板外表,重新進行焊接才行。④焊錫連橋。指焊錫量過多,造成元器件的焊點之間短路。這在對超小元器件及細小印刷電路板進行焊接時要尤為注意。⑤焊劑過量,焊點明圍松香殘渣很多。當少量松香殘留時,可以用電烙鐵再輕輕加熱一下,讓松香揮發(fā)掉,也可以用蘸有無水酒精的棉球,擦去多余的松香或焊劑。⑥焊點外表的焊錫形成鋒利的突尖。這多是由于加熱溫度缺乏或焊劑過少,以及烙鐵離開焊點時角度不當浩成的內。由于自己經驗缺乏，導致在焊接過程中頻頻犯錯，幸好及時改正，也沒有造成大錯?？偠灾?，本次課程設計對自己而言是一次非常有意義的經歷，希望自己能吸取經驗，在以后的學習中改正自己的缺乏之處，以更飽滿的精神狀態(tài)迎接日后的挑戰(zhàn)。附錄〔C程序〕#include<reg52.h> #defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintUcharcodetable[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//共陰數碼管0~9編碼uinti,j,time,num;ucharge,shi;bitflag,flag1;sbitk1=P1^0;sbitk2=P1^1;sbitk3=P1^2;sbitk4=P1^3;sbitk5=P1^4;sbitk6=P1^5;//k1~k4為選手按鍵,k5為主持人開關,k6為復位鍵sbitbeep=P1^6;//定義蜂鳴器的端口sbitwei1=P0^0;sbitwei2=P0^1;sbitwei3=P0^2;sbitwei4=P0^3;//定義數碼管的位選端口sbitled1=P3^4;sbitled2=P3^5;sbitled3=P3^6;sbitled4=P3^7;//定義LED燈的端口voiddelay(uinta)//延時函數{uinti,j;for(i=a;i>0;i--)for(j=110;j>0;j--);}voiddisplay()//顯示函數{ shi=time/10;ge=time%10; P2=table[num];//顯示選手編號 wei1=0;delay(1); wei1=1;P2=table[shi]; wei3=0; delay(1);//顯示時間 wei3=1;P2=table[ge]; wei4=0; delay(1); wei4=1; }voidkeyscan(){ if(time==6) TR1=1;if(k1==0)//按鍵按下 { delay(10);//延時去抖動 if(k1==0) {num=1;led1=0;flag=1;TR0=~TR0;TR1=0;//關定時器0,關定時器1beep=1;delay(500);beep=0;//蜂鳴器響500毫秒while(!k1);//等待按鍵釋放} } if(k2==0) {delay(10); if(k2==0) {num=2;led2=0;flag=1;TR0=~TR0;TR1=0;beep=1;delay(500);beep=0;while(!k2);} } if(k3==0) { delay(10); 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