2023年基于声光显示智力竞赛抢答器毕业设计论文终稿.doc

毕业论文（设计）

题 目：基于声光显示智力竞赛抢答器
学 院： 汽车学院
专 业： 机电（机器人方向）
班 级： 08机电本科班
学 号：
学生姓名： 郝龙
指导教师： 毕月云
完毕日期： -04-09

摘　要
伴随电子技术飞速发展，基于单片机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主体与关键，替代了老式控制系统常规电子线路。同步楼宇智能化发展与成熟，也为基于单片机照明控制系统普及与应用奠定了坚实基本。
电子智能抢答计分器在抢答过程中，为了懂得哪一组或哪一位选手先答题，必要要设计一种系统来完毕这个任务。假如在抢答中，靠视觉是很难判断出哪组先答题，运用单片机系统来设计抢答器，使以上问题得以处理。虽然两组抢答时间相差几微秒，也可辨别出哪组先答题。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单片机作为关键，控制系统五个模块分别为：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
目　录

第1章　方案设计
伴随人们生活环境不停改善和美化，在许多场所可以看到彩色霓虹灯。LED彩灯由于其丰富灯光色彩，低廉造价以及控制简朴等特点而得到了广泛应用，用彩灯来装饰街道和都市建筑物已经成为一种时尚。但目前市场上各式样LED彩灯控制器大多数用全硬件电路实现，电路构造复杂、功能单一，这样一旦制作成品只能按照固定模式闪亮，不能根据不一样场所、不一样步间段需要来调整亮灯时间、模式、闪烁频率等动态参数。这种彩灯控制器构造往往有芯片过多、电路复杂、功率损耗大等缺陷。此外从功能效果上看，亮灯模式少并且样式单调，缺乏顾客可操作性，影响彩灯效果，因而有必要对既有彩灯控制器进行改善。
1.1　设计方案
彩灯控制器大体可分为两种方案实现。一种是运用电子电路装置控制，另一种是采用单片机控制。
方案一：
根据设计任务规定简介彩灯控制电路基本构成，可以确定彩灯控制器应由振荡电路、计数/时序分派电路、移位位寄存器和彩灯显示五某些构成。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：
本方案重要是通过对基于单片机多控制、多闪烁方式LED彩灯循环系统设计，来到达本设计规定。其硬件构成框图如图1-2所示，以单片机为关键控制，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直流电源电路构成。

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P1口接5路按键控制电路，实现彩灯花型切换功能；单片机P3.7引脚接上一种按钮开关以实现对彩灯闪烁频率控制，即实现了快慢两种节拍实现花型变换；单片机上P2口接八路LED发光二极管构成彩灯电路，显示彩灯循环状况。
1.2　方案选用
结合设计任务书比较以上两种方案可知：运用电子电路装置控制，其电路不很复杂，制作相对较轻易点，成本也相对较低，但可调性差，亮灯模式少并且样式单调，达不到设计任务规定或实现困难。采用单片机控制其长处是电路集成度高，工作原理简朴，清晰明了，自定义编程，控制图案把戏多，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
对于一种完整电子设计来讲，首要问题就是为整个系统提供电源供电模块，电源电路稳定可靠是系统平稳运行前提和基本。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，得到稳定直流电。直流稳压电源是电子设备重要构成某些！本项目直流稳压电源为+5V。如下图所示：
直流稳压电源制作一般有3种制作形式，分别是分立元件构成稳压电源、线性集成稳压电源和开关稳压电源。下图稳压电源采用是三端集成稳压器7805构成正5V直流电源。
图2-1　三端固定式集成稳压电源电路图
AT89C51单片机工作电压范围：4.0V—5.5V，因此一般给单片机外接5V直流电源。由于时间关系，此处用3节1.5V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，最基本电路构成由单片机、时钟电路、复位电路等构成。单片机最小系统如下图2-2所示。
时钟电路：本系统采用单片机内部方式产生时钟信号，用于外接一种12MHz石英晶体振荡器和2个30pF微调电容，构成稳定自激振荡器，其发出脉冲直接送入内部时钟电路。
复位电路：确定单片机工作起始状态，完毕单片机启动过程。单片机系统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个电阻构成电路。发光二极管与电阻对应串联,然后接在与之相对应P2口上。通过软件编程对P2口输出高下电平来实现不一样闪烁花型。由于发光二极管导通电压一般为1.7V以上，此外，她工作电流根据型号不一样一般为1mA到30mA，电阻选用范围100欧姆～3千欧姆在此咱们这里选用560欧姆电阻。

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。她们分别接在单片机AT89C51P1接口和P3.0口,Key1﹍Key5接在P1.0﹍P1.4,Key6接在P3.7上。为了一对一控制LED灯闪烁方式。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是目前最常用一种串行通讯接口，由于其形状和针脚数量原因，其接头又被称为DB9接头。RS-232针脚定义：2 RXD ← Receive Data 接受数据 、3 TXD → Transmit Data 发送数据 、5 GND — System Ground 系统接地，一般就用到这几种引脚。

图2-5　串口原理图
MAX232芯片是专门为电脑RS-232原则串口设计单电源电平转换芯片,使用+5v单电源供电。
MAX23内部构造基本可分三个某些：
第一某些是电荷泵电路：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，提供应RS-232串口电平需要。
第二某些是数据转换通道：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）、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RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出
第三某些是供电：15脚DNG、16脚VCC（+5v）。
在此，本系统硬件电路已经所有设计完毕。
第3章　软件设计
单片机应用系统由硬件和软件构成，上述硬件原理图搭建完毕上电之后，咱们还不能看到多控制、多闪烁方式LED灯系统循环点亮现象，咱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高下变化，来实现发光二极管明灭。软件编程是多控制、多闪烁方式LED灯系统中一种重要构成某些，是本设计重点和难点。下面,我将论述多控制、多闪烁方式LED灯系统是怎样实现8个LED灯循环点亮，来简介实现流水灯控制软件编程措施。
本设计是以单片机AT89C51为关键控制8个发光二极管5种闪烁方式变换。硬件电路如图附录1所示，八个发光二极管D1－D8分别接在单片机P2.0－P2.7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P2.1～P2.7口其她7个LED点亮和熄灭措施同LED1。因而，要实现流水灯功能，咱们只要将发光二极管LED1～LED8依次点亮、熄灭，8只LED灯便会一亮一暗成流水灯了。在此咱们还应注意一点，由于人眼视觉暂留效应以及单片机执行每条指令时间很短，咱们在控制二极管亮灭时候应当延时一段时间，否则咱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，此程序里面包括Key1～Key5按键状况判断，循环检测直到有按键按下时候，程序转去相对应按键彩灯显示花型模块，与此同步，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种值，是延时程序延时时间发生变化，以到达不一样快慢节奏闪烁彩灯。详细程序流程如下图所示。
判断有无按键按下
Y
N
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
设定对应延时参数R5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Keil C51软件来进行编程。Keil C51提供了波及C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一种功能强大仿真调试器等在内完整开发方案，通过一种集成开发环境（uVision）将这些部份组合在一起。
ProteusISIS是一款Labcenter出品电路分析实物仿真系统，可仿真多种电路和IC，并支持单片机，元件库齐全，使用以便，是不可多得专业单片机软件仿真系统。

图4-1　仿真电路图
4.2　仿真调试
本系统调试是把在Keil里面写好程序通过编译不出现任何错误后将生成后缀名为.HEX文献加载到AT89C51单片机中。接下来咱们将在PROTEUS软件进行软硬件结合调试。

图4-2 程序编译
下面是在PROTEUS软件仿真系统中调试成果，如表4-1：

序号
测试项目
测试措施
测试成果
行状态分析
1
与否能正常工作
打开仿真电路图，加载程序，点击开始运行。
无任何错误提醒
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，观测彩灯显示效果。
对应按键按下，彩灯出现不一样花型。
本设计实现了多控制、多闪烁LED彩灯循环。
3
节奏快慢控制
按闭合Key6，观测彩灯循跳动节奏
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互换。
表4-1　测试成果及状态分析
经以上仿真上测试证明，能实现本设计系统规定预期功能。

总　结
在通过几周不懈努力中，终于完毕了毕业设计任务。通过本设计锻炼了咱们实践能力，也是对后来咱们实际工作能力训练和考察过程。目前是一种高科技时代，单片机应用无处不在，这更坚定了我要学好单片机决心。
本设计自身就比较简朴，整个毕业设计过程中每一步都是自己亲自做过，在通过碰到问题，思索问题到处理问题过程中，收获是最多。以往没有注意到问题，都在这一次毕业设计中得以体现，这培养了我细心，耐心和专心。我觉得可以在这次毕业设计中学到诸多东西，以往不注意细节，在这一次中是必要让自己去注意。也是我这三年来所学到知识一种体现。我深深懂得，每一次学习实践环节都是那么来之不易，都是通过教师深思熟虑后，才给咱们定下目旳。然后让咱们在知识海洋里翱翔，让咱们伴随年龄增长不停扩充自己知识领域，也逐渐成熟，逐渐长大，教师同步也辅导咱们逐渐成为一种可觉得身边人，为家庭，为国家做出点点奉献人，辅导咱们学会感恩。因此，我在这次毕业设计中，认真看待每一种过程，但愿自己认真，自己最终毕业设计成果可以回报教师这样近年来辅导，这样近年奉献。感谢辅导咱们所有教师。
最终，由于毕业期间，时间仓促，错误与不妥之处在所难免，敬请教师批评指正。

参照文献
[1]　周国运.单片机原理及应用.北京：中华人民共和国水利水电出版社，
[2]　陈梓城.模仿电子技术基本.北京：高等教导出版社，
[3]　陈正义.单片机控制实习[M].北京：人民邮电出版社，
[4]　李朝青.单片机原理及接口技术.北京：人民邮电出版社，
[5] 李成富.彩灯控制器[J]. 电子世界 ，1998
[6] 周绍平. MCS-51单片机与8255连接措施分析与应用[J]. 扬州职业大学学报 ，
，

附录1　LED彩灯控制系统仿真电路图

附录2　LED彩灯彩灯控制程序代码

ORG 0000H
LJMP MAIN

ORG 0040H

MAIN:
MOV P1,#0FFH
MOV A,P1
CJNE A,#11111110b,S1
LCALL K1
S1: CJNE A,#11111101b,S2
LCALL K2
S2: CJNE A,#11111011b,S3
LCALL K3
S3: CJNE A,#11110111b,S4
LCALL K4
S4: CJNE A,#11101111b,MAIN
LCALL K5
LJMP MAIN

K1: MOV A,#01111111b
C1: RL A
MOV P2,A
LCALL Delay
JNB P1.1,K2
JNB P1.2,K3
JNB P1.3,K4
JNB P1.4,Z
LJMP C1

K2: MOV P2,#0FEH
LCALL Delay
MOV P2,#0FCH
LCALL Delay
MOV P2,#0F8H
LCALL Delay
MOV P2,#0F0H
LCALL Delay
MOV P2,#0E0H
LCALL Delay
MOV P2,#0C0H
LCALL Delay
MOV P2,#80H
LCALL Delay
MOV P2,#00H
LCALL Delay
MOV P2,#80H
LCALL Delay
MOV P2,#0C0H
LCALL Delay
MOV P2,#0E0H
LCALL Delay
MOV P2,#0F0H
LCALL Delay
MOV P2,#0F8H
LCALL Delay
MOV P2,#0FCH
LCALL Delay
MOV P2,#0FEH
LCALL Delay
MOV P2,#0FFH
LCALL Delay
LJMP MAIN

Z： LJMP K5

K3: MOV P2,#55H
LCALL Delay
MOV P2,#0AAH
LCALL Delay
MOV P2,#0FFH
LJMP MAIN

K4: MOV P2,#01111110B
LCALL Delay
MOV P2,#00111100B
LCALL Delay
MOV P2,#00011000B
LCALL Delay
MOV P2,#00000000B
LCALL Delay
MOV P2,#10000001B
LCALL Delay
MOV P2,#11000011B
LCALL Delay
MOV P2,#11100111B
LCALL Delay
MOV P2,#11111111B
LCALL Delay
LJMP MAIN

K5: MOV P2,#01111110B
LCALL Delay
MOV P2,#10111111B
LCALL Delay
MOV P2,#01111110B
LCALL Delay
MOV P2,#10011111B
LCALL Delay
MOV P2,#01111110B
LCALL Delay
MOV P2,#10001111B
LCALL Delay
MOV P2,#01111110B
LCALL Delay
MOV P2,#10000111B
LCALL Delay
MOV P2,#01111110B
LCALL Delay
MOV P2,#10000011B
LCALL Delay
MOV P2,#01111110B
LCALL Delay
MOV P2,#10000001B
LCALL Delay
MOV P2,#00H
LCALL Delay
MOV P2,#0FFH
LCALL Delay
MOV P2,#00H
LCALL Delay
MOV P2,#0FFH
LCALL Delay

LJMP MAIN

Delay： JNB P3.0,D1

mov r5,#01h
LJMP D5

D1: MOV r5,#04h

D5: mov r6,#0ffh
D6: mov r7,#0ffh
D7: nop
djnz r7,D7
djnz r6,D6
djnz r5,D5
ret

END