单片机设计十篇

单片机设计篇1

经过几十年的发展，现在的单片机技术已经非常的成熟，相关的系统设计软件也有很多，目前在进行单片机系统设计时，通常采用C语言进行程序的编写，为了满足不同工业生产的需要，单片机中的功能模块会有一些差别，目前市场上使用最多的单片机就是Atmel公司生产的AT89SC51和AT89SC52，根据单片机型号的不同，相应引脚的功能也会有所变化，而在系统的设计时，首先要明确的就是单片机各个引脚对应的功能。虽然单片机型号的不同，相应程序编写时引脚的代码会有所变化，但是在所有单片机系统设计中，最小系统的设计与调试都是非常重要的，单片机的最小系统是调试程序和单片机工作的基础，通常情况下，一个最小系统包括了单片机芯片、电源模块、时钟模块、复位模块几个部分，在进行单片机系统的设计时，由于单片机自身没有人机交互模块，因此必须借助一些辅助设备才能完成，通常情况下都是从硬件和软件两个方面来考虑辅助设备，硬件方面需要计算机、数据线和万用表等必要的辅助工具，软件方面就需要Keil等程序编写软件和必要的下载软件，随着单片机自身的不断进步，现在已经出现了ISP在线编程功能，传统的单片机系统设计中，要想向单片机中写入程序，必须将单片机从系统中拿下，放到指定的系统中，然后与计算机进行连接，通过下载程序进行写入，而现在的工业生产开始向多样化发展，甚至在一些工业生产中，需要不断的对程序进行修改，如果每次修改都需要对单片机进行拆卸和安装，不但会影响生产的效率，单片机的接口也会受到一定的损坏，而ISP在线编程就不需要以上的步骤，单片机在电路板上时，依然可以对程序进行修改和重新下载等操作。

二、单片机系统设计的方法和步骤

随着单片机应用的范围越来越广，相应的系统设计也越来越多样化，因此在进行单片机系统开始时，第一个要明确的就是设计的目的和可行性分析，首先应该了解单片机要控制的对象，对控制系统的要求进行深入的分析，对系统的整体有一个充分的了解，只有在明确了以上的信息后，才能进行总体方案的设计，在总体方案的设计中，应该根据分析的结果，对单片机系统的构成方式进行确定，进而确定系统的信号检测方式等，以上两个步骤属于理论上的设计，在理论设计完成后，就要从硬件和软件两个方面来进行实际的设计，一般情况下，都是按照先硬件后软件的顺序进行，在硬件设计中，首先要做的就是原理图的设计，目前市场上有很多原理图设计的软件，例如英国Labcenterelectronics公司研发的Proteus等，然后在原理图的基础上进行元件的选择，这些都可以在Proteus软件内完成，用元件连接出一个原理图之后，可以选择直接制作电路板，然后再进行软件的设计，但是在实际的生产过程中，这样的过程经常会发现印制出的电路板存在问题，软件的设计无法正常进行，从而需要重新制作电路板，针对这种情况，Proteus等软件都集成了仿真的功能，因此可以在连接完原理图之后，就进行软件的编写，如果采用51系列单片机，程序的编写可以采用美国KeilSoftware公司开发的Keil系列软件，软件调试成功后，就可以利用软件的仿真功能，对设计的单片机系统进行功能的调试，如果没有发现任何问题，再进行电路板的印制，那么将会极大的减少错误的出现率。

三、单片机系统设计的误区及对策

在单片机系统的设计中，CPU死机是一个重要的问题，在出现了死机的情况后，系统整体后无法响应，严重时甚至会烧毁一些元器件，只有通过复位按键后，才能使系统恢复正常，针对这种情况，很多单片机系统设计时，都会添加一个定时器DogTimer，也就是人们俗称的看门狗，这个DogTimer定时器是按照一定的速率来计时的，当时间达到计时器设定的标准后，就会执行复位的命令，单片机系统在实际的工作过程中，CPU会定时的向这个定时器发出清零的命令，使DogTimer定时器不能满足复位的要求，而造成CPU死机的主要原因就是执行命令的过程中，CPU进入了一个死循环，从而不能正常的执行程序，如果添加了这个DogTimer定时器，CPU在进入到死循环后，就不会对定时器发出清零的命令，那么定时器就会达到设定的标准，然后自动的执行复位的命令，以这样的方式来解决死机的问题，由于这种方式非常简单，很多单片机自身就集成了这个功能，最大程度的降低CPU死机的次数，很多单片机系统设计人员也认为，有了这个定时器后，CPU就不会出现死机的问题，通过实际的调查发现，即使有了这个定时器的存在，也会因为很多原因导致CPU死机，因此可以说这是单片机系统设计的一个误区，例如当CPU进入一个死循环之后，会不断的执行死循环中的命令，如果这个死循环的命令刚好和定时器清零的命令一样，那么导致的现象就是CPU不断的向定时器发出清零的命令，这是CPU虽然已经处于死机的状态，但是定时器却已经失效了。

针对这种现象，可以对定时器进行必要的完善，例如可以做双保险，即设计两个定时器，一个定时器和传统的定时器一样，执行对CPU看护的功能，而第二个定时器就是防止前面所说定时器失效问题，第二个定时器可以设置为执行一个主循环清零一次，对于清零的命令两个定时器是独立的，这样即使CPU进入到了一个死循环，死循环中又包涵了一个定时器的清零命令，那么另一个计时器也会检测出来，从而对CPU执行复位，这种双保险的设计就有效的解决了定时器失效的问题，使单片机系统设计中CPU死机的几率将到最低，通过实际的调查发现，目前很多设计人员在进行系统设计时，考虑到单片机已经集成了一个防止死机的定时器，在设计中就不再进行防死机定时器的设计，这样完全依赖CPU集成定时器的做法，是不科学的，从实际应用的效果来看，CPU集成的定时器对防止死机能起到一定的效果，但是这种效果没有最大化，随着工业生产水平的提高，很多生产线对单片机系统的要求是百分之百不死机，这样仅仅依靠单片机集成的定时器显然无法完成，因此在进行单片机系统设计时，无论有没有集成的防死机定时器，都应该针对性的设计一个科学合理的定时器，最大程度的保证CPU不会出现死机的现象。

在单片机系统设计中，还有一个很大的误区就是PCB布线中，由于单片机系统设计已经存在了几十年，经过多年的积累，有很多宝贵的经验值得我们借鉴，但是由于电子行业的特殊性，摩尔定律揭示了每个十八个月，电子行业的技术就会翻倍，正是这种更新的频繁化，导致了一些过实的经验还被人们使用，例如在PCB布线中，设计人员根据以往的经验，都喜欢横平竖直的去布线，而且认为粗线比细线好，在传统的单片机系统中，这样的布线的确能够带来很多方便，但是随着PCB电路板的进步，层数越来越多，线路之间的电磁干扰已经成为了一个严重的问题，在这种背景下，传统的PCB布线方式无疑就是错误的，是目前单片机系统设计中存在的一个误区，为了使电路具有良好的抗电磁干扰能力，在PCB布线时首先应该做好地线层，在布线的过程中尽量保持线路之间的距离，现在看来这样的布线方式才科学、合理。

四、总结

单片机设计篇2

为了使得家庭安防系统能够远程监听室内安全状况，本系统在室内安置一个麦克风并采用手机来监听麦克风位置的动静，也就是起到监听的效果，本设计利用SIM900A的GPRS模块进行短信的收发或接听电话，SIM900A模块是一款支持中文短信息的工业级的新版GSM模块,工作在EGSM900和GSM1800双频段,电源范围为直流3.3～4.8V,休眠状态电流消耗为3.5mA，空闲状态为25mA，发射状态为300mA(平均)，峰值为2.5A；可传输语音和数据信号,功耗在EGSM900(4类)和GSM1800(1类)分别为2W和1W,通过接口连接器和天线连接器分别连接SIM卡读卡器和天线。SIM电压为3V/1.8V，TC35i通过AT命令可双向传输指令和数据,可选波特率为300b/s～115kb/s,自动波特率为1.2kb/s～115kb/s。它支持Text和PDU格式的SMS(ShortMessageService,短消息),可通过AT命令或关断信号实现重启和故障恢复，本设计只用到了SIM900A其中5个引脚，分别是VCC、GND、TXD、RXD、MIC。

2人员闯入室内检测模块设计

为了能准确的检测到人体入侵，本设计采用了主动式红外检测方式，主动式红外需要一个红外发射管以及一个红外接受管，正常情况下，两个管子之间由红外线连通，但是当有人入侵时，红外线被阻隔。红外对管跟单片机相连的电路图如图2所示图中红外接受管串联了一个1K的电阻，而红外发射管串联了一个500R的电阻。同时在红外接收管的正极端接到了单片机P32口，当接受管能正常接收到红外光时，P32为低电平，相反，当接收不到红外光时，P32为高电平。

3人员闯入报警设计

当有人入侵的时候，除了做到远程短信报警，也需要有本地报警，起到震慑罪犯的作用，本设计中本地报警就采用了蜂鸣器。蜂鸣器的驱动采用单片机的P2.4口，由于蜂鸣器需要较大的电流来工作，单片机纯IO口无法达到那么大的电流，因此需要外接三极管来放大电流。三极管采用的是PNP型三极管，当P2.4为低电平时，三极管导通，蜂鸣器的正极为高电平，就会响起来。图3是其连线图。

4按键电路

本设计除了主动检测人体入侵和自动报警外，还需要对各种参数进行设置，比如要设置主人电话号码，设置当前时间，查询报警记录等等，这就需要用到人机交互功能，这里采用了四个按键作为人机交互设备，此按键属于微动开关，每个按键上都用了10K的上拉电阻，当按键没有被按下时，按键所对应的IO口固定为高电平，当按键被按下时，IO口直接跟地短路了，所以IO口为低电平，单片机就是读取IO口的高低电平来判断是否有按键被按下。

5时钟电路

单片机设计篇3

Abstract： Against the problems in the traditional SCM teaching， this paper discusses the SCM teaching reform mode based on subject design as a unit from teaching content，teaching tools and methods， teaching equipment， teaching environment and conditions， teaching assessment. Specifically unit clearance assessment and subject design respondent assessment form in teaching assessment，gives full play the main role of student learning under the guidance of teacher. This teaching mode is to stimulate the students' interest in learning and cultivate the students' actual ability and the spirit of teamwork， which reached good teaching is effects.

关键词： 单片机；课题设计；单元过关；教学改革

Key words： single chip microcomputer（SCM）；course design；unit clearance；teaching reform

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）29-0232-02

0 引言

单片机课程是高校工科专业的一门重要专业必修基础课，单片机的应用性很强，所以在课程设计中，单片机的实验教学成为整个课程的重要组成部分。传统的教学模式不注重学生实际应用能力的培养，已经不能适应当前单片机应用产业的快速发展，单片机教学改革势在必行。

本项目将单片机传统的教学模式改为以课题设计为单元的教学模式，理论与实践相结合，重点培养学生的实际动手能力和工程开发的创新能力，达到了很好的教学效果。

1 传统教学课程设计中存在的问题

1.1 教学手段和设备落后 由于实验教学的教学经费有限，设备条件不足，不能保证学生良好的实验环境。在实验教学中，往往是教师讲授完所有操作后，让学生再做一遍，这时学生记不住操作步骤，往往感觉无从下手；或者教师讲一步，让学生操作一步，没有让学生真正思考为什么这么做，而是盲目的跟着操作，只是对理论和实例的验证，影响了学生独立思考能力和创新思维的培养。

1.2 实验考核选题不当 通过调查，许多高校单片机实验课的题目多年来一成不变，一部分学生从高年级直接获得程序源代码和实验报告；还有一种情况是实验设计题目由学生自己选择，很多学生为了应付实验课，把题目选择的过于简单，甚至是书上的一个实例。这样就失去了单片机实验课的教学意义。

1.3 重理论，轻实践 国内的教育制度虽然进行了几次改革，但给学生留下的传统思维中还存在理论重于实践的观念。学生重视理论课的知识学习，对于实验课，只要模仿教科书的实例，写好实验报告就可以拿到实验课的成绩，学生的动手能力并没有得到真正的锻炼。

1.4 没有真正培养学生的团队协作精神 传统的课程设计一人一组，学生个体意识强烈，或者几个学生一组，由于学生个体差异较大，往往每组真正动手做实验的学生只有2-3个，助长了其他学生的惰性，没有达到预期的教学效果，没有培养学生的团队协作精神。

2 课题设计为单元教学的改革方法和途径

2.1 教学内容的改革

传统教学一般是学习完全部指令后，学习应用部分，然后进行实验操作。这个过程随着理论难度的增加，学生的学习兴趣下降，而且对指令记忆不深刻，真正实验应用时容易混淆，教学效果不理想。

为提高学生的动手能力和学习兴趣，将传统的教学内容改为以课题设计为单元的教学内容。从上百个日常生活中的应用实例筛选出经典的实例，组合成七个单元，每个单元由若干相似的实例课题组成。七个单元的内容分别是数码管原理及应用、A/D和D/A工作原理、液晶显示屏原理、时钟芯片、温度传感器、定时器/计数器、串行口应用。每个单元通过实例讲解基本指令，硬件线路，程序设计等内容，这就需要教师将每个实例都验证准确，将实例课题由易到难、科学合理的安排讲解顺序。改革结果将单片机知识点分散到各个单元，使学生在学习实例课题的过程中，学习相关知识，完成课题要求，消除枯燥的理论讲解，调动了学生学习的积极性。

单片机设计篇4

关键词：单片机 控制电路 步进电机 驱动模块

中图分类号：TP23 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）10-0019-02

1 前言

近年来，步进电机在多个领域得到了开发和应用，并取得了良好的使用效果。步进电机是一种常见的执行元件无论是结构还是操作方法，都比较简单，其性能也与工业生产控制要求相适应，在工业技术中对其进行应用，已是一种既定的趋势。步进电动机以其显著的特点，在数字化制造时挥着重大的用途。与此同时步进电机调控也发生了相应的升级和转变，本文对单片机和步进电机进行同步应用，以控制软、硬件，不断提高步进电机工作效率。

2 单片机的应用意义及原则

2.1 单片机的应用意义

单片机与步进电机进行同步应用，既能够满足工业生产要求，又是步进电机电路设计过程中的基本诉求。单片机的性质是集成电路芯片，以具体技术为依托，对中央处理器、随机存储器、只读存储器、中断系统和定时器等子系统功能进行实现。它能够对数据信息进行收集、分析和处理，在步进电机控制系统中极具应用优势，达到良好的应用效果。

首先，提高步进电机性能。依据实际情况，对反应式、永磁式和混合式等步进电机类型进行合理选择，充分发挥它的设计功能，适应社会需要。如果对该三种反应原理进行单一应用，步进机将丧失其整体性能，也会对步进电机的工作质量产生不同程度的影响，使它的应用效果大打折扣。单片机能够依据步进电机的工作环境、运动特性、控制性能和实际功用等，对它进行局部性的优化和升级，以补强步进电机控制系统整体，实现步进电机结构层面上的一体化，充分发挥它的使用性能，为工业生产提供物质及技术支持。

其次，降低步进电机维护及保养成本，节省资金。步进电机的材质一般比较昂贵。接收电信号脉冲之后，长期工作周期背景下，运动轨迹会发生明显变动。对步进电机的使用效果和结构产生直接性影响，产生裂纹或在记录过程中出现失误，使步进电机维护更加困难。在实际应用中需要在特定周期内，对步进电机进行维护和保养，确保其具备良好的应用效果及安全性。单片机能够从结构和功能上对步进电机进行协调，使电机不再受局部区域干扰，避免出现运动差错，对步进电机的维护和保养成本进行有效控制，实现资源节约。

2.2 单片机在步进电机电路中的实用性原则

设计单片机步进电机控制系统的时候，需要考虑资金要素，要依实际情况，对设计成本进行有效控制，减少不必要的资金浪费，使单片机在步进电机电路中得到充分应用。

3 步进电机概述

3.1 步进电机发展

步进电机别名阶跃电动机或脉冲电动机，它能够对脉冲信号进行转换，使其成为角位移或直线位移电机，也使它的分析过程更加便利。该种步进电机发展较早，无论是位移量与脉冲数，还是位移速度与脉冲频率都呈现正相关。

步进电机的最初研发时间是上世纪二十年代，距今已有很长年限。上世纪五十年代，人们开始在步进电机上对晶体管技术进行应用，实现了对步进电机的数字化控制，使其控制过程更加快捷便利。此后，研究人员再次对步进电机性能进行升级和改善，使其具备分解性、响应性、精度性和可依赖性等多方面优势。加之，微电子技术和计算机技术的发展，自动化控制系统中开始对步进电机进行频繁应用，使其逐渐成为机电一体化中的重要执行元素。步进电机的优势非常明显，它既能够提升工作效率，实现自动化，也能够使位置控制更加快捷、准确，不断提高生产效率，实现经济效益最大化[1]。

步进电机广泛应用在生产实践的各个领域。它最大的应用是在数控机床的制造中，因为步进电机不需要A/D转换，能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移，所以被认为是理想的数控机床的执行元件。早期的步进电机输出转矩比较小，无法满足需要，在使用中和液压扭矩放大器一同组成液压脉冲马达。随着步进电动机技术的发展，步进电动机已经能够单独在系统上进行使用，成为了不可替代的执行元件。比如步进电动机用作数控铣床进给伺服机构的驱动电动机，在这个应用中，步进电动机可以同时完成两个工作，其一是传递转矩，其二是传递信息。步进电机也可以作为数控蜗杆砂轮磨边机同步系统的驱动电动机。除了在数控机床上的应用，步进电机也可以并用在其他的机械上，比如作为自动送料机中的马达，作为通用的软盘驱动器的马达，也可以应用在打印机和绘图仪中等等。

3.2 步进电机的工作原理

定子和转子是步进电机的主要元件。正常工作状态下，如果有电流经过，定子绕组会产生一个矢量磁场，继而对转子产生带动，使其在具体作用下旋转，转子和定子的磁极磁场方向会发生偏差，形成相应的角度。步进电机主要对通过定子绕组的电流进行支配，实现转子旋转角度控制。一旦输入脉冲信号，转子即发生偏转，即步距角。完成脉冲信号给出规律设定之后，电流的通过将会更具规律性，而转子也会有规律的进行持续转动，对电机进行带动，使步进电机实现工作。如图1所示，步进电机结构。

传统电动机的转动具有持续性特征，控制难度相对较大。当前的步进电动的驱动方式是数字信号，能够依据实际情况，对它的定位和运转等使用状态进行有效调节。我们对输入脉冲的电机绕组通电顺序、频率和数量等进行合理调整，对步进电机接受脉冲信号而旋转指定的角度进行科学合理的指挥，使其满足最初诉求。如今，步进电机的正常运行得益于脉冲信号。如果没有输入脉冲信号，步进电机将处于定位状态。单片机能够对步进电机这一特性进行有效控制。对单片机和步进电机进行同步应用，有助于提高其生产效率。传统电动机的主要功用是能量转换，而步进电机则作为电路控制元件存在，极具精确性，对人们日常生产和生活具有正向性影响。

4 基于单片机控制步进电机电路的设计

步进电机可以以硬件系统实现控制。但是，基于市场因素考虑，硬件系统不具备经济性，而它的各项功能也不具备适用性。一旦发生设计变更，则需要对硬件电路进行整体性修改，加大了工作负担，很难实现便利性。单片机具备可直接编程优势，能够对运算功能进行有效执行，在具体应用过程中，可对步进电机进行适应性控制，对具体的转向、步数和速度等进行合理调节。借助软件的更改，能够满足不同设计诉求。设计人员对显示电路和键盘电路进行有效结合，能够进行人机交换，最大程度降低外部干扰，使其更加可靠、高效。

4.1 系统硬件设计

4.1.1 单片机最小系统

电路设计中离不开单片机最小系统设计，它是步进电机电路的起始部分。主要功能是生成步进电机转动需要的脉冲，并对其加以控制。我们可以借助单片机的软件编程功能，对步进电机所需要的信号进行输出，使单片机输出脉冲数与步进电机旋转角度呈现正相关，单片机输出脉冲频率与步进电机转动速度也呈现正相关。同时，单片机也能够对电流值进行有效处理，并借助数码管明确显示电机的转速和方向。

单片机的主要模块有复位电路和晶体振荡电路。如图2所示，单片机最小系统线路图。

P0口主要对数码管显示情况进行控制，使其显示结果更加明确，且极具准确度；P1口着重控制步进电机中单片机的编程，使芯片处于良好的读写状态；P2口作为数码管位选，对公共端工作进行有效控制。同时，它也能够对扫描电路键盘工作情况进行合理控制。P3口着力于模数转化成芯片的工作控制[2]。

4.1.2 数码管显示电路

数码管显示模块的主要显示内容有步进电机选择速度、旋转方向、步进电机电流通过情况。该设计中，借助数码管对设计进行显示，直接点亮数码管，实现位选部分，对单片机控制端的地输出电压问题进行有效控制。因而，需要将辅助三极管添加到位选和单片机控制端。

4.1.3 串口通信模块

串口通信模块的应用原理是对计算机和单片机进行连接，实现二者之间的信息交互和流通。它的应用原理是借助计算机对程序进行编程，然后对程序进行复制，在单片机芯片中对其进行应用。

4.1.4 电机驱动模块

步进电机的信号功率比较小，很难对电机进行驱动，使其运行。因此要添加电机驱动模块，使步进电机信功率不断放大。集成的驱动芯片价格比较低，控制难度相对较小，可以将其作为核心元件应用到电机驱动电路设计中。

如图3所示，该电机驱动电路中，电机驱动核心由驱动芯片L298和其周围的电路组成，L298N的管脚IN1，IN2，IN3，IN4和ENA，ENB与单片机的I/O端口P1口的六个管脚依次连接相连，接收脉冲信号。L298N的OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之间可分别接电动机的一相。其中IN1，IN2，IN3，IN4管脚接输入控制电平，控制电机的正反转。ENA，ENB控制使能端，控制电机的停转。而控制步进电机的运行速度只要控制系统发出时钟脉冲的频率或换相的周期，即在升速过程中，使脉冲的输出频率逐渐增加；在减速过程中，使脉冲的输出频率逐渐减少。该种连接模式和驱动芯片与单片机和步进电机之间的串联模式相符合，使电路控制和操作更加简单和便利。

4.1.5 独立按键电路

内部电路中的按键是独立的，在单片机端口上对其进行连接。将其作为外部性按键，使内部各项模块具有较好的中断功能，以对步进电机旋转方向进行科学合理的选择，并对它的速度进行科学调控，使其电流呈现良好的现实状态，对步进电机进行合理控制。它属于步进电机电路设计中的辅装置，具有不可或缺的重要作用。

4.2 系统软件设计

软件系统主要为硬件系统电路设计提供依托和支持。依据单片机本身的性质和特点，对系统软件进行合理编程和读写，以充分体现出设计功能，并对其进行合理更改，实现电路控制。系统软件设计与硬件系统电路设计具有紧密相关性。软、硬件中的任一设计模块都直接关乎最终设计效果和步进电机电路的整体运行状态。因而，需对系统软件设计进行合理把控，以提升其整体性能。

4.2.1 红外线编码

遥控器编码形式是32位二进制码组，前16位是用户识别码，能够对不同的电器设备进行有效区分，避免不同机种遥控编码相互干扰。该芯片用户识别码固定高8位地址和低8位地址分别为OBFH和40H，后16位则是8位操作码和它的反码。单片机接收红外线之后，可按以下方式开展解码工作：中断信号产生-EA清零-延时短-等待高电平-延时不足4.5ms-再次等待高电平-延时0.84ms-P3.2脚电平值读取，对32位代码进行依次读取，前16位是识别码，后18位中，数据码和数据反码均为8位[3]。

4.2.2 步进电机程序

步进电机程序设计的基本诉求是对旋转方向进行判断，再依据正确的顺序，将其传送给控制脉冲，继而对所需控制步数进行判定，观察其具体传动情况，直至将要求控制步数传送完毕。分别将步进电机和单片机作为具体执行元件和控制器，并将检测元件定义为光敏电阻传感元件背景下的传感器。而手动输入信号则是手动按钮，以红外遥控装置开展遥控操作，对时钟控制和状态显示的步进电机控制系统进行综合限定辅助，使步进电机的手动、自动和遥控多功能操作更加便利，保障其可靠性。

5 程序原理分析

5.1 程序设计思路

依据电路设计，单片机的输入和输出分别为P1口的前6个管脚和P1口的后2个管脚及P2口的前4个管脚。首先，主程序部分向驱动电路输出4路高电平，停转电机。继而对定时器T0的具体工作模式和允许中断位置高电平进行合理设置，将“停转”状态显示点亮，然后进行按键扫描，按下按键之后，实现程序段跳转。如果没有按下按键，即会回归到程序的初始部分。正转部分需对正转状态指示进行点亮，然后执行起始脉冲输出，继而对按键进行扫描，并对不同状态下的执行情况进行合理判断，调配到定时器T0赋初始值子程序，对累加器A中的数值进行累加。几经循环，使步进电机处于正转状态。反转部分的设计过程亦是如此。加速和减速中，对定时时间进行改变，即可实现定时器定时初始值更改。

5.2 设定定时器计数初始值

程序设计中对定时器T0的定时中断进行选用，以实现步进电机细部性时间控制。对T0的定时时间进行更改，即可改变步进电机转速。假定步进电机的步距角为7.5°，转一圈耗费的脉冲数量为48。将转速假设为N（r/min），而每一分钟脉冲数据输送数量为48N，每送一个脉冲信号需要花费的时间为s。

定时器T0的技术初值为。将步进电机最低转速假定为20r/min，最高转速为100r/min，速度级的界定为5r，共17级。

6 结语

步进电机在应用层面极具优越性，在工业设备中已经得到了广泛应用，有助于提高生产质量及效率。我们要结合具体操作背景，对单片机的优越性进行重点分析，在步进电机电路控制系统中对它进行全面应用，使步进电机工作性能得到充分提升。伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高，步进电机将会在更多的领域得到应用。

参考文献

[1]洪新华，陈建锋，等.基于单片机的步进电机控制系统的设计[J].湛江师范学院学报，2010，（06）：84-87.

[2]令朝霞.基于单片机的遥控步进电机控制的设计[J].自动化技术与应用，2012，（04）：78-80+91.

[3]刘建南.基于单片机的步进电机控制系统的设计研究[J].科技广场，2016，（03）：61-63.

单片机设计篇5

1.1LED和键盘设计

为了能够实现人与机器的对话，单片机的步进电机控制系统设计了3*4键盘以及4*8LED数码管，人们可以直接对其进行控制。该系统通电后，通过键盘输入控制步进机的运转、启动以及转动方向等，由LED管动态清晰显示步进机的转向以及转速。器件8279能够控制系统键盘的输入以及LED的输出，进而减少单片机工作的承载，8279在控制系统工作的过程中，将键盘输入的信息进行扫描，利用其抖功能，避免事故的发生。（下图为LED和键盘模块）

1.2放大和驱动设计

逻辑转换器是步进机控制过程中的脉冲分配器，其是CMOS集成电路，其输出的源电流为20毫安，能够应用于三相以及四相步进机，其工作可以选择以下6种激进方式进行控制；其中，对于三相步进电机有1、2、1-2相；对于四相步进电机有1、2、1-2相，其输入的方式有单、双时钟选择方式，其具有正向控制、方向控制、监视原点、初始化原位等功能。PMM8713器件主要由激励方式判断、控制以及时钟设置等部分组成，所有的输入端都设置有秘制的电路，进而提高抗外界干扰的能力。PMM8713输出能够接受功率驱动电路，其通过驱图1LED和键盘模块动器，输出最大的工作电流，以满足电机工作的需求。单片机通过调节相关端口的脉冲信号，控制步进机的运行状态、运转方向以及运转速度等。

2单片机的步进电机控制系统软件设计

2.1单片机程序设计

通过中断脉冲信号，计算步进电机的运转步数以及圈数，并对其进行记录；实现对步进电机运转速速的控制；采用端口的中断程序关闭其相关程序，将电机控制在停机状态；通过中断电机的开启部位，将其转换到运行状态，实现电机的运行；PMM8713的U和D端口通过输出高电平，达到控制步进电机运转方向的目的；8279将其接口与自身的8个数据连接口进行连接，当单片机运行到键盘部位时，采用相关端口中断其工作状态，进而达到控制步进机的启动、停止、速度以及方向等，并将其反馈给8279，利用LED将其显示，明确其运转的速度以及方向。

2.2PC上位机设计

设计PC上位机的主要目的就是控制步进电机，利用单片机中相关部位，实现人与机的对话，其利用单片机发出执行命令，实现对步进电机的有效控制。其中，单片机接受的执行命令会存储在相关软件中，其与储存在片内的Flash的相关地址进行比较，不冲突的信息就储存在其中，如与其中储存的信息发生冲突，就会自动中断，有效的保护电机的正常运行。同时，此软件在运行的过程中，应该对晶振中的USART模块进行设置，其相关的控制软件由VB6.0对其进行编写，采用MSComm软件实现实时通讯。

3结语

单片机设计篇6

【关键词】计价器；AT89S52

一、设计方案

（一）主控电路的设计

利用单片机丰富的 I/O端口和其本身控制的灵活性，可以实现基本的里程计价功能和价格调整、时钟显示等功能。

（二）掉电保护

DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟，它可以在很小电流的后备电源（2.5V～5.5V电源，在2.5V时耗电小于300nA）下工作，利用DS1302的RAM就可以实现掉电保护，而且可以很直观的就可以显示时间，可带来很多方便。

（三）显示设计

采用LED数码管显示。数码管具有编程简单，夜间显示效果好，而且其价格便宜。

二、各单元电路设计

（一）里程计算、计价单元的设计

里程计算是通过安装在车轮上的霍尔传感器检测到的脉冲信号，送到单片机产生中断，单片机再根据程序设定，计算出里程。

A44E 属于开关型的霍尔器件，其工作电压范围比较宽（4.5～18V），其输出的信号符合TTL电平标准，可以直接接到单片机的IO 端口上，而且其最高检测频率可达到1MHZ。

在霍尔电势发生器的两端加上电压VCC后，根据霍尔效应原理，当霍尔片处在磁场中时，霍尔传感器的输出端输出低电平。当车轮转动一圈时小磁铁提供一个磁场，则霍尔传感器输出一次低电平完成一次数据采集。我们选择了P3.3 口作为信号的输入端，内部采用外部中断0，车轮每转一圈，霍尔开关就检测并输出信号，引起单片机的中断，对脉冲计数。通过计算将脉冲增加体现在金额和里程上。

（二）掉电存储单元电路

当主电源低于10V时单片机就要采取掉电保护措施，我们采用看门狗电路MAX813L对电源电压进行监视，该芯片PFI的门限电压是1.25V，当电源电压为10V时分压结果使PFI引脚的电压等于1.25V，电源电压下降10V以下时V小于1.25V，则PFO就从高电平跳变到低电平，将PFO连接单片机的外部中断P3.2口，当PFO从高电平跳变到低电平时触发中断进行数据保护，数据保护采用的是时钟芯片DS1302，该芯片内部有32个寄存器可以对数据进行读和写以及时钟的设置，所以当掉电时将数据写入DS1302，重新上电后在从该芯片中读取数据，这样就完成了掉电保护功能。如图1所示。

（三）按键电路

按键设计了一个功能键，能够选择时，分，单价，配合上调和下调，对时间，单价调整。设一个“计价”键，当乘客上车后，出租车开始计价，设一个“清零”键，乘客下车后，里程，总价清零，设一个“打印”键，当乘客到站付钱后，打印基本收费信息。共六个按键。各键盘设置的功能如图2所示。

按下对应按键时调用对应的程序执行功能，其中计价按键含一个有乘客指示灯，清零按键还包含一个空车指示灯进行辅助显示。

（四）显示电路

显示采用LED数码管，LED显示效果好，能显示基本的数字信息，且程序简单。LED显示器与单片机的接口一般有静态显示和动态显示两种方式。LED采用静态显示与单片机接口时，共阴极或共阳极点连接在一起接地或高电平。静态显示器接口电路，在位数较多时，电路比较复杂，需要的接口芯片较多，成本也较高。动态LED显示接口由于各个数码管共用同一个段码输出口，分时轮流通电的，从而大大简化了硬件线路，降低了成本。此次设计用动态显示位选用74LS138驱动，138输出低电平，所以选用共阴极数码管。LED显示器中每个发光二极管要通过5毫安-20毫安的电流才能达到正常亮度。

在本设计中，LED的主要功能就是把北京时间和乘客坐出租车的单价、路程和费用显示出来，给乘客带来方便。

参考文献

[1]曹巧媛.单片机原理及应用[M].电子工业出版社,2002.

[2]李朝青.单片机原理与接口技术[M].北京航空航天大学出版社,1999.

单片机设计篇7

关键词：单片机；智能流量计量；水流控制

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 04-0019-01

随着智能计量工具和数字信号处理芯片被大范围的应用到工业控制以及家庭计量系统中，整个计量收费系统正在逐渐向电子化、自动化的方向发展。具体到仪器仪表方面，智能化和可编程化必然是其发展的主流方向。为实现智能流量计的设计，本文采用了一种基于单片机的流量采集和控制系统。

一、系统原理及硬件结构

本文使用AT89C51单片机为核心控制芯片，使用数据采集与A/D转换模块作为作为实时数据采集部分，使用温度传感器、流量传感器等将流量信息转变为数字信息，其他诸如继电器驱动模块以及看门狗模块用户系统功能完善。

首先仪表放大器将温度传感器获得的模拟数据信号进行放大，放大倍数为适合A/D转换器工作幅值为宜。数据经过该模数转换器后进入标度变换模块进行量化，经过量化后的数据和计数器测得的流量信号同时被输送到单片机中，单片机通过内置的算法计算出相应费用，该费用通过显示驱动模块进行显示，可以显示温差、流量和用户余额等信息。

（一）单片机模块

本文所述单片机型号为89C2501。该单片机具有内置rom和ram，其中rom容量为2K个字节，ram容量为128个字节。同时单片机内置两个16位定时计数器，15个I/O口和5个中断源，可以充分满足本文设计需求。

（二）数据采集及A/D转换模块

流量传感器和温度传感器可以将水流流量和水流温度转换为电信号，该电信号为模拟信号，无法被单片机处理。故需要进行A/D转换。采集到的模拟电信号需要经过滤波放大为可被识别的信号强度，本文使用放大电路为LM324。放大后的信号送入A/D转换芯片TLC2543进行A/D转换，该ADC芯片的引脚P1.0～P1.3分别被设定为片选输入、I/O时钟接口、串行数据输入接口以及串行数据输出接口。其中P1.2引脚的数据输入既包含数据信息又包含控制信息，控制信息主要用于进行通道选择和方式选择等功能设定。

经过转换后的数据信息被输入到单片机中按照预定的统计算法进行流量和温度计量，进而产生用户的流量使用信息。

（三）显示驱动电路

本文使用MAX7221芯片作为信息显示模块。该芯片可以显示8位数字信息，通过三线串行输入输出的方式与单片机的引脚P1.3，P1.4，P3.3相连。其中P3.3为片选信号，用于控制显示模块是否工作。本系统中，单片机会按照预定的时间周期向显示模块输出显示信息，该信息按照预定显示模式进行动态显示。

需要说明的是MAX7221芯片可以在单片机数据输入间隔周期内自动完成数据的锁存器读取、译码、放大和显示功能。当获得新的输入数据时才进行内容更新。可以满足显示需求。

（四）继电驱动电路

部分用户希望在获得所需的使用流量后停止水流，为达到该控制流量的目的，本系统引入继电驱动电路。该电路同样由单片机控制。当单片机获得来自键盘端的输入信号时，根据指令结构判断是否为停止水流操作。若为停止水流工作，则进入中断服务程序程序，该程序通过单片机向继电器发送控制信号，控制继电器闭合或断开。

（五）其他硬件电路

其他电路模块还有备用电源电路、看门狗电路等。其中，备用电源电路是为了防止断电导致系统停止工作而添加的。该电路会对电池电量进行实时监测，若发现充电电池的电量不足则自动进行充电操作，若冲断完毕则自动停止充电；看门狗电路主要用于防止系统崩溃或者进入死循环时对整个软硬件造成损失而添加的。

二、系统软件设计

按照主流的实现思想，本文的系统程序使用模块化结构进行设计，主要由主程序、数据处理子程序、显示子程序、中断服务程序、流量控制子程序等构成。

系统启动后，首先主程序对各个部分进行初始化，然后进入循环查询状态，对用户行为和各传感器进行状态查询。若单片机接收到来自用户或者传感器的数据时，主程序进入工作状态。单片机会按照预定算法对传感器部分输入的数据进行运算和分析，整理成可用于显示的流量信息，该流量信息通过显示子程序按照预设周期被输送到显示电路，进行流量实时显示。同时，主程序继续对中断端口进行监听，若发现来自用户的停止水流请求，则进入流量控制子程序，该程序可以断开水流。此时，系统认定用户的取水过程完毕，然后对用户行为产生的流量信息进行统计，通过显示子程序向用户显示，经过若干个时间周期后该信息被清除，主程序重新进入循环查询状态。

为提高系统的抗干扰能力，本文在软件方面同样采取了相关的应对策略。

首先是使用看门狗电路，对程序的不同位置添加SETB P3.7指令，该指令会间隔若干个周期后对定制器进行刷新，以控制程序的执行时间。若程序出现死循环或者无法响应，则看门狗程序自动将系统复位，重新进行流量计量。

其次是对数据进行多次采样取平均，以避免干扰对采样数据准确性的影响。

最后是在非程序区设置填满LJMP #0000H强制跳转指令，控制失控程序进入陷阱，强制进入初始状态。

三、总结

本文设计的基于单片机的流量计量系统实现简单，功能满足实际使用需求，稳定性能较好，成本较低，具有一定的实际使用价值。

参考文献：

[1]孙昌权.基于AT89C52单片机的智能流量积算仪设计[J].广西轻工业，2010，26（12）.

[2]郭蕊.单片机在家庭采暖计量装置中的应用[J].华章，2011，19.

单片机设计篇8

论文关键词：单片机,涡流传感器

引言：智能涡流转速计的转速传感器采用电涡流传感器，它利用电磁感应原理将被测量转速转换成电信号的一种传感器。通过输入有关的参数（如脉冲参数，齿轮参数，速度上下限等参数）去完成对各种不同齿数的传感器的配接，实现瞬时频率转换成瞬时转速，从而便于转速的测量，显示及报警。本装置用于在线测量工业中的转速，通过输入有关的参数，实现转换的显示。完成频率信号的放大，整形，处理。转速传感器的测量范围：0-9999转速/每分，量程可调整，精度:1/1000。

1方案分析

由于该设计是一个智能涡流转速计显示仪器，势必要求最终的电路板面积不能太大，因此可以选择的元器件应当式高集成度的元器件，其成本不能太高，基于这几项要求，我预想单片机微处理器来实现该计划。

此项目的计数脉冲要求式0-3KHz之间，而传感器的输出脉冲因受外界的干扰已不符合要求，因此，首先要对此脉冲进行滤波和整形，然后输出的即为准确的脉冲数,想要得到瞬时速度，这就需要单片机来进行计算，此外还应有一个键盘，比如校正，参数设定等工作，而对于电源的问题，考虑到便捷性，仪表采用一般电池供电。

通过对设计方案的分析后，硬件设计具体由以下的几大部分组成：

1.滤波整形电路

2.单片机

3液晶显示器

4.键盘电路

5.报警电路

6.数模转换电路

具体流程如图1

图1转速计原理

2具体电路设计

2.1信号采集部分

本设计采用电涡流传感器

金属导体置于变化的磁场内，导体内就产生感应电流，这种电流像水中的旋涡那样在导体内转圈，所以称之为电涡流或涡流。这种现象就称为涡流效应。电涡流传感器就是在这种涡流效应的基础上建立起来的，工作原理及等效电路如图2所示。

图2传感器工作原理

2.2滤波整形电路的构成和计算

本设计采用模拟电子电路来解决这一问题。

由于智能仪表在现场工作，因此受外界干扰大，从传感器输出的信号会混杂很多无用的干扰脉冲，而要求的计数脉冲（0.5V-3.5V,0-3KHz）若直接采用传感器输出的脉冲信号输入给单片机，则会导致单片机计数出的瞬时转速出现误差，因此需要设置一整流电路，尽量减少和避免无用的干扰。

滤波电路的作用是滤除0-3KHz以外的脉冲，即3KHz的低通滤波。

由于一阶的低通滤波电路虽然电路结构简单，但它的频率特性最大衰减斜率只有-20db/十倍频，选择性差，因此，我采用二阶低通滤波电路，其衰减率可达到-40db/十倍频，而且与二阶压控电源的低通滤波电路的CL形成的反馈，致使截至频率附近的电压放大倍数得到提高，其频率特性得到了很好的改善。

我采用的3KHz的低通滤波的具体电路如图3。

图3低通滤波电路

参数计算如下：

f=3000Hz,f=1/(2*R1*Π*C),取C=1.01uf,1/(2*3.14.R*C)=3000,可得R=5307.8,根具实际需要R1=5.3k。取Q=0.6,1/(3-AUP)=0.6；可得AUP=1.3;又1+Rf/R2=1.3;(1+Rf/R2)/(R2+Rf)=2R;可得，Rf=14.1K,R2=42.7K

接着就要将滤波后的波形进行整形，使其成为矩形脉冲。本设计采用了施密特触发电路。

对信号处理完毕后，将其送入AT89C51的T1口，该端口可用计数功能，单片机便可以对采集的信号进行计数了。

2.3计数显示部分

其电路由单片机和LED数码管组成

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。

计数显示电路的IC5,IC6为双BCD同步加法计数器CD4518,两片CD4518可得到四个独立的计数器单元,分别完成4位数的计数。除了个位数用脉冲的上升沿触发外,十位、百位、千位数都用脉冲的下降沿触发,这是因为第四输出端B4、A4的第一个脉冲下降沿正好是触发脉冲的第十个上升沿,从而满足十进制的计数要求。IC7-IC10为BCD锁存/译码/驱动器CD4511,四片L4511分别接到个位至千位数的LED数显管上,以显示转速数。

2.4复位电路

本设计采用的复位方式是按键电平复位。这种方式是通过电阻与Vcc电源接通而实现的，即当按键按下则单片机的复位端得到高电平，使单片机工作在复位状态。

2.5时钟电路

为了产生单片机工作时所需的时钟信号，因此需要给出一个自激震荡器来产生时钟信号。其接发是在单片机外部的XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，形成反馈电路，这样就构成了一个稳定的自激震荡器，这样就可以产生单片机所需的时钟信号了。

2.6键盘

在单片机应用中为了控制系统的工作状态，以及向系统中输入数据，应用系统应设有按键或键盘。由于本设计只需要4个按键，所以我选择了非编码独立式键盘，其成本低，使用灵活，每一个按键独占用一根检测线，与主机相连，结构简单，各测试线相互独立，按键容易识别。

3结束语

经过实际使用,设计的转速计达到了预先设想的目的,使用方便可靠。

参考文献

1 徐爱钧,智能化测量控制仪表原理及设计,北京航天航空大学出版社,2003

2 倪光正等,电磁场的计算机辅助分析,西安交通大学出版社,1985

3 严钟豪,非电量电测量技术(第二版) ,机械工业出版社,1999

单片机设计篇9

关键词：安培小时计；电流检测；单片机C8051F

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）33-7596-03

安培小时计用于直流电量计量，计量单位为安培小时。在电镀行业中，通过计量镀槽中流过的电量就可以间接计算出镀层的电镀金属质量，从而间接计算出镀层厚度，安培小时计的基本功能就是对镀层厚度进行控制，同时具有到时报警切断电路的功能。电镀行业的工作电流虽然是直流电流，但电流的大小却在不同的工作时间区域内变化，因此不能简单地由通电的时间和电流的乘积获得累积安培小时值，要想计量或控制安培小时量，就必须使用安培小时计。由于行业特点，安时计的使用环境比较恶劣，故对安培小时计的设计有较严格的要求，尤其在抗干扰能力、可靠性及安全性等方面要求更高。

1 总体设计方案

安培小时计的工作原理：首先由电流检测电路得到与工作电流成正比的电压量，对此电压量进行线性放大，送给单片机的AD转换模块，单片机通过运算，将当前的累积安培值实时显示在显示模块；系统采用数字校准方案，所有校准和设定操作全部由软件配合面板操作完成，不需要开壳，整机具有优于0.1%的电流采样精度。提供多种电荷量累计功能，支持电镀过程中添加剂的自动添加控制和镀层厚度控制。系统工作原理如下图所示：

系统由电流检测电路、单片机、人机接口、输出驱动及电源几个部分组成，系统设计非常简洁。单片机选用C8051F41x单片机，它使用Silicon Labs的专利CIP-51微控制器核。CIP-51与MCS-51TM指令集完全兼容，可以使用标准803x/805x的汇编器和编译器进行软件开发。C8051F41x系列器件的外设是标准8052的所有外设的超集。CIP-51采用流水线结构，与标准的8051结构相比指令执行速度有很大的提高。最大系统时钟频率为12-24MHz。而对于CIP-51核，70%的指令的执行时间为1或2个系统时钟周期，没有执行时间大于8个系统时钟周期的指令。具有片内上电复位、VDD监视器、看门狗定时器、两个12位的电流模式数/模转换器（IDAC）。

仪表操作界面的设计以简洁、实用为原则，最大程度简化了现场操作员的操作步骤。面板上设置了1个带开关的编码器，电镀操作员可通过旋转编码器来设置参数，顺时针方向为加，逆时针方向为减。面板上的按键包括：“计时器设定”，“计时器清零”，“累积器设定”，“累积器清零”，“计时单位切换”，“累积统计切换”，“手动加药”等。“计时器设定”按键用于设定单次报警值。“计时器清零”按键用于清除单次计时器。“累积器设定”按键用于设定累积报警值。“计时单位”按键用于切换单次计量方式，可切换安培计模式或者计时器两种模式。“累积统计”按键用于切换显示各种统计，包括安分累积、加药统计、通过次数和当前电流等。采用了4组4位共阴数码管作为显示器件。可同时显示两组参数，每组由8位数码管显示，保证了参数的显示精确度。为对添加剂进行定量控制，设计了一只继电器。当阶段电量累计达到设定值后，控制计量泵开启，开启时间由用户根据添加的剂量自行设定。

2 电流检测电路设计

由于分流器采集回来的电流信号非常微弱，只有0～75mV，所以本安培计决定采用OP07放大电路来放大电流信号。OP07是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运放大集成电路。适合本系统要求。

3 编码器电路

常见的同类仪表产品中，提供给操作员的往往只有两个按键：加、减。用按键的优点在于开发过程中程序编写简单。但缺点就是按键设置时，客户为了达到一个设定值，往往要按很多次，而且按键经过多次按压后，会出现机械磨损，缩短使用寿命。从客户体验的角度和售后维护的角度来看，本安培计决定使用编码器（带开关）设置参数，代替传统的按键。

编码器电路如图3所示。通过编码器的正反转，实现了参数的加减。并且通过快速转动，可以使参数快速加减。

4 掉电保护设计

在实际生产时，往往会出现外部掉电等情况。此时，如果因为掉电而丢失了运行中的参数。将对整个生产造成很多的影响，尤其是贵金属，给企业带来很大的经济损失。为了保证系统的稳定性，在系统设计中加入了掉电保存数据功能。掉电保存有多种实现办法：

通过定时写EEPROM或者FLASH。

优点：能够稳定的保存掉电的近似值。

缺点：无论EEPROM还是FLASH的擦写次数都是有限的，缩短了产品的寿命。

通过ADC读取外部电压，如果低于一定值，则判断为掉电，写保存数据。

优点：能够准确地反映了当前的电源状态。

缺点：由于ADC的扫描时间过长，所以要配备超大电容。成本上提高了。

通过比较器判断两端电压是否产生变化，如果是则写保存数据。

优点：由于判断快速，用一般的大电容即可准确地保存数据。

缺点：电源波峰有时候会使比较器误判。

本系统结合以上三种方法的优缺点，决定采用了比较器方案来实现掉电保护。

5 软件编写

由于整个程序过长，本设计给出编码器输入程序。通过编码器的正反转，实现了参数的加减。并且通过快速转动，可以使参数快速加减。

void code_speed（void） //编码器速度检测

{ if（io_key_up==1 && Code_Speed_Flag）

{ Code_Speed_Flag=0；

Code_Speed_Counter=0； }

if（io_key_up==0）

{ Code_Speed_Flag=1； } }

void all_codescanf（void） //通用编码器扫描

if（io_key_down==0 && Code_Down_Flag）

{ Code_Down_Flag=0；

T_1s = T_Back； //设置返回

T_05s = 6； //设置闪烁

T_1ms_counter = 0；

Savedata_Flag=1；

if （io_key_up==0） //—顺时针旋转—

{ if （Code_Speed_Counter

{ Code_Temp+=100； }

else if （Code_Speed_Counter

{ Code_Temp+=10； }

else Code_Temp++； //在第1档旋转

if（Code_Temp>Code_Max）

{ Code_Temp=Code_Min； }

} }

单片机可以比作一台单线程的PC机，系统中的主要功能模块放在了while大循环中执行。为提高系统的实时性，软件架构中也加入了时间片的概念，把一些实时性要求不高的放在了1ms执行片段。

6 总结

采用本方法设计的安培小时计达到了设计要求，已经形成产品并应用于工业现场。该文提出的电流检测电路、编码器的使用对于测量类仪器的设计具有一定的借鉴和参考价值。该产品经近一年的使用，用户反映良好，尤其克服了以往同类仪器抗干扰能力差的缺点，很适合电镀行业使用。

参考文献：

[1] 陈亚.新型碱性无氰镀锌工艺[J].电镀与环保，2006，26（1）：14-17.

[2] 张邦术. 嵌入式软件设计之思想与方法[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2009：51-54.

[3] 丁元杰.单片微机原理及应用[M].北京：机械工业出版社，2005：132-134.

单片机设计篇10

【关键词】自动送水系统；单片机；红外传感技术；电驱动技术；机器人

1.引言

近几年红外传感技术、单片机控制技术、电机驱动技术等多项技术在日常生活中应用越来越广泛，目前单片机接口技术的日趋成熟，这些方面的研究也在某些领域实现机器人代替人力，提高人们生活的质量。

考虑到现在人们都是自己进行倒水，在很多场合下有诸多不便，我们此次发明是希望通过这些方面的技术运用于单片机控制机器人以实现自动化倒水工作，解决了开会时不方便取水的问题，以及实现日常中公司人员的自动化取水。

本文系统属智能小车机器人，安装有驱动电机，通过齿轮传动传递给机器人小车后轮，通过单片机控制驱动电机来实现小车的前进、后退和停止。在小车的前轮处，设置有舵机并与单片机相连，控制小车转向。在小车底盘处设有灰带传感器，使小车按预定轨道运行。在机器人上安装有信号接收器，以接收呼叫。

2.总体设计方案

2.1 自动送水系统整体布置

如图1所示，并结合图3至图4，包括设于圆桌的轨道、圆桌上与各个座位相对应的呼叫装置、小车以及饮料装置，饮料装置固定安装于小车上，其中，小车包括驱动模块和主控模块，呼叫装置发出信号，主控模块接收到相应信号后，控制驱动模块沿轨道按照预定的轨迹运动直至到达发出信号的呼叫装置。主控模块为自动送水系统的核心，从呼叫装置接收到呼叫信号，控制小车的前进、后退以及停止，若主控模块接收到多个呼叫信号，则根据接收到的呼叫信号时间依次送水，本文主控模块由单片机控制，其体积小、质量轻、价格便宜，抗干扰性强，能够实现可编程、可控制、可修改的智能控制。

2.2 机器人小车地盘机械结构

参考图2，小车还包括前轮、后轮以及舵机，驱动模块与后轮通过相互啮合的齿轮连接，舵机与前轮固定连接，驱动模块与舵机均与主控模块连接。当主控模块接收到呼叫信号，向驱动模块发出指令，驱动模块通过齿轮的传递带动后轮旋转，从而推动小车前进或后退；当需要转弯时，主控模块向舵机发出相应的指令，使前轮偏移，从而使小车转向。小车上还设有为小车提供动力的蓄电池。用蓄电池取代插电式的电源线的使用，可以避免小车行驶过程中与电源线的缠绊，从而避免不必要的事故，是该发明的自动送水系统的应用更加安全、灵活。

2.3 储水结构

请参考图3，并结合图4，饮料装置包括水桶以及水桶内的若干个饮料室，以及与各个饮料室相连通的出水口，每个出水口对应一个取水开关。当小车响应呼叫而运行到相应的位置时，人员只需根据个人需要按动某一个取水开关，即可从相应的出水口处取得所需的饮料，小车延长一定的时间后若没有接收到下一个呼叫信号，则自动回到初始位置等待呼叫。

结合图1至图3，每个饮料室的下方设有一弹簧，饮料室的上方设有返程加水开关，返程加水开关与主控模块相连。本文饮料室的数量为3个，可以分别存放不同种类的饮料，当某个饮料室中的饮料不足时，弹簧会把饮料室托起，继而触动返程加水开关，返程加水开关将需加水的信息传递给主控模块，主控模块控制驱动模块带动小车行至加水位置进行饮料补充。

本文呼叫装置为无线信号发射器。当然，主控模块中有与之相对应的无线信号接收器，这样，信号的传递均采用无线传递，使整个系统更加简洁，使用更加方便。

3.运动轨迹规划

如图1所示，轨道由灰带铺设。较佳地，小车底部设有灰度传感器（图中未示出）。相对于现有技术中的用金属材料架设轨道的方式，本发明的轨道更加简单易行，利用灰度传感器，实现智能有轨运行。

如图3所示，小车或饮料装置上设有一摄像头，摄像头与主控模块相连。本实施例中，将摄像头安装于水桶上，摄像头用于拍摄小车运行方向前方的路况，如转弯、直行以及有障碍物等，并将该路况信息传递至主控模块，主控模块根据该路况信息选取合适的运行方式，具体地，若直行，将相应的信息输出至驱动模块；若需转弯，将信息输出至驱动模块和舵机；若前方有障碍物，则绕行或停止运行并报警告知相关人员。

3.1 机电系统控制流程图

自动送水机器人控制流程图如图5所示。机器人分为空闲、送水、等待、补水四中状态。机器人上电初始化后进入工作状态。先检查饮料是否充足，如果充足则再判断是否进入等待状态，否则进行补水。在水充足的情况下再判断是否进入等待状态，如果进入等待状态，机器人则等待送水指令，否则就进入空闲状态机器人断电不工作。在有送水指令发出时，机器人进入送水状态执行送水任务，在取水结束后，机器人则会自动延时停止一段时间，然后马上检查饮料是否充足。这既是机器人自动送水的工作流程。

3.2 控制系统硬件的设计

自动送水系统的硬件结构图如图6所示，单片机通过摄像头采集的信息判断小车转过的弯度，将控制信息在传输给舵机执行。然后单片机通过电源驱动模块控制直流电机，实现小车的启停。单片机通过无线串口模块把当前传感器数据传给上位机，通过上位机数据显示来进行传感器好坏的判断和距离阀值的修改。

（1）控制核心

系统的核心控制采用飞思卡尔半导体公司的16位HCS12系列单片机MC9S12DG128。其主要特点是高度的功能集成，易于扩展，低电压检测复位功能，看门狗计数器，低电压低功耗，自带PWM输出功能等。系统I/O口具体分配下：PORTA0、PTH0～PTH7共9位用于小车前面路径识别的输入口；PORTB0～PORTB7用于显示小车的各种性能参数；PWM01用于伺服舵机的PWM控制信号输出；PWM23、PWM45用于驱动电机的PWM控制信号输出。

（2）路径识别单元

为提高小车转向角的控制精度，系统路径识别单元采用摄像头作为路径检测元件。摄像头价格低廉，经济实用。对于小车循迹，利用摄像头采集的灰带相对稳定的灰度值作为阈值，作为判断灰带的数据。其路径检测硬件电路如图7所示。

（3）角度控制单元

系统角度控制单元采用Sanwa公司SRM 102型舵机作为小车方向控制元件。在实际运行过程中，舵机的输出转角与给定的PWM信号值成线性关系，以PWM信号为系统输入信号，实现舵机开环控制。舵机响应曲线和控制电路如图8、图9所示。由于舵机的开环转向力矩足够，单片机通过采集的当前路况，给定PWM控制信号，从而实现舵机的转向。

3.3 软件流程设计

本智能车系统的软件设计基于Met rowerks CodeWarrior CW12 V3.1编程环境，使用C语言实现。整个系统软件开发、制作、安装、调试都在此环境下实现。系统软件设计由以下几个模块组成；单片机初始化模块，实时路径检测模块，舵机控制模块，驱动电机控制模块，中断速度采集模块和速度模糊控制模块。系统软件流程如图10所示。

4.结束语

综上，本文提供的自动送水系统，包括设于圆桌的轨道、圆桌上与各个座位相对应的呼叫装置、小车以及饮料装置，饮料装置固定安装于小车上，其中，小车包括驱动模块和主控模块，呼叫装置发出信号，主控模块接收到相应信号后，控制驱动模块沿轨道运动直至到达发出信号的呼叫装置。将饮料装置加满水，在小车的带动下送至发出信号的呼叫装置处，供相对应的座位上的人员取用，不仅能够代替服务人员的劳动，节约人力，还避免了使用大功率的驱动设备，结构简单且安全。

参考文献

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