基于聲光顯示智力競賽搶答器畢業(yè)設計論文終稿VIP

1、 畢業(yè)論文（設計） 題 目：基于聲光顯示智力競賽搶答器 學 院： 汽車學院 專 業(yè)： 機電（機器人方向） 班 級： 08機電本科班 學 號： 學生姓名： 郝龍 指導老師： 畢月云 完成日期： 2012-04-09 摘要隨著電子技術的飛速發(fā)展，基于單片機的控制系統(tǒng)已廣泛應用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、電力、電子、智能樓宇等行業(yè)，微型計算機作為嵌入式控制系統(tǒng)的主體與核心，代替了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)的常規(guī)電子線路。同時樓宇智能化的發(fā)展與成熟，也為基于單片機的照明控制系統(tǒng)的普及與應用奠定了堅實的基礎。電子智能搶答計分器在搶答過程中，為了知道哪一組或哪一位選手先答題，必須要設計一個系統(tǒng)來完成這個任務。如果在搶答中，靠視覺是

2、很難判斷出哪組先答題，利用單片機系統(tǒng)來設計搶答器，使以上問題得以解決。即使兩組的搶答時間相差幾微秒，也可分辨出哪組先答題。搶答組數(shù)可以在八組以內(nèi)任意使用，本系統(tǒng)設計為模塊形式采用九針插頭進行連接，系統(tǒng)工作原理本系統(tǒng)采用AT89S51單片機作為核心，控制系統(tǒng)的五個模塊分別為：單片機最小系統(tǒng)（六位并行數(shù)碼顯示、4*4矩陣式鍵盤）、顯示模塊、顯示驅動模塊、搶答開關模塊、音樂音頻輸出模塊。關鍵詞單片機；矩陣式鍵盤；顯示；驅動；搶答目錄第1章方案設計隨著人們生活環(huán)境的不斷改善和美化，在許多場合可以看到彩色霓虹燈。LED彩燈由于其豐富的燈光色彩，低廉的造價以及控制簡單等特點而得到了廣泛的應用，用彩燈來裝飾

3、街道和城市建筑物已經(jīng)成為一種時尚。但目前市場上各式樣的LED彩燈控制器大多數(shù)用全硬件電路實現(xiàn)，電路結構復雜、功能單一，這樣一旦制作成品只能按照固定的模式閃亮，不能根據(jù)不同場合、不同時間段的需要來調(diào)節(jié)亮燈時間、模式、閃爍頻率等動態(tài)參數(shù)。這種彩燈控制器結構往往有芯片過多、電路復雜、功率損耗大等缺點。此外從功能效果上看，亮燈模式少而且樣式單調(diào)，缺乏用戶可操作性，影響彩燈效果，因此有必要對現(xiàn)有的彩燈控制器進行改進。1.1設計方案彩燈控制器大致可分為兩種方案實現(xiàn)。一種是利用電子電路裝置控制，另一種是采用單片機控制。方案一：根據(jù)設計任務要求介紹的彩燈控制電路的基本組成，可以確定彩燈控制器應由振蕩電路、計數(shù)

4、/時序分配電路、移位位寄存器和彩燈顯示五部分組成。其框圖如圖1-1所示。振蕩電路控制電路譯碼器LED顯示電路計數(shù)器圖1-1彩燈循環(huán)控制器硬件框圖方案二：本方案主要是通過對基于單片機的多控制、多閃爍方式的LED彩燈循環(huán)系統(tǒng)的設計，來達到本設計的要求。其硬件構成框圖如圖1-2所示，以單片機為核心控制，由單片機最小系統(tǒng)（時鐘電路、復位電路、電源）、按鍵控制電路、LED發(fā)光二極管和5V直流電源電路組成。AT89C51單片機時鐘電路復位電路按鍵控制電路直流5V電源電路供電信號LED彩燈圖1-2單片機彩燈循環(huán)控制系統(tǒng)硬件框圖此設計方案中單片機的P1口接5路按鍵控制電路，實現(xiàn)彩燈花型的切換功能；單片機的P3

5、.7引腳接上一個按鈕開關以實現(xiàn)對彩燈閃爍頻率的控制，即實現(xiàn)了快慢兩種節(jié)拍實現(xiàn)花型的變換；單片機上的P2口接八路LED發(fā)光二極管組成彩燈電路，顯示彩燈循環(huán)情況。1.2方案選擇結合設計任務書比較以上兩種方案可知：利用電子電路裝置控制，其電路不很復雜，制作相對較容易點，成本也相對較低，但可調(diào)性差，亮燈模式少而且樣式單調(diào)，達不到設計任務要求或實現(xiàn)困難。采用單片機控制其優(yōu)點是電路集成度高，工作原理簡單，清晰明了，自定義編程，控制的圖案花樣多，移植性好等。綜上，顯然方案二各方面優(yōu)越于方案一，以及為了體現(xiàn)專業(yè)優(yōu)勢，本次設計采用第二種方案。第2章硬件設計2.1直流穩(wěn)壓電源電路對于一個完整的電子設計來講，首要問

6、題就是為整個系統(tǒng)提供電源供電模塊，電源電路的穩(wěn)定可靠是系統(tǒng)平穩(wěn)運行的前提和基礎。電子設備除用電池供電外，還采用市電（交流電網(wǎng)）供電。通過變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓后，得到穩(wěn)定的直流電。直流穩(wěn)壓電源是電子設備的重要組成部分！本項目直流穩(wěn)壓電源為+5V。如下圖所示：直流穩(wěn)壓電源的制作一般有3種制作形式，分別是分立元件構成的穩(wěn)壓電源、線性集成穩(wěn)壓電源和開關穩(wěn)壓電源。下圖穩(wěn)壓電源采用的是三端集成穩(wěn)壓器7805構成的正5V直流電源。圖2-1三端固定式集成穩(wěn)壓電源電路圖AT89C51單片機的工作電壓范圍：4.0V5.5V，所以通常給單片機外接5V直流電源。由于時間關系，此處用3節(jié)1.5V的干電池供電，在此不在

7、贅述此穩(wěn)壓電源電路圖原理。2.2單片機最小系統(tǒng)要使單片機工作起來，最基本的電路的構成由單片機、時鐘電路、復位電路等組成。單片機最小系統(tǒng)如下圖2-2所示。時鐘電路：本系統(tǒng)采用單片機內(nèi)部方式產(chǎn)生時鐘信號，用于外接一個12MHz石英晶體振蕩器和2個30pF微調(diào)電容，構成穩(wěn)定的的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部的時鐘電路。復位電路：確定單片機工作的起始狀態(tài)，完成單片機的啟動過程。單片機系統(tǒng)的復位方式有上電自動復位和手動按鍵復位。本設計采用手動按鍵復位，該復位方式同樣具有上電自動復位功能。電路如下圖所示。圖2-2單片機最小系統(tǒng)2.3LED彩燈顯示電路LED彩燈顯示電路(如圖所示)實際上是由8個發(fā)光二

8、極管和8個電阻構成的電路。發(fā)光二極管與電阻對應串聯(lián),然后接在與之相對應的P2口上。通過軟件編程對P2口輸出高低電平來實現(xiàn)不同的閃爍花型。由于發(fā)光二極管的導通電壓一般為1.7V以上，另外，他的工作電流根據(jù)型號不同一般為1mA到30mA，電阻選擇范圍100歐姆3千歐姆在此我們這里選用560歐姆的電阻。圖2-3LED彩燈顯示電路2.4按鍵控制電路按鍵控制電路(如圖2-4所示)是由6個按鍵開關構成的。他們分別接在單片機AT89C51的P1接口和P3.0口,Key1Key5接在P1.0P1.4,Key6接在P3.7上。為了一對一的控制LED燈的閃爍方式。當按下開關Key1時, LED彩燈系統(tǒng)閃爍第一種彩

9、燈花型。當按下開關Key2時, LED燈系統(tǒng)閃爍第二種閃爍方式當閉合Key6時，彩燈閃爍節(jié)拍變慢。圖2-4鍵盤控制電路2.5串口電路串口電路為單片提供與PC機連接端口，為單片機提供下載程序到單片機程序存儲器中。串口原理圖如圖2-5所示。串口也稱串行通信接口，RS-232是目前最常用的一種串行通訊接口，由于其形狀和針腳數(shù)量的原因，其接頭又被稱為DB9接頭。RS-232針腳定義: 2 RXD Receive Data 接收數(shù)據(jù) 、3 TXD Transmit Data 發(fā)送數(shù)據(jù) 、5 GND System Ground 系統(tǒng)接地，一般就用到這幾個引腳。圖2-5串口原理圖MAX232芯片是專門為電腦

10、的RS-232標準串口設計的單電源電平轉換芯片,使用+5v單電源供電。MAX23內(nèi)部結構基本可分三個部分：第一部分是電荷泵電路：由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構成，功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個電源，提供給RS-232串口電平的需要。第二部分是數(shù)據(jù)轉換通道：由7、8、9、10、11、12、13、14腳構成兩個數(shù)據(jù)通道，其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道，8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT

11、、T2OUT送到電腦DP9插頭；DP9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出第三部分是供電：15腳DNG、16腳VCC（+5v）。在此，本系統(tǒng)的硬件電路已經(jīng)全部設計完畢。第3章軟件設計單片機的應用系統(tǒng)由硬件和軟件組成，上述硬件原理圖搭建完成上電之后，我們還不能看到多控制、多閃爍方式的LED燈系統(tǒng)循環(huán)點亮的現(xiàn)象，我們還需要告訴單片機怎么樣進行控制，即編寫程序控制單片機管腳電平的高低變化，來實現(xiàn)發(fā)光二極管的明滅。軟件編程是多控制、多閃爍方式的LED燈系統(tǒng)中的一個重要的組成部分，是本設計的重點和難點。下面,我將闡述多控制、多閃爍方式的L

12、ED燈系統(tǒng)是如何實現(xiàn)8個LED燈的循環(huán)點亮，來介紹實現(xiàn)流水燈控制的軟件編程方法。本設計是以單片機AT89C51為核心控制8個發(fā)光二極管5種閃爍方式的變換。硬件電路如圖附錄1所示，八個發(fā)光二極管D1D8分別接在單片機的P2.0P2.7接口上，當給P2.0口輸出“0”時，發(fā)光二極管點亮，當輸出“1”時，發(fā)光二極管熄滅。可以運用輸出端口指令MOV P0，A或MOV P0，DATA，只要給累加器值或常數(shù)值，同理，接在P2.1P2.7口的其他7個LED的點亮和熄滅的方法同LED1。因此，要實現(xiàn)流水燈功能，我們只要將發(fā)光二極管LED1LED8依次點亮、熄滅，8只LED燈便會一亮一暗的成流水燈了。在此我們還

13、應注意一點，由于人眼的視覺暫留效應以及單片機執(zhí)行每條指令的時間很短，我們在控制二極管亮滅的時候應該延時一段時間，否則我們就看不到閃爍效果。程序設計流程如圖3-1。程序啟動時跳轉到鍵盤判斷模塊程序中，此程序里面包含Key1Key5的按鍵情況判斷，循環(huán)檢測直到有按鍵按下的時候，程序轉去相對應按鍵的彩燈顯示的花型模塊，與此同時，當按鍵Key6有閉合時，程序中調(diào)用延時程序程序時，給延時參數(shù)賦值上另一個值，是延時程序延時時間發(fā)生改變，以達到不同快慢節(jié)奏閃爍的彩燈。具體程序流程如下圖所示。判斷有無按鍵按下YN開始當Key1-Key5有鍵按下時調(diào)用延時程序調(diào)用彩燈循環(huán)程序當Key6按下時設定相應的延時參數(shù)R

14、5的值圖3-1主程序流程圖第4章系統(tǒng)仿真調(diào)試4.1系統(tǒng)仿真本設計使用的Keil C51軟件來進行編程。Keil C51提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部份組合在一起。Proteus的ISIS是一款Labcenter出品的電路分析實物仿真系統(tǒng)，可仿真各種電路和IC，并支持單片機，元件庫齊全，使用方便，是不可多得的專業(yè)的單片機軟件仿真系統(tǒng)。圖4-1仿真電路圖4.2仿真調(diào)試本系統(tǒng)的調(diào)試是把在Keil里面寫好的程序通過編譯不出現(xiàn)任何錯誤后將生成的后綴名為.HEX的文件加載到AT89C51單片機中。接下

15、來我們將在PROTEUS軟件進行軟硬件結合的調(diào)試。圖4-2 程序編譯下面是在PROTEUS軟件仿真系統(tǒng)中的調(diào)試結果，如表4-1：序號測試項目測試方法測試結果行狀態(tài)分析1是否能正常工作打開仿真電路圖，加載程序，點擊開始運行。無任何錯誤提示仿真電路正常2彩燈花型控制運行仿真，隨機按下任意按鍵，觀察彩燈顯示效果。對應按鍵按下，彩燈出現(xiàn)不同花型。本設計實現(xiàn)了多控制、多閃爍的LED彩燈循環(huán)。3節(jié)奏快慢控制按閉合Key6，觀察彩燈循跳動節(jié)奏當閉合Key6是，彩燈循環(huán)閃爍變慢。本設計實現(xiàn)了用快慢兩種節(jié)拍實現(xiàn)花型交換。表4-1測試結果及狀態(tài)分析經(jīng)以上仿真上測試證實，能實現(xiàn)本設計系統(tǒng)要求的預期的功能。總結在經(jīng)過

16、幾周的不懈努力中，終于完成了畢業(yè)設計任務。通過本設計鍛煉了我們的實踐能力，也是對以后我們實際工作能力的訓練和考察過程?，F(xiàn)在是一個高科技的時代，單片機的應用無處不在，這更堅定了我要學好單片機的決心。本設計本身就比較簡單，整個畢業(yè)設計的過程中每一步都是自己親自做過的，在經(jīng)過遇到問題，思索問題到解決問題的過程中，收獲是最多的。以往沒有注意到的問題，都在這一次的畢業(yè)設計中得以體現(xiàn)，這培養(yǎng)了我的細心，耐心和專心。我覺得能夠在這次的畢業(yè)設計中學到很多的東西，以往不注意的細節(jié)，在這一次中是必須讓自己去注意的。也是我這三年來所學到知識的一個體現(xiàn)。我深深知道，每一次的學習實踐環(huán)節(jié)都是那么的來之不易，都是通過老師

17、的深思熟慮后，才給我們定下目標。然后讓我們在知識的海洋里翱翔，讓我們隨著年齡的增長不斷的擴充自己的知識領域，也逐漸成熟，逐漸長大，老師同時也教導我們逐漸成為一個能夠為身邊的人，為家庭，為國家做出點點貢獻的人，教導我們學會感恩。所以，我在這次的畢業(yè)設計中，認真對待每一個過程，希望自己的認真，自己最后的畢業(yè)設計的成果能夠回報老師這么多年來的教導，這么多年的奉獻。感謝教導我們的所有老師。最后，由于畢業(yè)期間，時間倉促，錯誤與不妥之處在所難免，敬請老師批評指正。參考文獻1周國運.單片機原理及應用.北京：中國水利水電出版社，20092陳梓城.模擬電子技術基礎.北京：高等教育出版社，20073陳正義.單片機

18、控制實習M.北京：人民郵電出版社，20064李朝青.單片機原理及接口技術.北京：人民郵電出版社，20065 李成富.彩燈控制器J. 電子世界 , 19986 周紹平. MCS-51單片機與8255連接方法的分析與應用J. 揚州職業(yè)大學學報 , 2002, 附錄1LED彩燈控制系統(tǒng)仿真電路圖附錄2LED彩燈彩燈控制程序代碼ORG 0000HLJMP MAINORG 0040HMAIN:MOV P1,#0FFHMOV A,P1CJNE A,#11111110b,S1LCALL K1S1:CJNE A,#11111101b,S2LCALL K2S2:CJNE A,#11111011b,S3LCALL

19、 K3S3:CJNE A,#11110111b,S4LCALL K4S4:CJNE A,#11101111b,MAINLCALL K5LJMP MAINK1:MOV A,#01111111bC1:RL AMOV P2,ALCALL DelayJNB P1.1,K2JNB P1.2,K3JNB P1.3,K4JNB P1.4,ZLJMP C1K2:MOV P2,#0FEHLCALL DelayMOV P2,#0FCHLCALL DelayMOV P2,#0F8HLCALL DelayMOV P2,#0F0HLCALL DelayMOV P2,#0E0HLCALL DelayMOV P2,#0C0

20、HLCALL DelayMOV P2,#80HLCALL DelayMOV P2,#00HLCALL DelayMOV P2,#80HLCALL DelayMOV P2,#0C0HLCALL DelayMOV P2,#0E0HLCALL DelayMOV P2,#0F0HLCALL DelayMOV P2,#0F8HLCALL DelayMOV P2,#0FCHLCALL DelayMOV P2,#0FEHLCALL DelayMOV P2,#0FFHLCALL DelayLJMP MAINZ: LJMP K5K3:MOV P2,#55HLCALL DelayMOV P2,#0AAHLCALL DelayMOV P2,#0FFHLJMP MAINK4:MOV P2,#01111110BLCALL DelayMOV P2,#00111100BLCALL DelayMOV P2,#00011000BLCALL DelayMOV P2,#00000000BLCALL DelayMO