基于51单片机的综合性实验项目设计和研究

张俊红

摘要：单片机综合性实验是培养学生自主学习能力和创新能力的重要途径。结合《单片机原理与应用》实验课程的改革，设计了户外广告牌显示系统、空调温度控制系统、智能化报时系统三个综合实验项目的内容和实现途径，为学生提供不同层次的项目选择和实现参考。

关键词：单片机；综合实验；广告牌显示；空调温度控制；智能化报时

中图分类号：G424.31 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）50-0202-02

《单片机原理与应用》综合性实验改革与实践，是在我院加强实践环节，重视学生创新能力培养的指导方针下进行的。实验项目设计以实际需求为导向，选题贴近生活；项目活动以学生为主体，采用循序渐进的方式展开，在学生完成理论课程学习和验证型、设计型实验的基础上进行设计综合实验，使学习由浅入深，由理论到实践，由被动到主动。学生根据题目要求依次完成选题、查阅资料、参数计算、元器件选择、电路设计、软件仿真、修改、编程、制版、焊接、程序下载、调试、验收、撰写报告等环节，掌握单片机最小控制系统的设计流程和方法，整个过程训练学生独立思考，独立分析和解决问题的能力，培养学生综合素质，提高学生的自主学习能力和创新能力。

一、单片机综合性实验的内容

在实验内容上，考虑到与实际应用相结合，在设计综合型实验时，我们将训练的全过程分为硬件设计、软件设计、汇编、软件模拟仿真、硬件电路调试和脱机运行等阶段。这种建立在应用系统上的逐步扩展、循环上升的教学方法目的是要利用单片机完成相应的控制要求，完成一个最小系统。这有助于学生建立系统概念，培养独立开发与应用的能力。项目计划安排3个选题，分别是户外广告牌显示系统、空调温度控制系统、智能化报时系统。针对不同的选题有不同的侧重，难度阶梯下降，便于不同层次的学生选题。

二、户外广告牌显示系统

（一）设计要求

显示发布的汉字广告信息，显示方式包括左移右移、闪烁和静态显示等。另外，系统可以编辑信息内容，包括增加一条信息、删除一条信息以及交换信息显示顺序等。主要介绍以AT89C51为控制芯片，用8×8的点阵屏4块来级联实现16×16的点阵屏用于广告牌显示等。

（二）系统组成及工作原理

采用AT89C51单片机配合外围驱动电路，经译码电路点亮点阵屏，实现广告显示功能。点阵屏模块与单片机的采用并行方式连接，通过单片机的P2、P3口与点阵屏的16个输入管脚相连，采用取模软件对要显示的广告词进行取模将所取代码送入单片机，再通过P2、P3口输出，利用两块3/8译码器扩展成4/16译码器对显示电路实现字位控制，实现广告词的显示。利用动态扫描特性，实现16×16点阵屏显示。程序以列扫描行字形输入实现动态扫描。显示一个汉字字符要32字节，需16次扫描，每次扫描由P2、P3端口上传两字节字形数据，由P1口低四位上传字位码。

三、空调温度控制系统

（一）设计要求

通过温度传感器定时探测室内温度，若低于18℃则通过小型直流继电器启动电热器制热；若高于18℃则不制热；在电热器制热期间继续探测温度，若发现已高于22℃则停止制热。要求以单片机AT89C51为核心，利用DS18b20温度传感器和1602液晶屏等，对空调温度控制系统进行设计。

（二）系统组成及工作原理

该空调温度控制系统的硬件电路，主要由单片机AT89S52最小系统、LCD显示电路、环境温度检测电路、键盘输人电路、声光报警电路、继电器控制电路等组成。系统采用DS18b20测温，外部温度信号经DS18b20将输入的模拟信号转换成8位的数字信号，通过并口传送到单片机系统。单片机系统将接收的数字信号译码处理，通过LCD1602将温度显示出来，同时单片机系统还将完成键盘扫描、按键温度设定、超温报警等程序的处理，将处理的温度信号与系统设定温度值比较，形成可以控制空调制热与停止工作。显示电路采用液晶显示屏和通用矩阵键盘，键盘采用了软件来修正误操作输入。

系统软件由主程序模块、测温程序模块和液晶驱动程序模块组成。主程序主要完成对子程序的初始化，在判断初始化程序成功之后执行测温程序模块，并对温度进行显示，同时完成与设定温度的比较，形成可以控制空调制热与停止工作状态，在超过警戒温度时还要发出声光报警。

四、智能报时系统

（一）設计要求

以电子钟为框架，实现设定时间的报时操作，要求实时时间显示和正点报时能够通过键盘修改。系统要求以AT89C51单片机为核心部件，采用独立式按键进行时间调整和闹钟设置，用数码管来实现时间的动态显示。

（二）系统组成及工作原理

报时系统主要由AT89C51单片机，复位电路，晶振电路，数码管显示电路，蜂鸣器驱动电路和键盘电路及控制软件设计等组成。4个独立按键用于校正时间，有功能键、确认键、减一键、增一键。4个按键通过P2口的P2.4-P2.7接入。当有键按下时，输入端为低电平；无键按下时，为高电平。DS1302时钟芯片采用三线接口分别于CPU进行同步通信，分别由P1口的3位进行控制，P3.6与闹钟的蜂鸣器相连。

系统软件由主程序模块、显示程序模块和按键程序模块组成。主程序初始化以后，对DS1302读时间，然后与定时时间进行比较，正点时蜂鸣器发声；之后对按键进行逐个扫描检测是否进入按键程序中，在按键程序中判断是否由键按下，如果没有调用延时重新进行判断，如果有调用去抖程序，再判断键号，输入键号，进入主程序；调用显示子程序，显示模块采用动态扫描的方式进行显示，一位显示完成后，再显示下一位，再读时间完成程序循环。

五、结束语

通过这次综合性实验改革的实施，学生选题可根据自身基础、能力和兴趣选择自己感兴趣的题目或者模块，但不仅限于这些题目，只要想法有创新并切实可行，都给予鼓励，充分调动学生学习的主观能动性，发挥最大学习效率。

参考文献：

[1]何立民.单片机高级教程：应用与设计[M].北京航天航空大学出版社，2007.

[2]毕晓君，唐宏.智能语音报时系统研究[J].自动化技术与应用，2003，22（7）：69-70.

[3]殷刚，赵琳.基于Proteus的单片机综合实验项目设计与研究[J].电子设计工程，2013，21（18）：161-164