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PAGEPAGE68目錄第一章?lián)尨鹌鞯母攀?.1系統(tǒng)設(shè)計的功能1.2搶答器需求分析1.3搶答器的工作原理第二章單片機的功能簡介2.189系列單片機的概述2.2AT89S51的功能2.2.1TA89S51特殊功能寄存器2.2.2A第三節(jié)硬件電路的設(shè)計總電路原理時鐘頻率電路的設(shè)計復(fù)位電路的設(shè)計復(fù)位電路的可靠性設(shè)計人工復(fù)位顯示電路的設(shè)計控制電路的實現(xiàn)發(fā)聲系統(tǒng)復(fù)位軟件設(shè)計軟件任務(wù)分析顯示子程序的設(shè)計定時器T0、T1中斷服務(wù)程序的設(shè)計搶答器處理程序的設(shè)計主程序及分析元器件及焊接調(diào)試設(shè)計小結(jié)致謝參考文獻摘
要隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和普及,各種各樣的競賽越來越多,其中搶答器的作用也就顯而易見。目前很多搶答器基本上采用小規(guī)模數(shù)字集成電路設(shè)計,使用起來不夠理想。因此設(shè)計一更易于使用和區(qū)分度高的搶答器成了非常迫切的任務(wù)。現(xiàn)在單片機已進入各個領(lǐng)域,以其功耗小、智能化而著稱,所以若利用單片機來設(shè)計搶答器,便使以上問題得以解決.針對以上情況,本文設(shè)計出以AT89S51單片機為核心的八路搶答器。我們采用了數(shù)字顯示器直接指示,自動鎖存顯示結(jié)果,并自動復(fù)位的設(shè)計思想,它能根據(jù)不同的搶答輸入信號,經(jīng)過單片機的控制處理并產(chǎn)生不同的與輸入信號相對應(yīng)的輸出信號,最后通過LED數(shù)碼管顯示相應(yīng)的路數(shù),即使兩組的搶答時間相差幾微秒,也可分辨出是哪組優(yōu)先按下的按鍵,它充分利用了單片機系統(tǒng)的優(yōu)點,具有結(jié)構(gòu)簡單、功能強大、可靠性好、實用性強的特點。本設(shè)計是以八路搶答為基本理念??紤]到依需設(shè)定限時回答的功能,利用89S51單片機及外圍接口實現(xiàn)的搶答系統(tǒng),利用單片機的定時器/計數(shù)器定時和記數(shù)的原理,將軟、硬件有機地結(jié)合起來,使得系統(tǒng)能夠正確地進行計時,同時使數(shù)碼管能夠正確地顯示時間。用開關(guān)做鍵盤輸出,揚聲器發(fā)生提示。同時系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn):在搶答中,只有開始后搶答才有效,如果在開始搶答前搶答為無效;滿時后系統(tǒng)計時自動復(fù)位及主控強制復(fù)位;按鍵鎖定,在有效狀態(tài)下,按鍵無效非法。第一章?lián)尨鹌鞯母攀?.1系統(tǒng)設(shè)計的功能1.基本功能:(1)同時供8名選手比賽,分別用8個按鈕S0~S7表示。(2)設(shè)置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)S,該開關(guān)由主持人控制。(3)搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕,鎖存相應(yīng)的編號,揚聲器發(fā)出聲響提示,并在七段數(shù)碼管上顯示選手號碼。選手搶答實行優(yōu)先鎖存,優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。2.擴展功能:(1)搶答器具有定時搶答功能,且一次搶答的時間由主持人設(shè)定(如30秒)。當(dāng)主持人啟動"開始"鍵后,定時器進行減計時。(2)參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)進行搶答,搶答有效,定時器停止工作,顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間,并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。在這段(3)如果定時時間已到,無人搶答,本次搶答無效,系統(tǒng)報警并禁止搶答,定時顯示器上顯示00。1.2搶答器的需求分析1、在搶答中,只有開始后搶答才有效,如果在開始搶答前搶答為無效。2、搶答限定時間和回答問題的時間可是在1~99s設(shè)定。3、可以顯示是哪位選手有效搶答和無效搶答,正確按鍵后有音樂提示。4、搶答時間和回答問題時間倒記時顯示,時間完后系統(tǒng)自動復(fù)位。5、按鍵鎖定,在有效狀態(tài)下,按鍵無效非法。1.3搶答的工作過程圖2-4搶答器電路表2-174LS148的功能真值表1、如果想調(diào)節(jié)搶答時間或答題時間,按"加一"鍵或"減一"鍵進入調(diào)節(jié)狀態(tài),此時會顯示現(xiàn)在設(shè)定的搶答時間或回答時間值,如想加一秒按一下"加1s"鍵,如果想減一秒按一下"減1s"鍵,時間LED上會顯示改變后的時間,調(diào)整范圍為0~99s,0s時再減1s會跳到99,99s時再加1s會變到0s。2、主持人按"搶答開始"鍵,會有提示音,并立刻進入搶答倒計時(預(yù)設(shè)20s搶答時間),如有選手搶答,會有提示音,并會顯示其號數(shù)并立刻進入回答倒計時(預(yù)設(shè)20s搶答時間),不進行搶答查詢,所以只有第一個按搶答的選手有效。3、如倒計時期間,主持人想停止倒計時可以隨時按"停止"按鍵,系統(tǒng)會自動進入準(zhǔn)備狀態(tài),等待主持人按"搶答開始"進入下次搶答計時。4、如果主持人未按"搶答開始"鍵,而有人按了搶答按鍵,犯規(guī)搶答,LED上不顯示任何結(jié)果,直到按下"停止"鍵為止。1.4搶答器的工作原理及流程搶答器的基本工作原理:在搶答競賽或呼叫時[2],有多個信號同時或不同時送入主電路中,搶答器內(nèi)部的寄存器工作,并識別、記錄第一個號碼,同時內(nèi)部的定時器開始工作,記錄有關(guān)時間并產(chǎn)生超時信號。在整個搶答器工作過程中,顯示電路、語音電路等還要根據(jù)現(xiàn)場的實際情況向外電路輸出相應(yīng)信號。搶答器的工作流程分為、系統(tǒng)復(fù)位、正常流程、違例流程等幾部分,如圖2-2所示,下面分別予以介紹。單片機的功能簡介89系列單片機的概況MCS-51單片機是美國INTE公司于1980年推出的產(chǎn)品,典型產(chǎn)品有8031(內(nèi)部沒有程序存儲器,實際使用方面已經(jīng)被市場淘汰)、8051(芯片采用HMOS,功耗是630mW,是89C51的5倍,實際使用方面已經(jīng)被市場淘汰)和8751等通用產(chǎn)品,一直到現(xiàn)在,MCS-51內(nèi)核系列兼容的單片機仍是應(yīng)用的主流產(chǎn)品(比如目前流行的89S51、已經(jīng)停產(chǎn)的89C51等),各高校及專業(yè)學(xué)校的培訓(xùn)教材仍與MCS-51單片機作為代表進行理論基礎(chǔ)學(xué)習(xí)。有些文獻甚至也將8051泛指MCS-51系列單片機,8051是早期的最典型的代表作,由于MCS-51單片機影響極深遠,許多公司都推出了兼容系列單片機,就是說MCS-51內(nèi)核實際上已經(jīng)成為一個8位單片機的標(biāo)準(zhǔn)。其他的公司的51單片機產(chǎn)品都是和MCS-51內(nèi)核兼容的產(chǎn)品而以。同樣的一段程序,在各個單片機廠家的硬件上運行的結(jié)果都是一樣的,如ATMEL的89C51(已經(jīng)停產(chǎn))、89S51,PHILIPS(菲利浦),和WINBOND(華邦)等,我們常說的已經(jīng)停產(chǎn)的89C51指的是ATMEL公司的AT89C51單片機,同時是在原基礎(chǔ)上增強了許多特性,如時鐘,更優(yōu)秀的是由Flash(程序存儲器的內(nèi)容至少可以改寫1000次)存儲器取帶了原來的ROM(一次性寫入),AT89C51的性能相對于8051已經(jīng)算是非常優(yōu)越的了。不過在市場化方面,89C51受到了PIC單片機陣營的挑戰(zhàn),89C51最致命的缺陷在于不支持ISP(在線更新程序)功能,必須加上ISP功能等新功能才能更好延續(xù)MCS-51的傳奇。89S51就是在這樣的背景下取代89C51的,現(xiàn)在,89S51目前已經(jīng)成為了實際應(yīng)用市場上新的寵兒,作為市場占有率第一的Atmel目前公司已經(jīng)停產(chǎn)AT89C51,將用AT89S51代替。89S51在工藝上進行了改進,89S51采用0.35新工藝,成本降低,而且將功能提升,增加了競爭力。89SXX可以像下兼容89CXX等51系列芯片。市場上見到的89C51實際都是Atmel前期生產(chǎn)的巨量庫存而以。如果市場需要,Atmel當(dāng)然也可以再恢復(fù)生產(chǎn)AT89C51。AT89S51/LS51單片機是低功耗的、具有4KB在線課編程Flash存儲器的單片機。它與通用80C51系列單片機的指令系統(tǒng)和引腳兼容。片內(nèi)的Flash可允許在線重新編程,也可使用非易失性存儲器編程。他將通用CPU和在線可編程Flash集成在一個芯片上,形成了功能強大、使用靈活和具有較高性能性價比的微控制器。AT89S51的功能AT89S51特殊功能寄存器特殊功能寄存器也稱專用寄存器,是具有特殊功能的所有寄存器的集合,簡稱SFR(SpecialFunctionRegister)。特殊功能寄存器共含有22個不同寄存器。它們的地址分配在80H~FFH中,即在RAM地址中。這些寄存器的名稱和地址見表2-2。表2-1器件選型方案的詳細清單器件名稱器件名稱規(guī)格型號數(shù)量微處理器AT89S511電阻3WTT10K8電容30PF3晶振12MHZ1按鈕11反相器37段數(shù)碼管7SEG-MPX4CC4揚聲器1雖然特殊功能寄存器地址在80H~FFH之中,但在80H~FFH的地址單元中,不是所有的單元都被特殊功能寄存器占用,未被占用的單元,其內(nèi)容是不確定的,如果對這些單元進行操作,得到的是一些隨機數(shù),而寫入則無效。所以,用戶編程時不應(yīng)該將數(shù)據(jù)寫入這些未確定的地址單元,它們是公司留待將來開發(fā)新產(chǎn)品時使用的表2-2AT89S51特殊功能寄存器列表符號地址注釋*ACCE0H累加器*BF0H乘法寄存器*PSWD0H程序狀態(tài)字SP81H堆棧指針DPL82H數(shù)據(jù)存儲器指針低8位DPH83H數(shù)據(jù)存儲器指針高8位*IEA8H中斷允許控制器*IPD8H中斷優(yōu)先控制器*P080H端口0*P190H端口1*P2A0H端口2*P3B0H端口3PCON87H電源控制及波特率選擇*SCON98H串行口控制器SBUF99H串行數(shù)據(jù)緩沖器*TCON88H定時器控制TMOD89H定時器方式選擇TL08AH定時器0低8位TL18BH定時器1低8位TH08CH定時器0低8位TH18DH定時器1高8位注:帶*號的特殊功能寄存器都是可以位尋址的寄存器2.2.2AT89S51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)AT89S51單片機內(nèi)部由CPU、4KB的FPEROM,128B的RAM,兩個16位的定時/計數(shù)器T0和T1,4個8位的I/O端P0、P1、P2、P3等組成。單片微機內(nèi)部最核心的部分是CPU。CPU主要功能是產(chǎn)生各種控制信號,控制存儲器、輸入/輸出端口的數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)的算術(shù)運算、邏輯運算以及位操作處理等,CPU按其功能可分為運算器和控制器兩部分??刂破饔沙绦蛴嫈?shù)器PC、指令儲存器、指令譯碼器、實時控制與條件轉(zhuǎn)移邏輯電路等組成。它的功能是對來自存儲器中的指令進行譯碼,通過實時控制電路,在規(guī)定的時刻發(fā)出各種操作所需的內(nèi)部和外部的控制信號,使各部分協(xié)調(diào)工作,完成指令所規(guī)定的操作。運算器由算術(shù)邏輯器部件ALU、累加器ACC、暫存器、程序狀態(tài)字寄存器PSW,BCD碼運算調(diào)整電路等組成。外部定外部定時元件復(fù)位中斷電源系統(tǒng)時鐘ROMCPU定時/計數(shù)器串行I/O口并行I/O口RAM圖2-3AT89S51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖為了提高數(shù)據(jù)處理和位操作功能,片內(nèi)增加了一個通用寄存器B和一些專用寄存器,還增加了位處理邏輯電路的功能[3]。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。硬件電路的設(shè)計總電路原理為使硬件電路設(shè)計盡可能合理,應(yīng)注意以下幾方面:(1)盡可能采用功能強的芯片,以簡化電路,功能強的芯片可以代替若干普通芯片,隨著生產(chǎn)工藝的提高,新型芯片的的價格不斷下降,并不一定比若干普通芯片價格的總和高。(2)留有設(shè)計余地。在設(shè)計硬件電路時,要考慮到將來修改擴展的方便。因為很少有一錘定音的電路設(shè)計,如果現(xiàn)在不留余地,將來可能要為一點小小的修改或擴展而被迫進行全面返工。(3)程序空間,選用片內(nèi)程序空間足夠大的單片機,本設(shè)計采用AT89C51單片機。(4)RAM空間,AT89S51內(nèi)部RAM不多,當(dāng)要增強軟件數(shù)據(jù)處理功能時,往往覺得不足。如果系統(tǒng)配置了外部RAM,則建議多留一些空間。如選用8155作I/O接口,就可以增強256字節(jié)RAM.如果有大批數(shù)據(jù)需要處理,則應(yīng)配置足夠的RAM,如6264,62256等。隨著軟件設(shè)計水平的提高,往往只要改變或增加軟件中的數(shù)據(jù)處理算法,就可以使系統(tǒng)功能提高很多,而系統(tǒng)的硬件不必做任何更換就使系統(tǒng)升級換代。只要在硬件電路設(shè)計初期考慮到這一點,就應(yīng)該為系統(tǒng)將來升級留足夠的RAM空間,哪怕多設(shè)計一個RAM的插座,暫不插芯片也好。(5)I/O端口:在樣機研制出來后進行現(xiàn)場試用時,往往會發(fā)現(xiàn)一些被忽視的問題,而這些問題不是靠單純的軟件措施來解決的。如有些新的信號需要采集,就必須增加輸入檢測端;有些物理量需要控制,就必須增加輸出端。如果在硬件電路設(shè)計就預(yù)留出一些I/O端口,雖然當(dāng)時空著沒用,那么用的時候就派上用場了。P2.4為開始搶答[9],P2.5為加分,P2.6為減分,P1.0-P1.7為六八搶答輸入,數(shù)碼管段選P0口,位選P2口低3位,蜂鳴器輸出為P2.7口。3.2時鐘頻率電路的設(shè)計時鐘電路是計算機的心臟,它控制著計算機的工作節(jié)奏。MCS-51單片機允許的時鐘頻率是因型號而異的。晶振的選擇:6MHz的晶振,其機器周期是2us。12MHz的晶振,其機器周期是1us,也就是說在執(zhí)行同一條指令時用6MHz的晶振所用的時間是12MHz晶振的兩倍。為了提高整個系統(tǒng)的性能我選擇了12MHz的晶振。振蕩方式的選擇:內(nèi)部振蕩方式,MCS-51內(nèi)部都有一個反相放大器,XTAL1、XTAL2分別為反相放大器輸入和輸出端,外接定時反饋元件以后就組成振蕩器,產(chǎn)生時鐘送至單片機內(nèi)部的各個部件。這樣就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式外部振蕩方式是把已有的時鐘信號引入單片機內(nèi)。這種方式適合用來使單片機的時鐘與外部信號一致。在我的這個設(shè)計中沒有也無需與外部時鐘信號一致,所以我選擇了內(nèi)部振蕩方式,由于單片機內(nèi)部有一個高增益反相放大器,當(dāng)外接晶振后,就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。晶振我選擇了12MHz,相對于6MHz的晶振,整個系統(tǒng)的運行速度更快了。電容器C1、C2起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用,電容值我選擇了30pF。內(nèi)部振蕩方式所得的時鐘信號穩(wěn)定性高。圖3-2時鐘電路的設(shè)計單片機必須在時鐘的驅(qū)動下才能工作.在單片機內(nèi)部有一個時鐘振蕩電路,只需要外接一個振蕩源就能產(chǎn)生一定的時鐘信號送到單片機內(nèi)部的各個單元,決定單片機的工作速度。一般選用石英晶體振蕩器。此電路在加電大約延遲10ms后振蕩器起振,在XTAL2引腳產(chǎn)生幅度為3V左右的正弦波時鐘信號,其振蕩頻率主要由石英晶振的頻率確定。電路中兩個電容C1,C2的作用有兩個:一是幫助振蕩器起振;二是對振蕩器的頻率進行微調(diào)。C1,C2的典型值為30PF。單片機在工作時,由內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生或由外直接輸入的送至內(nèi)部控制邏輯單元的時鐘信號的周期稱為時鐘周期。其大小是時鐘信號頻率的倒數(shù),常用fosc表示。如時鐘頻率為12MHz,即fosc=12MHz,則時鐘周期為1/12μs。復(fù)位電路的設(shè)計3.3.1復(fù)位電路的可靠性設(shè)計計算機在啟動運行是都需要復(fù)位,使中央處理器CPU和系統(tǒng)中的其它部件都處于一個確定的初始狀態(tài),并從這個狀態(tài)開始工作。MCS-51的復(fù)位輸入引腳RST為MCS-51提供了初始化的手段,可以使程序從指定處開始執(zhí)行,在MCS-51的時鐘電路工作后,只要RST引腳上出現(xiàn)超過兩個機器周期以上的高電平時,即可產(chǎn)生復(fù)位的操作。只要RST保持高電平,則MCS-51循環(huán)復(fù)位。只有當(dāng)RST由高電平變低電平以后,MCS-51才從0000H地址開始執(zhí)行程序。本系統(tǒng)采用按鍵復(fù)位方式的復(fù)位電路。MCS-51單片機有一個復(fù)位引腳RST,它是施密特觸發(fā)輸入,當(dāng)振蕩器起振后,該引腳上出現(xiàn)2個機器周期(即24個時鐘周期)以上的高電平。使器件復(fù)位,只要RST保持高電平,MCS-51保持復(fù)位狀態(tài)。此時ALE、/PSEN、P0、P1、P2、P3口都輸出高電平。RST變?yōu)榈碗娖胶?,退出?fù)位,CPU從初始狀態(tài)開始工作。復(fù)位以后內(nèi)部寄存器的初始狀態(tài)為(SP=07,P0、P1、P2、P3為0FFH外,其它寄存器都為0。在RST復(fù)位端接一個電容至VccHE一個電阻至Vss,就能實現(xiàn)上電自動復(fù)位,對于CMOS單片機只要接一個電容至Vcc即可。如圖,在加電瞬間,電容通過電阻充電,就在RST端出現(xiàn)一定時間的高電平,只要高電平時間足夠長,就可以使MCS-51有效地復(fù)位。RST端在加電時應(yīng)保持的高電平時間包括Vcc的上升時間和振蕩器起振時間,Vcc上升時間若為10ms,振蕩器起振時間和頻率有關(guān)。10MHz時間約為1ms,1MHz時約為10ms,所以一般為了可靠地復(fù)位,RST在上電時應(yīng)保持20ms以上的高電平。圖2.5中,RC時間常數(shù)越大,上電時RST端保持高電平的時間越長。當(dāng)振蕩頻率為12MHZ時,典型值為C=10uF,R=8.2kΩ.圖3-3上電復(fù)位電路3.3.2人工復(fù)位除上電自動復(fù)位以外,常常需要人工復(fù)位,將一個按鈕開關(guān)并聯(lián)于上電自動復(fù)位電路,按一下開關(guān)就RST端出現(xiàn)一段時間的高電平,即使器件復(fù)位。如圖所示圖3-4上電和開關(guān)復(fù)位而我們在這次的畢業(yè)設(shè)計中運用的人工復(fù)位電路.其中電平復(fù)位是通過RST端經(jīng)電阻和電源Vcc接通而實現(xiàn)的,按鍵手動電平復(fù)位電路如圖。當(dāng)時鐘頻率選用12MHz時,C選取10uF,R選擇1000歐。3.4顯示電路的設(shè)計顯示功能與硬件關(guān)系極大,當(dāng)硬件固定后,如何在不引起操作者誤解的前提下提供盡可能豐富的信息,全靠軟件來解決。3.4.1顯示模塊在系統(tǒng)硬件中的安排操作者主要設(shè)計從顯示設(shè)備上獲取微機系統(tǒng)的信息的,因此,操作者每操作一下,顯示設(shè)備商都應(yīng)該有一定的反應(yīng)。這說明,顯示模塊與操作有關(guān),即監(jiān)控程序是需要調(diào)用顯示模塊。不同的操作需要顯示不同的內(nèi)容,這又說明各執(zhí)行模塊對顯示模塊的驅(qū)動方式是不同的。另一方面,在操作者沒有進行操作時,顯示內(nèi)容也是變化的,如顯示現(xiàn)場各物理量的變化情況。這時顯示模塊不是由操作者通過命令鍵來驅(qū)動,而是由各類自動執(zhí)行的功能模塊來驅(qū)動。自動執(zhí)行的各類模塊在安排在各種中斷子程序中,這就是說,各種中斷子程序也要調(diào)用顯示模塊。如果監(jiān)控安排在中斷子程序中,兩者的要求就統(tǒng)一了,問題比較好解決,如果監(jiān)控程序安排在主程序中,在監(jiān)控程序調(diào)用顯示模塊的過程中發(fā)生了中斷,中斷子程序也調(diào)用顯示模塊,這時就容易出問題。一種比較妥善的辦法是只讓一處調(diào)用顯示模塊,其他各處均不得直接調(diào)用顯示模塊,但有權(quán)申請顯示。這就要設(shè)置一個顯示申請標(biāo)志,當(dāng)某模塊需要顯示時,將申請標(biāo)志置位,同時設(shè)定有關(guān)顯示內(nèi)容(或指針)。由于一處調(diào)用顯示模塊,故不會發(fā)生沖突。為了使顯示模塊能及時反應(yīng)系統(tǒng)需要,應(yīng)將顯示模塊安排在一個重復(fù)執(zhí)行的循環(huán)(如監(jiān)控循環(huán)或時鐘中斷子程序)中。當(dāng)監(jiān)控程序(鍵盤解釋程序)安排在時鐘中斷子程序中時,處理比較方便,只要在監(jiān)控程序的匯合處調(diào)用顯示模塊就可以了。這里將顯示功能集中到一起,作為一個功能模塊,就要求它的功能全面,能根據(jù)系統(tǒng)軟件提供的信息自動完成顯示內(nèi)容的查找,變換和輸出驅(qū)動。這樣設(shè)計使得各功能模塊都不必考慮顯示問題,只要給出一個簡單的信息(如顯示格式編碼)甚至不用再提供額外信息,直接利用當(dāng)前狀態(tài)變量和軟件標(biāo)志就可以完成所需的顯示要求。如果編寫這樣一個集中顯示模塊有困難,也可以將顯示模塊編小一些,只完成顯示緩沖區(qū)的內(nèi)容輸出到顯示器件上的工作。這時各功能模塊在提出顯示申請時,還需要將顯示內(nèi)容按需要的格式送入顯示緩沖區(qū)中。這樣分而治之比較容易編程,但要小心出現(xiàn)顯示混亂。例如后臺程序需要調(diào)用顯示,將有關(guān)信息送入到現(xiàn)實緩沖區(qū)進行顯示;中斷返回后,后臺程序繼續(xù)送完后半部分顯示內(nèi)容,但前半部分內(nèi)容已經(jīng)變了,這樣就出現(xiàn)了顯示錯誤。解決的辦法是,在申請顯示前,先檢查是否已經(jīng)有顯示申請,如果有,就不再申請,等待下次機會;如果沒有,則先申請標(biāo)志位,再將顯示內(nèi)容送入顯示緩沖區(qū)。這時就不必擔(dān)心其他前臺模塊來打擾了,就可以得到一次完整的顯示機會。在這里我們使用的是七段數(shù)碼管顯示,通常在顯示[6]上我們采用的方法一般包括兩種:一種是靜態(tài)顯示,一種是動態(tài)顯示。其中靜態(tài)顯示的特點是顯示穩(wěn)定不閃爍,程序編寫簡單,但占用端口資源多;動態(tài)顯示的特點是顯示穩(wěn)定性沒靜態(tài)好,程序編寫復(fù)雜,但是相對靜態(tài)顯示而言占用端口資源少。在本設(shè)計中根據(jù)實際情況采用的是動態(tài)顯示方法。并通過查表法,將其在數(shù)碼管上顯示出來,其中P0口為字型碼輸入端,P2口低3位為字選段輸入端。在這里我們通過查表將字型碼送給7段數(shù)碼管顯示的數(shù)字,數(shù)碼管顯示原理如下:MOVA,R5MOVCA,@A+DPTR;查字型碼MOVP2,#01H;送位選碼MOVP0,A;送字型碼ACALLDELAY;調(diào)延時,去閃爍在七段數(shù)碼管顯示中可分為共陽極和共陰極兩種類型極。以共陰為例,要想a段亮,向a段送1就是,返之送0,共陽剛好相反。掃描電路的實現(xiàn)鍵盤是人與微機系統(tǒng)打交道的主要設(shè)備。關(guān)于鍵盤硬件電路的設(shè)計方法也可以在文獻和書籍中找到,配合各種不同的硬件電路,這些書籍中一般也提供了相應(yīng)的鍵盤掃描程序。站在系統(tǒng)監(jiān)控軟件設(shè)計的立場上來看,僅僅完成鍵盤掃描,讀取當(dāng)前時刻的鍵盤狀態(tài)是不夠的,還有不少問題需要妥善解決,否則,人們在操作鍵盤就容易引起誤操作和操作失控現(xiàn)象。在單片機應(yīng)用中鍵盤用得最多的形式是獨立鍵盤及矩陣鍵盤。它們各有自己的特點,其中獨立鍵盤硬件電路簡單,而且在程序設(shè)計上也不復(fù)雜,一般用在對硬件電路要求不高的簡單電路中;矩陣鍵盤與獨立鍵盤有很大區(qū)別,首先在硬件電路上它要比獨立鍵盤復(fù)雜得多,而且在程序算法上比它要煩瑣,但它在節(jié)省端口資源上有優(yōu)勢得多,因此它更適合于多按鍵電路。其次就是消除在按鍵過程中產(chǎn)生的“毛刺”現(xiàn)象。這里采用最常用的方法,即延時重復(fù)掃描法,延時法的原理為:因為“毛刺”脈沖一般持續(xù)時間短,約為幾ms,而我們按鍵的時間一般遠遠大于這個時間,所以當(dāng)單片機檢測到有按鍵動靜后再延時一段時間(這里我們?nèi)?0ms)后再判斷此電平是否保持原狀態(tài),如果是則為有效按鍵,否則無效。3.5.1按鈕輸入的硬件處理按鈕的觸點在閉合和斷開時均會產(chǎn)生抖動,這是觸點的邏輯電平是不穩(wěn)定的,如不妥善處理,將會引起按鍵命令的錯誤執(zhí)行或重復(fù)執(zhí)行。現(xiàn)在一般均用軟件延時的方法來避開抖動階段,這一延時過程一般大于5ms,例如取10-20ms。如果監(jiān)控程序中的讀鍵操作安排在主程序(后臺程序)或鍵盤中斷(外部中斷)子程序中,則該延時子程序便可直接插入讀鍵過程中。如果讀鍵過程安排在定時中斷子程序中,就可省去專門的延時子程序,利用兩次定時中斷的時間間隔來完成抖動處理。發(fā)聲我們知道,聲音的頻譜范圍約在幾十到幾千赫茲[7],若能利用程序來控制單片機某個口線的“高”電平或低電平,則在該口線上就能產(chǎn)生一定頻率的矩形波,接上喇叭就能發(fā)出一定頻率的聲音,若再利用延時程序控制“高”“低”電平的持續(xù)時間,就能改變輸出頻率,從而改變音調(diào),使喇叭發(fā)出不同的聲音。3.7系統(tǒng)復(fù)位使CPU進入初始狀態(tài),從0000H地址開始執(zhí)行程序的過程叫系統(tǒng)復(fù)位。從實現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位的方法來看,系統(tǒng)復(fù)位可分為硬件復(fù)位和軟件復(fù)位。硬件復(fù)位必須通過CPU外部的硬件電路給CPU的RESET端加上足夠時間的高電位才能實現(xiàn)。上電復(fù)位,人工按鈕復(fù)位和硬件看門狗復(fù)位均為硬件復(fù)位。硬件復(fù)位后,各專用寄存器的狀態(tài)均被初始化,且對片內(nèi)通用寄存器的內(nèi)容沒有影響。但是,硬件復(fù)位還能自動清除中斷激活標(biāo)志,使中斷系統(tǒng)能夠正常工作,這樣一個事實卻容易為不少編碼人員所忽視。軟件復(fù)位就是用一系列指令來模擬硬件復(fù)位功能,最后通過轉(zhuǎn)移指令使程序從0000H地址開始執(zhí)行。對各專用寄存器的復(fù)位操作是容易的,也沒有必要完全模擬,可根據(jù)實際需要去主程序初始化過程中完成。而對中斷激活標(biāo)志的清除工作常被遺忘,因為它沒有明確的位地址可供編程。有的編程人員用020000(LJMP0000H)作為軟件陷阱,認為直接轉(zhuǎn)向0000H地址就完成了軟件復(fù)位,就是這類錯誤的典型代表。軟件復(fù)位是使用軟件陷阱和軟件看門狗后必須進行的工作,這時程序出錯完全有可能發(fā)生在中斷子程序中,中斷激活標(biāo)志已置位,它將阻止同級中斷響應(yīng)。由于軟件看門是高級中斷,它將阻止說要中斷響應(yīng),由此可見清除中斷激活標(biāo)志的重要性。在所有的指令中,只有RETI指令能夠清除中斷激活標(biāo)志。前文各處提案到的出錯處理程序ERR主要完成這一功能,其他的善后工作交由復(fù)位后的系統(tǒng)去完成。有復(fù)位時系統(tǒng)的歷史狀況,可將復(fù)位分為“冷啟動”和“熱啟動”?!袄鋯印睍r,系統(tǒng)的狀態(tài)全部無效,進行徹底的初始化操作;而“熱啟動”時,對系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)進行修復(fù)和有選擇的初始化。系統(tǒng)初次上電投入運行時,必須是“冷啟動”,以后由抗干擾措施引起的復(fù)位操作一般均為“熱啟動”初次上電投入運行時,必須是“冷啟動”,以后由抗干擾措施引起的復(fù)位操作一般均為“熱啟動”。復(fù)位關(guān)中斷,設(shè)定堆棧復(fù)位關(guān)中斷,設(shè)定堆棧上電標(biāo)志冷啟自檢全面初始化熱啟動恢復(fù)被破壞的信息部分初始化建立上電標(biāo)志開始運轉(zhuǎn)圖3-6系統(tǒng)復(fù)位策略圖第四章軟件設(shè)計4.1軟件任務(wù)分析軟件任務(wù)分析和硬件電路設(shè)計結(jié)合進行,哪些功能由硬件完成,哪些任務(wù)由軟件完成,在硬件電路設(shè)計基本定型后,也就基本上決定下來了。軟件任務(wù)分析環(huán)節(jié)是為軟件設(shè)計做一個總體規(guī)劃。從軟件的功能來看可分為兩大類:一類是執(zhí)行軟件,它能完成各種實質(zhì)性的功能,如測量,計算,顯示,打印[8],輸出控制和通信等,另一類是監(jiān)控軟件,它是專門用來協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系,在系統(tǒng)軟件中充當(dāng)組織調(diào)度角色的軟件。這兩類軟件的設(shè)計方法各有特色,執(zhí)行軟件的設(shè)計偏重算法效率,與硬件關(guān)系密切,千變?nèi)f化。軟件任務(wù)分析時,應(yīng)將各執(zhí)行模塊一一列出,并為每一個執(zhí)行模塊進行功能定義和接口定義(輸入輸出定義)。在各執(zhí)行模塊進行定義時,將要牽扯到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)類型問題也一并規(guī)劃好。各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后,就可以監(jiān)控程序了。首先根據(jù)系統(tǒng)功能和鍵盤設(shè)置選擇一種最適合的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)。相對來講,執(zhí)行模塊任務(wù)明確單純,比較容易編程,而監(jiān)控程序較易出問題。這如同當(dāng)一名操作工人比較容易,而當(dāng)一個廠長就比較難了。軟件任務(wù)分析的另一個內(nèi)容是如何安排監(jiān)控軟件和各執(zhí)行模塊。整個系統(tǒng)軟件可分為后臺程序(背景程序)和前臺程序。后臺程序指主程序及其調(diào)用的子程序,這類程序?qū)崟r性要求不是太高,延誤幾十ms甚至幾百ms也沒關(guān)系,故通常將監(jiān)控程序(鍵盤解釋程序),顯示程序和打印程序等與操作者打交道的程序放在后臺程序中執(zhí)行;而前臺程序安排一些實時性要求較高的內(nèi)容,如定時系統(tǒng)和外部中斷(如掉電中斷)。也可以將全部程序均安排在前臺,后臺程序為“使系統(tǒng)進入睡眠狀態(tài)”,以利于系統(tǒng)節(jié)電和抗干擾。顯示子程序的設(shè)計顯示子程序,及部分注解如下:DISPLAY:MOVDPTR,#DAT1;查表顯示程序,利用P0口做段選碼口輸出/P2低三位做位選碼輸出,MOVA,R3MOVCA,@A+DPTRMOVP2,#0feHMOVP0,AACALLDELAYMOVDPTR,#DAT2MOVA,R5MOVCA,@A+DPTRMOVP2,#0fdHMOVP0,AACALLDELAYMOVA,R4MOVCA,@A+DPTRMOVP2,#0fbHMOVP0,AACALLDELAYRETDAT1:DB00h,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H
;"滅","1","2","3","4","5","6","7","8","9","滅","F"DAT2:DB3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H第一個為零,其他與上相同,因為十位如果為零顯示熄滅定時器T0、T1中斷服務(wù)程序的設(shè)計=====TO溢出中斷(響鈴程序)=====T0INT:
MOVTH0,#0ECHMOVTL0,#0FFHJNBRING,OUT;CPLP3.6;RING標(biāo)志位為1時候P3.6口不斷取反使喇叭發(fā)出一定頻率的聲音OUT:
RETI
T1溢出中斷(計時程序):T1INT:
MOVTH1,#3CHMOVTL1,#0B0HINCR0RETIEND搶答器處理程序的設(shè)計搶答器處理程序:TRUE1:ACALLBARK;按鍵發(fā)聲MOVA,R2MOVR6,A;搶答時間R2送R6MOVR3,#01HCLROK;因為答題的計時不再查詢搶答,所以就鎖了搶答AJMPCOUNTTRUE2:ACALLBARK;MOVA,R2MOVR6,AMOVR3,#02HCLROKAJMPCOUNTTRUE3:ACALLBARK;MOVA,R2MOVR6,AMOVR3,#03HCLROKAJMPCOUNTTRUE4:ACALLBARK;MOVA,R2MOVR6,AMOVR3,#04HCLROKAJMPCOUNTTRUE5:
ACALLBARK;MOVA,R2MOVR6,AMOVR3,#05HCLROKAJMPCOUNTTRUE6:
ACALLBARK;MOVA,R2MOVR6,AMOVR3,#06HCLROKAJMPCOUNTTRUE7:
ACALLBARK;MOVA,R2MOVR6,AMOVR3,#07HCLROKAJMPCOUNTTRUE8:
ACALLBARK;MOVA,R2MOVR6,AMOVR3,#08HCLROKAJMPCOUNT程序及分析單片機控制8路搶答器程序
OKEQU20H;搶答開始標(biāo)志位
RINGEQU22H;響鈴標(biāo)志位
ORG0000H
AJMPMAIN
ORG0003H
AJMPINT0SUB
ORG000BH
AJMPT0INT
ORG0013H
AJMPINT1SUB
ORG001BH
AJMPT1INT
ORG0040HMAIN:
MOVR1,#30;初設(shè)搶答時間為30s
MOVR2,#60;初設(shè)答題時間為60s
MOVTMOD,#11H;設(shè)置未定時器/模式1
MOVTH0,#0F0H
MOVTL0,#0FFH;越高發(fā)聲頻率越高,越尖
MOVTH1,#3CH
MOVTL1,#0B0H;50ms為一次溢出中斷
SETBEA
SETBET0
SETBET1
SETBEX0
SETBEX1;允許四個中斷,T0/T1/INT0/INT1
CLROK
CLRRING
SETBTR1
SETBTR0;一開始就運行定時器,以開始顯示FFF.如果想重新計數(shù),重置TH1/TL1就可以了;=====查詢程序=====START:
MOVR5,#0BH
MOVR4,#0BH
MOVR3,#0BH
ACALLDISPLAY;未開始搶答時候顯示FFF
JBP3.0,NEXT;ddddddd
ACALLDELAY
JBP3.0,NEXT;去抖動,如果"開始鍵"按下就向下執(zhí)行,否者跳到非法搶答查詢
ACALLBARK;按鍵發(fā)聲
MOVA,R1
MOVR6,A;送R1->R6,因為R1中保存了搶答時間
SETBOK;搶答標(biāo)志位,用于COUNT只程序中判斷是否查詢搶答
MOVR3,#0AH;搶答只顯示計時,滅號數(shù)
AJMPCOUNT;進入倒計時程序,"查詢有效搶答的程序"在COUNT里面NEXT:
JNBP1.0,FALSE1
JNBP1.1,FALSE2
JNBP1.2,FALSE3
JNBP1.3,FALSE4
JNBP1.4,FALSE5
JNBP1.5,FALSE6
JNBP1.6,TZ1
JNBP1.7,TZ2
AJMPSTART
TZ1:JMPFALSE7TZ2:JMPFALSE8;=====非法搶答處理程序=====FALSE1:ACALLBARK;按鍵發(fā)聲MOVR3,#01H
AJMPERRORFALSE2:ACALLBARKMOVR3,#02H
AJMPERRORFALSE3:ACALLBARKMOVR3,#03H
AJMPERRORFALSE4:ACALLBARKMOVR3,#04H
AJMPERRORFALSE5:ACALLBARKMOVR3,#05H
AJMPERRORFALSE6:ACALLBARKMOVR3,#06H
AJMPERRORFALSE7:ACALLBARKMOVR3,#07H
AJMPERRORFALSE8:ACALLBARKMOVR3,#08H
AJMPERROR
;=====INT0(搶答時間R1調(diào)整程序)=====INT0SUB:MOVA,R1
MOVB,#0AH
DIVAB
MOVR5,A
MOVR4,B
MOVR3,#0AH
ACALLDISPLAY;先在兩個時間LED上顯示R1
JNBP3.4,INC0;P3.4為+1s鍵,如按下跳到INCO
JNBP3.5,DEC0;P3.5為-1s鍵,如按下跳到DECO
JNBP3.1,BACK0;P3.1為確定鍵,如按下跳到BACKO
AJMPINT0SUBINC0:
MOVA,R1CJNEA,#63H,ADD0;如果不是99,R2加1,如果加到99,R1就置0,重新加起。
MOVR1,#00H
ACALLDELAY1AJMPINT0SUBADD0:
INCR1
ACALLDELAY1
AJMPINT0SUBDEC0:
MOVA,R1
JZSETR1;如果R1為0,R1就置99,
DECR1
ACALLDELAY1
AJMPINT0SUBSETR1:
MOVR1,#63H
ACALLDELAY1
AJMPINT0SUBBACK0:
RETI;=====INT1(回答時間R2調(diào)整程序)=====INT1SUB:MOVA,R2
MOVB,#0AH
DIVABMOVR5,A
MOVR4,B
MOVR3,#0AH
ACALLDISPLAY
JNBP3.4,INC1
JNBP3.5,DEC1
JNBP3.1,BACK1
AJMPINT1SUBINC1:
MOVA,R2
CJNEA,#63H,ADD1
MOVR2,#00H
ACALLDELAY1AJMPINT1SUBADD1:
INCR2
ACALLDELAY1
AJMPINT1SUBDEC1:
MOVA,R2
JZSETR2
DECR2
ACALLDELAY1
AJMPINT1SUBSETR2:
MOVR2,#63H
ACALLDELAY1
AJMPINT1SUBBACK1:
RETI;=====倒計時程序(搶答倒計時和回答倒計時都跳到改程序)=====COUNT:
MOVR0,#00H;重置定時器中斷次數(shù)
MOVTH1,#3CH
MOVTL1,#0B0H;重置定時器RECOUNT:MOVA,R6;R6保存了倒計時的時間,之前先將搶答時間或回答時間給R6
MOVB,#0AH
DIVAB;除十分出個位/十位
MOV30H,A;十位存于(30H)
MOV31H,B;個位存于(31H)
MOVR5,30H;取十位
MOVR4,31H;取個位
MOVA,R6
SUBBA,#07H
JNCLARGER;大于5s跳到LARGER,小于等于5s會提醒
MOVA,R0
CJNEA,#0AH,FULL;1s中0.5s向下運行
CLRRING
AJMPCHECKFULL:
CJNEA,#14H,CHECK;下面是1s的情況,響并顯示號數(shù)并清R0,重新計
SETBRING
MOVA,R6
JZQUIT;計時完畢
MOVR0,#00H
DECR6;一秒標(biāo)志減1
AJMPCHECKLARGER:MOVA,R0
CJNEA,#14H,CHECK;如果1s向下運行,否者跳到查"停/顯示"
DECR6;計時一秒R6自動減1
MOVR0,#00HCHECK:JNBP3.1,QUIT;如按下停止鍵退出
ACALLDISPLAY
JBOK,ACCOUT;如果是搶答倒計時,如是則查詢搶答,否者跳過查詢繼續(xù)倒數(shù)(這里起到鎖搶答作用)
AJMPRECOUNTACCOUT:JNBP1.0,TRUE1
JNBP1.1,TRUE2
JNBP1.2,TRUE3
JNBP1.3,TRUE4
JNBP1.4,TRUE5
JNBP1.5,TRUE6
JNBP1.6,TZ3
JNBP1.7,TZ4
AJMPRECOUNT
TZ3:JMPTRUE7
TZ4:JMPTRUE8
QUIT:
CLROK;如果按下了"停止鍵"執(zhí)行的程序
CLRRING
AJMPSTART;=====正常搶答處理程序=====TRUE1:ACALLBARK;按鍵發(fā)聲
MOVA,R2
MOVR6,A;搶答時間R2送R6
MOVR3,#01H
CLROK;因為答題的計時不再查詢搶答,所以就鎖了搶答
AJMPCOUNTTRUE2:ACALLBARK;
MOVA,R2
MOVR6,A
MOVR3,#02H
CLROK
AJMPCOUNTTRUE3:ACALLBARK;
MOVA,R2
MOVR6,A
MOVR3,#03H
CLROK
AJMPCOUNTTRUE4:ACALLBARK;
MOVA,R2
MOVR6,A
MOVR3,#04H
CLROK
AJMPCOUNTTRUE5:
ACALLBARK;
MOVA,R2
MOVR6,A
MOVR3,#05H
CLROK
AJMPCOUNTTRUE6:
ACALLBARK;
MOVA,R2
MOVR6,A
MOVR3,#06H
CLROK
AJMPCOUNTTRUE7:
ACALLBARK;
MOVA,R2
MOVR6,A
MOVR3,#07H
CLROK
AJMPCOUNTTRUE8:
ACALLBARK;
MOVA,R2
MOVR6,A
MOVR3,#08H
CLROK
AJMPCOUNT
;=====犯規(guī)搶答程序=====ERROR:
MOVR0,#00H
MOVTH1,#3CH
MOVTL1,#0B0H
MOV34H,R3;犯規(guī)號數(shù)暫存與(34H)HERE:
MOVA,R0
CJNEA,#0AH,FLASH;0.5s向下運行->滅并停響
CLRRING
MOVR3,#0AH
MOVR4,#0AH
MOVR5,#0AH;三燈全滅
AJMPCHECK1FLASH:
CJNEA,#14H,CHECK1;下面是1s的情況,響并顯示號數(shù)并清R0,重新計
SETBRING
MOVR0,#00H
MOVR3,34H;取回號數(shù)
MOVR5,#0BH
MOVR4,#0BH;顯示FF和號數(shù)
AJMPCHECK1CHECK1:JNBP3.1,QUIT1
ACALLDISPLAY
AJMPHEREQUIT1:
CLRRING
CLROK
AJMPSTART;=====顯示程序=====DISPLAY:MOVDPTR,#DAT1;查表顯示程序,利用P0口做段選碼口輸出/P2低三位做位選碼輸出,
MOVA,R3
MOVCA,@A+DPTR
MOVP2,#0feH
MOVP0,A
ACALLDELAY
MOVDPTR,#DAT2
MOVA,R5
MOVCA,@A+DPTR
MOVP2,#0fdH
MOVP0,A
ACALLDELAY
MOVA,R4
MOVCA,@A+DPTR
MOVP2,#0fbH
MOVP0,A
ACALLDELAY
RETDAT1:DB00h,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H
;"滅","1","2","3","4","5","6","7","8","9","滅","F"DAT2:DB3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H;第一個為零,其他與上相同,因為十位如果為零顯示熄滅;====加減時間延時(起到不會按下就加N個數(shù))======DELAY1:MOV35H,#08HLOOP0:
ACALLDISPLAY
DJNZ35H,LOOP0
RET;=====延時(顯示和去抖動用到)=====DELAY:
MOV32H,#12HLOOP:
MOV33H,#0AFHLOOP1:
DJNZ33H,LOOP1
DJNZ32H,LOOP
RET;=====發(fā)聲程序=====BARK:
SETBRING
ACALLDELAY1
ACALLDELAY1
CLRRING;按鍵發(fā)聲
RET;=====TO溢出中斷(響鈴程序)=====T0INT:
MOVTH0,#0ECH
MOVTL0,#0FFH
JNBRING,OUT;
CPLP3.6;RING標(biāo)志位為1時候P3.6口不斷取反使喇叭發(fā)出一定頻率的聲音OUT:
RETI;=====T1溢出中斷(計時程序)=====T1INT:
MOVTH1,#3CH
MOVTL1,#0B0H
INCR0
RETIEND第五章元器件及焊接調(diào)試5.1蜂鳴器\o"查看圖片"
蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器,采用直流電壓供電,廣泛應(yīng)用于計算機、打印機、復(fù)印機、報警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。;蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。蜂鳴器在電路中用字母“H”或“HA”(舊標(biāo)準(zhǔn)用“FM”、“LB”、“JD”等)表示。\o"查看圖片"
蜂鳴器5.2數(shù)碼管1、說明(1)電子板上電時數(shù)碼顯示管顯示OPEN(2)每按下一次數(shù)字鍵蜂鳴器鳴叫一聲,數(shù)碼顯示管顯示該數(shù)字,表示該鍵輸入已被承認。(3)操作鍵板上“*”用于表示消除“?!辨I用于表示確認和開啟報警程序。(4)按下任意鍵則喚醒進入功能操作。2、個人密碼的設(shè)置與更改(1)按下設(shè)置,蜂鳴器鳴叫長響一聲,數(shù)碼顯示管顯示C1IN個人密碼開始設(shè)置或更改。(2)任意輸入1至12位數(shù)字(輸入多于12位的成個人密碼設(shè)置無效)后“?!辨I確認,蜂鳴器鳴叫長響一聲,數(shù)碼顯示管顯示SETCI表示個人設(shè)置成功,如無任何操作系統(tǒng)自動進入休眠狀態(tài)。(3)除非斷電至信息丟失或執(zhí)行步驟個人密碼的設(shè)置與更改(1),否則個人密碼永遠保存,不變更。3、管理密碼的設(shè)置(1)按下兩次“0”鍵再按下設(shè)置鍵,蜂鳴器鳴叫長響一聲,數(shù)碼顯示管顯示C2IN,個人密碼開始設(shè)置或更改。(2)任意輸入1至12位數(shù)字(輸入多于12位的成個人密碼設(shè)置無效)后按“?!辨I確認,蜂鳴器鳴叫長響一聲,數(shù)碼顯示管顯示SETC2表示個人設(shè)置成功,如無任何操作系統(tǒng)自動進入休眠狀態(tài)。(3)除非斷電至信息丟失或執(zhí)行步驟管理密碼的設(shè)置(1),否則管理密碼永遠保存,不變更。4、開門,鎖門(1)輸入正確的管理密碼或個人密碼后按“?!辨I確認,蜂鳴器鳴叫長響一聲,數(shù)碼顯示管顯示SETCI或SETC2表示密碼正確,電磁鐵吸合,可以開門、鎖門動作。(2)約6秒以后,電磁鐵釋放。(3)如果密碼輸入不正確,按下“?!辨I確認蜂鳴器鳴會發(fā)出急促的提示音,數(shù)碼顯示管顯示ERROR。(4)如果三次輸入均不正確,數(shù)碼顯示管顯示REJEC,3分鐘內(nèi)將不接受輸入密碼。5、報警在休眠狀態(tài)下按“#”
《七段數(shù)碼管引腳圖》數(shù)碼管使用條件:a、段及小數(shù)點上加限流電阻b、使用電壓:段:根據(jù)發(fā)光顏色決定;
小數(shù)點:根據(jù)發(fā)光顏色決定c、使用電流:靜態(tài):總電流80mA(每段10mA);動態(tài):平均電流4-5mA
峰值電流100mA上面這個只是七段數(shù)碼管引腳圖,其中共陽極數(shù)碼管引腳圖和共陰極的是一樣的。5.3焊接與調(diào)試PCB板做好了,孔也打好了,接下來的工作就是焊接。先把烙鐵靠近焊盤,緊接著把錫絲往烙鐵上送,等錫絲熔了輕輕一提,一個又圓又亮的焊點就做好了。板子做好后在一個小時左右把元件都焊上去了。焊接后的板子如圖5.2和5.3所示。
圖5.2
圖5.3焊接好后的調(diào)試就是最激動人心的時候,插上電源,發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管不亮,當(dāng)按下復(fù)位鍵時數(shù)碼管就亮了,并且所有功能都能正常運行,重新打了個撥動開關(guān)的孔,用跳線把復(fù)位按紐接到了撥動開關(guān),這樣搶答器功能基本實現(xiàn)了。第六章設(shè)計小結(jié)本文研究與設(shè)計的八路多功能搶答器采用了通用的電子元器件,利用AT89S51單片機及外圍接口實現(xiàn)搶答系統(tǒng),利用單片機的定時器/計數(shù)器定時和記數(shù)的原理,將軟、硬件有機地結(jié)合起來,使得系統(tǒng)能夠正確地進行計時,同時使數(shù)碼管能夠正確地顯示時間。計分接收的單片機部分利用匯編語言編寫。設(shè)計時,首先通過在線編程,然后具體安裝,仿真,完全實現(xiàn)了設(shè)計功能。本設(shè)計中,利用常規(guī)的單片機掃描識別的方法。通過硬件電路的具體應(yīng)用和系統(tǒng)的仿真研究得出,本設(shè)計不僅安裝簡單、成本低,更重要的是工作性能穩(wěn)定,是一個實用、創(chuàng)新型的工程設(shè)計。由于采用匯編語言設(shè)計電路,所以本設(shè)計在編程成功后,硬件電路基本上不需要調(diào)試就可正常使用。即使在設(shè)計完畢交給用戶使用后,對系統(tǒng)的功能改進或升級也只是通過改寫程序來完成,極大地方便了用戶或設(shè)計者對電路更新。回頭再看看該設(shè)計,還可以將設(shè)計的擴展功能增強:1、可以設(shè)計聲控裝置,在主持人說開始時,系統(tǒng)自動完成清零并開始計時的功能。2、在主持人讀題的過程中,禁止搶答,可以在主持人控制的開關(guān)上另接一個與其一樣的電路,即可實現(xiàn)“違規(guī)者可見”的功能,即在主持人讀題時如果有人違反比賽規(guī)定搶先按動按鈕,顯示器可以顯示是哪個參賽隊搶先,便于作出相應(yīng)的處理。如果提供相應(yīng)的器材及時間上的寬限,一定可以完成上述擴展功能,進一步完善作品。經(jīng)過這半個學(xué)期的努力,在老師和同學(xué)的幫助下終于徹底的做完了畢業(yè)設(shè)計的所有工作。通過這次的畢業(yè)設(shè)計,我能運用已學(xué)的知識解決我在設(shè)計中遇到的問題,使自己的動手能力和思考問題的能力得到了很大的提高。在做設(shè)計的過程中我查閱了很多的資料,并認真的閱讀這些與我的設(shè)計相關(guān)的資料,從而我的專業(yè)涵養(yǎng)得到了提高,知識的儲備量也有所增加。在做設(shè)計時,我復(fù)習(xí)了很多專業(yè)課的知識,這使得我的專業(yè)知識在離校之前得到了鞏固。我認為這是我在整個設(shè)計工程中得到的最好的回報。整個設(shè)計通過了軟件和硬件上的調(diào)試、仿真。我想這對于自己以后的學(xué)習(xí)和工作都會有很大的幫助的。在這次設(shè)計中遇到了很多實際性的問題,在實際設(shè)計中才發(fā)現(xiàn),書本上理論性的東西與在實際運用中的還是有一定的出入的,所以有些問題不但要深入地理解,而且要不斷地更正以前的錯誤思維。對于單片機設(shè)計,其硬件電路是比較簡單的,主要是解決程序設(shè)計中的問題。而程序設(shè)計是一個很靈活的東西,它反映了你解決問題的邏輯思維和創(chuàng)新能力。它才是一個設(shè)計的靈魂所在。因此在整個設(shè)計過程中大部分時間是用在程序上面的。很多子程序是可以借鑒書本上的,但怎樣銜接各個子程序才是關(guān)鍵的問題所在,這需要對單片機的結(jié)構(gòu)很熟悉。因此可以說單片機的設(shè)計是軟件和硬件的結(jié)合,二者是密不可分的。但是,通過這次設(shè)計我也發(fā)現(xiàn)自己的很多不足之處。在設(shè)計過程中我發(fā)現(xiàn)自己考慮問題很不全面,自己的專業(yè)知識掌握的很不牢固,所掌握的計算機應(yīng)用軟件還不夠多,我希望自己的這些不足之處能在今后的工作和學(xué)習(xí)中得到改善。而且,通過這次設(shè)計,我懂得了學(xué)習(xí)的重要性,學(xué)會了堅持和努力,這將為以后的學(xué)習(xí)做出了最好的榜樣!同時,該設(shè)計也有不足之處,缺少了答題計分等功能。我將會在以后的學(xué)習(xí)中繼續(xù)學(xué)習(xí)。參考文獻[1]陳大欽編.電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗(第二版)[M].湖北:機械工業(yè)出版社,2001[2]李廣弟.單片機基礎(chǔ)[M].北京:北航出版社,2010[3]胡學(xué)海.單片機原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計[M].北京:京電子工業(yè)出版社,2005[4]盧飛躍.紅外遙控多路搶答器的設(shè)計[J].番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)報,2003,2(2):10-12.[5]王公堂.基于IP1C68F[6]梁超.一款基于單片機技術(shù)的電子搶答器[J].機電工程技術(shù),2005,34(1):48-52[7]齊向東.多功能數(shù)字顯示搶答器[J].黃石高等??茖W(xué)院學(xué)報,1996,37(4):37-40[8]伊長華.十六路微控搶答器的設(shè)計[J].電子工程師,2001,14(5):27-28[9]龔昌來.單片機控制的智能型控搶答器的設(shè)計[J].廣東自動化與信息工程,2003[10]周功明,周陳琛.基于單片機AT89C2051的九路多功能智力競賽搶答器的設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2006,(20):54-57[11]鄒其洪,黃智偉,高嵩,等編著.電工電子實驗與計算機仿真[M].電子工業(yè)出版社,2005[12]黃思俞.多路搶答器的設(shè)計[J].三明高等??茖W(xué)校學(xué)報,2002,(02):89-90[13]尹長華,趙海鴻,呂向陽,毛鵬翔.十六路微控搶答器的設(shè)計[J].電子工程師,2001,(06):67-69致謝本課程設(shè)計是在我的導(dǎo)師恩德老師的親切關(guān)懷和細心指導(dǎo)下完成的,在設(shè)計過程中,自始至終凝聚著導(dǎo)師的心血。恩師那治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度,淵博的學(xué)識感染著我。他那誨人不倦、寬厚樸實的作風(fēng)給我們留下了不可磨滅的影響,是我學(xué)習(xí)的榜樣,使我終生受益無窮。在此論文完成之際,特向恩師表達誠摯的謝意同時以最崇高的敬意。除此之外,在課題進行當(dāng)中,還得到了其他老師,教授等的細心指導(dǎo)和諸多幫助。他們的無私幫助和耐心指導(dǎo)也是我得以完成本課題的關(guān)鍵。再此我向他們表示由衷的感謝和深切的問候。此間我還得到了同學(xué)等諸多指導(dǎo),再此表示感謝。我還要感謝我的一些同學(xué),他們在我最需要幫助的時候無私的伸出了援助之手,在此,對于他們無私的幫助我表示深深的感謝。可以說如果沒有他們的幫助我就不可能順利的按時完成畢業(yè)設(shè)計。真誠的感謝所有的幫助過我的老師們,同學(xué)們、家人和朋友們。感謝對本設(shè)計進行評審的專家們,感謝他們給我提出的寶貴意見和建議。酒精濃度檢測儀的設(shè)計目錄一、前言 4二、酒精測試儀總體方案設(shè)計 42.1酒精濃度檢測儀設(shè)計要求分析 42.2酒精濃度檢測儀設(shè)計方案 4三、硬件設(shè)計 ..53.1傳感器的選擇 ..53.2A/D轉(zhuǎn)換電路 63.389C51單片機系統(tǒng) 93.4LED顯示電路 123.5鍵盤電路 133.6報警電路 13四、軟件設(shè)計 144.1主程序框圖 144.2數(shù)據(jù)采集子程序程序框圖 154.3報警子程序程序框圖 15五、課程設(shè)計系的心得體會 17六、參考文獻 17附圖整體電路圖 18酒精濃度檢測儀的設(shè)計一、前言近年來,我國越來越多的人有了自己的私家車,而酒后駕車造成的交通事故也頻繁發(fā)生。為此,我國將酒駕列入刑法范圍內(nèi),所以需要設(shè)計一智能儀器能夠檢測駕駛員體內(nèi)酒精含量。本課程設(shè)計研究的是一種以氣敏傳感器和單片機A/D轉(zhuǎn)換器為主,檢測駕駛員呼出氣體的酒精濃度,并具有聲光報警功能的空氣酒精濃度監(jiān)測儀。其可檢測出空氣環(huán)境中酒精濃度值,并可根據(jù)不同的環(huán)境設(shè)定不同的閾值,對超過的閾值進行聲光報警來提示危害。本課題分為兩部分:硬件設(shè)計部分和軟件設(shè)計部分。硬件部分為利用MQ3氣敏傳感器測量空氣中酒精濃度,并轉(zhuǎn)換為電壓信號,經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后傳給單片機系統(tǒng),由單片機及其相應(yīng)外圍電路進行信號的處理,顯示酒精濃度值以及超閾值聲光報警。程序采用模塊化設(shè)計思想,各個子程序的功能相對獨立,便于調(diào)試和修改。而硬件電路又大體可分為單片機小系統(tǒng)電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、聲光報警電路、LED顯示電路,按鍵電路,各部分電路的設(shè)計及原理將會在硬件電路設(shè)計部分詳細介紹。二、酒精測試儀總體方案設(shè)計2.1酒精濃度檢測儀設(shè)計要求分析設(shè)計的酒精濃度測試儀應(yīng)具有如下特點:(1)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以單片機為控制核心,外圍電路帶有LED顯示以及鍵盤響應(yīng)電路,無需要其他計算機,用戶就可以與之進行交互工作,完成數(shù)據(jù)的采集、存儲、計算、分析等過程。(2)系統(tǒng)具有低功耗、小型化、高性價比等特點。(3)從便攜式的角度出發(fā),系統(tǒng)成功使用了數(shù)碼管顯示器以及小鍵盤。由單片機系統(tǒng)控制鍵盤和LED顯示來實現(xiàn)人機交互操作,界面友好。(4)軟件設(shè)計簡單易懂。2.2酒精濃度檢測儀設(shè)計方案設(shè)計時,考慮酒精濃度是由傳感器把非電量轉(zhuǎn)換為電量,傳感器輸出的是0-5伏的電壓值且電壓值穩(wěn)定,外部干擾小等。因此,可以直接把傳感器輸出電壓值經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換得到數(shù)據(jù)送入單片機進行處理。此外,還需接人LED顯示,4*4鍵盤,報警電路等。其總體框圖如圖2-1所示。氣敏傳感器A/D轉(zhuǎn)換電路單片機氣敏傳感器A/D轉(zhuǎn)換電路單片機聲光報警電路LED顯示鍵盤空氣流量傳感器被測環(huán)境圖2-1基本工作原理圖三、硬件設(shè)計3.1.1傳感器的選擇本系統(tǒng)直接測量的是呼氣中的酒精濃度,再轉(zhuǎn)換為血液中的酒精含量濃度,故采用氣敏傳感器。考慮到周圍空氣中的氣體成分可能影響傳感器測量的準(zhǔn)確性,所以傳感器只能對酒精氣體敏感,對其他氣體不敏感,故選用MQ3型氣敏傳感器。其有很高的靈敏度、良好的選擇性、長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性。MQ3型氣敏傳感器由微型Al2O3,陶瓷管和SnO2敏感層、測量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼的腔體內(nèi),加熱器為氣敏元件的工作提供了必要的工作條件。傳感器的標(biāo)準(zhǔn)回路有兩部分組成。其一為加熱回路,其二為信號輸出回路,它可以準(zhǔn)確反映傳感器表面電阻值的變化。傳感器的表面電阻RS的變化,是通過與其串聯(lián)的負載電阻RL上的有效電壓信號VRL輸出面獲得的。負載電阻RL可調(diào)為0.5-200K。加熱電壓Uh為5v。上述這些參數(shù)使得傳感器輸出電壓為0-5V。MQ3型氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)和外形、標(biāo)準(zhǔn)回路、傳感器阻值變化率與酒精濃度、外界溫度的關(guān)系圖如圖3-3所示。為了使測量的精度達到最高,誤差最小,需要找到合適的溫度,一般在測量前需將傳感器預(yù)熱5分鐘。圖3-1MQ3結(jié)構(gòu)和外形圖3-2MQ3結(jié)構(gòu)圖圖3-3傳感器阻值變化率與酒精濃度、外界溫度之間的關(guān)系本系統(tǒng)測量時還需要測量呼氣量的大小,我們采用空氣流量傳感器空氣流量傳感器的熱線電阻和溫度補償電阻分別連接在電橋電路上,當(dāng)空氣流經(jīng)發(fā)熱元件(熱線電阻)時,熱線的溫度和電阻發(fā)生變化,空氣帶走的熱量與流過發(fā)熱元件的空氣質(zhì)量具有成正比的對應(yīng)關(guān)系,使得電橋失去平衡,控制電路將改變供給發(fā)熱云件的電流,使其溫度保持在設(shè)定溫度。當(dāng)電橋電流改變時,取樣電阻兩端的電壓也同時改變,從而將空氣流量的變化轉(zhuǎn)換為電壓信號的變化。信號電壓輸入adc0809中,輸出接8個發(fā)光二極管,根據(jù)發(fā)光二極管亮的多少判斷呼氣量的大小。3.2A/D轉(zhuǎn)換電路在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中,被測量對象的有關(guān)變化量,如溫度、壓力、流量、速度等非電物理量,須經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的模擬電信號(電壓或電流),這些模擬電信號必須轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后才能在單片機中用軟件進行處理。實現(xiàn)模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的器件稱為A/D轉(zhuǎn)換器(ADC)。A/D轉(zhuǎn)換器大致分有三類:一是雙積分A/D轉(zhuǎn)換器,優(yōu)點是精度高,抗干擾性好,價格便宜,但速度慢;二是逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器,精度、速度、價格適中;三是∑-△A/D轉(zhuǎn)換器。該設(shè)計中選用的是ADC0809屬第二類,是8位A/D轉(zhuǎn)換器。0809具有8路模擬信號輸入端口,地址線(23-25腳)可決定那一路模擬信號進行A/D轉(zhuǎn)換。22腳為地址鎖存控制,當(dāng)輸入為高電平時,對地址信號進行鎖存。6腳為測試控制,當(dāng)輸入一個2μs的高電平脈沖時,就開始A/D轉(zhuǎn)換。7引腳為A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志,當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時,7腳輸出高電平。9腳為A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出允許端,當(dāng)OE腳為高電平時,A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。10腳為0809的時鐘輸入端。3.2.1ADC0809的引腳及功能逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器在精度、速度、和價格上都適中,是最常用的A/D轉(zhuǎn)換器件。芯片采用的是ADC0809,以下介紹ADC0809的引腳及功能。芯片如圖3-4所示。圖3-4ADC0809的引腳ADC0809是一種逐次比較式8路模擬輸入、8位數(shù)字量輸出的A/D轉(zhuǎn)換器。由圖可見,ADC0809共有28個引腳,采用雙列直插式封裝。主要引腳功能如下:⑴IN0-IN7是8路模擬信號輸入端。⑵D0-D7是8位數(shù)字量輸入端。⑶A、B、C與ALE控制8路模擬通道的切換,A、B、C分別與3根地址線或數(shù)據(jù)線相連,3位編碼對應(yīng)8個通道地址端口。⑷OE、START、CLK為控制信號端,OE為輸出允許端,START為啟動信號輸入端,CLK為時鐘信號輸入端。⑸VR(+)和VR(-)為參考電壓輸入端。3.2.2ADC0809的結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)換原理ADC0809的結(jié)構(gòu)框圖如圖3-6。ADC0809采用逐次比較的方法完成A/D轉(zhuǎn)換的,由單一的+5V電源供電。片內(nèi)有鎖存功能的8路選1的模擬開關(guān),由C、B、A引腳的功能來決定所選的通道。0809完成一次轉(zhuǎn)換需100μs左右,輸出具有TTL三態(tài)鎖存緩沖器,可直接連接到MCS-51的數(shù)據(jù)總線上。通過適當(dāng)?shù)耐饨与娐罚?809可對0-5V的模擬信號進行轉(zhuǎn)換。STARTCLKSTARTCLKOEVR(+)VR(-)VCCGNDEOCD0...D7三態(tài)輸出鎖存器8位A/D轉(zhuǎn)換器地址鎖存與密碼CBAALE8路模擬量開關(guān)IN7….IN0圖3-6ADC0809的結(jié)構(gòu)框圖3.2.3ADC0809連線圖ADC0809與單片機的連線圖如圖3-7:圖3-7ADC0809的連線圖3.389C51單片機系統(tǒng)單片機是一種集成電路芯片,采用超大規(guī)模技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力(如算術(shù)運算,邏輯運算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理)的微處理器(CPU),隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM),只讀程序存儲器(ROM),輸入輸出電路(I/O口),可能還包括定時計數(shù)器,串行通信口(SCI),顯示驅(qū)動電路(LCD或LED驅(qū)動電路),脈寬調(diào)制電路(PWM),模擬多路轉(zhuǎn)換器及A/D轉(zhuǎn)換器等電路集成到一塊單塊芯片上,構(gòu)成一個雖小然而完善的計算機系統(tǒng)。這些電路能在軟件的控制下準(zhǔn)確、迅速、高效地完成程序設(shè)計者事先規(guī)定的任務(wù)。3.3.1單片機片內(nèi)結(jié)構(gòu)51單片機的片內(nèi)結(jié)構(gòu)如圖3-8所示。它把那些作為控制應(yīng)用所必需的基本內(nèi)容都集成在一個尺寸有限的集成電路芯片上。按功能劃分,它有如下功能部件組成:⑴微處理器(CPU)。⑵數(shù)據(jù)存儲器(RAM)。⑶程序存儲器(ROM/EPROM)。⑷4個8位并行I/O口(P0口、P1口、P2口、P3口)。⑸一個串行口。⑹2個16位定時器、計數(shù)器。⑹2個16位定時器、計數(shù)器。⑺中斷系統(tǒng)。⑻特殊功能寄存器(SFR)。上述功能部件都是通過片內(nèi)單一總線連接而成,其基本結(jié)構(gòu)依舊是CPU加上外圍芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。但CPU對各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。從硬件角度來看,與MCS-51指令完全兼容的新一代AT89CXX系列機,比在片外加EPROM才能相當(dāng)?shù)?031單片機抗干擾性能強,與87C51單片機技能相當(dāng),但功耗小。程序修改直接用+5V或+12V電源擦除,更顯方便、而且其工作電壓放寬至2.7V-6V,因而受電壓波動的影響更小,而且4K的程序存儲器完全能滿足單片機系統(tǒng)的軟件要求,故AT89C51單片機是構(gòu)造本檢測系統(tǒng)的更理想的選擇。3.3.289C51芯片介紹掌握MCS-51單片機,應(yīng)首先了解MCS-51的引腳,熟悉并牢記各引腳的功能,MCS-51系列中各種型號芯片的引腳是互相兼容的。制作工藝為HMOS的MCS-51的單片機都采用40只引腳的雙列直插封裝方式,如圖3-9所示。圖3-9AT89C51芯片管腳圖40只引腳按其功能來分,可分為如下3類:⑴電源及時鐘引腳:Vcc、Vss、XTAL1、XTAL2。電源引腳接入單片機的工作電源。Vcc接+5V電源,Vss接地。時鐘引腳XTAL1、XTAL2外接晶體與片內(nèi)的反相放大器構(gòu)成了1個晶體振蕩器,它為單片機提供了時鐘控制信號。2個時鐘引腳也可外接獨立的晶體振蕩器。XTAL1接外部的一個引腳。該引腳內(nèi)部是一個反相放大器的輸入端。這個反相放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。如果采用外接晶體振蕩器時,此引腳接地。XTAL2接外部晶體的另一端,在該引腳內(nèi)部接至內(nèi)部反相放大器的輸出端。若采用外部時鐘振蕩器時,該引腳接受時鐘振蕩器的信號,即
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