微机系统设计与应用 浙江大学光电系

1. 微机系统设计与应用浙江大学光电系

2. 课程信息 • 课程网站：http://opt.zju.edu.cn/wjxt/ • 教材：自编讲义“微机系统设计与应用” 浙江大学光电系：王晓萍、王立强、梁宜勇、刘玉玲 • 学分和学时： 学分：3（2-2），长学期。 理论教学：前11周，共32学时； 实践教学：等于32学时。 • 任课教师：王晓萍、王立强、梁宜勇

3. 课程概况 • 课程目标：通过上课掌握微机系统设计与应用的相关知识；通过课程实验和项目设计，切实提高课程知识的应用能力；通过总结和答辩等环节提高综合素质。掌握微机系统设计和开发的基本技术和实际能力，为科研应用打下良好基础。 • 教学方法：课堂上，在介绍相关知识点的同时，结合科研介绍实际开发的经验；讲课不再面面俱到，而是提纲式介绍主要内容，课后的自主学习比重较大；尽可能多地开展同学之间、老师和助教与学生之间的讨论和交流。 • 课程特点：实践性、应用性强，需要通过实际动手才能学以致用，而不是单纯的课堂教学；在理解消化课程知识点的基础上，加强实践教学。

4. 理论教学内容与安排

5. 理论教学内容与安排

6. 实践教学内容与安排

7. 实践教学内容与安排 6月12-21日大考

8. 课程概况 关于实践教学： 为实现课程的教学目标，需要同学和老师共同努力。老师们也认识到在开展研究性教学、提高学生实践能力和创造能力的同时，尽量少增加学生的学习负担，这也是教学改革过程中需要不断探讨和解决的问题。 对于“微机系统设计与应用”和“光电检测技术及应用”两门实践性强的课程，均开展“基于项目”的学习和实践，均采用自愿参加的原则。请同学们根据自己的时间安排和精力自主选择，建议做好一门课程的设计。项目设计的 质量要保证，2人一组，组员要有明确的分工。不能用SRTP项目作为课程项目；如果2门课程均选择“项目设计”，则内容不应有超过30%的相似度。 对于参加光电设计竞赛的同学，可以替一门课程的项目设计。

9. 课程概况 • 实践教学的两种方式： • 项目设计：“基于项目”的实践教学，教学与科研相结合。（自愿+微机成绩的要求） 运用提供的实验开发板，自主选择或设计项目，通过设计、调试完成预期目标。经历开题、设计、调试、答辩等环节，完成项目申请书、设计总结报告、总结答辩PPT、项目演示DV等文档（网站上会给出具体要求）。（老师提供的一定数量的可选项目，提倡自主出题）（2人一组） • 课程实验：运用微机实验系统，通过了解硬件电路，运用C51编程，完成5个实验（包含1个protus实验，1个综合型实验）。要求独立完成，每次实验均要检查和询问。要撰写综合实验的设计总结，并进行实验的操作考核。 （1人一组）

10. 成绩评定方法 1. 项目设计 平时表现：10%；上课情况；参与网上互动情况；参与课程建设情况（希望对讲义、网站等尽可能多地提出建议，并以书面形式提供给老师；提出有关课程建设和教学方法方面的建议）； 作业：3% 项目申请书和开题答辩：7% 总结报告等资料完成和提交情况：15% 课题完成和答辩、项目演示DV情况（要考虑项目的难度因素）：65%

11. 成绩评定方法 2. 课程实验+考试 • 平时表现：10%；上课情况；参与网上互动情况；参与课程建设情况（希望对讲义、网站等尽可能多地提出建议，并以书面形式提供给老师；提出有关课程建设和教学方法方面的建议）； • 作业：3% • 实验完成情况： 18% • 文档完成和质量情况：7% • 实验操作考试：12% • 期末卷面考试（包括实验内容的考核）：50% 要求提交的文档： • 综合实验报告（按格式要求撰写）； • 感想体会 • 综合实验结果演示DV ，不超过2分钟，要加上语音解说。（具体要求见课程网站的“课程资源” 中的“课程要求” ）；

12. 项目设计要求提交资料 • 项目申请书； • 开题答辩PPT； • 项目简介和感想体会（按格式要求撰写）； • 按格式要求撰写的设计总结报告； • 结题答辩PPT，作品功能演示DV（不超过6分钟）； • 项目设计资料：包括硬件原理图、布线图等，程序代码（要有总的说明，变量说明、函数说明和每个函数功能说明）； • 成果展示（按要求填写，插入作品和设计者照片）； • 为下一届同学设计的课题题目和简单要求与说明； （自选） • 根据设计课题撰写的科技论文。（自选） 将上述资料及时提交到课程网站。

13. 关于场地和答疑 • 教三6楼是光电系大学生实践基地，也作为课程设计的主要场地；自由开放，由我们同学自主管理；请大家遵守规章和纪律。 • 每个1-2个单元时间，有课程助教答疑，可以讨论、交流； • 有一定的仪器、设备和元器件。 • 特殊需要的元器件，可以申请征得老师同意后，凭购买发票报销。 • 对于完成较好的课题，可以设计电路板自行加工或送外加工，制作出作品。

14. 实验内容简介 可供选择的课程实验与要求 （或从实验指导书中选择） 基本实验： • 双色LED点阵显示实验 • 7279阵列式键盘及显示实验 • 128×64点阵型液晶显示实验 • 直流电动机控制实验 • 步进电动机控制实验 综合实验： 1. 数据采集器设计实验 • 基于HD7279编写行列键盘及8段数码管显示程序； • 通过键盘手动敲入自己的学号，并在8段数码管上显示； • 基于TLC549编写AD转换子程序，将转化结果显示于数码管； • 涉及内容：SPI总线接口的HD7279显示键盘管理芯片的应用； • 串行A/D转换器TLC549的应用；

15. 实验内容简介 2. 信号发生器设计实验 • 编写程序在液晶显示屏上显示自己的学号和姓名；在液晶显示屏上如何显示任意图形？ • 基于LTC1446 编写D/A转换子程序，输出频率为50Hz，Vpp=5V的锯齿波，并将波形显示于液晶显示屏上。 • 涉及内容：点阵式LCD显示屏编程与应用； • 串行D/A转换器TLC1446的应用； 3. DS18B20传感器温度测控实验 • 编写DS18B20传感器的温度测量程序，在液晶显示屏上显示出实测温度； • 用按键输入需要控制的恒定温度值，通过PWM拨实现对温度的控制，显示出控制温度、实测温度等信息。 • 涉及内容：点阵式LCD显示屏编程与应用； • 1-wire串行总线DS18B20温度传感器的的应用；

16. 关于课程网站 网址：http://opt.zju.edu.cn/wjxt; 最近刚改版，内容有待补充和丰富，请多提建议。

17. 设计项目简介 1、LED正向伏安特性（V-I）自动测试系统 • 构建一个最小51单片机小系统，能自动检测LED的正向伏安特性曲线，LED的正向伏安特性曲线如下。系统测试过程如下：1）LED放置，接入电路；2）启动测试，单片机控制DAC输出递增的电压，同时通过ADC采集电流信息；3）扫描完毕，将数据存入内部RAM，并以两种方式之一输出：液晶显示屏或示波器。

18. 码盘 探测器 • LED 设计项目简介 2、基于光电对管的测速系统 • 构建一个具有光电对管的最小51单片机小系统，能自动检测码盘转速，原理如下图。系统工作过程如下： • 光电对管工作； • 单片机控制码盘以正弦规律变速转动； • 单片机提取探测器上的脉冲信号，计算码盘转速； • 单片机以双踪形式实时显示目标转速信号与实际转速信号，以两种方式之一输出：液晶显示屏或示波器。观察并比较其相位差与转速关系。

19. 设计项目简介 3、标准信号发生器 • 构建一个最小51单片机小系统，能输出常见的标准信号如正弦波、三角波、方波等。系统工作过程如下： • 键盘以数字键选择标准信号类型； • 键盘再以数字键输入该信号的参数； • 单片机计算后马上输出信号，并要求以两种方式之一输出：液晶显示屏或示波器。 建议用液晶显示屏提示输入参数并作波形显示。 4、光敏电阻暗电流自动检测与半自动分拣 • 构建一个最小51单片机小系统，能自动检测并分类光敏电阻。 系统工作过程如下： • 光敏电阻用夹子夹上； • 系统自动探测到并红灯亮，同时开始检测暗电流（多次测量平均，约几秒）； • 测量结束，根据暗电流大小，用数码管给出分拣区（1-6）； • 绿灯亮，提示将当前光敏电阻放入指定分拣区，并可进行下一个光敏电阻测试。

20. 设计项目简介 5、篮球比赛计时计分器 • 篮球赛时计时计分器系统设计。实现赛程时间设置、赛程时间启/停、比分交换控制、比分刷新控制、计时设计、赛程结束报警等功能。要求可区分罚球、两分球及三分球，有I2C总线的EEPROM扩展，可在系统意外断电后，恢复上电时读出所有断电前的状态。 6、出租车计价器 • 以单片机为中心，采用光电耦合开关，实现对出租车行驶里程统计和计价，人机界面采用中文液晶显示器，计价器可根据白天、黑夜等自动调节单价模式，应具备数据记录保存、实时显示等多项功能。

21. 设计项目简介 7、数字电表设计 • 利用单片机设计一数字电表，利用光电耦合器件，实时统计用户使用的电量。要求电表具有实时时钟、液晶显示的功能，可根据不同用电的时间段实现不同电费的计算： 如用电高峰期18：00-23：00电费为0.7元/千瓦时； 其他时间段为0.5元/千瓦时。 电表可存储日电量及电费数据、月电量及电费数据、电表编号等，可通过RS232或红外方式实现对电表数据的读取。 8、自动出水水龙头设计 • 采用单片机，设计一卫生间洗手池自动出水水龙头的出水控制。采用红外感应障碍物的距离，感应距离在20cm之内。当感应距离之内的障碍物停留时间在2秒以上，水龙头自动出水，如果连续出水超过60秒，强行关闭水龙头。设计需从软硬件考虑系统的低功耗设计。

22. 设计项目简介 9、楼道灯光节能控制系统 • 以单片机为核心，设计一楼道灯光自动感应系统，要求当楼道内光亮度低于某一阈值时，且有人经过楼道，灯光自动打开，亮60秒后自动关闭。在此基础上可根据楼道光的亮度不同，采用PWM方式控制灯光的亮度，实现楼道灯光的节能控制。 10、恒温控制系统 • 采用DS18B20数字温度传感器实现温度测量，并实时采集在LCD上显示测量结果。在此基础上采用PWM的频率及占空比实现对加热功率的调节，实现恒温控制，并在LCD实时绘制测量温度曲线。

23. 设计项目简介 11、点阵LED显示屏的设计 • 设计并制作一个以单片机为控制核心的点阵LED显示系统，系统实现同时显示4个汉字，长的字符串则从右向左或从下向上滚动，要求画面清晰。可显示当前的时间，显示当前温度。扩展：PC上位机通过串行通信接口能够实现字符串的修改、显示方式的设定、时间的设置。 12、LED照明灯的驱动与控制 • 采用PWM方式恒流驱动LED，因LED寿命与工作温度（结温）直接相关，因此需监控LED工作温度，当LED工作温度高于某阈值时，需自动减小PWM占空比，使温度降低。同时需测量LED输出光能量、工作温度与驱动电流（平均值）的关系曲线。LED亮度调节可通过键盘控制，也可以通过RS485通信口远程控制，相关测试数据可在液晶屏上显示或通过RS485接口送入上位机。

24. 设计项目简介 13、激光测距 • LD产生激光脉冲，照射被测目标，照射激光被目标反射，部分反射光被光电探测器接收，经电路处理，测量距离。单片机作为控制中心，控制整个系统的时序。获得数据后显示在液晶屏上或者通过串口传给上位机。 14、自动寻径小车 • 利用红外光电传感器对白色地面上的黑色带状导引带进行探测，单片机对采集到的信号予以分析判断，及时控制驱动电机以调整小车转向，从而使小车能够沿着黑色导引带自动行驶，实现小车自动寻迹的目的。

25. 设计项目简介 15、水位控制 • 系统包括一个大的水箱和一个小的水箱，两个水箱有水管相连，小水箱上有水阀，打开水阀可以使用小水箱中的水，当小水箱里的水位小于指定高度时，自动打开大水箱阀门，将水灌入小水箱至满后，再自动关闭阀门，当大水箱中的水位到达警戒线以下时，发出报警。两个水箱中的水位要求在液晶屏上显示出来。 16、数字光功率计或照度计 • 光信号投射在光探测器的光敏面上将其转变为电流。再经过变换电路和放大电路得到电压信号。然后把这个信号送到低通滤波器进行滤波及响应度补偿放大，以得到与功率值相对应的直流电压，之后再将该电压经A／D转换，通过CPU进行数据处理和判断后，送入LCD显示。考虑到面积及人眼明视觉响应曲线，可考虑测照度，做成照度计。