基于單片機的競賽搶答器系統設計畢業設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 對應的數碼管點亮，不想點亮就加上低電平。 圖 29 數碼管 Q1T I S 9 3L S 1S P E A K E RR11 0 kP 3 . 6鹽城工學院本科生畢業設計說明書 ( 20xx) 9 表 21 共陰極數碼管真值表 輸入 數字 a b c d e f g h 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 2 1 1 1 1 0 0 1 0 3 0 1 1 0 0 1 1 0 4 1 0 1 1 0 1 1 0 5 1 0 1 1 1 1 1 0 6 1 1 1 0 0 0 0 0 7 1 1 1 1 1 1 1 0 8 1 1 1 1 0 1 1 0 9 方案一：采用數碼管顯示。數碼管精確度能達到本設計的要求，對使用環境沒有特別的要求，性價比也比較高。在程序設計上數碼管的編譯容易。 方案二：采用液晶屏顯示。畫面效果比數碼管好，主要體現在可以顯示多種符號，分辨率高可以看得面積比較大。但是資源占用比數碼管多，同時成本比數碼管高。 因為，只需顯示選手號碼和時間，所以選用方案一。顯示電路如圖 210。此電路包括顯示和 驅動，顯示采用數碼管，通過 P0 口控制數字的顯示，驅動用 P2 口，數碼管采用動態顯示。數碼管動態顯示，驅動數碼管的電平不斷的發生改變 ,使數碼管亮與滅輪流變化。一般芯片的引腳不一定能夠驅動數碼管亮滅，所以需要一個能驅動數碼管的電源驅動數碼管。為了簡化電路，一般直接使用芯片的電源驅動數碼管，但是數碼管需要的電壓較低直接使用會燒壞數碼管。這時需要一個 220V 的電阻來降低電壓使得數碼管在正常使用的時候不會被燒毀。 圖 210 數碼管顯示電路 基于單片機競賽搶答器系統設計 10 3 系統程序設計 主程序 任何控制系統開始正常工作前都必須要進行初 始化， 本設計搶答器正常工作時，對系統初始化，掃描 口，判斷是否有低電平，即開始按鍵是否按下。 如果“開始”鍵沒有被按下，那么在掃描選手鍵是否被按下。如果有選手按下，就是非法搶答需要使用非法搶答子程序。如果“開始”鍵按下后，選手鍵才被按下，那么就是正常搶答，此時就是執行正常搶答程序。 本部分的程序主要就是初始設置，包括中斷和相關的系統參數 。中斷在設計中需要考慮某個中斷源是否允許，中斷優先級和對于一些特殊的中斷需要特定的設置。本設計的特殊的中斷主要是定時 /計數器和外部中斷；首先需要確定定時 /計數器的功能，在 使用前確定是定時模式。在設計中在確定了定時功能模式后，定時 /計數器將有多種工作方式可供選擇，本設計采用方式一。該工作方式下，定時初值沒有重新裝填的功能。定時的初始值存放在 TH0、 TH TL0 和 TL1 中。定時 /計數器還需要設定其啟動方式，本文中采用軟件啟動方式。具體實現為： MOV TMOD, 11H ，定時 /計數器的啟動由定時 /計數器控制寄存器 TCON 中的 TR0 和 TR1 的置位實現。外部中斷不僅需要設置中斷優先和中斷允許還需要設置中斷的觸發方式。本文程序設計中采用邊沿觸發方式。通過定時 /計數器控制寄存器 TCON 中的 IT0和 IT1 確定。置位表示邊沿觸發方式。反之為電平觸發方式。指令的實現方法為： SETB IT0。 只要有中斷程序響應，系統就會自動的將程序指針的 PC 值調到對應的中斷服務的入口地址之上。在 51 系列單片機中，中斷服務程序會大于 8 個字節，而中斷服務程序入口地址后只分配 8 字節的程序空間，故需使用跳轉指令跳轉至存儲器空間中的適當位置。有中斷被響應，現在正在執行的程序會被暫停，同時進行保護，然后去執行剛剛的中斷程序。這時將涉及到斷點保護和現場保護的問題。斷點保護由單片機內部自動完成，不需要外界干預。但是，現 場保護是通過 PUSH 和 POP指令完成的，也就是說通過軟件設置現場保護的。堆棧的深度也可以根據設計的實際情況重新設定。如果不進行設定， SP 的值將為 07H,堆棧深度為 24B。大量的程序初始參數都需要在初始化的時候被設定，這樣的話在程序運行的時候就可以方便的調用這些數據進行運算，這些數據的設定能直接影響程序的運行，需要小心設置。 鹽城工學院本科生畢業設計說明書 ( 20xx) 11 主程序流程圖如下： 圖 31 主程序流程圖 開 始初 始 化 顯 示 Ｆ Ｆ ＦＰ ３ . ２ 和 Ｐ ３ . ３ 是 否 按下 ？時 間 調 整 子 程序Ｐ ３ ． ０ 是 否 按 下 ？倒 計 時 子 程 序顯 示 子 程 序正 常 搶 答 處 理 程 序結 束返 回是 否 有 搶 答 鍵 按 下 ？非 法 搶 答 子 程 序報 警 子 程 序返 回否是是是否否基于單片機競賽搶答器系統設計 12 正常搶答 正常搶答是在“開始”按鈕，被按下后進行的搶答。程序實現了第一搶答選手的編號的鎖存功能。正常搶答流程圖如下： 圖 32 正 常搶答程序流程圖 開 始響 聲 提 示設 置 定 時 器 初值 ， 啟 動３ ０ 秒 倒 計 時３ ０ 秒 內 顯 示搶 答 的 搶 答 者編 號回 答 問 題 的 ６０ 秒 倒 計 時Ｒ Ｅ Ｔ鹽城工學院本科生畢業設計說明書 ( 20xx) 13 犯規搶答 在主持人未按下“開始”鍵時，為了保證比賽的公平，專門設計里對于非法搶答選手進行警告的程序。當非法搶答事件發生的時候，數碼管顯示多少號選手發生非法搶答，同時會跳到非法搶答子程序上。 犯規搶答流程圖如下： 圖 33 犯規搶答程序流程圖 開 始 P 1 . 0 按 下 ？P 1 . 1 按 下 ？P 1 . 2 按 下 ？P 1 . 3 按 下 ？P 1 . 4 按 下 ？P 1 . 5 按 下 ？P 1 . 6 按 下 ？P 1 . 7 按 下 ？將 犯 規 號 送 到R 3犯 規 搶 答 程 序返 回是是是是是是是是否否否否否否否基于單片機競賽搶答器系統設計 14 顯示程序 數碼管是采用共陰極的數碼管，將數碼管的公共端接到低電平上，在給數碼管A 到 H 腳接上一個高電平就可以是對應的二極管發亮。程序設置 P0 和 P2 口，完成數碼管的數字顯示和數碼管位的選擇。 報警程序 蜂鳴器通過 發出控制 信號來控制三極管導通和關斷，從而使蜂鳴器發聲。當 RING 標志位為 1 時候 口不斷取反使喇叭發出一定頻率的聲音。 搶答時間調整子程序 改搶答器的時間是可以通過按鍵在量程內自由修改的，再按下“搶答時間調整按鈕”或者“回答時間調整按鈕”后，數碼管上會顯示已經設定好的時間，如果不滿意可以按下“加一”按鈕進行時間上的加一。如果想減 1S，按下“減一”鍵。LED 顯示裝置會自動顯示修改后的搶答時間。時間只能在 0 到 99 之內調節，如果超過 99，就會變成 0。如果低于 0 就會變為 99。回答時間的調整與此類似。 搶答時間調 整子程序流程圖如下： 鹽城工學院本科生畢業設計說明書 ( 20xx) 15 圖 34 搶答時間調整程序流程圖 開 始設 置 搶 答 和 答題 時 間將 R 1 的 十 位 和 個位 分 別 送 到 R 4 、R 5調 顯 示 子 程 序P 3 . 4 按 下 ？R 1 = 9 9 ？P 3 . 5 按 下 ？R 1 = 0 ？P 3 . 1 按 下 ？結 束R 1 1 送 到 R 1調 延 時 子 程 序R 1 = 9 9R 1 = 1 送 到 R 1R 1 = 0是是否是否是否否否是基于單片機競賽搶答器系統設計 16 4 系統仿真調試 Keil uVision2 軟件調試 本設計由于是采用 51 系列單片機，因此使用使用 Keil uVision2。 C51 在 Keil uVision2 中被充分使用。在 Keil uVision2 開發環境中，我們可以實現 C51 的編譯、調試，生成單片機所需的文件。 在 Keil uVision2 新建工程，選擇 Atmel中的 89C51。新建文件以 .asm 結尾，并保存，將 .asm文件添加入工程。首先對于用戶的程序需要進行檢查，將所有的錯誤改正后 才可以順利的進行編程。在程序完全無錯之后通過 Keil uVision2 中的工具將單片機執行文件生成出來。最后再點擊編譯就能生成 .hex 文件了。生成的 HEX 文件就是可用于單片機使用的文件。 Proteus 仿真 Proteus軟件是一款 EDA工具軟件，它由英國的一家公司出版。它與其他的 EDA軟件相比，不僅有軟件仿真，還可以將單片機外圍部件一起仿真。從目前情況看，它是最好的仿真軟件。 Proteus 可以進行原理圖繪制，代碼的調試，整個電路圖的仿真，還可以進行 PCB 的繪制工作。從概念性上的設想到實際的實物的設 計都可以使用它。目前世界上唯一的將電路仿真、虛擬模型仿真和 PCB 的設計結合在一起的軟件。在 Proteus 中將原理圖畫好，然后將已經編譯好的程序代碼導入到原理圖的芯片里面，從而使芯片可以運行，運行模擬仿真的功能就可以看到和實物差不多的功能演示。它的元器件、連接線路等卻和傳統的單片機實驗硬件高度對應。它可以替代相當一部分的傳統上的單片機的教學任務，使人們不需要實物就可以得到直觀的結果。 本設計用到 Proteus 仿真軟件。首先進行 ISIS 原理圖設計將電路圖根據設計要求在軟件中準確地畫出，我們的仿真也是完全基于 ISIS 原理圖模塊下進行的。再進行電氣檢查，確認電氣接線無誤。原理圖如圖 41。 單擊源代碼，單擊添加 /刪除源文件，得到對話框，添加 .HEX 文件。選擇全部編譯。然后將 Keil uVision2 生成的 HEX 文件導入到到該中原理圖的芯片中。 鹽城工學院本科生畢業設計說明書 ( 20xx) 17 圖 41 電氣檢查無誤程序導入后的原理圖 文檔建立好之后，按開始運行，執行仿真。下面是幾組仿真圖。 圖 42 開始時顯示 FFF 開始時，仿真顯示的是 ”F”，這說明搶答器已經準備好可以進行下一步的工作在復位后、開始時、結束時都是這個狀態。 基于單片機競賽搶答器系統設計 18 圖 43 啟動開始鍵，倒計 時 圖 44 5 號選手搶答 圖 45 7 號選手非法搶答 主持人按下開始鍵后，開始顯示倒計時，最初的倒計時設定為 30S。在這之后有選手搶答，假設為 5 號，就會在數碼管上顯示搶答選手編號以及回答時間的倒計時，初始設定為 60S。如果主持人沒有按下開始鍵就有人搶答，就會顯示非法搶答選手編號，同時后 2 為數碼管顯示“ F”。 鹽城工學院本科生畢業設計說明書 ( 20xx) 19 5 實物電路制作以及調試 在焊接實物前需要檢查下所購買的的元器件是否有損壞的情況，以防止在焊好之后發現損壞增加了額外的工作量。因為所買的按鈕時 4 引腳的，需要用萬用表檢測出常開和常閉的引腳，防 止接錯后按鈕無反應，一直處于導通狀態。再用萬用表檢測數碼管是否都能點亮。也可以在萬用板上焊上 USB 接口，串聯上 220 歐姆電阻，再引出一根導線，和接地端的導線和在一起就形成一個簡易的測試數碼管的設備。檢測蜂鳴器能否發聲。 在檢測完元件后，對照著原理圖就可以焊接設備了。焊接時首先進行的是單片機最小系統的焊接，為了防止干擾將晶振貼近單片機。為了使電路看上去簡單特地將瓷片電容放在單片機的托架里面。同時復位部分的電阻電容也放在里面，復位按鈕則放置在單片機外面。再將 EA 腳接到電源腳上。在焊接數碼管，在焊接前需要將所有的 腳代表的意義畫出來。單片機連接到數碼管上時需要考慮下連線的問題，因為連線會交叉在一起，所以需要好好考慮一下連線的先后順序問題。第一次焊接的時候由于按鈕的擺放位置沒有考慮好，造成按鈕連接地線時焊接比較麻煩。由于鏈接的導線比較復雜，同時導線為完全拉直造成一定的干擾，使得第一塊板子沒有達到預期效果。焊接第二塊板子時，吸收以上教訓將按鈕位置調整了下，在連接底線時直接使用撥完皮的導線，圍繞按鈕直接