基于单片机的电子智能抢答器毕业设计论文(编辑修改稿)

基于单片机的电子智能抢答器毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

蜂鸣器即可满足设计需求。 软件方案选择 C 语言和汇编语言是单片机应用系统开发常用的编程工具。 C 语言是一种高级编程语言。 早在 1985 年便出现了 51 单片机专用的 C 语言，简称C5l。 C51 除了遵循一般 C 语言的语法规则外，还有自身的特点。 它增加了变量数据类型 (如 bit、 sb)、中断服务函数 (如 interrupt n)，对 80C5l 单片机的特殊功能寄存器的定义是 C51 特有的，是对标准 C 语言的扩展。 C 语言作为一种高级语言，接 近人的自然语言，编写的程序与人们通常的思路相近，而且不依赖于计算机的结构和指令系统，是面向过程而且独立于机器的通用语言，容易学习、通用性好、便于移植。 汇编语言是为了方便使用而设计的一种符号语言。 它用易于理解和记忆的英文名称或缩写形式 (助记符 )来表示二进制指令。 指令助记符、语句标号、数据变量、伪指令以及它们的使用规则构成了整个汇编语言的内容。 汇编语言的程序占用内存少，执行速度快，并且可以直接对硬件进行编程，能够充分发挥计算机的硬件功能。 它是计算机所能本科毕业论文 12 本科毕业论文 13 提供的最快、最有效的语言。 主要应用在实时性要求高、对 硬件设备进行控制的场合。 使用 C 语言与使用汇编语言相比：不需要掌握 8051 系列单片机的指令集，只需了解单片机内部特殊功能寄存器的用途；编程人员不必考虑寄存器的分配和寻址方式等细节，都有编程器自动进行管理；利于结构化编程，易于维护；由于可以实现模块化编程技术，大量例程直接调用，节省开发时间，提高效率 [9]。 基于以上所讲述的在单片机领域中的 C 语言和汇编语言编程各自的优缺点。 考虑到本设计整体结构简单，生成的代码占用空间小，一般的单片机足以满足需求，并且对时序的要求不高。 所以采用 C 语言编写程序能更方便快捷的完成我 们的设计，并且具有良好的可移植性，方便以后移植系统到其他硬件设备上。 在集成开发环境 (IDE)上我们选择目前最流行的 Keil C51， KeilC51 是 Keil Software公司出品的 51 系列兼容单片机 C 语言软件开发系统。 Keil 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内的完整开发方案。 如果你使用C 语言编程，那么 Keil 几乎就是你的不二之选。 Keil C51 生成目标代码的效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。 在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。 Proteus 软件是 Lab Center Electronics 公司的一款电路设计与仿真软件，它包括 ISIS，ARES 等模块，它能仿真大量的单片机芯片，比如 MCS51 系列， PIC 系列等等，以及单片机外围电路 [10]。 通过 Proteus 软件的使用我们能很容易获得一个强大，方便的单片机实验系统。 同时 Proteus 兼有 PCB 板绘制的功能。 并且 Proteus 与 Keil 的结合使用能很方便的完成单片机的调试工作。 作为目前市场上最流行的单片机仿真软件，它的好处是资源丰富，在网上能获得最多的技术支持与帮助。 本设计即是采用 Keil 作为集成开发环境，以 Proteus 作为仿真原理图、 PCB 设计工具。 本科毕业论文 14 第 3 章 硬件设计 总体设计 本设计包含了硬件设计和软件设计两部分，两者紧密结合，不可分离。 硬件设计是这个系统运行的基础，没有硬件一切都无从谈起。 软件设计是系统正常运转的核心，在硬件的基础上软件控制着系统的运作，实现系统的功能。 随着技术的发展，硬件电路的集成度越来越高，各种功能强大的芯片降低了硬件设计的复杂程度。 为是硬件电路设计更加合理，应注意以下几个方面： （ 1）尽量使用集成度更高功能更强的芯片，以简化电路。 功能更强大的芯片能只占用 较少的端口资源就完成同样的甚至是跟多的功能。 本设计中除了主控制芯片以外，显示模块采用了一块高度集成的 12864 液晶，在兼顾显示界面的友好美观的情况下极大程度的简化了硬件电路的设计工作，而且节约了单片机的 I/O 端口。 （ 2）留有一定设计余地。 在硬件设计是，往往不是一次成型的。 考虑到以后修改扩展的方便。 要留有一定的余地，以避免为了一点小小的修改而全面返工。 本次设计采用的硬件电路均在一块开发板上，硬件电路已经经过生产厂商的测试，比较可靠，可以放心的使用，将更多经历投入到软件的设计过程中去。 （ 3）程序空间。 应该选 择内部程序空间足够大的单片机。 所以你需要估计自己设计程序的复杂程度，选择相匹配的单片机。 本设计所采用 STC89C52RC 单片机拥有 8K的程序空间，基本上能够满足电子抢答器的设计所需的空间大小。 （ 4） RAM 空间，单片机内部的 RAM 空间不多。 如果片内空间不够就需要增加片外 RAM，设计时需要预留 I/O 接口。 在本设计中，系统的功能简单，已有的单片机完全可以满足需要，无需考虑这个问题。 （ 5） I/O 端口：在设计的初期就要对各个 I/O 口资源合理分配，可以预留若干备用，也许在后期的调试过程中就会派上用场。 在本设计中使用 的开发板上硬件电路已经固定， I/O 端口的分配也很合理，无需再重新分配 I/O 端口。 本次设计的总体硬件电路原理图如图 31 所示。 本科毕业论文 15 X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 .0 /T 21P 1 .1 /T 2 E X2P 1 .23P 1 .34P 1 .45P 1 .56P 1 .67P 1 .78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 /R D17P 3 .6 /W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 /A 821P 2 .1 /A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U1A T 8 9 C 5 2C13 3 pC23 3 pX1CR Y S T A LC31 0 uR E S E TR91KQ12 N37 0 2B U Z 1B UZ Z E RK1 K2 K3 K4K5 K6 K7 K8+ S T A R T R E S E T 1GND1VCC2V03RS4R/W5E6PSB15RET16NC117NC218LED19LED+20D07D18D29D310D411D512D613D714L1L CD 1 2 8 6 4 A234567891R P 1RE S P A C K 8R V 11 0 KR11 0 K 图 31 硬件电路原理图 Fig. 31 hardware circuit principle diagram 图 21 中主控制器为 STC89C52RC 单片机，显示模块为一块集成的 LCD12864 液晶。 由于采用并行传输数据，液晶模块的 DB0DB7 接单片机 P0 口。 RS 脚接 、 R/W 脚接 、 E 脚接 、 PSE 脚接 、 RST 脚接。 所有的按键全部在接在 P3 口的键盘阵列中，第一行和第二行按键为 8 为选手的抢答按键，第三行是主持人控制按键，左一为加分键、左二为减分键、左三为开始键、左四为复位键。 BUZ1 为蜂鸣器，作为系统中的响铃提示功能。 时钟频率电路的设计 单片机与其他微机一样，它的各种操作都是按着节拍有序的工作的。 89C51 内部有一个高增益反响放大器，用于构成振荡器。 反相放大器的输入端为 XTAL1，输出端为本科毕业论文 16 XTAL2，两断跨接石英晶体及两个电容就可以构成稳点的自己振荡器。 时钟电路如图22 所示。 C13 0 pC23 0 pX1C R Y S T A L 图 32 外部震荡源电路 Fig. 32 external oscillators circuit C1 和 C2 通常取 30pF 左右，可以稳定频率并对震荡频率有微调作用 [11]。 震荡脉冲频率范围为 fosc=0~24MHz，我们所用的震荡频率为 12MHz。 键盘扫描电路的设计 键盘是单片机应用中必不可少的硬件之一，由于其设计方法多种多样，所以在应用系统设计时，应根据整个系统的硬件结构、软件设计等信息综合考虑，设计出稳定可靠、结构紧凑、成本低廉、简单易用、性能优良的人机键盘界面 [12]。 键盘是进行人机交互的主要设备。 在单片机应用中主要是独立键盘和矩阵键盘。 其中独 立键盘结构简单，程序设计也较为简单，一般用于对硬件电路要求不高的简单电路中；矩阵键盘在硬件结构上较为复杂，程序算法上也比独立键盘复杂得多，但是矩阵键盘更加能够节省端口资源，适合在按键较多的电路中使用。 在本设计中，为了节省端口资源，采用矩阵键盘。 按键电路如图 33 所示。 X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 .0 /T 21P 1 .1 /T 2 E X2P 1 .23P 1 .34P 1 .45P 1 .56P 1 .67P 1 .78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 /R D17P 3 .6 /W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 /A 821P 2 .1 /A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U1A T 8 9 C 5 2K1 K2 K3 K4K5 K6 K7 K8+ S T A R T R E S E T 1 图 33 按键电路 Fig. 33 key circuit 本科毕业论文 17 在这个 4*3 的矩阵键盘中，上两行 8 个按键是 8 为选手的抢答按键，最下面一行是主持人控制的加减分按键和开始、复位按键。 这个矩阵键盘接在单片机的 P3 端口上， 到 接行线， 到 接列线，在必要的时候可以再加一行按键，行线接 扩展为 4*4 的矩阵键盘。 在按键的过程中会出现抖动现象，这种现象会造成按下按键判定不准确，要消除这种影响就需要在扫描程序中采用消抖动处理 [13]。 通常采用的方法是，延时重复扫描的办法，在检测到按键按下之后延时一段时间再次检测按键电平是否保持原状态，进行多次扫描后如果键盘的电平保持不变则判定按键被按下，否则判定为无效。 复位电路的设计 使 CPU 回到初始状态，从 0000H 地址开始执行程序的过程脚系统复位，系统的复位可分为硬件复位和软件复 位 [14]。 硬件复位必须通过 CPU 外部的硬件电路给 CPU 的RESET 端加上足够时间的高电位才能实现。 上电复位，人工按键复位和看门狗复位均为硬件复位。 硬件复位后，各个寄存器状态呗初始化，对片内通用寄存器的内容没有影响。 软件复位就是用一系列指令来模拟硬件复位功能。 软件复位中对中断标志的清除工作常被遗忘，但清除中断标志非常重要。 在本设计中的主持人控制的复位按键只是使程序结束当前的抢答过程进入到下一轮的抢答环节，并不是真正意义上的对整个单片机系统进行复位。 对整个系统复位后，所有选手的分数也将会清零。 复位电路如图 24 所示。 图 34 复位电路 Fig. 34 reset circuit 复位电路主要由电解电容 C电阻 R按键 S1。