六路抢答器 机电一体化毕业论文.doc
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1、目录目 录 1前 言 3摘 要 5第一章 系统概述与原理方框图 71.1 计算机电子技术发展概述与系统问题的提出71.2 方案的选择及设计思路与原理方框图8第二章 系统硬件设计112.1 四路抢答器系统电源的设计与分析112.2 中央控制器- AT89C2051142.3 六路抢答器系统的外围电路的设计与分析18第三章 系统的软件程序设计213.1 程序流程图213.2 程序设计21第四章 产品的制作、安装与调试274.1 PCB板的制作 274.2 元件安装焊接及系统调试27总 结31鸣 谢33参考材料 35前言21世纪是瞬息万变的信息社会。现代信息技术由三大部分组成,信息的采集传感技术,信
2、息传递通信技术,信息处理计算机技术。而电子产品正在以前所未有的革新速度,向着功能多样化,体积最小化,功耗最低化的方向发展。它与传统电子产品在设计上的显著区别一是大量使用大规模可编写芯片,以提高产品性能,缩小产品体各,降低产品功耗,二是广泛运用现代计算机技术,以提高电子设计自动化程序,缩短开发周期,提高产品的竞争力。单片机的单芯片的微小体积和极低的成本,可广泛地嵌入到电子系统,办公自动化、舰船、个人信息终端及通信产品等方方面面,成为现代电子系统中最重要的智能化工具。目前,形式多样、功能完备的抢答器已广泛应用于电视台、商业机构、学校及企事单位它为各种竞赛增添了刺激性、娱乐性,在一定程度上丰富了人们
3、的业余生活。在我们以前所学习的课程中,根据所学的知识来设计数字此电路。电路中主要的功能模块是单片机、电源模块、上位机等。在学习了数字电子技术基础的前提下,我们基本可以独立理解和分析电路,能够了解AT89C2051单片机、七段数码显示器、音乐IC等集成电路,能够知道这些集成电路的基本功用和应注意的问题。 六路抢答器的制作 摘要:文章首先介绍了系统的设计方案思路与原理图,进而阐明了设计6路抢答器系统的意义。单片机AT8920C51控制芯片及其外围电路,数码显示电路及其周围电路,控制电路,语音电路等,软件部分就针对一些具体模块进行编程。整个系统采用单片机通讯方式,文中还介绍了单片机接口与控制器之间的
4、通讯情况以及该系统的PCB板制作。 关键词:电子;抢答器;单片机; 输入; 编程;调试;All the production. ResponderAbstract: this paper introduced the design ideas and system, and illustrates the principle diagram design 6 road system. Responder AT8920C51 MCU control circuit chip and its peripherals, digital display circuit, control circuit
5、 and its surrounding circuit, voice circuits, software for some specific part. The system adopts singlechip communication mode, this paper also introduces microcontroller interface and the controller of the communication between the system and the PCB production.Keywords: electronic, Vies to answer
6、first, SCM, Input, Programming, Debugging,第1章 系统概述与原理方框图在本章中,我们对四路抢答器的总体设计及其主要的功能特点进行简单的分析,并给出它的特点,实现的功能以及系统的简单操作,以对单片机及其控制系统的了解。第1.1节 计算机电子技术发展的概述与系统问题的提出近年来,计算机技术析迅猛发展,使得计算机在工业,农业,国防科研及日常生活的各个领域显示了日益旺盛的生命力,它已成为各国工业发展水平的主要标志之一,是发展新技术,改造老技术的强有力的武器。目前,单片机正朝着高性能和多品种方向发展,单片机的发展正朝着CMOS化,低功耗,小体积,大容量,高性能,
7、低价格和外围电路的内装化等几个方面发展。近几年,由于某种原因CHMOS技术的进步,大大地促进了单片机的CMOS化,此种芯片除了低功耗外,还具有功耗的可控性,使单片机可以工作在功耗精细管理状态,特别是IIC,API等串行总线的引入,可以使单片机的引脚设计得更少,单片机系统结构更加简化及规范化。 而我们设计出的4路抢答器是一种基于MCS-51智能锁的硬件和软件设计及实现方法,这种电路设计具有按键有效提示,输入错误提示,控制开锁电平,控制报警电路,在线修改功能等多种功能,保密性强,灵活性高,特别适用于家庭!办公室!学生宿舍及宾馆等场所。它具有全集成化,智能化,高精度,高性能,高可靠性和低价格等优点,
8、是一个值得推广的一种方法。接下来我们就对方案与设计原理方框图进行比较分析。第1.2节 方案的选择及设计思路与原理方框图为了使设计更具有针对性,使用性更强,我对们其进行精心的设计,在设计过程中,我们想到了很多的设计方案。121设计思路设计一个智力竞赛抢答器,可同时供N名选手或者N个代表队参加比赛,他们的编号分别为0,1,2N-1,各用一个抢答器按钮,按钮的编号与选手的编号相对应,分别设为S0,S1SN-1。节目主持人设置一个控制开关,用来控制系统的清零和抢答器的开始。并且抢答器具有数据锁存和显示的功能,抢答开始手,若有选手按动抢答按钮,编号立即锁存,并在LED数码管上显示出选手的编号,同时蜂鸣器
9、给出音响提示,此外,要封锁输入电路,禁止其他选手抢答,优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。12.2总体方框图系统的总体方框图如下图所示:图1.1 抢答器系统设计原理图该系统的主要输入抢答输入电路,译码电路,显示电路等,控制电路等电路组成,外围电路少,功能单一,可不用编程来实现。但是其也有很大的缺点,比如不能按到多次,且手动输入的时间不能太长,而且时间也有一点限制。且不能断电,断电后将无法恢复,输入又无法显示,无可观性,因此我们采用以下的方法。利用单片机AT89C2051,它是一种性能优良的集成可编程的单片机,其功能十分的强大,它把CPU、存储器、及I/O集成到一个芯片上,只要外加
10、少许电子零件便可以构成一套简易的控制系统。这样可以降低设计出来的产品的硬件成本,通过编程快速实现对不同密码值的输出与控制。多路抢答器系统的整个系统从大体来看可以分为键盘抢答输入,系统处理,数字数码管显示,声音的输出以及对电脑的串口通信等。而本设计将分为以下四个部分:键盘输入部分,电源部分,数字显示部分,MCU中央处理部分和串口通信部分。主要的系统电路有:电源电路、复位电路、单片机控制电路、单片机控制输出显示电路,音频控制输出电路,24C02防掉线数据保护电路等。电路分析我们在下一章节中进行分析。该系统的主要特点有: 该产品的互换性好,响应速度快,抗干扰能力强,外围电路简单易懂,因此相对来说体积
11、小。 该系统能用软件的方式设计硬件,所以用软件方式设计的系统向硬件系统的转换是由有关开发软件自动完成的,易操作。具有具体数字显示的功能。可以从以前的组合设计转向真正的自由设计,所以设计的移植性好,效率高。可适合大规模的现场制作。利用按钮进行输入,输入简单。具有智能报警的功能,当选定之后就马上锁定,并且发出音乐声音。大大提高了抢答器的可靠性。因为整个系统可集成在一个芯片上,因此体积小,功耗低,可靠边性更高。并且非常适合合分工作,团队精神。第2章 系统的硬件设计为使6路报警器能够具有更好的实用性,并且具有更高的性能,我们对该系统的硬件进行精心的设计。在设计的过程中,为了能掌握电路设计的基本方法和步
12、骤,论文首先对一些电源的整流滤波和稳压电路的一些参数进行分析与比较,然后详细分析电路各组成部分(数码管数字显示电路,输入电路,控制输出音频电路等),还详细介绍了有关集成音乐电路、中央处理器AT89C2051的工作原理及外围电路的设计情况。该系统的硬件设计采用了的整体系统设计方法。按实现的功能来分,可分为以下几个部分。其中,AT89C2051单片机是整个电路的核心,它控制其他模块来完成各种复杂的操作。外围电路包括复位电路,电源电路、输入电路,控制输出音频电路等。第2.1节 四路抢答器系统电源的设计与分析在设计整个抢答器的整个系统之前,我们应该先设计一个高精度的电源,而我们首先对整流,滤波与稳压电
13、路的工作原理及其一些基本的参数进行分析。再根据其性质对电子密码锁的电源进行精心设计。2.1.1整流电路的工作原理及其参数分析整流是把交流电变换成直流电的过程,它的基本原理是利用了晶体二极管的单向导电特性。 整流电路负载上的直流电压就是输出脉动电压的平均值。由傅里叶级数展开式可知,其输出电压可表示为: (1)式中Uom/p为直流分量,Uom/2为基波交流分量,其它为谐波分量。忽略二极管内阻时,输出直流电压为: (2)式中Uim为变压器次级交流变压器的峰值,Ui为其有效值。桥式整流电路及信号的输入、输出波形。同理,其输出电压可表示为: (3) 输出直流电压为: (4) 比较公式(2)与(4)可知:
14、桥式整流电路的输出直流电压比半波整流的高一倍。 为了衡量整流电源这一特性的好坏,常用纹波因数g来表示。即: g越小,输出脉动越小,表示整流电源的性能越好。2.1.2滤波电路的工作原理及其参数分析 虽然整流电路的输出电压包含一定的直流成分,但脉动较大,须经过滤波才能得到较平滑的直流电压。常用滤波器有C型、p 型、G 型。本实验只研究C型与(RC) p型滤波器。C2 = 100mF,RL=1kW,R = 100W) 经过电容的滤波作用后,其输出电压变得比较平滑,脉动大大减小,而且直流成分增加,对C型滤波,负载RL、C的数值越大,纹波g越小,输出直流电压越接近于变压器次级交流电压的峰值Uim,其输出
15、直流电压的范围为: UO =(0.9 1.4)Ui 对于p型滤波,输出脉动更小,但输出直流电压略有降低。2.1.3集成稳压电路的设计经整流、滤波后产生的直流电源,虽然脉动大大降低,但若负载电流发生变化时,将直接影响输出电压的平均值,而在本系统中,当气体浓度大于设定值时,将开启换气扇进行通风,其对换气扇的控制是通过继电器来完成的。为防止过热应安装散热片; (在安装时,由于用力过猛,把引脚给压断过,因此在后面的安装过程中,我们特别小心)。 2.1.4电源电路元件参数的选择滤波电容的选择滤波电容C的大小取决于放电回路的时间常数。RLC越大,输出电压的脉动就越小。作为滤波电路,电容的容量越大越好,但容
16、量越大的电容其成本越高,使得设计出来的整流电路生产成本也增高,为了达到在满足要求的前提下,使得生产成本最低,通常取RLC为脉动电压中最低次谐波周期的(35)倍,即d=RLC(35)T最低次谐波当交流电源频率为50Hz时,对于半波整流电路,由上式可求得滤波电容的容量:C(35)T/RL=(35)0.02/RL整流二极管的选择当滤波电容进入稳定工作时,电路的充电电流平均值等于放电电流平均值,因此,二极管的最大整流电流可按下式进行选择:IFID=IL(半波整流)IFID=1/2IL(全波整流)桥式整流电容滤波电路中,二极管的最高反向工作电压为:URM1.414U=1.4149=12.7V通过查找二极
17、管的参数手册,我们选择1N4007,其反向耐压为1000V,工作电流为1A,可以满足本系统的要求。电源变压器的选择对于变压器的选择,主要是对变压器功率和次级电压的确定。由式UO =(0.9 1.4)Ui这里Ui是变压器的次级输出电压,由上式可知:Ui= UO0.9=10V系统的功率为:P=UI=90.2=1.8W为了看清是否有电,我们在电源电路中专门设计了电源指示灯LED1,发光二极管的工作电流为15mA,为了防止电流过大烧毁发光管,我们加入了限流电阻R1,其阻值为:(5-1.2)/5=0.76K。这里我们取2.2 K的电阻因为系统是由单片机直接控制处理,其稳定的电压是十分重要的,所以我们专门
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