单片机电子抢答器报告

电子信息工程实验教学中心《综合课程设计》设计报告设计题目电子抢答器年级专业学号姓名成绩2009通信2009通信2009通信评语：完成日期：2012年5月20日目录1原理分析（撰写人：杨勇）.................................................................................................12方案选择（撰写人：吴祺荣）.............................................................................................12.1芯片方案选择..............................................................................................................12.2抢答器显示模块..........................................................................................................22.3电源方案的选择..........................................................................................................32.4抢答器键盘的选择......................................................................................................32.5外部振荡电路..............................................................................................................32.6复位电路......................................................................................................................42.7发声电路......................................................................................................................53电路原理图绘制及仿真（撰写人：吴祺荣）.....................................................................53.1电路原理图..................................................................................................................53.2仿真..............................................................................................................................74PCB图绘制（撰写人：吴祺荣）........................................................................................94.1PCB设计步骤.............................................................................................................94.2PCB设计的一般原则...............................................................................................185综合调试（撰写人：杨勇、张怀远）...............................................................................195.1软件调试....................................................................................................................195.2硬件调试....................................................................................................................226总结（撰写人：杨勇、张怀远）.......................................................................................27附录..........................................................................................................................................2911原理分析（撰写人：杨勇）定时抢答器的总体框图如下图所示，它由单片机和外围电路两部分组成。单片机（主控制器）显示模块（三位八段共阴数码管）输入模块（4×4行列式按键）图1-1：定时抢答器的总体框图主要完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答键时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答。扩展功能为定时抢答的功能。定时抢答器的工作过程是：1、接通电源时，抢答器处于复位状态，此时抢答器禁止工作，等待主持人按下开始按钮。2、当主持人按下开始按钮后，开始5秒准备倒计时，数码管显示倒计时时间。此时有选手抢答则为犯规，系统报警并显示犯规选手的编号。需要主持人按下复位键重新开始。3、准备倒计时结束后会进入15秒抢答倒计时阶段，此时选手可以抢答，定时器倒计时，数码管显示倒计时时间，倒计时最后5秒会响铃提示。当倒计时结束，却没有选手抢答时，系统报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。当选手在抢答时间内按动抢答键时，抢答器要完成以下四项工作：①第一位选手按下抢答键后单片机立即分辨出抢答者的编号，然后由译码显示电路显示编号；②关闭键盘扫面使其他选手的按键无效，避免其他选手再次进行抢答；③使定时器停止工作，时间显示器上清空。当选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关，使系统复位以便进行下一轮抢答。2方案选择（撰写人：吴祺荣）2.1芯片方案选择2限于目前已有芯片，选AT89C51。AT89C51有40个引脚，如图2-1所示。图2-1：AT89C51引脚图主要功能特性如下：·与MCS-51兼容·4K字节可编程FLASH存储器·寿命：1000写/擦循环·数据保留时间：10年·全静态工作：0Hz-24MHz·三级程序存储器锁定·128×8位内部RAM·32可编程I/O线·两个16位定时器/计数器·5个中断源·可编程串行通道·低功耗的闲置和掉电模式·片内振荡器和时钟电路2.2抢答器显示模块3数码管显示是采用BCD编码显示数字，程序编译容易，资源占用较少。采用8位共阴数码管显示。它是共阴极的由高电平点亮，如图2-2所示。图2-2：共阴极数码管引脚图2.3电源方案的选择系统需要5V电源来驱动单片机AT89C51。利用电脑的USB接口可以提供5V电压来驱动单片机。2.4抢答器键盘的选择在一个单片机应用系统中，键盘和显示是系统中并不可少的输入输出设备，是控制系统与操作人员对话的窗口。常用的有独立式键盘，行列式键盘等。行列式键盘有节省I/O口的优点，但是电路比较复杂，识别要进行扫描。本设计采用行列式键盘，如图2-3所示。图2-3：行列式键盘电路图2.5外部振荡电路4外部振荡电路单片机必须在AT89C51的驱动下才能工作.在单片机内部有一个时钟振荡电路,只需要外接一个振荡源就能产生一定的时钟信号送到单片机内部的各个单元，外部振荡电路见图5所示。图2-4：外部振荡电路图一般选用石英晶体振荡器。此电路在加电大约延迟10ms后振荡器起振，在XTAL2引脚产生幅度为3V左右的正弦波时钟信号，其振荡频率主要由石英晶振的频率确定。电路中两个电容C1，C2的作用有两个：一是帮助振荡器起振；二是对振荡器的频率进行微调。C1，C2的典型值为22PF。2.6复位电路外部中断和内部中断并存，单片机有硬件复位端,只要输入持续4个机器周期的高电平即可实现复位。硬件复位后的各状态可知寄存器及存储器的值都恢复到了初始值,应为本设计功能中有倒计时时间的记忆功能，所以不能对单片机进行硬件复位。只能用软复位。软复位实际上就是当程序执行完毕之后,将程序指针通过一条跳转指令让它跳转到程序初始位置。复位电路采用图2-5所示。图2-5：复位电路图5复位电路主要由电解电容C3、电阻R1、按键S1组成。由于单片机是高电平复位，所以当复位键按下时候，单片机的9脚RESET管脚处于高电平，此时单片机处于复位状态。当上电后，由于电容的缓慢充电，单片机的9脚电压逐步由高向低转化，经过一段时间后，单片机的9脚处于稳定的低电平状态，此时单片机上电复位完毕，系统程序从0000H开始执行。2.7发声电路蜂鸣器是众多电子产品中作为发声器件，其图形如图2-6所示。图2-6：蜂鸣器电路图3电路原理图绘制及仿真（撰写人：吴祺荣）3.1电路原理图（proteus、protel）6图3-1：电路原理图（proteus）所用元件型号如下：·51芯片：AT89C51·锁存器：74HC573·蜂鸣器：BUZZER·按键：BUTTON·数码管：7SEG-MPX6-CC·晶振：CRYSTAL·三极管：2N3702·电阻：RES·普通电容：CAP·电解电容：CAO-ELECProtel绘制的原理图如图3-2。7图3-2：电路原理图（Protel）3.2仿真（proteus）双击仿真图中的单片机AT89C51，将会出现如图3-3所示的单片机对话框窗口：在ProgramFile中装载由KEIL生成的后缀名为.HEX的文件，点击仿真按钮即可进行仿真。8图3-3：仿真装载文件图①主持人未按开始键8位选手抢答没任何反应。图3-4：未开始屏幕显示图②主持人按开始后5s思考时间。抢答还没开始，5s内不能抢答，若抢答视为犯规。图3-5：5S思考时间屏幕显示图9③2号在抢答未开始抢答，屏幕显示出222表示犯规。图3-6：2号犯规屏幕显示图④已有选手抢答犯规，其他选手抢答无反应。⑤5s的思考时间过后，抢答开始，有15秒的抢答时间图3-7：15S抢答时间屏幕显示图⑥3号抢答成功，屏幕上显示出3号。图3-8：3号抢答成功屏幕显示图⑦已有选手抢答成功，其他选手抢答无反应。4PCB图绘制（撰写人：吴祺荣）本设计采用proteus绘制PCB图。4.1PCB设计步骤4.1.1绘制原理图这是电路板设计的先期工作，主要是完成原理图的绘制（见图3-1），包括生成网络表。当然，有时也可直接进入PCB设计，不进行原理图的绘制。原来用于仿真的原理10图需将信号源及测量仪表的接口连上适当的连接器。另外，要确保每一个元器件都带有封装。用Proteus绘制原理图时有的元器件没有封装，如按键，数码管。4.1.2规划电路板在绘制印制电路板之前，要对电路板有一个初步的规划，比如说电路板采用多大的物理尺寸，采用几层电路板（单面板、双面板或多