课程设计指导书

安阳工学院电子信息与电气工程学院课程设计指导书第9页共9页第一章课程设计概述1.1课程设计的性质与要求当前，理工科高等院校许多专业的教学计划都安排有单片机课程设计或大型作业。所谓大型作业，其工作量与内涵与课程设计相似，为了使学生能很好地通过这一教学环节得到锻炼，达到预期效果，也一样要为每一课题编写设计任务书，事先下达给学生。设计应重视动手实验的内容，做到实验与设计两者并重；对于单片机，则又应软、硬件结合和兼顾。课程设计的选题，可选择已完成了的真实课题，经教师裁剪增删，在符合教学、符合学生水平、符合实验室条件的情形下，供学生试设计。考虑到设计时间较短促、学生的独立工作能力还较差，且教师将同时指导整个班级，因此要学生完成的内容要精选，工作量不宜太大；学生可编组进行设计，但提倡个人有独到的见解，并应独立写出设计说明书。《单片机技术》课程是一门技术性、应用性很强的学科，实践教学是它的一个极为重要的环节。单片机原理与应用课程设计的目的就是要锻炼学生的实际动手能力。在理论学习的基础上，通过完成一个具有综合功能的小系统，使学生将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来，对电子电路、电子元器件等方面的知识进一步加深认识，同时在软件编程、排错调试、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高。大体为：(1)、训练学生正确地应用单片机，培养解决工业控制、工业检测等领域具体问题的初步能力。(2)、让学生通过所做课题，“解剖麻雀”，熟悉单片机应用系统开发、研制的过程，软硬件设计的工作方法、工作内容、工作步骤。(3)、对学生进行基本技能训练，例如组成系统、编程、调试、查阅资料、绘图、编写说明书等；使学生理论联系实际，提高动手能力和分析问题、解决问题的能力。单片机课程设计可利用万能板作为学生动手实践的基本装置，根据课题选购相关元器件。除此以外，结合每一课题，宜另制作足够数量的、配套的辅助性装置，以模拟工业应用实际情况，提高课题的真实性，扩大学生的实践内容和收获。为了这一教学环节的正常开展，还应积累一定数量的参考资料(例如芯片、元器件的手册，某些装置的使用说明，有关的期刊、参考书籍等)。1.2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：1、通过本课程设计，使学生对单片机的整体结构及配置有全面的了解。即通过一个实际应用课题的全程操作，训练学生的动手实践能力，培养解决工业控制、工业检测等领域具体问题的能力。2、使学生通过所做课题，对单片机控制系统的整体结构及配置有较全面的了解；熟悉单片机系统的设计、调试和应用系统开发、研制的过程，软、硬件设计的工作方法、工作内容、工作步骤。3、对学生进行基本技能训练，使学生理论联系实际，提高动手能力和分析问题、解决问题的能力。即：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。为保证顺利完成设计院任务，还应注意如下事项：、认真阅读设计任务书，保质保量地完成任务书的规定的工作。、在总体方面确定过程中，要求多想，多查资料，少问。、程序设计时，先画框图再编程，无论是自上而下，还是自下而上，必须一步一步调试，做到可性好，主要语句一定要写注释。、说明书要求文字通顺，简炼。、设计的系统必须进行实验演示。1.3课程设计的步骤单片机系统的设计步骤，一般可以分为需求分析，总体方案设计、硬件设计与调试、软件设计与调试、系统功能调试与性能测试、产品验收和维护、文件编制和技术归档等。1、需求分析。需求分析就是要明确所设计的单片机应用系统要“做什么”和“做的结果怎样”。需求分析阶段的结果是形成可操作的设计需求任务书。任务书应包含单片机应用系统所应具有的功能特性和性能指标等主要内容。如果是自主开发产品，还应附有市场调研和可行性论证等内容；如果是委托开发，则应该与委托方讨论拟制的需求任务书是否满足对方的需求。2、总体方案设计。总体方案设计就是要从宏观上解决“怎么做”的问题。其主要内容应包括：技术路线或设计途径、采用的关键技术、系统的体系结构、主要硬件的选型和加工技术、软件平台和开发语言、测试条件和测试方法、验收标准和条文等。如果是委托开发，设计需求任务书和总体方案设计的主要内容往往以技术文件的形式附于合同书之后。3、硬件设计。硬件设计的主要内容是基于总体方案设计，选择系统所需的各类元器件、设计系统的电子线路图和印刷电路板、安装元器件的调试硬件线路。硬件设计应确保功能设计和接口设计满足系统的需求，并且充分考虑和软件的协调工作关系，注重选用高集成度的器件和采用硬件软化、软件硬化等设计技术。4、软件设计。本阶段的主要任务是：基于软件工程的思想，拟制出本系统的软件设计方案，划分出主要的软件模块、根据需要绘制部分软件模块的流程图、调试程序和测试软件的基本功能。5、系统功能调试与测试。本阶段的重点是：基于系统的设计需求，进行系统功能调试和性能指标的测试，形成测试报告，核对用户需求或设计需求和系统现有功能、指标的一致性程度，提出修改意见，循环上述某些步骤，直至满足需求。

1.4课程设计任务书设计任务书需阐明：课题的名称；课题的意义与概况；课题的具体要求与工作步骤；及进度安排；分组办法；各组应完成的任务与侧重；参考资料等情况。除书面下达外，指导教师还须作详细说明，以期真正组织好这一教学环节。为此，在初始阶段可安排一定时间的讲课。讲课时还应向学生交待：课程设计教学环节的性质、与毕业设计的区别；设计说明书的写法与要求；最后考核的办法与评分依据。伴随着课题的具体进展，教师应加强辅导与答疑。课程设计宜挑选典型、成熟的课题。1.5课程设计报告课程设计报告的基本内容至少包括封面、正文、附录三部分。课程设计报告要求统一格式，字体工整规范。封面封面包括“《单片机技术》课程设计报告”、系别、专业班级、学生姓名、学号、辅导教师、完成日期等。正文正文是实践设计报告的主体，具体由以下几部分组成：（1）、课程设计题目；（2）、课程设计任务与要求；（3）、设计过程（包括方案论证、设计原理、创新点以及采用的新技术等）；（4）、硬件系统框图与说明；（5）、软件主要模块流程图与说明；（6）、课程设计总结（包括自己的收获与体会；遇到的问题和解决的方法；技术实现技巧和创新点；作品存在的问题和改进设想等）；3．附录附录1：电路原理图附录2：源程序及程序注释附录3：使用元器件一览表（序号、名称、型号、规格、数量、备注）附录4：参考文献1.6课程设计考核方法及成绩评定考核方式：课程设计带队老师的现场考察，评阅课程设计日记及课程设计报告，检验课程设计成果。课程设计结束时，要求学生写出课程设计报告（附源程序），可运行的软、硬件系统。课程设计成绩分三部分，各部分的依据和量化如下：1、每天考勤记录；（占20%）2、程序设计任务完成后,由老师验收并评定的成绩；（占50%）3、设计报告（占30%）。1.7课程设计时间安排占用的时间以2周左右为宜。可以集中2周，也可分散为每周一天，连续十周(半个学期)完成。为了使安排紧凑,占用的时间勿超过两周；如教学计划十分饱满，则最短也不宜低于1周。即：课程内容讲课实验小计1．布置任务，学生独立选题，教师进行方案性提示，讲主要原理并和学生共同讨论，完成课题的分析3天2．学生根据课题要求，设计系统方案并实现；撰写课程设计报告8天3．进行课程设计报告审核，了解学生设计水平，是否独立完成及全面表现并由教师给出评语和成绩3天合计14天单片机应用系统课程设计步骤单片机的应用系统随着用途不同，它们的硬件和软件结构差别很大，但系统设计的方法和步骤基本上是相同的。一般包括总体设计、硬件设计、软件设计、仿真调试、固化程序、应用系统独立运行等步骤。2.1总体设计1、明确任务根据课题的要求确定系统的工作原理。如电脑时钟的工作原理为：每百分之一秒对计数一次，满100次秒加一，秒满60次分加一，并在数码管上显示时、分秒当前值。如果需要还要提出相应的技术指标。如电脑时钟要求显示的最小单位为秒，还是百分之一秒；温度测量系统要求测量多少路测量精度是多少；收银机计算金额的范围多大，最小单位是否计分；交通灯控制系统测量车流量的最大频率是多少等等。硬件和软件功能的划分系统的硬件配置和软件设计是紧密地联系在一起的，且硬件和软件具有一定的互换性。多用硬件完成一些功能，可以提高工作速度，但降低了系统的柔性。若用软件替代某些硬件功能，可增加系统的柔性，但降低系统的工作速度。因此，总体设计时，应综合考虑，合理划分硬件和软件的功能。2.2硬件设计根据总体设计要求，确定系统扩展与功能接口，设计出系统的电路原理图。系统扩展首先组成最小系统，即由8031、地址锁存器和程序存储器组成。根据课题要求，在此基础上进行扩展。包括程序存储器扩展、数据存储器扩展、I/O口扩展（8155、8255、74LS164）、定时器/计数器扩展（8253）和中断控制器扩展（8259）等。如交通灯控制系统中要求控制四个方向的红、绿、黄灯共12个，因此，需扩展I/O口，可选用8255，也可利用串入并出移位寄存器74LS164扩展2个8位输出口的接口电路。功能接口所谓接口是CPU与外界的连接部件，以实现CPU与外部设备的最佳耦合和匹配。包括键盘、显示、A/D转换、D/A转换和打印机等。根据课题要求，选用外设，并选用合适的外围接口芯片。系统的组成及统一编址I/O端口是CPU与I/O设备直接通信的地址。单片机系统对I/O端口是采用端口地址与存储器地址统一编址的方式，即存储器映射方式。而编址技术又分线选法和译码法。由于DVCC仿真系统的地址总线没有开放，如8155、8255、0809、0832等芯片地址均已定义，但学生在设计硬件时，仍应自行编址。2.3软件设计一个优秀的的系统的软件应具有下列特点：①、软件结构清晰、简捷、流程合理。②、各功能程序实现模块化、子程序化。这样，既便于调试、链接，又方便移植、修改。③、程序存储区、数据存储区分配合理。④、运行状态实现标志化管理。各个功能程序运行状态、运行结果以及运行要求都设置状态标志（一般用位寻址区的位）以便查询，程序的转移、运行、控制都可以通过状态标志条件来控制。⑤、实现全面软件抗干扰设计。（由于条件有限，课程设计中不考虑。）软件设计一般步骤如下：系统定义系统定义是在软件设计前，把软件承担的任务明确出来。①、各种数据类型的定义。是定点数还是浮点数；是有符号数还是无符号数；是十六进制数还是BCD码。如果一个参数的变化范围有限，就可以用定点数来表示，以简化程序设计和加快运行速度。当参数的变化范围太宽时，只好采用浮点数来表示，如智能电桥中被测对象的变化范围达数量级（l～l0000），定点数是无法胜任的。若要求数据的正负之分，则考虑定义有符号数。对于自然数列，为显示方便，可以采用BCD码，如电脑时钟的时、分、秒。②、合理定义和分配存储空间、定义标志位。资源分配的主要工作是RAM资源的分配。片外RAM的容量要比片内RAM大，通常用来存放批量大的数据，如采样数据系列。主要考虑片内RAM的分配。系统上电复位时，自动定义0区为工作寄存器，1区为堆栈，并向2区、3区延伸。如果系统前台程序要用1区、2区作为工作寄存器，就应将堆栈空间重新规划，常将堆栈安放在片内RAM的高端，如60H~7FH。在工作寄存器的8个单元中，R0和R1具有指针功能，是编程的重要角色，应充分发挥其作用，尽量避免用来做其他事情。20H～2FH这16个字节具有位寻址功能，用来存放各种软件标志、逻辑变量、位输入信息、位输出信息副本、状态变量、逻辑运算的中间结果等。当这些项目全部安排好后，保留一两个字节备用，剩下的单元才可改作其他用途。30H~7FH为一般通用寄存器，只能存入整字节信息。通常用来存放各种参数、指针、中间结果，或用作数据缓冲区。RAM资源规划好后，应列出一张RAM资源的详细分配清单，作为编程依据。为了增加可读性，便于修改，一般对分配的存储单元取名。如保存当前时间的时、分、秒取HOUR、MINI、SEC，编程时用变量名，编译时只需在前面加HOUREQU24H即可（20H为分配给小时的存储单元的地址）。软件结构设计软件设计有两种方法：一种是自上而下，逐步细化；另一种是自下而上，先设计出每一个具体的模块（子程序），然后再慢慢扩大，最后组成一个系统。两种方法各有优缺点。自上而下的方法在前期看不到什么具体效果，对于初学者来说，心中总是不踏实。而自下而上的方法一开始就有结果，每设计并测试好一个模块，就能看到实际的效果，给人一步一个足印的感觉，能树立信心。应两种方法结合运用。主程序采用自上而下的方法，将它分成若干个功能相对独立的较小的程序模块。然后再采用自下而上的方法，设计一个模块，调试一个模块，加入主程序调试；再进行下一个模块设计和调试。所以在这一步骤就是设计主