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《单片机系统设计与PROTEUS仿真实训》指导书
指导教师：牛勇 刘炜 蔡静之 祝玲
指导书编写人：牛勇
参加实训班级： 2025级自动化专业（两个班）
实训时间：2012年 12月24日-2013年1月4日
北方民族大学电气信息工程学院
2012年9月14日
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《单片机系统设计与PROTEUS仿真实训》指导书
一、实训的目的和作用
课程实训是培养和锻炼学生在学习完本门课后综合应用所学理论知识解决实际工程设计和应用问题的能力、进行工程实训的重要教学环节，它具有动手、动脑，理论联系实际的特点，是培养在校工科大学生理论联系实际、敢于动手、善于动手和独立自主解决设计实践中遇到的各种问题能力的一种较好方法。
《单片机原理及应用》是一门应用性、综合性、实践性较强的课程，没有实际的有针对性设计环节，学生就不能很好的理解和掌握所学的技术知识，更缺乏解决实际问题的能力。所以通过有针对性的课程设计，使学生学会系统地综合运用所学的技术理论知识，提高学生在单片机技术应用方面的开发与设计本领，系统的掌握单片机硬软件设计方法。
通过实训，不仅要培养学生的实际动手能力，检验学生对本门课学习的情况，更要培养学生在实际的工程设计中查阅专业资料、工具书或参考书，掌握工程设计手段和软件工具，并能以图纸和说明书表达设计思想和结果的能力，培养学生事实求是和严肃认真的工作态度。
通过实训过程，要求学生熟悉和掌握单片机系统的软件、硬件设计的方法、设计步骤，使学生得到微机开发应用方面的初步训练。同时让学生掌握先进的计算机仿真技术在单片机系统设计方面的应用，让学生独立或集体讨论设计题目的系统方案论证设计、编程、软件硬件调试、查阅资料、绘图、编写说明书等问题，真正做到理论联系实际，提高动手能力和分析问题、解决问题的能力，实现由学习知识到应用知识的初步过渡。
二、设计题目与任务
设计题目的出题原则：根据教学大纲对本门课程的教学要求和所讲授的课程内容，结合现有的教学实验设备和能力，按照课程设计的目的和作用所提出的要求，选择符合教学内容、符合学生水平、符合实验室条件，综合本门课的全部知识，难易适中，使学生能在规定的时间内的通过集体讨论、查阅资料后可以完成课题。
所有的题目都要求用8031、8051或AT89C51／52微处理器，以所学过的常用接口芯片及存储器为外围扩展器件，软、硬件结合，完成题目给定的设计任务，要求画出正确的硬件电路并给出完整的程序清单。每个学生都要求在仿真系统中通过所设计的系统。评分标准按百分制评分。
本任务书在第四周下发给学生，并由学生结合所学习内容开始课程设计的准备工作，教师根据学生要求给予设计指导，在第十八、十九周学生集中做设计。
分组要求：每3-4人一组，每人有明确的设计任务分工，在老师的指导下应独立完成规定的设计任务。
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学完本课程后应达到以下要求：
（1）掌握单片机组成及工作原理、单片机基本指令系统、及常用程序的设计方法和技巧。
（2）掌握单片机硬件系统的扩展技术。
（3）掌握单片机系统的硬软件的设计方法和设计步骤、PROTEUS仿真软件的应用方法与系统的开发及硬件电路调试、程序调试等与单片机有关的技术。
三、实训指导及要求
实训是在教师指导下，各组可以集体讨论，但实训报告由学生独立完成，不得互相抄袭。教师要指明设计思路，启发学生独立设计的思路，解答疑难问题和按设计进度进行阶段审查。学生必须发挥自身学习的主动性和能动性，主动思考问题、分析问题和解决问题，而不应处处被动地依赖指导老师查资料、给数据、定答案。同组同学要发扬团队协作精神，积极主动的提出问题、解决问题、讨论问题，互相帮助和启发。
学生在设计中可以引用所需的参考资料，避免重复工作，加快设计进程，但必须和题目的要求相符合，保证设计的正确。指导教师要引导学生学会掌握和使用各种已有的技术资料，不能盲目地、机械地抄袭资料，必须具体分析，使设计质量和设计能力都获得提高。
学生要在老师的指导下制定好自己各环节的详细设计进程计划，按给定的时间计划保质保量的完成个阶段的设计任务。设计中可边设计，边绘图，边修改，软件设计与硬件设计可交替进行，问题答疑与调试和方案修改相结合，整个设计过程中要保留全部的设计纪录，边设计边整理边书写报告，提高设计的效率，保证按时完成设计工作并交出合格的设计报告。
四、实训报告内容及考核办法
本门课程考核评分方式采用提交实训设计报告、检查仿真结果和答辩的方式进行。平时考勤占总成绩的10%，现场提问或调试、动手能力占总成绩的10%；仿真结果45%、实训报告占总成绩的15%，答辩占总成绩的20%。
实训设计报告的内容的主要有：方案确定，硬件电路图和设计说明，软件设计清单和设计说明，要求软件要有注释，设计报告的书写要求字迹清楚，语言流畅。设计的系统以仿真结果为准。
实训报告主要包括以下内容：
1. 设计题目分析
2. 总体方案设计分析、讨论
3. 硬件原理图设计（用自动布线绘图软件最好），要有设计过程说明。
4. 软件流程框图及程序清单（汇编语言源程序必须加注释说明）要有设计过程说明。
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5. 设计总结和心得体会
6．PROTEUS仿真结果
五、进度安排（共2周）
具体进度安排如下：
1、熟悉设计题目，查阅相关资料，总体方案，软、硬件功能划分，硬件接口原理图设计，软件框图及程序设计等工作可以在题目分配后提前做准备工作，实训题目在第4周后下达给学生，学生可以利用课余时间，通过学习到的理论知识提前为课程设计做准备。（由学生根据自己的学习情况做准备）
2、讨论设计任务，完成设计方案 2天
3、完成硬件电路设计、软件编写 2天
4、熟悉PROTEUS仿真软件 1天
5、在PROTEUS仿真软件下设计和调试系统，撰写设计报告 4天
6、答辩 1天
六、实训评分方法
评分标准
1、报告书写：
（1）对课程设计的目的和意义的表述和理解 5分
（2）语言通畅，逻辑层次分明，无错别字，标点符号正确 10分
2、硬件电路设计：阐明了硬件设计的基本原理和设计要求与方法
经仿真验证电路设计能满足题目要求 20分
3、软件设计：阐明了软件设计的基本原理和设计要求与方法
（1）经仿真验证软件设计能满足题目要求 10分
（2）主程序流程图、子程序流程图 10分
（3）程序注释说明 5分
4、现场提问或调试、动手能力 10分
5、考勤 10分
6、答辩 20分
注：1）如果仿真软件库中没有满足题目要求的电子器件或接口电路，学生可按题目要求采用能实现实验和应用的其它方法设计，设计的结果由教师检查其正确性。
2）答辩为每位学生单独简单叙述设计过程，说明自己负责设计部分设计过程，回答或解释教师提出的3-4个设计中的问题，答辩的成绩按答辩结果由教师给出。
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七、参考资料
1、《单片机原理及实用技术》，李刚民编著，高等教育出版社， 2025年。
2、《PROTEUS在MCS-51&ARM7系统中的应用百例》，周润景编著，电子工业出版社， 2025年。
3、《PROTEUS入门实用教程》，周润景编著，机械工业出版社， 2025年。
4、《基于PROTEUS的电路及单片机系统设计与仿真》，周润景编著，北京航空航天大学出版社， 2025年。
5、《单片机原理与接口技术》，肖金球编著，清华大学出版社， 2025年。
6、《单片机原理及应用》，万文略著，重庆大学出版社， 2025年。
7、《单片机原理与接口技术》，李朝青编著，北京航空航天大学出版社，1999年。
8、学生可以参照其它相关的技术资料
八、实训题目：
任务：设计一个单片机最小系统。要求系统具有5×5键盘阵列，可从键盘输入0-9数字、A、B、C、D、E、F字母，另有确认，清除键。8个LED数码管，能正确按输入顺序显示键盘字符，当输入字符超过6个时，只显示最后输入的6个字符所有口线均通过接插件与外界连接。
2. 单片机双机通信设计与仿真
任务：设计一个单片机串口通信系统。要求系统具有4×4键盘阵列，可从键盘输入0-9数字、A、B、C、D、E、F字母，6个LED数码管，输入的6个数据在输入完后，按确认键后可传送到另一个单片机上，另一个单片机可以将所接收到的数据按顺序显示出来。
3. 单片机简易电子琴（生日快乐歌或自选一首歌曲）的设计与仿真
任务：根据音乐产生的原理，设计一个简易电子琴，系统要求由4×4矩阵式按键组成，设计成16个音，可弹奏音乐。
4．单片机简易计算器的设计与仿真
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任务：设计一个16键简易计算器。要求外接4×4矩阵式键盘和4位7段式LED数码管，包括“C”键（清零）、“0-9”数字键，“＋、－、×、÷”和“＝”等运算键。要求能完成2位十进制整数的运算，除法运算要求保留一位小数
5. 单片机交通灯控制系统的设计与仿真
任务：设计一个路口交通灯控制系统。完成对交通灯明灭、闪烁的控制，完成对LED显示系统的控制。要求外接4个路口的交通灯，分别用3*4个LED分别表示各个路口的红、黄、绿灯，其中黄灯在绿灯后延迟三秒。要参照现行的交通灯控制方式。
6．单片机数字时钟的设计与仿真
任务：设计一个数字钟。外接6个LED数码管，分别显示时、分、秒，以24小时制显示时间。系统可由4×4键盘输入标准时间值。另有确认键和清除键，按清除键重新输入标准时间，按确认键开始计时工作。
7. 单片机数字温度计设计与仿真
任务：设计一个数字温度计。要求采用温度传感器采用仿真软件提供的DS18B20，外接3位数码管显示温度，精度要求为1ºC。温度范围可自行定，但精度要满足要求。
8. 单片机步进电机控制系统的设计与仿真
任务：设计一个速度可调的步进电机控制系统。要求采用步进电机驱动芯片实现脉冲分配和驱动，同时要求外接一个4×4键盘，完成输入。要求熟悉仿真软件提供的步进电机控制方法，并完成题目的要求。设计2位数码管显示器，可根据输入的数据（1-99）修改步进电机的转速。另用一个并口作为电机旋转方向的控制开关。
9. 单片机直流电机控制系统的设计与仿真
任务：设计一个直流电机控制系统。要求设计中含有驱动电路，并可控制直流电机的旋转方向，采用PWM电源方式进行控制，电机的速度由模拟量输入给定。
10. 单片机数据采集系统的设计与仿真
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任务：设计一个单片机数据采集系统，要求采用8位A/D转换器，外接数据存储器容量为8K，程序存储器容量为8K，采样信号的电压范围为0-5V。设计4个数码管显示器，一个位正数，三位小数。用并口设计三个开关，一个为启动采样，一个为停止采样，一个为显示采样值，显示时每秒显示一个数据，依次顺序将采样的前100个数据显示出来。
11．单片机智能信号发生器的设计与仿真
任务：设计一个智能信号发生器。要求分别产生锯齿波和三角波，由DAC0832输出，波形的频率由4×4键盘输入，并由两位数码管显示，频率范围1-20Hz。
12. 单片机频率计的设计与仿真
任务：设计一个频率计。要求能测量方波信号、三角波信号的频率，所有信号的幅值范围为0-5V,如测量正弦波或三角波的信号频率，则要求将信号首先整形成方波。测量结果显示在4个LED数码管上，测量范围为0-9999Hz。
13. 单片机直流稳压电源的设计与仿真
任务：设计一个数控直流稳压电源。输出电压的幅值可以调控在0-10V，%。输出电压显示在4个LED数码管上显示。
14．单片机中断采样与显示的设计与仿真
任务：设计单片机系统，要求每1秒钟中断一次，通过ADC0809对输入电压进行采样（输入电压幅度0-5V），将采样值按十进制显示在LED数码管上，并将采样值由DAC0832输出（0-5V），输出结果用万用表测量是否与输入相符。
15、单片机中断采样、显示、输出的设计与仿真
任务：设计单片机系统，设计单片机系统，要求每5秒钟中断一次，通过ADC0809对输入电压采样一次（电压幅度0-5V），将采样值按十进制显示LED数码管上，并将采样值作为输出正弦波的频率，正弦波由DAC0832输出（正弦波的值按每2度一个值计算，并将计算好的值保存后查表使用）。要求输出信号的频率在1-10Hz（整数）之间。注意：采样值与正弦波频率的对应关系为：0-,频率为1Hz，-1V时, 频率为2Hz，-, 频率为3Hz，依次类推。
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16、单片机中断采样、显示、输出的设计与仿真
任务：设计单片机系统，实时记录外部脉冲数，外部脉冲的频率小于100Hz,幅值为0-5V的标准信号，并将脉冲数显示在LED数码管上。记录够1000个脉冲后，引起中断，由并口的一位输出控制一个发光二极管，使其亮，表示已经计满了数。然后开始新的循环计数，并使发光二极管灭。
17、单片机教学楼照明灯控制系统设计与仿真
任务：设计单片机系统，要求能显示标准时间值，每10秒钟通过ADC0809对输入电压采样一次。比较采样值，ADC0809的输入值在0-，四个开关量输出控制的灯全亮，表示室外较暗，楼内的灯不能关闭；，表明室外较亮，在时间段8：50—9：00、9：50—10：10、11：00—11：10关闭四层楼的所有灯，在上课是要打开所有灯。下午从12：00到19：00关闭所有灯。19：00以后开所有灯，22：00—6：30关闭所有灯，6：30以后开灯。每层楼一个开关。六个LED数码管显示格式（冒号用2个LED构成）如下：
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18、单片机三角波信号发生器设计与仿真
任务：设计单片机系统，将由键盘输入的频率值按十进制显示在LED数码管上，并以此频率生成三角波由DAC0832输出。频率范围为：10-50Hz，在这个频率范围之外的输入视为无效，显示E，表明输入错，重新输入数据。
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19、单片机图书馆人员进出控制系统的设计与仿真
任务：设计单片机系统，对图书馆三层楼进出的人员进行计数，要求每层楼的进入的人数极限值为1000人，到1000时报警，并关闭楼门，报警指示用8255的一位控制一个指示灯，并指示灯闪烁。出去的人要从总的计数值中减去，显示器始终显示每层楼内的实际人员的数量。
显示格式：
20、单片机电梯控制系统的设计与仿真
任务：设计单片机系统，对一个三层楼的电梯进行控制，要求每层楼的楼外有一个显示器显示电梯到达的楼层（与电梯内显示的数据相同），二楼有上行和下行两个请求按钮，一楼只有上按钮，三楼只有下按钮，电梯内有6个输入（1—3层，开门、关门、呼叫） ，电梯另有三个到位开关（1—3层），电梯运行的条件为：按下电梯内的关门按钮，门关好开关闭合。电梯停止的条件为：某层楼有呼叫时，到达该层楼后，其到位开关闭合，电梯停止上或下，电梯运行由一个开关控制，需要多少个开关量输入输出由设计者自己计算。
21、单片机交通监控系统的设计与仿真
任务：设计单片机系统，南北绿灯亮（东西红灯亮）25秒后南北黄灯（左转灯）亮（东西红灯亮）5秒。然后东西绿灯亮（南北红灯亮）25秒后东西黄灯（左转灯）亮（南北红灯亮）5秒。循环上述过程。在控制信号灯的工作下，同时记录车流量和交通闯红灯的情况，要求为：东西南北为三车道，每个方向的三个车道上个有一个可以自动记录车数的传感器作为计数，每个车道上有正常通过的车时，记录为正常流量，如在红灯是过，则为闯红灯，闯红灯发生时报警，并记录次数。
22、单片机数字电压表的设计与仿真
任务：设计单片机系统，利用12位A/D转换器对被测电压进行测量，测量结果在4个LED数码管显示，并能换测量挡（5个挡）。0-5V,5-100V,100-200V,200-400V,400-1000V。
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23、单片机8路高精度数据采集与显示系统的设计与仿真
任务：设计单片机系统，可完成每秒定时对8路8位A/D转换器的数据采样，被采样数据的幅值为0-5V,采样结果用8组3位LED数码管依次将采样的数据显示出来。