级单片机系统设计实验教学日历.docx
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级单片机系统设计实验教学日历
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）
一、2012级本科“单片机系统设计”课表
2014～2015学年第二学期
星期一
2：
00-8：
30
303（陈罡－1组）
304（茹国宝－2组）
电工、电波59
陈罡
星期二
2：
00-8：
30
303（贺赛先－1组）
18
测控+光科
贺赛先
星期四
2：
00-8：
30
303（朱劼－1组）
304（茹国宝－2组）
通工58
茹国宝
星期五
2：
00-8：
30
303（朱劼－1组）
304（王春林－2组）
50
通工+电科
朱劼
注：
1．实验时间：
从第七周到第十周
2．课表见教学日历或综合系统设计。
综合系统设计题目形式要求如三，并以论文形式提交。
3．论文由指导实验老师批改，并给出平时实验成绩，交给任课老师。
4．要求学生打印或复印附件作为参考资料，掌握实验装置的硬件设计原理，学会单片机最小系统的设计，了解单片机开发装置的基本组成及使用方法；通过硬件设计与软件编程，初步掌握单片机应用系统的硬件构成及软件编程方法；提高应用单片机知识解决实际问题的能力。
5．考核方法
分三个方面进行：
设计制作70%；设计报告20%；设计创意10%。
二、武汉大学2014—2015学年度第二学期教学日历
课程：
单片机系统设计实验学院（系）：
电子信息学院专业：
各专业
班级：
2012周数：
4实验：
36学时共计：
36学时
日/月
至
日/月
周
次
讲课内容及时数
实验（上机）内容及时数
课外作业或参考书说明
（教材章节、名称）
学
时
课堂实习（实验、上机）内容
课堂时数
课外时数
13/4
至
18/4
7
实验理论课、实验设备和使用方法
基础实验（教材）
实验一二
创新1、2
9
20/4
至
25/4
8
综合实验（自选）
综合实验
9
27/7
至
2/5
9
综合实验（自选）
综合实验
9
4/5
至
8/5
10
综合实验（自选）
综合实验
9
本课程主讲教师茹国宝教研室主任学生所在院系负责人
2015.3.16
二、综合系统设计题目形式
类型1
一．题目：
智能时控开关设计
二、任务
利用单片机中的定时器、IO接口、中断系统等资源，设计一智能时控开关系统，能根据时刻信息或倒计时信息对多路开关进行控制。
三、设计要求
题目一：
智能时控开关设计
主要内容：
利用单片机中的定时器、IO接口、中断系统等资源，设计一智能时控开关系统，能根据时刻信息或倒计时信息对多路开关进行控制。
基本要求：
（1）系统含24小时时钟，用数码管可显示小时、分钟及秒时间信息。
（2）可通过按键对时钟进行校准，可对定时时刻或倒计时时间进行设置。
（3）定时时间到时，用发光二极管闪烁及蜂鸣器发声提示。
人工干预后停止闪
烁及发声，并用发光管指示开关状态。
提高部分：
（4）可对多路（3~5路）开关进行定时控制。
（5）可对每路按多个时间顺序设置开关控制。
（如：
8:
00开，12:
00关，14:
00
开，16:
00关）。
（6）尝试为系统设置语音提示功能。
题目二：
交通信号灯模拟系统设计
主要内容：
利用单片机中的定时器、IO接口、中断系统等资源，设计一个十字路口交通信号灯的控制模拟系统。
基本要求：
（1）利用单片机的定时器定时，令十字路口的红绿灯交替点亮和熄灭。
（2）可通过按键对红绿灯点亮和熄灭时间进行调整及设置。
（3）能对红绿灯点亮和熄灭时间进行倒计时时间显示。
提高部分：
（4）可进行紧急或特殊情况的人工处理控制。
（5）有内部24小时钟，可根据时间表对对红绿灯点亮和熄灭时间进行自动调整。
（如高峰期：
7：
30-8:
30，17:
00-18：
30或夜间时段红绿灯主次干道时长比等）。
（6）可根据交通流量自动调整对红绿灯点亮和熄灭时间。
题目三：
智能温度采集与控制系统的设计
主要内容：
利用单片机中的定时器、IO接口、中断系统等资源，设计一个数字温度计，要求能在数码管上显示两位温度数值（假设温度变化范围为0°~50°），显示停留时间为5S，且当温度每变化1度时立即更新显示。
基本要求：
（1）系统能通过I/O接口线对加热装置进行控制，并通过A/D转换电路采集该装置温度信息。
（2）可利用两位LED数码管即时显示采集的温度值。
用定时器设计定时功能，使显示停留时间为5S。
（3）当温度每变化1度时应立即更新显示。
提高部分：
（4）设计温度控制功能，对加热装置的某个温度值进行控制。
题目四：
乒乓球游戏模拟器设计
主要内容：
利用单片机中的定时器、IO接口、中断系统等资源，设计一个乒乓球游戏模拟器，在仿真环境下进行模拟乒乓球比赛。
乒乓球游戏规则：
（1）．采用两个开关作为击球键。
（2）．发球采用一球轮换制。
（3）．采用11分制，三局两胜制。
（4）.采用P1口模拟球的移动。
题目五：
设计并制作一个4路LED定时显示控制电路
基本要求：
（1）单片机系统设计。
包括实时时钟的显示与调整，显示屏的驱动、键盘接口驱动电路等外围硬件的设计及其软件编程。
（2）4路LED定时时间设置与存贮。
（3）4路LED定时时间的控制。
通过比较当前时间和已存贮的4路LED定时时间，完成对4路LED的驱动显示。
提高部分：
（4）在对4路LED定时时刻启动显示的基础上，完成对4路LED定时时段的控制。
三、论文形式
（1）设计过程：
系统分析及总体目标设计（含功能、使用规范）
总体方案确定
硬件设计、软件设计
系统组成及修改调试
实验设计报告
（2）设计报告要求：
必须独立完成，格式符合要求，文字（不含图形、程序）不少于3000字，图形绘制规范。
设计报告的格式如下：
1、封面
2、内容提要
3、目录
4、正文
（1）所作题目的意义、本人所做的工作及系统的主要功能；
（2）硬件电路设计及描述；
（3）软件设计流程及描述；
（4）源程序代码（要有注释）；
5、心得体会
6、参考文献
（3）论文形式示例
智能风扇设计报告
谭宇何莹姚瑶
（武汉大学电子信息学院430079）
摘要:
系统以单片机与FPGA为核心，利用移相斩波法，使用光耦和可控硅，通过对220V交流电的相位跟踪来调节可控硅的导通角，实现对电压有效值的连续调节，从而实现风扇转速在0-600转的连续精确可调，并能控制风扇实现普通风、自然风、睡眠风三种智能功能，同时测出对应时刻的风扇转速，并且还带有红外遥控功能。
整个系统结构简单，功能全面，达到了风扇转速的智能化控制的指标。
关键字：
0引言
1方案比较与论证1.1题目任务要求及相关指标的分析1.2方案的比较与选择
2系统总体设计方案及实现方框图
3理论分析与计算
4主要功能电路的设计
5系统软件的设计
6测试数据与分析
7结论
8参考文献
四、分组情况
见后
五、附件
附件1：
实验系统及其使用方法
第一节实验系统的配置
AEDK5196ET实验系统可以在串行模式和独立运行模式二种模式工作
一．AEDK5196ET实验系统工作在串行模式
1.用户根据实验要求，进行MCS51单片机实验时（8032芯片已插在D3插座上），K9的短路套插向51端。
进行MCS96单片机实验时，将CPU96S/CPU96F卡插入J5插座，K9的短路套插向96端。
2.用实验机配套的串行通讯电缆，将9芯电缆的一端与实验机上的J9（9芯插座）相连，另一端与PC机的串行口相连。
3.AEDK5196ET实验机电源插座J3与工作电源相连，注意插入方向（如下图所示）。
4.将电源开关K13拨到左端（ON），AEDK5196ET机上将显示:
AEDK.U51（MCS-51状态）
AEDK.U96（MCS-96状态）
5.在PC机上运行调试程序。
【注意】开机前，请检查电源插头上各个电压是否正确；插入电源插座位置是否正常，有无错位或反插。
二．AEDK5196ET实验系统工作在独立运行模式
1.用户根据实验要求，进行MCS51单片机实验时（8032芯片已插在D3插座上），K9的短路套插向51端。
进行MCS96单片机实验时，将CPU96S/CPU96F卡插入J5插座，K9的短路套插向96端。
2.AEDK5196ET实验机电源插座J3与工作电源相连，注意插入方向（如上图所示）。
3.将电源开关K13拨到左端（ON），AEDK5196ET机上将显示:
AEDK.U51（MCS-51状态）
AEDK.U96（MCS-96状态）
然后在独立运行模式下运行调试程序。
第二节实验系统地址空间分布
51单片机实验地址空间分布
0000H～3FFFH：
实验机上RAM区，可作程序区或数据区，分写保护和
不写保护。
4000H～7F3FH：
实验机上RAM区，可作程序区或数据区。
7F40H～7FFFH：
为实验机上RAM，由监控占用，用户不得使用
8000H～BFFFH：
可供寻址的程序、数据空间。
用户可以用此空间在扩展板上扩展器件，或用作在用户系统中扩展器件。
另外，也可使用实验机上的资源，地址8000H～87FFH为138译码器（D2）的译码输出。
例如用户对实验机上的A/D芯片进行编程时，用导线将138译码器D2的某一输出脚和A/D芯片的片选CS/相连，则该输出脚的译码地址即为A/D芯片的编程地址。
C000H～FDFFH：
监控程序用。
FE00H～FFFFH：
实验机上固定地址的I/O。
FF80～FF82为8279状态和数据口地址。
当本系统运行于键盘监控方式时将用作键盘输入和显示，串行方式（即通过PC机串口与实验机通讯）时用户可以无条件使用；FFA0、FFA2为8251状态和数据口地址，串行方式时用作PC机通讯，键盘监控方式时用户可以无条件使用。
第三节实验装置的使用方法
1．建议在做实验之前，在用户硬盘上建立1个自己的子目录，用于保存所做的全部实验结果。
2．双击“LCA51ET”图标，启动AEDK仿真控制程序。
3．PC机串口与实验机通讯的检查：
单击“设置”图标，运行“测试通讯口”。
注意PC机串口与实验机串口的波特率一致，通信电缆接线无误。
若测试失败，按实验机上“RST”键，继续测试，最终确保PC机串口与实验机通讯正确。
4．编辑与保存：
单击“文件”图标，选择自己的子目录。
若是新实验，选择“新建”操作，然后开始编写自己的程序代码，编写完毕并检查后，选择“另存为”操作，将程序用自己所容易记忆的名称保存起来，注意该文件的命名规则必须使用“.ASM”作为所保存文件的“文件类型”；若是以前未完成的实验，选择“打开”操作，将该文件打开后继续编写代码。
编写完毕并检查后，选择“保存”操作，将结果保存到原来的文件之中去。
编辑过程同编辑普通文本文件一样操作。
5．编译与通信：
先根据连线要求，将相应的实验连线全部接好并检查无误后，打开仿真装置的电源。
单击“编译”图标。
若系统没有发现用户所编写的代码的“语法错误”，就会将所编写的源代码转换成机器语言代码并直接送入实验装置；否则会显示出相应的出错行号，用户可据此进行相应的修改操作，修改完毕后，重新编译自己的源代码。
6．运行调试：
目标代码被装入仿真装置后，系统会自动执行“总清”操作，即“复位”仿真装置，将“PC指针”（屏幕显示为绿色的光带，它表示“将被执行的机器指令”）设置为0。
之后单击“调试”图标，用户就可用键盘或鼠标来控制相应的程序执行。
具体说明如下
a）跟踪型单步（F7）：
即只执行1条机器指令后，就处于“暂停状态”（即让仿真软件获得“系统控制权”）。
若所执行的当前指令是“子程序调用”，就进入相应的子程序中，下一条将被执行的指令就是该子程序的第一条指令。
b）通过型单步（F8）：
也是只执行1条机器指令，就处于“暂停状态”。
若所执行的当前指令是“子程序调用”，也将其作为1条指令对待，即下1条将被执行的就是该调用指令后面的那条机器指令。
c）执行到光标所在处（F4）：
在使用本功能之前，用户可用键盘或鼠标将光标“定位”到希望“暂停”的位置。
启动该功能后，程序将执行到该位置后就“暂停”（注意其前提是该位置确实“能够到达”）。
d）全速（F9）：
即将“系统控制权”完全交给用户编写的程序，若希望停止它，只能采用以下的“总清”手段。
e）总清：
这是停止处于“全速”运行的用户程序，重新使仿真软件获得“系统控制权”的唯一方法，有些资料又将其称为“矢折”处理，其方法是按下装置上的RST（即复位）按键。
f）设置断点和清除断点：
所谓“断点”可认为是用户在程序中设置的某种“暂停标志”，本装置所设置的断点用红色的光带表示。
当程序执行到该处时，就会处于“暂停状态”（此时光带将变成橙黄色），以便于观察某些特定的结果。
值得注意的是，虽然仿真硬件和软件提供了“允许设置多个断点”的功能，但建议用户只在所编写的程序中最多设置1个“断点”（故此时可用前述的“执行到光标所在处”的功能来代替“设置断点”的功能），这样做的目的是为了简化调试手段，避免产生不必要的错误。
另外需要注意的是“断点”一定要设置在机器指令的头一个字节的位置上，否则会产生不可预料的结果。
g）设置观察窗口：
当用户希望看到程序执行时某些变量单元中数值的变化情况，首要条件就是在屏幕上设置1个“信息观察窗”，然后在该“窗口”中执行以下的“添加观察项”的操作，才能达到相应的目的。
h）添加观察项目：
上述的“设置观察窗口”只是使用户具备了观察变量内容的“前提条件”，而只有当用户使用“添加观察项”操作，将自己所希望观察的那些变量的名称“填写”到“观察窗口”中后，系统才会在处于“暂停”状态的时候，在观察窗口中显示出相应变量的内容。
7．当用户希望结束工作时，只要先单击“文件”图标，再单击该图标菜单中的“退出”图标，就可结束该仿真程序，返回Windows操作系统，然后将本次实验所编写的源程序代码复制到后备软盘上作为备份文件，最后删除建立在用户硬盘上的用户子目录。
第四节实验系统的布局
附件2：
AEDK5196ET实验模块原理
AEDK5196ET实验系统主板采用模块化设计，由二十多个硬件模块组成。
用户可用它组合成各种各样的硬件实验。
MODEL162256存储器
实验机上RAM，可作程序区或数据区，地址为0-7FFFH。
8279数据口地址是0FF80H和状态口地址是0FF82H
可编程串行通讯实验
8251数据口地址0FFA0H，状态口地址0FFA2H。
Y2:
8200HY3:
8300HY4:
8400HY5:
8500HY6:
8600HY7:
8700H
开关向上拨至H端，输出孔为"1";开关向下拨至L端，输出孔为"0"
8255PA口地址为CS（8255片选地址），PB口地址为CS+2，PC口地址为CS+4，命令/状态口地址为CS+6
接上并行输出（如8255或74LS273等）和输入/输出各一条线，就能形成打印接口（CENTRONIC）。
0809各通道的口地址是CS/+0，CS/+2，CS/+4，CS/+6，CS/+8，CS/+0AH，CS/+0CH，CS/+0EH。
J11-1,J11-2外接喇叭。
脉冲通过滤波，可形成三角波输出。
该电路可用来驱动直流电机。
该电路可用来驱动步进电机。
VOUT：
D/A转换输出；
IN0～IN3：
A/D转换输入；
PI0～PI6：
简单并行口（D15）输入；
PO0～PO6：
简单并行口（D16）输出；
STEP_A/STEP_B/STEP_C/STEP_D/STEP_VB：
步进电机驱动输出；
J10-24孔：
供用户引入任意信号；
M2：
双极性脉冲驱动电路输出；
附件3：
交通灯控制设计（参考）
一、实验目的
1．了解模拟交通灯的控制方法
2．熟悉并掌握顺序控制的设计方法
3．掌握外部中断技术的使用方法
4．掌握中断处理程序的编程方法
二、实验设备与器件
AEDK5196ET实验系统
三、实验内容
1．采用74LS244和开关等器件设计开关量输入接口电路
2．采用74LS273和发光二极管及数码管等器件设计开关量输出接口电路
3．插接开关量输入、输出接口电路
4．编程实现交通灯的控制方法并运行程序测试接口电路
四、实验原理及要求
1．交通灯的控制规则：
假设一个十字路口为东西南北走向。
初始状态0为东西红灯，南北红灯。
然后转状态1东西绿灯通车，南北红灯。
过一段时间转状态2，东西黄灯闪烁几次，南北仍然红灯。
再转状态3，南北绿灯通车，东西红灯。
过一段时间转状态4，南北黄灯闪烁几次，东西仍然红灯。
最后循环至状态1。
常态：
假设某十字路口为东西南北走向，东西方向为主线，南北方向为支线。
主线上绿灯的持续时间为T1秒，支线上绿灯的持续时间为T4秒，当主线或支线上的绿灯转换为红灯前，使用闪烁黄灯的方法过渡，且黄灯的闪烁方式为亮T2秒，灭T3秒，次数为N次。
故可将交通灯的亮灯周期分成下述4个时段。
详情见图2.1。
异常情况：
如十字路口有载有急救病人的救护车或去执行救火任务的消防车等专用车辆需要通过时，在主线和支线上亮红灯，持续时间为T5秒，暂时停止主线与支线两个方向的车辆运行；当专用车辆通过十字路口后，交通灯恢复上述常态运行规则。
2．双色发光二极管的使用方法：
双色发光二极管是将一个红色LED管芯和一个绿色LED管芯封装在一起、公用负端的一个集成器件。
当红色正端加高电平，绿色正端加低电平时，红灯亮；红色正端加低电平，绿色正端加高电平时，绿灯亮；两端都加高电平时，黄灯亮。
实验中，采用4只双色发光二极管（DLED）分别模拟安装在东、西、南、北4个路口上的4只交通灯，每只双色发光二极管由74LS240反向驱动器驱动，74LS240输入控制端为DR和DG，分别控制DLED红灯和黄灯的工作。
具体控制如下：
表2.1双色发光二极管的控制
DR
DG
显示颜色
0
0
红+绿=黄
0
1
红
1
0
绿
1
1
不发光
采用一个纽子开关中断请求信号，电平由高变低再回高，模拟“有专用车辆通过”的“请求信号”。
3．交通灯控制的软件实现方法
根据交通灯的控制规则，可采用顺序控制方式，即将整个控制过程划分成多个不同的时段，在每个时段中仅做1个特定的动作。
如在第一时段，控制主线绿灯亮，支线红灯亮，且持续时间为T1。
为此，按照图2.2交通灯控制实验线路图，应向74LS273锁存器发送的数据为0A5H，且保持时间为T1秒。
时段2、时段3和时段4需向74LS273锁存器发送的数据及交通灯工作状况如下表所示。
表2.2交通灯工作参数
时段
数值
持续时间
交通灯工作状况
1
A5
T1
主线绿灯，支线红灯
2
05
T2
主线黄灯闪烁，支线红灯
N1×（T2+T3）
F5
T3
3
5A
T4
主线红灯，支线绿灯
4
50
T2
支线黄灯闪烁，主线红灯
N2×（T2+T3）
5F
T3
4．定时时间的确定
采用软件延时的方法进行定时，从而维持交通灯某一时段的工作状态。
执行如下为延时程序段。
注释项“;”后面的数值表示执行该条指令所用的时间，以机器周期为单位。
MOVRa,#V1;1
LOP:
MOVRb,#V2;1
DJNZRb,$;2
DJNZRa,LOP;2
执行上述程序所需要的时间T=（2×V2+1+2）V1+1（1≤V1≤256，1≤V2≤256）。
当V1=V2=256时，最大延迟时间Tmax=131841个机器周期。
实验装置使用的晶振频率为11.0592MHz，将Tmax器周期。
故当需要延迟规定的时间（用符号Tw表示，Tmin≤Tw≤Tmax），可在先确定V2的前提下，用公式
V1=（Tw-1）/（2×V2+3）
（1）
算出V1的数值，或在先确定V1的前提下，用公式
V2=（（Tw-1）/V1-3）/2
（2）
算出V2的数值，注意这里的Tw必须用机器周期作为单位。
例如若需要100ms的延迟时间，先将100ms折算成机器周期数并确定V1=256，再利用公式
（2），就可得出
V2=（（100×1000×11.0592/12-1）/256-3）/2≈179
五、实验步骤
1．硬件连线（参见图2.2）
图2.2交通灯控制实验线路图
①74LS273设备选择端“CS*”接编号为8100H的译码器输出端。
②74LS273的PO2、PO0分别接74LS244的输入端DG1和DG4；74LS273的PO3、PO1分别接74LS244的输入端DR1和DR4控制端，控制南、北路口的4#和1#DLED。
③74LS273的PO6、PO4分别接74LS244的输入端DG2和DG3；74LS273的PO7、PO5分别接74LS244的输入端DR2和DR3，控制东、西路口的3#和2#DLED。
④纽子开关K1的信号输出接主机的零号中断请求输入P3.2（INT0）端，并将其拨到“1”位置。
2．编程并运行程序测试接口电路。
①编程要求：
按照表2.2控制规则，模拟交通灯常态和异常情况时的显示工作过程。
②执行程序要求：
程序执行过程中，将K1开关拨一个来回，即先拨向L（低电平）端再拨回H端，产生中断请求信号，模拟救护车或消防车等专用车辆通过十字路口时的“异常情况”。
六、编程提示及参考程序
1．程序框图：
图2.3（a）主程序框图（b）中断服务程序框图
2．参考程序：
选定T1=T4=T5=5S，T2=T3=0.5S，N1=N2=5，程序代码如下：
ORG0000H
LJMPSTART;进入主程序
ORG0003H
LJMPINTOP;进入0#外部中断服务程序
ORG30H
ODATEQU81H;定义输出设备地址的高8位
VR5EQU1DH;定义点灯数据暂存单元
DELAY:
MOVR6,#0;100ms延时子程序
DE1:
MOVR7,#179
DJNZR7,$
DJNZR6,DE1
RET
INTOP:
PUSHACC;0#外部中断服务程序
PUSHPSW
PUSHDPH
ORLPSW,#18H;选择3#工作寄存器组
MOVDPH,#ODAT;将主线和支线均设置为红灯
MOVA,#55H
MOVX@DPTR,A
MOVR4,#50;延时5S
IT01:
ACALLDELAY
DJNZR4,IT01
MOVA,VR5;恢复原来灯色
MOVX@DPTR,A
POPDPH;恢复所用寄存器
POPPSW
POPACC
RETI;
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