毕业论文（设计）--基于声光显示智力竞赛抢答器.doc

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XXXX 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） 、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：4.0V—5.5V，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,Key1﹍Key5 接在 P1.0﹍P1.4,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 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） 、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 D1－D8 分别接在单片机的 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 LED1～LED8 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Key1～Key5 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。