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功能電路設計與制作課程設計說明書 專業班級：機械電子工程三班 作品名稱：基于51單片機的八路搶答器 姓 名：李*達 其它成員：任*林 完成時間：06.27 目 錄 第一章 設計任務及要求 1.1 設計任務 1.2 設計要求 第二章 概論 2.1 單片機的簡介 2.2 單片機特點及應用 第三章 電路圖的具體繪制過程 第四章 電路設計 4.1 整體電路設計 第五章 調試 第六章 軟件使用說明 7.1 編程軟件 7.2 仿真軟件 第七章 設計的問題及解決 附錄 電路元件 實物圖
第一章 設計任務及要求1.1 設計任務（1）按設計指標進行電路設計 （2）制作符合設計指標的硬件電路。 （3）編寫程序代碼，并下載驗證 1.2 設計要求 利用單片機控制數碼管的顯示以及按鍵檢測電平信號，進而實現按鍵對數碼管的控制顯示不同的數字。在程序端實現按鍵具體的搶答過程，即數碼管只顯示最先按下的按鍵所對應的組名，后者按下按鍵則無效，從而得知搶答的結果及其對應的組名。 第二章 概論
2.1 單片機的簡介 單片微型計算機簡稱單片機，是典型的嵌入式微控制器， 常用英文字母的縮寫MCU表示單片機，單片機又稱單片微控制器，概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質量輕、價格便宜、為學習、應用和開發提供了便利條件。同時，學習使用單片機是了解計算機原理與結構的最佳選擇。它最早是被用在工業控制領域。 由于單片機在工業控制領域的廣泛應用，單片機由僅有CPU的專用處理器芯片發展而來。最早的設計理念是通過將大量外圍設備和CPU集成在一個芯片中，使計算機系統更小，更容易集成進復雜的而對體積要求嚴格的控制設備當中。 2.2 單片機特點及應用 基本特點如下： 1、芯片雖小，五臟俱全，是單片機主要特點之一。其內部設有程序存儲器、數據存儲器、各種接口電路。而大型的處理器運算速度較高，運算器位數較多，處理能力較強，但需要在外部配置接口電路。 2、單片機主頻一般在100MHZ以下，適合用于獨立工作的小型產品之中，引腳數量從幾個到百余個。 3、應用簡單、靈活，可用匯編語言及C語言開發單片機產品。 例如：精控-定時程序控制器就是基于單片機技術開發的自動化控制產品。 第3章 電路圖的具體繪制過程 畫電路圖我使用的是proteus，下面我就對我畫電路圖的過程進行一些說明：首先根據設計要求我選用了一個AT89C51（如圖1）、一個cc（共陰）的四位七段數碼管（只能找到這種）（如圖2）、8個自動復位開關（如圖3）以及復位電路（如圖4）所需元件等。然后將8個自動復位開關分別與p3.0-p3.7這8個I/O端相連，然后將8個自動復位開關另一端相連并接地（如圖5）。再將p2.0-p2.7分別與數碼管的abcdefg相連（如圖6）。最后補全單片機最小系統等，電路圖（如圖7）就設計成功了。 圖1 圖2 圖3 圖4 圖5 圖6 圖7 第四章 電路設計4.1 整體電路設計根據設計要求，八路搶答器可以分為三個模塊進行設計： 1.單片機最小系統電路：單片機最小系統，或者稱為最小應用系統，是指用最少的元件組成的單片機可以工作的最小的系統單元。 對51系列單片機來說，最小系統一般應該包括：單片機、時鐘電路、復位電路。本設計中使用的單片機為stc89c52，晶振電路使用11.0592MHZ的晶振。復位電路：由電容串聯電阻構成，當系統一上電，RST腳將會出現高電平，當RST腳的高電平持續兩個機器周期以上就將復位。 2.數碼管顯示電路：數碼管顯示是用來顯示最先搶答的組名，所使用四位數碼管因單片機IO口電壓不足，則在位選端連接一個三極管，實現其中一位數碼管的正常亮度顯示，數碼管的段選直接連接單片機的P2IO口，實現單片機對數碼管的控制。 3.按鍵控制電路：所制作搶答器按鍵為低電平觸發的獨立按鍵。按鍵為自復位按鍵，每個按鍵一段直接連接單片機的P3端的八個IO口，另一端，接地。在每次按下按鍵的時候，就會有一個低電平信號觸發。 單片機最小系統電路如圖所示： 由圖可以知道，單片機最小系統主要由復位電路、時鐘電路等組成。 復位電路：由電容串聯電阻構成，并結合"電容電壓不能突變"的性質，可以知道，當系統一上電，RST腳將會出現高電平，并且，這個高電平持續的時間由電路的RC值來決定。 典型的51單片機當RST腳的高電平持續兩個機器周期以上就將復位，所以，適當組合RC的取值就可以保證可靠的復位。一般教科書推薦C 取10uF，R取8.2K左右。當然也有其他取法的，原則就是要讓RC組合可以在RST腳上產生不少于2個機周期的高電平。 第五章 調試貼上程序代碼： （詳見附件） 第六章 軟件使用說明5.1 編程軟件 本系統由于是采用51系列單片機，因此使用Keil C語言進行開發，此編程工具相比匯編語言具有結構化、適用范圍大、可移植性好等特點。本系統軟件設計采用模塊化系統設計方法，先編寫各個功能模塊子程序，然后進行組合與調整達到設計功能要求。編程軟件選擇Keil uVision4。 5.2 仿真軟件 仿真軟件我們選擇的是能夠很好仿真單片機系統的Proteus，下面就這一軟件作一些說明。Proteus ISIS是英國Labcenter公司開發的電路分析與實物仿真軟件。它運行于Windows操作系統上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路，該軟件是一款集單片機和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強大。 下圖為使用該軟件仿真時的界面：
第七章 設計的問題及解決在初步進行設計時，考慮先調試程序還是先焊出實物，最終決定先利用穩定的開發板調試出程序，再焊出實物，單片機在正常工作后若出現問題，則只檢查電路即可。
在焊接數碼管時，因為焊接問題，僅有的一位數碼管焊接完成后不能夠正常工作，最后只好使用四位數碼管，讓其中的一位顯示，當做一位數碼管使用。不同的是，還要加上三極管升壓，使數碼管實現正常的亮度。這個主要是在焊接數碼管之前沒有仔細查數碼管的焊接溫度與焊接時間方面的資料。
因設計經驗有限，實物上電路元件整體布局不夠科學美觀，焊接的元件時焊錫的用量把控的不夠精準到位。所焊接失誤的一位數碼管也留在了洞洞板上，美觀性不足。 附錄一 電路元件實物圖
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