基于51單片機(jī)的乒乓游戲機(jī)設(shè)計(jì)方案

1 基于 51單片機(jī)的乒乓游戲機(jī)設(shè)計(jì)方案 1 緒論 設(shè)計(jì)的研究背景和研究目的 乒乓球，中華人民共和國(guó)國(guó)球，是一種世界流行的球類體育項(xiàng)目。它的英語(yǔ)官方名稱是“ 即“網(wǎng)上桌球”。乒乓球的名字起源于 1990 年。乒乓球的比賽賽制是以 11分為一局，采用五局三勝（團(tuán)體）或七局四勝制（單項(xiàng)）。比賽分團(tuán)體、單項(xiàng)（男單、女單、男雙、女雙、混雙）。 在中國(guó)，到處可見打乒乓球的人，以學(xué)生居多。因?yàn)?，隨著人們現(xiàn)代化節(jié)奏的加快，工作壓力的增大，傳統(tǒng)打乒乓球的方式受到運(yùn)動(dòng)設(shè)施、場(chǎng)地、環(huán)境的因素的影響，讓 人們對(duì)乒乓球運(yùn)動(dòng)減少了很多興趣。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類進(jìn)入信息化社會(huì)，信息社會(huì)的發(fā)展離不開電子產(chǎn)品的進(jìn)步?，F(xiàn)代電子產(chǎn)品發(fā)展的越來(lái)越快，于是人們將乒乓球與電子產(chǎn)品結(jié)合在一起，形成了乒乓游戲機(jī)。通過(guò)使用按鍵模擬球拍，發(fā)光二極管模擬乒乓球，進(jìn)行乒乓球游戲的操作。 乒乓游戲機(jī)的出現(xiàn)解決了人類的很大難題。因?yàn)樵摦a(chǎn)品不受運(yùn)動(dòng)設(shè)施、空間、場(chǎng)地、環(huán)境等因素的影響，在家即可進(jìn)行操作。操作的同時(shí)，讓操作者仿佛在真正的打乒乓球。而且該設(shè)計(jì)屬于一種益智類設(shè)計(jì)，讓人既可以鍛煉身體，也可以鍛煉智力。 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 第二次世 界大戰(zhàn)以后，電子計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。電子計(jì)算機(jī)一代一代的更新的同時(shí)，軟件設(shè)計(jì)也迅速發(fā)展。于是， 1971年，世界上第一臺(tái)電子游戲機(jī)出現(xiàn)了。隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，電子游戲機(jī)進(jìn)入了次世代，主要有三大游戲機(jī)廠商。分別為： 軟和任天堂。 如今，大部分益智類游戲機(jī)屬于電子游戲機(jī)，乒乓游戲機(jī)就屬于電子游戲機(jī)。隨著電子技術(shù)的突破，電子游戲機(jī)開始朝著“便攜式”和“家庭化”方向發(fā)展，彩色電視的普及使大型游戲機(jī)的顯像管和掃描版部分完全可以被彩色電視取代，使得微處理機(jī)部分與現(xiàn)實(shí)屏幕實(shí)現(xiàn)了分離。現(xiàn)在制成的游戲 機(jī)只相當(dāng)于一個(gè)信號(hào)發(fā)生器。如今乒乓游戲機(jī)已出現(xiàn) 3感類等等類型。 乒乓游戲機(jī)不僅可以實(shí)現(xiàn)人們對(duì)乒乓球的熱愛，又可以讓人們?cè)谕嫠５耐瑫r(shí)進(jìn)行身體鍛煉和智力提高，具有明朗的前景。 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 設(shè)計(jì)的任務(wù)和設(shè)計(jì)方法 計(jì)任務(wù) 如今各種不同類型的游戲設(shè)備一直是消費(fèi)領(lǐng)域的熱點(diǎn)，本設(shè)計(jì)要求用低廉的成本設(shè)計(jì)出符合要求的游戲設(shè)備，要求操作方便，系統(tǒng)穩(wěn)定度高。設(shè)計(jì)任務(wù)為： （ 1）使用乒乓游戲機(jī)的甲乙雙方各在不同的位置發(fā)球或擊球。 （ 2）乒乓球的位置和移動(dòng)方向由燈亮及依次點(diǎn)燃的方向決定，1戲者根據(jù)球的位置發(fā)出相應(yīng)的動(dòng)作，提前擊球或出界均判失分。 （ 3）比賽用 11分為一局來(lái)進(jìn)行，甲乙雙方都應(yīng)設(shè)置各自的記分牌，任何一方先記滿 11分，該方就算勝了此局。當(dāng)記分牌清零后，又可開始新的一局比賽。 計(jì)方法 本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的乒乓游戲機(jī)設(shè)計(jì)，分別進(jìn)行了硬件和軟件兩部分的設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)包括 單片機(jī)電路、譯碼電路、發(fā)光二極管電路、按鍵電路、顯示電路等電路的設(shè)計(jì) 。軟件設(shè)計(jì)是 使用 寫與硬件模塊相應(yīng)的源程序。利用后通過(guò)制作實(shí) 物實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)。 3 2 乒乓游戲機(jī)設(shè)計(jì)方案 目前，有兩種方案來(lái)設(shè)計(jì)乒乓游戲機(jī)設(shè)計(jì)。方案一是基于單片機(jī)的乒乓游戲機(jī)設(shè)計(jì)。方案二是基于 乒乓游戲機(jī)設(shè)計(jì)。 于單片機(jī)的乒乓游戲機(jī)設(shè)計(jì) 方案一是基于單片機(jī)的乒乓游戲機(jī)設(shè)計(jì)，結(jié)果用 件方面，使用 件設(shè)計(jì)包含單片機(jī)電路、模擬球臺(tái)電路、按鍵電路、顯示電路等電路的設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)包括：主程序、按鍵組程序（球拍模擬和暫停 /開始子程序）、發(fā)球程序、線路程序（包括線路選擇和 子程序）、回球程序、于單片機(jī)的乒乓游戲機(jī)系統(tǒng)框圖如圖 圖 于單片機(jī)的乒乓游戲機(jī)的系統(tǒng)框圖 件設(shè)計(jì) 電源電路設(shè)計(jì)：?jiǎn)纹瑱C(jī)正常工作電壓為 +5V，設(shè)計(jì)采用三端穩(wěn)壓集成電路輸出 +5 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)：?jiǎn)纹瑱C(jī)可以看成是在時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)下的時(shí)序邏輯電路，即單片機(jī)必須在時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下才能工作。因此，單片機(jī)需要時(shí)鐘電路支持，否則不能執(zhí)行程序。 復(fù)位電路設(shè)計(jì) ：?jiǎn)纹瑱C(jī)的復(fù)位電路使系統(tǒng)的所有功能部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，防止單片機(jī)執(zhí)行錯(cuò)誤操作、發(fā)出錯(cuò)誤的指令等失誤。單片機(jī)的復(fù)位方式有：手動(dòng)按鈕復(fù)位和上電復(fù)位。本設(shè)計(jì)采用手動(dòng)按鈕復(fù)位方式進(jìn)行復(fù)位。 按鍵電路設(shè)計(jì)：包含兩個(gè)按鍵組，一個(gè)是模擬球拍按鍵電路，一個(gè)是暫停 /開始 單 片 機(jī) 模 塊 模擬球臺(tái)電路 按鍵電路 電源電路 示屏 時(shí)鐘電路 復(fù)位電路 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 和復(fù)位按鍵電路。模擬球拍按鍵分為左右兩邊，左右各四個(gè)。這四個(gè)按鍵其中三個(gè)是對(duì) 個(gè)是進(jìn)行加速；暫停 /開始和復(fù)位按鍵是在運(yùn)行任一程序時(shí)，對(duì)游戲機(jī)進(jìn)行暫停或開始或復(fù)位。 模擬球臺(tái)設(shè)計(jì)：包括譯碼電路設(shè)計(jì)和發(fā)光二極管設(shè)計(jì)。譯碼電路設(shè)計(jì)： 本設(shè)計(jì)中采用 16個(gè)發(fā)光二極管，而單片機(jī)的端口較少，因此采用 3光二極管設(shè)計(jì)：由單片機(jī)控制 7474碼器譯碼控制 陣得點(diǎn)亮順序和相應(yīng)點(diǎn)亮?xí)r間。 顯示電路設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)中采用 右兩邊分別用 A、 件設(shè)計(jì) 主程序：對(duì)乒乓游戲機(jī)進(jìn)行初始化，定時(shí)器設(shè)置，對(duì) 時(shí)掃描按鍵。 按鍵程序：在回球和發(fā)球時(shí)，按鍵按下給單片機(jī)傳入數(shù)據(jù)作出相應(yīng)處理。包括暫停 /開始子程序，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行暫停和開始。 發(fā)球程序：綠色指示燈亮起時(shí) ， 則 線路程序：游戲發(fā)球有 8個(gè)線路選擇， 個(gè)線路選擇，共有 16個(gè)回球線路，存在數(shù)組 b16中，包括 單片機(jī)線路和 t)控制7474碼器譯碼控制 陣得點(diǎn)亮順序和相應(yīng)點(diǎn)亮?xí)r間。 回球程序：當(dāng)球在 t)中感應(yīng) 球在 理。 顯示程序：顯示游戲比分，當(dāng) 到達(dá) 11分時(shí)進(jìn)入相應(yīng) 于 乒乓游戲機(jī)設(shè)計(jì) 方案二是 基于 乒乓游戲機(jī)設(shè)計(jì)。因?yàn)閷W(xué)校具備專門的實(shí)驗(yàn)箱，如果采用方案二只需編程便可實(shí)現(xiàn)。 通過(guò)對(duì)各部分編寫 后進(jìn)行編譯、仿真、邏輯綜合、邏輯適配，最后進(jìn)行編程下載，并通過(guò)程序驗(yàn)證結(jié)果。 用 16個(gè)發(fā)光二極管代表乒乓球，在游戲機(jī)的兩側(cè)各設(shè)置兩個(gè)開關(guān)，一個(gè)是發(fā)球開關(guān)，一個(gè)是擊球開關(guān)。甲方按動(dòng)發(fā)球開關(guān)時(shí)，靠近甲方的第一盞燈亮，然后發(fā)光二極管由甲向乙依次點(diǎn)亮，代表乒乓球在移動(dòng)。當(dāng)球過(guò)網(wǎng)后，按設(shè)計(jì)者規(guī)定的球位乙方就可以擊球。若乙方提前擊球或沒有擊到球，則判乙方失分，甲方自動(dòng)加分，重新發(fā)球比賽繼續(xù)進(jìn)行到一方記分 到 11分，該局結(jié)束，記分牌清零，可以開始新的一局比賽。其系統(tǒng)框圖如 5 圖 于 案比較與選擇 合高速場(chǎng)合，而單片機(jī)的運(yùn)行速度低的多； ，容易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模系統(tǒng)，方便連接外設(shè)，而單片機(jī)的 I/合小規(guī)模系統(tǒng)； 有處理復(fù)雜功能的能力，而單片機(jī)程序時(shí)串行 執(zhí)行，程序需要執(zhí)行完一條才能執(zhí)行下一條，處理突發(fā)事件時(shí)只能調(diào)用中斷資源； 單片機(jī)和 能， 片機(jī)設(shè)計(jì)屬于軟件范疇，它的硬件即單片機(jī)芯片是固定的，通過(guò)軟件編程語(yǔ)言描述在硬件芯片上的執(zhí)行的軟件指令。 的硬件即 一個(gè)通過(guò)硬件描述語(yǔ)言在 由上可知， 有很多優(yōu)點(diǎn)，但是對(duì)本設(shè)計(jì)而言是大材小用，而且芯片造價(jià)較高，因此選用單片機(jī)完成本設(shè)計(jì)。 在國(guó)內(nèi)，有很多成熟且性價(jià)比高的單片機(jī)，以 51單片機(jī)為主。本設(shè)計(jì)對(duì)芯片的要求不高，因此選用性價(jià)比高的單片機(jī) 芯片，可以直接將程序燒錄到芯片中，方便程序的修改和實(shí)物調(diào)試。其工作電壓要求低，工作頻率可達(dá) 48且可通過(guò)串口直接下載程序，數(shù)秒即可完成下載。采用單片機(jī)完成設(shè)計(jì)，可利用 后進(jìn)行仿真調(diào)試，減少出錯(cuò)。并且采用 植性強(qiáng)，使端口的程序控制變得簡(jiǎn)單。 綜上所述，采用方案一完成乒乓游戲機(jī)的設(shè)計(jì)。 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 3 硬件電路的設(shè)計(jì) 件核心電路選擇 乒乓游戲機(jī)設(shè)計(jì)選用單片機(jī)作為主控芯片，設(shè)計(jì)選用性價(jià)比高的 片機(jī)。 1單片機(jī)比較，具有成本低，性能好的優(yōu)點(diǎn) ,并且其具有在線編程功能，可以直接將程序燒錄到芯片中，不需要對(duì)硬件進(jìn)行修改。就乒乓游戲機(jī)而言， 片機(jī) 介 單片機(jī) 宏晶科技推出的超強(qiáng)抗干擾 /低功耗的單片機(jī)，指令代碼與引腳結(jié)構(gòu)完全兼容傳統(tǒng)的 8051單片機(jī)。其最高工作時(shí)鐘頻率為 80內(nèi)含 8K 000次的 片內(nèi)集成了通用 8位中央處理器和 有在 系統(tǒng)可編程特性，配合 且速度更快。 個(gè) 保持 0完成。在芯片擦除中，代碼陣列全被寫“ 1”，且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，必須執(zhí)行該操作。 圖 片機(jī)端口分配 乒乓游戲機(jī)需要八個(gè)端口接按鍵； 16個(gè)發(fā)光二極管則通過(guò)兩個(gè) 3碼器與單片機(jī) 連接，需要六個(gè)端口； 個(gè)端口；單片機(jī)時(shí)鐘電路接兩個(gè)端口；復(fù)位電路接復(fù)位端口；暫停 /開始按鍵需要兩個(gè)端口；發(fā)球指示燈和暫停指示燈需要兩個(gè)端口。下面對(duì)所需端口進(jìn)行介紹及分配： 7 39 32腳）： 0 口。 個(gè)引腳可吸收八個(gè) 1”時(shí)，被定義為高阻輸入。可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的低八位。在 須接上拉電阻。 1 8腳）： 1 口 緩沖器能接收四個(gè) 1”后，內(nèi)部上拉為高，可用作輸入。 為內(nèi)部上拉，將輸出電流。在 21 28腳）： 2 口。 沖器可接收 /輸出 4個(gè) 1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。作為輸入時(shí)， 為內(nèi)部上拉將輸出電流。當(dāng) 器或十六位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， 給出地址“ 1”時(shí)，利用上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， 10 17腳）： 3 口。 向口可接收 /輸出四個(gè) 1”時(shí)，被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。當(dāng)外部下拉為低電平，因?yàn)樯侠木壒剩?表 表 3口的第二功能 位輸入。振蕩器復(fù)位器件時(shí)，保持 向放大器的輸入、內(nèi)部時(shí)鐘 工作電路的輸入。 端口引腳 第二功能 串行輸入口 ) 行輸出口 ) 外中斷 0) 外中斷 1) 0 (定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0) 1(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1) /外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 ) 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 ) 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 向振蕩器的輸出。 本設(shè)計(jì)中， 片機(jī)的管腳如下分配： 上拉電阻； 作為暫停、開始按鍵輸入口； 為 源電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī) 工作電壓為 +5V，因此需要一個(gè)電源電路來(lái)提供這一電壓。設(shè)計(jì)通過(guò)固定三端穩(wěn)壓集器，輸出使單片機(jī)工作的 +5 固定三端穩(wěn)壓器主要有 789個(gè)系列的固定三端穩(wěn)壓器，輸出電壓有 5V、 6V、 9V、 12V、 15V、 18V、 24大輸出電流為 種三端穩(wěn)壓器內(nèi)部包含了過(guò)流、過(guò)熱和調(diào)整管的保護(hù)電路，使用時(shí)組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件少，使用起來(lái)可靠、方便、快捷。 7805的參數(shù)為：在 25 ，輸入電壓為 20出電壓為 此本設(shè)計(jì)采用三端穩(wěn)壓器 7805輸出 5定三端穩(wěn)壓器 7805的 1腳為輸入端， 2腳為接地端，三腳為輸出端。芯片 7805 及其引腳圖如圖 圖 片 7805及其引腳圖 9 鐘電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī)，可以認(rèn)為是在時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)下的時(shí)序邏輯電路，即單片機(jī)必須在時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下才能夠工作。單片機(jī)內(nèi)部含有一個(gè)可以構(gòu)成振蕩器的放大電路。在單片機(jī)內(nèi)部含時(shí)鐘振蕩電路，外部一個(gè)振蕩源產(chǎn)生是送到單片機(jī)內(nèi)部，決定單片機(jī)的工作速度。此設(shè)計(jì)選用內(nèi)部振蕩方式，即把放大器與振蕩器連接，構(gòu)成的內(nèi)部自 激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。選用的元器件為一個(gè) 12個(gè) 30電路在加點(diǎn)延遲 10 路中的電容作用有兩個(gè)：一是對(duì)振蕩器的頻率進(jìn)行微調(diào)，二是幫助振蕩器起振。 因?yàn)槭⒕w振蕩器的振蕩頻率為 12單片機(jī)的振蕩周期為 1態(tài)周期為 2器周期為 12鐘電路設(shè)計(jì)如圖 圖 鐘電路圖 位電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī) 九引腳為硬件復(fù)位端。對(duì)該引腳程序 4個(gè)機(jī)器周期的高電平即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位 ，復(fù)位后單片機(jī)都恢復(fù)到初始化狀態(tài)。復(fù)位電路由按鍵及電容，電阻構(gòu)成。當(dāng)按下按鍵時(shí)，電源經(jīng)電阻 復(fù)位管腳產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位高電平，此時(shí)單片機(jī)處于復(fù)位狀態(tài)。當(dāng)上電后，電容緩慢充電，單片機(jī)的復(fù)位管腳電壓由高向低轉(zhuǎn)化，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，復(fù)位管腳處于穩(wěn)定的低電平狀態(tài)，此時(shí)單片機(jī)復(fù)位完畢，系統(tǒng)從 0000電路使用了按鍵一個(gè)， 10電容一個(gè)， 10位電路設(shè)計(jì)圖如圖 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 圖 鍵電路的設(shè)計(jì) 按鍵是一種常見的控制電器元件 ，常用來(lái)接通或斷開控制電路，從而達(dá)到控制電路的一種開關(guān)。按鍵共有 4個(gè)引腳，當(dāng)未按下按鍵時(shí)， 2引腳和 3引腳是導(dǎo)通的， 1引腳和 4引腳是導(dǎo)通的。當(dāng)按下按鍵時(shí)， 1引腳和 2引腳連通， 3引腳和 4引腳連通， 2引腳和 3引腳連通， 1引腳和 4引腳連通。按鍵及其引腳圖如圖 圖 乒乓游戲機(jī)的按鍵電路包含兩個(gè)按鍵組，一個(gè)是模擬球拍按鍵電路，一個(gè)是暫停/開始和復(fù)位按鍵電路。模擬球拍按鍵分為左右兩邊，左右各四個(gè)。這四個(gè)按鍵其中三個(gè)是對(duì) 個(gè)是進(jìn)行加速；暫停 /開始和復(fù)位按鍵 是在運(yùn)行任一程序時(shí)，對(duì)游戲機(jī)進(jìn)行暫?；蜷_始或復(fù)位。 設(shè)計(jì)中模擬球拍按鍵與 時(shí) 接 5發(fā)光二極管亮?xí)r，按下按鍵進(jìn)行控制。當(dāng)按鍵按下的時(shí)候，相應(yīng)端口感應(yīng)輸入為低電平 0。模擬球拍按鍵電路設(shè)計(jì)圖如 2引腳 1 引腳 3引腳 4引腳 11 圖 鍵電路設(shè)計(jì)圖 暫停和開始按鍵分別與單片機(jī)的 連。復(fù)位按鍵與單片機(jī)復(fù)位端口相連。暫停和開始按鍵電路設(shè)計(jì)圖如圖 圖 停和開始按鍵電路設(shè)計(jì)圖 擬球臺(tái)電路的設(shè)計(jì) 模擬球臺(tái)電路設(shè)計(jì)包括譯碼電路設(shè)計(jì)和發(fā)光二極管設(shè)計(jì)。 乒乓游戲機(jī) 采用 16個(gè)發(fā)光二極管，單片機(jī)的端口有限，因此采用單片機(jī)的 個(gè)端口控制 74約端口。譯碼器 74+5V。 碼器簡(jiǎn)介 本設(shè)計(jì)采用 74碼器進(jìn)行譯碼。 74 3中 譯碼器有 3位二進(jìn)制輸入 有 8 種狀態(tài)的組西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 合，即可譯出 8個(gè)輸出信號(hào) 出低電平有效。此外，還設(shè)置了 3三個(gè)使能輸入端，為電路功能的擴(kuò)展提供方便。譯碼器 表 碼器 74腳功能 管腳 功能 源正 通端 通端（低電平有效） 址輸入端 輸出端（低電平有效） 74 當(dāng)一個(gè)選通端（ 高電平，另兩個(gè)選通端 ( (低電平時(shí)，可將地址端（ 二進(jìn)制編 碼 在 對(duì)應(yīng)的輸出端以低電平譯出 。 74 圖 4引腳圖 74 13 表 4能真值表 輸 入 輸 出 2 2 0 1 3 5 7 X H X X X X H H H H H H H H X X H X X X H H H H H H H H L X X X X X H H H H H H H H H L L L L L L H H H H H H H H L L L L H H L H H H H H H H L L L H L H H L H H H H H H L L L H H H H H L H H H H H L L H L L H H H H L H H H H L L H L H H H H H H L H H H L L H H L H H H H H H L H H L L H H H H H H H H H H L 發(fā)光二極管簡(jiǎn)稱為 是一種能發(fā)光的半導(dǎo)體電子元件。這種電子元件在 1962年出現(xiàn)，由鎵（ 砷（ 磷（ P）的化合物組成的二極管，電子與空穴復(fù)合時(shí)能輻射出可見光。其中，磷砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光。發(fā)光二極管具有單向?qū)ㄐ?，即發(fā)光二極管只能往一個(gè)方向通電，這種特性叫做正向偏置（正向偏壓）。 發(fā)光二極管的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，置于一個(gè)有引線的架子上，然后用環(huán)氧樹脂密封，起到保護(hù)內(nèi)部芯片線的作用。發(fā)光二極管的核心部分是由型半導(dǎo)體組成的晶片，在 型半導(dǎo)體之 間有一個(gè)過(guò)渡層，稱為 某些半導(dǎo)體材料的 入少數(shù)載流子與多數(shù)數(shù)載流子復(fù)合時(shí)把多余的能量以光的形式釋放出來(lái)，從而把電能轉(zhuǎn)換成光能。發(fā)光二極管的兩根引線較長(zhǎng)的一根是正極，需接電源正極。發(fā)光二極管及其構(gòu)造如圖 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 圖 擬球拍電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī) 制兩個(gè)譯碼器的 A,B,C 端， 1端，且 片機(jī) 而達(dá)到控制發(fā)光二極管的熄滅與點(diǎn)亮。其電路圖如圖 圖 示電路的設(shè)計(jì) 乒乓游戲機(jī)的數(shù)據(jù)較為簡(jiǎn)單，只需要顯示比分和最終勝利的狀態(tài)，因此選用只顯示字符和數(shù)字的 示屏。 15 介 乒乓游戲機(jī)顯示電路設(shè)計(jì)采用 夠同時(shí)顯示 32個(gè)字符。它是專門用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。由若干個(gè) 5*7或 5*11 等點(diǎn)陣字符位組成。每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。 的 16腳接口，其管腳功能如表 表 管腳 功能 源地 5液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源對(duì)比度最弱，接地電源最高 存器選擇。高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時(shí)選擇指令寄存器 寫信號(hào)線。高電平時(shí)讀取信息，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作 E(使能端。高電平時(shí)讀取信息，負(fù)跳變時(shí)執(zhí)行指令 位雙向數(shù)據(jù)端 光正極 光負(fù)極 ，對(duì)比度可調(diào)；內(nèi)含復(fù)位電路，提供各種控制命令；有 80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 建有 192個(gè) 5*7點(diǎn)陣的字型的字符發(fā)生器 8個(gè)可由用戶自定義的 5*7的字符發(fā)生器 圖 其引腳圖 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 示電路的設(shè)計(jì) 此設(shè)計(jì)中的顯示模塊采用 5、 于數(shù)據(jù)和地址的傳輸。 S、 于寫入控制。其電路設(shè)計(jì)圖如圖 圖 乓游戲機(jī)總電路的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用 制電路設(shè)計(jì)仿真圖，乒乓游戲機(jī)的硬件設(shè)計(jì)包括單片機(jī)電路、譯碼電路、發(fā)光二極管電路、按鍵電路、顯示電路等電路的設(shè)計(jì)。 圖 17 乒乓游戲機(jī)的硬件包括單片機(jī)電路、譯碼電路、發(fā)光二極管電路、按鍵電路、顯示電路等電路。其中單片機(jī)電路包括：晶振電路，復(fù)位電路；由譯碼器接 個(gè)I/6個(gè)模擬乒乓球臺(tái)桌 單片機(jī)的 應(yīng)按鍵電路的輸入；有 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 4 乒乓游戲機(jī)的軟件設(shè)計(jì)及編程 本系統(tǒng)的軟件主要采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具體的程序有主程序、按鍵組程序（球拍模擬和暫停 /開始子程序）、發(fā)球程序、線路程序（包括線路選擇和 陣子程序）、回球程序、 示程序。系統(tǒng)流程圖如圖 圖 統(tǒng)流程圖 開 始 主程序 是 初始化 發(fā)球指示燈 是否點(diǎn)亮 否 球是否成功 A 失敗 分 分 得分 11 結(jié) 束 是 否 顯示程序 回球程序 線路程序 否 是 否 19 通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)的功能為：在主程序進(jìn)入初始化， 初始化顯示設(shè)置；然后進(jìn)入發(fā)球程序，綠色指示燈亮起時(shí)， B 得到球權(quán)，否則 發(fā)球成功后，進(jìn)入線路模塊，在不同的情況進(jìn)入相應(yīng)的線路，依據(jù)線路的選擇依次點(diǎn)亮線路所包含的 后進(jìn)入回球程序，回球成功繼續(xù)進(jìn)入線路程序，回球失敗，對(duì)手分?jǐn)?shù)加 1，并進(jìn)入 示程序；當(dāng) 任一隊(duì) 11分后進(jìn)入相應(yīng) 程序。暫停 /開始程序在定時(shí)掃描，當(dāng)暫停 鍵按下時(shí)，游戲暫停，在游戲暫停時(shí)當(dāng)開始按下游戲繼續(xù)。 程序的設(shè)計(jì)及功能實(shí)現(xiàn) 主程序的功能是進(jìn)行初始化工作，并控制“乒乓球”游戲的開始。 組接單片機(jī)的 鍵組接單片機(jī) 示屏由單片機(jī)控制。游戲開始時(shí)，程序控制顯示上行 A:0;下行 B:0。 ;/;/數(shù)據(jù)初始化 ; ; ; ; ; ; 65536256; 65536256; ;/定式掃描初始化設(shè)置 ; /跳轉(zhuǎn)到發(fā)球程序 )/循環(huán)掃描并點(diǎn)亮相應(yīng) t=1000+w*1000; P2=qn; t);/延時(shí)處理程序 ;/線路控制程序 鍵組的設(shè)計(jì)及功能實(shí)現(xiàn) 此程序貫穿了整個(gè)系統(tǒng)框圖中，包括球拍模擬子程序和暫停 /開 始子程序。 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 拍模擬子程序 單片機(jī) 果在 t)中作出正確的選擇，進(jìn)入回球程序，否則對(duì)方加 1分。 圖 鍵組流程圖 停 /開始子程序 當(dāng)暫停鍵被按下后，程序進(jìn)入中斷，暫停燈亮起，當(dāng)按下開始按鍵時(shí)，程序繼續(xù)。其流程圖如圖 圖 停 /開始程序流程圖 球程序的設(shè)計(jì)及功能實(shí)現(xiàn) 綠色指示燈亮起時(shí)， 則 w=1;/球速控制變量 按下按鍵 回球程序 對(duì)方分?jǐn)?shù)加 1 是 是否成功 否 是否暫停 繼續(xù)游戲 繼續(xù)暫停 是否解除 暫停 回到游戲 否 否 是 是 定時(shí)程序 21 v=0;/發(fā)球控制變量 if(f=3)/球權(quán)控制變量 0 f=0; f+; if(中得數(shù)據(jù) n=m/256;m=m%256; if(m16) n=m/16;m=m%16; if(m=0) n=m;m= if(m=8) ; ; 陣子程序 由單片機(jī)線路和 t)控制 74碼器， 74q16寄存數(shù)組，列如 P2=q0時(shí)點(diǎn)亮 片機(jī)將數(shù)據(jù)傳輸給 74 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 球程序的設(shè)計(jì)及功 能實(shí)現(xiàn) 當(dāng)球在 A 可在相應(yīng) t)中感應(yīng) 球在 理。這里需要對(duì) 16個(gè)燈（ 行處理。下面對(duì)其中一個(gè)燈進(jìn)行解釋。 w=(n=0)/n=0 時(shí) if(x=13&!。 w) x=3; x=0; ; m=bx; if(x=8)/當(dāng) 線路為 8時(shí)只能按以下處理 x=3; m=bx; x=0; m=bx; 23 示程序設(shè)計(jì)及功能實(shí)現(xiàn) 1口相連，程序控制顯示上行 A:0;下行 B:0。當(dāng) 到達(dá)11分時(shí)進(jìn)入相應(yīng) 程序。 );/第一行隔兩位寫入以下字符 A : 0 ; A); :); ); 0); );/第一行隔兩位寫入以下字符 B : 0 ; B); :); ); 0); 計(jì)源程序 設(shè)計(jì)源程序見附錄 1。 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 5 系統(tǒng)調(diào)試及分析 真調(diào)試及分 析 乒乓游戲機(jī)設(shè)計(jì)利用 件簡(jiǎn)介 司出版的 不僅具有 能仿真單片機(jī)及外圍器件。從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換至 計(jì)，實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。其處理器支持的模型有： 8051、 2/16/18/24/30/D 是、 8086和 。在編譯方面，它也支持 多種編譯器。 電路原理圖是生產(chǎn)電子產(chǎn)品的基礎(chǔ)，電路設(shè)計(jì)的最終目的是從電路原理圖到設(shè)計(jì)出印制電路板圖，經(jīng)過(guò)焊接、組裝、調(diào)試得到合格的電子產(chǎn)品。利用 制原理圖的基本流程如圖 圖 制原理圖的基本流程 設(shè)置圖紙規(guī)格 及編輯器系統(tǒng)參數(shù) 放置元器件設(shè)置元器件屬性 原理圖連線 生成電路設(shè)計(jì)報(bào)表 及網(wǎng)絡(luò)文件 文件保存及輸出 25 件簡(jiǎn)介 1系列兼容單片機(jī) 準(zhǔn) 051微控制器的軟件提供了 時(shí)保留了匯編代碼高效、快速的特點(diǎn)。它比以前的 前使用 產(chǎn)品有 51，166和 251。 真調(diào)試 仿真調(diào)試的步驟： （ 1） 在 入程序，進(jìn)行編譯，修改直至無(wú)錯(cuò)，最后編譯并保存。將保存的程序進(jìn)行編譯和生成 件，如圖 圖 成 件 （ 2） 在 設(shè)計(jì) 硬件原理圖。 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 （ 3） 在 導(dǎo)入 圖 入的方法：將鼠標(biāo)置于電路圖中 件上，先右擊再左擊，即彈出導(dǎo)入框，再導(dǎo)入框中導(dǎo)入乒乓球 件。 圖 入 乒乓球 （ 4） 點(diǎn)擊仿真盤框中的運(yùn)行按鈕，電路進(jìn)入仿真狀態(tài)，開始調(diào)試。如圖 圖 27 在調(diào)試過(guò)程中，觀看 此得出設(shè)計(jì)是否正確。如果不正確，按以上步驟進(jìn)行修改，直到達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 真調(diào)試的結(jié)果分析 對(duì)電路進(jìn)行仿真調(diào)試后，發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題。 （ 1） 球與回球的程序存在共同部分，加入發(fā)球控制參數(shù)后，正常工作。 （ 2）發(fā)球程序出現(xiàn)問(wèn)題，有時(shí)候發(fā)球指示燈亮?xí)r， 過(guò)修改程序，解決這個(gè)問(wèn)題。 物調(diào)試及分析 作實(shí)物的過(guò)程 根據(jù)原理圖焊接電路。在每焊接完成一個(gè)模塊時(shí)，檢查電路焊接是否正確、是否連錯(cuò)端口、是否有虛焊，確認(rèn)無(wú)誤后，完成焊接。如圖 焊接遇到的問(wèn)題： （ 1） 致 正全部的點(diǎn)陣燈后，正常工作。 （ 2） 74始一直不工作，改正后正常工作。 行實(shí)物調(diào)試 用燒錄器將 件中生成的 錄的步驟為：選項(xiàng) /串口設(shè)置、芯片型號(hào)選擇 開程序文件、選擇 載、擦除、查空、編程、校驗(yàn)。燒錄程序圖如圖 示。 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 錄程序圖 最后將芯片安裝到硬件電路中，接入 5乓游戲機(jī)開始運(yùn)行。調(diào)試初始狀態(tài)如圖 圖 試初始狀態(tài) 29 1分時(shí)，結(jié)束游戲， 11分的一方獲得勝利。游戲勝利狀態(tài)圖如圖 圖 游戲狀態(tài)勝利圖 按下暫停鍵，游戲機(jī)暫停，同時(shí)暫停指示燈亮。暫停調(diào)試狀態(tài)圖如圖 圖 停調(diào)試狀態(tài)圖 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 物調(diào)試的結(jié)果分析 完成實(shí)物制作后，對(duì)總電路進(jìn)行調(diào)試。在調(diào)試中遇到的問(wèn)題： （ 1）在按鍵操作過(guò)程中，發(fā)光二極管快速變化，與設(shè)定值不一樣。經(jīng)分析，原因?yàn)槌绦蛑械姆蓝秳?dòng)功能不完善。在實(shí)際的電路中，機(jī)械式按鍵按下或釋放時(shí)，因?yàn)闄C(jī)械彈性作用的影響，通常伴隨有一定時(shí)間的觸點(diǎn)機(jī)械抖動(dòng)，然后其觸點(diǎn)才穩(wěn)定下來(lái)。可能在按下按鍵時(shí)，已經(jīng)對(duì)按鍵進(jìn)行了幾次操作，因此發(fā)光二極管快速的變化。通過(guò)對(duì)程序的修改，問(wèn)題解決。 （ 2）發(fā)光二極管未按預(yù)期效果被點(diǎn)亮，經(jīng)過(guò)分析，發(fā)現(xiàn)實(shí)際中與仿真的接線不同，改正相應(yīng)參數(shù)后，正常運(yùn)行。 31 6 結(jié)論與展望 論 本設(shè)計(jì)根據(jù)乒乓游戲機(jī)的功能要求，本設(shè)計(jì)采用性價(jià)比高的單片機(jī)設(shè)計(jì)出操作方便，系統(tǒng)穩(wěn)定度高的乒乓游戲機(jī)設(shè)計(jì)。 本設(shè)計(jì)采用單片機(jī) 用 后制作實(shí)物，實(shí)現(xiàn)乒乓游戲機(jī)的雙人對(duì)打。本設(shè)計(jì)采用 4 4的線路電路，乒乓球的位 置和移動(dòng)方向由燈亮及依次燈亮的方向決定使用，乒乓游戲機(jī)的 A、 別有左、中、右、加速四個(gè)按鍵作為模擬球拍。游戲者根據(jù)球的位置按下相應(yīng)的按鍵得分，最后通過(guò) 通過(guò)一系列的仿真調(diào)試和實(shí)物調(diào)試，已驗(yàn)證本設(shè)計(jì)的開發(fā)方案是基本可行的。這種成本低，操作方便，穩(wěn)定度高的設(shè)計(jì)，能很好的適應(yīng)乒乓游戲機(jī)的開發(fā)。 此外，本次設(shè)計(jì)還有以下一些可以加以改進(jìn)的地方： （ 1） 設(shè)計(jì)線路復(fù)雜，如果可以采取無(wú)線的方式，則更加方便攜帶與玩耍。 （ 2） 選用更加好的 界面更加美觀 （ 3） 娛樂效果過(guò)低， 如果可以玩游戲的同時(shí)播放音樂，或動(dòng)態(tài)顯示，則提高娛樂性。 望 如今各種不同類型的游戲設(shè)備一直是消費(fèi)領(lǐng)域的熱點(diǎn)，作為電子游戲產(chǎn)品，乒乓游戲機(jī)的競(jìng)爭(zhēng)十分激烈。在功能上，乒乓游戲機(jī)不應(yīng)只是一個(gè)益智，還可以提供娛樂性，提供鍛煉身體的功能，比如游戲時(shí)添加音樂，采用人體感應(yīng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)，采用 3人感覺不枯燥，且具有豐富的娛樂性。這些都將使乒乓游戲機(jī)更加成熟，更受歡迎。 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 謝辭（ 轉(zhuǎn)眼間，兩個(gè)月過(guò)去了。在實(shí)驗(yàn)室的兩個(gè)月里，我完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。讓我完整的完成 了一次電子產(chǎn)品的生產(chǎn)，經(jīng)過(guò)了設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、安裝、調(diào)試等一系列的過(guò)程。 回顧四年大學(xué)生活，有太多事情對(duì)以后的人生影響深遠(yuǎn)。特別是 2012 年暑假，我在實(shí)驗(yàn)室學(xué)到了很多，對(duì)我這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成提供了基礎(chǔ)。 感謝我的指導(dǎo)老師孫曉玲老師。她在忙碌的教學(xué)工作中，孫老師每周二都會(huì)對(duì)我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)審查，從設(shè)計(jì)的選題直至最后畢業(yè)論文的修改整個(gè)過(guò)程，孫老師都給出了自己的寶貴意見，孫老師的悉心指導(dǎo)和建議給了我極大的幫助，在此對(duì)孫老師表示衷心感謝。同時(shí)感謝所有教過(guò)我的老師，謝謝你們對(duì)我們孜孜不悔的教誨，你們傳授的知識(shí)為我在以后的道 路奠定了良好的基礎(chǔ)。 在此之外感謝學(xué)校，給我們一個(gè)良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，提供我們畢業(yè)設(shè)計(jì)所需的器材，讓我們能夠更方便的進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)。感謝實(shí)驗(yàn)室的同學(xué)，在我的設(shè)計(jì)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，提出意見，在進(jìn)行自己的畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)愿意擠出時(shí)間幫助我。感謝同學(xué)們讓我擁有了美好的四年大學(xué)生活。 33 參考文獻(xiàn) 1 謝龍漢 莫衍 北京：電子工業(yè)出版社，2012 2 周靈彬 任開杰 電路與 北京：電子工業(yè)出版社， 2010 3 康華光 五版） . 北京：高等教育出版社，4 康華光 五版） 等教育出版社， 5 李建忠 二版） 安電子科技大學(xué)出版社，6 郝建國(guó) 鄭燕 薛延俠 北京：清華大學(xué)出版社， 7 顧三春 仝迪 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 8 趙廣林 檢測(cè) /選用一讀通 子工業(yè)出版社，9 米旭 004電路設(shè)計(jì)與仿真 械工業(yè)出版社， 10 王 國(guó)勝 礎(chǔ)與案件開發(fā)祥解 2009 11 周長(zhǎng)發(fā) . 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