计算机接口技术及应用课程设计指导书

长 沙 学 院

课程设计指导书

课程设计名称 计算机接口技术及应用

系 （部） 机电工程系

专 业 机械设计制造及其自动化

班 级 08级机本1-4班

2010年12月12日

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课程名称：《计算机接口技术及应用》课程设计 课程编号：6010130160

主 笔 人：程立志 刘延斌 高岳民 主 审 人：许焰

一、课程设计的目的

通过《计算机接口技术及应用》课程设计，使学生具备以下能力： （1） 加深对《计算机接口技术及应用》所学知识的理解； （2） 掌握单片机内部资源的使用方法和步骤； （3） 掌握单片机应用的环节和步骤；

（4） 能使用汇编语言编程环境编写程序、编译、仿真和修改程序； （5） 能初步判断分析单片机系统的简单故障；

（6） 能对自己的实践工作进行总结，具备编写实习报告书能力； （7） 初步具备辩证思维的能力；

（8） 培养学生热爱科学，实事求是的学风和创新意识、精神，合作精神。

二、课程设计的题目 （1） 大型智能交通灯设计 （2） 简易数字电压表设计 （3） 秒表/时钟计时器设计 （4） 电子日历设计 （5） 超声波测距器设计 （6） DS18B20数字温度计设计 （7） 1602液晶显示屏设计 （8） 六路数字抢答器设计 （9） 机械手动作行程控制 （10）三层楼电梯呼叫控制 （11）高楼定压供水分程控制 （12）物料传送带单控与顺序控制 （13）16×16 点阵LED汉字显示设计 （14）4×4 矩阵键盘计算器设计 （15）按需过马路智能交通灯设计 （16）无线遥控升降系统设计

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（17）新生儿恒温箱监控系统设计 （18）无线遥控多路开关设计 （19）键控步进电机设计 （20）智能晨起系统设计

三、设计内容（主要技术关键的分析、解决思路和方案比较等） 1. 大型智能交通灯的设计

利用MCS-51系列单片机实现十字路口交通灯智能化的管理，用以控制过往车辆的正常运作。 智能交通灯系统包括直行、左转、右转、以及人行道，还要求具有倒计时与紧急情况处理（救护车，消防车）等控制功能。 2. 简易数字电压表的设计

利用MCS-51系列单片机设计简易数字电压表测量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。测量最小分辨率为0.019V，测量误差约为±0.02V 3. 秒表/时钟计时器的设计

秒表/时钟计时器要求使用六位LED数码显示管显示时、分、秒，以24（小时）计时方式。使用按键开关可实现时分调整、秒表/时钟功能转换功能。 4. 电子日历的设计

电子日历上能显示阳历年，月，日，星期，时，分，秒和阴历年、月，使用按键开关可实现调整。 5. 超声波测距器的设计

设计一个超声波测距器，可以应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。要求测量范围在0.10-4.00m，测量精度1cm，测量时与被测物体无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果。 6. DS18B20数字温度计的设计

利用89C51单片机、DS18B20温度传感器，制作数字温度计。要求测温范围为-50～110℃，精度误差在0.1℃以内，LED数码管直接显示测量温度值。

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7. 1602液晶显示屏设计

设计一个室内用1602液晶显示屏，要求在目测条件下LED显示屏个点亮度均匀、充足，可显示图形和文字，显示图形或文字应稳定、清晰无串扰。图形或文字显示有静止、移入移出等显示方式。 8. 六路数字抢答器的设计

（1） 抢答器同时供6名选手或6个代表队比赛，分别用6个按钮S0 ~ S5表示。

（2） 设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。 （3） 抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。

（4） 抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。当主持人启动\开始\键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5秒左右。

（5） 参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。 （6） 如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。 9. 机械手动作行程控制

（1） 设“单步”、“单程”、“往返”、“连续”4个按钮及4个键值灯； （2） 设“左上”、“左下”、“右上”、“右下”4个电磁位置开关及4个指示灯。

（3） 设“左上”为初始位置，根据不同的选择按钮，驱动相应的（3台）直流电机正反转，完成相应的行程动作。 10. 三层楼电梯呼叫控制

（1） 第一层只设“上”、第二层设“上”、“下”、第三层只设“下”共四个按钮；

（2） 每层都设一个电磁位置开关，轿厢上下指示灯；共享一台直流电机正反转。

（3） 电梯轿厢内设“1”、“2”、“3”三个楼层键及键位指示灯，轿厢上

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下指示灯，开关门指示灯，电梯根据当前层位和楼层选择按钮的先后顺序，决定向上或向下，电机以正反转时延2秒完成层间动作。 11. 高楼定压供水分程控制

（1） 设用水量“增”、“减”两个按钮键位指示灯两个；直流抽水电机三台；

（2） 一个四位可控增益三路求和放大器仿水压变化，过低和过高指示灯各1个。

（3） 将运算放大器输出电压模数转换后回送给微处理器，且数字显示水压变化。

12. 物料传送带单控与顺序控制

（1） 设“单1/单2/单3/顺控”、“单控正转/顺控正转”、“单控反转/顺控反转”、“单控停止/顺控停止”4个按键7个键值灯；

（2） 设3台可控正反转直流电机，工作时点亮相应正转/反转指示灯。 （3） 由于单控/顺控按键复用，在不同状态下同一按键的键值不同，去抖后按不同键值执行相应功能。 13. 16×16 点阵LED汉字显示设计

（1） 点阵显示汉字“长沙大学机电工程系”；

（2） 实现自定义移位效果，如左滚屏，有滚屏，上、下卷帘等。 14. 4×4 矩阵键盘计算器设计 （1） 分别识别16个键盘值；

（2） 设定前10个为0到9，后面键值分别是A、B、C、D，—，最后一个键值为确认键；

（3） 利用数码管实现255内的减法运算。 15. 按需过马路智能交通灯设计

（1） 常态下直行为黄灯闪烁，提示慢行；

（2） 人行通道两边均有过马路按键。一旦按下，直行5秒黄灯闪烁后红灯，行人20秒过马路；

（3） 3分钟内仅相应一次行人过马路。

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16. 无线遥控升降系统设计

（1） 识别无线遥控上ABCD四个键值；

（2） A—正反转；B—停止；C—加速；D—减速。 17. 新生儿恒温箱监控系统设计 （1） 初始温度28°；

（2） 设定适宜温度31°—36°；

（3） 根据设定的温度采用继电器开关进行加热或者停止。 18. 无线遥控多路开关设计

（1） 识别无线遥控上ABCD四个键值；

（2） A—继电器1；B—继电器2；C—继电器3；D—继电器3。 19. 键控步进电机设计 （1） 设置K1—K4四个键值；

（2） K1—正反转；K2—停止；K3—加速；K4—减速。 20. 智能晨起系统设计 （1） 通过数码管设定时间；

（2） 到达指定时间，利用步进电机卷动窗帘，同时蜂鸣器发声； （3） 可以键控停止。

四、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,同时根据实际情况，在试验箱上调试通过。 1. 总体设计 ( 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。

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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。

( 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。在课程设计中，应充分利用仿真系统的硬件资源。如单个脉冲可以通过程序CPL P1.0得到，也可利用仿真系统的硬件资源获得。 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。

( 1 ) 系统扩展

仿真系统的CPU采用8051，因此，必须首先组成最小系统，即由8051及复位电路组成。根据课题要求，在此基础上进行扩展。包括I/O口扩展、定时器/计数器扩展和中断控制器扩展等。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74HC595，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。 1) 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) 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。 3. 软件设计

一个优秀的的系统的软件应具有下列特点：

? 软件结构清晰、简捷、流程合理。

? 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

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便移植、修改。

? 程序存储区、数据存储区分配合理。

? 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。

? 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： ( 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。

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。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。

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）。

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( 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。主程序采用自上而下的方法，将它分成若干个功能相对独立的较小的程序模块。然后再采用自下而上的方法，设计一个模块，调试一个模块，加入主程序调试；再进行下一个模块设计和调试。所以在这一步骤就是设计主程序的框架。

( 3 ) 模块设计

1) 建立入口条件和出口条件，明确模块功能

根据问题的定义,描述出各个输入变量的存放地址(入口条件)和各个输出变量的存放地址(出口条件)。例如输入量是经A/D转换后的8个数字量，存入在以30H为首的数据块中，输出量是这8个数字量的平均值，存放在40H中。为方便起见，用R0存放输入量数据块首地址，用R1存放输出量地址。则入口条件为R0，出口条件为R1。

2) 绘制程序流程图

根据问题的定义,确定算法，并绘制程序流程图。注意必须确保程序流程图的正确性。比如在电脑时钟中，考虑输入“分”的数据的合理性，数据必须小于60，程序框图中就不能忽视等于60如何处理。这是初学者常犯的错误。

3) 编写程序

在确保程序流程图的正确性的前提下，才能编写程序。在编程时必须注意以下几点：

①一定要严格根据流程图编程。 ②一定要写注释。

③通过编译后，只表明语法没错，并不表明逻辑正确，一定要用不同的数据对模块进行测试。完全符合预定结果，方可确认通过。

④将该模块加到主控模块进行测试，如果与预定结果不符，必须查找原因，进行修改、调试。

⑤必须注意随时保存调试通过的副本。以便当新程序出现故障时，随时可返回前面的正确点重新开始。

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4.编写设计说明书

由于设计时间紧迫，不要在完成全部设计后再编写设计说明书。而应在设计过程中逐步完成。一开始不可能设计出满意的主程序框图。因此，总体设计部分在完成全部设计任务后再写。而硬件部分和软件部分可以在设计过程同步完成。

五、设计要点

1. 大型智能交通灯的设计

图1是一个十字路口示意图。分别用1、2、3、4表明四个流向的主车道，用A、B、C、P分别表示各主车道的左行车道、直行车道、右行车道以及人行道。用a、b、c、p分别表示左转、直行、右转和人行道的交通信号灯，如图3所示。

交通灯闪亮的过程：

路口1的车直行时的所有指示灯情况为：

3a3b2p绿3c红+4a4b4c 3p全红+1c 绿1a1b4p红+2c绿2a2b1p红 路口2的车直行时的所有指示灯情况为：

4a4b3p绿4c红+ 1a1b1c 4p全红+ 2c绿2a2b1p红+3c绿3a3b2p红 故路口3的车直行时的所有指示灯情况为：

1a1b4p绿1c红+ 2a2b2c 1p全红+3c绿 3a3b2p红+4c 绿4a4b3p红 故路口4的车直行时的所有指示灯情况为：

2a2b1p绿2c红+3c3a3b2p全红+4c绿4a4b3p红+1c绿1a1b4p红

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图1：十字路口交通示意图

图2：十字路口通行顺序示意图

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图3：十字路口交通指示灯示意图

智能交通灯系统需包括车辆直行、左转、右转指示、以及人行道指示，还要求具有倒计时与紧急情况处理（救护车，消防车）等控制功能。 2. 简易数字电压表的设计 ( 1 ) 方案论证

( 2 ) 系统硬件电路的设计：简易数字电压表测量电路由A/D转换、数据处理及显示控制等组成，A/D转换由集成电路0809完成；

( 3 ) 系统程序的设计：包括初始化程序、主程序、显示子程序、模/

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数转换测量子程序等；

( 4 ) 调试及性能分析：采用KEIL编译器进行源程序编译及仿真测试，同时进行硬件电路的设计制作，在proteus软件里进行硬件仿真，最后进行端口电压的对比测试。 3. 秒表/时钟计时器的设计 ( 1 ) 方案论证

( 2 ) 系统硬件电路的设计：采用AT89C52单片机，最小化应用设计；采用共阳极七段LED显示器，P0口输出段码数据，P2.0~P2.5口作列扫描输出，P1.0、P1.1、P1.2口接三个按钮开关，用以调时及功能设置。为了提供共阳LED数码管的驱动电压，用三极管8550作电源驱动输出，采用12MHz晶振，有利于提高秒计时的精确性。

( 3 ) 系统程序的设计：包括初始化程序、主程序、显示子程序、模/数转换测量子程序等；本设计中，计时采用定时器T0中断完成，其余状态循环调用显示子程序，当端口开关按下时，转入相应功能程序。

( 4 ) 调试：采用KEIL编译器进行源程序编译及仿真测试，同时进行硬件电路板的设计制作，同时进行硬件电路的设计制作，在proteus软件里进行硬件仿真。

( 5 ) 性能分析：按照设计程序分析，LED显示器动态扫描的频率约为167Hz，实际观察时注意是否有闪烁现象发生，由于计时终端程序中加入了中断延时误差处理，所以实际计时的走时精度非常高，可以满足多种场合的应用需要。

4. 电子日历的设计

( 1 ) 方案论证 根据系统设计功能要求，确定系统由主控模块、时钟模块、显示模块、键盘接口4个模块组成。

( 2 ) 系统硬件电路的设计：系统由主控制器AT89C2051，时钟芯片DS1302、串口显示电路及键扫描电路组成。

( 3 ) 系统程序的设计：包括阳历程序设计、时间调整程序设计、阴历程序设计。其中，阴历程序的实现是靠阳历日期来推算的。要根据阳历来推算阴历日期，首先要设计算法。推算方法是，根据阳历当前日期在一年中的天数来计算阴历日期。阳历一个月不是30天就是31天（2月除外，闰年2月为29天，平年2月为28天）。阴历一年有12个月或13个月（含闰月），一

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个月为30天或29天。如果把一个只有29天的月称为小月，用1为标志，把30天的月称为大月，用0标志，那么12位二进制就能表示一年12个月的大小。如果有闰月，则把闰月的月份作为一个字节的高4位，低4位表示闰月大小，大月为0，小月为1，这样一个字节就包含了所有闰月的信息。阴历春节和阳历元相差的天数也用一个字节表示。总共用4字节就可以存储一年中任何一天阳历和阴历的对应关系的有关数据。按此法，找到50年内阳历和阴历的对应关系表。有了算法和数据，就可以设计软件了。

( 4 ) 硬件调试和软件调试 硬件调试主要是指检测硬件电路是否有短路、断路、虚焊等。软件利用伟福编译工具进行调试。

( 5 ) 性能分析 计时器最关键的是计时的精度，在这里在于晶振的选择。

5. 超声波测距器的设计

( 1 ) 超声波传感器及其测距原理工作原理

超声波是指频率高于20KHz的机械波。为了以超声波作为检测手段，必须产生超生波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。超声波传感器有发送器和接收器，但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声波；而在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号。

超声波测距的原理一般采用渡越时间法TOF（time of flight）。首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离

测量距离的方法有很多种，短距离的可以用尺，远距离的有激光测距等，超声波测距适用于高精度的中长距离测量。因为超声波在标准空气中的传播速度为331.45米/秒，由单片机负责计时，单片机使用12.0M晶振，所以此系统的测量精度理论上可以达到毫米级。

由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播距离远，因而超声波可以用于距离的测量。利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也较简单，并且在测量精度方面也能达到要求。

超声波发生器可以分为两类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。本课题属于近距离测量，可以采用常用的压电式

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超声波换能器来实现。 ( 2 ) 方案论证

根据设计要求并综合各方面因素，可以采用AT89C51单片机作为主控制器，用动态扫描法实现LED数字显示，超声波驱动信号用单片机的定时器完成。

( 3 ) 系统硬件电路的设计：包括单片机及显示系统电路，超声波发射电路，超声波检测接收电路。

( 4 ) 系统程序的设计主要由主程序、超声波发生子程序。超声波接收中断程序及显示子程序组成。

( 5 ) 调试及性能分析 硬件调试主要是指检测硬件电路是否有短路、断路、虚焊等。软件利用伟福编译工具进行调试。 6. DS18B20数字温度计的设计 ( 1 ) 温度传感器工作原理

DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现９～１２位的数字值读数方式。DS18B20的性能特点如下：

●独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；

●多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能； ●无须外部器件；

●可通过数据线供电，电压范围为3.0~5.5Ｖ； ●零待机功耗；

●温度以9或12位数字； ●用户可定义报警设置；

●报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件； ●负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。

( 2 ) 方案论证 根据系统设计功能要求，确定系统由3个模块组成：主控制器、测温电路及显示电路。

( 3 ) 系统硬件电路的设计：控制器使用单片机AT89C8051，温度传感器使用DS18B20，用4位共阳LED数码管以动态扫描法实现温度显示。 ( 4 ) 系统程序的设计：包括主程序、读出温度子程序、温度转换命令子

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程序、计算温度子程序和显示数据刷新子程序。

( 5 ) 调试与性能分析 硬件调试主要是指检测硬件电路是否有短路、断路、虚焊等。软件利用伟福编译工具进行调试。

( 6 ) 关键技术：DS18B20的各个ROM命令以及温度数据的计算处理方法 7. 1602液晶显示屏的设计 ( 1 ) 方案论证

( 2 ) 系统硬件电路的设计：本设计硬件电路大致上可以分为单片机系统及外围电路、列驱动电路和行驱动电路三部分，具体来说，单片机系统及外围电路采用89C51或其兼容系列的芯片，采用24Hz或更高频率的晶振。P1口低四位和行驱动器相连，送出行选信号；P1.5~P1.7口则用来发送控制信号。P2和P0口空着，在有必要时可以扩展系统的ROM和RAM。

( 3 ) 系统程序的设计：该系统程序的实际包括两个部分：显示驱动程序和系统主程序，显示驱动程序在进入中断后首先要对定时器T0重新赋值，以保证显示屏刷新率的稳定，1/16扫描显示屏的刷新率由公式算出；

( 4 ) 调试及性能分析：采用KEIL编译器进行源程序编译及仿真测试，同时进行硬件电路的设计制作，在proteus软件里进行硬件仿真。 8. 六路数字抢答器的设计

抢答器原理：该抢答器供不多于四个的抢答比赛使用。每个选手的座位前安装一只抢答按钮开关和一只信号灯。主持人的座位前安装一只复原按钮开关、一只蜂鸣器和一只抢答器工作状态指示灯。每当主持人口头发出允许抢答的号令之后，哪个队先按下座位上的按钮开关，该座位的信号灯就先被点亮，同时封锁其他按钮开关的活动。并且熄灭主持人座位上的状态指示灯和发出 3 声类似于电话振铃的提示声，以“声明”此次抢答动作已经完成。在主持人确认后，按下复原按钮，状态指示灯重新点亮，并且同时发出“笛——笛——”声，为下一次的抢答作好准备。电路中的蜂鸣器 FM 是一只带有助音腔的压电陶瓷蜂鸣器，用于模拟发出报警声的功率放大器和喇叭。在 FM 发声的同时，灯 D6 也在发光。FM 可以看作是一个电容性负载，本身不能流过直流电流。发声的原理是，作用在两个电极极板的电位在发生变化时，陶瓷材料就发生弯曲，从而振动空气发出

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声音。FM和 4 只按钮开关 SWa~SWd 以及 4 只电阻 Ra~Rd 都是在演示板的基础上额外添加的。由于RB端口内部具有上拉电阻，只要用软件设置其有效，即可省略在4 只端口引脚上外接上拉电阻。按钮开关和指示灯与座位的对应关系如表3所示。

按钮开关和指示灯与座位的对应关系

座位 按钮开关 指示灯 蜂鸣器 主持人席 SW1 D7 有 座位1 SWa D0 无 座位2 SWb D1 无 座位3 SWc D2 无 座位4 SWd D3 无 座位5 SWe D4 无 座位6 SWf D5 无 9. 机械手动作行程控制

（1）单步运行：每按动一次“单步”键，机械手自左上—左下，左下—左上，左上—右上，右上—右下，右下—右上，右上—左上的顺序闭合相应的行程开关，点亮相应的位置指示灯。（最先点亮“左上”灯，延时2秒点亮下一位置灯）

（2）单程运行：按动一次“单程”键，机械手自左上—左下—左上—右上—右下的顺序依次间隔2秒闭合行程开关、点亮位置指示灯；再按动一次“单程”键，机械手自右下—右上—左上的顺序返回起始位置，单程未完成时所有按键均无效。

（3）往返运行：每按动一次“往返”键，机械手自左上—左下—左上—右上—右下—右上—左上的顺序延时2秒闭合相应的行程开关，点亮相应的位置指示灯，最后停在起始位置。全程未完成时所有按键均无效。

（4）连续运行：按动一次“连续”键，机械手将不停的循环执行全部行程，再按一次“连续”键，机械手将在起始位置停止，未回到起始位置就不停止。

10. 三层楼电梯呼叫控制

（1）电梯可停在任一层，有呼叫且轿厢内无选择，按呼叫先后顺序到达呼叫层位：

（2）轿箱外有呼叫，轿箱内有选择，则按轿箱内选择的先后顺序到达相应层；

（3）不论上下，轿厢每经过一层时，只要轿厢内有选择或轿厢外有呼叫，

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都在该层停留5秒钟，第一秒后开门，第四秒后关门，第五秒后启动；开关门期间点亮开关门指示灯。运行中如某层无呼叫无选择，则电梯在经过该层时不停。

（4）电梯到达某层后，若轿厢外都无呼叫且轿厢内无选择，轿厢第四秒关门后就停在该层，直到该层有呼叫则开门，若其它楼层有呼叫则不开门启动。所有按键都要延时20ms去抖动，判键释放，再转存键值。

（5）电梯运行过程中，若轿厢外有呼叫或轿厢内有选择，只转存键值备下次使用。

11. 高楼定压供水分程控制

（1）初始化系统默认最小用水量，一台电机工作：运放仅一路输入，调放大倍数使水压在合适范围；

（2）按动用水量“增”键，达一定数值切换四位可控增益开关，运放增益下降，输出电压降低，表示水压下降，下降到一定值，系统启动第二台电机工作，运放有两路电流输入，输出电压升高在合适范围内；

（3）若继续按动用水量“增”键，达一定数值切换四位可控增益开关，运放增益再次下降，输出电压降低，表示水压下降，下降到一定值，系统启动第三台电机工作，运放有三路电流输入，输出电压再次升高；用水量达最大值时，保持水压在合适范围内。用水量过大，则低压报警灯亮。

（4）按动用水量“减”键，达一定数值切换四位可控增益开关，运放增益增大，输出电压升高，表示水压上升，上升到一定值，系统停止第三台电机工作，运放有两路电流输入，输出电压降低在合适范围内；

（5）继续按动用水量“减”键，达一定数值切换四位可控增益开关，运放增益增大，输出电压升高，表示水压上升，上升到一定值，系统停止第二台电机工作，运放仅一路电流输入，输出电压降低在合适范围内；用水量过小，则高压报警灯亮。

12. 物料传送带单控与顺序控制

（1）单控状态要求每台电机都能直接由正转切换到反转或停止； （2）顺控状态要求不能直接有正顺切换到反顺，要顺停后再切换到反顺；

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（3）正顺启动时按1、2、3顺序间隔2秒依次启动；反顺时按3、2、1顺序间隔2秒依次启动；

（4）不论正顺还是反顺，停止时应按启动顺序依次停止； （5）单控与顺控可在任意状态下切换，切换后初始处在停止状态。 13. 16×16 点阵LED汉字显示设计

（1）两片74HC595级联进行“列”控制，SER、RCLK、SRCLK分别接P2.5

—P2.7；

（2）两片74LS138级联进行“行”控制，A、B、C、E1、E2分别接P2.0

—P2.4；

（3）利用汉字取模软件取汉字代码，通过动态扫描技术进行显示。 14. 4×4 矩阵键盘计算器设计 （1）16个按键分别接P1.0—P1.7；

（2）先读取键盘的状态，得到按键的特征编码，并分别设定前10个为0

到9，后面键值分别是A、B、C、D，—，最后一个键值为确认键； （3）利用数码管实现255内的减法运算。 15. 按需过马路智能交通灯设计

（1）利用定时器T0进行精确时间控制； （2）参照现行交通灯规则设计； （3）3分钟内仅相应一次行人过马路。 16. 无线遥控升降系统设计

（1）利用PT2272/PT2262遥控设计

（2）P3.4为PT2272端口D0，P3.5 为PT2272端口D1，P3.6为PT2272

端口D2，P3.7为PT2272端口D3，P1.3为PT2272端口VT。 （3）通过接收判别四组编码，实现步进电机控制，A—正反转切换；B—

停止；C—加速；D—减速。 17. 新生儿恒温箱监控系统设计

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（1）利用数码管进行温度设置及显示； （2）通过DS18B20温度传感器进行温度采集；

（3）根据设定的温度采用继电器开关进行加热或者停止。 18. 无线遥控多路开关设计

（1）利用PT2272/PT2262遥控设计

（2）P3.4为PT2272端口D0，P3.5 为PT2272端口D1，P3.6为PT2272

端口D2，P3.7为PT2272端口D3，P1.3为PT2272端口VT。 （3）通过接收判别四组编码，实现四路继电器开关。A—继电器1；B—

继电器2；C—继电器3；D—继电器3。 19. 键控步进电机设计 （1）设置K1—K4四个键值；

（2）K1—正反转；K2—停止；K3—加速；K4—减速。 20. 智能晨起系统设计

（1）通过定时器T0工作在模式1下，设计时钟。 （2）通过数码管设定时间；

（3）到达指定时间，利用步进电机卷动窗帘，同时蜂鸣器发声； （4）设定按键停止、上升、下降。

六、设计进度安排

周一：题目选择，资料搜集，方案论证；根据方案进行硬件设计以及画出程序流程图；

周二：在proteus软件里进行硬件原理图设计；根据程序流程图进行软件编程；

周三：软件编程，在Keil编译器里进行调试；

周四：在proteus软件里进行硬件仿真；撰写实验报告。 周五：课程设计结果验收，上交课程设计报告。

七、考核标准

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本课程设计采用五级计分制，即优、良、中、及格、不及格五级。 考核分为以下四个方面，前两项采用过程考核的方法，即对学生制作的每一步都考核，只有通过才可进行下一步制作。成绩划分及评定要求如下。

（1）设计与硬件制作（20分）：布局是否合理，整齐，是否短路，断路 （2）程序编制与调试（30分）：程序结构是否合理，能否解决实践中的问题。

（3）功能与报告（25分）：能否完成预定功能，有无创新，报告是否详细，问题分析是否到位，书写是否认真。

（4）答辩及平时表现（25分）：对单片机基本知识的掌握情况，各资源的应用是否熟练，是否认真。

八、注意事项

1、充分调研相关文献，针对课题需要进行系统详细的论证，不能盲目生搬硬套，严谨抄袭；

2、以小组为单位（原则上是4人一组），小组内成员分工明确，各司其职，按照所分配的任务在规定的时间内合理的完成好。

3、课程设计报告要包括：设计功能要求，方案论证，硬件电路设计（元件选型，硬件电路布局），系统程序的设计（注意总结出现的问题、疑难以及解决的方法和思路，对以后的借鉴作用等），调试及性能分析，课程设计小结、控制源程序清单等；图包括设计方案框图、硬件原理图（要求有描述）、程序流程图等。

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本课程设计采用五级计分制，即优、良、中、及格、不及格五级。 考核分为以下四个方面，前两项采用过程考核的方法，即对学生制作的每一步都考核，只有通过才可进行下一步制作。成绩划分及评定要求如下。

（1）设计与硬件制作（20分）：布局是否合理，整齐，是否短路，断路 （2）程序编制与调试（30分）：程序结构是否合理，能否解决实践中的问题。

（3）功能与报告（25分）：能否完成预定功能，有无创新，报告是否详细，问题分析是否到位，书写是否认真。

（4）答辩及平时表现（25分）：对单片机基本知识的掌握情况，各资源的应用是否熟练，是否认真。

八、注意事项

1、充分调研相关文献，针对课题需要进行系统详细的论证，不能盲目生搬硬套，严谨抄袭；

2、以小组为单位（原则上是4人一组），小组内成员分工明确，各司其职，按照所分配的任务在规定的时间内合理的完成好。

3、课程设计报告要包括：设计功能要求，方案论证，硬件电路设计（元件选型，硬件电路布局），系统程序的设计（注意总结出现的问题、疑难以及解决的方法和思路，对以后的借鉴作用等），调试及性能分析，课程设计小结、控制源程序清单等；图包括设计方案框图、硬件原理图（要求有描述）、程序流程图等。

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