《单片机原理课程设计》指导书.doc

单片机原理课程设计指导书机电学院2012.12.1一、说明单片机原理及应用是技术型专业基础课。该课程是实践性很强的一门课。本课程设计是继该课程之后进行的一个重要教学环节。它一方面检查学生学习本课程的情况，另外，也为后续的专业实习和毕业设计做一次综合训练和准备。课程设计后，要使学生在电路设计、电路图的绘制、软件的编程设计上有较大的提高，并结合专业能设计简单、实用的微型计算机应用系统。二、目的及要求1.目的：通过本课程设计，使学生进一步掌握微型计算机应用系统的硬、软件开发方法，输入输出（I/O）接口及存储器的扩展技术，应用程序设计技术并结合专业能设计简单、实用的微型计算机应用系统。主要针对课堂重点讲授内容使学生加深对微型计算机硬件原理的理解及提高汇编语言程序设计的能力，提高学生的开发创新能力。2.基本要求：重点研究单片机、A/D转换器、运算放大器、传感器、LED显示器、固态继电器、微型直流电机等元器件的特性、功能及使用方法；同时掌握主程序、子程序、中断服务程序框图的设计方法与汇编语言程序设计方法。要求设计系统具有可靠性高、可维护、维修性好及检测精度高等优点。设计内容可参考设计题目，也可根据自身情况自己拟定。3.任务要求：了解控制对象、环境参数检测原理，在充分掌握单片机、A/D转换器、运算放大器、传感器、LED显示器、固态继电器、微型直流电机等元器件的特性、功能及使用方法的基础上，创造性的、独立的设计本课题的内容。三、设计内容、步骤及材料要求1设计内容画出硬件原理图一张（A4号）；软件框图（包括主程序框图、主要子程序框图、中断服务程序框图等，A4号图纸1张）和系统初始化及部分典型子程序的汇编语言源程序清单。提交不少于4000字的设计报告一份（A4纸）。整体方案的规划设计及主要工作原理，实现的主要功能要做出简要说明；各功能模块的设计及实现的功能，元器件的选择，参数计算均需表述清楚。报告的书写要清除工整，层次清晰，文字流畅。后附5篇以上的参考文献。2设计步骤设计时间为10天，前3进行硬件原理草图设计，指导教师审查之后用2天的时间再进行绘图；第6、7、8天进行软件框图（包括主程序框图、主要子程序框图、中断服务程序框图）的设计及系统初始化的汇编语言源程序的设计；第9、10天答辩。3设计图纸要求（1）硬件原理图的绘制：元件图正确、型号标注要准确、连线清楚。（2）软件框图的绘制：流程清晰，逻辑准确。（3）系统初始化的汇编语言源程序的设计：功能齐全、语句简练、注释明确。四、教学手段 教师指导方案分析，小组讨论确定方案，个人绘制草图、硬件原理图、软件框图和系统初始化的汇编语言原程序。五、应注意的问题 设计中要充分调动每个人的积极性，根据平时学习情况，教师确定一些优秀生与一般程度的学生编成小组，以达到互补。随时掌握进度。要给优秀生多布置一些内容，以满足他们需要。教师要做到随时发现问题，随时解决，正确引导，避免设计中出现大的问题。明确学习进度及要求，防止学生互相抄袭现象。要使每个学生在硬件、软件设计上有较大的提高。最后的答辩是不可或缺的步骤，它是检验学生水平的关键一步。六、设计成绩的评定及参考书目 （一）设计成绩的评定 依据各位同学完成的课程设计报告材料、答辩情况，由教研室同头课教师组成评定小组，根据学生平时的工作情况，分析、表达方案的能力，图纸的质与量，独立工作能力，回答教师所提出的问题，出勤等情况，由评定小组评定成绩。设计成绩分为五级：优秀、良好、中等、及格和不及格。1、优秀：目的明确，态度端正，电子、单片机基础知识扎实，总体思路合理、元件选择正确，方案恰当，图面布局合理，格式正确，图纸数量完整，图纸设计质量高，答辩思路清晰、回答正确、表述准确。2、良好：目的明确，态度端正，电子、单片机基础知识比较扎实，总体思路比较合理、元件选择正确，方案恰当，图面布局比较合理，格式正确，图纸数量完整，图纸设计质量较高，答辩思路比较清晰、回答基本正确、表述准确。3、中等：目的基本明确，态度比较端正，电子、单片机基础知识比较扎实，总体思路基本合理、元件选择正确，方案基本得当，图面布局基本合理，格式基本正确，图纸数量完整，图纸设计质量一般，差错率小于10%。答辩思路基本清晰、回答基本正确。 4、及格：目的基本明确，态度比较端正，有一定的电子、单片机基础知识，总体思路基本合理、元件选择基本正确，方案基本得当，图面布局基本合理，格式基本正确，图纸数量完整，图纸设计质量一般，差错率小于20%。答辩思路基本清晰、经提示，回答基本正确。5、不及格：目的不明确，态度不端正；电子、单片机基础知识差，总体思路不够合理，方案不够得当，图纸设计质量较差，差错率大于20%。（二） 参考书目1. 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 2. 童诗白.电子技术基础（模拟部分）M.第四版.北京:高等教育出版社,19993. 阎石.电子技术基础（数字部分）M.第四版.北京:高等教育出版社,19994.集成电路速查手册5. 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 6. 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,2002期刊：1.电子技术应用2.微型机与应用 上网查资料，常用网站： 图书馆期刊镜像站；; ; 等设计时间：自2013年12月30日至2012年1月10日 共计2周（10个有效工作日），1月9日-10日设计答辩设计地点：电子技能训练室 6号楼402附件一： 课程设计任务书 (参考题目)1、 抢答器系统设计设计一个8人的抢答器，无人抢答时，8只灯循环跑亮，先按下的那个灯亮，同时喇叭响。2、投票系统设计设由系统6个专家对参赛者投票，每个人通过开关操作，置开关ON为投赞成票，置开关OFF为投反对票，总控制台通过另一个开关控制票数的读入时间，当有N个人投赞成票时，数码管显示N，不读票时数码管呈现霓虹灯状态。3、音乐播放系统设计 主要方法和要求：利用单片机的定时器产生乐谱的各种频率方波，信号经过放大后由喇叭发出声音。选取某段音乐令单片机连续播放。设计一个音盒，用按键控制演奏不同的乐曲。设计一简易电子琴，按不同的按键可进行乐曲演奏。乐谱和频率可查相关资料4、交通灯系统设计主要方法和要求：利用单片机的定时器定时，令十字路口的红绿灯交替点亮和熄灭，并且用LED数码管显示时间。5、计时器系统设计主要方法和要求：利用单片机的定时器/计数器定时和计数，用LED数码管显示计时的时间；某键按下去计时，再按一下停止计时；另一键按下去时间清0。6、频率计系统设计利用单片机的定时器/计数器定时和计数，计算出频率，用LED数码管显示出来。7、电子钟系统设计利用单片机的定时器/计数器定时，用LED数码管显示出年、月、日来。并具有声音提醒功能。a.具有交替显示年、月、日和显示时、分、秒的功能；b.具备校正功能；c.具备设定闹钟和定时闹钟响功能；d.具备准点报时和生日提醒功能（功能a必备，功能b-d择其一进行系统设计）8、温度测量系统设计主要方法和要求：利用热敏电阻和电桥电路测量温度变化信号，经过放大后送到ADC0809转换成数字信号，计算后在LED数码管显示其温度值。9、温度测控系统设计主要方法和要求：利用温度测量系统实时检测控制对象的温度值，并利用加热或制冷模块实现控制对象的温度在设定范围内。要求设计：显示电路显示温度值和设定温度值，键盘电路可进行温度设定等。如：基于单片机的加热炉温度控制系统设计，鱼苗孵化室的温度控制，空调控制器的系统设计。10、出租车计价器系统设计主要方法和要求：原理是，价格=速度*时间*单价，总价等于其和；利用单片机的定时器/计数器定时和计数，用LED数码管显示总价和时间。11、电机脉宽调速设计主要方法和要求：设计测速系统，检测电机的转速。以AT89C系列单片机为核心，根据给定转速使单片机产生调速脉冲信号实现直流电机的脉宽调速。也可参考以下题目查找资料，完成本次课程设计：温室群节水灌溉控制系统电路设计煤矿皮带输送机断带检测系统设计涡轮机轴向位移监测系统设计智能楼宇恒压供水控制系统的设计冷库微机监控系统的设计 楼宇火灾自动报警系统设计红外防盗报警器系统设计 数字暖气表的设计室内环境自动监控报警系统的设计无人监守点滴自动监控系统设计电子血压计的设计智能型充电器系统设计公共卫生间自动冲水系统设计汽车雷达防碰撞系统设计基于单片机的二氧化碳浓度检测器设计基于无线通讯的家居温湿度监测系统设计基于无线通讯的小区防火报警系统电路设计附件二： 课程设计报告写作要求 一、封面 （统一打印） 二、正文 1、概述所作题目的意义及系统的主要功能；2、硬件电路设计原理图及各部分电路功能描述；3、软件设计框图（含主程序及典型子程序或中断服务程序）及描述；4、部分源程序代码（要有注释）。三、课程设计体会 四、参考文献附件三： 参考文献（录入格式）必须是公开发表的，正文中应按顺序在引用参考文献处的右上角用“”标明，“”中的序号与参考文献中的序号一致。文献作者前3名全部列出，超过3人时加“等”字。具体格式如下： 期刊类序号 作者1，作者2，作者3，等.题名J.刊名，出版年，卷号（期号）：起止页码 图书序号 作者.书名M.版次（第一版不注）.出版地：出版者，出版年.起止页码. 学位论文序号 作者.题名D.保存地点：保存单位，年限 论文集序号 作者.题名A.主编者.论文集名C. 出版地：出版者，出版年.起止页码. 附件四 系统设计说明书范例 防盗门用红外遥控密码锁的研制0 引言随着社会科技和人们的生活水平的提高，家庭防盗问题变得尤为突出。传统的机械锁因其构造简单，被撬事件屡见不鲜。键盘输入式电子密码锁因需要记忆和输入密码而使开锁变得繁琐。红外密码锁以红外光作为信息媒体，不需要锁孔，坚固耐用，可实现一键遥控开锁、上锁，该类锁具因其安全性高，性价比高，使用方便、操作简单等特点，越来越成为家居用户防盗门锁具的理想选择。1 系统基本组成及工作原理1.1 系统基本组成系统以单片机STC89C52作为密码锁监控装置控制核心，分为主机（锁）和从机（钥匙）两部分，各部分基本组成框图如图1、2所示。锁控制器部分由单片机、键盘模块、液晶显示模块、E2PROM存储器、红外收发模块、报警及开锁电路等组成。钥匙部分由键盘模块、E2PROM存储器、红外收发模块等组成。锁和钥匙组成上下位机，利用STC89C52键盘模块继电器E2PROM红外收发模块液晶显示蜂鸣器图1 锁控制器框图STC89C52E2PROM红外收发模块状态指示灯图2 钥匙控制器框图键盘单片机的串口和红外传输实现钥匙信息在主机上的认证注册、钥匙密码修改等功能。钥匙采用三键设计，结构简单，外形小巧。1.2 系统工作原理钥匙和锁的初始密码设为。（密码位数为六位），打开钥匙的电源开关，红色电源指示灯亮。使钥匙的发射管靠近并尽量对准主控器的接收管，按下“开”键，继电器吸合（代表开锁）；按下“关”键，继电器断开（代表上锁）；按下“修改键”按照液晶提示可同时完成锁控器和钥匙的密码修改。按下反锁键可实现反锁功能。上电后，锁控制器处于上锁状态，显示屏显示锁的当前状态。将钥匙靠近锁控制器，按下开锁（或上锁）键，钥匙控制器会读取存储在钥匙E2PROM存储器里的密码，该密码以头码+密码+尾码的格式通过红外发射模块发出，锁控制器接收该密码后存储在锁的E2PROM存储器里，从锁控制器的E2PROM存储器里读取密码,所读密码与接收到的密码比较，如果密码一致则执行相应开锁动作或上锁动作（执行何种动作取决于尾码），如果不一致，则液晶显示Error，锁不动作。2 系统硬件设计2.1 锁控制器电路设计利用单片机的P2口扩展一个4×4的矩阵键盘；单片机的P3.0,P3.1分别接红外接收模块和红外发射模块；单片机的P0口作液晶数据口线，P1.0-P1.2作液晶的控制口线；P1.7控制继电器驱动锁的开启。电路原理如图3所示：图3 锁控制器原理图2.2 钥匙控制器电路设计钥匙的E2PROM存储器和红外收发模块的电路设计与锁控制器的相应电路设计相同。钥匙采用开锁、上锁、修改密码三键设计，结构简单，外形小巧。三个独立按键分别接单片机的P3.4-P3.6，三个按键的输出相与后接单片机的外部中断0，按键工作于中断方式。钥匙原理图设计如图4所示： 图4 钥匙原理图3 系统软件设计3.1主程序设计主程序采用分支结构，以状态号标识系统所处的状态。在上电初始化后即进入状态号的轮询扫描，状态号的值决定了分支程序的入口。其中分支程序分别为：常态上锁（状态号为0），常态开锁（状态号为1），反锁状态（状态号为2），红外接受状态（状态号为3），修改密码状态（状态号为4）。主程序流程图5所示：开始初始化状态号设为默认0取得状态号n，根据n值，选择程序分支n=0, 执行状态0处理程序n=1, 执行状态1处理程序n=2, 执行状态2处理程序n=3, 执行状态3处理程序图5 主程序流程图3.2 功能子程序设计3.2.1 红外发射模块 红外发射模块利用单片机的UART的数据发送口，以串口通信方式将头码+密码+尾码发送出去。发送程序：void SendIr(uchar *p)uchar i;for(i=0;i<8;i+)SBUF=pi;while(!TI);TI=0;Delay(100); /发送整个Buff3.2.2 红外接收模块红外接收模块利用单片机的UART的数据接收口工作于中断方式。CPU接收第一字节后检测是否为头码，如果是头码则接收并存储后续的7个字节，否则丢弃。3.2.3 系统密码的修改0023H接收第一字节至buff 0buff0=头码？连续接收7个字节并存入buff返回YN图6 红外接收子程序框图(1)只修改锁控制器密码 按下锁控制器的密码修改键后，液晶提示：”Input Old Code:”,输入旧密码后按下确认键，锁控制器核对密码是否正确，正确则允许修改密码，错误则返回原来的状态。(2)锁和钥匙密码同时修改 将钥匙靠近锁控制器，按下钥匙密码的修改键，按提示：”Input Old Code:”,输入旧密码后按下确认键，如果密码正确，则允许修改；否则不允许修改。钥匙密码修改后，锁控制器会通过红外发射模块将该新密码发给钥匙。钥匙接收后将其存入E2PROM存储器，然后再从E2PROM存储器里读取出来发给锁控制器以便确认。锁控制器接收后和刚刚发出的密码比较，如果一致则提示密码修改成功。5 结束语系统以单片机STC89C52芯片为核心部件，利用红外通信技术、单片机串口通信技术配合，实现了红外信号传输、信息帧编码、密码存储与核对等功能，系统设计硬件线路简单，充分利用软件编程方便灵活的特点，满足系统设计要求。该红外遥控电子密码锁操作简单，给用户提供了友好的操作界面，开锁上锁简单快捷，修改密码操作方便，实现了即买即用。系统体积小，成本低，功耗低，使用普通碱性电池供电，进一步优化设计可继续降低成本，具有广阔的市场应用前景。参考文献1李朝青单片机原理及接口技术北京：北京航空航天大学出版社，1998；2李朝青. PC机及单片机数据通信技术.北京航空航天大学出版社，2000；3李军 51系列单片机 高级实例开发指南北京航空航天大学出版社，2004；4全国大学生电子设计竞赛组委会全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编（2003）北京：北京理工大学出版社，2005；5张文峥,李先亮,张其善，等. IrDA红外通信在导航仪中的应用. 电子技术应用.2000，10:45-47.时间安排表 第1、2天第3、4天第5、6天第7、8天第9、10天集中布置设计任务审查系统框图绘制系统原理图绘制软件框图审查材料并答疑查阅资料绘制系统原理图审查系统原理图审查材料并答疑上交材料答辩