四位競賽搶答器實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、電氣工程學(xué)院單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告班 級： 姓 名：學(xué) 號： 設(shè)計(jì)題目：四位競賽搶答器設(shè)計(jì)時間：評定成績：評定教師：目錄摘要 11、 調(diào)試過程31.1 調(diào)試詳細(xì)步驟和過程31.2 軟件調(diào)試遇到的問題及解決過程說明51.3 軟件仿真運(yùn)行和硬件實(shí)際驗(yàn)證的區(qū)別62、 運(yùn)行效果61、 Proteus 電路圖 62、 滑動變阻器在0%時，倒計(jì)時最大時間。 63、 滑動變阻器在50%時，倒計(jì)時最大時間 74、 滑動變阻器在100%時，倒計(jì)時最大時間 75、 選手進(jìn)行搶答 86、 無人搶答，系統(tǒng)警告 97、 硬件仿真 10搶答、計(jì)分、計(jì)時結(jié)束 113、 系統(tǒng)優(yōu)化113.1 軟件設(shè)計(jì) 113.2 硬件設(shè)計(jì) 1

2、129摘要單片機(jī)自20 世紀(jì) 70 年代問世以來,在電子信息、電氣工程、工程自動化控制、機(jī)電一體化、智能儀器儀表、家用電器等諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，已對人類社會產(chǎn)生重大影響。由于 Intel 公司的 8051 內(nèi)核單片機(jī)獲得的巨大成功，以8051 內(nèi)核技術(shù)為主導(dǎo)的單片機(jī)也是目前我國多數(shù)高校都在講授的機(jī)型。盡管各種新型的8 位、 16 位以及 32 位單片機(jī)不斷推出，但在目前的應(yīng)用中，8 位單片機(jī)尤其是各種8051 內(nèi)核的單片機(jī)仍站主導(dǎo)地位。本次設(shè)計(jì)利用了8051 芯片、 4*4 矩陣鍵盤（僅用2*3）、串行AD、 DA 轉(zhuǎn)換芯片 PCF8591、 8 位共陰極數(shù)碼管（僅用 4位） 、 音頻放大芯

3、片LM386 以及喇叭，實(shí)現(xiàn)四位競賽搶答單片機(jī)系統(tǒng)，可同時供4 名選手或4個代表隊(duì)參加比賽，每隊(duì)均有一個搶答按鈕，同時給節(jié)目主持人“搶答開始”及“系統(tǒng)清除”按鍵。本搶答器具有編號鎖存、搶答計(jì)分、時間顯示和音響提示等功能。本次課程設(shè)計(jì)讓我初步掌握了競賽搶答單片機(jī)系統(tǒng)的工作原理和基本思想，同時也讓我對書本所學(xué)到的知識了解更加深入。關(guān)鍵字： AT89C51 單片機(jī)； 矩陣鍵盤；數(shù)碼管；PCF8591； LM386； Keil5 軟件；Proteus仿真軟件調(diào)試過程.1調(diào)試詳細(xì)步驟和過程(1)在Keil中編好程序后，點(diǎn)擊編譯運(yùn)行r .BMM-r,FEita2砒U2s r 力吧卜承軸 cl!BtFlT1

4、S,h>3 +立£五11>? uchai uiuiigDTd 7bav idC苫 ginrtint<- Sblt XL-NWJt Bbir rw-pl t.5 gbit Tm；中 ibit ri-Pt* nIO sbit V2=PI*1JTii ahit 9亡上1J gbit Bg-R%T，13 Bbdt的1251IC15 char =oi:- >lx3c 3|W1E ucJiar dlpUh/4- j Gr CF L1：IT udun tmmU1W。G iFIS ucitar 12 -( Oz 1Cd Ifr uchar. rCauEitdE'Tra

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6、HI-. Il MiSCL=XM&iflQ hia, fXL* 工；= '.'' Ctauu'iJlQpG*,-.toil«inWMF - / EtncIM：1 4 4«4冏BJJ.I口 Tl*t BItM+3 THkiE圖1編譯運(yùn)行結(jié)果(2)編譯運(yùn)行無錯誤后，還需要對項(xiàng)目進(jìn)一步設(shè)置，以滿足要求圖2晶振頻率設(shè)置圖 3 勾選 Create HEX file圖4生成HEX文件 生成好HEX文件后，將其導(dǎo)入到Proteus里的AT89C51芯片中圖5導(dǎo)入HEX 文件至 AT89C51(4)點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕進(jìn)行軟件仿真。仿真時，顯示數(shù)值與旋鈕抽頭

7、電壓相關(guān)，調(diào)動旋鈕，按下復(fù)位鍵，數(shù)值 改變，說明PCF8591工作正常。按下選手搶答按鍵，系統(tǒng)正常提示2s警告;主持人按下開始后，選手搶答正確計(jì)分與顯示編號，程序正常；主持人按下 系統(tǒng)清除按鈕，選手編號與分?jǐn)?shù)消失，顯示倒計(jì)時最大時間，程序正常。 記錄軟件仿真結(jié)果，同時去機(jī)房進(jìn)行硬件調(diào)試。1.2軟件調(diào)試遇到的問題及解決過程說明(1) PCF8591芯片與單片機(jī)通信發(fā)生錯誤,無論程序使用應(yīng)答還是非應(yīng)答, 在 I2C調(diào)試器里，都顯示進(jìn)行的是應(yīng)答，同時發(fā)送的數(shù)據(jù)最后一位均不正確。圖6 I2C調(diào)試器發(fā)現(xiàn)錯誤后經(jīng)過仔細(xì)排查，發(fā)現(xiàn)代碼中的一處 for循環(huán)i=1 ,程序出錯，修改后，發(fā)送數(shù)據(jù)正確，但應(yīng)答位仍然

8、不正確。再次進(jìn)行排查錯誤，發(fā)現(xiàn)是Noack程序里，sda沒有設(shè)成1,修改為0后，I2C調(diào)試器顯示符合預(yù)期。(2)仿真后，發(fā)現(xiàn)音響完全沒聲音，無論給它什么頻率，都不發(fā)出聲音。LS2SOUNDER圖7使用該器件無聲音后檢查電路，發(fā)現(xiàn)電路沒有問題，想到可能是元器件的問題，后將其改為 SPEAKER,發(fā)現(xiàn)聲音正常發(fā)出，問題解決。(3)七段數(shù)碼管顯示錯誤，發(fā)現(xiàn)使用了不是實(shí)驗(yàn)箱上的共陰極數(shù)碼管，修改位7SEG-MPX4-CC-BLUE 后，問題角單決。1.3軟件仿真運(yùn)行和硬件實(shí)際驗(yàn)證的區(qū)別Proteus仿真軟件使用起來十分順手，但是在程序比較復(fù)雜，定時器溢出頻率 高時，仿真容易卡、慢。Proteus仿真軟

9、件進(jìn)行仿真時，不需要畫晶振電路和復(fù) 位電路，是有效減少工作量，還可以使用虛擬示波器、I2C調(diào)試器等器件進(jìn)行問題查找、結(jié)果確認(rèn)，十分方便與快捷。但其僅僅運(yùn)行在理想的條件下，缺少了現(xiàn) 實(shí)里的許多因素影響，容易導(dǎo)致我們思考問題簡單化。硬件實(shí)際驗(yàn)證時，發(fā)現(xiàn)了很多軟件仿真時沒發(fā)現(xiàn)的問題，執(zhí)行程序時，速度 比仿真軟件快很多，反應(yīng)十分迅速，無論定時器溢出頻率多高，都不會卡、慢， 相比之下，結(jié)果更舒適。硬件實(shí)際驗(yàn)證時，需要考慮到硬件的局限性，進(jìn)行程序 與實(shí)際晶振頻率的匹配，I/O 口與相應(yīng)模塊的連線，總體需要考慮更多因素，不 再是理想情況。二、運(yùn)行效果1、Proteus電路圖圖8 Proteus接線圖2、滑動

10、變阻器在0%時，倒計(jì)時最大時間。Time=20+255*30/255=50Mslle-i*也也 -=-:一Pjl 40Pl 1 嶼；圖9倒計(jì)時最大時間3、滑動變阻器在50%時，倒計(jì)時最大時間Time=20+128*30/255=34i q ”-2ZM-*T 2加b”占MM- -m 2b制 lw.llrd PrPZ"4、滑動變阻器在100%時，倒計(jì)時最大時間Time=20+0*30/255=20rtjujWBT 加3他伊 f NJ =<i $ JM即2,中413 維&H 器必中 理訓(xùn)11 IPT4AK3! E*“， 即匕修司環(huán)£褶 p I.TK& Fza

11、Tlffg nvnnPl rH15iHHbT<SL2ilCi # 1D1F5、選手進(jìn)行搶答P3&WC- NTvhprifiMCC Pl IlHDI MMff n 2aJ4CC- Pl-kMM-也函曜K M FZaAID fljjnii 小皿 越段噂 EkM4圖10 一號選手搶到門”IsU4 A 14UJ總專_2_4L !np S'：嗡王圖11三號選手搶到n iiwiNTu«nE UU>蛻附HP2 4A17 F卬， PJWU FZTUHSiPI WD “ 1TW PTiifin- eMWTTMODF3 rflE'E 二C33-0aU4總TrF&

12、;rteg圖12三號選手第二次搶到6、無人搶答，系統(tǒng)警告也知E：*Pl ClIUX1 niTifiEE-plEE*陋iplhumPZ4UU7 BHU，2即“ PinM，p JmNl £2 4-圖13倒計(jì)時結(jié)束無人搶答，系統(tǒng)警告7、硬件仿真圖14旋鈕調(diào)到最小，顯示 20圖15調(diào)節(jié)旋鈕，時間改變計(jì)時結(jié)束搶答、計(jì)分、硬件仿真時，實(shí)際晶振頻率與程序中所使用的不同，導(dǎo)致倒計(jì)時的速度很快。 后修改程序，時間正常。三、系統(tǒng)優(yōu)化3.1 軟件設(shè)計(jì)剛開始設(shè)計(jì)時，在主函數(shù)里發(fā)送方波以驅(qū)動揚(yáng)聲器發(fā)聲，后發(fā)現(xiàn)聲音頻率變化，可能是每次主函數(shù)執(zhí)行時間不同。后修改為使用定時器 T1產(chǎn)生方波信號來 驅(qū)動揚(yáng)聲器發(fā)聲，修

13、改后，聲音頻率正常，仿真卻很卡。詢問老師后，了解到是 仿真軟件發(fā)出脈沖的時間變慢了，這沒法去除。本來準(zhǔn)備使用獨(dú)立式鍵盤，后翻閱實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書了解到，實(shí)驗(yàn)箱上只有4個獨(dú)立按鍵可供使用，后調(diào)整為2*3矩陣鍵盤，修改相應(yīng)程序以便完成硬件驗(yàn)證。3.2 硬件設(shè)計(jì)一開始，使用Proteus里的電路圖進(jìn)行硬件連接，連接好后硬件驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)數(shù) 碼管的a段一直亮，仔細(xì)檢查后發(fā)現(xiàn)是實(shí)驗(yàn)箱I/O 口出現(xiàn)故障，之后連續(xù)換了三四個實(shí)驗(yàn)箱，終于找到了一個實(shí)驗(yàn)箱數(shù)碼管顯示正確，但卻有一個數(shù)碼管不亮，確認(rèn)是I/O 故障后，將程序里的循環(huán)變量 0x7f改為0x77,將第一位線接到另 一個 I/O 口后，數(shù)碼管顯示正確。之后程序正常運(yùn)行

14、起來，但是倒計(jì)時卻不符合要求，仔細(xì)檢查后，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)箱晶振頻率為11.0592Mhz,我的程序里面用的是12Mhz,修改了各個定時器的初值，重新硬件驗(yàn)證，現(xiàn)象變?yōu)檎?。由于?shí)際的 運(yùn)行有很多不確定的因素，因此軟件仿真不能完全符合實(shí)際要求，具體的優(yōu)化還需要進(jìn)行實(shí)際電路驗(yàn)證來完成。四、設(shè)計(jì)總結(jié)這次課程設(shè)計(jì)，成功的實(shí)現(xiàn)了四位競賽搶答器的功能，并對I2C 通信協(xié)議有了更深刻的理解，也更清晰的了解到了Proteus軟件仿真的局限性，以及硬件驗(yàn)證的復(fù)雜性。本次課程設(shè)計(jì)，使用的AT89C51 芯片雖然已經(jīng)較為老舊，但是也能實(shí)現(xiàn)像這種簡單而又實(shí)用的功能，也讓我明白了程序的書寫更為重要。其次也了解了 74LS24

15、4 和 74LS240 芯片的作用和用法，雖然在編寫程序過程中有很多不會的點(diǎn)，但通過查找資料和反復(fù)修改，最終成功的編寫出了源程序并實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)所要求的功能。對一些典型的算法及應(yīng)用也有了更加深刻的理解，對之后的編程有著很大的幫助，大大促進(jìn)了對單片機(jī)及C51 編程的學(xué)習(xí)。本次設(shè)計(jì)，我分了4 個模塊進(jìn)行分析，第一部分是矩陣鍵盤的掃描、第二部分是倒計(jì)時功能的實(shí)現(xiàn)、第三部分是音響提示功能、第四部分是模數(shù)轉(zhuǎn)換功能。這四部分中，只有第四部分模數(shù)轉(zhuǎn)換比較困難，花費(fèi)了我大量的時間，才得以完成， 其他三個部分單獨(dú)實(shí)現(xiàn)都比較簡單，但是組合起來實(shí)現(xiàn)時，各個程序之間的關(guān)系就變得復(fù)雜起來，這讓我花費(fèi)了許多時間使其成功組合在

16、一起。過程中雖然出現(xiàn)很多問題但經(jīng)過不斷調(diào)試分析，最終都解決了這些問題，系統(tǒng)的調(diào)試是一個很繁瑣的過程，需要有耐心，細(xì)心的進(jìn)行調(diào)試。在代碼設(shè)計(jì)階段，我們最大的問題就是前期沒有總體把握，代碼冗余前后紊亂， 參考了大量的代碼后，我們改進(jìn)了我們代碼的書寫方式如做成模塊方便調(diào)用，添加注釋，顯得干凈而整潔。代碼內(nèi)部關(guān)于寄存器內(nèi)部數(shù)據(jù)比較輸出等還有些問題， 尤其是對程序設(shè)計(jì)語句的理解和運(yùn)用，不能夠充分理解每個語句的具體含義，這里有待更深一步的學(xué)習(xí)。經(jīng)過這次課程設(shè)計(jì)后，我總結(jié)出繪制電路不僅要能實(shí)現(xiàn)功能，還要符合實(shí)驗(yàn)箱上的硬件原理圖，以便于自己后面的硬件驗(yàn)證，事實(shí)證明，我這樣做確實(shí)使我的硬件驗(yàn)證比其他沒有按照原理

17、圖來連接的同學(xué)來說簡單了許多，沒有大面積修改程序。 如何根據(jù)想要實(shí)現(xiàn)的功能選擇合適的芯片模塊，實(shí)現(xiàn)正確的功能才是最重要的，這次的設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)之初也走了不少彎路，好在思路清晰：鍵號采集、模數(shù)轉(zhuǎn)換、I2C 通信、 CPU 處理、控制輸、音響提示，現(xiàn)在回想起來倒也不難。這次課程設(shè)計(jì)是自己安排時間使用Proteus 軟件獨(dú)立設(shè)計(jì)，老師給的參考圖完全依靠自己查閱資料，所以在設(shè)計(jì)開始的時候走了不少彎路，遇到了很多困難。開始時思路很不清晰，無從下手，經(jīng)過一天的思考才具體的制定出一套理論上可行的方案，僅僅能實(shí)現(xiàn)矩陣鍵盤讀取數(shù)值，不能減計(jì)數(shù)和顯示等很多實(shí)際上的考慮。 設(shè)計(jì)電路中間我們也遇到很多原理性的問題，比如單

18、片機(jī)如何寫定時器工作代碼， 矩陣鍵盤如何讀取鍵值方便調(diào)用等。為了能解決這些問題，我重新溫習(xí)了一下課堂上學(xué)過的單片機(jī)知識，參考了很多芯片文件，并且在百度上查閱了許多文檔，使自己在這方面的知識逐漸的豐富了起來，水平有了明顯的提高。然而遇到問題還是很多沒有解決，在理論情況下能實(shí)現(xiàn)的功能，在硬件驗(yàn)證情況下很難實(shí)現(xiàn)。存在的問題很多：源碼錯誤不斷、接線錯誤、不能實(shí)現(xiàn)功能等等情況， 都導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)不能完全成功。而且， 經(jīng)過這次實(shí)驗(yàn)，我明白了以下兩點(diǎn)：一、前期的布局盡可能合理，這個可以為接下來的調(diào)試節(jié)省很大的精力；其次，在實(shí)驗(yàn)時一定要細(xì)心操作，集中注意力，避免犯小錯誤；最后，并不是所有的實(shí)驗(yàn)都是理論上可行實(shí)際上

19、就能運(yùn)行的，學(xué)會調(diào)試找出其中的問題遠(yuǎn)遠(yuǎn)要比接線操作更重要。經(jīng)過本次課程設(shè)計(jì)，我都單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試的過程有了更深刻的認(rèn)識，明白了調(diào)試的先后順序，懂得了功能的模塊化實(shí)現(xiàn)，明白了問題的查找與解決方法，更重要的是，我明白了前期準(zhǔn)備的重要性，前期準(zhǔn)備的越充分，后面完成起來就更快捷、流暢。 本次課設(shè)，我從中學(xué)到了課堂上沒法傳授的知識，收貨頗豐。附件:#include <reg51.h>#include <intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit X1=P1A0;sbit X2=PW1；

20、sbit Y0=P1A2;sbit Y1=P1A3;/2*3 矩陣鍵盤使用的端口/定義scl 端口/定義sda端口/定義音頻輸出的端口sbit Y2=P1A4;sbit scl=P3A0;sbit sda=P3A1;sbit sound=P3A5;char code dx5163 _at_ 0x003b;/硬件調(diào)試時必須加入的代碼uchar display4=10,10,10,10;/四位數(shù)碼管顯示的數(shù)組uchar score4=0,0,0,0;/記錄四位選手的分?jǐn)?shù)uchar seg12=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xf

21、f,0xbf;/共陽極數(shù)碼管段碼 uchar keyval=10,countdown,t=20,ct=3;char buzzy;bit clrflag=0,startflag=0,keyflag=0,one=1,two=1;/ 定義各種標(biāo)志位void delay5us();/函數(shù)聲明void i2c_init();void i2c_start();void i2c_stop();void i2c_ack();void i2c_noack();void i2c_sendByte(uchar data1);void send();uchar gettime();uchar i2c_recByte(

22、);void keyscan();void delay(uint x)/延時函數(shù)uchar z;while(x -) for(z=0;z<100;z+);void delay5us()/延時5us函數(shù)，用于模擬I2C通信_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();/主函數(shù)/使用T0、 T1 方式一void main()uchar i,j=0x77;TMOD=0x11;TH0=19456/256;TL0=19456%256;TH1=64876/256;TL1=64876%256;ET1=1ET0=1PT0=1EA=1;send();docountdown

23、=gettime();while(ct -);while(1)keyscan();display2=countdown/10;display3=countdown%10;/開中斷/獲取PCF8591 的數(shù)據(jù)/鍵盤掃描/顯示到數(shù)碼管上for(i=0;i<4;i+) void keyscan() /動態(tài)顯示程序j=_crol_(j,1);P2=0xff;P0=segdisplayi;P2=j;delay(5);/數(shù)組的嵌套使用/鍵盤掃描程序delay(10);X1=0;X2=1;if(Y0=0) keyval=1;keyflag=1;if(Y1=0) keyval=2;keyflag=1;i

24、f(Y2=0) keyval=3;keyflag=1;delay(10);X1=1;X2=0;if(Y0=0) keyval=4;keyflag=1;if(Y1=0) startflag=1;if(Y2=0) clrflag=1;if(startflag)if(!keyflag) TR0=1;if(two) buzzy=2;TR1=1;two=!two;/按下開始，定時器T0 啟動/2s單音提示if(keyflag && one)display0=keyval;display1=11;scorekeyval-1+;/編號鎖存/分?jǐn)?shù)記錄countdown=scorekeyval-

25、1;one=!one;TR1=1;buzzy=2;if(clrflag)/分?jǐn)?shù)顯示/2s提示音/系統(tǒng)清除按鍵startflag=0;keyflag=0;TR0=0;one=1;two=1;countdown=gettime();display0=10;display1=10;TH0=19456/256;TL0=19456%256;t=20;clrflag=0; elseif(clrflag)/系統(tǒng)清除按鍵countdown=gettime();clrflag=0;if(keyflag)TR0=1;TR1=1;buzzy=2;keyflag=0;/選手違規(guī)搶答/2s 警告單音提示void tim

26、er0() interrupt 1/定時器T0 中斷服務(wù)子程序TH0=19456/256;TL0=19456%256;t-;if(t=0)t=20;if(buzzy>0) buzzy-;else TR1=0;if(startflag=0&&TR0=1) TR0=0;if(countdown>0&&startflag&&!keyflag) countdown -;if(countdown=0 && startflag )buzzy=2;TR1=1;/2sstartflag=0;void timer1() interrupt 3TH1=64876/256;TL1=64876%256;if(buzzy>0) sound=!sound; else sound=0;void i2c_init()/計(jì)時結(jié)束，未搶答，2s警告/定時器T1,確定聲音頻率/I2C 初始化程序scl=1;_nop_();sda=1;delay5us();void i2c_start()scl=1;sda=1;delay5us();sda=0;delay5us();scl=0;void i2c_s