专业综合实训指导书1125.docx

1、专业综合实训指导书1125指导书电子工程系2013年11月20日学生实训制度1实训前必须预习实训指导书，了解实训目的和注意事项。2按预约时间进入实训室，不得无故迟到、早退、旷课。3进入实训室后应注意安全、卫生、不准喧哗打闹、不准抽烟、不准乱写乱画乱扔纸屑、不准随地吐痰、不准擅自动仪器设备，或实训过程中未按操作规程操作仪器设备，导致损坏仪器设备者要照价赔偿。4实训时应严格遵守操作步骤和注意事项。若遇仪器设备发生故障，应立即向教师报告，及时检查，待排除故障后才能继续实训。5实训过程中，同组同学应相互配合，认真纪录；应独立完成实训报告。6实训结束后，应将仪器设备、工具擦拭干净，摆放整齐；协助做好实训

2、室清洁卫生。7不得将实训室的工具、仪器、材料等物品携带出实训室。编写: 专业综合实训课程组 校核: 审批: 版本: V1.0 1、实训时间安排时间内容备注第一周下达实训任务、上交设计方案分组第二周系统硬件设计与各外围模块设计第三周系统联调第四周设计文档编写、答辩与考核每个小组上交一份电子系统设计文档。每位学生完成一份实训报告。2、实训分组及考核安排分组：2-4人一组 组长一名考核方法：考核内容分值备注考勤20实操40演示20包括PPT演讲报告实训报告20一、实训目的 4二、实训要求 4三、实训内容 43.1简易电子琴 41 设计任务 42 设计要求 53 方案设计与论证 54 硬件设计 55

3、软件设计 76 测试 93.2红外遥控系统的设计 101 设计任务和要求 102 方案设计与论证 103 硬件设计 104 软件设计 115 测试 113.3 无线温湿度传输系统设计 131 设计任务 132 设计要求 133 方案设计与论证 134 硬件设计 135 软件设计 156 测试 153.4 4人抢答器设计 171 设计任务 172 设计要求 173 方案设计与论证 174 硬件设计 185 软件设计 196 调试 243.5可预置温度上限和下限报警控制器 261 设计任务 262 设计要求 263 方案设计与论证 264 硬件设计 275 软件设计 286 测试 303.6照明灯

4、智能控制系统设计 321 设计任务 322 设计要求 323 方案设计与论证 334 硬件设计 335 软件设计 366 测试 373.7 自选题目 38一、实训目的专业综合实训是电子专业的实践教学课程，是培养学生专业技能的重要实践环节。学好该课程并能够熟练的进行电子系统设计，使用Proteus仿真软件进行软硬件仿真运行，并最终在硬件电路板上调试运行，为学生从事智能化电子产品的开发、设计打下坚实的基础。二、实训要求1熟练掌握专业综合实训各设计步骤。2熟练掌握本专业各种最小系统板制作。3熟练掌握各传感器模块的设计。4掌握软件编程规范。5能熟练编写设计文档。三、实训内容3.1简易电子琴1 设计任务

5、 设计并制作一个简易电子琴，并可以实现音乐的连续播放，系统结构图如图1-1所示。以单片机为主控核心，与键盘、蜂鸣器等模块组成控制模块，在主控模块上设有11个矩阵按键和1个独立按键。程序中预存了5首音乐，通过一个独立按键可以实现对4首音乐的“下一曲”控制。3*4键盘中的7个按键分别对应着7个不同的音符，另外3个分为高、中、低音控制，当按下某一按键，会发出相应的音调。按下按键时，蜂鸣器会发出声音，松开按键后，蜂鸣器停止发声，按键的时间越长，发声时间越久。连续按下不同的按键，可以实现乐曲的演奏。此外还有1个“模式”按键，负责在电子琴模式下切换到音乐播放模式；1个“下一曲”按键负责5首歌曲切换。图1-

6、1 简易电子琴系统结构示意图2 设计要求（1）键盘矩阵识别。即矩阵扫描，显示当前按键。（2）不同频率音符播放。可以通过按键控制15种发音。（3）设一个按键，按下后可以播放预设的歌曲。3 方案设计与论证本次任务的关键在于利用单片机产生不同频率的音阶，实现高、中、低共21个音符的发音和显示以及音乐播放时的控制显示，并能够自动播放程序中编排的音乐。请提出至少2种方案，并加以比较和论证说明。选出较好的方案。4 硬件设计在STC89C52单片机开发板上自己设计各功能模块，各功能模块如下所示。（1）单片机最小系统 使用前续课程单片机开发板，开发板自备。主要包括复位电路、时钟电路、P0-P3口插槽。（2）按

7、键键盘模块按键键盘模块参考图，如图1-2所示。图1-2 按键键盘模块采用并口P0接384矩阵键盘，以P0.0-）0.2作输入线，以P0.4-P0.7作输出线。每个按键有它的行值和列值，行值和列值的组合就是鉴别这个按键的编码。矩阵的行线和列线分别通过两个并接口和CPU通信。每个按键的状态同样需要编程数字量“0”和“1”，开关的一端（列线）通过电阻接VCC，而接地是通过子程序输出数字“0”实现的。键盘处理程序的任务是：去顶有无键按下，判断哪一个键按下，键的功能是什么；还要消除按键在闭合或断开时的抖动。两个并行口中，一个输出扫描码，使按键逐行动态接地，另一个并口输入按键状态，由行扫描值和回馈信号共同

8、形成键编码二识别按键，通过软件查表，查出该键的功能。另焊接第三行第四列按键为独立按键，用以控制歌曲切换。（3）蜂鸣器模块蜂鸣器模块电路如图1-3所示。图1-3 蜂鸣器模块 蜂鸣器一阳极接三极管的发射极，另一端接地，三极管的集电极接电源VCC，基极接P3.6口。当P3.6口为低电平时三极管导通，蜂鸣器有电流流过，即发声。采用S8550三极管作为蜂鸣器的驱动电路。（4）数码管电路数码管模块电路如图1-4所示。图1-4 数码管电路采用共阳极LED数码管显示，由于LED属于电流控制器件，使用时必修加限流电阻。使用数码管的静态显示功能，主要用以显示高、中、低音的状态机电子琴、播放状态的指示。5 软件设计

9、5.1 主程序参考流程图根据流程图编写代码，并且进行调试。6 测试（1） 功能测试功能模块是否正常原因分析21阶音色音乐播放其他3.2红外遥控系统的设计1 设计任务和要求设计并制作一套红外遥控系统，要求以单片机作为遥控发射和接收的主控制器，利用单片机内部定时器和外部中断功能实现发射编码和接收编码，通过键盘按键启动发射，通过LED灯显示接收到的数据。2 方案设计与论证本任务的主要难点是编码程序和解码程序的编写，编码程序按规定的数据格式，为键盘中的每个按键设置相应的码值，解码程序则根据接收到的脉冲来还原键码，实现按键识别。可提出多种方案，并加以比较和论证说明。选出较好的方案。3 硬件设计红外遥控系

10、统由发射端和接收端两大部分组成。发射端由键盘电路，编码芯片、电源和红外发射电路组成。接收端由红外接收电路，解码芯片，电源和应用电路组成。实际电路可参考图2-1 。图2-1 红外遥控系统4 软件设计 红外遥控系统程序设计包括编码程序和解码程序，编码程序按规定的数据格式，编码程序按规定的数据格式，为键盘中的每个按键设置相应的码值，解码程序则根据接收到的脉冲来还原键码，实现按键识别。红外遥控系统的串行数据格式如图2-2所示，包括引导码、用户码、数据码和数据反码。图2-2 红外遥控系统的串行数据格式数据格式中的位0和位1的电平表示如图2-3 所示。图2-3 数据格式中的位0和位1的表示电平可用C语言或

11、汇编语言编写程序，并且进行调试。5 测试（1） 功能测试功能模块是否正常原因分析发射功能接收功能其他（2） 性能测试性能参数参数分析响应时间灵敏度其他。3.3 无线温湿度传输系统设计1 设计任务推荐采用STC89C52处理器、DHT11温湿度模块和无线模块等构成无线温湿度采集收发射机，根据系统技术要求选择合适的无线模块，编写系统程序完成无线温湿度采集发射机的设计。2 设计要求湿度、温度的测量指标为相对的范围是0100%RH，分辨率达0.1%RH，最高精度为正负5%TH；温度的范围是-20+100度c，分辨率为0.1度c。3 方案设计与论证本任务的主要难点是无线模块和温湿度模块的联调,请选择推荐

12、的模块或者自选合适的无线模块和温湿度模块完成系统设计，系统框图如图3-1所示。请提出至少2种方案，并加以比较和论证说明。选出较好的方案。图3-1 系统框图4 硬件设计在STC89C52单片机开发板上自己设计各功能模块，各功能模块如下所示。（1）单片机最小系统使用前续课程单片机开发板，开发板自备。（2）无线温湿度模块DHT11无线收发芯片采用广州奥松有限公司的一款湿温度一体化的数字传感器DHT11，如图3-2所示。该传感器包括一个电阻式测湿元件和一个NCT测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。通过单片机等微处理器简单的电路连接就能够实时的采集本地湿度和温度。DHT11与单片机之间能采用的单总

13、线进行通信，仅仅需要一个I/O口。传感器内部湿度和温度数据40Bit的数据一次性传给单片机，数据采用校验和方式进行校验，有效的保证数据传输的准确性。DHT11功耗很低，5V电源电压下，工作平均最大电流0.5mA。性能指标和特性如下： 工作电压范围：3.5V-5.5V 工作电流 ：平均0.5mA 湿度测量范围：2090RH 温度测量范围：050 湿度分辨率 ：1RH 8位 温度分辨率 ：1 8位 采样周期 ：1S 单总线结构与TTL兼容（5V） 图 3-2湿温度一体化的数字传感器DHT11DHT11管脚排列如图3-3所示（引脚说明）： Vcc 正电源 Dout 输出 NC 空脚 GND 地 图3

14、-3 DHT11管脚说明（3） 无线模块 自选合适的无线模块，并提出论证。5 软件设计温湿度采集模块参考流程图如图3-4所示。图3-4温湿度采集模块流程图根据流程图编写代码，并且进行调试。6 测试（1） 功能测试功能模块是否正常原因分析无线功能温湿度显示功能其他（2） 性能测试性能参数参数分析响应时间灵敏度其他3.4 4人抢答器设计抢答器是为智力竞赛参赛者答题时进行抢答而设计的一种优先判决器电路，规范用于各种知识竞赛、文娱活动等场合。本项目是一种利用8051单片机作为系统核心器件设计的四路抢答器。1 设计任务1 系统完成的功能:主持人提出问题后，按动启动按钮。参加竞赛者在最短的时间内对问题作出

15、判断，并按下抢答按键回答问题。2 当的一个人按下按键后，在显示器上显示次竞赛者的号码并进行声音提示，同时对其他抢答按键封锁，使其不起作用。若有人在可以抢答之前按键，应该有违规提示。3 系统还具有定时抢答功能，定时时间可由主持人设定。4 在抢答过程中，倒计时宣示定时时间，若在规定时间内没人回答，则本题作废。5 回答完或超时后，主持人按动清除按钮将系统恢复初态，以便开始下一轮抢答。2 设计要求基本功能：1 系统显示时间可以设定。2 系统用LED驱动芯片MAX7219驱动LED数码管显示。3 按键与显示系统分离。4 系统有报警装置。扩展功能：1 增加参赛人数功能2 加入不同语音芯片实现不同语音功能3

16、 方案设计与论证实现抢答器功能的方式有很多种可以采用模拟电路、数字电路、数字电路和模拟电路相结合的方式，但这种设计方式电路复杂，而且准确性与可靠性差，成品面积大，安装、调试困难。这样可以选用以单片机为核心器件进行逻辑控制及信号产生的抢答器设计。 图4-1 抢答器系统框图典型器件介绍 MAX7219是一种四线串行接口的共阴极显示驱动器，它可以连接8个LED数码管显示器，也8可以连接64个独立的LED。它内部集成B型BCD编码器，多路扫描回路、段子驱动器，还有一块8x8可独立寻址的静态RAM区来存储显示数据。芯片采用DIP或SO封装，引脚图如图x-2图4-24 硬件设计1数码管显示电路 数码管显示

17、模块有一片MAX7219和3个数码管组成。数码管是共阴极，3个阴极分别与MAX7219的DIG0、DIG1、DIG2相接。MAX7219的DIN、CLK、LOAD分别与单片机的P2.4、P2.2、P2.3相连。U5显示按键者编号，U6、U7在倒计时时显示还有多长设计，如果有人犯规抢答，U6U7显示“FF”。2时间设定电路以拨码开关U3作为倒计时的选择信号。拨码开关上有4个开关，这4个开关的一端接地，另一端接单片机的P3.7、P3.6、P3.5、P3.4相接，倒计时时间分别为10s、8s、6s、4s。设置设计时，P3.7优先级最高,P3.4优先级最低。3按键电路系统按键采用独立式接法。KEY1-

18、KEY4为抢答器按键，KEY5为主持人控制按键。4声音提示电路声音提示电路有蜂鸣器和三极管构成。在主持人发出可以抢答信号时、在有人按下抢答按键时、在倒计时时间到等3种情况下发出蜂鸣声。5.单片机电路 通过读取P3.7P3.3的状态决定倒计时时间；通过读取P1.3P1.0的状态读取抢答按键情况；通过P2.4P2.2控制显示模块以显示抢答者按键的号码和倒计时所剩时间；通过P0.1控制蜂鸣器。5 软件设计系统软件分为按键扫描程序模块、显示程序模块、报警程序模块及主程序等。1.显示程序 void delay_20ms(void) /延时20ms void max7219_reset(void) /初始

19、化MAX7219 void write_reg(uchar reg,uchar sdata) /写入命令 void write_digit(uchar digit,uchar number)/显示数字 void send_data(uchar byte) /MAX7219的驱动程序 void display_time(void) /显示倒计时剩余时间2.按键扫描程序bit control_key(void) /检测主持人是否按键 if(KEY5=1) /如果KEY5为高说明没有按键 return 1; /返回1，表示没有按键动作 else /如果KEY5为低说明可能有按键动作 delay_20

20、ms(); /延时20ms，去抖动 if(KEY5=1) /如果20ms后KEY5变为高电平是干扰 return 1; /返回1 else /如果20ms后仍为低电平确认有按键动作 return 0; /返回0 子程序get_key_num()用于检测是否有参赛者按动答题按键。程序代码如下： uchar get_key_num() /检测哪个参赛者按键 uchar key_state=0; key_state=P1; key_state&=0x0f; /读取P1口的低四位 if(key_state=0x0f) /若均为高电平，说明无人按键 return 0; /返回1 else key_sta

21、te=0xff; if(key_state&0x01) return 1; /如果KEY1被按下，返回1 else if(key_state&0x02) return 2; /如果KEY2被按下，返回2 else if(key_state&0x04) return 3; /如果KEY3被按下，返回3 else return 4; /如果KEY4被按下，返回4 子程序key_handle()用于对答题按键进行处理。程序代码如下： void key_handle(uchar key_number) /按键处理 write_digit(DIGIT0,key_number); /显示按键者号码 buz

22、_on(); 3.报警程序模块代码如下： void buz_on(void) uchar i; BUZ=0; /开蜂鸣器 for(i=1;i=25;i+) /延时500ms delay_20ms; BUZ=1; /关蜂鸣器 子程序foul_handle()用于当有人犯规时报警处理。程序调用write_digit()函数显示犯规者号码，同时控制蜂鸣器发声。代码如下： void foul_handle(uchar key_number) /犯规处理 write_digit(DIGIT0,key_number); /显示犯规者号码 write_digit(DIGIT1,0x0f); /显示“FF”

23、write_digit(DIGIT2,0x0f); buz_on(); /蜂鸣器响 子程序time_over_handle(void)用于处理超时情况，即主持人按动启动按键后，并且预设的答题时间到，仍然没有人按答题按键。子程序调用相关函数显示0，同时控制蜂鸣器发声。代码如下： void time_over_handle(void) /超时处理 write_digit(DIGIT0,0x0); /显示“0” write_digit(DIGIT1,0x0e); /显示“EE” write_digit(DIGIT2,0x0e); buz_on(); /蜂鸣器响 4.主程序模块代码如下： uchar

24、set_time(void) /根据设置决定倒计时时间 uchar intr_counter; if(P35=0) intr_counter=160; /8s else if (P34=0) intr_counter=120; /6s else if (P33=0) intr_counter=80; /4s else intr_counter=200; /如果没有设置，默认为10s return intr_counter; 子程序init_t0(void)用于初始化定时器T0。T0工作于方式1，16位定时器模式，定时时间50ms。代码如下： void init_t0(void) TMOD=0x

25、01; /T0选择工作方式1，16位定时器 TH0=TIMER_HBYTE; /定时时间为50ms TL0=TIMER_LBYTE; EA=1; /使能CPU中断 ET0=1; /使能T0溢出中断 TR0=1; /T0运行 子程序isr_t0(void)是T0的中断服务程序。当50ms时间到时，该程序被执行，重新装载T0的计数初值，并判断倒计时时间是否到。代码如下： void isr_t0(void) interrupt 1 /T0中断服务函数 TH0=TIMER_HBYTE; /定时时间为50ms TL0=TIMER_LBYTE; intr_counter-; /中断次数 if(intr_c

26、ounter=0) /倒计时时间到 time_over_flg=1; /设置超时标志 TR0=0;/禁止T0运行 系统主程序流程图Y 图4-3流程图程序如下所示： #include typedef unsigned char uchar; sbit LE=P14; sbit KEY5=P37; sbit DIN=P24; /定义P2.5控制MAX7219的串行数据输入端 sbit LOAD=P23; /定义P2.4控制MAX7219的载入使能端 sbit CLK=P22; /定义P2.3控制MAX7219的时钟信号 sbit BUZ=P01; #define TIMER_HBYTE -5000

27、0/256 /定时50ms #define TIMER_LBYTE -50000%256 uchar intr_counter; /设定的时间，用需要产生的中断次数表示 uchar bdata byte; /在bdata区定义一个变量，便于位操作 sbit byte_7=byte7; bit foul_flg;z /是否有人犯规标志 bit time_over_flg; /是否倒计时超时标志 bit key_flg; /是否有人在规定时间内按键标志 void max7219_reset(void); /初始化MAX7219 void write_reg(uchar,uchar); /向控制寄存器写数据 void write_digit(uchar,uchar); /向字型寄存器写数据 void send_data(uchar); /底层的硬件驱动 uchar set_time(void); /函数功能：设置倒计时时间 bit control_key(void); /函数功能：检测主持人是否按键 uchar get_key_num(void); /函数功能：检测哪个参赛者按键 void display_time(void); /函数功能：显示倒计时剩余时间 void foul