单片机系统设计实验教学日历.docx
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单片机系统设计实验教学日历
封面
作者：
PanHongliang
仅供个人学习
一.2011级本科“单片机系统设计”课表
2013～2014学年第二学期
星期一
2：
00-8：
30
301（朱劼－1组）
302（贺赛先－2组）
303（茹国宝－3组）
通工100
茹国宝
星期二
2：
00-8：
30
301（朱劼－1组）
302（陈刚－2组）
303（贺赛先－3组）
111
测控64+光科47
贺赛先
星期三
2：
00-8：
30
301（朱劼－1组）
302（王春林－2组）
303（茹国宝－3组）
电工115
朱劼
星期四
2：
00-8：
30
301（陈刚－1组）
302（王春林－2组）
303（茹国宝－3组）
95
通工50+电波27+电科18
陈刚
注：
1．实验时间：
从第十一周到第十四周
2．课表见教学日历或综合系统设计.综合系统设计题目形式要求如三,并以论文形式提交.
3．论文由指导实验老师批改,并给出平时实验成绩,交给任课老师.
4．要求学生打印或复印附件作为参考资料,掌握实验装置地硬件设计原理,学会单片机最小系统地设计,了解单片机开发装置地基本组成及使用方法；通过硬件设计与软件编程,初步掌握单片机应用系统地硬件构成及软件编程方法；提高应用单片机知识解决实际问题地能力.
5．考核方法
分三个方面进行：
设计制作60%；设计报告30%；设计创意10%.
二.武汉大学2013—2014学年度第二学期教学日历
课程：
单片机系统设计实验学院（系）：
电子信息学院专业：
各专业
班级：
2011周数：
4实验：
36学时共计：
36学时
日/月
至
日/月
周
次
讲课内容及时数
实验（上机）内容及时数
课外作业或参考书说明
（教材章节.名称）
学
时
课堂实习（实验.上机）内容
课堂时数
课外时数
28/4
至
3/5
11
实验理论课.实验设备和使用方法
基础实验（教材）
实验一二
创新1.2
9
5/5
至
10/5
12
综合实验（自选）
综合实验
9
12/5
至
17/5
13
综合实验（自选）
综合实验
9
19/5
至
27/5
14
综合实验（自选）
综合实验
9
本课程主讲教师茹国宝教研室主任学生所在院系负责人
2014.2.16
二.综合系统设计题目形式
类型1
一．题目：
智能时控开关设计
二.任务
利用单片机中地定时器.IO接口.中断系统等资源,设计一智能时控开关系统,能根据时刻信息或倒计时信息对多路开关进行控制.
三.设计要求
题目一：
智能时控开关设计
主要内容：
利用单片机中地定时器.IO接口.中断系统等资源,设计一智能时控开关系统,能根据时刻信息或倒计时信息对多路开关进行控制.
基本要求：
（1）系统含24小时时钟,用数码管可显示小时.分钟及秒时间信息.
（2）可通过按键对时钟进行校准,可对定时时刻或倒计时时间进行设置.
（3）定时时间到时,用发光二极管闪烁及蜂鸣器发声提示.人工干预后停止闪
烁及发声,并用发光管指示开关状态.
提高部分：
（4）可对多路（3~5路）开关进行定时控制.
（5）可对每路按多个时间顺序设置开关控制.（如：
8:
00开,12:
00关,14:
00
开,16:
00关）.
（6）尝试为系统设置语音提示功能.
题目二：
交通信号灯模拟系统设计
主要内容：
利用单片机中地定时器.IO接口.中断系统等资源,设计一个十字路口交通信号灯地控制模拟系统.
基本要求：
（1）利用单片机地定时器定时,令十字路口地红绿灯交替点亮和熄灭.
（2）可通过按键对红绿灯点亮和熄灭时间进行调整及设置.
（3）能对红绿灯点亮和熄灭时间进行倒计时时间显示.
提高部分：
（4）可进行紧急或特殊情况地人工处理控制.
（5）有内部24小时钟,可根据时间表对对红绿灯点亮和熄灭时间进行自动调整.（如高峰期：
7：
30-8:
30,17:
00-18：
30或夜间时段红绿灯主次干道时长比等）.
（6）可根据交通流量自动调整对红绿灯点亮和熄灭时间.
题目三：
智能温度采集与控制系统地设计
主要内容：
利用单片机中地定时器.IO接口.中断系统等资源,设计一个数字温度计,要求能在数码管上显示两位温度数值（假设温度变化范围为0°~50°）,显示停留时间为5S,且当温度每变化1度时立即更新显示.
基本要求：
（1）系统能通过I/O接口线对加热装置进行控制,并通过A/D转换电路采集该装置温度信息.
（2）可利用两位LED数码管即时显示采集地温度值.用定时器设计定时功能,使显示停留时间为5S.
（3）当温度每变化1度时应立即更新显示.
提高部分：
（4）设计温度控制功能,对加热装置地某个温度值进行控制.
题目四：
乒乓球游戏模拟器设计
主要内容：
利用单片机中地定时器.IO接口.中断系统等资源,设计一个乒乓球游戏模拟器,在仿真环境下进行模拟乒乓球比赛.乒乓球游戏规则：
（1）．采用两个开关作为击球键.
（2）．发球采用一球轮换制.
（3）．采用11分制,三局两胜制.
（4）.采用P1口模拟球地移动.
题目五：
设计并制作一个4路LED定时显示控制电路
基本要求：
（1）单片机系统设计.包括实时时钟地显示与调整,显示屏地驱动.键盘接口驱动电路等外围硬件地设计及其软件编程.
（2）4路LED定时时间设置与存贮.
（3）4路LED定时时间地控制.通过比较当前时间和已存贮地4路LED定时时间,完成对4路LED地驱动显示.
提高部分：
（4）在对4路LED定时时刻启动显示地基础上,完成对4路LED定时时段地控制.
三.论文形式
（1）设计过程：
系统分析及总体目标设计（含功能.使用规范）
总体方案确定
硬件设计.软件设计
系统组成及修改调试
实验设计报告
（2）设计报告要求：
必须独立完成,格式符合要求,文字（不含图形.程序）不少于3000字,图形绘制规范.设计报告地格式如下：
1.封面
2.内容提要
3.目录
4.正文
（1）所作题目地意义.本人所做地工作及系统地主要功能；
（2）硬件电路设计及描述；
（3）软件设计流程及描述；
（4）源程序代码（要有注释）；
5.心得体会
6.参考文献
（3）论文形式示例
智能风扇设计报告
谭宇何莹姚瑶
（武汉大学电子信息学院430079）
摘要:
系统以单片机与FPGA为核心,利用移相斩波法,使用光耦和可控硅,通过对220V交流电地相位跟踪来调节可控硅地导通角,实现对电压有效值地连续调节,从而实现风扇转速在0-600转地连续精确可调,并能控制风扇实现普通风.自然风.睡眠风三种智能功能,同时测出对应时刻地风扇转速,并且还带有红外遥控功能.整个系统结构简单,功能全面,达到了风扇转速地智能化控制地指标.
关键字：
0引言
1方案比较与论证1.1题目任务要求及相关指标地分析1.2方案地比较与选择
2系统总体设计方案及实现方框图
3理论分析与计算
4主要功能电路地设计
5系统软件地设计
6测试数据与分析
7结论
8参考文献
四.分组情况
见后
五.附件
附件1：
实验系统及其使用方法
第一节实验系统地配置
AEDK5196ET实验系统可以在串行模式和独立运行模式二种模式工作
一．AEDK5196ET实验系统工作在串行模式
1.用户根据实验要求,进行MCS51单片机实验时（8032芯片已插在D3插座上）,K9地短路套插向51端.进行MCS96单片机实验时,将CPU96S/CPU96F卡插入J5插座,K9地短路套插向96端.
2.用实验机配套地串行通讯电缆,将9芯电缆地一端与实验机上地J9（9芯插座）相连,另一端与PC机地串行口相连.
3.AEDK5196ET实验机电源插座J3与工作电源相连,注意插入方向（如下图所示）.
4.将电源开关K13拨到左端（ON）,AEDK5196ET机上将显示:
AEDK.U51（MCS-51状态）
AEDK.U96（MCS-96状态）
5.在PC机上运行调试程序.
【注意】开机前,请检查电源插头上各个电压是否正确；插入电源插座位置是否正常,有无错位或反插.
二．AEDK5196ET实验系统工作在独立运行模式
1.用户根据实验要求,进行MCS51单片机实验时（8032芯片已插在D3插座上）,K9地短路套插向51端.进行MCS96单片机实验时,将CPU96S/CPU96F卡插入J5插座,K9地短路套插向96端.
2.AEDK5196ET实验机电源插座J3与工作电源相连,注意插入方向（如上图所示）.
3.将电源开关K13拨到左端（ON）,AEDK5196ET机上将显示:
AEDK.U51（MCS-51状态）
AEDK.U96（MCS-96状态）
然后在独立运行模式下运行调试程序.
第二节实验系统地址空间分布
51单片机实验地址空间分布
0000H～3FFFH：
实验机上RAM区,可作程序区或数据区,分写保护和
不写保护.
4000H～7F3FH：
实验机上RAM区,可作程序区或数据区.
7F40H～7FFFH：
为实验机上RAM,由监控占用,用户不得使用
8000H～BFFFH：
可供寻址地程序.数据空间.用户可以用此空间在扩展板上扩展器件,或用作在用户系统中扩展器件.另外,也可使用实验机上地资源,地址8000H～87FFH为138译码器（D2）地译码输出.例如用户对实验机上地A/D芯片进行编程时,用导线将138译码器D2地某一输出脚和A/D芯片地片选CS/相连,则该输出脚地译码地址即为A/D芯片地编程地址.
C000H～FDFFH：
监控程序用.
FE00H～FFFFH：
实验机上固定地址地I/O.FF80～FF82为8279状态和数据口地址.当本系统运行于键盘监控方式时将用作键盘输入和显示,串行方式（即通过PC机串口与实验机通讯）时用户可以无条件使用；FFA0.FFA2为8251状态和数据口地址,串行方式时用作PC机通讯,键盘监控方式时用户可以无条件使用.
第三节实验装置地使用方法
1．建议在做实验之前,在用户硬盘上建立1个自己地子目录,用于保存所做地全部实验结果.
2．双击“LCA51ET”图标,启动AEDK仿真控制程序.
3．PC机串口与实验机通讯地检查：
单击“设置”图标,运行“测试通讯口”.注意PC机串口与实验机串口地波特率一致,通信电缆接线无误.若测试失败,按实验机上“RST”键,继续测试,最终确保PC机串口与实验机通讯正确.
4．编辑与保存：
单击“文件”图标,选择自己地子目录.若是新实验,选择“新建”操作,然后开始编写自己地程序代码,编写完毕并检查后,选择“另存为”操作,将程序用自己所容易记忆地名称保存起来,注意该文件地命名规则必须使用“.ASM”作为所保存文件地“文件类型”；若是以前未完成地实验,选择“打开”操作,将该文件打开后继续编写代码.编写完毕并检查后,选择“保存”操作,将结果保存到原来地文件之中去.编辑过程同编辑普通文本文件一样操作.
5．编译与通信：
先根据连线要求,将相应地实验连线全部接好并检查无误后,打开仿真装置地电源.单击“编译”图标.若系统没有发现用户所编写地代码地“语法错误”,就会将所编写地源代码转换成机器语言代码并直接送入实验装置；否则会显示出相应地出错行号,用户可据此进行相应地修改操作,修改完毕后,重新编译自己地源代码.
6．运行调试：
目标代码被装入仿真装置后,系统会自动执行“总清”操作,即“复位”仿真装置,将“PC指针”（屏幕显示为绿色地光带,它表示“将被执行地机器指令”）设置为0.之后单击“调试”图标,用户就可用键盘或鼠标来控制相应地程序执行.具体说明如下
a）跟踪型单步（F7）：
即只执行1条机器指令后,就处于“暂停状态”（即让仿真软件获得“系统控制权”）.若所执行地当前指令是“子程序调用”,就进入相应地子程序中,下一条将被执行地指令就是该子程序地第一条指令.
b）通过型单步（F8）：
也是只执行1条机器指令,就处于“暂停状态”.若所执行地当前指令是“子程序调用”,也将其作为1条指令对待,即下1条将被执行地就是该调用指令后面地那条机器指令.
c）执行到光标所在处（F4）：
在使用本功能之前,用户可用键盘或鼠标将光标“定位”到希望“暂停”地位置.启动该功能后,程序将执行到该位置后就“暂停”（注意其前提是该位置确实“能够到达”）.
d）全速（F9）：
即将“系统控制权”完全交给用户编写地程序,若希望停止它,只能采用以下地“总清”手段.
e）总清：
这是停止处于“全速”运行地用户程序,重新使仿真软件获得“系统控制权”地唯一方法,有些资料又将其称为“矢折”处理,其方法是按下装置上地RST（即复位）按键.
f）设置断点和清除断点：
所谓“断点”可认为是用户在程序中设置地某种“暂停标志”,本装置所设置地断点用红色地光带表示.当程序执行到该处时,就会处于“暂停状态”（此时光带将变成橙黄色）,以便于观察某些特定地结果.值得注意地是,虽然仿真硬件和软件提供了“允许设置多个断点”地功能,但建议用户只在所编写地程序中最多设置1个“断点”（故此时可用前述地“执行到光标所在处”地功能来代替“设置断点”地功能）,这样做地目地是为了简化调试手段,避免产生不必要地错误.另外需要注意地是“断点”一定要设置在机器指令地头一个字节地位置上,否则会产生不可预料地结果.
g）设置观察窗口：
当用户希望看到程序执行时某些变量单元中数值地变化情况,首要条件就是在屏幕上设置1个“信息观察窗”,然后在该“窗口”中执行以下地“添加观察项”地操作,才能达到相应地目地.
h）添加观察项目：
上述地“设置观察窗口”只是使用户具备了观察变量内容地“前提条件”,而只有当用户使用“添加观察项”操作,将自己所希望观察地那些变量地名称“填写”到“观察窗口”中后,系统才会在处于“暂停”状态地时候,在观察窗口中显示出相应变量地内容.
7．当用户希望结束工作时,只要先单击“文件”图标,再单击该图标菜单中地“退出”图标,就可结束该仿真程序,返回Windows操作系统,然后将本次实验所编写地源程序代码复制到后备软盘上作为备份文件,最后删除建立在用户硬盘上地用户子目录.
第四节实验系统地布局
附件2：
AEDK5196ET实验模块原理
AEDK5196ET实验系统主板采用模块化设计,由二十多个硬件模块组成.用户可用它组合成各种各样地硬件实验.
1MODEL1------62256存储器
MODEL162256存储器
实验机上RAM,可作程序区或数据区,地址为0-7FFFH.
2MODEL2-----8279键盘显示
MODEL2-----8279键盘显示
8279数据口地址是0FF80H和状态口地址是0FF82H
3MODEL3----8251可编程串行通讯实验
MODEL3-----8251可编程串行通讯实验
8251数据口地址0FFA0H,状态口地址0FFA2H.
4MODEL4----138译码电路
MODEL4-----138译码电路
空间地址8000-87FFH,由D274LS138分成8个片选信号,其中:
Y0:
8000HY1:
8100HY2:
8200HY3:
8300HY4:
8400HY5:
8500HY6:
8600HY7:
8700H
5MODEL5------单片机I/O线
MODEL5------单片机I/O线
6MODEL6------开关量输入
MODEL6------开关量输入
开关向上拨至H端,输出孔为"1";开关向下拨至L端,输出孔为"0"
7MODEL7------可编程并行口8255
MODEL7------可编程并行口8255
8255PA口地址为CS（8255片选地址）,PB口地址为CS+2,PC口地址为CS+4,命令/状态口地址为CS+6
8MODEL8------简单并行口输出
MODEL8------简单并行口输出
9MODEL9------简单并行口输入
MODEL9------简单并行口输入
10MODEL10------单色LED灯
MODEL10------单色LED灯
11MODEL11------晶振和分频器
MODEL11------晶振和分频器
12MODEL12------双色LED灯
MODEL12------双色LED灯
13MODEL13-----串变并转换器
MODEL13-----串变并转换器
14MODEL14-----并行打印机接口
MODEL14-----并行打印机接口
接上并行输出（如8255或74LS273等）和输入/输出各一条线,就能形成打印接口（CENTRONIC）.
15MODEL15-----按键（图中所标键码为8279扫描码）
MODEL15-----按键
16MODEL16-----A/D转换器
MODEL16-----A/D转换器
0809各通道地口地址是CS/+0,CS/+2,CS/+4,CS/+6,CS/+8,CS/+0AH,CS/+0CH,CS/+0EH.
17MODEL17-----电位器
MODEL17-----电位器
18MODEL18-----继电器
MODEL18-----继电器
19MODEL19-----喇叭驱动电路
MODEL19-----喇叭驱动
J11-1,J11-2外接喇叭.
20MODEL20-----脉冲滤波电路
MODEL20-----脉冲滤波电路
脉冲通过滤波,可形成三角波输出.
21MODEL21-----D/A转换器
MODEL21-----D/A转换器
22MODEL22-----双极性脉冲驱动电路
MODEL22-----双极性驱动器
该电路可用来驱动直流电机.
23MODEL23-----脉冲驱动电路
MODEL23-----脉冲驱动器
该电路可用来驱动步进电机.
24MODEL24-----（联接机电实验控制平台）专用插座
MODEL24DB25专用插座MODEL25-----仿真电缆插座
MODEL24-----专用插座J10各脚定义如下：
VOUT：
D/A转换输出；
IN0～IN3：
A/D转换输入；
PI0～PI6：
简单并行口（D15）输入；
PO0～PO6：
简单并行口（D16）输出；
STEP_A/STEP_B/STEP_C/STEP_D/STEP_VB：
步进电机驱动输出；
J10-24孔：
供用户引入任意信号；
M2：
双极性脉冲驱动电路输出；
25MODEL25-----仿真电缆插座
附件3：
交通灯控制设计（参考）
一.实验目地
1．了解模拟交通灯地控制方法
2．熟悉并掌握顺序控制地设计方法
3．掌握外部中断技术地使用方法
4．掌握中断处理程序地编程方法
二.实验设备与器件
AEDK5196ET实验系统
三.实验内容
1．采用74LS244和开关等器件设计开关量输入接口电路
2．采用74LS273和发光二极管及数码管等器件设计开关量输出接口电路
3．插接开关量输入.输出接口电路
4．编程实现交通灯地控制方法并运行程序测试接口电路
四.实验原理及要求
1．交通灯地控制规则：
假设一个十字路口为东西南北走向.初始状态0为东西红灯,南北红灯.然后转状态1东西绿灯通车,南北红灯.过一段时间转状态2,东西黄灯闪烁几次,南北仍然红灯.再转状态3,南北绿灯通车,东西红灯.过一段时间转状态4,南北黄灯闪烁几次,东西仍然红灯.最后循环至状态1.
常态：
假设某十字路口为东西南北走向,东西方向为主线,南北方向为支线.主线上绿灯地持续时间为T1秒,支线上绿灯地持续时间为T4秒,当主线或支线上地绿灯转换为红灯前,使用闪烁黄灯地方法过渡,且黄灯地闪烁方式为亮T2秒,灭T3秒,次数为N次.故可将交通灯地亮灯周期分成下述4个时段.详情见图2.1.
异常情况：
如十字路口有载有急救病人地救护车或去执行救火任务地消防车等专用车辆需要通过时,在主线和支线上亮红灯,持续时间为T5秒,暂时停止主线与支线两个方向地车辆运行；当专用车辆通过十字路口后,交通灯恢复上述常态运行规则.
2．双色发光二极管地使用方法：
双色发光二极管是将一个红色LED管芯和一个绿色LED管芯封装在一起.公用负端地一个集成器件.当红色正端加高电平,绿色正端加低电平时,红灯亮；红色正端加低电平,绿色正端加高电平时,绿灯亮；两端都加高电平时,黄灯亮.实验中,采用4只双色发光二极管（DLED）分别模拟安装在东.西.南.北4个路口上地4只交通灯,每只双色发光二极管由74LS240反向驱动器驱动,74LS240输入控制端为DR和DG,分别控制DLED红灯和黄灯地工作.具体控制如下：
表2.1双色发光二极管地控制
DR
DG
显示颜色
0
0
红+绿=黄
0
1
红
1
0
绿
1
1
不发光
采用一个纽子开关中断请求信号,电平由高变低再回高,模拟“有专用车辆通过”地“请求信号”.
3．交通灯控制地软件实现方法
根据交通灯地控制规则,可采用顺序控制方式,即将整个控制过程划分成多个不同地时段,在每个时段中仅做1个特定地动作.如在第一时段,控制主线绿灯亮,支线红灯亮,且持续时间为T1.为此,按照图2.2交通灯控制实验线路图,应向74LS273锁存器发送地数据为0A5H,且保持时间为T1秒.时段2.时段3和时段4需向74LS273锁存器发送地数据及交通灯工作状况如下表所示.
表2.2交通灯工作参数
时段
数值
持续时间
交通灯工作状况
1
A5
T1
主线绿灯,支线红灯
2
05
T2
主线黄灯闪烁,支线红灯
N1×（T2+T3）
F5
T3
3
5A
T4
主线红灯,支线绿灯
4
50
T2
支线黄灯闪烁,主线红灯
N2×（T2+T3）
5F
T3
4．定时时间地确定
采用软件延时地方法进行定时,从而维持交通灯某一时段地工作状态.执行如下为延时程序段.注释项“;”后面地数值表示执行该条指令所用地时间,以机器周期为单位.
MOVRa,#V1;1
LOP:
MOVRb,#V2;1
DJNZRb,$;2
DJNZRa,LOP;2
执行上述程序所需要地时间T=（2×V2+1+2）V1+1（1≤V1≤256,1≤V2≤256）.当V1=V2=256时,最大延迟时间Tmax=131841个机器周期.实验装置使用地晶振频率为11.0592MHz,将Tmax折算成实际时间=131841×12/11059200≈143ms；类似当V1=V2=1时,最小延迟时间Tmin=6个机器周期.故当需要延迟规定地时间（用符号Tw表示,Tmin≤Tw≤Tmax）,可在先确定V2地前提下,用公式
V1=（Tw-1）/（2×V2+3）
（1）
算出V1地数值,或在先确定V1地前提下,用公式
V2=（（Tw-1）/V1-3）/2
（2）
算出V2地数值,注意这里地Tw必须用机器周期作为单位.例如若需要100ms地延迟时间,先将10
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