單片機設(shè)計精選(九篇)

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第1篇：單片機設(shè)計范文

邁克耳孫干涉儀測激光波長實驗是大學(xué)物理實驗中一個重要實驗項目，實驗中的關(guān)鍵是要準(zhǔn)確讀出光的干涉條紋的數(shù)量，要求連續(xù)數(shù)幾百個“冒出”或“縮進”的干涉條紋，在做實驗時因長時間用眼緊緊盯住細(xì)小的干涉條紋而感到相當(dāng)吃力，有時因眼睛疲勞而發(fā)生計數(shù)錯誤，導(dǎo)致較大的實驗誤差，甚至要重做，既費時又費力。因此不少單位不斷探索條紋計數(shù)器的設(shè)計［1－7］?；谛酒O(shè)計的計數(shù)器精度、效率較高，操作也簡便，成本也較低，但是制作后靈活性低，且硬件調(diào)試麻煩，不易更改，出現(xiàn)問題后難以解決［8－9］?；谔摂M儀器與計算機采集處理相結(jié)合的計數(shù)器，雖然處理數(shù)據(jù)比較靈活，但精度一般，且都要求有計算機等高級配置，花費比較大，有點得不償失［10－12］。針對上述的干涉條紋計數(shù)器設(shè)計的不足，本設(shè)計著重探討用單片機來設(shè)計邁克耳孫干涉條紋自動計數(shù)電路，實現(xiàn)了快捷、方便的高精度的條紋計數(shù)。

1設(shè)計方案

邁克耳孫計數(shù)器設(shè)計方法有多種，但基本思路都是通過信號轉(zhuǎn)換，將光信號轉(zhuǎn)換成電信號（脈沖信號），再對脈沖進行計數(shù)，并顯示計數(shù)結(jié)果。系統(tǒng)框圖如圖1所示，主要分為光電轉(zhuǎn)換模塊、信號整形模塊、計數(shù)模塊、顯示模塊。光電轉(zhuǎn)換模塊主要是利用光電二極管在光照下阻值迅速變小的特性［13］，串聯(lián)1個電位器分壓。電壓信號的變化反映出明暗條紋的變化情況；信號整形模塊主要是將不規(guī)則的電壓信號整形為高低電平，可達到易于識別和抗干擾的作用；計數(shù)模塊主要實現(xiàn)條紋計數(shù)，包括清零、控制電路；顯示模塊利用數(shù)碼管顯示出條紋數(shù)。

1．1光電轉(zhuǎn)換模塊要將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柧偷媒柚怆姸O管或者光敏電阻。光電二極管正向接、無光時電阻可達10kΩ左右，而在有光的條件下，電阻可迅速降到100Ω左右。而且反應(yīng)速度可達到納秒級別，選取一個好的光電轉(zhuǎn)換元件是設(shè)計的保證。光敏電阻又稱光導(dǎo)管，具有在特定波長的光照射下，其阻值具有迅速減小的特性。入射光變強，光敏電阻阻值減小，入射光變?nèi)酰饷綦娮枳柚翟龃?。在無光條件下光敏電阻阻值在10kΩ～60kΩ之間不等（型號不同，阻值也不同），有光時阻值可降到1kΩ左右，反應(yīng)速度在毫秒級別。光電二極管與光敏電阻相比，阻值變化更明顯，頻率變化更快，可以更方便地實現(xiàn)光信號對電信號轉(zhuǎn)換。本設(shè)計利用光電二極管在強光下電阻迅速變小的特性，來實現(xiàn)光電信號轉(zhuǎn)換，電路實現(xiàn)方案如下：在外電路上接上負(fù)載電阻（圖2中的R01），并與光電二極管相連，負(fù)載上的電壓信號隨著二極管的阻值變化而變化，設(shè)計中選用合適的電位器作負(fù)載，既可以起分壓作用，又可以起調(diào)節(jié)作用。在電位器和光電二極管之間引出一條信號線，從信號線上采取電壓值，作為光信號轉(zhuǎn)換的標(biāo)志，即可達到光電轉(zhuǎn)換的目的。

1．2信號調(diào)制模塊由光電轉(zhuǎn)換模塊輸出的信號由于光電二極管的阻值不是突變的，所以得到的波形也不是高低電平，單片機難以識別。因此，該信號必須經(jīng)過整形，而整形的好壞關(guān)系到計數(shù)的準(zhǔn)確與否。整形電路主要是由施密特圖2光電轉(zhuǎn)換模塊與信號調(diào)制模塊觸發(fā)器構(gòu)成，施密特觸發(fā)器由555定時器的2腳和6

1．3控制電路模塊控制電路模塊主要實現(xiàn)對各功能模塊信號的控制，用一個單刀雙擲開關(guān)來對暗條紋或明條紋計數(shù)的選擇，實現(xiàn)對暗條紋進行計數(shù)。本設(shè)計中選用單片機（圖3中的SICS9C52）為控制芯片，當(dāng)選擇明條紋計數(shù)時，將單刀雙擲開關(guān)撥到低電平位置；選擇暗條紋計數(shù)時，將開光撥到高電平位置。若以邁克耳孫干涉儀毛玻璃上的中心條紋為基準(zhǔn)進行計數(shù)，則調(diào)零后對計數(shù)器進行復(fù)位清零，若計數(shù)器顯示為零，則可以直接開始計數(shù)；若顯示為1，那么撥動單刀雙擲開光（高電平撥到低電平，低電平撥到高電平），復(fù)位清零后，即可開始計數(shù)。具體電路如圖計數(shù)器顯示為0，則可以沿調(diào)零的方向旋轉(zhuǎn)邁克耳孫干涉儀的微調(diào)旋鈕開始計數(shù)；如果顯示為1，則撥動控制鍵，再按復(fù)位按鈕，顯示為0，則按照“調(diào)零”時的轉(zhuǎn)動方向，始終往一個方向轉(zhuǎn)動微調(diào)手輪，觀察屏上的干涉條紋中心處會有一個個圓環(huán)“冒出”（或“縮進”）。干涉圓環(huán)每“冒出”（或“縮進”）50、100、150、500條條紋，記錄移動鏡M1相應(yīng)位置的讀數(shù)，每種情況連續(xù)測量10組數(shù)據(jù)，用逐差法計算M1位置變化值，各得到5組位置變化值Δd后，求出其平均值為Δd，由λ＝2Δd／k（k為移動條紋數(shù)）計算波長值λ，并與標(biāo)準(zhǔn)值（632．8nm）相比，計算相對誤差Er。實驗數(shù)據(jù)見表1，表1為每次條紋變化500條時的記錄的原始數(shù)據(jù)。

1．4電源模塊5V電源模塊采用三端集成穩(wěn)壓芯片LM7805，輸入端和輸出端均加濾波電容。為防止電源反接，輸出電路使用1個發(fā)光二極管和1個1kΩ限流電阻顯示電源狀態(tài)，如果發(fā)光二極管亮說明電源正常。

1．5顯示模塊數(shù)碼管采用四段八位的共陰極數(shù)碼管，共陰極數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極的數(shù)碼管。顯示方式采用數(shù)碼管的動態(tài)顯示。動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃“a、b、c、d、e、f、g、dp”的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I／O線控制，當(dāng)單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I／O端口，而且功耗更低。單片機的P2．0—P2．3為數(shù)碼管片選，接三極管（9013）作為片選開關(guān)，P0口為數(shù)碼管段選，串聯(lián)1kΩ電阻，并聯(lián)1個4．7kΩ排阻來拉高電壓。P1．0口為信號輸入端，從信號調(diào)制模塊得到的脈沖從此送入單片機；將P1．1作為信號控制端，由1個單刀雙擲開關(guān)來控制，其一端接地，一端串聯(lián)1個1kΩ電阻接高電平，由此來實現(xiàn)高低電平的輸入，并控制單片機是對高電平計數(shù)還是對低電平計數(shù)（高低電平對應(yīng)于邁克耳孫干涉儀上的明暗條紋）。

1．6軟件設(shè)計根據(jù)硬件的制作情況，單片機的P0．0為信號端，P0．1為信號控制端。計數(shù)時，若控制端P0．1撥到高電平位置，且邁克耳孫干涉儀上毛玻璃的中心條紋為暗紋，則從信號端P0．0輸出的電平為高電平，計數(shù)加1；若邁克耳孫干涉儀毛玻璃上為明條紋，則對應(yīng)的信號端P0．0為低電平，則程序等待，直到邁克耳孫干涉儀上的中心條紋變?yōu)榘禇l紋，信號端P0．0從低電平變?yōu)楦唠娖?，計?shù)加1。反之，若控制端P0．1在低電平時，若邁克耳孫干涉毛玻璃上的中心條紋為明條紋，信號端P0．0為低電平，計數(shù)加1，若中心條紋為暗條紋，則程序等待，直到下一個明條紋到來，使信號端P0．0從高電平變?yōu)榈碗娖?，依此循環(huán)。程序流程如圖4所示。

第2篇：單片機設(shè)計范文

關(guān)鍵詞：步進電機 單片機 控制系統(tǒng)

步進電機能將輸入的電脈沖信號轉(zhuǎn)換成輸出軸的角位移或直線位移，這種電機每輸入一個脈沖信號，輸出軸便轉(zhuǎn)動一定的角度或前進一步，因此又被稱作脈沖電機或步級電機。步進電機輸出軸的角位移量與輸入脈沖數(shù)成正比，不受電壓以及環(huán)境溫度的影響，也沒有累積的定位誤差，因此控制輸入的數(shù)字脈沖數(shù)即可實現(xiàn)電機的精確定位；而步進電機輸出軸的轉(zhuǎn)速與輸入的脈沖頻率成正比，控制輸入的脈沖頻率就能準(zhǔn)確的控制步進電機的轉(zhuǎn)速，可以實現(xiàn)在寬廣的范圍內(nèi)精確調(diào)速。

1 步進電機的工作原理

按照轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)及材料的不同,步進電機分為反應(yīng)式、永磁式和混合式三類。其中,反應(yīng)式步進電機因其性價比高,應(yīng)用非常廣泛,在單片機系統(tǒng)中應(yīng)用較多。步進電機實際上是一個數(shù)字/角度轉(zhuǎn)換器。步進電機的勵磁繞組可以制成各種相數(shù),常見的有單相、三相、四相和五相等多種。電機分為轉(zhuǎn)子和定子兩部分。定子由電工硅鋼片疊壓而成,有6個等分的磁極:U、U'、V、V'、W和W'。相對的兩個磁極組成一對,共有三對。每對磁極上都繞有同一繞組,也就形成了一相。這樣,三對磁極有三個繞組,形成三相。類似地,四相步進電機有四對磁極、四個繞組,以此類推。每個磁極的內(nèi)表面分布著大小相同、間距相同的多個小齒。轉(zhuǎn)子圓周表面也均勻分布著與定子小齒形狀相似、齒間距相同的小齒。反應(yīng)式步進電機運動的動力來自于電磁力。當(dāng)某一相定子繞組通電時,其對應(yīng)的磁極就產(chǎn)生了磁場,并與轉(zhuǎn)子形成磁路。

2 步進電機的控制方式

為了控制步進電機的轉(zhuǎn)動,使其實現(xiàn)數(shù)字到角度的轉(zhuǎn)換,可以由單片機按順給電機繞組施加有序的脈沖電流。轉(zhuǎn)過的角度數(shù)正比于脈沖個數(shù),轉(zhuǎn)動的速度正比于脈沖頻率,轉(zhuǎn)動的方向則與脈沖順序有關(guān)。對三相步進電機施加電流脈沖可有如下三種方式:①單相三拍:按單相繞組順序施加電流脈沖,一周期加電3次,順序如下:正轉(zhuǎn):UVW(U);反轉(zhuǎn):UWV(U)②雙相三拍:雙相即每次對兩相繞組同時通電。按雙相繞組順序施加電流脈沖,一周期加電3次,順序如下: 正轉(zhuǎn):UVVWWU(UV);反轉(zhuǎn):UWWVVU(UW)③單雙相六拍:按單相繞組與雙相繞組交替方式施加電流脈沖,一周期加電6次(單相3次、雙相3次),順序如下:正轉(zhuǎn):UUVVVWWWU(U);反轉(zhuǎn):UUWWWVVVU(U)。單相三拍或雙相三拍兩種方式,每拍步進角均為3°,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個齒距角(9°)要用三拍;單雙相六拍方式每拍步進角均為1.5°,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個齒距角(9°)要用六拍。六拍方式比三拍方式運行平穩(wěn),但六拍驅(qū)動脈沖的頻率需要提高一倍,要求驅(qū)動開關(guān)管有更好的開關(guān)特性。另外雙相與單相相比,每一拍中,雙相方式都有兩相通電,每一相通電時間都持續(xù)兩拍。因此,雙相三拍比單相三拍消耗的電功率大,當(dāng)然獲得的電磁轉(zhuǎn)矩也大。

3 控制系統(tǒng)的實現(xiàn)

3.1 加減速曲線的分析與實現(xiàn)。其實所謂的加減速就是速度變化的過渡過，在起動階段，控制頻率以特定的規(guī)律慢慢增加，從而速度可以平穩(wěn)的升至預(yù)定值；而停止時控制頻率再以相應(yīng)的規(guī)律慢慢減小，從而速度平穩(wěn)的降低直至完全停止。一般加減速算法有梯形曲線和指數(shù)曲線以及S曲線三種，其中S曲線算法加減速平穩(wěn)，而且有較好的快速性及柔性，因此在數(shù)控系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。本文采用S曲線算法。單片機中有三個定時器，其中兩個需要分別控制兩個步進電機，而剩下的一個則用于實現(xiàn)數(shù)碼管顯示加工時間。所以在設(shè)計程序的過程中，只需把采樣周期T轉(zhuǎn)換為N，即在一個采樣周期內(nèi)，其脈沖個數(shù)只需要對定時器的溢出次數(shù)加以控制，就可以控制采樣周期T。因此只需將最大速度及最大加速度兩個參數(shù)給定，就可以實現(xiàn)S加減速。

3.2 換向控制。本系統(tǒng)中工作臺移動方向的控制是利用行程開關(guān)與單片機相結(jié)合的辦法來實現(xiàn)的，其具體步驟如下：當(dāng)工作臺開始加速至預(yù)定值時進行勻速動動，一旦行程開關(guān)被擋塊觸動，單片機就開始換向，即按照S曲線對電機的加減速過程加以控制。這種換向方法不但可以防止機械系統(tǒng)換向時的沖擊，而且工作臺不會由于單片機的程序錯誤而發(fā)生故障。

3.3 轉(zhuǎn)速控制及顯示。在進行程序設(shè)計時就已經(jīng)采用數(shù)組的形式給出了步進電機的轉(zhuǎn)速，利用鍵盤按鈕進行選擇即可，所以系統(tǒng)中需要設(shè)置相應(yīng)的按鍵以實現(xiàn)對設(shè)備的控制，即“選擇-輸入”鍵、“確定-啟動”鍵等。其中設(shè)備所需的轉(zhuǎn)速可以通過“輸入-選擇”鍵先進行選擇，再利用“輸入-啟動”鍵加以確定。再分別另設(shè)一個“急?！辨I及“停止”鍵。本系統(tǒng)的顯示采用LCD來實現(xiàn)，其型號為1602，這種型號的LCD可以顯示兩行字符，每行共有16個，可以滿足系統(tǒng)的顯示要求。1602利用8位數(shù)據(jù)線進行數(shù)據(jù)傳輸，剛好占用單片機的一個端口；共有三個控制信號，即寄存器選擇、讀寫控制以及起用。顯示的主要內(nèi)容包括顯示系統(tǒng)工作的狀態(tài)、提示輸入以及確定轉(zhuǎn)速等。

3.4 顯示加工時間。本系統(tǒng)加工時間的動態(tài)顯示是利用數(shù)碼管來實現(xiàn)的，通過單片機中的2號定時器控制加工時間。數(shù)碼管時鐘顯示的原理為動態(tài)顯示，這種顯示方法一次只顯示一個數(shù)碼管，每位數(shù)碼管顯示時間約為1～2 ms，不過受數(shù)碼管余暉效應(yīng)以及人的視覺暫留的影響，通過肉眼看過去每位數(shù)碼管均是亮的。這種動態(tài)顯示的方法解決了顯示變化以及端口不足的問題。

4 結(jié)論

完成本系統(tǒng)的研制后可以得出以下結(jié)論：第一，基于單片機控制器的步進電機控制系統(tǒng)實現(xiàn)后，體現(xiàn)了單片機在數(shù)據(jù)系統(tǒng)開發(fā)領(lǐng)域的可靠性、經(jīng)濟性、實用性以及簡捷性，其作為應(yīng)用最廣泛的微控制器的一種，是小型控制系統(tǒng)開發(fā)研制的首選；第二，步進電機轉(zhuǎn)向時所產(chǎn)生的沖擊問題，可以通過S曲線加減速模型解決，從而保證了設(shè)備動運的平穩(wěn)性及準(zhǔn)確性；第三，系統(tǒng)的快速性要求可以通過S曲線參數(shù)的調(diào)整來實現(xiàn)。

參考文獻

第3篇：單片機設(shè)計范文

關(guān)鍵詞：單片機 溫濕度 檢測系統(tǒng)

中圖分類號：TP274 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）12-0148-01

溫濕度是重要的環(huán)境指標(biāo)，溫濕度監(jiān)測被廣泛用于倉儲保管、空氣質(zhì)量監(jiān)測、氣象預(yù)報、智能家居控制等領(lǐng)域。近年來，智能技術(shù)飛速發(fā)展，溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)也越來越追求自動化、智能化。本次研究基于單片機設(shè)計溫濕度檢測系統(tǒng)，以供借鑒。

1 方案設(shè)計

1.1 模塊選擇

本次研究方案是為了滿足倉儲環(huán)境溫濕度監(jiān)控需求，溫濕度傳感器大小、監(jiān)測靈敏度等都需要符合基本需求，本次研究采用SHT10單片數(shù)字溫度傳感器，可靠性強，其主要由一個聚合體電容式濕敏元件、1個能隙式材料溫敏元件、1個數(shù)字接口以及內(nèi)痔14位A/D 轉(zhuǎn)化區(qū)構(gòu)成，靈敏度高、低功耗、反應(yīng)快、抗干擾，適應(yīng)溫度-40℃～123.8℃，量程0%RH～100%RH，溫度精度25℃±0.5℃，精度范圍±4.5%RH，適用于各個環(huán)境下的倉儲環(huán)境溫濕度監(jiān)控。中央控制模塊，采用單片機，即微，其數(shù)量可能比人類還要多，本次研究采用STC89C52單片機，可編程、功耗低、性能高，其主要功能以及元件包括32位I/0口線、定時器、8k字節(jié)閃存和512字節(jié)的隨機存儲、可支持省電模式、4個外部中斷等，工作電壓5.5V～3.3V，也可選擇3V單片機，工作頻率48MHz。

1.2 需求分析

倉儲溫濕度的檢測以及控制，需完全替代人工檢測，具體功能模塊需包括：①溫度、濕度采集模塊，能夠采集溫濕度指標(biāo)，進行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)化后的數(shù)據(jù)信號發(fā)送給中央控制模塊；②中央控制模塊，接收傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)與閾值進行比較，根據(jù)閾值決定是否需要發(fā)送報警信號，若需要發(fā)送，則經(jīng)報警模塊發(fā)送相應(yīng)的指令。若需要自動調(diào)節(jié)，則需要為適度控制系統(tǒng)，進行溫濕度調(diào)節(jié)。

1.3 設(shè)計方案

電路設(shè)計相對簡單，為保障穩(wěn)定的供電，SHT10溫濕度傳感器采用220vAC變壓后12V交流輸入，采用普通的橋式整流電路將低壓整流為脈動、諧波成為的直流電，經(jīng)濾波電容將交流成分濾掉變成直流電，為提高穩(wěn)定性，采用三端穩(wěn)壓管LN7805實現(xiàn)穩(wěn)壓，穩(wěn)壓后的電源再向傳感器、單片機等供電。單片機STC89C52有4個雙向8位并行I/0端口，內(nèi)部有設(shè)計成熟的最小系統(tǒng)電路，采用腳本引入即可。STC89C52單片機采用RESET引角為未付段，當(dāng)該引腳輸出連續(xù)2個醫(yī)師的單片機時鐘周期高電平時，單片機會復(fù)位。溫濕度采集模塊采用SHTO溫濕度傳感器，兩線制串行通信接口設(shè)計，在DATA線上添加1個KΩ上拉電阻將信號拉到高電平，再與單片機端口相連，SHT10傳感器經(jīng)內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換模塊，直接采集模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號傳入到單片機中。當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測到溫濕度異常，經(jīng)報警器發(fā)送警報消息，本次研究采用TC35i芯片接收發(fā)送消息，其支持AT指令，采用DXDO引腳、TXD0引腳、IGT引腳，可與STC89C52單片機直接串口連接。

軟件設(shè)計是單片機溫濕度檢測系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵，采用C語言作為編程語言。主程序流程：①初始化；②讀取溫度；③是否超過閾值，若為否繼續(xù)讀取溫度，再次問詢是否超過閾值；④若為是，則發(fā)送報警信息。溫濕度采集通過調(diào)用SHT10實現(xiàn)，步驟為開始啟動傳輸輸出測量溫濕度命令？，否則復(fù)位再次進入啟動傳輸前命令，若為是則等待讀取數(shù)值右鍵讀取溫濕度高字節(jié)讀取溫濕度低字節(jié)結(jié)束。

2 仿真測試

采用Proteus軟件對設(shè)計進行仿真訓(xùn)練。假設(shè)溫度為15～30℃，濕度在30%～50%，設(shè)置禁止外部中斷并啟動外部事件計數(shù)器，每隔一段時間便采用溫度脈沖數(shù)據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，間隔時間采用軟件延時方法實現(xiàn)，若溫濕度超過測量的范圍，便會出現(xiàn)中斷。仿真訓(xùn)練顯示，將溫度控制在20℃左右，測試溫度采集模塊，運轉(zhuǎn)正常，溫度顯示正常，溫度調(diào)節(jié)到32℃，不久傳感器LED-Green二極管發(fā)亮，提示溫度傳感器已向單片機傳遞數(shù)據(jù)。

3 結(jié)語

基于單片機的溫濕度檢測系統(tǒng)本身設(shè)計并不復(fù)雜，特別適用于普通環(huán)境下的溫濕度傳感器、單片機已較成熟，可供選擇的引腳、接口多樣化，這些元件標(biāo)準(zhǔn)化水平明顯提高。但溫濕度檢測已經(jīng)不僅僅需要在普通環(huán)境下應(yīng)用，還被廣泛應(yīng)用其它領(lǐng)域，同時隨著智能化水平的提高，人們開始要求將溫濕度檢測系統(tǒng)與報警系統(tǒng)、自動溫濕度控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析等融合，特殊場合如科研對溫濕度檢測靈敏度要求更高，這時可供選擇的傳感器、單片機非常少，這就要求設(shè)計者們熟悉元件的性能，合理的進行電路設(shè)計，做好計算機編程，減少運算量。

參考文獻

[1]魏玲.基于DS18B20的巫芟卟馕孿低成杓[J].黑龍江冶金，2007（2）：42-43.

第4篇：單片機設(shè)計范文

關(guān)鍵詞：嵌入式；架構(gòu)；單片機；系統(tǒng)；設(shè)計

中圖分類號：TP311 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）32-7230-02

隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，計算機在不同領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，人們根據(jù)不同領(lǐng)域的實際需求，針對性的開發(fā)了具有相應(yīng)功能的軟件，從而提高實際的工作效率，但是在計算機出現(xiàn)的早期，受到其體積和性能上的限制，其應(yīng)用的范圍很小，隨著晶體管和集成電路的出現(xiàn)，計算機的體積和性能得到了極大的提升，從計算機的發(fā)展可以看出，每次技術(shù)的更新，都是為了減小其體積，同時提高其性能。計算機的出現(xiàn)是革命性的，由于其能夠自行的處理任務(wù)，如果應(yīng)用在實際的工業(yè)生產(chǎn)中，就能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)的自動化，這也是近些年計算機應(yīng)用發(fā)展的方向，但是通過實際的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，計算機在應(yīng)用的過程中，雖然經(jīng)過了多年的發(fā)展，出現(xiàn)了筆記本電腦，在體積上得到了極大的控制，但是在工業(yè)控制領(lǐng)域中，這樣的體積依然很龐大，在這種背景下，人們發(fā)明了單片機這種微型計算機，并在工業(yè)控制中得到了廣泛的應(yīng)用。

1 嵌入式架構(gòu)簡述

1.1 嵌入式架構(gòu)的概念

嵌入式架構(gòu)是隨著計算機的發(fā)展，逐漸形成的一門學(xué)科，現(xiàn)在很多高校中，都開設(shè)了這門課程，為社會培養(yǎng)大量的相關(guān)人才，學(xué)生在畢業(yè)后，能夠掌握到充足的嵌入式架構(gòu)知識，從而能進行計算機系統(tǒng)的設(shè)計，我國受到特殊的歷史因素影響，經(jīng)濟和科技發(fā)展的起步較晚，與西方發(fā)達國家相比，存在較大的差距，尤其是在電子信息領(lǐng)域。雖然近年來隨著國家的重視，出臺了很多優(yōu)惠的政策法規(guī)，鼓勵和扶持我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，經(jīng)過了多年的發(fā)展，現(xiàn)在我國嵌入式架構(gòu)的研究，已經(jīng)得到了很大的提高，但是通過實際的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，嵌入式架構(gòu)使用的單片機等設(shè)備，目前還都是國外的公司生產(chǎn)的，我國技術(shù)人員在完成系統(tǒng)的開發(fā)后，都需要采用國外的設(shè)備，由于我國一直受到西方國家的技術(shù)封鎖，很多先進的設(shè)備都無法進口，在很大程度上影響了我國嵌入式架構(gòu)的發(fā)展。對于嵌入式架構(gòu)的概念，國際電氣和電子工程師協(xié)會給出了具體的解釋，是控制、監(jiān)視等輔助設(shè)備工作的系統(tǒng)，目前對于嵌入式架構(gòu)的理解，主要基于計算機技術(shù)，一般情況下，可以把帶有控制程序的處理器，看成是一個嵌入式架構(gòu)，在不同的時期，人們對于嵌入式架構(gòu)概念的理解，也存在一定的差異，但是從根本上來說，都是為了更好的使用嵌入式系統(tǒng)。

1.2 嵌入式架構(gòu)的特點

與傳統(tǒng)的計算機技術(shù)相比，嵌入式架構(gòu)具有鮮明的特點，首先就是體積更小，在嵌入式架構(gòu)出現(xiàn)的早期，主要是在計算機的基礎(chǔ)上，進行系統(tǒng)的開發(fā)，但是隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，嵌入式架構(gòu)自身有了很大的進步，尤其是單片機等微型計算機的出現(xiàn)，使得其應(yīng)用的范圍更加廣泛，從某種意義上來說，單片機的出現(xiàn)，就是由于嵌入式架構(gòu)應(yīng)用的需要。其次嵌入式架構(gòu)具有控制的特點，隨著電子信息化的發(fā)展，很多機械設(shè)備都采用了智能芯片，通過這些芯片的使用，可以寫入特定的控制程序，從而達到相應(yīng)的控制目的，近幾年軟件技術(shù)有了很大的發(fā)展，尤其是在人工專家模塊出現(xiàn)后，計算機軟件可以實現(xiàn)一定的智能化，在遇到一些問題時，可以通過檢索以前的經(jīng)驗，對問題自行進行處理，如果將這個技術(shù)應(yīng)用到嵌入式架構(gòu)中，就可以實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的自動化控制。從根本上來說，工業(yè)的自動化控制技術(shù)，就是在單片機等微型計算機的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，而單片機的使用，大多都是在嵌入式架構(gòu)，通過硬件和軟件的針對性設(shè)計，可以最大程度的提高單片機應(yīng)用的效率。

2 單片機系統(tǒng)設(shè)計的現(xiàn)狀

2.1 單片機系統(tǒng)設(shè)計的發(fā)展

單片機的出現(xiàn)，主要是由于實際應(yīng)用的需要，傳統(tǒng)的計算機受到體積上的限制，雖然在很多領(lǐng)域中得到了應(yīng)用，但是在實際的工業(yè)生產(chǎn)中，要想對生產(chǎn)過程中的每個環(huán)節(jié)進行控制，必須將所有的環(huán)節(jié)通過特定的方式連接起來，然后設(shè)置一個中央服務(wù)器，通過硬件和軟件等方式，對生產(chǎn)進行實時的控制，只有這樣才能夠最大程度提高生產(chǎn)的效率。由此可以看出，單片機系統(tǒng)的發(fā)展，可以分成硬件和軟件兩個部分，而這兩個部分都受到計算機技術(shù)的影響，尤其是軟件方面，在初期使用機器語言進行編程時，還沒有單片機的出現(xiàn)，而匯編等低級語言使用，單片機程序的編寫，也采用這些低級語言，隨著計算機軟件技術(shù)的發(fā)展，逐漸的出現(xiàn)了C語言等高級語言，相應(yīng)的單片機系統(tǒng)設(shè)計，也開始使用這些高級語言，極大的提高了軟件編寫的效率。單片機系統(tǒng)硬件的發(fā)展，由于其出現(xiàn)和發(fā)展都在西方發(fā)達國家，而且由于社會和經(jīng)濟的體制不同，這些國家對我國一直存在技術(shù)上的封鎖，因此我國很難接觸到先進的單片機系統(tǒng)知識，在很大程度上影響了我國單片機技術(shù)的發(fā)展，目前使用的單片機設(shè)備，都是國外公司生產(chǎn)的，而且一些最新的單片機，對我國還存在進口的限制。

2.2 單片機系統(tǒng)設(shè)計中存在的問題

單片機從出現(xiàn)開始，到現(xiàn)在已經(jīng)使用了多年，在應(yīng)用的過程中，其自身的理論在不斷的完善，通過單片機系統(tǒng)的使用，可以輕松的實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的自動化，進而提高生產(chǎn)的效率，正是由于單片機系統(tǒng)的這個特點，使得每個企業(yè)都希望能夠通過這樣的方式，來提高自身的生產(chǎn)效率，但是在實際應(yīng)用的過程中，不同公司加工的產(chǎn)品不同，生產(chǎn)設(shè)備也存在一定的差異，如果使用同樣的單片機系統(tǒng)，顯然無法最大程度的提高生產(chǎn)效率。因此現(xiàn)在單片機系統(tǒng)的使用，都會根據(jù)實際的需求，對單片機系統(tǒng)的功能，進行針對性的設(shè)計，但是通過實際的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前單片機系統(tǒng)設(shè)計中，還存在著一些問題，使得設(shè)計的系統(tǒng)不是很完善，在實際使用的過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)一些漏洞，影響產(chǎn)品的加工效率，由于單片機系統(tǒng)設(shè)計可以分成軟件和硬件兩個部分，因此對系統(tǒng)設(shè)計存在的問題，也可以從這兩個方面進行分析。首先就是硬件性能不合格，在設(shè)計完實際的電路后，對各個元器件的性能，都有具體的要求，如果這些器件的性能達不到相應(yīng)的指標(biāo)，那么電路顯然就無法正常的運行，其次就是軟件設(shè)計的不完善，由于軟件自身的特殊性，無法編寫出完美的程序，程序自身越復(fù)雜，存在的漏洞也就越多，如果在程序編寫完成之后，沒有經(jīng)過科學(xué)的測試，那么在應(yīng)用時，就可能會出現(xiàn)問題。

3 基于嵌入式架構(gòu)的單片機系統(tǒng)設(shè)計分析

3.1 基于嵌入式架構(gòu)的單片機系統(tǒng)硬件設(shè)計

在單片機出現(xiàn)的早期，由于還沒有形成嵌入式架構(gòu)的概念，因此在實際的系統(tǒng)設(shè)計中，而且單片機系統(tǒng)的使用，都是對現(xiàn)有的生產(chǎn)線進行改進，通過在生產(chǎn)設(shè)備上增加一些線路，然后用單片機對其進行控制，在這種模式下，硬件設(shè)備的選擇，主要是根據(jù)環(huán)境來進行，對硬件設(shè)備的體積要求比較嚴(yán)格。隨著硬件設(shè)備的發(fā)展，現(xiàn)在生產(chǎn)單片機的公司有很多，可以實現(xiàn)同樣功能的元器件有很多，而自動化技術(shù)的出現(xiàn)，使得生產(chǎn)線在設(shè)計的過程中，會根據(jù)控制的需求，進行相應(yīng)的變化，這種單片機系統(tǒng)使用方式上的轉(zhuǎn)變，極大的促進了其應(yīng)用的發(fā)展，為了達到更高的控制效率，人們將單片機放到生產(chǎn)線的每個環(huán)節(jié)中，然后將這些單片機連接到一個服務(wù)器上，就能夠?qū)崿F(xiàn)對生產(chǎn)的全面控制。現(xiàn)在單片機系統(tǒng)設(shè)計中，首先進行的就是硬件上的設(shè)計，通常情況下，會根據(jù)生產(chǎn)的實際情況，對控制的功能進行需求分析，單片機系統(tǒng)硬件的設(shè)計，會和生產(chǎn)線的硬件設(shè)計同步進行，如果控制系統(tǒng)的硬件出現(xiàn)問題，可以根據(jù)需要，對生產(chǎn)線進行一定的修改。

3.2 基于嵌入式架構(gòu)的單片機系統(tǒng)軟件設(shè)計

嵌入式系統(tǒng)與傳統(tǒng)的應(yīng)用方式相比，最明顯的特點就是多了輔助設(shè)備，如以往應(yīng)用計算機的過程中，都是計算機的單獨使用，人們直接利用計算機來處理一些問題，或者利用計算機來控制某些設(shè)備的工作，沒有任何的輔助設(shè)備，而嵌入式架構(gòu)下，需要借助單片機等設(shè)備，如一條生產(chǎn)線通常包括多個加工工藝，如果采用計算機的統(tǒng)一控制，就無法實現(xiàn)對每個環(huán)節(jié)的單獨控制，而利用單片機系統(tǒng)，在每個加工環(huán)節(jié)中，都嵌入一個單片機，然后將這些單片機連接到一個計算機服務(wù)器中，就可以實現(xiàn)局部的控制。而要想完成這個過程，就要通過相應(yīng)的軟件功能，對于同樣的單片機系統(tǒng)，如果根據(jù)實際應(yīng)用的需要，設(shè)計不同的程序，能夠?qū)崿F(xiàn)不同的控制功能，由此可以看出，軟件設(shè)計是單片機系統(tǒng)工作的核心。

4 結(jié)束語

作為以計算機為基礎(chǔ)的技術(shù)，嵌入式架構(gòu)的發(fā)展，很大程度上受到計算機技術(shù)的影響，如在計算機剛出現(xiàn)時，由于其性能比較，甚至還不如現(xiàn)在的電子計算器，因此實際的應(yīng)用很少，只是在實驗室中進行科研使用，但是人們從計算機的特點能夠看出，隨著技術(shù)的進步，將來計算機一定會得到普及應(yīng)用。在這種背景下，很多專家和學(xué)者對計算機進行了研究，通過大量的實踐，極大的推動了計算機的發(fā)展，于是計算機越來越多的用來處理實際問題，為了提高控制的效率，人們對程序進行了完善，經(jīng)過全文的分析可以知道，嵌入式架構(gòu)和單片機的出現(xiàn)，都是由于實際應(yīng)用的需要，而單片機在實際應(yīng)用的過程中，還存在很多問題，如果能夠采用嵌入式架構(gòu)，那么就能夠極大的提高單片機系統(tǒng)的使用效果。

參考文獻：

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第5篇：單片機設(shè)計范文

關(guān)鍵詞：單片機；煙霧報警器；煙霧傳感器

中圖分類號：TP274 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）35-0276-02

火氖峭脅人身、財產(chǎn)等安全的主要災(zāi)害之一，因此預(yù)防火災(zāi)的發(fā)生、減少災(zāi)害具有重要的意義和價值[1]。文中設(shè)計了一種煙霧檢測與報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)以STC89C52RC單片機為控制器，采用煙霧傳感器MQ-2檢測煙霧濃度，采用雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832將煙霧傳感器采集的煙霧濃度轉(zhuǎn)化為數(shù)字量送給單片機，采用發(fā)光二極管、蜂鳴器設(shè)計聲光報警電路，單片機將采集到的數(shù)值與設(shè)定值進行比較，若采集值大于設(shè)定值，則發(fā)出聲光報警。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 煙霧檢測與轉(zhuǎn)換電路設(shè)計

采用煙霧傳感器MQ-2檢測煙霧濃度，MQ-2是鄭州煒盛電子科技有限公司生產(chǎn)的可燃性氣體傳感器。MQ-2氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫（SnO2）。當(dāng)存在可燃?xì)怏w時，MQ-2的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大，利用這一點可以獲得煙霧存在的信息?？捎糜趯σ谎趸肌⒓淄?、酒精、液化氣、煙霧等的探測。

MQ-2采用6引腳封裝結(jié)構(gòu)（如圖2所示），2腳和5腳是H和H1為加熱引腳；1腳和3腳是A和A1、2腳和6腳是B和B1，是信號引腳，這兩對引腳內(nèi)部是相通的，一對

連接正電源，另一對作為信號輸出。

采用雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832將煙霧傳感器采集的煙霧濃度轉(zhuǎn)化為數(shù)字量送給單片機。煙霧檢測與轉(zhuǎn)換電路如圖3所示[2-4]。

MQ-2的1、2、3引腳接VCC，4、6引腳作為信號輸出引腳與ADC0832的通道1相連，電位器RP用于調(diào)節(jié)煙霧檢測靈敏度；ADC0832的片選引腳CS與單片機的P1.0引腳相連，時鐘引腳CLK與P1.1相連，串行數(shù)據(jù)輸入、輸出引腳DI、DO并聯(lián)后與P1.2引腳相連。

2.2 聲光報警電路設(shè)計

聲光報警器電路由發(fā)光二極管和蜂鳴器組成，采用單片機P2.0和P2.1引腳分別控制蜂鳴器和發(fā)光二極管。其電路設(shè)計如圖4所示[5]。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件設(shè)計是在硬件基礎(chǔ)上進行程序開發(fā)以實現(xiàn)系統(tǒng)功能。軟件設(shè)計包括煙霧采集與轉(zhuǎn)換子程序和聲光報警子程序。

系統(tǒng)采用單片機為控制核心，煙霧傳感器不斷的探測是否有煙霧，若有則調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換函數(shù)，啟動ADC0832將煙霧模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸入到單片機中，并與預(yù)先的設(shè)定值進行比較，如果大于設(shè)定值，則單片機通過P2.0和P2.1引腳輸出聲光報道信號控制聲光報警電路發(fā)出聲光報警。

系統(tǒng)主程序流程圖如圖5所示。

4 結(jié)束語

設(shè)計了一種煙霧檢測與報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)以STC89C52RC單片機為控制核心，采用煙霧傳感器MQ-2探測煙霧，利用雙通道ADC0832進行A/D轉(zhuǎn)換，將探測的煙霧值與預(yù)先設(shè)定值進行比較，如大于設(shè)定值則發(fā)出聲光報警。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，具有一定的應(yīng)用價值。

參考文獻：

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第6篇：單片機設(shè)計范文

關(guān)鍵詞：單片機；液晶顯示器；設(shè)計與分析

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.14.205

0 前言

這些年來中國計算機無論從硬件應(yīng)用上或是軟件系統(tǒng)設(shè)計也開發(fā)開上都有了不同程度的進步。有力的推進了主體為相關(guān)電子元件的銷售行業(yè)。而現(xiàn)今基于單片機所進行的液晶顯示器方面的設(shè)計，雖然在大環(huán)境影響下有了一定的發(fā)展，但是還是因內(nèi)部資源的相關(guān)存儲以及數(shù)據(jù)方面處理的速度有一定的制約性，又因單片機價錢便宜而且適用的范圍也很廣泛的的特點也是受到了相關(guān)設(shè)計者的廣泛使用。而單片機作為于液晶顯示器設(shè)計的相關(guān)方式與方法還是有所進步的，所以下文主要分析基于單片機的液晶顯示器設(shè)計，再根據(jù)相關(guān)的硬件系統(tǒng)的設(shè)計，針對液晶顯示和時鐘以及溫度的采集等等實際性的設(shè)計進行詳細(xì)的分析，希望可以為液晶顯示器的整體提供具有參考價值的文獻。具體內(nèi)容如下：

1 相關(guān)設(shè)計硬件所進行的分析

基于單片機的液晶顯示器設(shè)計在系統(tǒng)硬件的各電路中，主要組成大體上有含單片機的最小系統(tǒng)以及液晶顯示器內(nèi)部電路和設(shè)置方面的電路以及時鐘與溫度采集所使用的電路等。

（1）分析單片機的最小系統(tǒng)設(shè)計原理。組成單片機的最小系統(tǒng)一般有外部晶振以及電源與復(fù)位相關(guān)的電路等，在它們共同的作用下才能確保單片機系統(tǒng)可以正常的運轉(zhuǎn)進而控制整體的系統(tǒng)。分析芯片的相關(guān)溫度數(shù)據(jù)可以看出，在進行讀取或者是寫入芯片的數(shù)據(jù)時，顯示的是日歷以及時鐘的數(shù)據(jù)等，再使用程序進行檢驗是否使用按鍵或其他操作。然后就可以在顯示的驅(qū)動芯片中進行數(shù)據(jù)的寫入，從而液晶顯示器的屏幕就可以把相關(guān)內(nèi)容顯示了。

（2）分析液晶顯示器內(nèi)部電路設(shè)計?，F(xiàn)今液晶顯示器所使用的芯片有很多種，并且可以支持320×240（QVGA）等等的實際分辨率，而在顯示器內(nèi)部進行安置173kB的RAM，就可以顯示高達26萬色。接口方式可以選擇8或是9或是16或是18位i80的系統(tǒng)全為總線，SPI總線以及RGB與VSYNC等的接口。一般會用總線式接口的電路代替外部數(shù)據(jù)存儲器進行液晶顯示器設(shè)計。

（3）分析時鐘顯示的電路設(shè)計。時鐘顯示的電路設(shè)計一般都是DS1302芯片來構(gòu)成也是充電時鐘芯片，其內(nèi)一般有實時時鐘以及日歷和31字節(jié)的靜態(tài)RAM，再運用不同的單片機進行接口方面的通信。運用芯片進行秒分時以及日月年等詳細(xì)時間信息的獲取，并按實際每月天數(shù)（閏年也可以計算實際天數(shù)）進行不同類型的計算而消耗的功量低。

（4）分析溫度采集所使用的電路設(shè)計。芯片電路的設(shè)計大多很簡單相對來說體積也小，所以組成測溫系統(tǒng)的相關(guān)線路也簡單，只需采用簡單通信線將多個DS18B20數(shù)字的溫度計連接即可，這樣一個端口完成所有數(shù)據(jù)讀取與寫入，每個芯片只有唯一一個序列號且可以掛多個芯片。需要注意的是在進行實際設(shè)計中，控制實際數(shù)字溫度計的溫度在-55℃到125℃的范圍之間并設(shè)定告警的溫度值，分辨率需設(shè)為9到12位。這樣芯片就會和實際使用的單片機進行電路連接。

（5）分析電路設(shè)置的相關(guān)原理。電路設(shè)置的相關(guān)原理是把日期時間與實際情況進行數(shù)據(jù)同步便于用戶使用。在基于單片機的液晶顯示器進行設(shè)計進，按鍵可設(shè)為進行主要內(nèi)容的修改，這樣就可以實現(xiàn)自動性的調(diào)整系統(tǒng)時間。第一次設(shè)置在結(jié)束后可按第二個鍵，時鐘就可繼續(xù)運行同時指示符消失，需要注意在進入調(diào)節(jié)狀態(tài)時按下+或-按鈕否則沒效果。

2 相關(guān)設(shè)計軟件系統(tǒng)所進行的分析

設(shè)計軟件系統(tǒng)通常運用顯示的子程序以及DS1302芯片的子程序和DS8B20芯片的子程序，而按鍵處理的主程序也是包括子程序的。按鍵所進行處理主程序一般為設(shè)備初始化設(shè)置，運用鍵盤的掃描程序以及時間溫度各數(shù)據(jù)的顯示，然后才能調(diào)用顯示子程序。注意一般會有時間的間隔。

（1）軟件系統(tǒng)的主程序進行的設(shè)計。在主程序初始化結(jié)束后，先進行鍵盤掃描程度，這樣就可以讀取芯片數(shù)據(jù)以及程序內(nèi)容。

（2）軟件系統(tǒng)在顯示程序上所進行的設(shè)計。軟件系統(tǒng)在顯示程序上所進行的設(shè)計一般是很難的，其一，通常顯示的驅(qū)動芯片中的寄存器很復(fù)雜，一般初始化后也會被別的程序使用，要注意在進行數(shù)據(jù)寫入時確定范圍。其二，在顯示器的屏幕上可手動輸放內(nèi)容。再運用軟件處理成圖片取模，通過不同的索引進行判斷。

（3）軟件系統(tǒng)中子程序以及按鍵處理的子程序所進行的設(shè)計。實際子程序中時鐘與日期芯片會自定義進行讀取與寫入數(shù)據(jù)的，并運用數(shù)據(jù)函數(shù)調(diào)用芯片中實際日期與時間函數(shù)進行處理。然后運用鍵盤進行程序掃描確保實際讀取的函數(shù)可使用。

（4）軟件系統(tǒng)中芯片的子程序所進行的設(shè)計。溫度采集芯片在進行工作的過程中，要按不同流程進行秩序性工作。芯片總體初始化后進行ROM操作，當(dāng)存儲器進行操作指令發(fā)出后才可讀取溫度數(shù)據(jù)。

3 結(jié)束語

綜上所述，上文主要分析了基于單片機的液晶顯示器設(shè)計方面的相關(guān)內(nèi)容，細(xì)節(jié)上針對液晶顯示器設(shè)計的相關(guān)日期時間和溫度變化相關(guān)顯示情況進行研究。再運用硬件進行系統(tǒng)設(shè)計，從而設(shè)計出最小系統(tǒng)和液晶顯示器以及時鐘與溫度采和電路設(shè)置等等方面的分析，同時也從相關(guān)軟件的系統(tǒng)設(shè)計進行全面的分析，其中有主程序的設(shè)計以及系統(tǒng)顯示的子程序方面的設(shè)計和芯片的子程序所進行的設(shè)計等等方面闡述了液晶顯示器整體設(shè)計的過程。不但可以基于單片機進行液晶顯示器的設(shè)計，同時也滿足了液晶顯示器未來發(fā)展的趨勢。

參考文獻：

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第7篇：單片機設(shè)計范文

【關(guān)鍵詞】單片機；485總線；232總線；IC卡；自動抄收

單片機在消費電子、自動化儀表、工業(yè)控制等領(lǐng)域已得到了廣泛的應(yīng)用，它以靈活的設(shè)計、低廉的成本、微小的功耗在電子器件市場中占有十分重要的地位。今天越來越多的芯片廠商在不遺余力地競爭這個應(yīng)用空間。如INTEL，MICROCHIP，NEC，ATMEL等公司都已形成了自己強大的產(chǎn)品線，給產(chǎn)品的設(shè)計帶來了越來越多的選擇。

1.系統(tǒng)功能及各部件特點描述

本系統(tǒng)主要有以下幾個部分組成：電腦、城市電話網(wǎng)、數(shù)據(jù)管理機、傳輸總線、單元轉(zhuǎn)發(fā)器及可擴展單元轉(zhuǎn)發(fā)器、計量表。在這些組成中，單元轉(zhuǎn)發(fā)器是整個系統(tǒng)的核心，它起著水、電及氣表的抄收工作，并將抄收的數(shù)據(jù)通過485總線傳送到與數(shù)據(jù)管理機相聯(lián)的電腦上或者通過數(shù)據(jù)管理機將數(shù)據(jù)通過公共電話網(wǎng)傳送到遠程的管理電腦上。電腦有一套與抄收系統(tǒng)相適應(yīng)的管理軟件，能實現(xiàn)遠程抄收、設(shè)置等工作。

1.1 單元轉(zhuǎn)發(fā)器

單元轉(zhuǎn)發(fā)器是實現(xiàn)數(shù)據(jù)抄收的主要設(shè)備，它主要裝在小區(qū)內(nèi)的樓道內(nèi)，通過數(shù)據(jù)線與每一戶內(nèi)的水、電及氣表相聯(lián)，實時監(jiān)控每個表的運行狀態(tài)并完成數(shù)據(jù)抄收，主要有以下功能：

（1）單元轉(zhuǎn)發(fā)器最大數(shù)據(jù)采集量為30塊計量表，內(nèi)置蓄電池，斷電后可連續(xù)工作240小時。

（2）單元轉(zhuǎn)發(fā)器上具有大屏幕LCD顯示，可實時顯示每只計量表的讀數(shù)、時間、狀態(tài)便于人工查詢。

（3）單元轉(zhuǎn)發(fā)器上帶有操作鍵盤，可直接在轉(zhuǎn)發(fā)器上進行系統(tǒng)設(shè)定等各項操作。

（4）單元轉(zhuǎn)發(fā)器有記憶卡插口、記憶卡既可以作為管理體人員的身份識別卡，又是可作為人工抄表的數(shù)據(jù)存儲卡，每張記憶卡可存儲16000只表的數(shù)據(jù)。

（5）單元轉(zhuǎn)發(fā)器上有專線接口，連接小區(qū)和數(shù)據(jù)管理機，實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動遠傳和管理。

1.2 數(shù)據(jù)管理機

數(shù)據(jù)管理機是安裝在小區(qū)物業(yè)處的設(shè)備，它是系統(tǒng)中遠傳的重要通訊設(shè)備，主要有以下特點：

數(shù)據(jù)管理機設(shè)置兩個外接插口：A接口與計算機連接，實現(xiàn)水、電、氣數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、金額計算和打??；每臺數(shù)據(jù)管理機最大容量可接16萬臺單元轉(zhuǎn)發(fā)器；若需要將水、電、氣三表數(shù)據(jù)遠傳到自來水公司、電業(yè)局、燃?xì)夤?，用一條市話專線與B接口連接，就可實行數(shù)據(jù)自動遠傳。

1.3 可擴展單元轉(zhuǎn)發(fā)器

可擴展單元轉(zhuǎn)發(fā)器與單元轉(zhuǎn)發(fā)器相比，只是內(nèi)部多了一塊擴充電路板。由于單元轉(zhuǎn)發(fā)器之間及轉(zhuǎn)發(fā)器與數(shù)據(jù)管理機之間通過485總線相聯(lián)，而485總線器件在設(shè)計上只允許每個網(wǎng)段上面掛接不超過32個設(shè)備且在小區(qū)環(huán)境下每個多段的傳輸距離以不超過1000米為佳，為了適應(yīng)小區(qū)的傳輸距離及多住戶小區(qū)的多用戶的特點，所以用擴充電路板將各個網(wǎng)段隔開，以擴充整個網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離與設(shè)備的掛接數(shù)量。

1.4 管理軟件

（1）微機系統(tǒng)

由586以上微機、調(diào)制解調(diào)器，IC卡讀寫器及專用票據(jù)打印機組成。

（2）軟件環(huán)境

中文Window95/98操作系統(tǒng)。

（3）軟件編制

前端平臺……采用DELPHI開發(fā)；

后端平臺……采用ACCESS數(shù)據(jù)庫；

數(shù)據(jù)采集控制采用MCS-51系列單片機系統(tǒng)開發(fā)。

（4）微機顯示界面及操作

界面友好、功能完善、操作簡便、交互性強。系統(tǒng)分為：信息查詢、統(tǒng)計輸出、遠端維護、系統(tǒng)設(shè)置和幫助五大功能。每個功能又具體細(xì)分為多個小功能，各功能模塊清晰、獨立性強、無互相干擾。

2.系統(tǒng)設(shè)計中主要應(yīng)用的技術(shù)特點

2.1 聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

借助現(xiàn)達的電話網(wǎng)絡(luò)及優(yōu)良可靠低廉的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實現(xiàn)了整個城市的數(shù)據(jù)中心----小區(qū)管理處----用戶的三級聯(lián)網(wǎng)，并通過分級編碼的方式實現(xiàn)了對小區(qū)及用戶和表具的層層編碼，使得網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)清晰，系統(tǒng)容量大。也克服了一些網(wǎng)絡(luò)對外部條件的苛刻要求，使只要有公共電話網(wǎng)連到的地方就能實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)及實時監(jiān)控。

（1）小區(qū)內(nèi)單元轉(zhuǎn)發(fā)器、數(shù)據(jù)管理機及擴充板之間采用總線制連接方式

小區(qū)內(nèi)單元轉(zhuǎn)發(fā)器之間及轉(zhuǎn)發(fā)器與數(shù)據(jù)管理機之間采用485總線的方式相互連接，并利用擴展板對總線的容量及距離進行擴充，克服了傳統(tǒng)的類比系統(tǒng)布線復(fù)雜的缺點，并且降低了線纜的敷設(shè)成本。

（2）星形聯(lián)網(wǎng)與總線聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合

在城市數(shù)據(jù)采集中心與小區(qū)物業(yè)處之間采用星形組網(wǎng)方式，媒介為公共電話網(wǎng)，這樣不僅充分利用了公共設(shè)施，也能盡量減少了本系統(tǒng)的成本；在小區(qū)物業(yè)處與各轉(zhuǎn)發(fā)器之間采用485總線的方式，這樣不僅克服了惡劣的信號傳輸環(huán)境，也降低了線纜鋪設(shè)成本；在單元轉(zhuǎn)發(fā)器與表具之間采用星形連接，讓每個表具直接通過線路連接到單元轉(zhuǎn)發(fā)器上，這樣克服了表具之間相互干擾保證了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，同時也適應(yīng)不同的表具排列方式。通過這種不同網(wǎng)段采用不同的聯(lián)網(wǎng)方式的特點，不僅能保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，而且也解決了龐大的編碼系統(tǒng)，使得小區(qū)代碼—樓道代碼—用戶代碼的編碼方式更加直接簡單。

2.2 通訊控制

（1）電腦聯(lián)網(wǎng)接口采用標(biāo)準(zhǔn)RS-232接口芯片。

（2）數(shù)據(jù)管理機通過公共電話網(wǎng)PSTN遠程與電腦聯(lián)網(wǎng)。

（3）電腦通過MODEM與遠程的數(shù)據(jù)管理機采用DTMF信號進行通訊及傳輸指令。

（4）控制信令傳輸，容易受周圍環(huán)境干擾，為提高控制的可靠性，采用了信令多次比較校驗及自動請求重發(fā)（ARQ）等技術(shù)來提高控制的可靠性。

3.硬件電路分析與軟件流程分析

3.1 數(shù)據(jù)管理機硬件電路分析與軟件流程分析

數(shù)據(jù)管理機硬件電路見附圖fig2所示。

（1）數(shù)據(jù)管理機在系統(tǒng)中的作用介紹

管理管理機在抄表系統(tǒng)中的作用是協(xié)調(diào)遠程計算機和本地計算機對網(wǎng)絡(luò)的控制權(quán)，并進行RS232與RS485之間電平轉(zhuǎn)換。結(jié)構(gòu)示意圖如圖1。

（2）數(shù)據(jù)管理機用到的IC及其介紹

數(shù)據(jù)管理機的電路原理圖如fig2所示。在本產(chǎn)品中，用了2個max232通訊芯片、2個microchip公司出品的單片機：PIC16C54（U2）及PIC16C73（U1）、1個電子開關(guān)：4066（U5）、一個485通訊芯片：65LBC184（U6）及一個實時時鐘芯片（U7）：PCF8583。

（3）數(shù)據(jù)管理機工作原理

J1連接本地計算機的串行接口，J2連接MODEM通過電話線與遠程計算機連接。平常狀態(tài)下，本地計算機具有485總線控制權(quán)，可以直接與總線上的設(shè)備進行通信。當(dāng)遠程撥號連接或自動撥號時，U1將控制4066切換通信線路，并無效本地計算機的CTS信號，這樣，本地計算機讓出總線，由遠程計算機控制總線，實現(xiàn)遠程抄表。U2的作用是控制485接口芯片U6的通信方向，完成485與TTL電平轉(zhuǎn)換，U3，U4完成TTL電平與232電平轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)485與232的電平轉(zhuǎn)換。U1是主控制芯片，協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)工作。U7是實時時鐘芯片，也存放著自動撥號的設(shè)置數(shù)據(jù)。

3.2 單元轉(zhuǎn)發(fā)器功能介紹

單元轉(zhuǎn)發(fā)器是整個系統(tǒng)中的核心設(shè)備，它擔(dān)負(fù)三表（水、電、氣表）的數(shù)據(jù)采集、顯示、設(shè)置、數(shù)據(jù)抄收及將數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)管理機等任務(wù)。單元轉(zhuǎn)發(fā)器將數(shù)據(jù)從表上采集到后，管理人員可以直接用IC卡從單元轉(zhuǎn)發(fā)器上收集采集到的數(shù)據(jù)，也可以通過數(shù)據(jù)管理機遠程讀取采集到的數(shù)據(jù)。在電路上，我們將它設(shè)計成三個部分：數(shù)據(jù)采集部分（采集板），權(quán)限設(shè)置、功能設(shè)置及數(shù)據(jù)讀取部分（本地用IC卡讀?。@示板），數(shù)據(jù)通訊部分（通訊板）。根據(jù)需要，為了擴展采集表的數(shù)據(jù)及傳輸距離，還可根據(jù)需要增加擴展功能部分（擴展板）。

3.3 數(shù)據(jù)采集部分（采集板）

采集板為單元轉(zhuǎn)發(fā)器產(chǎn)品上的一個子功能板，它的主要功能將單元轉(zhuǎn)發(fā)器外聯(lián)的表具的數(shù)據(jù)實時采集并存儲在存儲器內(nèi)。采集板上共有三顆IC：PIC16C73、24WC08、DS1307。其中PIC16C73為采集板的主控芯片；24WC08為1024bytes的E2PROM，DS1307為實時時鐘芯片，內(nèi)有64bytes的RAM。

A、轉(zhuǎn)發(fā)器與計量表的連接

轉(zhuǎn)發(fā)器底部共有10個出線孔，從左往右1、2、3……10，其中第2孔至第9孔，每組為8條不同顏色的線。每相臨兩組顏色相同的線為一對。第1孔出線為8根，出線的顏色分別為兩紅、兩黑、一白、一藍、一綠、一黃，其中白、藍兩色線接變壓器輸出端，兩紅、兩黑待轉(zhuǎn)發(fā)器通電后對接（紅對紅、黑對黑），綠黃兩線為信號通訊線。

B、水表、燃?xì)獗斫泳€表

水表和燃?xì)獗砜梢怨灿猛粋€轉(zhuǎn)發(fā)器，每個轉(zhuǎn)發(fā)器最多可接30個雙干簧管的水表或燃?xì)獗恚@30個表可分為4組，每組分別為8個、8個、8個和6個表。每個表上有3條線，其中1條是公共線，2條是信號線。

3.4 人機交互部分（顯示板）

顯示板是本機中人機交互的部分，主要有以下功能：

本機中的顯示部分采用128*64點陣的LCD顯示器，它用來顯示操作所需要的所有信息。鍵盤輸入功能：

由于本機可以在單元轉(zhuǎn)發(fā)器上查詢每個表的數(shù)據(jù)、抄表等功能，本機設(shè)計了20個按鍵。

IC卡抄收功能：

本機在設(shè)計上允許抄表員通過不同權(quán)限的IC來抄表，所以將這部分的功能全部集中到顯示板上來控制。

3.5 通訊擴展板的設(shè)計

由于單元轉(zhuǎn)發(fā)器之間是通過485總線進行通訊的，所有的轉(zhuǎn)發(fā)器與數(shù)據(jù)管理機都是掛在485總線上的，而根據(jù)485總線的定義及小區(qū)的實際物理條件，每一段485總線最多只能掛不超過32個設(shè)備，且每段總線不能超過1000米。如果一個小區(qū)有不超過31個樓梯，而每個樓梯可以用一臺轉(zhuǎn)發(fā)器進行采集，并且小區(qū)最長的距離不超過1000米，那么就不需要對總線進行擴展。但隨著城市建設(shè)的高速發(fā)展，住宅小區(qū)向大型化發(fā)展，小區(qū)的樓房越來越多。根據(jù)調(diào)查，目前在中等城市的住宅小區(qū)有很多都超過3000戶，而小區(qū)的最長距離超過3000米。為適應(yīng)這種需求，我們就要在設(shè)計上在距離及用戶數(shù)量方面進行擴充。目前最經(jīng)濟的辦法就是直接對485總線進行擴展。通訊擴展板就是為此而設(shè)計的，在應(yīng)用上，可以根據(jù)需要將通訊擴展板置入某一臺單元轉(zhuǎn)發(fā)器中，對總線進行容量及距離上的擴展。

4.總結(jié)

城市水、電及煤氣表自動抄收系統(tǒng)是隨著城市的發(fā)展及人們對節(jié)能環(huán)保越來越重視的背景下發(fā)展起來的一種新型三表自動抄收方式，它不僅解決了繁雜的抄表工作，而且還能根據(jù)節(jié)能環(huán)保的要求進行分時段計費，并能根據(jù)要求實時對整個用電、水及氣網(wǎng)進行監(jiān)控，為我國推行分時計費及節(jié)能減排提供了技術(shù)上的保證。作者根據(jù)自己的工作實踐經(jīng)驗，結(jié)合單片機的特點，在此提出一種利用單片機設(shè)計水、電及氣表自動抄收系統(tǒng)的原理及其實現(xiàn)方法。

參考文獻

第8篇：單片機設(shè)計范文

關(guān)鍵詞：音樂報警系統(tǒng) 單片機 AT89C51

中圖分類號： TP274.2 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）04（c）-0061-03

電子音樂作為現(xiàn)代音樂的一種形式，與古典音樂截然不同。電子音樂是對傳統(tǒng)音樂的延承和背叛，它通過電流產(chǎn)生的聲音打破了音樂的結(jié)構(gòu)及人們習(xí)慣的聽覺經(jīng)驗[1]。電子音樂既是音樂電聲的一個重要內(nèi)容，也是一種科技的見證。特別是，自從電子合成器問世以來，電子音樂又進入了一個更高的階段[2]。由于電子音樂的普及，電子合成器可以解決相當(dāng)一部分的歌唱及舞廳的伴奏問題，即：可以事先制作伴奏音樂或背景音樂，而不需要樂隊，或者部分代替樂隊[3-4]。由于音樂合成器制作和修改方便、成本低、音樂豐滿，所以市場需求量很大，因此許多國家的廠商都在發(fā)展并不斷推出新型號，每年都有更新?lián)Q代。

本設(shè)計是以AT89C51單片機為核心，輔以LCD1602顯示屏和蜂鳴器等外部電路構(gòu)成數(shù)字音樂報警系統(tǒng)。利用單片機I/O口產(chǎn)生一定頻率的方波，驅(qū)動蜂鳴器，發(fā)出各種不同的音調(diào)，從而演奏樂曲，并能夠由LCD1602顯示屏顯示相應(yīng)的歌曲信息。鍵盤在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中能實現(xiàn)向單片機輸入數(shù)據(jù)，傳送命令等功能，是人工操作音樂報警系統(tǒng)的的主要手段。

1 數(shù)字音樂報警電路的工作原理

單片機對某一引腳以一定的頻率循環(huán)置1置0，該引腳便產(chǎn)生一定頻率的方波，將放大后的方波作用于特定的物理實件（蜂鳴器），就會產(chǎn)生一定頻率的聲音。若改變輸出方波的頻率，產(chǎn)生的聲音也會隨之改變。通過控制輸出方波的時間長短，聲音的長短也可以得到控制，因此，根據(jù)樂譜，以類似的音節(jié)及相同的節(jié)拍，就可以利用單片機產(chǎn)生電子音樂。每個音符分為簡譜碼和節(jié)拍碼。簡譜碼為D0-L到SI-H，節(jié)拍碼為1到16，對應(yīng)的節(jié)拍表如表1所示。

方波的產(chǎn)生是由定時器控制的。單片機工作時，定時器T0工作在定時方式1，改變TH0及TL0便可產(chǎn)生不同的音頻頻率。需要注意的是，必須考慮中斷響應(yīng)時間的影響，尤其在高音部分。若忽略中斷響應(yīng)時間，會使音頻頻率比標(biāo)準(zhǔn)值低幾十Hz，相當(dāng)于1/4音程，很容易聽出來；中斷響應(yīng)時間對低音部分影響不大。一般中斷響應(yīng)時間為3～6個機器周期，經(jīng)過反復(fù)試驗，取5個機器周期作為校正最為恰當(dāng)。表1中所給的定時初值就是考慮了中斷響應(yīng)時間后的定時常數(shù)。另外，為避免T1中斷可能引起雜音，應(yīng)將定時器T0中斷設(shè)為高優(yōu)先級。

在音樂中使用的各個固定頻率的音叫音級。常用符號C、D、E、F、G、A、B、c、d、e、……a1、b1、c2、d2……表示，它們對應(yīng)于鋼琴上的白鍵。兩音之間音高的距離叫音程。在上述音級中，E與F、B與C之間音高的距離僅為其它相鄰音級之間距離的一半，稱它們之間的音程為半音音程，而稱其它相鄰各音之間的距離為全音音程。在這些全音音程之間又加入新的半音音級，用符號C、D、F、G、A、c、d、f等表示，對應(yīng)于鋼琴上的黑鍵。音持續(xù)時間的長短即時值，一般用拍數(shù)表示。休止符表示暫停發(fā)音，如表2所示。

2 硬件設(shè)計

本設(shè)計以AT89C51單片機為核心，由主控模塊、輸入模塊、顯示模塊及聲音模塊四部分組成，各模塊連接如圖1所示。整體電路圖如圖2所示。

主控模塊是由AT89C51單片機、時鐘電路、復(fù)位電路共同構(gòu)成單片機最小系統(tǒng)，其核心為AT89C51單片機。主控模塊能夠按照預(yù)先編譯好的程序文件執(zhí)行相應(yīng)功能，接收輸入模塊傳送來的信號，依據(jù)程序向顯示模塊、聲音模塊發(fā)送驅(qū)動信號，實現(xiàn)對顯示屏顯示及蜂鳴器發(fā)聲的控制。

輸入模塊負(fù)責(zé)向主控模塊提供控制信號。它由四個獨立按鍵組成，分別接入單片機I/O口（P1.0～P1.3）。當(dāng)按下按鍵時，將單片機相應(yīng)的I/O口拉至低電平，主控模塊通過不斷掃描輸入模塊的電平狀態(tài)判斷是否有控制信號輸入，實現(xiàn)相應(yīng)功能。

顯示模塊負(fù)責(zé)顯示歡迎信息及播放音樂時相應(yīng)的曲目信息。該模塊核心為LCD1602顯示屏，能夠顯示2行16列共32個字符。上拉10K電阻用以提升單片機I/O口的驅(qū)動能力。

聲音模塊負(fù)責(zé)播放音樂，其核心為蜂鳴器。該模塊接收來自主控模塊的驅(qū)動信號，發(fā)出聲音。

3 軟件設(shè)計

軟件編程通常采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計，一般有“自上而下”和“自下而上”兩種方式，“自上而下”法的核心就是主框架的構(gòu)建。它的合理與否關(guān)系到程序最終的功能的復(fù)雜程度和性能的優(yōu)劣[5-6]。

本系統(tǒng)采用4個獨立按鍵作為輸入鍵盤，可分別實現(xiàn)開關(guān)、播放＼暫停、以及播放曲目的選擇。在開機按鈕按下時有英文歡迎提示字符，音樂報警時顯示歌曲序號及名稱。在報警程中可通過功能鍵實現(xiàn)選擇樂曲、暫停和播放。軟件部分針對《揮著翅膀的女孩》、《同一首歌》和《兩只蝴蝶》三首樂曲進行設(shè)計。系統(tǒng)主模塊的程序流程圖如3所示。采用的程序調(diào)試軟件為Keil μVision4，所采用的仿真軟件為ISIS 7 Professional軟件。

3.1 顯示模塊驅(qū)動

LCD 1602需顯示歡迎、播放曲目等信息，其初始化過程如下：（1）延時15ms；（2）寫指令38H（不檢測忙信號）；（3）延時5 ms；（4）寫指令38H （不檢測忙信號）；（5）延時5 ms；（6）寫指令38H（不檢測忙信號）；（7）以后每次寫指令、讀/寫數(shù)據(jù)操作均需要檢測忙信號；（8）寫指令38H：顯示模式設(shè)置；（9）寫指令08H：顯示關(guān)閉；（10）寫指令01H：顯示清屏；（11）寫指令06H：顯示光標(biāo)移動設(shè)置；（12）寫指令0CH：顯示開及光標(biāo)設(shè)置。LCD 1602顯示屏初始化程序如圖4所示。

3.2 按鍵模塊驅(qū)動

本設(shè)計采用非編碼鍵盤實現(xiàn)輸入，為消除機械觸點產(chǎn)生的抖動，采用軟件消除：當(dāng)在首次檢測到有鍵按下時，執(zhí)行延時20 ms子程序，再確認(rèn)是否仍保持閉合，如保持閉合，則確認(rèn)有鍵按下，進行相應(yīng)處理。軟件消抖程序如圖5所示。

3.3 初始化及中斷處理程序

初始化及中斷處理程序如圖6所示。

4 軟件編譯及仿真

軟件編譯成功，結(jié)果如圖7所示。

將生成的“MUSIC BOX.HEX”文件裝載到ISIS 7 Professional已搭建好的硬件仿真環(huán)境中，進行仿真調(diào)試。在Keil中編寫編譯程序通過仿真，可實現(xiàn)預(yù)期的音樂盒功能，仿真結(jié)果如圖8所示。

5 結(jié)語

基于AT89C51單片機設(shè)計的數(shù)字音樂報警系統(tǒng)具有發(fā)音準(zhǔn)確、節(jié)能環(huán)保、易于操作等特點。本設(shè)計以“硬件軟件化”為指導(dǎo)思想，充分發(fā)揮單片機功能，大部分功能通過軟件編程來實現(xiàn)，電路簡單明了，系統(tǒng)穩(wěn)定性高。在開機按鈕按下時，該音樂報警系統(tǒng)能夠顯示英文歡迎提示字符，報警時顯示歌曲序號及名稱；在報警過程中可通過功能鍵選擇樂曲，暫停，播放；根據(jù)節(jié)拍表1和音符表2可以演奏任意樂曲。在調(diào)試過程中，成功播放了《揮著翅膀的女孩》、《同一首歌》和《兩只蝴蝶》等三首樂曲，均取得了良好效果。由于單片機所被占用的I/O 口不多，因此系統(tǒng)具有一定的可擴展性。

參考文獻

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第9篇：單片機設(shè)計范文

摘要:以STC89C52RC單片機為核心，通過利用串行接口通信、數(shù)據(jù)庫編輯處理等技術(shù)，實現(xiàn)簡單近距離傳輸數(shù)據(jù)實現(xiàn)的農(nóng)作物變量施藥監(jiān)測，設(shè)計形成良好給藥監(jiān)控系統(tǒng)。該設(shè)計具有數(shù)據(jù)處理及可根據(jù)收集的實時數(shù)據(jù)調(diào)整給藥量的功能，且系統(tǒng)可以接受多種傳感器，具有良好的擴展性。通過采集實時環(huán)境數(shù)據(jù)，特別是影響給藥量的因素，如壓力、藥物流速、流量及噴嘴大小等各種影響參量，將采集數(shù)據(jù)傳輸至顯示器，并將采集的數(shù)據(jù)儲存入內(nèi)存卡中，使用者可以選擇以表格或圖形方式查詢。通過試驗表明:驗證了壓力、速度、流量的系統(tǒng)測量和實際測量值，通過兩者之間的相對誤差，發(fā)現(xiàn)三者的相對誤差的平均值分別為2．16%、2．15%、2．09%，誤差都小于3%，可以滿足農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)變量施藥的要求。該系統(tǒng)成本較低，操作性強，具有廣泛的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞:單片機;變量施藥;檢測系統(tǒng);傳感器

0引言

在當(dāng)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展中，農(nóng)藥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)著非常重要的地位，出現(xiàn)了各種類型的農(nóng)藥，用量逐年上升。但是施藥中，工作人員缺乏重要的安全意識，農(nóng)作物及環(huán)境中的農(nóng)藥殘留問題更是嚴(yán)重，對人體和環(huán)境造成非常大的危害［1］。農(nóng)藥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中起著非常大的推動作用，也無法避免地對四周環(huán)境和食用者產(chǎn)生了嚴(yán)重的污染和損害。人體經(jīng)常食用農(nóng)殘過高的食物，農(nóng)藥在體內(nèi)長期積累，嚴(yán)重危害著食用者的身體健康［2］。經(jīng)統(tǒng)計:2015年水稻、小麥和玉米這三大農(nóng)作物的農(nóng)藥利用率為36．6%，與農(nóng)業(yè)發(fā)達國家還是存在很大差距;發(fā)達國家的農(nóng)藥利用率最高可達到60%，平均比我國高20個百分點。施藥的機器、技術(shù)和觀念的落后這些都是主要的影響因素［3－5］。為此，通過區(qū)分農(nóng)田中作物的不同信息，然后通過變量施藥，以達到精準(zhǔn)施藥的目的。工作時，通過使用多種不同傳感器，實時采集施藥參量數(shù)據(jù)，根據(jù)不同的信息變量精準(zhǔn)施藥［6－14］，并實時收集并長期儲存施藥信息。我國土地等資源利用強度很大，歐美等國家耕地層一般在35cm以上，我國大部分地區(qū)的耕地層只有15～20cm，保水保肥能力差。因此，提高化肥農(nóng)藥利用率，發(fā)展綠色可持續(xù)農(nóng)業(yè)，使用高效科學(xué)的施藥方法。本文設(shè)計基于STC89C52RC單片機的施藥監(jiān)測系統(tǒng)，利用傳感器收集實時數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫處理編輯儲存施藥參量，根據(jù)長期儲存的施藥參量進行變量施藥，合理用藥。

1試驗設(shè)計

1．1設(shè)計原理

以STC89C52RC單片機為控制中心，組合信息采集器(各類傳感器、單片機、SD卡數(shù)據(jù)存儲模塊)、信息傳送模塊、顯示模塊、電腦，以及串口通信模塊等主要結(jié)構(gòu)形成系統(tǒng)。

1．2總體設(shè)計

本設(shè)計采用STC89C52RC單片機監(jiān)控整個施藥監(jiān)測過程。STC89C52RC單片機是STC生產(chǎn)的一款低耗、高性能的微控制器，具有8K字節(jié)系統(tǒng)可編程Flash存儲器。該機型可以支持串口通信，工作電壓為5．5～3．3V，代碼指令可以兼容以前的型號，在傳統(tǒng)的基礎(chǔ)具有更強大的兼容性。該系統(tǒng)中使用的顯示裝置為液晶顯示器，使用者可以設(shè)置成數(shù)字或漢字，適用多種電路。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的其他模塊的需求，采用串口電路，減少裝置中的線路連接，簡化安裝程序。信息傳送模塊為用戶與系統(tǒng)互換信息的門戶，采用字母與數(shù)字結(jié)合的簡單形式，使用4×4按鍵，共16個按鍵。SD卡數(shù)據(jù)庫儲存?zhèn)鞲衅鞑杉氖┧幮畔?。傳感器長期采集施藥信息，分析施藥過程，并在用戶分析數(shù)據(jù)時，將前面儲存的數(shù)據(jù)以圖表或數(shù)字的形式輸出。采用的傳感器主要有數(shù)字型和模擬型兩種類型:數(shù)字型傳感器可將得到的信息直接與數(shù)字設(shè)施互換信息，快速讀取信息;模擬型傳感器提取信息速度快，處理信息的范圍寬。本系統(tǒng)從傳感器的特點和設(shè)計成本綜合考慮，傳感器采用數(shù)字傳感器。系統(tǒng)以20個施藥監(jiān)控點為試驗點，測試各個試驗點的系統(tǒng)測量值和實際測量值的誤差，通過對比驗證該系統(tǒng)是否可行。同時，采取多個試驗點驗證可測試系統(tǒng)的穩(wěn)定性，表明該系統(tǒng)中使用的傳感器可用。

2機構(gòu)組成和施藥監(jiān)控

2．1機構(gòu)組成施藥監(jiān)控系統(tǒng)組成。以STC89C52RC單片機為核心，包括信息采集器(各類傳感器、SD卡數(shù)據(jù)存儲模塊)、信息傳送模塊、顯示模塊、電腦以及串口通信模塊等主要結(jié)構(gòu)。

2．2施藥監(jiān)控控制

施藥監(jiān)控系統(tǒng)主要根據(jù)傳感器監(jiān)控施藥收集施藥管道中農(nóng)藥的流速、壓力、流量等信息，將信息輸送至單片機，通過單片機的分析，校正系統(tǒng)設(shè)置，監(jiān)控施藥量是否符合系統(tǒng)設(shè)置的數(shù)據(jù)，保證施藥的準(zhǔn)確性。

3試驗與結(jié)果

3．1試驗基本條件

為了試驗施藥監(jiān)控裝置可靠性和準(zhǔn)確性，在試驗田上進行試驗，將本文設(shè)計的系統(tǒng)安裝在行走的施藥機械上進行速度、壓力和流量等參量的試驗，并對試驗結(jié)果進行分析比較。

3．2試驗設(shè)計

為了檢測采用基于STC89C52RC單片機的施藥監(jiān)測系統(tǒng)的有效性，首先驗證送藥管道速度的準(zhǔn)確性［15］，測試施藥系統(tǒng)所在機械速度值與實際值的相對誤差。

4結(jié)論

本研究對單片機的施藥監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計進行驗證，結(jié)果表明:采用STC89C52RC單片機為控制中心的施藥監(jiān)測系統(tǒng)，完全滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求，可實時采集施藥信息，監(jiān)控施藥過程。該系統(tǒng)的目的就是為了施藥精確，控制農(nóng)藥的使用，減少農(nóng)作物內(nèi)過多殘留，確保噴灑的農(nóng)藥可以達到殺蟲除草的量。試驗表明:該系統(tǒng)可保證農(nóng)藥噴灑機械的正常運行，減少種植戶的成本投入，減少農(nóng)殘對人體的危害，減輕農(nóng)藥對生態(tài)環(huán)境危害，在多樣化種植中的變量施藥有著非常大的應(yīng)用價值。

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