基于声光显示智力竞赛抢答器.doc

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1、摘要随着电子技术的飞速发展,基于单片机的控制系统已广泛应用于工业、农业、电力、电子、智能楼宇等行业,微型计算机作为嵌入式控制系统的主体与核心,代替了传统的控制系统的常规电子线路。同时楼宇智能化的发展与成熟,也为基于单片机的照明控制系统的普及与应用奠定了坚实的基础。电子智能抢答计分器在抢答过程中,为了知道哪一组或哪一位选手先答题,必须要设计一个系统来完成这个任务。如果在抢答中,靠视觉是很难判断出哪组先答题,利用单片机系统来设计抢答器,使以上问题得以解决。即使两组的抢答时间相差几微秒,也可分辨出哪组先答题。抢答组数可以在八组以任意使用,本系统设计为模块形式采用九针插头进行连接,系统工作原理本系统采

2、用AT89S51单片机作为核心,控制系统的五个模块分别为：单片机最小系统六位并行数码显示、4*4矩阵式键盘、显示模块、显示驱动模块、抢答开关模块、音乐音频输出模块。关键词单片机；矩阵式键盘；显示；驱动；抢答第1章方案设计随着人们生活环境的不断改善和美化,在许多场合可以看到彩色霓虹灯。LED彩灯由于其丰富的灯光色彩,低廉的造价以及控制简单等特点而得到了广泛的应用,用彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种时尚。但目前市场上各式样的LED彩灯控制器大多数用全硬件电路实现,电路结构复杂、功能单一,这样一旦制作成品只能按照固定的模式闪亮,不能根据不同场合、不同时间段的需要来调节亮灯时间、模式、闪烁频率等

3、动态参数。这种彩灯控制器结构往往有芯片过多、电路复杂、功率损耗大等缺点。此外从功能效果上看,亮灯模式少而且样式单调,缺乏用户可操作性,影响彩灯效果,因此有必要对现有的彩灯控制器进行改进。1.1设计方案彩灯控制器大致可分为两种方案实现。一种是利用电子电路装置控制,另一种是采用单片机控制。方案一：根据设计任务要求介绍的彩灯控制电路的基本组成,可以确定彩灯控制器应由振荡电路、计数/时序分配电路、移位位寄存器和彩灯显示五部分组成。其框图如图1-1所示。振荡电路控制电路译码器LED显示电路计数器图1-1彩灯循环控制器硬件框图方案二：本方案主要是通过对基于单片机的多控制、多闪烁方式的LED彩灯循环系统的设

4、计,来达到本设计的要求。其硬件构成框图如图1-2所示,以单片机为核心控制,由单片机最小系统时钟电路、复位电路、电源、按键控制电路、LED发光二极管和5V直流电源电路组成。AT89C51单片机时钟电路复位电路按键控制电路直流5V电源电路供电信号LED彩灯图1-2单片机彩灯循环控制系统硬件框图此设计方案中单片机的P1口接5路按键控制电路,实现彩灯花型的切换功能；单片机的P3.7引脚接上一个按钮开关以实现对彩灯闪烁频率的控制,即实现了快慢两种节拍实现花型的变换；单片机上的P2口接八路LED发光二极管组成彩灯电路,显示彩灯循环情况。1.2方案选择结合设计任务书比较以上两种方案可知：利用电子电路装置控制

5、,其电路不很复杂,制作相对较容易点,成本也相对较低,但可调性差,亮灯模式少而且样式单调,达不到设计任务要求或实现困难。采用单片机控制其优点是电路集成度高,工作原理简单,清晰明了,自定义编程,控制的图案花样多,移植性好等。综上,显然方案二各方面优越于方案一,以及为了体现专业优势,本次设计采用第二种方案。第2章硬件设计2.1直流稳压电源电路对于一个完整的电子设计来讲,首要问题就是为整个系统提供电源供电模块,电源电路的稳定可靠是系统平稳运行的前提和基础。电子设备除用电池供电外,还采用市电交流电网供电。通过变压、整流、滤波和稳压后,得到稳定的直流电。直流稳压电源是电子设备的重要组成部分！本项目直流稳压

6、电源为+5V。如下图所示：直流稳压电源的制作一般有3种制作形式,分别是分立元件构成的稳压电源、线性集成稳压电源和开关稳压电源。下图稳压电源采用的是三端集成稳压器7805构成的正5V直流电源。图2-1三端固定式集成稳压电源电路图AT89C51单片机的工作电压围：4.0V5.5V,所以通常给单片机外接5V直流电源。由于时间关系,此处用3节1.5V的干电池供电,在此不在赘述此稳压电源电路图原理。2.2单片机最小系统要使单片机工作起来,最基本的电路的构成由单片机、时钟电路、复位电路等组成。单片机最小系统如下图2-2所示。时钟电路：本系统采用单片机部方式产生时钟信号,用于外接一个12MHz石英晶体振荡器

7、和2个30pF微调电容,构成稳定的的自激振荡器,其发出的脉冲直接送入部的时钟电路。复位电路：确定单片机工作的起始状态,完成单片机的启动过程。单片机系统的复位方式有上电自动复位和手动按键复位。本设计采用手动按键复位,该复位方式同样具有上电自动复位功能。电路如下图所示。图2-2单片机最小系统2.3LED彩灯显示电路LED彩灯显示电路实际上是由8个发光二极管和8个电阻构成的电路。发光二极管与电阻对应串联,然后接在与之相对应的P2口上。通过软件编程对P2口输出高低电平来实现不同的闪烁花型。由于发光二极管的导通电压一般为1.7V以上,另外,他的工作电流根据型号不同一般为1mA到30mA,电阻选择围100

8、欧姆3千欧姆在此我们这里选用560欧姆的电阻。图2-3LED彩灯显示电路2.4按键控制电路按键控制电路是由6个按键开关构成的。他们分别接在单片机AT89C51的P1接口和P3.0口,Key1Key5接在P1.0P1.4,Key6接在P3.7上。为了一对一的控制LED灯的闪烁方式。当按下开关Key1时, LED彩灯系统闪烁第一种彩灯花型。当按下开关Key2时, LED灯系统闪烁第二种闪烁方式当闭合Key6时,彩灯闪烁节拍变慢。图2-4键盘控制电路2.5串口电路串口电路为单片提供与PC机连接端口,为单片机提供下载程序到单片机程序存储器中。串口原理图如图2-5所示。串口也称串行通信接口,RS-232

9、是目前最常用的一种串行通讯接口,由于其形状和针脚数量的原因,其接头又被称为DB9接头。RS-232针脚定义: 2 RXD Receive Data 接收数据 、3 TXD Transmit Data 发送数据 、5 GND System Ground 系统接地,一般就用到这几个引脚。图2-5串口原理图MAX232芯片是专门为电脑的RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片,使用+5v单电源供电。MAX23部结构基本可分三个部分：第一部分是电荷泵电路：由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成,功能是产生+12v和-12v两个电源,提供给RS-232串口电平的需要。第二部分是数据转换通道：由7、

10、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道,其中13脚R1IN、12脚R1OUT、11脚T1IN、14脚T1OUT为第一数据通道,8脚R2IN、9脚R2OUT、10脚T2IN、7脚T2OUT为第二数据通道。TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DP9插头；DP9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出第三部分是供电：15脚DNG、16脚VCC+5v。在此,本系统的硬件电路已经全部设计完毕。第3章软件设计单片机的应用系统由硬件和软件组成,上述硬件原理图搭建完成上电

11、之后,我们还不能看到多控制、多闪烁方式的LED灯系统循环点亮的现象,我们还需要告诉单片机怎么样进行控制,即编写程序控制单片机管脚电平的高低变化,来实现发光二极管的明灭。软件编程是多控制、多闪烁方式的LED灯系统中的一个重要的组成部分,是本设计的重点和难点。下面,我将阐述多控制、多闪烁方式的LED灯系统是如何实现8个LED灯的循环点亮,来介绍实现流水灯控制的软件编程方法。本设计是以单片机AT89C51为核心控制8个发光二极管5种闪烁方式的变换。硬件电路如图附录1所示,八个发光二极管D1D8分别接在单片机的P2.0P2.7接口上,当给P2.0口输出0时,发光二极管点亮,当输出1时,发光二极管熄灭。

12、可以运用输出端口指令MOV P0,A或MOV P0,DATA,只要给累加器值或常数值,同理,接在P2.1P2.7口的其他7个LED的点亮和熄灭的方法同LED1。因此,要实现流水灯功能,我们只要将发光二极管LED1LED8依次点亮、熄灭,8只LED灯便会一亮一暗的成流水灯了。在此我们还应注意一点,由于人眼的视觉暂留效应以及单片机执行每条指令的时间很短,我们在控制二极管亮灭的时候应该延时一段时间,否则我们就看不到闪烁效果。程序设计流程如图3-1。程序启动时跳转到键盘判断模块程序中,此程序里面包含Key1Key5的按键情况判断,循环检测直到有按键按下的时候,程序转去相对应按键的彩灯显示的花型模块,与

13、此同时,当按键Key6有闭合时,程序中调用延时程序程序时,给延时参数赋值上另一个值,是延时程序延时时间发生改变,以达到不同快慢节奏闪烁的彩灯。具体程序流程如下图所示。判断有无按键按下YN开始当Key1-Key5有键按下时调用延时程序调用彩灯循环程序当Key6按下时设定相应的延时参数R5的值图3-1主程序流程图第4章系统仿真调试4.1系统仿真本设计使用的Keil C51软件来进行编程。Keil C51提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在的完整开发方案,通过一个集成开发环境uVision将这些部份组合在一起。Proteus的ISIS是一款Labcenter出品的

14、电路分析实物仿真系统,可仿真各种电路和IC,并支持单片机,元件库齐全,使用方便,是不可多得的专业的单片机软件仿真系统。图4-1仿真电路图4.2仿真调试本系统的调试是把在Keil里面写好的程序通过编译不出现任何错误后将生成的后缀名为.HEX的文件加载到AT89C51单片机中。接下来我们将在PROTEUS软件进行软硬件结合的调试。图4-2 程序编译下面是在PROTEUS软件仿真系统中的调试结果,如表4-1：序号测试项目测试方法测试结果行状态分析1是否能正常工作打开仿真电路图,加载程序,点击开始运行。无任何错误提示仿真电路正常2彩灯花型控制运行仿真,随机按下任意按键,观察彩灯显示效果。对应按键按下,

15、彩灯出现不同花型。本设计实现了多控制、多闪烁的LED彩灯循环。3节奏快慢控制按闭合Key6,观察彩灯循跳动节奏当闭合Key6是,彩灯循环闪烁变慢。本设计实现了用快慢两种节拍实现花型交换。表4-1测试结果及状态分析经以上仿真上测试证实,能实现本设计系统要求的预期的功能。总结在经过几周的不懈努力中,终于完成了毕业设计任务。通过本设计锻炼了我们的实践能力,也是对以后我们实际工作能力的训练和考察过程。现在是一个高科技的时代,单片机的应用无处不在,这更坚定了我要学好单片机的决心。本设计本身就比较简单,整个毕业设计的过程中每一步都是自己亲自做过的,在经过遇到问题,思索问题到解决问题的过程中,收获是最多的。

16、以往没有注意到的问题,都在这一次的毕业设计中得以体现,这培养了我的细心,耐心和专心。我觉得能够在这次的毕业设计中学到很多的东西,以往不注意的细节,在这一次中是必须让自己去注意的。也是我这三年来所学到知识的一个体现。我深深知道,每一次的学习实践环节都是那么的来之不易,都是通过老师的深思熟虑后,才给我们定下目标。然后让我们在知识的海洋里翱翔,让我们随着年龄的增长不断的扩充自己的知识领域,也逐渐成熟,逐渐长大,老师同时也教导我们逐渐成为一个能够为身边的人,为家庭,为国家做出点点贡献的人,教导我们学会感恩。所以,我在这次的毕业设计中,认真对待每一个过程,希望自己的认真,自己最后的毕业设计的成果能够回报

17、老师这么多年来的教导,这么多年的奉献。感教导我们的所有老师。最后,由于毕业期间,时间仓促,错误与不妥之处在所难免,敬请老师批评指正。参考文献1周国运.单片机原理及应用.：中国水利水电,20092梓城.模拟电子技术基础.：高等教育,20073正义.单片机控制实习M.：人民邮电,20064朝青.单片机原理及接口技术.：人民邮电,20065 成富.彩灯控制器J. 电子世界 , 19986 周绍平. MCS-51单片机与8255连接方法的分析与应用J. 职业大学学报 , 2002, 附录1LED彩灯控制系统仿真电路图附录2LED彩灯彩灯控制程序代码ORG 0000HLJMP MAINORG 0040H

18、MAIN:MOV P1,#0FFHMOV A,P1CJNE A,#11111110b,S1LCALL K1S1:CJNE A,#11111101b,S2LCALL K2S2:CJNE A,#11111011b,S3LCALL 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,#0FEHLC

19、ALL DelayMOV P2,#0FCHLCALL DelayMOV P2,#0F8HLCALL DelayMOV P2,#0F0HLCALL DelayMOV P2,#0E0HLCALL DelayMOV P2,#0C0HLCALL DelayMOV P2,#80HLCALL DelayMOV P2,#00HLCALL DelayMOV P2,#80HLCALL DelayMOV P2,#0C0HLCALL DelayMOV P2,#0E0HLCALL DelayMOV P2,#0F0HLCALL DelayMOV P2,#0F8HLCALL DelayMOV P2,#0FCHLCALL

20、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 DelayMOV P2,#10000001BLCALL DelayMOV P2,#11000011BLC

21、ALL DelayMOV P2,#11100111BLCALL DelayMOV P2,#11111111BLCALL DelayLJMP MAINK5:MOV P2,#01111110BLCALL DelayMOV P2,#10111111BLCALL DelayMOV P2,#01111110BLCALL DelayMOV P2,#10011111BLCALL DelayMOV P2,#01111110BLCALL DelayMOV P2,#10001111BLCALL DelayMOV P2,#01111110BLCALL DelayMOV P2,#10000111BLCALL Dela

22、yMOV P2,#01111110BLCALL DelayMOV P2,#10000011BLCALL DelayMOV P2,#01111110BLCALL DelayMOV P2,#10000001BLCALL DelayMOV P2,#00HLCALL DelayMOV P2,#0FFHLCALL Delay MOV P2,#00HLCALL DelayMOV P2,#0FFHLCALL Delay LJMP MAINDelay: JNB P3.0,D1mov r5,#01hLJMP D5D1:MOV r5,#04hD5:mov r6,#0ffhD6:mov r7,#0ffhD7:nopdjnz r7,D7djnz r6,D6djnz r5,D5retEND