接口課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)06-2-15

《微機(jī)原理接口技術(shù)》課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)一、課程設(shè)計(jì)目的《微機(jī)原理與接口技術(shù)》是一門(mén)實(shí)踐性和實(shí)用性都很強(qiáng)的課程，學(xué)習(xí)的目的在于應(yīng)用。本課程設(shè)計(jì)是配合課堂教學(xué)的一個(gè)重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，它能起到鞏固課堂和書(shū)本上所學(xué)知識(shí)，加強(qiáng)綜合能力，提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平，啟發(fā)創(chuàng)新思想的效果。通過(guò)本課程設(shè)計(jì)希望達(dá)到以下目地：1．培養(yǎng)資料搜集和匯總的能力。2．培養(yǎng)總體設(shè)計(jì)和方案論證的意識(shí)。3．提高硬件、軟件設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的綜合能力。4．提高軟件和硬件聯(lián)合調(diào)試的能力。5．熟練掌握相關(guān)測(cè)量?jī)x器的使用方法。6．掌握相關(guān)開(kāi)發(fā)軟件、仿真軟件的使用方法。二、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求要求每個(gè)學(xué)生（或小組）都要自己動(dòng)手獨(dú)立設(shè)計(jì)完成一個(gè)典型的微機(jī)應(yīng)用小系統(tǒng).。設(shè)計(jì)題目可以在給出的參考題目中選，也可以自己選設(shè)計(jì)題目，但難度不應(yīng)小于參考題目，需經(jīng)指導(dǎo)教師審查后方可確定是否采納或修改設(shè)計(jì)題目。課程設(shè)計(jì)的時(shí)間為1周。設(shè)計(jì)的最終作品包括硬件和軟件兩個(gè)部分，要求能夠演示并達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求。每個(gè)學(xué)生（或小組）在作品完成后，要經(jīng)指導(dǎo)教師檢查，同意拆除后方可拆卸，并分類放回元器件盒內(nèi)。課程設(shè)計(jì)報(bào)告每個(gè)學(xué)生一份，由課代表收齊后統(tǒng)一交給指導(dǎo)教師。課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定由3部分組成：作品＋出勤等40％；答辯30％；設(shè)計(jì)報(bào)告30％。三、課程設(shè)計(jì)步驟研制一個(gè)微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，可以分為硬件研制和軟件研制兩個(gè)部分，從設(shè)計(jì)草圖開(kāi)始到樣機(jī)調(diào)試成功，常常要將硬件，軟件結(jié)合起來(lái)考慮，才能取得較好的效果。隨著系統(tǒng)的用途不同，它們的硬、軟件結(jié)構(gòu)會(huì)各有不同，但系統(tǒng)研制的方法和步驟是基本相同的，其研制過(guò)程可以歸納為以下所述的四個(gè)步驟：.1、確定任務(wù)如同任何一個(gè)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)一樣，微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的研制過(guò)程也是從確定應(yīng)用系統(tǒng)的任務(wù)開(kāi)始的。首先要明確應(yīng)用系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)哪些功能，其技術(shù)參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)是什么，這是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的起點(diǎn)和依據(jù)，它將貫穿于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的全過(guò)程。必須認(rèn)真做好這個(gè)工作，在確定任務(wù)的階段中必須明確：1)本應(yīng)用系統(tǒng)需要達(dá)到的主要目標(biāo)是什么，有多少個(gè)回路，有幾個(gè)參數(shù)需要進(jìn)行檢測(cè)和控制？檢測(cè)和控制的精度為多少？2)本應(yīng)用系統(tǒng)有多少輸入信號(hào)和輸出信號(hào)？輸入信號(hào)的形式和電壓等級(jí)及變化頻率情況，輸出信號(hào)的形式，電壓等級(jí)和驅(qū)動(dòng)功率有何要求？3)本應(yīng)用系統(tǒng)需要提供哪些人機(jī)對(duì)話功能，如：小鍵盤(pán)要多少個(gè)按鍵，采用何種顯示器，通常為數(shù)碼管，如用數(shù)碼管應(yīng)設(shè)計(jì)幾位等。4）考慮本應(yīng)用系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，如成本、可靠性、可維護(hù)性以及經(jīng)濟(jì)效益等，可參考國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品的資料，提出比較合理的技術(shù)指標(biāo)和最佳的性能價(jià)格比。2、總體設(shè)計(jì)本階段的任務(wù)是通過(guò)調(diào)查研究，查閱資料來(lái)初步確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的總體方案，其中主要涉及到硬件和軟件的功能劃分。應(yīng)用系統(tǒng)中硬件和軟件具有一定的互換性，即某些功能既可以用硬件實(shí)現(xiàn)也可以用軟件實(shí)現(xiàn)。一般說(shuō)來(lái)，用硬件實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)是可以提高系統(tǒng)的工作速度，但會(huì)增加電路的復(fù)雜性和硬件成本；而用軟件代替某些硬件的功能可以使電路簡(jiǎn)化，便于修改設(shè)計(jì)，降低硬件成本，但軟件工作量增大?？傮w設(shè)計(jì)時(shí)，必須在硬件和軟件之間權(quán)衡，分工明確，然后分頭開(kāi)始設(shè)計(jì)。3、硬件研制過(guò)程1)將整個(gè)硬件系統(tǒng)劃分為若干個(gè)功能單元電路，繪出整個(gè)系統(tǒng)邏輯電路圖。注明各單元電路間的接口信號(hào)。必要時(shí)，還要畫(huà)出一些重要控制信號(hào)的時(shí)序圖。.2)完成各單元電路設(shè)計(jì)，包括選擇合適的元器件和電路板設(shè)計(jì)(元器件布局和走線等)。3)各單元電路板裝配，分調(diào)。4)整個(gè)硬件總體調(diào)試，完成后準(zhǔn)備與軟件聯(lián)調(diào)。4、軟件研制過(guò)程1)采用模塊化程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件，首先將整個(gè)軟件分成若干功能模塊。2)對(duì)各模塊編寫(xiě)一個(gè)較詳細(xì)的程序流程圖。3)根據(jù)流程圖，編寫(xiě)源程序。4)上機(jī)調(diào)試各模塊程序。5)各程序模塊聯(lián)調(diào)。6)與硬件一起聯(lián)調(diào)，最后完成全部調(diào)試工作。四、課程設(shè)計(jì)報(bào)告的基本格式實(shí)踐設(shè)計(jì)報(bào)告的基本內(nèi)容至少包括封面、正文、附錄三部分。課程設(shè)計(jì)報(bào)告要求統(tǒng)一格式，字體工整規(guī)范。1、封面封面包括“《微機(jī)接口技術(shù)》課程設(shè)計(jì)、實(shí)踐設(shè)計(jì)報(bào)告”、班級(jí)、姓名、學(xué)號(hào)以及完成日期等信息。2、正文正文是實(shí)踐設(shè)計(jì)報(bào)告的主體，具體由以下幾部分組成：（1）課程設(shè)計(jì)題目；（2）課程設(shè)計(jì)任務(wù)與要求；（3）設(shè)計(jì)過(guò)程（包括方案論證、設(shè)計(jì)原理、創(chuàng)新點(diǎn)以及采用的新技術(shù)等）；（4）硬件系統(tǒng)框圖與說(shuō)明；（5）軟件主要模塊流程圖與說(shuō)明；（6）工作總結(jié)（包括自己的收獲與體會(huì)；遇到的問(wèn)題和解決的方法；技術(shù)實(shí)現(xiàn)技巧和創(chuàng)新點(diǎn)；作品存在的問(wèn)題和改進(jìn)設(shè)想等）；3．附錄附錄1：電路原理圖附錄2：源程序及程序注釋附錄3：使用元器件一覽表（序號(hào)、名稱、型號(hào)、規(guī)格、數(shù)量、備注）附錄4：參考文獻(xiàn)五、課程設(shè)計(jì)參考題目(一)家用風(fēng)扇控制器1、設(shè)計(jì)并制作一個(gè)家用風(fēng)扇控制器，控制器面板為：按鈕三個(gè)，分別為風(fēng)速、類型和停止；三個(gè)LED指示燈用于指示風(fēng)速?gòu)?qiáng)、中、弱；另外三個(gè)LED指示燈用于指示類型為睡眠、自然和正常。2、電扇處于停轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，所有指示燈不亮，只有按下“風(fēng)速鍵”時(shí)，電扇才會(huì)旋轉(zhuǎn)。電扇在任何狀態(tài)，只要按停止鍵，則進(jìn)入停轉(zhuǎn)狀態(tài)。3、風(fēng)速的強(qiáng)、中、弱分別對(duì)應(yīng)于電扇轉(zhuǎn)動(dòng)的快速、中速和慢速。4、初始風(fēng)速為“弱”，類型為“正?！?。5、按“風(fēng)速鍵”，其狀態(tài)由“弱”“中”“強(qiáng)”“弱”……循環(huán)往復(fù)，每按一下按鍵，改變一次狀態(tài)。6、按“類型鍵”，其狀態(tài)由“正常”“睡眠”“自然”“正?！薄h(huán)往復(fù)變化。(1)正常表示電扇連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)；(2)自然表示電扇模擬自然風(fēng)，即轉(zhuǎn)4秒，停8秒；(3)睡眠表示電扇慢轉(zhuǎn)，產(chǎn)生輕柔的微風(fēng)，運(yùn)轉(zhuǎn)8秒。停轉(zhuǎn)8秒。(二)汽車信號(hào)燈控制系統(tǒng)1、設(shè)計(jì)并制作出汽車信號(hào)燈微機(jī)控制系統(tǒng)。2、所需執(zhí)行的操作由相應(yīng)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)反映，所需控制的信號(hào)燈有儀表板左/右轉(zhuǎn)彎綠色指示燈，車前部左/右黃色頭燈、車后部左/右黃色尾燈和車后部左右紅色剎車尾燈。各種燈在閃爍時(shí)其頻率為30Hz。駕駛操作與燈光信號(hào)對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：(1)左/右轉(zhuǎn)彎開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，對(duì)應(yīng)的儀表板左/右轉(zhuǎn)彎指示燈、左/右轉(zhuǎn)彎頭燈和左/右轉(zhuǎn)彎尾燈閃爍。(2)緊急開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，所有儀表板左右轉(zhuǎn)彎燈、左右轉(zhuǎn)彎頭燈和左右轉(zhuǎn)彎尾燈閃爍。(3)踩剎車時(shí)，剎車開(kāi)關(guān)閉合，剎車燈（左右紅色尾燈）亮。(4)?？繒r(shí)(合上?？块_(kāi)關(guān))，所有燈閃爍。(三)智力測(cè)驗(yàn)搶答器1、設(shè)計(jì)并制作出智力測(cè)驗(yàn)搶答器。2、所設(shè)計(jì)的搶答器允許四人參加。沒(méi)有出題時(shí)，每個(gè)參賽隊(duì)員的LED數(shù)碼管都顯示當(dāng)前的積分值，初始積分值為“100”。3、在出題后，主持人按下“開(kāi)始按鈕”，表示計(jì)時(shí)開(kāi)始，此時(shí)每個(gè)參賽者前面的紅色發(fā)光二極管點(diǎn)亮，LED數(shù)碼管顯示秒計(jì)時(shí)。4、計(jì)時(shí)開(kāi)始后，若A、B、C、D四人中有人按下“搶答按鈕”時(shí)，則秒計(jì)時(shí)停止，此時(shí)LED數(shù)碼管顯示當(dāng)前的積分值，先按下按鈕的紅燈保持亮的狀態(tài)，其余3人的紅燈全滅。5、搶答對(duì)錯(cuò)由主持人判定，“答對(duì)按鈕”按下時(shí)加10分，“答錯(cuò)按鈕”按下時(shí)減10分，直到積分值減為0時(shí)為止。不論該隊(duì)員獲得的是加分還是減分，其LED數(shù)碼管都要顯示當(dāng)前的新積分值，并閃爍5次，其余選手的LED數(shù)碼管則保持不變，并回到未出題時(shí)的狀態(tài)，從新開(kāi)始。6、搶答開(kāi)始后，計(jì)時(shí)達(dá)到60秒之后均無(wú)人按下按鈕，則本次搶答結(jié)束，進(jìn)入未出題狀態(tài)。超過(guò)60秒有按鈕按下時(shí)不起作用。7、在搶答未開(kāi)始時(shí)，若A、B、C、D四人中有人按下按鈕，則先按下按鈕的紅燈閃爍，并減10分作為懲罰。(四)反應(yīng)速度測(cè)試儀1、設(shè)計(jì)并制作出反應(yīng)速度測(cè)驗(yàn)搶答器。2、反應(yīng)速度測(cè)試的過(guò)程如下：在啟動(dòng)反應(yīng)速度測(cè)試程序后，經(jīng)過(guò)一段隨機(jī)時(shí)間的延遲，處理器控制發(fā)出聲音和光信號(hào)，被測(cè)者立即按下按鈕。從發(fā)出聲和光信號(hào)到按下按鈕的時(shí)間即為反應(yīng)時(shí)間，精確到0.1秒。被測(cè)者在從發(fā)出聲和光信號(hào)之前按下按鈕作違例處理。3、在發(fā)出聲和光信號(hào)之后，顯示器即顯示時(shí)間信號(hào)，當(dāng)按下按鈕后顯示反應(yīng)時(shí)間。(五)流水線監(jiān)視器1、設(shè)計(jì)并制作出流水線監(jiān)視器。2、流水線監(jiān)視器用以指示目前正在流水線上的產(chǎn)品數(shù)量。在流水線的入口與出口分別安裝一個(gè)傳感器。在流水線入口處有信號(hào)時(shí)，產(chǎn)品件數(shù)加1，如出口處有信號(hào)則產(chǎn)品件數(shù)減1，設(shè)產(chǎn)品最多不超過(guò)9個(gè)。3、以單脈沖發(fā)生器模擬入口端信號(hào)，加到可編程計(jì)數(shù)器的輸入端，可編程計(jì)數(shù)器設(shè)置為計(jì)數(shù)方式，每輸入一個(gè)信號(hào)將產(chǎn)品數(shù)量加l并顯示。以開(kāi)關(guān)模擬出口處信號(hào)，也加到可編程計(jì)數(shù)器的輸入端，在有信號(hào)時(shí)將產(chǎn)品數(shù)量減1并顯示，產(chǎn)品件數(shù)的顯示通過(guò)可編程并行接口電路驅(qū)動(dòng)靜態(tài)顯示器來(lái)實(shí)現(xiàn)。4、本設(shè)計(jì)需要可編程并行接口電路、可編程計(jì)數(shù)器及靜態(tài)顯示器，也可采用可編程邏輯器件進(jìn)行設(shè)計(jì)。(六)程控信號(hào)發(fā)生器1、設(shè)計(jì)并制作出流水線監(jiān)視器。2、利用數(shù)模轉(zhuǎn)換器作一個(gè)程控信號(hào)發(fā)生器，產(chǎn)生的波形由參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，主要用于產(chǎn)生模擬電路較難產(chǎn)生的波形．例如利用模擬電路產(chǎn)生梯形波時(shí)，很難保證上升沿和下降沿的線性及其斜率，而用微機(jī)加上數(shù)模轉(zhuǎn)換器可比較方便地實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)要求產(chǎn)生一梯形波，如下圖所示。要求上升時(shí)間t1、下降時(shí)間t3、保持時(shí)間t2、信號(hào)重復(fù)周期T及輸出電壓幅度VOUT可事先設(shè)置。設(shè)t1為1.5ms，t2為3.5ms，t3為2ms，輸出電壓VOUT為3V，信號(hào)重復(fù)周期T為10ms。這些參數(shù)經(jīng)換算后存入存儲(chǔ)單元中，然后用以產(chǎn)生上述信號(hào)。利用微機(jī)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生波形有兩種方法，一種是每輸出一個(gè)信號(hào)時(shí)均先計(jì)算出輸出數(shù)據(jù)值，利用這種方法每輸出一個(gè)信號(hào)花費(fèi)的時(shí)間太多，而且每輸出一個(gè)波形要重新計(jì)算一遍，效率較低。另一種方法是事先將要求輸出的一個(gè)波形計(jì)算好，存入存儲(chǔ)單元中，在輸出波形時(shí)直接從存儲(chǔ)單元中取出。采用這種方法占用較多的存儲(chǔ)器，但輸出一個(gè)信號(hào)所用的時(shí)間較少，因此可產(chǎn)生較高頻率的信號(hào)。(七)簡(jiǎn)易錄音機(jī)1、設(shè)計(jì)并制作出簡(jiǎn)易錄音機(jī)。2、如框圖所示，聲音信號(hào)通過(guò)話筒轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，經(jīng)放大器放大后送ADC轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并送內(nèi)存緩沖區(qū)保存。回放時(shí)再將內(nèi)存數(shù)據(jù)送DAC轉(zhuǎn)換成模擬量，經(jīng)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行功率放大后推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。3、控制按鍵有5個(gè)，分別是：錄音鍵、放音鍵、暫停鍵及前后倒帶鍵。要求每個(gè)按鍵都有LED指示燈顯示按鍵的狀態(tài)。4、設(shè)有重鍵問(wèn)題發(fā)生時(shí)，按鍵的優(yōu)先次序由高到低分別是：錄音鍵、放音鍵、暫停鍵、前倒帶鍵、后倒帶鍵。5、要求以5000次／秒的速率采集輸入的語(yǔ)音數(shù)據(jù)并存人內(nèi)存，共采集6萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)（約錄12秒），然后再以同樣的速率將數(shù)據(jù)送DAC0832使喇叭發(fā)聲。6、通過(guò)此電路還可以觀察信號(hào)經(jīng)過(guò)ADC和DAC兩次轉(zhuǎn)換后的失真情況。其方法是給ADC的輸入端加入一個(gè)已知波形，再將CPU采集到的數(shù)字量由DAC送出，用雙蹤示波器觀察輸入信號(hào)與輸出信號(hào)。(八)照相機(jī)自拍控制器1、設(shè)計(jì)并制作出照相機(jī)自拍控制器。2、在啟動(dòng)照相機(jī)自拍機(jī)構(gòu)后，在2min內(nèi)啟動(dòng)快門(mén)，在前30秒的時(shí)間里每2秒點(diǎn)亮一次紅色發(fā)光二極管（占空比1：1），在30～60秒的時(shí)間段內(nèi)，每1秒點(diǎn)亮一次，在60～90秒的時(shí)間段內(nèi)，每0.5秒點(diǎn)亮一次，在60～120秒的時(shí)間段內(nèi)，每0.1秒點(diǎn)亮一次,120秒之后指示用的紅色發(fā)光二極管熄滅，綠色發(fā)光二極管點(diǎn)亮一分鐘，以表示快門(mén)開(kāi)啟。(九)洗衣機(jī)控制器1.設(shè)計(jì)并制作出洗衣機(jī)控制器。2.按下啟動(dòng)按鈕后先進(jìn)水，等到達(dá)高水位后，啟動(dòng)洗衣馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)4min，如在洗衣過(guò)程中發(fā)現(xiàn)水位低于高水位，則停止洗衣馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)并報(bào)警，并在水位到達(dá)高水位后再次啟動(dòng)馬達(dá)。洗衣結(jié)束后啟動(dòng)排水開(kāi)關(guān)，待水位到達(dá)低水位后，則啟動(dòng)脫水馬達(dá)，轉(zhuǎn)動(dòng)2min。如此重復(fù)三次，要求在每一動(dòng)作之間有2秒的間隔。3.高低水位由水位傳感器檢測(cè)，在此用兩個(gè)開(kāi)關(guān)模擬水位傳感器，當(dāng)水位高于高水位或低于低水位時(shí)，兩個(gè)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)分別為0。啟動(dòng)開(kāi)關(guān)用一個(gè)開(kāi)關(guān)表示，進(jìn)水、排水、洗衣馬達(dá)、脫水馬達(dá)及報(bào)警分別用一個(gè)發(fā)光二極管表示。(十)直流電機(jī)調(diào)速1.設(shè)計(jì)并完成直流電機(jī)調(diào)速的控制電路。2.直流電機(jī)的轉(zhuǎn)