單片機(jī)拔河器實(shí)訓(xùn)報(bào)告

1、 單片機(jī)綜合設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)課題：拔河游戲模擬機(jī) 學(xué) 院：桂林電子科技大學(xué)北海職業(yè)技術(shù)學(xué)院 專 業(yè)：電子信息工程技術(shù) 作 者：陸業(yè)曉 學(xué) 號(hào)：1012220705 日 期：2011年12月16日 目錄摘要. 1、課題背景.31、 設(shè)計(jì)任務(wù)分析.42、 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路.43、 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案.5 1、方案一.5 2、方案二.7 3、方案對(duì)比與選擇.94、 元器件選用與電路圖.95、 實(shí)驗(yàn)程序.116、 總結(jié).137、 參考文獻(xiàn).13課題背景 隨著單片機(jī)開(kāi)發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，目前已有越來(lái)越多的人從普遍使用匯編語(yǔ)言逐漸過(guò)過(guò)度到使用高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，其中又以C語(yǔ)言為主，市場(chǎng)上集中常見(jiàn)的單片機(jī)均有其c語(yǔ)言開(kāi)發(fā)壞境，應(yīng)

2、用于51系列單片機(jī)開(kāi)發(fā)的c語(yǔ)言，通常簡(jiǎn)稱為c51語(yǔ)言?，F(xiàn)在忠實(shí)開(kāi)發(fā)工具與仿真工具的使用，既便于多媒體教學(xué)，有方便學(xué)生學(xué)習(xí)，例題豐富詳實(shí)，可操作性強(qiáng)，每章均配有實(shí)訓(xùn)，內(nèi)涵思考與練習(xí)，內(nèi)容選擇難易適中，符合高職高專的教學(xué)要求。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成。硬件系統(tǒng)是指單片機(jī)以及擴(kuò)展的存儲(chǔ)器、IO接口、外圍擴(kuò)展的功能芯片以及接口電路。軟件系統(tǒng)包括監(jiān)控程序和各種應(yīng)用程序。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的信息輸入、處理、信息輸出進(jìn)行控制。與單片機(jī)配套的有相應(yīng)的復(fù)位電路、時(shí)鐘電路以及擴(kuò)展的存儲(chǔ)器和IO接口，使單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)能夠運(yùn)行 一、設(shè)計(jì)任務(wù)分析：?jiǎn)纹瑱C(jī)課程設(shè)計(jì)是

3、單片機(jī)電子技術(shù)基礎(chǔ)課程的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是為了理論結(jié)合實(shí)際的電子基礎(chǔ)知識(shí)，驗(yàn)證，鞏固和消化電子技術(shù)基本知識(shí)，綜合應(yīng)用單片機(jī)電子技術(shù)解決生產(chǎn)第一線的實(shí)際問(wèn)題，提高基本的專業(yè)動(dòng)手能力，進(jìn)一步培養(yǎng)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，以后更好的為社會(huì)服務(wù)。設(shè)計(jì)主要內(nèi)容及要求 ：1、設(shè)計(jì)一個(gè)模擬拔河游戲比賽的邏輯電路。2、電路使用7個(gè)發(fā)光二極管，開(kāi)機(jī)后只有中間的一個(gè)發(fā)亮，此亮點(diǎn)表示拔河的中心。3、比賽雙方各持一個(gè)按鈕，快速不斷地按動(dòng)按鈕，產(chǎn)生脈沖，誰(shuí)按得快，亮點(diǎn)就向誰(shuí)的方向移動(dòng)，每按一次，亮點(diǎn)移動(dòng)一位。4、亮點(diǎn)移到任一方終端發(fā)光二極管時(shí)，勝利信號(hào)燈就會(huì)亮，這一方就獲勝，此時(shí)，雙方的按鈕都應(yīng)無(wú)作用，輸出狀

4、態(tài)保持，只有復(fù)位后，在拔河繩子中間的發(fā)光二極管重新亮。 二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路基本要求如下： （1）比賽開(kāi)始時(shí)，由裁判下達(dá)命令后，甲乙雙方才能輸入信號(hào)。（2）“電子繩”由7個(gè)LED管構(gòu)成， 裁判下達(dá)“開(kāi)始比賽”的命令后，位于“電子繩”中點(diǎn)的LED點(diǎn)亮。甲乙雙方通過(guò)按鍵輸入信號(hào)，使發(fā)亮的LED管向自己一方移動(dòng)，并阻止其向?qū)Ψ窖由?。?dāng)自己一方終點(diǎn)的LED管點(diǎn)亮?xí)r，表示比賽結(jié)束。由裁判按復(fù)位鍵使電路復(fù)位。三、總體設(shè)計(jì)方案：3、1電路設(shè)計(jì)原理拔河游戲機(jī)需用7個(gè)發(fā)光二極管排列成一行，開(kāi)機(jī)后只有中間一個(gè)點(diǎn)亮，以此作為拔河的中心線，游戲雙方各持一個(gè)按鍵，迅速地、不斷地按動(dòng)產(chǎn)生脈沖，誰(shuí)按得快，亮點(diǎn)向誰(shuí)方向

5、移動(dòng)，每按一次，亮點(diǎn)移動(dòng)一次。移到任一方終端二極管點(diǎn)亮，這一方就得勝，此時(shí)雙方按鍵均無(wú)作用，輸出保持，只有經(jīng)復(fù)位后才使亮點(diǎn)恢復(fù)到中心線。3、2電路設(shè)計(jì)方案：方案一:1、1 電路原理圖： 復(fù)位 晶振起振電路單片機(jī)控制電路亮點(diǎn)顯示復(fù)位 上圖一（電路框圖）圖二（原理圖） 1、2電路工作原理本實(shí)驗(yàn)方案采用單片機(jī)電路，有晶振電路為單片機(jī)提供脈沖輸出，單片機(jī)芯片通過(guò)程序的燒錄將其信號(hào)通過(guò)按鍵S2，S3控制單片機(jī)的P2的I/O口的高低電平，使其按鍵對(duì)7個(gè)輸出端控制LED的亮暗。單片機(jī)原始狀態(tài)輸出低電位。當(dāng)按動(dòng)S2、S3兩個(gè)按鍵時(shí)，單片機(jī)輸出驅(qū)動(dòng)電平指示燈點(diǎn)亮并產(chǎn)生位移，當(dāng)亮點(diǎn)移到任何一方終端后，這一狀態(tài)被鎖

6、定。如按動(dòng)復(fù)位鍵，亮點(diǎn)又回到中點(diǎn)位置，比賽又可重新開(kāi)始。1、3各單元電路設(shè)計(jì)：1、 電源及復(fù)位電路電路： 電源電路為整個(gè)拔河器電路提供電壓輸入，使其運(yùn)行，開(kāi)關(guān)S1每當(dāng)按下幾位比賽復(fù)位，當(dāng)勝利一方獲勝時(shí)，則通過(guò)復(fù)位電路使其重新開(kāi)始比賽2、晶振電路： 單片機(jī)晶振電路為單片機(jī)提供工作信號(hào)，12M晶振的工作速度為每秒12M，連接晶振電路是，必須先經(jīng)過(guò)晶振再經(jīng)過(guò)電容，不然影響單片機(jī)程序的燒錄下圖為晶振電路：晶振電路通過(guò)單片機(jī)XTAL1，XTAL2兩I/0口為單片機(jī)輸入脈沖 3、單片機(jī)控制電路： 晶振電路為單片機(jī)提供時(shí)序，使單片機(jī)開(kāi)始工作，按動(dòng)按鈕S2、S3使輸入信號(hào)，單片機(jī)對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行處理，輸出信號(hào)

7、到譯碼器。電路如圖：按鍵S2接單片機(jī)的P2.0口，S3接單片機(jī)的P2.1口，通過(guò)這兩個(gè)口控制拔河雙方4、單片機(jī)最小系統(tǒng)電路： 1、如果P0不用，那J34上拉電阻也不需要，用到哪個(gè)IO就在哪個(gè)IO上加上 拉電阻。如果是一個(gè)P口的8個(gè)IO都要用，就統(tǒng)一用排阻（SIP9封裝）。 2、有一個(gè)電源指示燈。 3、下載線只要把P3.0 P3.1引出來(lái)接實(shí)驗(yàn)箱或下載線即可。 4、有一個(gè)晶振12M或11.0592M，兩個(gè)小電容20p。 5、復(fù)位電路的手動(dòng)復(fù)位按鍵（S54）可要，可不要。 方案二：1、1 電路原理圖：圖一， 圖二分別為拔河游戲機(jī)的電路框圖、整機(jī)邏輯圖。2、2 電路工作原理：可逆計(jì)數(shù)器CC40193

8、原始狀態(tài)輸出4位二進(jìn)制數(shù)0000，經(jīng)譯碼器輸出使中間的一只電平指示燈Q0點(diǎn)亮。當(dāng)按動(dòng)A、B兩個(gè)按鍵時(shí)，分別產(chǎn)生兩個(gè)脈沖信號(hào)，經(jīng)整形后分別加到可逆計(jì)數(shù)器上，可逆計(jì)數(shù)器輸出的代碼經(jīng)譯碼器譯碼后驅(qū)動(dòng)電平指示燈點(diǎn)亮并產(chǎn)生位移，當(dāng)亮點(diǎn)移到任何一方終端后，由于控制電路的作用，使這一狀態(tài)被鎖定，而對(duì)輸入脈沖不起作用。如按動(dòng)復(fù)位鍵，亮點(diǎn)又回到中點(diǎn)位置，比賽又可重新開(kāi)始。將雙方終端指示燈的正端分別經(jīng)兩個(gè)與非門(mén)后接到2個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器CC4518的使能端EN，當(dāng)任一方取勝，該方終端指示燈點(diǎn)亮，產(chǎn)生1個(gè)下降沿使其對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。這樣，計(jì)數(shù)器的輸出即顯示了勝者取勝的盤(pán)數(shù)。2、3各單元電路的設(shè)計(jì)：1.編碼電路的設(shè)計(jì)：由

9、雙時(shí)鐘二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器CC40193構(gòu)成，它有2個(gè)輸入端，4個(gè)輸出端，能進(jìn)行加減計(jì)數(shù)。通過(guò)編碼器來(lái)控制電平指示燈的顯示，加計(jì)數(shù)時(shí)向右移動(dòng)，進(jìn)行減計(jì)數(shù)時(shí)，向相反方向移動(dòng)。3.譯碼電路：由4線16線譯碼器CC4514構(gòu)成。譯碼器的輸出Q0Q15中選9個(gè)接電平指示燈，電平指示燈的負(fù)端接地，而正端接譯碼器；這樣，當(dāng)輸出為高電平時(shí)電平指示燈點(diǎn)亮。比賽準(zhǔn)備，譯碼器輸入為0000，Y0輸出為1，中心處指示燈首先點(diǎn)亮，當(dāng)編碼器進(jìn)行加法計(jì)數(shù)時(shí)，亮點(diǎn)向右移，進(jìn)行減法計(jì)數(shù)時(shí)，亮點(diǎn)向左移。電路圖如下圖所示：4.控制電路：LD由異或門(mén)CC4030和與非門(mén)CC4011構(gòu)成，其作用是指示出誰(shuí)勝誰(shuí)負(fù)。當(dāng)亮點(diǎn)移到任何一方的

10、終端時(shí)，判該方為勝，此時(shí)雙方的按鍵均宣告無(wú)效。將雙方終端指示燈的正接至異或門(mén)的2個(gè)輸入端，當(dāng)獲勝一方為“1”，而另一方則為“0”，異或門(mén)輸 出為“1”，經(jīng)與非門(mén)產(chǎn)生低電平“0”，再送到CC40193計(jì)數(shù)器的置數(shù)端,于是計(jì)數(shù)器 停止計(jì)數(shù)，處于預(yù)置狀態(tài)，由于計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)端D0、D1、D2、D3和輸出Q0、Q1、Q2、Q3對(duì)應(yīng)相連，輸入也就是輸出，從而使計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖不起作用。電路圖如下圖所示：5.勝負(fù)顯示：由計(jì)數(shù)器CC4518和譯碼顯示器構(gòu)成。將雙方終端指示燈正極經(jīng)與非門(mén)輸出后分別接到2個(gè)CC4518計(jì)數(shù)器的EN端，CC4518的兩組4位BCD碼分別接到實(shí)驗(yàn)箱中的兩組譯碼顯示器的8、4、2、1插孔上。

11、當(dāng)一方取勝時(shí)，該方終端指示燈發(fā)亮，產(chǎn)生一個(gè)上升沿，使相應(yīng)的計(jì)數(shù)器進(jìn)行加一計(jì)數(shù)，于是就得到了雙方取勝次數(shù)的顯示，若1位數(shù)不夠，則進(jìn)行2位數(shù)的級(jí)連。電路圖如下：6.復(fù)位控制：CC40193的清零端CR接一個(gè)電平開(kāi)關(guān)，作為一個(gè)開(kāi)關(guān)控制，進(jìn)行多次比賽而需要的復(fù)位操作，使亮點(diǎn)返回中心點(diǎn)。CC4518的清零端RD也接一個(gè)電平開(kāi)關(guān)，作為勝負(fù)顯示器的復(fù)位來(lái)控制勝負(fù)計(jì)數(shù)器使其重新計(jì)數(shù)。3、2方案比較與選擇 方案一與方案二對(duì)比，在學(xué)了并會(huì)使用單片機(jī)的前提基礎(chǔ)下，方案一顯得更加簡(jiǎn)單，所用的芯片也較少，方案二所用芯片多，焊接較為復(fù)雜，同時(shí)方案是通過(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)電芯片的功能，使其更加簡(jiǎn)單快捷，而且成本相對(duì)來(lái)比較低，也更

12、加能加深對(duì)單片機(jī)程序?qū)W習(xí)和理解，相比之下方案一的電路做起來(lái)也比較輕松，不容易出錯(cuò)。但方案一沒(méi)有顯示電路，這是方案一的缺點(diǎn)。最后還是選擇了方案一，因?yàn)榉桨敢坏碾娐匪闷骷^少，焊接也較為容易。四、元器件的選用及電路圖4、1元件的選用51單片機(jī) 1片電阻： 1K/ 10K/300 1個(gè)/1個(gè)/1個(gè)晶振 12M 1片 開(kāi)關(guān) 4個(gè) 電容 30pF /10pF 2個(gè)/1個(gè) LED 9個(gè) PCB板 計(jì)算機(jī)一臺(tái) PC機(jī)一臺(tái)4、2電路仿真圖 4、3拔河器電路原理圖4、4電路PCB圖4、5拔河器實(shí)物圖5、 實(shí)驗(yàn)程序：#include <AT89X51.H>#define Leds P0#define

13、 off 1#define on 0sbit key1=P20; sbit key2=P21;sbit led=P07;unsigned char counter;unsigned char code numtab10=0x7e,0x18,0xb6,0xba,0xd8,0xea,0xee,0x38,0xfe,0xfa;unsigned char state;void delay(unsigned char delay_time)unsigned char a,b,c;for(a=0;a<delay_time;a+)for(b=0;b<3;b+)for(c=0;c<220;c+

14、);void main()unsigned char a=0;state=0xf7;Leds=0xf7;counter=1;while(counter)if(key1=on)if(key1=on)a=a+1;if(key2=on)if(key2=on)a=a+2;if(a=1)state=state<<1; state=state|0x01; Leds=state;a=0;if(a=2)state=state>>1;state=state|0x80;Leds=state;a=0;if(state=0xfe)led=0;counter=0;if(state=0xdf)le

15、d=0;counter=0;六、調(diào)試電路板與程序聯(lián)調(diào)過(guò)程中遇到的問(wèn)題及解決方案： 1、PCB圖中因?yàn)榘存I管腳尺寸錯(cuò)誤，使其按鍵不能插入，通過(guò)對(duì)按鍵封裝的重新布置才能使其正常工作 2、電路板按鍵部分的GND連接錯(cuò)誤，通過(guò)對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行拆除，重新焊接，使其按鍵兩個(gè)相對(duì)距離較短的管腳進(jìn)行連接才能使用 3、晶振電路連接錯(cuò)誤，應(yīng)先通過(guò)晶振再經(jīng)過(guò)電容，不然不能使其程序燒錄 4、電路其中有個(gè)開(kāi)關(guān)無(wú)作用。本開(kāi)關(guān)不影響實(shí)驗(yàn)電路六、總結(jié)：6、1實(shí)驗(yàn)結(jié)果： 按方案一制作完成電路板后,經(jīng)調(diào)試,電路工作正常,基本符合本實(shí)驗(yàn)任務(wù)要求.由脈沖發(fā)生器產(chǎn)生脈沖信號(hào),經(jīng)單片機(jī)電路后,甲乙均能有效計(jì)數(shù),當(dāng)信號(hào)燈移到任一方終端指示燈點(diǎn)亮，則這一方就獲勝，按復(fù)位鍵后，亮點(diǎn)重新回到中點(diǎn)，又可以重新開(kāi)始游戲。6、2實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)： 本實(shí)驗(yàn)采用單片機(jī)實(shí)驗(yàn)電路，電路雖然比較簡(jiǎn)單，并能實(shí)現(xiàn)大部分的功能，但編寫(xiě)的51單片機(jī)的程序還不完美，存在一些缺陷，與最終的要求還是有一定的差距。還有就是沒(méi)有加上顯示電路，不能顯示每一方獲勝的次數(shù)，這是本實(shí)驗(yàn)還需繼續(xù)改進(jìn)的地方。6、3實(shí)驗(yàn)心得：這次的設(shè)計(jì)，我還接觸到了很多新的東西，學(xué)會(huì)了怎樣畫(huà)原理圖、使用PCB軟件，怎么仿真，怎樣轉(zhuǎn)印電路圖，怎么做PCB板等。