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1、 评分 单片机原理与接口技术课程考试作品报告作品名称： 姓 名： 专业班级： 学 号： 2014年下学期目 录（四号宋体）摘 要 1 引 言 2第一章 系统整体概述 3第二章 硬件设计 4第三章 软件设计 12第四章 调试与分析 17第五章 制作感受 18摘 要近年来随着计算机在社会领域的渗透和大规模集成电路的发展，单片机的应用正在不断地走向深入，由于它具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点，因此特别适合于与控制有关的系统，越来越广泛地应用于自动控制，智能化仪器，仪表，数据采集，军工产品以及家用电器等各个领域，单片机往往是作为一个核心部件来使用，在根据具体硬件结构，以及
2、针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。而51系列单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种，通过本次作品设计进一步对单片机学习和应用，从而更熟悉单片机的原理和相关设计并提高了开发软、硬件的能力。本文设计了一种基于STC89C52单片机的电子拔河器，它以15个LED灯做为电子绳，每次仅有一个灯亮。在游戏开始前，按下开始键，会有3s的倒计时，倒计时间到后游戏开始。由左右两个按键通过单片机控制灯的流动，在20s的游戏时间内，若最左边或最右边灯亮时即左方或右方获胜，其那一方的记分器加1分，并有胜利提示音；如果没有任何一方获胜，则双方均不加分，有失败提示音电路锁死，直至下一局开始。关键词：STC8
3、9C52 电子拔河器引 言本文通过硬件设计、软件设计、调试与分析、制作感受四个方面来介绍系统设计和实现的整体过程。在硬件设计模块中，将系统分为电源模块、单片机模块、倒计时模块、记分模块、电子绳模块、提示音模块：蜂鸣器、和外部控制模块，在每个模块中，均详细介绍了元件的使用方法和实现电路图。在软件设计模块中，将整个代码分为头文件以及函数、变量声明、延时函数、初始化函数、倒计时函数、记分函数、提示音函数、中断函数、游戏函数和主函数在每个模块中均详细的介绍了功能、设计原理以及具体的代码。在调试与分析中介绍了在设计和制作的过程中所遇到的问题和解决的办法，有助于更深刻的理解该系统。在最后的制作感受中，介绍
4、了通过本次制作所收获的东西以及成功的喜悦。第一章 系统整体概述1.1 设计背景随着现代科技的不断发展，人们的生产生活水平也在不断提高。与此同时，各式各样的仪器设备、新型家电产品都在不断出现，丰富着人们的生活，为人们排忧解难，娱乐身心。拔河游戏机就是一种综合性、趣味性的试验，它结构简单，易安装与调试，使生产或者自行制作的最佳选择。1.2 所含模块 （1）电源模块：肖特基二极管SS14； （2）单片机模块：STC89C52； （3）倒计时模块：74HC573、数码管； （4）记分模块：74HC573、数码管； （5）电子绳模块：15个LED灯、74HC154； （6）提示音模块：蜂鸣器； （7）外
5、部控制模块：按钮开关。1.3 基本工作原理当系统通电之后，通过单片机控制倒计时模块和提示音模块，进行三秒倒计时，并有提示音。倒计时结束后即进入游戏，在游戏中有20s的限制，游戏必须在20s内结束。游戏过程中，最中间的LED等先亮起，两个玩家分别控制左右两个按键，使LED灯左右移动，知道最左或最右的灯亮，游戏结束，胜利方记分加1，并有胜利提示音；若20秒内未分出胜负，则游戏结束，有失败提示音，直至按下游戏开始键下次游戏开始。最终得分高的玩家获胜。1.4 整体设计图图1.1 整体设计图第二章 硬件设计2.1 电源模块本设计采用220V/5V的电源转换器，能够把220V交流电转换成5V直流电，从而给
6、整个系统供电。在电源和系统之间串联一肖特基二极管SS14和自锁开关，SS14的作用是防止电源反接对电路造成损害，自锁开关控制系统的快关。在系统电源端并联有滤波电容滤波和发光二极管指示电路是否联通。具体电路如下图所示：图2.1 电源电路2.2 单片机模块本设计采用STC89C52单片机做为中央处理芯片。STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52
7、为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。2.2.1 标准功能8k字节Flash，512字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/1
8、2T可选。图 2.2 STC89C522.2.2 器件参数1) 增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051。2) 工作电压：5.5V3.3V（5V单片机）/3.8V2.0V（3V 单片机）。3) 工作频率范围：040MHz，相当于普通8051 的080MHz，实际工作 频率可达48MHz。4) 用户应用程序空间为8K字节。5) 片上集成512 字节RAM。6) 通用I/O 口（32 个），复位后为：P0/P1/P2/P3 是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。7) I
9、SP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无 需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程 序，数秒即可完成一片。8) 具有EEPROM 功能。9) 共3个16位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T2。10) 外部中断4 路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。11) 通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART。12) 工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级）。13) PDIP封装。2.2.3 电路图单片机模块使用的是单片机的最小系统。分三个部分：1. 晶振
10、 本设计采用12MHz晶振，并联两个30pf电容帮助起振。2. 复位电路3. 电源 单片机电源使用电源模块的5V电源。图2.3 单片机模块电路图2.3 倒计时模块在本模块中使用两个一位共阳数码管辅以两个74HC573经行倒计时。74HC573包含八进制3态非反转透明锁存器，是一种高性能硅门CMOS器件。图2.4 74HC573D2.3.1 基本特性1) 输出能直接接到CMOS，NMOS和 TTL接口上； 2) 操作电压范围：2.0V6.0V； 3) 低输入电流：1.0uA； 4) CMOS器件的高噪声抵抗特性；5) 三态总线驱动输出；6) 置数全并行存取；7) 缓冲控制输入；8) 使能输入有改
11、善抗扰度的滞后作用。2.3.2 管脚功能表2.1 74HC573 管脚功能引脚号符号名称及功能1OE3态输出使能输入（低电平）2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9D0 to D7数据输入12,13,14,15,16,17,18,19Q0 to Q73态锁存输出11LE锁存使能输入10GND接地(0V)20VCC电源电压2.3.3 基本原理当使能G为高时，Q 输出将随数据D输入而变。当使能为低时，输出将锁存在已建立的数据电平上。输出控制不影响锁存器的内部工作，即老数据可以保持，甚至当输出被关闭时，新的数据也可以置入。这种电路可以驱动大电容或低阻抗负载，可以直接与系统总线接口并驱动总线，而
12、不需要外接口。特别适用于缓冲寄存器，I/O 通道，双向总线驱动器和工作寄存器。2.3.4 倒计时模块电路图图2.5 倒计时模块电路图2.4 记分模块记分模块的原理和倒计时模块的原理基本不同，不再做详细介绍。电路图如下所示：图2.6 记分模块电路图2.5 电子绳模块本模块主要有15个发光二极管和一个74HC154构成。74HC154是一款高速CMOS器件，74HC154引脚兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。2.5.1 基本原理74HC154译码器可接受4位高有效二进制地址输入，并提供16个互斥的低有效输出。74HC154的两个输入使能门电路可用于译码器选通，以消除输出端上的通常译码“假信
13、号”，也可用于译码器扩展。该使能门电路包含两个“逻辑与”输入，必须置为低以便使能输出端。任选一个使能输入端作为数据输入，74HC154可充当一个1-16的多路分配器。当其余的使能输入端置低时，地址输出将会跟随应用的状态。2.5.2 引脚说明表2.2 74HC154管教图引脚号名称及功能1-11 13-17输出端12Gnd电源地18-19使能输入端、低电平有效20-23地址输入端24VCC电源正2.5.3 真值表图2.7 真值表2.5.4 电路图图2.8 电子绳模块电路图2.6 提示音模块本模块的核心器件为蜂鸣器，由于蜂鸣器是由单片机驱动，所以需要外加三极管。电路图如下图所示：图2.9 提示音模块R3为限流电阻。当P3.7为高电平时，三极管截止，蜂鸣器不响；当3.7为低电平时，三极管导通，蜂鸣器响。2.7 外部控制模块本模块的主要电路为按钮开关的基本电路，电路图如下图所示：图2.10 外部控制模块当按钮按下时，IO口接地，VCC和GND之间通过10K电阻连成回路，防止短路；当按钮松开是，IO口通过10K电阻接VCC。通过控制P3.3的高低电平从而控制电路。2.8 整体电路图图2.11 整体电路图第三章 软件设计
