电子抢答器课程设计报告.docx

一、 引言在各种类似于智力竞赛中都会涉及到抢答题型。在没有电子抢答器的情况下常常会因为主持人的主观判断导致比赛的的不公平。而采取电子抢答器的话即可避免这种情况。我们小组根据所学的知识，以单片机及cpld数字逻辑器件为设计基础，综合利用keil软件编程进行单片机编程，protel软件进行印制电路板设计，设计出智能抢答器，并实物验证成功。二、 设计任务及要求（1）技术要求：1. 液晶闪烁显示当前答题组； 2显示各个组（每组三人，均可参加抢答）的积分值；3. 可根据按键操作改变显示字符大小； 4. 交互界面友好，布局合理大方；5. 五个功能按键。（2）工作要求：1组建基于可编程器件的电子抢答器总体结构框图；2根据题目要求，选择元器件，通过理论分析和计算选择电路参数；3根据操作功能要求，确定键盘控制功能；4按设计要求确定显示合理安排格式及内容；5编写应用程序并调试通过；6对系统进行测试和结果分析； 7撰写设计报告和答辩ppt。三、 设计要点系统设计主要包括硬件和软件两大部分，依据控制系统的工作原理和技术性能，将硬件和软件分开设计。硬件设计部分包括电路原理图、合理选择元器件、确定元器件封装规格、绘制线路图及pcb板图，以达到设计要求。软件设计部分，首先在总体设计中完成系统的流程图，选择合适的编程语言和工具，进行代码设计等；最后是对软件进行调试、测试，达到所需功能要求。硬件电路的设计最重要的是选择用于控制的单片机，并确定与之配套的外围芯片，使所设计的系统既经济又高性能。硬件电路设计还包括输入输出接口设计，画出详细电路图，标出芯片的型号、器件参数值及封装规格，合理布局pcb板，发现设计不当及时修改，最终达综合设计的目的。此题由于老师已给出了电路原理图，因此，我们的工作主要是读懂给出的原理图，结合所需的功能应用确定各部分的设计要求。在抢答部分，实际应用时应是有直接的按键来提供阶跃型号，但实验室并没有提供这样的器材，我们用学习机上的开关来代替。软件设计的方法与开发环境的选取有着直接的关系，本系统由于是采用51系列单片机，因此使用keil c语言进行开发。电路图设计方面主要是使用了protel来画电路原理图，该软件丰富的元件库及便利的设计系统为电路设计提供了很大的帮助。四、 具体设计过程1、 原理概述电子抢答器用52单片机控制，抢答器的工作原理是采用单片机最小系统，抢答部分通过pld判定抢答结果，显示部分由mfc-g12864点阵液晶屏输出，可以任意地显示所需汉字及数字。1) 抢答的输入及判定该实验中，我们设定了三组队伍，每组两名队员，事实上可以实现任意数量的队伍和队员的抢答，原理是相同的，（只需在pld设计图中或门再增加输入组即可），只是在实验室中学习机上只有8个开关可供模拟，故只设定了三个队每队两人。抢答的实现是让每个人都有对应的一个按键（实际以学习机上的开关代替），需要抢答时即按下按键，输出一个高电平阶跃。然后再pld中对输入的信号经三个或门接到输出端口，即可实现有人抢答的组在对应的端口有阶跃信号输出。pld设计图如下：2）mfc-g12864点阵液晶屏输出mfc-g12864点阵液晶屏有五个控制位：rs、r/w、e、cs1、cs2。rs位高位输入数据信号，低位输入指令信号，r/w高位mfc-g12864写数据，低位读数据，e位使能端，高位有效，cs1高位选中左半屏，cs2高位选中右半屏。pld的五个输出端口已在电路板上和该五个控制位接在一起，pld内部将这五个输出口和单片及的地址线a8、a9、p16、p15通过一些逻辑门相接，实现单片机对mfc-g12864的控制。plc设计图如下：a8用于控制rs，rs高位时选中mfc-g12864数据寄存器，低位选中mfc-g12864指令寄存器，a9需一直保持为高才能使使能端e有效。此外，另无关的地址线为高位，得出数据寄存器的地址为0xffff，指令寄存器的地址为0xfeff。pld的8个io口与单片机的数据总线相接，但实际上pld并不需要从数据总线上读值，故这8个io口并不使用，考虑到pld闲置的这8个io口会钳制数据总线的高低位，因此在pld内部需将这8个口设为输出口，接在无用的io上，pld电路图如下：3）单片机的功能实现 单片机实现抢答器的工作流程。抢答器可以实现犯规判定，抢答判定，闪烁显示当前答题组并对答题结果进行判定，正确加一分，错误扣一分，犯规也扣一分。各组积分下限值为0。由液晶显示屏显示各组积分。在比赛结束对各组积分进行比较，并进行胜负显示。4）功能键key0：显示“开始抢答”字样，并显示倒计时，抢答时间为10秒，倒计时显示从10逐一递减到0。在倒计时结束之前，若有人按下抢答键，则屏幕显示该抢答者组号，并对答题时间显示倒计时，答题时间设定为10秒，从10逐一递减到0。如一号组成员抢答，则显示“一号抢答”字样，并且有半屏对应的组号“一”闪烁。若倒计时结束前无人抢答，则显示“无人抢答”字样。若有两个组的成员同时抢答，则显示“同时抢答无效”。key1：在选手答题阶段按下，给选手加分。key2：在选手答题阶段按下，给选手扣分。key3：比赛结束按键。表示比赛结束，同时对各组积分进行比较，进行胜负判定。key4：比赛暂停键，同时以更大的字体显示“比赛暂停”字样，实现更改字体功能。2、 流程图（1） 总程序流程图(2)max plus原理图（3）pcb板图3、 电路原理图4、 实物图五、 设计中遇到的问题及解决方案1、 程序调试过程一直出现“一号犯规”的情况。 在进行功能调试的过程中，发现只要运行程序就出现“一号犯规”的情况。经过我们的检查，发现在pa4的输入端不接信号时默认为高电平的。因此只要一运行程序就一直出现“一号犯规”的情况。后来我们把pa4的6个端口都接上信号。再进行调试，出现预期的结果。2、 在调试的时候，我们一开始没有考虑积分大于9的情况，对于程序的编译没有任何问题，但是进行实体调试的时候，发现，如果积分大于9的时候，由于没有相应的字模，因此在液晶上显示的是乱码。后来，我们在积分显示中增加了对积分的判断，如果大于9的时候，通过函数取其个位数和十位数，再分别对其显示，即能正常显示积分。六、 设计感想1、 这次实验是我们在本科期间第一次通过答辩验收的综合设计实验，既感觉到很新鲜，有一份发自内心的企盼。又深感紧张与焦虑，一种不可名状的感觉缠绕在心头，似纯澈的清泉流经荒凉广袤的大漠戈壁，像沁人的夜风拂过萧瑟凋落的枯树败叶。这可能也是我们在大四毕业设计之前最好的一次答辩练习机会了，在加深对单片机技术的应用的掌握之余，又积累了丰富的经验，实乃为渠哪得清如许，为有源头活水来。2、 在两人组合确定分组之后，我们在班级公共邮箱中找到了所提供的39个选题。初次看到全部的选题之后，在惊叹老师的准备充足认知宽广之余有一种难以置信的感觉，可谓忽魂悸以魄动，恍惊起而长嗟。这39道题目第一遍扫过去，觉得各个题目都很难，完全不知道该怎样进行选择，一筹莫展。几经踌躇犹豫，最终选择了第39道题目：电子抢答器。一直以来我们两个人都对电子抢答器比较感兴趣，同时鉴于大一的时候参加科普知识竞赛对抢答这一环节感到的深深遗憾，我们立志要好好把握住这次机会，将平时的理论知识和实践技能运用到这次电子设计中来。3、 打开文档看到老师们布置的要求和所提供的电路原理图之后，感叹路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。在正式开始电子设计实践之前，原理图的复杂程度足以令我们二人瞠目结舌、不知所措。每一个单片机芯片都好像一座巍峨耸立的高山，每一个i/o接口都仿佛一条急湍甚箭的溪水，每一个电解电容都如同一片荒无人烟的草原，雄关漫道真如铁，而今迈步从头越。4、 经过几天的迷惘与彷徨之后，我们决定一切从头做起，一点一滴的研究原理图。皇天不负有心人，经过几天的努力，我们二人终于初窥门径，对一些基本的知识有了一定的的理解，大体明晰了这次电子设计的步骤流程，对于成功完成这次单片机电子设计有了信心。山重水复疑无路，柳暗花明又一村，我们坚信，只要肯努力，用心去完成这次电子设计实践活动，长风破浪会有时，直挂云帆济沧海。5、 随后的几天一切都有条不紊的在进行着，使用protel dxp和max plus绘制电路原理图以及pcb版图，在此基础之上进一步分析电路信号的输入输出并请教3位老师一些我们还不太清楚的问题，受益匪浅。在老师的帮助和我们自己的努力之下，终于透过重重的乌云我们看到了一丝微弱的光芒。这一线光明冲破黑暗的阴霾。从九天云霄之上倾泻而下，像闪电般，刹那间传到我们的心头，渺万里层云，千山暮雪。6、 花费了大概一个多星期的时间，我们两个人基本上完成了对理论知识的理解与掌握，确定了设计原理图，编写好了调试程序，画出了抢答流程图。至此，预想中的电子抢答器的软件部分基本完成，只等待硬件部分完成后进行调试。曙光初现，我们满怀信心的期盼着，只待冲天香阵透长安，满城尽带黄金甲。7、 根据老师所提供的电路图类型，我们领取了所学要的电子器材，开始焊接电路板。在大二下学电工实习的时候，曾经学习过基本的焊接技术并且独立焊接过一个电子收音机，只是在这一年之中在没有做过焊接这项工作，故而很怀疑我们自己能否成功的焊接好这块电路板。焊接第一个电阻的时候很紧张，至今还记得颤抖的手紧握着烙铁，忐忑不安的落了下去。焊接过程比想象中的顺利，仅焊接错了一个电阻（后调整过来），2个多小时便完成了原以为需要花费一个晚上才能完成的任务。兴奋之余，我们又对此次电子设计的成功完成增添了一份信心，可谓春风得意马蹄疾，一日看尽长安花。8、 焊接电路板这一工序的完成，标志着我们组将进入最为激动人心的一个步骤实物调试。第一次的联机调试可谓给了我们当头一棒，液晶屏上什么都没有显示出来，令人十分郁闷。不过我们并没有气馁，信心也并没有受到影响，在咨询过老师之后，我们明白了自己的问题出在了哪里。第二天在老师的指导下重新编写了液晶显示的程序并联机调试，激动人心的时刻终于到来了。在运行程序之后，我们兴奋的发现，液晶显示屏的正中央正如我们所设想的那样，出现了一个感叹号。虽然仅仅是一个感叹号，但这一微小的符号足以使我们兴奋良久，为了只一刻到来，我们已经为之奋斗了整整两个星期。天道酬勤，我们两个人的脑海中不约而同的冒出了这四个字，何用别寻方外处，人间亦自有丹丘。9、 接下来的环节是调试抢答过程的程序，这也是最为重要的一个部分。一次次的失败，一次次的修改，一遍遍的调试，我们坚信，金石所致，精诚为开，我们终将会取得成功。在翻越了一座又一座的山峰，渡过一条有一条的河流，跨过一片又一片的草地之后，我们胜利的完成了设计所要求的全部功能。行到水穷处，坐看云起时，在完成了所有实验要求的这一瞬间，我们两人恍如隔世，不敢相信眼前的一切，不敢相信当初是为近乎于不可能完成的任务转眼间已被我们踩在了脚下。然世之奇伟、瑰怪、非常之观，常在于险远，而人之所罕至焉，只有努力之后方能品尝到成功的喜悦，正如树苗只有经过泥土的埋没才能够破土而出，雏鹰只有经过蛋壳的阻挡才能够展翅翱翔，风雨之后方能见到绚丽的彩虹。10、 人间四月芳菲尽，山寺桃花始盛开，整个四月我们都在为单片机电子设计所忙碌着，不敢有丝毫的懈怠。皇天不负有心人，经过三个星期的拼搏与努力，汗水终究没有白流。感谢学院为了培养我们的实践能力投入了如此多的人力物力，感谢3位老师孜孜不倦的教诲与指导，没有各位老师的帮助，我们不可能完成这次实验设计。这次电子设计实验大有裨益，我们获益匪浅，十分荣幸能够有这样一个锻炼自我能力的机会，这必将对我们今后的发展产生深远的影响。七、 实验总结 这次实验是我们本科阶段第一次通过答辩验收的实验，受益良多，获益匪浅。在经过设计初期的不知所措之后，经过老师的指点和帮助，我们一步一个脚印，确定抢答器系统的原理图，焊接完成电路板，使用mcfg12864实现液晶显示屏的输出，使用pld判定抢答结果，使用单片机实现电子抢答器的控制。最终，我们的实物抢答器成功实现了上述种种功能，取得了最后的成功。 感谢老师们的辛劳汗水，这次电子系统设计我们永将难忘，必将对我们今后的人生发展大有裨益。八、 源程序#include#include #include #include /内部函数（_nop_）#include/绝对寻址（xbyte）#define lcdcom xbyte0xfeff/lcd指令寄存器#define lcddat xbyte0xffff/lcd数据寄存器#define f0 11.0592 /晶振频率#define time0 1000 /定时5mssbit cs1=p15; sbit cs2=p15; /lowsbit rw=p16;unsignedinti,j,n, k=0;unsigned char data time0_h, time0_l;unsigned char idata time0_times;int fenshu1=0,fenshu2=0,fenshu3=0;int k0=0;intpp=1;intkk=1000;inthh=1000;int ii=1;inttimushu=0;intdqtms=1;unsigned char key; /*数据段*/unsigned char temp=0x01; /点的数据/*此处为字体变换用数字字模 unsigned char code shuzi0=0,192,224,48,16,16,48,224,192,0,0,0,0,0,0,0,0,31,63,96,64,64,96,63,31,0,0,0,0,0,0,0;unsigned char code shuzi1= 0,0,32,32,240,240,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,64,64,127,127,64,64,0,0,0,0,0,0,0,0;unsigned char code shuzi2= 0,224,240,16,16,16,240,224,0,0,0,0,0,0,0,0,0,96,112,88,76,71,99,96,0,0,0,0,0,0,0,0;unsigned char code shuzi3=0,96,112,16,16,144,240,96,0,0,0,0,0,0,0,0,0,48,112,65,65,67,126,60,0,0,0,0,0,0,0,0;unsigned char code shuzi4=0,0,128,192,96,248,248,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,6,15,73,72,127,127,72,64,0,0,0,0,0,0,0;unsigned char code shuzi5= 0,240,240,16,16,16,16,16,0,0,0,0,0,0,0,0,0,51,115,67,65,65,127,62,0,0,0,0,0,0,0,0;unsigned char code shuzi6=0,192,224,48,16,16,48,48,0,0,0,0,0,0,0,0,0,31,63,99,65,65,99,62,28,0,0,0,0,0,0,0;unsigned char code shuzi7=0,112,112,16,16,208,240,48,16,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,124,127,3,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0;unsigned char code shuzi8= 0,192,224,48,16,16,48,224,192,0,0,0,0,0,0,0,0,24,61,103,66,66,103,61,24,0,0,0,0,0,0,0;unsigned char code shuzi9=0,192,224,48,16,16,48,224,192,0,0,0,0,0,0,0,0,1,99,102,68,68,102,63,31,0,0,0,0,0,0,0; /更换字体字模 */unsigned char code number0=/*- 源文件 / 文字 : 0 宽高（像素）: 816 字模格式/大小 : 单色点阵液晶字模，纵向取模，字节倒序/16字节 数据转换日期 : 2008-5-1 上午 10:16:57-*/0x00,0xe0,0x10,0x08,0x08,0x10,0xe0,0x00,0x00,0x0f,0x10,0x20,0x20,0x10,0x0f,0x00;unsigned char code number1=/*- 源文件 / 文字 : 1 宽高（像素）: 816 字模格式/大小 : 单色点阵液晶字模，纵向取模，字节倒序/16字节 数据转换日期 : 2008-5-1 上午 10:17:43-*/0x00,0x10,0x10,0xf8,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x20,0x20,0x3f,0x20,0x20,0x00,0x00;unsigned char code number2=/*- 源文件 / 文字 : 2 宽高（像素）: 816 字模格式/大小 : 单色点阵液晶字模，纵向取模，字节倒序/16字节 数据转换日期 : 2008-5-1 上午 10:18:02-*/0x00,0x70,0x08,0x08,0x08,0x88,0x70,0x00,0x00,0x30,0x28,0x24,0x22,0x21,0x30,0x00;unsigned char code number3=/*- 源文件 / 文字 : 3 宽高（像素）: 816 字模格式/大小 : 单色点阵液晶字模，纵向取模，字节倒序/16字节 数据转换日期 : 2008-5-1 上午 10:18:21-*/0x00,0x30,0x08,0x88,0x88,0x48,0x30,0x00,0x00,0x18,0x20,0x20,0x20,0x11,0x0e,0x00;unsigned char code number4=/*- 源文件 / 文字 : 4 宽高（像素）: 816 字模格式/大小 : 单色点阵液晶字模，纵向取模，字节倒序/16字节 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2008-5-4 下午 02:09:02-*/0x60,0x30,0xfc,0xff,0x03,0x0c,0xec,0xec,0x2c,0xff,0xff,0x2c,0xec,0xec,0x0c,0x00,0x00,0x00,0x7f,0x7f,0x00,0x60,0x6d,0x3d,0x19,0x1f,0x37,0x31,0x61,0x61,0x20,0x00;unsigned char code yong=/*- 源文件 / 文字 : 用 宽高（像素）: 1616 字模格式/大小 : 单色点阵液晶字模，纵向取模，字节倒序/32字节 数据转换日期 : 2008-5-4 下午 02:09:24-*/0x00,0x00,0xff,0xff,0x33,0x33,0x33,0xff,0xff,0x33,0x33,0x33,0xff,0xff,0x00,0x00,0x40,0x70,0x3f,0x0f,0x03,0x03,0x03,0x7f,0x7f,0x03,0x03,0x63,0x7f,0x3f,0x00,0x00;unsigned char code weixiao= 0,0,0,56,124,56,0,0,0,0,56,124,56,0,0,0,0,0,0,2,4,8,16,16,16,16,8,4,2,0,0,0;/手绘微笑unsigned char code g= 224,16,8,8,8,56,0,0,7,8, /g16,16,18,14,2,0;unsigned char code oo= 0,0,128,64,64,128,0,0,0,7, /o8,16,16,8,7,0;unsigned char code d= 0,128,64,64,64,72,248,0,0,15, /d16,16,16,8,31,16;unsigned char code b= 8,248,128,64,64,64,128,0,0,31, /b16,16,16,16,15,0;unsigned char code y= 64,192,64,0,0,64,192,64,64,64, /y71,56,12,3,0,0;unsigned char code e= 0,128,64,64,64,64,128,0,0,15, /e17,17,17,17,9,0;unsigned char 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