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0设计课题：多路抢答器学院：电气与信息工程学院专业：电气工程及其自动化班级：学号：姓名：1目录一、任务及设计要求………………………………………………21.任务…………………………………………………………22.要求…………………………………………………………2二、系统原理图……………………………………………………2三、硬件原理图……………………………………………………61.元器件清单…………………………………………………62.硬件设计……………………………………………………63.软件设计……………………………………………………114.性能分析……………………………………………………13四、流程图…………………………………………………………151.总体流程图…………………………………………………152.抢答器模块…………………………………………………163.北京时间模块流程图………………………………………17五、程序……………………………………………………………18六、产品使用说明书………………………………………………271.功能…………………………………………………………272.使用说明……………………………………………………28七、心得体会………………………………………………………29八、参考文献，教师评语…………………………………………302一、任务及设计要求1、任务设计一多路抢答器，每组设计一抢答按扭供选手使用2、要求（1）设计一多路数字抢答器（2）设置一个系统清除和抢答控制开关，该开关由主持人控制（3）抢答器具有锁存与显示功能。选手按动按扭，锁存相应的编号，并在LED数码管或LCD上显示，同时系统报警。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统信号清除为止（4）抢答器具有定时抢答功能。当主持人启动“开始”键后，计时器进行计时，同时绿灯亮（可蜂鸣器替代或显示对应标志）。参赛选手在设定时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，绿灯灭，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止，如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警。中途可以暂停。（5）显示定时时间，可倒数显示（6）定时时间进入最后十秒时，可用蜂鸣器提醒（7）显示北京时间，可调整二、系统原理图硬件原理：3ADUC848管脚图如下图所示。4Pin1～4：（P1.0～P1.3）作为矩阵式键盘或独立按键的输入，P1口只能用于输入，默认用于模拟输入，作为数字输入使用时应先往P1口相应引脚写0，这里可以用P0&=0xf0。若P2、P3、P0口要作为输入，则应往相应引脚写1。Pin5、6：AVDD、AGND，模拟电源输入。Pin7、8：外部参考电压接入，Pin7接AGND。片内DAC有2.5V内部参考，ADC有1.25V内部参考。Pin9、10：（P1.4、P1.5）两路AD输入，可做差分输入，需要设置ADC的寄存器。Pin11、12：（P1.6、P1.7）各200uA激励电流源，可配合RTD等做应用。Pin13：两路AD输入做普通输入时的电压参考端，AD输入电压不能低于此引脚电压。Pin14：片内DAC输出。Pin15：复位引脚。Pin16、17：单片机RS232接口的RXD（P3.0）TXD（P3.1）。Pin18：（P3.2）外部中断0，用于红外接收和PS/2接口。Pin19：（P3.3）LCD1602，LCD12864A的EN引脚，控制第一位数码管。Pin20、21：DVDD、DGND数字电源输入。Pin22：（P3.4）PS/2接口的data信号。Pin23：（P3.5）LCD1602和LCD12864A的RW。5Pin24：（P3.6）LCD1602和LCD12864A的RS。Pin25：LCD12864A的CS1。Pin26：IIC接口时钟信号。Pin27：IIC接口data信号。Pin28：（P2.0）SPI接口时钟信号。Pin29：（P2.1）SPI接口MOSI信号、控制第6位数码管的位码。Pin30：（P2.2）SPI接口MISO信号、控制第7位数码管的位码。Pin31：（P2.3）SPI接口SS信号、控制第8位数码管的位码；P2.0～3也作为4X4矩阵式键盘的扫描输出信号、步进电机的控制信号、数码管第数码管第6、7、8位位码。但是SPI、4X4矩阵式键盘、步进电机、数码管第6、7、8位功能不能同时实现。Pin32、Pin33：接外部32.768KHz晶振。Pin34、Pin35：DVDD、DGND。Pin36：（P2.4）LCD12864A的CS2。Pin37：（P2.5）内部PWM模块输出，控制红外LED。Pin38：（P2.6）内部PWM模块输出，控制蜂鸣器。Pin39：（P2.7）内部PWM模块的外部时钟输入（也可以用内部时钟）。Pin40：EA，低电平有效，正常使用时拉低。Pin41：PSEN，在此引脚电平为低时按复位键进入debug模式，可以下载和调试程序。Pin42：ALE。6Pin47、Pin48：DGND、DVDD。Pin43、44、45、46、49、50、51、52：P0口、LCD1602和LCD12864的数据总线，数码管的段码。三、硬件原理图1.元器件清单：MCU:选用ADUC848芯片，coreclock为1.572864MHz。带有PWM脉宽调制功能。数码管：五个共阴极的数码管，用作显示数据。由于I/O的驱动能力有限，因此是用PNP来驱动数码管的段，用NPN来进行数码管的位选。段码在低电平有效，位码在高电平有效键盘：使用矩阵键盘，使用16个按键，最多可以满足13名选手进行抢答。LED：一个绿色的LED，正极接P2^5，阴极接地。无源蜂鸣器：采用PWM控制发声。下载程序芯片：与PC机的通信使用RS232协议，使用的通信芯片是MAX2322.硬件设计：（1）电源模块7共有如下3种供电方式：①5V电源适配器供电（开关往上拨、插针1下面两脚接跳线帽）。将开关sw4第2、3脚接通（开关往上拨），电源网络DVDD连接到插针1第2脚的输出，将插针1的第1、2脚（插针1下面两脚）接跳线帽，DVDD直接连接到电源适配器输入端，即为5V电源适配器供电模式。②7~12V电源适配器供电（开关往上拨、插针1上面两脚接跳线帽）将开关sw4第2、3脚接通（开关往上拨），电源网络DVDD连接到插针1第2脚的输出，将插针1的第2、3脚（插针1上面两脚）接跳线帽，DVDD连接到稳压芯片7805的输出，而7805的输入端连接到电源适配器输入端，即为7~12V的电源适配器经7805给学习板供电的模式。③USB供电（开关往下拨）。将开关sw4第1、2脚接通（开关往下拨），电源网络DVDD连接到USB电源输入端。8（2）数码管①DS0～7：数码管段码。②BIT0～7：数码管位码。③MOTORA～D：步进电机驱动信号。④DISCTRL0～4：显示控制信号，控制数码管低5位。⑤D0～8：单片机P0口。（3）8路LED98个LED接P0口，低电平时LED亮，这样不会影响P0口逻辑电平。LED限流电阻取4.7K，通过LED电流约为0.8mA，在P0口驱动能力范围之内。插针配置：使用该模块，可以接通插针2，（4）蜂鸣器本设计中采用无源电磁式蜂鸣器，蜂鸣器由PWM1（P2.6）控制。PWM1和PWM0均为片内PWM模块的输出。蜂鸣器采用普通NPN三极管。插针配置：使用蜂鸣器，可以接通插针3。（5）按键模块10由于P1口（用于行扫描）内部无上拉电阻，为使无键按下时行信号为高电平，故将行信号接上拉电阻，电阻大小10K即可。引脚复用：P2.0~P2.3为4X4矩阵式键盘列扫描信号，又复用作步进电机控制信号，SPI信号、P2.1~P2.3还复用为数码管第5、6、7位位码控制信号。参与复用的一项功能使用时，其他参与复用的功能则不能使用。插针配置：插针10上面两脚接跳线帽，4X4矩阵式键盘输入，行扫描信号为P1.0～P1.3，列扫描信号为P2.0～2.3。插针10下面两脚接跳线帽，独立按键输入，该模式有4个独立按键可用，按键扫描所用端口为P1.0～P1.3。这4个按键为4X4矩阵键盘的左边4个按键。（6）复位与下载复位与下载电路如图进入下载或调试模式的步骤为：①按住BTN1(downordebug按键)不要放开；②按下BTN2(reset按键)，然后放开BTN2(reset按键)；11③放开BTN1(downordebug按键)。这样单片机就进入了调试模式，可以下载或调试程序（7）下载程序芯片（MAX232）3.软件设计（1）软件设计：分析了产品需要具有功能及工程任务和指标。这个多路抢答器功能有多路抢答器，北京时间，及其抢答过程中主持人的开始、暂停、清零，报警器的发声，LED显示。因此将抢答器这个小工程分成X个模块：LED显示模块，发声模块及PWM控制模块，数码管显示模块，按键扫描模块，功能选择模块。（2）数码管扫描：采用动态扫描法。先选中位选，再将七段码送出，延时一段时间，接着是点亮下一个，完成一轮后则扫描程序结束。全过程由display(unsignedcharduan,unsignedcharwei)函数实现。但是，12关键在于延时选择多长时间，延时太短则数码管点不亮或是不清晰，延时太长则会不连续或是影响后面的程序的执行如键盘扫描，而这个时间是需要调试的。（3）键盘扫描：aduc848芯片比较特殊性，其P1口不具备驱动能力只能读入，而且读入前要先将P1口置0，这点与AT89C51完全不同，如果不仔细阅读说明书，按键的的扫描将是永远无解。键盘还有另一个问题，就是使用“闭环”还是“开环”。“闭环”的按键就是等待按键直到有按键按下才会退出按键扫描，而“开环”则不需要等到按键，只要没有按键就执行其后面的程序但是有一点，他必须用在循环中，而且一般是用在while（1）之中，进行循环扫描。关于延时程序，也是要考虑的，如果程序写了但是没有调用就会占用code和data区，而data区直接寻址仅仅128B，故延时选择合适的延时时间作为单位。（4）北京时间：运用定时器0，16位计数方式实现。计数器是加一计数器，当加到65535，即1s钟时定时器产生中断，同时对现实的时间进行刷新。由于在本产品的设计中我们只采用了一个中断，因此不存在中断的优先级，中断的嵌套。因此不会对中断的发生时间产生影响。同时coreclock的稳定，保证了时钟的稳定可靠。（5）倒计时与报警提示：倒计时采用延时程序完成，利用1ms延时函数delay1ms(unsignedchar),执行1000后延时就为1s。每个1s对数13码管显示的段码进行刷新。报警功能通过蜂鸣器实现，在特定的时间给蜂鸣器占空比为50%的，频率不相同的脉冲波，发出不同的报警提示音。抢答开始提示有一盏绿色的LED来反映。但允许抢答时刻，给抢答器的控制引脚送高电平，抢答器发光，当抢答暂停、抢答时间到、已抢答中任一种情况发生时，绿灯熄灭。4.性能分析（1）通过按键实现选手的抢答，主持人的开始，暂停，清零，北京时间调节信号。由于按键是有限的，用较少的按键实现这些功能则需要按键的复用，也就是不同模块中按键的功能是不同的。选手抢答需要在检测到按键时，通过行扫描法分析判断抢答成功选手的按键编号。主持人开始按键按下时倒计时开始。暂停按键按下时，程序进入死循环，同时倒计时暂停，跳出死循环的方法就是按下开始按键。清零按键按下时，抢答程序结束，屏幕显示北京时间，等待下一次抢答。北京时间调节，通过四个按键实现时和分的加减，同时不影响定时器工作。（2）警告声音是采用无源蜂鸣器发声。利用PWM给蜂鸣器不同频率的占空比都为50%的脉冲波，再通过延时发出声音。为了声音的不同，采用了不同的频率，有1000Hz，500Hz,333Hz,200Hz.（3）北京时间功能采用T0计时器中断来实现。ADuC848的coreclock频率默认为1.572864MHz，定时器0的时钟为coreclock，1572864=65536*24。故将定时器0设置为16位计数模式，且初值为