基于声光显示智力竞赛抢答器毕业设计论文终稿Word文档格式.docx

1、单片机最小系统（六位并行数码显示、44矩阵式键盘）、显示模块、显示驱动模块、抢答开关模块、音乐音频输出模块。关键词单片机;矩阵式键盘；显示；驱动；抢答目录第1章方案设计随着人们生活环境的不断改善和美化,在许多场合可以看到彩色霓虹灯。LED彩灯由于其丰富的灯光色彩，低廉的造价以及控制简单等特点而得到了广泛的应用，用彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种时尚。但目前市场上各式样的LED彩灯控制器大多数用全硬件电路实现,电路结构复杂、功能单一，这样一旦制作成品只能按照固定的模式闪亮,不能根据不同场合、不同时间段的需要来调节亮灯时间、模式、闪烁频率等动态参数。这种彩灯控制器结构往往有芯片过多、电路复杂

2、、功率损耗大等缺点。此外从功能效果上看，亮灯模式少而且样式单调，缺乏用户可操作性，影响彩灯效果,因此有必要对现有的彩灯控制器进行改进.1.1设计方案彩灯控制器大致可分为两种方案实现。一种是利用电子电路装置控制,另一种是采用单片机控制。方案一:根据设计任务要求介绍的彩灯控制电路的基本组成,可以确定彩灯控制器应由振荡电路、计数/时序分配电路、移位位寄存器和彩灯显示五部分组成。其框图如图11所示.方案二:本方案主要是通过对基于单片机的多控制、多闪烁方式的LED彩灯循环系统的设计，来达到本设计的要求.其硬件构成框图如图12所示，以单片机为核心控制,由单片机最小系统（时钟电路、复位电路、电源）、按键控制

3、电路、LED发光二极管和5V直流电源电路组成.图12单片机彩灯循环控制系统硬件框图此设计方案中单片机的P1口接5路按键控制电路,实现彩灯花型的切换功能；单片机的P3.7引脚接上一个按钮开关以实现对彩灯闪烁频率的控制，即实现了快慢两种节拍实现花型的变换;单片机上的P2口接八路LED发光二极管组成彩灯电路，显示彩灯循环情况。1.2方案选择结合设计任务书比较以上两种方案可知：利用电子电路装置控制,其电路不很复杂，制作相对较容易点，成本也相对较低，但可调性差，亮灯模式少而且样式单调，达不到设计任务要求或实现困难。采用单片机控制其优点是电路集成度高，工作原理简单，清晰明了,自定义编程，控制的图案花样多，

4、移植性好等。综上，显然方案二各方面优越于方案一,以及为了体现专业优势,本次设计采用第二种方案。第2章硬件设计2.1直流稳压电源电路对于一个完整的电子设计来讲，首要问题就是为整个系统提供电源供电模块，电源电路的稳定可靠是系统平稳运行的前提和基础。电子设备除用电池供电外，还采用市电（交流电网）供电.通过变压、整流、滤波和稳压后，得到稳定的直流电。直流稳压电源是电子设备的重要组成部分！本项目直流稳压电源为+5V。如下图所示：直流稳压电源的制作一般有3种制作形式，分别是分立元件构成的稳压电源、线性集成稳压电源和开关稳压电源。下图稳压电源采用的是三端集成稳压器7805构成的正5V直流电源。图21三端固定

5、式集成稳压电源电路图AT89C51单片机的工作电压范围：4。0V5.5V，所以通常给单片机外接5V直流电源。由于时间关系,此处用3节1。5V的干电池供电,在此不在赘述此稳压电源电路图原理.2.2单片机最小系统要使单片机工作起来，最基本的电路的构成由单片机、时钟电路、复位电路等组成。单片机最小系统如下图2-2所示。时钟电路：本系统采用单片机内部方式产生时钟信号，用于外接一个12MHz石英晶体振荡器和2个30pF微调电容，构成稳定的的自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部的时钟电路。复位电路:确定单片机工作的起始状态，完成单片机的启动过程。单片机系统的复位方式有上电自动复位和手动按键复位。本设计采用

6、手动按键复位，该复位方式同样具有上电自动复位功能。电路如下图所示.图22单片机最小系统2.3LED彩灯显示电路LED彩灯显示电路（如图所示）实际上是由8个发光二极管和8个电阻构成的电路。发光二极管与电阻对应串联,然后接在与之相对应的P2口上。通过软件编程对P2口输出高低电平来实现不同的闪烁花型.由于发光二极管的导通电压一般为1.7V以上，另外,他的工作电流根据型号不同一般为1mA到30mA，电阻选择范围100欧姆3千欧姆在此我们这里选用560欧姆的电阻。图23LED彩灯显示电路2。4按键控制电路按键控制电路（如图2-4所示）是由6个按键开关构成的。他们分别接在单片机AT89C51的P1接口和P

7、3.0口,Key1Key5接在P1。0P1。4，Key6接在P3。7上。为了一对一的控制LED灯的闪烁方式。当按下开关Key1时, LED彩灯系统闪烁第一种彩灯花型。当按下开关Key2时, LED灯系统闪烁第二种闪烁方式当闭合Key6时，彩灯闪烁节拍变慢。图24键盘控制电路5串口电路串口电路为单片提供与PC机连接端口，为单片机提供下载程序到单片机程序存储器中.串口原理图如图25所示。串口也称串行通信接口，RS232是目前最常用的一种串行通讯接口,由于其形状和针脚数量的原因，其接头又被称为DB9接头.RS-232针脚定义: 2 RXD Receive Data 接收数据 、3 TXD Trans

8、mit Data 发送数据 、5 GND - System Ground 系统接地，一般就用到这几个引脚。图2-5串口原理图MAX232芯片是专门为电脑的RS232标准串口设计的单电源电平转换芯片,使用+5v单电源供电。MAX23内部结构基本可分三个部分：第一部分是电荷泵电路：由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成，功能是产生+12v和12v两个电源，提供给RS232串口电平的需要。第二部分是数据转换通道:由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道,其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道，8脚（R2IN）、9脚（

9、R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DP9插头；DP9插头的RS232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出第三部分是供电：15脚DNG、16脚VCC（+5v）。在此，本系统的硬件电路已经全部设计完毕。第3章软件设计单片机的应用系统由硬件和软件组成，上述硬件原理图搭建完成上电之后,我们还不能看到多控制、多闪烁方式的LED灯系统循环点亮的现象,我们还需要告诉单片机怎么样进行控制,即编写程序控制单片机管脚电平的高低变化，来实

10、现发光二极管的明灭。软件编程是多控制、多闪烁方式的LED灯系统中的一个重要的组成部分,是本设计的重点和难点。下面，我将阐述多控制、多闪烁方式的LED灯系统是如何实现8个LED灯的循环点亮，来介绍实现流水灯控制的软件编程方法。本设计是以单片机AT89C51为核心控制8个发光二极管5种闪烁方式的变换。硬件电路如图附录1所示，八个发光二极管D1D8分别接在单片机的P2。0P2.7接口上，当给P2。0口输出“0”时，发光二极管点亮，当输出“1”时，发光二极管熄灭。可以运用输出端口指令MOV P0，A或MOV P0，DATA,只要给累加器值或常数值，同理，接在P2.1P2。7口的其他7个LED的点亮和熄

11、灭的方法同LED1.因此，要实现流水灯功能，我们只要将发光二极管LED1LED8依次点亮、熄灭,8只LED灯便会一亮一暗的成流水灯了。在此我们还应注意一点，由于人眼的视觉暂留效应以及单片机执行每条指令的时间很短，我们在控制二极管亮灭的时候应该延时一段时间,否则我们就看不到闪烁效果.程序设计流程如图31。程序启动时跳转到键盘判断模块程序中，此程序里面包含Key1Key5的按键情况判断，循环检测直到有按键按下的时候，程序转去相对应按键的彩灯显示的花型模块，与此同时，当按键Key6有闭合时,程序中调用延时程序程序时,给延时参数赋值上另一个值,是延时程序延时时间发生改变，以达到不同快慢节奏闪烁的彩灯。

12、具体程序流程如下图所示。第4章系统仿真调试4.1系统仿真本设计使用的Keil C51软件来进行编程.Keil C51提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案,通过一个集成开发环境（uVision）将这些部份组合在一起。Proteus的ISIS是一款Labcenter出品的电路分析实物仿真系统，可仿真各种电路和IC，并支持单片机，元件库齐全,使用方便，是不可多得的专业的单片机软件仿真系统。图41仿真电路图2仿真调试本系统的调试是把在Keil里面写好的程序通过编译不出现任何错误后将生成的后缀名为.HEX的文件加载到AT89C51单片机中。接下来我们将

13、在PROTEUS软件进行软硬件结合的调试。图42 程序编译下面是在PROTEUS软件仿真系统中的调试结果，如表41:序号测试项目测试方法测试结果行状态分析1是否能正常工作打开仿真电路图，加载程序，点击开始运行。无任何错误提示仿真电路正常2彩灯花型控制运行仿真,随机按下任意按键，观察彩灯显示效果。对应按键按下，彩灯出现不同花型.本设计实现了多控制、多闪烁的LED彩灯循环。3节奏快慢控制按闭合Key6，观察彩灯循跳动节奏当闭合Key6是，彩灯循环闪烁变慢.本设计实现了用快慢两种节拍实现花型交换。表41测试结果及状态分析经以上仿真上测试证实，能实现本设计系统要求的预期的功能.总结在经过几周的不懈努力

14、中,终于完成了毕业设计任务.通过本设计锻炼了我们的实践能力，也是对以后我们实际工作能力的训练和考察过程.现在是一个高科技的时代，单片机的应用无处不在，这更坚定了我要学好单片机的决心。本设计本身就比较简单,整个毕业设计的过程中每一步都是自己亲自做过的,在经过遇到问题，思索问题到解决问题的过程中，收获是最多的。以往没有注意到的问题，都在这一次的毕业设计中得以体现,这培养了我的细心，耐心和专心。我觉得能够在这次的毕业设计中学到很多的东西，以往不注意的细节，在这一次中是必须让自己去注意的。也是我这三年来所学到知识的一个体现。我深深知道，每一次的学习实践环节都是那么的来之不易，都是通过老师的深思熟虑后,

15、才给我们定下目标.然后让我们在知识的海洋里翱翔,让我们随着年龄的增长不断的扩充自己的知识领域，也逐渐成熟，逐渐长大，老师同时也教导我们逐渐成为一个能够为身边的人，为家庭，为国家做出点点贡献的人，教导我们学会感恩。所以，我在这次的毕业设计中,认真对待每一个过程，希望自己的认真，自己最后的毕业设计的成果能够回报老师这么多年来的教导，这么多年的奉献。感谢教导我们的所有老师。最后，由于毕业期间，时间仓促，错误与不妥之处在所难免，敬请老师批评指正。参考文献1周国运.单片机原理及应用.北京:中国水利水电出版社，20092陈梓城.模拟电子技术基础.北京：高等教育出版社，20073陈正义。单片机控制实习M。北

16、京：人民邮电出版社，20064李朝青。单片机原理及接口技术.北京：5 李成富.彩灯控制器J. 电子世界 , 19986 周绍平。 MCS51单片机与8255连接方法的分析与应用J。 扬州职业大学学报 , 2002， 附录1LED彩灯控制系统仿真电路图附录2LED彩灯彩灯控制程序代码ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0040HMAIN： MOV P1,0FFH MOV A,P1 CJNE A，11111110b，S1 LCALL K1S1： CJNE A，#11111101b,S2 LCALL K2S2： CJNE A，#11111011b，S3 LCALL K3S3: CJNE

17、A,#11110111b,S4 LCALL K4S4: CJNE A，#11101111b,MAIN LCALL K5K1： MOV A,01111111bC1: RL A MOV P2,A LCALL Delay JNB P1。1，K2 JNB P1.2，K3 JNB P1.3，K4 JNB P1.4,Z LJMP C1K2: MOV P2，#0FEH MOV P2,0FCH MOV P2,#0F8H MOV P2,#0F0H MOV P2,#0E0H MOV P2,0C0H MOV P2，80H MOV P2，#00H MOV P2,80H MOV P2，#0E0H MOV P2,0F0H

18、 MOV P2,0F8H MOV P2，0FCH MOV P2,#0FEH MOV P2,#0FFHZ: LJMP K5K3: MOV P2，#55H MOV P2，0AAHK4: MOV P2,#01111110B MOV P2，00111100B MOV P2,#00011000B MOV P2,#00000000B MOV P2,10000001B MOV P2,#11000011B MOV P2,11100111B MOV P2，#11111111B LJMP MAINK5： MOV P2，10111111B MOV P2,01111110B MOV P2，10011111B MOV P2，01111110B MOV P2，10001111B MOV P2,#10000111B MOV P2，#01111110B MOV P2，#10000011B MOV P2，00H MOV P2，#0FFH LCALL Delay MOV P2,0FFHDelay: JNB P3.0,D1 mov r5，#01h LJMP D5 D1： MOV r5,04hD5： mov r6,0ffhD6: mov r7,0ffhD7： nop djnz r7，D7 djnz r6，D6 djnz r5,D5 ret END