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《单片机原理及应用》课程设计教学大纲

课程编号:161018

编写教师:张晓虎 陈日新 杨民生 熬章洪

审 核:陈日新 王南兰

一、学时学分

学分: 1分 时间: 1周

二、适用专业及开课学期

自动化专业 6学期

三、课程设计的地位、作用与目的

《单片机原理及应用》是一门技术性,应用性、实践性很强的学科。本课程设计是在学完单片机原理及课程之后综合利用所学单片机知识完成一个单片机应用系统设计并在实验室实现。该课程设计的主要任务是通过解决一、两个实际问题,巩固和加深“单片机原理与应用”课程中所学的理论知识和实验能力,基本掌握单片机应用电路的一般设计方法,提高电子电路的设计和实验能力,加深对单片机软硬知识的理解,获得初步的应用经验,为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。

四、课程设计内容与基本要求

1、课程设计内容

单片机课程设计要以89C51的基本知识和方法为基础,通过系统扩展达到应用单片机解决不太复杂的实际问题的目的。下表是参考课题:

序号

项目

内容提要

1

倒计时器

由单片机接收小键盘阵列设定倒计时时间,倒计时范围最大为60分钟,由LED显示模块显示剩余时间,显示格式为 XX(分):XX(秒).X,精确到0.1s的整数倍。倒计时到,由蜂鸣器发出报警。

2

蓄电池电压监控器

蓄电池组单体电池正常电压为12V,充电完毕后其电压可达到13.5V,放电后电压会降低,当电压低于9V后若继续放电则会造成电池的永久性损坏。要求设计一个单片机系统,能对蓄电池组的8个单体电池电压状态进行监控,当电池电压为12.5V以上时红色二极管发光,表示其电量较为饱满;当电池电压大于9V小于12.5V时绿色二极管发光,当电压电压低于9V时黄色二极管发光,并用蜂鸣器报警,用LED显示管显示当前检测电池的序号。要求轮流对电池组的8个电池进行检测,每4秒完成一轮检测。当出现报警时,保持显示状态不再改变。要求用电位器模拟电池的电压。

3

数字电子钟

要求用单片机设计一个电子钟,采用LED数码管来显示时间,显示格式为:XX:XX:XX,即:时:分:秒.,要求显示到0.1秒的整数倍。

时间可采用12小时制显示或24小时制显示,采用12小时显示时必须在另外一个数码管上显示A(表示上午)或B(表示下午)。

设置一个按键用于时间显示方式的切换。系统上电后从零开始计时,要求能进行显示时间的调整,调整时间时显示时间制式的数码管显示T(表示调整),可按自己的要求设置扩展的小键盘个数。

4

方波发生器

设计一个方波发生器,用4位数码管显示方波的频率。基本要求:①频率可调,用一个变阻器来调整波形的频率,频率调节范围为20HZ~2000HZ;②占空比可调,采用两个按键来实现增加、减小波形的占空比作用,占空比调节步长为1%,即每按键一次,占空比增加或减少1%。占空比用另外两位数码管显示。③系统上电时频率依变阻器的阻值设定,占空比初始值设定为50%。

5

室温测量与显示仪

设计一个单片机控制的室温测量与显示仪,要求使用3个温度传感器,在室温传感器都工作正常的情况下取3个传感器的测量平均值作为室温值并将它在三位数码管上进行显示,如果任何一个温度传感器的测量值与三个传感器所测得的平均值偏离10%以上则剔除该测量值,即取另外两个传感器的测量平均值作为最终结果,当室温高于28℃时点亮红色二极管,当室温低于12℃时点亮绿色二极管。

6

交通灯控制器

设计出一个单片机控制的十字路口交通信号灯控制器,要求在十字路中心设有4个方向的交通指示灯,红灯停,绿灯行,红绿灯变化的中间用闪烁的黄灯隔离,要求采用南北向通行45s,东西向通行25s的轮流通行方式,黄灯闪烁时间为3s(不计入通行时间内)。

7

吸油烟机控制器

基本要求:该吸油烟机采用轻触式开关控制。

吸油烟机功能要求:吸油烟机照明灯开关按键一个,假设为B1,照明指示灯一个,假设为LED1;吸油烟机风扇转动按键两个,假设分别为B2,B3,对应这两个按键指示灯两个,假设分别为LED2,LED3;吸油烟机功能开关按键,假设为B4,对应指示灯一个,假设为LED4;

按一下B1,LED1变亮,同时吸油烟机照明灯打开。再按一下B1,LED1熄灭,照明灯关闭。B2和B3都能控制吸油烟机风扇的转动,但他们控制吸油烟机风扇的转速不同,按一下B2,LED2变亮,风扇高速转动,此时按一下B3,LED3变亮,LED2熄灭,风扇低速转动,B2不再控制风扇;再按一下B2则LED2变亮,LED3熄灭,风扇又高速转动,B3不再控制风扇,也就是说在同一时间里,B2和B3中只能有一个按键能控制风扇转动。按一下B4,LED4变亮,这时可以按B2或B3控制风扇转动,再按一下B4则LED4熄灭,亮着的LED2或LED3也熄灭,B2和B3都不在起作用。在LED4不亮的状态下,按B2或B3不起作用,B1则不受影响。

8

五彩灯控制器

设计5个按键实现对8个LED的控制,并利用数码管显示按下的按键号,5个按键对应的功能为:

1号键:此键按下,对应所有的灯都熄灭;2号键:此键按下,LED1----LED8流动点亮;3号键:此键按下,LED1----LED8依次点亮;4号键:此键按下,LED1、LED3、LED5、LED7和LED2、LED4、LED6、LED8轮流点亮。5号键:此键按下,LED1——LED8闪烁。

9

消毒柜控制器

消毒柜功能要求:臭氧消毒指示灯LED1、LED2;加热指示灯LED3、LED4;消毒按键A1;消毒柜照明按键A2;

开机时所有指示灯均熄灭,按一下A1则LED1亮,臭氧发生器开始工作,20s后,LED1灭,LED2亮;20s后,LED2灭,LED3亮,臭氧消毒结束,进入加热干燥阶段。20秒后,LED3灭,LED4亮,再经过20秒后LED4灭,整个消毒、加热干燥过程结束。需要不同种类的消毒、加热干燥时,可以通过按A1进行选择,每按一次A1,点亮的LED指示灯下移一位,只进行余下的消毒、干燥过程。要求消毒柜有如下四种消毒干燥过程:、(1)LED1亮 消毒20秒→消毒20秒→加热20秒→加热20秒;(2)LED2亮 消毒20秒→加热20秒→加热20秒;(3)LED3亮 加热20秒→加热20秒;(4)LED4亮 加热20秒消毒或加热的确切时间(秒)必须用数码管显示出来。

A2单独控制,按一下A2,点亮照明灯LED5,再按一下A2,关闭照明灯LED5。

10

简单的编码解码器

利用两片51单片机,其中一片为编码器,另一片为解码器,编码器设计8个按键,每个按键对应一组编码,利用一根I/O口线来实现编码的输出,使用解码器的一根I/O口线来接收编码器发出的编码,(也可利用串行口实现)。解码器接收到正确的编码时,在数码管上显示对应的编码,接收到错误的编码时,在数码管上显示全0。编码器8个按键对应的8个编码为:

1号键:此键按下,发出编码1;2号键:此键按下,发出编码2;3号键:此键按下,发出编码3;4号键:此键按下,发出编码4;5号键:此键按下,发出编码5;6号键:此键按下,发出编码6;7号键:此键按下,发出编码7;8号键:此键按下,发出编码8

11

里程计数器

汽车里程计数器由三个部分组成,一是车辆跑动信号的采集,当车辆跑动时,转轴带动一小磁体转动,车轮和该小磁体的转动比是一定的,这里可以利用磁感应传感器来接收小磁体的信号,小磁体转动一周与磁感应传感器正对一次,传感器输出口就会产生一个大约20ms的低脉冲,使用单片机来检测传感器信号。(可以用按键来模拟传感器信号,检测按键按下次数可用两种方式完成(1)利用定时器/计数器的计数器功能对按键产生的低脉冲进行计数(2)直接利用I/O口来检测按键按下次数)。二是对车辆行驶的里程进行计数并利用I2C协议将数据及时保存到E2PROM中(这里我们使用单片机内部的基本RAM单元来存储计数值)。三是显示车辆行驶的距离,假设按键按下10次为1公里,利用数码管显示6个数码管显示里程数。

12

简易波形发生器

①利用单片机组成一个多波信号发生器。②能输出的波形为三角波、锯齿波、方波、正弦波。③输出波形频率f=1~100Hz、幅值Vm=0~5V。④输出波形频率通过小键盘调节,幅值通过电位器调节。

13

数字转速表

①利用单片机组成一个数字转速表。②电机转速由信号发生器的方波脉冲信号模拟。③利用4位LED显示器显示: a.当前转速 b.给定转速 c.给定转速和当前转速的区别标志 d.超速报警指示。④利用小键盘实现:a.显示选择 b.给定转速输入。⑤测速范围500rpm~1500rpm,电机正常转速1000rpm。⑥检测精度:误差≤0.01%,检测对应关系:1024个脉冲/转,采样周期:40ms。

14

数字钟与电子跑表

①利用单片机组成一个数字钟与电子跑表。②利用4位LED显示器显示:数字钟时、分,秒用时分间的小数点闪烁指示;跑表秒为单位,格式×××.×。③数字钟与电子跑表通过一个“钟/表”键乒乓切换。④通过“时”键和“分”键分别校正时和分,每按一次对应+1,跑表状态下这两键无效。⑤跑表状态下,按“开始”键计时,“停止”键停止,数字钟状态下这两键无效。

15

数字密码锁

①利用单片机组成一个数字密码锁,密码4位。②门锁状态由一开关模拟。③利用4位LED显示器显示:锁开启状态闪烁显示“on”,锁锁住状态闪烁显示“OFF”,闪烁周期1s;小键盘输入密码和设置密码时均显示4位密码。④利用小键盘输入密码和设置密码。当输入密码与设置密码吻合,密码锁打开,显示器显示“on”;否则显示“OFF”不变,并声音提示3s。⑤设置密码要有权限。

16

电话拨号器

①利用单片机组成一个电话拨号器。②利用11位LED显示器显示所拨号码。③通过一开关模拟电话摘机。④挂机状态下,LED不显示;摘机状况下,从在左往右挤对显示,当拨完7位或者10位或者11位后,闪烁显示所拨号码,闪烁周期1s。⑤可以选择直拨10组号码中的任一个,预存的直拨号码可修改。

17

来电显示与语音报号器

①利用单片机组成来电显示与语音报号器。②来电号码通过小键盘输入模拟。

③利用11位LED显示器显示来电号码。④通过语音芯片和扬声器语音播号。

18

防盗报警器

①利用单片机组成一个防盗报警器。②对16个监测点监测,监测点用开关模拟,监测号:1#~16#。③利用2位LED显示异常监测号,如果多个不正常依次轮流显示;所有正常,显示当前时间。④监测点异常,声报警。⑤可以查询发生异常的时刻。

19

电压监视器

①利用单片机组成一个电网电压监视器。②电网电压大小用电位器分压器模拟。③用6位LED显示:a.当前电压值 b.最大电压值 c.最小电压值d.电压合格率 e.超上限率 f.超下限率 g.电压上限给定值 h.电压下限给定值。④利用小键盘实现电压上、下限给定值的输入和显示选择。⑤电压不正常,声报警。⑥采样周期1s,平均值的计算周期为2分钟,所求得的电压平均值作为同济和计算的依据,统计和计算以一天为单位,超过24小时则从头开始计算和统计。⑦超上限率=,超下限率与此类似,合格率=100%-超上限率-超下限率。

20

电子打铃器

①利用单片机组成一个电子打铃器。②用4位LED显示当前时间。③用一个发光二极管模拟电铃。响铃10s。④按我校冬、夏两季作息时间每天上下课自动打铃。⑤通过“时”键和“分”键分别校正时和分,每按一次对应+1

21

出租车计价器

①利用单片机组成一个出租车计价器。②根据出租车里程显示计价,3公里起步价5元,之后1.6元/公里,每200米计价跳表。③用4位LED显示计价,单位元,采用4舍5入精确到角。④用信号源模拟里程,转换关系:3072个脉冲/千米。⑤通过“计价”键和“清0”键开始计价和清0,清0后显示“000.0”。

22

整流装置数字触发器

①利用单片机组成一个整流装置数字触发器。②用50Hz方波信号模拟同步信号。③移相范围0~180°,脉冲宽度18°。④可以产生单相半波、单相半控、单相全控、三相半波、三相半控、三相全控整流装置数字触发信号。⑤通过小键盘设定控制角和选择六种触发信号。⑥通过4位LED同时显示控制角和六种触发信号编号。

23

SPWM波发生器

①生成频率在1~50Hz可调的SPWM波。②通过小键盘改变频率。③实时显示当前频率。

24

双单片机的串行通信

①实现两片51单片机之间信息的串行通信。②通信信息由小键盘(0~F)输入,发送机每按一次任意键,即刻发送到接收机。③接收机按接收的顺序在本机的4位LED显示器上从右往左挤兑显示。④没有接收到信息前两处的4位LED显示器不显示。⑤每一个单片机既可以是接收机也可以是发送机。

25

简易计算器

①可对2位十进制数进行四则运算。②运算结果用LED显示,低位在最右边。③运算结果只显示有效位,当有效位数小于LED显示位数时,最高有效位前面不显示。④对于除法运算,小数点是动态的;对于除不尽的情况,以LED的位数决定有效位。⑤小键盘操作。

26

液晶显示广告牌

①可以通过液晶显示器显示100字以内的10条固定汉字广告信息。②每条广告信息可以依次轮流显示,也可以选择显示。③显示采用前后滚动显示,滚动速度可调。④采用的液晶显示器无汉字库。

27

抢答器

①用1片单片机控制8个抢答点。②每个抢答点配置一位LED数码管和一个抢答按钮,只允许4根连线。③LED数码管只在最先抢答时闪烁显示本抢答点的编号5s钟,其余时间不显示。④记录最先抢答的抢答点编号,并可以依次查询。

28

平面直线插补器

①利用逐点比较法实现直线平面插补。②x、y坐标的范围钧在0~99。③插补线段的起点和终点坐标由小键盘输入。④两插补点的时间间隔为1s。⑤实时显示插补点坐标。⑥x、y方向的插补军输出1s的高电平。

29

柜台服务呼号器

①利用一片单片机实现对8个柜台的呼号服务。②顾客编号1~99。③每个柜台配备一个2位LED显示器,显示呼叫和正在服务的顾客编号;另配备一个呼号按钮,当该按钮按下时,呼叫当值顾客号码和服务台号。④呼叫按编号进行,各柜台不能重复。⑤呼叫语音报号。

30

公共汽车报站器

①利用单片机实现公汽司机靠站按报站按钮报站。②报站按钮按按下的秩序依次报站;当为返回路线时,报号秩序颠倒。③为防止报号紊乱,可以由师傅选择报站,之后按报站按钮应在此基础上进行。④报站连续三次。⑤LED显示报站编号。

31

电子万年历

①能够显示年、月、日、时、分。②可以人为校正年、月、日、时、分。③地一次开机显示:2000 01 01 12.00。④掉电信息不丢失。

32

微打控制器

①利用单片机作为控制驱动北京炜煌WH4008T型微型打印机。②能将程序存储器中的程序以16进制目标程序打印输出。③能将数据存储器中的数据以图形或表格方式打印输出。④打印的启动和停止均由小键盘控制。

33

变频信号发生器

①输出一路高低电平信号,频率从50Hz~1Hz循环变化,每次变化1Hz,每种频率持续5个波。②输出信号频率用发光二极管闪烁指示。③使用一个查询按钮,当它按下时,用LED显示当前频率百分度,计算公式:。

34

八路抢答器

①如果想调节抢答时间或答题时间,按"抢答时间调节"键或"答题时间调节"键进入调节状态,此时会显示现在设定的抢答时间或回答时间值,如想加一秒按一下"加1s"键,如果想减一秒按一下"-1s"键,时间LED上会显示改变后的时间,调整范围为0s~99s, 0s时再减1s会跳到99,99s时再加1s会变到0s。②主持人按"抢答开始"键,会有提示音,并立刻进入抢答倒计时(预设30s抢答时间),如有选手抢答,会有提示音,并会显示其号数并立刻进入回答倒计时(预设60s抢答时间),不进行抢答查询,所以只有第一个按抢答的选手有效。倒数时间到小于5s会每秒响一下提示音。

③如倒计时期间,主持人想停止倒计时可以随时按"停止"按键,系统会自动进入准备状态,等待主持人按"抢答开始"进入下次抢答计时。④如果主持人未按"抢答开始"键,而有人按了抢答按键,犯规抢答,LED上不断闪烁FF和犯规号数并响个不停,直到按下"停止"键为止。⑤P3.0为开始抢答,P3.1为停止,p1.0-p1.7为八路抢答输入数码管段选P0口,位选P2口低3位,蜂鸣器输出为P3.6口。P3.2抢答时间调整结,P3.3回答时间调整,P3.4为时间加1调整,P3.5为时间减1调整。⑥当参赛选手在回答问题时要求使用锦囊,则主持人按下抢答开始键,计时重新开始。

35

电子秒表

①以8位LED右边2位显示秒,左边6位显示0,实现秒表计时显示。以4×4矩阵键盘的KE0、KE1、KE2等3键分别实现启动、停止、清零等功能。②用单片机定时器T0中断方式,实现1秒定时;利用单片机定时器1方式3计数,实现60秒计数。用动态显示方式实现秒表计时显示,用键盘扫描方式取得KE0、KE1、KE2的键值,用键盘处理程序实现秒表的启动、停止、清零等功能。

36

电子琴

①4×4组成16个按钮矩阵,设计成16个音。

②可随意弹奏想要表达的音乐。

(1)音乐产生的方法;

一首音乐是许多不同的音阶组成的,而每个音阶对应着不同的频率,这样我们就可以利用不同的频率的组合,即可构成我们所想要的音乐了,当然对于单片机来产生不同的频率非常方便,我们可以利用单片机的定时/计数器T0来产生这样方波频率信号,因此,我们只要把一首歌曲的音阶对应频率关系弄正确即可。

(2)音乐的音拍,一个节拍为单位(C调)

曲调值

DELAY

曲调值

DELAY

调4/4

125ms

调4/4

62ms

调3/4

187ms

调3/4

94ms

调2/4

250ms

调2/4

125ms

对于不同的曲调我们也可以用单片机的另外一个定时/计数器来完成。如T0用来产生音符频率,T1用来产生音拍。

37

数字电压表

①利用单片机AT89S51与ADC0809设计一个数字电压表,能够测量0-5V之间的直流电压值。②用数码管以十进制数进行显示。

38

简易数控电源

①输入电压: DC15V,输出电压: 1.3V——12.0V,电压调整精度0.1V。②负载能力: 300mA③动态三位数码管显示输出电压④按键调整输出电压,SW1——1V/0.1V步进电压调整键;SW2——递增调整键;SW3——递减调整键

39

交通灯控制器

东西、南北两干道交于一个十字路口,各干道有一组红、黄、绿三色的指示灯,指挥车辆和行人安全通行。红灯亮禁止通行,绿灯亮允许通行。黄灯亮提示人们注意红、绿灯的状态即将切换,且黄灯燃亮时间为东西、南北两干道的公共停车时间。设东西道比南北道的车流量大,指示灯燃亮的方案如下表所示。

60S

5S

80S

5S

……

东西道

红灯亮

黄灯亮

绿灯亮

黄灯亮

……

南北道

绿灯亮

黄灯亮

红灯亮

黄灯亮

……

说明: (1)当东西方向为红灯,此道车辆禁止通行,东西道行人可通过;南北道为绿灯,此道车辆通过,行人禁止通行。时间为60秒。(2)黄灯闪烁5秒,警示车辆和行人红、绿灯的状态即将切换。(3)当东西方向为绿灯,此道车辆通行;南北方向为红灯,南北道车辆禁止通过,行人通行。时间为80秒。东西方向车流大通行时间长。(4)这样如上表的时间和红、绿、黄出现的顺序依次出现这样行人和车辆就能安全畅通的通行。(5)此表可根据车流量动态设定红绿灯初始值。

40

数字频率计

利用AT89S51单片机的T0、T1的定时计数器功能,完成对输入信号的频率测量,结果通过8位动态LED显示。要求能够对0-250KHz的信号频率进行准确计量,误差不超过±1Hz。

41

数字音乐盒

①利用I/O口产生一定频率的方波,驱动蜂鸣器,发出不同的音调,从而演奏乐曲(最少三首乐曲,每首不少于30秒)。, ,②采用LCD显示信息。③开机时有英文欢迎提示字符,播放时显示歌曲序号(或名称)。④可通过功能键选择乐曲,暂停,播放。⑤选作内容:显示乐曲播放时间或剩余时间。硬件电路:本设计中用到了89C51单片机,4*4键盘,蜂鸣器,16*2 LCD,七段显示数码管LED。

原理说明:当键盘有键按下时,判断键值,启动计数器T0,产生一定频率的脉冲,驱动蜂鸣器,放出乐曲。同时启动定时器T1,显示乐曲播放的时间,并驱动LCD,显示歌曲号及播放时间。也可在LED显示歌曲号。

42

步进电机控制器

①利用单片机产生步进电机的驱动信号,要求步进电机三相六拍工作方式。②单向转速控制:0—3000r/m。③角位移控制:2º—9999º。④实时显示转速和角位移。⑤小键盘输入给定转速和角位移。

43

交流周波控制器

①利用单片机实现对连续的100个周波时间内的电压周波的通断控制。②输出一路通断信号。③LED显示导通周波数。 ④ 小键盘输入导通周波数。⑤负载电压必须是完整的周波。

2、基本要求

(1)根据应用系统的要求,初步掌握总体结构的方法和构思,从中选择一种最佳的设计方案。

(2)根据应用系统结构规模的要求,掌握在单片机外部扩展系统硬件设计的基本过程:例如硬件接口的设计,正确合理选用所需元器件,绘制应用系统与单片机连接的电路图等项工作。

(3)根据设计任务和要求,首先画出程序总体流程图,然后进行各控制模块程序的设计、编写系统程序。

(4)掌握如何应用单片机仿真器或编程器来开发应用系统及仿真调试的过程。例如先进行各模块调试,然后进行各程序模块的联调,最后与硬件一起进行联调,反复检测和修改直至开发结束。

五、课程设计指导书或教材

1、彭楚武编著.MCS—51单片微机原理及应用课程设计指导书(第三版).湖南大学电气工程系.1998

2、苏家键等.单片机原理与应用技术,高等教育出版社

3、张迎新主编.单片机中级教程.北京航空航天大学出版社

4、丁元杰主编.单片机原理与应用.机械工业出版社

5、孙育才主编.MCS-51系列单片微型计算机及其应用.东南大学出版社

六、课程设计场所及相关设施要求

设计地点可安排在单片机实验室或学生创新实验室进行。学生可在单片机实验室的DPJ单片机综合实验开发装置上自行选择模块进行组合,完成实验线路的构建,程序的编制,软件仿真,在线实时仿真运行及单片机系统独立运行等。

七、成绩评定

按100分考核,然后评定为优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级,具体如下表:

考核内容

考核标准

评分标准

设计方案

合理、正确

占成绩10%

综合三项成绩最终评定为优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级

调试与结果

独立完成,技术指标或性能符合设计要求

占成绩50%

考勤与考核

每天咨询,回答指导教师提问正确。

占成绩20%

设计报告

格式正确、内容充实、语言流畅、字数不低于5000字、A4纸张打印。

占成绩20%