毕业设计（论文）无限抢答器主机的设计.doc

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1、摘 要抢答器常用于辩论、知识竞赛等含有抢答环节的活动中，能够准确、公正、直观地判断出第一抢答者。本系统采用单片机为主控芯片，能实时控制、显示现场抢答情况。本次设计的无线抢答器主机，采用单片机 STC89C52 作为主控器，来设计无线收发的抢答器电路。该抢答器除具有基本的抢答功能外，还具有计时和报警功能。主持人通过时间预设开关计算抢答时间。系统将完成自动倒计时。若在规定的时间内有人抢答，则计时将自动停止；若在规定的时间内无人抢答，则系统中的蜂鸣器将发响，提示主持人本轮抢答无效，实现报警功能。关键词：智能抢答器、无线编解码、报警、单片机。AbstractResponder is commonly

2、used in the debate, knowledge competitions and other activities with the answer in part, to accurate, impartial, intuitive judgment First Responder. This system adopts MCU for master chip, that could realize the real-time control, show the answer situation on the scene. The design of the wireless re

3、sponder host, using SCM STC89S52as main controller, to design the wireless transceiver of the responder circuit. The responder addition to a basic function, also has the timing and alarm functions. Host through the default time calculation answer time switch. The system will complete the automatic c

4、ountdown. If within the stipulated time to have answer, then the time will automatically stop; if nobody answer the question on time, the alarm will sound, suggesting that host round responder invalid, achieve the function of alarm.Key word: Intelligent responder, a wireless coding and decoding, ala

5、rm, single chip microcomputer.目 录第1章 概述11.1 无线抢答系统背景与意义11.2 课题的提出21.3 设计目的21.4 设计的内容21.5 工作原理3第2章 核心控制电路的设计42.1 控制电路的实现42.2 无线传输模块92.3 选手电路102.4 主持人电路12第3章 无线抢答器系统硬件的设计133.1 复位电路的设计133.2 显示模块143.3 供电模块163.4 系统PCB设计17第4章 无线抢答器系统软件的设计204.1 系统软件开发平台204.2 系统时钟初始化204.3 系统数据传输协议214.4 定时器程序设计234.5 按键中断程序设计

6、244.6 电路功能及控制流程25结论27参考文献28致 谢29附图数字抢答器原理图30附图 程序31第1章 概述1.1 无线抢答系统背景与意义进入二十一世纪，无线数据通讯技术在我国蓬勃发展，也得到了信息产业部以及各行各业的高度重视，因为任何有线数据传输网络只能是网状覆盖，而无线数据传输网可达到真正的面覆盖。目前主要的短距离无线数据传输技术主要有蓝牙、Zigbee、IEEE802.11x、微功率短距离无线通讯技术，与已具备相当规模的无线长距离通讯网络（比如蜂窝移动通讯网、卫星数据通讯）相比，短距离无线通讯系统在基本结构、服务范围、应用层次以及通讯业务（数据、话音）上均有很大不同。下面分别介绍这

7、几种无线传输技术。蓝牙技术（Bluetooth）主要面对网络中的各种数据和语言设备，通过无线方式将它们连接起来，从而方便快速的实现数据传输，它使2.4GHZ的ISM频段，最大传输率1Mbit/s ；IEEE802.11x的技术标准是无线局域网的国际标准，也是用2.4GHZ的ISM频段，协议主要在OSI的物理层和数据链路层，虽然传输速度快，但此类设备比较昂贵，技术复杂；Zigbee是一种新型的短距离、低速度、低功耗无线网络技术，是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术，基于IEEE无线个人区域网标准，数据传输速率通常为10kb/s到250kb/s，有效覆盖范围10到75米，由于其协议简单、成本低、

8、网络容量大等优点，使其在无线传感网络中得到广泛的应用。在未来，短距离无线数据传输将向着更高传输速率、更高传输精确度的方向发展，而且传输设备的成本也会进一步降低，传输协议也会进一步简单，从而是短距离无线通讯走入我们的生活，给我们带来更多方便1。抢答器又称第一信号鉴别器,应用于各种知识竞赛、文娱活动等场合。普通抢答器存在以下缺陷: (1) 在一次抢答过程中，当出现超前违规抢答时，只能处理违规抢答信号，而对没有违规的有效抢答信号不能进行处理。因而,使该次抢答过程变为无效。 (2)当有多个违规抢答时，普通抢答器只能“抓住”其中一个，出现“漏洞”。(3) 当同时出现多个有效抢答信号时，普通抢答器或采用优

9、先编码电路选择其中一个；或利用抢答电路电子元件的“竞争”选择其中一个。对于后者，由于抢答电路制作完毕后电子元件被固定,各路抢答信号的“竞争”能力也被固定,因而本质上也具有优先权。普通抢答器因而存在不公平性。而随着技术的进步，单片机与串口通信的结合更多地应用到各个电子系统中已成一种趋势。本设计就是基于单片机设计抢答系统，通过串口通信动态传输数据，使抢答系统有了更多更完善的功能。单片机系统的硬件结构给予了抢答系统“身躯”，而单片机的应用程序赋予了其新的“生命”，使其在传统的抢答器面前具有电路简单、成本低、运行可靠等特色。本文介绍的四路数显抢答器具有电路简单、成本较低、操作方便、灵敏可靠等优点，经使

10、用效果良好，具有较高的推广价值。可用于4组或4组以下的智力竞赛中。比赛前，将参赛组从0至3编号，每组发给对应的的一个抢答按钮。主持人按一下总控制启动键后，抢答开始。此后，哪一组最先按下抢答按钮，数码显示器就立即显示该组的组号并锁定，同时蜂鸣器发出声响。以后，按下任何一路抢答按钮均不起反应。只有主持人再次按动启动键后，才能进行下一次抢答该电路。1.2 课题的提出学校在开展文娱活动时一般都会有抢答一项，需要用到抢答器。而市场上，一般的抢答器都需要几百块，价钱比较贵。本人设计的抢答器，电路简单，成本较低，操作方便，灵敏可靠。而且一般学校都有计算机，利用计算机就可以很方便地构成一台功能强大而价格十分低

11、廉的抢答器。1.3 设计目的在电视和学校中我们会经常看到一些智力抢答的节目，如果要是让抢答者用举手等方法，主持人很容易误判，会造成抢答的不公平，比赛中为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者，所设计的抢答器通常由数码显示、灯光、音响等多种手段指示出第一抢答者。为了使这种不公平不发生，只有靠电子产品的高准确性来保障抢答的公平性。1.4 设计的内容设计一种用51系列单片机为核心的无线四路抢答器，该抢答器除具有基本的抢答功能外，还具有计时和报警功能。基本要求：1、系统容量不少于4路；2、以声响的方式提示抢答结果；3、抢答倒计时可在0-99秒内根据需要任意调整；4、信息交换采用无线通信。1.5 工作原理

12、如图2-1所示为总体方框图。其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到清零状态，抢答器处于禁止状态，定时器显示设定时间；主持人将开关置;开始状态，宣布开始抢答器工作。定时器倒计时，扬声器给出声响提示。选手在定时时间内抢答时，单片机完成：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、显示器显示按下的时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作清除和开始状态开关。选 手 电 路89C52控制输入 数码显示电路 蜂鸣器电路 信号采集主持人电路图2-1 总体方框图第2章 核心控制电路的设计2.1 控制电路的实现为了满足系统功能和系统的灵活性，本系统各部分均采用STC89

13、52单片机作为核心器件。为了使电路结构简单，性能可靠，无线部分均采用性能良好的收发模块（315MHZ高频接收发送模块FST-3和CZS-3），电路图如附图I所示。2.1.1STC89S52单片机芯片介绍STC89S52 是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51 指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8 位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大STC89S52 单片机适合于许多较

14、为复杂控制应用场合2。STC89S52芯片引脚结构如图2-1所示： 图2-1 STC89S52引脚图1STC89S52管脚说明：VCC : 电源GND : 地P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P1 输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑

15、电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如表3-1所示。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。在访问外部程

16、序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVXDPTR,A）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX Ri,A）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号2。表2-1 P1口引脚及功能表引脚号第二功能P1.0P1.1P1.5P1.6P1.7T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）MOSI(在系统编程用)MIOS(在系统编程用) SCK（在系统编程用）P3 口：P3 口是一个具有内

17、部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。P3口亦作为STC89S52特殊功能（第二功能）使用，如表3-2所示。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号3。表2-2 P3口引脚及功能表引脚号第二功能P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7RXD（串行输入）TXD(串行输出)/INT0(外部中断0)/INT0(外部中断1)T0（定时器0外部输入）T1（外部1外部输入）/WR(外部数据存储器写选

18、通)/RD（外部数据存储器读选通）RST: 复位输入。晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST 脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址

19、为8EH的SFR的第0位置 “1”，ALE操作将无效。这一位置 “1”，ALE 仅在执行MOVX 或MOVC指令时有效。否则，ALE 将被微弱拉高。这个ALE 使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。/PSEN: 外部程序存储器选通信号（/PSEN）是外部程序存储器选通信号。当STC89S52从外部程序存储器执行外部代码时，/PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，/PSEN将不被激活。/EA/VPP: 访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H 到FFFFH的外部程序存储器读取指令，/EA必须接GND。为了执行内部程序指令，/

20、EA应该接VCC。在flash编程期间，/EA也接收12伏VPP电压。XTAL1: 振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2: 振荡器反相放大器的输出端。2时序：（1）时钟电路 STC89S52片内设有一个由反向放大器所构成的振荡电路，XTALI和XTAL2分别为振荡电路的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。采用内部方式时，在C1和C2引脚上接石英晶体和微调电容可以构成振荡器，振荡频率的选择范围为1.212MHZ在使用外部时钟时，XTAL2用来输入外部时钟信号，而XTALI接地。（2）时序 STC89S52单片机的一个执器周期由6个状态(s1s6)组成，每个状态

21、又持续2个接荡周期，分为P1和P2两个节拍。这样，一个机器周期由12个振荡周期组成。若采用，12MHz的晶体振荡器，则每个机器周期为1us，每个状态周期为16us；在一数情况下，算术和逻辑操作发生在N期间，而内部寄存器到寄存器的传输发生在P2期间。对于单周期指令，当指令操作码读人指令寄存器时，使从S1P2开始执行指令。如果是双字节指令，则在同一机器周期的s4读人第二字节。若为单字节指令，则在52期间仍进行读，但所读入的字节操作码被忽略，且程序计数据也不加1。在加结束时完成指令操作。多数STC89S52指令周期为12个机器周期，只有乘法和除法指令需要两个以上机器周期的指令，它们需4个机器周期。

22、对于双字节单机器指令，通常是在一个机器周期内从程序存储器中读人两个字节，但Movx指令例外，Movx指令是访问外部数据存储器的单字节双机器周期指令，在执行Movx指令期间，外部数据存储器被访问且被选通时跳过两次取指操作。下面是STC89S52单片机的振荡电路图2-2所示：图2-2振荡电路3功能特性概述：STC89S52 提供以下标准功能：4k字节Flash 闪速存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory），256字节内部RAM，32个I/O 口线，3个16 位定时/计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片

23、内振荡器及时钟电路。同时，STC89S52可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU 的工作，但允许RAM，定时/计数器，串通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，和工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的STC89S52是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案4。2.1.2核心PT2262/P

24、T2272PT2262/PT2272一对带有编码解码的芯片，编码解码芯片PT2262/PT2272是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路,PT2262/PT2272最多可有12位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空,接高电平,接低电平)，任意组合可提供531441地址码，PT2262最多可有6位(D0-D5)数据端管脚，设定的地址码和数据码从17脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。编码芯片PT2262发出的编码信号由地址码，数据码，同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出

25、高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射.当发射机没有按键按下时，PT2262不接通电源，其17脚为低电平，所以315MHz的高频发射电路不工作，当有按键按下时，PT2262得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号，当17脚为高电平期间315MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17脚为低平期间315MHz的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全收控于PT2262的17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK调制）相当于调制度为100%的调幅。特点：CMOS工艺制造，低功耗 、外部元器件少、RC振荡电阻、工作电压范围宽:2.6-15v、 数据最多可达6位

26、、地址码多7。应用范围:车辆防盗系统、家庭防盗系统、遥控玩具、其他电器遥控等。管脚说明:A0-A11 1-8,10-13 地址管脚,用于进行地址编码，可置为0，1，f（悬空），必须与2262一致，否则不解码。D0-D5 7-8,10-13 地址或数据管脚，当做为数据管脚时，只有在地址码与2262一致，数据管脚才能输出与2262数据端对应的高电平，否则输出为低电平，锁存型只有在接收到下一数据才能转换。Vcc 18 电源正端（+）；Vss 9 电源负端（-）；DIN 14 数据信号输入端,来自接收模块输出端；OSC1 16 振荡电阻输入端,与OSC2所接电阻决定振荡频率; OSC2 15 振荡电阻

27、振荡器输出端；VT 17 解码有效确认输出端（常低）解码有效变成高电平（瞬态）PT2272解码芯片有不同的后缀,表示不同的功能，有L4/M4/L6/M6之分，其中L表示锁存输出，数据只要成功接收就能一直保持对应的电平状态，直到下次遥控数据发生变化时改变。M表示非锁存输出,数据脚输出的电平是瞬时的而且和发射端是否发射相对应，可以用于类似点动的控制。后缀的6和4表示有几路并行的控制通道，当采用4路并行数据时（PT2272-M4），对应的地址编码应该是8位，如果采用6路的并行数据时（PT2272-M6），对应的地址编码应该是6位。2.1.3芯片的地址编码设定和修改在通常使用中，我们一般采用8位地址码

28、和4位数据码，这时编码电路PT2262和解码PT2272的第18脚为地址设定脚，有三种状态可供选择；悬空，接正电源，接地三种状态，3的8次方为6561，所以地址编码不重复度为6561组，只有发射端PT2262和接收端PT2272的地址编码完全相同，才能配对使用，遥控模块的生产厂家为了便于生产管理，出厂时遥控模块的PT2262和PT2272的八位地址编码端全部悬空，这样用户可以很方便选择各种编码状态，用户如果想改变地址编码，只要将PT2262和PT2272的18脚设置相同即可，例如将发射机的PT2262的第1脚接地第5脚接正电源，其它引脚悬空，那么接收机的PT2272只要也第1脚接地第5脚接正电

29、源，其它引脚悬空就能实现配对接收。当两者地址编码完全一致时，接收机对应的D1D4端输出约4V互锁高电平控制信号，同时VT端也输出解码有效高电平信号。用户可将这些信号加一级放大，便可驱动继电器，功率三极管等进行负载遥控开关操纵。2.2 无线传输模块无线传输模块由发射模块和接收模块组成。FST-3和CZS-3是由专业生产厂家设计生产的无线传输发射模块和接收模块。用FST-3和CZS-3组成的无线传输系统具有很高的性价比。其传输距离远，在无障碍物的情况下可以传输300米；信号传输可靠，能够传输010MHZ的调制信号；价格低廉，发射模块和接收模块的价格加起来不超过20元；此外，还具有不要调整即可使用的

30、特点。VCCDATAGNDVCCDATAGND (A) (B)图2-3 无线发射模块FST-3和接收模块CZS-3的管脚功能图FST-3发射模块如上图2-3（A）所示，在VCC和GND间加上312V的直流电压即可使用，从天线发射出315MHZ的无线电波。而所需发射出去的信号可以加在DATA端，去调制315MHZ的无线电波，使其成为已调波从天线发出。在加5V电压时，实测FST-3发射模块的工作电流不超过15mA。CZS-3接收模块如上图2-4（B）所示，须在VCC和GND间加上5V的直流电压。从天线接收到的已调制无线电信号经过其内部解调，从其DATA端输出已解调控制信号，在无信号时DATA端输出

31、高电平。CZS-3接收模块的静态电流为5mA，接收灵敏度为-103dBm8。2.3 选手电路如下图2-4所示的电路是FST-3发射模块的一种具体应用。9电路中555和其外围元件构成一个多谐振荡器，从555的3脚输出的方波加到FST-3的DATA端。由图6电路中的元件参数可以计算出从FST-3的天线发射出被60MHZ信号调制过的315MHZ无线电波。D1为发光二极管，用来指示发射电路的电流是否接通。图2-4 FST-3发射模块的应用电路选手电路是由图2-4所示的电路进行实用化改进而得，电路由图2-5所示。考虑到实际使用的方便，把图2-4的电路的R2用一个8位地址开关和一个9P1K的排阻来代替。这

32、样，随着8位地址开关中开关闭合个数的不同，等效R2将有8种不同的阻值，555的3脚输出方波将有8种不同的频率。8个选手电路就可以选择相同的电路参数，使用时只要拨动8个地址开关，使每个选手电路中的地址开关闭合个数不同，即可利用555电路振荡频率来区分不同选手发出的信号，依据如图6电路中的参数，实测的振荡频率如表2-3所示。表2-3 频率表S1开关闭合个数R2等效阻值实测555的振荡频率12345678100050033325020016714312560HZ122HZ153HZ180HZ200HZ220HZ231HZ245HZ图2-5选手电路电路图2.4 主持人电路主持人电路如附图所示。以89S

33、51单片机为核心，整个电路分为控制输入、信号采集和输出指示几个部分。控制核心时89S51的最小应用系统，有时钟和复位电路和在线编程接口。电路中S1是复位按钮，J1是89S51系列单片机的标准在线编程接口。控制输入电路实际上是一个主持人复位按钮S2；S3是进入等待倒计时状态的按钮，S4、S5是预置倒计时十位和个位加1按钮。信号采集电路由CZS接收模块和R1、C2滤波电路组成。由于从CZS-3的DATA端输出的信号有残存的高频成分，所以在信号进入单片机之前，这里用了R1、C2滤波电路，滤波后的从P3.4（T0）进入单片机。输出指示电路由数码显示电路和蜂鸣器电路组成。数码显示电路是2位数码管及其动态

34、显示驱动电路组成。在实际使用中，当主持人按下开关按钮S2时，数码管显示的是等待倒计时的读秒数；当由选手按下抢答按钮时，数码管显示的是抢答选手的序号。蜂鸣器由三极管驱动，在实际使用时蜂鸣器在等待倒计时归零和有选手抢答成功时鸣叫。第3章 无线抢答器系统硬件的设计3.1 复位电路的设计单片机STC89S52作为主控芯片，控制整个电路的运行。单片机外围需要一个复位电路，复位电路的功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤消复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。该设计采用含有电阻的复位电路，复位电路可以有效的解

35、决电源毛刺和电源缓慢下降等引起的问题，在电源电压瞬间下降时可以使电容迅速放电，一定宽度的电源毛刺也可令系统可靠复位5。复位电路的设计图如图3-1所示：图3-1 复位电路在电路图中，电容的的大小是10uF，电阻的大小是10k。所以根据公式，可以算出电容充电到电源电压的0.7倍（单片机的电源是5V，所以充电到0.7倍即为3.5V），需要的时间是10K*10UF=0.1S。也就是说在电脑启动的0.1S内，电容两端的电压时在03.5V增加。这个时候10K电阻两端的电压为从51.5V减少（串联电路各处电压之和为总电压）。所以在0.1S内，RST引脚所接收到的电压是5V1.5V。在5V正常工作的51单片机

36、中小于1.5V的电压信号为低电平信号，而大于1.5V的电压信号为高电平信号。所以在开机0.1S内，单片机系统自动复位（RST引脚接收到的高电平信号时间为0.1S左右）。按键按下的时候为什么会复位?在单片机启动0.1S后，电容C两端的电压持续充电为5V，这是时候10K电阻两端的电压接近于0V，RST处于低电平所以系统正常工作。当按键按下的时候，开关导通，这个时候电容两端形成了一个回路，电容被短路，所以在按键按下的这个过程中，电容开始释放之前充的电量。随着时间的推移，电容的电压在0.1S内，从5V释放到变为了1.5V，甚至更小。根据串联电路电压为各处之和，这个时候10K电阻两端的电压为3.5V，甚

37、至更大，所以RST引脚又接收到高电平。单片机系统自动复位。总结：1、复位电路的原理是单片机RST引脚接收到2US以上的电平信号，只要保证电容的充放电时间大于2US，即可实现复位，所以电路中的电容值是可以改变的。2、按键按下系统复位，是电容处于一个短路电路中，释放了所有的电能，电阻两端的电压增加引起的。 3.2 显示模块3.2.1 显示模块的方案选择与论证方案一：采用LED液晶显示屏，液晶显示屏的显示功能强大，可显示大量文字，图形，显示多样，清晰可见，但是价格昂贵，需要的接口线多，所以在此设计中不采用LED液晶显示屏。方案二：采用点阵式数码管显示，点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显

38、示文字比较适合，如采用在显示数字上显得太浪费，且价格也相对较高，所以也不用此种作为显示。方案三：采用LED数码管动态扫描，LED数码管价格适中，对于显示数字最合适，而且采用动态扫描法与单片机连接时，占用的单片机口线少。所以采用了LED数码管作为显示。数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极（COM）的数码管，共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光

39、二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极（COM）的数码管，共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。3.2.2 数码管驱动方式数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。一、静态显示驱动静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD

40、码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要58=40根I/O端口来驱动，实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。二、动态显示驱动数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示比划“a，b，c，d，e，f，g，dp”的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以只要将

41、需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。3.2.3 数码管驱动芯片TM1640数码管可以使用三极管进行驱动，但这样需要接的I/O口较多，使用TM1640只需要连接两个I/O口即可控制。TM1640是一种LED

42、（发光二极管显示器）驱动控制专用电路，内部集成有MCU数字接口、数据锁存器、LED 高压驱动等电路，采用SOP28 的封装形式。特性说明如下： （1）采用功率CMOS 工艺。 （2）显示模式（8段16位），支持共阴数码管输出。 （3）辉度调节电路（占空比8级可调）。 （4）两线串行接口（CLK，DIN）。 （5）振荡方式：内置RC振荡（450KHz+5%）。 （6）内置上电复位电路。 （7）内置自动消隐电路。 （8）封装形式：SOP28。本设计中采用的连接如图3-2所示。图3-2 显示模块3.3 供电模块本系统所需电源为3.3V，因此需将220V市电转化为3.3V进行供电，此部分分为两个两个子

43、模块来实现。图3-3 220V转5V模块如图3-3所示电路为输出电压+5V、输出电流1.5A的稳压电源。它由电源变压器B，桥式整流电路D1D4，滤波电容C1、C3，防止自激电容C2、C3和一只固定式三端稳压器（7805）极为简捷方便地搭成的。220V交流市电通过电源变压器变换成交流低压，再经过桥式整流电路D1D4和滤波电容C1的整流和滤波，在固定式三端稳压器LM7805的Vin和GND两端形成一个并不十分稳定的直流电压（该电压常常会因为市电电压的波动或负载的变化等原因而发生变化）。此直流电压经过LM7805的稳压和C3的滤波便在稳压电源的输出端产生了精度高、稳定度好的直流输出电压。本稳压电源可

44、作为TTL电路或单片机电路的电源。三端稳压器是一种标准化、系列化的通用线性稳压电源集成电路。3.4 系统PCB设计3.4.1 Altium Designer软件简介绘制PCB图使用Altium Designer软件，Altium Designer提供了一个全新的管理元器件的方法。其中包括新的用途系统、修改管理、新的生命周期和审批制度、实时供应链管理等功能。Altium Designer的统一的设计架构以将硬件，软件和可编程硬件等集成到一个单一的应用程序中而闻名。它可让每个人在一个项目内，甚或是整个团队里自由地探索和开发新的设计创意和设计思想，团队中的每个人都拥有对于整个设计过程的统一的设计视图

45、。Altium Designer 10 提供了一个高集成度的板级设计发布过程，它可以验证并将设计和制造数据进行打包，这些操作只需一键完成，从而避免了人为交互中可能出现的错误。发布管理系统简化规范了发布设计项目的流程，或者更具体地说，是那些项目中定义的配置， 直观，简洁而且稳定。更重要的是，该系统可以被直接链接到后台版本控制系统。3.4.2 常用元件封装发光二极管：颜色有红、黄、绿、蓝之分，亮度分普亮、高亮、超亮三个等级，常用的封装形式有三类：0805、1206、1210。二极管：根据所承受电流的限度，封装形式大致分为两类，小电流型（如1N4148）封装为1206，大电流型（如IN4007）暂没

46、有具体封装形式，只能给出具体尺寸：5.530.5。电容：可分为无极性和有极性两类，无极性电容下述两类封装最为常见，即0805、0603；而有极性电容也就是我们平时所称的电解电容，一般我们平时用的最多的为铝电解电容，由于其电解质为铝，所以其温度稳定性以及精度都不是很高，而贴片元件由于其紧贴电路版，所以要求温度稳定性要高，所以贴片电容以钽电容为多，根据其耐压不同，贴片电容又可分为A、B、C、D四个系列，具体分类如下：类型 封装形式 耐压A 3216 10VB 3528 16VC 6032 25VD 7343 35V拨码开关、晶振：在市场都可以找到不同规格的贴片封装，其性能价格会根据他们的引脚镀层、

47、标称频率以及段位相关联。电阻：和无极性电容相仿，最为常见的有0805、0603两类。3.4.3 系统PCB图整个系统共制作两块PCB板，主控模块及无线数传模块集成在一块PCB板上，如图3-5，数码管显示模块独立制板，如图3-4。图3-4主控模块及无线数传模块集成PCB图图3-5 数码管显示模块PCB图3.4.4 热转印法制PCB制板采用实验室现有设备，利用热转印法自制，热转印方法的制作过程： 1、材料的准备： PCB空板：按我们的大小裁好，边边可稍微打磨下毛刺； 热转印纸：没有所谓的专门的热转印纸。所谓的热转印纸也就是印刷面有一定的光滑度，在转印后揭纸的时候，比较容易与印墨脱离的纸张而已，符合这样特性的纸张有很多现成的；不干胶衬底也是好的材料。 腐蚀设备和药水：一个塑料洗脸盆、若干的工业用双氧水、瓶装盐