基于聲光顯示智力競賽搶答器畢業(yè)設計_第1頁
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文檔簡介

1、<p><b>  畢業(yè)論文(設計)</b></p><p>  題 目:基于聲光顯示智力競賽搶答器 </p><p>  學 院: 汽車學院 </p><p>  專 業(yè): 機電(機器人方向) </p><p>  班 級:

2、 08機電本科班 </p><p>  學 號: </p><p>  學生姓名: </p><p>  指導老師: </p><p>  完成日期: 2012-04-09 </p

3、><p><b>  摘 要</b></p><p>  隨著電子技術(shù)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。</p><p>  電子智能搶

4、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)、

5、顯示模塊、顯示驅(qū)動模塊、搶答開關(guān)模塊、音樂音頻輸出模塊。</p><p>  關(guān)鍵詞 單片機;矩陣式鍵盤;顯示;驅(qū)動;搶答</p><p><b>  目 錄</b></p><p><b>  第1章 方案設計</b></p><p>  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

6、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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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

7、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。</p><p><b>  1.1 設計方案</b></p><p>  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。</p><p><b>  方案一:</b></p><p>  根

8、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)/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。</p><p><b>  方案二:</b></p><p>  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(gòu)成框圖如圖1-2所示,以單片機為核心控制,由單

9、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。</p><p>  圖1-2 單片機彩燈循環(huán)控制系統(tǒng)硬件框圖</p><p>  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P3.7引腳接上一個按鈕開關(guān)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

10、彩燈電路,顯示彩燈循環(huán)情況。</p><p><b>  1.2 方案選擇</b></p><p>  結(jié)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?qū)崿F(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

11、植性好等。</p><p>  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。</p><p><b>  第2章 硬件設計</b></p><p>  2.1 直流穩(wěn)壓電源電路</p><p>  對于一個完整的電子設計來講,首要問題就是為整個系統(tǒng)提供電源供電模塊,電源電路的穩(wěn)定可靠

12、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:</p><p>  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(gòu)成的穩(wěn)壓電源、線性集成穩(wěn)壓電源和開關(guān)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(gòu)成的正5V直流電源。</p>

13、<p>  圖2-1 三端固定式集成穩(wěn)壓電源電路圖</p><p>  AT89C51單片機的工作電壓范圍:4.0V—5.5V,所以通常給單片機外接5V直流電源。由于時間關(guān)系,此處用3節(jié)1.5V的干電池供電,在此不在贅述此穩(wěn)壓電源電路圖原理。</p><p>  2.2 單片機最小系統(tǒng)</p><p>  要使單片機工作起來,最基本的電路的構(gòu)成由單片機、時

14、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。</p><p>  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(gòu)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。</p><p>  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

15、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。</p><p>  圖2-2 單片機最小系統(tǒng)</p><p>  2.3 LED彩燈顯示電路</p><p>  LED彩燈顯示電路(如圖所示)實際上是由8個發(fā)光二極管和8個電阻構(gòu)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)

16、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。</p><p>  圖2-3 LED彩燈顯示電路</p><p>  2.4 按鍵控制電路</p><p>  按鍵控制電路(如圖2-4所示)是由6個按鍵開關(guān)構(gòu)成的。他們分別接在單片機AT89C51的P1接口

17、和P3.0口,Key1﹍Key5接在P1.0﹍P1.4,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(guān)Key1時, LED彩燈系統(tǒng)閃爍第一種彩燈花型。當按下開關(guān)Key2時, LED燈系統(tǒng)閃爍第二種閃爍方式……</p><p>  當閉合Key6時,彩燈閃爍節(jié)拍變慢。</p><p>  圖2-4 鍵盤控制電路</p><p><b>

18、;  2.5 串口電路</b></p><p>  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。</p><p>  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

19、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。</p><p>  圖2-5 串口原理圖</p><p>  MAX232芯片是專門為電腦的RS-232標準串口設計的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片,使用+5v單電源供電。</p><p>  MAX23內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本可分三個部分:</p>

20、<p>  第一部分是電荷泵電路:由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)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。</p><p>  第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道:由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)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

21、(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(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DP9插頭;DP9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出</p><p>  第三部分是供電:15腳DNG、16腳VCC(+5v)。</p><p>  在此,本系統(tǒng)的硬件電路已經(jīng)全

22、部設計完畢。</p><p><b>  第3章 軟件設計</b></p><p>  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

23、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LED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。</p><p>  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D1-D8分別接在單片機的P2.0-P2.7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??梢?/p>

24、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P2.1~P2.7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LED1~LED8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。</p&g

25、t;<p>  程序設計流程如圖3-1。程序啟動時跳轉(zhuǎn)到鍵盤判斷模塊程序中,此程序里面包含Key1~Key5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(zhuǎn)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。</p><p>  第4章 系統(tǒng)仿真調(diào)

26、試</p><p><b>  4.1 系統(tǒng)仿真</b></p><p>  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。</p><p>  Proteus的ISIS是一款Lab

27、center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)。</p><p>  圖4-1 仿真電路圖</p><p><b>  4.2 仿真調(diào)試</b></p><p>  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

28、件加載到AT89C51單片機中。接下來我們將在PROTEUS軟件進行軟硬件結(jié)合的調(diào)試。</p><p>  圖4-2 程序編譯</p><p>  下面是在PROTEUS軟件仿真系統(tǒng)中的調(diào)試結(jié)果,如表4-1:</p><p>  表4-1 測試結(jié)果及狀態(tài)分析</p><p>  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。<

29、;/p><p><b>  總 結(jié)</b></p><p>  在經(jīng)過幾周的不懈努力中,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。現(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。</p><p>  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

30、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

31、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。</p><p>  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。</p><p&

32、gt;<b>  參考文獻</b></p><p>  [1] 周國運.單片機原理及應用.北京:中國水利水電出版社,2009</p><p>  [2] 陳梓城.模擬電子技術(shù)基礎.北京:高等教育出版社,2007</p><p>  [3] 陳正義.單片機控制實習[M].北京:人民郵電出版社,2006</p><p>  

33、[4] 李朝青.單片機原理及接口技術(shù).北京:人民郵電出版社,2006</p><p>  [5] 李成富.彩燈控制器[J]. 電子世界 , 1998</p><p>  [6] 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</p><p><b>  , </b></p>

34、<p>  附錄1 LED彩燈控制系統(tǒng)仿真電路圖</p><p>  附錄2 LED彩燈彩燈控制程序代碼</p><p><b>  ORG 0000H</b></p><p><b>  LJMP MAIN</b></p><p><b>  ORG 0040H</b&g

35、t;</p><p><b>  MAIN:</b></p><p>  MOV P1,#0FFH</p><p><b>  MOV A,P1</b></p><p>  CJNE A,#11111110b,S1</p><p><b>  LCALL K1<

36、;/b></p><p>  S1:CJNE A,#11111101b,S2</p><p><b>  LCALL K2</b></p><p>  S2:CJNE A,#11111011b,S3</p><p><b>  LCALL K3</b></p><p

37、>  S3:CJNE A,#11110111b,S4</p><p><b>  LCALL K4</b></p><p>  S4:CJNE A,#11101111b,MAIN</p><p><b>  LCALL K5</b></p><p><b>  LJMP MA

38、IN</b></p><p>  K1:MOV A,#01111111b</p><p><b>  C1:RL A</b></p><p><b>  MOV P2,A</b></p><p>  LCALL Delay</p><p>  JNB P

39、1.1,K2</p><p>  JNB P1.2,K3</p><p>  JNB P1.3,K4</p><p>  JNB P1.4,Z</p><p><b>  LJMP C1</b></p><p>  K2:MOV P2,#0FEH</p><p>  L

40、CALL Delay</p><p>  MOV P2,#0FCH</p><p>  LCALL Delay</p><p>  MOV P2,#0F8H</p><p>  LCALL Delay</p><p>  MOV P2,#0F0H</p><p>  LCALL Dela

41、y</p><p>  MOV P2,#0E0H</p><p>  LCALL Delay</p><p>  MOV P2,#0C0H</p><p>  LCALL Delay</p><p>  MOV P2,#80H</p><p>  LCALL Delay</p>

42、<p>  MOV P2,#00H</p><p>  LCALL Delay</p><p>  MOV P2,#80H</p><p>  LCALL Delay</p><p>  MOV P2,#0C0H</p><p>  LCALL Delay</p><p> 

43、 MOV P2,#0E0H</p><p>  LCALL Delay</p><p>  MOV P2,#0F0H</p><p>  LCALL Delay</p><p>  MOV P2,#0F8H</p><p>  LCALL Delay</p><p>  MOV P2,#0

44、FCH</p><p>  LCALL Delay</p><p>  MOV P2,#0FEH</p><p>  LCALL Delay</p><p>  MOV P2,#0FFH</p><p>  LCALL Delay</p><p><b>  LJMP MAIN&

45、lt;/b></p><p>  Z: LJMP K5</p><p>  K3:MOV P2,#55H</p><p>  LCALL Delay</p><p>  MOV P2,#0AAH</p><p>  LCALL Delay</p><p>  MOV P2,#0

46、FFH</p><p>  LJMP MAIN</p><p>  K4:MOV P2,#01111110B</p><p>  LCALL Delay</p><p>  MOV P2,#00111100B</p><p>  LCALL Delay</p><p>  MOV

47、P2,#00011000B</p><p>  LCALL Delay</p><p>  MOV P2,#00000000B</p><p>  LCALL Delay</p><p>  MOV P2,#10000001B</p><p>  LCALL Delay</p><p> 

48、 MOV P2,#11000011B</p><p>  LCALL Delay</p><p>  MOV P2,#11100111B</p><p>  LCALL Delay</p><p>  MOV P2,#11111111B</p><p>  LCALL Delay</p><p

49、>  LJMP MAIN</p><p>  K5:MOV P2,#01111110B</p><p>  LCALL Delay</p><p>  MOV P2,#10111111B</p><p>  LCALL Delay</p><p>  MOV P2,#01111110B</p>

50、;<p>  LCALL Delay</p><p>  MOV P2,#10011111B</p><p>  LCALL Delay</p><p>  MOV P2,#01111110B</p><p>  LCALL Delay</p><p>  MOV P2,#10001111B<

51、/p><p>  LCALL Delay</p><p>  MOV P2,#01111110B</p><p>  LCALL Delay</p><p>  MOV P2,#10000111B</p><p>  LCALL Delay</p><p>  MOV P2,#01111110

52、B</p><p>  LCALL Delay</p><p>  MOV P2,#10000011B</p><p>  LCALL Delay</p><p>  MOV P2,#01111110B</p><p>  LCALL Delay</p><p>  MOV P2,#100

53、00001B</p><p>  LCALL Delay</p><p>  MOV P2,#00H</p><p>  LCALL Delay</p><p>  MOV P2,#0FFH</p><p>  LCALL Delay </p><p>  MOV P2,#00H</

54、p><p>  LCALL Delay</p><p>  MOV P2,#0FFH</p><p>  LCALL Delay </p><p><b>  LJMP MAIN</b></p><p>  Delay: JNB P3.0,D1</p><p>  mov

55、 r5,#01h</p><p><b>  LJMP D5</b></p><p>  D1:MOV r5,#04h</p><p>  D5:mov r6,#0ffh</p><p>  D6:mov r7,#0ffh</p><p><b>  D7:nop<

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