毕业设计(论文)-基于单片机的多路智能抢答器的设计.doc
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1、学士学位论文(设计)论文题目基于单片机的多路智能抢答器的设计作者姓名指导教师所在院系专业名称完成时间2009年5月15日XXXX学院本科毕业论文(设计)诚信承诺书中文题目:基于单片机的多路智能抢答器的设计外文题目:Design of Multipath Calling Implement Based on MCS学生姓名学 号院系专业班 级学 生 承 诺我承诺在毕业论文(设计)活动中遵守学校有关规定,恪守学术规范,本人毕业论文(设计)内容除特别注明和引用外,均为本人观点,不存在剽窃、抄袭他人学术成果,伪造、篡改实验数据的情况。如有违规行为,我愿承担一切责任,接受学校的处理。 学生(签名): 2
2、009年5月15日指导教师承诺我承诺在指导学生毕业论文(设计)活动中遵守学校有关规定,恪守学术规范,经过本人核查,该生毕业论文(设计)内容除特别注明和引用外,均为该生本人观点,不存在剽窃、抄袭他人学术成果,伪造、篡改实验数据的现象。 指导教师(签名): 2009年5月15日 I目 录摘 要11概述21.1 研究目标与任务21.2 方案设计与论证21.3 研究步骤32电路原理图的设计32.1 电路组成框图42.2 电路原理图43电路硬件设计53.1单片机最小系统53.2按键电路103.3显示电路113.4报警电路124系统软件的设计124.1编译软件Keil C134.2仿真软件Proteus1
3、44.3制板软件Protel DXP155调试及故障分析165.1程序调试165.2硬件焊接及故障分析176总结187致谢19参考文献20附录一21附录二32XXXX学院学士学位论文评审表20基于单片机的多路智能抢答器的设计摘 要:抢答器是一种通过数码显示和警示等手段,准确、公正、直观地判断出第一抢答者的设备。本文介绍了一种以STC89C52为核心的多路智能抢答器系统,并分别从硬件和软件两方面对设计思想进行了阐述。硬件设计包括:单片机最小系统,按键电路、显示电路、报警电路;软件设计包括Keil编译程序、Proteus电路仿真、Protel DXP电路制板。经过调试和运行,该系统达到了预期目标,
4、具有反应灵敏、功能齐全、实用性强的特点。关键词:单片机 键盘 显示 报警中文分类号:TP368.1DESIGN OF MULITIPATH CALLING IMPLEMENT BASED ON MCSAbstract: Calling Implement could accurate, impartial, penetrating to decide who is the No.1 to press the button, and shows the results through nixietube. A kind of multipath calling implement is intr
5、oduced in the thesis, and the STC89C52 is its hard core. Hardware design include: the smallest MCS system, keyboard circuit, display circuit, alarm circuit; Software design include: Keil compiler, Proteus simulation, Protel DXP system circuit board. Also, the design method of the control system was
6、expounded from aspects of the software and the hardware. And after debugging and running, the system reached the expected target, which have many advantages such as fast reaction, all ready function and good practicability. Keywords: MCS, keyboard, display, alarm 基于单片机的多路智能抢答器的设计1概述随着计算机技术的发展,单片机技术已
7、经成为计算机技术中的一个独特的分支,单片机的应用领域也越来越广泛,特别是在工业控制和仪表仪器智能化中扮演着举足轻重的角色。在单片机家族的众多成员中,52系列单片机以其优越的性能、成熟的技术、高可靠性和高性价比,成为国内单片机应用领域内的主流。各种知识竞赛、文娱活动的广泛开展,使抢答器成了必不可少的电子设备,它为参赛选手提供了公正、客观、快速的裁决,已逐渐发展成为一种成型的电子产品,但市面上所售抢答器价格一般较贵且多为小规模集成电路构成,其性能单一,工作起来不够理想。本文介绍了一种以STC89C52单片机为核心的智能抢答器,它充分利用了单片机系统的优点,具有结构简单、功能强大、可靠性好、成本较低
8、,实用性强的特点。1.1 研究目标与任务抢答器在电视台、商业机构、学校及企事业单位都有广泛应用,它为各种竞赛增添了刺激性、娱乐性,在一定程度上丰富了人们的业余生活。它的基本功能是:有几个小组参赛,当主持人允许抢答的情况下,优先抢答者发出抢答信号,此时其他参赛组的抢答电路即失去控制作用;在主持人解除抢答信号后,电路才自动恢复到各组又均可抢答的状态中。本课题目标是开发并且制作一种结构简单、实用性强、基于单片机的智能抢答器,从而公正、快速、准确的裁决出第一抢答者。1.2 方案设计与论证方案一:系统各部分采用中小规模集成数字电路,用机械开关按钮作为控制开关,完成抢答输入信号的触发1, 2。该方案的特点
9、是中小规模集成电路应用技术成熟,性能可靠,能方便地完成选手抢答的基本功能,但是由于系统功能要求较高,所以电路连接集成电路相对较多,而且过于复杂,并且制作过程工序比较烦琐,使用不太方便。方案二:采用52系列单片机STC89C52作为控制核心,该系统可以完成运算控制、信号识别以及显示功能的实现3,4。由于使用单片机作为控制核心,其技术比较成熟,应用起来方便、简单,并且周围的辅助电路也比较少,便于控制和实现。整个系统具有极其灵活的可编程性,能方便地对系统进行功能的扩展和更改。经过比较,显然方案二比方案一简单的多,不但从性能上优于方案一,而且在使用上及其功能的实现上都较方案一简洁,并且由于单片机具有优
10、越的高集成电路性,使其工作速度更快、效率更高。另外STC89C52单片机可以采用12MHz的晶振,提高了信号的测量精度,并且使该系统可以通过软件改进来扩展功能。而方案一采用了中小规模集成电路,由于其复杂的电路性能,可能会使信号的输入输出产生延时及不必要的误差。因此选择方案二比较适合。1.3 研究步骤(1)根据要求,设计出比较合理的方案,选取合适的硬件器件,熟悉各个器件的性能;(2)编写程序,根据设计的要求,编制主程序以及各子程序模块;(3)通过Keil、Proteus等软件进行仿真;(4)仿真成功后开始搭建实物电路,并且进行调试;(5)进行PCB设计;(6)实验总结;(7)撰写研究报告。2电路
11、原理图的设计根据设计功能的要求,电路应该包括控制电路,按键电路,以及用来显示裁决结果的显示电路。除了用数码管显示目前的动作情形,同时也需要用声音提醒或者警告操作人员,因此也在电路设计时加入了报警电路。2.1 电路组成框图抢答器电路总体设计方框图如图1所示: 按键电路控制电路显示电路报警电路图1 抢答器总体设计方框图2.2 电路原理图抢答器电路原理图如图2所示,控制电路以单片机STC89C52为核心,按键电路采用矩阵式键盘的接法,显示电路采共阴极数码管动态显示,报警采用蜂鸣器报警电路。图2 抢答器电路设计原理图3电路硬件设计电路硬件包括:单片机最小系统(即控制电路)、按键电路、显示电路、报警电路
12、。3.1单片机最小系统(1)系统结构总线型单片机非总线应用的最小系统示意图如图3所示,只有单片机和时钟电路、复位电路构成的最简单电路,并行总线不用于外围扩展,可作为应用系统的I/O口使用。图3 总线型单片机非总线应用的最小系统(2)系统特点有大量可使用的I/O口;没有并行扩展,应用系统结构简单;外围器件只能通过UART口的串行移位方式或虚拟串行扩展总线进行扩展。(3)STC89C52单片机STC89C52单片机具有片内E2PROM,是真正的单片机,由于不需要外接EPROM,所以应用非常普遍。STC89C52的主要工作特性如下:片内程序存储器内含8KB的Flash程序存储器,可擦写寿命为1000
13、0次;片内数据存储器内含256字节的RAM;具有32根可编程I/O口线;具有3个可编程定时器;中断系统是具有8个中断源、6个中断矢量、2个级优先权的中断结构;串行口是具有一个全双工的可编程串行通信口;具有一个数据指针DPTR;低功耗工作模式有空闲模式和掉电模式;具有可编程的3级程序锁定位;单片机STC89C52工作电源电压为5(1+0.2)V,且典型值为5V;单片机STC89C52最高工作频率为24MHz,单片机正常工作时,都需要有一个时钟电路和一个复位电路。STC89C52的内部结构图如图4所示:ROM并行接口RAM串行接口定时器/计数器中断系统内部总线SFR特殊功能寄存器P0TXD RXD
14、INTO INT1CPU微处理器P1P2P3内部总线T0 T1图4 STC89C52内部结构图52单片机有4个8位并行输入/输出接口:P0、P1、P2和P3口这四个口既可以并行输入或输出8位数据,又可按位使用,即每一位均能独立做输入或输出用。图5为各接口的电气结构示意图5,6:图5 P0、P1、P2、P3口的电气结构图I/O端口的结构锁存器加引脚的典型结构52的I/O端口都由内部总线实现操作控制。P0-P3四个I/O端口都可以用作普通I/O口,因此,要求有输出锁存功能。内部总线又是分时操作,故每个I/O端口都有相应的锁存器。然而,I/O端口又是外部的输入/输出通道,必须有相应的引脚,故形成了I
15、/O端口的锁存器加引脚的典型结构。I/O的复用结构I/O端口的总线复用。在使用并行扩展总线时,P0口可做数据总线口和低8位地址总线口,P0口为三态双向口。P0口输出并行总线的地址/数据信号;P2口输出高8位地址信号。I/O端口的功能复用。P3口为复用的I/O端口,口内有复用输出功能的控制端;引脚也有复用输入功能的控制端。P3口的第二功能输入引脚功能表如表1所示:表1 P3口的第二功能输入引脚端口引脚第二功能说 明P3.0RXD串行数据接受P3.1TXD串行数据发送P3.2外部中断0申请P3.3外部中断1申请P3.4T0定时/计数器0输入P3.5T1定时/计数器1输入P3.6外部数据存储器写选通
16、P3.7外部数据存储器读选通准双向口结构P0、P1、P2、P3口作为普通I/O口使用时,都是准双向口结构,准双向口的典型结构如图(5)-b所示,准双向口的输入操作和输出操作本质不同,输入操作是读引脚状态;输出操作是对口锁存器的写入操作。由口锁存器和引脚电路可知:当由内部总线给口锁存器置0或1时,锁存器中的“1”或“0”状态立即反映到引脚上。但是在输入操作(读引脚)时,如果口锁存器状态为“0”,引脚被钳位在“0”状态,导致无法读出引脚的高电平输入。I/O端口的应用特性端口的自动识别。无论是P0、P2口的总线复用,还是P3口的功能复用,内部资源会自动选择,不需要通过指令的状态选择。口锁存器的读、改
17、、写操作。许多涉及到I/O端口的操作,实际上只是设计口锁存器的读出、修改、写入的操作。这些指令都是一些逻辑运算指令、置位/清除指令、条件转移指令以及将I/O口作为目的地址的操作指令。P0口作为普通I/O口使用。当不使用并行扩展总线时,P0、P2口都可以做普通I/O口。但是P0口为开漏结构,作I/O口时必须外加上拉电阻。I/O口的驱动特性。P0口每一个I/O口可输出驱动8个TTL负载。而P1-P3口只能驱动4个。(4)时钟电路时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号。设计中采用了比较典型的内部时钟方式,如图6所示:其工作原理是:片内高增益反向放大器XTAL1、XTAL2外接作为反馈元件的晶体(
18、呈感性)与电容组成的并联谐振回路构成一个自激振荡器向内部时钟电路提供振荡时钟。振荡器的频率主要取决于晶体的振荡频率,一般晶体可以在1.2-12MHz之间任选。电容的大小影响振荡器电路的稳定性和快速性,其值有微调作用,通常取30pF左右。在设计电路板时,晶振和电容应尽可能的靠近芯片,以减小分布电容,保证振荡器振荡的稳定性7。XTAL2XTAL1晶振C2C1单 片 机图6 单片机外接晶体的接法(5)复位电路复位是单片机的初始化操作,其主要功能是将程序计数器PC初始化为0000H,使单片机从0000H单元开始执行程序。复位操作不影响片内RAM的内容,但是对SFR中的一些寄存器有影响。图7 各种复位电
19、路单片机的复位是靠外部电路复位的。其复位方式有上电复位和按键手动复位两种。复位电路中的电阻、电容数值的设置,是为了保证在RST管脚处至少保持两个机器周期(24个振荡周期)的高电平而完成复位过程的,也就是在斯密特触发器的输入端维持在最低阀值电压以上足够长时间,使斯密特触发器产生一个正脉冲。电阻值通常为1K,电容值通常为22uF。图7为几种常见的复位电路接法8。 3.2按键电路(1)键盘接口和键输入软件中应解决的几个问题消除抖动按键的合断过程存在一个抖动的暂态过程,这种抖动的暂态过程大约经过5-10ms的时间,人的肉眼是察觉不到的,但对于高速的CPU是有反应的,可能产生误处理。为了保证键动作一次,
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