迷你保齡球專題製作報告書
指導老師:陳致中 組員:李承儒、賴立修、廖育群、蔡政霖 1. 前言 8051/89C51 是目前市面上相當受歡迎 的單晶片微處理器之一，其相關產品 與種類非常多，由於網際網路的盛 行、PC 的普及，有關 8051 的網頁、線 上資料庫以及免費發展應用工具，都 能從網路上下載獲得，8051/89C51 單 晶片相當方便。8051/89C51 單晶片除 了控制功能外，可利用原有的串列界 面，搭配與 PC 的溝通程式，透過 TCP/IP 原理，使單晶片增加先進的網 路功能，應用範圍可說無遠弗屆。 89C51 是一個八位元(8-bit)的 CMOS 單晶片微處理器，符合 MCS-51 工業 標準，內含 4K-byte 的快閃記憶體 (Flash Memory)，可重複燒錄程式達 1000 次以上；128-byte RAM 程式記憶 體，作為程式變數區；提供 32 條 I/O 信號線，2 個 16-bit 的計時器(Timer)、 計數器(Counter)，雙向串列埠(RS-232SerialPort)，和五個中斷向量功 能。 2. 研究目的 本專題的製作理念是想起從前外出與 朋友到大魯閣遊樂場玩時，所玩的迷 你保齡球機引起的興趣而嘗試製作； 過程中也許有不斷的失敗而止步下 來，或是心情沮喪碰到難關的時候， 但這絕對是短暫的。 此次使用 1 個 8951 石英晶體內的 數十個 port 發送出訊號至各電路板 塊，進而使元件運作起來，模擬出保 齡球簡化規則的迷你版保齡球；計算 球數的七段顯示器，感應球落下的微 動開關，累加分數，無擊倒的洗溝失 敗，以及這次較特殊的使用步進馬達 將球瓶回原位的機構，並且鋪上導電 漆使用短路及通路感測是否有倒下， LED 燈會以滅及亮來觀看目前剩餘球 瓶。 3. 工作分配 組長:李承儒 撰寫組合語言。 組員:賴立修 繪製電路、製作報告。 組員:廖育群 繪製電路、維修電路板。 組員:蔡政霖 製作整體模型外觀。 4. 製作流程圖 5. 系統電路(文章尾端有附件圖片) 5-1.電源集合及輸出電路 5-2 步進馬達及音效喇叭區5-3 球瓶 LED 控制電路 5-4 專題特別設計 球瓶感應輸出 在軌道後方鋪設一塊如””圖””的 電路板，使用短路及通路的方式感應 球瓶是否倒下，LED 燈號在無倒下時為 亮，倒下時為熄滅。 "最重要的球瓶偵測"，是採用很原始 的電路偵測導電與不導電而已，但是 這是疑惑最久不知道程式為甚麼不動 作的部分，天真的把電路與球瓶指示 燈串在一起，電路上看起來沒錯但其 實電流根本無法讓晶片偵測到，因為 電流過小而使晶片偵測一直待在所謂 的"不確定值"，再來分開變並排連接 後發現低電位的信號非常容易被干 擾，所以又用了反閘將低電位訊號改 成高電位。 5-5 16x16 中文廣告看板 操作步驟或方法 插上電源，撥動開關 播放開機音效→馬達轉動放下球瓶→ 丟球→擊倒→計算得分→累計丟球次 數，馬達將球瓶拉回原位→回到丟球 步驟繼續直到累計數為9→結算分數 特別注意: 焊點不少及有不少的跳線要注意，最 後要是失敗可能要重頭做 起了。焊接 的基本工很重要。第一次做要成功比 較困難，點矩陣密集排列很容易碰觸 一下就造成局部短路。接下來就要分 清楚是顯示板還是控制板哪個出問 題。從顯示板用三用電表去測量，看 點距陣是否都正常的顯示，依電路圖 去尋找錯誤，看哪一個焊點沒有焊 好，有空接或短路了。顯示板確定無 誤後，就剩控制板發送的訊號，是否 都有通路於 60 個 684 電晶體。元件擺 放是個困擾，做得太大會讓組裝上機 器有問題，要小的話，元件需要有適 當及規律的排列接線。
6. 組合語言 由於全部過於冗長，張貼部份程式碼 16X60 中文廣告看板組合語言 .ORG 0 START: MOV DPTR, #DATA_T MOV R0,#83 將所要顯示的字數加四,即為 R0 之預設值. STA_0: MOV R1,#16 STA_1: MOV R2,#8 ; 一個畫面所顯示的次數 SHOW: MOV R3,#0 ; MOV R4,#0 ; 行掃描解碼
SHO_0: MOV A,R3
MOVC A,@A+DPTR MOV P0,A INC R3 MOV A,R3 MOVC A,@A+DPTR MOV P1,A INC R3 MOV P2,R4 LCALL DELAY ; 延時 INC R4 MOV A,R4 ANL A,#0FH CJNE A,#15,SHO_1 INC R4 SHO_1: MOV P2,#0FH ; 先將 LED 熄滅,以免造成殘影 CJNE R3,#120,SHO_0 DJNZ R2,SHOW INC DPTR INC DPTR DJNZ R1,STA_1 DJNZ R0,STA_0 LJMP START 整體主程式 ORG 0 MOV DPTR, #DATA_TABLE1 ;--- ;開機音效啟動 SETB P2.7 CALL MD_DELAY CLR P2.7 ;--- ;進行歸零動作 GO: MOV R0,#0;球數 MOV R1,#0;分數 CALL OUT CALL ED ;--- STERT: CLR P0.7 JB P0.7,NO MOV R2,#0 JMP STERT NO: MOV R2,#6 CALL IN MOV A,R1 ADD A,R2 MOV R1,A CALL OUT CALL DELAY CALL MD1 CALL MD2 CJNE R0,#10,STERT;判斷 是否已超過球數若是則結束 CALL MD1 JMP $ IN:
CALL INPUT ANL A,#1 CJNE A,#1,S1 DEC R2 S1: CALL INPUT ANL A,#2 CJNE A,#2,S2 DEC R2 S2: CALL INPUT ANL A,#4 CJNE A,#4,S3 DEC R2 S3: CALL INPUT ANL A,#8 CJNE A,#8,S4 DEC R2 S4: CALL INPUT ANL A,#16 CJNE A,#16,S5 DEC R2 S5: CALL INPUT ANL A,#32 CJNE A,#32,S6 DEC R2 S6: CJNE R2,#0,S7 SETB P2.5 CALL MD_DELAY CLR P2.5 S7: CJNE R2,#6,S8 SETB P2.6 CALL MD_DELAY CLR P2.6 S8: INC R0 RET INPUT: MOV A,P0 RET ;--- ED: CALL INPUT ANL A,#63 CJNE A,#0,G1 CALL MD2 G1: RET ;--- ;顯示球數與分數
OUT: MOV A,R1
MOVC A,@A+DPTR MOV P1,A MOV A,R0 MOVC A,@A+DPTR MOV P2,A RET ;--- ;上升球瓶副程式 MD1: MOV A,#FEH MOV R5,#0 TT1: MOV R4,#0 START1: RL A MOV P3,A LCALL MD_DELAY INC R4 CJNE R4,#205,START1 INC R5 CJNE R5,#17,TT1 RET ;--- ;下降球瓶副程式 MD2: MOV A,#FEH
MOV R5,#0 TT2: MOV R4,#0 START2: RR A MOV P3,A LCALL MD_DELAY INC R4 CJNE R4,#205,START2 INC R5 CJNE R5,#17,TT2 RET ;--- ;微動偵測延遲 DELAY: MOV R5,#10 DELAY_0: MOV R6,#100 DELAY_1: MOV R7,#75 DELAY_2: DJNZ R7,DELAY_2 DJNZ R6,DELAY_1 DJNZ R5,DELAY_0 RET ;--- ;馬達與音樂觸發信號延遲時間 MD_DELAY: MOV R6,#10 DEL_0: MOV R7,#100 DEL_1: DJNZ R7,DEL_1 DJNZ R6,DEL_0 RET ;--- ;數字資料區 DATA_TABLE1: DB 00H,01H,02H,03H,04H,05H,06H,07H,0 8H,09H DB 10H,11H,12H,13H,14H,15H,16H,17H,1 8H,19H DB 20H,21H,22H,23H,24H,25H,26H,27H,2 8H,29H DB 30H,31H,32H,33H,34H,35H,36H,37H,3 8H,39H DB 40H,41H,42H,43H,44H,45H,46H,47H,4 8H,49H DB 50H,51H,52H,53H,54H,55H,56H,57H,5 8H,59H DB 60H END
7. 心得討論 軟體製作部分 在這一整個製作流程中，首要的就是 想好89C51晶體需要寫入甚麼組合語言 來動作，如計算分數，球掉落後機台 應該出現甚麼樣子的動作等…不先擬 定的話，電路板的繪製會有風險性， 一塊的曝光板或許不是說多高價，但 是如果畫好之後又進行組合語言上的 修改而需要動到Port，40PIN的8951接 腳也需要修改後重新Lat out出一塊， 那麼製作價格壓低算的上我們這次目 標之一， 硬體製作部分(模型) 想好這次專題題目的時候，就在推算 要裝置機構的模型的長與寬以及厚度 需要多少才不至於說機台太重或是太 輕薄而造成移動時後內部壓力讓他破 裂、使用材料的數量及價格，問完外 面商家價格時候還正在猶豫，剛好學 校有練習證照後剩下來的合成木板， 省了一筆錢，就算另外要購買的話價 格也不會太高，但是想不到因為是合 成木的關係，無法過度使用電動鑽頭 或是電鋸，容易造成合成木的接合點 崩裂。 體製作部分(繪製PCB板) 硬體部分算得上這次專題頗為麻煩的 地方，不能讓電路太大，電路板大， 模組所需要的大小也會跟著大起來， 讓機台過於笨重就有違這次專題名稱 「迷你保齡球」了。平時在校都只是 焊接簡單的電路，此專題設計出的電 路有寬有細，焊起來居然滿容易出錯 的，就如同那廣告看板，為了要讓點 矩陣靠的近就需要把電路畫的緊密， 焊接時候錯誤連連，幸好的是只有在 這塊上出問題。第一次繪製89C51的電 路是將所有功能放一起連同接線，但 是接到最後發現太多東西，接到甚麼 地方都搞不清楚，第二次將所有區域 分開來繪製，不僅插元件方便許多， 焊接上也更快速以及將失誤率降到很 低了，只需要多幾條排線來做為板塊 的連接而已。 16x16中文廣告看板 看板在迷你保齡球的專題中算的上 其中的小專題， 1. 需要用到一顆單晶片和 36 顆點距 陣....等等來製作，所以焊點不 少及有不少的跳線要注意，最後 要是失敗可能要重頭做 起了。焊 接的基本工很重要。 2. 第一次做要成功比較困難，點矩 陣密集排列很容易碰觸一下就造 成局部短路。 3. 接下來就要分清楚是顯示板還是 控制板哪個出問題。 4. 從顯示板用三用電表去測量，看 點距陣是否都正常的顯示，依電 路圖去尋找錯誤，看哪一個焊點 沒有焊好，有空接或短路了。 5. 顯示板確定無誤後，就剩控制板 發送的訊號，是否都有通路於 60 個 684 電晶體。 6. 元件擺放問題是個困擾，做得太 大會讓組裝上機器有問題，要小 的話，元件需要有適當及規律的 排列接線。
8. 製作過程、成品圖及附件電路圖
▲
側面拍攝(左右邊)
▲
球溝拍攝(中間及前端)▲
機台底部製作過程照
▲
廣告看板鑽孔及撰寫組合語言 電路圖附件及成品特寫(對照最上方系統電路) 附件 5-1.電源集合及輸出電路▲
PCB lay out 圖(左:集合電路、右:輸出穩壓電路)▲
實體電路板 原先使用了一大塊總合電路(如上圖) 要控制總體機構，卻發現 vcc 與+12v 及接地上的拉線很容易與其他部位的 線路衝突到，之後改用這種方法對於 焊接及故障後找出故障點都會較輕 鬆。 附件 5-2 步進馬達及音效喇叭區▲
PCB Lay out 電路圖
▲
實體電路板 電路板是分為兩張拍攝，左側圖是由 上往下看的喇叭，右側圖是裝設喇叭 板子下方的馬達，做為將球瓶歸位的 機構 附件 5-3 球瓶 LED 控制電路 ▲PCB Lay out 電路圖 ▲實體電路板裝上機 附件 5-4 專題特別設計 ▲電路圖及實體電路板
▲
實際裝上情況 微動觸發計分機構▲
左圖為尚未觸發，右圖為處發 這個機構是搭配著“球瓶感應 輸出”來使用，當球瓶被擊倒時後 理所當然的球會往後掉到溝槽下方 加分記數，如果沒有觸發到的話， 就算是手去把瓶子亂攪一通也不會 有任何加分
附件 5-5 16x16 中文廣告看板
▲PCB Lay out 電路圖
材料明細表 參考文獻 一.新文京開發出版股份有限公司 張和、陳敵北編著「例說 8051」 二.全華科技圖書股份有限公司 蔡朝洋編著「單晶片控制實習」 三.台科大圖書股份有限公司 盧佑銘編著「Protel PCB99SE」 印刷電路板設計 誌謝 周達峰，協和工商資訊科主任， 歷年教學資料紀錄參考， 民國九十八年。 陳威志，協和工商資訊科教師， 8051單晶片製作講義， 民國九十八年。 陳致中，協和工商資訊科教師， 歷年任教講義紀錄參考 民國九十八年 項次 材料名稱 規格 數量 1 電阻 180Ω 66 2 電阻 8.2kΩ 2 3 電阻 1kΩ 6 4 電阻 3kΩ 1 5 電容 10μf 2 6 電容 47μf 5 7 電容 104pf 14 8 LED 紅色 6 9 LED 綠色 14 10 石英振盪器 12MHZ 3 11 8951 89C51 3 12 MOS 座 2Pin 15 13 DC 座 12v 2 14 步進馬達 12v 1 15 按鍵開關 2 2 16 電源開關 1 1 17 電線壓條 2m 2 18 壓克力板 1.2*1m 1 19 排組 A472G 1 20 排組 A101G 2 21 IC 74LS47 3 22 IC 74LS04 2 23 IC 74LS47 1 24 IC LM7805 2 25 IC LM7812 1 26 IC 74LS154 4 27 IC 74LS07 3 28 IC 74LS139 1 29 IC FT5754 1 30 喇叭 2/1 1 31 磁鐵 1.5cm 10 32 球瓶 5.5cm 7 33 鐵球 1.5cm 10 34 微動開關 小型 6 35 導電銀漆 50cc 1 罐 36 木紋紙 1A 1 37 薄木片 1m*2m 1 38 合成木板 5m*3m 3 39 散熱片 U 形 3 40 電晶體 684 60
