单片机原理与接口技术研究性教学-1404

1、单片机原理与接口技术研究性教学北京交通大学机电学院机械工程实验教学中心一、设置研究性教学环节的目的 完成一个单片机应用系统的设计 激发学生的学习兴趣，培养学生学习过程中的主动性和钻研的精神。通过研究性学习的过程，使提出问题、综合运用知识解决问题的能力得到训练。 二、研究性教学内容 总任务： 设计一个MCS-51单片机的应用系统的方案。提出该设计的功能，完成系统总体方案设计，完成系统硬件设计和软件设计，实现系统设计的仿真，并进一步实现系统的制作。 研究性教学的5个阶段：（1）选题与题目设计（2）方案设计（3）软硬件系统设计与仿真（4）研究性教学报告的编写（5）演示及答辩三、研究性教学的特点、基本

2、要求 特点：（2）学生为主体，教师作辅助（3）以小组为单位，团队协作（4）任务要求分层次，评价分档（1）配合课堂教学，实现研究性学习基本要求： 规定设计题目共3个，学生可以选择设计，每5人一组，小组合作完成设计任务。学生也可结合大创项目等，检索、搜集资料，提出自己的研究任务。提出并丰富系统功能，设计系统总体方案，设计系统软硬件方案，实现系统的仿真调试，进而可制作模拟系统。学生在教学班内编组，自由组合。时间安排4月29日 布置、分组6月05日 仿真、验收6月10日 仿真、验收研究性教学的主要构成环节：（1）选题（2）设计：硬件：明确设计内容及技术要求；确定总体设计方案及相应功能模块；关键元件选型

3、；接口电路设计。软件：软件方案；流程图；程序调试。 （3）撰写研究性教学报告：任务、方案、电路图、软件流程、源程序、运行结果、设计说明及建议。 （4）系统成果展示：设计报告、仿真结果、模拟系统。1.平时设计的情况；2.是否完成研究性教学环节的任务，及完成的质量；3.研究性教学报告的质量；4.演示及答辩。综合考察以上项目，给出个人成绩。四、成绩评定成绩评定标准：1.仅提出系统方案：58分2.有系统方案及软硬件设计方案：812分3.实现了系统软硬件仿真：1015分4.仿真+模拟系统：1115分五、设计题目1.时钟及点阵显示器设计 2.铁路公路平交道口安全防护系统设计 3.煤矿运煤列车自动喷淋系统设

4、计4.自设计题目1.时钟及点阵显示器设计 设计一个单片机时钟显示调整系统，扩展点阵式显示器用于时钟显示和调整，连接按键分别控制系统的显示模式切换和时间值增减调整。扩展 点阵LED显示器若干块，设计按键若干。设计任务：关键技术难点：1.时钟及点阵显示器设计 1.合理选择时钟源，以单片机为核心设计系统方案，并画出系统硬件设计图。2.规划软件流程图，编制软件。3.调试、运行结果分析。4.完成研究性设计报告。设计基本要求：元器件元器件设计背景： 全路目前存在大量平交道口，道口事故发生率较高。道口平交改立交存在许多制约因素。目前道口防护的改造，主要是增加道口信号、防护栏、警铃、派人看管等，这样会明显增加

5、铁路运营成本。 因此，道口防护应采用信息化、科技化的手段，达到减少道口交通事故，提高道口通过能力的目的。2.铁路公路平交道口安全防护系统设计设计任务： 完成铁路公路平交道口自动防护系统的设计，在列车到达时，自动封闭道口，并向公路的行人车辆发出报警提示信号，以保证列车通过道口时阻止公路行人和车辆的通过。应用系统实现功能：（1）应能正确检测列车到达和驶离道口，并根据列车的运行速度发出报警信号，封闭道口；（2）在列车驶离道口后，恢复通行，报警复原。2.铁路公路平交道口安全防护系统设计声光报警、道口栏木控制。 关键技术难点：1.合理选择传感器，以单片机为核心设计检测、控制方案，并画出系统硬件设计图。2

6、.规划软件流程图，编制软件。3.调试、运行结果分析。4.完成研究性设计报告。设计基本要求：2.铁路公路平交道口安全防护系统设计3.煤矿运煤列车自动喷淋系统设计设计背景： 现有的煤矿运煤列车属于敞篷式铁路货车，对周围环境造成严重的煤尘污染。 基于此在煤矿货车出口处设计自动喷淋系统。自动检测运煤货车的通过、车速、记录车号，根据车速控制喷淋系统喷洒一定量的喷剂，并对喷淋工作过程进行画面监控、建立管理信息系统实现运煤列车的监控管理自动化。 设计任务： 自动检测运煤货车的通过及车速，根据车速控制喷淋系统喷洒一定量的喷剂。应用系统实现功能：(1)能正确检测到煤矿出口处是否有列车通过 ；(2)判断该列车的运

7、行方向，只对出矿货车车辆实施喷淋；(3)注意保护机车不受喷淋;(4)检测列车运行速度，控制喷淋剂量。3.煤矿运煤列车自动喷淋系统设计传感器的布置、速度及运行方向检测。 关键技术难点：备注：机车高度 5000mm，车辆高度约3500mm。1.合理选择传感器，以单片机为核心设计检测、控制方案，并画出系统硬件设计图。2.规划软件流程图，编制软件。3.调试、运行结果分析。4.完成研究性设计报告。设计基本要求：3.煤矿运煤列车自动喷淋系统设计机车货车 录像一、设计任务二、系统功能三、总体方案设计四、硬件设计五、软件设计六、设计总结三、系统设计一例 高速公路隧道区域监控系统设计高速公路隧道区域监控系统设计

8、 以51单片机作为本地控制器，通过传感器采集隧道内温度、一氧化碳浓度、光照度和火灾情况进并行信息发布，同时将数据上传给监控中心，控制通风、照明、火灾报警等外场设备，确保隧道内行车的安全性。 一、设计任务 二、系统实现的功能1.隧道内环境主要参数包括温度、烟雾、光照度和火灾的检测;2.采用液晶显示屏进行环境参数信息的发布；3.外场设备的控制，包括照明、通风和报警系统；4.数据通讯及监控中心管理信息系统的设计。 A/D 转 换调理电路信息发布温度传感器 单片机串行通讯烟雾传感器光照度传感器火灾探测器调理电路通风系统照明系统报警系统三、系统总体方案设计四、硬件设计 以单片机为核心，硬件系统主要分为以

9、下几个功能模块： A.环境参数的采集（温度、烟雾、光照度和火灾情况） B.外场设备的控制（照明、通风和报警系统） C.信息发布功能（液晶显示） D.串口通讯（MAX232） A.环境参数的采集1.温度传感器DS18B20温度测量范围为55125可编程为9位12位A/D转换精度测温分辨率可达0.0625 DS18B20与单片机的连接电路2.光电集成模块TPS808 把受光元件和信号处理电路集成在一个芯片中, 对明火有高的灵敏度且抗干扰性强，输出为开关信号. 正常情况下输出为低电平，当有信号时输出高电平。 火灾报警的连接电路图：3.CO传感器 MQ-135对烟雾、一氧化碳CO等有害气体的灵敏度高，

10、具有可靠的稳定性。成本低，应用电路简单。MQ-135与单片机接口电路4.光照度传感器硅光电池BPW21R特点：TO-5封装形式密封阴极与密封容器连接光敏面积大适合可见光低暗电流高反向阻抗硅光电池BPW21R测量电路ADC0809与单片机接口电路B.外场设备的控制照明系统 通风系统 当隧道内CO值超出设定值时，单片机P1.3口输出低电平，开启风扇；否则风扇不工作。 报警系统当温度中任一个量超过设定值时，从单片机P1.2口输出低电平，蜂鸣器即报警。C.液晶12232F显示电源:VDD:+3.0+5.5V；2M ROM(CGROM)总共提供8192个汉字(1616点阵)；16K ROM（HCGROM

11、）总共提供128个字符（168点阵）；工作温度: 0 +60 ,存储温度: -10 +70。 液晶与单片机的连接电路液晶图片 D.串行通讯MAX232是一个低功耗、5V供电、双路的TTL电平与RS232电平转换芯片；单片机的串口是TTL电平的 ,而PC机为232电平，故用MAX232进行电平转换。（1）MAX232简介MAX232与单片机连接图硬件连接电路五、系统软件设计分下位机和上位机两部分： 下位机使用汇编语言实现； 上位机程序设计由VB语言实现。1.下位机软件设计功能：1 环境参数的采集和处理；2 外场设备的控制；3 信息的发布（液晶显示）；4 串行通讯的实现。开始初始化温度测量及控制子程序光照度测量及控制子程序CO测量及控制子程序延时串行通讯子程序液晶屏初始化液晶中文字符显示2.上位机软件设计 上位机软件实现