單片機綜合訓練指導書

1、單片機技術(shù)及應(yīng)用綜合訓練指導書電氣信息工程學院2017年2月目 錄一、緒 論1二、模擬智能傳送裝置3三、模擬智能灌溉系統(tǒng)7四、簡易溫度控制器11五、自動窗簾14六、附錄 電路原理圖18 - I -一、緒 論1. 綜合訓練的目的單片機技術(shù)及應(yīng)用綜合訓練作為獨立的教學環(huán)節(jié)，是自動化及相關(guān)專業(yè)集中實踐性環(huán)節(jié)系列之一，是學習完單片機原理及應(yīng)用課程后，并在進行相關(guān)課程設(shè)計基礎(chǔ)上進行的一次綜合練習。其目的在于加深對MCS-51單片機的理解，掌握單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計方法；掌握常用接口芯片的正確使用方法；強化單片機應(yīng)用電路的設(shè)計與分析能力；提高學生在單片機應(yīng)用方面的實踐技能和科學作風；培育學生綜合運用理論知識

2、解決問題的能力，力求實現(xiàn)理論結(jié)合實際，學以至用的原則。 學生通過查閱資料、接口設(shè)計、程序設(shè)計、安裝調(diào)試、整理資料等環(huán)節(jié)，初步掌握工程設(shè)計方法和組織實踐的基本技能；熟悉開展科學實踐的程序和辦法，為今后從事生產(chǎn)技術(shù)工作打下必要的基礎(chǔ)；學會靈活運用已經(jīng)學過的知識，并能不斷接受新的知識，大膽發(fā)明創(chuàng)造的設(shè)計理念。2. 綜合訓練的要求課程設(shè)計應(yīng)充分體現(xiàn)“教師指導下的以學生為中心”的教學模式，以學生為認知主體，充分調(diào)動學生的積極性和能動性，重視學生自學能力的培養(yǎng)。根據(jù)課程設(shè)計具體課題安排時間，確定課題的設(shè)計、編程和調(diào)試內(nèi)容，分小組進行。根據(jù)合理的進度安排，一步一步、踏踏實實地開展課程設(shè)計活動，按時完成每部分

3、工作。課程設(shè)計集中在教室、機房進行，每天由班長負責考勤，指導教師抽查。在課程設(shè)計過程中，堅持獨立完成，實現(xiàn)課題規(guī)定的各項指標，并寫出設(shè)計報告。3. 綜合訓練教學內(nèi)容課程設(shè)計集中在二周（10天）進行。為保證達到預(yù)計的教學任務(wù)及目的，以小組為單位分別進行資料的收集、方案論證、電路設(shè)計、編程、調(diào)試、實驗及改進。具體進度及要求安排如下：時間內(nèi)容第1天布置課題，落實任務(wù)，確定課題及組織形式，收集課題相關(guān)的技術(shù)資料。第2天方案論證、分析、討論 第3-4天電路設(shè)計、設(shè)計各模塊程序框圖第5天軟件設(shè)計第6天軟件設(shè)計、調(diào)試第7天調(diào)試第8天調(diào)試，整理資料、寫課程設(shè)計報告第9天寫課程設(shè)計報告第10天遞交課程設(shè)計報告、

4、總結(jié)二、模擬智能傳送裝置1. 訓練要求“傳送裝置”可實現(xiàn)貨物重量檢測，改變裝置的傳輸方向，超重記錄及超重報警功能，并通過霍爾傳感器實現(xiàn)物品計數(shù)功能?！皞魉脱b置”的硬件電路主要由單片機控制電路、數(shù)碼管顯示電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、EEPROM存儲電路、按鍵控制電路、霍爾傳感器電路、蜂鳴器及繼電器電路組成。具體要求如下：1. 重量測量及顯示單元通過 A/D 檢測電路，檢測電位器 Rb2 輸入的電壓信號，模擬“貨物”的重量；假定Rb2 輸入的電壓信號與“貨物”重量具有線性關(guān)系，電壓為 2.5V 時，貨物重量為 500kg；電壓為 0V 時，“傳送裝置”空載。通過4位共陽數(shù)碼管顯示當前“貨物”重量、2位共陽

5、極數(shù)碼管顯示當前“貨物”數(shù)量。如圖2-1所示。0550 .78重量計數(shù)值 圖2-1 工作顯示界面2. 按鍵控制單元獨立按鍵S7為模式切換按鍵，具體模式為：工作模式、設(shè)定模式、讀取模式。2.1 工作模式獨立按鍵 S4 設(shè)定為啟動/停止按鍵；當 S4 按下后，繼電器接通，“傳送裝置”啟動；再次按下“傳送裝置”停止，繼電器關(guān)斷。同時保存計件數(shù)值到EEPROM中。獨立按鍵 S5 設(shè)定為正向/反向傳送控制按鍵；S5 在“傳送裝置”啟動后才被使能，當 S5按下后，發(fā)光二極管從 L1 到 L8 以 0.5 秒為間隔依次循環(huán)點亮，“傳送裝置”開始正向傳送“貨物”；再次按下發(fā)光二極管從 L8 到 L1 以 0.

6、5 秒為間隔依次循環(huán)點亮，“傳送裝置”開始反向傳送“貨物”；2.2 讀取數(shù)據(jù)模式獨立按鍵 S6 用于讀取存放于EEPROM中記錄的下一個超重數(shù)據(jù)。共計20個數(shù)據(jù)循環(huán)顯示。獨立按鍵S5用于對貨物計數(shù)值進行清零。 2.3 重量閥值設(shè)定模式獨立按鍵 S4 為“+1”鍵位，S5為“-1”鍵，S6為確認鍵。如圖2-2所示，按下確認鍵后，返回到工作模式。750 熄滅 重量閥值 圖2-2 閥值設(shè)定界面3. 超重報警單元設(shè)定“傳送裝置”額定載重為 750kg，若“貨物”重量超出此額定值，傳送裝置自動停止（繼電器斷開、所有發(fā)光二極管熄滅），蜂鳴器開始報警；“貨物”重量小于額定載重后，傳送裝置自動恢復到工作狀態(tài)（

7、繼電器接通、發(fā)光二極管重新循環(huán)點亮），同時關(guān)閉蜂鳴器報警。4. 超重記錄單元當“傳送裝置”載重超過額定載重后，自動將 A/D 轉(zhuǎn)換后的結(jié)果保存EEPROM中（20個數(shù)據(jù)），若“貨物”重量未發(fā)生變化，僅存儲一次測量結(jié)果。數(shù)據(jù)存儲格式如下圖所示：地址0x000x010x020xFF數(shù)據(jù)記錄1記錄2記錄3 圖2-3 數(shù)據(jù)存儲格式5. 計數(shù)單元 正向傳送時，檢測到貨物，則計數(shù)值加1；反向傳送時，檢測到貨物，則計數(shù)值減1；其他情況維持計數(shù)值不變。6. 系統(tǒng)初始狀態(tài)說明系統(tǒng)上電后，自動檢測當前“貨物”重量，并通過數(shù)碼管顯示；“傳送裝置”處于停止狀態(tài)（繼電器斷開），此時系統(tǒng)不能夠自動恢復到工作狀態(tài)（繼電器接

8、通）。注：系統(tǒng)通過 EEPROM 存儲重量閾值和計件值。掉電重啟后，數(shù)據(jù)維持上次設(shè)定值和計件值不變。2. 綜合訓練報告要求設(shè)計報告應(yīng)該包括以下主要內(nèi)容： (1)課程設(shè)計目的。 (2)課程設(shè)計器材設(shè)備。包括軟件（操作系統(tǒng)，工具軟件等）和硬件。 (3)課程設(shè)計內(nèi)容。包括系統(tǒng)功能、工作原理、設(shè)計思想和設(shè)計框圖等。這部分內(nèi)容請寫詳細，不要太簡單化。 (4)硬件設(shè)計。需繪出完整電路圖并對電路進行說明 (5)軟件流程圖和算法。(6)軟件調(diào)試過程包括如何調(diào)試程序，出現(xiàn)什么問題，如何解決的，理論根據(jù)是什么？）。 (7)源程序代碼。 (8)實驗結(jié)果分析和總結(jié)。對實驗結(jié)果進行分析，對實驗過程進行總結(jié)。 (9)附錄

9、（參考資料及參考書列表）。提交所查閱的有關(guān)資料附件（參考書僅提供列表即可），在網(wǎng)上查到的資料請注明網(wǎng)址。三、模擬智能灌溉系統(tǒng)1. 訓練要求要求“模擬智能灌溉系統(tǒng)”能夠?qū)崿F(xiàn)土壤濕度測量、土壤濕度和時間顯示、濕度閾值設(shè)定及存儲等基本功能。通過電位器 Rb2 輸出電壓信號，模擬濕度傳感器輸出信號，再通過A/D 采集完成濕度測量功能；通過 DS1302 芯片提供時間信息；通過按鍵完成灌溉系統(tǒng)控制和濕度閾值調(diào)整功能，通過 LED 完成系統(tǒng)工作狀態(tài)指示功能。系統(tǒng)硬件電路主要由單片機控制電路、顯示單元、ADC 采集單元、RTC 單元、EEPROM 存儲單元、繼電器控制電路及報警輸出電路組成，具體要求如下：1

10、. 系統(tǒng)工作及初始化狀態(tài)說明1.1 自動工作狀態(tài)，根據(jù)濕度數(shù)據(jù)自動控制打開或關(guān)閉灌溉設(shè)備，以 L1 點亮指示； 1.2 手動工作狀態(tài)，通過按鍵控制打開或關(guān)閉灌溉設(shè)備，以 L2 點亮指示；1.3 定時工作狀態(tài)，根據(jù)設(shè)定時間自動控制打開或關(guān)閉灌溉設(shè)備，以 L3 點亮指示；1.4 系統(tǒng)上電后處于自動工作狀態(tài)，系統(tǒng)初始濕度閾值為 EEPROM中的保存值，此時若濕度低于設(shè)定閥值，灌溉設(shè)備自動打開，達到 設(shè)定閥值后，灌溉設(shè)備自動關(guān)閉；1.5 灌溉設(shè)備打開或關(guān)閉通過繼電器工作狀態(tài)模擬。2. 數(shù)碼管單元當前時間及濕度數(shù)據(jù)顯示格式如下圖所示：083005時（8時）分（30分）分隔符濕度(5%) 圖3-1 顯示界

11、面3. 報警輸出單元系統(tǒng)工作于手動工作狀態(tài)下時，若當前濕度低于濕度閾值，蜂鳴器發(fā)出提示音，并可通過按鍵 S6 關(guān)閉提醒功能。4. 功能按鍵4.1 按鍵 S7 設(shè)定為系統(tǒng)工作模式或顯示界面切換按鍵；具體如下：手動模式、自動模式、定時灌溉模式（設(shè)定灌溉裝置啟動/停止時間）、閥值設(shè)定界面，實時顯示界面（時間、當前濕度）。4.2 手動工作模式下按鍵 S6、S5、S4 功能設(shè)定如下：按下 S6 關(guān)閉蜂鳴器提醒功能，再次按下 S6 打開蜂鳴器提醒功能,如此循環(huán)；S5 功能設(shè)定為打開灌溉系統(tǒng)；S4 功能設(shè)定為關(guān)閉灌溉系統(tǒng)。4.3 自動工作模式下按鍵 S6、S5、S4 功能設(shè)定如下：S6 功能設(shè)定為濕度閾值調(diào)

12、整按鍵，按下 S6 后，進入濕度閾值調(diào)整界面(如圖3-2所示)，此時按下 S5 為濕度閾值加 1，按下 S4 濕度閾值減 1，再次按下 S6 后，系統(tǒng)將新的濕度閾值保存到 EEPROM 中，并退出濕度閾值設(shè)定界面，并返回圖3-1所示界面。888805熄滅熄滅分隔符濕度閥值(5%) 圖3-2濕度閥值設(shè)定界面4.4 定時灌溉模式下按鍵 S6、S5、S4 功能設(shè)定如下： S6為設(shè)置開啟時間、關(guān)閉時間、確認設(shè)置三種功能的切換鍵；首次按下S6，進入圖3-3所示界面，再次按下，開始時間四個數(shù)碼管以0.5秒間隔閃爍，此時通過按鍵S5，S4進行時間調(diào)整；第三次按下S6，開啟時間數(shù)碼管停止閃爍，關(guān)閉時間數(shù)碼管以

13、0.5秒間隔閃爍，此時通過按鍵S5，S4進行時間調(diào)整；第四次按下S6，為確認設(shè)置，此時將設(shè)定的開機與關(guān)機時間存入EEPROM中，并返回工作狀態(tài)界面（圖3-1）. S5為數(shù)值 時+ 1鍵；0-23之間循環(huán)設(shè)置； S4為數(shù)值 分+1鍵；0-59之間循環(huán)設(shè)置。0830 .08.35開啟時間關(guān)閉時間 圖3-3 定時時間設(shè)定界面5. 實時時鐘“模擬智能灌溉系統(tǒng)”通過讀取 DS1302 時鐘芯片相關(guān)寄存器獲得時間，DS1302芯片時、分、秒寄存器在程序中設(shè)定為系統(tǒng)進行初始化設(shè)定，時間為 08 時 30 分。6. 濕度檢測單元以電位器 Rb2 輸出電壓信號模擬濕度傳感器輸出信號，且假定電壓信號與濕度成正比例

14、關(guān)系 H 濕度 = KV Rb2 （K 為常數(shù)），Rb2 電壓輸出為 5V 時對應(yīng)濕度為 99%。7. EEPROM存儲單元系統(tǒng)通過 EEPROM 存儲濕度閾值、開啟時間、關(guān)閉時間。掉電重啟后，數(shù)據(jù)維持上次設(shè)定值不變。2. 綜合訓練報告要求設(shè)計報告應(yīng)該包括以下主要內(nèi)容： (1)課程設(shè)計目的。 (2)課程設(shè)計器材設(shè)備。包括軟件（操作系統(tǒng)，工具軟件等）和硬件。 (3)課程設(shè)計內(nèi)容。包括系統(tǒng)功能、工作原理、設(shè)計思想和設(shè)計框圖等。這部分內(nèi)容請寫詳細，不要太簡單化。 (4)硬件設(shè)計。需繪出完整電路圖并對電路進行說明。 (5)軟件流程圖和算法。(6)軟件調(diào)試過程包括如何調(diào)試程序，出現(xiàn)什么問題，如何解決的，

15、理論根據(jù)是什么？）。 (7)源程序代碼。 (8)實驗結(jié)果分析和總結(jié)。對實驗結(jié)果進行分析，對實驗過程進行總結(jié)。 (9)附錄（參考資料及參考書列表）。提交所查閱的有關(guān)資料附件（參考書僅提供列表即可），在網(wǎng)上查到的資料請注明網(wǎng)址。四、簡易溫度控制器1. 訓練要求設(shè)備按照1秒時間間隔自動采集溫度數(shù)據(jù)，并具有數(shù)碼管實時顯示時間、溫度，自動調(diào)節(jié)溫度等功能，系統(tǒng)硬件部分主要由按鍵電路、電源供電電路、RTC 時鐘、傳感器電路和顯示電路，直流電機、繼電器等組成。具體要求如下：1. 數(shù)碼管顯示設(shè)備上電后，自動進入時鐘顯示界面(圖 4-1）并開始采集溫度。08.3022 .3時（8時）分（30分）分隔符實時溫度圖

16、4-1. 時鐘顯示界面要求：時鐘顯示界面下，時間小數(shù)點以0.5秒為間隔閃爍，溫度值小數(shù)點一直點亮。2. 溫度檢測功能使用 DS18B20 溫度傳感器完成溫度測量功能。3. 溫度控制功能 具體要求如下： （1） 獨立按鍵S7切換自動工作狀態(tài)（L1點亮）、手動工作狀態(tài)（L2點亮）、定時工作狀態(tài)（L3點亮）。 （2）自動工作狀態(tài)下，首次按下S6進入溫度閥值設(shè)置界面（圖4-2），按鍵S5為溫度閥值+鍵，按鍵S4為溫度閥值-鍵，再次按下S6為確認鍵，此時進入時鐘顯示界面（圖4-1），若溫度低于閥值，繼電器接通，直流電動機關(guān)閉，若溫度高于閥值，則直流電機啟動，繼電器關(guān)斷。2 3熄滅溫度閾值 圖4-2 溫度

17、閾值設(shè)定界面 （3） 手動工作狀態(tài)下，S6為啟動/停止直流電機按鍵；S5為啟動/停止繼電器按鍵。 此時界面為圖4-1.（4） 定時工作狀態(tài)下，S6為設(shè)置開啟時間、關(guān)閉時間、確認設(shè)置三種功能的切換鍵；在設(shè)置時間內(nèi)自動打開直流電機。首次按下S6，進入圖4-3所示界面，再次按下，開始時間四個數(shù)碼管以0.5秒間隔閃爍，此時通過按鍵S5，S4進行開啟時間調(diào)整；第三次按下S6，開啟時間數(shù)碼管停止閃爍，關(guān)閉時間數(shù)碼管以0.5秒間隔閃爍，此時通過按鍵S5，S4進行關(guān)閉時間調(diào)整；第四次按下S6，為確認設(shè)置，此時將設(shè)定的開機與關(guān)機時間存入EEPROM中，并返回工作狀態(tài)界面（圖4-1）. S5為數(shù)值 時+ 1鍵；0

18、-23之間循環(huán)設(shè)置； S4為數(shù)值 分+1鍵；0-59之間循環(huán)設(shè)置。0830 .08.35開啟時間關(guān)閉時間 圖4-3 定時時間設(shè)定界面4. RTC使用 DS1302 時鐘芯片完成 RTC 的相關(guān)功能。5. 設(shè)備工作模式說明（1）默認 RTC 時間：23 時 59 分 50 秒；（2）默認溫度數(shù)據(jù)采集間隔為 1 秒；（3）設(shè)備處在不同的顯示界面下，與該界面無關(guān)的按鍵操作無效；6. EEPROM存儲單元系統(tǒng)通過 EEPROM 存儲溫度閾值、開啟時間、關(guān)閉時間。掉電重啟后，數(shù)據(jù)維持上次設(shè)定值不變。2. 綜合訓練報告要求設(shè)計報告應(yīng)該包括以下主要內(nèi)容： (1)課程設(shè)計目的。 (2)課程設(shè)計器材設(shè)備。包括軟

19、件（操作系統(tǒng)，工具軟件等）和硬件。 (3)課程設(shè)計內(nèi)容。包括系統(tǒng)功能、工作原理、設(shè)計思想和設(shè)計框圖等。這部分內(nèi)容請寫詳細，不要太簡單化。 (4)硬件設(shè)計。需繪出完整電路圖并對電路進行說明。 (5)軟件流程圖和算法。(6)軟件調(diào)試過程包括如何調(diào)試程序，出現(xiàn)什么問題，如何解決的，理論根據(jù)是什么？）。 (7)源程序代碼。 (8)實驗結(jié)果分析和總結(jié)。對實驗結(jié)果進行分析，對實驗過程進行總結(jié)。 (9)附錄（參考資料及參考書列表）。提交所查閱的有關(guān)資料附件（參考書僅提供列表即可），在網(wǎng)上查到的資料請注明網(wǎng)址。五、自動窗簾1. 訓練要求設(shè)備按照1秒時間間隔自動采集光線亮度數(shù)據(jù)，并具有數(shù)碼管實時顯示時間、亮度，

20、打開或關(guān)閉窗簾等功能，系統(tǒng)硬件部分主要由按鍵電路、電源供電電路、RTC 時鐘、傳感器電路和顯示電路，步進電機等組成。具體要求如下：1. 數(shù)碼管顯示設(shè)備上電后，自動進入時鐘顯示界面(圖 5-1）并開始采集亮度。08.30123時（8時）分（30分）分隔符實時亮度圖 5-1. 時鐘顯示界面要求：時鐘顯示界面下，時間小數(shù)點以0.5秒為間隔閃爍。2. 亮度檢測功能使用光敏電阻結(jié)合A/D轉(zhuǎn)換模塊完成亮度測量功能。3. 窗簾控制功能 具體要求如下： （1） 獨立按鍵S7切換自動工作狀態(tài)（L1點亮）、手動工作狀態(tài)（L2點亮）、定時工作狀態(tài)（L3點亮）。 （2）自動工作狀態(tài)下，按下按鍵S5進入日期顯示界面，如

21、圖5-2所示，再次按下回到時鐘顯示界面圖5-1；首次按下S6進入亮度閥值設(shè)置界面（圖5-3），按鍵S5為亮度閥值+鍵，按鍵S4為亮度閥值-鍵，再次按下S6為確認鍵，此時將設(shè)定閾值存入EEPROM中，并進入時鐘顯示界面（圖5-1），若亮度低于閥值，步進電機正傳（窗簾打開），若亮度高于閥值，則步進電機反轉(zhuǎn)（窗簾關(guān)閉）。 2 0 1 7 . 0 3 . 0 8 2017年3月8日 圖5-2 日期顯示界面12 3熄滅亮度閾值 圖5-3 溫度閾值設(shè)定界面 （3） 手動工作狀態(tài)下，S6為啟動/停止步進電機正轉(zhuǎn)按鍵；S5為啟動/停止步進電機反轉(zhuǎn)按鍵。 此時界面為圖5-1。（4） 定時工作狀態(tài)下，S6為設(shè)置開啟時間、關(guān)閉時間、確認設(shè)置三種功能的切換鍵；在設(shè)置時間內(nèi)自動打開步進電機正傳（窗簾打開），其它時間步進電機反轉(zhuǎn)（窗簾關(guān)閉）。首次按下S6，進入圖5-4所示界面，再次按下，開始時間四個數(shù)碼管以0.5秒間隔閃爍，此時通過按鍵S5，S4進行開啟時間調(diào)整；第三次按下S6，開啟時間數(shù)碼管停止閃爍，關(guān)閉時間數(shù)碼管以0.5秒間隔閃爍，此時通過按