《单片机原理及应用》课程设计指导书
电气信息工程系
2011年 6月 25日
一、课程设计的基本任务：
提高学生在单片机应用方面的实践技能，树立严谨的科学作风，培养学生综合运用理论知识解决实际问题的能力。学生通过单片机和硬件和软件设计、安装、调试、整理资料等环节，初步掌握工程设计方法和组织实践的基本技能，逐步熟悉开展科学实践的程序和方法。
二、课程设计的要求：
1．根据应用系统的要求，初步掌握总体结构设计的方法和构思，从中选择一种最佳设计方案；
2．根据应用系统结构规模的要求，掌握单片机外部扩充系统硬件设计的基本过程； 3. 根据任务要求和硬件设计要求，首先画出程序的总体流程图，然后进行各控制模块的程序设计；
4. 掌握如何应用单片机仿真器来开发应用系统及仿真调试的过程。
三、课程设计的步骤：
单片机系统的设计步骤，一般可以分为需求分析，总体方案设计、硬件设计与调试、软件设计与调试、系统功能调试与性能测试、产品验收和维护、文件编制和技术归档等。
1. 需求分析：需求分析就是要明确所设计的单片机应用系统要“做什么”和“做的结
果怎样”。需求分析阶段的结果是形成可操作的设计需求任务书。任务书应包含单片机应用系统所应具有的功能特性和性能指标等主要内容。如果是自主开发产品，还应附有市场调研和可行性论证等内容；如果是委托开发，则应该与委托方讨论拟制的需求任务书是否满足对方的需求。
2. 总体方案设计：总体方案设计就是要从宏观上解决“怎么做”的问题。其主要内容
应包括：技术路线或设计途径、采用的关键技术、系统的体系结构、主要硬件的选型和加工技术、软件平台和开发语言、测试条件和测试方法、验收标准和条文等。如果是委托开发，设计需求任务书和总体方案设计的主要内容往往以技术文件的形式附于合同书之后。
3. 硬件设计：硬件设计的主要内容是基于总体方案设计，选择系统所需的各类元器件、
设计系统的电子线路图和印刷电路板、安装元器件的调试硬件线路。硬件设计应确保功能设计和接口设计满足系统的需求，并且充分考虑和软件的协调工作关系，注重选用高集成度的器件和采用硬件软化、软件硬化等设计技术。
4. 软件设计：本阶段的主要任务是：基于软件工程的思想，拟制出本系统的软件设计
方案，划分出主要的软件模块、根据需要绘制部分软件模块的流程图、调试程序和
测试软件的基本功能。
5. 系统功能调试与测试：本阶段的重点是：基于系统的设计需求，进行系统功能调试
和性能指标的测试，形成测试报告，核对用户需求或设计需求和系统现有功能、指标的一致性程度，提出修改意见，循环上述某些步骤，直至满足需求。 6. 结题答辩。
四、设计报告要求
课程设计报告是学生所作设计的说明文件，其目的是使学生在完成设计、安装、调试后，在归纳技术文档、撰写科学技术总结报告方面得到训练。通过撰写课程设计报告，不仅可以把设计、调试过程进行全面总结，而且还可以把实践内容提升到理论高度。必须独立完成，格式符合要求，文字（不含图形、程序）不少于5000字，图形绘制规范。
1．设计报告的格式： 1) 封面 2）摘要 3）目录
4）正文
正文按章节来撰写，应包含以下内容：
(1) 所作题目的意义、本人所做的工作及系统的主要功能； (2) 方案选择：根据题目要求，写出总体初设方案并阐述理由；
(3) 硬件电路设计及描述：硬件原理电路图的设计及分析，各部分电路的设计思想、功能特性及硬件原理电路图的绘制；
(4) 软件设计流程及描述：设计出完整的程序框图和各模块程序的程序设计清单； (5) 系统调试及评价：说明系统的调试过程和调试方法，对系统硬件设计、软件设计及系统的实用价值、功能、精度、特点以及不足等方面进行分析与评价； (6)心得体会：总结本人在设计、安装及调试过程中的收获和体会。 5）参考文献
参考文献包括参考书、资料、网站等，按统一格式列出主要参考文献。参考文献必须是学生在课程设计中真正阅读过和运用过的，文献按照在正文中的出现顺序排列。 6）附录
附录包括系统总体原理图及源程序。 2. 排版要求：
课程设计报告用A4纸打印，中文文字用宋体，英文用Times New Roman。 具体要求如下：
1）封面: 学校统一模板，按要求填写打印。
2）摘要和关键词：在摘要下方另起一行注明论文的关键词3---5个，每个关键词之间用分号分开。外文摘要应与中文摘要对应,外文关键词用分号隔开。
（1）“摘要”字样：黑体小三号，居中，上空一行。 （2）摘要正文：宋体小四号，1.5倍行距。
（3）关键词：“关键词”居行首，黑体小三号；关键词的具体内容为宋体小四
号，1.5倍行距。
（4）外文题目、摘要和关键词的字体为“Times New Roman”，字号、行间距等与中文相一致。
3）目录：目录页中每行均由标题名称和页码组成，包括中外文摘要和关键词、主要内容的章、节序号和标题、参考文献、致谢、附录等。标题一般写到三级，不出现四级。目录中的内容字体、字号与正文保持一致格式。
4）正文：正文段落和标题一律取“1.5倍行距”，不设段前与段后间距，宋体小四号字。具体格式及要求如下：
一级标题 1 黑体小三号 二级标题 1.1 黑体四号 三级标题 1.1.1 黑体小四号 正文 宋体小四号 表题与图题 黑体五号 参考文献 黑体小三号
参考文献正文 附录
宋体五号、单倍行距
黑体小三号 宋体小四号
附录正文
注：分级阿拉伯数字的编号一般不超过三级，两级之间用下角圆点隔开，每一级编号的末尾不加标点。
5）页面设置：每页的版面、页眉[宁夏理工学院课程设计报告；宋体五号]、页脚套用统一的格式，不可以更改页眉、页脚、及左右边距。版面上空2.5cm，下空2cm，左空2.5cm，右空2cm。摘要和目录的页码采用大写罗马数字编写，如Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、„„。从正文开
始采用阿拉伯数字编写页码，如-1-、-2-、-3-、„„，页码位于页面正下方。每一章均重新开始一页。章标题前空一行。正文段落和标题一律取“1.5倍行距”，不设段前与段后间距。
6）图表编号：文中图、表只用中文图题、表题；每幅插图应有图序和图题，图序和图题应放在图位下方居中处，图序和图题一般用黑体五号字。图的编号由“图”和阿拉伯数字组成，阿拉伯数字由前后两部分组成，中间用“.”号分开，前部分数字表示图所在章的序号，后部分数字表示图在该章的序号。例如“图2.3”、“图3.10”等；每个图号后面都必须有图题，图的编号和图题要置于图下方的居中位置。
每个表格应有自己的表序和表题，一般用黑体五号字，表的编号方法同图的编号方法相同，例如“表1.6”、“表2.3”等；表的编号和表题要置于表上方的居中位置；如某个表需要转页接排，在随后的各页上要重复表的编号，编号后跟表题(可省略)或跟“(续)”，如表1.2(续)。续表均要重复表的编排。
对于函数曲线图，请注意检查横纵坐标的变量名、单位、刻度值是否完整（对于无量纲化或无单位的，请注明“无单位”），不同线型或图符说明应完整，变量名和单位之间用“／”分开。表的宽度不得超过版面文字的宽度，表一律要求采用三线表，表中参数及单位用“／”分开。
7）计量单位：设计报告中的量和单位必须符合中华人民共和国的国家标准GB3100～GB3102-93，它是以国际单位制（SI）为基础的。非物理量的单位，如件、台、人、元等，可用汉字与符号构成组合形式的单位，例如件/台、元/km。力求单位名称全文统一，不混淆使用中英文单位名称。
8）标点符号：设计报告中的标点符号应按新闻出版署公布的“标点符号用法”使用。 9）数字与英文字符：设计报告中的测量、统计数据一律用阿拉伯数字；在叙述中，一般不宜用阿拉伯数字。
全文中的英文字符均采用Times New Roman字体，字号与所在的文字段对应。 10）名词、名称：科学技术名词术语尽量采用全国自然科学名词审定委员会公布的规范词或国家标准、部标准中规定的名称，尚未统一规定或叫法有争议的名词术语，可采用惯用的名称。使用外文缩写代替某一名词术语时，首次出现时应在括号内注明全称。外国人名一般采用英文原名，按名前姓后的原则书写。一般很熟知的外国人名（如牛顿、爱因斯坦、达尔文、马克思等）应按通常标准译法写译名。
11）注释：注释可用页末注（将注文放在加注页的下端），而不可用行中插注（夹在正文中的注）。注释只限于写在注释符号出现的同页，不得隔页。引用文献标注应在引用处正文右上角用[ ]和参考文献编号表明，字体用五号字。
12）公式：公式应用公式编辑器输入，公式应居中书写，公式的编号（如式2.3）用圆括号括起放在公式右边行末，公式与编号之间不加虚线。
对于公式中的变量含义需要说明的，请在公式后的段落中，采用“式中：A为某某，B
为某某”的方式加以说明，A、B等字符必须与公式中的字体一致。如，公式中为斜体，则说明中也必须使用斜体。
13）参考文献：参考文献应在正文中顺次引述（按在正文中被提及的先后来排列各篇参考文献的序号，所有参考文献均应在正文中提及）；一般只引正式出版过的文献；对于文献有多个作者的，只著录前3位作者，从第4位开始该用“，等”或者“et al.”代替；根据GB 3469规定，按下表标识不同的参考文献类型（另，对于专著、论文集中析出的文献，标识用“A”，其他用“Z”）。
参考文献 专著 论文集 报纸文章 期刊文章 学位论文 报告 标准 专利 类型 文献类型 M 标识 参考文献的著录格式和示例如下： （1）
专著（含教材）
C N J D R S P 著录格式： [序号] 编著者. 书名[M]. 版本，出版地：出版者，出版年. 页码. 例：
[1] 刘谋佶, 吕志咏, 丘成昊, 等. 边条翼与旋涡分离流[M]. 北京: 北京航空学院出版社, 1988. 24~27.
[2] Isidori A. Nonlinear control systems[M]. 2nd, New York: Springer Press, 1989. 32~33. （2）
期刊
著录格式： [序号] 作者. 题目[J]. 刊名，年，卷（期）：页码. 例：
[1] 傅惠民. 二项分布参数整体推断方法[J]. 航空学报，2000，21（2）： 155~158. [2] Moustafa G H. Interaction of axisymmetric supersonic twin jets[J]. AIAA J, 1995, 33(5): 871~875.
注：外文期刊的刊名可用简称；请注意标注文章的年、卷、期、页，不要遗漏。 （3）
学位论文
著录格式：[序号] 作者. 题目[D]. 地点：单位，年. 例：
[1] 朱刚. 新型流体有限元法及叶轮机械正反混合问题[D]. 北京：清华大学，1996. [2] Sun M. A study of helicopter rotor aerodynamics in ground effect[D]. Princeton: Princeton Univ, 1983.
（4） 论文集，会议录
著录格式：[序号] 主要责任者. 题名[C]. 出版地：出版者，出版年.
例：
[1] 辛希孟. 信息技术与信息服务国际研讨会论文集：A集[C]. 北京：中国社会科学出版社，1994.
[2] 北京空气动力研究所. 第九届高超声速气动力会议论文集[C]. 北京：北京空气动力研究所，1997.
（5） 论文集中析出的文献
著录格式：[序号] 作者. 题目[A]. 见：主编. 论文集名[C]. 论文集名. 出版地：出版者，出版年：页码.
例：
[1] 陈永康，李素循，李玉林. 高超声速流绕双椭球的实验研究[A]. 见：北京空气动力研究所编. 第九届高超声速气动力会议论文集[C]. 北京：北京空气动力研究所，1997：9～14.
[2] Peng J, Luo X Z, Jin C J. The study about the dynamics of the approach glide-down path control of the carrier aircraft[A]. In: GONG Yao-nan ed. Proceedings of the Second Asian-Pacific Conference on Aerospace Technology and Science[C]. Beijing: Chinese Society of Aeronautics and Astronautics, 1997: 236～241.
注：会议文集的出版者可能不是正式的出版社；出版地指出版者所在地，不一定是会议地点。
（6） 科技报告
著录格式：[序号] 作者. 题名[R]. 报告题名及编号，出版地：出版者，出版年. 例：
[1] 孔祥福. FD-09风洞带地面板条件下的流场校测报告[R]. 北京空气动力研究所技术报告 BG7-270，北京：北京空气动力研究所，1989.
（7） 国际、国家标准，行业规范
著录格式：[序号] 标准编号，标准名称[S]. 出版地：出版者，出版年. 例：
[1] MIL-E-5007 D, 航空涡轮喷气和涡轮风扇发动机通用规范[S]. 美国空军，1973. [2] GB 7713-87, 科学技术报告、学位论文和学术论文的编写格式[S]. 注：对于国标GB等，出版地、出版者和出版年可省略。 （8） 专利
著录格式：[序号] 设计人. 专利题名[P]. 专利国别：专利号，公告日 例：
[1] 黎志华，黎志军. 反馈声抵消器[P]. 中国专利：ZL85100748，1986－09－24. （9） 其他未定义文献类型
著录格式：[序号] 主要责任者. 文献题名[Z]. 出版地：出版者，出版年. 3. 装订要求：
按以下顺序装订课程设计报告： （1）封面
（2）中文摘要（含关键词） （3）英文摘要（含关键词） （4）目录 （6）正文 （7）参考文献 （8）附录
附件一、课程设计题目说明及要求
1.数字电子时钟
一、设计任务
利用MCS-51单片机内部的定时／计数器、中断系统、以及行列键盘和LED显示器等部件，设计一个单片机电子时钟。设计的电子时钟通过数码管显示，并具有能通过按键实现设置时间的功能。显示格式为小时十位、小时个位---分十位、分个位---秒十位、秒个位。 二、设计要求
(1)在系统设计中，要求使用利用单片机的定时器定时及中断方式完成其功能； (2)系统硬件设计：单片机系统采用8051机型；根据任务要求，完成单片机最小系统及其扩展设计，组成功能完整的系统，设计给出系统硬件路电原理图； (3)系统软件设计：根据系统功能，完成控制软件的编写与调试； (4)以论文格式给出设计报告。
2.数字电子秒表
一、设计任务
设计一个电子秒表，用6位LED数码管分别显示分、秒、0.01秒。以0.01秒(10ms)为计时最小单位，设置开始键、停止键和清零键，按开始键开始计时；按停止键停止，再按继续计时；按清零键清零。
二、设计要求
(1)在系统设计中，要求使用利用单片机的定时器定时及中断方式完成其功能；
(2)系统硬件设计：单片机系统采用8051机型；根据任务要求，完成单片机最小系统及其扩展设计，组成功能完整的系统，设计给出系统硬件路电原理图；
(3)系统软件设计：根据系统功能，完成控制软件的编写与调试； (4)以论文格式给出设计报告。
3.交通信号灯智能控制器
一、设计任务
利用单片机完成交通信号灯控制器的设计，该交通信号灯控制器由一条主干道和一条支干道汇合成十字路口，在每个入口处设置红、绿、黄三色信号灯，红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停在禁行线外。用红、绿、黄发光二极管作信号灯。设东西向为主干道，南北为支干道。主干道处于常允许通行的状态，支干道有车来时才允许通行。主干道亮绿灯时，支干道亮红灯；支干道亮绿灯时，主干道亮红灯：
(1)主、支干道均有车时，两者交替允许通行，主干道每次放行30秒，支干道每次放行20秒，设立30秒、20秒计时、显示电路。
(2)在每次由绿灯亮到红灯亮的转换过程中，要亮5秒黄灯作为过渡，黄灯按1Hz的频率闪烁。
(3）设置紧急按钮，在出现急情况时可由交警手动实现全路口车辆禁行而行人通行状态，即主干道和支干道均为红灯亮。
图3.1 交通灯示意图
二、设计要求：
(1)利用单片机的定时器定时及中断方式，令十字路口的红绿灯交替点亮和熄灭；
(2)系统硬件设计：单片机系统采用8051机型；根据任务要求，完成单片机最小系统及其扩展设计，组成功能完整的系统，设计给出系统硬件路电原理图；
(3)系统软件设计：根据系统功能，完成控制软件的编写与调试； (4)以论文格式给出设计报告。
南
西
东 北 4.多信号发生器
一、设计任务
⑴ 具有产生正弦波、三角波和方波三种周期性波形的功能； ⑵ 通过键盘选择输出信号的类型、周期相关指标； ⑶ 输出波形的频率为100Hz～20kHz；
⑷ 具有显示输出波形的类型、频率的功能。 二、设计要求
(1)在系统设计中，要求使用DAC0832完成其功能；
(2)系统硬件设计：单片机系统采用8051机型；根据任务要求，完成单片机最小系统及其扩展设计，组成功能完整的系统，设计给出系统硬件路电原理图；
(3)系统软件设计：根据系统功能，完成控制软件的编写与调试； (4)以论文格式给出设计报告。
5.数字频率计
一、设计任务
(1)测量频率范围10Hz～100000Hz，量程可自己选择，精度：1%； （2被测信号为方波信号；
（3）显示方式为6位LED数码显示；
二、设计要求
(1)在系统设计中，要求使用定时器计数方式及定时方式完成其功能；
(2)系统硬件设计：单片机系统采用8051机型；根据任务要求，完成单片机最小系统及其扩展设计，组成功能完整的系统，设计给出系统硬件路电原理图； (3)系统软件设计：根据系统功能，完成控制软件的编写与调试； (4)以论文格式给出设计报告。
6.多功能抢答器
一、设计任务
⑴ 设计一个供4组选手比赛用的四路抢答器，每一路抢答信号均由某一组选手控制； ⑵合法抢答及指示功能：当主持人题目宣读完毕，表示可以抢答时，参赛者的按键行为为合法抢答。此时，能倒计时显示抢答时间，四组参赛选手中只要有一个参赛选手抢先按下抢答按键（抢答成功），则可发出声光指示并显示其组号，同时，倒计时显示停止计时，而其他参赛者按键无效；
⑶非法抢答报警功能：在抢答开始前，如果有参赛者按下抢答按键，则为非法抢答，此时，系统应能显示非法抢答者的按键号，同时指示报警（LED闪光指示或声光指示）；
(4)主持人功能：在所有抢答开始前或上一轮抢答结束后，主持人可以利用一个按键将系统状态复位，即清除以往的抢答状态，重新开始下一轮抢答。 二、设计要求
(1)在系统设计中，要求使用DAC0832完成其功能；
(2)系统硬件设计：单片机系统采用8051机型；根据任务要求，完成单片机最小系统及其扩展设计，组成功能完整的系统，设计给出系统硬件路电原理图；
(3)系统软件设计：根据系统功能，完成控制软件的编写与调试； (4)以论文格式给出设计报告。
7.数字温度计
一、设计任务
⑴至少利用3位LED数码管进行温度测量值的实时显示；
(2)温度测量范围：-50℃~110℃；测量误差≤0.5℃； ⑶当测量温度超过上下限时，具有发出报警的功能；
二、设计要求
(1)在系统设计中，要求使用温度传感器(例如：热敏电阻或温度传感器AD590)与ADC0809完成其功能；
(2)系统硬件设计：单片机系统采用8051机型；根据任务要求，完成单片机最小系统及其扩展设计，组成功能完整的系统，设计给出系统硬件路电原理图； (3)系统软件设计：根据系统功能，完成控制软件的编写与调试； (4)以论文格式给出设计报告。
8.数字电压表
一、设计任务
⑴设计一个数字式电压表，利用3位LED数码管显示被测电压值，基本测量范围为0～50V，测量误差为±0.02V；
⑵被测电压共8个，为8路模拟量（直流0～50V）输入，可通过按键选择显示8路输入模拟信号值的某一路。 二、设计要求
(1)在系统设计中，要求使用ADC0809完成其功能；
(2)系统硬件设计：单片机系统采用8051机型；根据任务要求，完成单片机最小系统及其扩展设计，组成功能完整的系统，设计给出系统硬件路电原理图； (3)系统软件设计：根据系统功能，完成控制软件的编写与调试； (4)以论文格式给出设计报告。
9.生产流水线产品产量统计显示系统
一、设计任务
(1) 用六位数码管动态显示班产件数（设班产量不超过1000000件）。
(2) 设置一个计数开关，当某班开始生产时，将该开关置于高电平，系统开始统计，并动态显示班产量。当将开关置于低电平时，则停止计数，显示值重新清零，班产量储入指定存储单元备用,为下一班生产重新计数作好准备；
(3) 设每一产品经过流水线终端时，由光电检测装置产生一个脉冲，用定时器/计数器计数；
二、设计要求
(1)在系统设计中，要求使用ADC0809及定时器计数方式完成其功能；
(2)系统硬件设计：单片机系统采用8051机型；根据任务要求，完成单片机最小系统及其扩展设计，组成功能完整的系统，设计给出系统硬件路电原理图； (3)系统软件设计：根据系统功能，完成控制软件的编写与调试； (4)以论文格式给出设计报告
10.超声波液位计 11.简易电子琴设计
一、设计任务
（1）设计一个简易7键电子琴。 （2）7键能够发出7个不同的音调。
二、设计要求
（1）在系统设计中，要求按下按键发声，松开延时一段时间停止，中间再按别的键则发出另一音调的声音；
（2）当系统扫描到键盘上有键被按下，则快速检测出是哪一个键被按下，然后单片机的定时器被启动，发出一定频率的脉冲，该频率的脉冲经喇叭驱动电路放大滤波后，就会发出相应的音调；
（3）如果在前一个按下的键发声的同时有另一个键被按下，则启动中断系统，前面键的发音停止，转到后按的键的发音程序，发出后按的键的音调；
（4）系统软件设计：根据系统功能，完成控制软件的编写与调试 （5）以论文格式给出设计报告
12.数字音乐盒 13.节日彩灯控制器 14.简易出租车计价器
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