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1、1 課程設(shè)計(jì)題目 2 目錄 -課程設(shè)計(jì)題目 題目 1 智能電子鐘（ LCD顯示） 題目 2 電子時(shí)鐘（ LCD顯示） 題目 3 秒表 題目 4 定時(shí)鬧鐘 題目 5 音樂倒數(shù)計(jì)數(shù)器 題目 6 基于數(shù)字溫度傳感器的數(shù)字溫度計(jì) 題目 7 基于熱敏電阻的數(shù)字溫度計(jì) 題目 8 十字路口交通燈控制 題目 9 波形發(fā)生器設(shè)計(jì) 題目 10 電容、電阻參數(shù)單片機(jī)測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3 題目 11 數(shù)字 頻率計(jì) 題目 12 8位競賽搶答器的設(shè)計(jì) 題目 13 單詞記憶測試器程序設(shè)計(jì) 題目 14 數(shù)字電壓表設(shè)計(jì) 題目 15 可編程作息時(shí)間控制器設(shè)計(jì) 題目 16 節(jié)日彩燈控制器的設(shè)計(jì) 題目 17 雙機(jī)之間的串行通信設(shè)計(jì) 題

2、目 18 電子琴設(shè)計(jì) 題目 19 數(shù)字音樂盒的設(shè)計(jì) 題目 20 單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī) 題目 21 單片機(jī)控制直流電動(dòng)機(jī) 4 題目 1 智能電子鐘（ LCD顯示） 1. 設(shè)計(jì)要求 以 AT89C51單片機(jī)為核心，制作一個(gè) LCD顯示的智能電子鐘： (1) 計(jì)時(shí)：秒、分、時(shí)、天、周、月、年。 (2) 閏年自動(dòng)判別。 (3) 五路定時(shí)輸出，可任意關(guān)斷（最大可到 16路）。 (4) 時(shí)間、月、日交替顯示。 (5) 自定任意時(shí)刻自動(dòng)開 /關(guān)屏。 (6) 計(jì)時(shí)精度：誤差 1秒 /月（具有微調(diào)設(shè)置）。 5 (7) 鍵盤采用動(dòng)態(tài)掃描方式查詢。所有的查詢、設(shè)置功能均 由功能鍵 K1、 K2完成。 2. 工作原理

3、本設(shè)計(jì)采用市場上流行的 時(shí)鐘芯片 DS1302進(jìn)行制作。 DS1302 是 DALLAS公司推出的涓流充電時(shí)鐘芯片，內(nèi)含一個(gè)實(shí)時(shí) 時(shí)鐘 /日歷和 31字節(jié)靜態(tài) RAM，可以通過串行接口與計(jì)算 機(jī)進(jìn)行通信，使得管腳數(shù)量減少。實(shí)時(shí)時(shí)鐘 /日歷電路能 夠計(jì)算 2100年之前 的秒、分、時(shí)、日、星期、月、年的 ，具有閏年調(diào)整的能力。 DS1302時(shí)鐘芯片的 主要功能特性 ： 6 (1) 能計(jì)算 2100年之前的年、月、日、星期、時(shí)、分、秒的 信息；每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動(dòng)調(diào)整；時(shí)鐘可設(shè)置 為 24或 12小時(shí)格式。 (2) 31B的 8位暫存數(shù)據(jù)存儲(chǔ) RAM。 (3) 串行 I/O口方式使得引腳數(shù)

4、量最少。 (4) DS1302與單片機(jī)之間能簡單地采用同步串行的方式進(jìn)行 通信，僅需 3根線。 (5) 寬范圍工作電壓 2.0-5.5V。 (6) 工作電流為 2.0A時(shí)，小于 300nA。 (7) 功耗很低，保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)功率小于 1mW。 7 3. 電路設(shè)計(jì)（ Proteus軟件仿真通過） 8 4. Proteus仿真 打開元器件單片機(jī)屬性窗口，在 “ Program File”欄中添加上 面編譯好的目標(biāo)代碼文件 “ keil-1.hex”；在 “ Clock Frequency”欄中輸入晶振頻率為 11.0592MHz。 仿真如 下頁圖 所示，其中，浮動(dòng)窗口中顯示的為 DS1302

5、當(dāng)前時(shí) 鐘狀態(tài) : 9 圖 智能電子鐘仿真效果 10 題目 2 電子時(shí)鐘（ LCD顯示） 1. 設(shè)計(jì)要求 以 AT89C51單片機(jī)為核心的時(shí)鐘，在 LCD顯示器上顯示當(dāng)前的時(shí) 間： 使用字符型 LCD顯示器顯示當(dāng)前時(shí)間。 顯示格式為 “ 時(shí)時(shí)：分分：秒秒 ” 。 用 4個(gè)功能鍵操作來設(shè)置當(dāng)前時(shí)間。 功能鍵 K1 K4功能如下 。 K1進(jìn)入設(shè)置現(xiàn)在的時(shí)間。 K2設(shè)置小時(shí)。 11 K3設(shè)置分鐘 。 K4確認(rèn)完成設(shè)置。 程序執(zhí)行后工作指示燈 LED閃動(dòng)，表示程序開始執(zhí)行， LCD顯 示 “ 00： 00： 00”，然后開始計(jì)時(shí)。 2. 實(shí)驗(yàn)原理 題目難點(diǎn)在于鍵盤的指令輸入，由于每個(gè)按鍵都具有相應(yīng)的

6、一種或多種功能，程序中需要大量使用 dowhile或 while循環(huán)結(jié)構(gòu)，以檢測是否有按鍵按下。按鍵檢測函數(shù) 的詳解如下（略） 12 3. 參考電路（ Proteus軟件仿真通過） 13 4. Proteus仿真 加載目標(biāo)代碼文件 打開元器件單片機(jī)屬性窗口，在 “ Program File”欄中添加上面編譯好的目標(biāo)代碼文件 “ keil-2.hex”；在 “ Clock Frequency”欄中輸入晶振頻 率為 11.0592MHz。 啟動(dòng)仿真，按下按鍵 1后，可發(fā)現(xiàn) LED停止閃爍，即時(shí)鐘停止 走時(shí)，時(shí)鐘停在當(dāng)前時(shí)刻，按下按鍵 2和按鍵 3后，可改變 時(shí)間，按下按鍵 4后，時(shí)鐘復(fù)位到修改后的

7、時(shí)間，時(shí)鐘重 新開始運(yùn)轉(zhuǎn)，如 下頁圖 所示。 14 15 題目 3 秒表 1. 設(shè)計(jì)要求 用 AT89C51設(shè)計(jì)一個(gè) 2位的 LED數(shù)碼顯示作為 “ 秒表 ” ：顯示 時(shí)間為 0099秒，每秒自動(dòng)加 1，另設(shè)計(jì)一個(gè) “ 開始 ” 鍵 和一個(gè) “ 復(fù)位 ” 鍵。 2. 實(shí)驗(yàn)原理 題目難點(diǎn)在于通過對(duì)鍵盤的掃描對(duì)時(shí)鐘的走時(shí) /停止進(jìn)行控 制，項(xiàng)目采用定時(shí)器 T0作為計(jì)時(shí)器，每 10ms發(fā)生一次中斷 ，每 100次中斷加 1s。在此期間，如 “ 開始 ” 按鍵按下， 程序方將 TR0置為 1，從而開啟中斷，時(shí)鐘開始走時(shí)；如 “ 16 復(fù)位 ” 按鍵按下，程序?qū)?TR0置為 0，同時(shí)將存儲(chǔ)時(shí)間的變 量清

8、零，從而中斷停止，并實(shí)現(xiàn)復(fù)位。 本題目采用專用 數(shù)碼管顯示控制芯片 MAX7219。 MAX7219是 美國 MAXIM公司生產(chǎn)的串行輸入 /輸出共陰極顯示驅(qū)動(dòng)器， 該芯片最多可驅(qū)動(dòng) 8位 7段數(shù)字 LED顯示器或個(gè) LED和條形 圖顯示器。其引腳圖及引腳功能參見有關(guān)參考資料。 17 MAX7219的典型應(yīng)用參考電路 18 3. 電路設(shè)計(jì)（ Proteus軟件仿真通過） 19 4. Proteus仿真 加載目標(biāo)代碼文件 打開元器件單片機(jī)屬性窗口，在 “ Program File”欄中添加上面編譯好的目標(biāo)代碼文件 “ keil-2.hex”；在 “ Clock Frequency”欄中輸入晶振頻

9、率 為 11.0592MHz。 啟動(dòng)仿真，按下按鍵 1后，可發(fā)現(xiàn) led停止閃爍，即時(shí)鐘停止 走時(shí)，時(shí)鐘停在當(dāng)前時(shí)刻，按下按鍵 2和按鍵 3后，可改變 時(shí)間，按下按鍵 4后，時(shí)鐘復(fù)位到修改后的時(shí)間，時(shí)鐘重新 開始運(yùn)轉(zhuǎn)，如 下頁圖 所示。 20 21 題目 4 定時(shí)鬧鐘 1. 設(shè)計(jì)要求 使用 AT89C51單片機(jī)結(jié)合字符型 LCD顯示器設(shè)計(jì)一個(gè)簡易的定 時(shí)鬧鐘 LCD時(shí)鐘，若 LCD選擇有背光顯示的模塊，在夜晚 或黑暗的場合中也可使用。 定時(shí)鬧鐘的基本功能如下： 顯示格式為 “ 時(shí)時(shí)：分分 ” 。 由 LED閃動(dòng)來做秒計(jì)數(shù)表示。 一旦時(shí)間到則發(fā)出聲響，同時(shí)繼電器啟動(dòng)，可以擴(kuò)充控 制家電開啟和關(guān)閉

10、。 22 程序執(zhí)行后工作指示燈 LED閃動(dòng)，表示程序開始執(zhí)行， LCD 顯示 “ 00： 00”，按下 操作鍵 K1 K4動(dòng)作如下： (1) K1設(shè)置現(xiàn)在的時(shí)間 。 (2) K2顯示鬧鐘設(shè)置的時(shí)間 。 (3) K3設(shè)置鬧鈴的時(shí)間 。 (4) K4鬧鈴 ON/OFF的狀態(tài)設(shè)置，設(shè)置為 ON時(shí)連續(xù)三次發(fā) 出 “ 嘩 ” 的一聲，設(shè)置為 OFF發(fā)出 “ 嘩 ” 的一聲。 設(shè)置當(dāng)前時(shí)間或鬧鈴時(shí)間如下。 (1) K1時(shí)調(diào)整 。 (2) K2分調(diào)整 。 23 (3) K3設(shè)置完成。 (4) K4鬧鈴時(shí)間到時(shí)，發(fā)出一陣聲響，按下本鍵可以停止 聲響。 本項(xiàng)目的難點(diǎn)在于 4個(gè)按鍵每個(gè)都具有兩個(gè)功能，以最終實(shí)現(xiàn)

11、菜單化的輸入功能。采用通過逐層嵌套的循環(huán)掃描，實(shí)現(xiàn) 嵌套式的鍵盤輸入。以對(duì)小時(shí)的設(shè)置的流程為例，其 流程 如 下頁圖 。 24 25 2. 參考電路（ Proteus軟件仿真通過） 26 3. Proteus仿真 加載目標(biāo)代碼文件 打開元器件單片機(jī)屬性窗口，在 “ Program File”欄中添加上面編譯好的目標(biāo)代碼文件 “ keil-3.hex”；在 “ Clock Frequency”欄中輸入晶振頻 率為 12MHz。 啟動(dòng)仿真， 下頁圖 示為按下 “ 開始 ” 按鍵后的情況，在按下 前，數(shù)碼管無顯示。期間如果按下 “ 復(fù)位 ” 按鍵，則 LED 顯示歸零，走時(shí)停止。 27 28 題目

12、5 音樂倒數(shù)計(jì)數(shù)器 1. 設(shè)計(jì)要求 利用 AT89C51單片機(jī)結(jié)合字符型 LCD顯示器設(shè)計(jì)一個(gè)簡易的倒數(shù) 計(jì)數(shù)器，可用來煮方便面、煮開水或小睡片刻等。做一小 段時(shí)間倒計(jì)數(shù)，當(dāng)?shù)褂?jì)數(shù)為 0時(shí)，則發(fā)出一段音樂聲響，通 知倒計(jì)數(shù)終了，該做應(yīng)當(dāng)做的事。 定時(shí)鬧鐘的基本功能如下。 字符型 LCD（ 16 2）顯示器。 顯示格式為 “ TIME 分分 :秒秒 ” 。 29 用 4個(gè)按鍵操作來設(shè)置當(dāng)前想要倒計(jì)數(shù)的時(shí)間。一旦按下鍵 則開始倒計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)為 0時(shí)，發(fā)出一陣音樂聲。 程序執(zhí)行后工作指示燈 LED閃動(dòng)，表示程序開始執(zhí)行，按下 操 作鍵 K1 K4動(dòng)作如下。 K1可調(diào)整倒計(jì)數(shù)的時(shí)間 1 60分鐘。 K

13、2設(shè)置倒計(jì)數(shù)的時(shí)間為 5分鐘，顯示 “ 0500”。 K3設(shè)置倒計(jì)數(shù)的時(shí)間為 10分鐘，顯示 “ 1000”。 K4設(shè)置倒計(jì)數(shù)的時(shí)間為 20分鐘，顯示 “ 2000”。 復(fù)位后 LCD的畫面應(yīng)能顯示倒計(jì)時(shí)的分鐘和秒數(shù)，此時(shí)按 K1鍵 ， 30 則在 LCD上顯示出設(shè)置畫面。此時(shí)，若： a. 按操作鍵 K2 增加倒計(jì)數(shù)的時(shí)間 1分鐘。 b. 按操作鍵 K3 減少倒計(jì)數(shù)的時(shí)間 1分鐘。 c. 按操作鍵 K4 設(shè)置完成。 鍵盤實(shí)現(xiàn)菜單功能的方法，已在題目 4詳細(xì)說明，不再贅 述。 本題目最大難點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)音樂的播放 。作者利用定時(shí)計(jì)數(shù) 器，通過載入不同的計(jì)數(shù)初值，產(chǎn)生頻率不同的方波，輸入 到蜂鳴器（ S

14、OUNER）中，使其發(fā)出頻率不同的聲音。本設(shè)計(jì) 中單片機(jī)晶振為 1.0592MHz，通過計(jì)算各音階頻率，可得 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7共 7個(gè)音應(yīng)賦給定時(shí)器的初值為 64580、 64684、 64777、 64820、 64898、 64968、 65030。 31 在此基礎(chǔ)上，可將樂曲的簡譜轉(zhuǎn)化為單片機(jī)可以 “ 識(shí)別 ” 的 “ 數(shù)組譜 ” ，進(jìn)一步加入對(duì)音長、休止符等的控制量后， 可以實(shí)現(xiàn)音樂的播放。 3.電路設(shè)計(jì)（ Proteus仿真通過） 本題目制作的帶有 LCD顯示的音樂倒數(shù)計(jì)數(shù)器電路原理圖，如 下頁圖 所示。 32 33 4. Proteus仿真 加載目標(biāo)代碼文件

15、打開元器件單片機(jī)屬性窗口，在 “ Program File”欄中添加上面編譯好的目標(biāo)代碼文件 “ keil-5.hex”；在 “ Clock Frequency”欄中輸入晶振頻率 為 11.0592MHz。 啟動(dòng)仿真如 下頁圖 所示，當(dāng)鬧鐘到達(dá)時(shí)，可以聽見蜂鳴器演 奏的樂曲。再次提示，本題目必須選用蜂鳴器 SOUNDER，否 則不能發(fā)出聲音。 34 35 題目 6 基于數(shù)字溫度傳感器的數(shù)字溫度計(jì) 1. 設(shè)計(jì)要求 利用 數(shù)字溫度傳感器 DS18B20與單片機(jī)結(jié)合來測量溫度。利 用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20測量溫度信號(hào)，計(jì)算后在 LED數(shù) 碼管上顯示相應(yīng)的溫度值。其溫度測量范圍為 55 125

16、 ，精確到 0.5 。數(shù)字溫度計(jì)所測量的溫度采用數(shù)字 顯示，控制器使用單片機(jī) AT89C51，測溫傳感器使用 DS18B20，用 3位共陽極 LED數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn) 溫度顯示。 36 2. 實(shí)驗(yàn)原理 從溫度傳感器 DS18B20可以很容易直接讀取被測溫度值，進(jìn) 行轉(zhuǎn)換即滿足設(shè)計(jì)要求。 DS18B20溫度傳感器 是美國 DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一 種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件 相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過 簡單的編程實(shí)現(xiàn) 9 12位的數(shù)字讀數(shù)方式。 DS18B20的性能如下。 獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信。 多個(gè) DS18

17、B20可以并聯(lián)在串行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn) 組網(wǎng)功能。無須外部器件。 37 可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為 3.0 5.5V。 零待機(jī)功耗。 溫度以 9或 12位的數(shù)字讀數(shù)方式。 用戶可定義報(bào)警設(shè)置。 報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報(bào)警條件 ）的器件。 負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀， 但不能正常工作。 采用 3引腳 PR-35封裝或 8引腳 SOIC封裝。 38 3.電路設(shè)計(jì)（ Proteus仿真通過） 本項(xiàng)目制作的數(shù)字溫度計(jì)電路原理圖，如下所示： 39 4. Proteus仿真 加載目標(biāo)代碼文件 打開元器件單片機(jī)屬性窗口，在 “ Program File”

18、欄中添加上面編譯好的目標(biāo)代碼文件 “ keil-6.hex”；在 “ Clock Frequency”欄中輸入晶振頻率為 11.0592MHz。 啟動(dòng)仿真如 下頁圖 所示，其中， DS18B20窗口顯示的為 當(dāng)前環(huán)境溫度，若調(diào)整 DS18B20旁邊的箭頭，可改變環(huán)境溫度 ，可以看到 LED顯示屏上的溫度值發(fā)生相應(yīng)的變化。 40 41 題目 7 基于熱敏電阻的數(shù)字溫度計(jì) 1. 設(shè)計(jì)要求 使用熱敏電阻類的溫度傳感器件利用其感溫效應(yīng)，將隨被測溫 度變化的電壓或電流用單片機(jī)采集下來，將被測溫度在顯示 器上顯示出來： 測量溫度范圍 50 110 。 精度誤差小于 0.5 。 LED數(shù)碼直讀顯示。 42

19、2 . 實(shí)驗(yàn)原理 本題目使用 鉑熱電阻 PT100，其阻值會(huì)隨著溫度的變化而改變 。 PT后的 100即表示它在 0 時(shí)阻值為 100歐姆，在 100 時(shí)它 的阻值約為 138.5歐姆。廠家提供有 PT100在各溫度下電阻值 值的分度表，在此可以近似取電阻變化率為 0.385/ 。 向 PT100輸入穩(wěn)恒電流，再通過 A/D轉(zhuǎn)換后測 PT100兩端電壓 ，即得到 PT100的電阻值，進(jìn)而算出當(dāng)前的溫度值。 采用 2.55mA的電流源對(duì) PT100進(jìn)行供電，然后用運(yùn)算放大器 LM324搭建的同相放大電路將其電壓信號(hào)放大 10倍后輸入到 AD0804中。利用電阻變化率 0.385/ 的特性，計(jì)算出

20、當(dāng)前 溫度值。 43 3.電路設(shè)計(jì)（ Proteus仿真通過） 44 4. Proteus仿真 首先加載目標(biāo)代碼文件 打開元器件單片機(jī)屬性窗口，在 “ Program File”欄中添加上面編譯好的目標(biāo)代碼文件 “ keil-7.hex”；在 “ Clock Frequency”欄中輸入晶振頻 率為 12MHz。 啟動(dòng)仿真如 圖 所示，其中， PT100旁邊的數(shù)字窗口顯示的為 測定的環(huán)境溫度，通過調(diào)整上下溫度，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫 度的改變。值得注意的是，由于本項(xiàng)目使用的核心測溫器 件 PT100對(duì)溫度存在一定的響應(yīng)時(shí)間，故啟動(dòng)程序后一段 時(shí)間測定的溫度才能穩(wěn)定下來。 45 本題目 測溫誤差 主要

21、由以下幾點(diǎn)引發(fā)： ADC0804為 8位 ADC芯片，精度有限；程序假定 PT100為完全線性 的器件，而即使是廠家推薦的線性值也會(huì)存在一定誤差；運(yùn) 放電路并非絕對(duì)線性。如使用 12位 ADC芯片，采用 “ 四線制 ” 的 PT100接法，采用查表法測定溫度值，將極大提高溫度 的測量精度。 46 47 題目 8 十字路口交通燈控制 1. 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口交通燈控制器。用單片機(jī)控制 LED燈模 擬指示。模擬東西方向的十字路口交通信號(hào)控制情況。東西 向通行時(shí)間為 80s，南北向通行時(shí)間為 60s，緩沖時(shí)間為 3s。 2. 實(shí)驗(yàn)原理 本項(xiàng)目為典型的 LED顯示和中斷定時(shí)電路。利用定時(shí)器 T

22、0 產(chǎn)生每 10ms一次的中斷，每 100次中斷為 1s。對(duì)兩個(gè)方向分 別顯示紅、綠、黃燈，已經(jīng)相應(yīng)的剩余時(shí)間即可。值得注意 的 48 是，需要意識(shí)到， A方向紅燈時(shí)間 =B方向綠燈時(shí)間 +黃燈緩沖 時(shí)間這一常識(shí)。 本項(xiàng)目使用的 MAX7219芯片使用方法請(qǐng)參考題目 3。 3.電路設(shè)計(jì)（ Proteus仿真通過） 本項(xiàng)目制作的十字路口交通燈控制電路原理圖，如 下頁圖 ： 49 50 4.Proteus仿真 51 題目 9 波形發(fā)生器設(shè)計(jì) 1. 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)一個(gè)能產(chǎn)生正弦波、方波、三角波、梯形波、鋸齒 波的波形發(fā)生器。 2. 實(shí)驗(yàn)原理 產(chǎn)生指定波形可以通過 DAC來實(shí)現(xiàn)，不同波形產(chǎn)生實(shí)質(zhì) 上是

23、對(duì)輸出的二進(jìn)制數(shù)字量進(jìn)行相應(yīng)改變來實(shí)現(xiàn)的。本題目 中， 方波信號(hào) 是利用定時(shí)器中斷產(chǎn)生的，每次中斷時(shí)，將輸 出的信號(hào)按位反即可； 三角波信號(hào) 是將輸出的二進(jìn)制數(shù)字信 號(hào)依次加 1，達(dá)到 0 xff時(shí)依次減 1，并實(shí)時(shí)將數(shù)字信號(hào)經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換得到； 鋸齒波 信號(hào)是將輸出的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)依次 52 加 1，達(dá)到 0 xff時(shí)置為 0 x00，并實(shí)時(shí)將數(shù)字信號(hào)經(jīng) D/A轉(zhuǎn)換得 到的； 梯形波 是將輸出的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)依次加 1，達(dá)到 0 xff時(shí) 保持一段時(shí)間，然后依次減 1直至 0 x00，并實(shí)時(shí)將數(shù)字信號(hào)經(jīng) D/A轉(zhuǎn)換得到的； 正弦波 是利用 MATLAB將正弦曲線均勻取樣后，得到等間隔 時(shí)刻

24、的 y方向上的二進(jìn)制數(shù)值，然后依次輸出后經(jīng) D/A轉(zhuǎn)換得 到。 3.電路設(shè)計(jì)（ Proteus仿真通過） 本波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)電路原理圖，如 下頁圖 所示： 53 54 )R2C ( R 1.44f BA 題目 10 電容、電阻參數(shù)單片機(jī)測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1. 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)一個(gè)能測量電容、電阻參數(shù)的測試系統(tǒng)。 2 實(shí)驗(yàn)原理 對(duì)電阻的測量，可將待測電阻與一標(biāo)準(zhǔn)電阻串聯(lián)后接在 +5V的電源上，根據(jù)串聯(lián)分壓原理，利用 ADC測定電阻兩端電 壓后，即可得到其阻值。對(duì)電容的測量，可將其與已知阻值 的電阻 RA和 RB組成基于 NE555的多諧振蕩器如 下頁圖 。其產(chǎn) 生的方波信號(hào)頻率為 ： 、 55 56

25、 故通過測定方波信號(hào)的頻率可以比較精確的測定 C的值 。 測定方 波信號(hào)頻率的方法 ， 請(qǐng)見 題目 11。 3. 電路設(shè)計(jì)（ Proteus仿真通過） 本題目的電容、電阻參數(shù)單片機(jī)測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 電路原理圖 ，見 下頁。 57 58 4. Proteus仿真 測量電阻仿真如下圖所示，但由于 Proteus中 555芯片模 型存在問題，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)電容測量的仿真，且仿真時(shí)必須刪 去 555的電路模塊。 59 題目 11 數(shù)字 頻率計(jì) 1. 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)一個(gè)以單片機(jī)為核心的頻率測量裝置。使用 AT89C51單 片機(jī)的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的定時(shí)和計(jì)數(shù)功能，外部擴(kuò)展 6 位 LED數(shù)碼管，要求累計(jì)每秒進(jìn)入

26、單片機(jī)的外部脈沖個(gè) 數(shù)，用 LED數(shù)碼管顯示出來。 (1)被測頻率 fx 110Hz，采用測周法，顯示頻率 . ； fx 110Hz，采用測頻法，顯示頻率 。 (2)利用鍵盤分段測量和自動(dòng)分段測量。 60 (3)完成單脈沖測量，輸入脈沖寬度范圍是 100s 0.1s。 (4)顯示脈沖寬度要求如下。 Tx 1000s，顯示脈沖寬度 。 Tx 1000s，顯示脈沖寬度 。 2. 實(shí)驗(yàn)原理 測量頻率有測頻法和測周法兩種。 (1)測頻法 ，利用外部電平變化引發(fā)的外部中斷，測算 1s內(nèi) 的波數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率的測定； (2)測周法 ，通過測算某兩次電平變化引發(fā)的中斷之間的時(shí) 間，實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率的測定。簡而言

27、之，測頻法是直接根據(jù)定義測 定頻率，測周法是通過測定周期間接測定頻率。 61 理論上，測頻法適用于較高頻率的測量，測周法適用于較 低頻 率的測量。 經(jīng)過調(diào)校，在測量低頻信號(hào)時(shí)，本項(xiàng)目中測頻法精度已高 于測 周法，故舍棄測周法，全量程采用測頻法。 3. 電路設(shè)計(jì)（ Proteus仿真通過） 以單片機(jī)為核心的頻率計(jì)電路原理圖，如 下頁圖 所示： 62 63 4. Proteus仿真 加載目標(biāo)代碼文件 打開元器件單片機(jī)屬性窗口，在 “ Program File”欄中添加上面編譯好的目標(biāo)代碼文件 “ keil-16.hex”；在 “ Clock Frequency”欄中輸入晶振頻率 為 12MHz。

28、啟動(dòng)仿真如 后兩頁 圖（ a)和 圖（ b)所示 : 64 圖（ a) 仿真 1 65 圖（ b) 仿真 2 66 題目 12 8位競賽搶答器的設(shè)計(jì) 1.設(shè)計(jì)要求 以單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)一個(gè) 8位競賽搶答器：同時(shí)供 8名選手 或 8個(gè)代表隊(duì)比賽，分別用 8個(gè)按鈕 S0 S7表示。 設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān) S，開關(guān)由主持人控制。 搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按按鈕，鎖存相應(yīng)的編號(hào) ，并在優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。 搶答器具有定時(shí)搶答功能，且一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定 （如 30秒）。 67 當(dāng)主持人啟動(dòng) “ 開始 ” 鍵后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)，同時(shí) 揚(yáng)聲器發(fā)出短暫

29、的聲響，聲響持續(xù)的時(shí)間為 0.5s左右。 參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器 停止工作，顯示器上顯示選手的編號(hào)和搶答的時(shí)間，并保持 到主持人將系統(tǒng)清除為止。 如果定時(shí)時(shí)間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報(bào) 警并禁止搶答，定時(shí)顯示器上顯示 00。 2. 實(shí)驗(yàn)原理 通過鍵盤改變搶答的時(shí)間，原理與鬧鐘時(shí)間的設(shè)定相同 ，將定時(shí)時(shí)間的變量置為全局變量后，通過鍵盤掃描程序使 每按下一次按鍵，時(shí)間加 1（超過 30時(shí)置 0）。同時(shí)單片機(jī) 68 不斷進(jìn)行按鍵掃描，當(dāng)參賽選手的按鍵按下時(shí)，用于產(chǎn)生時(shí) 鐘信號(hào)的定時(shí)計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，同時(shí)將選手編號(hào)（按鍵號(hào) ）和搶答時(shí)間分別顯示在 LED上。 3. 電

30、路設(shè)計(jì)（ Proteus仿真通過） 8位競賽搶答器的設(shè)計(jì)電路原理圖，如 下頁圖 所示： 69 70 4. Proteus仿真 加載目標(biāo)代碼文件 打開元器件單片機(jī)屬性窗口，在 “ Program File”欄中添加上面編譯好的目標(biāo)代碼文件 “ keil-19.hex”；在 “ Clock Frequency”欄中輸入晶振頻率 為 12MHz。仿真：單擊按鈕，啟動(dòng)仿真，結(jié)果如 下頁圖 所示 : 71 72 題目 13 單詞記憶測試器程序設(shè)計(jì) 1. 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)一個(gè)以單片機(jī)為核心的單詞記憶測試器： 實(shí)現(xiàn)單詞的錄入（為使程序具有可演示性，單詞不少于 10個(gè)）。 單詞用按鍵控制依次在屏幕上顯示，按鍵選

31、擇認(rèn)識(shí)還是 不認(rèn)識(shí)，也可以直接進(jìn)入下一個(gè)或者上一個(gè)。 單詞背完后給出正確率。 2. 實(shí)驗(yàn)原理 本題目實(shí)質(zhì)上是一個(gè)具有一定復(fù)雜程度鍵盤掃描程序，可 73 將單詞存儲(chǔ)在一個(gè)二維數(shù)組中，按 “ 確定 ” 鍵開始程序后，次 顯示 0行的數(shù)組，即第一個(gè)單詞。之后按下 “ 向上 ” 按鍵，顯 示上一行數(shù)組，即上一個(gè)單詞； 按下 “ 向下 ” 按鍵，顯示下一行數(shù)組，即下一個(gè)單詞。當(dāng) 顯示的行數(shù)超過 9時(shí)，程序結(jié)束，并通過按 “ 確認(rèn) ” 的次數(shù)， 計(jì)算出正確率。 3.電路設(shè)計(jì)（ Proteus仿真通過） 本項(xiàng)目制作的單詞記憶測試器程序設(shè)計(jì)電路如 下頁圖 所示 。 74 75 4. Proteus仿真 加載目

32、標(biāo)代碼文件 打開元器件單片機(jī)屬性窗口，在 “ Program File”欄中添加上面編譯好的目標(biāo)代碼文件 “ keil- 18.hex”；在 “ Clock Frequency”欄中輸入晶振頻率為 11.0592MHz。 啟動(dòng)仿真如 下頁圖 (a)-(c)所示 : 76 圖（ a） 單詞記憶測試器程序設(shè)計(jì)啟動(dòng)界面仿真效果圖 圖（ b） 單詞記憶測試器程序設(shè)計(jì)測試界面仿真效果圖 圖（ c） 單詞記憶測試器程序設(shè)計(jì)正確率顯示界面仿真效果 77 題目 14 數(shù)字電壓表設(shè)計(jì) 1. 設(shè)計(jì)要求 以單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電壓表。采用中斷方式，對(duì) 2路 0 5V的模擬電壓進(jìn)行循環(huán)采集，采集的數(shù)據(jù)送 LED

33、顯示，并 存入內(nèi)存。超過界限時(shí)指示燈閃爍。 2. 實(shí)驗(yàn)原理 本題目本質(zhì)上是以單片機(jī)為控制器， ADC0809為 ADC器件的 AD 轉(zhuǎn)換電路，設(shè)計(jì)要求的電壓顯示，是對(duì) ADC采集所得信號(hào)的進(jìn)一 步處理。 為得到可讀的電壓值，需根據(jù) ADC的原理，對(duì)采集所得的 78 信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，并顯示在 LED上。本項(xiàng)目中 ADC0809的參考電壓為 +5V，根據(jù)定義，采集所得的二進(jìn)制信號(hào) addata所指代的電壓值 為 : 而若將其顯示到小數(shù)點(diǎn)后兩位，不考慮小數(shù)點(diǎn)的存在（將其乘以 100），其計(jì)算的數(shù)值為： 。將小數(shù)點(diǎn)顯示在第二位數(shù)碼管上，即為實(shí)際的電壓。 V 5256a dda ta V 1.96a dd

34、 a t aV 5256 100a dd a t a 79 本示例程序?qū)?1.25 V和 2.5 V作為兩路輸入的報(bào)警值，反映在 二進(jìn)制數(shù)字上，分別為 0 x40和 0 x80。當(dāng) AD結(jié)果超過這一數(shù) 值時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)二極管閃爍和蜂鳴器發(fā)聲。 3. 電路設(shè)計(jì)（ Proteus仿真通過） 本單片機(jī)數(shù)字電壓表電路原理圖，如 下頁圖 所示： 80 81 4. Proteus仿真 加載目標(biāo)代碼文件 打開元器件單片機(jī)屬性窗口，在 “ Program File”欄中添加上面編譯好的目標(biāo)代碼文件 “xxxxx.hex；在 “ Clock Frequency”欄中輸入晶振頻率為 12MHz。 ADC0809的時(shí)

35、鐘信號(hào)設(shè)置為 640kHz。 啟動(dòng)仿真，如 下頁圖 所示，當(dāng)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器時(shí)，可觀察 到顯示的電壓發(fā)生變化，且兩路輸入電壓的測算值交替顯示 . 。當(dāng)任一路電壓輸入超過預(yù)設(shè)值時(shí)， LED顯示器閃爍，蜂鳴器 發(fā)聲。由于 8位 AD芯片精度有限，其誤差大約在幾十 mV左右。 82 83 題目 15 可編程作息時(shí)間控制器設(shè)計(jì) 1. 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)一個(gè)以單片機(jī)為核心的可編程作息時(shí)間控制器： 按照給定的時(shí)間模擬控制，實(shí)現(xiàn)廣播、上下課打鈴、燈光控 制（屏幕顯示） ,同時(shí)具備日期和時(shí)鐘顯示。 2. 實(shí)驗(yàn)原理 本題目原理與題目 4相同，程序是在題目 4的基礎(chǔ)上將定 時(shí)鬧鐘改造為 4路可調(diào)鬧鐘，從而實(shí)現(xiàn)打鈴等功能

36、。當(dāng)四路 鬧鐘中的任一路到時(shí)，均會(huì)點(diǎn)亮燈、打鈴。如有需求，可對(duì) 84 程序進(jìn)行調(diào)整，增加鬧鐘的路數(shù)，及到時(shí)后的處理方式。 題目中 4個(gè)按鍵的功能分別為：設(shè)置限制的時(shí)間 /時(shí)的調(diào) 整、顯示鬧鐘設(shè)置的時(shí)間 /分的調(diào)整、設(shè)置鬧鐘的時(shí)間 /設(shè)置 完成、鬧鐘更換。 3. 電路設(shè)計(jì)（ Proteus仿真通過） 本可編程作息時(shí)間控制器程序設(shè)計(jì)電路原理圖，如 下頁 圖 所示： 85 86 4. Proteus仿真 加載目標(biāo)代碼文件 打開元器件單片機(jī)屬性窗口，在 “ Program File”欄中添加上面編譯好的目標(biāo)代碼文件 “ keil-17.hex”；在 “ Clock Frequency”欄中輸入晶振頻率

37、 為 11.0592MHz。 啟動(dòng)仿真如 下頁圖 所示，當(dāng)四路鬧鐘中的任一路到時(shí)， 均會(huì)點(diǎn)亮燈、打鈴。 87 88 題目 16 節(jié)日彩燈控制器的設(shè)計(jì) 1. 設(shè)計(jì)要求 以單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)一個(gè)節(jié)日彩燈控制器： P1.2開始，按此鍵則燈開始流動(dòng)（由上而下）。 P1.3停止，按此鍵則停止流動(dòng)，所有燈為暗。 P1.4上，按此鍵則燈由上向下流動(dòng)。 P1.5下，按此鍵則燈由下向上流動(dòng)。 2. 實(shí)驗(yàn)原理 本題目本質(zhì)上是由按鍵控制功能的流水燈， LED工作的方 式通過鍵盤的掃描實(shí)現(xiàn)。其中的 LED采取共陽極接法，通過 89 依次向連接 LED的 /口送出低電平，可實(shí)現(xiàn)題目要求的功 能。 3. 電路設(shè)計(jì)（ Pr

38、oteus仿真通過） 本節(jié)日彩燈控制器電路原理圖，如 下頁圖 所示，各按鍵 功能與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求相同： 90 91 4. Proteus仿真 加載目標(biāo)代碼文件 打開元器件單片機(jī)屬性窗口，在 “ Program File”欄中添加上面編譯好的目標(biāo)代碼文件 “ keil- 1.hex”；在 “ Clock Frequency”欄中輸入晶振頻率為 12MHz。 啟動(dòng)仿真如 下頁圖 所示 : 92 93 題目 17 雙機(jī)之間的串行通信設(shè)計(jì) 1. 設(shè)計(jì)要求 兩片單片機(jī)利用串行口進(jìn)行串行通信：串行通信的波特率 可從鍵盤進(jìn)行設(shè)定，可選的波特率為 1200、 2400、 4800和 9600bit/s。串行口工

39、作方式為方式 1的全雙工串行通信。 2. 實(shí)驗(yàn)原理 兩個(gè)單片機(jī)之間進(jìn)行通訊波特率的設(shè)定，最終歸結(jié)到對(duì)定 時(shí)計(jì)數(shù)器 T1計(jì)數(shù)初值 TH1、 TL1進(jìn)行設(shè)定。故本題目本質(zhì)上是 通過鍵盤掃描得到設(shè)定的波特率，從而載入相應(yīng)的 T1計(jì)數(shù)初 值 TH1、 TL1實(shí)現(xiàn)的。示例程序中將 0 xaa從主機(jī)傳輸?shù)綇臋C(jī) ， 94 并顯示在從機(jī)的數(shù)碼管上實(shí)現(xiàn)串口通訊的驗(yàn)證。 如串口通訊線路過長，可考慮采用 MAX232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，以 延長傳輸距離。值得注意的是，為了減少計(jì)算載入初值時(shí)的誤差 ，本項(xiàng)目最好采取 11.0592MHz的晶振。 3. 電路設(shè)計(jì)（ Proteus仿真通過） 兩個(gè)單片機(jī)之間的串行通信接口設(shè)計(jì)電

40、路原理圖，如 下頁圖 所示： 95 96 4. Proteus仿真 加載目標(biāo)代碼文件 打開元器件單片機(jī)屬性窗口，在 “ Program File”欄中添加上面編譯好的目標(biāo)代碼文件 “ master.hex”或 slave.hex；在 “ Clock Frequency”欄中 輸入晶振頻率為 11.0592MHz。 啟動(dòng)仿真如 下頁圖 所示，當(dāng)二極管間隔點(diǎn)亮?xí)r，表明通訊 成功 : 97 98 題目 18 電子琴設(shè)計(jì) 1. 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)一個(gè)電子琴。利用所給鍵盤的 1， 2， 3， 4， 5， 6， 7 ， 8八個(gè)鍵，能夠發(fā)出 8個(gè)不同的音調(diào)，并且要求按下按鍵發(fā) 聲，松開延時(shí)一段時(shí)間停止，中間再按

41、別的鍵則發(fā)另一音調(diào) 的聲音。 2. 實(shí)驗(yàn)原理 當(dāng)系統(tǒng)掃描到鍵盤上有鍵被按下，則快速檢測出是哪一 個(gè)鍵被按下，然后單片機(jī)的定時(shí)器被啟動(dòng)，發(fā)出一定頻率的 脈沖，該頻率的脈沖輸入到蜂鳴器后，就會(huì)發(fā)出相應(yīng)的音調(diào) 。 99 如果在前一個(gè)按下的鍵發(fā)聲的同時(shí)有另一個(gè)鍵被按下， 則啟用中斷系統(tǒng)，前面鍵的發(fā)音停止，轉(zhuǎn)到后按的鍵的發(fā)音 程序，發(fā)出后按的鍵的音調(diào)。關(guān)于發(fā)聲原理，參見題目 5。 3. 電路設(shè)計(jì)（ Proteus仿真通過） 本電子琴設(shè)計(jì)電路原理圖，如 下頁圖 所示： 100 101 4. Proteus仿真 加載目標(biāo)代碼文件 打開元器件單片機(jī)屬性窗口，在 “ Program File”欄中添加上面編譯好

42、的目標(biāo)代碼文件 “ keil-23.hex”；在 “ Clock Frequency”欄中輸入晶振頻率 為 11.0592MHz。 啟動(dòng)仿真如 下頁圖 所示，依次按下各按鍵可聽見不同的 音階 : 102 103 題目 19 數(shù)字音樂盒的設(shè)計(jì) 1. 設(shè)計(jì)要求 以單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字音樂盒： 利用 I/O口產(chǎn)生一定頻率的方波，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，發(fā)出不同 的音調(diào)，從而演奏樂曲（最少 3首樂曲，每首不少于 30s）。 采用 LCD顯示信息。 a. 開機(jī)時(shí)有英文歡迎提示字符，播放時(shí)顯示歌曲序號(hào) （或名稱）。 b. 可通過功能鍵選擇樂曲、暫停、播放。 104 2. 電路設(shè)計(jì)（ Proteus仿真通過） 本

43、數(shù)字音樂盒的電路設(shè)計(jì)原理圖，如下圖所示。 105 3. Proteus仿真 加載目標(biāo)代碼文件 打開元器件單片機(jī)屬性窗口，在 “ Program File”欄中添加上面編譯好的目標(biāo)代碼文件 “ keil-24.hex”；在 “ Clock Frequency”欄中輸入晶振頻率 為 11.0592MHz。 啟動(dòng)仿真如 下頁圖 所示，其中，液晶顯示器顯示的為當(dāng) 前樂曲等信息，同時(shí)可聽見音樂的播放聲 106 數(shù)字音樂盒的設(shè)計(jì)仿真液晶顯示效果圖 107 題目 20 單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī) 1. 設(shè)計(jì)要求 采用單片機(jī)控制一個(gè)三相單三拍的步進(jìn)電機(jī)工作。步進(jìn) 電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向由正反轉(zhuǎn)控制信號(hào)控制。步進(jìn)電機(jī)的步數(shù)由

44、鍵盤輸入，可輸入的步數(shù)分別為 3、 6、 9、 12、 15、 18、 21 、 24和 27步，且鍵盤具有鍵盤鎖功能，當(dāng)鍵盤上鎖時(shí)，步進(jìn) 電機(jī)不接受輸入步數(shù)，也不會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)。只有當(dāng)鍵盤鎖打開并輸 入步數(shù)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)才開始工作。 電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候有正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)指示燈指示。 電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，如果過熱，則電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí) 108 紅色指示燈亮，同時(shí)警報(bào)響。 本題目的關(guān)鍵之處是 ：如何生成 控制步進(jìn)電機(jī)的脈沖序列。 2. 實(shí)驗(yàn)原理 步進(jìn)電機(jī)的不同驅(qū)動(dòng)方式，都是在工作時(shí)，脈沖信號(hào)按一 定順序輪流加到三相繞組上，從而實(shí)現(xiàn)不同的工作狀態(tài)。由于 通電順序不同，其運(yùn)行方式有 三相單三相拍、三相雙三拍和三 相單、雙

45、六拍 三種（注意：上面 “ 三相單三拍 ” 中的 “ 三相 ” 指定子有三相繞組； “ 拍 ” 是指定子繞組改變一次通電方式； “ 三拍 ” 表示通電三次完成一個(gè)循環(huán)。 “ 三相雙三拍 ” 中的 “ 雙 ” 是指同時(shí)有兩相繞組通電）。 109 （ 1）三相單三拍運(yùn)行方式 ： 下頁圖 所示為反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng) 機(jī)工作原理圖，若通過脈沖分配器輸出的第一個(gè)脈沖使 A相 繞組通電， B,C相繞組不通電，在 A相繞組通電后產(chǎn)生的磁場 將使轉(zhuǎn)子 上產(chǎn)生反應(yīng)轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子的 1、 3齒將與定子磁極對(duì) 齊，如果 圖（ a） 所示。第二個(gè)脈沖到來，使 B相繞組通電， 而 A、 C相繞組不通電； B相繞組產(chǎn)生的磁場將 使

46、轉(zhuǎn)子的 2、 4 齒與 B相磁極對(duì)齊，如 圖（ b） 所示，與 圖（ a） 相比，轉(zhuǎn)子 逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)角度。第三個(gè)脈沖到來后，是 C相繞 組通電，而 A、 B相不通電，這時(shí)轉(zhuǎn)子的 1、 3齒會(huì)與 C組對(duì)齊 ，轉(zhuǎn)子的位置如 圖（ c)所示，與 圖（ b)比較，又逆時(shí)針轉(zhuǎn)過 了一個(gè)角度。 110 圖 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作原理圖 111 當(dāng)脈沖不斷到來時(shí)，通過分配器使定子的繞組按著 A相 -B 相 -C相 -A相 的規(guī)律不斷地接通與斷開，這時(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 的轉(zhuǎn)子就連續(xù)不停地一步步的逆時(shí) 針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。如果改變步 進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，只要將定子各繞組通電的順序改為 A相 - -C相 -B相 -A相，轉(zhuǎn)

47、子轉(zhuǎn)動(dòng)方向即改為順時(shí)針方向。 單三拍分配方式時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由 A相通電轉(zhuǎn)換到 B相同點(diǎn) ，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，稱為一步。這時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過 的角度是 30度。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每一步轉(zhuǎn)過的角度稱為 步距角 。 112 （ 2）三相雙三拍運(yùn)行方式三相雙三拍運(yùn)行方式： 每次都有 兩個(gè)繞組通電，通電方式是 AB-BC-CA-AB ，如果通電順 序改為 AB-CA-BC-AB 則步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。雙三拍分配方式 時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角也是 30度 （ 3）三相單，雙六拍運(yùn)行方式： 三相六拍分配方式就是每 個(gè)周期內(nèi)有 六個(gè)通電狀態(tài) 。這六中通電狀態(tài)的順序可以使 A- AB-B-BC-C-CA-A 或者 A- C

48、A-C-BC-B-AB-A 六拍通電方式中，有一個(gè)時(shí)刻兩個(gè)繞組同時(shí)通電，這是轉(zhuǎn)子齒 的位置將位于通電的兩相的中間位置。在三相六拍分配 方式 下，轉(zhuǎn)子每一步轉(zhuǎn)過的角度只是三相三拍方式下的一半，步距 角是 15度 。 113 單三拍運(yùn)行的突出問題是每次只有一相繞組通電，在轉(zhuǎn)換過 程中，一相繞組斷電，另一相繞組通電，容易發(fā)生失步；另外單 靠一相繞組通電吸引轉(zhuǎn)子，穩(wěn)定性不好，容易在平衡位置附近震 蕩，故用的較少。 雙三拍運(yùn)行的特點(diǎn)是每次都有兩相繞組通電，且在轉(zhuǎn)換過程 中始終有一相繞組保持通電狀態(tài)，因此工作穩(wěn)定，且步距角與單 三拍相同。 六拍運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換時(shí)始終有一相繞組通電，且步距角較小， 故工作穩(wěn)定性

49、好，但電源較復(fù)雜，實(shí)際應(yīng)用較多。 3. 電路設(shè)計(jì)（ Proteus仿真通過） 本單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)電路原理圖，如 下頁圖 所示： 114 115 4. Proteus仿真 加載目標(biāo)代碼文件 打開元器件單片機(jī)屬性窗口，在 “ Program File”欄中添加上面編譯好的目標(biāo)代碼文件 “ keil-1.hex”；在 “ Clock Frequency”欄中輸入晶振頻率 為 12MHz。 啟動(dòng)仿真，各按鍵功能如 下頁圖 所注，根據(jù)題目要求， 只有當(dāng)開關(guān)合上時(shí)，步進(jìn)電機(jī)才工作。 116 117 題目 21 單片機(jī)控制直流電動(dòng)機(jī) 1. 設(shè)計(jì)要求 采用單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)控制直流電機(jī)并測量轉(zhuǎn)速的裝置。單 片機(jī)

50、擴(kuò)展有 A/D轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809和 D/A轉(zhuǎn)換芯片 DAC0832。 （ 1）通過改變 A/D輸入端可變電阻來改變 A/D的輸入電壓 ， D/A輸入檢測量大小，進(jìn)而改變直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 （ 2）手動(dòng)控制。在鍵盤上設(shè)置兩個(gè)按鍵 直流電動(dòng)機(jī)加 速鍵和直流電機(jī)減速鍵。在手動(dòng)狀態(tài)下，每按一次鍵，電機(jī)的 轉(zhuǎn)速按照約定的速率改變。 （ 3）鍵盤列掃描（ 4 6）。 118 2. 實(shí)驗(yàn)原理 本題目難點(diǎn)是對(duì)直流電機(jī)的控制。與步進(jìn)電機(jī)類似，直流 電機(jī)也可精確地控制旋轉(zhuǎn)速度或轉(zhuǎn)矩。 直流電機(jī)是通過兩個(gè)磁場的互作用產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。其結(jié)構(gòu)如 下 頁圖 所示，固定部分（定子）上，裝設(shè)了一對(duì)直流勵(lì)磁的靜 止的主磁極 N和

51、 S，在旋轉(zhuǎn)部分（轉(zhuǎn)子）上裝設(shè)電樞鐵心。定 子與轉(zhuǎn)子之間有一氣隙。在電樞鐵心上放置了由 A和 X 兩根導(dǎo) 體連成的電樞線圈，線圈的首端和末端分別連到兩個(gè)圓弧形 的銅片上，此銅片稱為換向片。 119 圖 有刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 120 換向片之間互相絕緣，由換向片構(gòu)成的整體稱為換向器。 換向器固定在轉(zhuǎn)軸上，換向片與轉(zhuǎn)軸之間亦互相絕緣。在換向 片上放置著一對(duì)固定不動(dòng)的電刷 B1和 B2，當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞 線圈通過換向片和電刷與外電路接通。 定子通過永磁體或受激勵(lì)電磁鐵產(chǎn)生一個(gè)固定磁場，由于 轉(zhuǎn)子由一系列電磁體構(gòu)成，當(dāng)電流通過其中一個(gè)繞組時(shí)會(huì)產(chǎn)生 一個(gè)磁場。對(duì)有刷直流電機(jī)而言，轉(zhuǎn)子上的換向器和定子

52、的電 刷在電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)為每個(gè)繞組供給電能。通電轉(zhuǎn)子繞組與定子磁 體有相反極性，因而相互吸引，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)至與定子磁場對(duì)準(zhǔn) 的位置。當(dāng)轉(zhuǎn)子到達(dá)對(duì)準(zhǔn)位置時(shí)，電刷通過換向器為下一組繞 組供電，從而使轉(zhuǎn)子維持旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。如 下頁圖 所示。 121 122 直流電機(jī)的速度與施加的電壓成正比，輸出轉(zhuǎn)矩則與電 流成正比。由于必須在工作期間改變直流電機(jī)的速度，直流 電機(jī)的控制是一個(gè)較困難的問題。直流電機(jī)高效運(yùn)行的最常 見方法是施加一個(gè) PWM（脈寬調(diào)制）方波，其占空比對(duì)應(yīng)于 所需速度。電機(jī)起到一個(gè)低通濾波器作用，將 PWM信號(hào)轉(zhuǎn)換為 有效直流電平。特別是對(duì)于微處理器驅(qū)動(dòng)的直流電機(jī)，由于 PWM信號(hào)相對(duì)容易產(chǎn)生，這種

53、驅(qū)動(dòng)方式使用的更為廣泛。 本項(xiàng)目的示例程序?yàn)榱四軌蜓菔?DAC0832的使用，未使用 PWM驅(qū)動(dòng)方式。而是利用直流電機(jī)的速度與施加電壓成正比的 原理，通過滑動(dòng)變阻器向 ADC0809輸入控制電壓信號(hào)，經(jīng) AD后 ，輸入到 AT89C51中， AT89C51將此信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給 DAC0832，通過 123 功放電路放大后，驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)。需要注意的是，本題目使用 的 Proteus版本，未提供 ADC0809的仿真模型，這里以引腳、功 能與之相同的 ADC0808代替。同時(shí)， DAC0832也可以用引腳、功 能相同的 DAC0830代替。 ADC0809與 DAC0832在教材中已有詳細(xì) 介紹，在此不

54、再敘述。按照其時(shí)序圖，如 下頁圖 和 后頁圖 操作 即可。 124 圖 ADC0808時(shí)序圖 125 圖 DAC0830時(shí)序 126 3. 電路設(shè)計(jì)（ Proteus仿真通過） 本項(xiàng)目制作的用單片機(jī)控制直流電動(dòng)機(jī)并測量轉(zhuǎn)速電路原理 圖，如 下頁圖 所示： 127 圖 用單片機(jī)控制直流電動(dòng)機(jī)的電路原理圖 128 4. Proteus仿真 加載目標(biāo)代碼文件 打開元器件單片機(jī)屬性窗口，在 “ Program File”欄中添加上面編譯好的目標(biāo)代碼文件 “ keil-12.hex”；在 “ Clock Frequency”欄中輸入晶振頻率 為 12MHz。 ADC0809的時(shí)鐘信號(hào)設(shè)置為 640kHz。 啟動(dòng)仿真如 下頁圖 所示，各按鍵功能如圖中所注， LED 中顯示的為當(dāng)前電壓的數(shù)字信號(hào)值，即當(dāng)前轉(zhuǎn)速的檔位（ 0- 256），通過調(diào)整從滑動(dòng)變阻器輸出的電壓值，可以觀察到 直流電機(jī)不同的轉(zhuǎn)速。 129 圖 用單片機(jī)控制直流電動(dòng)機(jī)仿真效果圖