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项目6 基于AT89S52单片机人体反应速度测试仪的设计

项目6  基于AT89S52单片机人体反应速度测试仪的设计

6.1项目概述

随着社会的发展,许多的交通事故都是由于人们在突发状况下不能及时做出判断而导致的。因此,在面对突发事故时,人的反应快慢直接影响到事情变化的好坏。为此,我们以AT89S52单片机为核心,设计出测试人体反应速度的仪器用以测试人的反应时间,间接反映人们面对突发状况的反应能力。   

6.2项目要求

基于AT89S52单片机人体反应速度测试仪设计要求如下所示。

(1)测试者按下测试按键后,测试灯亮起,测试随之开始。

⑵ 在测试过程中,测试者要注意观察测试灯的变化,当看到测试灯熄灭时,测试者要迅速放开测试按键,单片机会在数码管上显示测试者的反应时间。

(3)若测试者在测试灯熄灭之前放开测试按键,则系统自动判为犯规,并显示出错信息。

6.3 系统设计

  以AT89S52单片机为核心的人体反应速度测试仪,主要控制测试灯的状态,通过测试按键的状态来间接计算人体反应速度。正常情况下系统运行主程序即一直处于空闲等待状态,直到测试者按下按键后,LED测试灯立即点亮。AT89S52单片机在LED测试灯亮的同时开始计算一个随机时间,在一段随机时间结束后,AT89S52单片机把LED测试灯熄灭,并开始计时灯灭与测试者放开按键的时间差,此计时时间用于记录被测者的反应时间,并以毫秒为时间单位在4为数码管上显示。如果在LED测试灯灭之前提前放开测试按键,则显示“9999”作为出错信息。

6.3.1 框图设计

基于AT89S52单片机人体反应速度测试仪由电源电路、复位电路、晶振电路、LED测试灯和测试按键电路和4LED数码管显示电路几部分组成,框图组成如图6-1所示。

image.png

     

6.3.2 知识点

     通过学习和查阅资料,本项目需要掌握和了解知识如下所示。

     ● +5V电源原理及设计。

单片机复位电路工作原理及设计。

单片机晶振电路工作原理及设计。

测试按键电路的设计。

驱动电路74LS0774LS244的特性及使用。

● LED的特性及使用。

● AT89S52单片机引脚。

单片机C语言及程序设计。

6.4 硬件设计

     LED数码管的显示电路中采用动态数码管显示,在其中P0端口控制段码,低电平有效。P2.0-P2.3端口口控制位码,高电平有效。P2.3端口控制第1个数码管,P2.2端口控制第2个数码管,P2.1端口控制第2个数码管,一直到P2.0端口控制第4个。
    
各个数码管的段码都是P0端口的输出,即各个数码管输入的段码都是一样的, 为了使其分别显示不同的数字, 可采用动态扫描的方式,即先只让最低位显示0(含点),经过一段延时,再只让次低位显示1,如此类推。由视觉暂留,只要我们的延时时间足够短,就能够使得数码的显示看起来非常的稳定清楚。

6.4.1 电路原理图

用1只发光二极管模拟测试灯,以AT89S52单片机的P1.1端口控制这只发光二极管,发光二极管加限流电阻接+5V电源,P1.1端口输出低电平时,测试灯亮,输出高电平时,测试灯灭。P1.1端口接测试按键,P0端口控制LED数码管的七段数码显示,P2.0-P2.3控制4位数码管的位选。

image.png

图6-2基于AT89S52单片机人体反应测速仪电路原理图

综上所述,可设计出AT89S52单片机人体反应速度测试仪电路原理图如图6-2所示。

6.4.2 元件清单

   基于AT89S52单片机人体反应速度测试仪元件清单如表6-1所示。

              表6-1 基于AT89S52单片机人体反应速度测试仪元件清单

元件名称

型号

数量

用途

元件名称

型号

数量

用途

单片机

AT89S52

1

控制核心

电阻

330Ω

1

LED限流

晶振

12MHz

1

晶振电路

电阻

10kΩ

1

复位电路

电容

30pF

2

晶振电路

电源

+5V/0.5A

1

提供+5V

电解电容

10μF/10V

1

复位电路

按键


1

测试按键

电阻

10kΩ

1

复位电路

驱动器

74LS07

1

数码管驱动

驱动器

74LS244

1

数码管驱动

发光二极管

LED

1

测试灯

数码管

4为共阳

1

显示装置


6.5  软件设计

主程序采用查询方式,当测试按键按下时,AT89S52单片机使LED测试灯亮起的同时调用随即函数产生一个随机时间,AT89S52单片机利用这个随机时间计时,计时时间到AT89S52单片机产生一个输出使单片机的P1.1端口为低电平,LED测试灯熄灭,AT89S52单片机进行新的一轮计时,测试按键松开,计时时间停止,把这个计时时间送往数码管显示电路显示。当AT89S52单片机第一轮的计时时间还未到时,若测试按键松开,AT89S52单片机把“9999”送往数码管显示电路显示。

6.5.1程序流程图

程序流程图如图6-3所示。

image.png

图6-3基于AT89S52单片机人体反应速度测试仪程序流程图

6.5.2程序清单

基于AT89S52单片机人体反应速度测试仪程序清单如下所示。

   #include<stdlib.h>

    #include<stdio.h>

    #include<reg52.h>

     sbit key=P1^0;

     sbit led=P1^1;

     typedef unsigned char byte;

     typedef unsigned int word;

static byte disp[5];

     code byte table[11]={ 0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,

0xF8,0x80,0x90 };  //byte table[]   内存放数码管码表:0——9

  byte bot(void)    //读取按键,有按键被按下则返回0,否则返回1

   {

           if(key==0)return 0;

      else return 1;

      }

 void display(word ms)  //该函数将缓存区display[]中的整数译码后用数码管进行显示

      {

         byte posi=0x01,i,j,temp;

         disp[3]=ms/1000;            //1s

         disp[2]=(ms%1000)/100;      //100ms

         disp[1]=(ms%100)/10;        //10ms

         disp[0]=ms%10;              //1ms

       for(i=0;i<4;i++)             //数码管显示

          {

             temp=disp[i];

          temp=table[temp];

             for(j=0;j<200;j++)         //延时

            {

                 P2=posi;          //显示xxxx毫秒形式

                 P0=temp; 

}

             posi*=2;

          } }unsigned long random(void)          //调用系统随即函数,生成随机数

      {

      word rt;

        byte k=0;

      srand (50000);                       //种下随机数种子,范围0-50000

      rt=rand();                           //生成随机熟

      rt=rt*rand();                        //使随机数足够大,能够延时足够时间

      return rt;

    }

     void INIT_TMR1(void)

      {

         TMOD=0x11;

         TH1=0xfc;

         TL1=0x66;

         TR1=1;

       }

     void delaylms(void)                    //延时1ms

        {

       INIT_TMR1() ;

       while(1)

       {

        if(TF1==1)

       {

       break;

      } } }

     void main(void)

       {

         byte k=0;

         k=bot();                         //获取按键情况

         P1=0xff;                         //输入前先把P1口都加高电平

         while(1)                         //主循环开始

          {                                  

             word mstime=0,j;

             word r;

             while(bot());                  //等待按键按下,否则始终等待  

             led=0;                          //按键被按下后,灯亮

             r=random();

             for (j=r;j>0;--j)             //延时一段随机时间,为1ms的随机倍数

                 {

                 delaylms();

                 k=bot();

                 if (k==1)          //如果在灯灭前谈起按键,显示最长时间作为惩罚

                   {                    

mstime=9999;

                         goto loop;

                    } }

             led=1;                 //灯灭

             INIT_TMR1();            //初始定时状态

             while(1) //如果按键弹起,反复进入定时状态,每1ms计时器溢出一次,毫秒数加1

      {

         if(TF1==1)

              {

                 TH1=0xfc;

                      TL1=0x6;

                  TR1=1;

                  TF1=0;

                   ++mstime;

                 }

                   if(k=bot())   break;

         }

        loop: led=1 ;

      while(1)

          {

              if(k==1)            //按键弹开后始终显示时间

                   {

k=bot();

                    display(mstime);

                 }

               else                //若按键按下,重新开始测试

                {

                    mstime=0;

                  P2=0xff;

                    break;

                }}}}

6.6 系统调试及仿真

1、系统调试

单片机系统的硬件调试和软件调试是不能分开的,许多硬件错误是在软件调试中被发现和纠正的。但通常是先排除明显的硬件故障以后,再和软件结合起来调试以进一步排除故障。可见硬件的调试是基础,如果硬件调试不通过,软件设计则是无从做起。

硬件的调试主要是把电路各种参数调整到符合设计要求。先排除硬件电路故障包括设计性错误和工艺性故障。一般原则是先静态后动态。

利用万用表或逻辑测试仪器,检查电路中的各器件以及引脚是否连接正确,是否有短路故障。

先要将单片机AT89S52芯片取下,对电路板进行通电检查,通过观察看是否有异常,然后用万用表测试各电源电压,这些都没有问题后,接上仿真机进行联机调试观察各接口线路是否正常。

单片机AT89S52是系统的核心,利用万用表检测单片机电源VCC为(40脚)+5V、晶振是否正常工作(可用示波器测试、也可以用万用表检测两引脚电压一般为1.8V~2.3V之间)、复位引脚RST(复位时为高电平,单片机工作时为低电平)、是否为+5V(高电平),这样一来单片机就能工作了,再结合电路图,检测故障就很容易了。

2、用Proteus软件仿真

经过Keil软件编译通过后,在ProteusISIS编辑环境中绘制仿真电路图,将编译好的“XM6.hex”文件加载到AT89C52里,然后启动仿真,就可以看到仿真效果如图6-4所示。本项目仿真见教学资源“项目6”。

image.png

6-4项目6仿真效果

 


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单片机原理及应用课程列表:

模块1

-模块1:架构图

-微课1-1:认识单片机及应用系统

--Video

--1.什么是微型计算机?

--迈入2021年,你有什么样的打算呢?如何理解国家的大打算和我们每个人的小打算,息息相关,密不可分?

-微课1-1:认识单片机及应用系统

-微课1-2:80C51单片机系列

--Video

--2.单片机内部结构由哪些部件组成?

--3.单片机增强型的增强功能有哪些?

--如何理解“成功与失败”?

-微课1-2:80C51单片机系列

-微课1-3:Proteus ISIS上机步骤

--Video

--面对国外芯片“卡脖子”的问题,我们应该怎样从我做起?

-模块1--微课1-3:Proteus ISIS上机步骤

-微课1-4:KeilC51的上机步骤

--Video

--学好单片机知识和技能,为服务社会发展和地方经济,面向基层解决实际工程技术问题,你准备怎么做?

-模块1--微课1-4:KeilC51的上机步骤

-重难点辅导

--重难点作业辅导

模块2

-模块2:架构图

-微课2-1:用单片机P1口来点亮LED0~LED7

--Video

--为了自己的梦想,我们应该锲而不舍,驰而不息进行努力,不能因现实复杂而放弃梦想,也不能因理想遥远而放弃追求,谈谈你是如何追梦的?

-微课2-1:用单片机P1口来点亮LED0~LED7

-微课2-2:80C51单片机的结构

--Video

--1.80C51单片机结构中中断系统有( )个中断源,其中包括( )个定时器中断。

--2.单片机中控制器的主要任务?

--同学们都可以合理的规划好大学的生活,拥抱美好新人生,学好专业技术技能,为国家科技发展奉献一份力量,你是怎么打算的?

-模块2--微课2-2:80C51单片机的结构

-微课2-3:80C51单片机的引脚及功能

--Video

--结合自己谈谈习近平总书记给予青年寄语“结合自己谈谈爱国,不能停留在口号上,而是要把自己的理想同祖国的前途、把自己的人生同民族的命运紧密联系在一起,扎根人民,奉献国家”。

-模块2--微课2-3:80C51单片机的引脚及功能

-微课2-4:80C51单片机的存储器组织

--Video

--结合自己学习和工作谈谈习近平总书记给予青年寄语 “幸福都是奋斗出来的”。

-模块2--微课2-4:80C51单片机的存储器组织

-微课2-5:特殊功能寄存器(SFR)简介

--Video

--结合自己谈谈习近平总书记给予青年寄语“为实现中华民族伟大复兴的中国梦而奋斗,是我们人生难得的际遇。每个青年都应该珍惜这个伟大时代,做新时代的奋斗者”。

-模块2--微课2-5:特殊功能寄存器(SFR)简介

-微课2-6:用单片机P3.5控制LED5灯亮

--Video

-微课2-6:用单片机P3.5控制LED5灯亮

-微课2-7(上):80C51单片机的P0端口

--Video

--3.每个并行I/O端口都包含哪些?

-微课2-7(上):80C51单片机的P0端口

-微课2-7(下):80C51单片机的P1-P3端口

--Video

-微课2-7(下):80C51单片机的P1-P3端口

-微课2-8:80C51时钟电路与时序

--Video

--4.复位是单片机的( )

--结合时序逻辑,谈谈精益求精的工匠精神?

-模块2--微课2-8:80C51时钟电路与时序

-微课2-9:用单片机的P1.0控制一个灯LED0闪烁

--Video

--晶体振荡电路的电容器C1、C2起稳定振荡频率、快速起振的作用。电容值一般取值为 ( )。

--结合自己谈谈习近平总书记给予青年寄语“希望广大青年珍惜大好学习时光,求真学问,练真本领,更好为国争光、为民造福”。

-微课2-9:用单片机的P1.0控制灯LED0闪烁

-微课2-10:将P0.0引脚的状态分别送给P1.0、P2.0和P3.0口

--Video

-微课2-10:将P0.0引脚的状态分别送给P1.0、P2.0和P3.0口--作业

-重难点辅导

--重难点作业辅导

模块3

-模块3:架构图

-微课3-1:用不同数据类型控制P2口的8位LED闪烁

--Video

--1.在KeilC里,判断开关状态时,使用if_else if语句与使用switch语句有何差异( )。

-微课3-1:用不同数据类型控制P2口的8位LED闪烁--作业

-微课3-2:分别用P2、P3口显示“加减”运算结果

--Video

--2.在C51的数据类型中,unsigned char 型的数据长度和值域为( )。

--广大青年既是追梦者,也是圆梦人。追梦需要激情和理想,圆梦需要奋斗和奉献,你怎么理解?

-模块3--微课3-2:分别用P2、P3口显示“加减”运算结果

-微课3-3:用P1口显示逻辑“与或”运算结果

--Video

-微课3-3:用P1口显示逻辑“与或”运算结果--作业

-微课3-4:分别用P2、P3口显示位“与或”运算结果

--Video

-微课3-4:分别用P2P3口显示位“与或”运算结果

-微课3-5:用P1口显示“左右移”运算结果

--Video

-模块3--微课3-5:用P1口显示“左右移”运算结果

-微课3-6:用按键S控制P1口8只LED显示状态

--Video

-模块3--微课3-6:用按键S控制P1口8只LED显示状态

-微课3-7:用for语句实现蜂鸣器发出1KHz音频

--Video

-微课3-7:用for语句实现蜂鸣器发出1KHz音频--作业

-微课3-8:用while语句实现P1口8只LED显示状态

--Video

-微课3-8:用while语句实现P1口8只LED显示状态--作业

-微课3-9:用do…while语句实现P1口8只LED显示状态

--Video

-微课3-9:用do…while语句实现P1口8只LED显示状态--作业

-微课3-10:用数组实现P1口8只LED显示状态

--Video

-微课3-11:用指针数组实现P1口8只LED显示状态

--Video

-微课3-12:用指针数组实现多状态显示

--Video

-微课3-12:用指针数组实现多状态显示--作业

-微课3-13:用带参数函数控制8位LED灯闪烁时间

--Video

-模块3--微课3-13:用带参数函数控制8位LED灯闪烁时间

-微课3-14:用数组作为函数参数控制8位LED点亮状态

--Video

-微课3-14:用数组作为函数参数控制8位LED点亮状态--作业

-微课3-15:用指针作为函数参数控制8位LED点亮状态

--Video

-微课3-15:用指针作为函数参数控制8位LED点亮状态--作业

-微课3-16:用函数型指针控制8位LED点亮状态

--Video

-模块3--微课3-16:用函数型指针控制8位LED点亮状态

-微课3-17:用P2口控制8只LED左循环流水灯亮

--Video

-模块3--微课3-17:用P2口控制8只LED左循环流水灯亮

-微课3-18:用开关S控制实现蜂鸣器报警

--Video

-模块3--微课3-18:用开关S控制实现蜂鸣器报警

-重难点辅导

--重难点作业辅导

模块4

-模块4:架构图

-微课4-1:用定时器T0查询方式控制P3口8位LED闪烁

--Video

--模块4 读程序回答程序实现功能?

--结合自己谈谈习近平总书记给予青年寄语“广大青年应该在奋斗中释放青春激情、追逐青春理想,以青春之我、奋斗之我,为民族复兴铺路架桥,为祖国建设添砖加瓦”。

-微课4-1:用定时器T0查询方式控制P3口8位LED闪烁--作业

-微课4-2:认识单片机定时器计数器

--Video

--1.80C51定时器/计数器由哪四部分组成?

-微课4-2:认识单片机定时器计数器--作业

-微课4-3: 80C51定时器计数器的控制

--Video

--在定时器/计数器开始工作之前,CPU必须将一些命令(称为控制字)写入定时器/计数器,这个过程叫定时/计数器的()。

-微课4-3: 80C51定时器计数器的控制--作业

-微课4-4:定时或计数初值的计算及装入

--Video

--TMOD、TCON与定时器0、定时器1间通过内部总线及逻辑电路连接,TMOD用于设置定时器的工作方式,TCON用于(),并保存T0、T1的溢出和中断标志。

-微课4-4:定时或计数初值的计算及装入--作业

-微课4-5:用定时器T0查询方式控制P1.0的蜂鸣器发出1KHz音频

--Video

--TMOD的低4位为定时器0的方式字段,高4位为()的方式字段。

--读程序,回答程序实现功能?

-微课4-5:用定时器T0查询方式控制P1.0的蜂鸣器发出1KHz音频--作业

-微课4-6:80C51定时器计数器的工作方式

--Video

--定时器0或定时器1作用于定时器时,对内部机器周期()计数,由于机器周期是定值,故计数值确定时,时间也随之确定。

--结合自己谈谈爱国,不能停留在口号上,而是要把自己的理想同祖国的前途、把自己的人生同民族的命运紧密联系在一起,扎根人民,奉献国家。

-微课4-6:80C51定时器计数器的工作方式--作业

-微课4-7:将T1计数的结果送P0口显示

--Video

--使用计数器T1工作于方式2,作为定时时,则TMOD=()。

--读程序,回答程序实现功能?

-微课4-7:将T1计数的结果送P0口显示--作业

-微课4-8:单片机控制LED灯左循环亮

--Video

--读程序,回答程序实现功能?

-模块4--微课4-8:单片机控制LED灯左循环亮

-请说明工匠精神是什么?我如何做?

-重难点辅导

--重难点作业辅导

模块5

-模块5:架构图

-微课5-1:用定时器T1中断方式控制P3口8位LED闪烁

--Video

--”数字经济是新经济的社会形态,新一代信息技术与各领域加速融合”,你是怎么认为的?

-微课5-1:用定时器T1中断方式控制P3口8位LED闪烁--作业

-微课5-2:80C51中断系统的结构及中断源

--Video

-微课5-2:80C51中断系统的结构及中断源--作业

-微课5-3:用外中断INT1控制P2口8个LED亮灭

--Video

--读程序,回答程序实现功能?

-微课5-3:用外中断INT1控制P2口8个LED亮灭--作业

-微课5-4:外部中断INT0 控制LED灯左循环亮

--Video

-微课5-4:外部中断INT0 控制LED灯左循环亮--作业

-微课5-5:80C51中断系统各寄存器设置

--Video

-微课5-5:80C51中断系统各寄存器设置--作业

-微课5-6:用外中断INT1测量负跳变信号累计数并将结果送P2口显示

--Video

-微课5-6:用外中断INT1测量负跳变信号累计数并将结果送P2口显示--作业

-微课5-7:用外中断INT0测量外部负脉冲宽度并将结果送P1口显示

--Video

-微课5-7:用外中断INT0测量外部负脉冲宽度并将结果送P1口显示--作业

-重难点辅导

--重难点作业辅导

模块6

-模块6:架构图

-微课6-1:方式0控制流水灯循环点亮

--Video

-模块6--微课6-1:方式0控制流水灯循环点亮

-微课6-2:认识串行通信及协议

--Video

--课程思政

-微课6-2:认识串行通信及协议--作业

-微课6-3:RS-232C接口

--Video

-微课6-3:RS-232C接口--作业

-微课6-4:单片机U1与单片机U2进行通信

--Video

--通过单片机与单片机通信学习,谈谈你与人如何交流?

-微课6-4:单片机U1与单片机U2进行通信--作业

-微课6-5:80C51串口的结构及寄存器设置

--Video

-微课6-5:80C51串口的结构及寄存器设置--作业

-微课6-6:80C51串行口工作方式0和方式1

--Video

-微课6-6:80C51串行口工作方式0和方式1

-微课6-7:80C51串行口工作方式2和方式3

--Video

-模块6--微课6-7:80C51串行口工作方式2和方式3

-微课6-8:单片机向PC机发送数据

--Video

-模块6--微课6-8:单片机向PC机发送数据

-微课6-9:PC机向单片机发送数据并用LED显示出来

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-微课6-9:PC机向单片机发送数据并用LED显示出来--作业

-微课6-10:串口驱动数码管

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-微课6-10:串口驱动数码管--作业

-微课6-11:单片机与单片机双机通信

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-微课6-11:单片机与单片机双机通信--作业

-重难点辅导

--重难点作业辅导

模块7

-模块7:架构图

-微课7-1:独立式按键S控制LED0的亮灭状态

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-微课7-1:独立式按键S控制LED0的亮灭状态--作业

-微课7-2 :软件消抖的独立式按键S控制LED0的亮灭状态

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-微课7-2 :软件消抖的独立式按键S控制LED0的亮灭状态--作业

-微课7-3:独立式按键S组控制8位LED灯

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-微课7-3:独立式按键S组控制8位LED灯

-微课7-4:用数码管显示矩阵键盘的按键值

--Video

-微课7-4:用数码管显示矩阵键盘的按键值

-微课7-5:键盘和按键技术

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-微课7-5:键盘和按键技术--作业

-微课7-6:矩阵式键盘结构及工作原理

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-微课7-6:矩阵式键盘结构及工作原理--作业

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-微课7-8:用数码管显示按键次数

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-微课7-9:用LED数码管动态显示“123456”

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-微课7-10:LED技术

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-微课7-11:用LCD显示字符‘ABCD'

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-微课7-12:用LCD循环右移显示China Dream

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--以爱国、爱党、合作、追梦为主题,将中国梦和自己的人生梦想结合起来,谈谈自己人生规划?

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-微课7-16:ADC0809内部结构及引脚功能

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-微课7-17:ADC0809转换原理与单片机接口

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-微课7-20:DAC0832与单片机的接口

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-模块7--微课7-20:DAC0832与单片机的接口

-微课7-21:步进电机正反转控制

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-微课7-22:电子密码锁

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-微课7-23:数码秒表设计

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-微课7-24:液晶时钟显示器

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-微课7-25:基于手机--蓝牙--单片机控制LED灯亮灭

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--科技强国,你应该怎么做?

-微课7-26:基于手机--蓝牙--单片机控制LED灯闪烁

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-重难点辅导

--重难点作业辅导

期末考试

-期末测试题

--期末测试题--作业

新增项目

-微课1:基于AT89S52单片机交通灯控制器的设计

-微课2: 5V直流数字电压表的设计

-项目3:基于手机-wifi-单片机控制LED灯亮灭

-项目4:基于手机--WIFI--单片机控制LED灯亮灭

-项目5:单片机U1与单片机U2进行双向通信

-项目6 基于AT89S52单片机人体反应速度测试仪的设计

-项目7数码管动态扫描显示数字1234

-项目8 DS18B20 温度检测及其液晶显示

-项目9:数码管显示4*4键盘矩阵按键

-项目10:4个独立式按键控制LED开关

-项目11 基于51单片机抢答器的设计

-项目12 LCD1602实现简单的数字时钟的设计

新技术、新进展

-5G与物联网行业周报-2020年第41期

-区块链技术前沿报告2020-中国通信学会

-阿里达摩院2021年十大科技趋势发布

-物联网,大数据,人工智能,构建智能世界的技术金字塔

-2020中国工业机器人产业发展与应用!

-数字化转型正在成为制造企业核心战略!

项目6 基于AT89S52单片机人体反应速度测试仪的设计笔记与讨论

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