《单片机课程设计》任务与要求含课程报告要求.docx
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《单片机课程设计》任务与要求含课程报告要求
单片机课程设计任务书（第一阶段）
1、设计题目：
单片机系统的硬件设计、制作和软件编程
2、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：
（1）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。
（2）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）。
（3）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。
（4）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。
（5）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：
（1）STC89C58RD+单片机（DIP40）
（2）4位共阴数码显示管，1个
（3）470欧9针排阻，1个
（4）晶振：
11.0592MHz，1个
（5）瓷片电容：
30PF，2个
（6）10K电阻，1个
（7）按键开关：
5个
（8）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
1、课题名称
2、内容摘要
3、设计内容及摘要（分阶段写）
4、比较和选定设计的系统方案，画出系统框图（分阶段写）
5、单元电路设计、参数计算和器件选择（分阶段写）
6、画出完整的电路图，并说明电路的工作原理（分阶段写）
7、利用Proteus软件对电路进行仿真调试（分阶段写）
8、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RAM6264存储，需要回放波形的时候可以把数据送到D/A转换输出。
4．各单元电路仿真分析（略）
5．系统软件设计（必须画程序流程图，并给出必要的程序思路注解）
图12程序流程图
三．系统调试
1．硬件调试（略）
2．软件调试（略）
3．软硬联调（略）
四．指标测试
1．测试仪器（略）
2．指标测试（略）
五．结论（略）
六．详细程序（附后）
附件2：
程序流程图示例（若用到中断，每个中断服务程序应另画流程图）
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