单片机最小系统十篇

单片机最小系统篇1

关键词 51单片机 构成原理

中图分类号：TP368.1 文献标识码：A

很多电子类学校开设《单片机原理与应用》课程，通常都以理论讲授为主，辅做一部分实验，很难达到预期的教学效果。学生往往因为苦涩难懂的理论而放弃主动学习。为此，笔者根据实际教学经验和《单片机》课程教学内容的要求，利用多孔板，制作51单片机最小系统学习板，并取得较好的教学效果。

1构成原理

1.1最小系统CPU

以U1（STC89C52RC）为核心构成51单片机的最小系统。其中，P0口主要用来完成数码管显示和扩展应用；P1口主要用来完成流水灯等实验；P2口主要用来完成键盘控制；P3口主要用来完成串口通信，实时时钟控制，温度检测和遥控控制等。

本最小系统由C3、K2、R10构成手动复位电路，通过U1⑨脚，给CPU提供复位；由XTAL1、C8、C9构成CPU时钟振荡电路；由K3～K6构成4只独立式按键；由R19、V1构成蜂鸣器驱动电路；由R11～R18、V1、V2、DS1、DS2构成数码管显示电路。在多孔板上留有J1插槽，便于扩展。

1.2电源电路

以U2（LM7805）为核心，构成最小系统的电源电路。

1.3串行通信电路

以U3（MAXIM232）为核心，构成最小系统的串行通信接口电路。MAX232CPE是由美国德州仪器公司生产的一款兼容RS232标准的芯片，其内部结构分为两部分，第一部分是电源部分， 脚接地， 脚接电源正极5V，另外由①、③、④、⑤、⑥、②脚内部和4只1uF的钽电容组成一个将+5V转换成？0V两组电源的电路，提供给RS-232串口电平的需要。第二部分是数据转换通道。利用J3（COM口）的③脚将PC机的数据通过MAX232CPE的⑧脚输入，利用MAX232CPE的转换电路将RS-232数据转换为TTL/CMOS数据，并从MAX232CPE的⑨脚输出到STC89C52RC单片机的P3.0口（⑩脚）；而单片机的P3.1口（ 脚）输出的TTL/CMOS数据，进入MAX232CPE的⑩脚，转换为RS-232数据后通过MAX232CPE的⑦脚，输入到COM口的②脚进入PC机。

注意：利用MAX232CPE构成的串口ISP（In System Program）下载电路，仅适用于STC89系列的单片机产品，本最小系统采用STC89C52RC。

1.4实时时钟

本最小系统时钟采用高性能、低功耗带RAM实时时钟芯片DS1302，可对秒、分、时、日、周、月、以及带闰年补偿的年进行计数。DS1302使用同步串行通信，简化与微处理器的通信，与时钟/RAM通信仅需三根线：①复位（⑤脚），②I/O数据线（⑥脚），SCLK串行时钟（⑦脚）。

1.5高精度测温电路

本最小系统的测温电路采用DALLAS公司生产的单总线数字温度传感器DS18B20。因为单总线传送数据，大大提高系统的抗干扰性，特别适合恶劣环境的现场温度测量，测量温度范围为-55℃～+125℃，精度为？.0625℃。DS18B20因采用一根I/O线读写数据，对读写的数据有严格的时序要求，DS18B20用严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。

1.6遥控接收电路

本最小系统采用HS0038B构成的红外线遥控接收电路。

2学习板实物图

以51最小系统板为核心，外加LCD字符型液晶显示，构成的实物。LCD采用1602字符型显示屏（专门用于显示字母、数字、符号等的点阵式LCD），其引脚连接如图1所示（其中RP用来调整液晶屏的对比度）。

单片机最小系统篇2

关键词：单片机；制冷系统；电路；控制程序

中图分类号：TP272 文献标识码：A

在现代生活中，我们开车外出时，有时要在家用轿车上存放少量食物，有些还是易变质或腐烂的。由于轿车内空间有限、车上不能直接提供220V交流电源，因此我们不能直接把家用小型冰箱搬到车上使用。为此，我们考虑设计一款小巧的、用车载蓄电池提供电源的车载小型制冷系统，即车载小冰箱。该冰箱不采用压缩机制冷技术，而是采用基于单片机的半导体制冷技术。这种小冰箱具有设计简单、制冷效果好、体积小、携带方便等优点。

1.车载小型制冷系统电路分析

1.1 车载小型制冷系统电路组成

该基于单片机技术的车载小型制冷系统的电路由单片机控制电路、半导体制冷电路、温度设置电路、温度设置采集电路、温度显示电路、风扇控制电路及电源电路等部分组成，其电路框图如图1所示。

1.2 具体功能电路分析

单片机控制电路主要由单片机最小系统（含AT89S51单片机、晶振和复位电路）、P0～P3端口接插件、电源开关SW等组成。单片机P0端口连接温度显示电路，P1.0引脚用于温湿度测量，P1.1引脚用于控制散热风扇，P1.2引脚用于制热温度控制，P1.3引脚用于制冷控制，P3.0、P3.1引脚分别连接温度设定单元的1、3端。

半导体制冷电路主要由两个PNP晶体管、两个继电器及半导体制冷块TEC1-12703等组成，如图2所示。该电路在单片机P1.2、P1.3引脚的控制下，使制冷块处在制热或制冷状态。P1.2引脚连接电阻R1，用于制热控制，P1.3引脚连接电阻R3，用于制冷控制。

风扇控制电路由PNP晶体管Q3、继电器J3及风扇MOTOR等组成，如图3所示。用于给制冷块散热，以免制冷块热端面过热而损坏。

温度设置/采集电路由单片机89S51、编码电位器R7及温度传感器DS18B20等组成，如图4所示。编码电位器有3个引脚，1、3为输出信号脚，2脚是信号输入（电路中接地）。通过旋转电位器，设置制冷电路的制冷温度。温度传感器DS18B20检测制冷块工作环境温度，将温度反馈信号送到单片机P1.0引脚。单片机通过调节P1.3引脚输出信号的占空比，改变制冷块工作电压，最终使制冷块工作环境温度与设定温度保持相同。

2.车载小型制冷系统控制程序设计

车载小型制冷系统控制程序采用C语言编写而成，主要包括主程序、温度显示子程序、温度设置子程序、温度采集子程序、制冷控制子程序、风扇控制子程序等功能模块。整机系统上电复位后，程序执行过程如下：单片机系统开始初始化；单片机控制系统控制制冷块处于制冷状态，使散热风扇工作；单片机读取制冷块工作环境温度数据，调节制冷块驱动信号，使环境温达到设定温度；控制半导体制冷块停止工作；在环境温度降至设定温度限后，再次启动半导体制冷块工作。

结论

目前，基于单片机技术的车载小型制冷系统经过长期连续工作测试，系统硬件电路和控制程序运行完全正常。经过测定，设置制冷温度范围为-30℃～5℃；制冷达到温度与设定温度绝对误差小于0.1℃；针对约0.2m3绝热空间，标定温差为1℃时温度调节时间约20s。另外，该系统具有操作简便、成本低及实用性强等特点。

参考文献

[1]李玉兰，等.基于单片机的半导体制冷片温度控制系统[J].农业装备技术，2015（5）：22-24.

单片机最小系统篇3

电子技术中单片机的应用

1、在家用电器领域的应用现在在家用电器的更新、市场开拓等方面，单片机的应用越来越广泛，比如电子玩具或者高级的电视游戏机中，会应用单片机实现其控制功能；而洗衣机可以利用单片机识别衣服的种类与脏污程度，从而自动选择洗涤强度与洗涤时间；在冰箱冷柜中采用单片机控制可以识别食物的种类与保鲜程度，实现冷藏温度与冷藏时间的自动选择；微波炉也可以通过单片机识别食物种类从而自动确定加热温度与加热时间等等，这些家用电器在应用单片机技术后，无论是性能还是功能，与传统技术相比均有长足的进步。

2、在医用设备领域的应用现代医疗条件越来越发达，人们对医疗灭菌消毒技术也越来越重视，但是一些偏远地区的小医院、小诊所其消毒灭菌设备还十分简陋，无法有效的控制消毒质量。随着单片机技术的发展，其体积较小、功能强大、具有灵活的扩展性、应用方便的特点也越来越突出，因此在医用呼吸机、分析仪与监护仪、超声诊断设备、病床呼叫系统等设备中得到了广泛的应用。

3、在工业控制领域的应用其实最早的单片机正是从工业领域开始兴起的，至今其在工业控制领域的应用仍然十分广泛，利用单片机技术构成多种多样的数据采集系统与智能控制系统，比如工厂流水线的智能化管理、智能化电梯、报警系统等等，均是通过单片机技术与计算机联网构成二级控制系统。

4、在仪器仪表领域的应用上文中也谈到单片机具备集成度高、体积小、较强的控制功能与扩展的灵活性等特点，并且处理速度快，具有较高的可靠性，所以在智能仪器仪表领域其应用也十分广泛。从某种程度而言，单片机带动了传统测量、控制仪器仪表技术的一项革命，通过单片机技术实现了仪器仪表技术的数字化、智能化、综合化以及多功能化，与传统的电子电路或者数字电路相比，其功能更强大，综合性更突出。

中职单片机的应用

（一）单片机型号与编程语言的选择①型号的选择。目前单片机种类有很多，有8051、PIC、MS430、AVR等。单片机虽然型号不同，但是芯片内部的资源种类都差不多，而且这些资源的使用方法也大同小异。可以说学会一种，其他种类皆融会贯通。8051系列是老型号，这种单片机虽不是目前功能最强大的，但却是用得最广泛的，教学资源最多，软件支持和硬件开发都很成熟。对于初学者来说，我们选择由Atmel公司生产的，具有ISP可在线编程功能的AT89S52这一型号。②编程语言的选择。由于单片机的C语言与汇编语言相比，具有对单片机的指令系统不要求有任何的了解，就可以用C语言直接编程操作单片机；具有方便的模块化编程技术，使已编好的程序很容易移植；单片机的C语言常用语法少，有益于编写小而快的程序等优点，我们选择C语言作为编程语言。

（二）教学目标通过广泛调研分析，我们一致认为，对于中等职业学校的学生来说，学完单片机这门课程后，应该达到的教学目标是：①了解单片机的功能与应用、基础知识及其最小工作系统。②学会相关软件如Keil和SLISP的使用。③初步学会单片机在端口操作、显示、高级输入、时间控制等工程方面的典型应用。④学会C51基本语句与相关函数的用法。⑤进一步激发学有余力的学生继续学习单片机的兴趣和欲望，使总的教学目标最终都被分解到一个个具体的教学项目中而得到落实。

（三）实验板的设计与开发单片机是一门实践性很强、非常注重动手的课程。学习单片机最有效的方法是理论与实践并重，边学习，边演练，循序渐进，这样能将用到的指令理解、吃透。因此，在进行教学项目设计之前，必须先设计开发好学习用的实验板，使每个教学项目都可以在实验板上完成。实验板可以买现成的，也可以根据教学的实际需要自行设计。我们在编写过程中，根据教学需要设计并开发了5个实验用模块板，分别是单片机模块、指令(按键)模块、LED显示模块、七段数码管模块、LCD显示模块。“延时小灯的设计”教学项目，其项目情境描述为：用单片机的P1.0脚去控制一个发光二极管按1s时间间隔进行亮灭闪烁，即延时小灯的设计。同时给出的学习目标是：①了解单片机C语言程序的基本结构。②学会while（）语句、for语句及不带参数函数的用法。③学会进入Kiel软件的仿真模拟调试状态，会利用寄存器窗口“sec”一栏的参数来计算程序执行的相关时间。这样就能让学生从一开始就明确教学项目所要求完成的工作任务和应掌握的相关知识，即学习目标既具体又明确。

结语

单片机最小系统篇4

关键词：单片机 发展趋势 指导意义

1、引言

单片机是在一块芯片上集成了中央处理单元(CPU)、存储器(RAM/ROM)、定时器/计数器及输入/输出(I/O)接口等元器件的微型计算机系统。单片机的出现是计算机制造技术不断发展的产物,是计算机发展的一个重要分支。就单片机组成而言,虽然它只是一块芯片,但它包含了计算机的基本组成单元,仍由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成,只不过这些都集成在一块芯片上罢了,所谓“麻雀虽小,五脏俱全”,这种结构使得单片机成为具有独特功能和特色的计算机。[1]

2、单片机的发展历史

单片机诞生于1971年，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。1971年intel公司研制出世界上第一个4位的微处理器；Intel公司的霍夫研制成功世界上第一块4位微处理器芯片Intel 4004，标志着第一代微处理器问世，微处理器和微机时代从此开始。因发明微处理器，霍夫被英国《经济学家》杂志列为“二战以来最有影响力的7位科学家”之一。早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。目前，高端的32位单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。

3、单片机的分类

单片机作为计算机发展的一个重要领域，应用一个较科学的分类方法。根据目前发展情况，从不同角度单片机大致可以分为通用型/专用型、总线型/非总线型及工控型/家电型。

（1）通用型/专用型 这是按单片机适用范围来区分的。例如，80C51是通用型单片机，它不是为某种专用途设计的；专用型单片机是针对一类产品甚至某一个产品设计生产的，例如为了满足电子体温计的要求，在片内集成ADC接口等功能的温度测量控制电路。

（2）总线型/非总线型 这是按单片机是否提供并行总线来区分的。总线型单片机普遍设置有并行地址总线、 数据总线、控制总线，这些引脚用以扩展并行器件都可通过串行口与单片机连接，另外，许多单片机已把所需要的器件及外设接口集成一片内，因此在许多情况下可以不要并行扩展总线，大大减省封装成本和芯片体积，这类单片机称为非总线型单片机。

（3）控制型/家电型 这是按照单片机大致应用的领域进行区分的。一般而言，工控型寻址范围大，运算 能力强；用于家电的单片机多为专用型，通常是小封装、低价格，器件和外设接口集成度高。显然，上述分类并不是惟一的和严格的。例如，80C51类单片机既是通用型又是总线型，还可以作工控用。

4、单片机的发展趋势

（1）微型单片化

现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、随机存取数据存储(RAM)、只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口,中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上,增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW(脉宽调制电路)、WDT(看门狗)、有些单片机将LCD(液晶)驱动电路都集成在单一的芯片上,这样单片机包含的单元电路就更多,功能就越强大。甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做,制造出具有自己特色的单片机芯片。此外,现在的产品普遍要求体积小、重量轻,这就要求单片机除了功能强和功耗低外,还要求其体积要小。现在的许多单片机都具有多种封装形式,其中SMD(表面封装)越来越受欢迎,使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。

（2）降低功耗

基于80C51的飞利浦低功率、低系统成本微控制器51LPC系列是业界推动单片机向低功耗方向发展的主导单片机系列之一,用具体数据来说明:在3.3V电压下,当工作频率为4-20MHz时,电流为1.7-10mA;当工作频率为100kHz-4MHz时,电流为0.044-1.7mA;当工作频率为20-100kHz时,电流为0.009-0.044mA。[2]

（3）强抗干扰能力

用户最初不肯选择微控制器的一个原因是电磁噪声,而ST Microelectronics推出的ST62系列单片机在这方面无疑是佼佼者,其优良的抗干扰能力使得许多大公司将其应用在系统中的关键部件上。许多单片机开发商也正朝这个方向努力。

（4）大容量、高性能

以往单片机内的ROM为1KB～4KB，RAM为64～128B。但在需要复杂控制的场合，该存储容量是不够的，必须进行外接扩充。为了适应这种领域的要求，须运用新的工艺，使片内存储器大容量化。目前，单片机内ROM最大可达64KB，RAM最大为2KB。另外单片机进一步改变CPU的性能，加快指令运算的速度和提高系统控制的可靠性。采用精简指令集（RISC）结构和流水线技术，可以大幅度提高运行速度。现指令速度最高者已达100MIPS（Million InstructionPer Seconds，即兆指令每秒），并加强了位处理、中断和定时控制功能。这类单片机的运算速度比标准的单片机高出10倍以上。由于这类单片机有极高的指令速度，可以使用软件模拟其I/O功能，由此引入了虚拟外设的新概念。[3]

（5）串行扩展技术

在很长一段时间里,通用型单片机通过三总线结构扩展器件成为单片机应用的主流结构。随着低价位OTP(One Time Programble)及各种特殊类型片内程序存储器的发展,加之处围接口不断进入片内,推动了单片机“单片”应用结构的发展。特别是I2C、SPI等串行总线的引入,可以使单片机的引脚设计得更少,单片机系统结构更加简化及规范化。

5、结束语

单片机的扩展应用已渗透到我们生活的各个领域,对单片机的研究和开发需要我们不断地深入交流,追踪其国内外的最新动态和研究成果更是我们的重要工作。

参考文献：

[1]李璞，郭敏.单片机的应用与发展[J].中国校外教育, 2010(8): 62

单片机最小系统篇5

关键词： 电子专业 单片机产品设计 教学改革

电子专业学生主要从事以下三类岗位工作：核心岗位（电子产品装配工、电子产品调试工）、从属岗位（电子产品检修员、电子技术员）、拓展岗位（电子技术工程师、产品生产管理员）。对于核心岗位的需求量最大，但相对比例会有所下降，对知识与能力的要求会有所提高；从属岗位和拓展岗位的人才需求量呈上升趋势，需求紧迫。单片机技术及应用系统设计这门课程的主要任务是培养学生成为在智能控制系统检测维修与设计方面的专门人才，直接反映从属岗位和拓展岗位的工作要求，具有鲜明的职业性与实践性。通过本课程的学习，培养学生典型的智能控制系统调试与设计的能力。

传统教学以教师讲授为主，学生只能被动接受。在实训课中传统教学方法已不能充分激发学生的学习兴趣，无法使学生更好地提高操作技能，使实训课逐渐变得枯燥无味。参照单片机产品设计工作过程和工作情境，进行课程教学改革。

1.课程改革思路

根据高职教育数控技术专业人才的培养目标，遵循以“就业为导向，能力为本位”的职教理念设计。本课程从职业成长过程，按照从易到难、由浅入深的认知规律，确定合适的载体，运用教学论、方法论方式分析处理后，参照企业中单片机产品系统设计工作过程和工作情境，进行选材。

2.学习情境创设

通过调研，针对智能控制系统检测维修与设计行动领域下的单片机技术及应用系统设计学习领域需要具备以下能力：

（1）专业能力

①读懂单片机电路图纸的能力；②掌握单片机工作原理及内部结构的能力；③具备相应的单片机硬件线路的调试能力；④具备能看懂单片机程序流程图的能力；⑤具有基本的单片机编程的能力；⑥具备单片机软硬件安装和联调的能力；⑦具备单片机产品开发的基本流程和工艺的能力。

（2）方法能力

①资料收集整理能力；②制订、实施工作计划的能力；③单片机应用系统综合应用设计能力；④单片机应用系统故障的检查分析能力；⑤理论知识的综合运用能力。

（3）社会能力

①语言表达能力、沟通协调能力；②团队组织能力；③班组管理能力、责任心与职业道德；④安全与自我保护能力。

为了实现上述能力，在此将课程划分为：循环彩灯的设计制作（22课时）、交通控制灯的设计制作（30课时）、数字电子钟的设计制作（40课时）、温度控制系统的设计制作（40课时）四个学习情境。其中，此四个学习情境的创设是根据单片机应用电子产品的设计由简到难的过程确定的。

3.学习情境教学实施

以子情境循环彩灯的设计制作为例，进行教学实施。

（1）教学背景

教学目标：能够读懂单片机I/O口控制电路原理图，能够掌握单片机I/O口的内部结构和工作原理，能够选用单片机I/O口作外部硬件电路的设计，能够编制简单的程序实现单片机I/O口对外部电路的控制，能够熟悉单片机系统硬件电路的组成及控制原理，能够掌握基本的单片机软硬件调试能力，能够正确使用测量相关的仪器仪表，具备劳动组织能力、具备团队协作能力、具备安全操作规范的意识。

学生应具备的知识：单片机的整体认识、基本电子电路图整体认识、I/O的整体认识、计算机使用能力、简单硬件电路调试能力、电子仪器设备检测及规范操作能力。

具体任务：使用相关电子仪器仪表对电路参量进行测量、掌握电路故障排除方法及处理思路、掌握应用环节、确定方案、制定实施步骤、开发工具的使用。

准备文件：任务书、引导文、指导作业文件、演示视频文件、单片机I/O口作外部控制电路相关文件、检查单、评价表。

本任务旨在在该学习领域培养学生团队合作能力、沟通能力、检修组织实施能力等；教师需合理引导学生完成小组讨论，确定单片机I/O口控制硬件电路的设计及软件编程的方案。

（2）教学组织形式

①针对循环彩灯的控制功能要求，学生设计相应的功能接口电路，编制出程序及完成产品的调试。

②学生独立工作和合作学习相结合，通过小组讨论、和教师谈话培养交流能力。

（3）具体实施

①资讯：（2学时）

下发任务书，描述项目学习目标，交代项目任务，发放相关学习资料，最后回答学生的提问。

②计划（4学时）

学生自愿组织工作小组，推选班组长，以小组为单位，确认工作任务，分解任务，制订工作计划，教师对学生方案进行检查、指导。

③决策（2学时）

确定掌握单片机I/O口基础知识需要的资源及学习步骤，确定控制电路的设计与编程的学习步骤，确定任务完成的展示方式。

④实施（10学时）

第一，单片机I/O口的控制电路设计。小组成员分工收集资料，掌握单片机I/O口的结构及工作原理，最后进行资料汇总，小组讨论、教师指导下确定方案，完成I/O电路设计。

第二，程序的编制。根据所设计的I/O接口电路及控制要求，在小组讨论、教师指导下确定方案，画出程序流程图，最后学生自己完成具体程序。

第三，软硬件的调试。烧入程序，对设计的系统进行软硬件调试，在调试过程中，记录好调试出现的问题，并归纳总结经验。

教师应合理安排时间，即使有个别小组在规定时间中没有完成任务也必须停止，并要求该小组对未完成任务的原因进行详细分析。教师应安排课余时间让未完成的小组完成项目的制作。如果大多数小组均未完成，教师应根据实际情况查找原因，是否项目设置过难、是否学生还没有掌握本次课的内容，在以后的课程中做出相应的调整。

⑤检查及实施（4学时）

根据设计产品的功能及具体过程，教师及小组互检评分。同时每人撰写产品说明书，根据个人在小组活动中的表现进行小组互评。

选小组代表按照任务书的要求，在全班介绍工作过程，改进提高并总结系统设计及调试经验，结合班级所有方案，优化小组方案。

4.结语

采用工作过程系统化的《单片机技术及应用系统设计》课程，大大提高了学生的学习兴趣和参与主动性、积极性，收到了良好的教学效果。通过对企业的用人调查，学生产品的调试与系统设计能力很强，不需再进行专业培训。今后还将对工作过程系统化的课程改革进行进一步完善，提高教学水平和教学质量，提高学生的工程实践能力。

参考文献：

[1]王斌.《电子设计自动化》课程工作过程系统化方案的开发[J].化工职业技术教育，2010（01）.

单片机最小系统篇6

步进电动机是将电脉冲激励信号转换成相应的角位移或线位移的离散值控制电动机，这种电动机每当输入一个电脉冲就动一步，所以又称脉冲电动机。步进电动机实际上是一种单相或多相同步电动机。单相步进电动机由单路电脉冲驱动，输出功率一般很小，其用途为微小功率驱动。多相步进电动机由多相方波脉冲驱动，在经功率放大后分别送入步进电动机各相绕组。当向脉冲分配器输入一个脉冲时，电动机各相的通电状态就发生变化，转子会转过一定的角度（称为步距角）。在非超载的情况下，电动机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电动机加一个脉冲信号，电动机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电动机只有周期性的误差而无累计误差等特点，使得在速度、位置等控制领域用步进电动机来控制变得非常简单。

本研究利用AT89S52单片机的四路I/O通道实现环形脉冲的分配，控制步进电动机匀速、连续的按固定方向转动，通过按键控制步进电动机的旋转角度。

1 系统设计

用AT89S52单片机来作为整个步进电动机控制系统的核心部件，其系统设计总框图如图1所示。真个系统包括单片机最小系统、电机驱动模块、独立按键模块等。

图1 系统设计总体框图

1.1 单片机最小系统

单片机最小系统主要负责产生控制步进电动机转动的脉冲，通过单片机的软件编程代替环形脉冲分配器输出控制步进电机的脉冲信号，步进电机转动的角度大小与单片机输出的脉冲数成正比，步进电机转动的速度与输出的脉冲频率成正比，而步进电机转动的方向与输出的脉冲顺序有关。

1.2 电机驱动模块

电机驱动模块负责将单片机发给步进电机的信号功率放大 ，从而驱动电机工作。步进电机驱动方法主要有恒电压驱动方式、恒电流斩波驱动方式、细分驱动和集成电路驱动。设计中采用集成驱动芯片ULN2003A构成整个驱动电路，它是由七对达林顿管组成的，是集电极开路输出的功率反相器，并且每个输出端都有一个连接到共同端（COM）的二极管，为断电后的电机绕组提供一个放电回路，起放电保护作用。因此，ULN2003A 非常适合驱动小功率的步进电机。

单片机的P2.0-P2.3输出的脉冲信号送到ULN2003A的1B-4B 输入端，经ULN2003A 放大和倒相后的输出脉冲信号来驱动步进电机作相应的动作。ULN2003A的 COM 端和步进电机的 COM1、COM2 连接到 VCC。ULN2003A驱动步进电机模块原理图如图2所示。

1.3 按键控制模块

键盘主要用来提供人机接口，电路如图3所示，采用独立式按键电路 ，各按键开关均采用了上拉电阻，保证在按键断开时，各I/O 有确定的高电平。二极管IN4148作为高频信号高速开关，当按下键盘时最大反向恢复时间小，保证在按键断开时，各I/O 有确定的低电平。

1.4 串口通信模块

串口通信模块主要负责计算机与单片机之间的通信，将在计算机里面编好的程序下载到单片机芯片当中，通过RS232串口进行连接，实现计算机与单片机的良好通讯。

2 控制方法

本设计中的步进电动机采用的是2相6线式，其励磁方式为半步励磁（又称1～2相励磁），1相与2相轮流交替导通，每送一励磁信号可走90。若以1相励磁法控制步进电动机正转，其励磁顺序如表1所示。若励磁信号反向传送，则步进电动机反转。

表1 正转励磁顺序：A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A

单片机控制电路如图3所示，用两个按键非别控制步进电动机正传和反转，当“正转”（Positive）键按下时，单片机的P1.3到P1.0口按正向励磁顺序A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A输出电脉冲，电动机正转；当“反转”（Negative）键按下时，单片机的P1.3到P1.0口按反向励磁顺序A→DA→D→CD→C→BC→B→AB→A输出电脉冲，电动机反转。

3 系统程序设计

系统程序设计为C语言，主要包括脉冲信号发生、键盘的识别处理等。主程序流程图如图4所示。

3 系统仿真

使用Proteus的波形分析功能，可以分析按下一个键以后单片机的驱动信号输出，这里仿真按下正转按钮的波形，分析如图5所示。从波形可以看出，步进电动机的驱动序列为：0010、0110、1100、1000、1001、0001、0011、0010…与设计思想吻合。

4 结束语

基于AT89S52单片机的步进电动机控制模块具有电路简单可靠、控制方便、成本低等有点。实现了可程序设定步进方向、步进角，该设计灵活度高、有较强的编程性。

参考文献

[1]周润景.徐宏伟.丁莉.单片机电路设计、分析与制作[M].北京：机械工业出版社，2010.

[2]胡启明.葛祥磊.Proteus从入门到精通100例[M].北京：电子工业出版社，2012.

[3]陈桂顺.包晔峰.单明东.蒋永锋.基于PIC单片机的步进电机运动控制器[J].电焊机，2011，41（4）53-56.

[4]赵晓光.李建初.基于AT89C52单片机的步进电机控制系统研究[J].高科技产品研发，2013，（3）：80-81.

单片机最小系统篇7

关键词： STC89C52单片机 LED 键盘

LED彩灯与传统的LED相比，色彩更丰富，能够传达出更多的信息。国内的一些城市采用传统的单一循环式的彩灯控制器，但因为其功能单一，浪费高，又不方便实用而渐趋淘汰，取而代之的是新一代的单片机功能实现的控制器，它更适合于在中小城市普遍推广使用。

单片机，即将计算机的CPU，RAM，ROM，定时/计数器和多种输入输出接口集成在一块芯片上，形成了芯片级的计算机。它拥有优异的性价比、集成度高、体积小、可靠性高、控制功能强、低电压、低功耗的显著优点。主要应用于智能仪器仪表、工业检测控制、机电一体化和消费电子类产品等方面，并且取得了显著的成果。本设计将使用单片机对LED控制实例化，设计一个32颗LED组成心行形状，核心控制器给出相应的控制数据对32只高亮LED进行控制。颜色显示采用的是内嵌三种颜色的LED进行不同的组合得到不同的颜色，如绿色和红色组合可以得到蓝色等。

1.系统总体设计

本设计是基于STC89C52单片机的LED彩灯控制设计。硬件电路设计包括基于STC89C52单片机的最小核心控制系统电路、LED彩灯模块、键盘电路和电源电路。软件设计主要包括LED彩灯的控制、键盘对LED颜色和频率的控制。最终将两者合并调试，完成最终的设计。系统将外接的5V直流系统供电，通过单片机软件编程对LED和键盘实施控制以完成各种色彩变化。

2.单片机最小系统

单片机能够正常工作的最基本的电路由单片机、时钟电路、复位电路等组成。复位电路：确定单片机工作的起始状态，完成单片机的启动过程。单片机系统的复位方式有上电自动复位和手动按键复位。本设计采用上电自动复位。时钟电路由一个晶振和两个小电容组成，用来产生时钟频率。STC89C52单片机芯片内部有一个反向放大器构成的振荡器，XTAL1和XTAL2分别为振荡器电路的输入端和输出端，时钟可由内部和外部生成，在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，内部振荡电路就会产生自激振荡。系统采用的定时元件为石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶振频率选择11.0592MHz，电容值取30PF，电容的大小频率起微调的作用。STC89C52单片机的最小系统如图1所示。

图1 单片机最小系统

3.电源模块电路

本次设计的系统中的电源模块使用LM7805芯片作为稳压核心，为系统提供稳定的+5V直流电源，保证系统正常顺利地运行。电源模块电路原理图如图2所示：

图2 电源模块电路原理图

4.LED显示电路

流水灯采用的是发光二极管（Light-Emitting Diode），简称LED，是一种将电能转换为光能的半导体器件，具有体积小、耗电低的优点，常被用作微型计算机与数字电路的输出装置。当LED两端加上一定的正向电压，使之流过一定的工作电流就会发光，其亮度随流过的电流的增加而增加，但电流过大LED的寿命也将缩短。普通LED正向电流一般为5～20mA。由于51的I/O是弱上拉的方式，在输出高电平时，只能输出几十微安的电流，而在输出低电平时，I/O最大可以输入几十毫安的电流。所以，通常采用灌电流的方式，即电流从电源经LED流向I/O口。为了不因流过LED的电流太大而把它烧坏，必须串上限流电阻R，当P0和P2口输出高电平（+5V）时，LED两端没有电压降，所以熄灭；当P0和P2口输出低电平（即P0/P2=0）时，LED正向导通发光。此时LED两端电压约为1.7V，则限流电阻R两端将存在3.3V（即5-1.7=3.3V）。因STC89C52单个I/O口的输入电流不能超过10mA；P0口的输入电流总和不能超过26mA；P1、P2、P3的输入电流总和不能超过15mA；所有I/O口的输入电流总和不能超过71mA。由色度学原理可知，如果将红、绿、蓝三原色按照一定比例混合，则在适当的三原色亮度比的组合下，理论上就可以获得无数种颜色，这时就可以用3种发光波长的LED通过点亮和电流控制实现色彩的调控，即调色。下表是这一电路的逻辑真值表。

B（蓝色） G（绿色） R（红色） 色 彩 显 示

1 1 1 复位 0 1 1 蓝色

1 1 0 红色 0 1 0 紫色

1 0 1 绿色 0 0 1 青色

1 0 0 黄色 0 0 0 白色

LED电路如图3所示。

图3 LED模块电路原理图

5.键盘电路

图4 键盘模块电路原理图

本设计采用四个按键控制不同的显示效果，开机后呈现不同色，按键A用于切换LED的不同颜色，按键B控制LED的频率，由稳定到100ms闪烁到500ms闪烁到1s闪烁。按键C控制不同区域的LED发光；按键D，使其LED每一秒成不同颜色切换点亮。电路如图4所示。

6.结语

本设计制作的基于51单片机控制的LED彩灯系统在多次测试修改之后，最终实现了对32只高亮LED彩灯控制的功能，并且系统功能稳定。此外设计中留有很大的扩展空间，如：控制多样化，颜色显示更丰富，LED灯亮度的调节等，推向市场后便于升级开发。因此基于51单片机控制的LED彩灯系统，具有较高的实用价值和广阔的市场前景。

参考文献：

[1]童诗白等.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2000.

[2]杨清德.康娅.LED及其工程应用[M].北京：人民邮电出版.

[3]阎石著.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，1997.

单片机最小系统篇8

【关键词】STC89C52;酒精浓度;阈值

引言

现代传感器技术日益成熟，传感器被应用的越来越多。随着科技的不断进步，传感器正处于传统型向新型传感器转型的发展阶段，新型传感器具有微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化等特点，它将不仅能帮助系统产业的改造升级，还能促进新兴工业得到迅速发展。本设计的酒精浓度检测仪属于气体传感器检测技术的应用，具有以下用途：在交通安全上，判断酒后驾车酒精浓度是否超标;在医学上，通过设定酒精阈值判断患者血液中的酒精浓度是否超出正常值。该检测仪系统具有硬件电路简单、成本低、易于实现的特点。

1.MQ-3酒精浓度传感器介绍

1.1 传感器主要特性

（1）具有信号输出指示功能;

（2）双路信号（模拟量及TTL电平）输出;

（3）TTL输出有效信号低电平（输出低电平时信号灯亮，可直接接单片机）;

（4）模拟量0～5V电压输出，输入浓度越高输出电压越高;

（5）对乙醇蒸汽具有较好的选择性及很高的灵敏度;

（6）可靠的稳定性、使用寿命长;

（7）响应恢复快速。

1.2 MQ-3传感器实物及灵敏度特性

MQ-3乙醇气体传感器实物及灵敏度曲线如图1-1和1-2所示，其传感原理为气敏电阻的输出阻值随乙醇气体等浓度变化而变化。

图1-1 MQ-3酒精浓度传感器

图1-2 乙醇气体传感器灵敏度曲线

2.系统总体设计框图

该酒精浓度测试仪总体设计框图如图3所示。MQ-3乙醇气体传感器输出信号经信号调理电路处理，输出随乙醇浓度变化的电压信号，该电压信号经过ADC0832模数转换后，将数字量送入STC89C52单片机处理，同时该系统具有醉酒阈值设定功能，将设定好的酒精阈值存储在AT24C02中，通过单片机编程来将驾驶员的酒精浓度值与设定的阈值进行比较，当超过设定的酒精阈值时蜂鸣器报警，同时利用单片机将电压转换成酒精浓度值，并实时在LCD1602上进行显示[1]。

图2 系统硬件设计框图

3.主控制器STC89C52

3.1 概述

STC89C52单片机内部集成8位CPU、8K字节ROM、128字节RAM、4个8位并行I/O口、1个全双工串行口、2个16位定时器/计数器、5个中断源。STC89C52单片机如图3所示。

图3 STC89C52

3.2 芯片功能

利用单片机进行控制，主要是对单片机内部I/O口的控制，同时对内部自带的定时/计数器进行操作，中断资源也是单片机内部非常宝贵的资源，STC89C52单片机内部有5个中断源，2级中断优先级[2]。本设计中采用单片机的定时器0中断，设定ADC0832的模数转换时间，每隔1秒钟进行一次模数转换。酒精阈值设定部分采用IIC协议对AT24C02进行操作，在指定的地址处存入酒精阈值，然后与测得的酒精浓度比对。LCD1602显示部分通过LCD1602液晶芯片手册，对其进行驱动。

3.3 单片机最小系统介绍

单片机最小系统由时钟电路、复位电路、电源构成，这是单片机能够进行工作必须具备的条件。在此基础上，进行IO口的扩展，同时利用单片机P3口的第二功能，使得单片机具有了一台微型计算机的特点，从而可以利用单片机进行外部控制[3]。在工业、汽车电子、航空航天等方面都有广泛的应用。单片机最小系统如图4所示。

图4 单片机最小系统

4.系统软件设计流程

该系统的软件设计流程如图5所示，软件设计中采用单片机模块化编程的思想，在主程序中对LCD1602显示子程序、AT24C02酒精阈值设定子程序、A/D转换子程序进行调用。程序开始先进行初始化，然后进行LCD1602显示，A/D转换等子程序，最终完成了酒精浓度测试仪软件部分的设计。

图5 系统软件设计流程图

5.结束语

本文主要是传感器技术应用，利用MQ-3气体传感器对酒精浓度进行采集，将采集到的模拟信号通过ADC0832进行模数转换，并利用AT24C02芯片进行酒精阈值的设定[4]。然后通过STC89C52单片机进行编程将数据进行处理并判断驾驶员是否酒驾。该设计完成了预期的目的，能够准确的判断驾驶员是否酒后驾车，同时也能够测定特定环境下的酒精含量是否超标，还可以对酒精阈值进行更改，是一款新型的便携式的产品，具有广阔的发展前景。

参考文献

[1]何利民.单片机高级教程应用与设计[M].北京：北京航空航天大学出版.

[2]郑学坚.微型计算机原理与应用[M].2006.

[3]王幸之.AT89系列单片机原理与接口技术[M].北京：高等教育出版社，2009，9.

单片机最小系统篇9

关键词：ATmega16；无线模块；RF2401；智能小车

中图分类号：TP242.6 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2013）04-0073-03

0 引 言

当前的电动小车基本上采取的是基于纯硬件电路的一种开环控制方法，这种电动小车虽然也具有直线行驶、前进、后退、转弯、停车等基本功能，但在某些特殊场合，电动小车却无法采集到自动化控制领域的有用信息。在这种情况下，就需要开发用于自动化控制领域的智能小车。为此，本文以ATmega16单片机为控制核心，用RF2401无线收发模块进行遥控通信，同时用DS18B20进行温度检测，并采用超声波等传感器材来检测信号和障碍物，最后利用单片机的串口资源和运算、处理能力，开发设计了一种智能控制系统，从而实现了小车的测温、躲避障碍物等功能。

1 总体方案及器件的选取

1.1 总体方案

本系统以单片机为核心，增添其他设备，如双电源模块、超声波探测器、显示模块、无线收发模块等，以两个直流电机经过减速箱作为驱动，通过主控单元来处理传感器上信号，处理数据后完成相应的操作，以实现相应的功能。小车总体设计方案。

1.2 器件的选取

本设计的车体设计由笔者制作。主控芯片采用Atmel公司推出的高性能、高速度、低功耗的ATmega16 AVR单片机作为电动车的主控制芯片；电机选择使用控制方法较为简单的直流减速电机作为电动车的驱动电机；电机驱动选择可直接对电机进行控制，而无须隔离电路的L298N作为电机驱动芯片。

系统无线收发模块采用Nordic公司能满足较大传输速率无线通信需求的NRF24L01芯片；对于电源的处理，本设计采用2节锂电池12 V来驱动电机芯片，然后用7805稳压管来形成5 V电压给单片机供电，无线传感器NRF24L01的电源用3.3 V电压提供。

2 硬件实现

2.1 ATmega16单片机

AVR单片机是Atmel公司推出的较为新颖的单片机，其显著的特点为高性能、高速度、低功耗。而ATmega系列是AVR单片机中的高端产品。单周期可执行本指令功能，同时完成下一条指令的读取。通常时钟频率用6～16 MHz，故最短指令执行时间为250～125 ns。还有I/O第二功能，内部有时钟电路、10 Bit AD功能，片内资源很丰富。

2.2 ATmega16最小系统图

ATmega16单片机的最小系统如图2所示。最小系统主要包括晶振电路、电源电路、复位电路等。

2.3 电机驱动部分

该模块主要由L298芯片来控制两个电机的正反转，以及改变电机的转速。L298 芯片是一种高压、大电流双全桥式驱动器。其中，SENSEA、SENSEB分别为两个H桥的电流反馈脚，不用时可以直接接地。VCC、VS接电源引脚，电压范围分别是4.5～7 V、2.5～46 V，设计中VCC端与单片机电源端共用5 V工作电源，VS端独立地接9 V电源。ENA、ENB为使能端，低电平禁止输出。IN1、IN2、IN3、IN4为数据输入引脚，OUT1、OUT2、OUT3、OUT4为数据输出引脚。根据L298N的引脚和输出引脚的逻辑关系，将IN1、IN2经过非门连接，IN3、IN4经过非门连接，即IN1和IN2永远是相反的，一高一低，IN3、IN4也一样，通过改变ENA、ENB就能分别改变左右轮的速度。

在SENSEA、SENSEB端输出采集电压信号，再经过LM358运放放大，送给ADC处理，即可得到电机的工作电流，具有过流保护功能。图3所示为系统电机驱动电路和电流检测电路。

2.4 稳压电源部分和外接传感器部分

设计时，可采用7805稳压芯片为电路提供稳定的5 V电压，1117芯片为电路提供3.3 V电压。由于本系统的电源电路比较简单，而且应用也比较广泛，所以本文就不详细介绍了。

系统中的传感器包括温度传感器DS18B20、霍尔元件速度传感器等，其电路都比较简单。因此，只需在电路板上预留3线接口，即电源、接地、数据。

2.5 显示部分

本系统使用LCD12864作为电路显示元件，LCD12864有20个引脚，图4所示是LCD12864的驱动电路图。

本设计采用8位数据线并行口方式驱动，三根控制线为RS（命令/数据选择）、R/W（读/写控制）、EN（使能端），背光通过三极管驱动，采用PWM来控制背光亮度。

3 小车程序设计

小车程序设计时，首先进行端口初始化，然后进行PWM初始化，再NRF24L01初始化，将NRF24L01设为接收状态。收到命令，则执行小车的相应函数，否则，采集传感器数据。然后设置NRF24L01为发射状态，以发送数据。发送完毕，再将NRF24L01设置为接收状态。图5所示是其系统主程序流程图。

4 结 语

目前，市面上寻迹的、避障的，多传感器数据融合等基于单片机编程的智能小车已经发展开了，用于玩具、大学生实践比赛、工业数据检测，以及用于生活的智能电动小汽车也已有了一定发展，在充满环保、节能、科技的未来社会，智能小车的应用将无处不在。

本课题主要研究了多功能智能小车的技术，多功能智能小车的研制课题涉及到机械电子、传感器技术、驱动控制技术、人工智能等多个领域的研究及技术融合。本课题研制的演示系统高度的智能化、人性化，并且具备良好的安全性和环保性。

参 考 文 献

[1] 黄智伟.全国大学生电子设计竞赛系统设计[M].北京：北京航天航空大学出社，2006.

[2] 周立功.深入浅出ARM7-LPC213X/214X[M].北京：北京航天航空大学出版社，2005.

[3] 吴震洲，梁俊.单片机实现智能小汽车的速度和方向控制[J].实验室科学，2004（2）：111-113.

[4] 陈懂.智能小车运动控制系统的研究与实现[D].南京：东南大学，2005.

[5] 缪晓中.一种基于lnte18253与L298N的电机PWM调速方法[J].国外电子元器件，2005（12）：26-28.

单片机最小系统篇10

【关键词】单片机，计时，记分

本系采用单片机控制；具有比赛节数设置和24秒进攻倒计时功能；计时结束声光报警；比赛队名显示；掉电保护功能。

一、系统的总体方案设计

本系统的电路设计方框图如图1所示，它由五个部分组成：①控制部分采用单片机STC89C52；②显示采用高亮数码管和LED屏；③通过控制面板按键或手机、PC机设置队名和修改比分；④利用WIFI通信模块实现无线控制；⑤通过电铃和数字闪烁实现声光报警。

二、部分硬件电路设计

本设计的硬件电路由单片机最小系统、数码管显示电路、报警电路和参数设置、wifi通信模块等部分组成。

1.单片机的最小系统

单片机最小系统主要由电源、复位、振荡电路以及扩展部分等部分组成。

2.计时和计分显示电路

采用LED制作数码管，由七段组成，每段LED用8个发光二极管构成，每个笔画由独立的三极管开关电路控制，三极管的控制端连接到74hc245，通过245的片选控制实现数码管的位选控制。如图2所示。

3.电铃报警电路：

该系统采用单片机输出实时信号控制继电器电路，实现铃声报警，如图3所示。

4.wifi通信模块

采用低成本嵌入式UART-ETH-WiFi模块，基于通用串行口进行连接，利用TCP/IP协议进行通信，实现用户串口、以太网、无线网（WiFi）3个接口之间的转换。

三、软件设计

系统程序主要包括时间显示和计分显示两大部分，设计方案如图4所示。

四、结论

该计分计时系统根据篮球类比赛的特点进行了精心设计，采用单片机控制，选用高亮度LED制作大尺寸数码管，准确度高，亮度好，使用寿命长，采用无线或有线操控，具有操作简单，符合人体操作习惯，性能稳定，尺寸适中，使用灵活，物美价廉等特点，特别适用于小型体育场馆和训练馆。

参考文献：

[1]《单片机应用技术及项目化训练》 李庭贵主编 西南交通大学出版社 2009.1

[2]《基于单片机的篮球计时计分器的设计》 鹿玉红等 电脑知识与技术 2010.2

[3]《多功能篮球比赛计时/计分系统设计》 蔡翰志 自动化应用 2011.06