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單片機(jī)設(shè)計(jì)范文第1篇

【關(guān)鍵詞】頻率；測(cè)量；單片機(jī)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)： S611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：

一、引言

在開發(fā)單片機(jī)系統(tǒng)時(shí)，可以用計(jì)數(shù)法作為初次測(cè)量頻率的主程序，然后根據(jù)測(cè)量結(jié)果選擇二次精確測(cè)量應(yīng)選用兩種方法中的那種，計(jì)數(shù)法和周期法能夠比較容易的計(jì)算出被測(cè)量的頻率，適合一般的應(yīng)用，但是由于單片機(jī)本身執(zhí)行指令需要時(shí)間，因而采用以上兩種方法測(cè)量都存在誤差，要的精確的測(cè)量結(jié)果必須根據(jù)所用單片機(jī)性能參數(shù)在程序中補(bǔ)償，這里不再討論。頻率計(jì)由AT89C51、信號(hào)予處理電路、串行通信電路以及測(cè)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(hào)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(hào)的予處理電路當(dāng)中的放大器所實(shí)現(xiàn)的是對(duì)待測(cè)信號(hào)的一個(gè)放大的功能，能夠降低對(duì)待測(cè)信號(hào)的幅度的一個(gè)要求，波形的變換和整形電路實(shí)現(xiàn)將正弦波樣的一個(gè)正負(fù)交替的號(hào)波形轉(zhuǎn)換成為能夠被單片機(jī)所接受的一個(gè)信號(hào)，分頻電路所用于擴(kuò)展的單片機(jī)的頻率測(cè)量范圍并且通過實(shí)現(xiàn)單片機(jī)頻率測(cè)量以及周期測(cè)量使用統(tǒng)一的一個(gè)輸入的信號(hào)。系統(tǒng)軟件有測(cè)量初始化的模塊、顯示的模塊以及信號(hào)頻率測(cè)量的模塊等等。

二、頻率的測(cè)量在單片機(jī)設(shè)計(jì)中的相關(guān)處理方法

以AT89C51單片機(jī)作為我們頻率計(jì)的核心，通過它內(nèi)部的一個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器來進(jìn)行對(duì)待測(cè)信號(hào)周期的一個(gè)測(cè)量。在89C51當(dāng)中有2個(gè)16位的定時(shí)器，它們都是通過編碼來進(jìn)行事先定時(shí)、計(jì)數(shù)以及產(chǎn)生計(jì)數(shù)溢出中斷要求的這一功能。在構(gòu)成定時(shí)器的時(shí)候，每一個(gè)機(jī)器的周期加上一，然后這樣就能夠使得機(jī)器周期作為一個(gè)基準(zhǔn)從而來測(cè)量出一個(gè)時(shí)間的間隔。然而在構(gòu)成計(jì)數(shù)器的時(shí)候，就應(yīng)當(dāng)在相應(yīng)的外部引腳發(fā)生一個(gè)從一到零的一個(gè)跳變時(shí)計(jì)數(shù)器加一，這樣計(jì)數(shù)的閘門就能夠在門的控制之下用來測(cè)量待測(cè)信號(hào)的一個(gè)頻率。在外部輸入每個(gè)周期進(jìn)行采樣一次，這樣就能夠檢測(cè)出從一到零的跳變至少要兩個(gè)周期，所以說最大的計(jì)數(shù)速率是時(shí)鐘頻率的二十四分之一。

定時(shí)器的工作通過相應(yīng)的一個(gè)運(yùn)行的控制位進(jìn)行控制，當(dāng)控制為一時(shí)，那么定時(shí)器就要開始計(jì)數(shù)了，當(dāng)控制位為零時(shí)，那么就停止計(jì)數(shù)。設(shè)計(jì)的時(shí)候還要綜合考慮到頻率測(cè)量的精度以及測(cè)量反應(yīng)時(shí)間的一個(gè)要求。譬如說當(dāng)要求的頻率測(cè)量結(jié)果是3位的有效數(shù)字，那么這個(gè)時(shí)候如果說待測(cè)的信號(hào)是1Hz的話，那么計(jì)數(shù)閘門的寬度就必須大于1000s。也是為了能夠照顧到測(cè)量精度以及測(cè)量時(shí)間的需要，因此就將測(cè)量工作分成了兩種方法進(jìn)行。也就是說當(dāng)待測(cè)信號(hào)的頻率大于100Hz的時(shí)候，定時(shí)器也就成為了一個(gè)計(jì)數(shù)器，當(dāng)以機(jī)器的周期為基準(zhǔn)的時(shí)候，就通過軟件產(chǎn)生一個(gè)技術(shù)閘門，這個(gè)時(shí)候當(dāng)然要滿足頻率測(cè)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(cè)信號(hào)的頻率小于了100Hz的時(shí)候，也就構(gòu)成了定時(shí)器，通過頻率計(jì)的予處理電路將待測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成了一個(gè)方波信號(hào)，當(dāng)方波的寬度同待測(cè)信號(hào)的周期相等的時(shí)候，那么方波就作為了計(jì)數(shù)的一個(gè)閘門，也就是說當(dāng)待測(cè)信號(hào)的頻率等于了100Hz的時(shí)候，那么使用12MHz時(shí)鐘的時(shí)候，最小的計(jì)數(shù)值就是10000，這樣以來就能夠完全滿足到測(cè)量精度的一個(gè)要求。在當(dāng)使用技術(shù)方法來實(shí)現(xiàn)頻率測(cè)量的時(shí)候，此時(shí)外部的待測(cè)信號(hào)就是計(jì)數(shù)源，通過軟件延時(shí)的程序能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)數(shù)閘門。

三、頻率的測(cè)量在單片機(jī)設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件

在系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)方面，必要介紹的一個(gè)就是信號(hào)的予處理電路：該電路是由四級(jí)的電路所構(gòu)成，第一級(jí)通常是為零偏置的放大器，在當(dāng)輸入信號(hào)時(shí)零或者是負(fù)電壓的時(shí)候，三極管是一個(gè)截止的狀態(tài)，輸出的信號(hào)為高電平，在當(dāng)輸入的信號(hào)時(shí)正電壓的時(shí)候，三極管才導(dǎo)通，輸入的電壓會(huì)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(gè)單向的脈沖，這樣就能夠使頻率計(jì)不僅能夠測(cè)量方波的信號(hào)，而且還能夠測(cè)量正弦波信號(hào)的一個(gè)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(jí)上所采用的是一個(gè)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(gè)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(cè)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(shí)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(shí)鐘，送至74164的時(shí)鐘輸入口CP.74164將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)，進(jìn)行鎖存。74164輸出的8位并行數(shù)據(jù)送至8段LED，實(shí)現(xiàn)測(cè)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(jìn)行下一次測(cè)量。這種方法也便于對(duì)顯示位數(shù)進(jìn)行擴(kuò)展。

四、設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)處理過程

在頻率計(jì)開始工作，或者完成一次頻率測(cè)量，系統(tǒng)軟件都進(jìn)行測(cè)量初始化。測(cè)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(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作首先被設(shè)置為計(jì)數(shù)器，用于測(cè)量信號(hào)的頻率。在計(jì)數(shù)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0寄存器，運(yùn)行控制位TR1，開始計(jì)數(shù)的抽樣信號(hào)。計(jì)數(shù)閘門采用軟件延時(shí)程序?qū)崿F(xiàn)，從最小值計(jì)數(shù)閘門，是從大范圍的啟動(dòng)頻率測(cè)量。清末0計(jì)數(shù)閘門TR，停止計(jì)數(shù)。16米的寄存器的值以10進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換程序轉(zhuǎn)換成10進(jìn)制數(shù)。確定在10進(jìn)制數(shù)的位置，如果數(shù)字不是0有效位元，滿足測(cè)量數(shù)據(jù)，測(cè)量和距離信息顯示模塊；如果該位為0，計(jì)數(shù)閘門寬度擴(kuò)大10倍，對(duì)計(jì)數(shù)信號(hào)，直到滿足要求的數(shù)據(jù)的有效位數(shù)。完成周期測(cè)量信號(hào)，需要做一個(gè)交互操作獲取信號(hào)的頻率。然后對(duì)其處理浮點(diǎn)運(yùn)算，接收到的信號(hào)的頻率與浮點(diǎn)格式表示的值。浮點(diǎn)數(shù)到BCD碼轉(zhuǎn)換模塊，通過浮點(diǎn)格式表達(dá)式值的顯示格式轉(zhuǎn)換成本頻率計(jì)的信號(hào)頻率，發(fā)送到顯示模塊顯示信號(hào)的頻率值。該頻率計(jì)是需要完成的周期頻率轉(zhuǎn)換，以確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，這里應(yīng)用點(diǎn)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(diǎn)浮點(diǎn)運(yùn)算和浮點(diǎn)數(shù)到BCD碼。由于通過多次的轉(zhuǎn)換精度，整個(gè)轉(zhuǎn)換過程是不是很高，通過測(cè)量，精度約為2/1000.

五、結(jié)語(yǔ)

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(cè)量方案、測(cè)量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系，因此頻率的測(cè)量就顯得更為重要。為了實(shí)現(xiàn)智能化的計(jì)數(shù)測(cè)頻，實(shí)現(xiàn)一個(gè)寬領(lǐng)域、高精度的頻率計(jì)，一種有效的方法是將單片機(jī)用于頻率計(jì)的設(shè)計(jì)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(cè)量方案、測(cè)量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系，因此頻率的測(cè)量就顯得更為重要。在單片機(jī)和數(shù)字電路中，經(jīng)常需要測(cè)量脈沖個(gè)數(shù)、脈沖寬度、脈沖周期、脈沖頻率等參數(shù)。利用單片機(jī)內(nèi)部高穩(wěn)定度的標(biāo)準(zhǔn)頻率源和定時(shí)/計(jì)數(shù)器，可方便地測(cè)量信號(hào)的頻率和周期，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器和頻率計(jì)的功能。本文所介紹的頻率計(jì)的設(shè)計(jì)方法，所制作的頻率計(jì)需要器件較少，適宜用于嵌入式系統(tǒng)。該頻率計(jì)應(yīng)用周期測(cè)量和相應(yīng)的數(shù)學(xué)處理實(shí)現(xiàn)低頻段的頻率測(cè)量，因此很容易擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)信號(hào)的周期測(cè)量和占空比測(cè)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(xiàn)：

單片機(jī)設(shè)計(jì)范文第2篇

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) 模糊控制 電熔焊機(jī) 設(shè)計(jì) 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）01（a）-0065-01

該文就基于單片機(jī)技術(shù)和模糊控制技術(shù)的電熔焊機(jī)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用情況進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析和探討，從而更好的強(qiáng)化電熔焊機(jī)在焊接領(lǐng)域中的應(yīng)用地位，促進(jìn)和推動(dòng)電熔焊機(jī)更好的發(fā)展。

1 電熔焊機(jī)的設(shè)計(jì)原理

基于單片機(jī)和模糊控制的電熔焊機(jī)其設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要是由溫度檢測(cè)電路、繼電器控制電路、單片機(jī)、獨(dú)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(duì)系統(tǒng)加熱來實(shí)現(xiàn)的。因此，在電熔焊機(jī)的整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)的科學(xué)、恰當(dāng)，才能在焊接操作過程中，運(yùn)用溫度檢測(cè)電路對(duì)實(shí)際的施工場(chǎng)地溫度情況進(jìn)行科學(xué)、準(zhǔn)確的檢測(cè)，并利用聚乙烯管道接頭上的條形碼所示溫度進(jìn)行PID模糊運(yùn)算，而后推算出合適的溫度控制量，在經(jīng)過進(jìn)一步的系數(shù)修正后，確定最終的加熱時(shí)間，從而將電熔焊機(jī)的溫度調(diào)節(jié)到最為適宜的溫度，進(jìn)而有效提高焊接操作的質(zhì)量和效率。在整個(gè)加熱過程中，單片機(jī)進(jìn)行加熱時(shí)間和電壓的自動(dòng)調(diào)節(jié)，LED顯示器進(jìn)行加熱時(shí)間的倒計(jì)時(shí)顯示。當(dāng)時(shí)間顯示為0時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行斷電操作，從而完成焊接任務(wù)。其電熔焊機(jī)的加熱操作過程如圖1所示。

2 電源控制設(shè)計(jì)

電熔焊機(jī)的工作過程是以電力為動(dòng)力保障的，因此，其對(duì)電源的控制設(shè)計(jì)非常的重要。在單片機(jī)和模糊控制電熔焊機(jī)的電源設(shè)計(jì)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(qiáng)的電流輸出驅(qū)動(dòng)能力以及工作效率，從而能夠更好的保障電熔焊機(jī)控制系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的可靠性和穩(wěn)定性，進(jìn)而確保了電熔焊機(jī)的正常、運(yùn)行工作。

3 環(huán)境溫度檢測(cè)設(shè)計(jì)

單片機(jī)和模糊控制電熔焊機(jī)在運(yùn)行時(shí)的溫度設(shè)定同其所處的實(shí)際施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度具有較高的關(guān)聯(lián)性，通常情況下，電容焊機(jī)對(duì)施工環(huán)境的溫度要求在-30～50 ℃之間。在單片機(jī)和模糊控制電熔焊機(jī)的溫度檢測(cè)設(shè)計(jì)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?yàn)锳D590型傳感器屬于一類半導(dǎo)體型的傳感器，它同其他型號(hào)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(jì)和工作過程中，不需要進(jìn)行微弱信號(hào)和電橋放大器的輸入，也不需要實(shí)行冷端補(bǔ)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(cè)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(shí)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(shí)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(hào)，并將之轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，從而更加準(zhǔn)確的測(cè)量外部環(huán)境的溫度情況。

4 信息保持和顯示設(shè)計(jì)

單片機(jī)和模糊控制電熔焊機(jī)在信息數(shù)據(jù)保存顯示設(shè)計(jì)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(shí)時(shí)的獲取系統(tǒng)溫度及加熱時(shí)間情況，還方便了操作人員對(duì)電熔焊機(jī)的使用操作。設(shè)計(jì)人員將電熔焊機(jī)的單片機(jī)同LCD顯示器連接起來，并采用相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)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(shí)間、系統(tǒng)菜單等相應(yīng)信息，便于人員的隨機(jī)觀察和操作調(diào)整。同時(shí)，在機(jī)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(shí)的檢查和判斷電熔焊機(jī)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況，從而使操作人員能夠更好的進(jìn)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(zhǎng)久保存的數(shù)據(jù)進(jìn)行完善、系統(tǒng)的保存（通常是存入相應(yīng)的儲(chǔ)存卡），以便于相關(guān)操作人員的查看和核對(duì)。

5 模糊控制設(shè)計(jì)

在單片機(jī)和模糊控制電熔焊機(jī)中，模糊控制技術(shù)能夠有效的避免外部環(huán)境因素對(duì)系統(tǒng)計(jì)算的影響，并降低了對(duì)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(jì)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(duì)的隸屬度。而模糊推理的運(yùn)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(shí)現(xiàn)相關(guān)的數(shù)據(jù)計(jì)算推理。這也是電熔焊機(jī)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(jī)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(jìn)行數(shù)字量的邏輯轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)同精確控制相同效果的模糊控制。在電熔焊機(jī)模糊控制系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行過程中，操作人員要依照實(shí)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(yǔ)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展以及人們生活水平的不斷提高，電熔焊機(jī)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(jì)人員要不斷加強(qiáng)基于單片機(jī)技術(shù)和模糊控制技術(shù)的電熔焊機(jī)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，從而更好的推動(dòng)和促進(jìn)單片機(jī)和模糊控制電熔焊機(jī)在焊接領(lǐng)域中的應(yīng)用和發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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[2] 葛洪軍，鄭國(guó)華，李萍.基于單片機(jī)的木材干燥窯溫度模糊控制器的設(shè)計(jì)方法[J].黑龍江工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2013（3）.

[3] 陳星，甘方成.基于單片機(jī)模糊控制技術(shù)在恒壓供水中的應(yīng)用[J].科技廣場(chǎng)，2009（10）.

單片機(jī)設(shè)計(jì)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(qiáng)度傳感器；無線發(fā)送模塊

中圖分類號(hào)：S611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0.引言

隨著社會(huì)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(duì)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(duì)能源的消耗量，智能化、自動(dòng)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(chǎng)所都使用手動(dòng)開關(guān)燈大方式，常常由于人的疏忽，在人員離開時(shí)，燈也時(shí)常開著，有的公共場(chǎng)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(fèi)。針對(duì)這些實(shí)際的問題，將自動(dòng)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(fèi)。

1.節(jié)能燈的功能簡(jiǎn)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(qiáng)度傳感器模塊、無線接收模塊等，主控制器模塊由89C51單片機(jī)設(shè)計(jì)。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(jī)設(shè)計(jì)。

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(shí)，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(shí)，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(qiáng)度傳感器感應(yīng)室內(nèi)的光線強(qiáng)度并把信號(hào)輸送到主控制器上的單片機(jī)內(nèi)，單片機(jī)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(shí)，即使是夜晚也需要強(qiáng)制將燈關(guān)閉，此時(shí)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(dòng)按下遙控開關(guān)盒的開燈按鈕或者關(guān)燈按鈕時(shí)，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(hào)，燈體內(nèi)的無線接收模塊接收開關(guān)燈信號(hào)，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(jì)

2.1 燈體的電路設(shè)計(jì)

主控制器采用89C51單片機(jī)設(shè)計(jì)，熱釋電傳感器采用型號(hào)為HC-SR501的傳感器，光強(qiáng)度傳感器采用型號(hào)為BH1750FVI的傳感器，無線接收模塊采用nRF24L01實(shí)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(jī)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(shí)，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(shí)，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(jī)P2.0引腳收到低電平，單片機(jī)引腳P1.0連接光強(qiáng)度傳感器BH1750FVI的SCL引腳，P1.1連接SDA引腳，主單片機(jī)通過SDA引腳實(shí)時(shí)讀取室內(nèi)光照度值，主單片機(jī)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(jī)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(dòng)按下遙控開關(guān)盒上的開燈按鈕和關(guān)燈按鈕時(shí)，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(jì)

遙控開關(guān)盒內(nèi)的遙控開關(guān)控制器也采用89C51單片機(jī)設(shè)計(jì)，無線發(fā)送模塊采用nRF24L01實(shí)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(jī)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(shí)，引腳P2.1或P2.2收到低電平，遙控單片機(jī)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(diǎn)亮和熄滅。遙控開關(guān)盒上的指示燈L2連接到遙控單片機(jī)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(shí)，遙控單片機(jī)給引腳P2.0寫入低電平，遙控開關(guān)上的指示燈L2點(diǎn)亮，當(dāng)松開開燈和關(guān)燈按鈕時(shí)，遙控單片機(jī)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(jī)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(dòng)按下開燈按鈕和關(guān)燈按鈕時(shí)，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(shí)現(xiàn)遙控?zé)舻拈_關(guān)的功能。

3.系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計(jì)

程序流程圖如圖1所示。

系統(tǒng)上電后首先進(jìn)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(diǎn)亮，并且根據(jù)采集到的室內(nèi)的光線的強(qiáng)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(qiáng)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(shí)，節(jié)能燈才能點(diǎn)亮。

結(jié)論

文章設(shè)計(jì)的節(jié)能燈能夠?qū)崿F(xiàn)公共場(chǎng)合及家庭照明用燈的遙控開關(guān)和自動(dòng)開關(guān)功能，及隨著室內(nèi)亮度不同自動(dòng)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(dòng)控制燈開關(guān)及調(diào)節(jié)光線強(qiáng)弱，具有遙控開關(guān)和自動(dòng)開關(guān)功能的節(jié)能燈，可在公共場(chǎng)所和家庭中使用，節(jié)約電能，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低，使用維修方便。

參考文獻(xiàn)

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單片機(jī)設(shè)計(jì)范文第4篇

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化；單片機(jī)；模塊化；實(shí)驗(yàn)臺(tái)；數(shù)字溫度控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2011）30-0050-03

隨著工業(yè)自動(dòng)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(jī)日益受到重視，具有完善控制功能的單片機(jī)逐漸在自動(dòng)控制系統(tǒng)領(lǐng)域大放異彩，而企業(yè)對(duì)于掌握單片機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)能力的人才更是求賢若渴，為此，必須要對(duì)機(jī)電專業(yè)學(xué)生的單片機(jī)設(shè)計(jì)能力進(jìn)行重點(diǎn)培養(yǎng)和訓(xùn)練。而現(xiàn)有的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)很多都是集成度很高的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，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(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)相當(dāng)脆弱，后期維護(hù)養(yǎng)護(hù)工作量較大。因此，相關(guān)人員有必要開展單片機(jī)能力訓(xùn)練和拓展方面的實(shí)驗(yàn)臺(tái)研究。

本論文主要結(jié)合當(dāng)前單片機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的應(yīng)用現(xiàn)狀，結(jié)合模塊化的設(shè)計(jì)理念，對(duì)單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，以期從中能夠找到模塊化單片機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)應(yīng)用模式，從中開發(fā)出合理有效的單片機(jī)能力訓(xùn)練拓展的實(shí)驗(yàn)方法，并以此和同行分享。

一、單片機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)總體設(shè)計(jì)

（一）高校單片機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)應(yīng)用現(xiàn)狀

當(dāng)前各個(gè)高校的機(jī)械電子工程專業(yè)都普遍開設(shè)有單片機(jī)相關(guān)課程，但是配套的實(shí)驗(yàn)設(shè)備均是簡(jiǎn)單的演示性實(shí)驗(yàn)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(jī)控制系統(tǒng)的全部控制功能的演示，對(duì)于學(xué)生動(dòng)手設(shè)計(jì)單片機(jī)控制系統(tǒng)毫無實(shí)踐動(dòng)手的意義；國(guó)內(nèi)一些教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器生產(chǎn)廠家所設(shè)計(jì)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，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(duì)單片機(jī)控制系統(tǒng)內(nèi)部原理的認(rèn)識(shí)和理解，同時(shí)由于這些實(shí)驗(yàn)開發(fā)板大多已經(jīng)將實(shí)驗(yàn)功能程序固化在系統(tǒng)內(nèi)部了，因此實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的擴(kuò)展功能較差，只能夠進(jìn)行預(yù)先設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，對(duì)于學(xué)生自主性設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，其實(shí)施難度較大，且這些實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備普遍存在著后期維護(hù)量大的問題，成本十分高昂，動(dòng)輒高達(dá)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(gòu)買的方式引進(jìn)相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

綜上所述，只有自制基于單片機(jī)控制功能的多功能實(shí)驗(yàn)臺(tái)，才能從根本上解決我院學(xué)生微機(jī)原理與應(yīng)用課程的實(shí)驗(yàn)設(shè)備配備問題，并且提高學(xué)生真正動(dòng)手設(shè)計(jì)單片機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)而達(dá)到應(yīng)用開發(fā)的實(shí)踐動(dòng)手能力。

（二）實(shí)驗(yàn)臺(tái)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該試驗(yàn)臺(tái)從模塊化設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，從簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)到綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，均采用模塊設(shè)計(jì)、接口預(yù)留、連接組建的方式來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的具體控制應(yīng)用；對(duì)于綜合性的單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，利用四個(gè)小型單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)的測(cè)控系統(tǒng)，組建綜合性單片機(jī)控制實(shí)驗(yàn)中心，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)單片機(jī)設(shè)計(jì)的應(yīng)用。

該實(shí)驗(yàn)臺(tái)是面向?qū)W生進(jìn)行單片機(jī)課程實(shí)驗(yàn)而設(shè)計(jì)的，因此在設(shè)計(jì)時(shí)，一定要能夠考慮到學(xué)生的動(dòng)手能力、多名學(xué)生同時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的可行性以及實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性。鑒于此，采用面包板的設(shè)計(jì)模式，將實(shí)驗(yàn)臺(tái)中可能用到的各單片機(jī)模塊掛在面包板上，面包板上可以刻畫出不同測(cè)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(jī)模塊掛在面包板上，單片機(jī)模塊與面包板之間采用專用連接插頭進(jìn)行電氣連接，而各單片機(jī)模塊之間采用杜邦連接件進(jìn)行電氣連接，從而搭建出不同測(cè)控功能的單片機(jī)測(cè)控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。如圖1所示，為基于單片機(jī)的模塊化實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)框架示意圖。

（三）實(shí)驗(yàn)臺(tái)功能模塊設(shè)計(jì)

如圖2所示，該多功能實(shí)驗(yàn)開發(fā)板主要是圍繞單片機(jī)控制與測(cè)試系統(tǒng)的基本構(gòu)成，從傳感器的輸入開始，到信號(hào)處理電路，A/D轉(zhuǎn)換電路，主MCU控制電路，存儲(chǔ)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(jī)控制與測(cè)試系統(tǒng)的全部構(gòu)成環(huán)節(jié)，通過模塊化設(shè)計(jì)思路，將不同功能的單片機(jī)控制與測(cè)試系統(tǒng)環(huán)節(jié)模塊化，并通過設(shè)計(jì)不同的接口選擇電路，實(shí)現(xiàn)讓學(xué)生動(dòng)手連接不同電路模塊，進(jìn)而搭建不同功能的測(cè)試系統(tǒng)或單片機(jī)控制系統(tǒng)。

二、基于單片機(jī)的模塊化實(shí)驗(yàn)臺(tái)的實(shí)現(xiàn)

（一）實(shí)驗(yàn)臺(tái)模塊硬件模塊的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

對(duì)于該多功能實(shí)驗(yàn)開發(fā)板，采用獨(dú)立化的模塊設(shè)計(jì)方式，將搭建各種不同功能的單片機(jī)控制系統(tǒng)及測(cè)試系統(tǒng)的必要組成模塊進(jìn)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(jìn)而按照實(shí)驗(yàn)功能要求構(gòu)建具有不同實(shí)驗(yàn)功能的單片機(jī)控制系統(tǒng)。

在具體實(shí)現(xiàn)方式上，每一個(gè)模塊都會(huì)設(shè)計(jì)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(jìn)行連接的設(shè)計(jì)示意圖。

從下圖設(shè)計(jì)上可以發(fā)現(xiàn)，每一個(gè)獨(dú)立模塊都設(shè)計(jì)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(shí)際上，本實(shí)驗(yàn)開發(fā)板的全部模塊均采用此種模塊化的設(shè)計(jì)方式，從而有利于學(xué)生動(dòng)手能力和自主設(shè)計(jì)能力的提升。

（二）基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的模塊化數(shù)字溫度測(cè)控系統(tǒng)構(gòu)建

基于模塊化的單片機(jī)數(shù)字溫度測(cè)控系統(tǒng)，是利用了模塊化的設(shè)計(jì)理念，將數(shù)字溫度測(cè)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(jìn)行硬件連接連線，從而完成數(shù)字溫度測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，再配以合適的程序，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度的數(shù)字測(cè)量與顯示的功能。這樣利用模塊化的設(shè)計(jì)方法極大的提高了機(jī)電專業(yè)學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)實(shí)踐的能力，對(duì)于單片機(jī)的設(shè)計(jì)應(yīng)用能力的提高有很大幫助。

圖4 數(shù)字溫度測(cè)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(jī)、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(jiǎn)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(yàn)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(dòng)不超過ADC0809的測(cè)量精度時(shí)，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(hào)。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(yǔ)

本論文結(jié)合當(dāng)前高校單片機(jī)課程實(shí)驗(yàn)臺(tái)普遍存在集成度較高、實(shí)用性較低的現(xiàn)狀，從模塊化設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)了基于模塊化單片機(jī)的集成實(shí)驗(yàn)臺(tái)，能夠面向高校單片機(jī)課程教學(xué)使用，本論文從硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)的角度詳細(xì)論述了實(shí)驗(yàn)臺(tái)的實(shí)現(xiàn)方案，且該實(shí)驗(yàn)臺(tái)造價(jià)合理，功能相對(duì)于目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上在售的單片機(jī)教學(xué)型實(shí)驗(yàn)臺(tái)也比較完善全面，因而其性價(jià)比較高，經(jīng)濟(jì)合理適用，適宜在各高校機(jī)電專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備中推廣應(yīng)用。

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單片機(jī)設(shè)計(jì)范文第5篇

1.1LED和鍵盤設(shè)計(jì)

為了能夠?qū)崿F(xiàn)人與機(jī)器的對(duì)話，單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了3*4鍵盤以及4*8LED數(shù)碼管，人們可以直接對(duì)其進(jìn)行控制。該系統(tǒng)通電后，通過鍵盤輸入控制步進(jìn)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)、啟動(dòng)以及轉(zhuǎn)動(dòng)方向等，由LED管動(dòng)態(tài)清晰顯示步進(jìn)機(jī)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(jìn)而減少單片機(jī)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(jìn)行掃描，利用其抖功能，避免事故的發(fā)生。（下圖為L(zhǎng)ED和鍵盤模塊）

1.2放大和驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

邏輯轉(zhuǎn)換器是步進(jìn)機(jī)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(jìn)機(jī)，其工作可以選擇以下6種激進(jìn)方式進(jìn)行控制；其中，對(duì)于三相步進(jìn)電機(jī)有1、2、1-2相；對(duì)于四相步進(jìn)電機(jī)有1、2、1-2相，其輸入的方式有單、雙時(shí)鐘選擇方式，其具有正向控制、方向控制、監(jiān)視原點(diǎn)、初始化原位等功能。PMM8713器件主要由激勵(lì)方式判斷、控制以及時(shí)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(jìn)而提高抗外界干擾的能力。PMM8713輸出能夠接受功率驅(qū)動(dòng)電路，其通過驅(qū)圖1LED和鍵盤模塊動(dòng)器，輸出最大的工作電流，以滿足電機(jī)工作的需求。單片機(jī)通過調(diào)節(jié)相關(guān)端口的脈沖信號(hào)，控制步進(jìn)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)轉(zhuǎn)方向以及運(yùn)轉(zhuǎn)速度等。

2單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1單片機(jī)程序設(shè)計(jì)

通過中斷脈沖信號(hào)，計(jì)算步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)步數(shù)以及圈數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行記錄；實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)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(jī)控制在停機(jī)狀態(tài)；通過中斷電機(jī)的開啟部位，將其轉(zhuǎn)換到運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的運(yùn)行；PMM8713的U和D端口通過輸出高電平，達(dá)到控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向的目的；8279將其接口與自身的8個(gè)數(shù)據(jù)連接口進(jìn)行連接，當(dāng)單片機(jī)運(yùn)行到鍵盤部位時(shí)，采用相關(guān)端口中斷其工作狀態(tài)，進(jìn)而達(dá)到控制步進(jìn)機(jī)的啟動(dòng)、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(yùn)轉(zhuǎn)的速度以及方向。

2.2PC上位機(jī)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)PC上位機(jī)的主要目的就是控制步進(jìn)電機(jī)，利用單片機(jī)中相關(guān)部位，實(shí)現(xiàn)人與機(jī)的對(duì)話，其利用單片機(jī)發(fā)出執(zhí)行命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的有效控制。其中，單片機(jī)接受的執(zhí)行命令會(huì)存儲(chǔ)在相關(guān)軟件中，其與儲(chǔ)存在片內(nèi)的Flash的相關(guān)地址進(jìn)行比較，不沖突的信息就儲(chǔ)存在其中，如與其中儲(chǔ)存的信息發(fā)生沖突，就會(huì)自動(dòng)中斷，有效的保護(hù)電機(jī)的正常運(yùn)行。同時(shí)，此軟件在運(yùn)行的過程中，應(yīng)該對(duì)晶振中的USART模塊進(jìn)行設(shè)置，其相關(guān)的控制軟件由VB6.0對(duì)其進(jìn)行編寫，采用MSComm軟件實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通訊。

3結(jié)語(yǔ)