時間：2023-03-02 14:57:43
導(dǎo)語：在單片機技術(shù)論文的撰寫旅程中，學(xué)習(xí)并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優(yōu)秀范文，愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。
1．1系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計整個系統(tǒng)采用了模塊化的設(shè)計，各模塊布局合理，整體的結(jié)構(gòu)緊湊。主要功能是數(shù)據(jù)的傳輸和程序下載，USB轉(zhuǎn)TTL模塊的作用是給單片機供電以及上位PC機和下位單片機之間的電平轉(zhuǎn)換，其原理圖如圖1所示。單片機與PC機是使用USB轉(zhuǎn)TTL模塊進行串口通信，它可以將USB虛擬成一個串口，解決筆記本電腦用戶無串口的煩惱。此模塊傳輸速度、傳輸準(zhǔn)確性都滿足實驗需求，而且價格便宜，使用方便。
1．2系統(tǒng)各部分的功能介紹模擬信號采集部分的目的是為了采集所需要的原始的數(shù)據(jù)，即本系統(tǒng)中所需要的電壓和電流。下位機以AT89C52RC單片機為控制單元，16路A/D轉(zhuǎn)換芯片AD7705采集電壓和電流信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號，便于單片機后續(xù)的處理并以一定的協(xié)議將數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送至PC機，最終通過運行在上位PC機的程序?qū)邮盏降臄?shù)字信號進行處理和顯示。微控制器STC89C52RC以一定的的協(xié)議將數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送至PC機。單片機的晶振電路和復(fù)位電路是單片機正常工作的先決條件。PC機通過串行USB轉(zhuǎn)串口接收單片機發(fā)送的數(shù)據(jù)，并進行實時處理和顯示。
2系統(tǒng)硬件部分設(shè)計
2．1MCU芯片的選擇STC89C52RC單片機是宏晶科技推出的新一代高速、低功耗和超強抗干擾的CMOS8位微控制器，采用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機，12時鐘/機器周期和6時鐘/機器周期可以任意選擇。工作電壓:5．5～3．3V(5V單片機)/3．8～2．0V(3V單片機)工作頻率范圍:0～40MHz，相當(dāng)于普通8051的0～80MHz，實際工作頻率可達48MHZ，用戶應(yīng)用程序空間為8k字節(jié)。
2．2A/D轉(zhuǎn)換器選擇及采樣設(shè)計模數(shù)轉(zhuǎn)換器，是把經(jīng)過與標(biāo)準(zhǔn)量(或參考量)比較處理后的模擬量轉(zhuǎn)換成以二進制數(shù)值表示的離散信號的轉(zhuǎn)換器，簡稱ADC或A/D轉(zhuǎn)換器。本系統(tǒng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用的是芯片AD7705，AD7705是AD公司推出的16位Σ-ΔA/D轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器采用SPI兼容的三線串行接口，能夠方便地與各種微控制器和DSP連接，也比并行接口方式大大節(jié)省了CPU的IO口，能直接將傳感器測量到的多路微小信號進行AD轉(zhuǎn)換。這種器件還具有高分辨率、寬動態(tài)范圍、自校準(zhǔn)、優(yōu)良的抗噪聲性能以及低電壓低功耗等特點，非常適合儀表測量、工業(yè)控制等領(lǐng)域的應(yīng)用［7］。本系統(tǒng)是采集兩路信號(電壓和電流)，AD7705芯片精度為16位(Δ=(5/65536)V≈0．076mV，其精度滿足實驗需求)，高精度A/D轉(zhuǎn)換芯片AD7705有兩個雙端模擬信號輸入通道，分辨率為16位無丟失代碼，增益、信號極性以及更新速率等可由軟件設(shè)置［8-10］。片內(nèi)可編程增益放大器的增益范圍為1～128，這使AD7705可與多種傳感器直接相連，無須外接放大器，并且內(nèi)置可編程的自校準(zhǔn)電路，通過對零點和滿度的校準(zhǔn)，可有效去除零點漂移和增益誤差的影響。接口為SPI串行總線，因而與單片機的接線大大減少，簡化了硬件的設(shè)計。在測量電流時，我們對兩種實驗方案進行了比較，第一種是利用電流變送器進行電流的測量;第二種是利用采樣電阻進行電流的測量。采用了第二套方案，原因是其價格低、精度滿足實驗要求。
3系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計
PC端主程序框架如圖2所示。
3．1數(shù)據(jù)采集PC端軟件設(shè)計PC端軟件是基于MFC對話框進行程序的編寫，其主要包括以下幾部分:1．窗口界面的繪制(包括開始界面繪制、控件繪制、坐標(biāo)系繪制、網(wǎng)格繪制、LIST表格繪制等);2．串口通信控件的連接、初始化和設(shè)置;3．?dāng)?shù)據(jù)庫的嵌入(包括數(shù)據(jù)庫的連接、讀寫、修改等);4．采集數(shù)據(jù)時的動態(tài)響應(yīng)(包括動態(tài)圖形繪制、動態(tài)數(shù)據(jù)表數(shù)據(jù)顯示等)。
3．2界面介紹首先是開始界面，如圖3所示。1．菜單欄區(qū)域:包括串口設(shè)置、開始采集、暫停、停止采集(同時關(guān)閉串口)四部分是本程序所有功能的體現(xiàn);2．繪圖區(qū)域:包括兩個TABLE，一個是勵磁電流不變、勵磁電流變化兩個子窗口。每個窗口中包含一個二維坐標(biāo)系進行圖形的繪制;3．?dāng)?shù)據(jù)表區(qū)域:包含一個LIST控件，對實時采集的數(shù)據(jù)進行顯示;4．系統(tǒng)控制區(qū)域:與菜單欄區(qū)域功能相同，都是對采集整個過程進行控制，同時能夠?qū)崟r的對數(shù)據(jù)進行一個顯示、也能夠?qū)ζ畹臄?shù)據(jù)進行手動刪除，避免實驗錯誤對繪制出的圖像造成的影響，而影響實驗效果。根據(jù)端口信息，選擇串口端號，點擊打開串口后，綠燈變?yōu)榧t燈，打開串口按鈕變?yōu)榛疑硎敬谝呀?jīng)連接，可以進行串口通信(即采集可以開始)。選擇兩種模式，“勵磁電流不變”、“勵磁電流變化”，并點擊進入相應(yīng)的子窗口。然后就可以進行采集。傳輸電流電壓時，圖像會實時顯示，數(shù)據(jù)表也會同時顯示。圖5顯示了勵磁電流不變時，工作電流和霍爾電壓之間的關(guān)系曲線。
4結(jié)論
關(guān)鍵詞：電機控制，單片機，降壓啟動
隨著科技的發(fā)展，供暖供熱電機控制系統(tǒng)正在由傳統(tǒng)的繼電器控制方式逐漸轉(zhuǎn)換為變頻器控制方式。雖然變頻器控制方式有著功能強大，節(jié)省能源等優(yōu)點，但成本過高，短時期內(nèi)還無法全部普及。傳統(tǒng)的繼電器控制方式又無法滿足現(xiàn)代化控制的需要。所以急需一種功能強大的，廉價的過渡方案來對現(xiàn)有控制系統(tǒng)進行改造。
近年來單片機技術(shù)快速發(fā)展，涌現(xiàn)了一大批價格低廉，功能強大，靈活性好，可靠性高的原件和產(chǎn)品。特別是51系列單片機，使用廣泛，并且具有價格低廉，內(nèi)部硬件資源豐富，IO端口充足的優(yōu)點。所以本人采用AT89S52單片機為核心部件，設(shè)計了一個新的電機控制系統(tǒng)。
本系統(tǒng)可以用來控制小功率全壓啟動電機和大功率降壓啟動電機。每個全壓啟動電機需要兩個輸入引腳，連接啟動和停止按鈕；三個輸出引腳，其中兩個連接紅綠指示燈，作為電機工作狀態(tài)的指示，一個連接繼電器作為電機的控制信號。每個降壓啟動電機需要兩個輸入引腳，連接啟動和停止按鈕；四個輸出引腳，其中兩個連接紅綠指示燈，作為電機工作狀態(tài)的指示，一個連接繼電器作為電機的常壓控制信號，另外一個連接繼電器作為電機的降壓控制信號。
一、硬件部分
1、單片機及控制、信號部分
圖1：單片機及控制、信號部分圖
本系統(tǒng)采用AT89S52單片機作為系統(tǒng)的核心控制部分，圖中略去單片機的電源和晶振。免費論文。四個指示燈的工作電壓為5V。
P0.0：為全壓啟動電機的啟動按鈕
P0.1：為全壓啟動電機的停止按鈕
P0.2：為降壓起動電機的啟動按鈕
P0.3：為降壓起動電機的停止按鈕
P2.0：為全壓起動電機的運行指示燈（綠色）
P2.1：為全壓起動電機的停止指示燈（紅色）
P2.2：為全壓起動電機的啟動控制信號（外接部分未畫出）
P2.4：為降壓起動電機的運行指示燈（綠色）
P2.5：為降壓起動電機的停止指示燈（紅色）
P2.6：為降壓起動電機的常壓控制信號（外接部分未畫出）
P2.7：為降壓起動電機的降壓啟動控制信號（外接部分未畫出）
2、弱強電轉(zhuǎn)換、電機控制部分
圖2：全壓啟動電機弱強電轉(zhuǎn)換、電機控制部分圖
單片機的IO引腳驅(qū)動能力有限，所以使用三極管對電流進行放大。并且灌電流驅(qū)動能力遠大于拉電流，所以采用PNP三極管9012，使用負邏輯控制。經(jīng)過第一級繼電器，控制220V強電，然后220V強電控制三相交流接觸器，最終控制三相電機。大功率的降壓啟動電機，區(qū)別只是多使用了兩個交流接觸器，來控制提供給電機的是常壓，還是經(jīng)過變壓器降壓的低壓。如下圖所示。
圖3：降壓啟動電機弱強電轉(zhuǎn)換、電機控制部分圖
二、軟件部分
1、主程序部分
圖4：主程序邏輯框圖
主程序的主要工作是掃描四個按鍵，當(dāng)有按鍵按下的時候，經(jīng)過0.1秒的除抖動延時，再進行判斷。按照按鈕的相應(yīng)含義，控制指示燈和電機啟動信號。當(dāng)按下的按鈕違反控制邏輯的時候（比如在電機運行狀態(tài)下按下啟動按鈕），系統(tǒng)不予理會。免費論文。
2、降壓啟動延時部分
圖4：降壓啟動延時子程序邏輯框圖
降壓啟動的子程序，完全位于中斷處理程序中，所以可以獨立于按鍵掃描主程序之外，互不干擾。在獲得降壓電機啟動信號后，單片機先給出控制信號接通電機電源，同時給出降壓控制信號。接下來，單片機重復(fù)100次每次0.1秒的延時程序。當(dāng)延時共計10秒結(jié)束后，停止降壓信號，延時0.5秒等待交流接觸器動作結(jié)束，給出全壓信號，電機進入全壓工作狀態(tài)。降壓啟動期間，每隔0.5秒，啟動指示燈閃爍一次，表明電機處于降壓啟動階段。
本系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：
1：價格低廉。完整系統(tǒng)的批量制造價格遠低于變頻系統(tǒng)，也低于現(xiàn)有的繼電器控制系統(tǒng)。
2：可靠性高。本系統(tǒng)使用元器件少，所以系統(tǒng)故障率比較低。低壓器件的壽命要長于使用強電工作的時間、中間繼電器。
3：邏輯精確。使用單片機運行程序，各電機的運行狀態(tài)由軟件決定，避免了傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)可能產(chǎn)生的邏輯錯誤。免費論文。
4：功能強大。一個單片機系統(tǒng)擴展后可以控制多個全壓啟動電機和降壓啟動電機。
5：維護簡單。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，無需專業(yè)人員維護。故障后，只需更換該系統(tǒng)電路板，就可以迅速解決問題，盡可能的減少修復(fù)故障的時間。
6：可網(wǎng)絡(luò)化。本系統(tǒng)可以擴展出串口通信功能，可以將所有電機控制系統(tǒng)的控制單片機連入RS232串口總線，使用一臺計算機遠程控制所有電機的工作狀態(tài)。
關(guān)鍵詞： 防盜報警； AVR單片機； Android平臺； LCD12864
中圖分類號： TN70?34 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）08?0117?03
Study on home wireless anti?theft alarm system based on Android
CHEN Jing， WANG Zhi?hua
（School of Science， Beijing Forestry University， Beijing 100083， China）
Abstract： The household anti?theft alarm system based on Android platform and combined with the microcontroller not only can achieve low?cost detection， display and alarm， but also can transmit the system data to the users’ intelligent mobile phone in wireless transmission mode through the serial port WIFI equipment， and realize remote wireless control. The ultrasonic ranging module， vibration detection module and infrared emission circuit are used in the system to realize automatic detection function. The buzzer and LED are adopted to achieve sound and light alarm function. The AVR single chip microcomputer with built?in reduced instruction set is taken as data processing center. The system status data is sent to the module LAK?RMO4 through the asynchronous serial transceiver USART. The TCP/IP protocol stack is built in the module to realize data transmission and conversion among the user serial port， Ethernet and WIFI interface. Through programming of Android mobile phone application program， the user can achieve data transmission between AVR SCM and intelligent mobile phone in intelligent mobile phone， and realize setting and control of the whole system.
Keywords： anti?theft alarm； AVR MCU； Android platform； LCD12864
隨著人們安全防范意識的逐步增強，作為智能家居系統(tǒng)的一個重要組成部分，家庭監(jiān)控和防盜報警系統(tǒng)實現(xiàn)了自動監(jiān)測報警，以使家庭財產(chǎn)免受損失的功能，其性能的好壞直接關(guān)系到整個智能家居系統(tǒng)的好壞。與境外安防產(chǎn)品的成熟程度相比，中國安防產(chǎn)品市場的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)出產(chǎn)業(yè)區(qū)域分布不均衡、壟斷程度低、市場占有率低等特點。現(xiàn)在，急需能夠低成本檢測、顯示和報警，并且能夠通過智能手機等設(shè)備接收實時信息，并實現(xiàn)遠程無線控制、具有一定市場競爭力的產(chǎn)品出現(xiàn)[1]。本文設(shè)計的家用防盜報警系統(tǒng)，通過各個傳感器系統(tǒng)的自動檢測，單片機收集傳感器信號進行報警數(shù)據(jù)的處理，并通過串口?WiFi將數(shù)據(jù)發(fā)送到用戶的手機上，同時用戶也能發(fā)送控制命令給單片機，從而實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制。本設(shè)計是單片機和Android平臺的結(jié)合，不僅實現(xiàn)低成本檢測、顯示和報警，而且能夠?qū)崿F(xiàn)遠程無線控制。
1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)及軟件流程設(shè)計
本設(shè)計整體分為4個部分：自動檢測、聲光報警、液晶顯示和終端控制，其中AVR單片機是數(shù)據(jù)處理的中心，控制傳感器模塊及電路，采集和處理檢測到的各種信號，進行計算和判斷，從而決定是否啟動聲光報警系統(tǒng)，并將得到的數(shù)據(jù)信息顯示在LCD12864上，供用戶查看；單片機的串口與串口轉(zhuǎn)WiFi模塊的串口通過2×3串口線相連，單片機將系統(tǒng)狀態(tài)信息通過串口發(fā)送數(shù)據(jù)，串口轉(zhuǎn)WiFi模塊自動將數(shù)據(jù)通過WiFi發(fā)射到空間，Android手機通過本設(shè)計中編寫的客戶端就可以實現(xiàn)系統(tǒng)控制[2]，系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖
單片機部分的程序主要完成自動檢測、聲光報警和液晶顯示功能，其串口接收采用中斷方式，只有單片機串口接收到數(shù)據(jù)時，才會將接收標(biāo)志receverflag置1，這時才會運行串口數(shù)據(jù)發(fā)送子程序。本設(shè)計中，使用了三處中斷進行數(shù)據(jù)處理，另外兩處分別是超聲波測距子程序和振動檢測子程序，超聲波測距時，單片機I/O口發(fā)送超過10 μs的高電平，然后計時器計時同時主程序循環(huán)等待PD2檢測到上升沿電平；振動檢測時，PD3檢測到上升沿電平時進入振動檢測子程序，該子程序包含報警設(shè)置及顯示判斷。在液晶顯示部分，有3個顯示頁面，分別有Page_1，Page_2，Page_3作為顯示標(biāo)志，在每個子程序和主程序中，當(dāng)要顯示數(shù)據(jù)時，首先判斷要顯示的頁面標(biāo)志是否為1[3?4]。單片機部分程序流程如圖2所示。
下面具體敘述報警系統(tǒng)各項功能的實現(xiàn)過程。
2 系統(tǒng)功能的實現(xiàn)
2.1 自動檢測功能
2.1.1 超聲波測距模塊
HC?SR04超聲波測距模塊可以實現(xiàn)2～400 cm距離的測量，精度可達0.3 cm。模塊主要包括超聲波發(fā)射器、接收器和控制電路。模塊的工作原理：
（1） 采用I/O觸發(fā)測距，給至少10 μs的高電平信號；
（2） 模塊自動發(fā)送8個40 kHz的方波，自動檢測是否有信號返回；
（3） 有信號返回，通過I/O輸出一高電平；
（4） 單片機計時的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間，距離=340×[t2]。
2.1.2 震動檢測模塊
震動檢測模塊用來檢測系統(tǒng)的震動，本設(shè)計中用來檢測窗戶的震動。傳感器采用的是SW?18020P，SW?18020P任何角度均可觸發(fā)工作，適用于小電流電路觸發(fā)。本模塊不震動時，震動開關(guān)呈斷開狀態(tài)，輸出端輸出高電平，綠色指示燈不亮；震動時，震動開關(guān)瞬間導(dǎo)通，輸出端輸出低電平，綠色指示燈亮；輸出端與單片機直接相連，通過單片 機來檢測高低電平，由此來檢測環(huán)境是否有震動，起到報警作用。
圖2 單片機部分程序流程圖
2.1.3 紅外對射電路
在本設(shè)計中，紅外發(fā)射電路和紅外接收電路分別被安裝在用戶的門和門框上。在門正常關(guān)閉的情況下，紅外接收管與紅外接收管正對；當(dāng)門打開時，紅外接收管接收不到發(fā)射管發(fā)射出的紅外線，此時，單片機檢測到的電壓數(shù)值發(fā)生變化。依據(jù)門打開的程度，電壓變化不同，用戶可以自行設(shè)定報警電壓閾值[5]。
2.2 聲光報警功能
2.2.1 蜂鳴器
在本設(shè)計中，采用的是有源蜂鳴器，只需要接上額定的電源就可以連續(xù)發(fā)聲。但是在實際設(shè)計中，通常采用三極管驅(qū)動放大來保障通過蜂鳴器的電流大小，從而保障聲音的質(zhì)量。雖然直接利用高低電平輸出能夠?qū)崿F(xiàn)報警功能，但若采用AVR T2的CTC輸出功能，能夠?qū)︻l率進行編程，使蜂鳴器發(fā)聲富有變化，更能夠引起主人的注意。在這種模式下，蜂鳴器還可用于進行簡單音樂的播放。
2.2.2 發(fā)光二極管
在本設(shè)計中每路檢測都有一路LED相連，顯示檢測到的狀態(tài)信息，同時任何一路都會觸發(fā)蜂鳴器報警。
2.3 液晶顯示
AVR單片機在運行過程中，通過傳感器模塊和電路，自動檢測用戶住宅的狀態(tài)信息，并將傳感器模塊和電路測得的狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過I/O數(shù)據(jù)口傳輸?shù)絾纹瑱C內(nèi)部。單片機一方面將這些數(shù)據(jù)與預(yù)先設(shè)定的閾值比較，從而判斷是否啟動聲光報警；另一方面，將這些數(shù)據(jù)顯示在液晶顯示屏上，供用戶實時查看當(dāng)前的狀態(tài)信息[6]。系統(tǒng)狀態(tài)顯示頁面顯示的內(nèi)容是：門、窗關(guān)閉或打開，距離數(shù)值。當(dāng)紅外發(fā)射管與紅外接收管之間有物體遮擋時，可以模擬門打開的狀態(tài)，此時，門狀態(tài)由“關(guān)閉”變?yōu)?ldquo;打開”，如圖3、圖4所示。
圖3 系統(tǒng)狀態(tài)顯示頁面
圖4 門由“關(guān)閉”變?yōu)?ldquo;打開”
對于窗戶和距離是同樣的道理，本系統(tǒng)會實時監(jiān)測用戶住宅狀態(tài)，并同步顯示在液晶屏幕上。由于單液晶屏幕顯示內(nèi)容有限，作為交互性的智能設(shè)計，要求設(shè)計滿足用戶能夠自行設(shè)置參數(shù)的功能，因此設(shè)計了多個液晶顯示頁面，作為演示，只顯示2個頁面，分別是狀態(tài)顯示頁面和參數(shù)設(shè)置頁面。系統(tǒng)初始界面是狀態(tài)顯示頁面，顯示當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)。設(shè)計2個機械按鍵供用戶切換頁面和設(shè)計參數(shù)，用戶可以通過按鍵切換到其他頁面。在參數(shù)設(shè)置頁面，用戶通過參數(shù)設(shè)置按鍵可以設(shè)置靈敏度。靈敏度共分4種：10 cm，20 cm，30 cm，40 cm，代表距離是10 cm，20 cm，30 cm，40 cm時啟動聲光報警。參數(shù)設(shè)置頁面如圖5所示。
2.4 終端控制
終端控制功能的實現(xiàn)是通過編寫一個Android客戶端，該客戶端可以進行Socket通信，即可以通過給定的IP和端口利用Android手機的WiFi功能連接服務(wù)器，進行數(shù)據(jù)的傳輸和系統(tǒng)的控制。在本設(shè)計中，單片機與Android手機之間進行數(shù)據(jù)傳送時傳送的是命令代碼，該命令代碼是一個16進制數(shù)，該數(shù)據(jù)由8位二進制數(shù)組成的單片機和Android手機通過對該數(shù)據(jù)的8位進行解析，從而得到系統(tǒng)的狀態(tài)信息 [7] 。客戶端使用方法：用戶在Android手機上安裝該客戶端后，打開手機的WiFi功能，在IP，PORT輸入框輸入IP地址和端口，點擊連接按鈕，連接成功后，該按鈕會顯示“斷開”；中間區(qū)域顯示系統(tǒng)狀態(tài)，當(dāng)狀態(tài)發(fā)生變化時，其顯示會發(fā)生變化；下面區(qū)域為命令代碼輸入?yún)^(qū)域，用戶可以根據(jù)需要輸入相應(yīng)的代碼。
圖5 參數(shù)設(shè)置頁面
客戶端功能實現(xiàn)：客戶端程序初始化：為各個顯示控件添加屬性，并為按鈕添加響應(yīng)事件；接按鈕響應(yīng)事件：單擊按鈕時，與指定的IP、端口建立Socket連接；輸入流線程：接收輸入流，并根據(jù)輸入流數(shù)據(jù)對顯示區(qū)進行設(shè)置；命令代碼確定按鈕：將輸入的命令代碼通過已經(jīng)建立的Socket通信通道已數(shù)據(jù)流的形式發(fā)送出去。
3 結(jié) 論
本文設(shè)計的家用無線防盜報警系統(tǒng)是基于單片機和Android平臺，實現(xiàn)了以下幾個功能：
（1） 自動檢測功能，超聲波測距模塊檢測陌生人與用戶住宅的實際距離，振動檢測模塊檢測窗戶的振動，該模塊與單片機的I/O口直接連接，實時檢測模塊電平變化，紅外對射電路檢測房門的開關(guān)，房門正常關(guān)閉情況下紅外接收電路接收紅外發(fā)射管發(fā)射的紅外線，與單片機相連的I/O口檢測到一定的模擬電壓，通過A/D轉(zhuǎn)換將電壓數(shù)值存儲在AVR單片機內(nèi)部，當(dāng)房門打開時紅外接收電路接收不到紅外線，該電壓值發(fā)生變化，單片機通過與存儲的電壓數(shù)值比較，判斷處理。
（2） 聲光報警功能，該功能主要有蜂鳴器和LED組成，該部分電路與單片機對應(yīng)的I/O口連接，當(dāng)單片機輸出相應(yīng)的電平時，三級管導(dǎo)通，電路就會工作，實現(xiàn)報警功能。
（3） 液晶顯示，通過LCD12864將系統(tǒng)的狀態(tài)信息顯示出來供用戶查看，同時按鍵與單片機I/O口連接，通過對按鍵的判斷處理實現(xiàn)系統(tǒng)靈敏度的設(shè)置。
（4） 終端控制功能，該部分功能由HLK?RM04模塊和Android智能手機實現(xiàn)，HLK?RM04模塊的串口與單片機的串口連接，單片機將狀態(tài)數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送出去，HLK?RM04模塊自動將串口接收的信息通過WiFi發(fā)送到空間，Android手機通過WiFi功能連接到該模塊，通過本設(shè)計編寫的客戶端就能實現(xiàn)信息的接收和顯示，同時發(fā)送對應(yīng)的命令代碼給單片機，單片機接收到命令代碼解析后實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)置。
根據(jù)設(shè)計思想制作實物，經(jīng)驗證功能實現(xiàn)良好。本系統(tǒng)利用單片機和Android平臺的結(jié)合，不僅實現(xiàn)低成本檢測、顯示和報警，而且通過串口?WiFi設(shè)備還能將系統(tǒng)數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)接脩舻闹悄苁謾C上，真正實現(xiàn)了交互式的智能控制。 本文由wWW. DyLw.NeT提供，第一 論 文 網(wǎng)專業(yè)寫作教育教學(xué)論文和畢業(yè)論文以及服務(wù)，歡迎光臨DyLW.neT
參考文獻
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【關(guān)鍵詞】單片機 電子顯示屏 硬件電路 軟件設(shè)計 主函數(shù)
LED字母、數(shù)字、漢字點陣式顯示系統(tǒng)是集信息技術(shù)、電子技術(shù)、光電技術(shù)于一體的高科技產(chǎn)品，具有高穩(wěn)定性、低耗能、高亮度、長壽命、高清晰度和更新方便等特點，以廣告宣傳或傳遞信息的載體等方式廣泛應(yīng)用于車站、碼頭、商場等公共場所。
本論文在實驗室條件允許的情況下，設(shè)計并實現(xiàn)了一個能顯示1 個字母的8 *8 的LED點陣式顯示屏。該系統(tǒng)以SPCE061A系列芯片為核心，結(jié)合軟件實現(xiàn)了動態(tài)字母的顯示、跳屏及自檢等功能。
一、凌陽16位單片機的概述
1.1單片機SPCE061A的概念。SPCE061A 是繼μ’nSPTM系列產(chǎn)品SPCE500A等之后凌陽科技推出的又一款16位結(jié)構(gòu)的微控制器。與SPCE500A不同的是，在存儲器資源方面考慮到用戶的較少資源的需求以及便于程序調(diào)試等功能，SPCE061A 是凌陽科技公司μ’nSPTM （Microcontroller And Signal Processor） 系列產(chǎn)品中的16位微控制器芯片， 內(nèi)置32k閃存， 其較高的處理速度使芯片能夠非常容易、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號， 適用于數(shù)字語音識別等應(yīng)用領(lǐng)域。在2.6V～3.6V工作電壓范圍內(nèi)， SPCE061A 的工作速度范圍為0.32～49.152MHz， 具備8通道10位ADC 輸入功能，內(nèi)置的具有自動增益控制的麥克風(fēng)輸入功能，雙通道10位DAC音頻輸出功能及A、B兩個I/O口輸入輸出功能。
1.2發(fā)展單片機SPCE061A的必要性。凌陽SPCE061A單片機不僅具有體積小、集成度高、可靠性好且易于擴展；較強的中斷處理能力；高性能價格比；低功耗、低電壓等優(yōu)點外，還有很強的模塊化，例如：位操作模塊、自動語音錄音以及播放模塊。另外，它還配有專門的編譯環(huán)境IDE，這些都為軟件的設(shè)計提供了方便。在硬件方面，單片機有輸入輸出端口，這就方便了單片機與機器人、計算機的連接。利用凌陽SPCE061A單片機作為整個系統(tǒng)的主控板，驅(qū)動機器人中的五個電機和機器人頭部的揚聲器。另外增加了特定人語音識別的功能，通過命令來控制機器人，使機器人智能化。
SPCE061A單片機耗電少，可以滿足很多手提設(shè)備、掌上設(shè)備低能耗的需求，低能耗也是電子技術(shù)一直在追求的一個目標(biāo)。SPCE061A單片機可方便的用來實現(xiàn)聲音錄制、播放，Midi音樂合成和語音識別，相比別的單片機比較有特色。SPCE061A單片機可方便的完成一系列乘加的運數(shù)，實現(xiàn)一些數(shù)據(jù)處理比較容易，別的單片機一般都不具備這種功能。SPCE061A單片機芯片里具備在線仿真調(diào)試電路，使調(diào)試和程序下載更加方便，也把仿真器和燒錄器的成本給節(jié)省下來了。單片機體積小、質(zhì)量輕、價格便宜，為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學(xué)習(xí)使用單片機是了解計算機原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。
1.3單片機SPCE061A的應(yīng)用領(lǐng)域。目前單片機滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種手機、充電器、電話、電風(fēng)扇、錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領(lǐng)域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。因此，單片機的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計算機應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。
二、基于單片機SPCE061A的字幕機
2.1字幕機背景介紹
2.1.1點矩陣的種類及結(jié)構(gòu)
現(xiàn)在市面上已出現(xiàn)很多有關(guān)點矩陣顯示器的商品，如廣告活動字幕機、股票顯示板、活動布告欄等。它的優(yōu)點是可按需要的大小、形狀、單色或彩色來組合，可與微處理器連接，做各種廣告性文字或圖形變化。 何謂點矩陣顯示器？其實它是由 LED按矩陣方式排列而得名。 點矩陣顯示器的種類，可分為 5*7、5*8、6*8、8*8 等 4 種；而按 LED 發(fā)光變化顏色來分，可分為單色、雙色、三色；按LED的極性排列方式又可分為共陽極與共陰極，其結(jié)構(gòu)如所示。以 5*7點矩陣為例，一般市售注明 CA-P（共陽極）、CC-P（共陰極）。
本論文設(shè)計采用共陰極為LED的外形及共陰極LED的陣列結(jié)構(gòu)。通過編程控制各顯示點對應(yīng)LED陽極和陰極端的電平，就可以有效的控制各顯示點的亮滅。
三、結(jié)論
3.1實驗環(huán)境
3.2μ’nSP集成開發(fā)環(huán)境
本論文的實驗開發(fā)環(huán)境為unSP IDE 2.0.0。
IDE2.0.0作為μ’nSP IDE 工具截止現(xiàn)在（2005-11-11）最新的一個版本，它不但繼承以前版本IDE的特點，同時增加了一些新的功能，集納了眾多用戶在使用μ’nSP IDE 過程中提出的一些意見，并包含了一些新的例程。 IDE2.0.0 在編譯優(yōu)化、代碼查錯定位等方面都有了一定的進步，用戶在使用本版 IDE 時，應(yīng)該可以體會到，其對代碼的嚴謹性有了更高的要求。而在新版 IDE 的各個方面，都有所加強，用戶在使用過程當(dāng)用會有所體會。 新添加功能、加強原有功能等， 都沒有改變 unSP IDE 一慣的使用方法， 所以用戶可以參考 unSP IDE184的用戶手冊，以學(xué)習(xí)μ’nSP IDE 的基本操作及相關(guān)知識，這在 IDE2.0.0 的使用當(dāng)中是保持不變的。
μ’nSPTM 集成開發(fā)環(huán)境集程序的編輯、編譯、鏈接、調(diào)試以及仿真等功能為一體。具有友好的交互界面、下拉菜單、快捷鍵和快速訪問命令列表等，使編程、調(diào)試工作方便且高效。此外，它的軟件仿真功能可以在不連接仿真板的情況下模擬硬件的各項功能來調(diào)試程序。
3.3 硬件原理
系統(tǒng)設(shè)計
在這里使用 8*8 雙色點矩陣進行說明。
根據(jù)題目要求畫出系統(tǒng)框圖，參考如下：
在程序中控制點矩陣按照從左到右依次顯點，最后可以得到字符‘A’。具體說來先顯示第一幅圖片持續(xù)一小段時間（在程序中使用 4KHz 的時基信號進行掃描，即持續(xù) 1/4096 秒） ，然后再顯示第二幅圖片，顯示第三幅圖片，顯示第四幅圖片，顯示第五幅圖片，然后再重新顯示第一幅圖片……這樣一直循環(huán)進行。由于掃描的時間非常快，應(yīng)用視覺效應(yīng)，就可以看見字符‘A’。
點陣式字母顯示屏的結(jié)構(gòu)。電路包含電源電路、復(fù)位電路、時鐘電路、單片機控制電路、記錄電路、驅(qū)動電路和 LED點陣屏顯示電路等七大部分。電源電路通過變壓元件為整個電路提供5V的工作電位，復(fù)位電路可在需要時為單片機手動 復(fù)位清零 ，使整個 電子顯示屏初始化；時鐘電路是單片機的工作驅(qū)動電路；單片機內(nèi)的程序控制著整個電路，其輸出通過譯碼器SN74LS154譯碼作為點陣屏的驅(qū)動；記錄電路記錄單片機的工作特性，當(dāng)出現(xiàn)錯誤時報警，亦即報警電路；驅(qū)動 電路包含陽極驅(qū)動和陰極驅(qū)動 ，分別驅(qū)動＼點陣屏陽極和陰極。譯碼器 SN74LS154的輸出經(jīng)三極管 TP后的輸出為陽極驅(qū)動，移位寄存器 SN74LS595 的輸出為陰極驅(qū)動，從而使整個點陣屏顯示電路正常工作，顯示出所要求的字母或漢字。
在主函數(shù)流程圖中調(diào)用點亮整屏顯示包括紅色與綠色，調(diào)用顯示字符，調(diào)用動態(tài)效果，調(diào)用顯示時鐘等函數(shù)。
先對相關(guān)變量進行初始化；循環(huán)掃描亮 8行LED（ 稱點亮一幀圖象）；一幀圖象掃描完畢后， 列指針向右移動 1位， 再掃描下一幀圖象。為了控制字母共動的速度， 有時候要對一幀圖象掃描數(shù)次后才將列指針移位……依次類推，列指針共向右移動 8位。這樣，主觀上感覺到圖象向左滾（ 移） 動；移動一個字母（ 列指針右移 8位）后，字指針向下一個字母。再重復(fù)上述過程。這樣，我們就能在顯示屏上看到持續(xù)不斷的滾動字母信息了。
顯示字符函數(shù)、向左、向右、向上、向下移動字符函數(shù)中對計數(shù)變量進行初始化，對這幾種模式用變量進行標(biāo)識，初始化需要顯示的字符指針，初始化列掃描指針。
3.4軟件設(shè)計方案
硬件電路決定了LED點陣屏是以動態(tài)的方式點亮， 流動是以位進行的， 與字母模存放的形式有關(guān)。表1是以左移位，橫向字母，從上往下方式取模。來說明流動程序算法。
設(shè)計基本思路
第一步： 先對相關(guān)變量進行初始化。
第二步：循環(huán)掃描亮 8行L E D（ 稱點亮一幀圖象）。
第三步： 一幀圖象掃描完畢后， 列指針向右移動 1位， 再掃描下一幀圖象。為了控制字母共動的速度， 有時候要對一幀圖象掃描數(shù)次后才將列指針移位……依次類推， 列指針共向右移動 8位。這樣， 主觀上感覺到圖象向左滾（ 移） 動。
第四步： 移動一個字母（ 列指針右移 8位）后，字指針向下一個字母。再重復(fù)上述過程。這樣 ， 我們就能在顯示屏上看到持續(xù)不斷的滾動字母信息了。
四.實驗步驟
4.1 設(shè)計思路
4.1.1 如何用單片機寫字母顯示器的系統(tǒng)
LED點陣電子顯示屏我設(shè)計兩種方案：
方案一：采用可編程邏輯器件作為核心控制器產(chǎn)生LED點陣的行、列驅(qū)動信號。由于該系統(tǒng)不僅要實現(xiàn)信息的顯示，還要具備鍵盤控制器、顯示亮度連續(xù)可調(diào)、實時時鐘顯示、與PC機通訊等功能及其他發(fā)揮功能，這就要求需要用中大規(guī)模的PLD，設(shè)計多個接口電路，開發(fā)周期長，不易進一步擴展，同時系統(tǒng)的成本會急劇上升（相對于第二種方案）。因此，本設(shè)計并未采用這種方案。
方案二：采用單片機系統(tǒng)來實現(xiàn)。鑒于SPCE061A單片機比傳統(tǒng)的SPCE061A系列8位單片機具有更加豐富的資源，而且數(shù)據(jù)處理速度快，同時“61板除了具備單片機最小系統(tǒng)電路外還包括有電源電路、音頻電路（含MIC輸入部分和DAC音頻輸出部分）、復(fù)位電路等，體積小，可靠性高。本系統(tǒng)的設(shè)計采用雙單片機系統(tǒng)，一個主要用于完成多功能顯示控制功能，另一個主要用于實時時鐘顯示、實時溫度檢測顯示、無線通訊以及其他的擴展發(fā)揮部分功能，這樣提供了充足的內(nèi)部空間和更多的外部接口；同時由于安裝和調(diào)試工作可以并行進行，極大地縮短了總體設(shè)計和制造的時間。
4.1.2 點陣信息提取方案
將標(biāo)準(zhǔn)的點陣信息字模數(shù)據(jù)的字庫文件（本系統(tǒng)中采用漢字庫文件HZK16、ASCII碼庫文件ASC16）裝入外擴ROM存儲器，采用與PC機相同的編碼（機內(nèi)碼），先進行基于PC機的預(yù)處理，提取需顯示內(nèi)容的機內(nèi)碼，通過串口發(fā)給單片機，單片機首先進行判斷，若是ASCII碼，則直接計算出起始地址，在ASC16文件中指定位置取出連續(xù)的16個字節(jié)即為其字模信息；若為漢字，單片機將機內(nèi)碼轉(zhuǎn)換為區(qū)碼和位碼，再計算出起始地址，在HZK16文件中指定位置取出連續(xù)的32個字節(jié)即為其字模信息，然后送到顯示器去顯示。另外，PC機與單片機之間串口通信只是傳輸機內(nèi)碼，而不是傳輸字模信息，傳輸信息量小，不需要復(fù)雜的通信協(xié)議。這樣既可以減輕單片機的負擔(dān)，而且可以根據(jù)要求隨時改變顯示內(nèi)容，非常簡單靈活。
4.1.3 硬件電路設(shè)計
在日常生活中，經(jīng)常可以看到各種各樣的電子顯示牌，有大型的也有小型的；有很多都是利用點陣LED 顯示器組合而成的，掌握點陣 LED 的原理及使用方法有助于了解這類產(chǎn)品的工作原理、設(shè)計思想等。
4.1.4 硬件和軟件設(shè)計
綜合所有資料，總體設(shè)計硬件部分和軟件部分。
題目:數(shù)字式溫度計的設(shè)計(要用單片機寫) 51系列單片機,程序,c語言
圖用protel 99 se 畫,只要是溫度計就行了,論文寫十多頁就可以,大專水平
1、封面(見附圖);
2、標(biāo)題：題目簡要、明確，一般不宜超過20個漢字;
3、論文類字數(shù)不少于5000字(不含圖片);
4、工程設(shè)計類的設(shè)計圖幅量為折合零號圖2張，設(shè)計說明書字數(shù)不少于4000字(不含圖片);
5、藝術(shù)類的設(shè)計圖、效果圖以全面反映作品風(fēng)貌為目的，并要求制作出實物，其設(shè)計說明書字數(shù)不少于3000字(不含圖片);
6、外語類論文要求用中文或外文書寫，用外文書寫字數(shù)不少于4000字(不含圖片);
7、畢業(yè)設(shè)計(論文)及說明書正文字體格式：統(tǒng)一用a4紙打印，目錄、標(biāo)題：小三宋體，正文：五號宋體，參考文獻：五號宋體;
8、畢業(yè)設(shè)計(論文)及說明書順序：題名、作者姓名、作者單位、摘要、關(guān)鍵詞、正文、參考文獻、英文摘要和關(guān)鍵詞;
9、參考文獻格式：
著作：作者、書名、出版社、出版時間、頁碼。
論文：作者、論文、篇名、出版地、出版年、卷(期)、頁碼。
10、畢業(yè)設(shè)計(論文)使用統(tǒng)一封面、評語，并按封面、評語、正文的順序裝訂(左側(cè))成冊。
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畢業(yè)論文(設(shè)計)
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關(guān)鍵詞：角度傳感器，C8051F005單片機，角度預(yù)置，步進電機，顯示聯(lián)動
0.引言：
傳感器在現(xiàn)代信息技術(shù)中有著舉足輕重的地位，傳感器為系統(tǒng)提供進行處理和決策所必需的原始信息，很大程度上影響和決定著系統(tǒng)的性能，本設(shè)計采用以單片機為控制單元，用單軸傾角傳感器檢測平衡板傾斜角度，采取步進電機控制平衡板角度自動旋轉(zhuǎn)目的。
1.硬件電路設(shè)計
角度傳感器硬件連接圖如圖1所示，當(dāng)步進電機帶動平衡板傾斜到使角度傳感器SCA60C處于水平位置時，Vo端輸出+0.5V的模擬電壓。傳感器SCA60C僅可精確檢測到0~90度的角度范圍，當(dāng)平衡板轉(zhuǎn)到使角度傳感器與水平面成90度的角度時，此時Vo端輸出+5V的模擬電壓。在0~90度的傾角范圍內(nèi)，Vo端輸出的是正比于傾角大小的+0.5~+5V的模擬電壓信號，當(dāng)平衡板轉(zhuǎn)動到使角度傳感器與水平面間的角度從90度到180度的范圍變化時，輸出端Vo輸出的是從+5V依次變化到+0.5V 的模擬電壓信號[1][2]，因此通過測定傳感器SCA60C輸出端Vo電壓的大小即可確定平衡板與水平面的夾角。
步進電機驅(qū)動電路的設(shè)計本系統(tǒng)中，我們選擇4相5線步進電機，其驅(qū)動電路主要由L297+L298組成，該驅(qū)動電路集驅(qū)動與保護于一體。L297是脈沖分配器，只要步進電機A、B、C、D四項依次連接到J1的1、2、3、4各點，且將剩下的一條線接地，L297就會自動的將輸入到端口CW/CCW的脈沖分配給步進電機的各個相序，此時步進電機便可轉(zhuǎn)動[3][4]。控制電機時只需單片機通過I/O口向L297的cw/ccw和clock端發(fā)送控制信號即可控制它的轉(zhuǎn)速和正反轉(zhuǎn)。驅(qū)動電路原理如下圖2。論文參考。論文參考。
圖1角度傳感器硬件連接圖圖2步進電機驅(qū)動電路原理圖
本系統(tǒng)主要由主控制器模塊、角度檢測模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、鍵盤模塊和顯示器模塊等部分組成，系統(tǒng)連接圖如圖3所示：
圖3系統(tǒng)框圖
系統(tǒng)分為兩個工作模式，工作于模式一時，可通過鍵盤模塊預(yù)置一個角度，主控制器接收到此信息后，通過控制電機控制模塊來使角度檢測模塊做出轉(zhuǎn)動動作以使平衡板按輸入角度完成傾斜動作。同時，角度傳感器輸出的模擬量經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后送入主控制器，主控制器據(jù)此輸入判定平衡板是否已傾斜到預(yù)置的角度，并據(jù)此來控制電機控制模塊，并且主控制器模塊通過控制顯示模塊實時的顯示平衡板的傾斜角度。通過按鍵模塊可將系統(tǒng)切換到模式二，模式二的功能是能始終保持平衡板的水平，且能使顯示模塊顯示的內(nèi)容與平衡板聯(lián)動，兩種工作可通過按鍵來切換。系統(tǒng)使用c8051f00作為控制核心，128*64作為顯示器，4*4鍵盤來輸入需要預(yù)置的角度。程序具有角度預(yù)置和自動尋找平衡點兩種模式，根據(jù)不同需要選擇，具有友好人機界面，操作簡單易懂。軟件流程圖如下圖4所示：
圖4 程序流程圖
2.系統(tǒng)測試與分析
表1系統(tǒng)性能測試
基本要求測試 發(fā)揮部分測試 輸入角度大小 平衡時角度 誤差 起始傾斜角度 平衡時角度 誤差 30o 29.07 o
0.70% 14 o
0 o
0 65 o
65.6 o
0.90% 32 o
0.3 o
0.90% 94 o
94.2 o
0.20% 80 o
0.3 o
0.38% 110 o
110.4 o
0.36% 76 o
0.7 o
0.92% 176 o
175.7 o
0.17 121 o
【關(guān)鍵詞】液位檢測；探測式水位傳感器；步進電機
液位的檢測是過程控制技術(shù)的重要構(gòu)成部分，在國民經(jīng)濟發(fā)展上發(fā)揮了很大的作用。
一、探測式水位傳感器
探測式水位傳感器由步進電機、限位開關(guān)、拉線盤、傳動齒輪以及測桿、測針等零部件組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。此傳感器的基本測量原理是它將步進電機的正、反向的旋轉(zhuǎn)通過齒輪和拉線的傳遞，轉(zhuǎn)換為測針的豎直方向的位移。步進電機的運行是在脈沖信號控制下進行的，脈沖數(shù)據(jù)變化能夠直觀的反映電機轉(zhuǎn)動角度的變化（測針的位移距離變化），測針的作用是產(chǎn)生水位信號。在水中放置一個零V的電極，測針觸水時，即可使測針和電極之間形成電路回路，此時的測針為低電平——“0”，若測針離開水面，則測針的電平為高——“1”狀態(tài)。
傳感器的上部限位位置在測量時是固定的，一般將上部的限位點作為基準(zhǔn)，在測量前是可以隨意設(shè)置的。在進行測量時，首先使測針處于上限位置，同時對計數(shù)器賦值，作為基準(zhǔn)測量初值。然后電機運行，使測針向下運行，停止在水面上方，進行水位的數(shù)據(jù)測量，并將數(shù)據(jù)存儲。存儲數(shù)據(jù)后，設(shè)置軟件，使電機反向運行牽引測針上升到原上限點處，完成一次測量。
二、測量方式的選擇
探測式水位計是由步進電機的轉(zhuǎn)動驅(qū)動測桿進行運動，步進電機的轉(zhuǎn)速是由其接受到的脈沖信號控制的，接受一個脈沖信號步進電機就會轉(zhuǎn)動一個固定的角度。所以，我們可以控制脈沖的產(chǎn)生個數(shù)，進而控制步進電機的角度轉(zhuǎn)變。還可以控制脈沖的頻率的高低來控制步進電機的轉(zhuǎn)動速率，進行調(diào)速。
采用單片機的定時計數(shù)器即可達到脈沖信號的產(chǎn)生與頻率的控制，此種驅(qū)動方式具有易控制、高精度、不受水的溫度和水質(zhì)變化影響、測量水位變化快的特點。靜態(tài)和動態(tài)水位都可進行測量。電機的步進角為1.5度，相應(yīng)測針步進距離為0.1mm，全行程是300mm。
三、硬件設(shè)計
根據(jù)上面的傳感器和水位測量方式的介紹與選擇，本模塊由步進電機驅(qū)動電路、水位探測式傳感器組成。具體的實現(xiàn)框圖如圖2所示。
先由單片機檢測水位傳感器的初始狀態(tài)，包括限位狀態(tài)與確保測針處于水面上方，在確保檢測無誤后，然后執(zhí)行水位測量程序，開始測量，首先執(zhí)行觸水信號的產(chǎn)生，使探針觸水時返回信號，傳遞給單片機，得知水平面的具置。單片機接收后，再控制步進電機轉(zhuǎn)動使探針進行多次的觸水運動，且將多次的步進電機步進數(shù)存儲，根據(jù)存儲的數(shù)據(jù)計算出水位，由單片機顯示在LED上。
單片機產(chǎn)生的控制步進電機進行轉(zhuǎn)動的脈沖信號由P1.0產(chǎn)生，控制轉(zhuǎn)動方向的脈沖由P1.1產(chǎn)生。脈沖分配器和功率放大電路將自動將此脈沖信號轉(zhuǎn)換為步進電機三相的信號，由此來控制步進電機轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)對探針上下運動的控制。其結(jié)構(gòu)組成框圖如圖3所示。
圖3 單片機控制探針的組成框圖
單片機接口電路產(chǎn)生的脈沖信號，通過脈沖分配器將單片機產(chǎn)生的脈沖信號進行分配后傳輸?shù)讲竭M電機。
由于單片機的驅(qū)動能力不足，這里采用的功率放大部分，是采用PMM8713組成的驅(qū)動電路，通過此驅(qū)動電路放大脈沖信號后，驅(qū)動步進電機牽引探針運動來實現(xiàn)水位的測量。
四、傳感器控制信號
探針觸水信號：因為探針觸水的瞬間即可產(chǎn)生，且將信號送與單片機。所以它的響應(yīng)時間直接影響到水位測量的精度。要想測量精度高，就必須要求其響應(yīng)時間短。中斷響應(yīng)是一種立即響應(yīng)，由此可以將響應(yīng)時間減到最短。所以我們用中斷來響應(yīng)探針觸水信號。
限位開關(guān)信號：它的作用是控制探桿運動的臨界范圍，使用單片機的P1.2口進行查詢和控制。
參考文獻：
關(guān)鍵詞：單片機；交流阻抗特性；等效電路參數(shù)
中圖分類號：TP216 文獻標(biāo)識碼 A 本文由wWW. DyLw.NeT提供，第一 論 文 網(wǎng)專業(yè)寫作教育教學(xué)論文和畢業(yè)論文以及服務(wù)，歡迎光臨DyLW.neT
Design of Equivalent Circuit Parameter Analyzer for
Two Port Passive Circuit
TANG Zhengming1 ， ZHANG Sanmei2 ， Zeng Jing1
（1 School of Electronic Information and Engineering， China West Normal University， Nanchong Sichuan 637009，China；
2 Experiment Center， China West Normal University， Nanchong Sichuan 637009， China）
Abstract： Equivalent circuit parameter is very important for the process of circuit analysis and design. Based on the refined numerical algorithm of AC impedance， a digital equivalent circuit parameter analyzer is designed. In this system， MCU is used to control frequency synthesizer to generate excitation signal. By adjusting the capacitance and current trends ， the load impedance characteristic is determined. Finally， the AC impedance and equivalent circuit parameter are displayed， which can be obtained under different operating frequency.
Keywords： MCU； AC Impedance Characteristics； Equivalent Circuit Parameters
0引 言
電路交流阻抗隨信號源的頻率變化，其具體表現(xiàn)為一定電阻R、電容C和電感L的串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)在給定信號頻率下所得到的等效阻抗。頻率相對較高時，電路還可能產(chǎn)生相對較大的寄生電容、電感，從而出現(xiàn)寄生阻抗。如何快捷準(zhǔn)確地獲取電路在不同工作頻率下的等效電路參數(shù)，對電路的分析與設(shè)計來說有著特殊重要的現(xiàn)實意義[1]。
已有的交流參數(shù)測試儀，其測量對象主要鎖定在對交流電路頻率、有效值、功率，或者單個元件阻值、電感量、電容量的測試，而對交流阻抗的智能化測量的探討研究仍舊較少，且未曾涉及到負載為黑盒子電路（其可能為RLC元件，某用電器或電路模塊，以下統(tǒng)稱為負載電路）的等效參數(shù)測量[2-6]。本設(shè)計所實現(xiàn)的電路交流等效電參數(shù)分析儀的核心即為交流阻抗特性分析，通過采用單片機產(chǎn)生激勵信號，能分析出給定工作頻率下負載電路的交流阻抗特性，并進一步得到其等效電路參數(shù)。
1硬件電路
系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。主要電路模塊包括單片機（MCU）、放大電路、整流濾波電路、含雙可調(diào)電容的RC振蕩器等[7-8]。
圖1 等效電參數(shù)分析儀原理圖
Fig.1 Schematic diagram of equivalent circuit parameter analyzer
MCU的型號為MSP430F169。放大電路用于將采集到的弱信號放大，再送入整流濾波電路，便于單片機（MCU）接收識別，放大電路型號為AD620。整流濾波電路，用于將采樣信號轉(zhuǎn)化為單向脈動波并濾除附帶產(chǎn)生的雜波信號，使有用信號免受干擾，易于下一級電路的操作處理。可變電容C結(jié)合555定時電路模塊構(gòu)成RC振蕩器，所產(chǎn)生的信號頻率送入單片機識別，進而確定出接入電路的電容值。其中，可調(diào)電容C與電路的連接通過開關(guān)控制，該可調(diào)電容C為特制的雙可調(diào)電容（構(gòu)成RC振蕩器的電容與接入測量電路的電容相同，并由同一旋鈕控制調(diào)節(jié)），這樣，可在隔離電路影響的情況下，獲得接入電路電容的精確值。 為定值電阻，主要起限流作用，如當(dāng)電路串聯(lián)諧振時，使電路電流不至于過大，損壞儀器。 為采樣電阻，為小阻值錳銅電阻，用于將負載電流轉(zhuǎn)換為電壓信號，再送入放大電路。 為負載電路。
2算法設(shè)計
根據(jù)有效值、功率因素的計算結(jié)果[9]，可得到電路總阻抗
（1）
其中， 、 、 分別表示電路電壓有效值、電流有效值、功率因素。 的正負與負載的特性有關(guān)，若負載為非電容性；則 ，若負載為非電感性則 。令 ，則有
（2）
系統(tǒng)采用調(diào)節(jié)可變電容C并結(jié)合單片機采集到的電流大小變化情況的方法，確定（2）中的正負符號，即實現(xiàn)負載阻抗特性的判定。由于可調(diào)電容與被測負載并聯(lián)，設(shè)被測負載的電導(dǎo)和電納分別為 和 ， 可調(diào)電容電納為 ，其等效電路如圖2所示。
圖2 阻抗特性的判斷原理圖
Fig.2 Schematic diagram for the judgement of impedance characteristic當(dāng)端電壓有效值恒定時，電流有效值
（3）
即： （4）
可見，當(dāng) 與 同號，即被測負載為電容性時，電容增大，電流 單調(diào)上升；而當(dāng) 與 異號，即被測負載為電感性負載時，電容增大，電流 將先減小而后增大。因此，單片機可根據(jù)電容調(diào)節(jié)過程中采集到電流變化情況，判斷出負載的阻抗特性。在此基礎(chǔ)上，設(shè)負載 的等效阻抗為 ，由于測量電路為可調(diào)電容C與負載 并聯(lián)，然后再與定值電阻 串聯(lián)，根據(jù)電路串并聯(lián)關(guān)系，則有：
（5）
聯(lián)立（1）-（2）和（5），在已判斷得到負載的特性的情況下，便可以解出 中的電阻R和電抗X。結(jié)合頻率值即可得
（6）
（7）
因此，對于給定負載（如某單元電路），該測試儀能夠獲得給定工作頻率下的交流等效電路參數(shù)，便于電路的分析與設(shè)計。
3 系統(tǒng)測試
系統(tǒng)設(shè)計完成后，通過鍵盤設(shè)定激勵信號幅值和頻率，調(diào)節(jié)電容旋鈕，即可讀出負載的等效電路參數(shù)。首先測試并選取了三個R、L、C電路元件，其參數(shù)值分別為10，10mH，1uF。再將電路元件安插在萬用板上，借助萬用板連接線使其形成簡單的串聯(lián)電路和并聯(lián)電路，并同時具有典型的二端口結(jié)構(gòu)，然后分別測試了信號頻率為1KHz時，負載的等效電路參數(shù)。用 Idealization（I）和Test （T）分別表示理論值和測量值，結(jié)果如表1所示。
表1 測試結(jié)果
Tab.1 Test results
電阻（） 電感（mH） 電容（uF） 串聯(lián)（；uF） 并聯(lián)（，mH）
I T I T I T I T I T
10 10.02 10 10.33 1 0.97 10 ； 1.65 9.97；1.59 9.91；0.15 10.04；0.23
測量 結(jié)果表明，在1KHz頻率下，所搭建的串聯(lián)電路具有阻容特性，而并聯(lián)電路具有阻感特性。等效電路參數(shù)測量結(jié)果與理論值存在一定差異的可能原因主要在于：除工藝等因素外，導(dǎo)線等所引入的分布阻抗。
4 結(jié)束語
本文設(shè)計了一種電路交流等效電參數(shù)分析儀，可用于完成無源二端口電路的等效電參數(shù)測量。在測量交流等效參數(shù)時（特別在用作RLC測試儀的情況下），若測量頻率較高，分布參數(shù)影響將較為顯著，對低標(biāo)稱值元件的測量尤為不利。如何減小分布參數(shù)對測量結(jié)果的影響，還有待進一步研究。
參考文獻：
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關(guān)鍵詞：單片機；一體化；教學(xué)模式
中圖分類號：G712 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-0568(2012)08-0041-02
目前，計算機硬件技術(shù)向巨型化、微型化和單片化三個方向高速發(fā)展。自1975年第一塊單片微型計算機芯片問世以來，在短短的三十多年間，單片機技術(shù)已發(fā)展成為計算機技術(shù)一個非常有前途的分支，它具有體積小、性能優(yōu)越、價格低廉等優(yōu)點。一方面，單片機芯片是自動控制系統(tǒng)的核心部件，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、智能化儀器儀表、通信終端設(shè)備、家用電器、高檔電子玩具等領(lǐng)域；另一方面，單片機也是電子技術(shù)數(shù)字化的核心部件之一，在數(shù)字化電子產(chǎn)品中承擔(dān)著數(shù)字信號處理的重任。鑒于單片機技術(shù)在實踐中的廣泛應(yīng)用，很多高職院校電類專業(yè)均開設(shè)了《單片機技術(shù)》課程，但是院校之間的教學(xué)模式及教學(xué)效果存在著一定的差別，為了找到此類課程的理想教學(xué)方法，有必要對單片機課程的教學(xué)模式進行研究。
一、傳統(tǒng)的單片機教學(xué)模式
傳統(tǒng)的高職院校《單片機技術(shù)》課程存在一些比較普遍的問題，主要體現(xiàn)在適合高職學(xué)生的優(yōu)質(zhì)單片機教材較少，很多教材偏重于理論，相應(yīng)的教學(xué)計劃針對性不強，傳統(tǒng)教學(xué)方法因過多體現(xiàn)“講授式”特點，缺乏對學(xué)生主動學(xué)習(xí)與實踐創(chuàng)新能力的關(guān)注。傳統(tǒng)的“單片機技術(shù)”課程教學(xué)模式往往是“理論課+實驗課”。理論課在教室采用多媒體或“粉筆+黑板”的方式，以逐個知識點的講授為主。實驗課在實驗室環(huán)境下練習(xí)，且實驗內(nèi)容多為驗證性實驗。這種教學(xué)模式的缺點是教學(xué)中以教師為中心，理論與實踐相脫節(jié)，學(xué)生被動地接受知識，學(xué)習(xí)過后不易理解和掌握。因此，開展《單片機技術(shù)》課程教學(xué)方法改革，探索適應(yīng)新形勢要求的教學(xué)方法已是必然。
二、單片機一體化教學(xué)模式
《單片機技術(shù)》自身就是一項實踐性非常強的技術(shù)，光靠理論講授和后續(xù)的實驗驗證根本不可能使學(xué)生很好的掌握這項高新技術(shù)，為了改變現(xiàn)狀使學(xué)生掌握這項受之有用的技術(shù)，唯有在教學(xué)過程中加大實踐的力度，使得學(xué)生能夠在做中學(xué)，學(xué)中做，通過自己動手做而獲得成就感，通過自己動手做而找到學(xué)習(xí)的樂趣，進而自主的學(xué)習(xí)。基于此，本文對單片機一體化教學(xué)模式進行探究，采用“教學(xué)做一體化”的教學(xué)方式，以項目情景和工作過程為導(dǎo)向，突出學(xué)生的主體地位，在做的過程中由教師教和學(xué)生學(xué)來共同完成教學(xué)活動。
三、單片機一體化教學(xué)具體實施
整個課程教學(xué)過程的實施按照“理論引導(dǎo)普通項目實訓(xùn)典型項目實訓(xùn)綜合(創(chuàng)新)項目實訓(xùn)競賽”的系列步驟展開。
1 實施方案。每個教學(xué)過程均安排在實訓(xùn)室采用“理論講解－分析設(shè)計－學(xué)生編程－仿真－實訓(xùn)－設(shè)疑－再編程－再仿真－再實訓(xùn)”的方式進行，邊講邊動手，有目的、有計劃地帶領(lǐng)學(xué)生先完成普通項目實訓(xùn)，再完成典型項目實訓(xùn)，然后完成綜合(創(chuàng)新)項目實訓(xùn)。例如，要完成“8個發(fā)光二極管輪流點亮”的任務(wù)，教師先講解完成這個實例需要掌握的相關(guān)電路原理和指令規(guī)則，接著引導(dǎo)學(xué)生一起來分析思考如何實現(xiàn)任務(wù)功能，待學(xué)生發(fā)現(xiàn)指令和任務(wù)之間的聯(lián)系之后，讓學(xué)生動手寫程序，并仿真看結(jié)果對不對。如果仿真正確。再嘗試將程序代碼下載到實驗板看結(jié)果是否正確。接下來再適當(dāng)改變?nèi)蝿?wù)要求，讓學(xué)生動手完成新任務(wù)。通過這樣的過程，調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，真正將“學(xué)－思－知－行”統(tǒng)一起來。
2 實施方法。本課程實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的實施按照“普通項目實訓(xùn)典型項目實訓(xùn)綜合(創(chuàng)新)項目實訓(xùn)競賽”的步驟循序漸進地展開，其組織形式也有相應(yīng)的區(qū)別。
(1)普通實訓(xùn)項目。普通實訓(xùn)項目采用集中進行，統(tǒng)一指導(dǎo)和個別輔導(dǎo)相結(jié)合的方式進行。實訓(xùn)后學(xué)生必須根據(jù)要求，寫出項目實訓(xùn)報告。實訓(xùn)過程中，教師的作用是導(dǎo)向、糾偏、督促、檢查。重在培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新地完成：資料查找、方案構(gòu)思、電路設(shè)計與制作、編程及調(diào)試等工作，注重講練結(jié)合，教師一般先有統(tǒng)一的入門指導(dǎo)，講解實訓(xùn)的原理、方法、步驟、注意事項，根據(jù)需要作必要的現(xiàn)場操作演示，然后巡回指導(dǎo)。通過普通項目的實訓(xùn)使學(xué)生掌握單片機開發(fā)工具、單片機仿真軟件、應(yīng)用軟件的使用方法，獲得基本實訓(xùn)技能。掌握單片機指令應(yīng)用、程序設(shè)計基本方法和技巧，提高了動手能力。
(2)典型實訓(xùn)項目。教師下達典型實訓(xùn)項目任務(wù)，提供參考資料書目，學(xué)生自己查閱資料，確定設(shè)計方案。在教師對設(shè)計方案檢查無誤后開始進行硬件原理圖的設(shè)計和軟件程序編制，調(diào)試硬件電路、調(diào)試設(shè)計程序直至成功，整個過程由老師提供技術(shù)支持。學(xué)生根據(jù)任務(wù)書的時間內(nèi)容要求完成設(shè)計任務(wù)。典型實訓(xùn)項目采用相對集中、任務(wù)分散，小組討論，個別輔導(dǎo)相結(jié)合的方式進行。通過典型實訓(xùn)項目的實訓(xùn)使學(xué)生進一步理解單片機的組成及工作原理，掌握接口電路的工作原理，理解接口技術(shù)、中斷、定時／計數(shù)器等功能部件的基本原理和設(shè)計應(yīng)用方法，培養(yǎng)學(xué)生的單片機應(yīng)用與開發(fā)能力以及團隊協(xié)作的能力。
(3)綜合(創(chuàng)新)項目實踐。綜合(創(chuàng)新)項目實踐采用課題組形式，每組學(xué)生進行任務(wù)分工，共同完成一個相對完整的設(shè)計任務(wù)：審題、查閱資料、方案構(gòu)思、繪制原理圖、電路板設(shè)計與制作、編程及調(diào)試、論文撰寫等工作。教師采用相對集中、任務(wù)分散，小組討論，個別輔導(dǎo)相結(jié)合的方式進行。教師在實訓(xùn)全過程中起技術(shù)指導(dǎo)作用。要真正提高學(xué)生單片機實際應(yīng)用能力，單靠課堂(理論、實驗)教學(xué)是不夠的。為了鞏固、提高學(xué)生單片機理論教學(xué)的效果，單片機應(yīng)用設(shè)計綜合項目，旨在繼續(xù)強化學(xué)生單片機應(yīng)用能力的培養(yǎng)，要求學(xué)生完成一個比較全面的單片機綜合應(yīng)用項目，對學(xué)生進行全面綜合的訓(xùn)練，有效地提高學(xué)生的創(chuàng)造性思維和獨立分析、解決問題的能力。
(4)競賽。競賽主要采用學(xué)生自由創(chuàng)作的形式，教師只對作品進行評價，通過學(xué)生獨立對整個作品的設(shè)計制作、設(shè)計報告的撰寫及答辯，使學(xué)生真正達到能夠獨立面對實際問題，獨立分析及解決問題。
通過以上實施步驟有效地解決了傳統(tǒng)理論課加實驗課的單片機教學(xué)中遇到的問題，增強了學(xué)生的參與感，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動手能力，使理論教學(xué)與實際應(yīng)用相結(jié)合，實現(xiàn)了一體化教學(xué)，對教學(xué)產(chǎn)生了積極的影響，增強了學(xué)生的創(chuàng)新意識和實踐能力，具有一定的理論價值和實際意義。
參考文獻：