单片机课程设计指导书1.docx
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单片机课程设计指导书1
《单片机原理与应用》
单片机课程设计指导书
专业：
电子信息工程
指导教师：
2016．4
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，并在进行相关课程设计基础上进行的一次综合练习。
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，力求实现理论结合实际，学以致用的原则。
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基本技能；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基础；学会灵活运用已经学过的知识，并能不断接受新的知识，大胆发明创造的设计理念。
二、课程设计的要求：
1．根据应用系统的要求，初步掌握总体结构设计的方法和构思，从中选择一种最佳设计方案；
2．根据应用系统结构规模的要求，掌握单片机外部扩充系统硬件设计的基本过程；
3.根据任务要求和硬件设计要求，首先画出程序的总体流程图，然后进行各控制模块的程序设计；
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。
三、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。
6.结题答辩。
四、设计报告要求
课程设计报告是学生所作设计的说明文件，其目的是使学生在完成设计、安装、调试后，在归纳技术文档、撰写科学技术总结报告方面得到训练。
通过撰写课程设计报告，不仅可以把设计、调试过程进行全面总结，而且还可以把实践内容提升到理论高度。
必须独立完成，格式符合要求，文字（不含图形、程序）不少于2500字，图形绘制规范。
1．设计报告的格式：
1）封面
2）摘要
3）目录
4）正文
正文按章节来撰写，应包含以下内容：
（1）所作题目的意义、本人所做的工作及系统的主要功能；
（2）方案选择：
根据题目要求，写出总体初设方案并阐述理由；
（3）硬件电路设计及描述：
硬件原理电路图的设计及分析，各部分电路的设计思想、功能特性及硬件原理电路图的绘制；
（4）软件设计流程及描述：
设计出完整的程序框图和各模块程序的程序设计清单；
（5）系统调试及评价：
说明系统的调试过程和调试方法，对系统硬件设计、软件设计及系统的实用价值、功能、精度、特点以及不足等方面进行分析与评价；
（6）心得体会：
总结本人在设计、安装及调试过程中的收获和体会。
5）参考文献
参考文献包括参考书、资料、网站等，按统一格式列出主要参考文献。
参考文献必须是学生在课程设计中真正阅读过和运用过的，文献按照在正文中的出现顺序排列。
6）附录
附录包括系统总体原理图及源程序。
五、课程设计时间及进度安排
课程设计集中在1周进行。
为保证达到预计的教学任务及目的，以小组为单位分别进行资料的收集、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
内容
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
附件一、课程设计题目说明及要求
具体设计课题可根据实际情况选择，或在下列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）正常情况下交叉路口的轮流通行（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：
温度范围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，若日晒水温达不到设定值，则电加热自动补温；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始；
（3）具有数据锁存和显示功能，抢答开始后若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，禁止其他选手抢答。
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，选手在设定的时间内抢答有效，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，禁止选手超时抢答，时间显示器上显示00；
（6）开始开关未动作，选手抢答无效，并报警，系统复位，重新开始。
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，则时钟以秒为单位开始计时
（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）停止状态（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．测量范围信号：
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．测量范围信号：
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．测量范围信号：
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。
题目十一电子密码锁的设计
一、任务
1、用4*3组成0~9数字键及确认键、删除键。
2、用3位数码管组成显示电路提示信息，当输入密码时，只显示“-”。
3、当密码位输入完毕按下确认键时，对输入的密码与设定的密码（666）进行比较，若密码正确，则开锁，此处用1个发光二极管点亮表示。
4、当密码不正确时，发光二极管处于熄灭状态，同时用1个蜂鸣器发出报警声。
二、设计要求
首先进行预设计，根据设计的任务要求，先确定设计的硬件电路方案，然后进行硬件电路的初步设计，在计算机上画出硬件电路图，在老师的指导下进行修正硬件电路图，并对所涉及的参数进行计算。
在确定硬件的基础上，要进行软件的总体设计，包括软件主流程的设计以及各子程序的设计，同时，要写出详细的操作说明，如时间的调整方法，显示窗口的时间切换等，以配合软件的设计。
然后进入硬件的调试及编程工作，设计组内的同学可根据任务分工，有调试硬件各功能模块的，如键盘子程序、显示子程序等，有进行整体程序的编制的，各模块的编制过程中要注意资源的衔接。
最后进入联机调试，联机调试的原则也要采用分步走的原则，各个功能模块要逐步套入，通过一个再增加一项功能，从而达到设计的总体要求，不要上来编制个最大的程序，最后无法查找错误。
最后写出设计报告
题目十二日历时钟的设计
一、任务
1、利用MCS-51内部定时器定时T0/T1，编程实现时、分、秒的显示，显示格式为：
时分秒：
091235（24小时制）
2、能按键调整时间的数值（按键数量自定）。
二、设计要求
首先进行预设计，根据设计的任务要求，先确定设计的硬件电路方案，然后进行硬件电路的初步设计，在计算机上画出硬件电路图，在老师的指导下进行修正硬件电路图，并对所涉及的参数进行计算。
在确定硬件的基础上，要进行软件的总体设计，包括软件主流程的设计以及各子程序的设计，同时，要写出详细的操作说明，如时间的调整方法，显示窗口的时间切换等，以配合软件的设计。
然后进入硬件的调试及编程工作，设计组内的同学可根据任务分工，有调试硬件各功能模块的，如键盘子程序、显示子程序等，有进行整体程序的编制的，各模块的编制过程中要注意资源的衔接。
最后进入联机调试，联机调试的原则也要采用分步走的原则，各个功能模块要逐步套入，通过一个再增加一项功能，从而达到设计的总体要求，不要上来编制个最大的程序，最后无法查找错误。
最后写出设计报告。
题目十三交通灯控制系统的设计
一、任务
1、在T字路口共有三组红黄绿灯和三个计时显示系统，计时系统由2位数码管组成，用于显示红绿灯点亮的时间。
2、绿灯倒计时20秒、黄灯倒计时3秒，均不需要闪烁。
二、设计要求
首先进行预设计，根据设计的任务要求，先确定设计的硬件电路方案，然后进行硬件电路的初步设计，在计算机上画出硬件电路图，在老师的指导下进行修正硬件电路图，并对所涉及的参数进行计算。
在确定硬件的基础上，要进行软件的总体设计，包括软件主流程的设计以及各子程序的设计，同时，要写出详细的操作说明，如时间的调整方法，显示窗口的时间切换等，以配合软件的设计。
然后进入硬件的调试及编程工作，设计组内的同学可根据任务分工，有调试硬件各功能模块的，如键盘子程序、显示子程序等，有进行整体程序的编制的，各模块的编制过程中要注意资源的衔接。
最后进入联机调试，联机调试的原则也要采用分步走的原则，各个功能模块要逐步套入，通过一个再增加一项功能，从而达到设计的总体要求，不要上来编制个最大的程序，最后无法查找错误！
最后写出设计报告。
题目十四秒表计时器的设计
一、任务
1、设计一个秒表计时器，含有启动、暂停、停止（至少）三个键，能够记录至多6组时间数据。
2、当启动按下后，开始计时，若按下停止键，数据存储并停止计时；若按下暂停键，数据存储的同时继续计时，直到计满了6组数据之后停止计时。
3、计数显示精确到0.1秒。
二、设计要求
首先进行预设计，根据设计的任务要求，先确定设计的硬件电路方案，然后进行硬件电路的初步设计，在计算机上画出硬件电路图，在老师的指导下进行修正硬件电路图，并对所涉及的参数进行计算。
在确定硬件的基础上，要进行软件的总体设计，包括软件主流程的设计以及各子程序的设计，同时，要写出详细的操作说明，如时间的调整方法，显示窗口的时间切换等，以配合软件的设计。
然后进入硬件的调试及编程工作，设计组内的同学可根据任务分工，有调试硬件各功能模块的，如键盘子程序、显示子程序等，有进行整体程序的编制的，各模块的编制过程中要注意资源的衔接，最好采用伪定义的方式采用单片机的片内RAM资源。
最后进入联机调试，联机调试的原则也要采用分步走的原则，各个功能模块要逐步套入，通过一个再增加一项功能，从而达到设计的总体要求，不要上来编制个最大的程序，最后无法查找错误！
最后写出设计报告。
题目十五简易电子琴的设计
一、任务
设计一个带显示按键序号的电子琴，要求如下：
1、设计8个按钮的键盘，设计成8个音（并说明分别是什么音符）。
2、设置数码管显示功能，能够显示当前的音符，当高音哆时，数码管的小数点位同时点亮。
二、设计要求
首先进行预设计，根据设计的任务要求，先确定设计的硬件电路方案，然后进行硬件电路的初步设计，在计算机上画出硬件电路图，在老师的指导下进行修正硬件电路图，并对所涉及的参数进行计算。
在确定硬件的基础上，要进行软件的总体设计，包括软件主流程的设计以及各子程序的设计，同时，要写出详细的操作说明，如时间的调整方法，显示窗口的时间切换等，以配合软件的设计。
然后进入硬件的调试及编程工作，设计组内的同学可根据任务分工，有调试硬件各功能模块的，如键盘子程序、显示子程序等，有进行整体程序的编制的，各模块的编制过程中要注意资源的衔接，最好采用伪定义的方式采用单片机的片内RAM资源。
最后进入联机调试，联机调试的原则也要采用分步走的原则，各个功能模块要逐步套入，通过一个再增加一项功能，从而达到设计的总体要求，不要上来编制个最大的程序，最后无法查找错误！
最后写出设计报告。
题目十六电子抢答器的设计
一、设计内容
1、1位主持人与6位抢答者。
主持人有1个按键S0，每位抢答者各有1个按键S1—S6，1个绿色发光二极管和1个红色发光二极管。
2、在S0按下之前，S1—S6按下时均无效；当S0按下后，S1—S6按下才有效，同时所有的发光二极管均点亮。
3、判断哪位抢答者最先按下按键。
4、抢到的参赛者红色发光二极管熄灭；未抢到的参赛者绿色发光二极管熄灭。
二、设计要求
首先进行预设计，根据设计的任务要求，先确定设计的硬件电路方案，然后进行硬件电路的初步设计，在计算机上画出硬件电路图，在老师的指导下进行修正硬件电路图，并对所涉及的参数进行计算。
在确定硬件的基础上，要进行软件的总体设计，包括软件主流程的设计以及各子程序的设计，同时，要写出详细的操作说明，如时间的调整方法，显示窗口的时间切换等，以配合软件的设计。
然后进入硬件的调试及编程工作，设计组内的同学可根据任务分工，有调试硬件各功能模块的，如键盘子程序、显示子程序等，有进行整体程序的编制的，各模块的编制过程中要注意资源的衔接，最好采用伪定义的方式采用单片机的片内RAM资源。
最后进入联机调试，联机调试的原则也要采用分步走的原则，各个功能模块要逐步套入，通过一个再增加一项功能，从而达到设计的总体要求，不要上来编制个最大的程序，最后无法查找错误！
最后写出设计报告。
题目十七模拟出租车计价器的设计
一、设计内容
1、设起步费10元（三公里之内），超过三公里之后，按2元/公里收费，无附加燃油费。
2、设计程序用按键输入公里数时，能够在数码管上显示应付的钱数。
二、设计要求
首先进行预设计，根据设计的任务要求，先确定设计的硬件电路方案，然后进行硬件电路的初步设计，在计算机上画出硬件电路图，在老师的指导下进行修正硬件电路图，并对所涉及的参数进行计算。
在确定硬件的基础上，要进行软件的总体设计，包括软件主流程的设计以及各子程序的设计，同时，要写出详细的操作说明，如时间的调整方法，显示窗口的时间切换等，以配合软件的设计。
然后进入硬件的调试及编程工作，设计组内的同学可根据任务分工，有调试硬件各功能模块的，如键盘子程序、显示子程序等，有进行整体程序的编制的，各模块的编制过程中要注意资源的衔接，最好采用伪定义的方式采用单片机的片内RAM资源。
最后进入联机调试，联机调试的原则也要采用分步走的原则，各个功能模块要逐步套入，通过一个再增加一项功能，从而达到设计的总体要求，不要上来编制个最大的程序，最后无法查找错误！
最后写出设计报告。
题目十八函数信号发生器的设计
一、设计内容
1、设计一个能够发出方波的信号发生器。
2、可选电压值为：
1V、2V、3V、4V、5V、6V六个档位。
3、可选频率值为：
10Hz、100Hz、1KHz、10KHz、100KHz、1MHz六个档位。
二、设计要求
首先进行预设计，根据设计的任务要求，先确定设计的硬件电路方案，然后进行硬件电路的初步设计，在计算机上画出硬件电路图，在老师的指导下进行修正硬件电路图，并对所涉及的参数进行计算。
在确定硬件的基础上，要进行软件的总体设计，包括软件主流程的设计以及各子程序的设计，同时，要写出详细的操作说明，如时间的调整方法，显示窗口的时间切换等，以配合软件的设计。
然后进入硬件的调试及编程工作，设计组内的同学可根据任务分工，有调试硬件各功能模块的，如键盘子程序、显示子程序等，有进行整体程序的编制的，各模块的编制过程中要注意资源的衔接，最好采用伪定义的方式采用单片机的片内RAM资源。
最后进入联机调试，联机调试的原则也要采用分步走的原则，各个功能模块要逐步套入，通过一个再增加一项功能，从而达到设计的总体要求，不要上来编制个最大的程序，最后无法查找错误！
最后写出设计报告。
题目十九数字电子时钟
一、设计任务
利用MCS-51单片机内部的定时／计数器、中断系统、以及行列键盘和LED显示器等部件，设计一个单片机电子时钟。
设计的电子时钟通过数码管显示，并具有能通过按键实现设置时间的功能。
显示格式为小时十位、小时个位---分十位、分个位---秒十位、秒个位。
二、设计要求
（1）在系统设计中，要求使用利用单片机的定时器定时及中断方式完成其功能；
（2）系统硬件设计：
单片机系统采用8051机型；根据任务要求，完成单片机最小系统及其扩展设计，组成功能完整的系统，设计给出系统硬件路电原理图；
（3）系统软件设计：
根据系统功能，完成控制软件的编写与调试；
（4）以论文格式给出设计报告。
题目二十数字电子秒表
一、设计任务
设计一个电子秒表，用6位LED数码管分别显示分、秒、0.01秒。
以0.01秒（10ms）为计时最小单位，设置开始键、停止键和清零键，按开始键开始计时；按停止键停止，再按继续计时；按清零键清零。
二、设计要求
（1）在系统设计中，要求使用利用单片机的定时器定时及中断方式完成其功能；
（2）系统硬件设计：
单片机系统采用8051机型；根据任务要求，完成单片机最小系统及其扩展设计，组成功能完整的系统，设计给出系统硬件路电原理图；
（3）系统软件设计：
根据系统功能，完成控制软件的编写与调试；
（4）以论文格式给出设计报告。
题目二十一交通信号灯智能控制器
一、设计任务
利用单片机完成交通信号灯控制器的设计，该交通信号灯控制器由一条主干道和一条支干道汇合成十字路口，在每个入口处设置红、绿、黄三色信号灯，红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停在禁行线外。
用红、绿、黄发光二极管作信号灯。
设东西向为主干道，南北为支干道。
主干道处于常允许通行的状态，支干道有车来时才允许通行。
主干道亮绿灯时，支干道亮红灯；支干道亮绿灯时，主干道亮红灯：
（1）主、支干道均有车时，两者交替允许通行，主干道每次放行30秒，支干道每次放行20秒，设立30秒、20秒计时、显示电路。
（2）在每次由绿灯亮到红灯亮的转换过程中，要亮5秒黄灯作为过渡，黄灯按1Hz的频率闪烁。
（3）设置紧急按钮，在出现急情况时可由交警手动实现全路口车辆禁行而行人通行状态，即主干道和支干道均为红灯亮。
图3.1交通灯示意图
二、设计要求：
（1）利用单片机的定时器定时及中断方式，令十字路口的红绿灯交替点亮和熄灭；
（2）系统硬件设计：
单片机系统采用8051机型；根据任务要求，完成单片机最小系统及其扩展设计，组成功能完整的系统，设计给出系统硬件路电原理图；
（3）系统软件设计：
根据系统功能，完成控制软件的编写与调试；
（4）以论文格式给出设计报告。
题目二十二多信号发生器
一、设计任务
⑴具有产生正弦波、三角波和方波三种周期性波形的功能；
⑵通过键盘选择输出信号的类型、周期相关指标；
⑶输出波形的频率为100Hz～20kHz；
⑷具有显示输出波形的类型、频率的功能。
二、设计要求
（1）在系统设计中，要求使用DAC0832完成其功能；
（2）系统硬件设计：
单片机系统采用8051机型；根据任务要求，完成单片机最小系统及其扩展设计，组成功能完整的系统，设计给出系统硬件路电原理图；
（3）系统软件设计：
根据系统功能，完成控制软件的编写与调试；
（4）以论文格式给出设计报告。
题目二十三数字频率计
一、设计任务
（1）测量频率范围10Hz～100000Hz，量程可自己选择，精度：
1%；
（2被测信号为方波信号；
（3）显示方式为6位LED数码显示；
二、设计要求
（1）在系统设计中，要求使用定时器计数方式及定时方式完成其功能；
（2）系统硬件设计：
单片机系统采用8051机型；根据任务要求，完成单片机最小系统及其扩展设计，组成功能完整的系统，设计给出系统硬件路电原理图；
（3）系统软件设计：
根据系统功能，完成控制软件的编写与调试；
（4）以论文格式给出设计报告。
题目二十四多功能抢答器
一、设计任务
⑴设计一个供4组选手比赛用的四路抢答器，每一路抢答信号均由某一组选手控制；
⑵合法抢答及指示功能：
当主持人题目宣读完毕，表示可以抢答时，参赛者的按键行为为合法抢答。
此时，能倒计时显示抢答时间，四组参赛选手中只要有一个参赛选手抢先按下抢答按键（抢答成功），则可发出声光指示并显示其组号，同时，倒计时显示停止计时，而其他参赛者按键无效；
⑶非法抢答报警功能：
在抢答开始前，如果有参赛者按下抢答按键，则为非法抢答，此时，系统应能显示非法抢答者的按键号，同时指示报警
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