單片機課設(shè)題目-2016-6-13.doc

題目1 基于數(shù)字溫度傳感器的數(shù)字溫度計2題目2 數(shù)字頻率計4題目3 數(shù)字電壓表設(shè)計6題目4 單片機控制步進電機8題目5 單片機控制直流電動機12題目6 智能電子鐘（LCD顯示）16題目7 定時鬧鐘18題目1 基于數(shù)字溫度傳感器的數(shù)字溫度計1. 設(shè)計要求利用數(shù)字溫度傳感器DS18B20與單片機結(jié)合來測量溫度。利用數(shù)字溫度傳感器DS18B20測量溫度信號，計算后在LED數(shù)碼管上顯示相應(yīng)的溫度值。其溫度測量范圍為55125，精確到0.5。數(shù)字溫度計所測量的溫度采用數(shù)字顯示，控制器使用單片機AT89C51，測溫傳感器使用DS18B20，用3位共陽極LED數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù)，實現(xiàn)溫度顯示。2. 實驗原理從溫度傳感器DS18B20可以很容易直接讀取被測溫度值，進行轉(zhuǎn)換即滿足設(shè)計要求。DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)912位的數(shù)字讀數(shù)方式。DS18B20的性能如下。n獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信。n多個DS18B20可以并聯(lián)在串行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)線上，實現(xiàn)多點組網(wǎng)功能。無須外部器件。n可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.05.5V。n零待機功耗。n溫度以9或12位的數(shù)字讀數(shù)方式。n用戶可定義報警設(shè)置。n報警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件。n負(fù)電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 n采用3引腳PR-35封裝或8引腳SOIC封裝。3.電路設(shè)計（Proteus仿真通過）本項目制作的數(shù)字溫度計電路原理圖，如下所示：題目2 數(shù)字頻率計1. 設(shè)計要求設(shè)計一個以單片機為核心的頻率測量裝置。使用AT89C51單片機的定時器/計數(shù)器的定時和計數(shù)功能，外部擴展6位LED數(shù)碼管，要求累計每秒進入單片機的外部脈沖個數(shù)，用LED數(shù)碼管顯示出來。(1)被測頻率fx110Hz，采用測周法，顯示頻率. ；fx110Hz，采用測頻法，顯示頻率。(2)利用鍵盤分段測量和自動分段測量。(3)完成單脈沖測量，輸入脈沖寬度范圍是100ms0.1s。 (4)顯示脈沖寬度要求如下。 Tx1000ms，顯示脈沖寬度。 Tx1000ms，顯示脈沖寬度。2. 實驗原理 測量頻率有測頻法和測周法兩種。 (1)測頻法，利用外部電平變化引發(fā)的外部中斷，測算1s內(nèi)的波數(shù)，從而實現(xiàn)對頻率的測定； (2)測周法，通過測算某兩次電平變化引發(fā)的中斷之間的時間，實現(xiàn)對頻率的測定。簡而言之，測頻法是直接根據(jù)定義測定頻率，測周法是通過測定周期間接測定頻率。理論上，測頻法適用于較高頻率的測量，測周法適用于較低頻 率的測量。 經(jīng)過調(diào)校，在測量低頻信號時，本項目中測頻法精度已高于測 周法，故舍棄測周法，全量程采用測頻法。3. 電路設(shè)計（ Proteus仿真通過） 以單片機為核心的頻率計電路原理圖，如下頁圖所示：題目3 數(shù)字電壓表設(shè)計1. 設(shè)計要求 以單片機為核心，設(shè)計一個數(shù)字電壓表。采用中斷方式，對2路05V的模擬電壓進行循環(huán)采集，采集的數(shù)據(jù)送LED顯示，并存入內(nèi)存。超過界限時指示燈閃爍。2. 實驗原理 本題目本質(zhì)上是以單片機為控制器，ADC0809為ADC器件的AD轉(zhuǎn)換電路，設(shè)計要求的電壓顯示，是對ADC采集所得信號的進一步處理。為得到可讀的電壓值，需根據(jù)ADC的原理，對采集所得的信號進行計算，并顯示在LED上。本項目中ADC0809的參考電壓為+5V，根據(jù)定義，采集所得的二進制信號addata所指代的電壓值為:而若將其顯示到小數(shù)點后兩位，不考慮小數(shù)點的存在（將其乘以100），其計算的數(shù)值為：。將小數(shù)點顯示在第二位數(shù)碼管上，即為實際的電壓。本示例程序?qū)?.25 V和2.5 V作為兩路輸入的報警值，反映在二進制數(shù)字上，分別為0x40和0x80。當(dāng)AD結(jié)果超過這一數(shù)值時，將會出現(xiàn)二極管閃爍和蜂鳴器發(fā)聲。3. 電路設(shè)計（Proteus仿真通過）本單片機數(shù)字電壓表電路原理圖，如下頁圖所示：題目4 單片機控制步進電機1. 設(shè)計要求 采用單片機控制一個三相單三拍的步進電機工作。步進電機的旋轉(zhuǎn)方向由正反轉(zhuǎn)控制信號控制。步進電機的步數(shù)由鍵盤輸入，可輸入的步數(shù)分別為3、6、9、12、15、18、21、24和27步，且鍵盤具有鍵盤鎖功能，當(dāng)鍵盤上鎖時，步進電機不接受輸入步數(shù)，也不會運轉(zhuǎn)。只有當(dāng)鍵盤鎖打開并輸入步數(shù)時，步進電機才開始工作。 電機運轉(zhuǎn)的時候有正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)指示燈指示。 電機在運轉(zhuǎn)過程中，如果過熱，則電機停止運轉(zhuǎn)，同時紅色指示燈亮，同時警報響。本題目的關(guān)鍵之處是：如何生成控制步進電機的脈沖序列。2. 實驗原理 步進電機的不同驅(qū)動方式，都是在工作時，脈沖信號按一定順序輪流加到三相繞組上，從而實現(xiàn)不同的工作狀態(tài)。由于通電順序不同，其運行方式有三相單三相拍、三相雙三拍和三相單、雙六拍三種（注意：上面“三相單三拍”中的“三相”指定子有三相繞組；“拍”是指定子繞組改變一次通電方式；“三拍”表示通電三次完成一個循環(huán)?！叭嚯p三拍”中的“雙”是指同時有兩相繞組通電）。（1）三相單三拍運行方式：下頁圖所示為反應(yīng)式步進電動機工作原理圖，若通過脈沖分配器輸出的第一個脈沖使A相繞組通電，B,C相繞組不通電，在A相繞組通電后產(chǎn)生的磁場將使轉(zhuǎn)子 上產(chǎn)生反應(yīng)轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子的1、3齒將與定子磁極對齊，如果圖（a）所示。第二個脈沖到來，使B相繞組通電，而A、C相繞組不通電；B相繞組產(chǎn)生的磁場將 使轉(zhuǎn)子的2、4齒與B相磁極對齊，如圖（b）所示，與圖（a）相比，轉(zhuǎn)子逆時針方向轉(zhuǎn)動了一個角度。第三個脈沖到來后，是C相繞組通電，而 A、B相不通電，這時轉(zhuǎn)子的1、3齒會與C組對齊，轉(zhuǎn)子的位置如圖（c)所示，與圖（b)比較，又逆時針轉(zhuǎn)過了一個角度。圖 反應(yīng)式步進電機工作原理圖當(dāng)脈沖不斷到來時，通過分配器使定子的繞組按著A相-B相-C相-A相的規(guī)律不斷地接通與斷開，這時步進電動機的轉(zhuǎn)子就連續(xù)不停地一步步的逆時 針方向轉(zhuǎn)動。如果改變步進電動機的轉(zhuǎn)動方向，只要將定子各繞組通電的順序改為A相-C相-B相-A相，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向即改為順時針方向。 單三拍分配方式時，步進電動機由A相通電轉(zhuǎn)換到B相同點，步進電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個角度，稱為一步。這時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度是30度。步進電動機每一步轉(zhuǎn)過的角度稱為步距角。（2）三相雙三拍運行方式三相雙三拍運行方式：每次都有兩個繞組通電，通電方式是AB-BC-CA-AB，如果通電順序改為AB-CA-BC-AB則步進電機反轉(zhuǎn)。雙三拍分配方式時，步進電動機的步距角也是30度 （3）三相單，雙六拍運行方式：三相六拍分配方式就是每個周期內(nèi)有六個通電狀態(tài)。這六中通電狀態(tài)的順序可以使A-AB-B-BC-C-CA-A或者A- CA-C-BC-B-AB-A六拍通電方式中，有一個時刻兩個繞組同時通電，這是轉(zhuǎn)子齒的位置將位于通電的兩相的中間位置。在三相六拍分配 方式下，轉(zhuǎn)子每一步轉(zhuǎn)過的角度只是三相三拍方式下的一半，步距角是15度。單三拍運行的突出問題是每次只有一相繞組通電，在轉(zhuǎn)換過程中，一相繞組斷電，另一相繞組通電，容易發(fā)生失步；另外單靠一相繞組通電吸引轉(zhuǎn)子，穩(wěn)定性不好，容易在平衡位置附近震蕩，故用的較少。 雙三拍運行的特點是每次都有兩相繞組通電，且在轉(zhuǎn)換過程中始終有一相繞組保持通電狀態(tài)，因此工作穩(wěn)定，且步距角與單三拍相同。 六拍運行方式轉(zhuǎn)換時始終有一相繞組通電，且步距角較小，故工作穩(wěn)定性好，但電源較復(fù)雜，實際應(yīng)用較多。3. 電路設(shè)計（Proteus仿真通過） 本單片機控制步進電機電路原理圖，如下頁圖所示：題目5 單片機控制直流電動機1. 設(shè)計要求 采用單片機設(shè)計一個控制直流電機并測量轉(zhuǎn)速的裝置。單片機擴展有A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809和D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832。 （1）通過改變A/D輸入端可變電阻來改變A/D的輸入電壓，D/A輸入檢測量大小，進而改變直流電機的轉(zhuǎn)速。 （2）手動控制。在鍵盤上設(shè)置兩個按鍵直流電動機加速鍵和直流電機減速鍵。在手動狀態(tài)下，每按一次鍵，電機的轉(zhuǎn)速按照約定的速率改變。 （3）鍵盤列掃描（4*6）。2. 實驗原理 本題目難點是對直流電機的控制。與步進電機類似，直流電機也可精確地控制旋轉(zhuǎn)速度或轉(zhuǎn)矩。 直流電機是通過兩個磁場的互作用產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。其結(jié)構(gòu)如下頁圖所示，固定部分（定子）上，裝設(shè)了一對直流勵磁的靜止的主磁極N和S，在旋轉(zhuǎn)部分（轉(zhuǎn)子）上裝設(shè)電樞鐵心。定子與轉(zhuǎn)子之間有一氣隙。在電樞鐵心上放置了由A和X 兩根導(dǎo)體連成的電樞線圈，線圈的首端和末端分別連到兩個圓弧形的銅片上，此銅片稱為換向片。圖 有刷直流電機結(jié)構(gòu)示意圖 換向片之間互相絕緣，由換向片構(gòu)成的整體稱為換向器。換向器固定在轉(zhuǎn)軸上，換向片與轉(zhuǎn)軸之間亦互相絕緣。在換向片上放置著一對固定不動的電刷B1和B2，當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時，電樞線圈通過換向片和電刷與外電路接通。 定子通過永磁體或受激勵電磁鐵產(chǎn)生一個固定磁場，由于轉(zhuǎn)子由一系列電磁體構(gòu)成，當(dāng)電流通過其中一個繞組時會產(chǎn)生一個磁場。對有刷直流電機而言，轉(zhuǎn)子上的換向器和定子的電刷在電機旋轉(zhuǎn)時為每個繞組供給電能。通電轉(zhuǎn)子繞組與定子磁體有相反極性，因而相互吸引，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動至與定子磁場對準(zhǔn)的位置。當(dāng)轉(zhuǎn)子到達(dá)對準(zhǔn)位置時，電刷通過換向器為下一組繞組供電，從而使轉(zhuǎn)子維持旋轉(zhuǎn)運動。如下頁圖所示。直流電機的速度與施加的電壓成正比，輸出轉(zhuǎn)矩則與電流成正比。由于必須在工作期間改變直流電機的速度，直流電機的控制是一個較困難的問題。直流電機高效運行的最常見方法是施加一個 PWM（脈寬調(diào)制）方波，其占空比對應(yīng)于所需速度。電機起到一個低通濾波器作用，將PWM信號轉(zhuǎn)換為有效直流電平。特別是對于微處理器驅(qū)動的直流電機，由于PWM信號相對容易產(chǎn)生，這種驅(qū)動方式使用的更為廣泛。 本項目的示例程序為了能夠演示DAC0832的使用，未使用PWM驅(qū)動方式。而是利用直流電機的速度與施加電壓成正比的原理，通過滑動變阻器向ADC0809輸入控制電壓信號，經(jīng)AD后，輸入到AT89C51中，AT89C51將此信號轉(zhuǎn)發(fā)給DAC0832，通過功放電路放大后，驅(qū)動直流電機。需要注意的是，本題目使用的Proteus版本，未提供ADC0809的仿真模型，這里以引腳、功能與之相同的ADC0808代替。同時，DAC0832也可以用引腳、功能相同的DAC0830代替。ADC0809與DAC0832在教材中已有詳細(xì)介紹，在此不再敘述。按照其時序圖，如下頁圖和后頁圖操作即可。3. 電路設(shè)計（Proteus仿真通過）本項目制作的用單片機控制直流電動機并測量轉(zhuǎn)速電路原理圖，如下頁圖所示：題目6 智能電子鐘（LCD顯示）1. 設(shè)計要求 以AT89C51單片機為核心，制作一個LCD顯示的智能電子鐘： (1) 計時：秒、分、時、天、周、月、年。 (2) 閏年自動判別。 (3) 五路定時輸出，可任意關(guān)斷（最大可到16路）。 (4) 時間、月、日交替顯示。 (5) 自定任意時刻自動開/關(guān)屏。 (6) 計時精度：誤差1秒/月（具有微調(diào)設(shè)置）。(7) 鍵盤采用動態(tài)掃描方式查詢。所有的查詢、設(shè)置功能均由功能鍵K1、K2完成。2. 工作原理本設(shè)計采用市場上流行的時鐘芯片DS1302進行制作。DS1302是DALLAS公司推出的涓流充電時鐘芯片，內(nèi)含一個實時時鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM，可以通過串行接口與計算機進行通信，使得管腳數(shù)量減少。實時時鐘/日歷電路能夠計算2100年之前的秒、分、時、日、星期、月、年的，具有閏年調(diào)整的能力。DS1302時鐘芯片的主要功能特性：(1) 能計算2100年之前的年、月、日、星期、時、分、秒的信息；每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動調(diào)整；時鐘可設(shè)置為24或12小時格式。(2) 31B的8位暫存數(shù)據(jù)存儲RAM。(3) 串行I/O口方式使得引腳數(shù)量最少。(4) DS1302與單片機之間能簡單地采用同步串行的方式進行 通信，僅需3根線。(5) 寬范圍工作電壓2.0-5.5V。(6) 工作電流為2.0A時，小于300nA。(7 功耗很低，保持?jǐn)?shù)據(jù)和時鐘信息時功率小于1mW。3. 電路設(shè)計（Proteus軟件仿真通過）題目7 定時鬧鐘1. 設(shè)計要求使用AT89C51單片機結(jié)合字符型LCD顯示器設(shè)計一個簡易的定時鬧鐘LCD時鐘，若LCD選擇有背光顯示的模塊，在夜晚或黑暗的場合中也可使用。定時鬧鐘的基本功能如下：n顯示格式為“時時：分分”。n由LED閃動來做秒計數(shù)表示。n一旦時間到則發(fā)出聲響，同時繼電器啟動，可以擴充控制家電開啟和關(guān)閉。n程序執(zhí)行后工作指示燈LED閃動，表示程序開始執(zhí)行，LCD顯示“00：00”，按下操