小型控制系统设计与制作课程设计题目.docx
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小型控制系统设计与制作课程设计题目
单片机课程工程实践的目的就是让同学们在理论学习的基础上，通过完成一个涉及MCS-51单片机多种资源应用并具有综合功能的小系统目标板的设计与编程应用，使学生不但能够将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来，而且能够对电子电路、电子元器件、印制电路板等方面的知识进一步加深认识，同时在软件编程、排错调试、焊接技术、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高，为今后能够独立进行某些单片机应用系统的开发设计工作打下一定的基础。
着重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。
学生通过单片机的硬件和软件设计、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。
一、设计目的
单片机工程实践是单片机技术课程的实践教学环节，是对学生学习单片机的综合性训练，这种训练是通过学生独立进行某一课程的设计、制作、调试来完成的．单片机的工程实践应主要体现在对实际工程应用系统或产品的研制来说，从课题任务的提出到定型生产或投入使用，都要经过方案的总体认证、系统设计、软件及硬件的开发、联机调试等若干步骤．因此，单片机工程实践是以工程项目和工程应用为课题．着重培养学生工程实践能力、独立工作能力及创新能力。
单片机应用系统课程工程实践作为独立的教学环节，是自动化及相关专业集中实践性环节系列之一，是学习完《单片机原理及应用》课程后，并在进行相关课程设计基础上进行的一次综合练习。
其目的在于加深对MCS一51单片机的理解，掌握单片机应用系统的设计方法,掌握常用接口芯片的正确使用方法,强化单片机应用电路的设计与分析能力,提高学生在单片机应用方面的实践技能和科学作风,培育学生综合运用理论知识解决问题的能力，力求实现理论结合实际、学以至用。
学生通过查阅资料、接口设计、程序设计、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}熟悉开展科学实践的程序和办法，为今后从事生产技术工作打下必要的基础;学会灵活运用已经学过的知识，并能不断接受新的知识，大胆发明创造的设计理念。
二、设计要求
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、单片机课程设计可选题
1.音乐播放系统设计
设计一个音乐播放系统，要求：
（1）利用单片机的定时器产生乐谱的各种频率方波，信号经过放大后由喇叭发出声音；
（2）学会音乐在单片机系统中的转换方法及设置；
（3）可自动选取某段音乐令单片机连续播放。
2.出租车计价器系统设计
设计一个出租车的计程计价系统，要求：
（1）具有时钟和计程计价显示功能：
按下启动键，系统开始计程，同时显示起价和每公里单价；
（2）在行驶过程中，实时显示已行走的里程数和当前累计价格。
价格=速度*时间*单价，
总价等于其和；利用单片机的定时器/计数器定时和计数，用LED数码管显示总价
和时间；
（3）按下清除键，计价器清0。
3.医院住院病人呼叫器的设计
（1）设计一个8床位的无线呼叫器，供医院住院病人（或静脉点滴病人）呼叫医护人
员时使用；
（2）病人可通过按动自己床边的按钮，向医护人员发出呼叫信号；
（3）当有病人呼叫信号时，医护人员值班室设置的显示器可显示出该病人的床位编号，
同时扬声器发出声音信号，提示值班的医护人员。
4.智力竞赛抢答器的设计
设计一个供8名选手参加比赛的智力竞赛抢答器，要求：
（1）每名选手有一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应；
（2）抢答器具有第一个抢答信号的鉴别和数据锁存、显示的功能。
抢答开始后，若有选手按抢答按钮，则该选手指示灯亮，并在数码管上显示相应编号，扬声器发出音响提示。
同时，电路应具备自锁功能，禁止其他选手再抢答，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清0为止；
（3）抢答器具有计分、显示功能。
预置分数可由主持人设定，并显示在每名选手的计
分牌上，选手答对加10分，答错扣10分；
（4）抢答器具有定时抢答的功能。
一次抢答的时间由主持人设定，在主持人发出抢答
指令后，定时器立即进行减计时，并在显示器上显示，同时扬声器发出短暂声响，
声响时间持续0.5s左右；
（5）选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器显示选手编
号和抢答时刻的时间，并保持到主持人将系统清0为止；
（6）如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效，系统进行短暂的
报警，并禁止选手超时后抢答，定时显示器上显示00；
（7）抢答器具有犯规提示功能。
对提前抢答和超时抢答的选手，扬声器发出报警信号，
并在显示器上显示其编号。
5.自动电梯控制电路的设计
设计一个8层楼房的电梯自动控制电路，要求：
（1）电梯内设有对外报警开关，可以在紧急情况下报警。
报警装置设在电梯外；
（2）每层楼梯门边设有上、下楼的请求开关及指示灯，电梯内设有可选择楼层的开关
及相应指示灯；
（3）设有表示电梯所处上升或下降的状态标志，以及电梯正位于哪层楼的指示显示；
（4）能记忆电梯外的所有请求信号，并按照电梯的运行规则对信号分批处理，每个请
求信号一直保持到处理后才能撤除。
电梯运行规则如下：
1电梯上升时，仅响应电梯所在位置以上层的上楼请求信号，依楼层次序逐个执行，
直到最后一个请求执行完毕。
然后升到有下楼请求的最高层，开始执行下楼请求；
2电梯下降时，仅响应电梯所处位置以下层的下楼请求信号，依楼层次序逐个执行，
直到最后一个请求执行完毕。
然后降到有上楼请求的最低层，开始执行上楼请求；
③一旦电梯执行完全部请求信号后，应在原位置停止，等待新的请求信号到来时再
处理。
（5）电梯运行速度为5秒/层；
（6）电梯到达有请求的楼层停下时，该层指示灯亮。
经1秒后，电梯门自动打开，经
10秒后，电梯门自动关闭（指示灯显示）。
电梯到达新楼层后，原楼层指示灯灭。
6.智能化公共汽车报站器的设计
设计一个公共汽车自动报站器，要求：
（1）具有20个停靠站的报站能力；
（2）每到一站，由驾驶员按下相应的按键，扬声器便发出相应的报站语音（如“某站
到了，请下车”），系统处于等待状态，一旦检测到汽车启动信号，扬声器发出
相应的提示音（如“车开了，请坐好，下站是XX站”）；
（3）在语音报站的同时，用汉字显示出到站的站名。
7.自动往返电动车的设计
设计一台自动往返电动车，要求：
（1）电动车自主前进、遇到障碍后返回；
（2）电动车行驶过程中不能出现擦墙行驶，或撞墙故障；
（3）自动测量显示里程数、行车时间；
（4）误差要求：
总里程数：
<3%；
行车时间：
<3%；
识别距离：
5～15cm。
8.简易IC卡收费器的设计
设计制作一台简易IC卡收费器，要求：
（1）实现IC卡数据的读/写；
（2）显示当前IC卡内金额、消费金额和余额；
（3）具有误操作报警功能。
9.消毒柜控制电路的设计
设计一台消毒柜控制系统，要求：
（1）显示消毒柜温度、保持时间；
（2）可以键盘设定消毒柜温度、定时时间；
（3）可以实现实时中断功能；
（4）消毒后自动关机；
（5）测温误差：
<0.5℃；
（6）定时误差：
<20秒/月。
10.单片机与单片机之间的串行数据发送/接收功能
基本要求：
独立程序的串行接收/发送，两个单片机利用串行口进行方式1的全双工串行通信，波特率可从键盘上进行设定，可选的波特率为：
1200，2400，4800，9600。
附加要求：
单片机与PC机之间的串行通讯（PC机一侧已提供“VC串口调试助手”程序）；在发送数据的同时不影响继续计数；在计数中接收数据并从收到的数开始新的计数；……
11.低频信号发生器
设计制作低频信号发生器，要求利用单片机产生正弦波、方波及三角波等波形。
（1）正弦波
用单片机实现正弦波的输出；
输出的波形有1Hz、10Hz、100Hz、1kHz、10kHz5种可选频率；
输出电压范围为0～5V可调（峰峰值）；
用6位数码管显示频率；
频率误差<1％。
（2）方波
频率范围：
0.O1Hz～lOOkHz；
频率误差：
<0.1％；
电压范围：
0～1OV。
（3）三角波
频率范围：
O.01Hz～lOkHz；
频率误差：
<0.1％；
电压范围：
O～20V（峰—峰值）；
失真率：
r≤3％。
12.火灾报警器
设计制作火灾报警器，要求如下:
（1）装置对火灾能自动探测报警和控制；
（2）装设感烟传感器及感温的差温传感器，能对室内的烟雾及温度的突变进行报警；
（3）对传感器的布线故障、内部元件的损坏能进行声、光报警；
（4）如果两个传感器中有一个动作表示室内有异常现象（如烟雾浓度过大或室内温差大于设定值），装置能发出异常报警信号，令值班人员到现场处理；
（5）如烟感、温感同时动作，说明有火灾，装置能发出火灾报警；
（6）火灾报警10s后不解除，则控制启动灭火器．灭火器喷气前，还能发出停机、关门等顺序动作信号；
（7）故障、异常、火灾报警声音各不相同，有明显的区别。
13.多输入端报警电路
设计制作一个多输入端报警电路，要求如下:
（1）有报警输入控制端16个，报警音响信号输出端1个；
（2）报警输入端中的任意一端出现报警信号时，电路自动发出类似警报的音响信号；
（3）报警音响信号持续11s自动停止．如果输入信号继续存在，报警音响信号又重新启动；
（4）音调、频率、响度、持续时间等参数，均可通过“↑”，“↓”键调整。
14.热敏电阻温度计
设计制作一台热敏电阻温度计，要求如下:
（1）测量温度为10～150℃；
（2）温度误差不大于0.5%；
（3）温度用4位数码管显示；
（4）以热敏电阻作为温度检测元件；
（5）对输入值进行线性化处理。
15.电容、电阻参数单片机测试系统的设计
设计要求：
电阻、电容充放电电路可计算电路时间常数；
用A/D转换器测量电压值能测得时间常数值，经单片机计算，算出电阻或电容值，并在LCD上显示。
电阻分为0～200,0～2K,0～20K,0～200K,0～2M五个档;
电容分为0～200p,0～2n,0～20n,0～200n,0～2u,0～200u六个档
16．用单片机控制直流电动机并测量转速
主要硬件：
A/D转换芯片ADC0809；D/A转换芯片DAC0832
设计要求：
（1）通过改变A/D输入端可变电阻来改变A/D的输入电压，D/A输入检测量大小，进而改变直流电动机的转速；
（2）手动控制：
在键盘上设置两个按键——①直流电动机加速键；②直流电动机减速键。
在手动状态下，每按一次键，电动机的转速均按照约定的速率改变；
（3）用显示器显示的数码移动的速度，来及时的形象的跟踪直流电动机转速的变化情况；
（4）直流电动机双极性控制：
00H——逆时针转最快，80H——停止，FFH——顺时针转最快；
（5）显示器：
采用74LS164串行输入。
串行输入段码地址：
0FF06H（D0）串入时钟地址：
0FE04H（D0）显示器位控地址：
0FE02H（D5~D0）；
（6）键盘列扫描（4×6）。
17．步进电机单片机控制系统的设计
设计要求：
利用按键控制步进电机的启停、正反转（500r/min）、加减速，并在LED上显示各自的功能。
18．小直流电机调速控制系统
设计要求：
用0809采样电位器的值，并在显示器上显示，将此信号值作为方波占空比，通过0832输出经放大后控制电机转速。
19．单片机控制步进电机
步进电机是工业过程控制及仪表中的主要控制元件之一，它可以在机械结构中把丝杠的角度变成直线位移，也可以用它带动螺旋电位器，调节电压和电流，从而实现对执行机构的控制。
在数字控制系统中，由于它可以直接接受计算机输出的数字信号，而不需要进行D/A转换，所以使用起来十分方便。
步进电机具有快速的启停能力和精度高的显著特点，在定位场合得到了广泛的应用。
步进电机实际上是一个数字/角度转换器，也是一个串行的数/模转换器。
因此，需把并行的二进制转换成串行的脉冲序列，并实现方向控制。
每当步进电机脉冲输入线上得到一个脉冲，它便沿着特定的方向走一步。
设计要求：
采用单片机来控制一个三相单三拍的步进电机工作。
步进电机的旋转方向由正反转控制信号来控制。
步进电机的步数由键盘输入，可输入的步数分别为3，6，9，12，15，18，21，24，27步。
并且键盘具有键盘锁的功能，当键盘上锁的时候，步进电机是不接受输入步数的，也不会运转。
只有当键盘锁打开并输入步数的时候，步进电机才开始工作。
电机运转的时候有正转和反转指示灯指示。
当电机在运转的过程当中，如果过热，则电机停止运转，同时红色指示灯亮.，同时警报响。
本题目的关键之处是：
如何生成控制步进电机的脉冲序列。
20．单片机为核心的频率计
用89C51单片机的定时器/计数器的定时和计数功能，外部扩展6位LED数码管，要求累计每秒进入单片机的外部脉冲个数，用LED数码管显示出来。
设计要求：
（1）被测频率fx小于110Hz采用测周法，显示频率XXXXXX；
fx大于110Hz采用测频法，显示频率XXXXXX；
（2）可利用键盘分段测量和自动分段测量；
（3）可完成单脉冲测量，输入脉冲宽度范围是100微秒--0.1秒；
（4）显示脉宽要求如下：
Tx小于1000微秒，显示脉宽XXX；
Tx大于1000微秒，显示脉宽XXXX；
（5）要求有单片机硬件系统框图，电路原理图，软件流程图。
21．单词记忆测试器程序设计
设计任务:
编写一个帮助单词记忆的程序。
设计要求:
（1）实现单词的录入（为使程序具有可演示性，单词不少于10个）；
（2）单词根据按键控制依次在屏幕上显示，按键选择认识还是不认识，也可以直接进入下一个或者上一个；
（3）单词背完后给出正确率。
扩展功能：
（1）旧单词可从文件中读出。
（2）录入的新单词保存到文件中；
（3）第一次背完后，把不认识以及跳过的单词再次显示出来，提醒用户再记忆，直到
用户全部都记住；
（4）结束后，给出各个单词的记忆结果信息，如记忆次数。
22．抢答器控制模拟程序设计
设计任务：
用汇编语言模拟设计一抢答器工作的程序。
抢答开始后，显示各抢答输入的时间，并将最快抢答标识为红色,且闪烁。
当抢答成功后，即播放一小段乐曲，以示祝贺（抢答输入由键盘输入）。
设计要求：
（1）具有8个抢答输入；
（2）显示抢答剩余时间（初始10秒）；
（3）显示抢答成功者。
扩展要求：
（1）抢答成功后，有声音提示；
（2）时间分辨率小于10ms；
（3）完善其它自定义功能。
23．单片机节日彩灯控制器设计彩灯控制器
设计要求：
（1）P1.2:
开始,按此键则灯开始流动（由上而下）；
（2）P1.3:
停止,按此键则停止流动,所有灯为暗；
（3）P1.4:
上,按此键则灯由上向下流动；
（4）P1.5:
下,按此键则灯由下向上流动。
24．数字万年历系统
设计要求：
1）采用六位数码管显示小时、分钟、秒，并且可以任意设定时间。
2）可以查看并且设定日期，日期采用年、月、日的显示方式。
3）可以查看并设定闹钟，闹钟的显示方式采用与时间相同的显示方式。
4）可以查看并设定星期，数码管的最后一位显示星期，用数字8表示星期日。
5）系统设定详细说明：
系统的初始状态为显示时钟状态，此时显示小时、分钟、秒。
初始状态下，按S0键进入时间调整程序，按S1键查看闹钟，按S2键查看日期，按S3键查看星期。
进入时间调整状态后，首先调整分钟，此时分钟闪烁显示，按S1键加一，按S2键减一。
按S0键开始调整小时，此时小时闪烁显示，按S1键加一，按S2键减一，再按S0键后系统返回到显示时间状态。
在调整时间状态下按下S3键进入调整闹钟状态，此时显示原先的闹钟时间，并且闹钟分钟闪烁显示，此时按S1键加一，按S2键减一；调整后按S0键转换到闹钟小时调整单元，此时按S1键加一，按S2键减一。
闹钟调整完毕后按0键回到调整时间状态，按S3键转到调整日期状态。
在调整日期状态下，日单元闪烁显示，此时按S1键加一，按S2键减一；按下S0键进入调整月，此时按S1键加一，按S2键减一；按下S0键进入调整年，此时按S1键加一，按S2键减一。
此时按下S0键返回到调整时间状态，按下S3键进入调整星期状态。
在调整星期状态下，星期闪烁显示，此时按S1键加一，按S2键减一。
按下S0键返回到调整时间状态。
此时分钟闪烁显示，按S0键开始调整小时，此时小时闪烁显示，再按S0键后系统返回到显示时间状态。
25．作息时间控制器
设计要求：
1）作息时间控制器能通过继电器控制电铃或放音机
2）作息时间控制器能控制蜂鸣器进行与电铃同步的现场提示
3）单片机作息时间控制的功能如下：
●使用JDH62A液晶模块作为显示器
●显示格式为“时分秒”，日期，星期
●系统采用24C16储存日期、星期和闹钟
●最多可以设定40个闹钟
●具有4个按键来做功能设置，可以设置现在的时间、日期、星期及闹钟
●一旦闹钟时间到则发出一阵声响，同时继电器启动，可以控制放音机开启和关闭。
4）功能的详细设置如下：
在时间显示的状态下，液晶的上面一行显示的为时间和星期，第二行显示的是日期。
此时，按下0键进入调整时间状态；按下1键进入调整星期状态；按下2键进入调整日期状态；按下3键进入查看闹钟程序。
在进入时间调整状态后，分钟闪烁显示，时钟停止计时。
此时按1键分钟加一，按2键分钟减一，按下0键则退出调时，按3键则转到调整小时的状态。
在调整小时的状态下小时闪烁显示，按1键小时加一，按2键小时减一，按3键则返回到调整分钟状态，按0键则退出调时。
在调整星期状态下，星期闪烁显示，按1键星期加一，按2键星期减一，按0键退出调整星期。
在调整日期状态下，首先日闪烁显示，此时按1键日加一，按2键日减一，按3键转到调整月状态，按0键退出调整日期。
调整月状态下月闪烁显示，此时按1键月加一，按2键月减一，按3键转到调整年，按0键退出调整日期。
在调整年状态下年闪烁显示，此时按1键年加一，按2键年减一，按3键返回到日调整状态，按0键退出调整日期。
在查看闹钟状态下，第一行显示的为闹钟的编号，第二行显示的为闹钟时间。
此时按1键查看下一个闹钟时间，按2键查看上一个闹钟时间，按0键则开始调整此编号对应的闹钟时间，按3键则退出查看闹钟。
在调整闹钟时间的状态下，分钟闪烁显示，按1键则分钟加一，按2键分钟减一，按3键则转到小时调整状态，按0键退出闹钟调整，返回到闹钟查看状态。
在调整闹钟小时状态下，小时闪烁显示，此时按1键加一，按2键减一，按3键返回到闹钟分钟调整状态，按0键退出闹钟调整，返回到闹钟查看状态。
26．电子密码锁
设计要求：
1）电子密码锁采用4*4的矩阵式键盘作为输入设备，通过LCD显示使用户操作起来更加方便。
同时外接AT24C16用于存储用户及其密码，大大扩展了它的存储空间，且AT24C16具有记忆功能，在掉电时防止数据丢失。
2）电子密码锁包含一个超级用户（0000）和若干个普通用户。
用户通过键盘输入用户名再输入密码如若正确由单片机一个I/O口控制继电器驱动电子锁自动弹开（本系统中采用P0.7控制蜂鸣器响表示开门），用户还可自行修改密码；超级用户除具有普通用户的功能外还具有添加/删除用户及设置新用户初始密码的功能。
3）单片机电子密码锁的具体功能如下：
（1）使用JHD162A-LCD显示器来显示。
显示格式为16*2的点阵式，第一行显示
NAME：
--------第二行显示CODE：
------------，当有输入时根据实际操作给用户
相应的提示。
（2）4*4的键盘包括0—9的数字键和A、B、C、D、E、F六个功能键。
C为输入确定键；
E为修改密码键；F为开门键；A、B、D为超级用户特定功能键,A为退出超级用户功能
键；D为增加用户键；B为删除用户键。
（3）AT64C16模块作为用户名及用户密码的存储区。
通过超级用户添加新用户，用四位数字代表一个唯一的用户名，同时按添加的先后顺序分配用户密码存储空间，用户操作时从键盘输入用户名，单片机自动读取AT64C16中的用户，如果存在则进入密码输入，如果不存在该用户则返回初始状态；用户名存在但输入密码不正确也将返回初始状态。
（4）特别注意用户在输入新密码时必须重复输入两次相同的密码，新密码才能确认。
27．交通信号灯模拟控制
1）设计定时交通信号灯控制
在双干线的“十字”路口上，交通信号灯的变化是定时的，其基本变化规律如下：
A：
放行线：
绿灯亮放行 25s，黄灯亮警告 5s，然后红灯亮禁止。
B：
禁行线：
红灯亮禁止 30s，然后绿灯亮放行。
2）具体设计要求：
（1）该设计能控制东、西、南、北四个路口的红、黄、绿信号灯正常工作。
（2）当东西方向放行、南北方向禁行时，东西方向绿灯亮 25s，然后黄灯亮 5s；南北方向红灯亮 30s。
（3）当南北方向放行、东西方向禁行时，南北方向绿灯亮 25s，然后黄灯亮 5s；东西方向红灯亮 30s。
当使两条路线交替地成为放行线和禁行线时，就可以实现定时交通控制。
3）设计方案
（1）芯片选择为了实现上述设计要求，可以用 AT89C51 单片机芯片。
用 AT89C51 芯片的P1 口（P1.0～P1.5）分别接上两组六位信号灯。
（2）延时的实现延时的实现可以是通过软件实现；也可利用定时器／计数器的定时工作方式实现；还可以通过扩展 8155芯片，利用其中的定时器/计数器实现延时。
本系统使用软件延时。
28．直流风扇电机转速测量与PWM控制
设计内容:
直流风扇电机转速测量与PWM控制（含P调节和PI调节）
（1）显示部分：
技术要求：
动态实时显示。
显示稳定。
X1-X4用于查询哪位灯亮，Y1用于查询是否有键按下。
基本思路：
采用循环显示，利用视觉延时作用达到四个数码管同时点亮的目的。
本系统采用74HC04和74HC07扩展模块进行控制。
最终显示功能：
当输入密码和设置转速时,能使数码管闪烁,能根据不同的要求显示不同的内容,即按下设定键能转到设定状态,并闪烁,按加减键能实现加减。
按回车,能让他显示当前的实测值。
（2）键盘部分：
基本原理：
为充分利用硬件电路的特点，利用对应数码管点亮时使相应的按键有效的原理，节省了I/O口，但一定程度上增加了程序的复杂度。
用AT89S51的P1.5查询是否有按键按下，在通过P2口的低四位查询按键当时是哪一位数码管点亮，从而确定按下哪个键。
按键功能：
单击键1切换当前设置转速状态。
单击键2设定值减1，长按实现连加。
单击键3设定值加1，长按实现连减。
单击键4确认设定状态和确认输入密码。
根据不同的标志实现一键多功能。
（3）测速部分：
技术要求：
能用两种方法测得当前风扇转数。
基本思路：
以定时器晶振频率作为时间基准即2us，则风扇转速的计算公式为：
500000/TH1TL1 其中：
TH1TL1为定时器1的计数值。
（4）调速部分：
技术要求：
能尽快调节风扇的转速使其达到设定值，并且稳定在设定值附近，并使用两种方法调速（P&PI）
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