基于51单片机的打地鼠实训报告.docx

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基于51单片机的打地鼠实训报告

基于51单片机的打地鼠实训报告

编号：

桂林电子科技大学信息科技学院

单片机原理及串口技术

实训论文说明书

题目：

打地鼠游戏机

系别：

机电工程系

专业：

机械电子工程

学生姓名：

朱子任

学号：

1453200122

指导教师：

莫荣

职称：

教授

题目类型：

理论研究实验研究工程设计工程技术研究软件开发应用研究

2015年6月20日

独创性声明

本人郑重声明：

所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。

除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

学位论文作者签名：

日期：

关于学位论文版权使用授权的说明

本人完全了解桂林电子科技大学信息科技学院关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：

学院有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学院有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学院有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学院有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。

学位论文作者签名：

日期：

导师签名：

日期：

摘要

随着电子科技的飞速发展，单片机在电子及自动控制领域均得到了广泛的应用。

MCS-51单片机经历了几十年的发展之后，目前在技术、配套教材及资料上均已十分成熟。

通过对51单片机进行系统设计，同学们可以更好的掌握单片机的基本原理与设计开发过程。

本次实训的内容为打地鼠游戏机的设计与制作，来实现：

利用led灯亮灭表示“地鼠”进出地鼠洞，通过光敏元件代表锤子实现信号的转化，并由单片机控制led的亮灭，数码管的显示。

实训设计制作共耗时一周，实训作品可实现“地鼠”随机出现，数码管显示，光敏原件检测是否“击中”，单片机自行判断与通关等功能，作品运行稳定，完全达到了实训要求。

通过实训，本人已对C51单片机基本了解，并有了较深刻的认识。

关键词：

led随机显示；光敏原件；数码管显示；单片机；

引言……………………………………………………………………………2

1方案设计……………………………………………………………………2

1.1软件设计方案…………………………………………………………………2

1.2硬件设计方案…………………………………………………………………2

2总设计………………………………………………………………………2

2.1软件设计……………………………………………………………………2

2.2硬件设计……………………………………………………………………3

3.硬件设计……………………………………………………………………2

3.1单片机系统设计………………………………………………………………2

3.1.1单片机的选择………………………………………………………………2

3.1.2单片机引脚功能………………………………………………………………4

3.1.3单片机最小系统……………………………………………………………5

3.2数码管显示模块设计……………………………………………………………6

3.3“地鼠洞”模块电路……………………………………………………………7

3.4信号转换模块电路…………………………………………………………………7

3.4.1LM358电压比较器…………………………………………………………………7

3.4.2光敏电阻…………………………………………………………………7

3.4.3光电信号转换…………………………………………………………………7

4.软件设计…………………………………………………………………8

4.1主程序设计…………………………………………………………………8

4.2程序展示…………………………………………………………………9

5.总结…………………………………………………………………11

辞谢…………………………………………………………………11

参考文献…………………………………………………………………11

引言

随着电子科技的飞速发展，单片机在电子及自动控制领域均得到了广泛的应用。

MCS-51单片机经历了几十年的发展之后，目前在技术、配套教材及资料上均已十分成熟。

通过对51单片机进行系统设计，同学们可以更好的掌握单片机的基本原理与设计开发过程。

本次实训作品主要由：

单片机最小系统、数码管显示模块、信号转换模块、“地鼠洞”模块组成。

本次实训的核心是C51单片机最小系统，而后是其余拓展模块。

下面就从相关方面进行论述。

1.方案设计

将51单片机作为控制核心，倒数计时、关卡序号、分数由一个静态数码管显示。

“地鼠的冒出”信号由单片机的P2端口输出到地鼠洞模块，而后相应led点亮。

此时用一光敏元件进行光信号识别，（在这里推荐使用无极性的光敏电阻），并发送给LM358比较器，再由比较器，将相应电位输送给单片机进行计算与显示。

具体操作步骤为：

1.1软件设计方案

利用keil对51单片机编程，使其在显示“地鼠”前，先利用静态数码管显示一组3-1的三秒倒数计时。

而后，利用相关算法使“地鼠们”随即从洞里钻出（既led逐一点亮），同时LM358比较器比较光敏电阻电位从而判断“锤子”（光敏电阻）是否打到地鼠，并输出相关信号给单片机P1.0端口。

单片机记录被打到的地鼠的个数，与对应时间以制作下一组“地鼠”冒出次序的数组。

当十个“地鼠”全部打完时，led停止显示，数码管显示分数。

同时单片机根据打到地鼠的个数选择是否过关。

在负责输入信号的按键按下后，下一关开始。

1.2硬件设计方案

本实训设计的“打地鼠游戏机”，由C51单片机最小系统、数码管显示模块、信号转换模块、“地鼠洞”模块组成。

“地鼠”冒出又被打回或自动缩回的原理是，在单片机控制下，led被作为“地鼠”依次点亮，当作为“锤子”的光敏电阻接触到发光的led上的时候，光敏电阻组织发生变化，LM358感应电位变化并输出低电平给单片机的P1.0端口。

“地鼠”打完后，数码管显示分数，若分数足够，让独立按键选择是否进入下一关。

本硬件可分为四大部分：

C51单片机最小系统、数码管显示模块、信号转换模块、“地鼠洞”模块。

2．总体设计

2.1软件设计

开始

单片机初始化

倒数计时

地鼠冒出

·

记录打地鼠时间

分数+1

是否打到地鼠

是

否

是否打满10只地鼠

否

是

显示分数

是否通关

分数是否够高

是是

否

2.2硬件设计

单片机最小系统

“地鼠洞”模块

信号转换模块

数码管显示模块

3硬件设计

3.1单片机系统设计

3.1.1单片机的选择

一般在系统的设计当中，能否完成设计任务最重要的就在于系统的核心器件是否选择合适，而单片机更是是系统控制的核心，所以对单片机的选择更是异常重要。

如果选择了一个合适的单片机不仅可以最大地简化系统的操作，而且其功能可能是最好的，可靠性也比较高，对整个系统来说更方便。

目前，市面上的单片机的种类繁多，并且他们在功能方面也是各自有各自的特点。

在一般的情况下来讲，在选择单片机时要需要考虑的几个方面有[5]：

（1）单片机最基本性能参数指标。

例如：

执行一条指令的速度、程序存储器的容量，I/O口的引脚数量等。

（2）单片机的某些增强的功能。

（3）单片机的存储介质。

例如：

对于程序存储器来说，最好选用的是Flash的存储器。

（4）单片机的封装形式。

封装的形式多种多样，例如：

双列直插封装、PLCC封装及表面贴附等。

（5）单片机对工作的温度范围的要求。

例如：

在进行设计户外的产品时，就必须要选用工业级的芯片，以达到温度范围的要求。

（6）单片机的功耗。

例如，如果信号线取电只能提供几mA的电流，所以为了能满足低功耗的要求这个时候选用STC的单片机是最合适的。

（7）单片机在市面上的销售渠道是否畅通、其价格是否便宜。

（8）单片机技术的支持网站如何，卖家提供的芯片资料是否足够完善，是否包含了用户手册，设计方案举例，相关范例程序等。

（9）单片机的保密性是否很好，单片机的抗干扰的性能如何等。

51系列单片机它在指令系统、硬件结构和片内资源等方面与标准的52系列的单片机可以完全的兼容。

51系列的单片机执行速率快（最高时钟频率为90MHz），功耗低，在系统、在应用可编程,不占用用户的资源[5]。

根据本系统设计的实际要求，选择AT89S51单片机做为本设计的单片机使用，它是由ATMEL公司生产的高性能、低功耗的CMOS8位单片机。

89S51单片机具有以下几个性能特点：

4k字节的闪存片内程序存储器，128字节的数据存储器，32个外部输入和输出口，2个全双工串行通信口，看门狗电路，5个中断源，2个16位可编程定时计数器，片内震荡和时钟电路且全静态工作并由低功耗的闲置和掉电模式[5]。

单片机的引脚功能图如图3.1所示。

图3.151单片机的引脚功能图

3.1.2单片机引脚功能

（1）电源引脚

Vcc（40脚）：

正电源的引脚，工作电压是5V。

GND（20脚）：

接地端。

（2）时钟电路的引脚XTAL1和XTAL2

为了产生时钟信号，在89S51单片机的芯片内部已经设置了一个反相放大器，其中XTAL1端口就是片内反相放大器的输入端，XTAL2端则是片内振荡器反相放大器的输出端[5]。

单片机使用的工作方式是自激振荡的方式，XTAL1和XTAL2外接的是12MHz的石英晶振，使内部振荡器按照石英晶振的频率频率进行振荡，从而就可以产生时钟信号。

时钟信号电路如图3.2所示。

图3.2时钟信号电路

（3）复位RST（9脚）

当振荡器运行时，只要有有两个机器周期即24个振荡周期以上的高电平在这个引脚出现时，那么就将会使单片机复位，如果将这个引脚保持高电平，那么51单片机芯片就会循环不断地进行复位[5]。

复位后的P0口至P3口均置于高电平，这时程序计数器和特殊功能寄存器将全部清零[5]。

本课题设计的单片机复位电路如图3.3所示。

图3.3单片机复位电路图

（4）输入输出口（I/O口）引脚

P0口是一个三态的双向口，既可以作为数据和地址的分时复用口，又可以作为通用输入输出口[5]。

P0口在有外部扩展存储器时将会被作为地址/数据总线口，此时P0口就是一个真正的双向口；而在没有外部扩展存储器时，P0口也可以作为通用的I/O接口使用，但此时只是一个准双向口；另外，P0口的输出级具有驱动8个LSTTL负载的能力即输出电流不小于800uA[5]。

P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，而P1口只有通用I/O接口一种功能，而且P1口能驱动4个LSTTL负载；在使用时通常不需要外接上拉电阻就能够直接驱动发光二极管；在端口置1时，其内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入端口用[5]。

对于输出功能，在单片机工作的时候，可以通过用程序指令控制单片机引脚输出高电平或低电平[5]。

例如：

指令CLR是清零的意思，CLRP1.0的意思就是让单片机的P1.0端口输出低电平；而指令SETB是置1的意思，SETBP1.0的意思就是让单片机P1.0端口输出高电平[5]。

P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，而且P2口具有驱动4个LSTTL负载的能力[5]。

P2端口置1时，内部上拉电阻将端口的电位拉到高电平，作为输入口使用；在对内部的Flash程