接口课程设计指导书06-2-15

《微机原理接口技术》课程设计

指导书

一、课程设计目的

《微机原理与接口技术》是一门实践性和实用性都很强的课程，学习的目的在于应用。本课程设计是配合课堂教学的一个重要的实践教学环节，它能起到巩固课堂和书本上所学知识，加强综合能力，提高系统设计水平，启发创新思想的效果。通过本课程设计希望达到以下目地：

1．培养资料搜集和汇总的能力。

2．培养总体设计和方案论证的意识。

3．提高硬件、软件设计与开发的综合能力。

4．提高软件和硬件联合调试的能力。

5．熟练掌握相关测量仪器的使用方法。

6．掌握相关开发软件、仿真软件的使用方法。

二、课程设计内容与要求

要求每个学生（或小组）都要自己动手独立设计完成一个典型的微机应用小系统.。设计题目可以在给出的参考题目中选，也可以自己选设计题目，但难度不应小于参考题目，需经指导教师审查后方可确定是否采纳或修改设计题目。

课程设计的时间为1周。设计的最终作品包括硬件和软件两个部分，要求能够演示并达到设计指标的要求。每个学生（或小组）在作品完成后，要经指导教师检查，同意拆除后方可拆卸，并分类放回元器件盒内。课程设计报告每个学生一份，由课代表收齐后统一交给指导教师。

课程设计成绩评定由3部分组成：作品＋出勤等40％；答辩30％；设计报告30％。三、课程设计步骤

研制一个微机应用系统，可以分为硬件研制和软件研制两个部分，从设计草图开始到样机调试成功，常常要将硬件，软件结合起来考虑，才能取得较好的效果。随着系统的用途不同，它们的硬、软件结构会各有不同，但系统研制的方法和步骤是基本相同的，其研制过程可以归纳为以下所述的四个步骤：.

1、确定任务

如同任何一个新产品设计一样，微机应用系统的研制过程也是从确定应用系统的任务开始的。首先要明确应用系统要实现哪些功能，其技术参数和技术指标是什么，这是系统设计的起点和依据，它将贯穿于系统设计的全过程。必须认真做好这个工作，在确定任务的阶段中必须明确：

1) 本应用系统需要达到的主要目标是什么，有多少个回路，有几个参数需要进行检测

和控制？检测和控制的精度为多少？

2) 本应用系统有多少输入信号和输出信号？输入信号的形式和电压等级及变化频率情

况，输出信号的形式，电压等级和驱动功率有何要求？

3) 本应用系统需要提供哪些人机对话功能，如：小键盘要多少个按键，采用何种显示

器，通常为数码管，如用数码管应设计几位等。

4）考虑本应用系统的经济指标，如成本、可靠性、可维护性以及经济效益等，可参考国内外同类产品的资料，提出比较合理的技术指标和最佳的性能价格比。

2、总体设计

本阶段的任务是通过调查研究，查阅资料来初步确定系统结构的总体方案，其中主要涉及到硬件和软件的功能划分。

应用系统中硬件和软件具有一定的互换性，即某些功能既可以用硬件实现也可以用软件实现。一般说来，用硬件实现的优点是可以提高系统的工作速度，但会增加电路的复杂性和硬件成本；而用软件代替某些硬件的功能可以使电路简化，便于修改设计，降低硬件成本，但软件工作量增大。

总体设计时，必须在硬件和软件之间权衡，分工明确，然后分头开始设计。

3、硬件研制过程

1) 将整个硬件系统划分为若干个功能单元电路，绘出整个系统逻辑电路图。注明各单

元电路间的接口信号。必要时，还要画出一些重要控制信号的时序图。.

2) 完成各单元电路设计，包括选择合适的元器件和电路板设计(元器件布局和走线等)。

3) 各单元电路板装配，分调。

4) 整个硬件总体调试，完成后准备与软件联调。

4、软件研制过程

1) 采用模块化程序结构设计软件，首先将整个软件分成若干功能模块。

2) 对各模块编写一个较详细的程序流程图。

3) 根据流程图，编写源程序。

4) 上机调试各模块程序。

5) 各程序模块联调。

6) 与硬件一起联调，最后完成全部调试工作。

四、课程设计报告的基本格式

实践设计报告的基本内容至少包括封面、正文、附录三部分。课程设计报告要求统一格式，字体工整规范。

1、封面

封面包括“《微机接口技术》课程设计、实践设计报告”、班级、姓名、学号以及完成日期等信息。

2、正文

正文是实践设计报告的主体，具体由以下几部分组成：

（1）课程设计题目；

（2）课程设计任务与要求；

（3）设计过程（包括方案论证、设计原理、创新点以及采用的新技术等）；

（4）硬件系统框图与说明；

（5）软件主要模块流程图与说明；

（6）工作总结（包括自己的收获与体会；遇到的问题和解决的方法；技术实现技巧和创新点；作品存在的问题和改进设想等）；

3．附录

附录1：电路原理图

附录2：源程序及程序注释

附录3：使用元器件一览表（序号、名称、型号、规格、数量、备注）

附录4：参考文献

五、课程设计参考题目

(一) 家用风扇控制器

1、设计并制作一个家用风扇控制器，控制器面板为：按钮三个，分别为风速、类型和

停止；三个LED指示灯用于指示风速强、中、弱；另外三个LED指示灯用于指示

类型为睡眠、自然和正常。

2、电扇处于停转状态时，所有指示灯不亮，只有按下“风速键”时，电扇才会旋转。

电扇在任何状态，只要按停止键，则进入停转状态。

3、风速的强、中、弱分别对应于电扇转动的快速、中速和慢速。

4、初始风速为“弱”，类型为“正常”。

5、按“风速键”，其状态由“弱”“中”“强”“弱”……循环往复，每按一下按键，改

变一次状态。

6、按“类型键”，其状态由“正常”“睡眠”“自然”“正常”……循环往复变化。

(1) 正常表示电扇连续运转；

(2) 自然表示电扇模拟自然风，即转4秒，停8秒；

(3) 睡眠表示电扇慢转，产生轻柔的微风，运转8秒。停转8秒。

(二) 汽车信号灯控制系统

1、设计并制作出汽车信号灯微机控制系统。

2、所需执行的操作由相应的开关状态反映，所需控制的信号灯有仪表板左/右转弯绿色

指示灯，车前部左/右黄色头灯、车后部左/右黄色尾灯和车后部左右红色刹车尾灯。

各种灯在闪烁时其频率为30Hz。驾驶操作与灯光信号对应关系如下：

(1) 左/右转弯开关闭合时，对应的仪表板左/右转弯指示灯、左/右转弯头灯和左/

右转弯尾灯闪烁。

(2) 紧急开关闭合时，所有仪表板左右转弯灯、左右转弯头灯和左右转弯尾灯闪烁。

(3) 踩刹车时，刹车开关闭合，刹车灯（左右红色尾灯）亮。

(4) 停靠时(合上停靠开关)，所有灯闪烁。

(三) 智力测验抢答器

1、设计并制作出智力测验抢答器。

2、所设计的抢答器允许四人参加。没有出题时，每个参赛队员的LED数码管都显示

当前的积分值，初始积分值为“100”。

3、在出题后，主持人按下“开始按钮”，表示计时开始，此时每个参赛者前面的红色

发光二极管点亮，LED数码管显示秒计时。

4、计时开始后，若A、B、C、D四人中有人按下“抢答按钮”时，则秒计时停止，

此时LED数码管显示当前的积分值，先按下按钮的红灯保持亮的状态，其余3人

的红灯全灭。

5、抢答对错由主持人判定，“答对按钮”按下时加10分，“答错按钮”按下时减10分，

直到积分值减为0时为止。不论该队员获得的是加分还是减分，其LED数码管都

要显示当前的新积分值，并闪烁5次，其余选手的LED数码管则保持不变，并回

到未出题时的状态，从新开始。

6、抢答开始后，计时达到60 秒之后均无人按下按钮，则本次抢答结束，进入未出题

状态。超过60 秒有按钮按下时不起作用。

7、在抢答未开始时，若A、B、C、D四人中有人按下按钮，则先按下按钮的红灯闪

烁，并减10分作为惩罚。

(四) 反应速度测试仪

1、设计并制作出反应速度测验抢答器。

2、反应速度测试的过程如下：在启动反应速度测试程序后，经过一段随机时间的延迟，

处理器控制发出声音和光信号，被测者立即按下按钮。从发出声和光信号到按下按钮的时间即为反应时间，精确到0.1秒。被测者在从发出声和光信号之前按下按钮作违例处理。

3、在发出声和光信号之后，显示器即显示时间信号，当按下按钮后显示反应时间。

(五) 流水线监视器

1、设计并制作出流水线监视器。

2、流水线监视器用以指示目前正在流水线上的产品数量。在流水线的入口与出口分别

安装一个传感器。在流水线入口处有信号时，产品件数加1，如出口处有信号则产品件数减1，设产品最多不超过9个。

3、以单脉冲发生器模拟入口端信号，加到可编程计数器的输入端，可编程计数器设置

为计数方式，每输入一个信号将产品数量加l并显示。以开关模拟出口处信号，也加到可编程计数器的输入端，在有信号时将产品数量减1并显示，产品件数的显示通过可编程并行接口电路驱动静态显示器来实现。

4、本设计需要可编程并行接口电路、可编程计数器及静态显示器，也可采用可编程逻

辑器件进行设计。

(六) 程控信号发生器

1、设计并制作出流水线监视器。

2、利用数模转换器作一个程控信号发生器，产生的波形由参数进行设置，主要用于产

生模拟电路较难产生的波形．例如利用模拟电路产生梯形波时，很难保证上升沿和下降沿的线性及其斜率，而用微机加上数模转换器可比较方便地实现。现要求产生一梯形波，如下图所示。

要求上升时间t1、下降时间t3、保持时间t2、信号重复周期T及输出电压幅度V OUT可事先设置。设t1为1.5 ms，t2为3.5 ms，t3为2 ms，输出电压V OUT为3 V，信号重复周期T为10 ms。这些参数经换算后存入存储单元中，然后用以产生上述信号。

利用微机和数模转换器产生波形有两种方法，一种是每输出一个信号时均先

计算出输出数据值，利用这种方法每输出一个信号花费的时间太多，而且每输出一个波形要重新计算一遍，效率较低。另一种方法是事先将要求输出的一个波形计算好，存入存储单元中，在输出波形时直接从存储单元中取出。采用这种方法占用较多的存储器，但输出一个信号所用的时间较少，因此可产生较高频率的信号。

(七) 简易录音机

1、设计并制作出简易录音机。

2、如框图所示，声音信号通过话筒转换

成电压信号，经放大器放大后送ADC

转换成数字量，并送内存缓冲区保

存。回放时再将内存数据送DAC转

换成模拟量，经驱动器进行功率放大

后推动扬声器发声。

3、控制按键有5个，分别是：录音键、放音键、暂停键及前后倒带键。要求每个按键

都有LED指示灯显示按键的状态。

4、设有重键问题发生时，按键的优先次序由高到低分别是：录音键、放音键、暂停键、

前倒带键、后倒带键。

5、要求以5000次／秒的速率采集输入的语音数据并存人内存，共采集6万个数据（约

录12 秒），然后再以同样的速率将数据送DAC 0832使喇叭发声。

6、通过此电路还可以观察信号经过ADC和DAC两次转换后的失真情况。其方法是给

ADC的输入端加入一个已知波形，再将CPU采集到的数字量由DAC送出，用双踪示波器观察输入信号与输出信号。

(八) 照相机自拍控制器

1、设计并制作出照相机自拍控制器。

2、在启动照相机自拍机构后，在2 min内启动快门，在前30 秒的时间里每2 秒点

亮一次红色发光二极管（占空比1：1），在30～60 秒的时间段内，每1秒点亮一次，在60～90 秒的时间段内，每0.5 秒点亮一次，在60～120 秒的时间段内，每0.1秒点亮一次,120 秒之后指示用的红色发光二极管熄灭，绿色发光二极管点亮一分钟，以表示快门开启。

(九) 洗衣机控制器

1.设计并制作出洗衣机控制器。

2.按下启动按钮后先进水，等到达高水位后，启动洗衣马达转动4 min，如在洗衣过

程中发现水位低于高水位，则停止洗衣马达转动并报警，并在水位到达高水位后再次启动马达。洗衣结束后启动排水开关，待水位到达低水位后，则启动脱水马达，转动 2 min。如此重复三次，要求在每一动作之间有2秒的间隔。

3.高低水位由水位传感器检测，在此用两个开关模拟水位传感器，当水位高于高水位

或低于低水位时，两个开关的状态分别为0。启动开关用一个开关表示，进水、排水、洗衣马达、脱水马达及报警分别用一个发光二极管表示。

(十)直流电机调速

1.设计并完成直流电机调速的控制电路。

2.直流电机的转速由电位器调节，电位器输出电压范围在0～5V 之间，将该控制电

压送AD0809的通道0，由计算机采集AD转换结果。

3.再将采集到的数字量变化转换成脉冲占空比的变化，实现脉宽调制（PWM）。

4.将PWM输出信号经驱动电路送到直流电机，达到控制直流电机转速的目的。

（十一）LED七段数码管数字钟

1.设计并完成LED七段数码管数字钟电路。

2.数字钟显示格式为：HH：MM：SS。

3.具有通过键盘能够调整时、分、秒的功能。

自选题

各位学员也可根据自身工作实际，选取合适的课程设计题目，所选题目难度应不低于以上题目。