基于单片机的现场投票器设计

电 子 科 技 大 学毕 业 实 践 报 告报告题目：交通灯或者现场投票器 基于单片机的现场投票器设计 学习中心（或办学单位）：湖南湘潭奥鹏学习中心 指导老师：罗红 职 称： 讲师 学生姓名：邓华军 学 号: 201004732642专 业： 电子信息工程技术电子科技大学继续教育学院制网络教育学院2011年 11月11日电子科技大学毕业实践报告任务书及进度计划表学习中心（办学单位）湖南湘潭奥鹏学习中心姓名邓华军学号201004732642专业电子信息工程技术指导教师罗红职称讲师毕业实践题目基于单片机的现场投票器设计主要任务与要求1、初期资料查阅，完成开题报告；2、阐明课题背景，分析问题，阐明对策，完成初稿；3、根据指导老师要求，进行修改，直至定稿起讫日期及进度安排起讫日期：2011年10月13日12:00-12月16日12:00开题报告：2011年10月13日12：0010月25日12：00论文初稿：2011年10月25日12：0011月18日12：00论文终稿：2011年11月18日12：0012月16日12：00 指导教师签字： 2011年11月 11日电子科技大学毕业实践报告指导记录表学习中心（办学单位）湖南湘潭奥鹏学习中心姓 名邓华军学 号201004732642 专 业电子信息工程技术 题 目基于单片机的现场投票器设计指导教师罗红职 称讲师第一次指导存在的问题：修改建议：指导方式：（请在内打） 面谈 电话 电子邮件指导教师签字： 日期： 年 月 日第二次指导存在的问题：修改建议：指导方式：（请在内打） 面谈 电话 电子邮件指导教师签字： 日期： 年 月 日第第三次指导存在的问题：修改建议：指导方式：（请在内打） 面谈 电话 电子邮件指导教师签字： 日期： 年 月 日第第四次指导存在的问题：修改建议：指导方式：（请在内打） 面谈 电话 电子邮件指导教师签字： 日期： 年 月 日第五次指导存在的问题：修改建议：指导方式：（请在内打） 面谈 电话 电子邮件指导教师签字： 日期： 年 月 日电子科技大学毕业实践报告 基于单片机的现场投票器设计基于单片机的现场投票器设计摘要：单片机具有高的性价比，且尽可能把应用所需要的存储器，各种功能的IO口都集成在一块芯片内。具有极丰富的转移指令IO口的逻辑操作以及位处理功能，以及他的可靠性和抗干扰能力的特点。因为人们在明确的事件目标（或已知事件的结果）后，遵循一定的逻辑推理规则，解剖实现事件结果的过程、步骤、架构。从一定的专业知识、理论基础切入，搜索实现事件的基本要素、基本组件、基本组件相互连接的架构模型，以及凝固在每个架构节点上基本要素的理论知识、组成架构基本组件的核心技术，架构各层次之间的因果关系。然后再运用现代化的工具、吸收新的元素，引入新的架构模型（理念），新的组件，重构事件以达到预期的目标。现场投票统计器是单片机系统的简单应用。它是由硬件和软件相配合使用的，这样可以弥补硬件成本高，结构复杂的特点，提高响应速度。该统计器经济实惠，适用小型会议室和娱乐场所的现场投票统计。关键词：单片机；电路；投票器引言现场投票器的电路是由控制部分和显示部分两大部分组成。利用单片机程序进行控制，并通过数码管进行显示。每个人“赞成通过”的“OFF”和“反对通过”的“ON”两个按键，单片机统计“赞成通过”键的人数，并用动态显示方式显示投票结果。每人仅能投一次票，再投则无效。这个现场投票统计器共有八个终端，每个终端有“赞成通过”的“OFF”和“反对通过”的“ON”两个按键，八个评委通过控制按键，给选手投票。“赞成通过”的票数显示在LED数码管上。一、投票器概述（一）设计目的综合运用单片机的主要性能，完成一个实用电路的设计和制作。利用MCS-51系列单片机为控制核心,设计投票系统的主机控制器,用于表决活动.要求主机能通过双绞线实现与各分机通信。设计一个投票系统，由八个评委对若干个参赛选手投票，各个评委手中有“ON”和“OFF”两个按键，“ON” 按键代表“反对通过”，“OFF” 按键代表“赞成通过”。设由1号、2号、3号、n号选手，在1号选手登台时，八个评委对1号选手投票，投完票后，按“OFF”键投“赞成通过”的票数显示在LED数码管上，按“ON”键投“反对通过”的票数不显示。然后，2号选手再登台，评委再对2号选手投票，依次类推。（二）投票器基本主要功能及组成简介在比赛中，系统八个评委对参赛者投票，每个人通过按键“ON”和“OFF”开关操作，当有N个人投“赞成通过”时，数码管显示N，不读票时数码管呈现霓虹灯状态。投票器由单片机、二个按键、一只LED数码显示管和串行通信接口等组成。二个键分别表示“ON”和“OFF”，投票前由主持人按总控制台的复位键对整个系统复位（包括分机复位），投票时主持人按下启动键开始投票,系统统计赞成票的票数N，显示在数码显示器上。（三）投票器所需硬件设备 1.一个Intel 8031 2.一个Intel 2724( 8KB的UVEPROM)3.一个Intel 6264（8KB的静态RAM）4.一个Intel 8155（I/O口芯片）5.一只共阳八段LED显示管6.独立式非编码键盘7.若干双绞线8.一个74LS373（IC型号74LS373-90，生产厂商：Motorola）9.一个低电位或门10. 八只LED驱动器（AD8240，927V，0.36mA，250mA，500 Hz窗体底端，PWM，8-MSOP，）二、投票器硬件电路的设计及其功能的描述（一）主要硬件概述1、Intel 8031 8031单片机是Intel公司生产的MCS-51系列单片机中的一种，除无片内ROM外，其余特性与MCS-51单片机基本一样。HMOS制造工艺的MCS-51单片机都采用40引脚的直插封装（双列直插式），制造工艺为CHMOS的80C51/80C31芯片除采用双列直插封装方式外，还采用方型封装工艺（本设计不采用），双列直插封装引脚排列如图1。 图1 双列直插式封装在单片机的40条引脚中有2条专用于主电源的引脚，2条外接晶体的引脚，4条控制或与其它电源复用的引脚，32条输入/输出（I/O）引脚。Vcc:+5V电源电压。Vss:电路接地端P0.0P0.7:通道0，它是8位漏极开路的双向I/O通道，当扩展外部存贮器时，这也是低八位地址和数据总线，在编程校验期间，它输入和输出字节代码。P1.0P1.7:通道1是8位拟双向I/O通道，在编程和校验时，它发出低8位地址。P2.0P2.7:通道2是8位拟双向I/O通道，当访问外部存贮器时，用作高8位地址总线。P3.0P3.7:通道3准双向I/O通道。P3通道的每一根线还有第二功能：外接晶体引脚XTAL1和XTAL2XTAL1：接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部振荡器时，对HMOS单片机，此引脚应接地；对CHMOS单片机，此引脚作为驱动端。XTAL2：接外晶体的另一端。在单片机内部，接至上述振荡器的反相放大器的输出端。采用外部振荡器时，对HMOS单片机，该引脚接外部振荡器的信号，即把外部振荡器的信号直接接到内部时钟发生器的输入端；对XHMOS，此引脚应悬浮。ST/VPD：当振荡器运行时，在此脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。VCC掉电期间，此引脚可接上备用电源，以保证内部RAM的数据不丢失。当VCC主电源下掉到低于规定的电平，而VPD在其规定的电压范围（50.5V）内，VPD就向内部RAM提供备用电源。ALE/PROG：当访问外部存贮器时，ALE（允许地址锁存）的输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器，ALE端仍以不变的频率周期性地出现正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。PSEN：此脚的输出是外部程序存储器的读选通信号。在从外部程序存储器取指令（或常数）期间，每个机器周期两次PSEN有效。EA/VPP：当EA端保持高电平时，访问内部程序存储器，当EA保持低电平时，则只访问外部程序存储器，不管是否有内部程序存储器。对于常用的8031来说，无内部程序存储器，所以EA脚必须常接地，这样才能只选择外部程序存储器。表1 P3各口线的第二功能定义口线第二功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2INT0（外部中断0）P3.3INT1（外部中断1）P3.4T0（定时器0外部输入）P3.5T1（定时器1外部输入）P3.6WR（外部数据存储器写脉冲）P3.7RD（外部数据存储器读脉冲）地址总线（AB）： 地址总线宽为16位，因此，其外部存储器直接寻址为64K字节，16位地址总线由P0口经地址锁存器提供8位地址（A0至A7）；P2口直接提供8位地址（A8至A15）。数据总线（DB）： 数据总线宽度为8位，由P0提供。 控制总线（CB）： 由P3口的第二功能状态和4根独立控制线RESET、EA、ALE、PSEN组成。Intel 8031采用双列直插式封装，为HMOS型器件。2、 Intel 2724和Intel 6264 Intel 2724 是一种+5V的8KB UVEPROM存储器芯片,采用HMOS工艺,27是系列号,64和存储容量有关; Intel 6264是一种静态RAM, 62是系列号,64是序号,和存储容量有关,采用CMOS工艺，如图2。型号容量/KB读出时间/ns制造工艺所用电源/V管脚数Intel 27248200450HMOS+528Intel 62648K8200CMOS+5286264 2764图2 Intel 6264&27643、Intel 8155 Intel 8155是Intel公司研制的通用I/O接口芯片。MCS-51和8155相连不仅可为外部设备提供两个8位I/O端口（A口和B口）和一个6位I/O端口（C口），也可为CPU提供一个256字节的RAM和一个14位定时器/计数器。8155有40个引脚，采用双列直插封装，其引脚图和组成框图如图3所示。图3 Intel 8155地址/数据线（8条）：AD0AD7 I/O口总线（22条）：PA0PA7、PB0PB7、 PC0PC5。 控制总线（8条）：ALE 地址锁存（输入）IO /M IO口/RAM选择， IO /M =0：选内RAM；IO /M=1：选内IO口CE 片选线RD、WR 读、写控制TIMERIN 定时器输入（输入定时器所需时钟）TIMEROUT 定时器输出（输出所产生的方波脉冲）此时，8155内部RAM的地址范围为：0000H00FFH，8155各端口的地址（设无关位为0，这些地址都不是惟一的）为：命令/状态口 0400HA口 0401H B口 0402HC口 0403H定时器低字节 0404H定时器高字节 0405H4、共阳八段LED显示管 数码管结构：有共阴极和共阳极两种接法。显示方式：静态显示在静态显示方式下，每一位显示器的字段控制线是独立的。当显示某一字时，该位的各字段线和字位线的电平不变，也就是各字段的亮灭状态不变。静态显示方式下LED显示器的电路连接方法是：每位LED的字位控制线门共阴极点或共阳极点连在一起，接地或接 SV；其字段控制线 （aSP）分别接到一个8位口。动态显示利用人眼的视觉暂留效应。分时显示不同的数码管。动态显示是一位一位地轮流点亮各位数码管，这种逐位点亮显示器的方式称为位扫描。本设计采用动态显示方式。图4共阳八段LED显示管5、独立式非编码键盘在非编码键盘中，每个按键的作用只是使相应接点接通或断开，每个按键的编码并非由硬件电路产生，而是由相应扫描处理程序对它扫描形成的。因此，非编码键盘硬件电路极为简单，在微型计算机中得到了广泛的应用。在独立联接式非编码键盘中，每个按键都是彼此独立的，均需占用CPU的一条I/O输入数据线。6、74ls373（生产厂商：Motorola）74ls373是常用的地址锁存器芯片，它实质是一个是带三态缓冲输出的8D触发器，在单片机系统中为了扩展外部存储器，通常需要一块74ls373芯片。7、LED驱动器 Analog Devices, Inc.（简称ADI）为液晶背光照明应用提供发光二极管（LED）驱动器。AD8240由于降低了与LED驱动相关的复杂性从而降低了系统成本，它包括过流保护功能并且采用MSOP封装，同时能够保证背光照明液晶显示的亮度均匀。它通过单独监视每只LED的电流实现了优良的匹配性能。ADM8845可以在3种电荷泵工作模式之间根据输入电压自动切换，所以它还用来最大化功率效率。（1） 硬件电路设计原理图：Intel 8031对独立式非编码键盘的电路连接原理图如下。图5独立式非编码键盘的电路连接原理图此电路原理图说明：独立式非编码键盘的优点是硬件电路简单；缺点是每个按键都要占用一条I/O端口线。Intel 8031与一个Intel 2724( 8KB的UVEPROM)和一个Intel 6264（8KB的静态RAM）的电路连接原理图：图6 Intel 8031与一个Intel 2724，6264电路连接原理图此电路原理图说明：Intel 8031无内部ROM，所以需要扩展外部ROM；Intel 8031仅有4KB RAM，相对来说存储容量较小，所以需要扩展外部RAM。Intel 8031通过Intel 8155（I/O口芯片）与一只共阳LED数码显示管的电路连接原理图：图7 Intel 8155与共阳LED数码显示管的电路连接原理图此电路原理图说明：Intel 8031通过扩展的Intel 8155 I/O接口，控制三只共阳LED数码显示管的显示。共阳LED数码显示管的电路图：图8共阳LED数码显示管的电路图此电路原理图说明：八段LED显示管由八只发光二极管组成，分别编号a、b、c、d、e、f、g、SP所有发光二极管共连后接到G脚，正常显示时G接+5V。（二）电路功能描述 独立式键盘的结构如图5所示，是最简单的键盘结构形式，每个按键的电路是独立的，都有单独一根数据线输出键的通断状态。单片机一条I / O口线对应一个按键。按键操作存在的问题 键抖动由于机械触点的弹性作用，触点在闭合和断开瞬间的电接触情况不稳定，造成了电压信号的抖动现象，如图所示。键的抖动时间一般为510ms。这种现象会引起单片机对于一次键操作进行多次处理，因此须设法消除键接通或断时的抖动现象。去抖动的方法有硬件和软件两种。硬件去抖动和软件去抖动。a.硬件消除抖动 b.软件去抖动：采用软件去抖动的方法是在单片机检测到有键按下时执行一个1020ms的延时程序后再次检查该键电平是否仍保持闭合状态如保持闭合状态，则确认为有键按下，否则从头检测。这样就能消除键的抖动影响。 按键监测方法监测有无键按下（查询方式）。图中的每个按键8031的P1口中一条相连。若“ON”键按下时，8031从P1口读得的引脚电平均为“1”（+5V）；若“OFF”键按下时，则该键所对应的端口线变为地电平。单片机定时对P1口进行程序查询，即可发现是“OFF”键按下还是“ON”键按下。图6：8031与2764的连接，2764存储容量为8 KB，故片内地址线为P2.4P2.0和P0.7P0.0（P2.4P2.0直接与2764的A12A8相接，P0.7P0.0经74LS373输出后接到2764的A7A0），共13条。8031与6264的连接，6264存储容量为8 KB，故片内地址线为P2.4P2.0和P0.7P0.0（P2.4P2.0直接与6264的A12A8相接，P0.7P0.0经74LS373输出后接到6264的A7A0），共13条。8031的地址采用线选法译码方式，片选线P2.7悬空片选线，P2.6与2764的CE相连，P2.5与6264的CE相连。PSEN与2764的OE相接，以便8031执行MOVC指令时产生低电平而选中2764工作。PSEN和RD经过低电位或非门后接到6264的OE引脚。各存储器的基本地址范围为： 1# 2764： 0000H1FFFH 8KB2# 6264： 2000H3FFFH 8KB重叠地址范围： 1# 2764： 8000H9FFFH 8KB2764中共有16KB的重叠地址范围，它们在整个64KB区域中是不连续的，使用硬件电路图时，程序和常数放在基本地质范围内。图7：为减少硬件开销，提高系统可靠性并降低成本，单片机控制系统采用动态扫描显示。图 2显示出8031通过8155对三只共阳LED的接口电路，B口和所有LED的a、b、c、d、e、f、g、SP引线相连，各LED控制端G和8155 C口相连，故B口为字形口，C口为字位口，CPU通过C口控制各LED是否点亮。8155的端口地址分配如下：命令/状态口 0400H A口 0401H B口 0402H C口 0403H定时器低字节 0404H 定时器高字节 0405H8155 RAM基本地址区 0000H00FFH 图8：八段LED显示管，正常显示时G接+5V，各发光二极管是否点亮取决于aSP各引脚上是否是低电平0伏。3、 投票器软件部分设计框图假设有参赛选手共M人，评委共8人。评委按“OFF”键投“赞成通过”，评委按“NO”键投“反对通过”。30H单元作为显示缓冲区，存储显示数字，地址偏移量和显示数字相同。程序汇编 ：ORG 0000HMOV A，#0FFH；准备读P1口MOV P1，A MOV A，P1；读键盘状态 JNC ACC.0 ,RP10；若“OFF”键按下，则转RP10 JNC ACC.0 ,RP11；若“OFF”键按下，则转RP11 JNC ACC.0 ,RP12；若“OFF”键按下，则转RP12 JNC ACC.0 ,RP13；若“OFF”键按下，则转RP13 JNC ACC.0 ,RP14；若“OFF”键按下，则转RP14 JNC ACC.0 ,RP15；若“OFF”键按下，则转RP15 JNC ACC.0 ,RP16；若“OFF”键按下，则转RP16 JNC ACC.0 ,RP17；若“OFF”键按下，则转RP17 SJMP CHABIAORP10: INC 30HRP11: INC 30HRP12: INC 30HRP13: INC 30HRP14: INC 30HRP15: INC 30HRP16: INC 30HRP17: INC 30H RETCHABIAO：MOV A，#06H；8155命令字送A MOV DPTR，#0400H MOVX DPTR，A；8155命令字送8155命令口MOV R0，#30H；显示缓冲区地址送R0 MOV R3，#0FEH；字位码始值送R3 MOV A，R3；字位码始值A MOV DPTR，#0403H；C口地址送DPTR MOVX DPTR，A；字位码送C口 MOV DPTR，#0402H；B口地址送DPTR MOV A，R0；待显字符地址偏移量送A ADD A，#03；对A进行地址修正 MOVC A，A+PC；查字形码表LOOP： MOVX DPTR，A；字形码送B口输出显示 SJMP LOOP；循环显示DTAB： DB 0C0H，0F9H，0A4H，0B0H，99H DB 92H，82H，0F8H， END四、小结这次的单片机课程设计重点是理论与实际的相结合，不单单只是书上的一条条分离的指令。通过这次设计让我更系统的了解了个个指令以及单片机的扩展内容。本系统是以单片机8031芯片为核心部件，通过这次设计，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。使我在单片机的基本原理、单片机应用系统开发过程，以及在常用编程设计思路技巧（特别是汇编语言）的掌握方面都能向前迈了一大步。参考文献1鬲淑芳数字电子技术基础M西安：陕西师范大学出版社，19952曹巧媛单片机原理及应用M第2版北京：电子工业出版社，2002 3胡汉才.单片机原理及其接口技术M.第二版.北京:清华大学出版社,2002 4康华光.电子技术基础（模拟部分、数字部分）M.第四版.北京:高等教育出版出版社,1998 5余永权. ATMEL89系列单片机应用技术M.第二版.北京:北京航天航空大学出版社,200214