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电气电子毕业设计论文
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毕业设计220四路智力抢答器 ,电气电子毕业设计论文
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河河 南南 理理 工工 大大 学学 单片机课程设计 报告 四路智力抢答器 姓 名： 孟庆利 学 号： 0401030724 专业班级： 电信 04-7 班 指导老师： 谭兴国 所在学院： 电气工程与自动化学院 2007 年 12 月 22 日 nts河南理工大学本科课程设计报告 - 1 - 摘要 本设计 是四路智力抢答器。 使用 51 系列单片机，编写应用程序来实现智力抢答功能。 设计思路是先等待主持人按键，当有主持人按键时，开始计时一分钟，并显示时间。 有人抢答时，报警电路启动，并显示组 号 ，同时计时显示停止 。若在计时时间内无人抢答，一分钟到时，无报警， 且计时停止， 重新开始等待主持人按键 ， 进行下一轮抢答。 软件设计 利用中断系统的基本构成原理编写中断服务程序，使用 80C51 单片机串行接口 P1 口、 P2 口、 P3 口的输入 /输出功能向 CPU 输入信号，其信号由按键电路提供，由 CPU 响应中断，并输出响应。 用到了 查询按键模块、定时器模块、显示时间模块、显示组号模块、报警模块等。 软件涉及 51 系列单片机的中断系统、定时器 /计数器、串行接口及外围电路的功能。 硬件 设计使用的是 51 系列单片机中的 80C51，其他部 件有 74LS48、八段数码显示管、蜂鸣器、 LED 闪光灯，按键等。硬件设计采 通过外部 12M 的 X1 提供时钟的脉冲，利用其中断控制程序进行抢答部分的处理，通过多输入与门的控制去申请单片机内部的中断，以达到显示抢答的目的。 用分模块设计思想，以 CPU为中心逐一设计 了时钟电路和复位电路；然后设计了按钮电路为 CPU 提供输入信号；再次，为数码管选择输入信号电路；还有就是提供了报警电路；最终就是修饰和完善总原理图。 显示结果是 主持人按键时，数码管显示 60，即定时器定从一分钟开始计时，若一分钟内有人抢答，则此时定时器停止计时， 数码管显示此时的时间，如计时56 秒时有人抢答，数码管就显示 56，同时蜂鸣器发出“嘀”声，且警报灯闪烁一下 ，与此同时显示抢答组的组数。 如一分钟内无人按键抢答 ，计时时间一分钟到时数码管显示 00，并停止计时。此时等待主持人按键进行下一轮抢答，若主持人不按键，数码管就一直显示 00。 nts河南理工大学本科课程设计报告 - 2 - 目录 1 概述 - 3 - 2 系统总体方案及硬件设计 - 4 - 2.1 系统总体方案 - 4 - 2.2 控制部分 80C51 的设计 - 4 - 2.3 数码显示部分 LED 的介绍 - 6 - 2.4 时钟电路的介绍 - 6 - 2.5 复位电路的介绍 - 7 - 2.6 按钮电路 - 8 - 2.7 显示管的输入信号电路 - 8 - 2.8 报警电路 - 9 - 3.软 件设计 - 10 - 4 Proteus 软件仿真 - 11 - 5 心得体会 - 19 - 参考文献 - 19 - 附 1： 源程序代码 - 20 - 附 2： 系统原理图 - 23 - nts河南理工大学本科课程设计报告 - 3 - 1 概述 使用 51 系列单片机，编写应用程序来实现智力抢答功能。 利用中断系统的基本构成原理编写中断服务程序， 使用 80C51 单片机串行接口 P1 口、 P2 口、 P3口的输入 /输出功能向 CPU 输入信号，其信号由按键电路提供，由 CPU 响应中断，并输出响应。 软件设计用到了查询按键模块、定时器模块、显示时间模块、显示组号模块、报警模块等。 硬件设计采通过外部 12M 的 X1 提供时钟的脉冲，利用其中断控制程序进行抢答部分的处理，通 过多输入与门的控制去申请单片机内部的中断，以达到显示抢答的目的。 硬件 设计使用的是 51 系列单片机中的 80C51，其他部件有 74LS48、八段数码显示管、蜂鸣器、 LED 闪光灯，按键等。 利用硬件电路防止外部 在开始及结束的时候出现误操作。 最后在 Protues 下仿真，并测验结果。 该设计的功能是 当有主持人按键时，开始计时一分钟，并显示时间。有人抢答时，报警电路启动，并显示组号，同时计时显示停止。若在计时时间内无人抢答，一分钟到时，无报警，且计时停止，重新开始等待主持人按键，进行下一轮抢答。 nts河南理工大学本科课程设计报告 - 4 - 2 系统总体方案及硬件设计 2.1 系统总体方案 下面 图 1 至图 7 各个功能元件的介绍，体现了本次设计的主线。即把一个完整的设计划分为不同的模块进行分段设计。首先，以 CPU 为中心设计了时钟电路和复位电路 ；然后设计了按钮电路为 CPU 提供输入信号；再次，为数码管选择输入信号电路；还有就是进一步完善设计而提供了报警电路。最终，完善总括电路，得到总设计原理图。 利用单片机内部的时钟中断源，外部中断源，利用 P3 口进行第二功能进行控制。当外部中断输入时，我们利用锁存，稳定输出剩余时间。利用硬件电路防止外部在开始及结束的时候出现误操作。 2.2 控制部分 80C51 的设计 本 设计中用的是 80C51 单片机， 80C51 有 40 条引脚中有 2 条专用于主电路，2 条外接晶振， 4 条控制或与其它电源的复用引脚， 32 条 I/O 引脚。 （ 1） 主电源引脚 Vss：接地。 Vcc：正常操作、对 EPROM 编程和验证时接 +5V 电源。 （ 2）外接晶振引脚 XTAL1：接外部晶振的一个引脚。 XTAL2：接外部晶振的一个引脚。 （ 3）控制或与其它电源复用引脚 RST/Vpd： 当振荡器运行时，在此引脚上出现两个机器周期的高电平将使单机复位。一般在引脚与 Vss 引脚之间连接一个约 8.2K的下拉电阻， 本设计使用的下拉电阻为 1K 。 与 Vss 引脚之间连接一个 20uF 的电容，以保证可靠复位。复位以后， P0、 P3 口输出高电平， SP 指针重新赋值为 07H，其它特殊 功能寄存器和程序计数器 PC 被清 0。只要 REST 保持高电平， 80C51 就会循环复位。 RESET由高电平变为低电平后， 80C51 初始复位不影响内部 RAM 的状态，包括工作寄存器 R0 R7。 ALE（ /PROG） ：当访问外部数据存储器时， ALE 的输出用于锁存地址低字节， 即使不访问外部存储器， ALE 仍以不变的频率周期性地出现正脉冲信号，为振荡器频率的 1/6，因此可用作对输出的时钟。 nts河南理工大学本科课程设计报告 - 5 - /PSEN：此输出是外部程序存储器的读选通信信号。在由外部程序存储器取指令周期，每个机器周期两次 /PSEN 有效。但当访问外部数据存储 器时，这两次有效的 PSEN 信号不出现。 /PSEN 可以带动 8 个 TTL 负载。 /EA（ Vpp） ：当 /EA 保持高电平时访问内部程序存储器，但当 PC 值超过 OFFF或 1FFF 时，将自动转向执行外部程序存储器的程序。当 /EA 端保持低电平时，则只访问外部程序存储器，而不管是否有内部程序存储器。 （ 4）输入 /输出引脚 PO：是一个 8 位漏极开路的双向输入 /输出口。 P1：是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。 P2:是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向输入 /输出口，访问外部存储器时送高 8 位地址。 P3：是一个带有内部上拉电阻 的 8 位双向 I/O 口。在 MCS-51 中，这 8 个引脚还用于专门的功能。其中， P3.0 为串行输入口， P3.1 为串行输出口， P3.2 为外部中断 0 输入， P3.3 为外部中断 1 输入， P3.4 为定时器 0 的外部输入， P3.5 为定时器 1 的输入， P3.6 为外部数据存储器的写选通信号， P3.7 为外部存储器的读选通信号。 图 1 80C51 引脚图 nts河南理工大学本科课程设计报告 - 6 - 2.3 数码显示部分 LED 的介绍 LED 显示器是目前最常用的一种数显示器件。发光二极管是由半导体材料制成的，能将电信号转换成光信号的结型电致发光器件。如果把发光二极管制成条状 ，再按照一定方式连接，组成数字“ 8”，就构成 LED 数码管。 使用时按规定使某些笔段上的发光二极管发光，即可组成 0-9 的一系列数字，如图 2： 图 2 数码管原理图 本设计使用的是 7SEG-COM-AN-GRN 型数码管。 图 3 本设计使用的 数码管 引脚图 2.4 时钟电路的介绍 51 系列单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，此放大器的输入和输出分别是引脚 XTAL1 和 XTAL2，在 XTAL1 和 XTAL2 上外接时钟源即可构成时钟电路。 CPU 的一系列动 作都是在控制电路部件下工作的 。 本设计采用的是内部时钟产生方式，即是在引脚 XTAL1 和 XTAL2 两端跨接晶体或陶瓷振荡器，与内部反相器 构成稳定的自激振荡器。其发出的脉冲直接送给片内定时控制部件。 nts河南理工大学本科课程设计报告 - 7 - 图 4 时钟电路 2.5 复位电路的介绍 复位是使 CPU和系统中其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。 51系列单片机通常采用上电自动复位 、按钮电平复位、上电 +按钮电平复位、上电 +按钮电平复位、程序运行监视复位等方式。 本设计采用上电自动复位方式，其实质是一阶充放电电路，系 统上电时该电路提供有效的复位信号 RST（高电平）直至系统电源稳定后撤销复位信号（低电平）。同时应注意保证加在 RST引脚上的高电平持续两个机器周期，才能使单片机可靠复位。 图 5 上电 自动复位 电路 nts河南理工大学本科课程设计报告 - 8 - 2.6 按钮电路 本设计使用的是机械按钮，按钮电路主要用来为 CPU 串行口提供输入信号。在实际应用中机械按钮的抖动应该考虑的，可用软件的设计来消除机械抖动。 本设计使用的按钮和按钮电路图如下： 图 6 机械按钮 图 7 抢答按钮电路 2.7 显示管的输入信号电路 本设 计使用的输入信号电路主要是 74LS48，八段数码显示管的输入信号是八位数，而 CPU 提供的信号是三位的，通过 74LS48 把三位的信号转化为八位的信号。 图 8 显示管的输入信号电路 nts河南理工大学本科课程设计报告 - 9 - 2.8 报警 电路 该报警 电路的作用是 在参赛人员 按键时进行报警。当主持人发出抢答信号，而有人员抢答就有报警 。 此时报警灯 闪烁一次，蜂鸣器发出报警声，提示主持人有人要答题。 图 9 报警 电路 nts河南理工大学本科课程设计报告 - 10 - 3.软件设计 软件的主 程序框图如下 开始 CPU 系统初始化 定时器初始化 开始计时 输出警报信号 开中断 等主持人按键 等选手按键 输出显示信号 显示管显示 终止 输入键值 警报器警报 nts河南理工大学本科课程设计报告 - 11 - 源程序： ORG 0000H LJMP START ；主程序跳转 ORG 0003H ；外部中断 0 入口地址 LJMP INT_0 ；跳转至其服务程序 ORG 0013H ；外部中断 1 入口地址 LJMP INT_1 ；跳转至其服务程序 定时器 T1 服务程序： ORG 001BH ；定 时器 1 中断入口地址 MOV TL1,#0F0H ；定时器 1 赋初值 MOV TH1,#0D8H DJNZ R0,QQ ；（ R0） =1 跳转至 QQ MOV R7,34H LCALL DEC1 MOV P0,A MOV 34H,A MOV R0,#100 DJNZ R1,QQ MOV R1,#60 SETB 00H QQ: RETI ORG 0100H 主程序： START: SETB P3.7 ；写入准备 SETB P3.7 MOV 34H,#60H MOV IP,#04H MOV SP,#4FH MOV IE,#8DH MOV P2,#0FFH SETB IT1 SETB IT0 CLR 01H LOOP: MOV A,34H CLR TR1 JNB TR1,$ MOV P0,A LCALL DELAY60S nts河南理工大学本科课程设计报告 - 12 - AJMP LOOP ORG 0200H 延时程序 ： DELAY60S:MOV TMOD,#10H MOV TH1,#0D8H MOV TL1,#0F0H MOV IE,#8DH SETB TR1 MOV R0,#100 MOV R1,#60 CLR 00H JNB 00H,$ CLR TR1 SETB P3.7 CLR P3.6 RET ORG 0700H 显示调整 程序 ： DEC1: MOV A,#99H ADD A,R7 DA A RET ORG 0800H 中断 1 服务程序， 抢答 计组程序： INT_1: CLR IE1 CLR TR1 MOV A,P2 CPL A JZ LL0 LCALL DL10 MOV A,P2 CPL A JZ LL0 查询按键 ： JB ACC.3,K2_30 JB ACC.2,K2_20 JB ACC.1,K2_10 nts河南理工大学本科课程设计报告 - 13 - JB ACC.0,K2_00 K2_40 :AJMP K2_4 K2_30 :AJMP K2_3 K2_20 :AJMP K2_2 K2_10 :AJMP K2_1 K2_00 :AJMP K2_0 LL0 :AJMP LL K2_4: MOV P1,#05H MOV A,P2 CPL A JNZ K2_4 CLR EX1 LJMP INT_1 K2_3: MOV P1,#04H MOV A,P2 CPL A JNZ K2_3 CLR EX1 LJMP INT_1 K2_2: MOV P1,#03H MOV A,P2 CPL A JNZ K2_2 CLR EX1 LJMP INT_1 K2_1: MOV P1,#02H MOV A,P2 CPL A JNZ K2_1 CLR EX1 LJMP INT_1 K2_0: MOV P1,#01H MOV A,P2 CPL A JNZ K2_0 CLR EX1 LJMP INT_1 LL:MOV A,P2 nts河南理工大学本科课程设计报告 - 14 - CPL A JZ EXIT_INT_0 AJMP INT_1 EXIT_INT_0:RETI ORG 0A00H 主持人 按键 即外部中断 0 服务程序： INT_0: JNB P3.2,$ MOV P1,#00H SETB EX1 CLR IE0 CLR 00H CLR P3.7 SETB P3.6 MOV TL1,#0F0H MOV TH1,#0D8H MOV R0,#100 MOV R1,#60 MOV 34H,#60H MOV A,34H MOV P0,A SETB TR1 RETI ORG 0B00H DL10: PUSH PSW PUSH ACC MOV R6,#125 DEL1: MOV R5,#50 DEL2: DJNZ R5,DEL2 DJNZ R6,DEL1 POP ACC POP PSW RET END nts河南理工大学本科课程设计报告 - 15 - 4 Proteus 软件仿真 图 10 系统仿真图 1 当主持人按键 即 与 P3.2 断口相连的按键 ，抢答开始，若有人有人按键就 显示抢答组的组数，同时显示此时时间。且警 报电路动作，蜂鸣器发出“嘀”声， LED灯闪烁一次。图 10 表示在 9 秒时，即计时器从 60 秒计时到 51 秒时，第四组抢答成功。 nts河南理工大学本科课程设计报告 - 16 - 图 11 系统仿真图 2 当主持人按键 即 与 P3.2 断口相连的按键 ，定时器开始计时，若一分钟内无人抢答，一分钟时间到时，显示抢答组数为 0，定时器停止计时，一直显示时间为00，直到主持人再次按键，开始下一轮抢答。图 11 就是在这种情况下的等待状态。 nts河南理工大学本科课程设计报告 - 17 - 图 12 系统仿真图 3 当主持人按键 即与 P3.2 断口相连的按键 ，定时器从 60 秒开始计时，数码管显示 60，如图 12 nts河南理工大学本科课程设计报告 - 18 - 图 13 系统仿真图 4 若有选手在支持人按键之前就按键抢答，则此时警报电路发出警报，即蜂鸣器发声， LED 闪烁，说明本轮抢答无效。如图 13 nts河南理工大学本科课程设计报告 - 19 - 5 心得体会 由于 一直以来做 课程设计 时马马虎虎 ， 而听说这次老师的要求很是严格 ， 这无疑让我认识到本次设计的严格性和重要性。因为要考研，刚开始对此不理解，认为这 有点浪费时间，毕竟 现在是 复习的 紧张 时期。 在 这段时间 我不敢怠慢，学累了就看看单片机课本和课设，有时自己实在看不懂时，就约好几个同学一起讨论。可是大家时间都很紧， 而 有些人 又 要上辅导班，也不能讨论太长时间，所以整个课设 期间我都很紧张 ，也很努力 。我用了整整 七天，当然 也 强烈地 认识到自己单片机方面 知识 的欠缺。每当有程序看不明白时，心情就不是很好 ，受到影响整个考研进度也与计划有偏差。最后有了感觉，就很好的进入了设计状态。当同学聚在一起，相互求教问题时， 大家也感到了无比的快乐 。 现在回想起来也是很感慨，毕竟这种现象只在 临 近考试时才有的。有时闭着眼睛就能看到一根根总线和 CPU。现在终于做完了，我的心情真是无法形容，整个身心获得了巨大的满足。这次 设计我收获了不少，我想最大的收获就是心情，我现在有信心面对考研 过程中的干扰。我要带着这份珍重起航。 参考文献 1 余发山 .单片机原理及应用技术 .徐州：中国矿业大学出版社， 2003.21-209 2 周航慈 .单片机应用程序设计技术 . 北京：北京航空航天大学出版社 .2004.26-47 3 李华 .MCS-51 系列单片机实用接口技术 .北京：北京航空航天大学出版社 .1993.36-58 4 赫建国，郑燕，薛延侠 .单片机在设计电路中的应用 .北京：清华大学出版社 .2006.35-52 5 全国大学生电子设计竞赛组委会 .全国大学生电子设计竞赛获奖作品汇编 .北京：北京理工大学出版社 .2004.1-23 nts河南理工大学本科课程设计报告 - 20 - 附 1 源程序代码 ORG 0000H LJMP START ；主程序跳转 ORG 0003H ；外部中断 0 入口地址 LJMP INT_0 ；跳转至其服务程序 ORG 0013H ；外部中断 1 入口地址 LJMP INT_1 ；跳转至其服务程序 ORG 001BH ；定时器 1 中断入口地址 MOV TL1,#0F0H ；定时器 1 赋初值 MOV TH1,#0D8H DJNZ R0,QQ ；（ R0） =1 跳转至 QQ MOV R7,34H LCALL DEC1 MOV P0,A MOV 34H,A MOV R0,#100 DJNZ R1,QQ MOV R1,#60 SETB 00H QQ: RETI ORG 0100H START: SETB P3.7 ；写入准备 SETB P3.7 MOV 34H,#60H MOV IP,#04H MOV SP,#4FH MOV IE,#8DH MOV P2,#0FFH SETB IT1 SETB IT0 CLR 01H LOOP: MOV A,34H CLR TR1 JNB TR1,$ ； TR1=0 死循环，等待外部中断 0 MOV P0,A LCALL DELAY60S AJMP LOOP nts河南理工大学本科课程设计报告 - 21 - ORG 0200H DELAY60S:MOV TMOD,#10H ；延时程序，赋初值 MOV TH1,#0D8H MOV TL1,#0F0H MOV IE,#8DH SETB TR1 ；启动定时器 T1 MOV R0,#100 MOV R1,#60 CLR 00H JNB 00H,$ CLR TR1 SETB P3.7 CLR P3.6 RET ORG 0700H DEC1: MOV A,#99H ADD A,R7 DA A RET ORG 0800H INT_1: ；中断 1 服务和抢答器计组程序 CLR IE1 CLR TR1 MOV A,P2 CPL A JZ LL0 LCALL DL10 MOV A,P2 CPL A JZ LL0 JB ACC.3,K2_30 JB ACC.2,K2_20 JB ACC.1,K2_10 JB ACC.0,K2_00 K2_40 :AJMP K2_4 K2_30 :AJMP K2_3 K2_20 :AJMP K2_2 K2_10 :AJMP K2_1 nts河南理工大学本科课程设计报告 - 22 - K2_00 :AJMP K2_0 LL0 :AJMP LL K2_4: MOV P1,#05H MOV A,P2 CPL A JNZ K2_4 CLR EX1 LJMP INT_1 K2_3: MOV P1,#04H MOV A,P2 CPL A JNZ K2_3 CLR EX1 LJMP INT_1 K2_2: MOV P1,#03H MOV A,P2 CPL A JNZ K2_2 CLR EX1 LJMP INT_1 K2_1: MOV P1,#02H MOV A,P2 CPL A JNZ K2_1 CLR EX1 LJMP INT_1 K2_0: MOV P1,#01H MOV A,P2 CPL A JNZ K2_0 CLR EX1 LJMP INT_1 LL:MOV A,P2 CPL A JZ EXIT_INT_0 AJMP INT_1 EXIT_INT_0:RETI ORG 0A00H nts河南理工大学本科课程设计报告 - 23 - INT_0: JNB P3.2,$ ；外部中断 0 服务程序 MOV P1,#00H SETB EX1 CLR IE0 CLR 00H CLR P3.7 SETB
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