基于51單片機的綜合性實驗項目設計和研究

張俊紅

摘要：單片機綜合性實驗是培養學生自主學習能力和創新能力的重要途徑。結合《單片機原理與應用》實驗課程的改革，設計了戶外廣告牌顯示系統、空調溫度控制系統、智能化報時系統三個綜合實驗項目的內容和實現途徑，為學生提供不同層次的項目選擇和實現參考。

關鍵詞：單片機；綜合實驗；廣告牌顯示；空調溫度控制；智能化報時

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

《單片機原理與應用》綜合性實驗改革與實踐，是在我院加強實踐環節，重視學生創新能力培養的指導方針下進行的。實驗項目設計以實際需求為導向，選題貼近生活；項目活動以學生為主體，采用循序漸進的方式展開，在學生完成理論課程學習和驗證型、設計型實驗的基礎上進行設計綜合實驗，使學習由淺入深，由理論到實踐，由被動到主動。學生根據題目要求依次完成選題、查閱資料、參數計算、元器件選擇、電路設計、軟件仿真、修改、編程、制版、焊接、程序下載、調試、驗收、撰寫報告等環節，掌握單片機最小控制系統的設計流程和方法，整個過程訓練學生獨立思考，獨立分析和解決問題的能力，培養學生綜合素質，提高學生的自主學習能力和創新能力。

一、單片機綜合性實驗的內容

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

二、戶外廣告牌顯示系統

（一）設計要求

顯示發布的漢字廣告信息，顯示方式包括左移右移、閃爍和靜態顯示等。另外，系統可以編輯信息內容，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塊來級聯實現16×16的點陣屏用于廣告牌顯示等。

（二）系統組成及工作原理

采用AT89C51單片機配合外圍驅動電路，經譯碼電路點亮點陣屏，實現廣告顯示功能。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字位控制，實現廣告詞的顯示。利用動態掃描特性，實現16×16點陣屏顯示。程序以列掃描行字形輸入實現動態掃描。顯示一個漢字字符要32字節，需16次掃描，每次掃描由P2、P3端口上傳兩字節字形數據，由P1口低四位上傳字位碼。

三、空調溫度控制系統

（一）設計要求

通過溫度傳感器定時探測室內溫度，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探測溫度，若發現已高于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，對空調溫度控制系統進行設計。

（二）系統組成及工作原理

該空調溫度控制系統的硬件電路，主要由單片機AT89S52最小系統、LCD顯示電路、環境溫度檢測電路、鍵盤輸人電路、聲光報警電路、繼電器控制電路等組成。系統采用DS18b20測溫，外部溫度信號經DS18b20將輸入的模擬信號轉換成8位的數字信號，通過并口傳送到單片機系統。單片機系統將接收的數字信號譯碼處理，通過LCD1602將溫度顯示出來，同時單片機系統還將完成鍵盤掃描、按鍵溫度設定、超溫報警等程序的處理，將處理的溫度信號與系統設定溫度值比較，形成可以控制空調制熱與停止工作。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。

系統軟件由主程序模塊、測溫程序模塊和液晶驅動程序模塊組成。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行測溫程序模塊，并對溫度進行顯示，同時完成與設定溫度的比較，形成可以控制空調制熱與停止工作狀態，在超過警戒溫度時還要發出聲光報警。

四、智能報時系統

（一）設計要求

以電子鐘為框架，實現設定時間的報時操作，要求實時時間顯示和正點報時能夠通過鍵盤修改。系統要求以AT89C51單片機為核心部件，采用獨立式按鍵進行時間調整和鬧鐘設置，用數碼管來實現時間的動態顯示。

（二）系統組成及工作原理

報時系統主要由AT89C51單片機，復位電路，晶振電路，數碼管顯示電路，蜂鳴器驅動電路和鍵盤電路及控制軟件設計等組成。4個獨立按鍵用于校正時間，有功能鍵、確認鍵、減一鍵、增一鍵。4個按鍵通過P2口的P2.4-P2.7接入。當有鍵按下時，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進行同步通信，分別由P1口的3位進行控制，P3.6與鬧鐘的蜂鳴器相連。

系統軟件由主程序模塊、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，然后與定時時間進行比較，正點時蜂鳴器發聲；之后對按鍵進行逐個掃描檢測是否進入按鍵程序中，在按鍵程序中判斷是否由鍵按下，如果沒有調用延時重新進行判斷，如果有調用去抖程序，再判斷鍵號，輸入鍵號，進入主程序；調用顯示子程序，顯示模塊采用動態掃描的方式進行顯示，一位顯示完成后，再顯示下一位，再讀時間完成程序循環。

五、結束語

通過這次綜合性實驗改革的實施，學生選題可根據自身基礎、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，只要想法有創新并切實可行，都給予鼓勵，充分調動學生學習的主觀能動性，發揮最大學習效率。

參考文獻：

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