单片机及应用课程方案指导书

个人资料整理 仅限学习使用单片机原理及应用课程设计指导书主编：范力旻电子信息与电气工程学院电气工程教研室/29个人资料整理 仅限学习使用目 录一、课程设计的基本要求 0b5E2RGbCAP二、课程设计选题三、课程设计的内容

0p1EanqFDPw1DXDiTa9E3d四、课程设计的工作程序五、课程设计的成绩评定六、课程设计报告格式

1RTCrpUDGiT15PCzVD7HxA2jLBHrnAILg七、设计步骤举例 2xHAQX74J0X八、参考用书 5LDAYtRyKfE附录1：设计说明书参考样式 6Zzz6ZB2Ltk附 录 2 ： 课 程 设 计 报 告 范 文 7dvzfvkwMI1个人资料整理 仅限学习使用《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。课程设计是学好本门课程的又一重要实践性教案环节，课程设计的目的和任务就是配合单片机的教案和平时实验，以达到巩固消化课程的内容，进一步加强综合应用能力及单片机应用系统开发和设计能力的训练，启发创新思维，使之具有独立单片机产品和科研的基本技能，是以培养学生综合运用所学知识的过程，是知识转化为能力和能力转化为工程素质的重要阶段。rqyn14ZNXI一、课程设计的基本要求课程设计的任务分为基本要求和附加要求两类。基本要求是每个参加课程设计的学生必须完成的内容，附加要求则是学生根据自己对单片机掌握和运用的情况选做应用系统设计的课题。总体要求如下：EmxvxOtOco、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。、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。SixE2yXPq5、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。、掌握如何应用单片机仿真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。6ewMyirQFL、认真地编写设计报告说明书，学会编制技术资料的方法。、树立正确的设计思想和严谨的工作作风，培养学生的团队精神和全局意识。二、课程设计选题1、闪烁LED小灯的设计、数码管时钟电路的设计、6车道交通信号灯控制、作息钟系统、水塔控制系统、8×8点阵LED字符显示器设计、数字温度测量显示电路的设计、15路电器遥控器的设计<发送部分）0/29个人资料整理 仅限学习使用9、自行车里程/速度计的设计、汽车行驶信息发送与接收器的设计、电子定时器的设计、温度报警器的设计、15路电器遥控器的设计<接收部分）、直流电机驱动的设计、步进电机驱动的设计、八路跑马灯的设计、拨码跟踪显示实验、其它(或由聘请的老师指导选题>三、课程设计的内容、根据题目要求，比较后设计出硬件系统接口电路图、选择合适的单片机型、接口芯片及有关电子元器件、画出软件设计的系统框图、编制具体软件，进行调试、写出完整的设计报告书(10页纸以上>，并附图四、课程设计的工作程序设计时间：具体安排：第一周：周1下达任务，收集资料，设计准备。周2——周3方案确定。周4——周5硬件设计及编程。第二周：周1编程。周2——周3调试。周4写设计说明书。周5完成设计说明书，答辩。五、课程设计的成绩评定通过设计答辩方式，并结合学生的动手能力，独立分析解决问题的能力和创新精神，设计报告说明书、答辩水平、实物制作以及学习态度综合考评。平时考核占10%～20%、实物制作占 20%、答辩占20%～30%、设计说明书占30%～40%。成绩分优、良、中、及格和不及格五等。 kavU42VRUs1/29个人资料整理 仅限学习使用六、课程设计报告格式一）封面二）目录三）设计目的四）方案论证五）详细设计、系统总体方案设计、系统各部分详细设计<1）硬件设计·输入部分设计：信号采集、放大、信号转换、键盘·输出部分设计：显示、报警、输出控制·电源部分设计<2）软件设计<设计思想、流程图、程序—加注释）·主程序设计·子程序设计、元器件介绍与选择六）调试与实物制作七）课程设计小结八）参考文献九）附录、元器件清单、程序清单、原理图、PCB板图、实物图七、设计步骤举例1、6车道交通信号灯控制设计一个 6车道交通灯控制系统，如图 1所示，东西方向的两组灯控制信号一致，南北方向的两组灯控制信号也一致。 y6v3ALoS892/29个人资料整理 仅限学习使用图1 6 车道交通信号灯示意硬件思路：用 P1.0------P1.6 作为信号等的控制信号的输出，后接功率图放大器。图2：交通信号灯硬件框图可以根据图 2来画出硬件电路图，硬件信号到功放之间要用光电隔离 <一般选用521—4）。软件思路：可将交通灯的工作流程排成相应的时间段，每个时间段有自己的延时时间，分别由软件来延时。调试按钮主要任务是用来改变每个时间段的延时时间。3/29个人资料整理 仅限学习使用图3 调试用键盘图4 显示原理图、作息钟系统）硬件思路：工程对象为大家所熟悉的学校作息钟，要求有显示和调试键盘。键盘只是用来对作息钟系统进行设置和调试，所以比较简单，如图 3所示。M2ub6vSTnP显示采用7段数码管，并用8155可编程接口来实现。如图4所示。件思路：软件包括时钟部分、60进制计数、显示、键盘等几个模块。如图4/29个人资料整理 仅限学习使用5所示。程序均采用模块化，分块调试。 0YujCfmUCw图5 主程序与中断服务程序、水塔控制系统这是生活中的工程对象，只有两个输出的开关量控制，要求，当水位达到低水位或低水位以下时开起大、小水泵；当水位到中水位以下低水位以上时开起大水泵；当水位到高水位以下中水位以上时开起小水泵；当水位到上水位时关大、小水泵；水塔的示意图如图 6 所示。本题不作更细的说明。eUts8ZQVRd图6水塔的示意图八、参考用书1、《单片微型机原理、应用与实验》<第三版）张友德复旦大学出版社2、《单片机程序设计基础》周行慈北京航空行天大学出版社3、《MCS－51单片机应用系统设计》何立民北京航空行天大学出版社4、《单片微机测控系统设计大全》王福瑞北京航空行天大学出版社5/29附录1：设计说明书参考样式常州工学院单片机原理及应用课程设计题 目二级学院班 级姓 名学 号指导教师设计时间<空2行）目录<4号黑体，居中）< 4 181×××××× <Y2.1××××××<1Y22××××××<2Y2××××××<XY6/29×××××× <Y <X ××××××< X Y YA××××<YB××××<Y1“”“”2 X Y附录2：课程设计报告范文温度报警器的设计一.概述sQsAEJkW5T <GMsIasNXkA, ,9 12 A/D , 0.5 0.0625 DALLAS DS1624 , 13, 0.03125 ,±0.2 , A/DAD7817 5,27μs9μsTIrRGchYzg7/29个人资料整理 仅限学习使用二．系统设计本系统主要由温度检测、信号放大、 A/D 转换器<ADC0809 ）、单片机<AT89C51 ）、键盘、显示及报警等一系列电路组成 ，主要完成温度显示<0～100℃），超温报警的功能且要求精度达到± 1℃。7EqZcWLZNXA．硬件设计．最小系统⑴单片机：本次设计使用单片机芯片AT89C51AT89C51 的工作特性：·内含4KB的FLASH存储器檫写次数1000 次；·内含128字节的RAM；·具有32根可编程I/O线；·具有2个16位编程定时器·具有6个中断源，5个中断矢量，2级优先权的中断结构；·具有1个全双工的可编程串行通信接口；·具有1个数据指针DPTR；·具有可编程3级程序锁定位；·AT89C51 的工作电源为5<1±0.2）V且典型值为5V；·AT89C51 最高工作频率为 24MHZ；·AT89C51 的编程频率为3~24MHZ ，编程启动电流和启动电压分别为1mA、5或12V。⑵电源：a.集成稳压器<7805 ）的简介：系列集成稳压器是常用的固定输出电压的集成稳压器。它的内部含有限流保护，采用了噪声低，温度漂移小的基准电压源，工作稳定可靠。 78系列集成稳压器为三端器件： 1脚为输入端，2脚为接地端，三脚为输出端，使用十分方便。78系列集成稳压器典型应用电路如下，这是一个输出 5V直流电压的稳压8/29个人资料整理 仅限学习使用电源电路。IC采用集成稳压器 7805，C1，C2分别为输入端和输出端的滤波电容，RL为负载输出电阻。当输出电较大时， 7805 应配上散热板。b.5V电源电压产生的过程：将220V电压通过变压器降压到9V，再通过二极管整流经过稳压器使输出电压为5V。本次设计采用的电路图如下：lzq7IGf02E图1 电源电路⑶晶振：本次设计采用的是 12M的晶振，电路图如下：图2晶振电路两只电容在20pF～100pF 之间取值，其取值在 60pF～70pF时振荡器频率稳定性较高，按照一般经验，外接晶体时两个电容的取值为 30pF；外接陶瓷振荡器是两电容的典型值是 47pF。zvpgeqJ1hk⑷复位电路：在时钟电路工作后，只要在单片机的 RST引脚上出现24个时钟振荡脉冲<2 个机器周期）以上的高电平，单片机便可实现初始化状态服务。为保证应用系统可靠的复位在设计复位电路时，通常使 RST引脚保持4ms 以上的高电平，只要RST保持高电平，MCS-51 单片机就会循环复位；当 RST从高电平变为低电平时，MCS-51 单片机就从 0000H 地址开始执行程序，在单片机复9/29个人资料整理 仅限学习使用位的有效期间，ALE、PSEN引脚输出高电平。NrpoJac3v1本次设计采用的是手动复位，其电路图如下：图3 手动复位电路有关计算说明：∵时钟周期T=1／fose=1／12M=1μs∴24T=24 μsτ=1／RC=1／(51*10 的三次方*1*10 的负六次方>≈20＞24Tτ闭=1/R’C=1/(1K//51K*10 负六次方>≈1000＞24．接口⑴信号检测a.温度传感器PT100的简介：温度传感器 PT100 的直径 3mm，长27cm，传感温度在－200℃～＋850℃之间，通过电流最大是 5mA，对应电桥输出压差为 V=0.01V ，最大放大倍数为 20。其阻值计算公式是：Ｒ t=100<1+3.908*10 的负三次方*t-0.380*10 的负六次方*t平方）1nowfTG4KI有关此次设计的计算说明：∵ Ｒt=100<1+3.908*10 的负三次方*t-0.380*10 的负六次方*t 平方）∴ Ｒt0=100 欧姆t0=138.5欧姆信号检测的电路图如下所示：10/29个人资料整理 仅限学习使用图4 信号检测电路图当然，温度传感器PT100，它为电阻信号，必须进行 R-V 变换，由 PT100、R1、R2、R3构成前端桥式电路，温度的变化将使温度传感器阻值发生改变，从而使该电桥平衡遭到破坏，产生一个对外输出电压 V，由于环境温度控制在 0℃～100℃，所以温度传感器最高可能达到的阻值约为138.5

欧姆，因此，前端式电路的输出Ｖ

0的最大值约为：

fjnFLDa5ZoＶ

0=5*(138.5/(2400+138.5>-100/(2400+100>>V

≈

0.04V<1）tfnNhnE6e5⑵放大电路放大电路图如下所示：图5 运算放大器电路为保证其输出信号与A/D转换器的输入信号要求相匹配，必须对此电压值进行调理放大，根据运算放大器的规则，设上图中运算放大器的各引脚对地电压分别用引脚编号表示，则前端电路的输出Ｖ 0可以表示成：Ｖ0=U5-U3 <2 ）对运算放大器电路可以列出下述方程<1/R5+1/R6 ）*U3-1/R6*U1=0

HbmVN777sL11/29个人资料整理 仅限学习使用<1/R7+1/R8 ）*U5-1/R7*U1=U7/R8要使<3）式成立，则必须保证下式成立R6=R7，R5=R8此时，将<3）式中两个方程相减得到<1/R7+1/R8 ）*V0=U7/R8则运算放大电路对前端式电路的输出电压 U的放大倍数ββ0=U7/V0=<R8+R7 ）/R7=<12000+100 ）/100=121因此，温度信号的最终输出电压范围为<0～0.04）×121 即 0～4.88V，在A/D 转换器所要求的输入信号范围为 0～5V之内，电阻 R4和电容C5构成一阶滤波电路，运算放大器的信号输入端加电容 E3和E4，可有效防止高频干扰。 V7l4jRB8Hs⑶A/D转换器A/D转换器<ADC0809 ）连接电路如下所示：图6 A/D 转换器的电路此部分选用 ADC0809 进行温度模拟量到数字量的转换。 ADC0809 是带有八位A/D 转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的 CMOS组件。它是逐次逼进式 A/D转换器，可以和单片机直接接口。 83lcPA59W9⑷显示电路LED显示电路图如下所示：12/29个人资料整理 仅限学习使用图7LED显示电路本次LED显示电路主要采用的是 74595,其主要优点是具有数据存储寄存器，在移位的过程中，输出端的数据可以保持不变。这在串行速度慢的场合很有用处，数码管没有闪烁感 595 还多有输出端时能/禁止控制端，可以使输出为高阻态。mZkklkzaaP⑸键盘键盘连接电路图如下所示：图8 键盘连接电路键盘含有 12 个键，有十个 数字键，分为四行三 列，三列分别对应P2.1,P2.2,P2.3 四行分别对应 P2.4,P2.5,P2.6,P2.7 口，当有键按下时，对P2.1～P2.3三个口分别送“0”<当其中一个为“0”时，其余两个为“1”），分别判断P2.4～P2.7哪一个按键为“0”，根据右上图可知按键号<被按键的键值N=行值+列值），按三个数，继而按下确认键<A），等到显示结束时再按下 清除键<B）。由此可以画出下图所示的“ 键盘”：AVktR43bpw“0”“1”“2”0 1 2 “0”13/29个人资料整理仅限学习使用B．软件345“3”设计67开始8“6”9确认）清除<B）“9”<AN

初始化按下开关 P1.5=1扫盘，调用键盘程序弹出开关P1.5=0测量采集温度值是否超过数码管显示值Y报 警图9 主程序⒈主程序<程序见附表）将各部分数值初始化，然后选择键盘开关 P1.5，按下开关<P1.5=0 ），此时扫描键盘，分别键入三个键值，并确定，此时在数码管显示所设定的温度值；再打开开关<P1.5=1 ），进入 A/D 转换器，采集温度传感器所感受到的温度，并与数码管显示温度比较，若比其大，则报警。其流程图如图 9。ORjBnOwcEd⒉子程序<程序见附表）⑴A/D转换子程序当信号送到A/D转换器时，发出A/D开启信号，等待，直到A/D全部变换结束读出A/D数值，此时模拟量转换为数字量，再将A/D值转换为温度值<BCD码），到此就能跳出A/D转换器，进行下面的程序。其流程图如图。2MiJTy0dTTA/D转换入口14/29个人资料整理 仅限学习使用发 A/D 启动信N是否变换结束Y读A/D数值将A/D值交给51芯片返回图10A/D转换流程图⑵显示子程序通过前面的温度信号调理电路可得到下面结论：1℃～20mV～01H∴ Ｖ0～0℃＝0V～00HＶ0～100℃=2V～64H<5V/255 ≈20mv～01H）把键盘输入的值进行十六进制转化，分别放在百位、十位、个位，然后放在数码管中显示出来，打开位控 P1．0、P1．1、P1．2，通过查表方式进行，然后判断循环次数是否结束，如果没有则继续送数，如果循环结束则按下确认键，显示数据。其流程图如图11。gIiSpiue7A显示程序入口调查表指令设定送数次数15/29个人资料整理 仅限学习使用分别打开各位控N送数结束否？Y查表值显示温度值返回图11 显示流程图⑶键盘子程序其流程图如图12。敲击12 键键盘，设定温度值，需输入三个数值，先进行行扫描，再进行列扫描，有三列四行，每次只要查到有键按下，就返回 KEY程序<共三次，超过三次则以后输入的数不记），三次输入的数分别放入数码管的百、十、个位。uEh0U1Yfmh⑷报警子程序将温度传感器采集到的温度值转换为十六进制，分别存入三个不同的存储单元，与设定值所在的百、十、个位分别进行比较：若百位大于设定值则直接报警，若百位相等则比较十位，若大于则报警，若十位相等则比较个位，若大于则报警，其他情况皆为正常。此时 P1.6为高电平；若小于则正常。 IAg9qLsgBX其流程图如图13。键盘入口是否有键按下NY延时消抖 ，16/29个人资料整理 仅限学习使用NNYYYN

将列值中 P2.1清0，扫描第0第0行有键按下？读并赋值，并调用显示子程序返回入口第1行有键按下？读并赋值，并调用显示子程序返回入口第2行有键按读并赋值，并调用显示子程序返回入口YNY

第3行有键按读并赋值，并调用显示子程序返回入口Y重复判断返回键盘入口图12 键盘流程图17/29读并赋值，并调用显示子程序个人资料整理 仅限学习使用NY

报警程序入口初始化比较温度大于设定值?报警,扬声器响图13 报警流程图⑸ 延时子程序：延时去抖12ms，其流程图如图 14。R7←18HR6←0FFHYR6－1=0?YR7－1＝0?NY返 回图14 延时流程图18/29个人资料整理 仅限学习使用三．调试此次设计使用medvin 软件进行调试。调试软件介绍：Medvin 2.04 是一个具有 Microsoft Visual Studio 窗口风格的集成开发环境。支持带语法分析的彩色文本显示、源程序断点设置记忆、实时程序计数器 PC显示、仿真器断电自动重载、自适应连接仿真器等功能，并且支持全空间程序代码和数据空间的模拟仿真、 TraceBuffer 跟踪器。包含对中断、定时器的模拟仿真和单片机外部设备状态分析设置、程序性能分析等更多、更实用的功能。WwghWvVhPE程序调试界面如下：使用步骤：启动MedWin中文版,设置汇编<或编译）环境。单击“设置”菜单项，选择“设置向导,打开文件新建一个文档，使用开发系统提供的编辑器编辑扩展名为.ASM的源程序，采用汇编语言编制源文件，将对当前文件进行汇编。调试，排除错误，产生代码并装入仿真器，进行仿真。产生代码并装入仿真器完成后，单击 “调试”，输出代码文件，程序调试完毕，选择 “产生代码”成相应的目标文件，以便将目标程序写入芯片。单击 F9全速扫描调试，可以设置断点调试等。 asfpsfpi4k19/29个人资料整理 仅限学习使用四．操作说明按下控制键盘的开关<P1.5），通过键盘选定三个数，再按下确认<A）键，此时，所设定的温度值将会在LED数码显示管显示出来；打开控制键盘的开关，此时温度传感器采集到的信号经放大器放大，送到 A/D<ADC0809 ）转换器部分，再将转换成的数字量送到单片机<AT89C51芯片）上，此时，就能与数码管显示的温度进行比较，若比其大就会发出报警。ooeyYZTjj1五．参考文献◆《单片机原理及其接口技术》 <第二版） 胡汗才编著 北京大学出版社◆《51系列单片机设计实列》 楼然苗李光飞编著 北航出版社◆《单片微机测控系统设计大全》 王福瑞编著 北航出版社◆《单片机实用技术问答》 谢宜仁主编 人民邮电出版社◆夏晓玲《基于 AT89C2051 的数字温度计的设计》 文章编号 1008-9004<2005 ）03-0038-03 BkeGuInkxI六．课程小结这次课程设计是本门课程课堂教案的延伸和发展，是理论知识与工程实践之间的衔接。通过本课程设计，使我们进一步学习与理解计算机控制系统的构成原理、接口电路与应用程序，进一步巩固与综合专业基础知识和相关专业课程知识，提高了我们运用理论知识解决实际问题的实践技能；培养独立自主、综合分析的思维与创新能力，最终使初步具有设计小型计算机控制系统的硬件及软件的能力。同时，通过资料搜集、方案分析、系统设计与报告撰写的一系列过程，得到一次科学研究工作的初步训练。从而，在专业知识与研究方法方面为日后的毕业设计乃至毕业后的工作奠定良好的基础。 PgdO0sRlMo七．附录⒈元器件清单序号名称代号型号数量1电阻R1，R22.4KΩ2/0.0125W2电阻R3，R6，R7100Ω33电阻R5，R812KΩ24电阻R41KΩ120/29个人资料整理仅限学习使用5电阻R9，R10，5.1KΩ5R11，R12，R136电容C1，C2，C3，0.1uF5C4，C57电容C6，C730pF/16V28电容C90.022uF/25V19电解电容C810uF/25V110电解电容C10100uF111扬声器IC38Ω112二极管<整VIN40011流）13开关KFY-104114数码管IC6SM4105315温度传感器RTPT100116放大器IC1LM353117AD转换器IC2ADC0809118键盘SWSW-DS1219稳压器IC47805120驱动器IC359532．整体原理图<见下页）21/29个人资料整理 仅限学习使用图15 整体原理图3．程序主程序：ORG0000HBAIEQU30HSHIEQU31HGEEQU32HMAIN:CLRP1.5LCALLKEYLCALLDISPLYSETBP1.5LCALLAD_COVLCALLCOMPLCALLBAOJINGLTMPMAIN；键盘子程序：KEY_BOARD: MOV A, #0FFH。MOV P2,A22/29个人资料整理仅限学习使用CLRP2.1CLRP2.2CLRP2.3MOVA,KEYY。读P2.4到P2.7MOVB，ACJNEA，#0FFH，KEY；不等于#0FFH，转有键按下KEYKEYOUT：AJMPKEY_BOARDKEY:LCALLDL10msMOVA,KEYY；将行值给ACJNEA，B，KEYOUT；A不等于B<干扰），子程序返回SETBP2.2；有键按下，找键号，开始查0列SETBP2.3MOVA，KEYY；读入行值CJMEA，#0FFH，KEYVAL0；行值不等于#0FFH，按下键在第0列SETBP2.1；不在第0列，开始查第1列CLRP2.2MOVA,KEYY；读入行值CJNEA，#0FFH，KEYVAL1；行值不等于#0FFH，按下键在第1列SETBP2.2。不在第一列,开始查第2列CLRP2.3MOVA,KEYY。读行值CJNEA,#0FFH,KEYVAL2LJMPKEYOUTKEYVALO:MOVR7,#02H。按下键在第0列,R2赋列值02H3cdXwckm15LJMPKEYVAL3。跳转到KEYVAL3KEYVAL1:MOVR7,#01H。按下键在第1列,R7赋列值01Hh8c52WOngMLJMPKEYVAL4KEYVAL2:MOVR7,#00H。LJMPKEYVAL5KEYVAL3:JBP2.4,K1MOVA,R7ADDA,#00HLOOP:MOVA,20HCJNEA,#01H,LOOP1。A不是第一个值则LOOP1MOVBAI,ALCALLXSZAJMPKEY_BOARDLOOP1: CJNE A, #02H, LOOP2。A不是第二个值则跳转LOOP2v4bdyGiousMOV SHI,ALCALLXSZAJMPKEY_BOARD23/29个人资料整理 仅限学习使用LOOP2:MOVGE,ALCALLXSZAJMPKEY_BOARDK1:JBP2.5,K2MOVA,R7ADDA,#03HLCALLLOOPK2:JBP2.6,K3MO