畢業(yè)論文-歌曲比賽搶答系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

1、大連東軟信息學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）論文題目論文題目：歌曲比賽搶答系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)系 所： 電子工程系 專 業(yè)： 電子信息工程（嵌入式系統(tǒng)工程方向） 學(xué)生姓名： 學(xué)生學(xué)號： 指導(dǎo)教師： 導(dǎo)師職稱： 講師 完成日期： 2014年5月2日 大連東軟信息學(xué)院Dalian Neusoft University of Information大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 摘要 IV歌曲比賽搶答系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)摘 要隨近幾年，各個電視頻道播出娛樂節(jié)目，如我愛記歌詞、非誠勿擾、中國夢想秀等節(jié)目。其中有音樂播放、數(shù)字顯示、亮燈提示和按鍵事件，這些事件都與電子工程和計算機行業(yè)息息相關(guān)。為此，我以單片機為核心元件設(shè)

2、計一個歌曲比賽搶答系統(tǒng)。并在本系統(tǒng)中實現(xiàn)音樂播放，數(shù)字顯示，亮燈提示和按鍵事件等。歌曲比賽搶答系統(tǒng)適于多人游戲和比賽。通過播放歌曲，考察搶答者對歌曲的認知，甚至考察搶答者反應(yīng)能力和記憶力。本文將介紹本系統(tǒng)的三個重要部分，既編程語言、硬件和軟件部分。其中編程語言采用C語言；硬件電路有5個部分，既單片機時鐘電路、復(fù)位電路、Speaker電路、按鍵的輸入電路和一位數(shù)碼管電路。而Speaker電路能播放音樂和LED顯示選手搶答時的提示。數(shù)碼管提示音樂的選擇。按鍵輸入電路提供選手的搶答信號和主持人的控制信號。而時鐘和復(fù)位電路能使單片機正常工作；軟件主要有KEIL，PROTEUS。通過前期的工作，可得到設(shè)

3、計本系統(tǒng)的流程圖或框圖；可得到PROTEUS軟件對硬件電路圖的仿真圖和KEIL軟件對本系統(tǒng)實現(xiàn)各個功能模塊的代碼。通過軟件對代碼和電路圖的仿真和硬件對各個功能模塊的實現(xiàn)，進而得到歌曲比賽搶答系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：單片機，按鍵，一位數(shù)碼管，蜂鳴器，C語言，PROTEUS大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） AbstractThe Design and Implementation of the Songs Game Responder SystemAbstractIn recent years, various television channels broadcast entertainment prog

4、rams, such as I love the lyrics in mind, if you are the one, Chinese dream show program. The music player, digital display, lighting tips and key events, these events are closely connected with the electronic engineering and computer industry. Therefore, I design a songs game responder system with u

5、sing Microcontroller as the core components. And the system can play music, display digital, point out lighting and press the key events. Songs game responder system is fit for multiplayer games. By playing songs and investigating the responder cognition to the song, even the responders reaction abi

6、lity and memory.This essay will introduce three important part of the system, both hardware and software, programming language. The programming language using C language; hardware circuit has 5 parts, Microcontroller Clock circuit, Reset circuit, Speaker circuit, Keyboard input circuit, and a four b

7、it digital tube circuit. The Speaker circuit can play music, LED can alarm and answer the first. Digital can display the music selection. The Keyboard input circuit which can provide the responder signal and the host signal. The Clock and Reset circuit can make the computer work; software mainly inc

8、ludes KEIL and PROTEUS.In previous work, we can get the design of the system flow chart or diagram; available PROTEUS software on the hardware circuit diagram and KEIL software simulation of the system realization of each function module code. Through the simulation and hardware of the code and the

9、circuit diagram of the software of each function module, then get the song contest Responder system.Key words: Microcontroller, Key, Digital tube, Buzzer, C Language, PROTEUS大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 目錄目 錄 TOC o 1-3 u 摘 要 PAGEREF _Toc387741587 h IAbstract PAGEREF _Toc387741588 h II第1章緒 論 PAGEREF _Toc38774158

10、9 h 11.1 課題研究背景與意義 PAGEREF _Toc387741590 h 11.2 課題研究內(nèi)容與方法 PAGEREF _Toc387741591 h 1第2章硬件和軟件的選擇 PAGEREF _Toc387741592 h 22.1 單片機的型號的選擇 PAGEREF _Toc387741593 h 22.2 數(shù)碼管和LCD的選擇 PAGEREF _Toc387741594 h 22.3 數(shù)碼管電路的設(shè)計 PAGEREF _Toc387741595 h 22.4 按鍵電路的設(shè)計 PAGEREF _Toc387741596 h 32.5 軟件的選擇 PAGEREF _Toc3877

11、41597 h 32.6 編程語言的選擇 PAGEREF _Toc387741598 h 3第3章系統(tǒng)需求分析 PAGEREF _Toc387741599 h 43.1 系統(tǒng)設(shè)計目標 PAGEREF _Toc387741600 h 43.2 系統(tǒng)功能需求 PAGEREF _Toc387741601 h 43.3 單片機引腳特殊功能 PAGEREF _Toc387741602 h 53.4 歌曲比賽搶答器的工作流程 PAGEREF _Toc387741603 h 63.5 集成開發(fā)環(huán)境 PAGEREF _Toc387741604 h 73.6 系統(tǒng)非功能需求 PAGEREF _Toc387741

12、605 h 83.6.1 元器件的性能 PAGEREF _Toc387741606 h 83.6.2 系統(tǒng)的成本 PAGEREF _Toc387741607 h 83.7 系統(tǒng)技術(shù)可行性分析 PAGEREF _Toc387741608 h 9第4章系統(tǒng)硬件電路實現(xiàn) PAGEREF _Toc387741609 h 104.1 復(fù)位電路設(shè)計 PAGEREF _Toc387741610 h 104.2 LED顯示模塊與按鍵模塊 PAGEREF _Toc387741611 h 104.3 數(shù)碼管顯示模塊 PAGEREF _Toc387741612 h 114.4 蜂鳴器播放音樂模塊 PAGEREF _

13、Toc387741613 h 134.5 系統(tǒng)功能框圖 PAGEREF _Toc387741614 h 14第5章軟件配置環(huán)境 PAGEREF _Toc387741615 h 165.1 KEIL軟件環(huán)境配置 PAGEREF _Toc387741616 h 165.2 PROTEUS軟件環(huán)境配置 PAGEREF _Toc387741617 h 175.3 PROTEUS與KEIL聯(lián)合調(diào)試軟件配置 PAGEREF _Toc387741618 h 17第6章系統(tǒng)測試 PAGEREF _Toc387741619 h 196.1 測試概述 PAGEREF _Toc387741620 h 196.2 測

14、試用例 PAGEREF _Toc387741621 h 196.2.1 數(shù)據(jù)發(fā)送 PAGEREF _Toc387741622 h 196.2.2 模塊最終的測試 PAGEREF _Toc387741623 h 19第7章結(jié)論 PAGEREF _Toc387741624 h 20參考文獻 PAGEREF _Toc387741625 h 22致 謝 PAGEREF _Toc387741626 h 23大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）- 第1章緒 論電子產(chǎn)品給生活帶來諸多方便與利益，以至于它能迅速發(fā)展。關(guān)聯(lián)所學(xué)專業(yè)知識，以單片機為核心元件，設(shè)計一個歌曲比賽搶答系統(tǒng)?？刹シ湃舾墒赘枨?，該歌曲搶答器提供

15、8個選手按鍵和兩個主持人按鍵。數(shù)碼管顯示歌曲曲目，LED作為選手搶答提示。主持人控制該系統(tǒng)的使用。開發(fā)本系統(tǒng)具有教育的正面影響。在開發(fā)過程中，正面促進開發(fā)人員對專業(yè)知識的理解和掌握，利用所學(xué)知識應(yīng)用到現(xiàn)實生活中。系統(tǒng)在應(yīng)用過程中，還可以提高人們的反應(yīng)能力和記憶力，以及人們對新事物的認知能力?？紤]到它的安全性，設(shè)計的硬件電路不會發(fā)生強烈爆炸事件，電壓穩(wěn)定且較小，避免觸電造成極大的傷害。1.1 課題研究背景與意義一直以來，電子系統(tǒng)不斷更新且無處不在，而電子系統(tǒng)最常見的幾種模塊功能有按鍵、LED顯示、數(shù)碼管和蜂鳴器等。為此，我設(shè)計一個歌曲比賽搶答系統(tǒng)，將其命名為歌曲比賽搶答系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)。并在本系統(tǒng)

16、中實現(xiàn)音樂播放、數(shù)字顯示、亮燈提示和按鍵事件等。歌曲比賽搶答系統(tǒng)類似模擬我愛記歌詞現(xiàn)場活動。會吸引從多愛唱歌的人，愛記歌詞的選手。生活中，我們除了要學(xué)習(xí)和勞動以外。在業(yè)余時間里，我們可通過游戲或活動來改變心情。歌曲比賽搶答系統(tǒng)適于多人游戲和比賽。通過播放歌曲，考察搶答者對歌曲的認知，甚至考察搶答者反應(yīng)能力和記憶力。在娛樂中認識新曲子，在比賽中彼此競爭。1.2 課題研究內(nèi)容與方法本系統(tǒng)設(shè)計主要研究硬件電路設(shè)計和硬件電路的功能代碼。硬件電路有4個部分組成，既單片機的Speaker電路、按鍵的輸入電路、數(shù)碼管驅(qū)動電路和一位數(shù)碼管電路。其中單片機時鐘電路、復(fù)位電路：單片機正常工作需要。Speaker(

17、蜂鳴器)電路：用于音樂播放。按鍵的輸入電路：包括8位選手按鍵、播放和停止按鍵、音樂選段鍵。這些按鍵主要提示選手的搶答信息和主持人的控制信息。歌曲曲目的顯示是通過數(shù)碼管驅(qū)動電路和一位數(shù)碼管電路實現(xiàn)。大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第2章硬件和軟件的選擇為了實現(xiàn)歌曲比賽搶答系統(tǒng)，首要考慮到系統(tǒng)所需的硬件和軟件，對于所需的軟件和硬件可有不同選擇。如單片機型號的選擇、LCD或是數(shù)碼管輸出顯示的選擇，按鍵電路的設(shè)計，硬件電路的設(shè)計的選擇、軟件的選擇和編程語言的選擇等。以下是本章對比硬件和軟件的選擇，通過對比，選擇與本系統(tǒng)匹配且簡易的方案，我們將會采納。2.1 單片機的型號的選擇本系統(tǒng)核心元件是單片機。方

18、案一：51系列單片機由Intel公司推出，主要有8031系列和8051系列。方案二：Atmel公司以8051的內(nèi)核為基礎(chǔ)推出了AT89系列單片機。其中AT89C51、AT89C52、AT89S51、AT89S52、AT89S8252等單片機完全兼容8051系列單片機，所有的指令功能也是一樣的。就是功能上做了一系列的擴展，比如說AT89S系列都支持ISP功能，AT89S52和AT89S8252單片機增加了內(nèi)部WDT功能，增加了一個定時器等功能，但此型號的單片機在市場上很少出現(xiàn)且其價格高。方案三：STC89C51系列單片機具有完全的兼容8051系列單片機，且廣泛推出市場，價格低，適合小企業(yè)和學(xué)校開

19、發(fā)簡單的系統(tǒng)。如上所述，我們將采取方案三。2.2 數(shù)碼管和LCD的選擇方案一：采用LCD顯示組別號碼，LCD具有低功耗，畫面效果好，分辨率高的特點，但是由于需要顯示組別數(shù)字，信息量較少，且由于LCD顯示屏是以點陣的模式顯示各個符號，編程工作量大，成本高。方案二：使用數(shù)碼管顯示，數(shù)碼管具有耐老化，防曬的特點，外接環(huán)境要求低，易于維護，同時精確度高，操作簡單，采用BCD編碼顯示數(shù)字，程序編譯容易，價格便宜的特點，廣泛應(yīng)用于小型企業(yè)和教育領(lǐng)域中。本設(shè)計只需要顯示組別，顯示簡單，通過對比，我們最后采納方案二。2.3 數(shù)碼管電路的設(shè)計數(shù)碼管顯示電路可以使用共陰極的數(shù)碼管和共陽極的數(shù)碼管進行設(shè)計。 方案一

20、：采用共陰極的數(shù)碼管設(shè)計顯示電路。如果使用共陰極的數(shù)碼管設(shè)計顯示電路，需要用到三極管且改變硬件電路和代碼。此方案的硬件電路過于復(fù)雜，我們不會優(yōu)先考慮這個方案。方案二：采用共陽極的數(shù)碼管設(shè)計顯示電路。只需要一個共陽極數(shù)碼管就能實現(xiàn)數(shù)碼管顯示電路。硬件電路簡潔明了，程序代碼簡單易懂。這也是程序員通常采納的方案。如上所述，我們將會采納方案二。2.4 按鍵電路的設(shè)計鍵盤是單片機系統(tǒng)中通過的輸入設(shè)備，用于向系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)或控制信息。常用的鍵盤有兩種，分別是獨立鍵盤和矩陣式鍵盤。方案一：采用矩陣鍵盤矩陣式鍵盤相對其更加靈敏，并且可擴展更多按鍵，適用于按鍵數(shù)量較多的場合。方案二：采用獨立式按鍵獨立式鍵盤接口電

21、路，它的硬件電路和軟件編程都比較簡單，但是每個按鍵必須占一根I/O口線，在按鍵個數(shù)較多的時候，I/O口線的資源浪費較大，故只在按鍵數(shù)量不多時采用該電路。本設(shè)計所需要的搶答鍵只需要8個和音樂播放按鍵一個，按鍵的個數(shù)不算多，雖然矩陣式鍵盤有其較高的靈敏性，但是，從編程角度出發(fā)，最終還是選擇獨立式鍵盤。如上所述，我們將會采納方案二。2.5 軟件的選擇專業(yè)課程的學(xué)習(xí)中，KEIL、PROTEUS和STC_ISP.EXE等軟件是嵌入式開發(fā)時常用軟件。嵌入式系統(tǒng)開發(fā)程序，我們通常使用KEIL、PROTEUS和STC_ISP.EXE軟件開發(fā)基于單片機的系統(tǒng)。KEIL軟件是進行代碼的編寫軟件，且可以檢測代碼編輯

22、是否出現(xiàn)錯誤和警告。PROTEUS軟件是對硬件電路的仿真軟件。STC_ISP.EXE軟件是給STC單片機下載程序的軟件。這三個軟件對開發(fā)單片機系統(tǒng)具有高效的作用力。如上所述，三個軟件我們都采納。2.6 編程語言的選擇基于單片機開發(fā)系統(tǒng)的編程語言，常見C語言和匯編兩種。方案一：匯編的特點是效率高，對硬件的可操控性更強，體積小，不易維護，可移植性很差。方案二：C語言簡潔緊湊、靈活方便、運算符豐富、數(shù)據(jù)類型豐富。C語言是結(jié)構(gòu)式語言。它的語法限制不太嚴格，程序設(shè)計自由度大、生成目標代碼質(zhì)量高，程序執(zhí)行效率高、適用范圍大，可移植性好。如上所述，我們采取方案二。第3章系統(tǒng)需求分析本章介紹歌曲比賽搶答系統(tǒng)，

23、該系統(tǒng)可用于8組的智力競賽。比賽前，我們將8個LED全部表示熄滅，K3-K10按鍵表示參賽選手，K1是主持人操作音樂的播放和停止操作，K2是主持人對歌曲曲目選擇的操作。蜂鳴器是播放音樂。主持人按下K1鍵既播放音樂并等待音樂段播放停止后，選手開始搶答。而搶答選手首位搶答的信息將會在相對應(yīng)的LED上發(fā)亮。之后，按下任何一路搶答按鈕均不起反應(yīng)。只有主持人再次啟動系統(tǒng)或按下復(fù)位鍵后，才能進行下一次搶答。系統(tǒng)具有電路簡單、成本較低、操作方便、靈敏可靠等優(yōu)點，使用效果良好，具有較高的推廣價值。3.1 系統(tǒng)設(shè)計目標歌曲比賽搶答器系統(tǒng)的主要功能包LED顯示模塊、按鍵模塊、數(shù)碼管顯示模塊和蜂鳴器播放音樂模塊等4

24、個模塊。這些模塊主要由STC8951單片機的I/O端口、定時器和外部中斷擴展功能來控制。其功能控制分別控制按鍵的操作、蜂鳴器的響應(yīng)、LED和數(shù)碼管的顯示等。此次設(shè)計的主要目標是：1）實現(xiàn)8路選手的搶答。2）三首歌曲的播放或停止。3）供三段音樂切換并將歌曲曲目顯示在數(shù)碼管上。4）選手首位搶答成功，對應(yīng)的LED閃亮。以此同時本系統(tǒng)將結(jié)束工作。3.2 系統(tǒng)功能需求根據(jù)需求調(diào)研結(jié)果確定本系統(tǒng)主要包括以下功能模塊。本系統(tǒng)包括4個功能模塊，LED顯示功能模塊、按鍵功能模塊、數(shù)碼管顯示功能模塊和蜂鳴器播放/停止歌曲功能模塊。輸入設(shè)備：此模塊主要是按鍵的輸入，采用獨立式按鍵實現(xiàn)，每個按鍵代表著歌曲比賽搶答系統(tǒng)

25、中的參賽選手。參賽過程，每位參賽選手的機會是公平的。我們采用首位優(yōu)先搶答模式，參賽選手能夠在音樂播放停止后，以最快的速度搶答并且能答對播放的歌名，則表示該選手在這一次比賽中獲得勝利。輸出設(shè)備：本系統(tǒng)中有三個輸出設(shè)備，分別是LED和數(shù)碼管和蜂鳴器的輸出。其中LED的輸出與按鍵輸入操作是相對應(yīng)的，既8個LED燈D1-D8分別對應(yīng)按鍵的是K3-K10，當(dāng)K3首次按下時，則D1燈將會發(fā)亮。以此類推，按鍵的操作影響著LED的輸出顯示。其次，數(shù)碼管是由K2按鍵控制，初始化時，數(shù)碼管輸出數(shù)字是“0”，首次按下K2鍵，則數(shù)碼管將顯示“1”的數(shù)字。本系統(tǒng)設(shè)計3段歌曲，故數(shù)碼管輸出的數(shù)字有“0”“1”“2”，每次

26、按鍵的按下的次數(shù)將進行累計，累計至3次就返回重新計數(shù)。最后，蜂鳴器的輸出，單片機開發(fā)板上的K1鍵是控制歌曲的播放和停止的輸出操作，首次按下K1時，則蜂鳴器輸出對應(yīng)的歌曲，在此操作下，我們再次按下K1，則蜂鳴器將停止播放該歌曲。控制設(shè)備：復(fù)位電路，復(fù)位是計算機的一個重要工作狀態(tài)。在單片機工作時，接電之前要復(fù)位，斷電后也要復(fù)位，發(fā)生故障也要復(fù)位，在搶答器中復(fù)位則是為定時做鋪墊的，在搶答之前要復(fù)位，搶答完畢業(yè)要復(fù)位，按了復(fù)位鍵之后，LED的顯示的是0。單片機的復(fù)位引腳RST（全稱RESET）出現(xiàn)2個機器周期以上的高電平時，單片機就執(zhí)行復(fù)位操作。整個復(fù)位電路包括芯片內(nèi)外二部分。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號通

27、過復(fù)位引腳RST進入片內(nèi)的觸發(fā)器(抑制噪聲作用)再與片內(nèi)復(fù)位電路相連。復(fù)位電路每個機器周期對觸發(fā)器的輸出采樣一次。當(dāng)RST引腳保持兩個機器周期(24個時鐘周期)以上的高電平時，STC89C51進入復(fù)位狀態(tài)?？刂平涌谄渌鼧I(yè)務(wù)模塊的描述如表3.1所示。表3.1 控制接口其它業(yè)務(wù)功能功能編號功能名稱功能描述優(yōu)先級1音樂播放/停止按鍵接口主持人可操作音樂的播放和停止操作低210個按鍵接口10個按鍵表示參賽的選手高3數(shù)碼管接口顯示主持選擇的音樂段低4蜂鳴器接口播放音樂低3.3 單片機引腳特殊功能特殊功能寄存器是80C51單片機中各功能部件對應(yīng)的寄存器，用于存放相應(yīng)功能部件的控制命令，狀態(tài)或數(shù)據(jù)。它是80

28、C51單片機中最具有特色的部分，現(xiàn)在幾乎所有80C51系列功能的增加和擴展都是通過增加特殊功能寄存器來達到目的的。英文縮寫為SFR，是Special Function Register(特殊功能寄存器)的縮寫。STC89C51特殊功能寄存器如下表3.2所示：表3.2 AT89C51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)寄存器指針低8位DPH83H數(shù)據(jù)寄存器指針高8位IEA8H中斷允許控制器IPD8H中斷優(yōu)先控制器P080H端口0P190H端口1P2A0H端口2P3B0H端口3PCON87H電源控制及波特率選擇S

29、CON98H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高8位TH18DH定時器1高8位對于80C51系列中的80C51，共定義了21個特殊功能寄存器。在80C52中，除了80C51的21個特殊功能寄存器，還增加了5個，共計26個。表中帶*號僅在52子系列單片機存在。SFR也是一種擴充數(shù)據(jù)類型，占用一個內(nèi)存單元，值域為0255。利用它可以訪問51單片機內(nèi)部的所有特殊功能寄存器。如用sfr P1 = 0 x90定P1為P1端口在片內(nèi)的寄存器，在后面的語句中我們可以用P1 = 2

30、55（對P1端口的所有引腳置高電平）之類的語句來操作特殊功能寄存器。SFR的地址空間為80HFFH，但是僅有21個（80C51子系列）或26個（80C52子系列）字節(jié)作為特殊功能寄存器離散分布在這128個字節(jié)范圍內(nèi)，其余字節(jié)無定義，用戶也不能對這些單元進行讀/寫操作。3.4 歌曲比賽搶答器的工作流程硬件環(huán)境歌曲比賽搶答器的基本工作原理：在程序加載運行時，初始化數(shù)碼管、K1鍵和K2鍵。在搶答的過程中，數(shù)碼管顯示電路、蜂鳴器播放音樂電路和LED顯示電路等還要根據(jù)現(xiàn)場的實際情況向外部電路輸出響應(yīng)信號。搶答的工作流程分為系統(tǒng)復(fù)位和正常流程兩部分。歌曲比賽搶答器的工作流程如下圖3.1所示：圖3.1 歌曲

31、比賽搶答器的工作流程3.5 集成開發(fā)環(huán)境系統(tǒng)：Windows7開發(fā)環(huán)境：KEIL uVison3 PROTEUS編程語言：C51硬件環(huán)境：單片機開發(fā)板3.6 系統(tǒng)非功能需求3.6.1 元器件的性能1）LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)與主要特性LED數(shù)碼管是由發(fā)光二極管構(gòu)成的，亦稱半導(dǎo)體數(shù)碼管。若按規(guī)定使某些筆段上的發(fā)光二極管，就能顯示從09的一系列數(shù)字。它具有體積小、功耗低、奶震動、壽命長、亮度高、單色性好、發(fā)光響應(yīng)的時間短，現(xiàn)已廣泛用作數(shù)字化儀表、數(shù)控裝置、家用電器中的數(shù)顯器件。工作電壓1.55V，一般為1.52.5V，工作電流510mA，單色性好，高亮度、高頻特性優(yōu)良，工作溫度范圍為-30+80攝氏度，

32、高亮度管可在低電壓和小電流（1mA左右）條件下工作。2）蜂鳴器的結(jié)構(gòu)與主要特性本系統(tǒng)采用的蜂鳴器是有源蜂鳴器，也稱壓電式蜂鳴器。它是通過壓電陶瓷片的壓電效應(yīng)使金屬片振動而發(fā)出聲響,直流電阻無限大，交流阻抗也很大。工作時需要較大的電壓來驅(qū)動，但是電流只需要幾毫安。功率也很小。頻率特性比不上喇叭，能聽出曲子的音質(zhì)，作為曲子的響應(yīng)即可。3）獨立式按鍵結(jié)構(gòu)與主要特性消抖，由于按鍵按下時的機械動作，在按鍵被按下或松開的瞬間，其輸出電壓會產(chǎn)生波動，稱為鍵的抖動。為確保每一次鍵，單片機只進行一次處理，使鍵盤可靠地工作，必須消除按鍵抖動。消除方法有硬件消抖法和軟件延時法兩種。每個按鍵占用一條I/O線，當(dāng)按鍵數(shù)

33、量較多時，I/O口利用率不高，但是程序編制簡單，適用于所需按鍵較少的場合。3.6.2 系統(tǒng)的成本器件選型方案詳細清單本系統(tǒng)選用的器件總成本比較低也方便實現(xiàn)。如選用微控制器STC89C51單片機、LED、一位共陽極數(shù)碼管、按鍵，貨源充足，并且價格也比較低。如表3.3所示。表3.3 系統(tǒng)的成本器件名稱規(guī)格型號數(shù)量單價(元)微處理器STC89C5114電阻3WTT10K11電容20PF11晶振12MHZ10.5按鍵1027段數(shù)碼管7SEG-MPX4-CA11蜂鳴器13LED823.7 系統(tǒng)技術(shù)可行性分析硬件電路的功能代碼采用C語言編輯，C語言簡潔緊湊、靈活方便、運算符豐富、數(shù)據(jù)類型豐富。C語言是結(jié)構(gòu)

34、式語言。它的語法限制不太嚴格，程序設(shè)計自由度大、生成目標代碼質(zhì)量高，程序執(zhí)行效率高、適用范圍大，可移植性好。通過研究并在設(shè)計驗證后發(fā)現(xiàn)，采用單片機技術(shù)設(shè)計的搶答器與目前常用的搶答器相比，首先，電路連接簡單，因為大多數(shù)功能單元都通過程序設(shè)計在單片機內(nèi)部，第二，工作性能可靠，抗干擾能力優(yōu)于目前搶答器。所以本研究是一個實用的工程設(shè)計，具有創(chuàng)新性。第4章系統(tǒng)硬件電路實現(xiàn)4.1 復(fù)位電路設(shè)計單片機的第9腳RST為硬件復(fù)位端只需要該端持續(xù)4個機器周期的高電平即可實現(xiàn)復(fù)位后單片機的各狀態(tài)都恢復(fù)到初始化狀態(tài)，其電路圖如圖4.1所示圖4.1 復(fù)位電路4.2 LED顯示功能模塊與按鍵功能模塊LED模塊就是把LED

35、（發(fā)光二極管）按一定規(guī)則排列在一起再封裝起來,加上一些防水處理組成的產(chǎn)品，就是LED模組。所述的四邊形模塊的主視面上可帶有用于模糊模塊拼接界限的裝飾結(jié)構(gòu)。本著實用性和新型性從視覺和光學(xué)的角度出發(fā)，讓直線形成錯位短線條，利用視覺的直線性，人眼視覺從上往下(或左右方向移動)掃描時不能同時兼顧錯位兩條，勢必形成無數(shù)個錯位不連續(xù)短線段，從而徹底消除了因模塊間的縫隙而形成的LED顯示屏馬賽克現(xiàn)象。LED模塊是LED產(chǎn)品中應(yīng)用比較廣的產(chǎn)品，在結(jié)構(gòu)方面和電子方面也存在很大的差異，簡單的就是用一個裝有LED的線路板和外殼就成了一個LED模組，復(fù)雜的就加上一些控制，恒流源和相關(guān)的散熱處理使LED壽命和發(fā)光強度更

36、好。外圍電路主要有輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。輸入設(shè)備主要由8個獨立按鍵構(gòu)成。輸出設(shè)備由8個二極管構(gòu)成。其中二極管保護電阻的取值范圍為220-880歐姆之間。K3-K10按鍵是人與系統(tǒng)接觸的主要設(shè)備，本次采用的獨立式按鍵，獨立式鍵盤的硬件電路簡答，而且在程序設(shè)計上容易操作，一般用在硬件電路要求不高的簡單電路中。按鍵流程圖，如下圖所示：圖4.2 按鍵控制LED流程4.3 數(shù)碼管顯示功能模塊數(shù)碼管顯示的原理現(xiàn)實生活中，我們經(jīng)常使用的數(shù)碼管是七段式和8段式LED數(shù)碼管，8段式數(shù)碼管比七段式數(shù)碼管多加一個小數(shù)點。8段式數(shù)碼管內(nèi)部有8個LED發(fā)光二極管，通過輸入二進制“0”和“1”的信息控制這8個LED發(fā)光二極

37、管的亮滅，根據(jù)數(shù)碼管內(nèi)部的8個LED的亮滅情況，顯示出不同的數(shù)字與字母。數(shù)碼管有共陰極和共陽極兩種類型之分，區(qū)別在于公共端的連接。本系統(tǒng)采用的是共陽極數(shù)碼管，共陽極數(shù)碼管就是將8個LED的陽極與電源連接在一起，只需要向數(shù)碼管內(nèi)部的8個LED的公共端輸入低電平就可以使共陽極的數(shù)碼管發(fā)亮。其原理圖如下圖4.3、4.4、4.5所示。圖4.3 引腳圖圖4.4 共陽極連接圖其中引腳圖的兩個COM端連在一起，是公共端，共陰極的數(shù)碼管要將公共端接地，而共陽極的數(shù)碼管將公共端接在正5V電源上。一個8段數(shù)碼管被稱為一位數(shù)碼管，多個數(shù)碼管并列在一起可構(gòu)成多位數(shù)碼管，它們的段選線（即a、b、c、d、e、f、g、dp

38、）連在一起，而各自的公共端都被稱是位選線。顯示時，都從段選線送入字符編碼，而選中哪個位選線，那個數(shù)碼管便會被點亮。數(shù)碼管的8段，對應(yīng)一個字節(jié)的8位，a對應(yīng)最低位，dp對應(yīng)最高位。如果數(shù)碼管要顯示數(shù)字“0”，那么共陰極數(shù)碼管的字符編碼為00111111，即0 x3f；共陽極數(shù)碼管的字符編碼為11000000，即0 xc0?？梢钥闯鰞蓚€編碼的各位正好相反。如下圖。圖4.5 共陽極共陽極的數(shù)碼管0f的段編碼是：unsigned char code table= /共陽極0f數(shù)碼管編碼0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0,/030 x99,0 x92,0 x82,0 xf8,/470 x80

39、,0 x90,0 x88,0 x83,/8b0 xc6,0 xa1,0 x86,0 x8e /cf;4.4 蜂鳴器歌曲播放功能模塊蜂鳴器歌曲產(chǎn)生原理。音調(diào)的高低用音階表示，不同的音階對應(yīng)不同的頻率。因此，不同頻率的方波就可以產(chǎn)生音階，音階與頻率的關(guān)系見表4.1。表4.1 音階與頻率的關(guān)系及方式1定時器的初值音階頻率（Hz）定時器初值音階頻率（Hz）定時器初值音階頻率（Hz）定時器初值11310F85EH1262OFC2FH15230FE17H21470F933H2294OFC99H25870FE4CH31650F9F0H33300FCF8H36590FE7CH41750FA49H43490FD

40、22H46980FE91H51960FAE6H53920FD73H57840FEB9H62200FB74H64400FDBAH68800FEDDH72470FBF4H74940FDFAH79880FEFDH000100H000100H000100H低8度音中音高8度音注：0表示簡譜中的空拍。由于頻率的倒數(shù)是周期，因此可由單片機中的定時控制方波周期，當(dāng)定時器計數(shù)溢出時產(chǎn)生中斷。將與揚聲器連接的P3.7，取反之后就可得到方波的周期，從而達到了控制頻率，即音階的目的。播放模塊是由8550NPN三極管和電磁蜂鳴器組成。STC89S51輸出高電平控制信號，啟動8550NPN三極管使信號放大，從而啟動電磁

41、蜂鳴器。當(dāng)晶體振蕩頻率為6.144MHz,定時器工作在方式1下時，若各音階相對應(yīng)的定時器計數(shù)初值為X，則可根據(jù)下式計算X：1/ (f*2) = (216-X)*12/(6*106)音調(diào)的長短用節(jié)拍數(shù)表示（例如1/4拍、2/4拍、），不同節(jié)拍數(shù)的不同音符的組合形成樂譜。程序中，音的節(jié)拍可由延時子程序?qū)崿F(xiàn)。延時子程序設(shè)定為四分之一拍，節(jié)拍值只能是它的整數(shù)倍數(shù)。程序由主程序開始，進入主程序之后，初始化單片機和外設(shè)。首先是進入歌曲序號的判斷，數(shù)碼管并從“0”序號顯示開始。通過對K1和K2按鍵的中斷使歌曲序號的改變和音樂的播放與停止。如未有K3-K10按鍵的中斷進入，此程序可反復(fù)運行。圖4.4為音樂播放

42、流程圖，如下所示：圖4.4 音樂播放流程圖鍵控子程序主要由播放/暫停子程序、上一曲子程序、下一曲子程序組成，分別由一個計數(shù)器中斷和兩個外部中斷實現(xiàn)。播放/暫停子程序播放/暫停在程序利用內(nèi)部中斷T0口。將T0口設(shè)為計數(shù)中斷并工作在方式。4.5 系統(tǒng)功能框圖歌曲比賽搶答系統(tǒng)主要功能模塊由數(shù)碼管顯示功能模塊、LED顯示電路功能模塊、蜂鳴器功能模塊和按鍵功能模塊組成。歌曲比賽搶答系統(tǒng)功能框圖如下圖4.5所示。圖4.5 系統(tǒng)功能框圖大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第5章軟件配置環(huán)境5.1 KEIL軟件環(huán)境配置KEIL編程軟件環(huán)境配置?！靶陆ǎ∟ew）”菜單，在集成開發(fā)環(huán)境中執(zhí)行菜單命令“File”“Ne

43、w”。打開文本編輯窗口，單擊“New”命令出現(xiàn)Text1文本編輯窗口。此時，可在Text1中編寫C語言程序。保存文件，執(zhí)行菜單命令“File”“Save As”，彈出“Save As”對話框。輸入文件名并保存在設(shè)定的目錄中。建立工程項目文件。建立工程項目需要4步：（1）填寫新工程項目名稱；（2）選擇單片機型號（3）設(shè)置輸出選項；（4）向項目工程里添加源程序。填寫新工程項目名稱。執(zhí)行菜單命令“Project”（工程）“New Project”（新工程）。之后彈出保存工程項目對話框。在文件名文本框中輸入新工程名，然后單擊“保存”按鈕。選擇單片機型號，單擊“保存”按鈕后，彈出選擇單片機型號對話框。在

44、對話框的列表中選擇“Atmel”（廠商名），單擊Atmel前邊的“+”符號后，會展是該公司生產(chǎn)的所有單片機型號，從中選擇“AT89C51”。設(shè)置輸出選項。用鼠標右鍵單擊窗口左邊的“Target 1”，并在彈出的快捷菜單中點擊“Options for Target”命令，在彈出的“Options for Target”對話框中選擇“Output”標簽頁，勾選“Debug information”菜單選項及“Create HEX file”兩個復(fù)選框，表示在輸出的HEX可執(zhí)行文件過程中，產(chǎn)生調(diào)試的相關(guān)文件，方便調(diào)試用。項工程項目里添加源程序。點擊“Target 1”前面的“+”符號，展示里邊的內(nèi)容

45、，用右鍵剪輯“Source Group 1”，在彈出的快捷菜單中點擊“Add File to Group Source Group 1”命令，點擊添加文件命令后，彈出“Add File to Group Source Group 1”對話框，把文件類型設(shè)置為“*.c”。單擊“Close”按鈕關(guān)閉對話框，完成項工程項目里添加源程序的任務(wù)。產(chǎn)生可執(zhí)行的HEX文件，點擊rebuilt all target file，則進行匯編、編譯和鏈接操作，產(chǎn)生可執(zhí)行的HEX文件。通過集成開發(fā)軟件生成的“*.HEX”可執(zhí)行文件，也稱為目標文件。需要STC_ISP終端軟件將目標文件寫入單片機。5.2 PROTEUS

46、軟件環(huán)境配置使用PROTEUS軟件繪制硬件電路圖，需要在該軟件中選擇相對應(yīng)的配置，其步驟如下：1）在Template菜單中進行設(shè)置，PROTEUS軟件配置環(huán)境的設(shè)置主要是定義圖形外觀，如線型、填充類型、字符樣式、圖紙樣式等。2）放置電路圖中所需的元器件，需要我們尋找該元器件并將其添加在對象選擇窗口，點擊對象選擇器按鈕，彈出一個命名為Pick Devices的對話框，并在Keywords字幕的提示下欄中輸入要尋找的元器件的關(guān)鍵名稱。系統(tǒng)會在對象庫中自動匹配到該元器件，并在Results欄中顯示查找到該元器件的結(jié)果。如果沒有查找到該器件，說明輸入的是錯誤的元器件關(guān)鍵詞。選中并確定該元器件，系統(tǒng)將自

47、動存放到圖形編輯窗口；在對象選擇器欄中，通過選中元器件，將鼠標放置在圖像編輯窗口合適的位置，點擊鼠標左鍵將元器件放置成功。3）元器件之間的連線。PROTEUS具有線路自動跟蹤路徑功能，當(dāng)確定兩個連接點之后，WAR的功能是自動匹配一個合適的路徑連線痕跡。標準的工具欄中有會有此命令按鈕，當(dāng)然，在“Tools”菜單欄下可以尋找到該圖標。4）生成網(wǎng)絡(luò)表。電路板與電路原理圖之間的紐帶既是生成網(wǎng)絡(luò)表，建立的網(wǎng)絡(luò)表應(yīng)用于印制電路板。使用菜單欄下的Tools/Netlist Compiler命令工具可實現(xiàn)此功能。5）排除電氣的存在。成功的完成電路設(shè)計之后，選擇Tools/Electrical Rule Che

48、ck菜單工具，會彈出一個電氣檢測有無的結(jié)果窗口，上部分是一些文本信息，下部分是電氣的檢測列表，若存在錯誤信息，將顯示相應(yīng)的定位提示和說明，用戶通過提示的信息找到修改之處改電路圖即可。6）報表主要輸出的信息包括BOM（材料清單報表）、ERC（電氣規(guī)則檢查報表，可在菜單Tools/Bill of Materalsk 實現(xiàn)）等。5.3 PROTEUS與KEIL聯(lián)合調(diào)試軟件配置PROTEUS與KEIL聯(lián)合調(diào)試應(yīng)用軟件。1）打開PROTEUS電路圖仿真軟件，在Debug菜單中找到并選中Use Remote Debug monitor菜單項。2）打開KEIL代碼編輯軟件，新建一個項目，在Project菜單

49、中找到并選中Options for Target Target1菜單項；會彈出一個對話框，在對話框中找到并選中Debug選項欄，在Debug選項欄中的右上方位置找到Use單選按鈕，點擊該Use列表框的下拉菜單，在彈出選擇的列表項中選擇PROTEUS VSM simulator項，選擇之后點擊右側(cè)的Setting按鈕并彈出VDM51 Target Setup對話框。因為KEIL新建的項目和PROTEUS原理圖在同一臺計算機中，所以IP地址默認為127.0.0.1；端口地址默認為8000。最后在Debug選項欄中勾選run in to main()選項并保存配置。3)完成第二步操作之后，在KEIL

50、中點擊star/stop Debug session進入軟件的調(diào)試運行，再點擊step in之后，進入一步一步的程序調(diào)試中，同時可以在PROTEUS中觀察到硬件系統(tǒng)運行的效果。安裝KEIL和Ptoteus兩個軟件之后，并進行相應(yīng)的設(shè)計與設(shè)置，就可以進行硬件系統(tǒng)的測試及開發(fā)設(shè)計，從而實現(xiàn)最終的歌曲比賽搶答器的設(shè)計。大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第6章系統(tǒng)測試歌曲比賽搶答器系統(tǒng)最終測試，首先是經(jīng)過PROTEUS電路圖仿真軟件進行測試，測試方式是將系統(tǒng)的單一模塊拆分出來進行測試，如果各個模塊都測試成功。再根據(jù)測試成功的焊接成電路板。最終成果物也采用單一模塊的測試方式，快速且方便查出具體模塊出現(xiàn)的錯

51、誤。測試概述軟件測試是通過PROTEUS、KEIL和KEIL驅(qū)動軟件測試系統(tǒng)的各個模塊功能的實現(xiàn)過程。在長期開發(fā)系統(tǒng)過程中，避免造成實物的損壞。我們采取的辦法是：1）使用PROTEUS軟件仿真硬件電路圖。2）使用KEIL軟件編譯代碼。3）使用KEIL驅(qū)動軟件，協(xié)調(diào)PROTEUS和KEIL之間的工作。最后的實物測試，即在單片開發(fā)板上測試系統(tǒng)功能的實現(xiàn)過程。6.2 測試用例6.2.1 數(shù)據(jù)發(fā)送最后的實物測試，即在單片開發(fā)板上測試系統(tǒng)功能的實現(xiàn)過程。首先用杜邦線將外部的各個模塊鏈接到對應(yīng)的單片機引腳上，再檢測杜邦線是否連接正確。其次將本歌曲比賽搶答器的系統(tǒng)代碼通過STC_ISP終端軟件燒寫到開發(fā)板上

52、，即將KEIL軟件產(chǎn)生的.HEX文件下載到單片機上，最后是在單片機上進行測試，查看開發(fā)板上的各個模塊功能是否正確運行，例如首次按下K1鍵，則蜂鳴器將依據(jù)數(shù)碼管顯示的歌曲曲目播放歌曲，第二次按下K1鍵，則蜂鳴器將停止播放歌曲，如上述所述，證明歌曲比賽搶答器的歌曲播放或停止功能成功運行；如果按下K2鍵，則數(shù)碼管將根據(jù)K2鍵按下的次數(shù)顯示不一樣的數(shù)字，顯示數(shù)字有三個，既“0”、“1”、“2”數(shù)字，這三個數(shù)字代表著歌曲比賽搶答器系統(tǒng)中有三首曲子；如K3-K10按鍵按下，則對應(yīng)的LED將發(fā)亮。6.2.2 模塊最終的測試本系統(tǒng)各個模塊最終的測試是將焊接好的外圍設(shè)備與開發(fā)板鏈接，通過STC_ISP軟件將編輯

53、好的程序?qū)懭雴纹瑱C并可進行檢測。首先LED的檢測，將流水燈的.HEX文件寫入單片機即可觀測檢驗的結(jié)果；.HEX文件寫入單片機即可觀測檢驗的結(jié)果；蜂鳴器的檢測，將演奏一段音階的.HEX文件寫入單片機即可觀測檢驗的結(jié)果。最后將歌曲比賽搶答器的.HEX文件寫入單片機即可觀測檢驗的結(jié)果。大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第7章結(jié)論通過這段時間對歌曲比賽搶答器的設(shè)計與實現(xiàn)，我學(xué)會了許多課本上學(xué)不到的知識，同時也加強了我的動手、思考、和解決問題的能力，收益匪淺。完成歌曲比賽搶答器的設(shè)計并成功焊接電路板，使之能夠正常運行。撰寫一篇關(guān)于所設(shè)計的報告，內(nèi)容包括：設(shè)計中所涉及的技術(shù)知識，各部分電路的組成及功能，設(shè)計

54、的方法與步驟，設(shè)計中的心得體會和對以往所學(xué)知識的理解等內(nèi)容。研究過程是對專業(yè)知識的鞏固與加強，課本的知識太多，要想截取來自本系統(tǒng)設(shè)計的知識點，必須多閱讀課本并抓獲最有用的信息。查閱資料，熟悉組成8路多功能搶答器的技術(shù)指標和質(zhì)量指標，初步構(gòu)思出整體電路。熟悉仿真軟件PROTEUS的使用，畫出8路多功能搶答器電路圖，利用KEIL軟件編寫程序，并進行仿真，根據(jù)仿真結(jié)果進行分析比較，得出具體的設(shè)計電路圖。購買元器件，檢測元器件，按照電路原理圖焊接成實物；完成畢業(yè)設(shè)計論文。了解本系統(tǒng)所需元件的原理和功能并保證后期的工作，前期工作使用軟件的仿真?；仡櫱岸螘r間學(xué)習(xí)的STC_ISP、KEIL和PROTEUS軟

55、件。首先，在PROTEUS電路圖仿真軟件中建立一個設(shè)計、布局元件、保存設(shè)計和寫入.HEX文件等操作。其次，在KEIL軟件中建立工程、編寫正確的代碼、產(chǎn)生.HEX文件等操作。最后，正確地將開發(fā)板連接到計算機上，通過STC_ISP終端軟件將.HEX文件寫入單片機中即可使用。焊接工作，按照元件的電路原理圖進行連接并焊接到目標板上。將仿真正確的.HEX文件燒寫到開發(fā)板的單片機上，連接好模塊與模塊之間的工作，在此之前可以進行模塊與模塊之間的連接工作。打開開關(guān)，進行檢測實物。如按照系統(tǒng)的設(shè)計思路檢測完成工作，并說明系統(tǒng)的最終成果設(shè)計與實現(xiàn)成功。否者檢查焊接電路是否出現(xiàn)錯誤或是元件是否符合系統(tǒng)要求。如本系統(tǒng)

56、在最初實物檢測時，如果有K3-K10按鍵按下，對應(yīng)的LED未發(fā)現(xiàn)響應(yīng)。此時，通過觀察按鍵工作原理和LED的工作原理，在按鍵的4個引腳之間的鏈接上檢查出錯誤，更改引腳之間的連接即可得到正確的結(jié)果。除此之外，本系統(tǒng)在數(shù)碼管不符合本系統(tǒng)。由于數(shù)碼管的共陰極和共陽極之分，在選擇數(shù)碼管之前，本系統(tǒng)應(yīng)該采購的是共陽極的數(shù)碼管。如果不更換共陰極的數(shù)碼管，也可以從改變硬件電路和代碼下手，既先將數(shù)碼管的共陽極接電源的正極，然后把數(shù)碼管的筆畫電極a、b、c、d、e、f、g和小數(shù)點電極各接一個pnp小功率三極管。其筆畫電極接在三極管的發(fā)射極，集電極串聯(lián)一個電阻接電源負極，三極管的基極串聯(lián)電阻后接在原來的數(shù)碼管的輸出

57、端a、b、c、d、e、f、g、j即可，本系統(tǒng)為采用此方案。從前的學(xué)習(xí)過程過于膚淺，只是對專業(yè)知識表面的理解，而現(xiàn)在要做的畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)用比書本上的理論知識而言，就接近于顯示生活，而理論到實踐的轉(zhuǎn)化往往是一個艱難的過程，只要有堅定的心態(tài)，分析實現(xiàn)的過程，把這個過程細小化，通過探討和搜索資源，一步一步完成整個過程。參考文獻1 袁東51單片機應(yīng)用開發(fā)實戰(zhàn)手冊M，電子工業(yè)出版社，20112 彭偉單片機C語言程序設(shè)計實訓(xùn)100例基于8051+PROTEUS仿真M，電子工業(yè)出版社，20093 李建忠單片機原理及應(yīng)用（第二版）M，西安電子科技大學(xué)出版社，20084 劉高鎖單片機系統(tǒng)開發(fā)=single chip microcomputer system development technol