基于聲光顯示智力競賽搶答器畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題 目：學(xué) 院：專 業(yè)：班 級(jí)： 08機(jī)電本科班學(xué) 號(hào)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)老師： 畢月云完成日期： 2012-04-09摘 要隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、電力、電子、智能樓宇等行業(yè)，微型計(jì)算機(jī)作為嵌入式控制系統(tǒng)的主體與核心，代替了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)的常規(guī)電子線路。同時(shí)樓宇智能化的發(fā)展與成熟，也為基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng)的普及與應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。電子智能搶答計(jì)分器在搶答過程中，為了知道哪一組或哪一位選手先答題，必須要設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)來完成這個(gè)任務(wù)。如果在搶答中，靠視覺是很難判斷出哪組先答題，利用單片機(jī)系統(tǒng)來設(shè)計(jì)搶答器，使以上問題得以解決。即使兩組

2、的搶答時(shí)間相差幾微秒，也可分辨出哪組先答題。搶答組數(shù)可以在八組以內(nèi)任意使用，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)為模塊形式采用九針插頭進(jìn)行連接，系統(tǒng)工作原理本系統(tǒng)采用AT89S51單片機(jī)作為核心，控制系統(tǒng)的五個(gè)模塊分別為：單片機(jī)最小系統(tǒng)（六位并行數(shù)碼顯示、4*4矩陣式鍵盤）、顯示模塊、顯示驅(qū)動(dòng)模塊、搶答開關(guān)模塊、音樂音頻輸出模塊。關(guān)鍵詞 單片機(jī)；矩陣式鍵盤；顯示；驅(qū)動(dòng)；搶答目 錄第1章 方案設(shè)計(jì)隨著人們生活環(huán)境的不斷改善和美化，在許多場合可以看到彩色霓虹燈。LED 彩燈由于其豐富的燈光色彩，低廉的造價(jià)以及控制簡單等特點(diǎn)而得到了廣泛的應(yīng)用，用彩燈來裝飾街道和城市建筑物已經(jīng)成為一種時(shí)尚。但目前市場上各式樣的LED 彩燈控制

3、器大多數(shù)用全硬件電路實(shí)現(xiàn)，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能單一，這樣一旦制作成品只能按照固定的模式閃亮，不能根據(jù)不同場合、不同時(shí)間段的需要來調(diào)節(jié)亮燈時(shí)間、模式、閃爍頻率等動(dòng)態(tài)參數(shù)。這種彩燈控制器結(jié)構(gòu)往往有芯片過多、電路復(fù)雜、功率損耗大等缺點(diǎn)。此外從功能效果上看，亮燈模式少而且樣式單調(diào)，缺乏用戶可操作性，影響彩燈效果，因此有必要對(duì)現(xiàn)有的彩燈控制器進(jìn)行改進(jìn)。1.1 設(shè)計(jì)方案彩燈控制器大致可分為兩種方案實(shí)現(xiàn)。一種是利用電子電路裝置控制，另一種是采用單片機(jī)控制。方案一：根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求介紹的彩燈控制電路的基本組成，可以確定彩燈控制器應(yīng)由振蕩電路、計(jì)數(shù)/時(shí)序分配電路、移位位寄存器和彩燈顯示五部分組成。其框圖如圖1-1

4、所示。 方案二：本方案主要是通過對(duì)基于單片機(jī)的多控制、多閃爍方式的LED 彩燈循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，來達(dá)到本設(shè)計(jì)的要求。其硬件構(gòu)成框圖如圖1-2所示，以單片機(jī)為核心控制，由單片機(jī)最小系統(tǒng)（時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、電源）、按鍵控制電路、LED 發(fā)光二極管和5V 直流電源電路組成。圖1-1 彩燈循環(huán)控制器硬件框圖 圖1-2 單片機(jī)彩燈循環(huán)控制系統(tǒng)硬件框圖此設(shè)計(jì)方案中單片機(jī)的P1口接5路按鍵控制電路，實(shí)現(xiàn)彩燈花型的切換功能；單片機(jī)的P3.7引腳接上一個(gè)按鈕開關(guān)以實(shí)現(xiàn)對(duì)彩燈閃爍頻率的控制，即實(shí)現(xiàn)了快慢兩種節(jié)拍實(shí)現(xiàn)花型的變換；單片機(jī)上的P2口接八路LED 發(fā)光二極管組成彩燈電路，顯示彩燈循環(huán)情況。1.2 方案選擇

5、結(jié)合設(shè)計(jì)任務(wù)書比較以上兩種方案可知：利用電子電路裝置控制，其電路不很復(fù)雜，制作相對(duì)較容易點(diǎn)，成本也相對(duì)較低，但可調(diào)性差，亮燈模式少而且樣式單調(diào)，達(dá)不到設(shè)計(jì)任務(wù)要求或?qū)崿F(xiàn)困難。采用單片機(jī)控制其優(yōu)點(diǎn)是電路集成度高，工作原理簡單，清晰明了，自定義編程，控制的圖案花樣多，移植性好等。綜上，顯然方案二各方面優(yōu)越于方案一，以及為了體現(xiàn)專業(yè)優(yōu)勢，本次設(shè)計(jì)采用第二種方案。供電 信號(hào)第2章 硬件設(shè)計(jì)2.1 直流穩(wěn)壓電源電路對(duì)于一個(gè)完整的電子設(shè)計(jì)來講，首要問題就是為整個(gè)系統(tǒng)提供電源供電模塊，電源電路的穩(wěn)定可靠是系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的前提和基礎(chǔ)。電子設(shè)備除用電池供電外，還采用市電（交流電網(wǎng)）供電。通過變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓

6、后，得到穩(wěn)定的直流電。直流穩(wěn)壓電源是電子設(shè)備的重要組成部分！本項(xiàng)目直流穩(wěn)壓電源為+5V。如下圖所示：直流穩(wěn)壓電源的制作一般有3種制作形式，分別是分立元件構(gòu)成的穩(wěn)壓電源、線性集成穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源。下圖穩(wěn)壓電源采用的是三端集成穩(wěn)壓器7805構(gòu)成的正5V 直流電源。 圖2-1 三端固定式集成穩(wěn)壓電源電路圖AT89C51單片機(jī)的工作電壓范圍：4.0V 5.5V ，所以通常給單片機(jī)外接5V 直流電源。由于時(shí)間關(guān)系，此處用3節(jié)1.5V 的干電池供電，在此不在贅述此穩(wěn)壓電源電路圖原理。2.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)要使單片機(jī)工作起來，最基本的電路的構(gòu)成由單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路等組成。單片機(jī)最小系統(tǒng)如下圖2

7、-2所示。時(shí)鐘電路：本系統(tǒng)采用單片機(jī)內(nèi)部方式產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，用于外接一個(gè)12MHz 石英晶體振蕩器和2個(gè)30pF 微調(diào)電容，構(gòu)成穩(wěn)定的的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部的時(shí)鐘電路。復(fù)位電路：確定單片機(jī)工作的起始狀態(tài)，完成單片機(jī)的啟動(dòng)過程。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有上電自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)按鍵復(fù)位。本設(shè)計(jì)采用手動(dòng)按鍵復(fù)位，該復(fù)位方式同樣具有上電自動(dòng)復(fù)位功能。電路如下圖所示。 圖2-2 單片機(jī)最小系統(tǒng)2.3 LED 彩燈顯示電路LED 彩燈顯示電路(如圖所示 實(shí)際上是由8個(gè)發(fā)光二極管和8個(gè)電阻構(gòu)成的電路。發(fā)光二極管與電阻對(duì)應(yīng)串聯(lián), 然后接在與之相對(duì)應(yīng)的P2口上。通過軟件編程對(duì)P2口輸出高低電平來實(shí)現(xiàn)不同的

8、閃爍花型。由于發(fā)光二極管的導(dǎo)通電壓一般為1.7V 以上，另外，他的工作電流根據(jù)型號(hào)不同一般為1mA 到30mA ，電阻選擇范圍100歐姆3千歐姆在此我們這里選用560歐姆的電阻。 圖2-3 LED 彩燈顯示電路2.4 按鍵控制電路按鍵控制電路(如圖2-4所示 是由6個(gè)按鍵開關(guān)構(gòu)成的。他們分別接在單片機(jī)當(dāng)閉合Key6時(shí)，彩燈閃爍節(jié)拍變慢。 圖2-4 鍵盤控制電路2.5 串口電路串口電路為單片提供與PC 機(jī)連接端口，為單片機(jī)提供下載程序到單片機(jī)程序存儲(chǔ)器中。串口原理圖如圖2-5所示。 串口也稱串行通信接口，RS-232是目前最常用的一種串行通訊接口，由于其形狀和針腳數(shù)量的原因，其接頭又被稱為DB9

9、接頭。RS-232針腳定義: 2 RXD Receive Data 接收數(shù)據(jù) 、3 TXD Transmit Data 發(fā)送數(shù)據(jù) 、5 GND System Ground 系統(tǒng)接地，一般就用到這幾個(gè)引腳。 圖2-5 串口原理圖MAX232芯片是專門為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片, 使用+5v單電源供電。MAX23內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本可分三個(gè)部分：第一部分是電荷泵電路：由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成，功能是產(chǎn)生+12v和-12v 兩個(gè)電源，提供給RS-232串口電平的需要。第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道：由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道，其中13腳（R

10、1IN ）、12腳（R1OUT ）、11腳（T1IN ）、14腳（T1OUT ）為第一數(shù)據(jù)通道，8腳（R2IN ）、9腳（R2OUT ）、10腳（T2IN ）、7腳（T2OUT ）為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN 、T2IN 輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT 、T2OUT 送到電腦DP9插頭；DP9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN 、R2IN 輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT 、R2OUT 輸出第三部分是供電：15腳DNG 、16腳VCC （+5v）。在此，本系統(tǒng)的硬件電路已經(jīng)全部設(shè)計(jì)完畢。第9頁第3章 軟件設(shè)計(jì)單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)由硬件和軟件組成，上述硬件原理圖搭

11、建完成上電之后，我們還不能看到多控制、多閃爍方式的LED 燈系統(tǒng)循環(huán)點(diǎn)亮的現(xiàn)象，我們還需要告訴單片機(jī)怎么樣進(jìn)行控制，即編寫程序控制單片機(jī)管腳電平的高低變化，來實(shí)現(xiàn)發(fā)光二極管的明滅。軟件編程是多控制、多閃爍方式的LED 燈系統(tǒng)中的一個(gè)重要的組成部分，是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。下面, 我將闡述多控制、多閃爍方式的LED 燈系統(tǒng)是如何實(shí)現(xiàn)8個(gè)LED 燈的循環(huán)點(diǎn)亮，來介紹實(shí)現(xiàn)流水燈控制的軟件編程方法。本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)AT89C51為核心控制8個(gè)發(fā)光二極管5種閃爍方式的變換。硬件電路如圖附錄1所示，八個(gè)發(fā)光二極管D1D8分別接在單片機(jī)的P2.0P2.7接口上，當(dāng)給P2.0口輸出“0”時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，當(dāng)輸

12、出“1”時(shí)，發(fā)光二極管熄滅?？梢赃\(yùn)用輸出端口指令MOV P0，A 或MOV P0，DATA ，只要給累加器值或常數(shù)值，同理，接在P2.1P2.7口的其他7個(gè)LED 的點(diǎn)亮和熄滅的方法同LED1。因此，要實(shí)現(xiàn)流水燈功能，我們只要將發(fā)光二極管LED1LED8依次點(diǎn)亮、熄滅，8只LED 燈便會(huì)一亮一暗的成流水燈了。在此我們還應(yīng)注意一點(diǎn)，由于人眼的視覺暫留效應(yīng)以及單片機(jī)執(zhí)行每條指令的時(shí)間很短，我們?cè)诳刂贫O管亮滅的時(shí)候應(yīng)該延時(shí)一段時(shí)間，否則我們就看不到閃爍效果。程序設(shè)計(jì)流程如圖3-1。程序啟動(dòng)時(shí)跳轉(zhuǎn)到鍵盤判斷模塊程序中，此程序里面包含Key1Key5的按鍵情況判斷，循環(huán)檢測直到有按鍵按下的時(shí)候，程序轉(zhuǎn)

13、去相對(duì)應(yīng)按鍵的彩燈顯示的花型模塊，與此同時(shí)，當(dāng)按鍵Key6有閉合時(shí)，程序中調(diào)用延時(shí)程序程序時(shí)，給延時(shí)參數(shù)賦值上另一個(gè)值，是延時(shí)程序延時(shí)時(shí)間發(fā)生改變，以達(dá)到不同快慢節(jié)奏閃爍的彩燈。具體程序流程如下圖所示。第10頁 圖3-1 主程序流程圖第11頁第4章 系統(tǒng)仿真調(diào)試4.1 系統(tǒng)仿真本設(shè)計(jì)使用的Keil C51軟件來進(jìn)行編程。Keil C51提供了包括C 編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（uVision ）將這些部份組合在一起。Proteus 的ISIS 是一款Labcenter 出品的電路分析實(shí)物仿真系統(tǒng)，可仿真各種電路和IC ，并

14、支持單片機(jī)，元件庫齊全，使用方便，是不可多得的專業(yè)的單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)。 圖4-1 仿真電路圖4.2 仿真調(diào)試本系統(tǒng)的調(diào)試是把在Keil 里面寫好的程序通過編譯不出現(xiàn)任何錯(cuò)誤后將生成的后綴名為.HEX 的文件加載到AT89C51單片機(jī)中。接下來我們將在PROTEUS 軟件進(jìn)行軟硬件結(jié)合的調(diào)試。第12頁 圖4-2 程序編譯下面是在PROTEUS 軟件仿真系統(tǒng)中的調(diào)試結(jié)果，如表4-1： 經(jīng)以上仿真上測試證實(shí)，能實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)系統(tǒng)要求的預(yù)期的功能。第13頁 總 結(jié)在經(jīng)過幾周的不懈努力中，終于完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。通過本設(shè)計(jì)鍛煉了我們的實(shí)踐能力，也是對(duì)以后我們實(shí)際工作能力的訓(xùn)練和考察過程。現(xiàn)在是一個(gè)高科技的

15、時(shí)代，單片機(jī)的應(yīng)用無處不在，這更堅(jiān)定了我要學(xué)好單片機(jī)的決心。本設(shè)計(jì)本身就比較簡單，整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中每一步都是自己親自做過的，在經(jīng)過遇到問題，思索問題到解決問題的過程中，收獲是最多的。以往沒有注意到的問題，都在這一次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中得以體現(xiàn)，這培養(yǎng)了我的細(xì)心，耐心和專心。我覺得能夠在這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中學(xué)到很多的東西，以往不注意的細(xì)節(jié)，在這一次中是必須讓自己去注意的。也是我這三年來所學(xué)到知識(shí)的一個(gè)體現(xiàn)。我深深知道，每一次的學(xué)習(xí)實(shí)踐環(huán)節(jié)都是那么的來之不易，都是通過老師的深思熟慮后，才給我們定下目標(biāo)。然后讓我們?cè)谥R(shí)的海洋里翱翔，讓我們隨著年齡的增長不斷的擴(kuò)充自己的知識(shí)領(lǐng)域，也逐漸成熟，逐漸長大，老師同

16、時(shí)也教導(dǎo)我們逐漸成為一個(gè)能夠?yàn)樯磉叺娜?，為家庭，為國家做出點(diǎn)點(diǎn)貢獻(xiàn)的人，教導(dǎo)我們學(xué)會(huì)感恩。所以，我在這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，認(rèn)真對(duì)待每一個(gè)過程，希望自己的認(rèn)真，自己最后的畢業(yè)設(shè)計(jì)的成果能夠回報(bào)老師這么多年來的教導(dǎo)，這么多年的奉獻(xiàn)。感謝教導(dǎo)我們的所有老師。最后，由于畢業(yè)期間，時(shí)間倉促，錯(cuò)誤與不妥之處在所難免，敬請(qǐng)老師批評(píng)指正。參考文獻(xiàn)1 周國運(yùn). 單片機(jī)原理及應(yīng)用. 北京：中國水利水電出版社，20092 陳梓城. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ). 北京：高等教育出版社，20073 陳正義. 單片機(jī)控制實(shí)習(xí)M.北京：人民郵電出版社，20064 李朝青. 單片機(jī)原理及接口技術(shù). 北京：人民郵電出版社，20065 李成富

17、. 彩燈控制器J. 電子世界 , 19986 周紹平. MCS-51單片機(jī)與8255連接方法的分析與應(yīng)用J. 揚(yáng)州職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) , 2002,附錄1 LED 彩燈控制系統(tǒng)仿真電路圖 附錄2 LED 彩燈彩燈控制程序代碼ORG 0000HLJMP MAINORG 0040HMAIN:MOV P1,#0FFHMOV A,P1CJNE A,#11111110b,S1LCALL K1S1: CJNE A,#11111101b,S2LCALL K2S2: CJNE A,#11111011b,S3LCALL K3S3: CJNE A,#11110111b,S4LCALL K4S4: CJNE A,#111

18、01111b,MAINLCALL K5LJMP MAINK1: MOV A,#01111111bC1: RL AMOV P2,ALCALL DelayJNB P1.1,K2JNB P1.2,K3JNB P1.3,K4JNB P1.4,ZLJMP C1K2: MOV P2,#0FEHLCALL DelayMOV P2,#0FCHLCALL DelayMOV P2,#0F8HLCALL DelayMOV P2,#0F0H LCALL Delay MOV P2,#0E0H LCALL Delay MOV P2,#0C0H LCALL Delay MOV P2,#80H LCALL Delay MOV

19、 P2,#00H LCALL Delay MOV P2,#80H LCALL Delay MOV P2,#0C0H LCALL Delay MOV P2,#0E0H LCALL Delay MOV P2,#0F0H LCALL Delay MOV P2,#0F8H LCALL Delay MOV P2,#0FCH LCALL Delay MOV P2,#0FEH LCALL Delay MOV P2,#0FFH LCALL Delay LJMP MAINZ: LJMP K5K3: MOV P2,#55H LCALL Delay MOV P2,#0AAH LCALL Delay MOV P2,#0FFH LJMP MAINK4: MOV P2,#01111110B LCALL DelayMOV P2,#00111100B LCALL DelayMOV P2,#00011000B LCALL DelayMOV P2,#00000000BLCALL DelayMOV P2,#10000001B LCALL DelayMOV P2,#11000011B LCALL DelayMOV P2,#11100111B LCALL DelayMOV