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1、XXXX 大学 2012 届毕业设计毕毕业业论论文文（设设计计）题题 目：目：基于声光显示智力竞赛抢答器 学学 院：院： 汽车学院 专专 业：业： 机电（机器人方向） 班班 级：级： 学学 号：号： 学生姓名：学生姓名： 指导老师：指导老师： XXXX 完成日期：完成日期： XXXX 大学 2012 届毕业设计第 1 页摘 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
2、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内任意使用，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XXXX 大学 2012 届毕业设计第 1 页目 录XX
3、XX 大学 2012 届毕业设计第 2 页第 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
4、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）
5、 、按键控制电路、LED 发光二极管和 5VXXXX 大学 2012 届毕业设计第 3 页直流电源电路组成。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，其电路不很复杂，制作
6、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。XXXX 大学 2012 届毕业设计第 4 页第 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
7、子设备的重要组成部分！本项目直流稳压电源为+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 单片机的工作电压范围：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
8、：本系统采用单片机内部方式产生时钟信号，用于外接一个 12MHz 石英晶体振荡器和 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内部的时钟电路。XXXX 大学 2012 届毕业设计第 5 页复位电路：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2.3 LED 彩灯显示电路LED 彩灯显示电路(如图所示)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
9、。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，电阻选择范围 100 欧姆3 千欧姆在此我们这里选用 560 欧姆的电阻。XXXX 大学 2012 届毕业设计第 6 页图 2-3 LED 彩灯显示电路2.4 按键控制电路按键控制电路(如图 2-4 所示)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
10、 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XXXX 大学 2012 届毕业设计第 7 页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 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
11、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 内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。XXXX 大学 2012 届毕业设计第 8 页第二部分是数据转换通道：由 7、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） 、
12、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。XXXX 大学 2012 届毕业设计第 9 页第第 3 3 章章 软件设计软件设计单片机的应用系统由
13、硬件和软件组成，上述硬件原理图搭建完成上电之后，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 P2.0P
14、2.7 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。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
15、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。XXXX 大学 2012 届毕业设计第 10 页判断有无按键按下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XXXX 大学 2012 届毕业设计第 11 页第第 4 4 章章 系统仿真调试系统仿真调试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内的完整开发方案，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 出品的电路分析实物仿真系统，可仿真各种电路和 IC
