搶答器的plc自動控制課程設計

1、<p><b>　　課 程 設 計 書</b></p><p>　　系別: 航空制造工程系 </p><p>　　專業(yè): 機械制造與自動化 </p><p>　　班級: 09機制一班 </p><p>　　姓名:

2、 </p><p>　　學號: </p><p>　　題目 : 搶答器的plc自動控制</p><p>　　指導教師: </p><p><b>　　目    錄</b></p><

3、;p>　　第一節(jié) 課程設計目標2</p><p><b>　　1.1概述2</b></p><p>　　1.2功能介紹：3</p><p><b>　　1.3設計方案4</b></p><p>　　1.3.1 原理圖的確定4</p><p>　　1.3.2 搶

4、答器的工作原理4</p><p>　　1.4 搶答器的總體設計5</p><p>　　第二節(jié) 硬件電路詳細設計6</p><p>　　2.1 硬件的選擇與電路設計6</p><p>　　2.1.1 芯片的選擇6</p><p>　　2.1.2 復位電路的設計6</p><p>　　2

5、.1.3 晶振電路的設計7</p><p>　　2.2 數(shù)碼顯示管的選擇8</p><p>　　第三節(jié) 軟件詳細設計8</p><p>　　3.1 主程序的設計8</p><p>　　3.2 顯示子程序的設計9</p><p>　　3.3 定時器T0、T1中斷服務程序的設計9</p><

6、p>　　3.4 搶答處理程序的設計10</p><p>　　第四節(jié) 試驗結果及結論11</p><p>　　第五節(jié) PCB板的制作及產(chǎn)品的焊接調(diào)試13</p><p>　　5.1 PCB板的設計13</p><p><b>　　5.2 制板14</b></p><p>　　5.3

7、焊接與調(diào)試15</p><p>　　第六節(jié) 心得體會及成員分工16</p><p>　　第七節(jié) 附錄（源程序）17</p><p>　　第八節(jié) 參考文獻22</p><p>　　第一節(jié) 課程設計目標</p><p><b>　　1.1概述</b></p><p>　

8、　單片機原理及應用課程設計是學生綜合運用所學知識，全面掌握單片微型計算機及其接口的工作原理、編程和使用方法的重要實踐環(huán)節(jié)。通過獨立或協(xié)作提出并論證設計方案，進行軟、硬件調(diào)試，最后獲得正確的運行結果，可以加深和鞏固對理論教學和實驗教學內(nèi)容的掌握，進一步建立計算機應用系統(tǒng)整體概念，初步掌握單片機軟、硬件開發(fā)方法，為以后進行實際單片機軟、硬件應用開發(fā)奠定良好的基礎。</p><p>　　課程設計的主要內(nèi)容：根據(jù)單片機原

9、理及應用課程的要求，主要進行兩個方面的設計，即單片機最小系統(tǒng)和存儲器擴展設計、接口技術應用設計。其中，單片機最小系統(tǒng)主要要求學生熟悉單片機的內(nèi)部結構和引腳功能、引腳的使用、復位電路、時鐘電路、4個并行接口和一個串行接口的實際應用，從而可構成最小應用系統(tǒng)，并編程進行簡單使用。</p><p>　　存儲器擴展設計要求學生掌握常用半導體芯片與單片機的接口，如EPROM存儲器用作外部程序存儲器時與單片機的連接關系，SRA

10、M存儲器用作外部數(shù)據(jù)存儲器時與單片機的連接關系，E2PROM存儲器用作外部程序/數(shù)據(jù)存儲器時與單片機的連接關系。能合理分配和使用單片機的內(nèi)部和外部存儲器，編程實現(xiàn)正常的讀寫功能。</p><p>　　接口技術應用設計主要要求學生能綜合運用單片機、存儲器、常用接口芯片構成單片機應用系統(tǒng)，有針對性地進行軟、硬件設計與開發(fā)。</p><p><b>　　1.2功能介紹：</b&g

11、t;</p><p>　　1、如果想調(diào)節(jié)搶答時間或答題時間,按"搶答時間調(diào)節(jié)"鍵或"答題時間調(diào)節(jié)"鍵進入調(diào)節(jié)狀態(tài),此時會顯示現(xiàn)在設定的搶答時間或回答時間值,如想加一秒按一下"加1s"鍵,如果想減一秒按一下"-1s"鍵，時間LED上會顯示改變后的時間，調(diào)整范圍為0s~99s, 0s時再減1s會跳到99，99s時再加1s會變到0s。

12、 </p><p>　　2、主持人按"搶答開始"鍵，會有提示音，并立刻進入搶答倒計時（預設30s搶答時間），如有選手搶答，會有提示音，并會顯示其號數(shù)并立刻進入回答倒計時（預設60s搶答時間），不進行搶答查詢，所以只有第一個按搶答的選手有效。倒數(shù)時間到小于5s

13、會每秒響一下提示音。 </p><p>　　3、如倒計時期間，主持人想停止倒計時可以隨時按"停止"按鍵，系統(tǒng)會自動進入準備狀態(tài)，等待主持人按"搶答開始"進入下次搶答計時。

14、 </p><p>　　4、如果主持人未按"搶答開始"鍵，而有人按了搶答按鍵，犯規(guī)搶答，LED上不斷閃爍FF和犯規(guī)號數(shù)并響個不停，直到按下"停止" 鍵為止。 </p>&

15、lt;p>　　5、P3.0為開始搶答，P3.1為停止，p1.0-p1.7為八路搶答輸入 數(shù)碼管段選P0口，位選P2口低3位，蜂鳴器輸出為P3.6口。P3.2搶答時間調(diào)整結，P3.3回答時間調(diào)整，P3.4為時間加1調(diào)整，P3.5為時間減1調(diào)整。</p><p><b>　　1.3設計方案</b></p><p>　　1.3.1 原理圖的確定</p>

16、<p>　　在設計開始，我們查了不少關于搶答器的資料，其大體分為2種，一種是純硬件實現(xiàn)，另一種是單片機實現(xiàn)。本次課程設計采用單片機實現(xiàn)。</p><p>　　單片機實現(xiàn)搶答的原理圖：</p><p>　　1.3.2 搶答器的工作原理</p><p>　　搶答器的工作原理是利用單片機的定時器T0、T1中斷完成,其余狀態(tài)循環(huán)調(diào)用顯示子程序,用4個共陰極LED數(shù)

17、碼管來顯示，用P0口作為數(shù)碼管的八個段選，用P2口中的P2.0、P2.1、P2.2、作為4個數(shù)碼管其中3個位選，P1口接8個按鍵，提供選手搶答，P3.0-P3.5四個接四個按鍵，提供開始、結束、答題時間調(diào)整、搶答時間調(diào)整，加1、減1調(diào)整之用。</p><p>　　1.4 搶答器的總體設計</p><p>　　倒計時方案方面利用MCS-51的內(nèi)部的定時/計時器進行中斷計時，配合軟件延時實現(xiàn)倒

18、計時。該方案節(jié)省硬件成本，并且能夠在定時器/計數(shù)器的使用、中斷及程序設計方案方面得到鍛煉與提高，顯示方面采用穿行傳輸實現(xiàn)動態(tài)顯示，該方案的硬件連接簡單，但動態(tài)掃描的顯示方式需占用CPU較多的時間，適用于單片機沒有太多實時測控的任務場合。</p><p><b>　　搶答功能：</b></p><p>　　通過八路按鍵配合程序來實現(xiàn)搶答功能。當主持人按下?lián)尨疰I開始搶答后

19、，此時任一路按下按鈕均閉鎖其它各路，由程序?qū)︽I盤譯碼并顯示最先按下?lián)尨疰I的路數(shù)及其當前時間。</p><p><b>　　搶答限時：</b></p><p>　　主持人按下?lián)尨疰I后，設置5秒為搶答時間(此時間可在1-99秒之間修改)。若5秒內(nèi)無人搶答，倒計時為0時發(fā)出報警，說明該搶答題目作廢。此時閉鎖所有搶答按鍵，只有當主持人再次按下?lián)尨疰I開始下一次搶答方可搶答。&l

20、t;/p><p><b>　　答題限時：</b></p><p>　　當選手按下按鈕時，啟動倒計時(此倒計時時間可在1～99秒之間修改)，，倒計時為0時發(fā)出報警，說明答題時間到。</p><p>　　第二節(jié) 硬件電路詳細設計</p><p>　　2.1 硬件的選擇與電路設計</p><p>　　2.1

21、.1 芯片的選擇</p><p>　　搶答器電路的核心是89C51單片機，其內(nèi)部帶有4KB的FLASH ROM，無需外擴程序存儲器；搶答器沒有大量的運算和暫存數(shù)據(jù)現(xiàn)有的128B篇內(nèi)RAM已經(jīng)能滿足容量需求，故不需外擴片外RAM，系統(tǒng)配有8位8段數(shù)碼顯示管，管采用共陰數(shù)碼管，作為時鐘的顯示輸出。</p><p>　　2.1.2 復位電路的設計</p><p>　　復位

22、電路的設計如圖2-1所示：</p><p>　　圖2-1 復位電路原理圖</p><p>　　該復位電路采用上電自動復位和手動復位兩種復位方式，圖中網(wǎng)絡標號所指9連接到單片機的復位引腳。要實現(xiàn)復位只需在，51系列單片機的RESET引腳上加上5ms的高電平就可以了。上電復位是利用電容的充電來實現(xiàn)的，即上電瞬間RESET端的電位與Vcc相同，隨著電容上儲能增加，電容電壓也逐漸增大，充電電流減

23、小，RESET端的電位。這樣就會建立一個脈沖電壓，調(diào)節(jié)電容與電阻的大小可對脈沖的持續(xù)時間進行調(diào)節(jié)。通常若采用12MHz的晶振時，復位元件參數(shù)為22μF的電解電容和10kΩ的電阻。按鈕復位電路是通過按下復位按鈕時，電源對RESET端維持兩個機器周期的高電平實現(xiàn)復位的。</p><p>　　2.1.3 晶振電路的設計</p><p>　　MSC-51單片機的定時控制功能是用時鐘電路和振蕩器完成

24、的，而根據(jù)硬件電路的不同，連接方式分為內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。本設計中采用內(nèi)部時鐘方式。</p><p>　　單片機內(nèi)部有一個反相放大器，XTAL1、XTAL2分別為反相放大器的輸入端和輸出端，外接定時反饋元件組成振蕩器（內(nèi)部時鐘方式），產(chǎn)生時鐘送至單片機內(nèi)部各元件。時鐘頻率越高，單片機控制器的控制節(jié)拍就越快，運算速度也就越快。</p><p>　　一般來說單片機內(nèi)部有一個帶反饋的線性

25、反相放大器，外界晶振（或接陶瓷振蕩器）和電容就可組成振蕩器，如圖2-2所示。加電以后延時一段時間（約10ms）振蕩器產(chǎn)生時鐘，不受軟件控制，圖中Y1為晶振，震蕩產(chǎn)生的時鐘頻率主要由Y1確定。電容C1，C2的作用有兩個：一是幫助振蕩器起振，二是對振蕩器的頻率起微調(diào)作用，典型值為30pF。</p><p>　　晶振電路的設計如圖2-2所示：</p><p>　　圖2-2 晶振電路原理圖<

26、;/p><p>　　2.2 數(shù)碼顯示管的選擇</p><p>　　數(shù)碼顯示管用來作為時間的顯示輸出，一般用7段數(shù)碼顯示管。本次設計中采用7段共陰數(shù)碼顯示管應用簡單、可靠性高、成本低，作為顯示輸出。連接時段選信號接在P0口的P0.0～P0.6七個I/O口上，P1口是準雙向I/O接口在輸出驅(qū)動部分具有驅(qū)動4個TTL負載的能力，即輸出電流不大于400μA，所以在接電阻時選擇接510Ω限流電阻。而在位

27、選方面采用單片機P2口的P2.0～P2.2三個I/O口作為位選信號的輸出口。</p><p>　　第三節(jié) 軟件詳細設計</p><p>　　3.1 主程序的設計</p><p>　　此程序的及時采用定時器T0和T1中斷完成，其余狀態(tài)循環(huán)調(diào)用顯示子程序。系統(tǒng)主程序流程圖如圖3-1所示。       

28、;                </p><p>　　圖3-1 系統(tǒng)主程序流程圖</p><p>　　3.2 顯示子程序的設計</p><p>　　由于采用軟件動態(tài)掃描實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示，顯示用十進制BCD碼的

29、數(shù)據(jù)對應段碼存放在ROM表中。顯示時，先取出70H～75H某一地址中的數(shù)據(jù)，然后查得對應的顯示段碼從P0口輸出。P2口將對應的數(shù)碼管選中，就能顯示該地址單元的數(shù)據(jù)值。</p><p>　　3.3 定時器T0、T1中斷服務程序的設計</p><p>　　定時器T0用于響鈴程序，定時器T1用于計時程序。當答題剩余5秒種時P3.6口不斷取反使喇叭發(fā)出一定頻率的聲音，提示選手。中斷服務程序流程圖如

30、圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 中斷服務程序流程圖</p><p>　　3.4 搶答處理程序的設計</p><p>　　當有選手第一個按下?lián)尨鹌靼磁r數(shù)碼管顯示選手號碼，開始倒計時，并鎖定搶答。當在此選手之后再有選手按下按扭時無效，數(shù)碼管不變。</p><p>　　第四節(jié) 試驗結果及結論</p><p>

31、;　　試驗的程序通過Keil軟件編譯，產(chǎn)生HEX文件如圖4-1所示:</p><p>　　圖4-1 程序在Keil軟件上編譯結果</p><p>　　通過Proteus進行仿真，如仿真結果所示，按下開始后，數(shù)碼管開始倒計時，仿真結果如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2 仿真的結果</p><p>　　當有選手按下按扭時，數(shù)碼管顯

32、示選手號碼并開始倒計時，如圖4-3所示</p><p><b>　　圖4-3仿真的結果</b></p><p>　　通過仿真結果證實，該方案可行。該設計方案同過51系列單片機的P0口作為段選輸出，用P2口作為位選輸出，動態(tài)掃描LED顯示管，顯示時間。并通過接在P3.0-P3.6口的按鍵開關控制開始、結束、喇叭提示等功能。P1口接選手按鍵，控制搶答。本設計實現(xiàn)簡單，成

33、本較低很適合我們大學生動手實踐。</p><p>　　第五節(jié) PCB板的制作及產(chǎn)品的焊接調(diào)試</p><p>　　5.1 PCB板的設計</p><p>　　所有準備就緒就開始制做PCB板了，由于PROTEUS軟件中元件的封裝有很多沒有或者和購買的元件不同，所有不少元件都要自己畫封裝，由于這軟件沒有上過專門的課程，畫封裝遇到了很多的問題，開始不知道怎么畫，網(wǎng)上的教程

34、很籠統(tǒng)，看得不是很明白，后來自己慢慢摸索知道大體怎么畫了，但總是導不到PCB板圖中去，就由于這個卡住了個把星期，最后在網(wǎng)上買了一本《基于PROTEUS的電路及單片機系統(tǒng)的設計與仿真》才學會了封裝，最后做好了PCB圖，如圖5.1所示。。 </p><p>　　圖5.1 PCB板圖</p><p><b>　　5.2 制板</b></p>&l

35、t;p>　　PCB板圖做好之后就到實驗室開始了制板，制板的流程還是比較簡單的，首先把圖5.1的PCB板圖打印到半透明的菲林紙上，然后把裁好的感光板蓋在菲林紙上放在暴光機中暴光一分鐘，再把暴光好了的感光板在顯影水中顯影，最后把顯完影的感光板放到Fecl3中腐刻，大概等待半個小時左右就可以得到PCB板了。腐刻好的PCB板經(jīng)沖洗就可以按照上面的焊盤打孔了。在制板過程中一共浪費了2塊板，第一塊是由于實驗室?guī)臀覀冎瓢宓耐瑢W放多了顯影粉導致很

36、多線路被洗斷，然后又緊接著做第二塊，第二塊做的還是蠻好，結果拿回來后發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管的封裝畫錯了，兩排針腳的距離太近，完全不能焊接，第二塊板宣布報廢?；貙嬍液笞屑毑閷γ總€元件的封裝，確定沒有任何錯誤后才做好PCB板圖到實驗室做了第三塊板，這次做得很成功，也就是最終使用的PCB板。</p><p><b>　　5.3 焊接與調(diào)試</b></p><p>　　PCB板做好了，孔

37、也打好了，接下來的工作就是焊接。由于以前沒有焊接經(jīng)驗，怕焊壞了板子，中午時候在寢室拿廢板子練習了一段時間，總算找到了訣竅，先把烙鐵靠近焊盤，緊接著把錫絲往烙鐵上送，等錫絲熔了輕輕一提，一個又圓又亮的焊點就做好了。下午板子做好后就很熟練的在一個小時左右把元件都焊上去了，總體還是蠻好的。焊接后的板子如圖5.2和5.3所示。</p><p><b>　　圖5.2  </b></

38、p><p><b>　　圖5.3</b></p><p>　　焊接好后的調(diào)試就是最激動人心的時候，插上電源，發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管不亮，心里一涼，但當按下復位鍵時數(shù)碼管就亮了，并且所有功能都能正常運行，于是趕緊到實驗室重新打了個撥動開關的孔，用跳線把復位按紐接到了撥動開關，這樣搶答器功能基本實現(xiàn)了，心里很是高興。高興完后認真分析開始復位開關的失敗才發(fā)現(xiàn)復位我在原理圖時就畫錯了，把地和

39、電源接反了，幸好經(jīng)過我撥動開關的接上能實現(xiàn)功能?？傊@次設計還是比較成功的。</p><p>　　第六節(jié) 心得體會及成員分工</p><p>　　這樣的課程設計真的很有意義，第一次自己真真切切的動手設計制作產(chǎn)品，感覺自己學會了很多，成長了很多，讓我找回了往日奮斗的激情，也許這樣的機會在大學不會再有了，我會深深的記住這次，記住這次飽含我汗水的綜合課程設計。這次也發(fā)現(xiàn)了自身很多的不足，許多的基

40、本電路都不是很熟悉，在畫原理圖的時候就不停的找以前的教材，以后還得多看看教材，牢記一些基本的電路。最后在這里忠心的感謝在教學大綱中安排了這次綜合課程設計，感謝指導老師的辛勤付出。</p><p>　　第七節(jié) 附錄（源程序）</p><p>　　主程序部分和注解如下：</p><p>　　OK EQU 20H;搶答開始標志位</p><p>　

41、　RING EQU 22H;響鈴標志位</p><p><b>　　ORG 0000H</b></p><p><b>　　AJMP MAIN</b></p><p><b>　　ORG 0003H</b></p><p>　　AJMP INT0SUB</p>&

42、lt;p><b>　　ORG 000BH</b></p><p>　　AJMP T0INT</p><p><b>　　ORG 0013H</b></p><p>　　AJMP INT1SUB</p><p><b>　　ORG 001BH</b></p>

43、<p>　　AJMP T1INT</p><p><b>　　ORG 0040H</b></p><p>　　MAIN: MOV R1,#30;初設搶答時間為30s</p><p>　　MOV R2,#60;初設答題時間為60s</p><p>　　MOV TMOD,#11H;設置未定時器/模式1</

44、p><p>　　MOV TH0,#0F0H</p><p>　　MOV TL0,#0FFH;越高發(fā)聲頻率越高,越尖</p><p>　　MOV TH1,#3CH</p><p>　　MOV TL1,#0B0H;50ms為一次溢出中斷</p><p><b>　　SETB EA</b></p>

45、;<p><b>　　SETB ET0</b></p><p><b>　　SETB ET1</b></p><p><b>　　SETB EX0</b></p><p>　　SETB EX1;允許四個中斷,T0/T1/INT0/INT1</p><p><

46、b>　　CLR OK</b></p><p><b>　　CLR RING</b></p><p><b>　　SETB TR1</b></p><p><b>　　SETB TR0;</b></p><p>　　顯示子程序，及部分注解如下：</p>

47、;<p>　　DISPLAY:MOV DPTR,#DAT1;查表顯示程序,利用P0口做段選碼口輸出/P2低三位做位選碼輸出,</p><p><b>　　MOV A,R3</b></p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p>　　MOV P2,#0feH</p><p><b>

48、;　　MOV P0,A</b></p><p>　　ACALL DELAY</p><p>　　MOV DPTR,#DAT2</p><p><b>　　MOV A,R5</b></p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p>　　MOV P2,#0fdH</p

49、><p><b>　　MOV P0,A</b></p><p>　　ACALL DELAY</p><p><b>　　MOV A,R4</b></p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p>　　MOV P2,#0fbH</p><p>

50、;<b>　　MOV P0,A</b></p><p>　　ACALL DELAY</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　DAT1:DB 00h,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H </p><p>　　;"滅

51、","1","2","3","4","5","6","7","8","9","滅","F"</p><p>　　DAT2:DB 3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,0

52、7h,7fh,6fh,00H,71H</p><p>　　第一個為零,其他與上相同,因為十位如果為零顯示熄滅</p><p>　　=====TO溢出中斷(響鈴程序)=====</p><p>　　T0INT: MOV TH0,#0ECH</p><p>　　MOV TL0,#0FFH</p><p>　　JNB RI

53、NG,OUT;</p><p>　　CPL P3.6;RING標志位為1時候P3.6口不斷取反使喇叭發(fā)出一定頻率的聲音</p><p>　　OUT: RETI</p><p>　　T1溢出中斷(計時程序)：</p><p>　　T1INT: MOV TH1,#3CH</p><p>　　MOV TL1,#0B0

54、H</p><p><b>　　INC R0</b></p><p><b>　　RETI</b></p><p><b>　　END</b></p><p><b>　　搶答器處理程序：</b></p><p>　　TRUE1:

55、ACALL BARK;按鍵發(fā)聲</p><p><b>　　MOV A,R2</b></p><p>　　MOV R6,A;搶答時間R2送R6</p><p>　　MOV R3,#01H</p><p>　　CLR OK;因為答題的計時不再查詢搶答,所以就鎖了搶答</p><p>　　AJMP C

56、OUNT</p><p>　　TRUE2:ACALL BARK;</p><p><b>　　MOV A,R2</b></p><p><b>　　MOV R6,A</b></p><p>　　MOV R3,#02H</p><p><b>　　CLR OK<

57、/b></p><p>　　AJMP COUNT</p><p>　　TRUE3:ACALL BARK;</p><p><b>　　MOV A,R2</b></p><p><b>　　MOV R6,A</b></p><p>　　MOV R3,#03H</p&

58、gt;<p><b>　　CLR OK</b></p><p>　　AJMP COUNT</p><p>　　TRUE4:ACALL BARK;</p><p><b>　　MOV A,R2</b></p><p><b>　　MOV R6,A</b></p

59、><p>　　MOV R3,#04H</p><p><b>　　CLR OK</b></p><p>　　AJMP COUNT</p><p>　　TRUE5: ACALL BARK;</p><p><b>　　MOV A,R2</b></p><p&g

60、t;<b>　　MOV R6,A</b></p><p>　　MOV R3,#05H</p><p><b>　　CLR OK</b></p><p>　　AJMP COUNT</p><p>　　TRUE6: ACALL BARK;</p><p><b>　　

61、MOV A,R2</b></p><p><b>　　MOV R6,A</b></p><p>　　MOV R3,#06H</p><p><b>　　CLR OK</b></p><p>　　AJMP COUNT</p><p>　　TRUE7: ACALL

62、BARK;</p><p><b>　　MOV A,R2</b></p><p><b>　　MOV R6,A</b></p><p>　　MOV R3,#07H</p><p><b>　　CLR OK</b></p><p>　　AJMP COUNT

63、</p><p>　　TRUE8: ACALL BARK;</p><p><b>　　MOV A,R2</b></p><p><b>　　MOV R6,A</b></p><p>　　MOV R3,#08H</p><p><b>　　CLR OK</b

64、></p><p>　　AJMP COUNT</p><p><b>　　第八節(jié) 參考文獻</b></p><p>　　[1] 賈金玲.單片機原理及應用.四川：電子科技大學出版社.2004.</p><p>　　[2] 張迎新.單片機初級教程. 北京: 航空航天大學出版社,2007.</p><