單片機設(shè)計
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單片機設(shè)計范文第1篇
中圖分類號： S611 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號：
一、引言
在開發(fā)單片機系統(tǒng)時，可以用計數(shù)法作為初次測量頻率的主程序，然后根據(jù)測量結(jié)果選擇二次精確測量應(yīng)選用兩種方法中的那種，計數(shù)法和周期法能夠比較容易的計算出被測量的頻率，適合一般的應(yīng)用，但是由于單片機本身執(zhí)行指令需要時間，因而采用以上兩種方法測量都存在誤差，要的精確的測量結(jié)果必須根據(jù)所用單片機性能參數(shù)在程序中補償，這里不再討論。頻率計由AT89C51、信號予處理電路、串行通信電路以及測量數(shù)據(jù)的顯示電路還有系統(tǒng)軟件所構(gòu)成的，在當(dāng)中信號的予處理電路包含了波形變換、波形整形以及分頻電路。信號的予處理電路當(dāng)中的放大器所實現(xiàn)的是對待測信號的一個放大的功能，能夠降低對待測信號的幅度的一個要求，波形的變換和整形電路實現(xiàn)將正弦波樣的一個正負(fù)交替的號波形轉(zhuǎn)換成為能夠被單片機所接受的一個信號，分頻電路所用于擴展的單片機的頻率測量范圍并且通過實現(xiàn)單片機頻率測量以及周期測量使用統(tǒng)一的一個輸入的信號。系統(tǒng)軟件有測量初始化的模塊、顯示的模塊以及信號頻率測量的模塊等等。
二、頻率的測量在單片機設(shè)計中的相關(guān)處理方法
以AT89C51單片機作為我們頻率計的核心，通過它內(nèi)部的一個定時計數(shù)器來進行對待測信號周期的一個測量。在89C51當(dāng)中有2個16位的定時器，它們都是通過編碼來進行事先定時、計數(shù)以及產(chǎn)生計數(shù)溢出中斷要求的這一功能。在構(gòu)成定時器的時候，每一個機器的周期加上一，然后這樣就能夠使得機器周期作為一個基準(zhǔn)從而來測量出一個時間的間隔。然而在構(gòu)成計數(shù)器的時候，就應(yīng)當(dāng)在相應(yīng)的外部引腳發(fā)生一個從一到零的一個跳變時計數(shù)器加一，這樣計數(shù)的閘門就能夠在門的控制之下用來測量待測信號的一個頻率。在外部輸入每個周期進行采樣一次，這樣就能夠檢測出從一到零的跳變至少要兩個周期，所以說最大的計數(shù)速率是時鐘頻率的二十四分之一。
定時器的工作通過相應(yīng)的一個運行的控制位進行控制，當(dāng)控制為一時，那么定時器就要開始計數(shù)了，當(dāng)控制位為零時，那么就停止計數(shù)。設(shè)計的時候還要綜合考慮到頻率測量的精度以及測量反應(yīng)時間的一個要求。譬如說當(dāng)要求的頻率測量結(jié)果是3位的有效數(shù)字，那么這個時候如果說待測的信號是1Hz的話，那么計數(shù)閘門的寬度就必須大于1000s。也是為了能夠照顧到測量精度以及測量時間的需要，因此就將測量工作分成了兩種方法進行。也就是說當(dāng)待測信號的頻率大于100Hz的時候，定時器也就成為了一個計數(shù)器，當(dāng)以機器的周期為基準(zhǔn)的時候，就通過軟件產(chǎn)生一個技術(shù)閘門，這個時候當(dāng)然要滿足頻率測量的結(jié)果是為三位的，如果技術(shù)閘門的寬度大于了一秒，那就表示為合格了。然而當(dāng)待測信號的頻率小于了100Hz的時候，也就構(gòu)成了定時器，通過頻率計的予處理電路將待測信號轉(zhuǎn)換成了一個方波信號，當(dāng)方波的寬度同待測信號的周期相等的時候，那么方波就作為了計數(shù)的一個閘門，也就是說當(dāng)待測信號的頻率等于了100Hz的時候，那么使用12MHz時鐘的時候，最小的計數(shù)值就是10000，這樣以來就能夠完全滿足到測量精度的一個要求。在當(dāng)使用技術(shù)方法來實現(xiàn)頻率測量的時候，此時外部的待測信號就是計數(shù)源，通過軟件延時的程序能夠?qū)崿F(xiàn)計數(shù)閘門。
三、頻率的測量在單片機設(shè)計系統(tǒng)硬件
在系統(tǒng)硬件的設(shè)計方面，必要介紹的一個就是信號的予處理電路：該電路是由四級的電路所構(gòu)成，第一級通常是為零偏置的放大器，在當(dāng)輸入信號時零或者是負(fù)電壓的時候，三極管是一個截止的狀態(tài)，輸出的信號為高電平，在當(dāng)輸入的信號時正電壓的時候，三極管才導(dǎo)通，輸入的電壓會隨著電壓的上升而下降著。零偏置放大器將正弦波樣的正負(fù)交替波形轉(zhuǎn)換成為了一個單向的脈沖，這樣就能夠使頻率計不僅能夠測量方波的信號，而且還能夠測量正弦波信號的一個頻率。并且三極管所采用的開關(guān)三極管能夠保證放大器有著良好的高頻的響應(yīng)。在第二級上所采用的是一個帶施密特觸發(fā)器的反相器7414，它能夠?qū)⒎糯笃魃傻膯蜗嗟拿}沖轉(zhuǎn)換成為同電平相互兼容的一個方波。
在顯示電路上面所要采用的是靜態(tài)的顯示方式。頻率測量結(jié)果通過譯碼，然后通過89C51的串行口送出。串行口工作于模式0，即同步移位寄存器方式。這時從89C51的RXD（P3.0）輸出數(shù)據(jù)，送至串入并出移位寄存器74164的數(shù)據(jù)輸入口A和B;從TXD（P3.1）輸出時鐘，送至74164的時鐘輸入口CP.74164將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)，進行鎖存。74164輸出的8位并行數(shù)據(jù)送至8段LED，實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的顯示。使用這種方法主程序可不必掃描顯示器，從而單片可以進行下一次測量。這種方法也便于對顯示位數(shù)進行擴展。
四、設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計數(shù)據(jù)處理過程
在頻率計開始工作，或者完成一次頻率測量，系統(tǒng)軟件都進行測量初始化。測量初始化模塊設(shè)置堆棧指針（SP）、工作寄存器、中斷控制和定時/計數(shù)器的工作方式。定時器/計數(shù)器的工作首先被設(shè)置為計數(shù)器，用于測量信號的頻率。在計數(shù)的定時器/計數(shù)器0寄存器，運行控制位TR1，開始計數(shù)的抽樣信號。計數(shù)閘門采用軟件延時程序?qū)崿F(xiàn)，從最小值計數(shù)閘門，是從大范圍的啟動頻率測量。清末0計數(shù)閘門TR，停止計數(shù)。16米的寄存器的值以10進制數(shù)的轉(zhuǎn)換程序轉(zhuǎn)換成10進制數(shù)。確定在10進制數(shù)的位置，如果數(shù)字不是0有效位元，滿足測量數(shù)據(jù)，測量和距離信息顯示模塊；如果該位為0，計數(shù)閘門寬度擴大10倍，對計數(shù)信號，直到滿足要求的數(shù)據(jù)的有效位數(shù)。完成周期測量信號，需要做一個交互操作獲取信號的頻率。然后對其處理浮點運算，接收到的信號的頻率與浮點格式表示的值。浮點數(shù)到BCD碼轉(zhuǎn)換模塊，通過浮點格式表達式值的顯示格式轉(zhuǎn)換成本頻率計的信號頻率，發(fā)送到顯示模塊顯示信號的頻率值。該頻率計是需要完成的周期頻率轉(zhuǎn)換，以確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，這里應(yīng)用點算法。轉(zhuǎn)換過程的周期，頻率轉(zhuǎn)換，包括：3字節(jié)固定浮點浮點運算和浮點數(shù)到BCD碼。由于通過多次的轉(zhuǎn)換精度，整個轉(zhuǎn)換過程是不是很高，通過測量，精度約為2/1000.
五、結(jié)語
在電子技術(shù)中，頻率是最基本的參數(shù)之一，并且與許多電參量的測量方案、測量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系，因此頻率的測量就顯得更為重要。為了實現(xiàn)智能化的計數(shù)測頻，實現(xiàn)一個寬領(lǐng)域、高精度的頻率計，一種有效的方法是將單片機用于頻率計的設(shè)計當(dāng)中。頻率是最基本的參數(shù)之一，并且與許多電參量的測量方案、測量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系，因此頻率的測量就顯得更為重要。在單片機和數(shù)字電路中，經(jīng)常需要測量脈沖個數(shù)、脈沖寬度、脈沖周期、脈沖頻率等參數(shù)。利用單片機內(nèi)部高穩(wěn)定度的標(biāo)準(zhǔn)頻率源和定時/計數(shù)器，可方便地測量信號的頻率和周期，實現(xiàn)計數(shù)器和頻率計的功能。本文所介紹的頻率計的設(shè)計方法，所制作的頻率計需要器件較少，適宜用于嵌入式系統(tǒng)。該頻率計應(yīng)用周期測量和相應(yīng)的數(shù)學(xué)處理實現(xiàn)低頻段的頻率測量，因此很容易擴展實現(xiàn)信號的周期測量和占空比測量。相信在投入使用過程當(dāng)中一定能夠取得良好的應(yīng)用效果。
參考文獻：
單片機設(shè)計范文第2篇
關(guān)鍵詞：單片機 模糊控制 電熔焊機 設(shè)計 應(yīng)用
中圖分類號：TM7 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）01（a）-0065-01
該文就基于單片機技術(shù)和模糊控制技術(shù)的電熔焊機的設(shè)計及應(yīng)用情況進行簡單的分析和探討，從而更好的強化電熔焊機在焊接領(lǐng)域中的應(yīng)用地位，促進和推動電熔焊機更好的發(fā)展。
1 電熔焊機的設(shè)計原理
基于單片機和模糊控制的電熔焊機其設(shè)計系統(tǒng)主要是由溫度檢測電路、繼電器控制電路、單片機、獨立式按鍵盤、LCD顯示器、雙向晶閘管、掃描器、鍵盤接收電路等設(shè)備部件構(gòu)成的。它的工作原理主要是利用對系統(tǒng)加熱來實現(xiàn)的。因此，在電熔焊機的整個系統(tǒng)設(shè)計中，溫度控制是其中最為關(guān)鍵的核心環(huán)節(jié)。只有將溫度控制設(shè)計的科學(xué)、恰當(dāng)，才能在焊接操作過程中，運用溫度檢測電路對實際的施工場地溫度情況進行科學(xué)、準(zhǔn)確的檢測，并利用聚乙烯管道接頭上的條形碼所示溫度進行PID模糊運算，而后推算出合適的溫度控制量，在經(jīng)過進一步的系數(shù)修正后，確定最終的加熱時間，從而將電熔焊機的溫度調(diào)節(jié)到最為適宜的溫度，進而有效提高焊接操作的質(zhì)量和效率。在整個加熱過程中，單片機進行加熱時間和電壓的自動調(diào)節(jié)，LED顯示器進行加熱時間的倒計時顯示。當(dāng)時間顯示為0時，系統(tǒng)會自動進行斷電操作，從而完成焊接任務(wù)。其電熔焊機的加熱操作過程如圖1所示。
2 電源控制設(shè)計
電熔焊機的工作過程是以電力為動力保障的，因此，其對電源的控制設(shè)計非常的重要。在單片機和模糊控制電熔焊機的電源設(shè)計中，其繼電器和芯片的電源采用的是LM2576（單片降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器）。這種開關(guān)穩(wěn)壓器具有較強的電流輸出驅(qū)動能力以及工作效率，從而能夠更好的保障電熔焊機控制系統(tǒng)在運行過程中的可靠性和穩(wěn)定性，進而確保了電熔焊機的正常、運行工作。
3 環(huán)境溫度檢測設(shè)計
單片機和模糊控制電熔焊機在運行時的溫度設(shè)定同其所處的實際施工現(xiàn)場環(huán)境溫度具有較高的關(guān)聯(lián)性，通常情況下，電容焊機對施工環(huán)境的溫度要求在-30～50 ℃之間。在單片機和模糊控制電熔焊機的溫度檢測設(shè)計中，采用了AD590型傳感器作為外部環(huán)境溫度的傳感器。這是因為AD590型傳感器屬于一類半導(dǎo)體型的傳感器，它同其他型號的熱電阻和傳感器比較，避免了線性化問題的出現(xiàn)，在設(shè)計和工作過程中，不需要進行微弱信號和電橋放大器的輸入，也不需要實行冷端補償操作，能夠選擇相應(yīng)不同的工作電壓，使得設(shè)定溫度同輸出電流之間形成完整的線性關(guān)系，從而有效縮小了測量的范圍。AD590型傳感器是一種低溫傳感器，它的操作過程是采用抗恒高阻流源形式實現(xiàn)輸出，并在不影響電流輸出的情況下降低傳輸線的電壓，從而更好的實現(xiàn)遠(yuǎn)距離電壓的傳輸。之后，利用轉(zhuǎn)換器保持和采集輸入的模擬信號，并將之轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的數(shù)字信號，從而更加準(zhǔn)確的測量外部環(huán)境的溫度情況。
4 信息保持和顯示設(shè)計
單片機和模糊控制電熔焊機在信息數(shù)據(jù)保存顯示設(shè)計中，采用LCD顯示器作為數(shù)據(jù)顯示工作，不僅使操作人員能夠直觀、實時的獲取系統(tǒng)溫度及加熱時間情況，還方便了操作人員對電熔焊機的使用操作。設(shè)計人員將電熔焊機的單片機同LCD顯示器連接起來，并采用相應(yīng)的計算機軟件進行焊接數(shù)據(jù)編程，使其在LCD顯示器上能夠直觀、清晰的顯示出設(shè)置溫度、當(dāng)前溫度、加熱時間、系統(tǒng)菜單等相應(yīng)信息，便于人員的隨機觀察和操作調(diào)整。同時，在機器操作面板上設(shè)置清晰的LED指示燈，使操作人員能夠通過LED指示燈的亮滅或顏色及時的檢查和判斷電熔焊機系統(tǒng)的實際運行情況，從而使操作人員能夠更好的進行焊接作業(yè)。此外，LCD顯示系統(tǒng)還能夠?qū)⒑附庸ぷ鬟^程中的一些需要長久保存的數(shù)據(jù)進行完善、系統(tǒng)的保存（通常是存入相應(yīng)的儲存卡），以便于相關(guān)操作人員的查看和核對。
5 模糊控制設(shè)計
在單片機和模糊控制電熔焊機中，模糊控制技術(shù)能夠有效的避免外部環(huán)境因素對系統(tǒng)計算的影響，并降低了對精確數(shù)學(xué)模型的依賴性。在系統(tǒng)工作過程中，模糊控制技術(shù)主要是通過模糊推理以及模糊化計算等操作將所輸入的數(shù)字量利用輸入的隸屬函數(shù)變換成模糊數(shù)據(jù)變量，從而尋找出相對的隸屬度。而模糊推理的運行則是根據(jù)相關(guān)的控制規(guī)則，在模糊概念的基礎(chǔ)上實現(xiàn)相關(guān)的數(shù)據(jù)計算推理。這也是電熔焊機中模糊控制系統(tǒng)器的關(guān)鍵性核心內(nèi)容。也就是說，電熔焊機中的模糊控制系統(tǒng)是通過變量中的相應(yīng)關(guān)鍵詞等模糊變量進行數(shù)字量的邏輯轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)同精確控制相同效果的模糊控制。在電熔焊機模糊控制系統(tǒng)的實際運行過程中，操作人員要依照實際焊接工作的具體要求調(diào)整相應(yīng)的PID模糊參數(shù)，以便于得到更為滿意的焊接成果。
6 結(jié)語
隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展以及人們生活水平的不斷提高，電熔焊機在各行各業(yè)中的應(yīng)用和推廣也越來越廣泛。因此，設(shè)計人員要不斷加強基于單片機技術(shù)和模糊控制技術(shù)的電熔焊機的設(shè)計和應(yīng)用，從而更好的推動和促進單片機和模糊控制電熔焊機在焊接領(lǐng)域中的應(yīng)用和發(fā)展。
參考文獻
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單片機設(shè)計范文第3篇
關(guān)鍵詞：主控制器；遙控開關(guān)控制器；熱釋電紅外傳感器；光強度傳感器；無線發(fā)送模塊
中圖分類號：S611 文獻標(biāo)識碼：A
0.引言
隨著社會科技的發(fā)展，人類的生活發(fā)生了翻天覆地的變化，隨著生活質(zhì)量的提高，人們對照明的要求越來越高，照明在能耗中所占的比重也越來越多，為了節(jié)約照明對能源的消耗量，智能化、自動化等技術(shù)引入到了照明控制系統(tǒng)中。目前，大部分家庭和公共場所都使用手動開關(guān)燈大方式，常常由于人的疏忽，在人員離開時，燈也時常開著，有的公共場所甚至一整夜都開著燈，這種現(xiàn)象造成了電能的極大浪費。針對這些實際的問題，將自動化技術(shù)引入到照明系統(tǒng)中，可以節(jié)約電能，減少不必要的浪費。
1.節(jié)能燈的功能簡述
節(jié)能燈包括燈體和遙控開關(guān)盒，燈體主要包括主控制器模塊、熱釋電紅外傳感器模塊、光強度傳感器模塊、無線接收模塊等，主控制器模塊由89C51單片機設(shè)計。遙控開關(guān)盒主要包括遙控開關(guān)控制器和無線發(fā)送模塊，遙控開關(guān)控制器由89C51單片機設(shè)計。
燈體內(nèi)的主控制器通過三極管連接熱釋電紅外傳感器的引腳，當(dāng)室內(nèi)無人時，熱釋電紅外傳感器引腳為低電平，三極管不導(dǎo)通，照明燈保持關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)室內(nèi)有人時，熱釋電紅外傳感器輸出引腳為高電平，三極管導(dǎo)通，照明燈開啟。光強度傳感器感應(yīng)室內(nèi)的光線強度并把信號輸送到主控制器上的單片機內(nèi)，單片機根據(jù)讀取的室內(nèi)亮度值，調(diào)節(jié)燈的亮度。
當(dāng)室內(nèi)有人需要休息時，即使是夜晚也需要強制將燈關(guān)閉，此時為了方便操作，節(jié)能燈具有相配合使用的遙控開關(guān)盒，遙控開關(guān)盒內(nèi)有遙控開關(guān)控制器、無線發(fā)送模塊和開、關(guān)燈按鈕，當(dāng)人手動按下遙控開關(guān)盒的開燈按鈕或者關(guān)燈按鈕時，遙控開關(guān)盒內(nèi)的無線發(fā)送模塊發(fā)送開燈或關(guān)燈信號，燈體內(nèi)的無線接收模塊接收開關(guān)燈信號，切斷電路或者導(dǎo)通電路，使燈開啟或者關(guān)閉。
2.節(jié)能燈的硬件設(shè)計
2.1 燈體的電路設(shè)計
主控制器采用89C51單片機設(shè)計，熱釋電傳感器采用型號為HC-SR501的傳感器，光強度傳感器采用型號為BH1750FVI的傳感器，無線接收模塊采用nRF24L01實現(xiàn)無線收發(fā)功能。
燈體內(nèi)的主控制器上的89C51的單片機的引腳P2.0通過NPN型的三極管連接熱釋電紅外傳感器HC-SR501的輸出OUT引腳，當(dāng)室內(nèi)無人時，OUT引腳為低電平，三極管不導(dǎo)通，燈保持關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)室內(nèi)有人時，熱釋電紅外傳感器的輸出OUT引腳為高電平，三極管導(dǎo)通，燈L1開啟，單片機P2.0引腳收到低電平，單片機引腳P1.0連接光強度傳感器BH1750FVI的SCL引腳，P1.1連接SDA引腳，主單片機通過SDA引腳實時讀取室內(nèi)光照度值，主單片機的引腳P2.7輸出可調(diào)脈寬PWM調(diào)節(jié)燈L1的亮度。單片機89C51的P2.1～P2.6連接nRF24L01無線接收模塊的CE、CSN、SCK、MOSI、MISO、IRQ引腳，當(dāng)人手動按下遙控開關(guān)盒上的開燈按鈕和關(guān)燈按鈕時，燈座內(nèi)的nRF24L01無線接收模塊MISO引腳接收到遙控開關(guān)的開關(guān)燈指令，執(zhí)行相應(yīng)的開燈或是關(guān)燈指令。
2.2 遙控開關(guān)盒的電路設(shè)計
遙控開關(guān)盒內(nèi)的遙控開關(guān)控制器也采用89C51單片機設(shè)計，無線發(fā)送模塊采用nRF24L01實現(xiàn)無線發(fā)送功能。
遙控開關(guān)盒內(nèi)的89C51的遙控單片機的引腳P2.1和P2.2上連接開燈按鈕K1和關(guān)燈按鈕K2，當(dāng)按下開燈或關(guān)燈按鈕時，引腳P2.1或P2.2收到低電平，遙控單片機將開燈關(guān)燈指令通過nRF24L01無線發(fā)送模塊的MOSI引腳發(fā)送出去，無線控制節(jié)能燈的點亮和熄滅。遙控開關(guān)盒上的指示燈L2連接到遙控單片機引腳P2.0上，指示燈L2用來指示是否按下遙控開關(guān)上的開燈或關(guān)燈按鈕。當(dāng)按下開燈和關(guān)燈按鈕時，遙控單片機給引腳P2.0寫入低電平，遙控開關(guān)上的指示燈L2點亮，當(dāng)松開開燈和關(guān)燈按鈕時，遙控單片機給引腳P2.0寫入高電平，遙控開關(guān)上的指示燈L2熄滅。單片機89C51的引腳P1.0～P1.5連接nRF24L01無線發(fā)送模塊的CE、CSN、SCK、MOSI、MISO、IRQ引腳，當(dāng)人手動按下開燈按鈕和關(guān)燈按鈕時，燈座內(nèi)的nRF24L01無線接收模塊MISO引腳接收到遙控開關(guān)的開關(guān)燈指令，執(zhí)行相應(yīng)的開燈或是關(guān)燈指令，從而節(jié)能燈由無線接收和發(fā)送模塊實現(xiàn)遙控?zé)舻拈_關(guān)的功能。
3.系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計
程序流程圖如圖1所示。
系統(tǒng)上電后首先進行初始化，程序首先判斷是否室內(nèi)有人出現(xiàn)，如果沒人出現(xiàn)，那么節(jié)能燈關(guān)閉，如果室內(nèi)有人出現(xiàn)，那么判斷是否按下了遙控開關(guān)盒上的關(guān)燈按鈕，如果沒有按下關(guān)燈按鈕，那么節(jié)能燈點亮，并且根據(jù)采集到的室內(nèi)的光線的強弱，調(diào)節(jié)節(jié)能燈的光照度。如果室內(nèi)有人，但是人按下了遙控開關(guān)盒上的關(guān)燈按鈕，那么即使室內(nèi)有人，那么節(jié)能燈也維持被強制關(guān)閉的狀態(tài)，當(dāng)再次按下遙控開關(guān)盒上的開燈按鈕時，節(jié)能燈才能點亮。
結(jié)論
文章設(shè)計的節(jié)能燈能夠?qū)崿F(xiàn)公共場合及家庭照明用燈的遙控開關(guān)和自動開關(guān)功能，及隨著室內(nèi)亮度不同自動調(diào)節(jié)光的亮度的節(jié)能燈的開關(guān)調(diào)節(jié)裝置，遙控開關(guān)盒能夠遙控?zé)舻拈_關(guān)和自動控制燈開關(guān)及調(diào)節(jié)光線強弱，具有遙控開關(guān)和自動開關(guān)功能的節(jié)能燈，可在公共場所和家庭中使用，節(jié)約電能，而且結(jié)構(gòu)簡單成本低，使用維修方便。
參考文獻
[1]李鑫鑫，王志坤，劉松，等.智能燈光節(jié)能系統(tǒng)的研究與設(shè)計[J].高科技產(chǎn)品研發(fā)，2015，169（1）：23-24.
單片機設(shè)計范文第4篇
關(guān)鍵詞：機電一體化；單片機；模塊化；實驗臺；數(shù)字溫度控制系統(tǒng)
中圖分類號：TP273 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2011）30-0050-03
隨著工業(yè)自動化控制設(shè)備的集成度越來越高，控制功能日趨完善，作為控制系統(tǒng)的核心部件――單片機日益受到重視，具有完善控制功能的單片機逐漸在自動控制系統(tǒng)領(lǐng)域大放異彩，而企業(yè)對于掌握單片機控制系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計能力的人才更是求賢若渴，為此，必須要對機電專業(yè)學(xué)生的單片機設(shè)計能力進行重點培養(yǎng)和訓(xùn)練。而現(xiàn)有的單片機實驗臺很多都是集成度很高的實驗臺，由于集成度高而大大限制了其應(yīng)用的范圍，且由于集成度高而使得實驗臺系統(tǒng)相當(dāng)脆弱，后期維護養(yǎng)護工作量較大。因此，相關(guān)人員有必要開展單片機能力訓(xùn)練和拓展方面的實驗臺研究。
本論文主要結(jié)合當(dāng)前單片機實驗臺的應(yīng)用現(xiàn)狀，結(jié)合模塊化的設(shè)計理念，對單片機綜合實驗臺進行設(shè)計研究，以期從中能夠找到模塊化單片機實驗臺的設(shè)計應(yīng)用模式，從中開發(fā)出合理有效的單片機能力訓(xùn)練拓展的實驗方法，并以此和同行分享。
一、單片機實驗臺總體設(shè)計
（一）高校單片機實驗臺應(yīng)用現(xiàn)狀
當(dāng)前各個高校的機械電子工程專業(yè)都普遍開設(shè)有單片機相關(guān)課程，但是配套的實驗設(shè)備均是簡單的演示性實驗器材，只是讓學(xué)生照著書本上的范例輸入程序，即可完成單片機控制系統(tǒng)的全部控制功能的演示，對于學(xué)生動手設(shè)計單片機控制系統(tǒng)毫無實踐動手的意義；國內(nèi)一些教學(xué)實驗儀器生產(chǎn)廠家所設(shè)計的單片機實驗臺，其控制功能過于復(fù)雜，并且配套設(shè)備多，零部件之間的依賴關(guān)系較大，集成度高，反而不利于學(xué)生對單片機控制系統(tǒng)內(nèi)部原理的認(rèn)識和理解，同時由于這些實驗開發(fā)板大多已經(jīng)將實驗功能程序固化在系統(tǒng)內(nèi)部了，因此實驗系統(tǒng)的擴展功能較差，只能夠進行預(yù)先設(shè)計好的實驗項目，對于學(xué)生自主性設(shè)計綜合實驗實訓(xùn)項目，其實施難度較大，且這些實驗儀器設(shè)備普遍存在著后期維護量大的問題，成本十分高昂，動輒高達十幾萬元，且并不適合我校學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，因此并不適宜通過直接購買的方式引進相關(guān)實驗設(shè)備。
綜上所述，只有自制基于單片機控制功能的多功能實驗臺，才能從根本上解決我院學(xué)生微機原理與應(yīng)用課程的實驗設(shè)備配備問題，并且提高學(xué)生真正動手設(shè)計單片機控制系統(tǒng)進而達到應(yīng)用開發(fā)的實踐動手能力。
（二）實驗臺總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
該試驗臺從模塊化設(shè)計的角度出發(fā)，從簡單實驗到綜合設(shè)計實驗，均采用模塊設(shè)計、接口預(yù)留、連接組建的方式來實現(xiàn)單片機的具體控制應(yīng)用；對于綜合性的單片機測控系統(tǒng)實驗，利用四個小型單片機控制實現(xiàn)的測控系統(tǒng)，組建綜合性單片機控制實驗中心，進而實現(xiàn)對相關(guān)單片機設(shè)計的應(yīng)用。
該實驗臺是面向?qū)W生進行單片機課程實驗而設(shè)計的，因此在設(shè)計時，一定要能夠考慮到學(xué)生的動手能力、多名學(xué)生同時進行實驗的可行性以及實驗的可重復(fù)性。鑒于此，采用面包板的設(shè)計模式，將實驗臺中可能用到的各單片機模塊掛在面包板上，面包板上可以刻畫出不同測控系統(tǒng)的電路原理圖，學(xué)生根據(jù)電氣原理圖，選擇相應(yīng)的單片機模塊掛在面包板上，單片機模塊與面包板之間采用專用連接插頭進行電氣連接，而各單片機模塊之間采用杜邦連接件進行電氣連接，從而搭建出不同測控功能的單片機測控實驗系統(tǒng)。如圖1所示，為基于單片機的模塊化實驗臺結(jié)構(gòu)框架示意圖。
（三）實驗臺功能模塊設(shè)計
如圖2所示，該多功能實驗開發(fā)板主要是圍繞單片機控制與測試系統(tǒng)的基本構(gòu)成，從傳感器的輸入開始，到信號處理電路，A/D轉(zhuǎn)換電路，主MCU控制電路，存儲電路，D/A轉(zhuǎn)換電路，輸出顯示等模塊，該系統(tǒng)囊括了單片機控制與測試系統(tǒng)的全部構(gòu)成環(huán)節(jié)，通過模塊化設(shè)計思路，將不同功能的單片機控制與測試系統(tǒng)環(huán)節(jié)模塊化，并通過設(shè)計不同的接口選擇電路，實現(xiàn)讓學(xué)生動手連接不同電路模塊，進而搭建不同功能的測試系統(tǒng)或單片機控制系統(tǒng)。
二、基于單片機的模塊化實驗臺的實現(xiàn)
（一）實驗臺模塊硬件模塊的設(shè)計實現(xiàn)
對于該多功能實驗開發(fā)板，采用獨立化的模塊設(shè)計方式，將搭建各種不同功能的單片機控制系統(tǒng)及測試系統(tǒng)的必要組成模塊進行分離，借鑒“堆積木”的思想，使學(xué)生自主的選擇不同的模塊，進而按照實驗功能要求構(gòu)建具有不同實驗功能的單片機控制系統(tǒng)。
在具體實現(xiàn)方式上，每一個模塊都會設(shè)計統(tǒng)一的具有一定通用性的接口，有輸入模擬量接口，輸入數(shù)字量接口，輸出模擬量接口，輸出數(shù)字量接口，接口統(tǒng)一采用標(biāo)準(zhǔn)2.54mm的插針插母，方便不同模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸和交換。如下圖3所示，是A/D轉(zhuǎn)換模塊和處理器模塊（8051）進行連接的設(shè)計示意圖。
從下圖設(shè)計上可以發(fā)現(xiàn)，每一個獨立模塊都設(shè)計了由標(biāo)準(zhǔn)2.54mm插針構(gòu)成了接口，按照接口類型的不同，可以具體分為輸入模擬量接口，輸入數(shù)字量接口，輸出模擬量接口和輸出數(shù)字量接口，不同模塊之間采用杜邦連接件連接。實際上，本實驗開發(fā)板的全部模塊均采用此種模塊化的設(shè)計方式，從而有利于學(xué)生動手能力和自主設(shè)計能力的提升。
（二）基于單片機實現(xiàn)的模塊化數(shù)字溫度測控系統(tǒng)構(gòu)建
基于模塊化的單片機數(shù)字溫度測控系統(tǒng)，是利用了模塊化的設(shè)計理念，將數(shù)字溫度測控系統(tǒng)按照其構(gòu)成模塊，如CPU控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊及數(shù)字顯示模塊等分別進行硬件連接連線，從而完成數(shù)字溫度測控系統(tǒng)的設(shè)計，再配以合適的程序，即可實現(xiàn)對環(huán)境溫度的數(shù)字測量與顯示的功能。這樣利用模塊化的設(shè)計方法極大的提高了機電專業(yè)學(xué)生動手實驗實踐的能力，對于單片機的設(shè)計應(yīng)用能力的提高有很大幫助。
圖4 數(shù)字溫度測控系統(tǒng)硬件接線原理圖
硬件連線如上圖4所示，該電路由51單片機、ADC0809電路及七段數(shù)碼顯示電路三部分組成。由于電路比較簡單，在總線上沒有其他器件，所以直接選通ADC0809，ADC0809轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換結(jié)果顯示在七段數(shù)碼管顯示電路上。需注意，試驗中要將所有的電源的地線相連，包括+5V和+24V之間的。當(dāng)＋5V的VCC本身波動不超過ADC0809的測量精度時，可以將參考基準(zhǔn)電壓輸入端直接接到VCC（Vref+）和GND（Vref-）上。輸入電壓來自于溫度變送器，在protues中可以按圖所示，采用電阻分壓，以產(chǎn)生電平信號。溫度值與輸入的數(shù)值之間的關(guān)系為：T=D*Vref/256*20。其中D為ADC0809輸出的數(shù)據(jù)值。
三、結(jié)語
本論文結(jié)合當(dāng)前高校單片機課程實驗臺普遍存在集成度較高、實用性較低的現(xiàn)狀，從模塊化設(shè)計的角度出發(fā)，設(shè)計了基于模塊化單片機的集成實驗臺，能夠面向高校單片機課程教學(xué)使用，本論文從硬件設(shè)計和軟件設(shè)計的角度詳細(xì)論述了實驗臺的實現(xiàn)方案，且該實驗臺造價合理，功能相對于目前國內(nèi)市場上在售的單片機教學(xué)型實驗臺也比較完善全面，因而其性價比較高，經(jīng)濟合理適用，適宜在各高校機電專業(yè)實驗教學(xué)設(shè)備中推廣應(yīng)用。
參考文獻
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單片機設(shè)計范文第5篇
1.1LED和鍵盤設(shè)計
為了能夠?qū)崿F(xiàn)人與機器的對話，單片機的步進電機控制系統(tǒng)設(shè)計了3*4鍵盤以及4*8LED數(shù)碼管，人們可以直接對其進行控制。該系統(tǒng)通電后，通過鍵盤輸入控制步進機的運轉(zhuǎn)、啟動以及轉(zhuǎn)動方向等，由LED管動態(tài)清晰顯示步進機的轉(zhuǎn)向以及轉(zhuǎn)速。器件8279能夠控制系統(tǒng)鍵盤的輸入以及LED的輸出，進而減少單片機工作的承載，8279在控制系統(tǒng)工作的過程中，將鍵盤輸入的信息進行掃描，利用其抖功能，避免事故的發(fā)生。（下圖為LED和鍵盤模塊）
1.2放大和驅(qū)動設(shè)計
邏輯轉(zhuǎn)換器是步進機控制過程中的脈沖分配器，其是CMOS集成電路，其輸出的源電流為20毫安，能夠應(yīng)用于三相以及四相步進機，其工作可以選擇以下6種激進方式進行控制；其中，對于三相步進電機有1、2、1-2相；對于四相步進電機有1、2、1-2相，其輸入的方式有單、雙時鐘選擇方式，其具有正向控制、方向控制、監(jiān)視原點、初始化原位等功能。PMM8713器件主要由激勵方式判斷、控制以及時鐘設(shè)置等部分組成，所有的輸入端都設(shè)置有秘制的電路，進而提高抗外界干擾的能力。PMM8713輸出能夠接受功率驅(qū)動電路，其通過驅(qū)圖1LED和鍵盤模塊動器，輸出最大的工作電流，以滿足電機工作的需求。單片機通過調(diào)節(jié)相關(guān)端口的脈沖信號，控制步進機的運行狀態(tài)、運轉(zhuǎn)方向以及運轉(zhuǎn)速度等。
2單片機的步進電機控制系統(tǒng)軟件設(shè)計
2.1單片機程序設(shè)計
通過中斷脈沖信號，計算步進電機的運轉(zhuǎn)步數(shù)以及圈數(shù)，并對其進行記錄；實現(xiàn)對步進電機運轉(zhuǎn)速速的控制；采用端口的中斷程序關(guān)閉其相關(guān)程序，將電機控制在停機狀態(tài)；通過中斷電機的開啟部位，將其轉(zhuǎn)換到運行狀態(tài)，實現(xiàn)電機的運行；PMM8713的U和D端口通過輸出高電平，達到控制步進電機運轉(zhuǎn)方向的目的；8279將其接口與自身的8個數(shù)據(jù)連接口進行連接，當(dāng)單片機運行到鍵盤部位時，采用相關(guān)端口中斷其工作狀態(tài)，進而達到控制步進機的啟動、停止、速度以及方向等，并將其反饋給8279，利用LED將其顯示，明確其運轉(zhuǎn)的速度以及方向。
2.2PC上位機設(shè)計
設(shè)計PC上位機的主要目的就是控制步進電機，利用單片機中相關(guān)部位，實現(xiàn)人與機的對話，其利用單片機發(fā)出執(zhí)行命令，實現(xiàn)對步進電機的有效控制。其中，單片機接受的執(zhí)行命令會存儲在相關(guān)軟件中，其與儲存在片內(nèi)的Flash的相關(guān)地址進行比較，不沖突的信息就儲存在其中，如與其中儲存的信息發(fā)生沖突，就會自動中斷，有效的保護電機的正常運行。同時，此軟件在運行的過程中，應(yīng)該對晶振中的USART模塊進行設(shè)置，其相關(guān)的控制軟件由VB6.0對其進行編寫，采用MSComm軟件實現(xiàn)實時通訊。
3結(jié)語
