单片机课程设计大纲

《单片机原理及应用课程设计》教学大纲适用专业：电子信息科学与技术学时：一周学分：课程编号：课程类别：专业课开课单位：信息工程学院编写人：李丹一、课程设计目的和要求1、设计目的通过课程设计，可将所学过的电子技术、模/数转换技术、传感器技术、单片机技术及智能仪器等知识综合串联起来，通过理论联系实际，从题目分析、电路设计调试、程序编制调试到传感器的标定等这一完整的实验过程，培养学生正确的设计思想，使学生充分发挥主观能动性，去独立解决实际问题，以达到提升学生的综合能力、动手能力、文献资料查阅能力的作用，从而培养和提高学生的独立工作能力及解决实际问题的能力，为毕业设计和以后的工作打下一个良好的基础。

2、设计要求a．了解并掌握单片机的原理、结构、指令、运行模式、功能模块及应用开发方法。

b．提高综合运用所学的理论知识独立分析和解决问题的能力。

c．掌握汇编语言的设计和调试。

二、课程设计方式集体辅导与个别辅导相结合三、课程设计内容1．课程设计课题及要求A类题目：（此类题目主要在“THGMZ-3型单片机·微机·CPLD·FPGA·网络接口开发综合实验装置”上完成）题目1：V/F转换模块设计设计任务：调试F/V变换电路设计要求：1）测量Vin和Fout，画出V/F线。

2）Fout接入8051的INT0或INT1，编程由单片机完成测量及显示项目参考资料：见附件1。

题目2：F/V转换模块设计设计任务：调试F/V变换电路设计要求：1）测量Fin和Vout，画出F/V线。

2）Fin接单片机I/O口，编程由单片机产生频率信号。

参考资料：见附件1。

题目3：直流电机转速控制设计任务：使用单片机驱动直流电机，控制直流电机稳定运行在一个转速范围内。

设计要求：直流电机顺时针旋转，若干秒后，直流电机转速达到运行速度1，稳定运行一段时间后，直流电机转速调整达到运行速度2，稳定运行一段时间后，直流电机停转。

参考资料：见附件2。

题目4：直流电机测速与显示设计任务：测量直流电机的转速并在数码显示电机转速。

设计要求：直流可调电源模块的输出端，作为直流电机的控制电压，直流电机顺时针旋转,用数码管显示电机转速（单位为转/秒）。

参考资料：见附件2。

题目5：步进电机转速控制设计任务：使用单片机驱动步进电机，控制步进电机单拍、双拍、正转、反转等操作。

设计要求：由开关按键控制步进电机的正转、反转、快转、慢转。

参考资料：见附件3。

题目6：步进电机转速计算与显示设计任务：使用单片机驱动步进电机，计算步进电机的转速并在数码显示电机转速。

设计要求：用数码管实时显示当前电机正反转向和转速（单位为转/秒）。

参考资料：见附件3。

题目7：温度的测量与显示设计任务：使用单片机测量温度，并显示测得温度。

设计要求：根据系统提供的温度传感器电路、加热电路、散热电路，首先使用单片机控制加热电路将温度升至某一温度值A，并在数码管实时显示测得逐渐升高的温度；然后停止加热，在数码管实时显示测得的逐渐降低的温度值。

参考资料：见附件4。

题目8：红外数据发送与接收模块设计设计任务：调试红外数据收发的电路，单片机一方面从发送端发出数据，一方面从接收端接收数据。

设计要求：单片机的串行口作为红外数据发送端的输入，先发送两个字符，然后接收端接收数据，在数码管上显示接收的二进制数据的位数，并比较收到的数据与发送的是否一致。

参考资料：见附件5。

题目9: 485通信模块设计设计任务：调试485通信模块电路，单片机利用此电路完成双机通信。

设计要求：单片机利用系统提供的485接口电路，实现两台实验机数据通信。

从甲机的八位逻辑电平输出模块（E4区）输入一个八位二进制数，此二进制数对应的十六进制数显示到乙机的数码管上，如10100101B输入，则显示A5。

参考资料：见附件6。

题目10：I2C串行EEPROM读写模块设计设计任务：单片机利用I2C总线方式读写串行EEPROM 24C0X。

设计要求：当开关1闭合时，单片机利用I2C总线方式将某一字符写入EEPROM，当开关2闭合时，单片机利用I2C总线方式将EEPROM的刚刚写入的数据在数码管上显示出来。

参考资料：见附件7。

B类题目：（此类题目要求使用最小系统开发板，除题目14之外，每班仅限一组）题目11：秒钟计时器设计设计任务：使用单片机进行定时，每1秒钟发光二极管闪动1次，同时在数码管上显示当前秒数，每60秒数码管清零1次，同时蜂鸣器响铃提示。

题目12：自动计数器设计设计任务：使用单片机进行计数，触动开关每按下1次，发光二极管闪动1次作为提示，并且在数码管上显示当前按下次数，另一个触动开关用来对自动计数器清零，同时蜂鸣器响铃提示。

题目13：液晶显示界面设计设计任务：使用单片机控制液晶屏LCD 128*64 显示字符，内容如下：课程设计制作人：XXXX2011.5.30题目14：智能小车设计任务：寻迹功能。

2．人员组织：请填写“附件人员组织”！！3．具体实施四、课程设计时间、地点与学分1、时间与学分：第学期，共1 周；学分2、地点：E楼单片机及组成原理实验室、电子电工实训实验室五、课程设计考核办法与成绩评定课程设计结束时，要求学生写出课程设计报告，硬件电路按设计要求调试；软件调试通过，完成相应功能，根据设计性能考虑的完善程度进行成绩评定。

课程设计成绩分两部分，设计报告占20%，设计作品占80%。

六、教材及教学参考书《单片机原理及应用》，张毅刚，高等教育出版社。

《单片机教程》，蔡惟铮编，东北大学出版社。

七、本大纲在执行中注意的事项课程设计不仅仅要求学生完成所规定的题目要求，同时还要培养学生养成良好的科学态度和严谨的设计习惯。

建议学生在课程设计时完成如下文档资料：（1）设计思想和设计说明（2）硬件原理框图（3）硬件原理图与其软件配合介绍（4）程序存储器和数据存储器的单元分配（5）程序流程图（6）源程序清单（7）芯片资料附件人员组织：附件1在一些工业控制场合，信号获取的地方距离控制器比较远，或者被控制对象离处理器比较远，这样就需要进行信号传输，电压信号在传输的过程中非常容易受到干扰。

一般要转换成电流或频率信号来传输，提高系统抗干扰能力。

F/V 和V/F 变换电路由LM331组成。

LM331芯片可以提供V/F 、F/V 功能。

LM331与LM231具有一样的功能，该类器件非常适合于低成本的模拟到数字转换。

在经过F/V 变换后，可以用另一片LM331进行F/V 转换，在A/D 就可以得到数字量，而对于80C51,则可以直接利用T1,T0端口，进行频率或周期的测量而的得到数字量。

另外经过V/F 变换后，也便于使用光电耦离器件进行隔离。

因为直接的电压量一般不能进行光电隔离的。

芯片特点：1、保证最大0.01的线性度2、双电源或单电源供电3、脉冲输出兼容所有逻辑。

4、温度稳定性最大 500ppm/oc5、低功耗。

典型为5V ，15mW6、很宽的动态特性10KHz ，最小100dB7、很宽的频率范围1Hz 到100KHz 管脚定义如下表：典型应用如图所示 1．简单V/F 变换计算公式：2．简单F/V变换。

计算公式：图28-1 F/V转换电路本实验使用直流可调电源模块（E2区）、F/V转换模块（D3区）、V/F转换模块（D4区）。

F/V图28-2 V/F转换电路原理附件2：使用栅格圆盘和光电门组成测速系统。

当直流电机通过传动部分带动栅格圆盘旋转时，测速光电门获得一系列脉冲信号。

这些脉冲信号通过单片机两个定时/计数器配合使用同，一个计数，一个定时。

计算出单位时间内的脉冲数m，经过单位换算，就可以算得直流电机旋转的速度。

直流电机转速计算公式：n=60·m/(N1·T·N)(rpm)其中：n为直流电机转速，N为栅格数，N1为T0中断次数，m为计数器T1在规定时间内测得的脉冲数，T为定时器T0定时器溢出时间。

使用系统提供的显示电路，可把电机的转速显示出来。

直流电机转速调节：某些场合往往要求直流电机的转速在一定范围内可调节，例如，电车、机床等，调节范围根据负载的要求而定。

调速可以有三种方法：（1）改变电机两端电压；（2）改变磁通；（3）在电枢回路中，串联调节电阻。

本实验采用第一种方法：通过改变施加于电机两端的电压大小达到调节直流电机转速的目的。

本实验用DAC0832D/A转换输出控制直流电机两端电压。

程序中直流电机初始速度较大（大约40转/秒），设运行速度设置为2000转/分，经过若干秒后，直流电机转速慢慢下降到运行速度，以设定的速度运行。

本实验需要用到CPU模块（F3区）、直流电机模块（A6区）、并行数模转换模块（D8区）、8279显示模块（F4区）。

直流电机电路原理参见图31-1A、图31-1B。

图31-1A 直流电机电路图31-1B 光电测速电路附件3：1．步进电动机有三线式、五线式、六线式三种，但其控制方式均相同，必须以脉冲电流来驱动。

若每旋转一圈以20个励磁信号来计算，则每个励磁信号前进18度，其旋转角度与脉冲数成正比，正、反转可由脉冲顺序来控制。

2．步进电动机的励磁方式可分为全部励磁及半步励磁，其中全步励磁又有1相励磁及2相励磁之分，而半步励磁又称1-2相励磁。

图为步进电动机的控制等效电路，适应控制A、B、/A、/B的励磁信号，即可控制步进电动机的转动。

每输出一个脉冲信号，步进电动机只走一步。

因此，依序不断送出脉冲信号，即可步进电动机连续转动。

a．1相励磁法：在每一瞬间只有一个线圈导通。

消耗电力小，精确度良好，但转矩小，振动较大，每送一励磁信号可走18度。

若欲以1相励磁法控制步进电动机正转，其励磁顺序如图所示。

若励磁信号反向传送，则步进电动机反转。

b．2相励磁法：在每一瞬间会有二个线圈同时导通。

因其转矩大，振动小，故为目前使用最多的励磁方式，每送一励磁信号可走18度。

若以2相励磁法控制步进电动机正转，其励磁顺序如图所示。

若励磁信号反向传送，则步进电动机反转。

c．1-2相励磁法：为1相与2相轮流交替导通。

因分辨率提高，且运转平滑，每送一励磁信号可走9度，故亦广泛被采用。

若以1相励磁法控制步进电动机正转，其励磁顺序如图所示。

若励磁信号反向传送，则步进电动机反转。

3．电动机的负载转矩与速度成反比，速度愈快负载转矩愈小，当速度快至其极限时，步进电动机即不再运转。

所以在每走一步后，程序必须延时一段时间。

4．本实验需要用到CPU模块（F3区）和步进电机模块（A7区）。

步进电机电路原理参见图32-1。

图32-1 步进电机电路附件4：系统使用集成电路温度传感器AD590作为测温器，AD590是AD公司生产的一种精度和线性度较好的双端集成温度传感器，其输出电流与绝对温度有关，对于电源电压从5-10V变化只引起1A最大电流的变化或1摄氏度等效误差。