电子系统设计课程设计

《电子系统设计课程设计》项目设计书项目名称打地鼠小组成员1小组成员2小组成员3专业任课教师成都理工大学信科院电子系2013年6月1项目名称，并简要说明应用背景。项目名称：打地鼠应用背景：打地鼠游戏是人们生活中常见的一种休闲小游戏。此游戏玩法简单，考验人们的反应速度。开发者可以根据人们兴趣开发出具有多功能的打地鼠游戏，比如升级、道具、过关等，增加游戏的趣味性。2项目设计需求（包括功能描述和性能设计指标）功能描述：1.启动系统，液晶屏第一排随机显示一个1-9的数字，显示地鼠（Ö）或地雷（*），中间显示剩余时间，右边显示分数；液晶屏第二排显示游戏的英文名称——打地鼠。2.开始游戏后，在背景音乐伴随下显示“ReadyGo!!!”，之后正式进入游戏游戏历时2min,随着时间的增加，数字显示速度加快，游戏中课随时按K10键暂停，再次按则恢复游戏。3.进入游戏界面后，随机产生地鼠和地雷（地雷产生的概率为10%），但随着时间的增加，地雷出现的概率会增加，数字更新的速度也越快。按键分别对应独立键盘的9个按键，按下某个键即代表击打相应位置。4.若击中地鼠：正常情况下分数加1，若在较短时间（实际为地鼠产生到消失的前一半时间内）击中，则“快速反应，双倍加分”，即分数加2。若击中地雷，则分数减1，若未按下相应键，则分数加1。5.游戏结束，背景音乐停止，保留最高分，分数和时间在按复位后刷新。性能设计指标：能通过复位，玩家可以持续玩游戏。自动保存和人为清除游戏数据。3设计方案3.1系统设计框图及原理阐述设计框图：原理阐述：1)复位电路复位条件：89C52单片机复位需要一个长达24个时钟周期的高电平才能复位，复位的作用就是使程序的指针指向地址0，每个程序都是从地址0开始执行，所以复位的概念就是让程序从头开始执行。控制器AT89C52液晶LCD1602键盘蜂鸣器存储器24c02复位原理：该复位电路具有上电复位的功能，此功能是由C3实现的。当系统上电时C3有一个充电放电的过程，放电过程会产生一个高电平，放电的时间根据公式（RCt）计算。R为电阻R1的阻值，C为极性电容C3的大小。系统正常运行时，按下按键K1时，RST端的电平为VCC*10/11，也是一个高电平，此时芯片也会产生一个高电平复位信号。2)蜂鸣器声音的产生是一种音频效果，振动的频率高，则为高音，频率低，则为低音，人耳比较容易辨认的声音频率大概是0～20kHz。在数字电路中，以脉冲信号驱动蜂鸣器，以产生声音，在同样频率下，人类的耳朵是很难区别正弦信号或脉冲信号所产生的音效。当P0.0口输出1时，内部的MOSFET不导通，晶体管的BE之间不会有输入电流，所以蜂鸣器上也不会有输出电流，蜂鸣器就不会激磁。当P0.0口输出为0时，蜂鸣器就会激磁。BUZ1BUZZERQ1PNPVCCGND3)按键独立式按键接口设计：独立式按键就是各按键相互独立，每个按键单独占用一根I/O口线，每根I/O口线的按键工作状态不会影响其他I/O口线上的工作状态。因此，通过检测输入线的电平状态可以很容易判断哪个按键被按下了。优点：电路配置灵活，软件结构简单。缺点：每个按键需占用一根I/O口线，在按键数量较多时，I/O口浪费大，电路结构显得复杂。因此，此键盘是用于按键较少或操作速度较高的场合。矩阵式键盘接口设计：矩阵式键盘适用于按键数量较多的场合，由行线和列线组成，按键位于行列的交叉点上。节省I/O口。矩阵键盘工作原理：行线通过上拉电阻接到+5V上。无按键，行线处于高电平状态，有键按下，行线电平状态将由与此行线相连的列线电平决定。列线电平为低，则行线电平为低；列线电平为高，则行线电平为高。4)存储器24C02特性：1.与400KHzI2C总线兼容2.1.8到6.0伏工作电压范围3.低功耗CMOS技术4.写保护功能当WP为高电平时进入写保护状态5.页写缓冲器6.自定时擦写周期7.1,000,000编程/擦除周期8.可保存数据100年9.8脚DIPSOIC或TSSOP封装10.温度范围商业级工业级和汽车级串行E2PROM是基于I2C-BUS的存储器件，遵循二线制协议，由于其具有接口方便，体积小，数据掉电不丢失等特点，在仪器仪表及工业自动化控制中得到大量的应用。管脚名称功能A0、A1、A2器件地址选择SDA串行数据/地址SCL串行时钟WP写保护Vcc+1.8V~6.0V工作电压Vss地5）液晶1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）。1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。管脚功能LCD1602引脚图1602采用标准的16脚接口，其中：第1脚：VSS为电源地第2脚：VCC接5V电源正极第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。第4脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。第5脚：RW为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。第6脚：E(或EN)端为使能(enable)端,高电平（1）时读取信息，负跳变时执行指令。第7～14脚：D0～D7为8位双向数据端。第15～16脚：空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极。特征：1．3.3V或5V工作电压，对比度可调2．内含复位电路3．提供各种控制命令,如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能4．有80字节显示数据存储器DDRAM5．内建有192个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM6．8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM6）稳压电源电路1.7805概述7805是我们最常用到的稳压芯片了，它的使用方便，用很简单的电路即可以输入一个直流稳压电源,它的输出电压为5v。它有很多的系列如ka7805，ads7805，cw7805等，性能有微小的差别,最常用是lm7805,下图为其结构见图：7805引脚图其中1接整流器输出的+电压，2为公共地(也就是负极)，3就是我们需要的正5V输出电压。2.基本参数：输出电压：4.75-5.25V；静态电流：4.2-8mA；输出噪音电压：40uV；纹波抑制比：78dB；输出电阻：17mΩ；输出电压温度系数-1.1mV/°C；3．基本特征：输出电流可达1.5A不需外接补偿元件内含限流保护电流，防止负载短路烧毁元件内含结温过热保护电路，防止结温过热烧毁器件内含功耗限制电路，防止烧毁输出驱动器晶体管4.7805典型应用电路:VI1VO3GND2U37805B19VR410kVCC3.2技术方案分析在正式进入游戏后，一般情况下，机器每个地鼠出现的时间都已经系统的设置好了。至此，可以用循环的方式让地鼠在间隔一段时间就出现，同时，为满足不同反映能力的使用者，时间也是递增的，随着时间的推移，地鼠出现的速度越来越快，地雷的频率越来越高，增加游戏的挑战性。在虚拟软件上，由于鼠标点击可能会同时点击几个控件，那个时候将不能较好的反映游戏本质，所以，可以用一些提示来说明。以此来使游戏者可以能更方便地进行游戏，感受到实物中的一些乐趣。3.3技术关键点或难点采用AT89C52单片机，电路设计简单，按键使用独立按键，接9个按键，主要的设计关键在于c语言编程，其中游戏的流程的设计和数据的存储是作品的难点和关键，在设计过程中还考虑到游戏的耐玩性，在程序编程上也有比较高的水平。3.4技术路线接通电源后，会自动开启游戏，游戏进入待机状态，按下开始键（1键），游戏开始。迅速按下相应的键，在游戏设定的时间内未按动按键，则游戏结束。当游戏结束或重玩则按下复位键，如果中途停止则按下停止键（1键）。打地鼠游戏机增加了等级灯和停止键，在电路上设计简单，可以减少成本，在编程上尽可能多的做到人性化。3.5试验或测试方案说明系统测试采用独立模块测试和整合模块测试结合的方法，各模块整合并接上电源后，通过遥控打开游戏系统。随后，单片机系统驱动游戏系统进入初始化模式，同时蜂鸣器系统被驱动开始播放背景音乐。游戏开始后，液晶上随机出现数字，驱动二极管，当正确按键，则二极管闪亮一次，否则就不亮。此过程中，系统不断计时，不断刷新分数。接着是单片机系统电路和LCD显示屏电路，连接后插上电源，检测LCD能否工作，若不能的话，主要检查LCD与单片机的接线是否对位。再接着是蜂鸣器电路，连接好后，接通电源看蜂鸣器能否鸣叫，若能，则连接正常；若不能，先检查元件参数是否正确，再通过万用表检查该模块是否出现短路或断路。最后是红外接收电路，此部分较为简单，一般不会出现问题，若有问题，只要参照上面方法检查即可解决。所以模块都整合在一块电路板上后，开始进行联调。就是启动整个电路系统看工作是否能按照期望进行，若不能正常工作，主要检查代码的正确性，这个在C语言的编译器中进行。3.6试验记录及结果分析（留待报告写）3.7结论（留待报告写）附件：系统电气原理图及元器件清单(1)原理图XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C52GNDX1CRYSTALC130pFC230pFR11kR210kK0C310uFGNDVCCBUZ1BUZZERQ1PNPVCCGNDK1K2K3K4K5K6K7K8K9GNDD714D613D512D411D310D29D18D07E6RW5RS4VSS1VDD2VEE3LCD1LM016LVCCRV11kSCK6SDA5WP7A01A12A23U224C02CGNDR31kD1LEDVCCK10VI1VO3GND2U37805B19VR410kVCC（2）元器件清单名称（原理图）代码型号/规格数量微控制器U1AT89C521液晶LCD1SMC1602ALCM1蜂鸣器BUZ1BUZZER1存储器U2CAT24WC021按键K0-K10BUTTON11二极管D1LED1三极管Q185501电容C1-C330pf2只、10uf1只3色环电阻R1-R41K2只，10K2只4电位器RV11K1晶振X112Mhz1电池组B19V1稳压器U3LM78051