plc四路抢答器课程设计.docx

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plc四路抢答器课程设计

四川理工学院

课程设计书

系别运算机学院

专业运算机科学与技术

班级

题目智能抢答器的设计与功能实现

教师陈光建蒋华龙

学生陈新林李亚严晓凤

目   录

第一节课程设计目标

概述

单片机原理及应用课程设计是学生综合运用所学知识，全面把握单片微型运算机及其接口的工作原理、编程和利用方式的重要实践环节。

通过独立或协作提出并论证设计方案，进行软、硬件调试，最后取得正确的运行结果，能够加深和巩固对理论教学和实验教学内容的把握，进一步成立运算机应用系统整体概念，初步把握单片机软、硬件开发方式，为以后进行实际单片机软、硬件应用开发奠定良好的基础。

课程设计的要紧内容：

依照单片机原理及应用课程的要求，要紧进行两个方面的设计，即单片机最小系统和存储器扩展设计、接口技术应用设计。

其中，单片机最小系统要紧要求学生熟悉单片机的内部结构和引脚功能、引脚的利用、复位电路、时钟电路、4个并行接口和一个串行接口的实际应用，从而可组成最小应用系统，并编程进行简单利用。

存储器扩展设计要求学生把握经常使用半导体芯片与单片机的接口，如EPROM存储器用作外部程序存储器时与单片机的连接关系，SRAM存储器用作外部数据存储器时与单片机的连接关系，E2PROM存储器用作外部程序/数据存储器时与单片机的连接关系。

能合理分派和利用单片机的内部和外部存储器，编程实现正常的读写功能。

接口技术应用设计要紧要求学生能综合运用单片机、存储器、经常使用接口芯片组成单片机应用系统，有针对性地进行软、硬件设计与开发。

功能介绍：

1、若是想调剂抢答时刻或答题时刻,按"抢答时刻调剂"键或"答题时刻调剂"键进入调剂状态,现在会显示此刻设定的抢答时刻或回答时刻值,如想加一秒按一下"加1s"键,若是想减一秒按一下"-1s"键，时刻LED上会显示改变后的时刻，调整范围为0s~99s,0s时再减1s会跳到99，99s时再加1s会变到0s。

2、主持人按"抢答开始"键，会有提示音，并立刻进入抢答倒计时（预设30s抢答时刻），如有选手抢答，会有提示音，并会显示其号数并立刻进入回答倒计时（预设60s抢答时刻），不进行抢答查询，因此只有第一个按抢答的选手有效。

倒数时刻到小于5s会每秒响一下提示音。

3、如倒计时期间，主持人想停止倒计时能够随时按"停止"按键，系统会自动进入预备状态，等待主持人按"抢答开始"进入下次抢答计时。

4、若是主持人未按"抢答开始"键，而有人按了抢答按键，犯规抢答，LED上不断闪烁FF和犯规号数并响个不断，直到按下"停止"键为止。

5、为开始抢答，为停止，为八路抢答输入数码管段选P0口，位选P2口低3位，蜂鸣器输出为口。

抢答时刻调整结，回答时刻调整，为时刻加1调整，为时刻减1调整。

设计方案

1.3.1原理图的确信

在设计开始，咱们查了很多关于抢答器的资料，其大体分为2种，一种是纯硬件实现，另一种是单片机实现。

本次课程设计采纳单片机实现。

单片机实现抢答的原理图：

1.3.2抢答器的工作原理

抢答器的工作原理是利用单片机的按时器T0、T1中断完成,其余状态循环挪用显示子程序,用4个共阴极LED数码管来显示，用P0口作为数码管的八个段选，用P2口中的、、、作为4个数码管其中3个位选，P1口接8个按键，提供选手抢答，四个接四个按键，提供开始、终止、答题时刻调整、抢答时刻调整，加一、减1调整之用。

抢答器的整体设计

倒计时方案方面利用MCS-51的内部的按时/计时器进行中断计时，配合软件延时实现倒计时。

该方案节省硬件本钱，而且能够在按时器/计数器的利用、中断及程序设计方案方面取得锻炼与提高，显示方面采纳穿行传输实现动态显示，该方案的硬件连接简单，但动态扫描的显示方式需占用CPU较多的时刻，适用于单片机没有太多实时测控的任务场合。

抢答功能：

通过八路按键配合程序来实现抢答功能。

当主持人按下抢答键开始抢答后，现在任一路按下按钮均闭锁其它各路，由程序对键盘译码并显示最先按下抢答键的路数及其当前时刻。

抢答限时：

主持人按下抢答键后，设置5秒为抢答时刻（现在刻可在1-99秒之间修改）。

假设5秒内无人抢答，倒计时为0时发出报警，说明该抢答题目作废。

现在闭锁所有抢答按键，只有当主持人再次按下抢答键开始下一次抢答方可抢答。

答题限时：

被选手按下按钮时，启动倒计时（此倒计不时刻可在1～99秒之间修改），，倒计时为0时发出报警，说明答题时刻到。

第二节硬件电路详细设计

硬件的选择与电路设计

芯片的选择

抢答器电路的核心是89C51单片机，其内部带有4KB的FLASHROM，无需外扩程序存储器；抢答器没有大量的运算和暂存数据现有的128B篇内RAM已经能知足容量需求，故不需外扩片外RAM，系统配有8位8段数码显示管，管采纳共阴数码管，作为时钟的显示输出。

复位电路的设计

复位电路的设计如图2-1所示：

图2-1复位电路原理图

该复位电路采纳上电自动复位和手动复位两种复位方式，图中网络标号所指9连接到单片机的复位引脚。

要实现复位只需在，51系列单片机的RESET引脚上加上5ms的高电平就能够够了。

上电复位是利用电容的充电来实现的，即上电刹时RESET端的电位与Vcc相同，随着电容上储能增加，电容电压也慢慢增大，充电电流减小，RESET端的电位。

如此就会成立一个脉冲电压，调剂电容与电阻的大小可对脉冲的持续时刻进行调剂。

通常假设采纳12MHz的晶振时，复位元件参数为22μF的电解电容和10kΩ的电阻。

按钮复位电路是通过按下复位按钮时，电源对RESET端维持两个机械周期的高电平实现复位的。

晶振电路的设计

MSC-51单片机的按时操纵功能是历时钟电路和振荡器完成的，而依照硬件电路的不同，连接方式分为内部时钟方式和外部时钟方式。

本设计中采纳内部时钟方式。

单片机内部有一个反相放大器，XTAL一、XTAL2别离为反相放大器的输入端和输出端，外接按时反馈元件组成振荡器（内部时钟方式），产生时钟送至单片机内部各元件。

时钟频率越高，单片机操纵器的操纵节拍就越快，运算速度也就越快。

一样来讲单片机内部有一个带反馈的线性反相放大器，外界晶振（或接陶瓷振荡器）和电容就可组成振荡器，如图2-2所示。

加电以后延时一段时刻（约10ms）振荡器产生时钟，不受软件操纵，图中Y1为晶振，震荡产生的时钟频率要紧由Y1确信。

电容C1，C2的作用有两个：

一是帮忙振荡器起振，二是对振荡器的频率起微调作用，典型值为30pF。

晶振电路的设计如图2-2所示：

图2-2晶振电路原理图

数码显示管的选择

数码显示管用来作为时刻的显示输出，一样用7段数码显示管。

本次设计中采纳7段共阴数码显示管应用简单、靠得住性高、本钱低，作为显示输出。

连接时段选信号接在P0口的～七个I/O口上，P1口是准双向I/O接口在输出驱动部份具有驱动4个TTL负载的能力，即输出电流不大于400μA，因此在接电阻时选择接510Ω限流电阻。

而在位选方面采纳单片机P2口的～三个I/O口作为位选信号的输出口。

第三节软件详细设计

主程序的设计

此程序的及时采纳按时器T0和T1中断完成，其余状态循环挪用显示子程序。

系统主程序流程图如图3-1所示。

图3-1系统主程序流程图

显示子程序的设计

由于采纳软件动态扫描实现数据显示，显示用十进制BCD码的数据对应段码寄存在ROM表中。

显示时，先掏出70H～75H某一地址中的数据，然后查得对应的显示段码从P0口输出。

P2口将对应的数码管选中，就能够显示该地址单元的数据值。

按时器T0、T1中断效劳程序的设计

按时器T0用于响铃程序，按时器T1用于计时程序。

当答题剩余5秒种时口不断取反使喇叭发出必然频率的声音，提示选手。

中断效劳程序流程图如图3-2所示。

图3-2中断效劳程序流程图

抢答处置程序的设计

当有选手第一个按下抢答器按扭时数码管显示选手号码，开始倒计时，并锁定抢答。

当在此选手以后再有选手按下按扭时无效，数码管不变。

第四节实验结果及结论

实验的程序通过Keil软件编译，产生HEX文件如图4-1所示:

图4-1程序在Keil软件上编译结果

通过Proteus进行仿真，如仿真结果所示，按下开始后，数码管开始倒计时，仿真结果如图4-2所示。

图4-2仿真的结果

当有选手按下按扭时，数码管显示选手号码并开始倒计时，如图4-3所示

图4-3仿真的结果

通过仿真结果证明，该方案可行。

该设计方案同过51系列单片机的P0口作为段选输出，用P2口作为位选输出，动态扫描LED显示管，显示时刻。

并通过接在口的按键开关操纵开始、终止、喇叭提示等功能。

P1口接选手按键，操纵抢答。

本设计实现简单，本钱较低很适合咱们大学生动手实践。

第五节PCB板的制作及产品的焊接调试

PCB板的设计

所有预备就绪就开始制做PCB板了，由于PROTEUS软件中元件的封装有很多没有或和购买的元件不同，所有很多元件都要自己画封装，由于这软件没有上过专门的课程，画封装碰到了很多的问题，开始不明白怎么画，网上的教程很笼统，看得不是很明白，后来自己慢慢试探明白大体怎么画了，但老是导不到PCB板图中去，就由于那个卡住了个把礼拜，最后在网上买了一本《基于PROTEUS的电路及单片机系统的设计与仿真》才学会了封装，最后做好了PCB图，如图所示。

。

图PCB板图

制板

PCB板图做好以后就到实验室开始了制板，制板的流程仍是比较简单的，第一把图的PCB板图打印到半透明的菲林纸上，然后把裁好的感光板盖在菲林纸上放在曝光机中曝光一分钟，再把曝光好了的感光板在显影水中显影，最后把显完影的感光板放到Fecl3中腐刻，可能等待半个小时左右就能够够取得PCB板了。

腐刻好的PCB板经冲洗就能够够依照上面的焊盘打孔了。

在制板进程中一共浪费了2块板，第一块是由于实验室帮咱们制板的同窗放多了显影粉致使很多线路被洗断，然后又紧接着做第二块，第二块做的仍是蛮好，结果拿回来后发觉数码管的封装画错了，两排针脚的距离太近，完全不能焊接，第二块板宣布报废。

回寝室后认真查对每一个元件的封装，确信没有任何错误后才做好PCB板图到实验室做了第三块板，这次做得很成功，也确实是最终利用的PCB板。

焊接与调试

PCB板做好了，孔也打好了，接下来的工作确实是焊接。

由于以前没有焊接体会，怕焊坏了板子，中午时候在寝室拿废板子练习了一段时刻，总算找到了窍门，先把烙铁靠近焊盘，紧接着把锡丝往烙铁上送，等锡丝熔了轻轻一提，一个又圆又亮的焊点就做好了。

下午板子做好后就很熟练的在一个小时左右把元件都焊上去了，整体仍是蛮好的。

焊接后的板子如图和所示。

图

图

焊接好后的调试确实是最兴奋人心的时候，插上电源，发觉数码管不亮，内心一凉，但当按下复位键时数码管就亮了，而且所有功能都能正常运行，于是赶紧到实验室从头打了个拨动开关的孔，用跳线把复位按纽接到了拨动开关，如此抢答器功能大体实现了，内心很是快乐。

快乐完后认真分析开始复位开关的失败才发觉复位我在原理图时就画错了，把地和电源接反了，幸亏通过我拨动开关的接上能实现功能。

总之这次设计仍是比较成功的。

第六节心得体会及成员分工

如此的课程设计真的很成心义，第一次自己真真切切的动手设计制作产品，感觉自己学会了很多，成长了很多，让我找回了旧日奋斗的激情，或许如此的机遇在大学可不能再有了，我会深深的记住这次，记住这次饱含我汗水的综合课程设计。

这次也发觉了自身很多的不足，许多的大体电路都不是很熟悉，在画原理图的时候就不断的找以前的教材，以后还得多看看教材，牢记一些大体的电路。

最后在那个地址忠心的感激在教学大纲中安排了这次综合课程设计，感激指导教师的辛勤付出。

本小组成员完成课程设计的情形：

小组成员姓名

学号

完成任务的情况

陈新林

智能抢答器硬件电路设计

李亚

011

智能抢答器软件详细设计

严晓凤

搜集资料以及文档资料的编辑

第七节附录（源程序）

主程序部份和注解如下：

OKEQU20H;抢答开始标志位

RINGEQU22H;响铃标志位

ORG0000H

AJMPMAIN

ORG0003H

AJMPINT0SUB

ORG000BH

AJMPT0INT

ORG0013H

AJMPINT1SUB

ORG001BH

AJMPT1INT

ORG0040H

MAIN:

MOVR1,#30;初设抢答时刻为30s

MOVR2,#60;初设答题时刻为60s

MOVTMOD,#11H;设置未按时器/模式1

MOVTH0,#0F0H

MOVTL0,#0FFH;越多发声频率越高,越尖

MOVTH1,#3CH

MOVTL1,#0B0H;50ms为一次溢出中断

SETBEA

SETBET0

SETBET1

SETBEX0

SETBEX1;许诺四个中断,T0/T1/INT0/INT1

CLROK

CLRRING

SETBTR1

SETBTR0;

显示子程序，及部份注解如下：

DISPLAY:

MOVDPTR,#DAT1;查表显示程序,利用P0口做段选码口输出/P2低三位做位选码输出,

MOVA,R3

MOVCA,@A+DPTR

MOVP2,#0feH

MOVP0,A

ACALLDELAY

MOVDPTR,#DAT2

MOVA,R5

MOVCA,@A+DPTR

MOVP2,#0fdH

MOVP0,A

ACALLDELAY

MOVA,R4

MOVCA,@A+DPTR

MOVP2,#0fbH

MOVP0,A

ACALLDELAY

RET

DAT1:

DB00h,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H

;"灭","1","2","3","4","5","6","7","8","9","灭","F"

DAT2:

DB3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H

第一个为零,其他与上相同,因为十位若是为零显示熄灭

=====TO溢出中断（响铃程序）=====

T0INT:

MOVTH0,#0ECH

MOVTL0,#0FFH

JNBRING,OUT;

CPL;RING标志位为1时候口不断取反使喇叭发出必然频率的声音

OUT:

RETI

T1溢出中断（计时程序）：

T1INT:

MOVTH1,#3CH

MOVTL1,#0B0H

INCR0

RETI

END

抢答器处置程序：

TRUE1:

ACALLBARK;按键发声

MOVA,R2

MOVR6,A;抢答时刻R2送R6

MOVR3,#01H

CLROK;因为答题的计时再也不查询抢答,因此就锁了抢答

AJMPCOUNT

TRUE2:

ACALLBARK;

MOVA,R2

MOVR6,A

MOVR3,#02H

CLROK

AJMPCOUNT

TRUE3:

ACALLBARK;

MOVA,R2

MOVR6,A

MOVR3,#03H

CLROK

AJMPCOUNT

TRUE4:

ACALLBARK;

MOVA,R2

MOVR6,A

MOVR3,#04H

CLROK

AJMPCOUNT

TRUE5:

ACALLBARK;

MOVA,R2

MOVR6,A

MOVR3,#05H

CLROK

AJMPCOUNT

TRUE6:

ACALLBARK;

MOVA,R2

MOVR6,A

MOVR3,#06H

CLROK

AJMPCOUNT

TRUE7:

ACALLBARK;

MOVA,R2

MOVR6,A

MOVR3,#07H

CLROK

AJMPCOUNT

TRUE8:

ACALLBARK;

MOVA,R2

MOVR6,A

MOVR3,#08H

CLROK

AJMPCOUNT

第八节参考文献

：

电子科技大学出版社.2004.

[2]张迎新.单片机低级教程.北京:

航空航天大学出版社,2007.

[3]周润景张丽娜.基与PROTEUS的电路及单片机仿真.北京:

航空航天大学出版社,2007.

[4]张万奎.模拟电子技术.湖南:

湖南大学出版社，2005.