專題製作計畫書

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枫安
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1 高雄縣高英高級工商職業學校 Kao Ying Industrial Commercial Vocational High School 教師行動研究報告 8X8 點矩陣貪食蛇老師姓名 : 楊勝杰老師科別 : 資訊科科中華民國 103 年 05 月

2 中文摘要這次的行動研究是利用 89C51 來控制 8X8 點矩陣顯示器, 一開始先來認識單晶片腳位的編排與功能, 以及震盪器的功能與類別, 當然最重要的就是點矩陣顯示器的腳位, 如果配置的好程式方面則會感到輕鬆許多, 線路圖和電路圖是使用 Protel 99SE 完成, 程式方面則是用 Keil C 來燒入 IC 實作的部分, 也增加了幾顆 SW 按鈕, 讓電路擁有可操作的功能在生活中有很多都是點距陣的電路, 紅綠燈小綠人時鐘溫度顯示器跑馬燈等等, 這次做了這個小小的實驗並列出相關資訊, 有助於記錄整個流程並方便往後需要時方便查取關鍵詞 : 單晶片點矩陣 Keil C i

3 目錄中文摘要... I 目錄... II 表目錄... III 圖目錄... IV 壹前言... 1 一製作動機... 1 二製作目的... 1 三製作架構... 1 四製作預期成效... 3 貮理論探討... 4 參專題製作... 8 一設備及器材... 9 二製作方法與步驟肆製作成果伍結論與建議一結論二建議參考文獻 ii

4 表目錄表 (1) 專題製作使用儀器 ( 軟體 ) 一覽表.8 表 (2) 貪食蛇之材料表.9 iii

5 圖目錄圖 (1) 專題製作流程圖 2 圖 (2)8051 結構圖 4 圖 (3)8051 接腳圖 5 圖 (4) 提升電阻原件圖 6 圖 (5)8X8 點距陣接腳圖 7 圖 (6)8X8 點矩陣顯示器 7 圖 (7) 製作方法與步驟 10 圖 (8)8X8 點矩陣貪食蛇電路圖 11 圖 (9) 硬體方塊圖 12 圖 (10) 成品圖一 13 圖 (11) 成品圖二 13 圖 (12) 方向控制板 14 iv

6 壹前言一製作動機現今的社會中,89C51 這顆單晶片的應用相當廣泛, 我們常常利用這顆 IC 來做各種控制, 舉凡我們走在路上隨處可見的紅綠燈小紅人小綠人之類的控制而我利用這顆 89C51 單晶片, 想說可以利用這個機會來嘗試看看結合 8x8 點矩陣來顯示自己想要的東西二製作目的 1. 了解單晶片的構造與原理 2. 學習如何應用 89C51 2. 學習利用 8X8 點矩陣 3. 學習 Keil C 程式語言 4. 提升焊接技巧 5. 加強辨識電路圖的能力三製作架構 ( 一 ) 專題製作流程專題製作的第一步尋找題目, 很多人一開始都會卡在這邊, 雖然平常都是創意無限, 但是碰到專題, 我也是一個頭兩個大, 還好有其他老師從旁扮演著很關鍵的角色訂定好題目之後, 就開始尋找所需的材料以及相關資料之後叫開始進行焊接和製作書面報告過程中遇到問題或是有需要討論的地方, 其他老師同事也都會從旁幫助, 互相砥礪, 學習成效相當高 1

7 ( 二 ) 專題製作流程圖確立專題題目討論蒐集資料採購編寫程式參考印刷電路搜集整理資料燒錄單晶片繪製電路圖分析資料電路測試紀錄報告電路模擬電路修改電路確認電路焊接製作專題結果與建議, 撰寫專題報告圖 (1) 專題製作流程圖 2

8 四製作預期成效 1. 一開始定義蛇長陣列, 預設蛇頭 & 蛇尾 & 蛋的位置, 並記錄對應 X,Y 軸的位置 2. 等待按鈕按下後啟動蛇身移動, 依按的上下左右鍵決定蛇行進的方向, 並記錄當下 X,Y 軸位置 3. 隨時判斷蛇頭是否有超過 8x8 矩陣的四邊位置, 或是自撞蛇身陣列位置 ~ 蛇長恢復 2 節 4. 若吃到蛋後將蛇身加長, 並將蛇尾位置定義成下一個蛋出現的位置 5. 若吃到蛋 =15 顆後 ( 蛇長 17 節 ), Level 進階一級速度加快一級, 蛇長恢復 2 節 ~ 共有 10 個 Level 3

9 貳理論探討本章將介紹 89C51 單晶片以及其他電子零件的理論及相關資料, 共分為兩個部份, 第一個部份是電子零件 ; 第二個部份則是介紹我所使用的程式碼一電子相關零組件 ( 一 )89C51 單晶片 89C51 系列主要功能如下 : 1. 為一般控制應用的 8 位元單晶片 2. 晶片內部具時脈振盪器 ( 傳統最高工作頻率可至 12MHz) 3. 內部程式記憶體 (ROM) 為 4K 位元組 4. 內部資料記憶體 (RAM) 為 128 位元組 5. 外部程式記憶體可擴充至 64K 位元組 6. 外部資料記憶體可擴充至 64K 位元組條雙向輸入輸出線, 且每條均可以單獨做 I/O 的控制 8. 5 個中斷向量源 9. 2 組獨立的 16 位元定時器個全多工串列通信埠及 8752 單晶片具有資料保密的功能 12. 單晶片提供位元邏輯運算指令圖 (2)8051 結構圖 4

10 接腳功能如下 : 1. Pin40: VCC 8051 電源正端輸入, 接 +5V 2. Pin20:VSS 電源地端 3. Pin19: XTAL1 單晶片系統時脈的反相放大器輸入端 4. Pin18:XTAL2 系統時脈的反相放大器輸出端, 一般在設計上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振盪晶體系統就可以動作了, 此外可以在兩接腳與地之間加入一個 20PF 的小電容, 可以使系統更穩定, 避免雜訊干擾而當機在專題板子上, 所用的石英振盪晶體頻率是 MHz, 目的是為了可以計算延遲時間圖 (3)8051 接腳圖 5

11 5. Pin9: RESET 8051 的重置接腳, 高電位動作, 當要對晶片重置時, 只要對此接腳電位提昇至高電位並保持兩個機器週期以上的時間,8051 便能完成系統重置的各項動作, 使得內部特殊功能暫存器之內容均被設成已知狀態, 並且至地址 0000H 處開始讀入程式碼而執行程式在開啟後, 設定當家電開啟或關閉, 想要重新設計的話就要使用到 reset 6. Pin31: EA/Vpp EA=0 時, 系統會存取外部記憶體中的程式碼 EA=1 時, 系統會存取內部記憶體中的程式碼到 VCC, 當電源 ON 時, 電容會瞬間為短路, 所以 RESET 腳有 +5V 的高電位 7. Pin39~32: P0.0~P0.7 Port 0 為 8 位元開路汲極 (Open Drain) 的雙向 I/O Port 可以推動 8 個 TTL 負載 MOS 元件連接時必須加上提升電阻取外部程式及資料記憶體時, 利用多工的方式送出低位元位址 (A0~A7) 或資料 (D0~D7) 圖 (4) 提升電阻原件圖 8. Pin21~28: P2.0~P2.7 Port2 為可位元定址的雙向 I/O Port 部具提升電阻以推動 4 個 TTL 負載 Port2 另外一個功能 : 存取外部記憶體時, 為高位元組的位址 (A8~A15) 9. Pin1~8: P1.0~P1.7 Port1 為可位元定址的雙向 I/O Port 部具提升電阻以推動 4 個 TTL 負載 Port1 大部分只做單純的 I/O 用 10. Pin10~17: P3.0~P3.7 6

12 Port3 為可位元定址的雙向 I/O Port 部具提升電路的雙向 I/O Port 以推動 4 個 TTL 負載 11. Port3 另一功能如下 : P3.0:RXD, 串列通訊輸入, 用於跟電腦的連接,RS232 串列信號的輸入腳, 讓 8051 可以跟電腦來作用 P3.1:TXD, 串列通訊輸出 P3.2:INT0, 外部中斷 0 輸入 P3.3:INT1, 外部中斷 1 輸入 P3.4:T0, 計時計數器 0 輸入, 當開啟電路板後,BZ 就會, 開啟聲音出來, 表示電路正在運作 P3.5:T1, 計時計數器 1 輸入 P3.6:WR: 外部資料記憶體的寫入信號, 使用在兩邊繼電器的控制開關, 若繼電器開啟時,LED 燈就會亮起 P3.7:RD, 外部資料記憶體的讀取信號, 開啟板子的電源後, 會讀取脈波, 使 LED 燈亮起, 表示有在運作 ( 二 ) 8X8 點矩陣特性所謂的矩陣型 LED 就是將許多 LED 排成矩陣型的型式, 其種類共分為兩種一為共陽 ; 一為共陰若將每行的陽極接再一起則為共陽, 反之則為陰極, 如果要顯示數字 0~9 英文字母或一些特殊符號, 採用 5X7 即可 ; 但是若要顯示中文字時, 則須採用 4 個 8X8 所組合而成的 16X16 顯示幕, 才能顯示一個中文字圖 (5) 8X8 點距陣接腳圖圖 (6)8X8 點矩陣顯示器 7

13 ( 一 ) 專題製作使用儀器 ( 軟體 ) 設備參專題製作儀器 ( 軟體 ) 設備名稱個人電腦數位相機三用電表 IC 燒錄器電池 Word Power Point Keil C Protel 99SE 應用說明蒐集資料採買材料製作報告拍攝過程測量物件將程式燒綠至 89C51 中提供專題成品所需的電源撰寫書面電子檔進行口頭報告呈現撰寫電路所需之程式繪製電路圖表 (1) 專題製作使用儀器 ( 軟體 ) 一覽表 8

14 ( 二 ) 專題製作使用材料名稱材料名稱規格單位數量備註 AT89S52 8K 個 1 IC 座 40PIN 個 1 IC 座 16PIN 個 3 震盪晶體 25MHz 個 1 電容 22P 個 2 電容 10u 個 1 電容 470u 個 1 9P 排阻 4.7K 個 3 電阻 10K 個 1 母座排針 12PIN 個 2 雙色 LED 點矩陣 8X8 共陽極個 1 IC ULN2003A 個 3 電晶體 S8050 個 8 電晶體 S8550 個 1 按鈕 SW 個 4 蜂鳴器個 1 洞洞板個 1 表 (2) 貪食蛇之材料表 9

15 ( 三 ) 製作方法與步驟尋找專題確認專題開始工作製作電路製作報告製作程式碼購買材料收集資料尋找程式碼尋找材料閱覽資料確認程式碼材料確認資料編輯編輯程式碼材料配置開始製作程式碼偵錯電路 layout 完成製作完成程式碼開始焊接燒錄單晶片焊接完成電路檢測完成 8X8 點矩陣貪食蛇專題製作圖 (7) 製作方法與步驟 10

16 ( 四 ) 電路圖圖 (8)8X8 點矩陣貪食蛇電路圖 11

17 (7) 硬體方塊圖圖 (9) 硬體方塊圖 12

18 肆製作成果圖 (10) 成品圖一圖 (11) 成品圖二 13

19 圖 (12) 方向控制板 14

20 伍結論與建議一結論透過了此專題製作學習方式幫助學生提升對課程內容的學習興趣, 並培養學生學習具備問題解決研究探討反省及團隊合作及應用資訊科技等多項能力, 專題製作可培養團隊合作的精神, 因彼此都會有自己的意見, 學習如何去合作把意見統一, 專題製作需要主動探討及研究, 需具有主動探討的學習責任, 也鼓勵了小組成員分工和合作時的精神雖然會各自皆會遇到不同的困難及問題, 但是自己動手做的專題當看到自己努力而成的作品會很有成就感整體而言專題製作學習即是一種有價值有收穫的學習方式可以明確的知道自己能在此專題製作學習增進自己的資訊科技的能力及其技能二建議 ( 一 ) 除了 8X8 點矩陣以外, 也可以將其換成 16X16 點矩陣等等, 可以增加遊戲的挑戰性 ( 二 ) 可以竄改程式碼, 讓點矩陣顯示其他不同的東西 ( 三 ) 長時間盯著可能會導致眼部不適, 所以建議遊玩 1 小時要休息 15 分鐘 15

21 參考文獻 1. 楊明峰,2008,8051 入門輕鬆學, 台北市 : 碁峰資訊 2. 鍾富昭,2003,8051 專題製作, 台北市 : 全華文化 3. 林豐隆,2007, 專題製作, 台北市 : 全華文化 4. 傅榮鈞林偉政, 專題製作 8051 單晶片篇, 台北縣 : 台科大圖書 5. 徐椿樑陳輔賢,2004,8051/8951 理論與實物應用, 台北市 : 全華文化 6. 于惇德黃奎鈞林保國陳孟熙,8*8 點矩陣顯示器運用 89C51 掃描顯示技巧 7. 維基百科 : 英特爾

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