基于51單片機的綜合性實驗項目設(shè)計和研究

張俊紅

摘要：單片機綜合性實驗是培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力的重要途徑。結(jié)合《單片機原理與應(yīng)用》實驗課程的改革，設(shè)計了戶外廣告牌顯示系統(tǒng)、空調(diào)溫度控制系統(tǒng)、智能化報時系統(tǒng)三個綜合實驗項目的內(nèi)容和實現(xiàn)途徑，為學(xué)生提供不同層次的項目選擇和實現(xiàn)參考。

關(guān)鍵詞：單片機；綜合實驗；廣告牌顯示；空調(diào)溫度控制；智能化報時

中圖分類號：G424.31 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）50-0202-02

《單片機原理與應(yīng)用》綜合性實驗改革與實踐，是在我院加強實踐環(huán)節(jié)，重視學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的指導(dǎo)方針下進(jìn)行的。實驗項目設(shè)計以實際需求為導(dǎo)向，選題貼近生活；項目活動以學(xué)生為主體，采用循序漸進(jìn)的方式展開，在學(xué)生完成理論課程學(xué)習(xí)和驗證型、設(shè)計型實驗的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計綜合實驗，使學(xué)習(xí)由淺入深，由理論到實踐，由被動到主動。學(xué)生根據(jù)題目要求依次完成選題、查閱資料、參數(shù)計算、元器件選擇、電路設(shè)計、軟件仿真、修改、編程、制版、焊接、程序下載、調(diào)試、驗收、撰寫報告等環(huán)節(jié)，掌握單片機最小控制系統(tǒng)的設(shè)計流程和方法，整個過程訓(xùn)練學(xué)生獨立思考，獨立分析和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。

一、單片機綜合性實驗的內(nèi)容

在實驗內(nèi)容上，考慮到與實際應(yīng)用相結(jié)合，在設(shè)計綜合型實驗時，我們將訓(xùn)練的全過程分為硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、匯編、軟件模擬仿真、硬件電路調(diào)試和脫機運行等階段。這種建立在應(yīng)用系統(tǒng)上的逐步擴展、循環(huán)上升的教學(xué)方法目的是要利用單片機完成相應(yīng)的控制要求，完成一個最小系統(tǒng)。這有助于學(xué)生建立系統(tǒng)概念，培養(yǎng)獨立開發(fā)與應(yīng)用的能力。項目計劃安排3個選題，分別是戶外廣告牌顯示系統(tǒng)、空調(diào)溫度控制系統(tǒng)、智能化報時系統(tǒng)。針對不同的選題有不同的側(cè)重，難度階梯下降，便于不同層次的學(xué)生選題。

二、戶外廣告牌顯示系統(tǒng)

（一）設(shè)計要求

顯示發(fā)布的漢字廣告信息，顯示方式包括左移右移、閃爍和靜態(tài)顯示等。另外，系統(tǒng)可以編輯信息內(nèi)容，包括增加一條信息、刪除一條信息以及交換信息顯示順序等。主要介紹以AT89C51為控制芯片，用8×8的點陣屏4塊來級聯(lián)實現(xiàn)16×16的點陣屏用于廣告牌顯示等。

（二）系統(tǒng)組成及工作原理

采用AT89C51單片機配合外圍驅(qū)動電路，經(jīng)譯碼電路點亮點陣屏，實現(xiàn)廣告顯示功能。點陣屏模塊與單片機的采用并行方式連接，通過單片機的P2、P3口與點陣屏的16個輸入管腳相連，采用取模軟件對要顯示的廣告詞進(jìn)行取模將所取代碼送入單片機，再通過P2、P3口輸出，利用兩塊3/8譯碼器擴展成4/16譯碼器對顯示電路實現(xiàn)字位控制，實現(xiàn)廣告詞的顯示。利用動態(tài)掃描特性，實現(xiàn)16×16點陣屏顯示。程序以列掃描行字形輸入實現(xiàn)動態(tài)掃描。顯示一個漢字字符要32字節(jié)，需16次掃描，每次掃描由P2、P3端口上傳兩字節(jié)字形數(shù)據(jù)，由P1口低四位上傳字位碼。

三、空調(diào)溫度控制系統(tǒng)

（一）設(shè)計要求

通過溫度傳感器定時探測室內(nèi)溫度，若低于18℃則通過小型直流繼電器啟動電熱器制熱；若高于18℃則不制熱；在電熱器制熱期間繼續(xù)探測溫度，若發(fā)現(xiàn)已高于22℃則停止制熱。要求以單片機AT89C51為核心，利用DS18b20溫度傳感器和1602液晶屏等，對空調(diào)溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。

（二）系統(tǒng)組成及工作原理

該空調(diào)溫度控制系統(tǒng)的硬件電路，主要由單片機AT89S52最小系統(tǒng)、LCD顯示電路、環(huán)境溫度檢測電路、鍵盤輸人電路、聲光報警電路、繼電器控制電路等組成。系統(tǒng)采用DS18b20測溫，外部溫度信號經(jīng)DS18b20將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成8位的數(shù)字信號，通過并口傳送到單片機系統(tǒng)。單片機系統(tǒng)將接收的數(shù)字信號譯碼處理，通過LCD1602將溫度顯示出來，同時單片機系統(tǒng)還將完成鍵盤掃描、按鍵溫度設(shè)定、超溫報警等程序的處理，將處理的溫度信號與系統(tǒng)設(shè)定溫度值比較，形成可以控制空調(diào)制熱與停止工作。顯示電路采用液晶顯示屏和通用矩陣鍵盤，鍵盤采用了軟件來修正誤操作輸入。

系統(tǒng)軟件由主程序模塊、測溫程序模塊和液晶驅(qū)動程序模塊組成。主程序主要完成對子程序的初始化，在判斷初始化程序成功之后執(zhí)行測溫程序模塊，并對溫度進(jìn)行顯示，同時完成與設(shè)定溫度的比較，形成可以控制空調(diào)制熱與停止工作狀態(tài)，在超過警戒溫度時還要發(fā)出聲光報警。

四、智能報時系統(tǒng)

（一）設(shè)計要求

以電子鐘為框架，實現(xiàn)設(shè)定時間的報時操作，要求實時時間顯示和正點報時能夠通過鍵盤修改。系統(tǒng)要求以AT89C51單片機為核心部件，采用獨立式按鍵進(jìn)行時間調(diào)整和鬧鐘設(shè)置，用數(shù)碼管來實現(xiàn)時間的動態(tài)顯示。

（二）系統(tǒng)組成及工作原理

報時系統(tǒng)主要由AT89C51單片機，復(fù)位電路，晶振電路，數(shù)碼管顯示電路，蜂鳴器驅(qū)動電路和鍵盤電路及控制軟件設(shè)計等組成。4個獨立按鍵用于校正時間，有功能鍵、確認(rèn)鍵、減一鍵、增一鍵。4個按鍵通過P2口的P2.4-P2.7接入。當(dāng)有鍵按下時，輸入端為低電平；無鍵按下時，為高電平。DS1302時鐘芯片采用三線接口分別于CPU進(jìn)行同步通信，分別由P1口的3位進(jìn)行控制，P3.6與鬧鐘的蜂鳴器相連。

系統(tǒng)軟件由主程序模塊、顯示程序模塊和按鍵程序模塊組成。主程序初始化以后，對DS1302讀時間，然后與定時時間進(jìn)行比較，正點時蜂鳴器發(fā)聲；之后對按鍵進(jìn)行逐個掃描檢測是否進(jìn)入按鍵程序中，在按鍵程序中判斷是否由鍵按下，如果沒有調(diào)用延時重新進(jìn)行判斷，如果有調(diào)用去抖程序，再判斷鍵號，輸入鍵號，進(jìn)入主程序；調(diào)用顯示子程序，顯示模塊采用動態(tài)掃描的方式進(jìn)行顯示，一位顯示完成后，再顯示下一位，再讀時間完成程序循環(huán)。

五、結(jié)束語

通過這次綜合性實驗改革的實施，學(xué)生選題可根據(jù)自身基礎(chǔ)、能力和興趣選擇自己感興趣的題目或者模塊，但不僅限于這些題目，只要想法有創(chuàng)新并切實可行，都給予鼓勵，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，發(fā)揮最大學(xué)習(xí)效率。

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