《單片機(jī)課程設(shè)計(jì)方案》任務(wù)與要求

單片機(jī)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書（第一階段）設(shè)計(jì)題目：?jiǎn)纹瑱C(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)、制作和軟件編程設(shè)計(jì)任務(wù)：本次課程設(shè)計(jì)分為兩個(gè)階段的設(shè)計(jì)任務(wù)：第一階段:設(shè)計(jì)并制作基于單片機(jī)的數(shù)字電子鐘（第一周完成）具體要求如下：要求設(shè)計(jì)具有“時(shí)”、“分"顯示的電子鐘（23小時(shí)59分),通過(guò)小時(shí)個(gè)位的小數(shù)點(diǎn)閃爍進(jìn)行秒計(jì)數(shù)顯示，要求具有分鐘和小時(shí)的校時(shí)功能?？蛇M(jìn)行功能擴(kuò)展(比如增加整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能:59分鐘開(kāi)始LED燈閃爍1分鐘或蜂鳴器響10秒鐘）。要求利用protel99se軟件畫該單片機(jī)電子鐘的硬件電路原理圖，反映到課程設(shè)計(jì)報(bào)告中。要求制作該硬件電路的實(shí)物（2人一組，萬(wàn)能板焊接），并進(jìn)行硬件調(diào)試、軟件編程以及系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試.要求編寫程序時(shí)畫出程序的流程圖，體現(xiàn)到設(shè)計(jì)報(bào)告。主要器件：STC89C58RD+單片機(jī)（DIP40）4位共陰數(shù)碼顯示管,1個(gè)470歐9針排阻，1個(gè)晶振:11。0592MHz，1個(gè)瓷片電容:30PF,2個(gè)10K電阻，1個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)：5個(gè)電阻、單排插針、0.1uF電容、10uF電解電容：若干第二階段：利用Proteus軟件和Keil軟件，根據(jù)下述設(shè)計(jì)題目（任選其一完成即可,學(xué)有余力者可多選）及具體設(shè)計(jì)要求，完成Proteus仿真運(yùn)行,根據(jù)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有元器件庫(kù)存情況進(jìn)行實(shí)物驗(yàn)證。設(shè)計(jì)題目：一、基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表具體要求:(1)要求Proteus仿真采用ADC0804或ADC0808和AT89S51單片機(jī)。（2）AD轉(zhuǎn)換器采集0—5V的模擬電壓,在4位數(shù)碼顯示管上顯示，精確到小數(shù)點(diǎn)后3位。(3）要求誤差不要超過(guò)+/—20mV。二、基于單片機(jī)的數(shù)字密碼鎖具體要求:（1）要求Proteus仿真主要器件采用AT24C08和AT89S51單片機(jī)。（2）通過(guò)3—6個(gè)按鍵輸入數(shù)字密碼（3位到6位密碼均可），通過(guò)“ENTER”鍵確認(rèn)，輸入正確綠色指示燈長(zhǎng)亮，輸入錯(cuò)誤紅色指示燈閃爍。（3)根據(jù)自身編程的實(shí)際能力,對(duì)輸入密碼進(jìn)行數(shù)碼顯示管或液晶顯示器的指示。三、基于單片機(jī)的信號(hào)發(fā)生器具體要求：(1)要求Proteus仿真主要器件采用DAC0832、TL082和AT89S51單片機(jī)。（2）通過(guò)按鍵輸入選擇輸出正弦波、方波、三角波的類型,可對(duì)輸出信號(hào)的頻率進(jìn)行粗調(diào).(3）根據(jù)自身編程的實(shí)際能力，對(duì)輸出波形的類型、頻率等參數(shù)通過(guò)數(shù)碼顯示管或液晶顯示器進(jìn)行指示。四、基于單片機(jī)的智能溫度計(jì)具體要求：(1）要求Proteus仿真主要器件采用DS18B20和AT89S51單片機(jī)。(2）要求測(cè)溫范圍在-30攝氏度到110攝氏度，誤差在+/—0。5攝氏度以內(nèi),用LED數(shù)碼管直讀顯示。（3）根據(jù)自身編程的實(shí)際能力，對(duì)溫度數(shù)值利用液晶顯示器進(jìn)行指示.備注：上述可選題目要求撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告時(shí)，請(qǐng)畫出主程序、子程序、中斷服務(wù)程序的流程圖。課程設(shè)計(jì)報(bào)告要求課題名稱內(nèi)容摘要設(shè)計(jì)內(nèi)容及摘要（分階段寫）比較和選定設(shè)計(jì)的系統(tǒng)方案，畫出系統(tǒng)框圖（分階段寫）單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算和器件選擇(分階段寫）畫出完整的電路圖，并說(shuō)明電路的工作原理（分階段寫）利用Proteus軟件對(duì)電路進(jìn)行仿真調(diào)試（分階段寫）組裝調(diào)試的內(nèi)容.包括：（實(shí)際調(diào)試僅寫第一階段）(1）使用的主要儀器和儀表（2）調(diào)試電路的方法和技巧（3）測(cè)試的數(shù)據(jù)和波形并與計(jì)算結(jié)果比較分析（4）調(diào)試中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法(5)總結(jié)設(shè)計(jì)電路的特點(diǎn)和方案的優(yōu)缺點(diǎn)，指出課題的核心及實(shí)用價(jià)值,提出改進(jìn)意見(jiàn)和展望。(6)列出系統(tǒng)需要的元器件（7）列出參考文獻(xiàn)（8）收獲、體會(huì)附件1：簡(jiǎn)易心電圖儀黃小娜劉全才孫紅梅指導(dǎo)老師：陳錕摘要：本設(shè)計(jì)是由以下幾個(gè)功能模塊組成:直流穩(wěn)壓電源、前置放大電路、雙T陷波電路、主放大電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)等組成，實(shí)現(xiàn)了對(duì)心電弱信號(hào)的提取和放大，在示波器上能比較清晰的顯示其波形。通過(guò)單片機(jī)最小系統(tǒng)對(duì)波形進(jìn)行存儲(chǔ)和回放，并提供簡(jiǎn)單的人機(jī)交互界面，方便用戶操作.關(guān)鍵詞：心電圖儀雙T陷波一.方案比較與論證1.微小信號(hào)放大方案一采用低噪聲，高精度的運(yùn)算放大器來(lái)構(gòu)建放大電路。但是從人體表提取的信號(hào)除了人體心臟的電信號(hào)外，還包括人體自身通過(guò)各種渠道從環(huán)境中拾取工頻50Hz交流電壓，還包含肌電、呼吸等信號(hào)帶來(lái)的干擾.其中共模干擾引起的共模信號(hào)是主要的,從而影響系統(tǒng)對(duì)心電信號(hào)的分析.因此,CMR(共模抑制比）是衡量心電圖儀性能的主要指標(biāo)之一。心電圖儀要求運(yùn)算放大器的CMR≥80dB。使用基本的差分放大電路可以抑制共模干擾，但是難以達(dá)到比較高的共模抑制比。電路原理圖如圖1所示.圖1三運(yùn)放組成的差動(dòng)電路方案二采用常見(jiàn)的同相放大電路，對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。電路原理圖如圖2所示。根據(jù)理論公式進(jìn)行計(jì)算可得電路的放倍數(shù)為Av=Vo/Vi=1+R1/R2。選擇不同的阻值可以得到不同的放大倍數(shù),但是此電路不適合小信號(hào)放大,也不能達(dá)到使電壓放大倍數(shù)為1000倍的要求.圖2同相放大電路原理圖方案三采用低功耗，高精度的儀表放大器—-INA128。其具有良好共模輸入抑制能力，CMR大于120dB，可以滿足心電圖儀對(duì)運(yùn)算放大器的CMR≥80dB的要求。而且INA128電路連接簡(jiǎn)單，只需一個(gè)外接電阻就可以調(diào)節(jié)增益，可以完成1～10000放大倍率的設(shè)定，滿足使電壓放大倍數(shù)為1000倍的要求。同時(shí)，INA128對(duì)直流電源的要求非常低，甚至只需2。25V的直流電源就可以正常工作,靜態(tài)電流只有700uA,功耗非常低。綜合上述分析與比較，在微小信號(hào)放大部分選擇儀表放大器INA128。2.心電信號(hào)處理部分由于心電信號(hào)屬于低頻小信號(hào)，易受干擾，而且?guī)挿秶^小,為0。05Hz~100Hz，所以必須對(duì)所采集的信號(hào)進(jìn)行高通，低通,陷波處理。（1)濾波器的設(shè)計(jì)方案一采用二階無(wú)限增益多路反饋濾波器無(wú)限增益多路反饋電路中的集成運(yùn)放為反相輸入接法，由于放大器的開(kāi)環(huán)增益為無(wú)限大，故稱這種網(wǎng)絡(luò)為無(wú)限增益多路反饋。其優(yōu)點(diǎn)是使用元件較少，，但電路對(duì)元件的變化比較敏感，而且增益調(diào)節(jié)不太方便，對(duì)其他性能參數(shù)會(huì)有影響。方案二采用壓控電壓源濾波器，集成運(yùn)放為同相輸入接法，因此濾波器的輸入阻抗很高，輸出阻抗很低，濾波器相當(dāng)于一個(gè)電壓源，其優(yōu)點(diǎn)是電路性能穩(wěn)定，對(duì)元件變化的敏感度較小，增益容易調(diào)節(jié).綜合上述分析與討論，考慮到本設(shè)計(jì)的功能和性能要求，在濾波器的設(shè)計(jì)上，選擇壓控電壓源濾波器.(2）陷波處理本系統(tǒng)要除去工頻50Hz的干擾，需要對(duì)混雜在心電信號(hào)里的50Hz作盡可能大的衰減處理。因此采用雙T網(wǎng)絡(luò)陷波電路。二。系統(tǒng)設(shè)計(jì)1．總體框圖圖3總體框圖2．總體電路圖圖4右腿屏蔽驅(qū)動(dòng)電路圖5儀表放大電路圖6高通濾波器圖7100Hz低通濾波器圖8500Hz低通濾波器圖950Hz陷波電路圖10末級(jí)放大電路圖11電源電路3．單元電路設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算(1)穩(wěn)壓電源對(duì)本設(shè)計(jì)而言,電源需要極小的紋波。題目要求直流穩(wěn)壓電源輸出交流噪聲<3mv。因此,在電源輸入端接入電容，在電源的輸出端接入兩級(jí)LC濾波電路，可以減少紋波電壓,使電源穩(wěn)定工作。（2）前置放大電路前置放大電路如前所述，采用TI公司的INA128儀表放大器為核心，INA128的外部電阻設(shè)定腳上接入不同阻值的電阻,可以完成1~10000的放大倍率的設(shè)，其帶寬在增益Av=100時(shí)，達(dá)到200kHz，具有高增益帶寬積。INA128的放大倍數(shù)Av=1+50kΩ/Rｇ。由于皮膚表面與電極之間可能會(huì)形成原電池，使電極之間存在固定的電位差,因此第一級(jí)差分放大的增益不能太高，否則容易飽和，而且如果在前置放大環(huán)節(jié)中增益取得過(guò)高，引入的噪聲干擾也會(huì)很大.所以在前置放大中取Av＝50，則Rｇ＝1。02kΩ。此外本系統(tǒng)還采用兩個(gè)低噪聲運(yùn)放OP07組成右腿驅(qū)動(dòng)電路來(lái)提高前置放大電路的共模抑制比，如圖4所示.（3）濾波電路因?yàn)轭}目基本要求的帶寬范圍是0。05Hz～100Hz,而發(fā)揮部分的要求是心電信號(hào)放大器－3dB高頻截止頻率為500Hz，為了達(dá)到題目的要求,本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了截止頻率為0.03Hz的高通濾波器和截止頻率分別為100Hz和500Hz的低通濾波器，在100Hz和500Hz的高通濾波器之間通過(guò)開(kāi)關(guān)切換.電路原理圖如圖所示。（4)陷波電路本系統(tǒng)要除去工頻50Hz的干擾，因此要采用雙T網(wǎng)絡(luò)對(duì)混雜在心電信號(hào)里的50Hz信號(hào)作衰減處理.電路原理圖如圖所示。(5）波形的存儲(chǔ)與回放題目的發(fā)揮部分要求心電圖儀具有存儲(chǔ)、回放已測(cè)心電圖的功能。本系統(tǒng)通過(guò)單片機(jī)小系統(tǒng)完成，通過(guò)按鍵控制存儲(chǔ)和回放。在波形的輸出端通過(guò)A/D采樣，送到單片機(jī)，單片機(jī)把數(shù)據(jù)送到RAM62