《单片机应用技术(C语言版)》课程项目设计.docx

工程1音乐倒数计数器设计
1任务要求
利用单片机设计一个简易的倒数计数器，可用于比赛、定时、煮开水或小睡片刻等。按 照规定时间倒计数，当倒计数为。时，那么音乐声响起，通知倒计数到0。
2系统方案参考
本任务可选用51单片机芯片STC90c516RD+或其他兼容芯片作为主控制器，采用单片机 内部定时器实现计时、独立式按键设置定时时间、字符型LCD显示时间和单片机内部定时/ 计数器产生方波实现音乐效果的功能，系统框图如图A-1所示。
字符婴
LCD显示器
音乐播放
蜂鸣器
O 51单片机舱
独立式按键
图A-1音乐倒数计数器系统框图
1)键盘功能定义
用4个按键操作来设置当前想要倒计数的时间。一旦按键按下那么开始倒计数，当计数为 。时，响起音乐。
程序执行后工作指示灯LED闪动，表示程序开始执行，倒计数时间默认为“00： 00"。 复位后LCD的画面应能显示倒计时的分钟和秒数，此时按S1键，那么在LCD上显示出修改时 间画面，按S2键增大倒计数的时间1分钟，按S3键减小倒计数的时间1分钟，按S4键设 置完成并启动倒计时。
2)显示定义
用字符型LCD (16*2)显示器显示时间，显示格式为“TIME分分：秒秒”。
3)音乐播放
利用定时/计数器.通过载入不同的计数初值.产生频率不同的方波.输入到蜂鸣器 (Sounder)中.使其发出频率不同的声音.通过计算各音阶频率.可得1、2、3、4、5、6、7共7 个音.应赋给定时器的初值为64580、64684、64777> 64820、64898、64968、65030.在此基
2）显示电路
显示电路采用简单实用的LED数码管.
3）提醒功能
采用蜂鸣器发声提醒.
工程7声控小车设计
1.・任务要求
利用单片机结合直流电机、语音识别模块.通过语音〃左转〃、“右转〃、〃前进〃或“后 退〃.控制小车的运行.
2..系统方案参考
本任务可选用51单片机作为主控制器.由语音识别模块控制电机转动实现左转、右转、 前进和后退,电路系统由主控制器、语音识别模块、直流电机局部构成。声控小车系统框图 如图A..7所示.
语音识别模块 0 51单片机匕”流电机
图A..7声控小车系统框图
1）语音控制模块
声控小车采用一种TS_ASR_MODULE语音识别模块来实现语音控制.模块由+5V直流电 源供电.可识别32个不同的语音命令.模块中还设置有语音命令自学习功能.复位后.模块会自 动发出语音提示："请输入一条语音信号〃.从麦克风录入第一条语音信号后.模块会再次提示 重新录入一遍.如两次输入的内容完全匹配.模块就会将这次的语音命令信息保存起来.然后 继续提示："请输入下一条语音信号〃.直至命令信息全部存储完毕.最后提示："0K!”结束.使 用时只要重复发出曾经被模块学习过的语音命令.在模块的输出端就会得到与之对应的高电 平状态信号.而其他输出端均保持为低电平.
本任务中.可预先设置4种简单的语音命令,包括〃前进〃、〃后退〃、〃左转〃和〃右转〃. 使用时.只要说出4种语音命令中的任一种.4个电机就会按相应的语音命令运行.
2）小车运行
采用4个直流电机实现小车的左转、右转、前进以及后退.
工程8简易MP3设计
1.・任务要求
利用单片机设计出一个简易MP3.通过对按键的控制切换不同歌曲的演奏,实现点唱的 功能.并显示当前的曲目.
2..系统方案参考
本任务可选用51单片机作为主控制器.采用独立式按键切换歌曲、图形LCD显示器显示
曲目和单片机内部定时/计数器产生方波实现音乐.系统框图如图A..8所示.
图形越
LCD显示器
O 51单片机分嚼翳

0
独立式按键
图A..8简易MP3系统框图
1)键盘功能定义
用4个按键来设置当前想要点唱的曲目以及播放和暂停功能.程序执行后开始播放第一 首歌曲.按下操作键S1~S4的动作为:S1—播放.S2—暂停.S3—向前一首64—向后一首.
2)显示定义
用图形LCD (128 64)显示器显示曲目,显示格式为〃序号：歌曲名〃.
3)音乐播放
利用定时/计数器.通过载入不同的计数初值.产生频率不同的方波.输入到蜂鸣器 (Sounder)中.使其发出频率不同的声音.通过计算各音阶频率.可得1、2、3、4、5、6、7共7 个音.对应赋给定时器的初值为64580、64684、64777、64820、64898、64968、65030.在此 基础上.可将乐曲的简谱转化为单片机可以〃识别〃的〃数组谱〃.进一步加入对音长、休止符 等的控制后.可以实现音乐的播放.
工程9自动旋转花样显示屏设计
1.・任务要求
利用单片机结合直流电机、LED灯,设计一个能显示图文的旋转花样LED显示屏.要求能 显示多个不同的图形或文字.并能采用红外传输方式更改显示的内容.
2..系统方案参考
本任务可选用51单片机作为主控制器.由LED完成电机转动时显现的字符或图形.电路系 统由主控制器、LED显示模块、直流电机、红外遥控通信构成,系统框图如图A.9所示.
红外通信模块 3 51单片机 LED显示模块
%1 口 直流电机
图A.9旋转花样显示屏系统框图
1）字符或图形显示
LED成线状排列.每个瞬间线阵只能显示数字编码后的文字或图形的一列.利用人眼的视 觉暂留原理.将需要显示的字符或图形分成64列,通过端口电平的变化.显示不同的内容,不同 字符的切换通过外部中断实现.
2）旋转显示
采用直流电机或步进电机实现线状排列的LED灯平面旋转或者立体旋转.电机带动LED 屏.就会在划过的轨迹上留下清晰的文字或图案.
3）显示内容
显示屏在高速旋转的过程中.不便于连线修改显示数据.所以采用红外通信模式传输数 据.
工程10智能巡迹小车设计
1.・任务要求
利用单片机设计一台智能巡迹小车.结合直流电机、红外反射传感器模块,利用PWM技 术调节转速直行及转弯.能灵活自如地适应各种不同弯道的转弯情况.
2..系统方案参考
本任务可选用51单片机作为主控制器.采用8路红外反射传感器模块.利用P WM技术调 节转速直行及转弯.实现智能巡迹小车的设计.系统框图如图A..10所示.
8路红外反射传词51单丽
图A..10智能巡迹小车系统框图
1）巡迹走法
第一种是左右两路判断走Z字型.此方法设计程序简单易用.缺点是Z字型走法速度慢. 行走很不顺畅连贯.第二种是精确转弯型.此方法采用精确计算所需的转弯角度.优点是行走 顺畅连贯.速度快.准确率高.缺点是程序复杂.编写相对难一些.推荐采用计算转弯角度的走法.
2）巡迹原理
循迹是指小车在白色地板上循黑线行走.反之亦然.通常采取的方法是红外探测法.
红外探测法.即利用红外线在不同颜色的物体外表具有不同的反射性质的特点.在小车行 驶过程中不断地向地面发射红外光.当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射.反射光被装在 小车上的接收管接收.如果遇到黑线那么红外光被吸收.小车上的接收管接收不到红外光.单片 机就是否收到反射回来的红外光为依据来确定黑线的位置和小车的行走路线.
红外探测器的探测距离有限.一般最大不应超过15 cm.对于发射和接收红外线的红外 探头.可以自己制作或直接采用集成式红外探头.集成式红外探头可以采用型号为E3 F —D集 成断续式光电开关探测器.它具有简单、可靠的工作性能.只要调节探头上的一个旋钮就可以 控制探头的灵敏度.该探头输出端只有二根线（电源线、地线、信号线）.只要将信号线接在单 片机的I/O端口.然后不停地对该I/O端口进行扫描检测.当其为高电平时那么检测到白纸.当为 低电平时那么检测到黑线.
础上.可将乐曲的简谱转化为单片机可以“识别”的“数组谱” .进一步加入对音长、休止 符等的控制量后,可以实现音乐的播放。
工程2温度计设计
1 .任务要求
利用单片机结合改进型智能温度传感器DS18B20作为温度采集器,设计一款数字温度计.
可以显示环境的温度以及测量人体的体温.
2.系统方案参考
本任务可选用51单片机芯片作为主控制器,利用数字温度传感器DS18B20测量温度信号.
在LED数码管上显示温度,系统框图如图A..3所示.
温度传感器
DS18B20
数码管显示
温度（或液晶）
图A・・3温度计系统框图
1）温度测量
温度检测电路采用Dallas公司生产的l-wire接口数字温度传感器DS18B20.它采用3 引脚TO-92封装.温度测量范围为一55℃〜+125C,编程设置9〜12位分辨率.现场温度直接以 l-Wire的数字方式传输.大大提高了系统的抗干扰性.单片机只需一根端口线就能与多个 DS18B20通信.但需要接4..7kQ的上拉电阻.DS18B20是采用1 —Wire单总线协议方式.该协议 定义了三种通信时序：初始化时序、读时序和写时序,而51单片机在硬件上并不支持单总线 协议.因此•必须采用软件方法模拟单总线的协议时序,来完成与DS18B20间的通信.
2）温度显示
以串口传送数据,采用3位共阳极LED数码管显示相应的温度值,通过串行输入并行输出 的移位寄存器74LS164输出段码.位码用N P N三极管驱动,单片机的I/O 口模拟数码管串行 显示的启动、时钟端、串行数据输入端。
工程3公交车报站器设计
1.・任务要求
语音报站器适用在开动的公交车上.代替售票员进行报站工作.具有以下功能：
⑴模拟人声进行报站和预报站.
⑵站名语音信息的录入.
⑶录音、放音以及站名选择控制.
(4)显示站名.
2..系统方案参考
本任务可采用51单片机作为主控制器.利用独立式按键、点阵显示及语音录放芯片
ISD1700实现公交车报站器设计.系统框图如图A..4所示

独立式按键
.图A..4公交车报站器系统框图
1)语音录放
语音录放芯片ISD1700是华邦公司推出的单片优质语音录放电路JSD1700的独立按键工 作模式录放电路简单、功能强大.不仅有录、放功能.还有快进、擦除、音量控制和复位等功 能.根据系统功能描述.要求在某种场合下播放出特定的语音.到达语音智能提示的效果,所以 在语音分段播放时一定不能出现语音混叠或紊乱的状态,因此,准确确定每段语音的段号是设 计的关键.
假设利用MIC典型录音电路的录音键REC依次录入五段语音,分别是〃欢迎乘坐101路 公交车"."车子起步.请抓好扶手.前方到站是…站快要到了 .请乘客提前做好准备.到后门 下车〃,〃车子转弯.请抓好扶手〃.〃….站到了.请乘客从后门下车〃.然后按下RESET键.按PLAY键. 把语音芯片播放出来的当前语音的段号记为1.接着按FWD键.再按PLAY键.把语音芯片播 放出来的当前语音的段号记为2 .再重复按FWD和PLAY键.把语音芯片播放出来的当前语
音的段号记为3.依次类推.得出语音存储段号和相应语音的对应值
2）站名显示
采用4个16 xl6点阵显示站名.采用滚动显示的方式.
工程4环境湿度控制系统设计
1.・任务要求
本任务利用单片机作为主控制器.设计一个环境湿度控制系统,可以随着时间和环境的变 化设定理想的湿度.如果湿度超出设定的范围时.采用排气扇或者加湿器自动进行湿度调节. 到达理想的状态.
2..系统方案参考
本任务的关键是如何选择能输出电信号的湿度传感器和配套的A/D转换电路,本任务可 选用内部自带A/D转换的宏晶单片机芯片作为主控制器.湿度传感器选用HSU_07,当湿度超 过设定的湿度值范围时.启动排气扇或加湿器.调节湿度.系统框图如图A..4所示.
加湿器
湿度检测
HSU_07
/
O 51单片机

0
排气扇
图A..4系统框图
1）湿度检测
湿度传感器常用的有两大类.一类是常规的湿敏元件.另一类是集成湿度传感器.常规湿 敏元件主要有电阻式和电容式两种形式.集成湿度传感器可分为线性电压输出式、线性频率 输出式和频率/温度输出式三种集成湿度传感器.选择线性电压输出式的湿度传感模块HSU —07.其湿度测量范围为30%RH ~90%RH,对应的电压输出为0..8V ~2・・8V,电源电压为+5V.由于 HSU—07的输出电压较高且线性较好,因此.无需放大和非线性校正.可直接与A/D转换器连接 将模拟量转换成数字量.
2）显示定义
用字符型LCD （16 2）显示器显示时间.显示格式为〃湿度值％〃.
3）湿度调节
湿度超过设定的湿度值时.采用排气扇通风.降低湿度.假设湿度低于设定的湿度值时.采用 加湿器加湿.提高湿度.
工程5红外遥控密码锁设计
1.・任务要求
利用单片机设计一个红外遥控密码锁系统,采用4位数作为密码,不但具有普通电子密码 锁的功能.同时增加红外遥控功能.
2..系统方案参考
本任务可选用51单片机作为主控制器.通过按键输入4位密码.也可通过红外发射功能模 块发射4位密码信号.红外接收转换模块接收信号.密码输入后.判断密码是否正确.正确即开 锁.错误保持锁定.系统包括单片机模块、LED数码管显示模块、按键功能模块、开锁功能模 块、红外接收及发射模块等,系统框图如图A..5所示.
开锁功能模块

|红外发射|
LED数码管 显示模块

按键功 AT24C04 能稹块|保存密码 图A..5系统框图
1）红外发射及接收模块
TC9148是通用红外遥控发射器的CMOS大规模集成电路,该电路与遥控接收电路TC9149 配合.可进行10路独立功能的控制.TC9148发送编码可达75个淇中63个用于连续发射.可由 多键同时操作获得.余下的12个是单次发射.只能按次序进行单键操作.TC9148的抗干扰性能 较好.它发送的信号每组代码为12位.每次发送两组.两组信号在接收后逐位进行比拟.只有完 全相同时才认为有效,该电路采用CMOS工艺.并在线路设计上做到只有在按键动作时才产生 振荡,因而静态功耗很小.可以采用干电池为工作电源.
TC9149是具有10路输出的红外遥控接收电路.10路中有5路为连续脉冲输出,另5路为 单次脉冲输出,连续脉冲输出的5路可同时并行工作.并与发射电路的31个编码相对应.单次 输出的5路那么每次只能有1路工作.并与发射电路的5个编码相对应,红外接收头采用 HSO038A2 .电路内的用户码检测电路能鉴别不同类别的用户发出的信号.
2）按键与显示定义
采用4个数码管显示密码.可以采用串口控制方式,也可以通过按键显示专用控制芯片同 时控制数码管显示和按键.
3）密码保存
为了保存用户设置的密码,可使用E2PROM芯片AT24C04来存储用户设置的密码,当需 要更改或读取用户密码时.只需从AT24C04里读取数据或更改数据。
工程6倒车雷达系统设计
1.・任务要求
本任务设计一种雷达装置,能够实现在倒车过程中.实时检测障碍物与汽车之间的距离. 并通过数码管直观显示或蜂鸣器报警,提高驾驶的平安性.
2..系统方案参考
本任务可选用51单片机作为主控制器.采用超声测距方法实现倒车雷达系统.选取超声 波发射与接收电路方案.利用单片机产生40kH z方波信号送至发射电路输出超声波信号.再 由接收电路把反射回波信号进行放大处理后送至单片机.单片机根据从发射到接收所用的时 间计算出汽车距后方障碍物间的距离.并用数码管显示障碍物距离,当小于设置的平安距离时. 蜂鸣器发出声音提醒.系统包括单片机、显示电路、超声波发射电路和超声波接收电路、提 醒模块五个局部组成,系统框图如图A..6所示.
超声波发射电路
提醒模块IO 51单片机龄
数码管显
示距离

超声波接收电
图A..6倒车雷达系统框图
1）超声波测距
利用超声波测量基准位置和目标物体外表之间距离的方法.称为超声波测距法.超声 波在空气中传播至尺寸大于其波长的目标被测物.就会发生反射.反射回波由超声传感器接收 并转化为电信号.测量出发射和接收信号之间的时间差.即渡越时间t 3= t V /2（V为超声 波在空气中的传播速度331 ..45m /s）即可计算出传感器与反射点间的距离.
系统可选用超声发射探头TCT40-12T1以及超声接收探头TCT40 —12R1.超声波检波接
收器采用CX20106A.该器件是一款红外线检波接收的专用芯片,主要工作频率在38kHz
〜41kH z .常用于红外遥控器.由于超声测距用的超声波频率40kH z也在此范围.因此该芯片 也常用于超声波检测接收电路.