计算机接口技术及应用课程设计指导书(3)

2019-05-17 19:35

图1:十字路口交通示意图

图2:十字路口通行顺序示意图

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图3:十字路口交通指示灯示意图

智能交通灯系统需包括车辆直行、左转、右转指示、以及人行道指示,还要求具有倒计时与紧急情况处理(救护车,消防车)等控制功能。 2. 简易数字电压表的设计 ( 1 ) 方案论证

( 2 ) 系统硬件电路的设计:简易数字电压表测量电路由A/D转换、数据处理及显示控制等组成,A/D转换由集成电路0809完成;

( 3 ) 系统程序的设计:包括初始化程序、主程序、显示子程序、模/

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数转换测量子程序等;

( 4 ) 调试及性能分析:采用KEIL编译器进行源程序编译及仿真测试,同时进行硬件电路的设计制作,在proteus软件里进行硬件仿真,最后进行端口电压的对比测试。 3. 秒表/时钟计时器的设计 ( 1 ) 方案论证

( 2 ) 系统硬件电路的设计:采用AT89C52单片机,最小化应用设计;采用共阳极七段LED显示器,P0口输出段码数据,P2.0~P2.5口作列扫描输出,P1.0、P1.1、P1.2口接三个按钮开关,用以调时及功能设置。为了提供共阳LED数码管的驱动电压,用三极管8550作电源驱动输出,采用12MHz晶振,有利于提高秒计时的精确性。

( 3 ) 系统程序的设计:包括初始化程序、主程序、显示子程序、模/数转换测量子程序等;本设计中,计时采用定时器T0中断完成,其余状态循环调用显示子程序,当端口开关按下时,转入相应功能程序。

( 4 ) 调试:采用KEIL编译器进行源程序编译及仿真测试,同时进行硬件电路板的设计制作,同时进行硬件电路的设计制作,在proteus软件里进行硬件仿真。

( 5 ) 性能分析:按照设计程序分析,LED显示器动态扫描的频率约为167Hz,实际观察时注意是否有闪烁现象发生,由于计时终端程序中加入了中断延时误差处理,所以实际计时的走时精度非常高,可以满足多种场合的应用需要。

4. 电子日历的设计

( 1 ) 方案论证 根据系统设计功能要求,确定系统由主控模块、时钟模块、显示模块、键盘接口4个模块组成。

( 2 ) 系统硬件电路的设计:系统由主控制器AT89C2051,时钟芯片DS1302、串口显示电路及键扫描电路组成。

( 3 ) 系统程序的设计:包括阳历程序设计、时间调整程序设计、阴历程序设计。其中,阴历程序的实现是靠阳历日期来推算的。要根据阳历来推算阴历日期,首先要设计算法。推算方法是,根据阳历当前日期在一年中的天数来计算阴历日期。阳历一个月不是30天就是31天(2月除外,闰年2月为29天,平年2月为28天)。阴历一年有12个月或13个月(含闰月),一

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个月为30天或29天。如果把一个只有29天的月称为小月,用1为标志,把30天的月称为大月,用0标志,那么12位二进制就能表示一年12个月的大小。如果有闰月,则把闰月的月份作为一个字节的高4位,低4位表示闰月大小,大月为0,小月为1,这样一个字节就包含了所有闰月的信息。阴历春节和阳历元相差的天数也用一个字节表示。总共用4字节就可以存储一年中任何一天阳历和阴历的对应关系的有关数据。按此法,找到50年内阳历和阴历的对应关系表。有了算法和数据,就可以设计软件了。

( 4 ) 硬件调试和软件调试 硬件调试主要是指检测硬件电路是否有短路、断路、虚焊等。软件利用伟福编译工具进行调试。

( 5 ) 性能分析 计时器最关键的是计时的精度,在这里在于晶振的选择。

5. 超声波测距器的设计

( 1 ) 超声波传感器及其测距原理工作原理

超声波是指频率高于20KHz的机械波。为了以超声波作为检测手段,必须产生超生波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器,习惯上称为超声波换能器或超声波探头。超声波传感器有发送器和接收器,但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化,即在发射超声波的时候,将电能转换,发射超声波;而在收到回波的时候,则将超声振动转换成电信号。

超声波测距的原理一般采用渡越时间法TOF(time of flight)。首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间,再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离

测量距离的方法有很多种,短距离的可以用尺,远距离的有激光测距等,超声波测距适用于高精度的中长距离测量。因为超声波在标准空气中的传播速度为331.45米/秒,由单片机负责计时,单片机使用12.0M晶振,所以此系统的测量精度理论上可以达到毫米级。

由于超声波指向性强,能量消耗缓慢,在介质中传播距离远,因而超声波可以用于距离的测量。利用超声波检测距离,设计比较方便,计算处理也较简单,并且在测量精度方面也能达到要求。

超声波发生器可以分为两类:一类是用电气方式产生超声波,一类是用机械方式产生超声波。本课题属于近距离测量,可以采用常用的压电式

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超声波换能器来实现。 ( 2 ) 方案论证

根据设计要求并综合各方面因素,可以采用AT89C51单片机作为主控制器,用动态扫描法实现LED数字显示,超声波驱动信号用单片机的定时器完成。

( 3 ) 系统硬件电路的设计:包括单片机及显示系统电路,超声波发射电路,超声波检测接收电路。

( 4 ) 系统程序的设计主要由主程序、超声波发生子程序。超声波接收中断程序及显示子程序组成。

( 5 ) 调试及性能分析 硬件调试主要是指检测硬件电路是否有短路、断路、虚焊等。软件利用伟福编译工具进行调试。 6. DS18B20数字温度计的设计 ( 1 ) 温度传感器工作原理

DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器,与传统的热敏电阻等测温元件相比,它能直接读出被测温度,并且可根据实际要求通过简单的编程实现9~12位的数字值读数方式。DS18B20的性能特点如下:

●独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信;

●多个DS18B20可以并联在惟一的三线上,实现多点组网功能; ●无须外部器件;

●可通过数据线供电,电压范围为3.0~5.5V; ●零待机功耗;

●温度以9或12位数字; ●用户可定义报警设置;

●报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度(温度报警条件)的器件; ●负电压特性,电源极性接反时,温度计不会因发热而烧毁,但不能正常工作。

( 2 ) 方案论证 根据系统设计功能要求,确定系统由3个模块组成:主控制器、测温电路及显示电路。

( 3 ) 系统硬件电路的设计:控制器使用单片机AT89C8051,温度传感器使用DS18B20,用4位共阳LED数码管以动态扫描法实现温度显示。 ( 4 ) 系统程序的设计:包括主程序、读出温度子程序、温度转换命令子

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