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6路抢答器的设计
2007-12-2 9:06:32 阅读1775 评论2 22007/12 Dec2
武汉职业技术学院
毕业设计报告（论文）书
课题名称：《6路智力竞赛抢答器》
专 业：电子信息技术
班 级： 电 信05308班（日语班）
姓 名： 余东升
学 号： 05010464
合 作 者：
辅导教师：彭芬
日期：2007年10月20日至2007年12月30日
评分 批改教师签名：
目 录
摘要………………………………………………………………………………
第一章 开题报告……………………………………………………
1.1 本次设计的意义和目的……………………………………
1.2 本次设计的主要内容…………………………………………
1.3 本次设计中涉及的关键技术……………………………………
1.4 进度安排…………………………………………………………
第二章 系统方案证………………………………………………………………
第三章 系统原理分析……………………………………………………
第四章 程序设计………………………………………………………………
4.1 选手查询程序设计……………………………………………………
4.2 串行输出程序设计……………………………………………………
4.3 延时程序设计…………………………………………………………
第五章 制作过程………………………………………………………………
5.1 外观质量检查…………………………………………………………
5.2 测试时的注意事项……………………………………………………
5.3 元件检测………………………………………………………………
5.4 PCB布线工艺要求……………………………………………………
第六章 设计心得 ………………………………………………………………
第七章 参考文献………………………………………………………………
第八章 附 录………………………………………………………………
系统电路原理图 ……………………………………………………………………
摘 要
本系统采用AT89C51系列的单片机为核心,利用它内部的寄存器、定时/计数器、中断等资源配合外部模/数、数/模转换器、EPROM等外围设备完成一定的功能。使系统具有结构简单，支持在线下载、软件升级等优点。
一、 开题报告
（一）本次设计的意义和目的
抢答器在单位团体的专业知识竞赛中使用, 各类直播录播的演播室栏目、电视大奖赛, 也有着广泛的应用，是调动现场观众参与热情，提高栏目档次与可看性、增强栏目互动性、方便栏目环节创意的有力工具。
学生通过理论设计，查阅资料，选择元器件，实际动手安装、调试等过程，了解和掌握电子线路设计的一般方法。巩固和运用在电路与电子技术等课程中所学理论知识和技能，提高设计能力和动手能力，为以后从事相关工作打下基础。
本次设计要求：1、可同时供6路选手抢答；2、主持人可控制抢答开始和进行初始值的设定；3、可实现定时抢答。
本次6路智力竞赛抢答器的设计具有理论和实际意义，通过本次设计希望达到以下目的：
1、巩固所学的知识，学会通过各种途径查找资料；
2、能够把所学的理论知识联系实际，解决实际问题；
3、掌握抢答器的工作原理及其设计方法；
4、通过实物制作，了解相关芯片市场情况、价格，掌握相关芯片的功能，锻炼动手能力及分析思考能力。
（二）本次设计的主要内容
1、 可同时供6名选手参加比赛，其编号分别为1、2、3、4、5、6
1) 有6个抢答按钮
2) 可用LED数码管显示优先抢答选手的编号
2、 主持人可控制
1) 控制抢答的开始，定时抢答时初始值设置。
2) 对系统进行清零（编号数码显示器的熄灭灯）。
3、 能抢答
1) 抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，其他选手的抢答被禁止。
2) 优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止，为下一次抢答做准备。
4、 具备定时抢答功能
一次抢答定时时间30s，定时时间到，若无人抢答，进入下一轮抢答。抢答开始后显示30s倒计时。
（三）本次设计中涉及的关键技术
1、AT89C51系列的单片机
2、寄存器、定时/计数器
3、中断等资源配合外部模/数、数/模转换器、EPROM
4、单片机原理与应用。
（四）进度安排
本次设计计划在十周的时间内完成，具体进度安排如下：
第一周：开题
第二周：查阅资料
第三周：初拟设计方案
二、方案论证
（1）6路抢答器可以利用硬件电子元器件实现，但电路结构复杂，调试困难，涉及到的外围元件多，不便于安装，实验给实际操作带来很大的麻烦。
（2）我们利用单片机可以用很少元件实现相同功能，而且单片机性能稳定，可操作性强。可以只用P0口连接上拉电阻，完成驱动LED的功能，串接按键可以由选手自己控制抢答机会，利用P3口的RXD接74LS164的A，B端，TXD接移位脉冲做时钟信号。利用单片机程序判断选手按键是否有效，但选手违规抢答，利用简单程序显示选手序号，启动蜂鸣器并不间断，告诉主持人有人违规操作，抢答无效。给出相应的延时，选手按正常的操作抢答，软件倒记时，利用74LS164移位寄存8段数码管，实现倒记时显示时间，到5秒相应时间提醒选手时间快到了，要及时作答，并启动蜂鸣器。
如果有选手在规定的时间以前完成问题，主持人通过按键P2.4复位，开始新的问题作答，因为程序不是很大不需要扩展存储空间，选手按键跳入相应的子程序，回答倒记时，通过单片机实现功能可以更人性化，只需单电源供电更方便，容易实现。电路结构简单，外围扩展的电路不是很多，锻炼我们所学的知识应用到现实生活当中。为我们提供实践的机会。单片机是电子专业发展的方向，更好的使用单片机可以是我们的产品小型化，使用更方便，性能更稳定，功能更齐全，所以我们选用单片机加一定的外围设备实现本次课程设计的要求。原理方框图如下：
三、原理分析
1. 本电路采用单片机AT89C51作为控制芯片，单片机的P0口外接八个发光二极管，每个发光二极管分别作为八位选手的信号指示灯。并在各个外接电路上并接开关按键，按键另一端接地。发光二极管采用共阳极接法，由于P0口为高电平呈输入状态，当有按键按下时，P0口呈低电平与按键对应的发光二极管满足点亮条件点亮。在程序编程上采用查询，查询P0口P0.0到P0.7的八个端口呈低电平，即查询是哪个选手先按键，然后将选手号码的字节数据送至串行口输出并在数码管上显现出来。
2. 蜂鸣器是利用三极管处于开关状态是的导通与截止工作，在三极管导通时蜂鸣器工作，三极管截止时蜂鸣器不工作。三极管采用8550 PNP型基极接于P1.2口置其低电平时三极管导通，置其高电平时三极管截止。
3. 数码管采用共阳极七段显示，其内部发光二极管为共阳极接高电平，当对应发光二极管一端为低电平时发光二极管点亮，显示的数字或字符由送入的字节数据控制，字节数据的输出采用串形口工作模式0，8位串行字节数据的输出通过RXD端口送出，TXD端用于送出同步移位脉冲，作为外接器件的同步移位信号。数据的发送是在TI=0的情况下，由一写发送缓冲器的指令开始CPU执行完该指令，串行口即将8位数据从RXD端送出，同时TXD端发出同步移位脉冲。8位数据发送完毕后由硬件置位TI=1，通过查询TI位来确定是否发送完一组数据，TI=1表示发送缓冲器已空，当要发送下一组数据时用软件使TI清零，然后即可发送下一组数据。
4. 软件设计分析首先在程序的开始为选手设置了一段违规程序，该程序的作用是为了防止选手在主持人没有按下抢答键时，有的选手已经提前抢答了，本次抢答为无效抢答，并有报警和记录下该位选手的选号，做违规处理，如果选手超出了在规定的提前抢答次数，则该选手将被取消以后的抢答资格。如果在主持按下抢答键时再抢答，该次抢答被视为有效抢答，在主持按下回答问题的键时选手就可以在规定的时间内回答问题了。
5．该系统的电源电路采用+5V外部电源供电,并且兼单片机显示电路、知识灯电路以及所有的外围辅助电路的供电。
<1> 选手查询程序：
JNB P0.5，SIP6
JNB P0.6，SIP7
JNB P0.7，SIP8
DEC R0
CJNE R0，#0，LOP1
MOV R0，#0
LCALL LED
LCALL DEL
SJMP LOP
SIP1:AJMP DIP1
SIP2:AJMP DIP2
SIP3:AJMP DIP3
SIP4:AJMP DIP4
SIP5:AJMP DIP5
SIP6:AJMP DIP6
SIP7:AJMP DIP7
SIP8:AJMP DIP8
SB1:MOV R2，#1
LCALL LED1
LCALL DE
SJMP LP1
SB2:MOV R2，#2
LCALL LED1
LCALL DE
SJMP LP1
SB3:MOV R2，#3
LCALL LED1
<2>串行输出程序:
该部分程序的设计利用了单片机的串行模式0输出，该输出方式占用IO口少。可以省去许多IO口作为功能的扩展使用。在该模式下，我们采用了输出查询的方式，就是要借助发送标志TI，当程序执行到发送标志位时，查询其标志位TI的值，只要TI的值是0程序就继续查询，知道查询到TI为1时才结束，然后在进入下一组数据的发送。由于串行输出时送进去的数都是十进制数，以致计算机不能识别，所以还要把送进去的十进制数转化成而进制数，这样才能输出。因此在输出程序前必须有拆字程序，把原来送进去的十进制数转化成二进制数，然后在输出并通过数码管显示出来。但是如果在显示选手选号与显示选手回答问题所用的到计同用一段串行输出程序时就会造成程序的混乱，所以在此处设计了两段初始值不同的显示程序，从而可能增加了程序的烦琐化。
LED1:MOV A，R2
MOV B，#10
DIV AB
MOV R1，A
MOV R3，B
MOV A，R1
MOV DPTR，#TAB
MOVC A，@A+DPTR
MOV SBUF，A
JNB TI，$
CLR TI
MOV A，R3
MOVC A，@A+DPTR
MOV SBUF，A
JNB TI，$
CLR TI
RET
LED:MOV A，R0
MOV B，#10
DIV AB
MOV R1，A
MOV R3，B
MOV A，R1
MOV DPTR，#TAB
MOVC A，@A+DPTR
MOV SBUF，A
JNB TI，$
CLR TI
MOV A，R3
MOVC A，@A+DPTR
MOV SBUF，A
JNB TI，$
CLR TI
RET
DE:CLR P1.2
LCALL DEL01
SETB P1.2
LCALL DEL01
RET
TAB:DB 11H，0D7H，32H，92H，0D4H，98H，18H，0D3H，10H，90H
RET
END
3>倒计时程序
该程序为选手回答问题时的30秒倒计时程序，其中前25秒为正常的倒计时，在后5秒倒计时时伴随有报警声，用于提示选手回答问题的剩余时间。如果该选手在正常的倒计时内没有完成问题的回答，那么倒计时将被清零。
LOOP:MOV R0，#30
LPP:LCALL LED
LCALL DEL
JNB P2.4，LOP2
DEC R0
CJNE R0，#5，LPP
MOV R0，#5
LPP1:JNB P2.4，LOP2
LCALL LED
LCALL DE
DEC R0
CJNE R0，#0，LPP1
MOV R0，#0
LCALL LED
LCALL DEL
LJMP START
<4>延时程序
该系统设计了两段延时程序，一段1秒延时，是为了30秒倒计时调用和程序中一秒延时所用；另一段为0.5秒延时，用于报警。程序的设计中报警时间为一秒，但是由于在硬件的设计时只设计了一个按键，这样就会造成连续按键时会使所设定的报警声不断的响，这是设计中不允许的，所以在软件编程时设计了一个0.5秒的延时，被报警时所调用，这样就使报警声能很清楚地区分出来了。
DEL:MOV R6，#20 DEL01:MOV R6，#10
DEL1:MOV R5，#100 DEL11:MOV R5，#100
DEL2:MOV R4，#250 DEL21:MOV R4，#250
DJNZ R4，$ DJNZ R4，$
DJNZ R5，DEL2 DJNZ R5，DEL21
DJNZ R6，DEL1 DJNZ R6，DEL11
RET RET
<5>报警程序
该段程序主要是用于本系统中的所有报警使用，报警时间延时为1秒钟。
DE:CLR P1.2
LCALL DEL01
SETB P1.2
LCALL DEL01
RET
四、制作过程
在本次的课程设计中我主要负责了该系统的印制电路板PCB的检验。
1> 外观质量检查。
在电子整机时,对元件外观质量的一般检验标准如下。
1外观尺寸,电极引线的位置及直径应符合产品标准外形图的规定。
2外向型应完全无损,表面五凹陷,华很,裂口,污垢或锈斑,外部涂层不能气泡。无脱落或擦伤现象,除光学器件以外,凡是由玻璃或是塑料封装的,一般应不透光。
3电基引出线上映无压折或扭曲,没有影响焊接的氯化涂层。
4各种型号,规格,标志,应该清晰,牢固;特别是那些有参数,标志和极性标志的器件,其标志符号不能模糊不清或脱落。
2> 电气性能使用筛选。
通常对那些要求不是很严格的产品,一般采用随机抽样的方法检测筛选元器件;尔对那些要求较严,工作环境严格的产品,必须采用更加严格的老化筛选方法来逐个检验元器件。
3> 测试时的注意事项。
1决不能因为元器件是从商店里购买的,而忽略测试。
2要学会正确四使用测量仪器仪表的方法。
4> 元件的检测。
<1>电阻:
1按电阻上的色标读出电阻的阻值。
2用万用表测量电阻的"阻值",并与读数加以比较。
<2>电容 :
1用三用表测量电容电阻.其中,磁片电容的电阻必须为无穷大.电解电容的电阻要求在兆欧以上。
2电解电容管脚较短的一端是负极。
<3>二极管:
1用万用表测量单向导通电压(硅管:0.7V,锗管:0.2V)。
2看二极管是光标有彩色圆圈(蓝/白/黑)的一端是负极。
<4>三级管:
1用万用表HFE档测量电压放大系数。
2管脚顺时针方向依次为:EBC/BCE。
<5>LED发光二极管:
用万用表测量到同电压(1.6V),而且二极管亮灯。
<6>集成电路IC:
用专门的仪器进行测量。
PCB布线工艺要求
① 线 一般情况下，信号线宽为0.3mm(12mil)，电源线宽为0.77mm(30mil)或1.27mm(50mil)；线与线之间和线与焊盘之间的距离大于等于0.33mm(13mil)，实际应用中，条件允许时应考虑加大距离；布线密度较高时，可考虑（但不建议）采用IC脚间走两根线，线的宽度为0.254mm(10mil)，线间距不小于0.254mm(10mil)。特殊情况下，当器件管脚较密，宽度较窄时，可按适当减小线宽和线间距。
② 焊盘（PAD） 焊盘（PAD）与过渡孔（VIA）的基本要求是：盘的直径比孔的直径要大于0.6mm；例如，通用插脚式电阻、电容和集成电路等，采用盘/孔尺寸1.6mm/0.8mm（63mil/32mil），插座、插针和二极管1N4007等，采用1.8mm/1.0mm（71mil/39mil）。实际应用中，应根据实际元件的尺寸来定，有条件时，可适当加大焊盘尺寸；PCB板上设计的元件安装孔径应比元件管脚的实际尺寸大0.2～0.4mm左右。
③ 过孔（VIA） 一般为1.27mm/0.7mm(50mil/28mil)；当布线密度较高时，过孔尺寸可适当减小，但不宜过小，可考虑采用1.0mm/0.6mm(40mil/24mil)
网络和DRC检查和结构检查
首先，在确定电路原理图设计无误的前提下，将所生成的PCB网络文件与原理图网络文件进行物理连接关系的网络检查（NETCHECK），并根据输出文件结果及时对设计进行修正，以保证布线连接关系的正确性；网络检查正确通过后，对PCB设计进行DRC检查，并根据输出文件结果及时对设计进行修正，以保证PCB布线的电气性能。最后需进一步对PCB的机械安装结构进行检查和确认。
五、心得体会
通过对电子设计与制作知识的学习，激发了我们的积极性和主动性，培养了我们的创新意识和综合素质。了解电子产品设计与制作的工艺和流程，提高个人基本能力、实验及设计能力和独立工作能力，基本知识更加牢固，会看图、会画PCB板、会焊接安装、会测量、会查资、会写文档。电子设计与制作要求我们有牢固的基础理论知识，这也是将基础理论知识运用到实际中的重要一步。而对于我们所学的电子专业来说，电子设计也许就是我们以后的工作，课程设计实习将对以后的工作起到很重要的作用。
六、参考文献
黄志伟 全国大学生电子设计竞赛训练教程 电子工业出版社 2005.1
王松武 于鑫 武思军 电子创新设计与实践 国防工业出版社 2005.1
王 津 单片机原理与应用 重庆大学出版社 2004.2
谢自美 电子线路设计实验测试 华中科技大学出版社 2007.8
七、附录
系统原理图
系统原理图
心情
2007-10-8 17:36:32 阅读18 评论0 82007/10 Oct8
感悟
2007-10-8 17:32:10 阅读12 评论0 82007/10 Oct8
大一的时候，不知道自己不知道；大二的时候，知道自己不知道；大三的时候，不知道自己知道；大四的时候，知道自己知道。 |