“启航杯”大学生科技创新普及竞赛参考题目指南.doc

“启航杯”大学生科技创新普及竞赛参考题目指南（电子设计类）难度等级：A简单 题目编号：001倒计时器一、功能介绍利用八位数码管显示出倒计时时间，并有蜂鸣器提示功能。通过键盘可以设定倒计时时间。二、设计要求1通过单片机的定时器完成倒计时的功能。2通过八位数码管显示出倒计时时间，精确到0.1秒。3当剩余10秒时，每秒用蜂鸣器短响进行提示，最后一秒蜂鸣器长响以示倒计时结束。4利用键盘可以设定倒计时时间，最大可设定60分钟的倒计时。三、参考方案设计1硬件结构图见图1。 MCUMAX7219数码管显示装置蜂鸣器提示图1 倒计时硬件结构 2制作思路（1）利用单片机定时器完成定时功能，选择定时模式1，定时时间设定为50ms,每经过0.1秒，可在数码管相应的位置上减一。（2）利用八位数码管驱动芯片)MAX7219控制八位数码管进行显示。分、秒、毫秒位用“”隔开。（3）蜂鸣器发出响声的长短可通过单片机延时时间的长短来实现。3设计注意地方（1）MAX7219控制数码管的电路以及驱动程序可参考MAX7219的数据手册。（2）写程序时要注意分、秒以及毫秒位的进位规则，避免显示混乱。 （3）单片机控制蜂鸣器时要加一个三极管驱动电路。难度等级：A简单题目编号：002烟雾自动排风控制器一、功能介绍现在很多公共场合都禁止吸烟，但还是有很多不自觉的人，本产品可以安装在公共场合，当有人吸烟时可以自动打开排风机，同时点亮“请勿吸烟”警示灯，提醒人们不要吸烟。二、设计要求1利用QM-N5将烟雾浓度转化为电压信号，单片机通过AD0804将电压信号转化为烟雾浓度值。2. 烟雾浓度超过报警所设定的浓度时，装置自动打开排风机，蜂鸣器发出提示响声，同时点亮LE灯，照亮“请勿吸烟”警示牌。3可通过键盘设定烟雾报警浓度，同时可通过液晶或数码管进行显示。三、参考方案设计1电路原理图：烟雾自动排风控制器电路见图所示，控制器由电源电路、QM-N5气敏器件、TWH8778功率开关集成电路等组成。 系统硬件结构图见图1。MCU单片机AD0804TWH8778功率开关排风机、警示牌键盘设定烟雾报警浓度显示烟雾报警 浓度蜂鸣器提示QM-N5传感器图1 烟雾自动排风控制器硬件结构2制作思路（1） 在正常情况下，气敏器件A-K极间呈高电阻，随着室内烟雾浓度的不同，A-K两端呈现的电阻值不同，通过实验做出烟雾浓度与电阻值的关系，并与QM-N5技术手册所给的曲线关系进行对比。（2） 通过AD采集A-K两端电压值得到烟雾浓度的大小。（3） 利用键盘给单片机设定浓度报警数值，当采集到的烟雾浓度大于报警浓度时，单片机控制TWH8778开启K1继电器，使排风机、警示牌工作。 （4） TWH8778第5脚门限电压为16V，二极管VD5导通压降为065V。（5） 单片机控制蜂鸣须器使用三极管驱动电路，显示电路可使用数码管动态扫描或液晶显示等方式。难度等级：A简单 题目编号：003电子秤一、功能介绍设计一个可以测量物体重量的装置，利用四位八段数码管显示示数。二、设计要求：1通过单片机控制AD采样。2可用某些传感器。3通过四位八段数码管显示当前重量。4量程0-1Kg，精确到5g三、参考方案设计1硬件结构方框图见图1。 单片机 A/D 传感器 数码管显示部分 外部机械部分图1 电子秤硬件结构方框图2制作思路（1）AD可采用ADC0804，如果要做成提拉式电子秤，传感器可选位移传感器。根据传感器的不同型号来确定换算公式。（2）单片机控制数码管显示，数码管显示以g为单位。（3）AD实时采样，数码管示数随物重变化而变化。3设计注意的地方（1）一定要清楚地了解所用传感器的特性，可根据传感器与精度要求确定AD。（2）ADC0804的芯片资料参考ADC0804的技术手册。（3）写程序时，对于AD一定要严格按照它的时序来写，延时不能长也不能短。（4）数码管显示时使用动态扫描不要闪的太厉害，以人眼看不出闪屏为好。难度等级：A简单 题目编号：004基于单片机控制密码锁一、功能介绍通过按键进行密码输入，功能控制。可进行密码长度修改，密码修改，语音报错，安全锁定等功能。采用1602液晶显示数据输入和功能操作。二、设计要求1利用单片机制做密码输入系统。2用1602液晶作为密码输入显示器。3密码长度可修改；密码可修改；密码输入结果进行语音提示，正确时提示“密码输入正确”错误时提示“密码输入错误”。4密码输入三次错误锁定键盘，30秒后解锁。三、参考方案设计1硬件结构图方框图见图1。按键输入MCU1602显示语音提示 图1 基于单片机控制的密码锁硬件结构方框图2制作思路当单片上电复位,开始进行初始化,然后接进行键盘扫描,判断是否有键按下，然后判是什么键，把键码存到显示地址，当你把密码输入后再按下比较键，当密码与设值密码符合时，单片机就会给发光二极管一个高电平使它发光表示开锁，发光二极管发光七秒钟后会自动息灭，同时单片机控制语音芯片发出“密码输入正确”的提示。如果输入的三次的密码不正确，就锁定按键3秒钟，同时发出语音报警。直到没有按键按下3种后，才打开按键锁定功能；否则在3秒钟内仍有按键按下，就重新锁定按键3秒时间并报警。当你的密码被别人知后，你可以在第一时间输入正确密码。你将可以修改你的密码。可通过1602显示数据输入和操作过程。语音提示功能可通过语音收录芯片实现。3设计注意地方（1）注意得采用AT24C02为掉电存储器的芯片。防止密码丢失。（2）1602要接背光，将VO管脚直接接地或者通过一个电位器来调节背光。难度等级：A简单题目编号：005金属探测器一、功能介绍该装置结构设计简单，是一种专门用来探测金属的仪器，除了用于探测有金属外壳或金属部件物体之外，还可以用来探测隐蔽在墙壁内的电线、埋在地下的水管和电缆，发现埋藏在地下的金属物体。二、设计要求能够实现20cm范围内探测金属物体。能显示物体距离，误差小于10%三、参考方案设计1硬件结构图见图1。探测线圈L探测振荡器扬声器基频振荡器 图1 金属探测器硬件结构方框图2制作思路 在L未探测到金属物体时，探测振荡器的工作频率与基频振荡器的工作频率相同，扬声器无声音。当L探测到金属物体后，探测振荡器的工作频率将变高，有音频信号输入到音频放大器，经放大后，驱动扬声器。3设计注意地方需要音频放大器驱动扬声器，音频放大器可采用LM386。难度等级：A简单 题目编号：006脉冲振幅鉴别器一、功能介绍该作品通过放大由信号源提供频率为100HZ1KHZ的mv级方波或脉冲信号，然后经过比较器进行比较，最后输出峰峰值为5V的单片机所能识别的标准信号。二、设计要求1待放大信号频率100HZ1K,幅度0.1mv1mv2信号经过处理后幅度为5V三、参考方案设计1硬件结构图见图1。IN 放大器 比较器 OUT 图1 脉冲振幅鉴别器硬件结构方框图2制作思路（1）由于待放大的信号为mv级，而输出要能够达到v级，所以放大器的放大倍数要达到千倍，而利用三极管进行放大，要达到千倍很难做到，采用型号为NE5532运放级联的方式进行放大。（2）所提供的电源为单电源，而NE5532为双极性，所以在电源部分要进行处理，提供一个偏置。同时由一个单运放放大千倍也很困难，所以需要进行二级放大，而两级级联时由与放大倍数大，所以容易产生自激震荡，所以在级联之间加一个由运放组成的射随电路，NE5532为双运放，所以一级放大，一级设随，只需两片NE5532即可。（3）放大后的信号与LM339组成的比较器之间加一个同上的射随电路进行隔离，同时在LM339的比较电压地方利用一个电位器进行比较电压调节，使得最后输出一个峰峰值为5V的标准信号。3设计注意地方（1）第一级运放放大倍数在50倍左右，放大倍数由图中R10，R11，R12决定，改变参数即可改变放大倍数，后级运放组成射随电路。 （2）第二片NE5532的一级放大同第一片一级放大一样设计，放大倍数自己设计，参数自己通过计算得到，设随也一样设计。（3）比较器的设计，比较电压部分加一个电位器进行电压调节，使最终输出符合要求，同时比较器为5V供电。难度等级：A简单题目编号：007调制与解调电路的设计一、功能介绍该作品通过信号源输入一路单极性方波信号与载频为4MHz的信号(有源晶振提供)进行与门调制，然后经过单二极管解调电路，最后通过比较器进行比较，恢复出方波信号。二、设计要求1输入信号频率100HZ10KHz2输入信号幅度3V5V3最终输出信号幅度为5V4调制方式为调幅三、参考方案设计1硬件结构图见图1。 调幅电路4M载频输入信号单二极管解调电路比较器输出信号 图1 调制与解调电路硬件结构方框图 2制作思路（1）由于载频为4M,输入信号为1KHZ的方波，要进行调幅设计，用一与门（74F08）即可进行调制，但与门必须为高速的，否则载频不能通过。（2）调制后的信号为一调幅信号，要解调出信号，只需一单二极管检波电路即可，但要根据载频与基带信号的频率计算出检波电路中电容与电阻的取值，在检波电路中，利用检波管1N60，其导通电压小，检波效果好。（3）检波出来的信号不一定是一标准的方波，所以经过比较器(LM339)电路进行比较，通过调节比较电压的大小使输出信号最为标准3设计注意地方（1）调制电路中输入端在没信号输入时，由于74F08管脚在悬空时为高电平，所以可以不接一上拉电阻。（2）解调电路中R,C值的选取根据电容充放电的时间常数来选取。（3）检波出来的信号送给比较器进行比较，通过观察输入输出的信号调节比较电压，使输出与输入一样。难度等级：A简单 题目编号：008简单计算器的制作一、功能介绍该作品通过4*4键盘输入计算的数字以及要进行的计算操作，利用单片机控制液晶显示，然后进行简单的加减乘除计算，最终将结果显示在1602液晶上，同时能够存储前次计算结果。二、设计要求1至少能进行简单的加减乘除、取倒数、开平方，n次方等运算2计算结果正确率90%3能够存储某一次计算结果并在需要时能够调用出来显示三、参考方案设计（按键不够可以自己加按键或使用PS2键盘）1硬件结构图见图1。按键输入MCU液晶显示24C02 图1 简单计算器硬件结构方框图2制作思路（1）4*4按键输入要进行计算操作的数字和要进行的何种操作，然后通过单片机进行计算。（2）单片机通过读出按键的输入将其显示在1602液晶上，并将结果显示在上面。（3）4*4按键程序可利用线翻转法进行编写，通过行列扫描确定按键的值。（4）1602液晶要严格按照时序编写程序。（5）E2PROM 24C02采用I2C协议编写程序3设计注意地方（1）单片机通过调用库函数来进行相应的计算来算出最终结果。（2）1602要接背光，将VO管脚直接接地或者通过一个电位器来调节背光。难度等级：A简单题目编号：009数字电压表一、功能介绍该作品通过单片机控制AD采集电压大小为0-5V的直流电压，然后通过数码管显示出采集的电压大小。二、设计要求1电压测量范围：0-5V2测量误差小于0.02V3电压测量路数：4路。4对测量的电压值进行数字显示。三、参考方案设计1硬件结构图见图1。 ADC0804MCU数码管显示装置图1 数字电压表硬件结构方框图2制作思路（1）利用单片机控制ADC0804进行电压采集，将采集得到的数据送给单片机进行处理，计算出电压大小。（2）ADC0804所采集的电压由8个电位器通过调节分压比进行得到。（3）单片机控制1602液晶显示八路采样电压大小。3设计注意地方（1）ADC0804所用到的基准电压可直接由电源电压处理后得到。（2）控制ADC0804的时序程序要严格按照数据手册的时序进行编写。难度等级：A简单 题目编号：010温度显示报警装置一、功能介绍该作品通过温度传感器DS18B20进行测量室温，并且通过三位一体数码管显示出当前温度，并且具有温度报警提示，报警温度大小可设定。二、设计要求1.测量温度范围：0-801.测量误差0.52.温度显示到小数点后一位4.可通过键盘设定报警温度3.温度高于报警温度时进行报警三、参考方案设计1硬件结构图见图1。 DS18B20MCU数码管显示装置蜂鸣器报警装置4*4键盘图1 温度显示报警装置硬件结构方框图2制作思路（1）利用单片机控制温度传感器DS18B20进行温度采集，将采集得到的数据送给单片机进行处理，计算出当前温度。（2）单片机将当前所测温度与报警温度进行比较，如果当前温度高于报警温度则控制蜂鸣器发声，如果不高于报警温度则不进行操作，继续采集温度。（3）单片机控制数码管显示温度，利用三位一体数码管进行显示，采用动态扫描的方法实时显示出当前所测的温度。3. 设计注意地方（1）DS18B20的数据脚应接上一个上拉电阻。（2）数码管的位选与段选不要接错，由于单片机的IO口驱动能力不够，所以在接数码管的时候应加一个驱动电路，三极管驱动电路即可。 （3）单片机控制蜂鸣器时也要加一个三极管驱动电路。（4）DS18B20的控制时序要严格按照手册上写。难度等级：A简单 题目编号：011用三极管代替MAX232进行串口通信一、功能介绍该作品通过利用两个三极管来替代max232电平转换芯片，来实现单片机与pc机之间进行低速的串口通信。二、设计要求1波特率19200bit/s2准确率95%三、参考方案设计1232电平转换电路图见图1。图1 用三极管代替MAX232进行串口通信硬件电路图2制作思路（1）单片机与PC机由于电气特性不同，所以需要进行电平转换从而使两者之间达到一样的电气特性，进行低速数据传输。在进行数据传输时，两者必须共地。（2）单片机的晶振选取要合适，否则单片机设置计算出来的波特率与实际传送波特率有一定的误差，影响数据的正确传送。（3）用两个三极管代替的max232所进行的通信速率不能过高，否则影响数据传送。（4）利用串口助手软件来显示单片机发送给pc机的数据，同时利用助手发送0f到单片机，单片机控制数码管显示出来。3设计注意地方（1）通信速率不能过高，否则影响传输的正确率。（2）单片机与pc机要共地。 （3）显示pc机发给单片机的数码管要接上限流电阻。（4）串口助手波特率要设置成与单片机发送接收数据波特率一致。难度等级：A简单题目编号：012 简易IC卡刷卡器一、功能介绍设计并制作自制的简易IC卡及简易IC卡阅读器。简易IC卡使用废弃的200卡，包月卡等硬质不透明卡片制作而成，每张卡片使用打孔的方式进行不同编号。阅读器部分需要制作相应的IC卡插槽，并通过红外检测识别卡号，单片机将检测到的卡号通过数码管显示出来。二、设计要求1要求可编码卡数大于8个；2数码管可显示的状态有：无卡插入、无效卡、显示卡号、该卡已刷过；3要求单片机具有卡号存储掉电不丢失、一键刷新等功能；4识别错误率1/100。三、参考方案设计单片机使用普通51单片机，显示使用六位数码管，即可显示时间，又可显示卡号。红外检测部分可参考图1，数码管连接可参考图2。 图2 数码管连接部分部分电路图图1 红外线检测部分电路图难度等级：A简单题目编号：013简易电子时钟一、功能介绍该作品只利用单片机的最小系统板、一块时钟芯片和一块1602的液晶实现年、月、日、时、分、秒的显示及设定，最好有闹钟的功能。二、设计要求1时间显示误差小于3s2能够设置时间及具有闹钟报警功能。三、参考方案设计1原理框图见图1。按键单片机最小系统显示部分时钟芯片图1 红外线检测部分电路图2制作思路（1）本作品可以有两种方案，一是直接用单片机的定时器；二是用一块时钟芯片实现时钟的控制；（2）本作品主要分为两大部分来调试，一是时钟芯片的调试，二是显示器的调试；（3）该作品集趣味性、实用性于一体，能很好的激发同学们的兴趣；3设计注意的地方图2 PCF8563时钟芯片的原理图难度等级：A简单题目编号：014红外无线耳机一、功能介绍利用红外对管不经调制解调而直接利用红外线把电视机等发出的音频信号发送接受。二、设计要求1红外收发距离大于1米。2传输音频信号无明显失真。三、参考方案设计1原理框图如下：音频信号信号放大电视机信号发射图1红外无线耳机的发射部分信号接收信号放大图2红外无线耳机的接收部分2制作思路（1）本作品没有单片机，只是硬件电路构成。（2）本作品做的难度不是很大，主要是红外部分和放大部分的调试。（3）该系统的电压要选好，不要用交流电，最好用电池。（4）还有传输距离，红外的我们这个是小型的距离可能不是很远，但是不能少于1cm。3设计原理分析电视机传来的模拟音频信号传输到发射部分，通过NPN型三极管9013对音频信号进行放大，采用红外法发射管把信号发射出去；接受部分的红外接收管结束到音频信号后经过滤波和LM386放大后输入到耳机中。两部分均采用9伏纽扣电池进行供电。由于感应式无线耳机的发射电路必须固定安装在房间的墙壁或天花板上，故无法在室外使用，这是感应式无线耳机的主要缺点。而红外无线耳机则不然，由于它的信号发射采用小巧的红外发射电路，既可在室内用于电化教学、家庭电视和音响设备的音频信号无线接收，也能在户外使用便携式录音机、CD、VCD及MP3时，方便地去掉耳机线，实现名副其实的无线“随身听”。 红外无线耳机的发射电路如图(a)所示。使用时将插头XP插入电视机、收录机的耳机插座内，音频信号通过XP经电容Cl耦合、三极管VTl放大，再由红外发射二极管VDl和VD2向外发射载有音频电波的红外线。电路装成后适当调节偏置电阻R2，使流过VDl和VD2的静态电流为l0mA即可。 图(b)为红外无线耳机的接收电路。红外接收管VD3VD5接收到发射电路发出的红外线信号后，将其转换为音频信号，再由三极管VT2放大送入集成运放ICl作功率放大，最后由耳机BE输出。电路中使用3只红外接收管是为了能全方位接收信号。调试时，先用手触摸红外接收管的正极，调节电阻R4、R5使耳机BE输出的交流声最响，然后再接通发射电路，适当调节电视机或收录机的音量大小，直到耳机传出的声音大且清晰为止。难度等级：A简单题目编号：015 电机转速检测仪一、功能介绍该作品通过计数电路、时钟电路、静态显示等功能电路实现了对电机转速和频率的测量以及静态显示。二、设计要求1用四位数码管显示电机转速，显示单位：转/秒2转速测量误差小于1转/秒。三、参考方案设计1原理框图见图1。译码器锁存器计数器整形电路单稳态时钟电路显示电路图1 电机转速检测仪硬件结构方框图 2制作思路（1）利用光电开关管做电机转速的信号拾取元件，在电机的转轴上安装一圆盘，在圆盘上挖一小洞，小洞上下分别对应着光发射和光接受开关，圆盘转动一圈既光电管导通一次，利用此信号做为脉冲计数所需。（2）计数脉冲通过计数电路进行有效的计数，按照设计要求每一秒种都必须对计数器清零一次，因为电路实行秒更新，所以计数器到译码电路之间有锁存电路，在计数器进行计数的过程中对上一次的数据进行锁存显示，这样做不仅解决了数码显示的逻辑混乱，而且避免了数码显示的闪烁问题。（3）对于脉冲记数，有测周和测频的方式。测周电路的测量精度主要受电路系统的脉冲产生电路的影响，对于低频率信号，其精度较高。测频电路其对于正负一的信号差比较敏感，对于低频率信号的测量误差较大，但是本电路仍然采用测频方式，原因是本电路对于马达电机转速精度要求较低，本电路还有升级为频率计使用，而测频方式对高频的精度还是很高的。（4）显示电路采用静态显示方法，由于静态显示易于制作和调试，原理也较简单所需元易于购买。（5）电路时钟是整个电路的关键，他是整个电路有效工作的核心，负责电路的锁存和清零。其基本思路是：产生频率一秒是时钟，当秒时钟到来时，既上升沿到来时，对锁存电路进行锁存，锁存以后才能对计数器进行清零，锁存和清零间隔要充分小，否则就影响电路的计数准确度。鉴于此，对锁存集成必须采用边沿触发形式的集成，并且计数器应该与锁存同步工作，既都在秒时钟的上升沿触发工作。（6）时钟实现方法很多，本电路采用晶振电路，已求得高精度的时钟需求。3设计，原理分析（1）信号拾取与整形信号拾取基本原理图如下：电路核心由一个光电开关管组成，平时电机转轮静止，发光二极管所发出的光被轮子挡住，所以接收管处于截止状态，1端为高电平。当电机转动一圈，会使接收管导通一次，1端输出一个低电平，1端波形为：波形处理电路有一个施密特触发器组成，本施密特触发器选用40106，如上图。当输入电压逐步升高时，致使VI施密特上VT+，内部触发器发生翻转。当VI逐步下降时，致使VIVT-。所以只要VIVT+电路就稳定在高电平，这样就有效的防止了杂波的干扰，并使输出得到矩形脉冲，符合了下级计数的需求。典型的施密特其工作波形如下：（2）计数电路 本电路采用四个同步计数器接成串行工作方式，查数字电路产品资料后，准备采用CD4518电路设计如下：（3）锁存电路采用8D锁存器74LS324，电路设计如图：（4）时钟电路及波形设计根据以上各电路功能模块的需求，时钟电路总共需要产生两路输出信号，一路是频率为1秒的标准矩形脉冲，利用其上沿对锁存器进行锁存，另一路是计数器的清零脉冲，要求脉冲宽度250ns才可以有效得将计数器清零，频率仍然是1秒。而且在锁存以后才可以对计数器进行清零，考虑到锁存在25ns之内完成工作，所以只要电路调试得当，无须再加延时电路，而且从上面设计的方框图可知，矩形脉冲经过一个单稳态电路以后才产生清零脉冲，单稳态集成也存在不可人为的延时存在，所以电路可以正常工作。难度等级：B中等题目编号：016超声波测距一、功能介绍由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求。二、设计要求1. 测量距离5m2测量误差4%3能显示测量距离。三、参考方案设计1硬件结构图见图1。单片机发射部分接收部分显示 图1 超声波测距硬件结构方框图2制作思路超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s=340t/2 。这就是所谓的时间差测距法。 利用单片机控制超声波的发射和对超声波自发射至接收往返时间的计时。3设计注意地方（1）超声波传感器可采用超声波发射头UCM40T和接收头UCM40R。（仅供参考）（2）显示部分可采用1602液晶或采用数码管显示。难度等级：B中等题目编号：017万能遥控器一、功能介绍设计一种万能遥控器，可记录其他任意遥控器输入的编码信息，然后就可通过该万用遥控器控制相应电器设备。二、设计要求使用单片机或其他控制器完成，可记录至少20种遥控器的编码信息，并且掉电后信息不丢失，红外控制传送距离大于3米。三、参考方案设计该系统对单片机的要求不高，但要实现数据信息存储且掉电后不丢失，一种方法是使用外加的EEPROM芯片，另一种方法是选用自带EEPROM或可编程FLASH芯片的单片机，基于这种方法的实现简单，而且满足需求的单片机种类也比较多，如STC系列单片机，AVR系列，MSP430系列等等。系统组成框架：控制部分（单片机）键盘红外接收头HS0038存储器（EEPROM）红外接发射（555）红外信号的接收可使用一体化红外接收头HS0038，该芯片集红外接收和放大于一体，不需任何外接元件，就能完成从红外接收到输出与 TTL电平兼容的所有工作，而体积和普通的塑封三极管大小一样。HS0038连接方式：红外发射部分可参考下图所示的红外调制发射电路。该方案由微处理器与专用编码芯片PT2262 组合完成编码工作，载波产生由MC4011 与38KHz晶振一起构成，振荡产生 38KHz方波。 难度等级：B中等题目编号：018基于51的电容表一、功能介绍利用单片机的最小系统板和一块1602液晶，对输入的方波信号进行频率的测量和显示。二、设计要求 电容测量范围为10pF-1000.00uF，最小分辨力为10pF。分量程，可以自动切换量程，也可手动切换。三、参考方案设计1原理框图：由比较器构成的谐振电路单片机最小系统显示部分键盘2制作思路：（1）本作品主要是完成对单片机的调试和外围电路的设计；偏重于编程；（2）电容的测量原理就是用RC或LC形成一个谐振回路，然后对谐振回路的频率进行测量，进而达到测量电容的目的；（3）该作品要求的精度较高，可能需要在外部再加一些温度补偿电路，当然这是在实现了测量的基础上；（4）显示电路该作品最好采用1602液晶，当然也可以用数码管来显示；3设计原理分析电容测试原理简介：根据电容的充电公式，可以计算出电容在充电到1/nVcc(其中n1，Vcc为充电电源电压)电压时充电时间跟电容的容量和电阻成正比，跟充电电源电压无关。(通过一个微分方程即可求得，具体的计算步骤这里省略，一般的电路教材上都有讲解) 工作过程如下：首先，通过单片机选通放电三极管Q9，将电容上的电放掉，放电完毕之后，选通Q1-Q5中的一个三极管，经过一定的电阻，对电容进行充电；同时，打开单片机的计数器0，开始计数。然后单片机等待外部中断0的发生。当电容充电达到参考电压值时，比较器翻转，发出充电完成信号到中断0端口，单片机响应中断，停止计数器0，并关闭充电电路，接通放电电路。接着读出计数器0的值，进行计算，适当的调整后，输出到LCD上显示。然后又开始一次新的测试，如此循环。本电路通过一个电压比较器(LM339)来检测电容充电的终止。由电阻R31，R32及RW1构成一个分压器，产生一个基准电压。当电容两端电压超过比较电压时，比较器翻转，产生一个低电平到单片机的中断0(INT0)引脚，通知单片机电容充电完成。 RW1是精密可调电阻，用来调整电压比较器的参考电压。调整RW1，使P点电压为电源电压的0.632倍(理论值，实际值可能有点不一样，见调试部分)。C0是并联在测量端的一个小电容(30pF)，用来减少电路分布电容的影响。因为在单片机内部做了软件调零，所以有一个固定的偏移量，对结果的显示不会造成影响。 Q8和Q10是用来平衡电路和温度补偿。作用不是很大，如果觉得麻烦，可以省掉这个两个三极管，把集电极和发射极直接连接起来，基极那个位置悬空就行了。U4是一个计数器，测量频率时，先做一个预分频。因为52的计数器频率不够高。难度等级：B中等 题目编号：019全数字语音留言机一、功能介绍自选ADC进行语音信号采集，完成语音录放功能。控制器可选用单片机或FPGA来完成，要求显示具有语音信息查看，播放，删除等功能。二、设计要求1要求单次记录时间大于一分钟，可至少记录3段语音信息。2播放语音要有一定的清晰度，可懂度，自然度。三、设计思路1控制器选择：方案一：选用FPGA为主控制器，外部FLASH为音频数据存储器，通过AD采集到的音频数据，经过一定的压缩编码后存储在外部FLASH中。使用这种方式减少存储量，在一定程度上节省了成本。语音信号的采集和重建可以使用TI公司的高性能语音编解码芯片TLV320AIC23,该芯片内自带AD/DA,可以实现高性能的语音录放。方案二：以单片机为主控制器，最好选用内部自带AD/DA的单片机，可以缩短开发时间。存储器可以考虑使用外部大容量FLASH或直接使用SD、U盘等存储设备。2AD/DA选择：人的普通发音频率范围为20Hz到3.4KHz，对语音信号进行采集，要保证最基本的清晰度，可懂度要求AD采样速率大于8KHz。进行语音信号采集可使用普通AD或专用的语音信号采集芯片。一般来说DA的建立时间都可满足音频信号输出的要求。三、参考方案设计这里选用TI公司的MSP430单片机作为控制器，该单片机功耗低，功能强大，为了与TI公司的高性能语音编解码芯片TLV320AIC23接口，这里选用MSP430F149单片机，该型号单片机内部自带SPI接口，可以实现与TLV320AIC23的完美结合。存储部分这里选用1GB的SD为存储器。系统框图：主控制器MSP430F149TLV320AIC23SD卡存储器键盘显示SPI难度等级：B中等题目编号：020跑步指示仪一、功能介绍设计一个跑步指示仪对跑步质量及指数进行测量并对不适情况进行预警。此作品是针对市场上的计步器等相关器械设计难度大、精确度不高且价格昂贵而另行设计的。二、设计要求1显示跑步步数。2根据设置的步幅来实现对行进距离的测算。3使用单片机来计计算平均速度、实时瞬时速度和累计消耗能量。4实现距离、平均速度、即时速度、能量消耗的实时显示。5根据个人的设置对相关指标不符合的情况进行预警提示，使跑步在自己的掌控下进行实现最适合、最有效的锻炼。三、方案设计1硬件结构图2制作思路：我们对跑步与走路姿势进行了仔细的观察与研究得出结论：一般情况下当跑步时人的脚轮流全脚掌触地,其中间隔发生有一脚的前部触地,故在很短的时间内检测是否一脚的前后均触地并依此计数测出跑步数，从而实现计步器的功能。而当停止跑步进行走路状态时将会出现两只脚全触地或同时两只脚上前后的四个位置有三个触地从而根据实时的扫描检测来识别跑步状态与走路状态。由记录的步数并根据设置的步幅计算出距离。此作品是使用单片机作为主控芯片采集信息并对外控制显示，我们采用铜片制作触发开关，两铜片接触即触发一次，并在两只脚的鞋前后适当位置各安置一个，当在跑步状态上时通过单片机对触发器进行扫描，当且仅当在较短的一小段时间内其中一只脚的前后两个触发器同时触发时进行计数跑一步，连续计数统计步数。通过对人走路和跑步来识别从而来记录跑步步数并根据设置的步幅来实现对行进距离的测算并使用单片机来计时从而转换为平均速度和实时瞬时速度和累计消耗能量从而实现了距离、平均速度、即时速度、能量消耗的实时显示，并根据个人的设置对相关指标不符合的情况进行预警提示，使跑步在自己的掌控下进行实现最适合、最有效的锻炼。实现的相关功能说明中英文对照如下：时间TIME，显示运动时间速度SPEED，显示即时速度与平均速度，单位：千米/小时路程DISTANCE，运动所通过的路程，单位：千米热量CALORIES，运动所消耗的体能，单位：千卡自动扫描SCAN，根据设定的时间间隔自动显示以上功能MODE模式选择：按动此键可选择时间、速度、路程、热量等参数SET置数：可在时间，路程，热量三功能设置预定值，然后进行倒记数10并对速度超过预定值报警提示RESET复0：按动此键，可使屏面显示的数值复0。仪器在自动扫描时，复0键不起作用。能量设置参考：种类热量68kg/1h(一个68kg人每小时所消耗的卡路里) 。爬楼梯一千五百级(不计时)250卡 慢走(一小时四公里)255卡。 快走(一小时八公里)555卡。 慢跑(一小时九公里)655卡。 快跑(一小时十二公里)700卡。3关键技术：本设计主要对触发开关的制作要稳定可靠并适合置于鞋下，对触发开关的时间段检测要精细合适从而要对硬件电路反复实验及对软件编程进行不断调试，以找到恰当的相关参数。难度等级：B中等题目编号：021简单的被动式红外线报警器一、功能介绍该报警器由红外线发射、接收、蜂鸣器和LED指示灯组成。正常情况下，绿色的LED常烁，表示监控区域正常。一旦监控区域有人闯入，绿色LED熄灭，红色的LED快速闪烁，同时蜂鸣器立即报警。二、设计要求1红外发射频率为38KHZ2正常情况下绿色LED闪烁，异常情况下红色LED闪烁并且蜂鸣器报警。3监控区域范围在3M范围内。三、参考方案设计1原理框图如图下。 红外接收头单片机最小系统蜂鸣器红外发射2制作思路（1）调试红外发射管和接收管，首先要用单片机输出一个38KHZ的方波信号。（2）电路工作后，正常情况下红外接收头接收不到红外信号，而输出高电平。当有物体出现在发射管前方时，红外接收头会接收到从物体上反射回来的红外光信号，然后输出低电平通知MCU打开蜂鸣器报警。（3）本作品主要要完成三大功能：38KHZ载波信号的产生、红外接收头输出电平的检测、LED和蜂鸣器的驱动。3设计注意的地方需要准备的器材：单片机、红色LED一只、绿色LED一只、万能实验板一块、5V电源、电阻、TTL0038或者其他类似38KHZ的红外接收头、5V长鸣型蜂鸣器。（1）线路图见下图：实验电路图及工作原理：该电路工作原理非常简单，Atmega8的PD0端口输出经过调制的38KHZ的方波信号，然后经Q2驱动红外线发射管LED0发出红外线信号。TL0038是集红外线信号接收放大为一体的接收器。其中心接收频率为38KZH，输出为TTL电平，平时输出高电平，当收到码信号后，输出低电平。BELL为长鸣蜂鸣器，两个引脚分别为正负极，当正负极两端加上5V电压后，蜂鸣器发出响声。注意，该蜂鸣器两脚不能接反，否则蜂鸣器会烧毁。电路工作后，正常情况下TL0038接收不到红外信号，而输出高电平。当有物体出现在发射管前方时，TTL0038会接收到从物体上反射回来的红外光信号，然后输出低电平通知MCU打开蜂鸣器报警。（2）程序思想本实验的程序主要要完成三大功能：38KHZ载波信号的产生、红外接收头TL0038输出电平的检测、LED和蜂鸣器的驱动。本程序使用8位定时计数器T/C0溢出中断使PD0产生38KHZ的方波信号，然后驱动红外线发射管。T/C0计数器是单一向上计数器，其计数值TCNT0一旦计数到0XFF后，T/C0马上产生溢出中断。因此，我们可以通过设置TCNT0的初始值来调整中断产生的频率。每产生一次中断就改变一次PD0的电平状态，从而在PD0口产生38KHZ的方波信号。本实验MCU采用内部8MHZ的RC时钟信号，T/C0的时钟源采用系统时钟8分频，即每计一个数（TCNT0增加1）需要1us的时间。38KZH的时钟周期大约为26us左右，因此，半周期需要计数13次左右，即TCNT0初始值为256-13243。另外，我们还需要在38KHZ的载波信号上调制上一个码信号，也就是说38KHZ的载波信号不是一直在产生，而是间断的发射。如下图所示：同时，程序通过不断地读取PC5脚的电平值来判断TL0038是否接收到红外信号。一旦连续检测到N次PC5为低电平，则立即打开蜂鸣器和红色的LED。之所以要连续检测N次，主要是防止TL0038上产生杂波信号而误告警。难度等级：B中等题目编号：022简易频率计一、功能介绍利用单片机的最小系统板和一块1602液晶，对输入的方波信号进行频率的测量和显示。二、设计要求1测量频率范围：1Hz-1MHz2频率测量误差小于1/1E6 Fs（FS为被测信号频率）。三、参考方案设计1原理框图如下图：输入方波信号单片机最小系统显示部分2制作思路（1）本作品主要是完成对单片机定时器的调试；主要偏重于编程。（2）频率的测量实际上就是在1S时间内对信号进行计数，计数值就是信号频率。用单片机设计频率计通常采用两种办法，一是使用单片机自带的计数器对输入脉冲进行计数，或者测量信号的周期；二是单片机外部使用计数器对脉冲信号进行计数，计数值再由单片机读取。（3）该作品能测的频率越高，难度越大，当然得的分也越多。（4）显示电路该作品最好采用1602液晶，当然也可以用数码管来显示。（5）该作品编程要求较高，特别是程序将影响测量频率的精度，这样要求程序尽可能精简。3设计原理分析这是AVR单片机的计数及显示电路：前置放大及分频电路设计思路：频率的测量实际上就是在1S时间内对信号进行计数，计数值就是信号频率。用单片机设计频率计通常采用两种办法，1）使用单片机自带的计数器对输入脉冲进行计数，或者测量信号的周期；2）单片机外部使用计数器对脉冲信号进行计数，计数值再由单片机读取。由于单片机自带计数器输入时钟的频率通常只能是系统时钟频率的几分之一甚至几十分之一，因此采用单片机的计数器直接测量信号频率就受到了很大的限制。本电路采用方式2，使用一片74LS393四位双二进制计数器和Atmega8的T1计数器组成了24位计数器，最大计数值为16777215。如果输入信号经过MB501分频器进行64分频后再进行测量，则固定1S时基下最高测量频率为1073.741760Mhz。为了方便得到准确的1秒钟测量闸门信号，我们使用了Atmega8的异步实时时钟功能，采用32.768Khz的晶振由TC2产生1秒钟的定时信号。测量原理：单片机打开测量闸门，即PB1输出高电平，同时TC2定时器启动。74LS393开始对输入脉冲进行计数，74LS393每计数达256时，Atmega8的T1计数器也向上计数1次。当1S定时到达时，单片机产生中断，PB1输出低电平关闭测量闸门，然后Atmega8读取74LS393和T1的计数值，然后送LCD显示。由于1S的测量闸门时间在业余条件下不好测试，因此，实验程序中在LCD上同时显示实时时钟用于判断1S闸门时间的准确性。实验中，我使用CDMA手机上显示的GPS卫星精确时间进行比较。手机时间显示的最小单位是分钟，测量时一旦手机分钟值发生跳变，则立即记录下LCD显示的秒值，这样的话让频率计运行一段时间后，再多次记录下LCD显示的秒，就可以准确判断频率计的异步时钟是否准确。实验过程中，我让频率计走了10个小数左右，测量的1S时钟还是非常准确的。难度等级：B中等 题目编号：023简易电子琴一、功能介绍利用单片机的最小系统和一个键盘来完成一个简易电子琴的设计。二、设计要求1通过按键可控制电子琴音调和节拍的输出。2具有自编铃音输入，存储，播放功能。3可对存储的铃音进行回放，删除，修改。4至少可存储3首铃音。5.要求铃音具有掉电存储不丢失功能。三、参考方案设计1原理框图如下图。键盘单片机最小系统蜂鸣器2制作思路（1）本作品主要是完成单片机对键盘的识别，以其不同键值来使蜂鸣器发出不同的音；（2）用单片机的定时器来控制蜂鸣器使其发出不同的音；3参考设计下面我们举几个简单的单片机驱动蜂鸣器的编程和电路设计的列子。 （1）简单的蜂鸣器实验程序：本程序通过在P3.7输出一个音频范围的方波，驱动实验板上的蜂鸣器发出蜂鸣声，其中DELAY延 时子程序的作用是使输出的方波频率在人耳朵听觉能力之内的20KHZ以下，如果没有这个延时程序的话，输出的频率将大大超出人耳朵的听觉能力，我们将不能 听到声音。更改延时常数，可以改变输出频率，也就可以调整蜂鸣器的音调。大家可以在实验中更改#228为其他值，听听蜂鸣器音调的改变。 ORG 0000H AJMP MA