单片机设计期末作业.docx

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单片机设计期末作业

《单片机原理》课程期末作业

（C）西安电子科技大学测控专业

一、作业形式

通过本次作业，考查对8051单片机原理的掌握，以及程序设计和调试基本能力。

要求独立设计并调试完成一个具有完整功能的小型单片机系统，并写一份简短的设计报告，对自己所设计的系统进行描述和测试。

本次作业完成情况将作为平时成绩部分，计入期末总分。

二、作业内容

1、参考课程光盘内\学习板说明书\C51StartKit学习板.pdf的说明，自行购买电子元件，组装一套51单片机学习板。

2、从7道作业题中任选一题，独立完成程序设计，并在学习板上调试成功。

3、撰写一份简短的设计报告。

（主要说明设计思路、方法以及结果）

三、作业提交方式

将作业打包压缩（rar文件），按照“学号_姓名_题目.rar”的文件名作为附件，发邮件至*******************。

提交截止时间：

课程期末考试前。

提交内容：

1、源程序。

（整个工程所在文件夹）

2、设计报告。

（Word文档）

3、（如果有）相关演示视频、图片等。

四、作业题目（任选一题，多做不限）

本次作业题难度分为ABC三档，A题较难，B题中等，C题较为简单。

根据自己能力和兴趣选择合适的题目。

1、彩灯控制器（难度B）

学习板的P1口上接有8只LED，假设它们是一串彩灯。

设计一个简易的控制系统，控制其流水或闪烁花样和速度。

设计要求：

1）具有至少4种花样，可以参考下图，也可以自行设计或增添其他花样。

2）具有4个控制键，按下时蜂鸣器要有“滴”提示音，按键功能如下：

按1键，速度加快

按2键，速度减慢

按3键，切换下一种花样

按4键，暂停，再按一次恢复运行

3）其他功能，可自由发挥。

设计提示（仅供参考）：

花样的设计可以利用查表（数组）来完成，每一种花色就对应一个数组，从中循环读取赋值给P1口即可实现滚动效果。

利用定时器产生固定的节拍，当节拍计数至N时切换下一个数组元素，改变N值即可调节速度。

键盘可以利用程序库中的代码。

2、简易温度记录仪（难度B）

利用学习板上的DS18B20数字温度传感器，设计一个简易温度记录系统。

设计要求：

1）实时显示温度（大约1~2秒更新一次）

2）1分钟记录一次温度。

3）具有2个按键，按下时蜂鸣器要有“滴”提示音，按键功能如下：

按键1按下时，清除已存储的数据，重新开始记录。

按键2按下时，从串口向超级终端打印记录信息，格式如下：

序号,温度值

1,xx.x,

2,xx.x

3,xx.x

……

4）用自己设计的温度记录系统，记录一次温度变化曲线，附在报告中。

例如：

室温下记录5分钟，然后置于暖气片上加热放置10分钟（升温），再回到室温冷却10分钟（降温）。

5）其他功能或测量实验，可自由发挥。

设计提示（仅供参考）：

温度的测量可以利用程序库内DS18B20代码完成，1分钟计时可以通过定时器累计实现，每次1分钟定时到达时，将温度值顺序保存于一个数组中。

建议利用STC单片机256字节外部RAM（xdata）存储温度记录，可以记录128个温度值（约2小时），程序简单但缺点是实验过程不能断电。

也可以保存在STC单片机的Flash中（参考程序库），优点是断电也不会丢失。

通过串口向超级终端打印字符，所显示的内容可以拷贝后粘贴在Excel表格里，用Excel生成曲线。

注意：

学习板上的温度传感器可以用导线延长出来，可以做一些其他有趣的实验（例如测一测一壶开水的水温下降的规律是怎样的？

）。

3、“节奏感”游戏机（难度A）

“节奏感”是人与生俱来的一种感觉，有的人节奏感好，有的人差。

本题将利用单片机设计一个有趣的装置，对你的节奏感进行测试和评分。

原理如下图：

蜂鸣器发出两次“滴~滴”蜂鸣声，之间的间隔是随机产生的（0.3秒~2秒范围内随机选取）。

参与游戏者听到蜂鸣声后，根据鸣响节奏，估测第三次鸣响应该发生的时刻，按下按键。

单片机根据按键时刻的误差Et（单位:

ms），给出相应评分（分数显示在数码管上）。

本次测试得分=100分（误差Et<20ms以内）

100-Et/4（误差Et>20ms）

0（误差Et>400ms）

每轮游戏测试10次（每次的时间间隔都是随机的），取平均分作为最后得分。

设计要求：

1）完成上述设计

2）对同宿舍同学进行节奏感测试，得分情况附于报告中。

3）其他功能，可自由发挥。

设计提示（仅供参考）：

随机数的产生可以利用math.h库中的rand函数产生。

可以用定时器产生1ms定时节拍，对蜂鸣及按键进行计时。

显示函数可以调用程序库内的代码。

注意，每次测试开始前1秒左右，应该有准备提示（例如LED闪烁一下，提示测试即将开始）。

4、

电子骰子（难度B）

利用单片机学习板上的键盘和数码管显示，设计一款电子骰子，能够产生随机骰子点数，最多能够模拟4个骰子同时扔出时的效果。

设计要求：

1）有4个按键，功能如下：

按键1按下，投出1颗骰子

按键2按下，同时投出2颗骰子

按键3按下，同时投出3颗骰子

按键4按下，同时投出4颗骰子

2）4位数码管显示值分别代表4个骰子的点数（1~6）。

3）按下按钮后，相应的数字位开始闪烁（1~6快速变化），松手后变化速度慢慢减缓，一段时间后才停下，蜂鸣器提示。

要求每次点数都是随机的。

4）其他功能，可自由发挥。

设计提示（仅供参考）：

随机数的产生可以利用math.h中的rand函数来产生，但是该函数每次生成的序列是一样的（因为每次复位或上电后，随机数种子是一样的）。

解决方法之一是用按键时间长短来产生随机数种子，例如当按键按下时，开启定时器，松手时读取计数值n，作为种子，调用srand（n）函数将n设置为随机种子，然后再调用rand函数可以获取不重复的随机数序列。

也可以开机后将外部RAM中的数据求和（上电过程不清除外部RAM，是随机数），作为随机数种子。

注意rand函数产生的是0~32767内的随机数，通过取余操作（%6）获得0~5，再加1得到1~6之间的随机数。

显示函数可以调用程序库内的代码。

5、

简易电子秒表（难度C）

利用单片机学习板上的键盘和数码管显示，设计一款秒表。

要求如下：

1）四位显示，分辨率0.01秒，即显示SS.XX秒。

XX=00~99，SS=00~60

2）有2个按键，按键时有“滴”提示音，按键功能如下

按键1按下时，秒表开始计时；再次按时暂停计时；再按恢复计时…

当秒表处于暂停状态，按键2按下时，计时值清零。

3）计满1分钟（60s）后，点亮1只发光管，2分钟后点亮两只，依此类推。

4）其他功能，可自由发挥。

6、记忆力测试游戏机（难度A）

据科学研究，人类的记忆分为长期记忆与短期记忆两类（有点类似于计算机的ROM和RAM）。

短期记忆信息保持的时间很短，通常在5~20秒，最长不超过1分钟。

短期记忆有时也被称为电话号码式记忆，如同人们查到电话号码后立刻拨号，通完了话，号码也就随即忘掉。

短期记忆能力反映了大脑信息处理过程中的信息暂存能力。

本题将设计一款简单有趣的游戏装置，可以用来测试和提高你的短期记忆能力。

原理如下图，按照随机的排列顺序在4位数码管上，随机位置显示数字1~4，然后要求用按键1~4重复输入刚才看到的序列。

随着序列逐渐变长，记忆的难度也随之加大，直到记忆出错时为止游戏结束，此前的序列长度就代表了记忆能力。

游戏过程：

1）系统中具有4位数码管显示，4个按键。

2）复位后，数码管提示LV-X，X表示难度等级，可以在数字1~5范围设置；

按1键难度等级增加1

按2键难度等级减少1

按3键确认，游戏正式开始

3）蜂鸣器“滴”短鸣后，开始显示数字，数字1~4在随机位置出现（其他位消隐不显示），停留一段时间后，在下一个随机位置显示。

难度等级越高，停留时间越短。

4）显示完毕后，数字全部消失，用按键1~4输入刚才看到的序列。

5）若输入序列正确，显示“PASS”1秒钟，序列长度增加1（相当于下一关），跳回步骤3，然后开始下一轮游戏。

6）若输入序列错误，在输错的那一次按键时，提示“FAIL”1秒钟，然后显示得分，游戏结束。

此后所有按键失效，必须按复位键重新开始游戏。

步骤2）中的难度等级定义：

LV-1难度：

每个数字显示停留2秒，

LV-2难度：

每个数字显示停留1.5秒，

LV-3难度：

每个数字显示停留1秒，

LV-4难度：

每个数字显示停留0.5秒，

LV-5难度：

每个数字显示停留0.3秒，

步骤6）中的得分=[闯关数（失败前一关的序列长度）*10+本关（失败那一关）正确的个数]*难度等级：

设计要求：

1）完成上述设计

2）对同宿舍同学进行记忆力测试，将宿舍同学得分（最好有不同难度等级的得分）贴在报告中。

3）其他功能，可自由发挥。

设计提示（仅供参考）：

随机数的产生方法参考第4题。

随机位置也可以用相同的方法产生。

在任意位置显示数字和字母的功能可以通过显示程序库来实现。

用定时器产生10ms左右的定时节拍，计数产生0.3~2秒的显示停留时间。

键盘输入可以调用程序库实现。

所产生的随机数字序列，可以先一次生成整个序列，保存在一个数组中，按照时间间隔依次显示完毕后与输入序列逐一进行对比。

7、简易定时提醒器（难度C）

利用单片机学习板上的键盘和数码管显示，设计一款定时提醒器。

要求如下：

1）四位倒计时显示，即显示MM.SS。

MM=99~00分钟，SS=59~00秒

2）有4个按键，按键时有“滴”提示音，其中按键1和按键2用来设定倒计时时间，按键3和按键4用来控制。

具体按键功能如下：

按键1按下时，调整分钟值加1，最大可设定99分钟

按键1长按不放时，分钟值加10。

按键2按下时，调整分钟值减1，最小可设定01分钟

按键2长按不放时，分钟值减10，

按键3按下时，倒计时开始，秒钟值每秒减1，减到0后分钟减1，同时秒钟值变为59。

倒计时过程中，再按一次按键3，倒计时暂停。

再按恢复，依此类推。

按键4按下时，取消本次定时，计时值清零，此后可以用按键1/2重新设定新的定时值。

3）倒计时计至00.00时，蜂鸣器响。

4）其他功能，可自由发挥。

8、自选题目

鼓励在上述5个题目之外自由发挥选题，利用51单片机学习板，设计并实现一个小型但完整的单片机系统（允许并鼓励扩展），完成某些特定的功能。

以下是可供参考的选题方向。

1.解决生活中实际问题的小电子装置。

2.实用美观的电子礼品、电子装饰品等。

3.出于个人兴趣爱好的开发和研究。

4.尝试一些别人没有过的设计，特别是“看起来”不可思议的事。

6.用单片机自动完成某些实验的测量工作。

7.设计一些有趣的小游戏。

8.为单片机学习板编写一个模块化程序。

9.设计新的人机交互方法、或新的人机交互体验

10.以上未列出的一切富有创意以及能完整实现的作品。

五、报告攥写范例

《XXXX》（所选题目名称）设计报告

学号__________班级__________姓名____________

一、摘要

用几句话简单明了的概述你做了什么东西，比如利用了51单片机的哪些模块，通过什么方法，实现了什么功能，达到了什么指标，做了什么实验，结果如何等信息（并非严格格式，自己发挥，但要简明扼要突出重点）。

是报告的“浓缩精髓”，也是作品的第一印象。

二、硬件设计

简单介绍你所用到的硬件电路的原理，说明他们和单片机之间的连接关系，工作过程等关键问题即可，切忌长篇大论摘抄，应当简洁明了的介绍。

附上你所用到的电路原理图（或框图），不要将整个学习板的电路都贴上来（没意义）。

如果你只用到了学习板的一部分，可以画框图表示；如果你在学习板的基础上扩展了某些电路，要把你扩展的部分详细画出来。

如果不会用绘图软件，可以手绘然后拍照贴图。

三、程序设计

简洁扼要地介绍你的软件实现了什么功能，这些功能是怎么实现的（设计思路）。

画出主要功能的流程图。

关键部分作必要的说明，切忌过多地纠缠于细节问题。

四、测试结果

拍一张作品的照片放在这一部分，最好它是正在工作时候的照片。

必要时可以帖多张对比。

简单地描述你是怎么验证题目中所要求的功能？

如何进行的测试，步骤和方法是什么？

测试结果如何？

（通过测试，说明你完成了题目中要求的功能，且功能是正确的）

如果有实验部分，附一些典型的实验数据，例如题2和题3、题7可以贴上实验数据，第4题可以附上100次骰子的统计分析，看看1~6点的概率是不是均等的？

第5题可以和一只标准秒表对比，看看计时有没有误差？

五、总结

可以参考下面的几个方面来写（不要求面面俱到，有针对的选择几个方面，根据实际情况写），但是要简明扼要，总结部分不宜再铺开。

1）在设计过程中，遇到哪些困难怎么解决的?

2）总结出哪些经验？

（包括成功的和失败的经验）

3）你在设计过程中，有什么新方法、新思路值得分享？

4）通过实际动手，学到了哪些东西？

5）如何进一步改进？

有什么思路？

6）有没有什么有趣的新发现？

（比如第6题，男生和女生的记忆力有区别么？

第2题，试试宿舍里哪种开水瓶保温性能最好？

）

7）其他值得总结的内容。