投票器設(shè)計(jì)說明書

1、單片機(jī)課程設(shè)計(jì)說明書課題：班級(jí)投票顯示器班級(jí)：機(jī)電 101-4 班姓名：劉洋指導(dǎo)老師：姜鳳國同組成員：王仁、劉勝、趙強(qiáng)波、林巍煙臺(tái)大學(xué)機(jī)電汽車工程學(xué)院2 目錄前 言.3第一章 緒 論.41.1 概述.4 1.2 設(shè)計(jì)目的 .4 1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)和內(nèi)容 .4 第二章 總體設(shè)計(jì)及核心器件簡介.62.1 總體設(shè)計(jì) .6 2.2 mcs-51 單片機(jī) .6 2.3 led 數(shù)碼顯示器 .10 2.4 發(fā)光二級(jí)管 .13 第三章 投票顯示系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)與仿真.143.1 投票顯示系統(tǒng)總體功能實(shí)現(xiàn).14 3.2 系統(tǒng)流程圖 .15 3.3 程序編寫 .17 3.4 仿真與調(diào)試 .19 3 前言單片機(jī)技術(shù)是現(xiàn)

2、代電子工程領(lǐng)域一門迅速發(fā)展的技術(shù)，它的應(yīng)用已滲透到各種嵌入式系統(tǒng)中。 毫不夸張地說： 掌握單片機(jī)技術(shù)信息類學(xué)生就業(yè)的一個(gè)重要條件。同時(shí)單片機(jī)技術(shù)又是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科。課程設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)和實(shí)施，在很大程度上決定了我們對(duì)單片機(jī)的掌握程度。為了更好的完成課程設(shè)計(jì)這一重要教學(xué)環(huán)節(jié)，我們采用proteus 軟件與 keil 軟件整合構(gòu)建單片機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。首先在pc上利用 proteus 軟件自己搭建硬件電路，并利用系統(tǒng)提供的功能完成電路分析，系統(tǒng)調(diào)試和輸出現(xiàn)實(shí)的硬件設(shè)計(jì)部分，同時(shí)在keil 軟件中編制程序， 進(jìn)行相應(yīng)的編譯和仿真， 完成系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)部分。 當(dāng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作完成后，就可以在pc

3、上看到最終的運(yùn)行效果。最后在通過proteus 設(shè)計(jì) pcb ，在完成真正硬件的調(diào)試。采用以上方案具有以下優(yōu)勢(shì): 有利于促進(jìn)課程和教育改革，更有利于人才的培養(yǎng)；從經(jīng)濟(jì)性、可移植性、可推廣性角度講，建立這樣的課程設(shè)計(jì)平臺(tái)是非常有意義的， 利用仿真系統(tǒng)， 可以節(jié)約開發(fā)時(shí)間和開發(fā)成本，利用仿真系統(tǒng)具有很大的靈活性和可擴(kuò)展性。4 第一章 緒論1.1 概述目前投票顯示系統(tǒng)電路的應(yīng)用可以說非常廣泛，班級(jí)投票， 公司競(jìng)選， 文娛節(jié)目等許多不記名投票活動(dòng)都經(jīng)常會(huì)用到各式各樣的投票器，雖然這些投票器外觀和樣式都有所不同， 功能可能也有多有少， 但他們的原理都大同小異。 因此現(xiàn)將基本原理熟練掌握，以后再進(jìn)行功能擴(kuò)

4、展就簡單易行了。本文論述了利用單片機(jī)制作投票系統(tǒng)的全過程，包括闡述該系統(tǒng)的基本工作原理，利用 wave 軟件進(jìn)行程序編與調(diào)試和proteus isis 仿真軟件進(jìn)行電路模擬仿真，實(shí)物制作與調(diào)試。1.2 設(shè)計(jì)目的（1）加強(qiáng)對(duì)單片機(jī)和 c51語言的認(rèn)識(shí)， 充分掌握和理解設(shè)計(jì)各部分的工作原理、設(shè)計(jì)過程、選擇芯片器件、模塊化編程等多項(xiàng)知識(shí)。（2）用單片機(jī)模擬實(shí)現(xiàn)具體應(yīng)用，使個(gè)人設(shè)計(jì)能夠真正應(yīng)用。（3）把理論知識(shí)好實(shí)踐相結(jié)合，充分發(fā)揮個(gè)人能力，并在實(shí)踐中鍛煉。（4）提高利用已學(xué)知識(shí)分析和解決問題的能力。（5）提高實(shí)踐動(dòng)手能力。1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)和內(nèi)容1.3.1 設(shè)計(jì)任務(wù)分組按照選定題目的設(shè)計(jì)任務(wù)，設(shè)計(jì)各種

5、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，設(shè)計(jì)工作量至少要包含：（1） 用 mcs-51單片機(jī)， 12mhz 時(shí)鐘，常規(guī)的上電和手動(dòng)復(fù)位電路；（2） 3 個(gè)以上的按鍵；（3） led或/ 和數(shù)碼管或 / 和 lcd顯示及其接口；（4） 至少 2 路輸入信號(hào)，可以是模擬量或數(shù)字量。1.3.2 設(shè)計(jì)要求（1）設(shè)計(jì)一個(gè)投票系統(tǒng)，具有計(jì)票顯示功能；（2）可實(shí)現(xiàn) 6 人同時(shí)進(jìn)行投票，累計(jì)票數(shù)在顯示器上顯示；5 （3）主持人使用一個(gè)按鍵開關(guān)控制開始投票，終止投票和清零；（4）投票開始后每人能且僅能投一次票，多投無效；創(chuàng)新： （1）增加發(fā)光二極管顯示有效性；（2）增加 led顯示器顯示投票輪數(shù)；1.3.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容（1）編寫項(xiàng)目功能

6、說明書，確定應(yīng)用系統(tǒng)的功能和具體參數(shù)；（2）設(shè)計(jì)電路原理圖；（3）編寫匯編語言或c語言源程序，程序中加注必要的注解說明；（4）編寫設(shè)計(jì)說明書。6 第二章總體設(shè)計(jì)及核心器件簡介2.1 總體設(shè)計(jì)整個(gè)設(shè)計(jì)以 at89c51單片機(jī)為核心，點(diǎn)觸開關(guān)控制信號(hào)通過單片機(jī)i/o 口，單片機(jī)處理信號(hào)并將結(jié)果通過led數(shù)碼管顯示。以發(fā)光二極管顯示信號(hào)輸入的有效性，最終上電復(fù)位單片機(jī)?？傮w設(shè)計(jì)如下圖。2.2 mcs-51 單片機(jī)2.2.1 at89c51 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) at89c51是一種低電壓 , 高性能 cmos 8 位單片機(jī) , 采用 atmel 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn) , 兼容標(biāo)準(zhǔn) mcs-5

7、1指令系統(tǒng) , 片內(nèi)置通用 8 位中央處理器(cpu)和 4k字節(jié) flash （fperomflash programmable and erasable read only memory ）存儲(chǔ)單元 , 功能強(qiáng)大 at89c51單片機(jī)可為您提供許多高性能比的應(yīng)用場(chǎng)合, 可靈活應(yīng)用在各種控制領(lǐng)域。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000 次。該器件采用atmel高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8 位 cpu和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，atmel的 at89c51是一種高效微控制器，at89c51是它的一種精簡版本。at89c5

8、1復(fù) 位 電路i/o 口8051 單片機(jī)led數(shù)碼 管 顯示信號(hào)源時(shí) 鐘 電路7 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 at89c51單片機(jī)的主要工作特性：內(nèi)含 4kb的 flash 存儲(chǔ)器，擦寫次數(shù)1000 次；內(nèi)含 28 字節(jié)的 ram ；具有 32 根可編程 i/o 線；具有 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)器；具有 6 個(gè)中斷源、 5 個(gè)中斷矢量、 2 級(jí)優(yōu)先權(quán)的中斷結(jié)構(gòu)；具有 1 個(gè)全雙工的可編程串行通信接口；具有一個(gè)數(shù)據(jù)指針dptr; 兩種低功耗工作模式，即空閑模式和掉電模式；具有可編程的 3 級(jí)程序鎖定定位；at89c51 的工作電源電壓為5 （10.2 ） v且

9、典型值為 5v,最高工作頻率為24mhz. at89c51 各部分的組成及功能：圖 2-1 還有， at89c51可降至 0hz 的靜態(tài)邏輯操作 , 并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止 cpu 的工作 , 但允許 ram, 定時(shí)/ 計(jì)數(shù)器 , 串行通信口及中斷振蕩器和時(shí)鐘電路數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器128 字節(jié)程序存儲(chǔ)器14kb cpu 兩個(gè) 16 位定時(shí)器計(jì)數(shù)器中斷控制總線擴(kuò)展控制器并行可編程i/o 口可編程串行口內(nèi)部總線外部中斷擴(kuò)展控制p0 p1 p2 p3 rxd txd 8 系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存ram 中的內(nèi)容 , 但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到出現(xiàn)下一個(gè)硬件復(fù)位。2.

10、2.2 at89c51 單片機(jī)的引腳說明1. 引腳排列及功能at89c51的封裝形式有 pdip,tqfp,plcc 等，現(xiàn)以 pdip為例。（1）i/o 口線p0口 8 位、漏極開路的雙向i/o 口。當(dāng)使用片外存儲(chǔ)器及外擴(kuò)i/o 口時(shí)，p0口作為低字節(jié)地址 / 數(shù)據(jù)復(fù)用線。在編程時(shí)， p0口可用于接收指令代碼字節(jié)；程序校驗(yàn)時(shí)，可輸出指令字節(jié)。p0口也可做通用 i/o 口使用，但需加上拉電阻。 作為普通輸入時(shí)， 應(yīng)輸出鎖存器配置1。p0口可驅(qū)動(dòng) 8個(gè) ttl負(fù)載。p1口 8 位、準(zhǔn)雙向 i/o 口，具有內(nèi)部上拉電阻。 p1口是為用戶準(zhǔn)備的i/o 雙向口。在編程和校驗(yàn)時(shí)，可用作輸入低8 位地址。

11、用作輸入時(shí)，應(yīng)先將輸出鎖存器置1。p1口可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) ttl負(fù)載。p2口 8 位、準(zhǔn)雙向 i/o 口，具有內(nèi)部上拉電阻。當(dāng)使用外存儲(chǔ)器或外擴(kuò)i/o 口時(shí)，p2口輸出高 8 位地址。在編程和校驗(yàn)時(shí)，p2口接收高字節(jié)地址和某些控制信號(hào)。p3口 8 位、準(zhǔn)雙向 i/o 口，具有內(nèi)部上拉電阻。 p3口可作為普通i/o 口。用作輸入時(shí)，應(yīng)先將輸出鎖存器置1。在編程 /校驗(yàn)時(shí)， p3口接收某些控制信號(hào)。它可驅(qū)動(dòng)4 個(gè) ttl負(fù)載。9 圖 2-2 引腳位置（2）控制信號(hào)線rst 復(fù)位輸入信號(hào)，高電平有效。在振蕩器穩(wěn)定工作時(shí)，在rst腳施加兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，將器件復(fù)位。ea/vpp 外部程序存儲(chǔ)器訪

12、問允許信號(hào)ea. 當(dāng) ea信號(hào)接地時(shí)，對(duì) rom 的讀操作限定在外部程序存儲(chǔ)器， 地址為 0000h-ffffh;當(dāng) ea接 vcc時(shí)，對(duì) rom 的讀操作從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器開始，并可延續(xù)至外部程序存儲(chǔ)器。在編程時(shí)，該引腳可接編程電壓5v 或 12v。在編程校驗(yàn)時(shí)，該引腳可接 vcc 。psen 片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)psen ，低電平有效。在片外程序存儲(chǔ)器取指期間，當(dāng) psen 有效時(shí)，程序存儲(chǔ)器的內(nèi)容被送至p0口；在訪問外部 ram時(shí)，psen 無效。ale/prog 低字節(jié)鎖存信號(hào)ale.在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)， ale的下降沿將 p0口輸出的低 8 位地址鎖存在外接的地址鎖存器中， 以實(shí)現(xiàn)低字節(jié)

13、地址和數(shù)據(jù)的分時(shí)傳送。此外， ale端連續(xù)輸出正脈沖，頻率為晶振頻率的1/6 ，可做外部定時(shí)脈沖使用。（3）外部晶振引線xtal1 片內(nèi)振蕩器反向放大器和時(shí)鐘發(fā)生線路的輸入端。使用片內(nèi)振10 蕩器時(shí)，連接外部石英晶體和微調(diào)電容。xtal2 片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。當(dāng)使用片內(nèi)振蕩器時(shí)，外接石英晶體和微調(diào)電容。2.2.3 at89c51 單片機(jī)復(fù)位方式8051 的復(fù)位方式可以是自動(dòng)復(fù)位（左圖） ，也可以是手動(dòng)復(fù)位（右圖） ，見下圖。此外， reset/vpd 還是一復(fù)用腳， vcc 掉電期間，此腳可接上備用電源，以保證單片機(jī)內(nèi)部ram 的數(shù)據(jù)部丟失。圖 2-2 圖 2-3 此投票器使用自動(dòng)復(fù)

14、位如圖2-2 2.3 數(shù)碼管led數(shù)碼管（ led segment displays ）是由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電11 極。led數(shù)碼管常用段數(shù)一般為7 段有的另加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，還有一種是類似于3位“+1”型。位數(shù)有半位， 1，2，3，4，5，6，8，10位等等 .，led數(shù)碼管根據(jù) led的接法不同分為共陰和共陽兩類， led數(shù)碼管有共陽極和共陰極兩種結(jié)構(gòu)。如下圖了解 led的這些特性， 對(duì)編程是很重要的， 因?yàn)椴煌愋偷臄?shù)碼管， 除了它們的硬件電路有差異外， 編程方法也是不同的。 共陰和共陽極數(shù)碼管的內(nèi)部電路發(fā)光原理

15、是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。顏色有紅，綠，藍(lán)，黃等幾種。led數(shù)碼管廣泛用于儀表，時(shí)鐘，車站，家電等場(chǎng)合。選用時(shí)要注意產(chǎn)品尺寸顏色，功耗，亮度，波長等。下面將介紹常用led數(shù)碼管內(nèi)部引腳圖。圖 2-3-1 這是一個(gè) 7 段兩位帶小數(shù)點(diǎn) 10 引腳的 led數(shù)碼管圖 2-3-1 引腳定義每一筆劃都是對(duì)應(yīng)一個(gè)字母表示dp 是小數(shù)點(diǎn) .12 圖 2-3-2 共陰極 led 數(shù)碼管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖led 數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)位，因此根據(jù)led 數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。表 1.1 顯示數(shù)字對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制電平信號(hào)顯

16、示 數(shù)字abcdefg0111111010110000211011013111100140110011510110116001111171110000811111119000110113 2.4 發(fā)光二級(jí)管發(fā)光二極管正向?qū)ǎ聪蚪刂?，?dāng)通入正向電時(shí)發(fā)光。圖 2-514 第三章 投票顯示系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)與仿真3.1 投票顯示系統(tǒng)總體功能實(shí)現(xiàn)利用單片機(jī)設(shè)計(jì)投票顯示系統(tǒng)， 應(yīng)先掌握單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與功能， 在設(shè)計(jì)中充分利用好單片機(jī)各管腳， 并配合外部電路， 堅(jiān)持簡單易懂， 節(jié)約成本的原則來設(shè)計(jì)電路。圖 3-1 投票顯示系統(tǒng)電路原理圖如圖 3-1 所示，投票顯示系統(tǒng)電路的核心是單片機(jī)at89c51。單片機(jī)的

17、 p1.0口引腳接 1 個(gè)單刀單置開關(guān)， 作為總控開關(guān)， 控制投票系統(tǒng)的開始、 停止和清零工作；單片機(jī)的 p1.1口引腳接按鍵式開關(guān)， 作為控制投票輪次的復(fù)位開關(guān)；p1.2p1.7接 6 個(gè)按鍵式開關(guān)，作為投票者的投票按鍵,并在總控開關(guān)上并聯(lián)一發(fā)光15 二極管和非門串聯(lián)的電路， 當(dāng)此發(fā)光二極管發(fā)紅光時(shí)所有人投票有效，并在各投票按鈕處設(shè)置藍(lán)色發(fā)光二極管，發(fā)光時(shí)作為該投票的確認(rèn)信號(hào)。單片機(jī)的p0.0p0.6口 7 個(gè)引腳接 led 共陰顯示器的段選碼（ a、b、c、d、e、f、g）的引腳上，實(shí)現(xiàn) led 顯示器的顯示字符（即顯示票數(shù)） ，電阻主要起限流作用。 rst 引腳接自動(dòng)復(fù)位電路； xtal

18、1 與 xtal2 引腳接時(shí)鐘電路。 p2 口與 led 顯示器相接，用于顯示投票輪次。3.2 系統(tǒng)流程圖為了簡化程序的復(fù)雜度， 使設(shè)計(jì)過程簡單易懂， 該系統(tǒng)將分成主程序和子程序設(shè)計(jì)，具體流程如下圖。n y 開始單片機(jī) p1 口全置 1 p1.0=0? 數(shù)碼管顯示不變，并不清零執(zhí)行投票子程序， 判斷是否有鍵按下并顯示票數(shù)票數(shù)清零輪次加 1 16 y p1.1=0? y 輪次置 1 p1.2=0? y n 票數(shù)累加1，并此按鍵不再影響數(shù)據(jù)變化模仿上面步驟順序判斷 p1.3 p1.7 口， 并進(jìn)行票數(shù)累加n p1.0=0? n 退出投票子程序，但數(shù)據(jù)不清零17 3.3 程序編寫按照上面流程圖進(jìn)行源

19、程序編寫，源程序如下：程序清單：#include reg51.h #includestdio.h sfr p2=0 xa0; sfr p1=0 x90; sfr p0=0 x80; sbit p10=p10; /* 位定義 */ sbit p11=p11; sbit p12=p12; sbit p13=p13; sbit p14=p14; sbit p15=p15; sbit p16=p16; sbit p17=p17; unsigned char dis11=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x67,0 x00;

20、/*定義字型表 */ unsigned char num,num2,num3,num4,num5,num6,num7; char nu=0; void disp() /* 顯示子程序 */ num=num2+num3+num4+num5+num6+num7; if(!p11) nu=1; p0=disnum; p2=disnu; void scan() 18 while(!p10) /*判斷總控開關(guān)是否一直保持接通狀態(tài)，接通則進(jìn)行投票過程循環(huán)，否則不執(zhí)行程序，即投票按鍵無效*/ if(!p12) num2=1;while(!p12); /*對(duì)投票按鍵 p1進(jìn)行判斷，按下則累加1 并維持不變 *

21、/ if(!p13) num3=1;while(!p13); if(!p14) num4=1;while(!p14); if(!p15) num5=1;while(!p15); if(!p16) num6=1;while(!p16); if(!p17) num7=1;while(!p17); disp(); main() p1=0 xff;p11=1; /* 對(duì) p1口進(jìn)行初始化 */ while(1) /* 進(jìn)入無限循環(huán) */ if(!p10) /*判斷總控開關(guān)，按下則執(zhí)行以下程序*/ num=0;nu+;scan(); /* 掃描按鍵，執(zhí)行scan()子程序*/ else num2=0;num3=0;num4=0;num5=0;num6=0;num7=0; /*無按鍵輸入則顯示0*/ 19 （1）主程序部分這部分程序主要完成在總控開關(guān)控制下的開始投票、暫停投