電子專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)--電子智能搶答器

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，促進(jìn)微型計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，單片機(jī)（單片微型計(jì)算機(jī)）的應(yīng)用已經(jīng)滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門和領(lǐng)域，它起到了越來(lái)越重要的作用。單片微型計(jì)算機(jī)就是將中央處理單元、存儲(chǔ)器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器和多種接口都集成到一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。因此一塊芯片就構(gòu)成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它已成為工業(yè)控制

2、領(lǐng)域、智能儀器儀表、尖端武器、日常生活中最廣泛使用的計(jì)算機(jī)。</p><p>　　電子智能搶答器分別用兩片單片機(jī)控制，分別為計(jì)分器和搶答器。計(jì)分器的工作原理是采用最小系統(tǒng)，用4x4鍵盤來(lái)輸入是選手需要加減進(jìn)行分?jǐn)?shù)的加減輸入。主板上的6個(gè)數(shù)碼顯示，加幾分的數(shù)，按確定鍵后分?jǐn)?shù)值從串口P3.0，P3.1傳到計(jì)分器顯示模塊上再通過(guò)數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)模塊顯示。搶答器的工作原理是采用單片機(jī)最小系統(tǒng)，用查詢式鍵盤進(jìn)行搶答。采用串行靜態(tài)

3、顯示組號(hào)。</p><p>　　1、 單片機(jī)的應(yīng)用技術(shù)</p><p>　　單片機(jī)由硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)組成。硬件系統(tǒng)是指構(gòu)成微機(jī)系統(tǒng)的實(shí)體與裝置，通常由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入接口電路和輸入設(shè)備、輸出接口電路和輸出設(shè)備等組成。其中運(yùn)算器和控制器一般做在一個(gè)集成芯片上，統(tǒng)稱中央處</p><p>　　理單元（Central Processing Unit），簡(jiǎn)稱C

4、PU，是微機(jī)的核心部件。CPU配上存放程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器、輸入/輸出（Input/Output，簡(jiǎn)稱I/O）接口電路以及外部設(shè)備即構(gòu)成單片機(jī)的硬件系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)是微機(jī)系統(tǒng)所使用的各種程序的總稱，人們通過(guò)它對(duì)微機(jī)進(jìn)行控制并與微機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行信息交換，使微機(jī)按照人的意圖完成預(yù)定的任務(wù)。軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)共同構(gòu)成完整的單片微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，兩者相輔相成，缺一不可。</p><p><b>　　2、 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)&l

5、t;/b></p><p>　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括硬件和軟件兩大部分，依據(jù)控制系統(tǒng)的工作原理和技術(shù)性能，將硬件和軟件分開設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)部分包括電路原理圖、合理選擇元器件、繪制線路圖，然后對(duì)硬件進(jìn)行調(diào)試、測(cè)試，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。軟件設(shè)計(jì)部分，首先在總體設(shè)計(jì)中完成系統(tǒng)總框圖和各模塊的功能設(shè)計(jì)，擬定詳細(xì)的工作計(jì)劃；然后進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，包括各模塊的流程圖，選擇合適的編程語(yǔ)言和工具，進(jìn)行代碼設(shè)計(jì)等；最后是對(duì)軟件進(jìn)行調(diào)試、測(cè)

6、試，達(dá)到所需功能要求。</p><p>　　在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)方法的選用是系統(tǒng)設(shè)計(jì)能否成功的關(guān)鍵。硬件電路是采用結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，該方法保證設(shè)計(jì)電路的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化。硬件電路的設(shè)計(jì)最重要的選擇用于控制的單片機(jī)，并確定與之配套的外圍芯片，使所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)既經(jīng)濟(jì)又高性能。硬件電路設(shè)計(jì)還包括輸入輸出接口設(shè)計(jì)，畫出詳細(xì)電路圖，標(biāo)出芯片的型號(hào)、器件參數(shù)值，根據(jù)電路圖在仿真機(jī)上進(jìn)行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)不當(dāng)及時(shí)修改，最終達(dá)到設(shè)計(jì)目的。

7、軟件設(shè)計(jì)的方法與開發(fā)環(huán)境的選取有著直接的關(guān)系，本系統(tǒng)由于是采用51系列單片機(jī)，因此使用Keil C語(yǔ)言進(jìn)行開發(fā)。此編程工具相比匯編語(yǔ)言具有結(jié)構(gòu)化、適用范圍大、可移植性好等特點(diǎn)。本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，先編寫各個(gè)功能模塊子程序，然后進(jìn)行組合與調(diào)整，經(jīng)過(guò)調(diào)試后，達(dá)到設(shè)計(jì)功能要求。</p><p>　　2.1 搶答器的硬件設(shè)計(jì)要求</p><p>　　搶答器同時(shí)供8名選手或8個(gè)代表

8、隊(duì)比賽，分別用8個(gè)按鈕S1~S8表示。設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制按扭，該按扭由主持人控制。搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動(dòng)按鈕，鎖存相應(yīng)的編號(hào)，并在LED數(shù)碼管上顯示，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲響提示。選手搶答實(shí)行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。</p><p>　　2．2 計(jì)分器系統(tǒng)的軟件流程</p><p>　　2.3 計(jì)分器的硬件設(shè)計(jì)要求</p>

9、<p>　　加減計(jì)分有三位顯示，用串行通信口，顯示分?jǐn)?shù)，用4*4陣列式鍵盤進(jìn)行同時(shí)加減和單組加分。</p><p>　　2.4 人機(jī)交互程序設(shè)計(jì)</p><p>　　系統(tǒng)的人機(jī)交互程序設(shè)計(jì)，主要是解決按鍵的掃描與信息的顯示，讓操作者能夠靈活地控制系統(tǒng)工作。鍵盤用來(lái)輸入指令，發(fā)光數(shù)碼管用來(lái)顯示單片機(jī)的狀態(tài)，這是一個(gè)比較簡(jiǎn)單的人機(jī)交互形式。</p><p>

10、;　　2.4.1計(jì)分器系統(tǒng)的軟件鍵盤掃描程序流程圖</p><p>　　本系統(tǒng)的鍵盤采用的是4×4矩陣式鍵盤，矩陣式鍵盤由行線和列線組成，按鍵位于行、列線的交叉點(diǎn)上。一個(gè)4×4的行、列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個(gè)含有16個(gè)按鍵的鍵盤，顯然，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，矩陣式鍵盤較之獨(dú)立式按鍵鍵盤要節(jié)省很多I/O口。</p><p>　　矩陣式鍵盤中，行、列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端，在進(jìn)行鍵

11、盤掃描時(shí)，首先把矩陣鍵盤列線的第一根線置高，然后分別再檢測(cè)矩陣鍵盤行線是否有高電平的信號(hào)，如果有信號(hào)，那么就證明這根行線與第一根列線相交處的按鍵被按下了，單片機(jī)就讀入這個(gè)鍵值。如果所有的四根行線都沒(méi)有信號(hào)，那么就把第一根列線置低，把第二根列線置高，再一次檢測(cè)行線有沒(méi)有信號(hào)，然后依次類推。</p><p>　　由于鍵盤掃描的速度很快，而人按鍵總會(huì)持續(xù)一定的時(shí)間，因此只要單片機(jī)處在等待輸入的狀態(tài)，這個(gè)鍵盤掃描程序基本

12、上不會(huì)錯(cuò)過(guò)任何一個(gè)按鍵信號(hào)。由于一般人按鍵會(huì)有抖動(dòng)，抖動(dòng)信號(hào)造成鍵盤掃描時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些錯(cuò)誤的信號(hào)，要不就是掃描不進(jìn)數(shù)據(jù)，要不就是重復(fù)輸入很多次數(shù)據(jù)，因此需要有一個(gè)消除抖動(dòng)的程序。讓單片機(jī)不響應(yīng)一些相關(guān)的抖動(dòng)信號(hào)，而只響應(yīng)一次確實(shí)存在的按鍵信號(hào)。消抖動(dòng)程序是這樣實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)檢測(cè)到一個(gè)脈沖信號(hào)時(shí)，并不立即認(rèn)為是一次按鍵，而是延時(shí)一段時(shí)間以后再進(jìn)行檢測(cè)，如果三次檢測(cè)都有信號(hào)，那么就認(rèn)為有一次按鍵動(dòng)作發(fā)生了。延時(shí)的選擇非常重要，太快了，起不到消除抖

13、動(dòng)的效果，太慢了又讓鍵盤太不靈活，錯(cuò)過(guò)較多的按鍵信號(hào)。鍵盤掃描程序的流程圖如圖2所示。</p><p>　　2.5 搶答器系統(tǒng)軟件的流程圖</p><p>　　搶答組數(shù)可以在八組以內(nèi)任意使用，其流程如圖3</p><p>　　2.6 搶答數(shù)碼顯示軟件程序設(shè)計(jì)</p><p>　　采用靜態(tài)顯示，顯示器由9個(gè)共陽(yáng)極數(shù)碼管組成。輸入只有兩個(gè)信號(hào)，它

14、們是串行數(shù)據(jù)線DIN和移位信號(hào)CLK。9個(gè)串/并移位寄存器芯片74LS164首尾相連，了九位共陽(yáng)極七段數(shù)碼管，共陽(yáng)極數(shù)碼管的8個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極（二極管正端）連接在一起，通常，公共陽(yáng)極接高電平（一般接電源），七它管腳接段驅(qū)動(dòng)電路輸出端。當(dāng)某段驅(qū)動(dòng)電路的輸出端為低電平時(shí)，則該端所連接的字段導(dǎo)通并點(diǎn)亮，根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。此時(shí)，要求段驅(qū)動(dòng)電路能吸收額定的段導(dǎo)通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導(dǎo)通電流來(lái)確定相應(yīng)的限流電

15、阻，這里的限流電阻選為100Ω。數(shù)碼顯示程序流程如圖4。</p><p>　　2.7 音樂(lè)音頻輸出程系流程圖</p><p>　　音樂(lè)音頻輸出由P3.7輸出，如圖5</p><p>　　3、各模塊方案選擇和論證</p><p>　　3.1 搶答器顯示模塊</p><p>　　在步進(jìn)電機(jī)控制過(guò)程中，系統(tǒng)需要對(duì)運(yùn)行的時(shí)間和

16、轉(zhuǎn)向、相數(shù)做必要的顯示。我們考慮有以下兩種顯示方案。</p><p>　　方案一：使用液晶屏顯示時(shí)間。液晶顯示屏（LCD）具有輕薄短小、低耗電量、無(wú)輻射危險(xiǎn)，平面直角顯示以及影像穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)勢(shì)，可視面積大，畫面效果好，分辨率高，抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。但由于只需要顯示時(shí)間和轉(zhuǎn)向、相數(shù)這樣的數(shù)字，信息量比較少，且由于液晶是以點(diǎn)陣的模式顯示各種符號(hào)，需要利用控制芯片創(chuàng)建字符庫(kù)，編程工作量大，控制器的資源占用較多，其成本

17、也偏高。在使用時(shí)，不能有靜電干擾，否則易燒壞液晶顯示芯片，不易維護(hù)。</p><p>　　方案二：在使用傳統(tǒng)的數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管具有：低能耗、低損耗、低壓、壽命長(zhǎng)、耐老化、防曬、防潮、防火、防高（低）溫，對(duì)外界環(huán)境要求低，易于維護(hù)，同時(shí)其精度高，稱量快，精確可靠，操作簡(jiǎn)單。數(shù)碼顯示是采用BCD編碼顯示數(shù)字，程序編譯容易，資源占用較少。</p><p>　　靜態(tài)顯示，電路圖中所示。顯示器由9

18、個(gè)共陽(yáng)極數(shù)碼管組成。輸入只有兩個(gè)信號(hào)，它們是串行數(shù)據(jù)線DIN和移位信號(hào)CLK。9個(gè)串/并移位寄存器芯片74LS164首尾相連，每片的并行輸出作為L(zhǎng)ED數(shù)碼管的段碼74LS164的引腳圖如圖6所示：</p><p>　　74LS164為8位串入并出移位寄存器，1、2為串行輸入端，Q0-Q7為并行輸出端，CLK為移位時(shí)鐘脈沖上升沿移入一位；MR為清零端，低電平時(shí)并行輸出為零。</p><p>

19、　　根據(jù)以上的論述，采用方案二。</p><p><b>　　3.2 控制器模塊</b></p><p>　　控制器主要用于各模塊控制對(duì)顯示、搶答、音樂(lè)、計(jì)分等。控制器的選擇有以下兩鐘方案。</p><p>　　方案一：采用FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門列陣）作為系統(tǒng)的控制器。FPGA可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能，規(guī)模大，密度高，它將所有器件集成在一塊芯

20、片上，減小了體積，提高了穩(wěn)定性，并且可以應(yīng)用EDA軟件仿真、調(diào)試，易于進(jìn)行功能擴(kuò)展。FPGA采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模實(shí)時(shí)系統(tǒng)的控制核心。但由于本設(shè)計(jì)對(duì)數(shù)據(jù)處理的速度要求不高，F(xiàn)PGA的高速處理的優(yōu)勢(shì)得不到充分體現(xiàn)，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同時(shí)由于芯片的引腳較多，實(shí)物硬件電路板布線復(fù)雜，加重了電路設(shè)計(jì)和實(shí)際焊接的工作。</p><p>　　方案二：采用ATMEL公司的A

21、T89C51作為系統(tǒng)控制器的CPU方案。單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活、自由度大，可以用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且由于其功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點(diǎn)，使其在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛?；谝陨戏治鰯M訂方案二。</p><p>　　3.3 電源方案的選擇</p><p>　　系統(tǒng)需要多個(gè)電源，AT89C51使用5V穩(wěn)壓電源，驅(qū)動(dòng)芯片需要5-50V電壓驅(qū)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)等需要12V穩(wěn)

22、壓電源。</p><p>　　方案一：采用升壓型穩(wěn)壓電路。用兩片MC34063芯片分別將3V的電池電壓進(jìn)行直流嶄波調(diào)壓，得到5V和12V的穩(wěn)壓輸出。只需使用兩節(jié)電池，既節(jié)省了電池，又減小系統(tǒng)體積重量但該電路供電電流小，供電時(shí)間短，無(wú)法使相對(duì)龐大的系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)作。</p><p>　　方案二：采用三端穩(wěn)壓集成7805與7812分別得到5V和12V的穩(wěn)定電壓。利用該方法方便簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定可靠。&

23、lt;/p><p>　　綜上所述，選擇方案二，采用三端穩(wěn)壓器電路。</p><p>　　3.4 槍答器鍵盤的選擇</p><p>　　鍵盤是單片機(jī)不可缺少的輸入設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的紐帶。鍵盤按結(jié)構(gòu)形式可以分為非編碼鍵盤和編碼鍵盤，前者用軟件方法產(chǎn)生鍵碼，而后者則用硬件方法來(lái)產(chǎn)生鍵碼。在單片機(jī)中使用的都是非編碼鍵盤，因?yàn)榉蔷幋a鍵盤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，非編碼鍵盤的類型很多

24、，常用的有獨(dú)立式鍵盤，行列式鍵盤等。</p><p><b>　　方案一：獨(dú)立式鍵盤</b></p><p>　　鍵盤接口中使用多少根I/O線，鍵盤中就有幾個(gè)按鍵，鍵盤接口使用了8根I/O口線，該鍵盤就有8個(gè)按鍵，這種類型的鍵盤，其按鍵比較少，且鍵盤中各按鍵的工作互不干擾。因此可以根據(jù)實(shí)際需要對(duì)鍵盤中的按鍵靈活的編碼。如圖7。</p><p>

25、　　最簡(jiǎn)單的編碼方式就是根據(jù)I/O輸入口所直接反映的相應(yīng)按鍵，按下的狀態(tài)進(jìn)行編碼，稱按鍵直接狀態(tài)碼，對(duì)于這樣編碼的獨(dú)立式鍵盤，CPU可以通過(guò)直接讀取I/O口的狀態(tài)來(lái)獲取按鍵的直接狀態(tài)編碼值，根據(jù)這個(gè)值直接進(jìn)行按鍵識(shí)別，這樣形式的鍵盤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，按鍵識(shí)別容易。</p><p>　　獨(dú)立式鍵盤的缺點(diǎn)是需要占用比較多的I/O口線，當(dāng)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)鍵盤中需要的按鍵比較少或I/O口線比較富余時(shí)，可以采用這樣類型的鍵盤。<

26、;/p><p><b>　　方案二：行列式鍵盤</b></p><p>　　行列式鍵盤是用N條I/O線作為行線，M條I/O線作為列線組成的鍵盤，在行線和列線的每個(gè)交叉點(diǎn)上，設(shè)置一個(gè)按鍵中按鍵的個(gè)數(shù)是M*N個(gè)。這種形式的鍵盤結(jié)構(gòu)，能夠有效的提高單片機(jī)系統(tǒng)中I/O的利用率，列線接P1.0~P1.3行線接P1.4~P1.7，行列適用于按鍵輸入多的情況。</p>&

27、lt;p>　　CPU對(duì)鍵盤的掃描可以采用取程序控制的隨機(jī)方式，即只有在CPU空閑是時(shí)才去掃描鍵盤，響應(yīng)操作人員的鍵盤輸入，但CPU在執(zhí)行應(yīng)用程序的過(guò)程中，不能響應(yīng)鍵盤輸入，對(duì)鍵盤的掃描可以采用定時(shí)方式，即利用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器每隔一定時(shí)間對(duì)鍵盤掃描一次，這樣控制方式，不管鍵盤上有無(wú)鍵閉合，CPU總是定時(shí)的關(guān)心鍵盤狀態(tài)。</p><p>　　在大多數(shù)情況下，CPU對(duì)鍵盤可能進(jìn)行空掃描。為了提高CPU的效率而又能

28、及時(shí)響應(yīng)鍵盤輸入，可以采用中斷方式，既CPU平時(shí)不必掃描鍵盤，只要當(dāng)鍵盤上有鍵盤閉合時(shí)就產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，向CPU申請(qǐng)中斷后，立即對(duì)鍵盤上有鍵盤進(jìn)性掃描，識(shí)別閉合鍵，并做相應(yīng)的處理。</p><p>　　根據(jù)以上的論述，采用方案一，在本系統(tǒng)中采用了獨(dú)立式鍵盤，其按鍵比較少，且鍵盤中各個(gè)按鍵的工作互不干擾。如圖8所示。</p><p>　　3.5 計(jì)分器顯示模塊</p><p

29、>　　顯示模塊必須要顯示三位數(shù)為一組,本系統(tǒng)設(shè)計(jì)為八組,共要顯示27位數(shù)。采用靜態(tài)顯示，其方案如下：</p><p>　　方案一：不帶鎖存方式。顯示器由9個(gè)共陰極數(shù)碼管組成。輸入只有兩個(gè)信號(hào)，它們是串行數(shù)據(jù)線DIN和移位信號(hào)CLK。9個(gè)串/并移位寄存器芯片74LS164首尾相連，74LS164為8位串入并出移位寄存器，1、2為串行輸入端，Q0-Q7為并行輸出端，CLK為移位時(shí)鐘脈沖上升沿移入一位；MR為清零

30、端，低電平時(shí)并行輸出為零。實(shí)驗(yàn)證明在顯示位數(shù)超出6位，數(shù)碼管有閃爍的現(xiàn)象。</p><p>　　方案二：帶鎖存方式。采用帶有鎖存功能的移位寄存器74LS595芯片，74595的數(shù)據(jù)端：QA--QH: 八位并行輸出端，可以直接控制數(shù)碼管的8個(gè)段。QH': 級(jí)聯(lián)輸出端。我將它接下一個(gè)595的SI端。SI: 串行數(shù)據(jù)輸入端。74595的控制端說(shuō)明：SRCLR(10腳): 低點(diǎn)平時(shí)將移位寄存器的數(shù)據(jù)清零。通常接V

31、cc。SRCK(11腳)：上升沿時(shí)數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)移位。QA-->QB-->QC-->...-->QH；下降沿移位寄存器數(shù)據(jù)不變。（脈沖寬度：5V時(shí)，大于幾十納秒就行了。我通常都選微秒級(jí)）RCK(12腳)：上升沿時(shí)移位寄存器的數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)寄存器，下降沿時(shí)存儲(chǔ)寄存器數(shù)據(jù)不變。(通常我將RCK置為低電平，) 當(dāng)移位結(jié)束后，在RCK端產(chǎn)生一個(gè)正脈沖（5V時(shí)，大于幾十納秒就行了。我通常都選微秒級(jí)），更新顯示數(shù)據(jù)。13

32、腳: 高電平時(shí)禁止輸出（高阻態(tài)）。如果單片機(jī)的引腳不緊張，用一個(gè)引腳控制它，可以方便地產(chǎn)生閃爍和熄滅效果。比通過(guò)數(shù)據(jù)端移位控制要省時(shí)省力。74164和74595功能相仿，都是8位串行輸入轉(zhuǎn)并行輸出移位寄存器。74164的驅(qū)動(dòng)電流(25mA)比74595(35mA)的要小,</p><p>　　根據(jù)以上論證，采用方案二。</p><p>　　3.6 計(jì)分器鍵盤的選擇</p>&

33、lt;p><b>　　方案一：行列式鍵盤</b></p><p>　　行列式鍵盤是用N條I/O線作為行線，M條I/O線作為列線組成的鍵盤，在行線和列線的每個(gè)交叉點(diǎn)上，設(shè)置一個(gè)按鍵中按鍵的個(gè)數(shù)是M*N個(gè)。這種形式的鍵盤結(jié)構(gòu)，能夠有效的提高單片機(jī)系統(tǒng)中I/O的利用率，列線接P1.0~P1.3行線接P1.4~P1.7，行列適用于按鍵輸入多的情況。</p><p>&l

34、t;b>　　方案二：獨(dú)立式鍵盤</b></p><p>　　鍵盤接口中使用多少根I/O線，鍵盤中就有幾個(gè)按鍵，鍵盤接口使用了16根I/O口線，需要占用比較多的I/O口線這種類型的鍵盤，</p><p>　　根據(jù)以上論證，采用方案一。</p><p>　　4、 模塊的最終方案</p><p>　　主控制器模塊：采用AT89C5

35、1單片幾機(jī)控制</p><p>　　搶答器顯示模塊：數(shù)碼管顯示</p><p>　　電源方案的選擇：采用三端穩(wěn)壓器電路</p><p>　　槍答器鍵盤模塊：獨(dú)立式鍵盤</p><p>　　計(jì)分器顯示模塊：采用帶有鎖存功能的移位寄存器74LS595芯片</p><p>　　計(jì)分器鍵盤模塊：行列式鍵盤</p>

36、<p>　　5、 電子智能搶答器系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　5.1 計(jì)分器的電路設(shè)計(jì)</p><p>　　主控制器采用AT89C51單片機(jī)作為微處理器，AT89C51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4K bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高

37、密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash 存儲(chǔ)單元。</p><p>　　5.1.1計(jì)分器系統(tǒng)的硬件電路</p><p>　　計(jì)分器的工作原理是采用最小系統(tǒng)，用4x4鍵盤來(lái)輸入是選手需要加減進(jìn)行分?jǐn)?shù)的加減輸入。主板上的6個(gè)數(shù)碼顯示，加幾分的數(shù)，按確定鍵后分?jǐn)?shù)值從串口p3.0，p3.1傳到計(jì)分器顯示模塊上再通過(guò)數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)模塊顯示

38、。原理圖如圖9所示</p><p>　　5.1.2計(jì)分顯示模塊</p><p>　　計(jì)分顯示模塊是采用74LS595移位寄存器。并帶鎖存功能，在數(shù)碼顯示不會(huì)閃。具有很好的觀看效果。如圖10</p><p><b>　　搶答器的電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　5.2.1搶答電路模塊</p><p&

39、gt;　　搶答器的工作原理是采用單片機(jī)最小系統(tǒng)，用查詢式鍵盤進(jìn)行搶答。通過(guò)搶答按鍵模塊，連接按鍵進(jìn)行搶答。其工作原理為： 主持人按清零鍵后，選手可按鍵搶答，單片機(jī)鎖存信號(hào)，屏蔽外界信號(hào)。串顯示編號(hào)，并有丁冬聲輸出。搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。搶答器原理如圖11。</p><p>　　5.2.2搶答按鍵模塊的設(shè)計(jì)</p><p>　　搶答按鍵模塊的設(shè)計(jì)是通過(guò)利用光電耦合器，

40、光電偶合器的輸入/輸出之間沒(méi)有接觸，能有效地防止輸入端的電磁干擾以電藕合的方式進(jìn)入應(yīng)用系統(tǒng)，而且光電偶合器的輸入阻抗很小，干擾源的內(nèi)阻很大，所以能輸入到光電偶合器的干擾電壓很小。把單片機(jī)信號(hào)和按鈕的信號(hào)隔開，采用+12V電源給單片機(jī)開關(guān)量的控制。其原理圖如圖12。</p><p>　　6、 單片機(jī)干擾防護(hù)</p><p>　　單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)在實(shí)際工作過(guò)程中，難免會(huì)受到各種外部或內(nèi)部的干擾，

41、使系統(tǒng)發(fā)生異常情況。比如，因干擾使程序指針發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，可能會(huì)將非操作碼執(zhí)行，造成程序執(zhí)行的混亂（跑飛）或進(jìn)入死循環(huán)，甚至可能會(huì)損壞元器件。</p><p>　　干擾竄入應(yīng)用系統(tǒng)的主要渠道有三條：通過(guò)電磁波輻射竄入系統(tǒng)的空間干擾；通過(guò)輸入/輸出通道竄入的通道干擾；電源的干擾。</p><p>　　6.1 采用隔離技術(shù)</p><p>　　對(duì)于供電系統(tǒng)的干擾，可以采用交

42、流穩(wěn)壓器、不間斷電源（UPS）、隔離變壓器、底通慮波器等，以防止電源電壓的波動(dòng)和干擾噪聲；在直流電源的抗干擾措施中，對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)中的不同等級(jí)的直流電源采取集成穩(wěn)壓塊單獨(dú)供電，以避免模塊間的互相影響，使直流開關(guān)電源、DC-DC變換器以加強(qiáng)隔離提高電源穩(wěn)定性等。</p><p>　　在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的輸入/輸出通道中，普遍采用通道隔離技術(shù)來(lái)防止通道干擾。其中應(yīng)用較多的是光電耦合器。光電耦合器的輸入/輸出之間沒(méi)有接觸，能

43、有效地防止輸入端的電磁干擾以電耦合的方式進(jìn)入應(yīng)用系統(tǒng)，而且光電耦合器的輸入阻抗很小，干擾源的內(nèi)阻很大，所以能輸入到光電偶合器的干擾電壓很小。</p><p>　　6.2 正確的接地措施</p><p>　　在低頻電路中，因寄生電抗的影響不大，常采用一點(diǎn)接地，以減少地線造成的地環(huán)路。</p><p>　　在單片機(jī)系統(tǒng)中，數(shù)字地和模擬地應(yīng)分別接地，即使一個(gè)芯片上有兩種地

44、也要分別接地，然后再在一點(diǎn)處把兩種分別連接起來(lái)。</p><p>　　在研制印刷電路板時(shí)，對(duì)地線的分布、形狀、長(zhǎng)度和寬度等也有一定的要求，比如地線要呈輻射狀，避免環(huán)行，地線要寬，連接旁路電容的地線不要太長(zhǎng)等。</p><p>　　單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的數(shù)字地、模擬地（低電平電路地）、大功率電氣設(shè)備等強(qiáng)電設(shè)備的地（噪聲地）、機(jī)殼或其他金屬構(gòu)件的屏蔽地應(yīng)分開布置并在一點(diǎn)上和電源地相連。每個(gè)單元宜采

45、用一個(gè)接地點(diǎn)，地線應(yīng)盡量加粗以減少地線的阻抗。</p><p>　　在采用屏蔽雙絞線傳遞信號(hào)時(shí)，應(yīng)將地與工作地連在一起。要注意只能在一個(gè)點(diǎn)接地，以免形成回路，在屏蔽體上產(chǎn)生較大的噪聲。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。我們小組設(shè)計(jì)電子智能搶答計(jì)分器，采用了單片機(jī)技術(shù)、數(shù)字電子、模擬電子、制作電路板

46、等相關(guān)技術(shù)。把在學(xué)校三年所學(xué)知識(shí)連成一串。理論聯(lián)系實(shí)踐，體現(xiàn)出大學(xué)生動(dòng)手能力。通過(guò)查資料和搜集有關(guān)的文獻(xiàn)，培養(yǎng)了自學(xué)能力和動(dòng)手能力。并且由原先的被動(dòng)的接受知識(shí)轉(zhuǎn)換為主動(dòng)的尋求知識(shí)，這可以說(shuō)是學(xué)習(xí)方法上的一個(gè)很大的突破。在以往的傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)模式下，我們可能會(huì)記住很多的書本知識(shí)，但是通過(guò)畢業(yè)論文，我們學(xué)會(huì)了如何將學(xué)到的知識(shí)轉(zhuǎn)化為自己的東西，學(xué)會(huì)了怎么更好的處理知識(shí)和實(shí)踐相結(jié)合的問(wèn)題。把握重點(diǎn)、攻克難關(guān)，學(xué)到用到、活學(xué)活用。在設(shè)計(jì)過(guò)程中由于時(shí)間

47、倉(cāng)促有很多地方難免存在不足之處，硬件設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，在軟件設(shè)計(jì)中有些功能還尚未開發(fā)出來(lái)。但在以后的工作中，我們會(huì)嚴(yán)格要求自己，追求完美。</p><p><b>　　謝 辭</b></p><p>　　當(dāng)我以學(xué)子的身份踏入同濟(jì)大學(xué)校門的那天起，便已注定我將在這里度過(guò)人生中最美麗的青春年華。提筆寫下“謝辭”，我才驚覺(jué)自己即將真正離開，人生亦從此展開新的畫卷。盡管不舍，卻

48、更珍惜，因?yàn)槲业纳杏心敲炊嗫蓯鄣娜酥档酶屑?。他們使我的大學(xué)生活充滿了色彩，無(wú)論收獲、遺憾，對(duì)我來(lái)說(shuō)都是一筆寶貴的財(cái)富。</p><p>　　三年的大學(xué)生活不知不覺(jué)中就要結(jié)束了，在這段難忘的生活中，有我許多美好的回憶。在這份大學(xué)的最后一頁(yè)里，首先感謝黨、感謝學(xué)院給我們提供這個(gè)能自我展示的平臺(tái)，感謝我們的指導(dǎo)教師，xx老師，你們從一開始的論文方向的選定，到最后的整篇文論的完成，都非常耐心的對(duì)我進(jìn)行指導(dǎo)。給我提供了

49、大量數(shù)據(jù)資料和建議，告訴我應(yīng)該注意的細(xì)節(jié)問(wèn)題，細(xì)心的給我指出錯(cuò)誤，修改論文。謝謝我們班主任老師，從大一到大三是你的悉心教導(dǎo)、孜孜不倦我們才能順利的完成學(xué)業(yè)。我要感謝在我三年的學(xué)習(xí)中無(wú)私傳授我知識(shí)的各位老師，是你們將自己寶貴的財(cái)富無(wú)私地奉獻(xiàn)給了我們，讓我們能在學(xué)業(yè)上有所成績(jī)；是你們讓我倍感教師職業(yè)的偉大，交給我們知識(shí)，又不忘教育我們?nèi)绾巫鋈?！在此，我還要感謝寢室的兄弟們?cè)谖彝瓿烧撐牡倪^(guò)程中給予我的幫助和鼓勵(lì)，也是他們陪我度過(guò)這三年的生活。

50、</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 康華光,鄒壽彬編.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分（第四版）[M].北京:高等教育出版社,2005</p><p>　　[2] 謝自美編.電子線路設(shè)計(jì)·實(shí)驗(yàn)·測(cè)試 (第二版) [M].上海:電子工業(yè)出版社,2001</p><p>　

51、　[3] 何立民.MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)配置與接口技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1999年</p><p>　　[4] 陸坤,奚大順,李之權(quán)等,電子設(shè)計(jì)技術(shù)[M].成都:電子科技大學(xué)出版社1997年[5] 何立民.MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)配置與接口技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1999年</p><p>　　[5] 胡學(xué)海.單片