电气工程课程设计模版.docx
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电气工程课程设计模版
电气工程课程设计报告
题目：
系别
专业班级
学生姓名
学号
指导教师
提交日期年月日
摘要
随着社会的不断进步,电子技术也飞速的向前发展.特别是大规模集成电路的发展,把我们带进了电子化时代。
电子产品的日益增多,也让我们的生活越来越方便。
特别是计算机的发展，真可谓是突飞猛进。
自从1946年世界上第一台计算机的诞生以来，还不到六十年的时间，计算机就取得了举世瞩目的成绩。
特别是在通信领域，实现了信息一体化的时代。
作为大学生的我们，更需要加强实践能力的培养。
课程设计在一定程度上反映了我们对理论知识的理解程度，是理论与实践的桥梁。
它不仅能锻炼我们的动手能力，而且能够培养我们对问题的思考能力以及对知识的进一步了解。
当你能把你所学到知识化作为现实的东西时，我们能力就提升到一个新台阶。
很多人都认为学习是枯燥无味的，有时觉得与现实太遥远。
在学习之余，我们仍然可以找到一点有趣的事情，比如说做一个声控灯泡、数字钟等等。
生活中我们要找到自己感兴趣的东西。
这次综合课程设计中，我们制作了八路抢答器。
抢答器是为智力竞赛参赛者答题时进行抢答而设计的一种优先判决器电路，广泛应用于各种知识竞赛、文娱活动等场合。
能够实现抢答器功能的方式有多种，可以采用前期的模拟电路、数字电路或模拟与数字电路相结合的方式，但这种方式制作过程复杂，而且准确性与可靠性不高，成品面积大，安装、维护困难。
本节介绍一种利用51单片机作为核心部件进行逻辑控制及信号产生的八路抢答器。
近年来，随着单片机档次的不断提高，功能的不断完善，其应用日趋成熟、应用领域日趋扩大，特别是工业测控、尖端武器和日用家电等领域更是因为有了单片机而生辉增色。
单片机应用技术已成为一项新的工程应用技术。
本次课程设计我们做的是八路抢答器，我们采用AT89C52单片机实现抢答功能，性能更稳定，更易操作调试。
关键词：
八路抢答器：
单片机：
AT89C52
目录
摘要Ⅰ
第一章概述2
1.1智能抢答器的概述2
1.2设计目的2
1.3设计任务和要求2
1.4设计指标3
第二章系统硬件设置4
2.1芯片的选择4
2.1.1芯片的功能及工作原理4
2.2抢答器系统的硬件电路设计5
2.2.1抢答器控制模块5
2.2.1.1时钟电路5
2.2.1.2复位电路6
2.2.2抢答器显示模块6
2.2.3抢答器的输入模块7
2.2.4抢答器发声模块8
第三章系统软件设计9
3.1抢答主体程序9
3.1.1程序流程图9
3.1.2程序注释9
3.2数码管显示程序10
3.2.1程序流程图10
3.2.2程序注释11
3.3程序调试11
第四章总结13
致谢13
附录15
附录1元器件清单15
附录2原理图16
第一章概述
1.1智能抢答器的概述
本设计是利用单片机实现的一个八路抢答器，其具有电路简单、成本较低、操作方便、灵敏可靠等优点，经使用效果良好,具有较高的推广价值的无线遥控抢答器，它由8个发射器和1个接收器组成，可用于8组或8组以下的智力竞赛中。
比赛前，将参赛组从0至7编号，每组发给对应的一个发射器。
将接收器放于各组中央或前方。
主持人按一下启动键后，抢答开始。
此后，哪一组最先按下发射器上的抢答键，接收器就立即显示该组的组号并锁定，同时发出3次清脆的“叮咚”声。
以后，按下任何一路抢答键均不起反映。
只有主持人再次按动启动键后，才能进行下一次抢答该电路由直流稳压电源、抢答器、超时报警与电子计分四部分组成。
1.2设计目的
本设计是利用单片机实现的一个八路抢答器，其具有电路简单、成本较低、操作方便、灵敏可靠等优点，经使用效果良好，具有较高的推广价值的无线遥控抢答器，它由8个发射器和1个接收器组成，可用于8组或8组以下的智力竞赛中。
比赛前，将参赛组从0至7编号，每组发给对应的一个发射器。
将接收器放于各组中央或前方。
主持人按一下启动键后，抢答开始。
此后，哪一组最先按下发射器上的抢答键，接收器就立即显示该组的组号并锁定，同时发出3次清脆的“叮咚”声。
以后，按下任何一路抢答键均不起反映。
只有主持人再次按动启动键后，才能进行下一次抢答该电路由直流稳压电源、抢答器、超时报警与电子计分四部分组成。
1.3设计任务和要求
（1）能容许2~8组抢答；
（2）能显示抢答组号；
（3）能显示犯规组号；
（4）能限时抢答；
（5）能各组计分，并能计分显示；
（6）能声音提示与报警；
（7）能时钟计时显示
1.4设计指标
根据控制系统的工作原理和执行装置，可以将系统设计分为硬件和软件两大部分。
硬件设计部分，包括编写电路原理图、合理选择元器件、焊接各个元器件，然后对硬件性能进行调试、测试，以达到设计要求。
软件设计部分，首先在设计之前完成系统总框图和确定各个功能模块，然后进行具体设计，包括各模块的流程图，选择合适的编程语言和软件应用程序，进行
编程设计等；最后是通过软件对程序进行调试、测试，以及仿真，以达到性能的最优化。
下面是软硬件设计方法确定的。
软件设计的方法与开发环境的选取有着直接的关系，本系统由于是采用51系列单片机，因此使用C语言进行开发。
此编程工具相比汇编语言具有结构化、适用范围大、可移植性好等特点。
本系统软件设计采用模块化系统设计方法，先编写各个功能模块子程序，然后进行组合与调整，经过调试后，可以进行仿真测试，已达到设计功能要求。
硬件电路的设计最重要的选择用于控制的单片机，再确定与之配套的外围芯片，使所设计的系统既经济又高性能。
硬件电路设计可以在焊接元器件之前画出详细电路图，标出芯片的型号、器件参数值，根据电路图在仿真软件上进行调试，发现设计错误时立即修改，高效，准确地完成硬件设计。
第二章系统硬件设置
2.1芯片的选择
本设计使用到的芯片：
89C52芯片。
2.1.1芯片的功能及工作原理
VCC：
供电电压
GND：
接地
RST：
复位输入
P0端口（P0.0-P0.7）：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8个TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1端口（P1.0-P1.7）：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高电平，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2端口（P2.0-P2.7）：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3端口（P3.0-P3.7）：
P3口管脚是一个带有内部上拉电阻的8位的双向I/O端口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入端时，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）。
AT89S52具有以下标准功能：
8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。
另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。
图2-1
2.2抢答器系统的硬件电路设计
2.2.1抢答器控制模块
选用89C52作为控制模块。
2.2.1.1时钟电路
单片机的时钟信号用来提供单片机片内各种微操作的时间基准，时钟信号通常用两种电路形式得到：
内部振荡和外部振荡。
AT89S52单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，引脚XTALl和XTAL2分别是此放大电器的输入端和输出端，由于采用内部方式时，电路简单，所得的时钟信号比较稳定，实际使用中常采用这种方式，如图所示在其外接晶体振荡器（简称晶振）或陶瓷谐振器就构成了内部振荡方式，片内高增益反向放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起可构成一个自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。
图中外接晶体以及电容C2和C3构成并联谐振电路，它们起稳定振荡频率、快速起振的作用，其值均为22pF左右，晶振频率选12MHz。
图2-2
2.2.1.2复位电路
为了初始化单片机内部的某些特殊功能寄存器，必须采用复位的方式，复位后可使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初始状态开始正常工作。
单片机的复位是靠外电路来实现的，在正常运行情况下，只要RST引脚上出现两个机器周期时间以上的高电平，即可引起系统复位，但如果RST引脚上持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。
复位后系统将I/O口寄存器置为0FFH，堆栈指针SP置为07H，SBUF内置为不定值，其余的寄存器全部清0，内部RAM的状态不受复位的影响，在系统上电时RAM的内容是不定的。
复位操作有两种情况，即上电复位和手动（开关）复位。
本系统采用手动复位。
2.2.2抢答器显示模块
抢答器必须用到一些显示模块，对于一般的电子设计主要考虑以下两种显示方案。
方案一：
使用液晶屏显示。
液晶显示屏具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险，平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强的特点。
但由于选手和编号信息量比较少，且由于液晶是以点阵的模式显示各种符号，编程工作量大，控制器的资源占用较多，其成本也偏高。
在使用时，不能有静电干扰，否则易烧坏液晶显示芯片，不易维护。
方案二：
在使用传统的数码管显示。
数码管具有：
低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐老化、防晒、防潮、防火、防高（低）温，对外界环境要求低，易于维护，同时其精度高，称量快，精确可靠，操作简单。
数码显示是采用BCD编码显示数字，程序编译容易，资源占用较少。
综上所述，选用方案二，这里使用四位共阴极数码管作为显示模块。
图2-3
2.2.3抢答器的输入模块
键盘是单片机不可缺少的输入设备，是实现人机对话的纽带。
键盘的类型很多，常用的有独立式键盘，行列式键盘等。
方案一：
行列式键盘
行列式键盘是用N条I/O线作为行线，M条I/O线作为列线组成的键盘，在行线和列线的每个交叉点上，设置一个按键中按键的个数是M*N个。
这种形式的键盘结构，能够有效的提高单片机系统中I/O的利用率。
CPU对键盘的扫描可以采用取程序控制的随机方式，即只有在CPU空闲是时才去扫描键盘，响应操作人员的键盘输入，但CPU在执行应用程序的过程中，不能响应键盘输入，对键盘的扫描可以采用定时方式，即利用单片机内部定时器每隔一定时间对键盘扫描一次，这样控制方式，不管键盘上有无键闭合，CPU总是定时的关心键盘状态。
方案二：
独立式键盘
键盘接口中使用多少根I/O线，键盘中就有几个按键，这种类型的键盘，其按键比较少，且键盘
中各按键的工作互不干扰。
因此可以根据实际需要对键盘中的按键灵活的编码。
最简单的编码方式就是根据I/O输入口所直接反映的相应按键，按下的状态进行编码，称按键直接状态码，对于这样编码的独立式键盘，CPU可以通过直接读取I/O口的状态来获取按键的直接状态编码值，根据这个值直接进行按键识别，这样形式的键盘结构简单，按键识别容易。
独立式键盘的缺点是需要占用比较多的I/O口线，当单片机应用系统键盘中需要的按键比较少或I/O口线比较富余时，可以采用这样类型的键盘。
通过分析本系统中所需的按键比较少，选用方案二独立式键盘。
图2-4
2.2.4抢答器发声模块
发声模块：
经过一个三极管和电容组成的电流放大电路驱动蜂鸣器，改变通电频率从而改变发声的音调。
图2-5
第三章系统软件设置
3.1抢答主体程序
3.1.1程序流程图
程序不断地扫描单片机的各个输入端口，即各个选手的按键。
当有按键按下时将成功抢答的选手组号显示在数码管上，同时蜂鸣器响起，直到启动键再次被按下时则继续扫描各个输入端口，进入下一轮的抢答。
图3-1
3.1.2程序注释
程序如下所示：
if（n）/*n时间到后不能再按*/
{if（m1==0）t=1;
elseif（m2==0）t=2;/*扫描按键，确定抢答成功的小组*/
elseif（m3==0）t=3;
elseif（m4==0）t=4;
elseif（m5==0）t=5;
elseif（m6==0）t=6;
elseif（m7==0）t=7;
}
while（t）/*t不为零即有键按下*/
{
if（m==0）
{switch（t）/*判断按键并作出相应的操作*/
{case1:
{TR0=0;i=1;second=0;led1=1;beept（100）;m=1;break;}
case2:
{TR0=0;i=2;second=0;led2=1;beept（100）;m=1;break;}
case3:
{TR0=0;i=3;second=0;led3=1;beept（100）;m=1;break;}
case4:
{TR0=0;i=4;second=0;led4=1;beept（100）;m=1;break;}
case5:
{TR0=0;i=5;second=0;led5=1;beept（100）;m=1;break;}
case6:
{TR0=0;i=6;second=0;led6=1;beept（100）;m=1;break;}
case7:
{i=0;second=29;m=1;t=0;beept（100）;while（!
m7）;
TR0=1;break;}
}
}
3.2数码管显示程序
3.2.1程序流程图
在写程序之前需要先测出数码管显示数字时它各个引脚的电平情况，从而得出各个数字的代码，控制单片机输出不同的代码，就能显示不同的数字。
程序流程图如图所示。
图3-2
3.2.2程序注释
数码管显示程序如下：
voiddisplay（ucharshiwei,uchargewei,ucharxuanshou）
{P2=0xfd;/*位选*/
P0=shiwei;/*段选*/
delay_us（80）;/*延时显示*/
P2=0xfe;
P0=gewei;
delay_us（80）;
P2=0xf7;
P0=xuanshou;
delay_us（80）;
}
3.3程序调试
首先是数码管的调试，因为在硬件各模块中出错机会比较大的就是数码管的显示混乱。
按照设计前测出的位码和段码编写一小程序，四位同时依次显示0至9，测试段码的编码是否正确，看是否有显示错误的段位。
与此同时，因为本设计采用的是动态扫描的显示方式，因此要设定每一位的显示时间，根据人的视觉残留的特性，为保持视觉上的没有闪烁感，每位的显示时间应小于1ms，经过多次测试，发现在80微妙的时候具有较好的显示效果。
然后是位码的测试，将程序改为让数码管的1至4位依次显示数字1~4，经测试后，显示正常。
数码管经测试功能正常。
外是其余部分的调试，包括键盘响应和发光二极管的亮暗，经调试其余部分功能正常。
设计各个部分功能调试完毕，显示正常，发声正常，抢答正常，计分正常，
并且性能良好。
第四章总结
自接触单片机以来，一直觉得单片机非常难，这次的课程设计我开始是以老师布置题目为主要选择对象的，但是后面发现，像八路抢答器在我脑海中根本没得一点意象，上网搜了很多资料，也感觉不怎么很懂，于是问老师怎么弄，后面发现老师的意见和我的原本的程序和图只有几个地方不同，于是便将两者综合了一下，经调试和运行后，发现还行的通，于是便开始了忐忑的正文模版之路，以为快搞完了，后面发现其实程序和图还是要细细的弄懂才能写好报告，于是我又将程序和图细细的剖析了一遍，慢慢的画出流程图，然后慢慢将流程图和protel图画好和截取下来，经过最近这段时间的在电脑前面的驻守，觉得只要自己肯付出和努力，发现其实很多的东西不是那么难懂的，以后还是要好好提升自己的动手能力和独立思考的能力。
在此，还是非常感谢我们的指导老师，她是一位很负责和很细心的老师，谢谢她的辅导和鼓励，这次的课程设计给了我一个很好的开始，我会好好努力的以后。
纵然课程设计是学校所要求的科目，纵然每次都这么紧张和辛苦，但是我还是觉得有些东西做了，就一定会有一定的价值吧。
致谢
本论文在选题和设计过程中得到了李艳东老师的精心指导，李老师以其一丝不苟的敬业态度和诲人不倦的治学精神、渊博的专业知识使我受益匪浅。
老师是我生命中值得一生铭记和感谢的人，真心地祝福我的老师身体健康、工作顺利，在学术研究上取得好成绩，桃李满天下。
感谢所有的专业课老师，谢谢你们在大学里对我的帮助和指导。
还要感谢在设计中帮助过我的同学们，感谢我的家人，感谢我的母校齐齐哈尔大学，衷心地祝愿我的母校，在建设和谐校园的过程中，取得丰硕的成果，创建成为国内一流大学。
参考文献
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[5]曹建树，夏云生，曾林春.51单片机实用教程.北京：
中国石化出版社，2008:
66-87
附录
附录1元器件清单
元器件清单
数量
9*15万用板
1
四位一体共阴数码管
1
102排阻
1
单片机
1
40P芯片座
1
12M晶振
1
22P电容
1
10K电阻
1
10uF电容
1
4.7K电阻
1
三极管8550
1
蜂鸣器
1
按键
14
DC座
1
自锁开关
1
USB电源线
1
细导线
若干
附录2原理图
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