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单片机课程设计题目及答案.docx
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题目 1 智能电子钟(LCD 显示)
题目 2 电子时钟(LCD 显示)
题目 3 秒表
题目 4 定时闹钟
题目 5 音乐倒数计数器
题目 2
1. 设计要求
以 AT89C51单片机为核心的时钟,在 LCD 显示器
电子时钟(LCD 显示)
题目 6 基于数字温度传感器的数字温度计
题目 7 基于热敏电阻的数字温度计
题目 8 十字路口交通灯控制
题目 9 波形发生器设计
题目 10 电容、电阻参数单片机测试系统的设计
题目 11 数字频率计
题目 12 8 位竞赛抢答器的设计
题目 13 单词记忆测试器程序设计
题目 14 数字电压表设计
题目 15 可编程作息时间控制器设计
题目 16 节日彩灯控制器的设计
题目 17 双机之间的串行通信设计
题目 18 电子琴设计
上显示当前的时间:
使用字符型 LCD 显示器显示当前时间。显示格式为
“时时:分分:秒秒”。
用 4 个功能键操作来设置当前时间。功能键 K1~K4
功能如下。
K1—进入设置现在的时间。
K2—设置小时。
K3—设置分钟。
K4—确认完成设置。
程序执行后工作指示灯 LED 闪动,表示程序开始执
行,LCD 显示“00:00:00”,然后开始计时。
2. 实验原理
题目难点在于键盘的指令输入,由于每个按键都具有相
应的一种或多种功能,程序中需要大量使用 do{}while
或 while{}循环结构,以检测是否有按键按下。
题目 19 数字音乐盒的设计
题目 20 单片机控制步进电机
题目 21 单片机控制直流电动机
题目 3 秒表
1. 设计要求
用 AT89C51设计一个 2 位的 LED 数码显示作为“秒
表”:显示时间为 00—99 秒,每秒自动加 1,另设计一
个“开始”键和一个“复位”键。
题目 1 智能电子钟(LCD 显示)
1. 设计要求
以 AT89C51单片机为核心,制作一个 LCD 显示的智能电子钟:2. 实验原理
(1) 计时:秒、分、时、天、周、月、年。
(2) 闰年自动判别。
(3) 五路定时输出,可任意关断(最大可到 16 路)。
(4) 时间、月、日交替显示。
(5) 自定任意时刻自动开/关屏。
(6) 计时精度:误差≤1 秒/月(具有微调设置)
题目难点在于通过对键盘的扫描对时钟的走时 /停
止进行控制,项目采用定时器 T0 作为计时器,每 10ms
发生一次中断,每 100 次中断加 1s。在此期间,如“开
始”按键按下,程序方将 TR0 置为 1,从而开启中断,
时钟开始走时;如复位”按键按下,程序将 TR0 置为 0,
同时将存储时间的变量清零,从而中断停止,并实现复
(7) 键盘采用动态扫描方式查询。所有的查询、设置功能均由功 位。
能键 K1、K2 完成。
本题目采用专用数码管显示控制芯片 MAX7219。
MAX7219 是美国 MAXIM 公司生产的串行输入/输出
2. 工作原理
本设计采用市场上流行的时钟芯片 DS1302 进行制作。DS1302 是共阴极显示驱动器,该芯片最多可驱动 8 位 7 段数字
DALLAS 公司推出的涓流充电时钟芯片,内含一个实时时钟/日历和LED 显示器或个 LED 和条形图显示器。其引脚图及引
31 字节静态 RAM,可以通过串行接口与计算机进行通信,使得管脚功能参见有关参考资料。
脚数量减少。实时时钟/日历电路能够计算 2100 年之前的秒、分、
时、日、星期、月、年的,具有闰年调整的能力。
DS1302 时钟芯片的主要功能特性:
题目 4 定时闹钟
1. 设计要求
(1) 能计算 2100 年之前的年、月、日、星期、时、分、秒的信息;
每月的天数和闰年的天数可自动调整;时钟可设置为 24 或 12 小时
使用 AT89C51 单片机结合字符型 LCD 显示器设计一
个简易的定时闹钟 LCD 时钟,若 LCD 选择有背光显
示的模块,在夜晚或黑暗的场合中也可使用。
格式。
(2) 31B 的 8 位暂存数据存储 RAM。
定时闹钟的基本功能如下:
显示格式为“时时:分分”。
(3) 串行 I/O 口方式使得引脚数量最少。
(4) DS1302 与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通
信,仅需 3 根线。
由 LED 闪动来做秒计数表示。
一旦时间到则发出声响,同时继电器启动,可
(5) 宽范围工作电压 2.0-5.5V。
以扩充控制家电开启和关闭。
程序执行后工作指示灯 LED 闪动,表示程序开
(6) 工作电流为 2.0A 时,小于 300nA。
(7) 功耗很低,保持数据和时钟信息时功率小于 1mW
始执行,LCD 显示“00:00”,按下操作键 K1~
K4 动作如下:
(1) K1—设置现在的时间。
(2) K2—显示闹钟设置的时间。
(3) K3—设置闹铃的时间。
本题目最大难点是实现音乐的播放。作者利用定时计数
器,通过载入不同的计数初值,产生频率不同的方波,
输入到蜂鸣器(SOUNER)中,使其发出频率不同的
(4) K4—闹铃 ON/OFF 的状态设置,设置为 ON 时连续三次发出声音。本设计中单片机晶振为 1.0592MHz,通过计算
“哗”的一声,设置为 OFF 发出“哗”的一声。
设置当前时间或闹铃时间如下。
(1) K1—时调整。
各音阶频率,可得 1、2、3、4、5、6、7 共 7 个音应赋
给定时器的初值为 64580、64684、64777、64820、64898、
64968、65030。
(2) K2—分调整。
(3)K3—设置完成。
在此基础上,可将乐曲的简谱转化为单片机可以
“识别”的“数组谱”,进一步加入对音长、休止符等的控
(4) K4—闹铃时间到时,发出一阵声响,按下本键可以停止声响。制量后,可以实现音乐的播放。
本项目的难点在于 4 个按键每个都具有两个功能,以最终实现菜题目 6 基于数字温度传感器的数字温度计
单化的输入功能。采用通过逐层嵌套的循环扫描,实现嵌套式的键1. 设计要求
盘输入。以对小时的设置的流程为例,其流程如下页图。
利用数字温度传感器 DS18B20 与单片机结合来测
量温度。利用数字温度传感器 DS18B20 测量温度信号,
计算后在 LED 数码管上显示相应的温度值。其温度测
量范围为−55℃~125℃,精确到 0.5℃。数字温度计所
测 量 的 温 度 采 用 数 字 显 示 , 控 制 器 使 用 单 片 机
AT89C51,测温传感器使用 DS18B20,用 3 位共阳极
LED 数码管以串口传送数据,实现温度显示。
2. 实验原理
从温度传感器 DS18B20 可以很容易直接读取被测
温度值,进行转换即满足设计要求。
DS18B20 温度传感器是美国 DALLAS 半导体公司最新
推出的一种改进型智能温度传感器,与传统的热敏电阻
等测温元件相比,它能直接读出被测温度,并且可根据
实际要求通过简单的编程实现 9~12 位的数字读数方
式。
DS18B20 的性能如下。
独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信。
多个 DS18B20 可以并联在串行传输的数据线上,
实现多点组网功能。无须外部器件。
可通过数据线供电,电压范围为 3.0~5.5V。
零待机功耗。
温度以 9 或 12 位的数字读数方式。
用户可定义报警设置。
题目 5 音乐倒数计数器
1. 设计要求
利用 AT89C51单片机结合字符型 LCD 显示器设计一个简易的倒数
计数器,可用来煮方便面、煮开水或小睡片刻等。做一小段时间倒
计数,当倒计数为 0 时,则发出一段音乐声响,通知倒计数终了,
该做应当做的事。
报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度(温度
报警条件)的器件。
负电压特性,电源极性接反时,温度计不会因发热
而烧毁,但不能正常工作。
采用 3 引脚 PR-35 封装或 8 引脚 SOIC 封装
定时闹钟的基本功能如下。
字符型 LCD(16 2)显示器。
显示格式为“TIME 分分:秒秒”。
用 4 个按键操作来设置当前想要倒计数的时间。一旦按下键则开始
倒计数,当计数为 0 时,发出一阵音乐声。
题目
7
设计要求
基于热敏电阻的数字温度计
程序执行后工作指示灯 LED 闪动,表示程序开始执行,按下操作键1.
K1~K4 动作如下。
使用热敏电阻类的温度传感器件利用其感温效应,将随
被测温度变化的电压或电流用单片机采集下来,将被测
温度在显示器上显示出来:
K1—可调整倒计数的时间 1~60 分钟。
K2—设置倒计数的时间为 5 分钟,显示“0500”。
K3—设置倒计数的时间为 10 分钟,显示“1000”。
K4—设置倒计数的时间为 20 分钟,显示“2000”。
复位后 LCD 的画面应能显示倒计时的分钟和秒数,此时按 K1 键,
测量温度范围−50℃~
精度误差小于
110
℃。
0.5
℃。
实验原理
LED 数码直读显示。
则在 LCD 上显示出设置画面。此时,若:
a. 按操作键 K2—增加倒计数的时间 1 分钟。
b. 按操作键 K3—减少倒计数的时间 1 分钟。
c. 按操作键 K4—设置完成。
2 .
本题目使用铂热电阻 PT100,其阻值会随着温度的变化
而改变。PT 后的 100 即表示它在 0℃时阻值为 100 欧
姆,在 100℃时它的阻值约为 138.5 欧姆。厂家提供有
键盘实现菜单功能的方法,已在题目 4 详细说明,不再赘述。PT100
在各温度下电阻值值的分度表,在此可以近似取
电阻变化率为 0.385Ω /℃。向 PT100 输入稳恒电流,再通过 A/D 转
换后测 PT100 两端电压,即得到 PT100 的电阻值,进而算出当前的
故通过测定方波信号的频率可以比较精确的测定 C 的
值。测定方波信号频率的方法,请见题目 11
温度值。
采用 2.55mA 的电流源对 PT100 进行供电,然后用运算放大器
LM324 搭建的同相放大电路将其电压信号放大
10 倍后输入到
AD0804 中。利用电阻变化率 0.385Ω /℃的特性,计算出当前温度值。
本题目测温误差主要由以下几点引发:
ADC0804 为 8 位 ADC 芯片,精度有限;程序假定 PT100 为完全线
性的器件,而即使是厂家推荐的线性值也会存在一定误差;运放电
题目 11 数字频率计
路并非绝对线性。如使用 12 位 ADC 芯片,采用“四线制”的 PT100
1. 设计要求
接法,采用查表法测定温度值,将极大提高温度的测量精度。
设计一个以单片机为核心 的频率测量装置。使用
AT89C51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。
(1)被测频率 fx<110Hz,采用测周法,显示频率××
×. ×××;fx>110Hz,采用测频法,显示频率××
××××。
题目 8 十字路口交通灯控制
1. 设计要求
设计一个十字路口交通灯控制器。用单片机控制 LED 灯模拟指示。
模拟东西方向的十字路口交通信号控制情况。东西向通行时间为
80s,南北向通行时间为 60s,缓冲时间为 3s。
2. 实验原理
(2)利用键盘分段测量和自动分段测量。
(3)完成单脉冲测量,输入脉冲宽度范围是 100s~
10ms 一次的中断,每 100 次中断为 1s。对两个方向分别显示红、
0.1s。
本项目为典型的 LED 显示和中断定时电路。利用定时器T0 产生每
绿、黄灯,已经相应的剩余时间即可。值得注意的是,需要意识到,
A 方向红灯时间=B 方向绿灯时间+黄灯缓冲时间这一常识。
本项目使用的 MAX7219 芯片使用方法请参考题目 3
(4)显示脉冲宽度要求如下。
Tx<1000s,显示脉冲宽度×××。
Tx>1000s,显示脉冲宽度××××。
2. 实验原理
测量频率有测频法和测周法两种。
(1)测频法,利用外部电平变化引发的外部中断,测
题目 9 波形发生器设计
1. 设计要求
设计一个能产生正弦波、方波、三角波、梯形波、锯齿波的波
算 1s 内的波数,从而实现对频率的测定;
(2)测周法,通过测算某两次电平变化引发的中断之
间的时间,实现对频率的测定。简而言之,测频法是直
接根据定义测定频率,测周法是通过测定周期间接测定
形发生器。
2. 实验原理
产生指定波形可以通过 DAC 来实现,不同波形产生实质上是
对输出的二进制数字量进行相应改变来实现的。本题目中,方波信
频率。
理论上,测频法适用于较高频率的测量,测周法适用于
号是利用定时器中断产生的,每次中断时,将输出的信号按位反即
可;三角波信号是将输出的二进制数字信号依次加 1,达到 0xff 时
依次减 1,并实时将数字信号经 D/A 转换得到;锯齿波信号是将输
出的二进制数字信号依次加 1,达到 0xff 时置为 0x00,并实时将数
字信号经 D/A 转换得到的;
较低频 率的测量。
经过调校,在测量低频信号时,本项目中测频法精
度已高于测 周法,故舍弃测周法,全量程采用测频法。
梯形波是将输出的二进制数字信号依次加 1,达到 0xff 时保持一
段时间,然后依次减 1 直至 0x00,并实时将数字信号经 D/A 转换得
到的;
题目 12 8 位竞赛抢答器的设计
1.设计要求
以单片机为核心,设计一个 8 位竞赛抢答器:同时
供 8 名选手或 8 个代表队比赛,分别用 8 个按钮 S0~
S7 表示。
正弦波是利用 MATLAB将正弦曲线均匀取样后,得到等间隔时
1.44
刻的 y 方向上的二进制数值,然后依次输出后经 D/A 转换得到。
f
C(R 2R )
设置一个系统清除和抢答控制开关 S,开关由主持
人控制。
A
B
题目 10 电容、电阻参数单片机测试系统的设计
1. 设计要求
设计一个能测量电容、电阻参数的测试系统。
2 实验原理
对电阻的测量,可将待测电阻与一标准电阻串联后接在+5V 的电
源上,根据串联分压原理,利用 ADC 测定电阻两端电压后,即可
得到其阻值。对电容的测量,可将其与已知阻值的电阻 RA 和 RB
抢答器具有锁存与显示功能。即选手按按钮,锁存
相应的编号,并在优先抢答选手的编号一直保持到主持
人将系统清除为止。
抢答器具有定时抢答功能,且一次抢答的时间由主
持人设定(如 30 秒)。
当主持人启动“开始”键后,定时器进行减计时,同
时扬声器发出短暂的声响,声响持续的时间为 0.5s 左
组成基于 NE555 的多谐振荡器如下页图。其产生的方波信号频率
右。
为 :
参赛选手在设定的时间内进行抢答,抢答有效,定
时器停止工作,显示器上显示选手的编号和抢答的时
间,并保持到主持人将系统清除为止。
如果定时时间已到,无人抢答,本次抢答无效,系统报警并禁止
抢答,定时显示器上显示 00。
2. 实验原理
题目 15 可编程作息时间控制器设计
1. 设计要求
通过键盘改变抢答的时间,原理与闹钟时间的设定相同,将定时
时间的变量置为全局变量后,通过键盘扫描程序使每按下一次按键,
时间加 1(超过 30 时置 0)。同时单片机不断进行按键扫描,当参赛
设计一个以单片机为核心的可编程作息时间控制
选手的按键按下时,用于产生时钟信号的定时计数器停止计数,同
器:
按照给定的时间模拟控制,实现广播、上下课打铃、灯
光控制(屏幕显示),同时具备日期和时钟显示。
2. 实验原理
时将选手编号(按键号)和抢答时间分别显示在 LED 上。
本题目原理与题目 4 相同,程序是在题目 4 的基础
上将定时闹钟改造为 4 路可调闹钟,从而实现打铃等功
能。当四路闹钟中的任一路到时,均会点亮灯、打铃。
题目
1. 设计要求
设计一个以单片机为核心的单词记忆测试器:
13 单词记忆测试器程序设计
实现单词的录入(为使程序具有可演示性,单词不少于
单词用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。
10 个)。如有需求,可对
程序进行调整,增加闹钟的路数,及到时后的处理方式。
题目中 4 个按键的功能分别为:设置限制的时间 /
时的调整、显示闹钟设置的时间/分的调整、设置闹钟
的时间/设置完成、闹钟更换。
单词背完后给出正确率。
2. 实验原理
本题目实质上是一个具有一定复杂程度键盘扫描程序,可
将单词存储在一个二维数组中,按“确定”键开始程序后,次显示 0
行的数组,即第一个单词。之后按下“向上”按键,显示上一行数组,
即上一个单词;
题目 16 节日彩灯控制器的设计
按下“向下”按键,显示下一行数组,即下一个单词。当显示的行
数超过 9 时,程序结束,并通过按“确认”的次数,计算出正确率。
1. 设计要求
以单片机为核心,设计一个节日彩灯控制器:
P1.2—开始,按此键则灯开始流动(由上而下)。
P1.3—停止,按此键则停止流动,所有灯为暗。
P1.4—上,按此键则灯由上向下流动。
P1.5—下,按此键则灯由下向上流动。
题目 14 数字电压表设计
1. 设计要求
以单片机为核心,设计一个数字电压表。采用中断方式,对 2
2. 实验原理
本题目本质上是由按键控制功能的流水灯,LED 工
路 0~5V 的模拟电压进行循环采集,采集的数据送 LED 显示,并
作的方式通过键盘的扫描实现。其中的 LED 采取共阳
极接法,通过依次向连接 LED 的I/O口送出低电平,
可实现题目要求的功能。
存入内存。超过界限时指示灯闪烁。
2. 实验原理
addata
5 V
256
本题目本质上是以单片机为控制器,ADC0809 为 ADC 器件的
AD 转换电路,设计要求的电压显示,是对 ADC 采集所得信号的进
3. 电路设计(Proteus 仿真通过)
本节日彩灯控制器电路原理图,如下页图所示,各
按键功能与实验设计要求相同:
一步处理。
为得到可读的电压值,需根据 ADC 的原理,对采集所得的信号
addata 100
5 V addata 1.96 V
进行计算,并显示在LED上。本项目中ADC0809的参考电压为+5V,
256
根据定义,采集所得的二进制信号 addata 所指代的电压值为:
而若将其显示到小数点后两位,不考虑小数点的存在(将其乘以
100),其计算的数值为:
。将小数点显示在第二位数码管上,即为实际的电压
本示例程序将 1.25 V 和 2.5 V 作为两路输入的报警值,反映在二
进制数字上,分别为 0x40 和 0x80。当 AD 结果超过这一数值时,
将会出现二极管闪烁和蜂鸣器发声。
目 17 双机之间的串行通信设计
设计要求
两片单片机利用串行口进行串行通信:串行通信的波特率可从键盘进行设
定,可选的波特率为1200、2400、4800 和 9600bit/s。串行口工作方
式为方式 1 的全双工串行通信。
实验原理
两个单片机之间进行通讯波特率的设定,最终归结到对定时计数器 T1 计
数初值 TH1、TL1 进行
定。故本题目本质上是通过键盘扫描得到设定的波特率,从而载入相应的
T1 计数初值 TH1、TL1
现的。示例程序中将 0xaa 从主机传输到从机,并显示在从机的数码管上实
现串口通讯的验证。
如串口通讯线路过长,可考虑采用 MAX232 进行电平转换,以延长传输
距离。值得注意的是,为
减少计算载入初值时的误差,本项目最好采取 11.0592MHz的晶振。
电路设计(Proteus 仿真通过)
两个单片机之间的串行通信接口设计电路原理图,如下页图所示:
题目 18 电子琴设计
1. 设计要求
设计一个电子琴。利用所给键盘的 1,2,3,4,5,
6,7,8 八个键,能够发出 8 个不同的音调,并且要求
按下按键发声,松开延时一段时间停止,中间再按别的
键则发另一音调的声音。
2. 实验原理
当系统扫描到键盘上有键被按下,则快速检测出是
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