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文檔簡介
1、塔里木大學(xué)信息工程學(xué)院單片機原理與外圍電路課程論文題目基于單片機的四路搶答器姓名:李健豪學(xué)號:2021211214班級:計算機科學(xué)與技術(shù)15-2班摘要系統(tǒng)是以單片機的基本語言匯編語言來進行軟件設(shè)計,指令的執(zhí)行速度快,節(jié)省存儲空間。為了便于擴展和更改,軟件的設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu),使程序設(shè)計的邏輯關(guān)系更加簡 潔明了。使硬件在軟件的控制下協(xié)調(diào)運作。正文中首先簡單描述系統(tǒng)硬件工作原理,且附 以系統(tǒng)硬件設(shè)計框圖,并介紹了單片機微處理器的發(fā)展史,論述了本次畢業(yè)設(shè)計所應(yīng)用的各硬件接口技術(shù)和各個接口模塊的功能及工作過程,并描述了 AT89C51外接電路接口的軟、硬件調(diào)試。其次闡述了程序的流程和實現(xiàn)過程。本文撰寫
2、的主導(dǎo)思想是軟、硬件相結(jié) 合,以硬件為基礎(chǔ),來進行各功能模塊的編寫。關(guān)鍵詞 單片機;微處理器;AT89C51AbstractThis system edits collected materials the Ian guage to proceed wi thsin gle thebasic Ian guage ofa machi nethesoftwaredesig ns,thein struct ion carriesout the speed quick,savememory.Forthesakeof easy toexpa ndwith thedesig n adopti onmold
3、 alogicforturningcon structi on,making proceduredesig ningrelati on thatcha nge,software moreshorterand moreeasier tounderstand.Makehardwarecontrol in softwaredescended to moderate the operation. The textin sidedescribes the system hardware work prin ciplein brief first, an dattach with the system h
4、ardware desig n frame diagram, comb ine developme nt history that in troduced the sin gle a machi ne microprocess or,discuss this graduate desig n afun cti on for appliedeach hardwareconnecting apeople the tech nique conn ects with eachonea moldpiece and work processes, combine to describe in a spec
5、ificwayAT89C51 circumscribes the electric circuit conn ectsoscular and soft,the hardware adjusts to try. Expatiated the process of the proced ure the n ext in order with realizes process. The predo minance thoug ht thatthistextcompose is soft, the hardware combines together,regard inghardware as the
6、 foun dati on,proceed the plait of each functionmold piecewrite.Keywords Micro Con troller Unit; Microprocessor; AT89C51目錄1緒論-.4-1.1課題背景及研究意義 -.4-1.2國內(nèi)外現(xiàn)狀-.5-1.3課題的設(shè)計目的 -.5-1.4課題的主要工作-.5-2系統(tǒng)概述-.6-2.1設(shè)計要求.-.6-2.2、總體法案設(shè)計 -.6-3系統(tǒng)硬件設(shè)計 -.7-3.1元器件簡介 -.7-3.2系統(tǒng)總電路圖-.7-3.4時鐘電路設(shè)計-.8-3.5復(fù)位電路設(shè)計-.9-3.6 指示燈電路設(shè)計 -
7、.9-4系統(tǒng)軟件設(shè)計 -.1 0-4.1 系統(tǒng)程序設(shè)計 -.10-4.2仿真結(jié)果-.1 1-結(jié)論-.1.2-參考文獻-.13-附錄A系統(tǒng)整體電路-.14-附錄B全部程序清單-.15-附錄C PCB模擬圖-.18-附錄D 3D仿真圖-.19-1緒論1.1課題背景及研究意義近年來單片機發(fā)展十分迅速,單片機的應(yīng)用已經(jīng)滲透到電力、冶金、化工、建材、機 械、食品、石油等各個行業(yè)。學(xué)單片機就相當(dāng)于自己開發(fā)硬件, 擴展計算機硬件的功能,通過學(xué)習(xí)單片機也能對計 算機硬件知識有更深入的領(lǐng)悟,對于高級編程水平有一定幫助。學(xué)了單片機,就會對現(xiàn)在 比較流行的所謂“嵌入式”系統(tǒng)有比較明確的了解,比如IC卡(比如電話卡)
8、、射頻卡(比 如公交一通)、磁卡(比如銀行卡),還有什么GPS(全球定位,無非就是個能連到串口 的小電路模塊)、GPRS/GSI模塊(相當(dāng)于一部手機的核心部分)、CMOS/CCD像頭、LCD 顯示屏、CAN Bus、USB接口電路等等看似神秘的技術(shù)感到不再陌生。單片機又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系 統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講:一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質(zhì)量輕、價 格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時,學(xué)習(xí)使用單片機了解計算機原理與 結(jié)構(gòu)的最佳選擇。可以說,二十世紀跨越了三個“電”的時代,即電氣時代、電子時代和現(xiàn)已進入的電 腦時代。不
9、過,這種電腦,通常是指個人計算機,簡稱PC機。它由主機、鍵盤、顯示器等組成.還有一類計算機,大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計算機就是把智能賦予各種機械 的單片機(亦稱微控制器,如圖2所示)。顧名思義,這種計算機的最小系統(tǒng)只用了一片 集成電路,即可進行簡單運算和控制。因為它體積小,通常都藏在被控機械的“肚子”里。 它在整個裝置中,起著有如人類頭腦的作用,它出了毛病,整個裝置就癱瘓了。現(xiàn)在,這 種單片機的使用領(lǐng)域已十分廣泛,如智能儀表、實時工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電 器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機,就能起到使產(chǎn)品升級換代的功效,常在產(chǎn)品名稱前冠 以形容詞一一“智能型”,如智能型洗衣機等?,F(xiàn)在有些
10、工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子 開發(fā)者搞出來的某些產(chǎn)品,不是電路太復(fù)雜,就是功能太簡單且極易被仿制。究其原因, 可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機或其它可編程邏輯器件上。在計算機出現(xiàn)以前,有不少能工巧匠做出了不少精巧的機械。進入電器時代后,人們借助電氣技術(shù)實現(xiàn)了自動控制機械,自動生產(chǎn)線甚至自動工廠,并且大大地發(fā)展了控制理論。然而,在一些大 中型系統(tǒng)中自動化結(jié)果均不理想。只有在計算機出現(xiàn)后,人們 才見 到了希望的曙光。如今借助計算機逐漸實現(xiàn)了人類的夢想。但是,計算機出現(xiàn)后的相當(dāng)長的時間里,計算機作為科學(xué)武器,在科學(xué)的神圣殿堂里默默地工作,而工業(yè)現(xiàn)場的測控領(lǐng)域并沒有得到真正的 應(yīng)用。只有在單片機(Micro
11、controller) 出現(xiàn)后,計算機 才真正 地從科學(xué)的神圣殿堂走入尋常百姓家,成為廣大工程技術(shù)人員現(xiàn)代化技術(shù)革新,技術(shù)革命的有利武器。1.2國內(nèi)外現(xiàn)狀單片機誕生于20世紀70年代末,經(jīng)歷了 SCMMCUSoC三大階段。單片機是嵌入式 系統(tǒng)的獨立發(fā)展之路,向MCI階段發(fā)展的重要因素,就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化 解決;因此,專用單片機的發(fā)展自然形成了SoC化趨勢。隨著微電子技術(shù)、IC設(shè)計、EDA工具的發(fā)展,基于SoC的單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計有較大的發(fā)展。因此,對單片機的理解可以 從單片微型計算機、單片微控制器延伸到單片應(yīng)用系統(tǒng)。目前單片機滲透到我們生活的各個領(lǐng)域,幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片
12、機的蹤跡。 導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置,飛機上各種儀表的控制,計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸,工業(yè)自動化過 程的實時控制和數(shù)據(jù)處理,廣泛使用的各種智能IC卡,民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng),錄象機、攝象機,以及程控玩具等等,這些都離不開單片機。單片機的技術(shù)進步反映在內(nèi)部結(jié)構(gòu)、功率消耗、外部電壓等級以及制造工藝上。在這 幾方面,較為典型地說明了數(shù)字單片機的水平。在目前,用戶對單片機的需要越來越多, 但是,要求也越來越高。在單片機應(yīng)用中,可靠性是首要因素為了擴大單片機的應(yīng)用范圍 和領(lǐng)域,提高單片機自身的可靠性是一種有效方法。近年來,單片機的生產(chǎn)廠家在單片機 設(shè)計上采用了各種提高可靠性的新技術(shù):EFT(Ellectri
13、cal Fast Transient )技術(shù),低噪聲布線技術(shù)及驅(qū)動技術(shù),采用低頻時鐘。同時單片機在目前的發(fā)展形勢下還表現(xiàn)出可 靠性及應(yīng)用越來越水平高和互聯(lián)網(wǎng)連接,所集成的部件越來越多,功耗越來越低和模擬電路結(jié)合越來越多等發(fā)展趨勢。1.3課題的設(shè)計目的單片機作為一種工具,現(xiàn)在已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于智力和只是競賽場合。本次設(shè)計是基于 單片機51系列的理論知識綜合運用AT89C51單片機設(shè)計的簡易四路搶答器。利用AT89C51 單片機的外圍接口來實現(xiàn)搶答系統(tǒng),利用單片機的定時器 /計數(shù)器計數(shù)和定時的原理,將 軟、硬件有機的結(jié)合起來,使得系統(tǒng)能正確的記時,發(fā)光二極管能正常的閃爍。同時系統(tǒng) 能夠?qū)崿F(xiàn):在搶答過
14、程中只有在主持人按下開始搶答鍵開始之后搶答才有效,如果在開始搶答之前搶答視為無效。在搶答成功之后發(fā)光二極管會變成閃爍狀態(tài)與提示選手開始回答 問題。同時還有主持人控制的系統(tǒng)復(fù)位鍵,以實現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)位。還有按鍵鎖定,在一個選 手搶答成功或者法規(guī)狀態(tài)下其他按鍵無效。通過這次的設(shè)計,對51系列的單片機的運用有了更深一層次的了解,也提高了我們 的動手能力,加深我們對單片機的映像,為我們以后的學(xué)習(xí)打下一定的基礎(chǔ)。1.4課題的主要工作本次設(shè)計是基于單片機51系列的理論知識綜合運用AT89C51單片機設(shè)計的簡易四路 搶答器。利用AT89C51單片機的外圍接口來實現(xiàn)搶答系統(tǒng)。主要工作如下:搶答器接上電源之后,左上
15、為主持人使用的復(fù)位鍵,左下為主持人使用的開始搶答鍵, 右下的鍵為供選手使用的搶答鍵, 從右下往上分別為選手一至選手四的按鍵, 在主持人還 沒有按下開始搶答鍵是若有選手按下?lián)尨疰I,則其選手相應(yīng)的指示燈會閃爍以提示其犯 規(guī),此時主持人應(yīng)按下復(fù)位鍵,重新開始。如選手搶答成功之后,其相應(yīng)的指示燈會亮3秒,之后會變成閃爍以提示選手作答。2系統(tǒng)概述2.1設(shè)計要求(1) 、總共6個按鍵,兩個供主持人用于“開始搶答”和“復(fù)位”操作,四個供四個 選手用作“搶答”操作。(2) 、用1個發(fā)光二極管用作開始搶答的指示燈, 用4個發(fā)光二極管分別顯示4個選 手的搶答狀態(tài)。(3) 、開始搶答后,哪個選手搶答鍵最先按下,該選
16、手的搶答指示燈點亮,表示搶答 成功,此時其他選手再按鍵為無效,搶答成功后開始 3秒計時,到時指示燈變?yōu)殚W爍,以 提示選手選手搶答后必須3秒內(nèi)回答問題,否則視為犯規(guī)。(4) 、開始搶答前,若有選手按下?lián)尨疰I,則其對應(yīng)的指示燈變?yōu)殚W爍,表示該選手 犯規(guī),此時有選手按鍵都將無效。(5) 、出現(xiàn)犯規(guī)后,主持人可以利用“復(fù)位鍵”重新開始。2.2、總體法案設(shè)計方案:依據(jù)課題要求,基于AT89C51單片機制作的搶答器,其最大的好處就是處理快, 準確性高、可靠性好、控制功能強。采用51系列的單片機AT89C51作為控制中心,系統(tǒng)可以完成運算控制、信號的控制 以及顯示的功能。選手通過按鍵開光作為輸入信號完成輸入
17、信號的觸發(fā),主持人根據(jù)選手的輸入信號準確的判斷最先按下的選手且屏蔽其他的搶答信號,讓選手作答。使用外部中斷方式來實現(xiàn)開始搶答,運用按鍵復(fù)位來實現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)位,其系統(tǒng)原理框圖如下:內(nèi)部時鐘電路選手按鍵搶答開光AT89單 片 機選手搶答指示燈C51,“圖一系統(tǒng)原理框圖復(fù)位電路3系統(tǒng)硬件 3.1元器件簡介AT89C51單片機,其內(nèi)部帶有4KB的掩膜ROM無需擴展外部程序存儲器。其中:CVV供電電壓。GND接地。P0 口: P0 口為一個8位漏級開路雙向I/O 口,每腳可吸收8TTL門電流。P0能夠用 于外部程序數(shù)據(jù)存儲器,它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。P1 口: P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的
18、 8位雙向I/O 口, P1 口緩沖器能接收輸出4TTL 門電流。P1 口管腳寫入1后,被內(nèi)部上拉為高,可用作輸入,P1 口被外部下拉為低電平 時,將輸出電流,這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2 口: P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O 口,P2 口緩沖器可接收,輸出4個 TTL門電流,當(dāng)P2 口被寫“ 1”時,其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高,且作為輸入。 P2口當(dāng)用 于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時,P2 口輸出地址的高八位。P3 口: P3 口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O 口,可接收輸出4個TTL門電流。 P3 口也可作為AT89C51的一些特殊功能口: P3.0
19、RXD (串行輸入口); P3.1 TXD (串行輸 出口); P3.2 /INT0 (外部中斷0); P3.3 /INT1 (外部中斷1); P3.4 T0 (記時器0外部 輸入);P3.5 T1 (記時器1外部輸入);P3.6 /WR (外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通);P3.7 /RD (外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)。RST復(fù)位輸入。EA/VPP當(dāng)/EA保持低電平時,則在此期間外部程序存儲器,不管是否有內(nèi)部程序存 儲器。當(dāng)/EA端保持高電平時,此間內(nèi)部程序存儲器。XTAL1反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2來自反向振蕩器的輸出。3.2系統(tǒng)總電路圖圖二、總電路圖3.3獨立式按鍵電路P
20、tJ且M3re. i/a>iIRUIP口 WNIZ m 5/AI>5 IPCLtiZj%l>CS FO'.7/Al>7亡.CM加 g、打電F 2 3!/fl TilF2 .3/A-I1 P2.4/A1I2F3 OWIiS F2.DXA1-4 rS.7ZA15P3 CRX-L1 P3 1XTXD F3.2<INT0 P33/II4 m i.wro ra.sTi pa .saaTr-如上圖5個獨立式按鍵K1 K4分別接在P2 口的P2.0 P2.3另外一端接地。當(dāng)有一鍵按下時相應(yīng)的口線的電平發(fā)生變化,單片機進行掃描確定哪個鍵按下。K5接P3.3接外部中斷1,作
21、為主持人開始搶答鍵的按鍵。當(dāng) 5個鍵中的其中一個鍵按下時,其對應(yīng)的指 示燈也相對的被點亮。3.4時鐘電路設(shè)計C1S *a J30pFC2 ->XTAL1XTAL2 亠I 16I| xi .CRYSTAL“ TEX:i坦如上圖示,為時鐘電路,單片機必須在時鐘驅(qū)動下才能正常的工作,在單片機內(nèi)部有 一時鐘振蕩電路,只需外接一個振蕩源就可以一定的時鐘信號送到各個單元,采用12MHz的晶振,其時鐘周期為1/12us,電路中兩個電容C1和C2的作用:一是幫組振蕩器起振; 二是對振蕩器的頻率進行微調(diào),它們的值都為 30PF。3.5復(fù)位電路設(shè)計單片機的第9引腳RST是復(fù)位端,只要在復(fù)位端保持兩個周期以上
22、的高電平,就可以實現(xiàn)復(fù)位。上圖采用按鍵手動復(fù)位中的按鍵電平復(fù)位,由復(fù)位按鍵和10PF的電容,以及一個200Q的電阻和一個1KQ的電阻構(gòu)成復(fù)位電路,當(dāng)復(fù)位鍵按下就對單片機進行復(fù)位。單片機 復(fù)位完成之后,系統(tǒng)程序?qū)?000H開始執(zhí)行。3.6指示燈電路設(shè)計上圖為指示燈電路,采用共陽極的方式,為低電平是發(fā)光二級管亮,即發(fā)光二級管的 正極接上500Q的保護電阻在接到高電平,另外一端接到單片機的P1 口的P1.0 P1.4 ,當(dāng)其對應(yīng)的按鍵按下時,相應(yīng)的二極管就會被點亮。4系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1系統(tǒng)程序設(shè)計在搶答過程中,有多個信號輸入主電路中,單片機內(nèi)部的寄存器工作,并識別、記錄 第一個搶答的人,同時內(nèi)部的
23、定時器開始工作,記錄有關(guān)的時間信號,在整個搶答過程中, 顯示電路還要根據(jù)現(xiàn)場的實際情況來相應(yīng)的顯示輸入信號。采用外部中斷一,且為下降源觸發(fā),在設(shè)計中包括:主程序、查詢程序、非法搶答處 理程序、正常搶答處理程序、顯示程序。主程序流程圖如下:4.2仿真結(jié)果1. 軟件測試開始,由裁判按k5選擇開始。D5燈亮2. 假如k4選手搶答成功,則D4燈亮TALI>XTAIZHL5TM實吝冬_ MELIZramHUQw -nDunnDUDrraAJEbrzo/6Fxi PZABP2.MM-E FZJVaDFl IDFi.im剛FIT嚴訓(xùn)EiMlr-fmFl.bPi*nn<FZ5TIPI崎PIWPl.
24、1P3?ir'hfO6rAijk f H&!''3. 搶答結(jié)束后,由裁判K6,復(fù)位。所有燈熄滅l""lXi. i . iu 電 FMI%£TE L Uxt/lzRgTBJlfl 聞 ru.ifADi 吃MEE raa'ADsras*AD5 FTIfV«ffiR3.?f*PFZfi'/V rz.* rzjMiir.«rn1£FZTAfi e rh'i :-:ira.iri PlgTtlgTJrnra.-diQ rJaril *3HOTCZeC4 a ' a.ww.UWP j
25、-r Eurm.4 “©as結(jié)論通過這次的單片機四路搶答器的課程設(shè)計,我認為不僅檢驗了我對所學(xué)知識的掌握程度,也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情,如何去做一件事情,又如何去完成一件事情。通過 這次的設(shè)計,讓我對單片機的知識又有了近一步的了解,讓我在多方面都有了一定的提高。 通過這次設(shè)計,綜合運用本專業(yè)所學(xué)習(xí)的課程的理論,設(shè)計工作的實際訓(xùn)練從而提高我們的獨立的工作能力,鞏固我們所學(xué)的知識,提高了我們我們的獨立思考能力。在設(shè)計的過 程中,我遇上了許多的問題,但是我沒有放棄,在不明白的地方,及時的查閱材料,問老 師,問同學(xué),順利地編寫程序,仿真,調(diào)試。通過這次的實訓(xùn)在軟件方面在進一步學(xué)習(xí)了匯編程
26、序編譯環(huán)境keil uVisi on2,并且學(xué)習(xí)新的軟件ISIS 7 Professional,學(xué)習(xí)在上面畫電路圖,仿真電路。在此、我感謝此次實訓(xùn)帶我們的張任老師,還有那些在課程設(shè)計中幫助我的同學(xué)。參考文獻1 李廣弟等單片機基礎(chǔ)M.北京航空航天出版社,2001.2 夏繼強.單片機實驗與實踐教程.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,20013 胡健.單片機原理及接口技術(shù),機械工業(yè)出版社4 陳海宴.51單片機原理及應(yīng)用M.北京航空航天大學(xué)出版社,2010.5 杜禮霞.51系列單片機實驗指導(dǎo)書,應(yīng)用技術(shù)學(xué)院6 何立民.單片機高級教程.第1版北京:北京航空航天大學(xué)出版社,20017 徐惠民、安德寧.單片微型
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32、程序-=ORG 0100HKAISHI:MOV SP,#60HSETB EA;開外部中斷SETB EX1;開外部中斷1SETB IT1SETB P3.3NEXT:MOV P1,#0FFHMOV P2,#0FH ;選手指示燈初始狀態(tài)全滅MOV R4,#15MOV A,#5JNB P2.0,FEIFA1;判斷主持人開關(guān)未按下時開關(guān)1是否搶答JNB P2.1,FEIFA2;判斷主持人開關(guān)未按下時開關(guān)2是否搶答JNB P2.2,FEIFA3;判斷主持人開關(guān)未按下時開關(guān)3是否搶答JNB P2.3,FEIFA4;判斷主持人開關(guān)未按下時開關(guān)4是否搶答SJMP NEXT;跳轉(zhuǎn)到程序 NEXTFEIFA1:CLR P1.0;選手一的非法搶答處理程序ACALL DINGSHI;調(diào)用子程
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