图2
题目21 数字指南针的设计
一、设计要求
数字指南针要求使用固态磁阻传感器将地磁场的方位角转换成数字量的角度信号，利用 单片机处理并显示或通过串行口传送到雷达或电子海图仪等航海设备上，从而实现运动方位 角信息的硅示。数字指南针要求分辨率小于1o。 二、参考方案
数字指南针又叫电子罗盘，是基于地磁场来定北极的一种仪器。其测量误差不随时间积累，且体积小，可靠性高，响应速度快，相比传统机械罗盘具有较多的优点。
数字指南针的电路系统主要由地磁检测电路、地磁信号放大电路、磁阻传感器消磁电路、微处理器控制电路、液晶显示电路和接门电路组成。控制器采用单片机STC12C5410AD，地磁检测采用磁阻传感器IIMC1022。STC12C5410AD单片机是宏晶公司产品，其运算速度为标准单片机的12倍，内带A/D转换器，具有强抗干扰性，低功耗，可在线编程等优点。HMC1022是二维磁阻传感器电路芯片，其原理是利用电阻桥将磁场强度转换成差动输出电压，该信号电压通过运放放大后，输入到单片机进行A/D转换，最后由单片机进行数据处理并将测量方位角的结果显示在LCD液晶显示器上。数字指南针设计原理框图如图3所示。
图3
题目22 ISD4002语音录交电路的设计
一、设计要求
利用单片机及语音录放芯片制作一个可录放语音的电路系统，可用于汽车站点播报、电话语音自动转接留言、银行ATM取款服务等语音信息自动提示场合。 二、参考方案
声音的记录从最早的模拟方式发展到现在的数字化方式，处理技术更加先进、可靠。一般的声音数字化记录过程是先经过模／数( A/D)转换，并按一定时间间隔的取样数字化值存在EPROM存储器中，放音时再按一定的时间间隔将存储器的数据进行数／模(D/A)转换，并进行滤波、音频放大等过程，还原记录的声音信息。由于受存储器容量及采样速度的限制，音质与成本会有一定的矛盾，对普通电子爱好者来说制作难度也较大。
ISD 4002是美国ISD公司系列单片语音录放集成电路系列中的一种，它采用直接模拟量存储技术，将每个采样值直接存储在片内的FLASH RAM中，能较好地保留模拟量中的有效成分。芯片设计成和微控制器配合使用的寻址和控制方式，使器件引出端数目减到最少，且音质较好，目前在语音合成设计中应用较广。本设计采用ISD4002 - 120P芯片，可录音时间为120 s，芯片供电电源为3V，工作电流为15～20 mA．典型待机维持电流为1 pA，可实现循环多段语音录放编程使用，芯片内部采样频率为8 kHz．音质较好，适用一般电话以及其他语音提示设备的应用。图4所示为ISD4002语音录放系统构成框图。
图4
题目23 超声波测距器的设计
一、设计要求
超声波测距器可应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用于如液位、井深、管道长度、物体厚度等的测量。其测最范围为0.10~4. 00 m，测量精度为1 cm。测量时与被测物体无直接接触，能够清晰、稳定地显示测量结果。 二、参考方案
我们知道，由于超声波指向性慢，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量。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日常使用的要求。 超声波发生器可以分为两大类：一类是用电气方式产生超声波；另一类是用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型、电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前在近距离测量方面较为常用的是压电式超声波换能器。
根据设计要求并综合各方面因素，本题可采用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。超声波测距器系统设计框图如图5所示。
图5
题目24 DS18B20数字温度计的设计
一、设计要求
数字式温度计测温范围在- 55～125℃，误差在±0.5℃以内，采用LED数码管直读显示。 二、参考方案
在日常生活及工农业生产中，经常要用到温度的检测及控制，传统的测温元件有热电偶和热电阻。而热电偶和热电阻测出的一般都是电压，再转换成对应的温度，需要比较多的外部硬件支持。其缺点如下： ●硬件电路复杂； ●软件调试复杂； ●制作成本高。
本数字温度计可设计采用美国DALLAS半导体公司继DS1820之后推出的一种改进型智能温度传感器DS18B20作为检测元件，测温范围为- 55～125℃，最高分辨率可达0. 0625℃。
DS18B20可以直接读出被测温度值，而且采用三线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点。
按照系统设计功能的要求，确定系统由3个模块组成：主控制器、测温电路和显示电路。 数字温度计总体电路结构框图如图6所示。
图6
题目25 4个16×16点阵LED电子显示屏的设计
一、设计要求
设计一个能显示4个16×16点阵图文LED显示屏，要求能显示图形或文字，显示图形或文字应稳定、清晰，图形或文字显示有静止、左移或右移等显示方式。 二、参考方案 从理论上讲，不论显示图形还是文字，只要控制与组成这些图形或文字的各个点所在位置相对应的LED器件发光，就可以得到想要的显示结果。这种同时控制各个发光点亮灭的方法称为静态驱动显示方式。每个16×16的点阵共有256个发光二极管，显然单片机没有这么多端口。如果采用锁存器来扩展端口，那么接8位的锁存器来计算，一个16×16的点阵需要256/8=32个锁存器。这个数字很庞大，因为这里仅仅是16×16的点阵，而在实际应用中的显示屏往往还要大得多，这样在锁存器上花的成本将是一个很庞大的数字。因此在实际应用中，显示屏几乎都不采用这种设计，而采用另一种称为动态扫描的显示方法。
所谓动态扫描，简单地说就是逐行轮流点亮，这样扫描驱动电路就可以实现多行（如16行）的同名列共用一套列驱动器。以16×16点阵为例，把所有同一行发光管的阳极连在一起，把所有同一列发光管的阴极连在一起（共阳的接法），先送出对应第一行发光管亮灭的数据并锁存，然后选通第一行使其点亮一定的时间，然后熄灭；再送出第二行的数据并锁存，然后选通第二行使其点亮相同的时间，然后熄灭??第16行之后又重新点亮第1行，这样反复轮回。当这样轮回的速度足够快（每秒24次以上）时，由于人眼的视觉暂留现象，我们就能看到显示屏上稳定的图形了。
采用扫描方式进行显示时，每行有一个行驱动器，各行的同名列共用一个列驱动器。显示数据通常存储在单片机的存储器中，按8位一个字节的形式顺序排放。显示时，要把一行中各列的数据都传送到相应的列驱动器上去，这就存在一个显示数据传输的问题。从控制电路到列驱动器的数据传输可以采用并行方式或串行方式。显然，采用并行方式时，从控制电路到列驱动器的线路数最大，相应的硬件数日多。当列数很多时，并行传输的方案是不可取的。
采用串行传输的方法，控制电路可以只用一根信号线，将列数据逐位地传往列驱动器，在硬件方面无疑是十分经济的。但是，串行传输过程较长，数据按顺序逐位地输出给列驱动器，只有当一行中的各列数据都已传输到位之后，这一行的各列才能并行地进行显示。这样，对于一行的显示过程就可以分解成列数据准备（传输）和列数据显示两部分。对于串行传输方式来说，列数据准备时间相对要长一些，在行扫描周期确定的情况下，行显示的时间就会缩短，以致会影响到LED的亮度效果。
解决串行传输中列数据准备和列数据显示的时问矛盾问题，可以采用重叠处理的方法来解决。即在显示本行各列数据的同时，传送下一行的列数据。为了达到重叠处理的目的，列数据的显示就需要具有锁存功能。经过上述分析，可以归纳出列驱动器电路应具备的主要劝能：对于列数据准备来说，应能实现串入并出的移位功能；对于列数据显示来说，应具有并行锁存的功能。这样，本行已准备好的数据打入并行锁存器进行显示时，串并移位寄存器就可以准备下一行的列数据，而不会影响本行的显示时间。
图7所示为显示屏电路实现的结构框图。
图7
题目26 电子万年历的设计制作
一、设计要求
电子万年历能显示阳历年、月、日、星期、时、分、秒和阴历月、日，在显示农历时间时，能标明是否为闰年。 二、参考方案
按照系统设计功能的要求，初步确定系统由主控模块、时钟模块、显示模块和键盘接口模块共4个模块组成，电路系统构成框图如图8所示。主控芯片使用51系列STC89C52单片机，时钟芯片使用美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟DS1302。采用DS1302作为计时芯片，可以做到计时准确。更重要的是．DS1302可以在很小电流的后备电源(2．5～5.5 V电源，在2.5 V时耗电小于300 nA)下继续计时，而且DS1302可以编程选择多种充电电流来对后备电源进行慢速充电，可以保证后备电源基本不耗电。显示模块采用普通的共阳LED数码管，键输入采用查询法实现功能调整。
图8
