单片机综合训练指导书

1、单片机技术及应用综合训练指导书电气信息工程学院2017年2月目 录一、绪 论1二、模拟智能传送装置3三、模拟智能灌溉系统7四、简易温度控制器11五、自动窗帘14六、附录 电路原理图18 - I -一、绪 论1. 综合训练的目的单片机技术及应用综合训练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-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

2、解决问题的能力，力求实现理论结合实际，学以至用的原则。 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。2. 综合训练的要求课程设计应充分体现“教师指导下的以学生为中心”的教学模式，以学生为认知主体，充分调动学生的积极性和能动性，重视学生自学能力的培养。根据课程设计具体课题安排时间，确定课题的设计、编程和调试内容，分小组进行。根据合理的进度安排，一步一步、踏踏实实地开展课程设计活动，按时完成每部分

3、工作。课程设计集中在教室、机房进行，每天由班长负责考勤，指导教师抽查。在课程设计过程中，坚持独立完成，实现课题规定的各项指标，并写出设计报告。3. 综合训练教学内容课程设计集中在二周（10天）进行。为保证达到预计的教学任务及目的，以小组为单位分别进行资料的收集、方案论证、电路设计、编程、调试、实验及改进。具体进度及要求安排如下：时间内容第1天布置课题，落实任务，确定课题及组织形式，收集课题相关的技术资料。第2天方案论证、分析、讨论 第3-4天电路设计、设计各模块程序框图第5天软件设计第6天软件设计、调试第7天调试第8天调试，整理资料、写课程设计报告第9天写课程设计报告第10天递交课程设计报告、

4、总结二、模拟智能传送装置1. 训练要求“传送装置”可实现货物重量检测，改变装置的传输方向，超重记录及超重报警功能，并通过霍尔传感器实现物品计数功能。“传送装置”的硬件电路主要由单片机控制电路、数码管显示电路、模数转换电路、EEPROM存储电路、按键控制电路、霍尔传感器电路、蜂鸣器及继电器电路组成。具体要求如下：1. 重量测量及显示单元通过 A/D 检测电路，检测电位器 Rb2 输入的电压信号，模拟“货物”的重量；假定Rb2 输入的电压信号与“货物”重量具有线性关系，电压为 2.5V 时，货物重量为 500kg；电压为 0V 时，“传送装置”空载。通过4位共阳数码管显示当前“货物”重量、2位共阳

5、极数码管显示当前“货物”数量。如图2-1所示。0550 .78重量计数值 图2-1 工作显示界面2. 按键控制单元独立按键S7为模式切换按键，具体模式为：工作模式、设定模式、读取模式。2.1 工作模式独立按键 S4 设定为启动/停止按键；当 S4 按下后，继电器接通，“传送装置”启动；再次按下“传送装置”停止，继电器关断。同时保存计件数值到EEPROM中。独立按键 S5 设定为正向/反向传送控制按键；S5 在“传送装置”启动后才被使能，当 S5按下后，发光二极管从 L1 到 L8 以 0.5 秒为间隔依次循环点亮，“传送装置”开始正向传送“货物”；再次按下发光二极管从 L8 到 L1 以 0.

6、5 秒为间隔依次循环点亮，“传送装置”开始反向传送“货物”；2.2 读取数据模式独立按键 S6 用于读取存放于EEPROM中记录的下一个超重数据。共计20个数据循环显示。独立按键S5用于对货物计数值进行清零。 2.3 重量阀值设定模式独立按键 S4 为“+1”键位，S5为“-1”键，S6为确认键。如图2-2所示，按下确认键后，返回到工作模式。750 熄灭 重量阀值 图2-2 阀值设定界面3. 超重报警单元设定“传送装置”额定载重为 750kg，若“货物”重量超出此额定值，传送装置自动停止（继电器断开、所有发光二极管熄灭），蜂鸣器开始报警；“货物”重量小于额定载重后，传送装置自动恢复到工作状态（

7、继电器接通、发光二极管重新循环点亮），同时关闭蜂鸣器报警。4. 超重记录单元当“传送装置”载重超过额定载重后，自动将 A/D 转换后的结果保存EEPROM中（20个数据），若“货物”重量未发生变化，仅存储一次测量结果。数据存储格式如下图所示：地址0x000x010x020xFF数据记录1记录2记录3 图2-3 数据存储格式5. 计数单元 正向传送时，检测到货物，则计数值加1；反向传送时，检测到货物，则计数值减1；其他情况维持计数值不变。6. 系统初始状态说明系统上电后，自动检测当前“货物”重量，并通过数码管显示；“传送装置”处于停止状态（继电器断开），此时系统不能够自动恢复到工作状态（继电器接

8、通）。注：系统通过 EEPROM 存储重量阈值和计件值。掉电重启后，数据维持上次设定值和计件值不变。2. 综合训练报告要求设计报告应该包括以下主要内容： (1)课程设计目的。 (2)课程设计器材设备。包括软件（操作系统，工具软件等）和硬件。 (3)课程设计内容。包括系统功能、工作原理、设计思想和设计框图等。这部分内容请写详细，不要太简单化。 (4)硬件设计。需绘出完整电路图并对电路进行说明 (5)软件流程图和算法。(6)软件调试过程包括如何调试程序，出现什么问题，如何解决的，理论根据是什么？）。 (7)源程序代码。 (8)实验结果分析和总结。对实验结果进行分析，对实验过程进行总结。 (9)附录

9、（参考资料及参考书列表）。提交所查阅的有关资料附件（参考书仅提供列表即可），在网上查到的资料请注明网址。三、模拟智能灌溉系统1. 训练要求要求“模拟智能灌溉系统”能够实现土壤湿度测量、土壤湿度和时间显示、湿度阈值设定及存储等基本功能。通过电位器 Rb2 输出电压信号，模拟湿度传感器输出信号，再通过A/D 采集完成湿度测量功能；通过 DS1302 芯片提供时间信息；通过按键完成灌溉系统控制和湿度阈值调整功能，通过 LED 完成系统工作状态指示功能。系统硬件电路主要由单片机控制电路、显示单元、ADC 采集单元、RTC 单元、EEPROM 存储单元、继电器控制电路及报警输出电路组成，具体要求如下：1

10、. 系统工作及初始化状态说明1.1 自动工作状态，根据湿度数据自动控制打开或关闭灌溉设备，以 L1 点亮指示； 1.2 手动工作状态，通过按键控制打开或关闭灌溉设备，以 L2 点亮指示；1.3 定时工作状态，根据设定时间自动控制打开或关闭灌溉设备，以 L3 点亮指示；1.4 系统上电后处于自动工作状态，系统初始湿度阈值为 EEPROM中的保存值，此时若湿度低于设定阀值，灌溉设备自动打开，达到 设定阀值后，灌溉设备自动关闭；1.5 灌溉设备打开或关闭通过继电器工作状态模拟。2. 数码管单元当前时间及湿度数据显示格式如下图所示：083005时（8时）分（30分）分隔符湿度(5%) 图3-1 显示界

11、面3. 报警输出单元系统工作于手动工作状态下时，若当前湿度低于湿度阈值，蜂鸣器发出提示音，并可通过按键 S6 关闭提醒功能。4. 功能按键4.1 按键 S7 设定为系统工作模式或显示界面切换按键；具体如下：手动模式、自动模式、定时灌溉模式（设定灌溉装置启动/停止时间）、阀值设定界面，实时显示界面（时间、当前湿度）。4.2 手动工作模式下按键 S6、S5、S4 功能设定如下：按下 S6 关闭蜂鸣器提醒功能，再次按下 S6 打开蜂鸣器提醒功能,如此循环；S5 功能设定为打开灌溉系统；S4 功能设定为关闭灌溉系统。4.3 自动工作模式下按键 S6、S5、S4 功能设定如下：S6 功能设定为湿度阈值调

12、整按键，按下 S6 后，进入湿度阈值调整界面(如图3-2所示)，此时按下 S5 为湿度阈值加 1，按下 S4 湿度阈值减 1，再次按下 S6 后，系统将新的湿度阈值保存到 EEPROM 中，并退出湿度阈值设定界面，并返回图3-1所示界面。888805熄灭熄灭分隔符湿度阀值(5%) 图3-2湿度阀值设定界面4.4 定时灌溉模式下按键 S6、S5、S4 功能设定如下： S6为设置开启时间、关闭时间、确认设置三种功能的切换键；首次按下S6，进入图3-3所示界面，再次按下，开始时间四个数码管以0.5秒间隔闪烁，此时通过按键S5，S4进行时间调整；第三次按下S6，开启时间数码管停止闪烁，关闭时间数码管以

13、0.5秒间隔闪烁，此时通过按键S5，S4进行时间调整；第四次按下S6，为确认设置，此时将设定的开机与关机时间存入EEPROM中，并返回工作状态界面（图3-1）. S5为数值 时+ 1键；0-23之间循环设置； S4为数值 分+1键；0-59之间循环设置。0830 .08.35开启时间关闭时间 图3-3 定时时间设定界面5. 实时时钟“模拟智能灌溉系统”通过读取 DS1302 时钟芯片相关寄存器获得时间，DS1302芯片时、分、秒寄存器在程序中设定为系统进行初始化设定，时间为 08 时 30 分。6. 湿度检测单元以电位器 Rb2 输出电压信号模拟湿度传感器输出信号，且假定电压信号与湿度成正比例

14、关系 H 湿度 = KV Rb2 （K 为常数），Rb2 电压输出为 5V 时对应湿度为 99%。7. EEPROM存储单元系统通过 EEPROM 存储湿度阈值、开启时间、关闭时间。掉电重启后，数据维持上次设定值不变。2. 综合训练报告要求设计报告应该包括以下主要内容： (1)课程设计目的。 (2)课程设计器材设备。包括软件（操作系统，工具软件等）和硬件。 (3)课程设计内容。包括系统功能、工作原理、设计思想和设计框图等。这部分内容请写详细，不要太简单化。 (4)硬件设计。需绘出完整电路图并对电路进行说明。 (5)软件流程图和算法。(6)软件调试过程包括如何调试程序，出现什么问题，如何解决的，

15、理论根据是什么？）。 (7)源程序代码。 (8)实验结果分析和总结。对实验结果进行分析，对实验过程进行总结。 (9)附录（参考资料及参考书列表）。提交所查阅的有关资料附件（参考书仅提供列表即可），在网上查到的资料请注明网址。四、简易温度控制器1. 训练要求设备按照1秒时间间隔自动采集温度数据，并具有数码管实时显示时间、温度，自动调节温度等功能，系统硬件部分主要由按键电路、电源供电电路、RTC 时钟、传感器电路和显示电路，直流电机、继电器等组成。具体要求如下：1. 数码管显示设备上电后，自动进入时钟显示界面(图 4-1）并开始采集温度。08.3022 .3时（8时）分（30分）分隔符实时温度图

16、4-1. 时钟显示界面要求：时钟显示界面下，时间小数点以0.5秒为间隔闪烁，温度值小数点一直点亮。2. 温度检测功能使用 DS18B20 温度传感器完成温度测量功能。3. 温度控制功能 具体要求如下： （1） 独立按键S7切换自动工作状态（L1点亮）、手动工作状态（L2点亮）、定时工作状态（L3点亮）。 （2）自动工作状态下，首次按下S6进入温度阀值设置界面（图4-2），按键S5为温度阀值+键，按键S4为温度阀值-键，再次按下S6为确认键，此时进入时钟显示界面（图4-1），若温度低于阀值，继电器接通，直流电动机关闭，若温度高于阀值，则直流电机启动，继电器关断。2 3熄灭温度阈值 图4-2 温度

17、阈值设定界面 （3） 手动工作状态下，S6为启动/停止直流电机按键；S5为启动/停止继电器按键。 此时界面为图4-1.（4） 定时工作状态下，S6为设置开启时间、关闭时间、确认设置三种功能的切换键；在设置时间内自动打开直流电机。首次按下S6，进入图4-3所示界面，再次按下，开始时间四个数码管以0.5秒间隔闪烁，此时通过按键S5，S4进行开启时间调整；第三次按下S6，开启时间数码管停止闪烁，关闭时间数码管以0.5秒间隔闪烁，此时通过按键S5，S4进行关闭时间调整；第四次按下S6，为确认设置，此时将设定的开机与关机时间存入EEPROM中，并返回工作状态界面（图4-1）. S5为数值 时+ 1键；0

18、-23之间循环设置； S4为数值 分+1键；0-59之间循环设置。0830 .08.35开启时间关闭时间 图4-3 定时时间设定界面4. RTC使用 DS1302 时钟芯片完成 RTC 的相关功能。5. 设备工作模式说明（1）默认 RTC 时间：23 时 59 分 50 秒；（2）默认温度数据采集间隔为 1 秒；（3）设备处在不同的显示界面下，与该界面无关的按键操作无效；6. EEPROM存储单元系统通过 EEPROM 存储温度阈值、开启时间、关闭时间。掉电重启后，数据维持上次设定值不变。2. 综合训练报告要求设计报告应该包括以下主要内容： (1)课程设计目的。 (2)课程设计器材设备。包括软

19、件（操作系统，工具软件等）和硬件。 (3)课程设计内容。包括系统功能、工作原理、设计思想和设计框图等。这部分内容请写详细，不要太简单化。 (4)硬件设计。需绘出完整电路图并对电路进行说明。 (5)软件流程图和算法。(6)软件调试过程包括如何调试程序，出现什么问题，如何解决的，理论根据是什么？）。 (7)源程序代码。 (8)实验结果分析和总结。对实验结果进行分析，对实验过程进行总结。 (9)附录（参考资料及参考书列表）。提交所查阅的有关资料附件（参考书仅提供列表即可），在网上查到的资料请注明网址。五、自动窗帘1. 训练要求设备按照1秒时间间隔自动采集光线亮度数据，并具有数码管实时显示时间、亮度，

20、打开或关闭窗帘等功能，系统硬件部分主要由按键电路、电源供电电路、RTC 时钟、传感器电路和显示电路，步进电机等组成。具体要求如下：1. 数码管显示设备上电后，自动进入时钟显示界面(图 5-1）并开始采集亮度。08.30123时（8时）分（30分）分隔符实时亮度图 5-1. 时钟显示界面要求：时钟显示界面下，时间小数点以0.5秒为间隔闪烁。2. 亮度检测功能使用光敏电阻结合A/D转换模块完成亮度测量功能。3. 窗帘控制功能 具体要求如下： （1） 独立按键S7切换自动工作状态（L1点亮）、手动工作状态（L2点亮）、定时工作状态（L3点亮）。 （2）自动工作状态下，按下按键S5进入日期显示界面，如

21、图5-2所示，再次按下回到时钟显示界面图5-1；首次按下S6进入亮度阀值设置界面（图5-3），按键S5为亮度阀值+键，按键S4为亮度阀值-键，再次按下S6为确认键，此时将设定阈值存入EEPROM中，并进入时钟显示界面（图5-1），若亮度低于阀值，步进电机正传（窗帘打开），若亮度高于阀值，则步进电机反转（窗帘关闭）。 2 0 1 7 . 0 3 . 0 8 2017年3月8日 图5-2 日期显示界面12 3熄灭亮度阈值 图5-3 温度阈值设定界面 （3） 手动工作状态下，S6为启动/停止步进电机正转按键；S5为启动/停止步进电机反转按键。 此时界面为图5-1。（4） 定时工作状态下，S6为设置开启时间、关闭时间、确认设置三种功能的切换键；在设置时间内自动打开步进电机正传（窗帘打开），其它时间步进电机反转（窗帘关闭）。首次按下S6，进入图5-4所示界面，再次按下，开始时间四个数码管以0.5秒间隔闪烁，此时通过按键S5，S4进行开启时间调整；第三次按下S6，开启时间数码管停止闪烁，关闭时间数码管以0.5秒间隔闪烁，此时通过按