課程設計報告----電子智能搶答器

1、<p>　　《電子設計自動化》課程設計報告</p><p>　　題 目 電子智能搶答器 </p><p>　　學院（部） 電控學院 </p><p>　　專 業(yè) 電子科學與技術 </p><p>　　班 級 </p&g

2、t;<p>　　學生姓名 </p><p>　　學 號 </p><p>　　5 月 13日至 5 月 27 日 共 2 周</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘要··

3、;····································

4、83;·························3</p><p>　　關鍵詞······

5、3;····································&#

6、183;··················3</p><p>　　設計要求·············&#

7、183;····································

8、··········3</p><p>　　課程設計負責部分·····················&#

9、183;······························3</p><p>　　第一章 系統(tǒng)概述

10、83;····································&

11、#183;··············3</p><p>　　1.1 設計思路················&#

12、183;····································

13、3</p><p>　　1.2 設計分析·······························&

14、#183;·····················3</p><p>　　1.2.1 搶答系統(tǒng)·········

15、····································

16、3;···4</p><p>　　1.3 方案分析比較···························

17、83;·····················5</p><p>　　1.3.1 控制器模塊·········&

18、#183;····································

19、;·5</p><p>　　1.3.2 控制顯示模塊·····························&#

20、183;···············6</p><p>　　1.3.3 搶答器鍵盤模塊··············

21、3;····························6</p><p>　　1.4 總體方案選擇··

22、83;····································&

23、#183;·········7</p><p>　　第二章 單元電路設計與分析····················

24、83;·····················7</p><p>　　2.1 器件選擇分析·········&#

25、183;····································

26、···7</p><p>　　2.2 單元電路分析····························

27、;·····················7</p><p>　　第三章 系統(tǒng)綜述、總電路圖·········

28、·································7</p><p>

29、　　3.1 系統(tǒng)綜述···································

30、;··················7</p><p>　　3.2 總體電路圖·············

31、;····································

32、83;·7</p><p>　　第四章 結束語·····························

33、3;·······················8</p><p>　　參考文獻········

34、3;····································&#

35、183;··············9</p><p>　　元器件明細表·················

36、····································

37、3;··9</p><p>　　鳴謝······························

38、·································10</p><p>

39、;　　收獲與體會，存在的問題··································&#

40、183;···········11</p><p>　　評語····················

41、83;····································&

42、#183;·····12</p><p><b>　　電子智能搶答器</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　目前單片機滲透到我們生活的各個方面，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。廣泛應用于智能儀器儀表，機電一體化產(chǎn)品，實時工業(yè)控制，分布系

43、統(tǒng)的前端模塊，家用電器等各個領域。</p><p>　　電子智能搶答器是在競賽、文體娛樂活動（搶答活動）中，能準確、公正、直觀地判斷出搶答者的電子儀器器。 通過搶答者的指示燈顯示、數(shù)碼顯示和警示顯示等手段指示出第一搶答者。 搶答器主要由單片機以及外圍電路組成，本系統(tǒng)設計為模塊形式采用九針插頭進行連接，系統(tǒng)工作原理本系統(tǒng)采用80C51單片機作為核心。控制系統(tǒng)的三個模塊分別為：單片機最小系統(tǒng)、搶答控制模塊、顯示模塊，

44、具有按鍵、顯示，倒計時功能。</p><p>　　關鍵字： 顯示、驅動、搶答、計時、單片機、獨立式式鍵盤。</p><p><b>　　設計要求</b></p><p>　　選擇常用單片機芯片進行電路系統(tǒng)設計，設計八路電子搶答器電路。 設計電子搶答器的基本功能；實現(xiàn)具有按鍵、顯示功能的單片機最小系統(tǒng)，要求具有自動計時功能。</

45、p><p>　　課程設計主要負責部分</p><p>　　本次課程設計由我，郭峰同學和王平同學組隊設計，本人在課程設計中主要負責系統(tǒng)概述、設計分析、方案比較、總體方案選擇等設計分析工作。</p><p><b>　　系統(tǒng)概述</b></p><p><b>　　1.1 設計思路</b></p&g

46、t;<p>　　電子智能搶答器用一片單片機控制，搶答器的工作原理是采用單片機最小系統(tǒng)，用獨立式鍵盤進行搶答。通過數(shù)碼管顯示選手組號。</p><p><b>　　1.2 設計分析</b></p><p>　　系統(tǒng)設計主要由分析和仿真兩大構成，設計分析，是在系統(tǒng)設計中完成系統(tǒng)總框圖和各模塊的功能設計，選擇合適的設計方案；然后進行具體設計，包括各模塊的流程

47、圖，選擇合適的編程語言和工具，進行代碼設計等；最后是對仿真器件進行調試、測試，達到所需功能要求。仿真包括電路原理圖、合理選擇元器件、繪制線路圖，然后對仿真器件進行調試、測試，以達到設計要求。</p><p>　　仿真電路的設計最重要的選擇用于控制的單片機，并確定與符合的外圍芯片電路，使所設計的系統(tǒng)能夠正確運行。硬件電路設計還包括輸入輸出接口設計，畫出詳細電路圖，標出芯片的型號、器件參數(shù)值，根據(jù)電路圖在Proteu

48、s上進行調試，檢查設計電路。軟件設計的方法與開發(fā)環(huán)境的選取有著直接的關系，本系統(tǒng)由于是采用80C51單片機，本系統(tǒng)軟件設計采用模塊化系統(tǒng)設計方法，先編寫各個功能模塊子程序，然后進行組合與調整，經(jīng)過調試后，達到設計功能要求。設計總框圖如圖1—1所示。</p><p>　　圖1—1 設計總框圖</p><p>　　1.2.1 搶答系統(tǒng)</p><p>　　搶答器同時

49、供8搶答選手比賽，分別用8個按鈕表示。設置一個系統(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。即選手按動按鈕，鎖存相應的編號，并在LED數(shù)碼管上顯示。選手搶答實行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。搶答組數(shù)可以在八組以內任意使用，其流程如圖1—2。</p><p>　　圖1—2 控制流程圖</p><p>　　1.3 方案分析比較</

50、p><p>　　控制系統(tǒng)的三個模塊分別為：控制器模塊、搶答顯示模塊、搶答鍵盤模塊。</p><p>　　1.3.1 控制器模塊</p><p>　　控制器主要用于各模塊控制對顯示、搶答等?？刂破鞯倪x擇有以下兩鐘方案。</p><p>　　方案一：采用FPGA（現(xiàn)場可編程門列陣）控制器。FPGA主要由7部分完成，分別為：可編程輸入輸出單元、基本可

51、編程邏輯單元、完整的時鐘管理、嵌入塊式RAM、豐富的布線資源、內嵌的底層功能單元和內嵌專用硬件模塊。由于電子搶答系統(tǒng)相對比較簡單，對數(shù)據(jù)處理的速度要求不高，并且FPGA集成度高，成本偏高，通常使用于對數(shù)據(jù)的高速處理系統(tǒng)，同時由于FPGA芯片的引腳較多，仿真以及實物連接起來比較復雜，不易檢查電路的穩(wěn)定性。</p><p>　　方案二：采用80C51作為系統(tǒng)控制器的方案。單片機處理功能強，速度快系統(tǒng)結構簡單，使用方便

52、，實現(xiàn)模塊化，，可以用軟件編程實現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且由于其功耗低、體積小、技術成熟和本低控制功能強、擴展靈活、微型化等點，廣泛應用于各個領域。</p><p>　　通過上面兩種方案的分析比較，選擇方案二，單片機控制器。電子搶答系統(tǒng)結構簡單，若使用單片機不但簡化了系統(tǒng)設計，也節(jié)約人力、時間，經(jīng)濟效益較高。</p><p>　　1.3.2 控制顯示模塊</p><p

53、>　　在單片機控制過程中，具有顯示功能。我們考慮有以下兩種顯示方案。</p><p>　　方案一：數(shù)碼管顯示，它采用低電壓掃描驅動，具有：耗電少、使用壽命長、成本低、亮度高、故障少、視角大、可視距離遠等特點。在使用傳統(tǒng)的。數(shù)碼管具有：低能耗、、低壓、、耐老化、防曬、防潮、防火、防高（低）溫，對外界環(huán)境要求低，易于維護，同時其精度高，稱量快，精確可靠，操作簡單。數(shù)碼顯示是采用BCD編碼顯示數(shù)字，程序編譯容易，

54、資源占用較少。</p><p>　　方案二：液晶屏顯示，雖然液晶顯示能耗低，畫面清晰。但由于只需要顯示時間和轉向、相數(shù)這樣的數(shù)字，信息量比較少，且由于液晶是以點陣的模式顯示各種符號，需要利用控制芯片創(chuàng)建字符庫，編程工作量大，控制器的資源占用較多，其成本也偏高，環(huán)境要求較高。</p><p>　　根據(jù)以上的兩個論述比較，并且搶答結果只顯示選手編號以及計時，顯示結構簡單，選擇方案一。</

55、p><p>　　1.3.3 搶答鍵盤模塊</p><p>　　鍵盤是十分重要的人機對話的組成部分，是人向機器發(fā)出指令、輸入信息的必需設備。</p><p>　　鍵盤按結構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產(chǎn)生鍵碼。在單片機中使用的都是非編碼鍵盤，因為非編碼鍵盤結構簡單，成本低廉，非編碼鍵盤的類型很多，常用的有獨立式鍵盤，行列

56、式鍵盤等。</p><p>　　方案一：獨立式鍵盤 </p><p>　　獨立式鍵盤的按鍵和I/O線連接，鍵盤接口使用了8根I/O口線，該鍵盤就有8個按鍵，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)實際需要對鍵盤中的按鍵靈活的編碼。</p><p>　　最簡單的編

57、碼方式就是根據(jù)I/O輸入口所直接反映的相應按鍵，按下的狀態(tài)進行編碼，稱按鍵直接狀態(tài)碼，對于這樣編碼的獨立式鍵盤，CPU可以通過直接讀取I/O口的狀態(tài)來獲取按鍵的直接狀態(tài)編碼值，</p><p>　　根據(jù)這個值直接進行按鍵識別，這樣形式的鍵盤結構簡單，按鍵識別容易。</p><p><b>　　方案二：行列式鍵盤</b></p><p>　　行列

58、式鍵盤適用于按鍵輸入多的情況，在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時，為了減少I/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式，如圖1所示。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個按鍵加以連接。行列式鍵盤是用N條I/O線作為水平線，M條I/O線作為垂直線組成的鍵盤，在行線和列線的每個交叉點上，設置一個按鍵中按鍵的個數(shù)是M*N個。這種形式的鍵盤結構，能夠有效的提高單片機系統(tǒng)中I/O的利用率，垂直線接P1.0~P1.3行線接P1.4~P1

59、.7。</p><p>　　1.4 總體方案選擇</p><p>　　1控制器模塊：采用80C51單片機最小控制系統(tǒng)</p><p>　　2控制顯示模塊：LED數(shù)碼管顯示</p><p>　　3搶答鍵盤模塊：獨立式鍵盤</p><p><b>　　單元電路設計與分析</b></p>

60、<p>　　2.1 器件選擇分析</p><p>　　本次課程設計主要的器件是74HC595和80C51 </p><p>　　2.2 單元電路分析</p><p>　　仿真電路主要有倒計時顯示部單元，搶答結果數(shù)碼單元，指示燈顯示單元，鍵盤輸入單元，單片機最小系統(tǒng)單元等組成。</p><p>　　系統(tǒng)綜述、總體電路圖</

61、p><p><b>　　3.1 系統(tǒng)綜述</b></p><p>　　本系統(tǒng)為基于MCU51的八路搶答器實現(xiàn)系統(tǒng)。</p><p>　　3.2 總體電路圖</p><p><b>　　圖3—1 總體電路</b></p><p><b>　　結束語</b>

62、</p><p>　　我們小組三個人進過長時間的奮斗努力，查閱大量書籍，并且團結合作，相互幫助，終于換來了現(xiàn)在豐碩的成果。我們首先制定了幾個方案，然后按照課題要求，以及指導老師的幫助，我們選定了簡單易行的方案。然后確定了設計思路，根據(jù)設計思路我們把課題設計分成兩個部分，即直流穩(wěn)壓電源部分和數(shù)字顯示部分。再根據(jù)每部分的工作原理，再劃分為幾個不同的小部分；然后各個擊破，再把各個部分綜合起來，組成總電路圖，然后再在Pr

63、oteus仿真系統(tǒng)仿真，在不斷的進行器件選擇，參數(shù)修改，克服仿真出現(xiàn)的錯誤。精益求精，最終設計出理想完美的課題設計。</p><p>　　其次，這次課程設計使我有了一次通過理論聯(lián)系實際，來解決實際問題的經(jīng)歷，它培養(yǎng)了自己分析問題，解決問題的能力，以及上網(wǎng)檢索信息的能力。其實學到的知識其實是次要的，重要的是我們探索知識的過程，這個過程便是一個人自主學習能力的體現(xiàn)，它將影響著我今后的發(fā)展。</p>&l

64、t;p>　　最后，這次的課程設計也激發(fā)了我對電子設計的興趣。曾經(jīng)我對我們專業(yè)是一片迷茫，但是通過這次課程設計，通過親自制作電子小作品以及寫總結報告時在網(wǎng)上看到的各種各樣有關電子方面的小文章，我似乎隱約了解了一些電子專業(yè)的未來的發(fā)展方 向。這種感悟，這種興趣的來源只靠平時上課老師的說教是肯定不可能領悟到的。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p&

65、gt;　　1 馬淑華等·電子設計自動化·北京郵電大學出版社·2011·</p><p>　　2 張毅剛·MCS-51單片機應用技術·哈爾濱工業(yè)大學出版社·1997 · </p><p>　　3 李全利·單片機原理及接口技術·高等教育出版社·2010

66、3;</p><p>　　4 藏春華等·電子設計自動化技術·機械工業(yè)出版社·2004·</p><p>　　5 馬建國等·電子設計自動化技術基礎·清華大學出版社·2004·</p><p><b>　　元器件明細表</b></p><p>

67、;　　表 1—1 所用元器件明細表</p><p><b>　　鳴謝</b></p><p>　　在本次課設中，從最初的方案確定，到后面的電路設計，我們遇到了問題，幸虧得到了代課老師樊老師和指導老師高老師的幫助，我們才得以順利地完成本次課程設計，老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、豐富淵博的知識、敏銳的學術思維、精益求精的工作態(tài)度以及侮人不倦的師者風范是我終生學習的楷模，老師們的高深

68、精湛的造詣與嚴謹求實的治學精神，將永遠激勵著我。這三年中還得到眾多老師的關心支持和幫助。在此，謹向老師們致以衷心的感謝和崇高的敬意！ 另外，感謝校方給予我這樣一次機會，能夠獨立地完成一個課程設計，并在這個過程當中，給予我們各種方便，使我們在這學期快要結課的時候，能夠將學到的只是應用到實踐中，增強了我們實踐操作和動手應用能力，提高了獨立思考的能力。感謝所有任課老師和所有同學在這三年來給自己的指導和幫助，是他們教會了我專業(yè)知識，教會

69、了我如何學習，教會了我如何做人。正是由于他們，我才能在各方面取得顯著的進步，在此向他們表示我由衷的謝意。 最后，我要向百忙之中抽時間對本文進行審閱，評議和參與本人論文答辯的各位老師表示感謝</p><p>　　收獲與體會，存在的問題</p><p>　　通過這次課程設計，我獲得了很多，首先我明白我們以前所學過的理論知識并沒有很好的理解，單片機學過，但在設計時并不能及時反映過來，而是

70、通過參考書才理解，而對于Proteus的使用，我們連正都不清楚。在參照參考書設計電路到完成實物中，我們遇到了許多問題，我們也學到了許多東西，知道選器件時注意最大耐壓，知道76H595的使用及其引腳的正確接法，這遠比理論學習獲得的要多要實際。集成可調穩(wěn)壓源在實際中有很廣泛的應用，它可以用在充電照明設備的充電器，手機等電子產(chǎn)品中，達到把交流電轉變成比較穩(wěn)定的直流電降低電壓的目的從而滿足人們的日常運用。完成集成可調穩(wěn)壓電源實物后我們可以將他用

71、于我們的實際生活中，這樣我們的設計實物在現(xiàn)實生活中便可以用到。</p><p>　　我們做電子技術課程設計，學生可以選擇老師的題目，并且組隊操作其他的事情（包括設計總體方案、硬件電路、仿真調試等工作）。趣味性強，同時也可以學到很多東西。我們認為，在這學期的實驗中，在收獲知識的同時，還收獲了閱歷，收獲了成熟，在此過程中，我們通過查找大量資料，請教老師，以及不懈的努力，不僅培養(yǎng)了獨立思考、動手操作的能力，在各種其它能

72、力上也都有了提高。更重要的是，在實驗課上，我們學會了很多學習的方法。而這是日后最實用的，真的是受益匪淺。要面對社會的挑戰(zhàn)，只有不斷的學習、實踐，再學習、再實踐。使用Proteus仿真系統(tǒng)作為我們的執(zhí)行核心，因為Proteus系統(tǒng)是比較好的電路仿真系統(tǒng)。不管怎樣，這些都是一種鍛煉，一種知識的積累，能力的提高。完全可以把這個當作基礎東西，只有掌握了這些最基礎的，才可以更進一步，取得更好的成績。很少有人會一步登天吧。永不言棄才是最重要的。 &