毕业设计（论文）-基于单片机的无线抢答器的设计.doc

浙江工业大学浙江工业大学 毕业论文(设计) 题题 目：目： 基于单片机的无线抢答器的设计 学院名称：学院名称： 浙江工业大学成教学院 学生姓名：学生姓名： 专业班级：专业班级： 07 电气自动化技术 完成时间：完成时间： 2009 年 12 月 20 日 浙江工业大学夜大、函授浙江工业大学夜大、函授 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 专业 电气自动化技术 班级 2007 级 学生姓名 一、设计（论文）题目：设计（论文）题目： 基于单片机的无线抢答器的设计 _ 二、原始资料：原始资料：由指导教师提供或推荐 5 篇以上相关文献，推荐与课题相关的期刊杂志、 图纸数据或网上资料等作为学生参考资料。 单片机原理与应用 mcs-51 系列单片机实用接 口技术 单片机在控制系统中的应用 51 系列单片机系统设计与应用技巧 电子技术 三、要求：三、要求：1、学习无线遥控知识； 2、选择单片机作为控制器的核心部件，完成系统的硬件 设计和单片机控制器的软件设计； 3、完成实物的制作； 4、完成调试工作。 四、毕业设计（论文）工作内容：四、毕业设计（论文）工作内容： 1.设计（论文）说明书（根据大纲要求）设计（论文）说明书（根据大纲要求） 2.设计（论文）图纸设计（论文）图纸_ _ 五、毕业设计（论文）工作期限：五、毕业设计（论文）工作期限： 任务书发给日期： 2009 年 9 月 20 日 设计（论文）工作自 2009 年 9 月 20 日至 2009 年 12 月 20 日 教研室（学科组）主任 设计（论文）指导教师 _ _ 系主任_ 设计（论文）答辩人_ _ 摘摘 要要 传统的抢答器都是导线布线，受现场环境影响很大。本文介绍了一种用 51 系 列单片机的数码显示无线四路抢答器的电路组成、设计思路及功能。该抢答器除 具有基本的抢答功能外，还具有计时和报警功能。主持人通过时间预设开关计算 抢答时间。系统将完成自动倒计时。若在规定的时间内有人抢答，则计时将自动 停止；若在规定的时间内无人抢答，则系统中的蜂鸣器将发响，提示主持人本轮 抢答无效，实现报警功能。 关键字关键字：智能抢答器 无线编解码 单片机 报警 目录目录 前言 1 1设计的依据.2 1.1 课题的提出 2 1.2 设计目的 2 1.3 设计的内容.2 2总体方案确定.3 3stc89s52 芯片简介 4 3.1 stc89s52 芯片简介.4 3.2 主要性能参数 .4 3.3 时序 .5 3.4 功能特性概述 .6 3.5 引脚功能说明 .6 4硬件电路.9 4.1 复位电路设计 9 4.2 显示电路的设计 9 4.3 控制电路实现 .15 4.4 无线收发模块 .16 4.5 计分器 .21 5电路调试22 5.1 硬件调试22 5.2 软件调试23 总 结 .24 致 谢 .25 参考文献 .26 附图 数字抢答器原理图 27 附图 数字抢答器单面 pcb 板图附录 28 附表 元件清单 29 附录 程序 30 1 前言前言 抢答器又称第一信号鉴别器,应用于各种知识竞赛、文娱活动等场合。普通抢 答器存在以下缺陷: 1) 在一次抢答过程中，当出现超前违规抢答时，只能处理违 规抢答信号，而对没有违规的有效抢答信号不能进行处理。因而,使该次抢答过程 变为无效。 2)当有多个违规抢答时，普通抢答器只能“抓住”其中一个，出现 “漏洞”。3) 当同时出现多个有效抢答信号时，普通抢答器或采用优先编码电路 选择其中一个；或利用抢答电路电子元件的“竞争” 选择其中一个。对于后者， 由于抢答电路制作完毕后电子元件被固定,各路抢答信号的“竞争”能力也被固定,因 而本质上也具有优先权。普通抢答器因而存在不公平性。 本文介绍一种以单片机为控制核心的智能型抢答器,它对采样获得的各路抢答 信号进行分柝,识别超前违规信号、有效抢答信号,并对它们进行处理。使每一次 抢答过程都有效。利用存储器记忆多个违规信号,克服“漏洞”现象。当同时出现 多个抢答信号时,利用程序软件随机选择其中一个,十分公平。具有倒计时、验键、 违规显示等功能。 而随着技术的进步，单片机与串口通信的结合更多地应用到各个电子系统中 已成一种趋势。本设计就是基于单片机设计抢答系统，通过串口通信动态传输数 据，使抢答系统有了更多更完善的功能。单片机系统的硬件结构给予了抢答系统 “身躯” ，而单片机的应用程序赋予了其新的“生命” ，使其在传统的抢答器面前 具有电路简单、成本低、运行可靠等特色。 2 1 1 设计的依据设计的依据 1.11.1 课题的提出课题的提出 学校在开展文娱活动时一般都会有抢答一项，需要用到抢答器。而市场上， 一般的抢答器都需要几百块，价钱比较贵。本人设计的抢答器，电路简单，成本 较低，操作方便，灵敏可靠。而且一般学校都有计算机，利用计算机就可以很方 便地构成一台功能强大而价格十分低廉的抢答器。 1.21.2 设计目的设计目的 在电视和学校中我们会经常看到一些智力抢答的节目，如果要是让抢答者用 举手等方法，主持人很容易误判，会造成抢答的不公平，比赛中为了准确、公正、 直观地判断出第一抢答者，所设计的抢答器通常由数码显示、灯光、音响等多种 手段指示出第一抢答者。为了使这种不公平不发生，只有靠电子产品的高准确性 来保障抢答的公平性。 1.31.3 设计的内容设计的内容 （1） 、进一步熟悉和掌握单片机的工作原理和结构功能，熟悉其基本的振荡和复 位电路原理。 （2） 、熟悉单片机 i/o 口的基本输入输出功能以及 i/o 口的扩展使用。 （3） 、掌握单片机内部功能模块的应用：如定时器、计数器、中断系统等。 （4） 、掌握用可编程接口芯片 i/o 口的特性、使用与控制方法。 （5） 、掌握按键与单片机连接的使用以及数码管接口电路设计。 （6） 、熟悉 pcb 板的布线、腐蚀和元器件的焊接的流程和方法，进一步掌握电路 板的检测顺序和方法。 （7） 、掌握程序的下载以及调试方法。 3 2 2 总体方案确定总体方案确定 如图2-1所示为总体方框图。其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到 “清零“状态，抢答器处于禁止状态，定时器显示设定时间；主持人将开关置;开始 “状态，宣布“开始“抢答器工作。定时器倒计时，扬声器给出声响提示。选手在定 时时间内抢答时，单片机完成：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。 当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、显示器显示按下的时间。如果再 次抢答必须由主持人再次操作“清除“和“开始“状态开关。 图 2-1 总体方框图 4 3 3 stc89s52stc89s52 芯片简介芯片简介 3.13.1 stc89s52stc89s52 芯片简介芯片简介 stc89s52 是美国atmel 公司生产的低电压，高性能cmos 8 位单片机，片内 含8k bytes 的可反复擦写的flash 只读程序存储器和256 bytes 的随机存取数据 存储器（ram），器件采用atmel 公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准 mcs-51 指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8 位中央处理器（cpu）和 flash 存储单元，功能强大stc89s52 单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。 stc89s52芯片引脚结构如图3-1所示： 图3-1 stc89s52 3.23.2 主要性能参数主要性能参数 与mcs51 产品指令和引脚完全兼容 8k 字节可重擦写flash 闪速存储器 1000次擦写周期 全静态操作：0hz24mhz 三级加密程序存储器 2568 字节内部ram 32个可编程i/o 口线 3个16 位定时/计数器 5 8个中断源 可编程串行uart 通道 低功耗空闲和掉电模式 3.33.3 时序时序 1时钟电路 m 田51 片内设有一个由反向放大器所构成的振荡电路， xtali 和 xtal2 分别为振荡电路的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外 部方式产生。采用内部方式时，在 c1 和 c2 引脚上接石英晶体和微调电容可以构 成振荡器， 振荡频率的选择范围为 1212mhz 在使用外部时钟时，xtal2 用来 输入外部时钟信号，而 xtali 接地。 2时序 mcs 51 单片机的一个执器周期由 6 个状态(s1s6)组成，每个状态 又持续 2 个接荡周期，分为 p1 和 p2 两个节拍。这样，一个机器周期由 12 个振荡 周期组成。若采用。 12mhz 的晶体振荡器，则每个机器周期为 1us，每个状态周期为 16us；在一数情 况下，算术和逻辑操作发生在 n 期间，而内部寄存器到寄存器的传输发生在 p2 期 间。对于单周期指令，当指令操作码读人指令寄存器时，使从 s1p2 开始执行指令。 如果是双字节指令，则在同一机器周期的 s4 读人第二字节。若为单字节指令，则 在 51 期间仍进行读，但所读入的字节操作码被忽略，且程序计数据也不加 1。在 加结束时完成指令操作。多数 mcs51 指令周期为 12 个机器周期，只有乘法和 除法指令需要两个以上机器周期的指令，它们需 4 个机器周期。 对于双字节单机 器指令，通常是在一个机器周期内从程序存储器中读人两个字节，但 movx 指令例 外，movx 指令是访问外部数据存储器的单字节双机器周期指令，在执行 movx 指令 期间，外部数据存储器被访问且被选通时跳过两次取指操作。下面是 51 单片机的 振荡电路图 3-2 所示： 6 图 3-2振荡电路 3.43.4 功能特性概述功能特性概述 at89s51 提供以下标准功能：4k 字节 flash 闪速存储器（fperomfalsh programmable and erasable read only memory） ，256 字节内部 ram，32 个 i/o 口线，3 个 16 位定时/计数器，一个 6 向量两级中断结构，一个全双工串行通信 口，片内振荡器及时钟电路。同时，at89s51 可降至 0hz 的静态逻辑操作，并支 持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止 cpu 的工作，但允许 ram，定时/ 计数器，串通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存 ram 中的内容，但振荡器 停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。高性能 cmos8 位微处理 器，俗称单片机。该器件采用 atmel 高密度非易失存储器制造技术制造，和工业 标准的 mcs-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 cpu 和闪烁存储器组 合在单个芯片中，atmel 的 at89s51 是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统 提供了一种灵活性高且价廉的方案。 3.53.5 引脚功能说明引脚功能说明 vcc：电源电压。 gvd：地。 p0 口：p0 口是一组8 位漏极开路型双向i/o 口， 也即地址/数据总线复用 口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个ttl逻辑门电路，对端口p0 写“1”时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这 组口线分时转换地址（低8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。 在flash 编程时，p0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时,要 7 求外接上拉电阻。 p1 口：p1是一个带内部上拉电阻的8 位双向i/o 口，p1的输出缓冲级可驱动 （吸收或输出电流）4个ttl 逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻 把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻， 某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(iil)。与at89c51 不同之处是，p1.0 和p1.1 还可分别作为定时/计数器2 的外部计数输入（p1.0/t2）和输入 （p1.1/t2ex）。 p2 口：p2 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向i/o 口，p2 的输出缓冲级可 驱动（吸收或输出电流）4个ttl 逻辑门电路。对端口p2 写“1”，通过内部的上 拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上 拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(iil)。在访问外部程序存储 器或16 位地址的外部数据存储器（例如执行movx dptr 指令）时，p2 口送出高 8 位地址数据。在访问8 位地址的外部数据存储器（如执行movx ri 指令）时， p2 口输出p2 锁存器的内容。 p3 口：p3 口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向i/o 口。p3 口输出缓冲级 可驱动（吸收或输出电流）4个ttl 逻辑门电路。对p3 口写入“1”时，它们被内 部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的p3 口将用上拉电阻输出 电流（iil）。 rst：复位输入。当振荡器工作时，rst引脚出现两个机器周期以上高电平将 使单片机复位。 ale/prog： 当访问外部程序存储器或数据存储器时，ale（地址锁存允许） 输出脉冲用于锁存地址的低8 位字节。一般情况下，ale 仍以时钟振荡频率的1/6 输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每 当访问外部数据存储器时将跳过一个ale 脉冲。对flash 存储器编程期间，该引 脚还用于输入编程脉冲（prog）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（sfr）区 中的8eh 单元的d0 位置位，可禁止ale 操作。该位置位后，只有一条movx 和 movc指令才能将ale 激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时， 应设置ale 禁止位无效。 psen：程序储存允许（psen）输出是外部程序存储器的读选通信号，当 at89s51 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次psen 有效， 8 即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次psen信号。 ea/vpp：外部访问允许。欲使cpu 仅访问外部程序存储器（地址为0000h ffffh），ea 端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位lb1 被编程， 复位时内部会锁存ea端状态。如ea端为高电平（接vcc端），cpu 则执行内部程序 存储器中的指令。flash 存储器编程时，该引脚加上+12v 的编程允许电源vpp， 当然这必须是该器件是使用12v 编程电压vpp。 xtal1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。 xtal2：振荡器反相放大器的输出端。 9 4 4 硬件电路硬件电路 4.14.1 复位电路设计复位电路设计 单片机 stc89s52 作为主控芯片，控制整个电路的运行。单片机外围需要一个 复位电路，复位电路的功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后， 撤消复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以 防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。该设计采用含有电阻 的复位电路，复位电路可以有效的解决电源毛刺和电源缓慢下降等引起的问题， 在电源电压瞬间下降时可以使电容迅速放电，一定宽度的电源毛刺也可令系统可 靠复位。复位电路的设计图如图 4-1 示： 图 4-1 复位电路 4.24.2 显示电路的设计显示电路的设计 图 4-2 led 数码管 用单片机驱动 led 数码管有很多方法，按显示方式分，有静态显示和 动态（扫描）显示，按译码方式可分硬件译码和软件译码之分。 静态显示就是显 10 示驱动电路具有输出锁存功能，单片机将所要显示的 数据送出后就不再管，直到 下一次显示数据需要更新时再传送一次新 数据，显示数据稳定，占用很少的 cpu 时间。动态显示需要 cpu 时刻 对显示器件进行数据刷新，显示数据有闪烁感，占 用的 cpu 时间多。 这两种显示方式各有利弊；静态显示虽然数据稳定，占用很少 的 cpu 时间，但每个显示单元都需要单独的显示驱动电路，使用的硬件较多； 动 态显示虽然有闪烁感， （但这里只用到三个数码管，闪烁频率很快，基本上看不出 来，几乎和静态一样的效果） ，占用的 cpu 时间多，但使用的硬件少，能节 省线 路板空间。还有硬件译码就是显示的段码完全由硬件完成，cpu 只要送出标准的 bcd 码即可，硬件接线有一定标准。软件译码是用软件来完成硬件的功能， 硬件 简单，接线灵活，显示段码完全由软件来处理，是目前常用的显 示驱动方式。 现在驱动 led 数码管流行采用单片机设计电路，但发现一些显示（led 数码管） 电路设计复杂，没有充分利用单片机的电器特点、没有采用“硬件软化”的方法。直 接用单片机的 8 位数据口作为数码管的 8 段显示驱动口。这种显示方式虽然简便， 电路也最简单，但显示的位数很少（最多三位） 。但已经满足了此次设计要求，所 以选用此种方式如图 4-2。 4.2.1 npn 型三极管驱动 led 数码管 三极管的电流放大原理： 晶体三极管（以下简称三极管）按材料分有两种：锗管和硅管。而每一种又有 npn 和 pnp 两种结构形式，但使用最多的是硅 npn 和 pnp 两种三极管，两者除了电源 极性不同外，其工作原理都是相同的，下面仅介绍 npn 硅管的电流放大原理。 晶体三极管（npn）的结构，图 4-3 是 npn 管的结构图，它是由 2 块 n 型半导 体中间夹着一块 p 型半导体所组成，从图可见发射区与基区之间形成的 pn 结称为 发射结,而集电区与基区形成的 pn 结称为集电结,三条引线分别称为发射极 e、基 极 b 和集电极。当 b 点电位高于 e 点电位零点几伏时，发射结处于正偏状态，而 c 点电位高于 b 点电位几伏时，集电结处于反偏状态，集电极电源 ec 要高于基极 电源 ebo。 11 图 4-3 pnp 结构原理图 在制造三极管时，有意识地使发射区的多数载流子浓度大于基区的，同时基区做 得很薄，而且，要严格控制杂质含量，这样，一旦接通电源后，由于发射结正确， 发射区的多数载流子（电子）极基区的多数载流子（控穴）很容易地截越过发射 结构互相向反方各扩散，但因前者的浓度基大于后者，所以通过发射结的电流基 本上是电子流，这股电子流称为发射极电流 ie。 由于基区很薄,加上集电结的反偏，注入基区的电子大部分越过集电结进入集 电区而形成集电集电流 ic，只剩下很少（1-10%）的电子在基区的空穴进行复合， 被复合掉的基区空穴由基极电源 eb 重新补纪念给，从而形成了基极电流 ibo 根据 电流连续性原理得： ie=ib+ic 这就是说，在基极补充一个很小的 ib，就可以 在集电极上得到一个较大的 ic，这就是所谓电流放大作用，ic 与 ib 是维持一定 的比例关系，即：1=ic/ib 式中：-称为直流放大倍数，集电极电流的变化量ic 与基极电流的变化量 ib 之比为：= ic/ib 式中 -称为交流电流放大倍数，由于低频时 1 和 的数值相差不大，所 以有时为了方便起见，对两者不作严格区分， 值约为几十至一百多。 三极管是一种电流放大器件，但在实际使用中常常利用三极管的电流放大作用， 通过电阻转变为电压放大作用。 12 输出特性： 常温时硅管的 icbo 小于 1 微安，锗管的 icbo 约为 10 微安，对于锗管，温度 每升高 12，icbo 数值增加一倍，而对于硅管温度每升高 8，icbo 数值增大一 倍，虽然硅管的 icbo 随温度变化更剧烈，但由于锗管的 icbo 值本身比硅管大， 所以锗管仍然受温度影响较严重的管，放大区，当晶体三极管发射结处于正偏而 集电结于反偏工作时，ic 随 ib 近似作线性变化，放大区是三极管工作在放大状态 的区域。 饱和区 当发射结和集电结均处于正偏状态时，ic 基本上不随 ib 而变化，失去了 放大功能。根据三极管发射结和集电结偏置情况，可能判别其工作状态。 三极管的输入特性与输出特性 截止区和饱和区是三极管工作在开关状态的区域，三极管和导通时，工作点落在 饱和区，三极管截止时，工作点落在截止区。 4.2.2 三极管的主要参数 直流参数： 1）、集电极一基极反向饱和电流 icbo，发射极开路（ie=0)时，基极和集电 极之间加上规定的反向电压 vcb 时的集电极反向电流，它只与温度有关，在一定 温度下是个常数，所以称为集电极一基极的反向饱和电流。良好的三极管，icbo 很小，小功率锗管的 icbo 约为 110 微安，大功率锗管的 icbo 可达数毫安，而 硅管的 icbo 则非常小，是毫微安级。 2）、集电极一发射极反向电流 iceo(穿透电流）基极开路（ib=0）时，集电 极和发射极之间加上规定反向电压 vce 时的集电极电流。iceo 大约是 icbo 的 倍即 iceo=(1+)icbo o icbo 和 iceo 受温度影响极大，它们是衡量管子热稳定 性的重要参数，其值越小，性能越稳定，小功率锗管的 iceo 比硅管大。 3）、发射极-基极反向电流 iebo 集电极开路时，在发射极与基极之间加上 规定的反向电压时发射极的电流，它实际上是发射结的反向饱和电流。 4）、直流电流放大系数 1（或 hef） 这是指共发射接法，没有交流信号输 入时，集电极输出的直流电流与基极输入的直流电流的比值，即： 1=ic/ib 13 交流参数： 1）、交流电流放大系数 （或 hfe） 这是指共发射极接法，集电极输出电流 的变化量ic 与基极输入电流的变化量ib 之比，即： = ic/ib 一般晶体管的 大约在 10-200 之间，如果 太小，电流放大作用差，如果 太大，电流放大作用虽然大，但性能往往不稳定。 2）、共基极交流放大系数 （或 hfb） 这是指共基接法时，集电极输出电流 的变化是ic 与发射极电流的变化量ie 之比，即： =ic/ie 因为icie，故 1。高频三极管的 0.90 就可以使用 与 之间的关系： = /（1+） = /（1-）1/（1-） 3）、截止频率 f、f 当 下降到低频时 0.707 倍的频率，就是共发射极 的截止频率 f；当 下降到低频时的 0.707 倍的频率，就是共基极的截止频率 fo f、f 是表明管子频率特性的重要参数，它们之间的关系为： f（1-）f 4）、特征频率 ft 因为频率 f 上升时， 就下降，当 下降到 1 时，对应的 ft 是全面地反映晶体管的高频放大性能的重要参数。 极限参数： 1）、集电极最大允许电流 icm 当集电极电流 ic 增加到某一数值，引起 值 下降到额定值的 2/3 或 1/2，这时的 ic 值称为 icm。所以当 ic 超过 icm 时，虽然 不致使管子损坏，但 值显著下降，影响放大质量。 2）、集电极-基极击穿电压 bvcbo 当发射极开路时，集电结的反向击穿电 压称为 bvebo。 3）、发射极-基极反向击穿电压 bvebo 当集电极开路时，发射结的反向 击穿电压称为 bvebo。 4）、集电极-发射极击穿电压 bvceo 当基极开路时，加在集电极和发射 极之间的最大允许电压，使用时如果 vcebvceo，管子就会被击穿。 14 4.2.3led 数码管的结构原理 发光二极管是一种将电能转变成光能的半导体器件。简称 led(light emitting diode)。led 数码管结构简单，价格便宜。 八段 led 显示管有八只发光二极管组成，编号是 a、b、c、d，e，f 和 sp，分 别和同名管脚相连。七段 led 显示管比八段 led 少一只发光二极管 sp，其它和八 段 led 相同。在给每个二极管通电后，二极管发光后表示要显示的数字的一部分， 当组成这个数字的所有二极管都发亮时，才能正确的显示这个数字。 led 显示器是单片机应用系统中常用的廉价输出设备。它是由若干个发光二极 管组成的，当发光二极管导通时，相应的一个点或一段笔画发亮。控制不同组合 的二级管导通，就能显示出各种字符。使用 led 显示器的时候，为了显示数字或 是字符，要为 led 显示器提供代码，因为这些代码是通过各个段的亮与灭来显示 不同字符的，因此称之为段码，如下表所示 4-4所示。 表 4-4 7 段 led 的段码 显示字符共阴极段码共阳极段码显示字符共阴极段码共阳极段码 03fhc0hb7ch83h 106hf9hc39hc6h 25bha4hd5eha1h 3 4fhb0he79h86h 466h99hf71h8eh 5 6dh92hp73h8ch 67dh82hu3ehc1h 707hf8ht31hcceh 8 7fh80hy6eh91h 9 6fh90hh76h89h a77fh88hl38hc7h led 显示器工作原理 由 n 个 led 显示块可以接成 n 位 led 显示器。n 个 led 显示块有 n 根位选线和 15 8*n 根段选线。根据显示方式的不同，位选线和段选线的连接方法也各不同。段选 线控制显示字符的字型，而位选线为各个 led 显示块的公共端，它控制该 led 显 示位的亮，暗。 led 静态显示方式： led 显示器工作于静态显示方式时，各位的共阴极或是共阳极连接在一起并接 地（或是+5v） ；每段的段选线（adp）分别与一个 8 位的锁存器输出连接。所以 称为静态显示。led 的显示字符一经确定，相应锁存器的输出将维持不变，直到显 示另一个字符为止。也正是因为如此，静态显示的亮度都较高。 led 动态显示方式： 在多位 led 显示时，为了简化硬件电路，通常将所有位的段选线相应的并联 在一起，由一个 8 位 i/o 口控制，形成段选线的多路复用。而各位的共阴极或是 共阳极分别由相应的 i/o 线选址，实现各位的分时选通。如以一个四位段显示为 例来说明，其中段选线占用一个 8 位 i/o 口，而位选线占用一个 4 位 i/o 口。由 于各位的段选线并联，段码的输出对于各位来说都是相同的。因此次，同一时刻， 如果各位选线都处于选通状态的话，4 位 led 将显示相同的字符。若要各位 led 能 够显示出与本位相应的显示字符，就必须采用扫描显示方式，即在某一时刻，只 要让某一位的位选线处于选通状态，而其他各位的为选线处于关闭状态，同时， 段选线上输出相应位要显示字符的段码。这样同一时刻，只让下一位的位选线处 于选通状态，而其他各位的位选通处于关闭状态，同时，在段选线上输出相应位 将要显示字符的段码，则同一时刻，只有选通位显示出相应的字符，而其他各位 都是熄灭的。如此循环下去，就可以使各位显示出将要显示的字符。虽然这些字 符上在不同时刻出现的，而且同一时刻，只有一个位显示，其他各位熄灭，但是 led 显示器的余辉和人眼的视觉暂留作用，只要每位显示间隔足够短，则可以造成 多位同时亮的假象，达到同时显示的目的。 4.34.3 控制电路实现控制电路实现 主持人按下复位键，给显示器清零。开中断，显示器开始记时，当选手按下其 中一个无线抢答按钮的时候，蜂鸣器发出声响，按零选手前的指示灯亮，计数器 停止记时。主持人通过时间预设开关计算抢答时间。系统将完成自动倒计时。若 在规定的时间内有人抢答，则计时将自动停止；若在规定的时间内无人抢答，则 系统中的蜂鸣器将发响，提示主持人本轮抢答无效，实现报警功能。 16 4.44.4 无线收发模块无线收发模块 4.4.1 核心 pt2262/pt2272 pt2262/pt2272 一对带有编码解码的芯片，编码解码芯片 pt2262/pt2272 是台 湾普城公司生产的一种 cmos 工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路, pt2262/pt2272 最多可有 12 位(a0-a11)三态地址端管脚(悬空,接高电平,接低电平), 任意组合可提供 531441 地址码,pt2262 最多可有 6 位(d0-d5)数据端管脚,设定的 地址码和数据码从 17 脚串行输出,可用于无线遥控发射电路. 编码芯片 pt2262 发 出的编码信号由:地址码,数据码,同步码组成一个完整的码字,解码芯片 pt2272 接 收到信号后,其地址码经过两次比较核对后,vt 脚才输出高电平,与此同时相应的数 据脚也输出高电平,如果发送端一直按住按键,编码芯片也会连续发射.当发射机没 有按键按下时,pt2262 不接通电源,其 17 脚为低电平,所以 315mhz 的高频发射电路 不工作,当有按键按下时,pt2262 得电工作,其第 17 脚输出经调制的串行数据信号, 当 17 脚为高电平期间 315mhz 的高频发射电路起振并发射等幅高频信号,当 17 脚 为低平期间 315mhz 的高频发射电路停止振荡,所以高频发射电路完全收控于 pt2262 的 17 脚输出的数字信号,从而对高频电路完成幅度键控(ask 调制)相当于 调制度为 100%的调幅. 特点: cmos 工艺制造,低功耗 、外部元器件少、rc 振荡电阻、工作电压范围宽: 2.6-15v、 数据最多可达 6 位、地址码多。 应用范围: 车辆防盗系统、家庭防盗系统、遥控玩具、其他电器遥控等。 管脚说明:(图 4-5) a0-a11 1-8,10-13 地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0“,“1“,“f“(悬 空),必须与 2262 一致,否则不解码 d0-d5 7-8,10-13 地址或数据管脚,当做为数据管脚时,只有在地址码与 2262 一 致,数据管脚才能输出与 2262 数据端对应的高电平,否则输出为 低电平,锁存型只有在接收到下一数据才能转换 vcc 18 电源正端(+) 17 vss 9 电源负端(-) din 14 数据信号输入端,来自接收模块输出端 osc1 16 振荡电阻输入端,与 osc2 所接电阻决定振荡频率; osc2 15 振荡电阻振荡器输出端; vt 17 解码有效确认 输出端(常低)解码有效变成高电平(瞬态) 图 4-5 pt2262/pt2272 管脚图 pt2272 解码芯片有不同的后缀,表示不同的功能,有 l4/m4/l6/m6 之分,其中 l 表示锁存输出,数据只要成功接收就能一直保持对应的电平状态,直到下次遥控数 据发生变化时改变.m 表示非锁存输出,数据脚输出的电平是瞬时的而且和发射端是 否发射相对应,可以用于类似点动的控制.后缀的 6 和 4 表示有几路并行的控制通 道,当采用 4 路并行数据时(pt2272-m4),对应的地址编码应该是 8 位,如果采用 6 路的并行数据时(pt2272-m6),对应的地址编码应该是 6 位。 4.4.2 芯片的地址编码设定和修改 在通常使用中,我们一般采用 8 位地址码和 4 位数据码,这时编码电路 pt2262 和解码 pt2272 的第 18 脚为地址设定脚,有三种状态可供选择:悬空,接正电源, 接地三种状态,3 的 8 次方为 6561,所以地址编码不重复度为 6561 组,只有发射端 pt2262 和接收端 pt2272 的地址编码完全相同,才能配对使用,遥控模块的生产厂家 为了便于生产管理,出厂时遥控模块的 pt2262 和 pt2272 的八位地址编码端全部悬 18 空,这样用户可以很方便选择各种编码状态,用户如果想改变地址编码,只要将 pt2262 和 pt2272 的 18 脚设置相同即可,例如将发射机的 pt2262 的第 1 脚接地 第 5 脚接正电源,其它引脚悬空,那么接收机的 pt2272 只要也第 1 脚接地第 5 脚接 正电源,其它引脚悬空就能实现配对接收.当两者地址编码完全一致时,接收机对应 的 d1d4 端输出约 4v 互锁高电平控制信号,同时 vt 端也输出解码有效高电平信 号.用户可将这些信号加一级放大,便可驱动继电器,功率三极管等进行负载遥控开 关操纵。 4.4.3 发射器 外形尺寸：58x38.5x13 毫米 发射功率：20 毫瓦 工作电流：14 毫安。 工作电压：12v a27 报警器专用电池。 4-6 发射器外形 如上图 4-6 为发射器外形，面板上有 a、b、c、d 四位操纵按键及一个发射指 示灯, a、b、c、d 分别代表 1、2、3、4 四位选手。发射机内部采用进口声表谐振 器稳频，频率一致性非常好，稳定度极高，工作频率 315mhz 频率稳定度优于 105，使用中无需调整频点，特别适合多发一收等无线电遥控系统使用，而目前 市场上的一些低价位无线电遥控模块一般仍采用 lc 振荡器，稳定度及一致性较差， 即使采用高品质微调电容，当温度变化或者震动后也很难保证已调试好的频点不 会发生偏移，造成发射距离缩短。 4.4.4 发射器电路工作原理 下图（10）中三极管连接成的是一个电容三点式振荡器，晶体的作用不是产 19 生信号，而是起选频导通作用的。当振荡器工作时，由 lc 振荡器产生振荡信号， 其中晶体只对 315mhz 左右的频分呈现近似短路，正反馈系数较大，最容易由正反 馈产生振荡。而对其它频率成分来说，晶体的阻抗很大，导致正反馈系数很小， 不会形成振荡。 当 pt2262 为低电平时，三极管没有偏置，处于截至的状态，也就不可能震 荡了。而当 pt2262 发出高电平时，这个高电平为三极管的基极提供了静态偏置， 三极管就可以震荡了。 图(4-7)中右上角那个是 lc 谐振回路，作用是选频，只是它选出的频率频 谱不是很纯，所以才加上了晶体，晶体对提高频谱纯度起到了主要作用。 如果不加晶体，而用一个较小的电阻替代，那么它也能工作，不过由于它极 容易受外界条件的影响，因而产生的振荡信号频谱不纯，而是 315mhz 附近一系列 频率信号的叠加。加上晶体之后，则可以近似认为，振荡器产生的就是 315mhz 上 的单一频率信号。 图 4-7 发射器工作原理图 20 4.4.5 适用范围 四位数据无线接收，防盗报警器信号接收。 工业遥控，遥测，遥感。 各种家用电器的遥控等。 4.4.6 技术指标 工作电压: 5.0vdc 0.5v。 工作电流: 3ma(5.0vdc)。 工作原理: 超再生(具体在下文解释)。 调制方式：ask(具体在下文解释)。 工作频率：315mhz、433mhz（特殊频率可定制） 。 速 率: 5kbps(315mhz, -95dbm 时)。 输出信号：脉动(m)/四路。 解码格式：同于 2272。 4.4.7 使用注意事项 天线用软导线(如单芯铜线)或其它硬质金属（如拉杆天线），天线长 度适合，尽量不要靠近金属物体并拉直使用，否则会影响接收距离。 电源电压要求稳定且波纹系数低。 若配合单片机使用建议 mcu 时钟频率在 4mhz 以下并且晶体尽量远离 rf 接 收模块，否则晶体的高次谐波会影响通讯距离。 4.4.8 超再生 超再生是无线接收电路的一种，常用的另外一种就是超外差，相比之下，从 技术上 ，超再生式要简单一些，超外差的关键就是混频，需要生产一个中频信号， 进行两次或者更多的混频，再从其中提取有用信号。而超再生检波电路实际上是 一个受间歇振荡控制的高频振荡器，这个高频振荡器采用电容三点式振荡器，振 荡频率和发射器的发射频率相一致。而间歇振荡（又称淬装饰振荡）是在高频振 荡的振荡过程中产生的，反过来又控制着高频振荡器的振荡和间歇。而间歇（淬 熄）振荡的频率是由电路的参数决定的（一般为 1 百几百千赫）。这个频率选低 了，电路的抗干扰性能较好，但接收灵敏度较低：反之，频率选高了，接收灵敏 度较好，但抗干扰性能变差。应根据实际情况二者兼顾。 超再生检波电路有很高 的增益，在未收到控制信号时，由于受外界杂散信号的干扰和电路自身的热搔动， 21 产生一种特有的噪声，叫超噪声，这个噪声的频率范围为 0.35khz 之间，听起来 像流水似的“沙沙”声。在无信号时，超噪声电平很高，经滤波放大后输出 噪声电压，该电压作为电路一种状态的控制信号，使继电器吸合或断开（由设计 的状态而定）。 当有控制信号到来时，电路揩振，超噪声被抑制，高频振荡器开始产生振荡。而 振荡过程建立的快慢和间歇时间的长短，受接收信号的振幅控制。接收信号振幅 大时，起始电平高，振荡过程建立快，每次振荡间歇时间也短，得到的控制电压 也高；反之，当接收到的信号的振幅小时，得到的控制电压也低。这样，在电路 的负载上便得到了与控制信号一致的低频电压，这个电压便是电路状态的另一种 控制电压。 如果是多通道遥控电路，经超再生检波和低频放大后的信号，还需经选频回路选 频，然后分别去控制相应的控制回路。 经典的超再生电路（60 年代产品）灵敏度很高，后来厂家为了节省成本，简 化了电路，使电路性能有很大下降，主要存在的问题就是选择性差以及抗干扰能 力差（这方面，超外差要好很多）。 4.4.9 调制方式 ask ask-又称幅移键控法。载波幅度是随着调制信号而变化的。其最简单的形式 是，载波在二进制调制信号控制下通断，这种方式还可称作通-断键控或开关键控 (ook) 。 调制方法：用相乘器实现调制器。 调制类型：2ask,mask。 解调方法：相干法，非相干法。 4.54.5 计分器计分器 mcs-51 系列兼容的 stc89s52 芯片，设计抢答器记分、计时系统，能实现队比 分的加分、减分（防误操作） 、计时和各种显示效果；其一队一个记分器记分器、 4 位静态显示计分、队加分减分，计分统采用了指令冗余和按键延时去抖等抗干扰 措施，该设计具有低功耗，可靠性，安全性以及低成本等特点，该设计方案完全 满足抢答计分器的要求。 每组开始预置 100 分，抢答后由主持人记分，答对一次加 10 分，答错一次减 10 22 分。 5 5 电路调试电路调试 5.15.1 硬件调试硬件调试 基本电路板检查: 根据前面的研究完成各个电路模块的原理设计并生成 pcb 图，制作电路板， 进行实验调试。 （1）检查印制板的印制线是否有断路，是否有毛刺，是否与其它线或是焊盘粘连， 焊盘是否有脱落，过孔是否有未金属化现象等等。 （2） 先用万用表复核目测中认为可疑的连接或是接点，检查它们的通短状态是 否与设计规定相符。再检查各种电源线与地线之间是否有短路现象，如有再仔细 检查出并排除。短路现象一定要在器件安装及加电前检查出。 （3）路接通电源后，用手摸一下芯片是否发热，如果发热，立即关掉电源，稍后 再进行再次检测；如果没有发热，再测试芯片的 vcc 端电压是否达到设计要求， 接地端是否都接地。 主控模块调试: 在本次设计中，主控模块是非常重要的部分，它是本次设计的核心，同时在 显示也是起关键的作用。在本次硬件调试中也遇到了问题，接上电源的时候，数 码管不亮，没有任何显示，于是我做了如下的工作：(1)检查电源是否通电，发现 指示灯亮着；(2)编程使 p1 为低电平，检查到 p1 输出为低；(3)检查 p0 口未接上 拉电阻，接上数码管发亮了。 由次我深刻的认识到：制作电路板是一个比较繁琐的过程，它需要我们时刻都要 用心去做，每个环节都不能忽视，只有这样才能达到锻炼的目的。 23 5.25.2 软件调试软件调试 当硬件制作完成后，软件制作也是不可轻视的部分，是实现电路的功能的关 键部分，通过本次毕业设计，总结经验如下： （1）先进行人工检查。写好程序后，不立刻烧入单片机，先对纸面上的程序进行 人工检查。由于采用 c 语言编程，所以要特别小心地检查语法错误，如括号不配 对，漏写分号等，通过仔细的检查，发现并排除这些错误。 （2）人工检查无误后，上机调试。在编译时给出的语法错误的信息，根据提示的 信息具体找出程序中错误之处并改之，从上至下逐一改正。应当注意的是：有的 提示出错行并不是真正出错的行，如果在提示出错的行上找不到错误的话，则应 该到上行再找。 （3） 当确认程序无语法错误和逻辑错误时，通过直接下载到单片机来调试。采 用的是自下到上的调试方法，即单独调好每一个模块，然后再连接成一个完整的 系统调试。 （4） 程序烧入单片机后，观察各个部件的工作是否正常，功能是否实现。如不 能正常工作，则继续检查程序中的相应模块，必要时从上到下重新检查程序。 24 总总 结结 毕业设计不仅是对前面学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。 下面我对整个毕业设计的过程做一下简单的所总结。 第一，接到任务以后进行选题。选题是毕业设计的开端，选择恰当的、感兴 趣的题目，这对于整个毕业设计是否能够顺利进行关系极大。好比走路，这开始 的第一步是具有决定意义的，第一步迈向何方，需要慎重考虑。否则，就可能走 许多弯路、费许多周折，甚至南辕北辙，难以到达目的地。因此，选；题时一定 要考虑好了。 第二，题目确定后就是找资料了。查资料是做毕业设计的前期准备工作，好 的开端就相当于成功了一半，到图书馆、书店、资料室去虽说是比较原始的方式， 但也有可取之处的。总之，不管通过哪种方式查的资料都是有利用价值的，要一 一记录下来以备后用。 第三，通过上面的过程，已经积累了不少资料，对所选的题目也大概有了一 些了解，这一步就是在这样一个基础上，综合已有的资料来更透彻的分析题目。 第四，有了研究方向，就应该动手实现了。其实以前的三步都是为这一步作 的铺垫。 通过这次设计，我对数字电路设计中的逻辑关系等有了一定的认识，对以前学的 数字电路又有了一定的新认识，温习了以前学的知识，就像人们常说的温故而知 新嘛，但在设计的过程中，遇到了很多的问题，有一些知识都已经不太清楚了， 但是通过一些资料又重新的温习了一下数字电路部分的内容。在这次毕业设计中 也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起 商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同 学。 在整个毕业设计过程中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树 立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。 而且大大提