单片机课程设计指导书

2.3.1.1 各种数据类型的定义。 是定点数还是浮点数；是有符号数还是无符号数；是十六进制数还
是BCD码。如果一个参数的变化范围有限，就可以用定点数来表示，以 简化程序设计和加快运行速度。当参数的变化范围太宽时，只好采用浮 点数来表示，如智能电桥中被测对象的变化范围达10个数量级（l～l0 000μF），定点数是无法胜任的。
本教学环节单独进行成绩考核。考核可以与上述的交流相结合，或 再伴以适当提问；也可另外单独组织提问或笔试。成绩的评定应兼顾到 实验动手能力；也应考虑设计说明书的质量。
如时间与条件允许，应鼓励学生将自己的观点具体化，修改程序或 重编程序，再通过调试，论证与完善自己的观点。以这样的内容充实到 设计说明书中，即使设计不太完整，也将使说明书生色不少。
2.2.2 功能接口
所谓接口是CPU与外界的连接部件，以实现CPU与外部设备的最佳 耦合和匹配。包括键盘、显示、A/D转换、D/A转换和打印机等。根据 课题要求，选用外设，并选用合适的外围接口芯片。 2.2.3 系统的组成及统一编址
I/O端口是CPU与I/O设备直接通信的地址。单片机系统对I/O端口是 采用端口地址与存储器地址统一编址的方式，即存储器映射方式。而编 址技术又分线选法和译码法。对8155、8255、0809、0832等芯片地址， 学生在设计硬件时，应自行编址。
但是在多年的教学实践中，我们感到一方面学生掌握的理论知识和 实践知识有限；另一方面课程设计的时间有限，一般不多于两周。要想 让学生在规定时间内，运用自己有限的知识去独立完成一个单片机应用 系统的全部设计、制作和调试是不现实的。在两周的时间内，学生把绝 大部分时间要么花在设计制作硬件电路上，要么花在编写程序上，不能 掌握整个系统的全貌。事实上用课程设计时间进行的单片机系统设计不 要太复杂，但要将软、硬件两部分都贯穿进去，让学生清楚地了解单片 机系统的整个设计过程，培养学生设计单片机应用系统的初步能力。
附录一 交通灯控制程序清单 附录二 单片机原理与接口技术课程设计任务书
第一章 课程设计(大型作业)的教学组织
1.1 性质与目的
当前，理工科高等院校许多专业的教学计划都安排有单片机课程设计 或大型作业。单片机课程设计应该注意软件、硬件结合和兼顾，尤其应 重视动手操作的内容，做到设计与实践两者并重。课程设计的选题，可 选择已完成了的真实课题，经教师裁剪增删，在符合教学、符合学生水 平、符合实验室条件的情形下，供学生试设计。考虑到设计时间较短 促、学生的独立工作能力还较差，且教师将同时指导整个班级，因此要 学生完成的内容要精选，工作量不宜太大；学生可编组进行设计，但提 倡个人有独到的见解，并应独立写出设计说明书。
本指导书首先介绍了单片机应用系统的设计步骤；然后介绍了单片 机综合应用系统；接着详细地介绍了用单片机控制的交通灯系统的总体 设计、硬件设计与软件设计。
编者
目录
第一章 课程设计(大型作业)的教学组织 1.1 性质与目的 1. 2 设计任务书 1.3 成绩考核 1.4 设计时间安排和设计步骤
第二章 单片机应用系统的设计步骤 2.1 总体设计 2.2 硬件设计 2.3 软件设计
2.1 总体设计
2.1.1 明确任务
根据课题的要求确定系统的工作原理。如电脑时钟的工作原理为：每 百分之一秒对计数一次，满100次秒加一，秒满60次分加一……；并在 数码管上显示时、分秒当前值。
如果需要还要提出相应的技术指标。如电脑时钟要求显示的最小单 位为秒，还是百分之一秒；温度测量系统要求测量多少路？测量精度是 多少；收银机计算金额的范围多大，最小单位是否计分；交通灯控制系 统测量车流量的最大频率是多少等。
本教学环节的目的，大体为： (1)训练学生正确地应用单片微机，培养解决工业控制、工业检测等领 域具体问题的初步能力。 (2)让学生通过所做课题，“解剖麻雀”，熟悉单片微机应用系统开发、 研制的过程，软硬件设计的工作方法、工作内容、工作步骤。 (3)对学生进行基本技能训练，例如组成系统、编程、调试、查阅资 料、绘图、编写说明书等；使学生理论联系实际，提高动手能力和分析 问题、解决问题的能力。 单片微机课程设计(大型作业)可利用单片机实验装置作为学生动手实 践的基本装置，也可将包括流水灯、交通灯、显示器、键盘、A/D、 D/A等电路的单片机综合应用系统的印刷电路板与必须的元器件提供给 学生，让学生在半成品的基础上将产品完成；除此以外，还可以结合每 一课题，另制作足够数量的、配套的辅助性装置，以模拟工业应用实际 情况，提高课题的真实性，扩大学生的实践内容和收获。 为了这一教学环节的正常开展，还应积累(或复印)一定数量的参考资 料(例如芯片、元器件的手册，某些装置的使用说明，有关的期刊、参 考书籍等)。
若要求数据的正负之分，则考虑定义有符号数。 对于自然数列，为显示方便，可以采用BCD码，如电脑时钟的时、 分、秒。 2.3.1.2合理定义和分配存储空间、定义标志位。 资源分配的主要工作是RAM资源的分配。片外RAM的容量要比片 内RAM大，通常用来存放批量大的数据，如采样数据系列。主要考虑 片内RAM的分配。系统上电复位时，自动定义0区为工作寄存器，1区 为堆栈，并向2区、3区延伸。如果系统前台程序要用1区、2区作为工作 寄存器，就应将堆栈空间重新规划，常将堆栈安放在片内RAM的高 端，如60H~7FH。 在工作寄存器的8个单元中，R0和R1具有指针功能，是编程的重要 角色，应充分发挥其作用，尽量避免用来做其他事情。 20H～2FH这16个字节具有位寻址功能，用来存放各种软件标志、 逻辑变量、位输入信息、位输出信息副本、状态变量、逻辑运算的中间 结果等。当这些项目全部安排好后，保留一两个字节备用，剩下的单元 才可改作其他用途。 30H~7FH为一般通用寄存器，只能存入整字节信息。通常用来存放 各种参数、指针、中间结果，或用作数据缓冲区。 RAM资源规划好后，应列出一张RAM资源的详细分配清单，作为编 程依据。为了增加可读性，便于修改，一般对分配的存储单元取名。如 保存当前时间的时、分、秒取HOUR、MINI、SEC，编程时用变量名， 编译时只需在前面加HOUR EQU 24H即可（20H为分配给小时的存储 单元的地址）。 2.3.2 软件结构设计 软件设计有两种方法：一种是自上而下，逐步细化；另一种是自下而 上，先设计出每一个具体的模块（子程序），然后再慢慢扩大，最后组 成一个系统。两种方法各有优缺点。自上而下的方法在前期看不到什么 具体效果，对于初学者来说，心中总是不踏实。而自下而上的方法一开 始就有结果，每设计并测试好一个模块，就能看到实际的效果，给人一 步一个足印的感觉，能树立信心。我们建议两种方法结合运用。主程序
上，必须一步一步调试，做到可读性好，主要语句一定要写注 释。 (4) 硬件图用A3绘制，必须符合国家有关标准的规定。 (5) 说明书要求文字通顺，简炼。不少于5000字（不算源程序）。 (6) 设计的系统必须进行实验演示。
1. 2 设计任务书
设计任务书需阐明：课题的名称；课题的意义与概况；课题的具体 要求与工作步骤；及进度安排；分组办法；各组应完成的任务与侧重； 参考资料等情况。
在课程设计教学中，应以学生自主设计为主，充分发挥学生的自 主性和创造精神。教师的指导作用主要体现在工作方法，思维方法的引 导。
为保证顺利完成设计院任务，应注意如下要求： (1) 认真阅读设计任务书，保质保量地完成任务书的规定的工作。
(2) 在总体方案确定过程中，要求多想，多查资料，少问。 (3) 程序设计时，先画框图再编程，无论是自上而下，还是自下而
第三章 单片机综合应用系统 3.1 系统硬件原理图与说明 3.2 硬件电路焊接注意事项 3.3 uVision2 集成开发环境简介
第四章 单片机课程设计示例(交通灯控制) 4.1 课题设计内容 4.2 设计方案论证 4.3 系统硬件设计 4.4 系统软件设计 4.5 特种车中断服务子程序 4.6 算法分析
设计任务书样例见附录二。 除书面下达外，指导教师还须作详细说明，以期真正组织好这一教学 环节。为此，在初始阶段可安排一定时间的讲课。讲课时还应向学生交 待：课程设计(大型作业)教学环节的性质、与毕业设计的区别；设计说 明书的写法与要求；最后考核的办法与评分依据。 伴随着课题的具体进展，教师应加强辅导与答疑。 课程设计宜挑选典型、成熟的课题。因此，不必届届更新。为了提高 这一教学环节的教学质量，除设计任务书外，另可由有经验的教师编写 好教学指导书，供指导教师参考，并注意逐届总结和修改完善。
在课程设计阶段，完成思考题这样的任务也可编组进行。或由教师 编组，或让思考相同题目、钻研相同内容、具有相同观点的学生自由聚
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合成组，或两者兼顾，教师可酌情引导与决定。应提倡学生讨论、争 论，培育良好的学术气氛，并组织好交流。
1.4 设计时间安排和设计步骤
占用的时间以2周左右为宜。可以集中2周，也可分散为每周一天， 连续十周(半个学期)完成。为了使安排紧凑,占用的时间勿超过两周；如 教学计划十分饱满，则最短也不宜低于1周。
1.3 成绩考核
本教学环节，只是对学生设计能力的初步训练，每一(或每组)学生完 成的任务常不够完整，学生由做习题、回答思考题过渡到面对全面、复 杂的课题，独立完成的比重也还不高。所以，在最后适当留出一些时间 组织相互交流，常可使学生扩大视野、增加收获，有很好的效果；同 时，也锻炼了学生正确、条理地讲述清楚技术问题的能力。
2.1.2 硬件和软件功能的划分
系统的硬件配置和软件设计是紧密地联系在一起的，且硬件和软件 具有一定的互换性。多用硬件完成一些功能，可以提高工作速度，但降 低了系统的柔性。若用软件替代某些硬件功能，可增加系统的柔性，但 降低系统的工作速度。因此，总体设计时，应综合考虑，合理划分硬件 和软件的功能。
2.2 硬件设计
根据总体设计要求，确定系统扩展与功能接口，设计出系统的电路
原理图。
2.2.1 系统扩展
必须首先组成最小系统，即由8031、地址锁存器和程序存储器组 成。根据课题要求，在此基础上进行扩展。包括程序存储器扩展、数据 存储器扩展、I/O口扩展（8155、8255、74LS164）、定时器/计数器扩 展（8253）和中断控制器扩展（8259）等(若单片机内包括存储器，则 可以不进行存储器扩展)。如交通灯控制系统中要求控制四个方向的 红、绿、黄灯共12个，因此，需扩展I/O口，可选用8255，也可利用串 入并出移位寄存器74LS164扩展2个8位输出口的接口电路。
基于以上认识，我们将课程设计内容分为理论设计与实践操作两部 分。在理论设计部分，要求根据指定的题目完成硬件与软件的设计(对 学有余力的同学，该部分也可以制作实物，实验室提供条件)；实践操 作部分由指导老师事先设计好一块包括流水灯、交通灯、显示器、键 盘、A/D、D/A等电路的单片机综合应用系统的印刷电路板，并提供必 需的元器件，每位同学完成单片机综合应用系统的焊接与硬件调试，编 写相关控制程序并调试通过。
2.3 软件设计
一个优秀的的系统的软件应具有下列特点： ①软件结构清晰、简捷、流程合理。
②各功能程序实现模块化、子程序化。这样，既便于调试、链接， 又方便移植、修改。
③程序存储区、数据存储区分配合理。 ④运行状态实现标志化管理。各个功能程序运行状态、运行结果以 及运行要求都设置状态标志（一般用位寻址区的位）以便查询，程序的 转移、运行、控制都可以通过状态标志条件来控制。 ⑤实现全面软件抗干扰设计。（由于条件有限，课程设计中不考 虑。） 软件设计一般步骤如下： 2.3.1 系统定义 系统定义是在软件设计前，把软件承担的任务明确出来。
湖南城市学院 通信与电子工程学院
课程设计指导书
与技术
课程名称：单片机原理与应用 适用专业：电子信息工程及电子科学
2012-5
前
言
课程设计是单片机课程教学的最后一个环节，目的是对学生进行全 面系统的训练。进行课程设计可以让学生把学过的零碎知识系统化，能 够开发简单的系统，也进一步激发学生学习的热情，因此课程设计是必 不少的，非常必要。
设计步骤建议如下： 1）系统工作原理：叙述完成课题设计要求的工作原理 2）总体设计：叙述软、硬件部分总体设计 3）硬件：系统的组成，硬件的选用，芯片的特点、功能和编址 4）软件：存储单元的分配，标志位的设置，由上自下的程序框图， 子程序的设计及调试。 5）综合调试 6）整理设计说明书（设计说明书参考目录见附录二），准备答辩。
第二章 单片机应用系统的设计步骤
单片机的应用系统随着用途不同，它们的硬件和软件结构差别很大， 但系统设计的方法和步骤基本上是相同的。一般包括总体设计、硬件设 计、软件设计、仿真调试、固化程序、应用系统独立运行等步骤。
课程设计由于时间安排、学生水平、实验条件等诸方面的限制，仅要 求学生完成仿真调试即可。