51单片机课程设计报告任务书.doc

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?单片机原理与应用?
课程设计指导书

班级：09机电1

指导教师：高金玉

2021．5．17

单片机课程设计指导书
一、课程设计目的
单片机课程设计作为独立的教学环节，学习完?单片机原理及应用?课程后，并在进展相关课程设计根底上进展的一次综合练习。
其目的在于加深对MCS-51单片机的理解，掌握单片机应用系统的设计方法；掌握常用接口芯片的正确使用方法；强化单片机应用电路的设计与分析能力；提高学生在单片机应用方面的实践技能和科学作风；培育学生综合运用理论知识解决问题的能力，力现理论结合实际，学以致用的原那么。
学生通过查阅资料、接口设计、程序设计、安装调试、整理资料等环节，初步掌握工程设计方法和组织实践的根本技能；熟悉单片机系统及程序的编制过程，为今后从事生产技术工作打下必要的根底；学会灵活运用已经学过的知识，并能不断承受新的知识，大胆创造创造的设计理念。
二、课程设计要求
课程设计应充分表达“教师指导下的以学生为中心〞的教学模式，以学生为认知主体，充分调动学生的积极性和能动性，重视学生自学能力的培养。根据课程设计具体课题安排时间，确定课题的设计、编程和调试容，分小组进展。根据合理的进度安排，一步一步、踏踏实实地开展课程设计活动，按时完成每局部工作。课程设计集中在教室、机房进展，每天由班长、学习委员负责考勤，指导教师抽查。在课程设计过程中，坚持独立完成，实现课题规定的各项指标，并写出设计报告。
三、课程设计时间及进度安排
课程设计集中在1周进展。为保证到达预计的教学任务及目的，以小组为单位分别进展资料的收集、方案论证、电路设计、编程、调试、实验及改进。具体进度及要求安排如下：
时 间
容
第1天
布置课题，落实任务，确定课题及组织形式，收集课题相关的技术资料及方案论证、分析、讨论。
第2天
电路设计、设计各模块程序框图及软件设计、调试
第3－4天
电路设计、设计各模块程序框图及软件设计、调试
第5天
调试，整理资料、写课程设计报告递交课程设计报告、总结
四、课程设计课题及容
具体设计课题可根据实际情况选择，或在以下给出的题目任选一题。
题目一　 校园作息时间控制系统
设计要求：
(1)作息时间能控制电铃，可以按键设置时间，包括设置当前时间，显示闹铃设置时间，设定闹铃时间，闹铃的ON/OFF设置等。
(2)利用单片机实现，方法自选。整个系统需自行设计电路，辅助电路及元件自选

题目二　 交通信号灯控制系统
设计要求：
(1)正常情况下穿插路口的轮流通行(主道3个LED红、黄、绿控制直行，支道3个LED红、黄、绿，切换时间自行设定)；
(2)特殊情况控制通行方式控制，用按键开关K1控制主道通行，支道禁行，K2控制支道通行，主道禁行，特殊情况控制通行放行。
(3)有紧急情况时用按键开关K0控制两道均为红灯；
(4)4位LED数码管能够显示双直行方向绿灯和红灯的等待时间。

题目三　 环境温度监测系统
设计要求：
(1)多路温度监测：温度围0-1500℃，分辨率0.5℃，测量误差≤10℃
(2)能实时显示测量的温度值：xxxx.x，显示器每隔一分钟刷新一次温度值
(3)当温度值超过设定的报警限值时，可用蜂鸣器和发光管实现声光报警

题目四 太阳能热水器自动控制系统
设计要求：实现温度和水位参数的实时显示，而且具有温度设定、水位设定与控制功能，停电后再来电时也不用重新设定，具有故障报警和故障自处理功能；能实现在用水时，假设日晒水温达不到设定值，那么电加热自动补温；良好的稳定性和抗干扰性能。

题目五LED大屏幕滚动显示电子钟
设计要求：用LED点阵显示电子钟。工作时，先滚动显示“您好，今天是20＊＊年＊＊月＊日星期＊〞，然后静止显示当前时间“＊＊：＊＊〞3秒钟，如此循环。

题目六单片机脉搏测量仪
设计要求：
(1)接触式测量和非接触式测量脉搏；
(2)测量值显示

题目七八路智能抢答器
设计要求：
(1)八路抢答，各用一个抢答按钮；
(2)设置一个控制开关，控制系统的清零和抢答的开场；
(3)具有数据锁存和显示功能，抢答开场后假设有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在数码管上显示出选手的编号和抢答时刻，同时扬声器给出音响提示，此外，要封锁输入电路，制止其他选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到系统清零为止；
可扩展以下功能：
(4)具有定时抢答的功能，选手在设定的时间抢答有效，且一次抢答的时间设定为8秒，超时扬声器报警；
(5)定时抢答的时间到，却没有选手抢答时，本次抢答无效，系统短暂报警，并封锁输入电路，制止选手超时抢答，时间显示器上显示00；
(6)开场开关未动作，选手抢答无效，并报警，系统复位，重新开场。

题目八电子计时器
设计要求：
(1)上电时自动显示时、分、秒
(2)设置一个控制按键，按下按键，那么时钟以秒为单位开场计时
(3)运行状态下可通过控制按键使时钟暂停，同时显示已计时数值
(4)停顿状态(已上电)，按下复位键，时钟复位(清零)并进入下一次计时状态

题目九 简易数字电压表
设计要求：
可以测量0～5V的8路输入电压值，并在四位LED数码管上轮流显示或单路选择显示。

题目十 简易数字频率计
要求：
　　(1)频率测量
　　a．测量围 信号：方波、正弦波；幅度：0.5V～5V；频率：1Hz～1MHz
　　b．测量误差≤0.1%
　　(2)周期测量
　　a．测量围 信号：方波、正弦波；幅度：0.5V～5V；频率：1Hz～1MHz
　　b．测量误差≤0.1%
　　(3)脉冲宽度测量
　　a．测量围 信号：脉冲波；幅度：0.5V～5V；脉冲宽度≥100μs
　　b．测量误差≤1%
　　(4)显示器
　　十进制数字显示，显示刷新时间1～10秒连续可调，对上述三种测量功能分别用不同颜色的发光二极管指示。

五、设计报告中的几点说明
设计完成后，要求每个同学写出设计报告。设计报告包括设计过程、逻辑电路图、程序框图、程序、调试说明、心得体会等容，逻辑电路图和程序框图必须按照以下原那么画出。
1、程序框图的原那么是：
① 程序框图一般有几个框图构成，通常所有的框图画在一图纸上。所画框图不必太详细，也不能太模糊，关键是要反映出程序的主要思路，逻辑顺序，输入输出以及控制点的设计思想。
② 框图要能清晰地表示出控制信息和数据信息的流向。信息的流向可以是任意的，通常由左至右、自上到下。
③ 所有框图和连线必须清晰整齐。
2、画逻辑电路图的原那么是：
① 一般把电路的输入端画在左边，输出端画在右边，重要的电路画在上部，不重要的画在下部 。
② 所有通路应尽量连接，连接线可穿插，但假设相交那么要用一个圆点表示。如果走线拥挤须将通路分开画时，应在断口两端做上标记。
③ 超出一纸的逻辑电路，应使用同一坐标系统(像地图一样)，标出信号从一到另一的引出点和引入点。
单片机课程设计报告
——电子课程表系统
摘要：该实验设计基于AVRmega16开发板平台，根据点阵屏和七段数码管的根本原理，做出了方便实用的电子课表。
关键字：单片机 8*8点阵屏 电子课表

前言：

AVR单片机是一款功能十分强大，集成度非常高的数字处理系统。它集成了ADC与DAC的模块，而且还有硬件滤波器！它根本上能够处理生活实时性不太强的模拟信号与数字信号，并实现通信！近年来，广告的普及和生活水平的提高，点阵大屏的需求日益强烈！
LED因其体积小，耗电量低，高亮度及环保等优点而被广泛应用于公共场所的大屏显示上，LED点阵大屏可应用于户外广告，交通导航，大厅公告，比赛的多媒体实时显示等领域。老校公教楼的点阵屏可以用来显示整幅课表。
我们的课程设计是基于AVR单片机，用8*8点阵显示滚动的课程英文名称，至于教室门口，可即时显示该教室正在上的课程名称，方便师生选择适宜的教室学习。所作的点阵屏具有可移植性强，功能简单，可以简单继续添加更多相关功能的模型，也可以扩展成多块点阵屏的组合，以改进显示效果。

正文：

一、系统设计目的、用途以及功能
经过一段时间的观察，我们发现，同学们上自习是经常遇到一个问题。教室中有很多人，但不能确定里面是不是在上课，能不能到里面去自习。 公教楼进门的地方有电子大屏可以显示课程安排，但看起来过于麻烦，也不能具体到每一个教室。所以我们设想，能不能设计一个电子课表，放在每个教室的门口，显示当前在上的课程，并可以通过一定的按键来及时改变课程，以应对临时变化。后来经电子设计大赛的教师提醒，我们曾经想设计一种有控制终端的课程显示系统。即每个教室门口都有一个电子课表，通过终端的控制完成所有课表的显示。但后来发现，以我们的能力做这样的工作太过复杂，所以我们选择了更容易的方式：单一的放在教室门口的电子课表，只显示当前的课程。于是现在的作品应运而生。
电子课表的根本功能如下：
1、实现LED点阵屏汉字名称的滚动显示。
2、实现不通课程汉字名称的自动切换。
3、实现按键控制课程名称的临时更改。
4、实现节日动画的显示。
5、实现6位七段数码管显示时分秒。
6、实现按键控制时间的调整。
二、硬件设计原理及容
硬件设计思想：通过按键输入控制信号，由单片机进展处理，并将行列信号分别通过显示驱动输入点阵屏和数码管，控制点阵和数码管的显示.

Led 16*16 点阵屏
74HC595
ATmega16
按键
控制信号
列信号
行信号
74hc154
74hc164
74ls138
六位七段数码管
段选xua=选
位 选

Atmega16引脚图

硬件模块一
——基于Atmega16单片机,利用4片点阵屏的组合来实现16*16的显示，从而使汉字的显示变成可能。
我们分别采用两片74ls595来控制行的显示，用一块74ls154来控列的显示。本来方案要用两74ls138的级连来控制列的变化，后来在测试中发现出现一些问题，于是改为74ls154.且154的使用可以减少资源的占用。
如焊接图所示，将左右点阵屏的行的控制引脚相连接，按照测试好的顺序排成0～15号，通过100欧的电阻后接到三极管上，三极管的作用是增大亮度。在三极管后同样使用100欧的电阻，最后接入两片74ls595.将595的电源和接地连好后，控制端连接到单片机的控制端，100欧的电阻起限流作用。
将上下点阵屏的列的控制引脚相连接，同样按照顺序排为0～15号，接入74LS154芯片，再将154芯片的电源和接地连接，控制端借入单片机的控制端。
设置普通键盘，连到单片机的控制端作为电子课表系统的控制按键。
该模块做为电子课程表的核心系统，能直观的显示所需目的，简便、快捷、容易理解。围绕这一模块完成以后的拓展工作。
模块一硬件图

硬件模块二——七段数码管显示时分秒
1.用74hc164实现8路并口输出的扩展，占用单片机的两个端口。编写hc164_send_byte()函数，程序控制hc164_data(PD6)作为数据线，将一字节由高位到低位，依次输出，输出时先根据该位的数值置PD6为“1”或“0”，然后控制hc164_CLK(PA7)输出“1”，再输出“0”，模拟时钟信号，将PD6数据打入74hc164。循环移位8次后，将1字节的数据由低位到高位串行输入到74hc164中，即可在74hc164的输出端得到并行的8位数据,即七段数码管的段码值。
2.用74ls138实现6路并口输出的扩展，将位选的段码值依次打入74ls138，74ls138任一时刻只有一个输出口输出低电平，对应的一位数码管被选中，扫描6次后可以实现六位数码管的显示。
4.51欧电阻起限流的作用。
6.该模块可以实现时分秒的显示，补充并强化了电子课表的功能，为了节省单片机布局有些不合理的端口，用了两处串入并出的扩展。
模块二硬件图

三、 系统设计所需资源及参数
Atmega16单片机、8×8共阳点阵屏4个、74HC595移位存放器 2个、74ls154 译码器1个、100欧电阻32个、NPN8050三极管16个、排线假设干、共阴三位七段数码管两块，74hc164移位存放器一片，74ls138译码器一片，51欧电阻8个

1、74HC154参数：
描述: 74HC595是告诉的硅构造的CMOS器件， 兼容低电压TTL电路，遵守JEDEC标准。74HC595是有8位移位存放器和一个存储器，三态输出功能。 移位存放器和存储器是分别的时钟。 数据在SCHcp的上升沿输入，在STcp的上升沿进入的存储存放器中去。如果两个时钟连在一起，那么移位存放器总是比存储存放器早一个脉冲。 移位存放器有一个串行移位输入(Ds)，和一个串行输出(Q7’),和一个异步的低电平复位，存储存放器有一个并行8位的，具备三态的总线输出，当使能OE时(为低电平)，存储存放器的数据输出到总线。
特点：8位串行输入 /8位串行或并行输出 存储状态存放器，三种状态; 输出存放器可以直接去除 100MHz的移位频率。
输出能力： 并行输出，总线驱动；串行输出；标准中等规模集成电路。

2、74HC595参数：
QA--QH: 八位并行输出端。
QH': 级联输出端。SI: 串行数据输入端。
74595的控制端说明：
/SCLR(10脚): 低点平时将移位存放器的数据清零。
SCK(11脚)：上升沿时数据存放器的数据移位。QA-->QB-->QC-->...-->QH；下降沿移位存放器数据不变。(脉冲宽度：5V时，大于几十纳秒就行了)
RCK(12脚)：上升沿时移位存放器的数据进入数据存储存放器，下降沿时存储存放器数据不变。(5V时，大于几十纳秒就行了)，更新显示数据。
/G(13脚): 高电平时制止输出(高阻态)。如果单片机的引脚不紧，用一个引脚控制它，可以方便地产生闪烁和熄灭效果。比通过数据端移位控制要省时省力。

3、74ls138参数
对3个输入信号进展译码。得到8个输出状态。
G1,G2A,G2B,为数据允许输出端，G2A,G2B低电平有效。G1高电平有效。A,B,C为译码信号输出端，Y0~Y7为译码输出端，低电平有效。

4、74ls164参数

四、 测试过程及数据
1．测试仪器：
CVAVR和AVR Studio软件 ，JTAG下载线，easyavr开发板。
2．测试与分析：
(1)测试点阵：把万用表调到测二极管的档，用红表笔触行输入端，用黑表笔触列输出端。注意观察256个点是否正常亮。
(2)测试按键：直接连接按键到单个可用LED发光二极管(这里采用实验板上发光二极管)，按下每个按键看LED是否可亮，假设亮，说明按键可用。
(3)程序调试：通过Cvavr和AVR Studio在线仿真调试，知道程序编译并运行成功。
(4)正式操作过程。
1、通电之后，数码管开场显示11：00：30。没有按键，那么依次滚动显示原子物理学30s,课间休息20秒，无课30秒，之后停顿显示。
2.显示过程中，假设按下key1键，显示有活动，再按下，返回。
3、显示课间时，按key2,实现课间休息和心图案的转换。
4|、显示过程中，按key3键，实现显示效果的滚动快慢显示。
5|显示过程中，按key4键，显示正弦波动的的国旗。
五、 成员分工及工作情况

六 、参考资料
?AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践?马潮

- word.zl