《单片机课程设计方案》任务与要求

单片机课程设计任务书（第一阶段）设计题目：单片机系统的硬件设计、制作和软件编程设计任务：本次课程设计分为两个阶段的设计任务：第一阶段:设计并制作基于单片机的数字电子钟（第一周完成）具体要求如下：要求设计具有“时”、“分"显示的电子钟（23小时59分),通过小时个位的小数点闪烁进行秒计数显示，要求具有分钟和小时的校时功能。可进行功能扩展(比如增加整点报时功能:59分钟开始LED灯闪烁1分钟或蜂鸣器响10秒钟）。要求利用protel99se软件画该单片机电子钟的硬件电路原理图，反映到课程设计报告中。要求制作该硬件电路的实物（2人一组，万能板焊接），并进行硬件调试、软件编程以及系统联合调试.要求编写程序时画出程序的流程图，体现到设计报告。主要器件：STC89C58RD+单片机（DIP40）4位共阴数码显示管,1个470欧9针排阻，1个晶振:11。0592MHz，1个瓷片电容:30PF,2个10K电阻，1个按键开关：5个电阻、单排插针、0.1uF电容、10uF电解电容：若干第二阶段：利用Proteus软件和Keil软件，根据下述设计题目（任选其一完成即可,学有余力者可多选）及具体设计要求，完成Proteus仿真运行,根据实验室现有元器件库存情况进行实物验证。设计题目：一、基于单片机的数字电压表具体要求:(1)要求Proteus仿真采用ADC0804或ADC0808和AT89S51单片机。（2）AD转换器采集0—5V的模拟电压,在4位数码显示管上显示，精确到小数点后3位。(3）要求误差不要超过+/—20mV。二、基于单片机的数字密码锁具体要求:（1）要求Proteus仿真主要器件采用AT24C08和AT89S51单片机。（2）通过3—6个按键输入数字密码（3位到6位密码均可），通过“ENTER”键确认，输入正确绿色指示灯长亮，输入错误红色指示灯闪烁。（3)根据自身编程的实际能力,对输入密码进行数码显示管或液晶显示器的指示。三、基于单片机的信号发生器具体要求：(1)要求Proteus仿真主要器件采用DAC0832、TL082和AT89S51单片机。（2）通过按键输入选择输出正弦波、方波、三角波的类型,可对输出信号的频率进行粗调.(3）根据自身编程的实际能力，对输出波形的类型、频率等参数通过数码显示管或液晶显示器进行指示。四、基于单片机的智能温度计具体要求：(1）要求Proteus仿真主要器件采用DS18B20和AT89S51单片机。(2）要求测温范围在-30摄氏度到110摄氏度，误差在+/—0。5摄氏度以内,用LED数码管直读显示。（3）根据自身编程的实际能力，对温度数值利用液晶显示器进行指示.备注：上述可选题目要求撰写设计报告时，请画出主程序、子程序、中断服务程序的流程图。课程设计报告要求课题名称内容摘要设计内容及摘要（分阶段写）比较和选定设计的系统方案，画出系统框图（分阶段写）单元电路设计、参数计算和器件选择(分阶段写）画出完整的电路图，并说明电路的工作原理（分阶段写）利用Proteus软件对电路进行仿真调试（分阶段写）组装调试的内容.包括：（实际调试仅写第一阶段）(1）使用的主要仪器和仪表（2）调试电路的方法和技巧（3）测试的数据和波形并与计算结果比较分析（4）调试中出现的故障、原因及排除方法(5)总结设计电路的特点和方案的优缺点，指出课题的核心及实用价值,提出改进意见和展望。(6)列出系统需要的元器件（7）列出参考文献（8）收获、体会附件1：简易心电图仪黄小娜刘全才孙红梅指导老师：陈锟摘要：本设计是由以下几个功能模块组成:直流稳压电源、前置放大电路、双T陷波电路、主放大电路、单片机最小系统等组成，实现了对心电弱信号的提取和放大，在示波器上能比较清晰的显示其波形。通过单片机最小系统对波形进行存储和回放，并提供简单的人机交互界面，方便用户操作.关键词：心电图仪双T陷波一.方案比较与论证1.微小信号放大方案一采用低噪声，高精度的运算放大器来构建放大电路。但是从人体表提取的信号除了人体心脏的电信号外，还包括人体自身通过各种渠道从环境中拾取工频50Hz交流电压，还包含肌电、呼吸等信号带来的干扰.其中共模干扰引起的共模信号是主要的,从而影响系统对心电信号的分析.因此,CMR(共模抑制比）是衡量心电图仪性能的主要指标之一。心电图仪要求运算放大器的CMR≥80dB。使用基本的差分放大电路可以抑制共模干扰，但是难以达到比较高的共模抑制比。电路原理图如图1所示.图1三运放组成的差动电路方案二采用常见的同相放大电路，对信号进行放大。电路原理图如图2所示。根据理论公式进行计算可得电路的放倍数为Av=Vo/Vi=1+R1/R2。选择不同的阻值可以得到不同的放大倍数,但是此电路不适合小信号放大,也不能达到使电压放大倍数为1000倍的要求.图2同相放大电路原理图方案三采用低功耗，高精度的仪表放大器—-INA128。其具有良好共模输入抑制能力，CMR大于120dB，可以满足心电图仪对运算放大器的CMR≥80dB的要求。而且INA128电路连接简单，只需一个外接电阻就可以调节增益，可以完成1～10000放大倍率的设定，满足使电压放大倍数为1000倍的要求。同时，INA128对直流电源的要求非常低，甚至只需2。25V的直流电源就可以正常工作,静态电流只有700uA,功耗非常低。综合上述分析与比较，在微小信号放大部分选择仪表放大器INA128。2.心电信号处理部分由于心电信号属于低频小信号，易受干扰，而且带宽范围较小,为0。05Hz~100Hz，所以必须对所采集的信号进行高通，低通,陷波处理。（1)滤波器的设计方案一采用二阶无限增益多路反馈滤波器无限增益多路反馈电路中的集成运放为反相输入接法，由于放大器的开环增益为无限大，故称这种网络为无限增益多路反馈。其优点是使用元件较少，，但电路对元件的变化比较敏感，而且增益调节不太方便，对其他性能参数会有影响。方案二采用压控电压源滤波器，集成运放为同相输入接法，因此滤波器的输入阻抗很高，输出阻抗很低，滤波器相当于一个电压源，其优点是电路性能稳定，对元件变化的敏感度较小，增益容易调节.综合上述分析与讨论，考虑到本设计的功能和性能要求，在滤波器的设计上，选择压控电压源滤波器.(2）陷波处理本系统要除去工频50Hz的干扰，需要对混杂在心电信号里的50Hz作尽可能大的衰减处理。因此采用双T网络陷波电路。二。系统设计1．总体框图图3总体框图2．总体电路图图4右腿屏蔽驱动电路图5仪表放大电路图6高通滤波器图7100Hz低通滤波器图8500Hz低通滤波器图950Hz陷波电路图10末级放大电路图11电源电路3．单元电路设计及参数计算(1)稳压电源对本设计而言,电源需要极小的纹波。题目要求直流稳压电源输出交流噪声<3mv。因此,在电源输入端接入电容，在电源的输出端接入两级LC滤波电路，可以减少纹波电压,使电源稳定工作。（2）前置放大电路前置放大电路如前所述，采用TI公司的INA128仪表放大器为核心，INA128的外部电阻设定脚上接入不同阻值的电阻,可以完成1~10000的放大倍率的设，其带宽在增益Av=100时，达到200kHz，具有高增益带宽积。INA128的放大倍数Av=1+50kΩ/Rｇ。由于皮肤表面与电极之间可能会形成原电池，使电极之间存在固定的电位差,因此第一级差分放大的增益不能太高，否则容易饱和，而且如果在前置放大环节中增益取得过高，引入的噪声干扰也会很大.所以在前置放大中取Av＝50，则Rｇ＝1。02kΩ。此外本系统还采用两个低噪声运放OP07组成右腿驱动电路来提高前置放大电路的共模抑制比，如图4所示.（3）滤波电路因为题目基本要求的带宽范围是0。05Hz～100Hz,而发挥部分的要求是心电信号放大器－3dB高频截止频率为500Hz，为了达到题目的要求,本系统设计了截止频率为0.03Hz的高通滤波器和截止频率分别为100Hz和500Hz的低通滤波器，在100Hz和500Hz的高通滤波器之间通过开关切换.电路原理图如图所示。（4)陷波电路本系统要除去工频50Hz的干扰，因此要采用双T网络对混杂在心电信号里的50Hz信号作衰减处理.电路原理图如图所示。(5）波形的存储与回放题目的发挥部分要求心电图仪具有存储、回放已测心电图的功能。本系统通过单片机小系统完成，通过按键控制存储和回放。在波形的输出端通过A/D采样，送到单片机，单片机把数据送到RAM62