第八组左强4路抢答器设计报告.docx
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第八组左强4路抢答器设计报告
《电工电子综合实训》实训报告
项目名称_______四路抢答器________________
学生姓名_________左强______________
班级_______电气化3101班________________
指导老师_______张靓婧________________
2012年6月12日
摘要
单片机把我们带入了智能化的电子领域,许多繁琐的系统若由单片机进行设计,便能收到电路更简单、功能更齐全的良好效果。
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。
抢答器不仅考验选手们的反应速度同时又能使选手们都站在同一个起跑线上,体现了公平公正的原则。
本次的毕业设计——四路抢答器,就是一种利用单片机功能而做出来的产品。
本文介绍了单片机控制、数码显示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,还具有定时和报警功能。
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:
LED报警功能数码管
目录
第一章:
绪论,介绍设计背景…………………………………………………4
1.数字抢答器的概述………………………………………………………5
2.设计要求及目的…………………………………………………………5
第二章:
硬件电路设计…………………………………………………………5
2.1电路原理图……………………………………………………………6
2.2时钟频率电路的设计…………………………………………………6
2.3复位电路的设计………………………………………………………4
2.4显示电路的设计…………………………………………………5
2.5报警电路………………………………………………………………6
三.系统软件设计………………………………………………………………7
1.系统框架图………………………………………………………………9
2.程序流程图………………………………………………………………9
第四章:
调试过程…………………………………………………………11
4.1检测元件……………………………………………………………11
4.2对PCB板进行排版及连线…………………………………………13
4.3焊接的问题及解决…………………………………………………13
4.4焊接的技巧和注意事项……………………………………………14
4.5系统的调试…………………………………………………………14
4.6具体调试……………………………………………………………16
4.7调试实物图…………………………………………………………17
第五章:
总结……………………………………………………………………18
参考文献…………………………………………………………………………18
附录主程序
第一章绪论,主要介绍设计背景
1.1四位抢答器的概述
单片机把我们带入了智能化的电子领域,许多繁琐的系统若由单片机进行设计,便能收到电路更简单、功能更齐全的良好效果。
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。
抢答器不仅考验选手们的反应速度同时又能使选手们都站在同一个起跑线上,体现了公平公正的原则。
1.2设计要求及目的
(1)4名选手编号为:
2,3,4,5.各有一个抢答按钮,按钮的编号与选手的编号对应,也分别为2,3,4,5.
(2)给主持人设置一个控制按钮,用来控制系统清零(抢答显示数码管灭灯)和抢答的开始。
(3)抢答开始后,若有选手按动抢答按钮,该选手编号立即锁存,并在抢答显示器上显示该编号,同时扬声器给出音响提示,封锁输入编码电路,禁止其他选手抢答
。
(4)当主持人按下开始按钮后,定时器开始倒计时,定时显示器显示,蜂鸣器响,音响持续1秒。
参赛选手在设定时间(30秒)内抢答有效,抢答成功,扬声器响,音响持续1秒
第二章硬件电路设计
2.1系统硬件设计
为使硬件电路设计尽可能合理,应注意以下几方面:
(1)尽可能采用功能强的芯片,以简化电路,功能强的芯片可以代替若干普通芯片,随着生产工艺的提高,新型芯片的的价格不断下降,并不一定比若干普通芯片价格的总和高。
(2)程序空间,选用片内程序空间足够大的单片机,本设计采用AT89C52单片机。
(3)I/O端口,如果在硬件电路设计就预留出一些I/O端口,虽然当时空着没用,那么用的时候就派上用场了。
(4)电路原理图
2.2时钟频率电路的设计
单片机必须在时钟的驱动下才能工作.在单片机内部有一个时钟振荡电路,只需要外接一个振荡源就能产生一定的时钟信号送到单片机内部的各个单元,决定单片机的工作速度。
图2.2外部振荡源电路
一般选用石英晶体振荡器。
此电路在加电大约延迟1us后振荡器起振,在XTAL2引脚产生幅度为5V左右的正弦波时钟信号,其振荡频率主要由石英晶振的频率确定。
电路中两个电容C1,C2的作用有两个:
一是帮助振荡器起振;二是对振荡器的频率进行微调。
C1,C2的典型值为30PF
2.3复位电路的设计
单片机的第9脚RST为硬件复位端,只要将该端持续4个机器周期的高电平即可实现复位,复位后单片机的各状态都恢复到初始化状态,其电路图如图所示:
图2.3复位电路
2.4显示电路的设计
显示功能与硬件关系极大,当硬件固定后,如何在不引起操作者误解的前提下提供尽可能丰富的信息,全靠软件来解决。
图2.4显示电路
2.5报警电路
若能利用程序来控制单片机某个口线的“高”电平或低电平,则在该口线上就能产生一定频率的矩形波,接上喇叭就能发出一定频率的声音,若再利用延时程序控制“高”“低”电平的持续时间,就能改变输出频率,从而改变音调,使喇叭发出不同的声音。
图2.5报警电路
第三章系统软件设计
3.1系统框架图
3.2程序流程图
在本设计中包括了以下八个主要的程序:
主程序;非法抢答序;抢答时间调整程序;回答时间调整程序;倒计时程序;正常抢答处理程序;犯规处理程序;显示及发声程序。
主流程图如图所示:
图3.2流程图
第四章调试过程
4.1检测元件
(1)一般电阻
电阻的阻值是可以根据电阻上的色环判断:
1)、四环电阻阻值等于前两位对应的数值乘上第三位对应的倍率,第四位为误差范围;
2)、五环电阻阻值等于前三位对应的数值乘上第四位对应的倍率,第五位为误差范围。
电阻R0为五环型
色环颜色:
棕黑黑棕棕
阻值=100×10²=1000Ω
误差为±1%
实测阻值为992Ω
本实验R1用两个R0的电阻并联成;图1电阻R0
电阻R2为四环型
色环颜色:
绿棕红金
阻值=51×10²=5100Ω=5.1kΩ
误差为±5%
实测阻值为5.02kΩ图2电阻R2
(2)发光二极管
发光二极管有两个接线柱,一个长的一个短的,长端为正极,短端为负极。
可以利用万用表测量两种接法时的电阻值,可知道当正极接到长端,负极接到短端的时候,发光二极管的阻值比较小,此即是二极管的单向导通特性。
(3)蜂鸣器
本实验所用的蜂鸣器和平时看到的扬声器、耳机等发声器件有微小的差别,它里边多了一个振荡器,输入电流时振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈,使电磁线圈产生磁场。
振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下,周期性地振动发声。
可以尝试的将其正负极接上电源,可看到只有正负极接入正确时,蜂鸣器才会发声。
也可根据蜂鸣器上的引线长度按来判断正负极(长正短负)。
所以在实验室中要把蜂鸣器的正负极接正确。
(4)三极管
三极管有两种,一种是PNP管,一种是NPN管,本实验用的是PNP管。
三极管有三个引脚,分别是基极(b),发射极(e),集电极(c)。
本实验所用的三极管判断极点的方法是,面对有型号标记的一面,然后看着三个引脚,从左到右依次是,发射极(e),基极(b),集电极(c)。
接线时三个极端不能接错,否则三极管就没有起到作用。
图3三极管符号、管脚排列
集电极和基极之间形成集电结,发射极和基极之间形成发射结,三极管起放大作用的条件,发射结正向偏置,集电结反向偏置。
正向偏置时必须达到正向偏置电压,即为导通,否则,为截止状态。
4.2对PCB板进行排版及连线
本实验所用的面包板的内部链接在破坏背面的绝缘胶带的情况下,可以揭开胶带看其内部线路的构造,以防不知道内部线路差错电路。
当然最好的办法是:
用测试电路在插孔上来回实验,猜想验证其内部构造。
1)、首先了解面包板在连线和焊接的注意事项。
2)、了解实验原件及器材后,按照原理图在面包板上连接电路;
3)、焊接要注意,电子电路在焊接时,应遵循的规则。
4.3焊接的问题及解决
一般来说,造成硬件问题的首要问题就是焊接了,也就是说焊接的好与坏直接响产品的正常运行。
造成焊接质量不高的常见原因是:
①焊锡用量过多,形成焊点的锡堆积;焊锡过少,不足以包裹焊点。
②冷焊。
焊接时烙铁温度过低或加热时间不足,焊锡未完全熔化、浸润、焊锡表面不光亮(不光滑),有细小裂纹(如同豆腐渣一样!
)。
③夹松香焊接,焊锡与元器件或印刷板之间夹杂着一层松香,造成电连接不良。
若夹杂加热不足的松香,则焊点下有一层黄褐色松香膜;若加热温度太高,则焊点下有一层碳化松香的黑色膜。
对于有加热不足的松香膜的情况,可以用烙铁进行补焊。
对于已形成黑膜的,则要"吃"净焊锡,清洁被焊元器件或印刷板表面,重新进行焊接才行。
④焊锡连桥。
指焊锡量过多,造成元器件的焊点之间短路。
这在对超小元器件及细小印刷电路板进行焊接时要尤为注意。
⑤焊剂过量,焊点明围松香残渣很多。
当少量松香残留时,可以用电烙铁再轻轻加热一下,让松香挥发掉,也可以用蘸有无水酒精的棉球,擦去多余的松香或焊剂。
⑥焊点表面的焊锡形成尖锐的突尖。
这多是由于加热温度不足或焊剂过少,以及烙铁离开焊点时角度不当浩成的内。
最小系统的电路不工作,首先应该确认电源电压是否正常。
用电压表测量接地引脚跟电源引脚之间的电压,看是否符合电源电压,常用的是5V左右。
接下来就是检测复位引脚的电压是否正常,EA引脚的电压要正常为5V左右。
4.4焊接的技巧和注意事项
1、焊锡之前应该先插上电烙铁的插头,给电烙铁加热。
2、焊接时,焊锡与电路板、电烙铁与电路板的夹角最好成45度,这样焊锡与电烙铁夹角成90度。
3、焊接时,焊锡与电烙铁接触时间不要太长,以免焊锡过多或是造成漏锡;也不要过短,以免造成虚焊。
4、元件的腿尽量要直,而且不要伸出太长,以1毫米为好,多余的可以剪掉。
5、焊完时,焊锡最好呈圆滑的圆锥状,而且还要有金属光泽。
4.5系统的调试
系统调试包括硬件调试和软件调试,而且两者是密不可分的。
我们设计好的硬件电路和软件程序,只有经过联合调试,才能验证其正确性;软硬件的配人情况以及是否达到设计任务的要求,也只有经过调试,才能发现问题并加以解决、完善,最终开发成实用产品。
硬件调试分单元电路调试和联机调试,单元电路试验在硬件电路设计时已经进行,这里的调试只是将其制成印刷电路板后试验电路是否正确,并排除一些加工工艺性错误(如错线、开路、短路等)。
这种调试可单独模拟进行,也可通过开发装置由软件配合进行,硬件联机调试则必须在系统软件的配合下进行。
软件调试一般包括分块调试和联机调试两个阶段。
程序的分块调试一般在单片机开发装置上进行,可根据所调程序功能块的入口参量初值编制一个特殊的程序段,并连同被调程序功能块一起在开发装置上运行;也可配合对应硬件电路单独运行某程序功能块,然后检查是否正确,如果执行结果与预想的不一致,可以通过单步运行或设置断点的方法,查出原因并加以改正,直到运行结果正确为止。
这时该程序功能块已调试完毕,可去掉附加程序段。
其它程序功能块可按此法进行调试。
程序联机调试就是将已调试好的各程序功能块按总体结构联成一个完整程序,在所研制的硬件电路上运行。
从而试验程序整体运行的完整性、正确性和与硬件电路的配合情况。
在联调中可能会有某些支路上的程序、功能块因受条件制约而得不到相应的输入参数,这时,调试人员应创造条件进行模拟调试。
在联调中如发现硬件问题也应及时修正,直到单片机系统的软件、硬件全部调试成功为止。
系统调试完成后,还要进行一段时间的试运行,从而检验系统的稳定性和抗干扰能力,验证系统功能是否达到设计要求,是否达到预期的效果。
4.6具体调试
(1)具有清零装置和抢答控制,可由主持人操纵避免有人在主持人说“开始”前提前抢答违反规则。
(2)具有定时功能,在30秒内无人抢答表示所有参赛选手获参赛队对本题弃权。
(3)30秒时仍无人抢答其报警电路工作表示抢答时间耗尽并禁止抢答。
(4)主持人按"抢答开始"键,会有提示音,并立刻进入抢答倒计时(预设30s抢答时间),如有选手抢答,会有提示音,并会显示其号数,只有第一个按抢答的选手有效。
(5)如倒计时期间,主持人想停止倒计时可以随时按"停止"按键,系统会自动进入准备状态,等待主持人按"抢答开始"进入下次抢答计时。
4.7调试实物图
实物正面
实物反面
第五章总结
经过近两个星期的努力,在老师和同学的讨论和帮助下,我成功地完成了4路抢答器的设计,通过此次课程设计,我重新认识到了对书本上的知识要独立运用的道理。
在抢答器设计过程中,发现了很多细节性的问题,也出现了很多错误,经过和同学们研究、商讨最后都解决,感觉团队协作能力是非常有必要的!
通过此次的抢答器的设计,让我重新拾起了以前所学习的电子知识和C语言的编程,也使我加深了对单片机及接口技术的理解和应用,由于知识水平的局限,设中可能会存在着一些不足,我真诚的接受指导老师和同学的批评和指正。
参考文献
[1]C程序设计,谭浩强,清华大学出版社,2005
[2]单片机原理及接口技术(第3版),李朝青,北京航空航天大学出版社,2002
[3]单片机系统设计与实例指导,冯育长,西安电子科技大学出版社,2007
[4]单片机课程设计实例指导,李光飞,北京航天航空大学出版社,2004
[5]卢艳军.单片机基本原理及应用系统.北京:
机械工业出版社,2005.
附录
主程序
#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitrst=P3^7;
sbitspeaker=P3^6;//报警
sbitstart=P3^4;
ucharcount=0;//用于产生1秒的时间
uchardsy_time=0x3c;//用于显示抢答时间
uchardsy_buffer[]={0,0,0};//显示缓冲
ucharcodeleddata[]=//共阴数码管的段码
{
0x3F,//"0"
0x06,//"1"
0x5B,//"2"
0x4F,//"3"
0x66,//"4"
};
ucharcodestate[]=//抢答时的4种按键情况
{0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};
//
//延时
//
voidDelayMS(uintms)
{
uchart;
while(ms--)
for(t=0;t<120;t++);
}
//
//报警
//
voidspeak(void)
{
uchari=10;
while(i--)
{
speaker=~speaker;
DelayMS
(2);
}}
//
//主程序
//
voidmain()
{//初始化
uchari,m=0x04;
P0=0xff;
P1=0x00;
P2=0x00;
P3=0xb3;
TMOD=0x01;//选择工作方式
TH0=0x3c;//定时器T0初始值的高八位
TL0=0xaf;//定时器T0初始值的低八位
IE=0x43;//开总中断,定时器中断,外部中断0
while
(1)
{
if(rst==0)//系统复位
{
dsy_buffer[0]=0;
TR0=0;
dsy_time=0x3c;
}
if(dsy_time==0x00)//在设定的时间到,而无人抢答时关闭定时器中断
{
TR0=0;//关闭定时器中断
P1=0x00;//禁止抢答
}
for(i=0;i<3;i++)//用数码管显示抢答序号和抢答时间
{
P2=m;
m=_cror_(m,1);//循环移位实现数码管的动态显示
dsy_buffer[2]=dsy_time%10;//抢答时间的个位
dsy_buffer[1]=dsy_time/10;//抢答时间的十位
P0=leddata[dsy_buffer[i]];//数码管显示抢答者的序号和抢答时间
DelayMS(5);
}
m=0x04;//实现下轮的循环显示
for(i=0;i<4;i++)
{
if(P1==state[i])//判断有按键按下
{
DelayMS(10);//延时防止按键抖动引起的误操作
if(P1<=state[i])//再次判断有按键按下
{
dsy_buffer[0]=i+1;
P1=0x00;//通过硬件实现优先抢答
TR0=0;//关闭定时器0
speak();
}
}
}
}
}
//
//实现定时时间1S
//
voidkey_inter()interrupt1
{
TH0=0x3c;//50MS初始值
TL0=0xaf;//50MS初始值
if(++count==20)
{
count=0;
dsy_time--;//实现计数器的减法计数
}
}
//
//抢答开始
//
voidstart_inter()interrupt0
{
P1=0xff;
TR0=1;//定时器0开始计数
speak();
}
- 配套讲稿:
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