導(dǎo)語：如何才能寫好一篇單片機最小系統(tǒng)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞 51單片機 構(gòu)成原理

中圖分類號：TP368.1 文獻標識碼：A

很多電子類學(xué)校開設(shè)《單片機原理與應(yīng)用》課程，通常都以理論講授為主，輔做一部分實驗，很難達到預(yù)期的教學(xué)效果。學(xué)生往往因為苦澀難懂的理論而放棄主動學(xué)習(xí)。為此，筆者根據(jù)實際教學(xué)經(jīng)驗和《單片機》課程教學(xué)內(nèi)容的要求，利用多孔板，制作51單片機最小系統(tǒng)學(xué)習(xí)板，并取得較好的教學(xué)效果。

1構(gòu)成原理

1.1最小系統(tǒng)CPU

以U1（STC89C52RC）為核心構(gòu)成51單片機的最小系統(tǒng)。其中，P0口主要用來完成數(shù)碼管顯示和擴展應(yīng)用；P1口主要用來完成流水燈等實驗；P2口主要用來完成鍵盤控制；P3口主要用來完成串口通信，實時時鐘控制，溫度檢測和遙控控制等。

本最小系統(tǒng)由C3、K2、R10構(gòu)成手動復(fù)位電路，通過U1⑨腳，給CPU提供復(fù)位；由XTAL1、C8、C9構(gòu)成CPU時鐘振蕩電路；由K3～K6構(gòu)成4只獨立式按鍵；由R19、V1構(gòu)成蜂鳴器驅(qū)動電路；由R11～R18、V1、V2、DS1、DS2構(gòu)成數(shù)碼管顯示電路。在多孔板上留有J1插槽，便于擴展。

1.2電源電路

以U2（LM7805）為核心，構(gòu)成最小系統(tǒng)的電源電路。

1.3串行通信電路

以U3（MAXIM232）為核心，構(gòu)成最小系統(tǒng)的串行通信接口電路。MAX232CPE是由美國德州儀器公司生產(chǎn)的一款兼容RS232標準的芯片，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為兩部分，第一部分是電源部分， 腳接地， 腳接電源正極5V，另外由①、③、④、⑤、⑥、②腳內(nèi)部和4只1uF的鉭電容組成一個將+5V轉(zhuǎn)換成？0V兩組電源的電路，提供給RS-232串口電平的需要。第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。利用J3（COM口）的③腳將PC機的數(shù)據(jù)通過MAX232CPE的⑧腳輸入，利用MAX232CPE的轉(zhuǎn)換電路將RS-232數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為TTL/CMOS數(shù)據(jù)，并從MAX232CPE的⑨腳輸出到STC89C52RC單片機的P3.0口（⑩腳）；而單片機的P3.1口（ 腳）輸出的TTL/CMOS數(shù)據(jù)，進入MAX232CPE的⑩腳，轉(zhuǎn)換為RS-232數(shù)據(jù)后通過MAX232CPE的⑦腳，輸入到COM口的②腳進入PC機。

注意：利用MAX232CPE構(gòu)成的串口ISP（In System Program）下載電路，僅適用于STC89系列的單片機產(chǎn)品，本最小系統(tǒng)采用STC89C52RC。

1.4實時時鐘

本最小系統(tǒng)時鐘采用高性能、低功耗帶RAM實時時鐘芯片DS1302，可對秒、分、時、日、周、月、以及帶閏年補償?shù)哪赀M行計數(shù)。DS1302使用同步串行通信，簡化與微處理器的通信，與時鐘/RAM通信僅需三根線：①復(fù)位（⑤腳），②I/O數(shù)據(jù)線（⑥腳），SCLK串行時鐘（⑦腳）。

1.5高精度測溫電路

本最小系統(tǒng)的測溫電路采用DALLAS公司生產(chǎn)的單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20。因為單總線傳送數(shù)據(jù)，大大提高系統(tǒng)的抗干擾性，特別適合惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，測量溫度范圍為-55℃～+125℃，精度為？.0625℃。DS18B20因采用一根I/O線讀寫數(shù)據(jù)，對讀寫的數(shù)據(jù)有嚴格的時序要求，DS18B20用嚴格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。

1.6遙控接收電路

本最小系統(tǒng)采用HS0038B構(gòu)成的紅外線遙控接收電路。

2學(xué)習(xí)板實物圖

以51最小系統(tǒng)板為核心，外加LCD字符型液晶顯示，構(gòu)成的實物。LCD采用1602字符型顯示屏（專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣式LCD），其引腳連接如圖1所示（其中RP用來調(diào)整液晶屏的對比度）。

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關(guān)鍵詞：Atmel；光電耦合器；繼電器

中圖分類號：TP27 文獻標識碼：A

一、設(shè)計背景

在電臺發(fā)生長劃時，運營商傳輸線路誤碼過高的具體情形存在著很大的隨機性和不確定性，最終導(dǎo)致的結(jié)果就是使得電臺發(fā)射控制線持續(xù)性頻繁短時間接地，至少每分鐘30次以上。因此，識別電臺長劃，只需檢測電臺發(fā)射控制線每分鐘接地的次數(shù)即可。因為在空中交通管制正常的地空通信過程中，管制員發(fā)話形成的電臺發(fā)射機接地次數(shù)每分鐘是不可能超過30次的。當識別出電臺發(fā)生長劃后，只需切斷此電臺發(fā)射控制線，即可抑制電臺長劃。基于此思路，筆者選取了當前應(yīng)用成熟且成本低廉的Atmel最小系統(tǒng)做為控制平臺，選取TLP521型光電耦合器作為識別電臺發(fā)射控制線接的器件，選取IN4001型直流驅(qū)動繼電器作為切斷電臺發(fā)射控制線的器件。下面筆者詳細介紹三者的特性及硬件配合使用的方法。

二、Atmel最小系統(tǒng)控制平臺的搭建

一個Atmel最小系統(tǒng)，包含以下幾個部分：單片機、晶振電路及復(fù)位電路。最小系統(tǒng)能夠完成以下功能：1.手動復(fù)位功能；2.能夠使用單片機的片內(nèi)程序存儲器；3.具有基本的人機交互接口，可以進行控制輸入和結(jié)果顯示；4.具有一定的可擴展性，使單片機I/O口可以與其他電路連接。為達到上述要求，筆者選取了以下元器件組成一個Atmel最小系統(tǒng)。at89c51一片、12MHz晶振一個、30pf的瓷片電容兩個、10uf電解電容一個、10k的電阻一個、復(fù)位開關(guān)一個。

時鐘系統(tǒng)是最小系統(tǒng)正常工作的保證，如果振蕩器不起振，系統(tǒng)將會不能工作；假如振蕩器運行不規(guī)律，系統(tǒng)執(zhí)行程序的時候就會出現(xiàn)時間上的誤差，程序執(zhí)行就會發(fā)生紊亂。時鐘系統(tǒng)是由一個晶振和兩個瓷片電容組成的，晶振兩側(cè)分別接單片機的x1和x2，晶振和瓷片電容是沒有正負的，但是兩個瓷片電容相連的那端一定要接地。復(fù)位電路的作用是給單片機提供一個一定時長的低電平信號，就能使程序從頭開始執(zhí)行。通過按鈕接通低電平給系統(tǒng)復(fù)位，如果手按著一直不放，系統(tǒng)將一直復(fù)位，此時系統(tǒng)不能正常工作。在這里我們需要注意使用的電容是電解電容，是有正負的，如果接反了，就會發(fā)生爆炸。電解電容的大小會影響單片機的復(fù)位時間，容值越大需要的復(fù)位時間越短。作為核心處理器的at89c51使用的是5V直流電源。一般我們在電源VCC處加一個0.1uf的瓷片電容，作用是濾掉電源中的高頻雜波，使系統(tǒng)供電更穩(wěn)定。但是在這個應(yīng)用中，為了便于使用者能夠更直觀地看到每分鐘電臺發(fā)射控制線接地的次數(shù)，我們還需要添加八段數(shù)碼管作為顯示部分，再添加一些LED燈作為工作狀態(tài)的指示燈，比如正常工作時某個燈亮，長劃時某個燈亮等等。

三、光電耦合器和直流驅(qū)動繼電器在控制平臺上的嵌入

在本設(shè)計中選取的是TLP521型光電耦合器。一般來說，光耦是用來隔離輸入輸出的，主要是隔離輸入的信號。在各種應(yīng)用中，往往有一些遠距離的開關(guān)量信號需要傳送到控制器，如果直接將這些信接到單片機的I/O上，有以下的問題：1.信號不匹配，輸入的信號可能是交流信號、高壓信號、按鍵等干接點信號；2.比較長的連接線路容易引進干擾、雷擊、感應(yīng)電等，不經(jīng)過隔離不可靠。所以需要光耦進行隔離后再接入單片機系統(tǒng)。在當前民航系統(tǒng)應(yīng)用的電臺上，電臺發(fā)射控制線平時處于高阻狀態(tài)，起控后處于接地狀態(tài)，其體現(xiàn)出的信號屬于干結(jié)點信號，經(jīng)過光電耦合器進行隔離，一方面達到接入單片機I/O引腳的電氣匹配，另一方面也達到后端控制系統(tǒng)不會影響到電臺發(fā)射控制線的狀態(tài)。TLP521型光電耦合器在系統(tǒng)中一般有兩種接法，如圖1所示。

圖1上所列出的第一種接法，P1.0引腳如果接地，則光耦內(nèi)發(fā)光二極管導(dǎo)通，右側(cè)R3電阻下端就能獲得約5V的直流電壓，這個電壓足以去驅(qū)動單片機的I/O引腳。如果P1.0引腳處于高阻狀態(tài)，則光耦內(nèi)發(fā)光二極管不會導(dǎo)通，光耦無輸出，不能驅(qū)動單片機的I/O引腳。第二種接法P1.0引腳如果接地，則光耦內(nèi)發(fā)光二極管導(dǎo)通，右側(cè)R4電阻下端就能獲得約5V的直流電壓，但輸出引腳上并無電壓，無法驅(qū)動單片機的I/O引腳。因此，在長劃保護器這個系統(tǒng)里，采用第一種接法將TLP521型光電耦合器嵌入到Atmel最小系統(tǒng)中。

將直流驅(qū)動的繼電器嵌入到Atmel最小系統(tǒng)。IN4001型直流驅(qū)動繼電器的驅(qū)動電壓為+5V，在與單片機連接時，可以將繼電器供電引腳直接接在at89c51單片機I/O引腳上，引腳為高電平時，便能將公共端和常開端吸合在一起。所以在將直流繼電器接于電臺發(fā)射控制線上時，先將發(fā)射控制線剪斷，一端接于IN4001型直流驅(qū)動繼電器的公共端，另一端接于常閉端。當電臺發(fā)生長劃時，只需由程序控制與繼電器供電引腳相連的I/O引腳設(shè)置成邏輯“1”，便可驅(qū)動繼電器，使公共端和常開端吸合在一起，切斷電臺發(fā)射控制線，對周圍電臺的干擾就會立即消失。

結(jié)語

筆者按上述思路將TLP521型光電耦合器和IN4001型直流驅(qū)動繼電器與Atmel最小系統(tǒng)整合與一起后，經(jīng)過反復(fù)測試，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)邏輯正確，運行穩(wěn)定，完全能夠滿足空管地空通信系統(tǒng)運行所需，具有很大的實際應(yīng)用價值。

參考文獻

篇3

【關(guān)鍵詞】STC89C52;酒精濃度;閾值

引言

現(xiàn)代傳感器技術(shù)日益成熟，傳感器被應(yīng)用的越來越多。隨著科技的不斷進步，傳感器正處于傳統(tǒng)型向新型傳感器轉(zhuǎn)型的發(fā)展階段，新型傳感器具有微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化等特點，它將不僅能幫助系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造升級，還能促進新興工業(yè)得到迅速發(fā)展。本設(shè)計的酒精濃度檢測儀屬于氣體傳感器檢測技術(shù)的應(yīng)用，具有以下用途：在交通安全上，判斷酒后駕車酒精濃度是否超標;在醫(yī)學(xué)上，通過設(shè)定酒精閾值判斷患者血液中的酒精濃度是否超出正常值。該檢測儀系統(tǒng)具有硬件電路簡單、成本低、易于實現(xiàn)的特點。

1.MQ-3酒精濃度傳感器介紹

1.1 傳感器主要特性

（1）具有信號輸出指示功能;

（2）雙路信號（模擬量及TTL電平）輸出;

（3）TTL輸出有效信號低電平（輸出低電平時信號燈亮，可直接接單片機）;

（4）模擬量0～5V電壓輸出，輸入濃度越高輸出電壓越高;

（5）對乙醇蒸汽具有較好的選擇性及很高的靈敏度;

（6）可靠的穩(wěn)定性、使用壽命長;

（7）響應(yīng)恢復(fù)快速。

1.2 MQ-3傳感器實物及靈敏度特性

MQ-3乙醇氣體傳感器實物及靈敏度曲線如圖1-1和1-2所示，其傳感原理為氣敏電阻的輸出阻值隨乙醇氣體等濃度變化而變化。

圖1-1 MQ-3酒精濃度傳感器

圖1-2 乙醇氣體傳感器靈敏度曲線

2.系統(tǒng)總體設(shè)計框圖

該酒精濃度測試儀總體設(shè)計框圖如圖3所示。MQ-3乙醇氣體傳感器輸出信號經(jīng)信號調(diào)理電路處理，輸出隨乙醇濃度變化的電壓信號，該電壓信號經(jīng)過ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換后，將數(shù)字量送入STC89C52單片機處理，同時該系統(tǒng)具有醉酒閾值設(shè)定功能，將設(shè)定好的酒精閾值存儲在AT24C02中，通過單片機編程來將駕駛員的酒精濃度值與設(shè)定的閾值進行比較，當超過設(shè)定的酒精閾值時蜂鳴器報警，同時利用單片機將電壓轉(zhuǎn)換成酒精濃度值，并實時在LCD1602上進行顯示[1]。

圖2 系統(tǒng)硬件設(shè)計框圖

3.主控制器STC89C52

3.1 概述

STC89C52單片機內(nèi)部集成8位CPU、8K字節(jié)ROM、128字節(jié)RAM、4個8位并行I/O口、1個全雙工串行口、2個16位定時器/計數(shù)器、5個中斷源。STC89C52單片機如圖3所示。

圖3 STC89C52

3.2 芯片功能

利用單片機進行控制，主要是對單片機內(nèi)部I/O口的控制，同時對內(nèi)部自帶的定時/計數(shù)器進行操作，中斷資源也是單片機內(nèi)部非常寶貴的資源，STC89C52單片機內(nèi)部有5個中斷源，2級中斷優(yōu)先級[2]。本設(shè)計中采用單片機的定時器0中斷，設(shè)定ADC0832的模數(shù)轉(zhuǎn)換時間，每隔1秒鐘進行一次模數(shù)轉(zhuǎn)換。酒精閾值設(shè)定部分采用IIC協(xié)議對AT24C02進行操作，在指定的地址處存入酒精閾值，然后與測得的酒精濃度比對。LCD1602顯示部分通過LCD1602液晶芯片手冊，對其進行驅(qū)動。

3.3 單片機最小系統(tǒng)介紹

單片機最小系統(tǒng)由時鐘電路、復(fù)位電路、電源構(gòu)成，這是單片機能夠進行工作必須具備的條件。在此基礎(chǔ)上，進行IO口的擴展，同時利用單片機P3口的第二功能，使得單片機具有了一臺微型計算機的特點，從而可以利用單片機進行外部控制[3]。在工業(yè)、汽車電子、航空航天等方面都有廣泛的應(yīng)用。單片機最小系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 單片機最小系統(tǒng)

4.系統(tǒng)軟件設(shè)計流程

該系統(tǒng)的軟件設(shè)計流程如圖5所示，軟件設(shè)計中采用單片機模塊化編程的思想，在主程序中對LCD1602顯示子程序、AT24C02酒精閾值設(shè)定子程序、A/D轉(zhuǎn)換子程序進行調(diào)用。程序開始先進行初始化，然后進行LCD1602顯示，A/D轉(zhuǎn)換等子程序，最終完成了酒精濃度測試儀軟件部分的設(shè)計。

圖5 系統(tǒng)軟件設(shè)計流程圖

5.結(jié)束語

本文主要是傳感器技術(shù)應(yīng)用，利用MQ-3氣體傳感器對酒精濃度進行采集，將采集到的模擬信號通過ADC0832進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并利用AT24C02芯片進行酒精閾值的設(shè)定[4]。然后通過STC89C52單片機進行編程將數(shù)據(jù)進行處理并判斷駕駛員是否酒駕。該設(shè)計完成了預(yù)期的目的，能夠準確的判斷駕駛員是否酒后駕車，同時也能夠測定特定環(huán)境下的酒精含量是否超標，還可以對酒精閾值進行更改，是一款新型的便攜式的產(chǎn)品，具有廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻

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[2]鄭學(xué)堅.微型計算機原理與應(yīng)用[M].2006.

[3]王幸之.AT89系列單片機原理與接口技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2009，9.

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關(guān)鍵詞：智能小車；STC89C52單片機；定向行駛；指南針；TCRT5000

1引言

近年來智能小車的發(fā)展非常迅速，在工業(yè)、科研甚至是軍事領(lǐng)域都得到了很廣泛的應(yīng)用，智能小車能實現(xiàn)在無人操作的情況下，按照人為預(yù)先設(shè)定的情況工作，也可以根據(jù)現(xiàn)場的實際情況進行判斷做出相應(yīng)的響應(yīng)，并穩(wěn)定工作。本文以STC89C52單片機作為微控制器，設(shè)計并實現(xiàn)了塊的智能定向循跡小車系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)整體設(shè)計

整個系統(tǒng)由STC89C52最小系統(tǒng)控制模塊、L298N驅(qū)動模塊、GY-26指南針模塊、TCRT5000紅外光電傳感器模塊和電源轉(zhuǎn)換模塊構(gòu)成，如圖1所示。

STC89C52模塊為核心，通過指令獲取指南針模塊所測得的方位角度值，并輔以紅外模塊TCRT5000的邊界檢測結(jié)果，獲得小車的方位，再通過分析與比較，將小車的轉(zhuǎn)向以及兩電機轉(zhuǎn)速調(diào)整的信息輸出給電機驅(qū)動模塊，從而完成小車的行進以及位置調(diào)整。電源轉(zhuǎn)換模塊負責(zé)給系統(tǒng)的各模塊供電。

3系統(tǒng)單元模塊設(shè)計

3.1 控制模塊

STC89C52模塊控制各個功能模塊數(shù)據(jù)的讀入、處理、輸出，使各個模塊連接在一起組成一個有機整體。主要由STC89C52單片機和電路組成的最小系統(tǒng)。單片機最小系統(tǒng)包括開關(guān)指示電路、復(fù)位電路、時鐘電路等。

3.2 紅外檢測模塊

TCRT5000紅外傳感器作為紅外邊界檢測模塊的核心部分。當紅外線未被反射或者發(fā)射的信號很弱，光敏三極管會處于關(guān)斷狀態(tài)，模塊輸出高電平；反之，當被測量的物體在檢測的范圍內(nèi)，則信號足夠大使三極管飽和，模塊輸出低電平。紅外檢測模塊電路圖如圖2所示。

3.3 電機驅(qū)動模塊

采用L298N作為電機驅(qū)動芯片，需要兩組驅(qū)動電路驅(qū)動小車的兩個后輪。L298N配合單片機的方式可以實現(xiàn)對小車速度的精確控制。驅(qū)動電路圖如圖3所示。

3.4 指南針模塊

系統(tǒng)采用GY-26型號的一款平面數(shù)字羅盤模塊，其電路核心是型號為HMC1022的磁阻傳感器和PIC16F690單片機。本模塊主要用于實現(xiàn)小車在沒有黑色軌跡線的地點進行定向行駛。GY-26指南針模塊的計數(shù)參數(shù)如表1所示。

3.5 顯示模塊

LCD1602液晶模塊作為顯示部分，用于顯示小車的測量角度值、目標角度值、當前角度值和轉(zhuǎn)向控制等數(shù)據(jù)。

3.6 電源模塊

本系統(tǒng)的中的電機驅(qū)動模塊采用12V的鋰電池供電；其它模塊機如單片機最小系統(tǒng)、指南針、紅外檢測模塊需要5V的供電電壓，采用LM7805穩(wěn)壓芯片將12V轉(zhuǎn)成5V，達到系統(tǒng)電壓的要求。

4 程序設(shè)計

4.1 主程序流程圖

系統(tǒng)的軟件設(shè)計部分以指南針模塊為主體，小車左右兩側(cè)的紅外檢測模塊為輔助，獲取小車當前位置角度值，通過單片機分析模塊返回的角度數(shù)據(jù)，判斷小車轉(zhuǎn)向及轉(zhuǎn)向角度，驅(qū)動兩個電機，調(diào)整小車位置，并通過液晶顯示輔助觀察小車行駛情況，從而實現(xiàn)小車的定向行駛功能。主程序流程圖如圖4所示。

4.2 位置角度值獲取程序

位置角度值的獲取，依靠的是指南針模塊，通過I2C協(xié)議，單片機讀取其角度值。其整體的程序流程圖如圖5所示。

4.3 小車轉(zhuǎn)向及角度判斷程序

判斷轉(zhuǎn)向及轉(zhuǎn)向角度的程序流程如圖6所示。根據(jù)初始角度值或目標角度值dat0，及當前位置角度值dat1的數(shù)值，來調(diào)整當前的姿態(tài)。

5 結(jié)束語

本系統(tǒng)采用指南針模塊電路準確定位出小車的所在方向，通過STC89C52系統(tǒng)對采集到的方位數(shù)據(jù)進行處理并控制L298N驅(qū)動芯片，改變兩電機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)了小車直行、轉(zhuǎn)彎功能，無軌跡定向行駛。此外，采用TCRT5000紅外光電傳感器模塊，實現(xiàn)了軌道邊沿線及轉(zhuǎn)向標志線的檢測及定向轉(zhuǎn)彎。

參考文獻

[1] 薛小鈴，劉志群，賈俊榮.單片機接口模塊應(yīng)用與開發(fā)詳例[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2010.

[2] 高月華.基于紅外光電傳感器的智能車自動循跡系統(tǒng)的設(shè)計 [J].光電技術(shù)應(yīng)用，2009（2）：1-5.

篇5

步進電動機是將電脈沖激勵信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的離散值控制電動機，這種電動機每當輸入一個電脈沖就動一步，所以又稱脈沖電動機。步進電動機實際上是一種單相或多相同步電動機。單相步進電動機由單路電脈沖驅(qū)動，輸出功率一般很小，其用途為微小功率驅(qū)動。多相步進電動機由多相方波脈沖驅(qū)動，在經(jīng)功率放大后分別送入步進電動機各相繞組。當向脈沖分配器輸入一個脈沖時，電動機各相的通電狀態(tài)就發(fā)生變化，轉(zhuǎn)子會轉(zhuǎn)過一定的角度（稱為步距角）。在非超載的情況下，電動機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電動機加一個脈沖信號，電動機則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進電動機只有周期性的誤差而無累計誤差等特點，使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進電動機來控制變得非常簡單。

本研究利用AT89S52單片機的四路I/O通道實現(xiàn)環(huán)形脈沖的分配，控制步進電動機勻速、連續(xù)的按固定方向轉(zhuǎn)動，通過按鍵控制步進電動機的旋轉(zhuǎn)角度。

1 系統(tǒng)設(shè)計

用AT89S52單片機來作為整個步進電動機控制系統(tǒng)的核心部件，其系統(tǒng)設(shè)計總框圖如圖1所示。真?zhèn)€系統(tǒng)包括單片機最小系統(tǒng)、電機驅(qū)動模塊、獨立按鍵模塊等。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計總體框圖

1.1 單片機最小系統(tǒng)

單片機最小系統(tǒng)主要負責(zé)產(chǎn)生控制步進電動機轉(zhuǎn)動的脈沖，通過單片機的軟件編程代替環(huán)形脈沖分配器輸出控制步進電機的脈沖信號，步進電機轉(zhuǎn)動的角度大小與單片機輸出的脈沖數(shù)成正比，步進電機轉(zhuǎn)動的速度與輸出的脈沖頻率成正比，而步進電機轉(zhuǎn)動的方向與輸出的脈沖順序有關(guān)。

1.2 電機驅(qū)動模塊

電機驅(qū)動模塊負責(zé)將單片機發(fā)給步進電機的信號功率放大 ，從而驅(qū)動電機工作。步進電機驅(qū)動方法主要有恒電壓驅(qū)動方式、恒電流斬波驅(qū)動方式、細分驅(qū)動和集成電路驅(qū)動。設(shè)計中采用集成驅(qū)動芯片ULN2003A構(gòu)成整個驅(qū)動電路，它是由七對達林頓管組成的，是集電極開路輸出的功率反相器，并且每個輸出端都有一個連接到共同端（COM）的二極管，為斷電后的電機繞組提供一個放電回路，起放電保護作用。因此，ULN2003A 非常適合驅(qū)動小功率的步進電機。

單片機的P2.0-P2.3輸出的脈沖信號送到ULN2003A的1B-4B 輸入端，經(jīng)ULN2003A 放大和倒相后的輸出脈沖信號來驅(qū)動步進電機作相應(yīng)的動作。ULN2003A的 COM 端和步進電機的 COM1、COM2 連接到 VCC。ULN2003A驅(qū)動步進電機模塊原理圖如圖2所示。

1.3 按鍵控制模塊

鍵盤主要用來提供人機接口，電路如圖3所示，采用獨立式按鍵電路 ，各按鍵開關(guān)均采用了上拉電阻，保證在按鍵斷開時，各I/O 有確定的高電平。二極管IN4148作為高頻信號高速開關(guān)，當按下鍵盤時最大反向恢復(fù)時間小，保證在按鍵斷開時，各I/O 有確定的低電平。

1.4 串口通信模塊

串口通信模塊主要負責(zé)計算機與單片機之間的通信，將在計算機里面編好的程序下載到單片機芯片當中，通過RS232串口進行連接，實現(xiàn)計算機與單片機的良好通訊。

2 控制方法

本設(shè)計中的步進電動機采用的是2相6線式，其勵磁方式為半步勵磁（又稱1～2相勵磁），1相與2相輪流交替導(dǎo)通，每送一勵磁信號可走90。若以1相勵磁法控制步進電動機正轉(zhuǎn)，其勵磁順序如表1所示。若勵磁信號反向傳送，則步進電動機反轉(zhuǎn)。

表1 正轉(zhuǎn)勵磁順序：A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A

單片機控制電路如圖3所示，用兩個按鍵非別控制步進電動機正傳和反轉(zhuǎn)，當“正轉(zhuǎn)”（Positive）鍵按下時，單片機的P1.3到P1.0口按正向勵磁順序A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A輸出電脈沖，電動機正轉(zhuǎn)；當“反轉(zhuǎn)”（Negative）鍵按下時，單片機的P1.3到P1.0口按反向勵磁順序A→DA→D→CD→C→BC→B→AB→A輸出電脈沖，電動機反轉(zhuǎn)。

3 系統(tǒng)程序設(shè)計

系統(tǒng)程序設(shè)計為C語言，主要包括脈沖信號發(fā)生、鍵盤的識別處理等。主程序流程圖如圖4所示。

3 系統(tǒng)仿真

使用Proteus的波形分析功能，可以分析按下一個鍵以后單片機的驅(qū)動信號輸出，這里仿真按下正轉(zhuǎn)按鈕的波形，分析如圖5所示。從波形可以看出，步進電動機的驅(qū)動序列為：0010、0110、1100、1000、1001、0001、0011、0010…與設(shè)計思想吻合。

4 結(jié)束語

基于AT89S52單片機的步進電動機控制模塊具有電路簡單可靠、控制方便、成本低等有點。實現(xiàn)了可程序設(shè)定步進方向、步進角，該設(shè)計靈活度高、有較強的編程性。

參考文獻

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篇6

關(guān)鍵詞：89C51單片機 電梯控制模型 仿真

中圖分類號：TU857 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）05-0018-01

隨著社會的不斷發(fā)展，各種高層建筑越來越多，而電梯也成為了這些高層建筑的配套設(shè)備。電梯從手柄開關(guān)操縱電梯、按鈕控制電梯發(fā)展到了現(xiàn)在的群控電梯，為樓層間的運輸做出了巨大的貢獻。

通過該電梯控制模型的設(shè)計，可以在單片機教學(xué)過程中將學(xué)生所學(xué)的相關(guān)知識，如模擬與數(shù)字電子技術(shù)、傳感技術(shù)、檢測技術(shù)、單片機技術(shù)等進行綜合應(yīng)用，讓學(xué)生對這些知識有一個清晰、系統(tǒng)的認識，進而加深對知識點的理解、掌握。

1 電梯控制模型設(shè)計方案

該系統(tǒng)通過單片機來實現(xiàn)電梯控制模型的設(shè)計，要求其具備電梯基本升、降功能，以按鍵為輸入信號，對多層的呼叫進行響應(yīng)并安排電梯停靠，同時通過數(shù)碼管顯示樓層信息。

系統(tǒng)所設(shè)計的電梯模型主要包含機械部分、控制電路部分兩大模塊，其中機械部分通過步進電機的正、反轉(zhuǎn)來對電梯運行情況進行模擬。系統(tǒng)主要由89C51單片機、電梯內(nèi)電路模塊、電梯外電路模塊、步進電機驅(qū)動模塊、控制臺電路等部分組成。

該系統(tǒng)以89C51單片機為核心，控制臺電路主要是完成電梯的啟動、停止以及樓層數(shù)的顯示，電梯內(nèi)電路是用來讓電梯內(nèi)用戶選擇目標樓層（作為內(nèi)招信號），電梯外電路是讓電梯外用戶選擇目標樓層（作為外招信號），內(nèi)外招通過按鍵按下引起的電平改變作為用戶請求信息送到單片機，單片機控制步進電機轉(zhuǎn)動，到達目標樓層。

2 硬件電路設(shè)計

2.1 單片機最小系統(tǒng)

單片機最小系統(tǒng)是由組成單片機系統(tǒng)所必需的一些元件構(gòu)成的，除了單片機之外，還應(yīng)該包括電源供電電路、時鐘電路、復(fù)位電路。該系統(tǒng)中單片機采用ATMEL公司的AT89C51，兩個30p的瓷片電容與12MHZ的晶體振蕩器一起構(gòu)成時鐘電路，通過電容和RESET按鍵構(gòu)成上電復(fù)位和手動復(fù)位電路。

2.2 步進電機驅(qū)動模塊

步進電機是整個電梯控制系統(tǒng)的驅(qū)動裝置，用以對電梯轎廂進行控制，通過其正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)模擬電梯的上升、下降、電梯停止等操作。

2.3 樓層顯示模塊

該模塊主要用來顯示轎廂樓層位置與電梯運行方向，使電梯內(nèi)外部人員了解電梯的運行情況。轎廂所在樓層位置顯示使用數(shù)碼管實現(xiàn)，數(shù)碼管采用CD4511來進行驅(qū)動。

2.4 電梯內(nèi)、外電路及控制臺模塊設(shè)計

電梯控制系統(tǒng)由各樓層的電梯間電路、電梯內(nèi)電路和控制臺電路三部分組成。電梯的運行通過樓層按鈕來控制，用來發(fā)出召喚信號控制電梯的上下行與開關(guān)電梯門。

電梯外電路由處于各個樓層電梯外的用戶發(fā)出上下樓請求，各樓層電梯間的升降選擇按鍵均與單片機P1口連接，即由P1口可以讀到電梯間升、降按鍵的狀態(tài)。每個上升、下降按鍵均有一只發(fā)光二極管作為指示燈與之配合，發(fā)光二極管與P0口的P0.0～P0.5連接。

電梯內(nèi)電路提供給電梯內(nèi)的乘客用戶使用，四個目標樓層選擇按鍵F1、F2、F3、F4和4個與之配合的發(fā)光二極管作為指示燈。按鍵與P3口的P3.0～P3.3連接，指示燈與P2口的P2.0～P2.3相連。

控制臺電路中采用發(fā)光二極管作為電源指示燈，用以顯示供電是否正常。UP、DOWN兩只發(fā)光管用來顯示電梯運行的方向。START與STOP分別與單片機的P1.6、P1.7連接，用來控制電梯的啟停。

3 軟件設(shè)計

軟件部份的程序編寫用匯編語言來完成，其中主程序部分主要完成系統(tǒng)的初始化，如中斷方式的設(shè)置，開中斷等。在中斷子程序中完成按鍵查詢等，其它部分如數(shù)碼管的顯示，按鍵響應(yīng)，步進電機控制，延時等均由相應(yīng)的子程序來完成。軟件設(shè)計思想：采用模塊化的分層次設(shè)計方法，將軟件系統(tǒng)功能由多個實現(xiàn)單一功能的子程序?qū)崿F(xiàn)，通過調(diào)用不同的子程序，便于調(diào)試、修改。

3.1 按鍵查詢部分

在本設(shè)計當中，鍵盤采用獨立式按鍵，因為需要模擬4層電梯，所以按鍵由P3.0-P3.3控制，采用定時器T1中斷查詢按鍵狀態(tài)，當有鍵按下時，即轉(zhuǎn)入相應(yīng)功能程序。

3.2 樓層選擇按鍵功能

電梯模型上電后，系統(tǒng)一直處于等待狀態(tài)，電梯的起始位置為一樓，等待控制臺Start按鍵按下，數(shù)碼管顯示“1”。當Start按鍵按下后，電梯開始向上運動，電動機開始轉(zhuǎn)動，控制臺的上升指示燈UP亮。到達二樓，電梯運行經(jīng)過樓層檢測傳感器時，R4計數(shù)加1，送到數(shù)碼管顯示“2”并在二樓停留5s，然后繼續(xù)上升。每樓層停留5s，直到四樓后，在四樓停留5s后開始下降，控制臺的下降指示燈DOWN亮，每層樓停留5s，直到一樓。

如果按下Stop鍵，強制電梯直接下降到一樓，然后電梯停止工作。直到再次按下Start鍵后重新恢復(fù)工作。

中斷服務(wù)程序每10ms一次檢查所有按鍵狀態(tài)，并記錄在相應(yīng)存儲單元，同時控制相應(yīng)指示燈。定時器T0定時100ms，R2作為5s定時的計數(shù)器。T0每中斷一次R2加1，當R2=50時，5s計時完成。

4 結(jié)果分析

本文介紹了基于單片機的電梯控制模型的設(shè)計，硬件部分主要由單片機最小系統(tǒng)、電梯內(nèi)電路模塊、電梯外電路模塊、步進電機驅(qū)動模塊等部分構(gòu)成。該系統(tǒng)采用單片機（89C51）作為控制核心，內(nèi)外招通過按鍵按下引起的電平改變，作為用戶請求信息發(fā)送到單片機，單片機控制步進電機正、反轉(zhuǎn)動，使電梯?？吭谀繕藰菍?。軟件部分使用匯編語言，利用中斷方式來檢測用戶請求的按鍵信息，單片機計數(shù)來確定樓層數(shù)，并送到數(shù)碼管進行顯示。

此次設(shè)計的電梯控制模型立足于單片機課程教學(xué)，所以使用Proteus7.4，Keil uvision2等編程仿真工具進行編程與仿真，實現(xiàn)了電梯控制模型運行的模擬。經(jīng)過仿真，該系統(tǒng)能模擬4層電梯的運行情況，證明了模型設(shè)計的正確性和準確性。

參考文獻

[1]何立民編著.MCS51系列單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計.北京航空航天大學(xué)出版社，1999年.

篇7

關(guān)鍵詞：監(jiān)測 單片機 酸堿度 溫度

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（b）-0014-02

水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)是20世紀70年展起來的，1966年紐約州安裝了第一臺水質(zhì)自動化監(jiān)測器，然后美國各州開始效仿，現(xiàn)在美國已有了以計算機為主體的、全國性的遠程水質(zhì)自動監(jiān)測網(wǎng)。而我國對水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的研究始于80年代，我國傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測方法多是人工操作，主要是在某些斷面或監(jiān)測點定時定點瞬時取樣，然后將樣品帶回實驗室分析或者野外進行現(xiàn)場測定。隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，現(xiàn)在我國已經(jīng)建立全國重點流域水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)，并且可以很好的監(jiān)測水質(zhì)變化，掌握水污染變化，但是我國各地區(qū)的監(jiān)測水平不一致，重點流域和經(jīng)濟發(fā)達城市監(jiān)測系統(tǒng)水平較高，已經(jīng)開始和發(fā)達國家的技術(shù)接軌，但是偏遠地區(qū)或經(jīng)濟不發(fā)達的地區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)水平較低，有些地方甚至還是采用人工監(jiān)測的手段，我國的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)還需要很多完善。本設(shè)計針對監(jiān)測問題提供一個可行的監(jiān)測思路，使監(jiān)測工作方便化、系統(tǒng)化。

1 系統(tǒng)設(shè)計思路

水質(zhì)遠程監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由監(jiān)測現(xiàn)場部分和水質(zhì)監(jiān)測中心部分兩部分組成。監(jiān)測現(xiàn)場部分主要是由水質(zhì)監(jiān)測模塊和內(nèi)部帶有GSM模塊的RTU單元組成。水質(zhì)監(jiān)測中心部分則是裝有環(huán)保綜合管理信息系統(tǒng)軟件的PC機和短信息終端接收設(shè)備，監(jiān)測現(xiàn)場部分和水質(zhì)監(jiān)測中心部分是通過GSM無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互通的?，F(xiàn)場監(jiān)測模塊首先通過各種傳感器對反映設(shè)備工作狀態(tài)的數(shù)據(jù)進行采集，并進行分析處理和判斷，然后將結(jié)果數(shù)據(jù)進行緩存，通過與單片機相連的顯示模塊進行顯示，實現(xiàn)即時顯示的功能?，F(xiàn)場監(jiān)測采集模塊再通過RS485總線與RTU模塊相連通訊，RTU內(nèi)含有專用的GSM模塊，RTU先通過RS485總線把測得的數(shù)據(jù)進行收集，然后通過人為設(shè)定時間，按時將收到的水質(zhì)數(shù)據(jù)通過GSM模塊經(jīng)過GSM無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送短消息給監(jiān)測中心站，實現(xiàn)水質(zhì)遠程監(jiān)測無線傳輸。水質(zhì)監(jiān)測中心作用為數(shù)據(jù)監(jiān)聽、接收并將其與數(shù)據(jù)庫進行連接，將數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫中，完成了水質(zhì)監(jiān)測中心對水質(zhì)參數(shù)的接收、保存及管理功能。設(shè)計思路框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 測量模塊設(shè)計

系統(tǒng)以AT89C52作為主控單片機，溫度傳感器直接與AT89C52單片機相連完成溫度的測量，而pH傳感器則需要信號調(diào)理電路、抗干擾電路和A/D轉(zhuǎn)換電路后能使單片機完成測量，然后測量結(jié)果可以在液晶顯示模塊即時顯示，然后通過RS485總線傳輸出去。

2.2 單片機最小系統(tǒng)

系統(tǒng)以AT89C52最小系統(tǒng)為基礎(chǔ)，AT89C52芯片為中心，在RST端口外接一復(fù)位電路，在XTAL1端口和XTAL2端口外接震蕩電路，然后把VCC和EA端口接VCC。這樣一單片機最小系統(tǒng)就成功了。此時單片機就能實行基本的功能，晶振可以為單片機提供時鐘周期，復(fù)位電路可以解決重啟問題，EA解決了單片機讀取內(nèi)部存儲的問題，最后VCC和GND保證芯片工作。最小系統(tǒng)圖略。

2.3 傳感器

pH傳感器采用復(fù)合電極，玻璃電極作為測量電極，甘汞電極作為參考電極，當氫離子濃度發(fā)生變化時，玻璃電極和甘汞電極之間的電動勢也隨著變化，這就是復(fù)合電極的測定原理。以玻璃電極為指示電極，銀-氯化銀電極為參比電極，將兩種電極形成的復(fù)合電極插入待測溶液中，復(fù)合電極和待測溶液形成原電池，復(fù)合玻璃電極的兩條輸出引線分別接原電池正極和負極。依據(jù)nernst方程，原電池的輸出電動勢與被測溶液pH值之間滿足式E=E0+KT（pHx-pH0）。E為原電池輸出電動勢，E0為常數(shù)，為與電極材料，內(nèi)參比溶液，內(nèi)參比電極以及電位有關(guān)的電位差，K為常數(shù)，為nernst系數(shù)，T為被測溶液的絕對溫度，pHx是被測溶液的pH值，pH0為復(fù)合玻璃電極內(nèi)緩沖溶液pH值。

2.5 抗干擾電路

由于信號放大電路很容易受到其他信號干擾，主要表現(xiàn)為工頻干擾，對于諧波的干擾可通過低通濾波器去掉，要去掉49.5～50.5 Hz的干擾就需要一個陷波器。50Hz工頻信號對信號采集有很大影響，必須除去。本設(shè)計采用雙T有源濾波器來濾除50Hz的工頻信號。電路的中心頻率：f=1/2π RC。對于f>f0的高頻信號，兩個串聯(lián)的電容C阻抗很低，信號可經(jīng)過電容直接傳輸?shù)竭\放的同相輸入端即Ui=U+；對于f

2.6 12位A/D轉(zhuǎn)換

TLC2543是12位分辯率A/D轉(zhuǎn)換器，在工作溫度范圍內(nèi)10μs轉(zhuǎn)換時間，11個模擬輸入通道，3路內(nèi)置自測試方式；采樣率為66kbps，線性誤差±1LSBmax，有轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出EOC；具有單、雙極性輸出。TLC2543是12位串行A/D芯片，所以模擬信號輸入可以只采用一個端口，本設(shè)計采用的是AIN0，然后只需把TLC2543的主要功能端接在單片機I/O口上就行了，其中CLK為輸入/輸出時鐘端。TLC2543是12位串行A/D芯片，所以模擬信號輸入可以只采用一個端口，本設(shè)計采用的是AIN0，然后只需把TLC2543的主要功能端接在單片機I/O口上就行了。TLC2543接單片機如圖2所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

主程序中首先對系統(tǒng)的各個參數(shù)，變量，I/O口和串口進行了初始化。通過定時器精確計時產(chǎn)生中斷，每中斷一次即啟動一次AD轉(zhuǎn)換子程序，讀取各個監(jiān)測通道的測量信號。又通過調(diào)用溫度檢測子程序?qū)y量值進行溫度補償處理測量信號。最后調(diào)用LCD1602顯示子程序，將測量值顯示出來。完成了對傳感器測量信號的采集、處理和顯示的主循環(huán)。同時把測得的數(shù)據(jù)進行保存，保存的位置為自定義的存儲空間，以便查找使用，然后通過串口中斷把數(shù)據(jù)發(fā)送給了RTU，RTU再發(fā)送數(shù)據(jù)給接收設(shè)備，整體主程序如圖4所示。

4 結(jié)論

本文系統(tǒng)介紹了水質(zhì)遠程監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計方法。水質(zhì)遠程監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由監(jiān)測現(xiàn)場部分和水質(zhì)監(jiān)測中心部分兩部分組成。監(jiān)測現(xiàn)場部分主要是由水質(zhì)監(jiān)測模塊和內(nèi)部帶有GSM模塊的RTU單元組成，水質(zhì)監(jiān)測中心部分則是裝有環(huán)保綜合管理信息系統(tǒng)軟件的PC機和短信息終端接收設(shè)備，監(jiān)測現(xiàn)場部分和水質(zhì)監(jiān)測中心部分是通過GSM無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互通，實現(xiàn)水質(zhì)遠程監(jiān)測數(shù)據(jù)采集任務(wù)，對水質(zhì)監(jiān)測工作具有一定的參考價值。

參考文獻

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篇8

關(guān)鍵詞：單片機；串口通信；設(shè)計；實驗儀器

中圖分類號：TP393文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2007)18-31498-02

The Microcomputer String Mouth Correspondence is Testing Theinstrument――Practice Discussion

ZENG Ling-qi

(Chengdu Railroad Police Station,Chengdu 610081)

Abstract:The elaboration through the miniature computer monolithicintegrated circuit string mouth and the computer string mouthcorrespondence way, realizes the computer to test the instrument thecontrol and the data acquisition method, take the concrete empiricaldatum as the example, the specify monolithic integrated circuit stringmouth correspondence design and the realization process, and make themultianalysis.

Key words:The monolithic integrated circuit;the string mouthcorrespondence;the design;tests the instrument

1 引言

由于其可編程、易擴展、成本低和體積小等優(yōu)點，單片機早已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制自動化中，越來越多的物理試驗儀器中也使用了單片機進行自動控制，例如實現(xiàn)按鍵控制、數(shù)碼管和液晶屏幕的顯示、數(shù)據(jù)采集與模/數(shù)轉(zhuǎn)換等等，這樣大大方便了學(xué)生操作試驗儀器。不過有些實驗，如“光電效應(yīng)測普郎克常量”、“夫蘭克―赫茲實驗”、“散熱片的溫度特性研究”等，需要讀取大量的數(shù)據(jù)并從中找出這些數(shù)據(jù)間的相互關(guān)系，使得學(xué)生在上課時要花大量的時間去讀數(shù)據(jù)，而不是進行邏輯推理和分析，如果能夠用微機代替人工進行快速精準的數(shù)據(jù)采集，并通過計算機軟件設(shè)計進行復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析和處理，無疑對物理實驗課是非常好的改進。

2 常用MCS-51芯片的結(jié)構(gòu)與最小系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)

以ATMEL公司的AT89S52為例進行說明，AT89S52芯片含有8K的 Flash型的內(nèi)部 ROM 和 256B的內(nèi)部 RAM ，對于不太復(fù)雜的開發(fā)場合，無需擴展外部 ROM，而且可在線編程，有利于進行開發(fā)調(diào)試，具體可參考讀芯片的相關(guān)資料[1]。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖中，外部定時元件通常使用晶體振蕩器；復(fù)位電路通常設(shè)計成上電復(fù)位形式或者按鍵復(fù)位形式，以便 CPU及其他功能部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并開始工作；電源一般使用+5V。程序下載到 ROM 中運行。這樣一個單片機的最小系統(tǒng)就實現(xiàn)了，可以通過其他引腳的硬件擴展，并進行軟件編程就能響應(yīng)外部中斷、實現(xiàn)定時和外部脈沖計數(shù)、進行串并口I/O操作等。

圖2是單片機的最小系統(tǒng)的硬件電路實現(xiàn)，其中復(fù)位采用上電復(fù)位方式，時鐘電路采用外節(jié)晶體震蕩器方式。另外，引腳 EA/VPP為低時訪問外部ROM，為高時地址 0000H―0FFFH空間訪問ROM，地址1000H-FFFFH空間訪問外部ROM，因此這里應(yīng)該按高，這一點往往是容易忽略的地方[2]。

圖2 單片機最小硬件系統(tǒng)

3 串口通信的硬件實現(xiàn)

單片機的4個引腳多數(shù)都有第二功能，串口就是P3口的第二功能，其中，P3.0 是串口接收引腳，P3.1 是串圖 2 單片機最小硬件系統(tǒng)口發(fā)送引腳。在一些實時性要求不太高的場合，將單片機的串口做輸出擴展，與設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換和控制也是一種常用的方法，但更常見在與計算機和其他單片機的通信中，而且硬件電路設(shè)計簡單，易于開發(fā)。圖3是單片機串口與計算機的 RS-232C 串口進行通信的一種常用電路連接方法[3]。

圖3 單片機串口通信接口電路

進行串口收發(fā)時，理論上只需要把計算機串口的接收、發(fā)送引腳與單片機的接收引腳 (RXD）和發(fā)送引腳（TXD）相連接即可，就像單片機之間的串口通信一樣，但是考慮到兩者的信號電平標準不同，單片機中的信號使用 TTL 電平，即 >=2.4V 表示“ 1 ”，

硬件電路設(shè)計好后，可以通過一些串口調(diào)試軟件進行測試，查看是否能夠正確的收發(fā)信息。在計算機方面有很多現(xiàn)成的應(yīng)用程序，也可以用 VC++ 或 VB 等開發(fā)相應(yīng)的軟件，這里不詳細討論，接下來談一談單片機方面的軟件開發(fā)。

4 串口通信的軟件實現(xiàn)

8051系列單片機進行串口通信時，發(fā)送數(shù)據(jù)由 TXD 引腳送出，接收數(shù)據(jù)由 RXD 引腳輸入。有兩個緩沖器 SUBF，一個作發(fā)送緩沖器，一個作接收緩沖器，軟件設(shè)計中可以用兩種方式獲知單片機發(fā)送或者接收了信息。一種是查詢方式，程序反復(fù)查詢發(fā)送標志和接收標志是否被硬件置位，若置位說明進行了發(fā)送和接收。用這種方式的缺點是 CPU 一直等待串口收發(fā)而不能及時響應(yīng)和處理其他事件。另一種是中斷方式，開啟串口允許中斷，每次單片機從串口收到或者發(fā)出信息，均會產(chǎn)生中斷，轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序進行相應(yīng)的處理。

串口通信中“波特率”這個概念非常重要，所謂“波特率”也就是“比特率”，描述串口通信的速度，每秒發(fā)送或接收數(shù)據(jù)的二進制位數(shù)。在計算機與單片機通信時，雙方的波特率必須相同，才能保證發(fā)送與接收的同步，進而獲得完整的信息。

單片機進行串口通信時有 4 種工作方式，均與波特率的設(shè)定有關(guān)，波特率的計算也有相應(yīng)的公式。另外不同的工作方式下通過串口進行異步傳輸?shù)膸袷揭膊煌４谕ㄐ诺氖蘸桶l(fā)分別設(shè)置了一個中斷標志住，若以中斷方式進行串口通信，當發(fā)生收/發(fā)中斷時，對應(yīng)標志位被硬件置 1 ，可在程序中判斷發(fā)生的串口通信中斷是接收還是發(fā)送（因為單片機串口接收中斷和發(fā)送中斷只對應(yīng)了一個中斷向量入口地址）。中斷標志位需要用戶程序復(fù)0，通常在中斷服務(wù)程序中執(zhí)行。以上各項設(shè)置需要訪問兩個特殊功能寄存器 SCON（電源控制寄存器）和PCON （電源控制寄存器）[5] 。

5 實驗儀器的改造

讓我們看一下光電效應(yīng)測普朗克常量這個實驗。在圖4 中，一定波長的光照射光電管的陰極K ，電子溢出向陽極A運動，在兩極間加反向電壓阻止電子向陽極運動，當檢測到電流表讀數(shù)為零時所加載的反向電壓叫做截止電壓隊，對于不同的光照頻率 ，有US=h/e(?酌-?酌0 )，其中 h為普朗克常量， e為電子電量，?酌0 為金屬陰極 K 的紅眼頻率，只要找出 ?酌和 US 的線性關(guān)系，就可以計算 h 的大小。實驗對每一種頻率的光都需要改變電壓采集電流值，描繪光電管圖 4 光電效應(yīng)原理圖的伏安特性曲線，該曲線與電壓軸的交點就是截止電壓 U0 。

實驗儀器的硬件原理框圖可以參考圖 5 的設(shè)計，通過按鈕設(shè)置電壓值，然后讀取電流值，送顯示屏顯示并通過串口傳遞給計算機進一步處理。

參考文獻：

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[5]李華.MCS―5 系列單片機原理及系統(tǒng)設(shè)計[J].清華大學(xué)出版社,1997.

篇9

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關(guān)鍵詞：單片機；實驗箱；控制

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2013.9.019

引言

單片機，是嵌入式處理器的一大類（另外還有DSP、FPGA等），具有高度集成、體積小、功耗低、降低成本等諸多優(yōu)點。隨著單片機技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機在微機控制領(lǐng)域占據(jù)著重要地位，由于其具有體積小、可靠性好、易擴展、控制功能強、使用方便等優(yōu)點，在智能儀表、工業(yè)測控、計算機網(wǎng)絡(luò)與通信設(shè)備、日常生活及家用電器等方面都得到了廣泛的應(yīng)用[1～2]。單片機已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、智能家用電器、通訊、醫(yī)療和軍事等眾多領(lǐng)域，社會對掌握單片機技術(shù)的應(yīng)用型人才的需求越來越大[3]。

本設(shè)計的實驗箱采用了數(shù)字邏輯，單片機原理，電路基礎(chǔ)，動態(tài)數(shù)碼管掃描等各個方面的理論依據(jù)。單片機原理是一種在線式實時控制計算機，在線式就是現(xiàn)場控制，需要的是有較強的抗干擾能力，較低的成本，單片機依靠程序運行，并且可以修改。單片機通過編寫的程序可以實現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性。

設(shè)計概述及目的

首先連接硬件電路。確定電源模塊供電正常，最小系統(tǒng)模塊，RS-232轉(zhuǎn)UART模塊供電。將單片機P1口和LED相連接，作為輸出。將單片機P0口和開關(guān)相連接。由于I/O口會讀入和寫出數(shù)據(jù)。從而通過編程完成開關(guān)控制LED指示燈的功能。

數(shù)據(jù)移位模塊系統(tǒng)測試

在計算機系統(tǒng)中為了高效地實現(xiàn)計算機系統(tǒng)之間的遠距離通信，且要使通信電路簡單、可靠，則采用串行輸入、并行輸出的方式，移位寄存器的作用就是實現(xiàn)并行輸入、串行輸出或串行輸入、并行輸出。這里采用的是串行輸入、并行輸出。

此電路可以存儲串行8位數(shù)據(jù)的輸入。由于加在輸入端上的數(shù)據(jù)可以移位讀入，因此稱之為移位寄存器。因為在CP的上升沿進行移位，因此也使該CP成為移位脈沖。

實驗中將并行輸出端和LED連接。通過按鍵輸入串行的邏輯“1”、“0”并在LED上觀察并行的輸出結(jié)果。

振蕩分頻器和8位二進制計數(shù)器實驗

振蕩分頻器，采用了一個三向晶振提供基礎(chǔ)時鐘振蕩。通過4060對時鐘信號進行了整理和分頻。這里可以通過跳線選擇2kHz～2Hz之間的9種頻率。然后將振蕩信號送入8位二進制計數(shù)器。

計數(shù)器是計算機系統(tǒng)最常用的時序電路之一，除了可以對時鐘脈沖計數(shù)外，也可以用于分頻、定時及產(chǎn)生各種時序信號。393將串行輸入的時鐘信號作累加，并將結(jié)果以并行八位輸出的模式輸出。用輸出端控制8盞LED燈，可以很好地看出其在不同頻率下累加的效果。

總結(jié)

本設(shè)計是制作一個P89V51RB2實驗箱，并對其進行實驗和軟件程序設(shè)計。與傳統(tǒng)的實驗箱相比，使用方便，讀數(shù)準確，所包含的實驗電路全面且實用。為了滿足目前高等學(xué)院的需求，還在現(xiàn)有的實驗箱的基礎(chǔ)上加入其他的功能如匯編語言等。

參考文獻：

[1] 朱向慶，胡均萬，陳宏華.多功能單片機實驗系統(tǒng)的研制[J].實驗室研究與探索，2012，（04）：41-44

[2] 張智宏，翟曉東.單片機綜合實驗箱的研制[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2011，（13）：12-13

[3] 曹靜，江世明.模塊化單片機實驗平臺的設(shè)計[J].邵陽學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版）.2011，（03）：23-25

篇10

關(guān)鍵詞：CAN總線；SJA1000；89C51芯片；82C250

一、引言

CAN總線是一種具有國際標準且性價比較高的現(xiàn)場總線，它是計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在現(xiàn)代通信領(lǐng)域的具體應(yīng)用和發(fā)展。本系統(tǒng)利用CAN總線的通信協(xié)議和原理，實現(xiàn)傳輸距離達10 Km（速率達5 kbps以下），通信速率最高可達1 Mbps的通信任務(wù)。

二、系統(tǒng)概述

設(shè)計目的為：實現(xiàn)CAN總線發(fā)送模塊的設(shè)計，即信息的傳輸。利用CAN總線控制器SJA1000于單片機接口，再加上收發(fā)器為指導(dǎo)思想，組成一個CAN總線發(fā)送應(yīng)用系統(tǒng)，各部分的功能為：

1.單片機AT89C51：通過P0口對SJA-1000驅(qū)動。

2.CAN總線控制器SJA1000：作為CAN通信控制器，實現(xiàn)CAN總線控制。

3.CAN總線驅(qū)動器82C250：是CAN總線控制器SJA1000正常工作于CAN總線的接口器件，采用雙線差分驅(qū)動，實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，把SJA1000上的電平轉(zhuǎn)換成CAN總線傳輸電平。

4.CAN總線：CAN（CANCONTROLLER AREA NETWORK）控制器局部網(wǎng)，為串行通信協(xié)議，能有效地實現(xiàn)分布實時控制，是一種傳輸介質(zhì)，用于傳輸通信數(shù)據(jù)。

三、AT89C51單片機

單片微型計算機簡稱單片機。它是在一塊芯片內(nèi)集成了計算機的組成單元，包括中央處理單元、存儲器，輸入/輸出接口、定時/計數(shù)器、時鐘電路等。按照單片機系統(tǒng)擴展與系統(tǒng)配置狀況，單片機系統(tǒng)可分為最小系統(tǒng)、最小功耗系統(tǒng)、典型系統(tǒng)等。最小系統(tǒng)是指能維持單片機允許的最簡單配置的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)成本低、結(jié)構(gòu)簡單，常構(gòu)成一些簡單的控制系統(tǒng)；最小功耗系統(tǒng)是指為了保證正常運行，功耗消耗最?。坏湫蛻?yīng)用系統(tǒng)是指單片機要完成工業(yè)測控功能所必須具備的硬件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。本文采用典型應(yīng)用的單片機系統(tǒng)，完成對SJA1000的驅(qū)動。

四、CAN總線傳輸形式

CAN總線以報文為單位進行數(shù)據(jù)傳送。報文的優(yōu)先級結(jié)合在11位標識符中，具有最低二進制數(shù)的標識符有最高的優(yōu)先級，這種優(yōu)先級一旦在系統(tǒng)設(shè)計時被確立后就不能再被更改。CAN具有較高的效率是因為總線僅被那些請求總線懸而未決的站利用，這些請求是根據(jù)報文在整個系統(tǒng)中的重要性按順序處理的。這種方法在網(wǎng)絡(luò)負載較重時有很多優(yōu)點，因為總線讀取的優(yōu)先級已按順序放在每個報文中，這可以保證在實時系統(tǒng)中較低的個體隱伏時間。

報文由幀組成，每幀含七個部分，CAN協(xié)議支持兩種報文格式，其唯一的不同是標識符長度不同，標準格式為11位，擴展格式為29位。在標準格式中，報文的起始位稱為幀起始，然后是由11位標識符和遠程發(fā)送請求位組成的仲裁場?？刂茍霭俗R符擴展位，指出是標準格式還是擴展格式。它還包括一個保留位，為將來擴展使用。它的最后四個字節(jié)用來指明數(shù)據(jù)場中數(shù)據(jù)的長度。數(shù)據(jù)場范圍為0至8個字節(jié)，其后有一個檢測數(shù)據(jù)錯誤的循環(huán)冗余檢查。應(yīng)答場包括應(yīng)答位和應(yīng)答分隔符，發(fā)送站發(fā)送的這兩位均為隱性電平（邏輯1），這時正確接收報文的接收站發(fā)送主按電平（邏輯0）覆蓋它。用這種方法，發(fā)送站可以保證網(wǎng)絡(luò)中至少有一個站能正確接收到報文。報文的尾部由幀結(jié)束標出。

五、CAN總線控制器SJA1000

CAN總線控制器SJA1000，實現(xiàn)對CAN總線的控制，具有完成CAN通信協(xié)議所要求的全部特性，經(jīng)過總線連接的SJA1000可完成CAN總線的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的所有功能。它的位通訊速率為1 Mbits/s,采用24 MHz時鐘頻率，工作溫度范圍為-40℃~+125℃。

它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)模塊有：接口管理邏輯、發(fā)送緩沖器、接收緩沖器、接收濾波器、位流處理器、位時序邏輯、錯誤管理邏輯，此外，SJA1000還帶有驗收濾波器功能，用于自動檢查報文中的標識符和數(shù)據(jù)字節(jié)。通過設(shè)置濾波，與該總線節(jié)點不相關(guān)的一個報文或一組報文將不被SJA1000所接收，這樣可以提高CPU的利用率。

六、CAN總線驅(qū)動器82C250

82C250是CAN控制器與物理總線之間的接口，具有高速率、抗汽車環(huán)境下的瞬間干擾，過熱甕中保護、低電流待機模式，總線至少可連接110個節(jié)點待特性。它有高速、斜率控制和待機在種工作模式，本系統(tǒng)采用斜率控制方式，由芯片的8腳引出，斜率大小正比于該引腳上的電流輸出大小。

七、總結(jié)