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功能電路設(shè)計(jì)與制作課程設(shè)計(jì)說明書 專業(yè)班級：機(jī)械電子工程三班 作品名稱：基于51單片機(jī)的八路搶答器 姓 名：李*達(dá) 其它成員：任*林 完成時(shí)間：06.27 目 錄 第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 1.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 1.2 設(shè)計(jì)要求 第二章 概論 2.1 單片機(jī)的簡介 2.2 單片機(jī)特點(diǎn)及應(yīng)用 第三章 電路圖的具體繪制過程 第四章 電路設(shè)計(jì) 4.1 整體電路設(shè)計(jì) 第五章 調(diào)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(shè)計(jì)的問題及解決 附錄 電路元件 實(shí)物圖
第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)（1）按設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行電路設(shè)計(jì) （2）制作符合設(shè)計(jì)指標(biāo)的硬件電路。 （3）編寫程序代碼，并下載驗(yàn)證 1.2 設(shè)計(jì)要求 利用單片機(jī)控制數(shù)碼管的顯示以及按鍵檢測電平信號，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)按鍵對數(shù)碼管的控制顯示不同的數(shù)字。在程序端實(shí)現(xiàn)按鍵具體的搶答過程，即數(shù)碼管只顯示最先按下的按鍵所對應(yīng)的組名，后者按下按鍵則無效，從而得知搶答的結(jié)果及其對應(yīng)的組名。 第二章 概論
2.1 單片機(jī)的簡介 單片微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)，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(jī)，單片機(jī)又稱單片微控制器，概括的講：一塊芯片就成了一臺計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。 由于單片機(jī)在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，單片機(jī)由僅有CPU的專用處理器芯片發(fā)展而來。最早的設(shè)計(jì)理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。 2.2 單片機(jī)特點(diǎn)及應(yīng)用 基本特點(diǎn)如下： 1、芯片雖小，五臟俱全，是單片機(jī)主要特點(diǎn)之一。其內(nèi)部設(shè)有程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、各種接口電路。而大型的處理器運(yùn)算速度較高，運(yùn)算器位數(shù)較多，處理能力較強(qiáng)，但需要在外部配置接口電路。 2、單片機(jī)主頻一般在100MHZ以下，適合用于獨(dú)立工作的小型產(chǎn)品之中，引腳數(shù)量從幾個到百余個。 3、應(yīng)用簡單、靈活，可用匯編語言及C語言開發(fā)單片機(jī)產(chǎn)品。 例如：精控-定時(shí)程序控制器就是基于單片機(jī)技術(shù)開發(fā)的自動化控制產(chǎn)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(jìn)行一些說明：首先根據(jù)設(shè)計(jì)要求我選用了一個AT89C51（如圖1）、一個cc（共陰）的四位七段數(shù)碼管（只能找到這種）（如圖2）、8個自動復(fù)位開關(guān)（如圖3）以及復(fù)位電路（如圖4）所需元件等。然后將8個自動復(fù)位開關(guān)分別與p3.0-p3.7這8個I/O端相連，然后將8個自動復(fù)位開關(guān)另一端相連并接地（如圖5）。再將p2.0-p2.7分別與數(shù)碼管的abcdefg相連（如圖6）。最后補(bǔ)全單片機(jī)最小系統(tǒng)等，電路圖（如圖7）就設(shè)計(jì)成功了。 圖1 圖2 圖3 圖4 圖5 圖6 圖7 第四章 電路設(shè)計(jì)4.1 整體電路設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，八路搶答器可以分為三個模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)： 1.單片機(jī)最小系統(tǒng)電路：單片機(jī)最小系統(tǒng)，或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng)，是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的最小的系統(tǒng)單元。 對51系列單片機(jī)來說，最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括：單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路。本設(shè)計(jì)中使用的單片機(jī)為stc89c52，晶振電路使用11.0592MHZ的晶振。復(fù)位電路：由電容串聯(lián)電阻構(gòu)成，當(dāng)系統(tǒng)一上電，RST腳將會出現(xiàn)高電平，當(dāng)RST腳的高電平持續(xù)兩個機(jī)器周期以上就將復(fù)位。 2.數(shù)碼管顯示電路：數(shù)碼管顯示是用來顯示最先搶答的組名，所使用四位數(shù)碼管因單片機(jī)IO口電壓不足，則在位選端連接一個三極管，實(shí)現(xiàn)其中一位數(shù)碼管的正常亮度顯示，數(shù)碼管的段選直接連接單片機(jī)的P2IO口，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對數(shù)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(fā)的獨(dú)立按鍵。按鍵為自復(fù)位按鍵，每個按鍵一段直接連接單片機(jī)的P3端的八個IO口，另一端，接地。在每次按下按鍵的時(shí)候，就會有一個低電平信號觸發(fā)。 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路如圖所示： 由圖可以知道，單片機(jī)最小系統(tǒng)主要由復(fù)位電路、時(shí)鐘電路等組成。 復(fù)位電路：由電容串聯(lián)電阻構(gòu)成，并結(jié)合"電容電壓不能突變"的性質(zhì)，可以知道，當(dāng)系統(tǒng)一上電，RST腳將會出現(xiàn)高電平，并且，這個高電平持續(xù)的時(shí)間由電路的RC值來決定。 典型的51單片機(jī)當(dāng)RST腳的高電平持續(xù)兩個機(jī)器周期以上就將復(fù)位，所以，適當(dāng)組合RC的取值就可以保證可靠的復(fù)位。一般教科書推薦C 取10uF，R取8.2K左右。當(dāng)然也有其他取法的，原則就是要讓RC組合可以在RST腳上產(chǎn)生不少于2個機(jī)周期的高電平。 第五章 調(diào)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(tǒng)由于是采用51系列單片機(jī)，因此使用Keil C語言進(jìn)行開發(fā)，此編程工具相比匯編語言具有結(jié)構(gòu)化、適用范圍大、可移植性好等特點(diǎn)。本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，先編寫各個功能模塊子程序，然后進(jìn)行組合與調(diào)整達(dá)到設(shè)計(jì)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(jī)系統(tǒng)的Proteus，下面就這一軟件作一些說明。Proteus ISIS是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)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(jī)和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。 下圖為使用該軟件仿真時(shí)的界面：
第七章 設(shè)計(jì)的問題及解決在初步進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，考慮先調(diào)試程序還是先焊出實(shí)物，最終決定先利用穩(wěn)定的開發(fā)板調(diào)試出程序，再焊出實(shí)物，單片機(jī)在正常工作后若出現(xiàn)問題，則只檢查電路即可。
在焊接數(shù)碼管時(shí)，因?yàn)楹附訂栴}，僅有的一位數(shù)碼管焊接完成后不能夠正常工作，最后只好使用四位數(shù)碼管，讓其中的一位顯示，當(dāng)做一位數(shù)碼管使用。不同的是，還要加上三極管升壓，使數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)正常的亮度。這個主要是在焊接數(shù)碼管之前沒有仔細(xì)查數(shù)碼管的焊接溫度與焊接時(shí)間方面的資料。
因設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)有限，實(shí)物上電路元件整體布局不夠科學(xué)美觀，焊接的元件時(shí)焊錫的用量把控的不夠精準(zhǔn)到位。所焊接失誤的一位數(shù)碼管也留在了洞洞板上，美觀性不足。 附錄一 電路元件實(shí)物圖
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