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1、单片机系统课程设计指导手册（适用专业：电子工程、自动化、通信工程）机电信息工程学院2008年 2月 28日目 录一、单片机系统课程设计目的与要求4二、单片机系统课程设计时间安排4三、电子装置设计的一般步骤5四、课程设计过程学生考勤管理办法5五、单片机系统课程设计报告要求及撰写规范6六、单片机系统课程设计答辩7七、单片机系统课程设计成绩评定办法7附件1 题目说明及要求81.电子万年历82.点阵显示器113.IC卡读写器134.射频卡读写器155.交通信号灯控制器186.微型打印机接口207.语音存储与播放228.步进电机脉冲分配器249.电子计算器2610.频率计2711.抢答计分系统2912.
2、信号发生器3113.标准电流信号发生器3214.直流电机调速系统3415.简易温度控制器3516.数字电压表3817.数显表4018.高精度免校对时钟及报时器4219.全自动洗衣机控制器4620.电容检测装置4821.出租车计价器5022.乒乓球游戏机5323.简易无线数传机5424. RS485构成单片机网络5725.电饭煲控制器6126.超声波测距6227.简易数字经纬度测量仪6428.简易调节器6629.红外收发器6730.简易电子琴69附件2 单片机系统课程设计大纲71一、单片机系统课程设计目的与要求课程设计是一项综合性实践教学环节，是对理论课程和实验课程的综合和补充。它主要使学生加深
3、对理论的理解，训练学生如何综合运用学过的理论和技能去分析解决实际问题的能力，从而增强学生的实践能力和创新能力。单片机系统课程设计是在微型计算机原理与接口技术、单片机原理与应用等课程基础上，由学生独立完成一个较为完整的实践性微机应用系统设计。通过设计，使学生掌握微机系统以及常用接口电路的设计及调试方法，掌握常用工具软件的使用方法，熟悉如何用汇编语言和或C语言管理硬件设备等。通过课程设计，训练学生如何综合运用所学知识去分析和解决实际问题，掌握微机系统硬件和软件设计及调试的基本过程，并学习如何撰写总结报告，以培养学生严谨的工作作风和科学态度以及探索创新精神。指导教师负责课程设计的任务布置、设计指导和
4、成绩评定。课程设计任务包括题目名称、设计要求、技术手段、参考文献等。学生在接受任务以后，进行系统的方案选择、系统设计、电路板设计、监控软件设计以及系统的安装调试等工作，最后写出设计报告。本课程设计可两人一组，选择同一个题目。二、单片机系统课程设计时间安排单片机系统课程设计时间为15天（三周），建议时间分配如下：第1天：分析理解设计任务要求，选择CPU及外围设备型号，设计系统框图。第23天：设计并绘制系统原理图（用Protel软件）。第4天：按原理图绘制印刷电路板图并制版。（可选，若无此项，将此项时间纳入下一项）第5天：绘制系统管理软件流程图并编制程序。第69天：软件调试。第1013天：系统安装
5、调试。第14天：编写系统说明书（包括软件和硬件）。第15天：答辩。三、电子装置设计的一般步骤 电子装置设计一般遵循如下步骤：1、接受设计任务：接受任务后，充分理解设计任务及要求，分析系统功能、性能指标、人机接口等内容。2、方案选择：根据系统要求，确定系统功能，在完成设计要求的前提下，充分考虑系统成本、安装调试、系统维护等因素，给出最佳设计方案。3、系统外观设计：确定显示模式和操作方式，从实用出发，设计机器外型（外壳）、人机接口、外形尺寸等。4、系统硬件原理图设计：除完成系统主要功能外，还应考虑降低系统成本，提高可靠性能，方便安装调试等。5、元器件选择：考虑元件封装形式、性能等。6、印刷电路板设
6、计与制作：根据装置外形尺寸，设计电路板。在布线和元件布置允许的情况下，尽量减小板面，以降低制版费用，同时，还应考虑系统抗干扰等问题。7、电路板安装调试：初次安装，应先焊接插座，之后插入元件。焊接时还应注意不要连焊、反焊、漏焊、虚焊等。安装完成后，编制一段小程序进行输入输出调试，以验证系统是否开始工作。8、软件编制与调试：程序最好模块化处理，注意节省内存。调试时，按模块进行调试，最后联调。四、课程设计过程学生考勤管理办法课程设计指定地点在综合楼8楼和6楼。在课程设计期间，学生应遵守学校作息时间。学生请假需经指导教师同意，并按学校规定办理请假手续，否则以旷课处理。每天早、午签到，其它时间由指导教师
7、随机点名12次。学生在课程设计期间使用的设备和工具按实名制借用，若因责任事故造成的设备或工具丢失或损坏，应酌情赔偿。若设备发生故障，应及时报告，不得擅自修理。未经老师允许，学生不得将实验室的任何设备、工具等带回宿舍使用。设备或工具使用完后，须归还实验室。严格禁止学生在计算机房或实验室玩游戏，每发现一次，则课程设计成绩降低一个等级（五级分制）。实验室内不得大声喧哗，严禁吃任何食物，严禁吸烟，各班级每日安排卫生清扫。五、单片机系统课程设计报告要求及撰写规范课程设计报告是学生所作设计的说明文件，其目的是使学生在完成设计、安装、调试后，在归纳技术文档、撰写科学技术总结报告方面得到训练。通过撰写课程设计
8、说明书，不仅可以把设计、调试过程进行全面总结，而且还可以把实践内容提升到理论高度。报告格式要求如下：1、统一的封面含课程设计课题名称、专业、班级、姓名、学号、指导教师等。2、设计任务和技术要求由指导教师在选题时提供给学生。3、课程设计总结报告正文正文可按章节来撰写，应含以下内容： 方案选择：根据题目要求，给出总体初设方案并阐述理由。 硬件原理电路图的设计及分析：各部分电路的设计思想及功能特性及原理电路图。 程序设计与分析：各模块程序的设计、完整的程序框图。 系统评价：硬件设计、软件设计及系统的实用价值、功能、精度、特点以及不足等方面进行分析与评价，提出改进方案。心得体会：总结本人在设计、安装及
9、调试过程中的收获和体会以及对设计过程的建议等。4、按统一格式列出主要参考文献：参考文献必须是学生在课程设计中真正阅读过和运用过的，文献按照在正文中的出现顺序排列。各类文献的书写格式如下： 图书类的参考文献序号 作者名书名（版次）出版单位，出版年,引用部分起止页码。 翻译图书类的参考文献序号 作者名书名译者（版次）出版单位，出版年：引用部分起止页码。 期刊类的参考文献序号 作者名文集名期刊名年，卷（期）：引用部分起止页码。5、说明书总篇幅一般不超过15页。6、排版要求课程设计说明书用A4纸打印，各级标题四号宋体加粗，正文文字小四号宋体，程序用五号字，英文用Times New Roman，严禁抄袭
10、，如有雷同者，均按不及格论处。六、单片机系统课程设计答辩答辩是课程设计中一个重要的教学环节，通过答辩可使学生进一步发现设计中存在的问题，进一步搞清尚未弄懂的、不甚理解的或未曾考虑到的问题，从而取得更大的收获，圆满地达到课程设计的目的与要求。1、答辩资格按计划完成课程设计任务，经指导教师验收通过者，方获得参加答辩资格。2、答辩小组组成课程设计答辩小组由23名教师组成。3、答辩答辩小组应在答辩前认真审阅学生课程设计成果，为答辩作好准备，答辩中，学生须报告自己设计的主要内容（约5分钟），并回答指导老师提出的34个问题。每个学生答辩时间约15分钟。七、单片机系统课程设计成绩评定办法学生的最终根据学生平
11、日表现、课程设计成果、报告撰写以及答辩情况，进行综合评定。成绩分优秀、良好、中等、及格，不及格五个等级，不及格的学生跟下一年级重作。附件1 题目说明及要求1.电子万年历一、 设计任务设计一个具有报时功能、停电正常运行（来电无需校时）、带有年月日、时分秒及星期显示的电子日历。二、 任务分析电子万年历是日常生活中常见的小型电子产品，其形式多种多样，小到带有日期的电子腕表，大到公共场所悬挂的大型电子日历，此外，眼下我们还常能在宾馆、饭店等场所见到一种带有年、月、日、时、分、秒、星期甚至节气等信息的电子日历牌。电子日历的主要功能是给人们提供时间和日期信息，无论其形式如何，从外部都可分为显示和校准两部分
12、。为使电子日历协调工作，整个系统从功能上可分为实时时钟、显示和键盘三个模块，分别完成时间和日期的计算以及人机交互的管理等。三、 方案选择1. 实时时钟部分实时时钟（RTC：Real Time Clock）是系统的核心，其运行精度直接影响产品质量。实时时钟的实现有两种方案可选，一是利用单片机系统时钟和中断完成时间和日期的计算；二是利用专用时钟芯片。前者不用附加芯片，系统简单，但是累计误差较大，只有短时计时才可使用。长时间计时一般都采用后者。后者采用32.768KHz晶体振荡器振作为脉冲源，内部的15位计数器刚好产生标准秒脉冲。该类芯片除时钟计时外，还有年月日和星期的计算功能，并且还可计算闰年。芯
13、片初始化后可脱离CPU自动运行，有些芯片内部带有电池，出厂时芯片即开始运行。专用时钟芯片的种类很多，与CPU的通信方式有并行，也有串行。常见的芯片有DALLAS 公司生产的DS1302和DS12887，前者为串行，需要外加后备电池；后者为并行，芯片内置锂电池和晶体振荡器，无外加电源的情况下可运行10年。此外，还有许多时钟芯片，如Epson、Holtek、深圳兴威帆等公司都推出自己的时钟芯片。在此，若想占用少的系统资源，我们建议采用串行芯片，而DS12887内部带有后备电池，可使系统设计简化，所以，在系统资源够用的情况下，DS12887也是一种不错的选择。2. 显示部分 简单的数据显示常采用液晶
14、显示或数码管显示。液晶显示有耗电低、外形美观的优点，并且，点阵液晶可显示较复杂的字符或图案。其缺点是通用液晶显示器的显示方案构建不够灵活，在较暗的环境下液晶需要背光，而且，液晶显示成本较高。相对液晶显示器来讲，由于数码管种类繁多，其显示方案构建灵活，成本较低。由于本身即是发光体，所以，数码管显示无需额外光源。数码管的缺点是功耗较大，字符较多时，必须交流供电，而且，数码管不能显示复杂字型。所以，液晶和数码管两个方案的选择要根据显示的具体情况而定。值得一提的是，数码管串行静态显示和并行动态显示在位数较多时都会出现显示不稳定现象。3. 键盘部分 时钟的设置虽包含数字，但是我们不建议使用数字键盘，应为
15、数字键盘将增加系统的复杂程度。为使系统尽可能简化，键盘部分的设计在能够完成系统要求的前提下，越简单越好。所以，时钟系统的键盘可以设置三个键：确认键、加1键、减1键，甚至两键也可满足要求。4. RTC芯片的连接在确定了RTC芯片后，按照要求将芯片接入系统。对于并行通信芯片，可直接采用数据总线通信方式，通过MOVX指令将数据写入或读出；或者，在没有数据总线的情况下（AT8052），可采用并口IO加选通的方式访问并行接口芯片。具体过程是，用某并口的8根线做数据线，用其它并口的一根线做选通线，在数据准备好后，发选通信号，完成数据的输入输出。对于串行芯片，可直接利用CPU的现成资源进行通信，如串口、I2
16、C或SPI等。如果系统资源不足，可通过并口IO线按照通信波形要求用软件模拟串行通信过程。系统框图如图1.1所示：单片机显示系统RTC键盘图1.1 电子万年历的系统框图四、 设计过程1. 认真领会设计要求，确定系统功能，包括显示信息、按键个数、报时功能等；2. 样品外观设计，确定系统显示信息，显示器种类（液晶、数码管）、显示器尺寸等；3. 硬件初步设计，选定RTC芯片、选定显示方式（动态、静态、串行、并行）、按键个数；4. 系统原理图设计：按照前几步规划，设计系统原理图。此时应认真研究学习RTC芯片的使用方法正确连接RTC芯片。设计键盘及显示电路，并注意，不同的数码管尺寸其驱动电压和驱动电流差别
17、很大。五、 系统软件设计系统软件可分为键盘管理、显示管理、报时管理和RTC管理三部分。软件可由汇编语言完成，也可由C语言完成。1. 合理分配内存 内存是系统宝贵的资源之一，为合理利用内存，应对内存的使用通盘考虑，并反复修改使用方案，使之达到最合理利用。应尽量少使用全局变量，多使用局部变量，以提高内存的利用率。有效利用CPU内存和外围器件内存，一般情况下不建议扩展系统内存。2. 键盘管理部分在设计键盘管理软件之前，要先设计键盘的使用方法，之后按照键盘的使用方法绘制软件流程图，之后设计程序。3. 显示管理部分 按照模块化设计思想，显示管理应以子程序的形式设计。程序设计中应包含显示缓冲区的设置，确定
18、字模（字型编码），编排显示代码集等。4. 报时管理 报时点一般精确到分钟级，由使用者通过键盘进行设置，并以全局变量的形式存放于内存。系统以查询或中断方式以至少1秒钟的时间间隔将实时时间与报时点进行比较，并在两者相等时发出声音提示。5. RTC管理不同的RTC芯片管理方式不同。所以，在此部分编程之前，应认真研究生产厂家的使用说明，了解芯片的结构和使用方法，之后再对其进行编程。六、 程序框图程序软件部分框图如图1.2所示。YN内存变量初始化：报时点、显示缓冲区等系统硬件初始化：显示器、RCT芯片等系统硬件初始化：显示器、RCT芯片等扫描键盘键盘分析处理显示管理开始上电复位Y图1.2 软件部分程序流
19、程图2.点阵显示器一、 设计任务设计一个1616的LED点阵图文显示屏，可显示图形和文字，显示图形和文字应稳定、清晰，各点亮度均匀。图形和文字显示有静态、移入和移出等显示方式。掉电时能保存显示的信息。选做：设计系统与上位机的串行通信电路，用上位计算机控制LED显示器的显示内容。二、 任务分析LED显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏幕。它具有发光效率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富以及对室内外环境适应能力强等优点。并广泛的应用于公交汽车，码头，商店，学校和银行等公共场合的信息发布和广告宣传。LED显示屏经历了从单色，双色图文显示屏到现在的全彩色视频显示屏的发展过程，自2
20、0世纪八十年代开始，LED显示屏的应用领域已经遍布交通、电信、教育、证券、广告宣传等各方面。三、 硬件方案选择1LED驱动显示方法显示图形或文字，只要控制与组成这些图形或文字的各个点所在位置相对应的LED器件发光，就可以得到我们想要的显示结果。同时控制各个发光点亮灭的方法称为静态驱动显示方式。采用静态驱动方式，将每一个LED发光管的一端接至单片机的一个I/O口，另一端通过电阻接电源。这种方法可以直接驱动LED，原理简单，驱动能力强，LED的亮度也可以通过限流电阻调节，非常方便，但此种方法太浪费单片机的I/O口，只适合于较小的系统。动态扫描方式是逐行轮流点亮，这样扫描驱动电路就可以实现多行的同名
21、列共用一套列驱动器。以1616点阵为例，把所有同一行的发光管的阳极连在一起，把所有同一列的发光管的阴极连在一起（共阳的接法），先送出对应第1行发光管亮灭的数据并锁存，然后选通第1行使其燃亮一定的时间，然后熄灭；再送出第2行的数据并锁存，然后选通第2行使其燃亮相同的时间，然后熄灭；第16行之后，又重新燃亮第1行，反复轮回。当这样轮回的速度足够快（每秒24次以上），由于人眼的视觉暂留现象，就能看到显示屏上稳定的图形。该方法能驱动较多的LED，控制方式较灵活，而且节省单片机的资源。2数据传输方法采用扫描方式进行显示时，每行有一个行驱动器，各行的同名列共用一个列驱动器。显示数据通常存储在单片机的存储器
22、中，按8位一个字节的形式顺序排放。显示时要把一行中各列的数据都传送到相应的列驱动器上去，这就存在一个显示数据传输的问题。从控制电路到列驱动器的数据传输可以采用并行方式或串行方式。采用串行传输的方法，控制电路可以只用一根信号线，将列数据一位一位传往列驱动器，在硬件方面无疑是十分经济的。但串行传输过程较长，数据按顺序一位一位地输出给列驱动器，只有当一行的各列数据都已传输到位之后，这一行的各列才能并行地进行显示。对于串行传输方式来说，列数据准备时间可能相当长，在行扫描周期确定的情况下，留给行显示的时间就太少了，以致影响到LED的亮度。采用并行方式时，从控制电路到列驱动器的线路数量大，相应的硬件数目多
23、。当列数很多时，并行输出的方案是不可取的。3数据存储模块采用ROM芯片存储LED显示屏要显示的信息，采用ROM芯片可以长时间的存储信息，而且掉电数据不丢失，此种方式适合于存储不变的数据。采用串行EEPROM（如24C256等）存储LED显示屏要显示的信息。串行EEPROM技术是一种非易失性存储技术，它几乎具有所有类型存储器的优点：不挥发性、可更新性、高密度、低功耗和高性价比，非常适合应用于各类工业测控系统。它克服了常用的2816、2817、2864等并行EEPROM器件价格高、体积大、可靠性低（这些器件如不采取措施，在上电、下电时常会丢失数据）等不足，在速度要求不是很高的情况下，该器件是最理想
24、的选择。4系统抗干扰方案为了防止程序跑飞，系统可采用“看门狗”技术。“看门狗”技术包括硬件看门狗和软件看门狗。在系统初始化程序中，应考虑上电复位和看门狗复位的区别，避免出现看门狗复位后等待人工设置的情况。5系统的构成 系统框图如图2.1所示图2.1 点阵显示器硬件系统框图四、系统软件设计系统软件的主要功能是向LED显示器提供显示数据，并产生行扫描信号和其它控制信号，配合完成LED显示器的扫描显示工作。显示驱动程序有定时器中断程序实现。系统主程序完成系统初始化、显示效果处理等工作。系统软件可用汇编语言完成，也可以用C语言编写。1 显示驱动程序显示驱动程序在进入中断后首先要对定时器重新赋初值，以保
25、证LED显示器刷新率的稳定性。然后显示驱动程序查询当前燃亮的行号，从显示缓冲区内读取下一行的显示数据，并发送出去。为消除在切换行显示数据的时候产生拖尾现象，驱动程序首先要关闭显示器，即消隐，等显示数据打入输出锁存器并锁存，然后再输出新的行号，重新打开显示。显示驱动程序流程图如图2.2所示。2 系统主程序系统主程序开始以后，首先初始化；然后根据设计好的效果显示图形或文字。由于单片机没有停机指令，所以可以设置系统不断地循环执行显示效果。图2.2 显示驱动程序框图3.IC卡读写器一、设计任务 设计并制作一个IC卡读写器，可完成对特定型号IC卡内容的读写和修改，并可以显示出来。1基本要求 对特定型号的
26、IC卡进行读写，显示IC卡数据； 通过键盘对IC卡中的数据进行修改。2选做 与PC机利用RS232进行通信； 与PC机利用USB进行通信。二、任务分析IC卡，又称集成电路卡或者智能卡，是继磁卡、光电卡之后的新一代标识卡。IC卡是具有智能性又便于携带的卡片，为现代信息处理和传输提供了一种全新的手段。随着超大规模集成电路、大容量存储芯片以及信息安全技术的发展，IC卡技术不断发展，应用领域也不断扩大，目前IC卡技术已经到医疗卫生、保险、金融、交通、电信、国防以及日常生活等各个领域。IC卡的应用提高了人们生活和工作的现代化程度，已成为一个国家科技发展水平现代化程度的标志之一。我国的“金卡工程”也旨在于
27、推广IC卡的应用，使其成为各个行业的通用信息载体。IC卡读写器利用单片机技术实现对IC卡的读写，利用读卡器与PC机的接口对IC卡进行管理。读卡器主要由IC卡接口、单片机主机系统、显示和键盘及与PC机的接口等组成。二、 方案选择1硬件方案选择 IC卡部分根据IC卡的读写特点，IC卡分为接触型IC卡和射频卡两类，本题目选用接触型IC卡。接触型IC卡的表面一般有4个到8个金属触点，IC卡插入读写器的卡座内后，在单片机的控制下完成卡的读写操作。本设计采用西门子SLE4442逻辑加密型IC卡，注意由于SLE4442是开漏结构，在I/O口必须接上拉电阻以提供高电平。 显示部分 可采用液晶显示或数码管显示。
28、 键盘部分 IC卡读写时，一些数据需要键盘设置。我们不建议使用按键数量多的键盘，这将增加系统的复杂程度。为使系统尽可能简化，键盘部分的设计在能够完成系统要求的前提下，越简单越好。所以，本系统的键盘可以设置三到五个键：功能键、确认键、加1键、减1键。 单片机的选择考虑到系统的可靠性及与PC机的接口，CPU选用FREE SCALE公司的MC68HC908JB16, 电源采用AC/DC获得5V输出或通过USB接口从PC机获得，在外接12MHz晶体振荡时可获得6MHz总线时钟。该CPU内含看门狗电路。利用内在监控ROM下载和调试程序。 系统构成 系统框图如图3.1所示图3.1 系统框图2 系统软件设计
29、系统软件可分为键盘管理、显示管理、IC卡读写、与PC机通信管理四部分。软件可由汇编语言完成，也可由C语言完成。程序框图如图3.2所示。YN内存变量初始化：显示缓冲区等系统硬件初始化：显示器、通信口显示卡状态和数据判断卡数据一致性扫描键盘键盘分析处理显示、通信管理开始上电复位Y 合理分配内存 内存是系统宝贵的资源之一，为合理利用内存，应对内存的使用通盘考虑，并反复修改使用方案，使之达到最合理利用。应尽量少使用全局变量，多使用局部变量，以提高内存的利用率。有效利用CPU内存和外围器件内存，一般情况下不建议扩展系统内存。 键盘管理部分在设计键盘管理软件之前，要先设计键盘的使用方法，之后按照键盘的使用
30、方法绘制软件流程图，之后设计程序。 显示管理部分 按照模块化设计思想，显示管理应以子程序的形式设计。程序设计中应包含显示缓冲区的设置，确定字模（字型编码），编排显示代码集等。 IC卡读写 首先应检测IC卡的插入与取出，认真分析读写时间序列，最好先通过密码后在读写，在写入前要经过确认。发现坏卡应有提示。 通信管理IC卡的读写数据通过RS232或USB与PC机通信。图3.2 系统程序框图4.射频卡读写器一、设计任务 设计并制作一个射频卡读写器，可完成对特定型号射频卡内容的读写和修改，并可以显示出来。1基本要求 对非接触式IC卡（射频卡）进行读写，显示射频卡数据。 通过键盘对射频卡中的数据进行修改。
31、2选做 与PC机利用RS232进行通信。 与PC机利用USB进行通信二、任务分析非接触式IC卡（又称射频卡）是国外近几年发展起来的新技术，它成功地将射频识别技术和IC卡技术结合起来，解决了无源和免接触难题。射频卡无需专门的供电电源；它与读写器间无机械接触，避免了接触故障；它的表面无裸露芯片，可防水，且不易产生静电击空及弯曲损坏等问题；射频卡使用时没有正反面。总之，非接触式IC卡具有可靠性高、使用方便、操作速度快等特点。非接触式IC卡系统由读写器和非接触式IC卡两部分组成。应用系统通过读写器对卡进行操作；读卡器通过射频信号同步进行近距离通信，并为卡上芯片提供能量；非接触式IC卡响应读写器的指令，
32、并报告处理的结果。非接触式IC卡通过连接IC芯片的线圈在特定交变磁场中耦合获得高压能量，非接触式IC卡的读写器通过发射线圈发射交变强磁场，给予IC卡能量，通过磁场的断、续编码写入数据，并通过线圈感应IC卡发生的磁场阅读IC卡发来的数据；IC卡通过交变磁场获得能量，通过检验磁场的断、续获得读写头写来的数据，并按设定的模式编码、调制，向读写头发出数据。射频卡读写模块可完成读写器与IC卡之间的各种交互功能，包括调制/解调、加密/解密、认证、读写、加/减等，并具有同微处理器的接口。其基本结构如图4.1所示。图4.1 射频卡读写模块结构图非接触式IC卡与读写器的通信内容包括复位应答、防冲突、选择卡片、相
33、互认证、对数据块的操作和中止。三、方案选择1硬件方案选择 IC卡部分根据IC卡的读写特点，IC卡分为接触型IC卡和射频卡两类，本题目选用非接触型IC卡，即射频IC卡。射频避免了接触型IC卡与读卡器之间的物理接触，减少了卡的磨损。本设计采用PHILIPS公司的Mifare1卡, 不需要卡座，但需要专用读写芯片，本课题选用与射频卡配套的MFRC500芯片。 显示部分 可采用液晶显示或数码管显示。 键盘部分 IC卡读写时，一些数据需要键盘设置。我们不建议使用按键数量多的键盘，这将增加系统的复杂程度。为使系统尽可能简化，键盘部分的设计在能够完成系统要求的前提下，越简单越好。所以，本系统的键盘可以设置三
34、到五个键：功能键、确认键、加1键、减1键。 单片机的选择考虑到系统的可靠性及与PC机的接口，CPU选用FREE SCALE公司的MC68HC908JB16, 电源采用AC/DC获得5V输出或通过USB接口从PC机获得，在外接12MHz晶体振荡时可获得6MHz总线时钟，满足射频卡读写及通信要求。该CPU内含看门狗电路。利用内在监控ROM下载和调试程序。 系统构成 系统框图如图4.2所示图4.2 系统结构框图2系统软件设计系统软件应实现以下功能：读取有效的非接触式IC卡功能。对卡进行防冲突、密码认证、卡号认证等操作，并读出卡中存储的数据；系统周期性地扫描，动态显示IC卡存储的数据。此外，当读写IC
35、卡发生错误时，显示出错信息；键盘修改数据；可与上位机通信等。系统软件可分为键盘管理、显示管理、IC卡读写、与PC机通信管理四部分。软件可由汇编语言完成，也可由C语言完成。 键盘管理部分在设计键盘管理软件之前，要先设计键盘的使用方法，之后按照键盘的使用方法绘制软件流程图，之后设计程序。 显示管理部分 按照模块化设计思想，显示管理应以子程序的形式设计。程序设计中应包含显示缓冲区的设置，确定字模（字型编码），编排显示代码集等。 IC卡读写 首先应检测射频IC卡的有无（一般距离为0到15厘米），认真分析读写时间序列，最好先通过密码后在读写，在写入前要经过确认。发现坏卡应有提示。 通信管理IC卡的读写数
36、据通过RS232或USB与PC机通信。 系统程序框图如图4.3所示。YN内存变量初始化：显示缓冲区等系统硬件初始化：显示器、通信口显示卡状态和数据判断卡数据一致性扫描键盘键盘分析处理显示、通信管理开始上电复位Y图4.3 系统程序框图5.交通信号灯控制器一、设计任务 利用单片机完成交通信号灯控制器的设计，该交通信号灯控制器由一条主干道和一条支干道汇合成十字路口，在每个入口处设置红、绿、黄三色信号灯，红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停在禁行线外。用红、绿、黄发光二极管作信号灯。如图5.1所示。设东西向为主干道，南北为支干道。南北东西图5.1 交通灯示意图1. 基本要求（
37、1） 主干道处于常允许通行的状态，支干道有车来时才允许通行。主干道亮绿灯时，支干道亮红灯；支干道亮绿灯时，主干道亮红灯。（2） 主、支干道均有车时，两者交替允许通行，主干道每次放行30秒，支干道每次放行20秒，设立30秒、20秒计时、显示电路。（3） 在每次由绿灯亮到红灯亮的转换过程中，要亮5秒黄灯作为过渡。黄灯亮时，原红灯按1Hz的频率闪烁。（4） 要求主支干道通行时间及黄灯亮的时间均可在099秒内任意设置。2. 选做（1） 可设置紧急按钮，在出现紧急情况时可由交警手动实现全路口车辆禁行而行人通行状态，即主干道和支干道均为红灯亮。（2） 实现绿波带。所谓绿波带，是指在一定路段，只要按照规定时
38、速，就能一路绿灯畅行无阻。“绿波带”将根据道路车辆行驶的速度和路口间的距离，自动设置信号灯的点亮时间差，以保证车辆从遇到第一个绿灯开始，只要按照规定速度行驶，之后遇到的信号灯将全是绿灯。二、任务分析模拟交通灯控制器就是使用单片机来控制一些LED 和数码管，模拟真实交通灯的功能。红、黄、绿交替闪亮，倒计数显示时间等，用于管理十字路口的车辆及行人交通，计时牌显示路口通行转换剩余时间等。三、方案选择1.硬件方案根据设计的要求可知，系统的硬件原理框图如图5.2所示。图5.2 系统的硬件原理框图单片机可选用AT89C51，它与8051系列单片机全兼容，但其内部带有4KB的FLASH ROM，设计时无需外
39、接程序存储器，为设计和调试带来极大的方便。南北向和东西向各采用2个数码管计时，同时需要对该方向的指示灯的点亮时间进行倒计时。键盘系统可以根据系统的需要设置不同的键的个数，可以选择线式键盘或矩阵式键盘，若单片机的IO口不够用时，可以考虑扩展8255或8155满足系统的要求。2. 软件方案 根据设计要求，程序框图如图5.3所示。软件可由汇编语言完成，也可由C语言完成。软件设计可以分为以下几个功能模块：主程序：初始化及键盘监控。计时程序模块：为定时器的中断服务子程序，完成0.1秒（或其他时间）和1秒的时间定时。 显示程序模块：完成12个发光二极管（实际上只需驱动6个）和4个LED数码管的显示驱动。键
40、盘扫描程序模块：判断是否有键按下，并求取键号。图 5.3 主程序流程图6.微型打印机接口一、设计任务设计完成单片机与微型打印机接口电路和驱动程序，应具有以下功能： 具有进纸、换行、换页等控制功能。 具有字符设置及打印格式设置功能。 具有图形、字符（汉字、数字、字母）打印功能。 具有曲线及条码打印功能。二、任务分析微型打印机在单片机应用系统中应用相当广泛，在智能仪器仪表、医疗仪器、消防报警、电力系统、电子衡器、电子收款机、税控机、计价器等系统中几乎成为标准配置。微型打印机的种类很多，有针式和热敏、台式和面板式、非汉字和汉字之分。如按接口类型划分，则有并口和串口两大类，其中串口类又可分为RS232
41、C、RS485、USB及无线接口、红外线接口等。三、方案选择1硬件方案选择MCS-51系列单片机与微型打印机接口电路可以采用并行接口和串行接口两种方式。在并行接口中，其接口信号如下表6.1所示：表6.1 并行连接方式信号示意图其中：DB0-DB7为数据线，BUSY为忙信号，高电平表示打印机当前不能接收数据；ACK为应答信号；STB为打印机选通信号。ERR为出错信号，SEL和PE是自检信号。并行连接系统示意图如图6.1所示。串行连接接口电路示意图如图6.2所示。图6.1 并行连接系统示意图图6.2 串行连接系统示意图2. 系统软件设计打印程序主要有波特率和串行口UART 的初始化，发送、接收模块
42、的设计在标志控制方式下，当打印机可以接收数据时，信号线DTR 为准备状态，即Mark 状态。主机根据DTR 为准备状态还是忙状态，而向打印机发送或停止发送数据；当DTR 为Space 时,发送数据；当DTR 为Mark 状态时，停止发送，等待下一状态Space 。系统控制软件包括：AT89S52 串行口初始化、打印机缓冲区首址选址、打印机状态判断、数据发送/接收打印数据设定等。程序框图如图6.3所示。图6.3 系统程序框图7.语音存储与播放一、设计任务 数字化语音存储与播放系统的基本原理是对语音的录音与放音的数字控制。主要包括为了增加语音存储时间，提高存储器的利用率，采用了非失真压缩算法对语音
43、信号进行压缩后再存储，而在回放时再进行解压缩；同时，对输入语音信号进行数字滤波以抑制杂音和干扰，从而确保了语音回放的可靠质量。1. 基本要求（1） 总体录音时间达到20秒；（2） 实现分段录音功能，要求每段录放音时间4秒；（3） 键盘控制，完成录音播音的菜单控制；（4） LED指示当前状态。2. 选做（1） 增加录音的容量；（2） 增加传感器，实现语音报警、语音警示的功能；（3） 为防止程序跑飞，增加看门狗电路；（4） 完成公交车报站器的功能。二、任务分析近年来单片式语音集成电路发展迅速，ISD公司已经推出语音容量为6秒至16分钟的芯片，预计未来两年将推出单片3264分钟的芯片。这样，大多数的
44、语音电路设计都能很方便地实现，更复杂的功能控制也可通过单片机或微电脑的软件配合来完成。目前，十几分钟到几个小时的数码语音电路设计是亟待解决的问题，如自动语音讲解、广告播放、列车指挥黑匣子、119电话录音系统、会议录音系统等。语音存储与播放的主要功能是完成录音与播音，整个系统是利用单片机控制语音芯片的分地址录放音，增加系统的语音提示功能。整个系统从功能上可分为显示、键盘和指示三部分，从而完成录音及播放的功能。使得该语音播放器可以用于工商业户的自动呼喊、叫卖，如果再配用不同的传感器，还可以用于语音报警、语音警示等场合。三、方案选择1.硬件方案1) 语音部分语音的录制与播放是系统的核心，要完成其功能
45、通常要选择专用的语音芯片来完成。ISD系列语音电路是美国ISD（Information Storage Device）公司的专利新产品，它打破了传统的先A/D再D/A的模式，而采用独特的直接存储模拟信号技术，从而大大提高了存储密度，且使模拟信号得到永久保存。ISD系列电路以其音质自然、使用方便、单片存储、反复录放、低功耗、抗断电等众多优点立即在语音应用领域确立了其不可争辩的霸主地位，它在通讯设备、智能仪表、治安报警、语音报站、报数报价、语音讲解、语音记录、语音复读、教学仪器、智能玩具、电子礼品等场合获得了广泛的应用。如ISD1420等。ISD1420最小的录放系统仅由一个麦克风、一个喇叭、两个按钮、一个电源、少数电阻电容组成。录音的内容存入永久的存储单元，提供零功率信息存储。ISD1420芯片不仅语音质量优胜，而且断电语音保护。具有高质量、自然的语音还原技术；方便的边沿/电平触发放音；自动节电，维持电流0.5uA；不耗电信息保存100年；1000次录音周期；多段信息处理，可分1至160段；片内免调整时钟，可选用外部时钟；无需开发系统；5V单电源工作；COB，DIP，SOIC封装及工业级。其PLAYL、PLAYE引脚只需选一个方式即可放音，地址输入端A0A7有效值范围为，这表明最多