单片机控制电路

单片机控制电路（精选10篇）

单片机控制电路 篇1

一块单片机、一个光电耦合器和一个可控硅就可以实现5伏的弱电控制220伏的强电，由此可以实现各种电器的控制，为我们生活提供服务，如可以制成在日常生活中应用很广泛的水温恒温控制系统，主要相关产品有：医用雾化器、酸奶机、暖奶器、足浴器、巧克力机、理疗器等。本文以酸奶机为例，详细介绍硬件制作和软件编写。

1、工作原理

(1)单片机部分：采用HT46R47单片机，其主要任务是将传感器测得的温度处理判断。

(2)复位电路和时钟电路保证单片机正常工作。

(3)温度测量电路：由NTC热敏电阻构成，主要任务是将测得液体的温度并传给单片机进行数字处理。

(4)PTC控制电路：主要由MOC3023光电耦合器、BTA16可控硅和PTC加热片组成，其任务的是控制温度在限定温度范围内。

酸奶最佳发酵温度是28度，控制系统使容器中液体保持在28度。控制原理为，由温度传感器对温度进行采样，将测量结果送给单片机;单片机将测得的温度值与内部设定的温度值进行比较，根据比较结果，通过执行机构——可控硅对PTC加热器是否工作进行控制。由于液体的惯性大，PTC加热器断电后有余热，所以在控制时要采用合适的控制方法，水温控制标准为28℃，误差控制在±1℃。

2、电路介绍

2.1 电源

电源部分由一个由稳压管7805、电容、整流桥和变压器组成的+5V的稳压电源。变压器得到市电220V电压，将交流的220V电压转化为12V的交流电压，9V的交流电压经过整流桥后变为直流9V电压，经过电容滤波以后，在稳压管7805的作用下，将9V直流电压变为5V直流，为单片机提供稳定的低压电。

2.2 单片机控制部分

利用HT46R47来实现温度的控制，通过温度传感器将采集的温度送给单片机，单片机对此进行工作，并用程序来控制加热器件。

控制电路的介绍：

(1)单片机HT46R47的12脚VCC脚1连接上面电路的+5V电压。

(2)单片机HT46R47的11脚RES脚与电阻R2，电容C3组成一个复位电路。

(3)单片机HT46R47的13,14脚与12M晶振组成时钟电路。

HT46R47的介绍：

HT46R47是8位高性能、高效益的RISC结构单片机，用于直接处理模拟信号，例如直接连接传感器。该系列单片机包含一个集成的多通道模数转换器，以及一个或多个脉冲宽度调制输出。同时也增强了单片机的其它内部特性，如暂停、唤醒功能、振荡器选择和可编程分频器等，增加了单片机的使用灵活度，而这些特性也同时保证实际应用时只需要最少的外部器件，进而降低了整个产品的成本。有了集成的A/D和PWM功能的优势，再加上低功耗、高性能、灵活控制的输入/输出和低成本等特性，此系列单片机广泛被应用在传感器信号处理、马达驱动、工业控制、消费性产品和子系统控制器等场合。

2.3 测温

单片机的8脚与R2,R3组成一个简单的分压电路，R2是定值电阻11K,R3是温度传感器的电阻，它会随着水温的变化而变化，8脚得到5V电压的分压，单片机得到电压的信号，然后判断是否继续加热

2.4 加热部分

单片机的1脚接控制加热部分的三极管的基极，编写程序控制PTC加热。光电耦合器MOC3023与可控硅BTA16组成一个加热系统，光电耦合器moc3023相当于一个开关，控制可控硅导通。

加热电路介绍：

(1)三极管的发射极接+5V电源，基极接单片机的1脚，集电极接发光二极管，当控制脚低电平时，三极管导通，二极管发光。

(2)光电耦合器MOC3023的1脚得到信号，二脚接地，使光电耦合器MOC3023内部工作。

(3)光电耦合器MOC3023的内部工作，使6脚输出信号到可控硅BTA16栅极(控制极)G，控制可控硅工作。

(4)可控硅BTA16的阳极，阴极，控制加热元器件PTC的加热。

(5)当温度达到一定温度后，温度传感器将信号传给单片机，单片机1脚输出低电平，使加热部分停止工作。

2.4.1 可控硅的介绍

可控硅BTA16：可控硅又叫晶闸管,它有三个引脚，一个是阴极K个是阳极A一另一个是栅极(控制极)G。使用时阳极与阴极之间加正电压，并接入负载，注意负载电流不要大于管子的额定电流，否则将会烧坏管子.正常情况下管子是阻断状态，当控制极与阴极之间加上一定的控制脉冲电压时，负载电流大于擎住电流时，晶闸管就开始导通，只有当负载电流小于晶闸管的维持电流时，晶闸管才能恢复阻断状态。

交流电在某个瞬间是有极性的，当你给栅极加脉冲时，只有交流电的正半周晶闸管才能导能，当电流过零变负半周时，晶闸管将关断。

2.4.2 光电耦合器的介绍

光电耦合器是一种把红外光发射器件和红外光接受器件以及信号处理电路等封装在同一管座内的器件。当输入电信号加到输入端发光器件LED上，LED发光，光接受器件接受光信号并转换成电信号，然后将电信号直接输出，或者将电信号放大处理成标准数字电平输出，这样就实现了“电-光-电”的转换及传输，光是传输的媒介，因而输入端与输出端在电气上是绝缘的，也称为电隔离。

2.4.3 PTC加热器

加热器件采用PTC加热器，PTC加热器是近年来发展迅速的新型电子材料，工作时不发红，无明火，可干烧，使用方便、安全、省电。在中小功率加热场合，具有恒温发热、无明火、热转换率高、受电源电压影响极小、自然寿命长等传统发热元件无法比拟的优势，在电热器具中的应用越来越广泛。

3、原理图和实物图

4、程序

摘要：弱电控制强电在单片机测控系统中应用极广。本文给出一种单片机控制强电的实现方案,整个自动控制系统以单片机为核心,光电耦合器和可控硅解决强电与弱电间的隔离,控制220伏工作的PTC为加热器件,本文详细介绍了硬件电路制作和控制程序。

关键词：光电耦合器,单片机,可控硅

单片机控制电路 篇2

十字路口交通灯总电路
DIG1 2位位位位位位 DIG2 2位位位位位 位 DIG3 2位位位位位位 DIG4 2位位位位位 位 D1

f e

a g d

b f ce
dp

a g d b c
D1 D2
dp

f e

a g d

b f ce
dp

a g d b c
D1 D2
dp

f e

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dp

a g d b c
D1 D2
dp

f e

a g d

b f ce
dp

a g d b c
D1 D2
dp

R1 1K R3 1K VCC

D3 D5 R5 LED R7 LED 1K R9 1K 1K D7 D9

路路路路路路 R2
D11 D6 D5 D4 D3 D2 D1 1K R4 1K VCC

D2 D4 D6 R6 LED R8 LED 1K R10 1K 1K D8 D10 D12 D6 D5 D4 D3 D2 D1

LED R11 LED 1K LED LED C1

LED R12 LED 1K LED LED DB1 1 6 2 7 3 8 4 9 5 DB9

dp g f e d c b a

dp g f e d c b a

dp g f e d c b a

10 5

10 5

10 5

dp g f e d c b a 2 9 8 3 1 4 6 7 P06 P05 P04 P03 P02 P01 P00

DIG1 DIG2

DIG1 DIG2

DIG3 DIG4

DIG3 DIG2

P06 P05 P04 P03 P02 P01 P00

P06 P05 P04 P03 P02 P01 P00

P06 P05 P04 P03 P02 P01 P00

10 5

2 9 8 3 1 4 6 7

2 9 8 3 1 4 6 7

2 9 8 3 1 4 6 7

P0(0..6)

C2 U2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 T2/P1.0 T2EX/P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 89c52 P1.5 P1.6 P1.7 RST RXD/P3.0 TXD/P3.1 INT0/P3.2 INT1/P3.3 T0/P3.4 T1/P3.5 WR/P3.6 RD/P3.7 XTAL2 XTAL1 GND STC89C52 GND VCC P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7 EA ALE/PROG PSEN P2.7/A15 P2.6/A14 P2.5/A13 P2.4/A12 P2.3/A11 P2.2/A10 P2.1/A9 P2.0/A8 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 104C4 P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 C5 GND 104 104 OUT IN 1 2 3 4 5 6 7 8

U1

104 16 15 14 13 12 11 10 9
MAX232

C3 104 GND

OUT IN

时 时 路 路路 路

C1+ Vcc Vs+ GND C1_ T1OUT C2+ R1IN C2_ R1OUT Vs_ T1IN T2OUT T2IN R2IN R2OUT M AX232

TXD RXD GND

SW1 VCC RET R13 1OK
+

下载电路
VCC D6 D5 D4 D3 D2 D1 P21 P20 P20 R14 100 R15 100 R16 100 R17 100

复位路路

GND C6

RET 10u CRY1 P36 P37 XTAL2 XTAL1

XTAL1

XTAL2 C7 12M C8 30p

时时 路 路

30p

Q1 NPN

GND SW2 1 2 3 4 VCC SW 1K

主主路路
D13

P21

Q2 NPN P36

Q3 NPN

P37

Q4 NPN

DIG1

DIG2

DIG3

D esgned B y 褚凯 i 电信01 电信01 0904030107

USB1 VCC 2 3 GND USB

R18 GND LED

路 电 路路
GND

位 位 位数 数 路 路

DIG4

基于单片机的升压电路设计与仿真 篇3

摘要：以单片机为分析对象探索升压电路的设计与仿真方式，在此过程中需要分析Boost电路升压原理，从而更加全面的分析硬件设备电路的整体设计方案，此外，从软件设计层面分析其功能的发挥与设定。通过大量的分析与研究可以发现，通过此种方式设计电路更加直接，可以达到预期的结果。

关键词：单机片；升压电路；设计与仿真

前言

三项逆变电源在设计阶段需要注意升压电路的设计，一般而言应该在直流电源与逆变电路之间放置相应的升压电路，而最常用的是DC/DC模式，其功能的发挥在于将蓄电池组合体升压到DC540V。但是实际应用过程中会出现电压波动情况，因此应该保证整个输入电压应该保持在108V左右，输出电压则应该保持在540V左右。Boost升压电路的整个结构相对比较简单，整个结构系统中一般只有一个开关管，这种设计方案可以解决传统设计电路对电源功效的损耗，该种结构体系的体积相对较小。

一、设计模式

整个电路的设计电压应该经过严格调试后直接传送到STC12C54010AD单片机，这是因为该种单片机具有八个通道，并且可以持续性的保证输出PWM驱动信号，可以满足一般电路动能的需求，因此该种电路的设计并不需要增加A/D转换电路，也不需要额外增加PWM信号路径，只需要调试PI计算方法就可以严密的控制电路信号传输模式与信号内容，从而让信号传输形成一个完整的循环模式，保证电压的稳定输入与输出。在此过程中需要借助单片机I/O接口，并在此基础之上建立A/D转换口，在DC2DC升压系统的维护下保证整个设计电路系统的完整性，从而最大程度的改善系统功能是设计的关键所在[1]。

二、硬件设计方案

在单机片电路中，如果开关管的通态时间为ton，则电路连通阶段的电能感应量值为L上的积蓄能，可以表示为EIiton。如果断电持续时间为toff，那么在断电阶段的电感L释放能量的积蓄能可以表示为（U0-E）Iitoff。如果整个电路的运行相对稳定，那么一个周期T内的电感L释放的积蓄能量与最终积蓄能量是相等的，那么可以最终表述为：

其中 表示电路的输出电压高于电源实际电压，因此此种电路被称之为升压电路，英文称之为Boost变换器。它也直接表示升压的比值，可以通过相应的方法进行调节，以此来改变整体电压的输出量。如果将升压比的倒数记为β，那么β就表示输出的电压量小于电源的电压。升压电路的输入电压高于电源电压主要是因为L电路储备电压能具有调节电压的作用，此外，电容也可以保持整体电路电压保持稳定。如果将电路中的电能损耗忽略不计，那么电源的供电能量仅仅是由电压负载消耗的，而升压电路则可以被直接当作直流变压器。

整个电路的系统的组成要见还包括二极管，它的最大直流电量可以表述为 。一般电路的电压都有承载度，因此，如果考虑电路的电压、元器件的成本等，那么应该选择RM200HA224F规格的。

电路的电容设计应该以电路的电感电流连续模式为基础，考量电容器内部二极管的电流承载力Id，应该维持整个电流流向为平直电流，因此，在指定的电压限制中，应该设置电容的电压为： 。其中 为波纹电压，规定取值为10V，因此C=31.69（μF）。在电路通电以及充电的阶段内，一般电容的规定容量必须可以进行负载供电，因此所要求的电容也相对较小，而实际选择的电容一般取值为50μF，耐压值应该保持在900V。

对隔离驱动电路进行设计的方法一般是直接驱动法、隔离驱动法和集成模块驱动电路、该逆变电源采用FXB系列集成模块EXB841来驱动IGBT模块。集成模块驱动电路与分立元件的驱动电路相比，有体积小、效率高、可靠性高的优点。EXB841适用于开关频率为40kHz以下的开关操作，可以用来驱动400A，600V或300A，1200V的IGBT。它采用单电源工作，供电简单，内置高速光耦实现输入、输出的隔离，同时，芯片内部设有过电流保护电路，且过电流保护后在封锁自身输出的同时，由专门的故障信号输出端发出故障信号[2]。

电路整体设计完成后应该对电路进行保护系统设计，直流电源中的功率器件IGBT是系统的主要部件，也是最昂贵的部件。由于它工作在高频、高压、大电流的状态，所以也是最容易损坏的部件[3]。因此IGBT的保护工作显得十分重要。该系统中具有较为完备的保护电路及保护程序，保护电路主要有以下几个部分：输出过压保护电路；输入过压、欠压保护电路；IGBT短路保护电路；温度保护电路。

结论：综上所述，在现代物理学发展的推动下，对升压电路的相关研究也随之提高，尤其是在单片机应用基础之上对其相关技术与仿真的研究推动我国电力系统的发展，更成为实现我国工业现代化的强有力保障。

参考文献：

[1]薛俭雷，田春华，万永刚.太阳能电池升压电路的设计与仿真[J].微型机与应用，2012，13：22-24.

[2]白林绪，申利飞，王聪.基于51单片机控制的数字可调高效开关稳压电源设计[J].电源世界，2010，09：21-24+60.

基于单片机的洗衣机控制电路 篇4

传统的洗衣机只按进水→漂洗→出水→甩干,这几个工作过程进行组合工作。如今,绝大多数洗衣机的电机驱动系统都引入了微处理器。微处理器的引入使得洗衣机的功能更加强大。洗衣机生产行业通过对微处理进行编程,实现洗涤、脱水模式的多样化,满足用户洗涤不同衣质、不同污脏程度的衣物。而用户在操作过程当中只需要按几个按键即可完成选择工作。同时,人们在原来洗衣方式的基础上,通过优化洗衣机的结构,然后与电机驱动相配合,来实现对洗衣机内部水流的控制,从而使洗涤更加彻底[3]。

1 系统电路硬件设计

1.1 总体结构设计

该系统电路采用51系列的AT89C52单片机作为主控芯片,由主控制器、按键、浊度传感器、倒计时显示、状态显示和电机水阀伺服机构等几大模块组成,通过程序控制来实现洗衣过程的节能化与自动化。系统组成结构如图1所示。

1.2 主控芯片AT89C52

该系统使用的是AT89C52单片机,时钟晶振使用12MHz。AT89C52是一种带8K字节的高性能微处理器。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[4]。

1.3 电源电路设计

电源电路采用双路输出+5V和+12V,分别作为电子电路工作电源和电磁阀驱动电源。使用交流变压器将220V市电降压至15V,经过二极管整流桥整流、电容滤波和稳压管稳压,能输出稳定的直流5 V和12V电压。电源部分的电路原理图如图2所示。

1.4 浊度检测模块设计

TS浊度传感器是GE公司开发的一种专门用于家电产品的低成本传感器,主要用于水的污浊程度测量,其内部结构原理图如图3所示。此种浊度传感器体积小,兼容TTL电平,使用方便[5],故本控制电路采用TS浊度传感器。

浊度传感器的工作原理是:当光线穿过一定量的水时,光线的透过量取决于该水的污浊程度:水越污浊,透过的光就越少。光接收端把透过的光强度转换为对应的电压大小。通过测量接收端的电压,就可以计算出水的污浊程度。

在该系统中,浊度传感器安装在洗衣机的排水管口附近,在洗衣机开始排水时启动数据采集进行水质检测,并将检测结果送单片机。

浊度值是由T S浊度传感器测得浊度数据,送ADC0804进行模数转换后所得的数值。实际应用中,应根据不同容量的洗衣机进行实验来确定更准确的浊度值与对应的洗涤时间。表1中表明了衣物浊度与洗涤参考时间的关系。

ADC0804是用CMOS集成工艺制成的逐次比较型摸数转换芯片。该芯片内有输出数据锁存器,当与控制器连接时,无须附加逻辑接口电路。逐次比较型AD由一个比较器和D A转换器通过逐次比较逻辑构成,从MSB开始,顺序地对每一位将输入电压与内置DA转换器输出进行比较,经多次比较而输出数字值。其优点是速度高、功耗低。

在该系统中,浊度信号转换为0V～5v的电压信号,浊度传感器连接ADC0804的输入接口进行采样处理,然后将电压信号转换为8位数值0x00～0xff送入单片机P1口。TS浊度传感器及其数据AD采样电路如图4所示。

2 系统软件设计

2.1 系统主程序

根据硬件设计要求,控制主程序流程如图5所示。洗衣机通电后,单片机上电进行程序的初始化操作,默认洗衣机工作模式为“厚物洗涤”,并显示此工作模式下的预设时间,然后扫描键盘,等待用户命令。当按下“开始”键后,系统就开始倒计时,并进入相应的工作模式程序开始洗涤。

主程序设定采用死循环的工作模式,在系统初始化后就一直按次序反复执行各个功能模块的子程序,检查各标志位的状态。这样即使系统长时间地处在暂停或停止状态下,依然能够及时响应用户的操作,快速恢复到正常的工作状态中,有效避免程序跑飞使控制器死机的情况。

2.2 浊度数据AD转换及漂洗控制子程序

ADC程序主要用于处理来自TS浊度传感器的模拟数据,将浊度信号转换成8位的二进制信号,送单片机处理判断。当本子程序被调用时,会先启动AD转换并读取数据,若转换结果允许显示,则调用显示AD结果的子程序,否则其数据就仅仅用于给单片机判断浊度,这样避免了不必要的显示,提高程序效率。该部分是实现节水目标的核心环节,其程序流程图如图6所示。

3 系统调试与分析

在完成本控制电路的设计之后,通过Proteus软件来对整个电路进行仿真调试。

(1)系统上电后,会进入默认的“厚物洗涤”模式并等待操作。通过模式选择按键可切换至“薄物洗涤”模式。这时只要按下“开始”键,洗衣机就会按照程序设定开始工作。

(2)在选定洗涤模式之后按下开始键,系统开始倒计时,并打开进水阀进水。在预定水位达到后,控制器关闭进水阀,主电机在程序的控制下间歇正反转,带动波轮和洗衣桶转动进行洗涤。

(3)洗衣机完成漂洗后进入历时2分钟的脱水模式工作。脱水状态指示灯点亮,排水阀打开,电机在高速档运作。若此时在时间剩余1分钟内水位降至最低,则洗衣机直接跳出脱水程序,完成洗涤,进入停机等待状态。

(4)在系统的正常工作中,若有异常情况出现,系统会立刻中断当前工作任务,进入“报警”状态:使电机停车等待,蜂鸣器发出告警音响。当处理异常情况后,按下“开始”键洗衣机就会恢复到原来的工作状态,继续洗涤工作。

经过仿真验证,该系统除具备洗衣机的基本功能外,还具有智能判断浊度,自动确定漂洗时间,根据水位情况制定洗涤任务等功能,该设计基本实现了节能洗衣机的预期功能。

4 结语

该设计基于AT89C52单片机对家用洗衣机进行智能控制,整个洗衣机控制电路充分应用了浊度检测技术,通过硬件设计与软件编程,实现了洗衣机的节能控制,一个按钮就能完成洗衣的全过程,且将洗衣机水耗降至最低。该控制电路的特点主要有:

(1)由TS浊度传感器和水位传感器检测衣物的污浊度与洗涤用水量,既能保证洗净衣物,又使洗涤时间大大缩短,最大限度地提高了洗涤效果,节约了能源和用水量,达到了该设计所设定的节水这一主要目的。

(2)该设计还考虑到半自动时的情况,用户可以根据自己的需求自由选择洗衣机的工作方式与洗涤时间。在洗衣机工作的任一过程中,用户可根据需要随时暂停洗衣机,机盖检测和过载保护能有效保证用户安全与洗衣机稳定工作,延长使用寿命。

参考文献

[1]蔡瑞雄.替代效应的滚筒洗衣机市场提升对策研究[D].广州:华南理工大学,2010.

[2]鲁建国.洗衣机的消费现状和发展趋势[J].家用电器,2002(5):28-28.

[3]余永权.嵌入式智能家电的发展现状及趋势[J].电子世界,2003(7):4-7.

[4]王琰.基于MCS-51单片机的洗衣机控制系统设计[J].自动化与仪器仪表,2008(4):37-40.

单片机电路板焊接实习报告 篇5

1、熟悉手工焊锡的常用工具的使用。

2、基本掌握手工电烙铁的焊接技术，能够独立的完成简单电子产品的安装与焊接。

3、焊接PCB电路板，调试制作的电路板。二：实习内容与时间安排

第一阶段:实习说明、理论学习、元器件分发

7月19日：实习安排说明、电子工艺基本技能技法学习、单片机开发系统演示。

这是实习的第一天，司杨老师给我们介绍了一些基本的实习内容以及注意事项，让大家都准时来到实习地点，要把这次实习看做是一件很重要的课程来认真对待。虽然第一节课大家由于各种原因没有全部准时到实验室，但是经过老师的一番教诲，大家都懂得了准时的重要性。下午是由张海峰老师带领我们一起了解了电子工艺的基本发展历史和现状，并且讲解了许多关于焊接的知识。在这个过程中，由于是很多人一起在一个教室里，难免会有些热或者闷，很多人都觉得老师的这些讲解都是无意义的，甚至有的人有点反感，但是，那是不认真最终注定了是要付出代价的（像焊接与拆焊练习的时候不合格，最终的PCB板没有结果）。

7月20日：单片机开发系统介绍、元器件分发、清点元件、查阅资料。

这一天的任务就是大家一起认识了许多类型的元件，当听说我们这次的实习单单元件就涉及了76种时，我们这些孩子们瞬间有点难以接受，但是在我们真正见到这些元件以后，幼小的心灵才有点安稳，原来并不像我们想象中那么难，还是可以接受的。接下来的时间就是分发元件，这种像流水作业一样的分发元件，让我们对老师又有了新的看法，不愧是老师，这样的都能想到，不然那么多元件那么多人还真不知道怎么样才能把元件分下去。由于有了老师的指导，元件很快就分了下去，结果页很是让人满意，至少没有出现什么大的错误。第二阶段：基本练习

7月21日：元器件分拣、元器件分装。

这一天的实习，在我看来，就是为了锻炼大家，第一点就是锻炼大家是否认识各种元件，第二点就是锻炼大家的耐心，看你在面对那么多的小东西的时候能否保持平静的心态，做到不骄不躁，坚持到最后。上午分拣元件，下午每个人一包元件，把1000个元件分成每10个一小包，再装进一个大包里面，这就看大家是否手快了，而且还不能出错，总的来说，这一天还是很轻松的。

7月22日：焊接练习7月23日：拆焊练习

进入焊接练习就是考验大家的时候了，每个人发下去一个板子，我们就在上面焊了拆，拆了再焊，有的人很认真的在按照老师教的步骤练习，但是有些人却认为这没有必要，在这两天的实习中我学到了许多焊接的知识。在焊接的过程中，我明白了焊接的原理，即是：焊锡借助于助焊剂的作用，经过加热熔化成液态，进入被焊金属的缝隙，在焊接物的表面，形成金属合金使两种金属体牢固地连接在一起。

我在老师的指导下，更加了解焊接的步骤，即： 左手拿焊锡丝，右手拿电烙铁。把电烙铁以45度左右夹角与焊盘接触，加热焊盘。待焊盘达到温度时，同样从与焊板成45度左右夹角方向送焊锡丝。待焊锡丝熔化一定量时，迅速撤离焊锡丝。最后撤离电烙铁。

在焊接的过程中，我们应该注意：焊接的时间不能太久，大概心里默数1、2即可，然后再撤离焊锡丝，再撤离电烙铁，在撤离电烙铁时，也一样心里默数1、2即可；焊锡要适量，少了可能虚焊，多了又容易连一块。

在焊的过程中，出现虚焊或则焊接不好，要把焊锡吸掉，重新再焊。在把焊锡吸掉的过程中，左手拿这吸锡器，右手拿着电烙铁，先把电烙铁与焊盘接触，加热焊锡，再将吸锡器靠近焊锡，按下吸锡器的按钮，就可以吧焊锡焊掉，重复多次，就可清除焊盘上的焊锡，注意不要将焊盘加热太久，以免把焊盘的铜片给吸掉。

焊接电路板的图片：

7月24日：基本焊接技能考核

这一天的下午是我们2班的考核时间，老师给大家每人发了一个小的板子和一个芯片，同学们都认真的把自己技术发挥到极致，按照老师的讲解一个一个的把电阻焊在板子上，直到自己认为很满意的时候才去让老师检查，功夫不负有心人啊，我的检查结果竟然是A+，心里还算是很满意，后来老师又让我们把焊上去的元件给拆下来，其中最困难的要数那个芯片了，这真是焊上去容易取下来难啊，很多人都在这个上面浪费了不少时间。可能是拆的时候有点心急了，不小心弄下来4个铜片，结果得了A。第三阶段：单片机开发系统制作

7月25、26日：单片机开发系统制作

这两天的实习，实际上就是检验我们之前的练习情况，包括焊接与心态，因为很多的元件必须一一对应放到它的位置，有一个放错或者焊接不好的话都会影响最终的结果，导致调试结果不正确。

PCB电路板的焊接：

焊接的时候注意电解电容可从引脚长短来识别，长脚为正，短脚为负，注意事项：

(1).外壳整合要到位，不然会因接触不良而无法显示数字。(2).一些小的零件也要小心安装，如图中没有经过焊接安装上的，如不小心很容易掉。

(3)注意电解电容、发光二极管、蜂鸣器的正负极性不能接反、三者均是长的管脚接正极、短的管脚接负极。使用电解电容的时候，还要注意正负极不要接反，还有排阻的同名端，三极管的三个引脚的对应位置。

下面是自己拍的几张PCB板的图片

焊接完整没有插接芯片的PCB板

焊接完整插上芯片的PCB板正面

当把这个板子做出来以后，心里总算感觉有点平衡了，因为这么长时间的实习，这是唯一的一个感觉属于自己的东西，而且这个板子凝结了自己心血，所以对它十分的珍惜，向来都是轻拿轻放的，生怕会受到损害，但是后来想想，如果自己焊接的牢固也不用担心会受到损害。到这时才知道以前认为很难做出来的东西原来自己也可以做的很好，我想这就是我们实习的目的吧，让我们了解电子元件的制作，让我们知道那些我们认为的困难并不是真的那么难以克服，只要你去做，就一定会有收获。

7月27日：单片机开发系统制作考核

10天的实习已经接近尾声了，今天是实习中最重要的一天，因为这一天关系到我们前面一段时间所有的付出，如果调试成功是对我们这几天的付出最好的回复，每个人都有点激动又有点担心，由于我不是第一组去调试的，当看到有人拿着自己调试完全成功板子回来以后，心里挺担心的，生怕自己的会出什么错误，尽管经常对自己充满信心，但是在结果出来之前，内心平静不下来。

这是自己在去调试之前的一张照片，所有的元件都已经完整了，只剩下去老师那里调试了，怀着忐忑的心情，看着老师在那里操作，一直到最后调试结束，在确定老师说完全正确以后，悬着的心总算是放下来了，当然啦，有点小激动又有点小骄傲啊，付出会有收获的。

调试结果

调试显示LED跑马灯实验后，跑马灯一个个循环的亮，测试程序，蜂鸣器也响了，最后显示传感器温度，其他的程序调试也一样能实现相应的功能。

第四阶段： 总结

7月28日：撰写实习报告

实习心得体会

这次电路板焊接实习就是培养我们的动手能力，电子技术实习就要我们对电子元器件识别，相应工具的操作，相关仪器的使用。对理论知识有了更深的理解，对平常学习工作的态度和能力培养有一定的认识，打好日后深入学习各种工作能力的基础。

在实习中，我锻炼了自己的动手技巧，提高了自己解决问题的能力。比如做电路板组装与调试时，芯片触角的间距特别小，稍不留神，就焊在一起了，这就是在考验自己，所以我很认真的对待这些，争取做到一个错误都不出现。

通过十多天的实习，我觉得我在以下几个方面都有很大的提高：对电子工艺的理论有了初步的了解。我了解到如何焊接普通元件与单片机电路的焊接与组成元件的作用等。这些在以后的学习中有很大的启发作用，而且我学到了很多课堂上学不到的技巧和知识，了解了理论与实践的重要性，对自己在以后的学习和生活都有很大的意义。

最后，感谢老师给我们这次实习的机会，也感谢老师指导和带领我们参加这次实习，在这里真诚的说一句：老师，您辛苦了。

电 子 技 术 基 础 实习

院系

班级:

单片机控制的交流调压器电路设计 篇6

调节电网电压的电路,有相控式交流调压和开关型交流调压。相控式交流调压,当控制角增大时,功率因数减小,电流中谐波的幅值增大。开关型交流调压,输出电压和电流的谐波含量较高,需要较大容量的滤波环节,输入功率因数较低。下面分析单片机控制的交流斩波调压电路,以便与同仁共享。

电路如图1所示。

1电路组成及作用

滤波元件:L1C1L2C2滤除输入电流、输出电压中的谐波分量。

开关器件晶闸管:VD1VD2通过控制电路的控制,实现比输入电源高得多的周期性频率的导通和关断。

交流电源:AC负载:R

单片机为核心的控制电路:(图2)

继电器输出的触发电路,配合电流、电压过零点检测电路,在单片机的控制下产生PWM脉宽调制信号触发晶闸管开关。

同步电源经过一个比较器LM339转换成同相的方波送入控制芯片进行过零检测,并以此产生的信号作为触发脉冲电路的同步信号。控制芯片产生的触发脉冲通过光耦隔离、放大,由继电器输出加到晶闸管的门极(G)和阴极(K)。电压给定信号Uref与电压反馈信号Uf由Dspic30f6014a自带的12位A/D进行模数转换,单片机根据给定信号的大小(开环工作模式)或PID的输出量(恒流、恒压、恒功率工作模式)通过计算得到SCR的导通角来实现对主电路的调压。

2电路原理

开关器件晶闸管:VD1VD2的导通和截止,有单片机输出到触发极上的PWM信号决定。单片机作为控制核心,根据负载需要的交流电压值,计算出PWM占空比,产生PWM波形,通过驱动电路控制开关功率管的导通和截止,输出需要的交流电压,使其稳定工作在该工作点上。当负载发生变化或者其他干扰使输出电压发生变化时,该系统偏离原来的稳定工作点,此时,单片机计算实际输出电压与设定电压的偏差,然后根据PI控制算法进行偏差控制,适当的调整占空比的大小,修改PWM波形,使输出稳定在新的工作点上。

通过数字控制技术,可以运用当今一些先进且成熟的控制策略从而实现良好的静、动态性能,具有精度高、开发周期短、良好的人机界面、并能实现通讯等许多优点,对于提高产品的性能,降低成本具有重大意义。

3电路优点

不易受电网电压影响,触发脉冲的对称较好,使输出负载电压正、负面积对称,无直流分量,且实时检测电路工作电压、电流值。开关频率足够高时,只要引入极小尺寸的输入、输出滤波器,就可以将输入电流、输出电压中的谐波几乎完全滤除。电源侧的功率因数总和负载侧相同。

该触发器控制精度优于1℃,变压器次端电压变化率优于0.1V。根据按键设置,可工作在电流负反馈或电压负反馈方式下,具有完善的保护功能,可时时显示负载的工作电压、电流、故障状态等。提高了电路的性能,同时可用于其他需要交流调压、调功的场合,具有很好的性能。

总之,单片机控制的交流调压技术作为一种高性能交流调压技术,符合电力电子技术高频化、高效化以及低污染的发展趋势,并将逐步取代晶闸管相控交流调压,新器件的发展将加速这一进程,其丰富的控制种类,多样的电子开关组合,为不同使用要求提供了高性价比产品,是一种经济型交流调压技术,具有很好的发展前景。

摘要：分析了单片机控制的交流调压器的电路组成、元件作用及电路工作原理,阐述了单片机控制的交流调压器的作用及优点。

关键词：交流调压,电网电压,谐波

参考文献

[1]王宜建,张桂玉.电力电子变频技术[M].北京:科技出版社,2009.

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[5]卞萍萍.基于变频电源的PWM整流器研究[D].南京:江苏大学,2009.

单片机控制电路 篇7

在国外, 关于恒温控制的课题研究起步较早, 世界上各国在技术上发展很快, 一些国家已经在实现自动化的基础上向着完全自动化、无人化方向发展。而我国关于恒温控制的课题研究起步较晚, 目前在恒温控制技术这方面的总体技术处于20世纪80年代中后期水平, 成熟产品主要以“点位”控制为主。由于这些温度控制系统都具有非线性时变、响应速度慢、时滞和的动态特性, 能适应一般温度系统的控制, 难以准确地实现良好的控制性能[1]。本文介绍了一种自动恒温控制系统, 利用单片机AT89C51再结合PID控制调节实现水温的智能控制, 采用DS18B20读出温度, 对水温进行调节处理, 使温度可以保持在设定的范围内, 并在此基础上并通过液晶显示屏实现当前温度的实时显示。

1 硬件设计

本系统以AT89C51单片机为核心, 加上电源电路、温度采集电路、温度设定及显示电路、保护电路等部分组成。系统硬件结构框图如图1所示。

1.1 单片机系统

单片机是整个控制系统的核心, 是整个控制系统的中枢神经。在选择单片机时, 主要考虑到单片机的处理速度、数据储存能力、价格以及通信方式, 采用ATMEL公司的AT89C51单片机作为系统控制器。该单片机具有算术运算功能强, 软件编程灵活、自由度大, 可用软件编程实现各种算法和逻辑控制, 并且其功耗低、体积小、成本低等优点, 有效水温采集和实时显示以及加热装置进行控制[2]。

1.2 温度采集模块

温度采集模块采集实时水温, 当水温低于设定温度值则加热装置自动启动, 相反, 当水温高于设定温度值则加热装置自动关闭。本文采用DS18B20作为温度采集模块芯片。DSl8B20是DALLAS公司生产的单线数字温度传感器芯片, 一种具有精度更高、适用电压更宽、采用单总线、可组网等优点, 在实际应用中可以将模拟信号转换为串行数字信号, 以供单片机处理。它的供电范围为 +3.0V ~ +5.5V, 测温范围为 -55 ~ +125℃, 温度检测精度可精确到0.0625℃, 采用12位数字读写方式[3]。

本文拟设计的温度控制系统水温变动范围为50 ~ 70℃, 水温测控精度为1℃, 使用DS18B20可以很好的满足该电路。DSl8B20内部功能模块如图2所示, 主要由4部分组成:64位光刻ROM、温度传感器、非易失性的温度报警触发器TH和TI、配置寄存器[4]。

1.3 温度显示电路

本系统拟采用LCD12864液晶显示屏作为温度显示的元件。128X64是一种图形点阵液晶显示其, 主要由驱动器 / 列驱动器及128x64全点阵液晶显示器组成, 可完成图形显示, 也可显示8x4个 (16x16) 汉字[5]。并且具有4位 /8位并行、2线或3线串行多种接口方式, 内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块。模块显示采用了分屏显示的方式进行, 分为左半屏和右半屏, 它是通过口线CS1和CS2进行控制的, 高电平有效[6]。利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令, 可构成全中文人机交互图形界面。低电压低功耗是其又一显著特点。

1.4 加热电路

系统根据温度采集电路, 将检测到的当前温度值与下限温度50℃进行比较, 判断是否需要起动加热电路。根据系统要求, 当水温低于下限温度值50℃时加热 ; 当水温大于上限温度值70℃时, 保持当前温度。在正常条件下, 使用光耦继电器可以很容易实现地通过较高的电压和电流, 工作十分可靠[7]。本系统决定采用继电器控制加热电路, 如图3所示。

1.5 报警电路

本系统利用有源蜂鸣器进行报警输出, 采用直流供电。当单片机长期检测不到温度或检测的温度长期达不到预定的温度限值或与预定的温度限值相差太大 , 均亮报警指示灯。

2 软件设计

2.1 软件主程序的设计

主程序主要用来实现对单片机和加热控制系统各部件的初始化, 以及实现各功能子程序的调用, 协调各个功能模块, 采用循环查询的方法来实现对温度的采集和控制以及温度的显示。主程序流程图如图4所示:

2.2 子程序

主要由温度采集子程序、温度设定子程序、温度比较处理子程序、报警子程序、温度显示子程序等组成。温度采集子程序主要是运用了DS18B20进行温度采集及计算, 温度设定子程序用于对系统进行设定适合的温度范围[8];温度处理比较子程序把采集的实际温度与设定温度值比较, 调用PID算法[9], 输出控制信号;报警子程序用于控制非法输入温度值。显示子程序用于显示设定温度和实际温度。其中PID调节程序、温度比较程序、温度处理子程序如下所示:

3 结束语

本文介绍了基于AT89C51单片机的自动恒温控制电路, 概述了电路的总体设计, 硬件结构的各个模块以及软件设计的主体思路, 运用数字式温度传感器DS18B20采集温度, 电路设计简单, 成本低廉, 工作性能可靠, 有较高的推广价值。该设计方案的运行结果如图4.1所示:

摘要：本文以ATMEL公司的AT89C51为控制核心, 采用数字温度传感器DS18B20采集水温数据, 通过继电器控制加热, 使水温达到50℃到70℃的设定温度范围内, 从而实现自动恒温控制。本设计在很大程度上可以实现对温度的控制, 同时也提高了单片机的开发能力, 具有一定的实用性。

关键词：51单片机,温度传感器,恒温控制

参考文献

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[6]张志科, 赵玉建.《点阵液晶显示屏SG12864-01D应用实践》[J].现代显示, 2009 (105) .

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[8]黄晓林.一种实用型智能恒温控制系统设计[J].自动化技术与应用, 2011 (30) .

单片机控制电路 篇8

当前人们对健康非常关注和重视,而按摩对人体健康有特殊促进功效。为满足人们的需要和市场的需求,按摩机控制系统开发技术应运而生。按摩机控制系统以单片机为控制核心,通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。它广泛用于消费类(打印机、照相机)、工业控制(数控机床、工业机器人)、医疗器械等机电产品中。

基于PWM(脉冲宽度调制)调制原理,以单片机为控制核心,利用LED驱动与控制技术和交流检测技术实现直流电机控制,完成按摩机控制系统所需要的功能。按摩机利用单片机完成系统总体控制功能,并利用按键、蜂鸣器、发光二极管、氖灯和LED数码管等外围设备为用户提供服务,实现人机交互和按摩功能:通过按键,用户可以让按摩机工作在最舒适的按摩方式和振动速度上;利用蜂鸣器来告警或提示按摩完成;利用氖灯显示当前的工作状态;利LED数码管显示电机当前的转速。

1 按摩机控制系统框架设计

按摩机控制系统组成包括单片机系统、键盘输入模块、LED显示模块、蜂鸣器输出模块、交流信号检测模块、电源模块、电动机系统和工作状态指示等部分,如图1所示。

除单片机系统外,按摩机的主要功能模块划分为以下6部分:

(1)键盘输入及LED显示:负责响应按摩机6个按键输入信号,并利用数码管和发光二极管显示当前工作状态。其中,数码管显示按摩振速,发光二极管显示按摩方式。

(2)蜂鸣器输出:完成按摩机的告警和工作提示(例如,按键输入、电机运行超时和系统出错)。

(3)工作状态灯指示:氖灯只在按摩机工作时发光,否则熄灭。该模块利用220V市电为氖灯供电,并配合相应的控制电路。

(4)交流信号检测:检测交流过零点,用来控制电动机和氖灯。

(5)电源模块:实现单片机系统从交流中整流出稳定的5V供电电压。

(6)电动机系统:电机采用220V市电供电。

2 系统硬件设计

2.1 直流电动机控制技术

系统通过控制导通角实现对直流电机速度的控制,如图2所示。

设单片机128μs中断一次,则延时10×128μs为最快档,延时64×128μs为最慢档。最快和最慢档之间相差54×128μs,即相邻两档之间相差3×128μs。中断模块查表后发生延时,并产生触发脉冲,控制速度,并且双向可控硅在门极驱动,当负可控硅两端达到设定值后,即使触发脉冲消失,同样可以导通。

2.2 单片机控制电路设计

采用I/O复用技术,交流检测输入、氖灯、电机和蜂鸣器的控制使用了4个管脚,各自独立,可用于复用的管脚为8个。数码管的显示可以通过串行驱动来实现,因此只需要2个I/O口便可完成4个I/O口的功能;6个按键和4个LED(按摩机工作模式指示灯)可采用I/O口复用方式利用剩余的6个管脚。这样单片机即可完成预先设定的控制功能。对单片机I/O管脚进行分配,其外部电路连接如图3所示。

2.3 交流检测电路

检测交流过零方法如图4所示。将交流电引入单片机过程中,单片机I/O口连接一个2MΩ的电阻,再直接同220V的市电电源线相连。由于单片机I/O口内部已存在有二极管钳位电路,因此不会发生危险。

3 系统软件设计

3.1 电机控制软件设计

电动机控制流程如图5所示。单片机控制电机时,系统首先进入中断保护,然后系统将检查脉冲宽度计时时间是否到达,接着判断电机是否正在运行,以及脉冲延时时间是否到达,最后完成中断,返回系统主程序。

3.2 LED驱动程序设计

采用串行驱动方式,利用芯片74LS164将串行数据转换为并行数据,使得4个LED数码管可同时使用。单片机在发送LED显示数据时,利用了时钟输出和数据输出两个端口。当数据发送完毕后,时钟输出为1;否则时钟输出无效。LED驱动流程如图6所示。

4 测试结果分析

系统设计完成后,做实际运行稳态测试,选取电机调速控制8组数据,如表1所示。

由表1可知,电机给定转速值与实测转速值最大误差为5,最大相对误差在1%以内,满足精度要求。实验测试结果证明,该系统具有良好的稳态性能。

对本设计系统做动态响应测试。速度给定为1200 r/min电机空载启动的电机转速单位阶跃响应曲线如图7所示。

由图中可以看出,采用该控制系统,电机转速与实际测量的电机转速基本接近,曲线收敛比较快,系统转速控制动态响应比较理想,速度响应时间较短。电机转速控制过程中,响应初始阶段的超调约23%,0.1s到达峰值,响应速度较快,在0.16 s后达到稳态;输出较为平滑,跟随性能好。

5 结语

以单片机为核心,基于直流电机PWM调制技术,进行按摩机传动控制电路的设计。该系统在实现按摩机基本功能的前提下具有良好的可操作性和安全性。

摘要：对基于单片机的按摩机传动控制电路进行设计。以单片机为核心控制芯片,以直流电机PWM调速技术为基础设计电源电路、复位电路、电机和指示灯控制电路、按键及显示电路等部分,利用软件编程实现人机交互及按摩功能。按键操作选择按摩机工作状态,报警装置示警或提示按摩完成,指示灯显示当前工作状态,LED数码管显示当前电机转速。经过理论分析及实验研究,该系统能够实现基本的按摩功能,结构简单、性价比高、体积小,可较好地满足人体腰部、足部以及颈部的按摩需要。

关键词：按摩机,单片机,数字控制

参考文献

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单片机控制电路 篇9

1.1 方案设计

本方案采用单片机为主设计测控电路。通过对DC-DC直流转换器输出电流进行监测, 通过键盘输入输出电流设定信号, 通过单片机输出PWM信号与LM358比较器形成比较电压, 电流反馈闭环电路, 从而对LM2596芯片进行控制, 控制buck电路的接通关断, 以保证DC-DC的变换。升压部分直接由LM2577电路控制稳压其结构图如图1所示。

1.2 控制系统设计

采用LM2577和LM2596设计升压电路和降压电路。buck电路配合测控电路使用效果好, 成本也很低, 电路图也容易焊接调试。利用单片机构成测控电路, 使得我们能够更加方便的使用键盘来控制转换器输出的电压电流, 通过主电路的反馈端来检测电流并采样从而调整PWM来达到控制输出和过流保护的功能。单片机的测控电路更加简单, 所使用的元器件更少, 控制更加方便, 所以采用该方案。

1.2.1 升压系统

DC-DC电池组放电情况下, 以boost升压电路为核心电路。精髓在于作为开关的LM2577芯片。该芯片工作时4、5引脚接通对L1电感充电, 4、5引脚关闭电感L1缓慢为电容充电。通过4、5引脚的开通和关断, 使得输出端升压。同时2引脚是输出反馈端, 使得输出电压稳定不发生变化, 即起到稳压作用。

1.2.2 降压系统

DC-DC转换器为电池组充电情况下, 是以buck降压电路为核心电路。精髓在于作为电路开关的LM2596芯片。该电路工作时, 2引脚打开对L2电感电容C充电储能, 2引脚关断时电感与电容缓慢放电维持电压。LM2596芯片4引脚稳压反馈输入端, 并通过电阻R4与R5分压反馈给4引脚稳定输出电压。通过采样电阻检测充电电流并通过LM358比较器采集并与飞思卡尔单片机产生的电流PWM信号进行比较, 进而控制充电电流可调。

1.3 系统流程图

如图1、图2所示。

2 理论分析与计算公式

(1) 电流控制精度计算

(2) 电流变化率的计算

(3) DC-DC变换器效率计算

3 测试方案与测试结果

3.1 测试方案

3.1.1 硬件调试

(1) 测试输入20V电压在升压模块 (带负载) , 调节电位器使其输出精确到30V。

(2) 测试输入30V直流电压在降压模块中, 并利用可调模拟电压输入电流PWM测试是否充电电流可调。

(3) 输出模拟短路状态下, 看是否均有保护电路的功能, 当排除短路条件后系统是否能够恢复充电功能。第四步, 分别测试电池组充电和放电两种状态的输出电压电流。

3.1.2 软件调试

(1) 通过飞思卡尔单片机编写AD功能程序, 用5位半电压表测试AD电压值输出数据。

(2) 测试键盘功能, 确保按键按下时, 输出数据准确、键盘功能可靠。

3.1.3 硬件与软件联调

将调试好的软件程序烧录到单片机中, 根据算法公式输入相关AD值, 控制输出电路所输出电压与键盘设定输出电流相同。程序实时监测系统充电模式下步进控制输出电流值。

3.2 测试仪器

数字万用表;直流稳压电源。

3.3 测试结果及分析

充电时效率:第一次96.6%, 第二次96.1%, 第三次96.8%。

放电时效率:第一次91.1%, 第二次91.8%, 第三次92.0%。

4 结果分析

基本要求:接通S1、S2, 断开S3, 将装置设为充电模式。

(1) U2=30V条件下, 实现对电池恒流充电。充电电流I1在1-2A范围内步进可调, 步进值不大于0.1A, 电流控制精度不低于5%。 (完成)

(2) 设定I1=2A, 调整直流稳压电源输出电压, 使U2在24-36V范围内变化时, 要求充电电流I1的变化率不大于1% (完成)

(3) 设定I1=2A, 在U2=30V条件下, 变换器的效率 (完成)

(4) 测量并显示充电电流I1, 在I1=1-2A范围内测量精度不低于2%。 (完成)

发挥部分:

(1) 断开S1、接通S2, 将装置设定为放点模式, 保持U2=30±0.5V, 此时变换器效率。

(2) 接通S1、S2, 断开S3, 调整直流稳压电源输出电压, 使Us在32-38V范围内变化时, 双向DC-DC电路能够自动转换工作模式并保持U2=30±0.5V。 (完成)

(3) 双向DC-DC转换器、测控电路与辅助电源三部分的总重量不大于500g。 (完成)

参考文献

单片机控制电路 篇10

当今世界科技的发展，特别是计算机技术的发展，让我们享受了便利而丰富的生活。计算机技术中的嵌入式技术更是使得计算机无处不在。嵌入式技术发展的速度非常快，从8位、16位的单片机到如今的32位、64位的微处理器(如arm、mips等)，从低端到高端的嵌入式处理器，产品非常丰富。由于单片机的结构简单、价格便宜等优点，此类低端处理器的应用还是非常的广泛。本文就采用了Microchip(微芯)公司的PIC单片机中的PIC16F877A芯片。

在某些工程项目中，有许多情况要控制非常多的外部设备，比如银行的票据暂存柜、超市里的寄存柜、图书馆的藏书柜等等。为了节省成本，通常是采用一个单片机来控制这些柜门的开关。但是单片机的I/O引脚数有限，不可能一个I/O引脚对应一个柜门锁，这样必然要涉及I/O引脚的扩展。传统的扩展方式是采用intel 8155或8255芯片进行，可是这样传统的扩展方式还是不能满足此类工程的应用。本文结合实际情况以及现有的实现方法，采用了移位寄存器芯片和阵列电路控制相结合的方法实现。

1 硬件系统的设计

该硬件系统是由一块PIC16F877A芯片、两块74LS164芯片、若干继电器组成的I/O扩展电路。

1.1 PIC16F877A芯片

PIC系列单片机是Microchip Technology(微芯公司)研发的微处理器。该公司率先采用了有利于提高代码效率及运行速度的哈佛(Harvard)总线和精简指令集计算机(RISC)结构，集结了多种存储配置、低电压、低功率、小封装于一体，具有很高的性价比。本文中选用了该公司的PIC16F877A产品，此芯片性能稳定、功耗低、用途广泛，而且微芯公司为该芯片提供的低成本的开发工具MAPLAB-ICD，非常适合用于教学、科研等方面。

如图一是PIC16F877A芯片引脚图，其中I/O引脚有四组八位，分别为RA、RB、RC、RD，共32个I/O引脚。但是其中很多引脚是作为复合引脚使用的，如果整个系统实现的功能比较多，那实际可用的I/O引脚还会更少，所以I/O引脚的合理使用是系统设计人员必须处理好的一项工作。

1.2 移位寄存器74LS164

74LS164是高速硅门CMOS器件，与低功耗肖特基型TTL器件的引脚兼容。该集成电路是8位串行输入的数据输入，并行输出8位数据。

如图二所示，数据通过两个输入端(A或B)之一串行输入;任一输入端可以用做高电平使能端，控制另一输入端的数据输入。两个输入端或者连接在一起，或者把不用的输入端接高电平，一定不要悬空。时钟(CLK)每次由低变高时，数据右移一位，输入到QA。QA是两个数据输入端(A和B)的逻辑与，它将上升时钟沿之前保持一个建立时间的长度。八个时钟之后，QA～QH上的数据并行输出。

CLK引脚接时钟信号，上升沿有效。CLR是复位输入端，低电平有效。GND接地端，VCC电源端，接5V电压。

1.3 控制系统的实现

如图三所示，本例中采用了RD5引脚和一块移位寄存器的A、B数据串行输入端相连，RD4引脚和第二块移位寄存器A、B数据串行输入端相连。RD4和RD5串行发出8位二进制数据，在时钟节拍的作用下，一位一位地发送给两个移位寄存器，RD7作为两个移位寄存器的公共时钟信号输入端相连，RD7提供的时钟脉冲(CP)可以使串行输入的数据按时钟节拍移位，最终可以在QH～QA引脚得到8位的并行信号，RD6引脚提供给两个移位寄存器复位信号，以清除之前的信号。

在实际应用中，74LS164没有并行输出控制端，在串行输入数据时，并行输出口会不断变化，这样对外部设备的控制会有很大的影响。一般可以在74LS164的并行输出端加接输出三态门控制，以保证串行输入结束后再输出。

1.4 外设的阵列电路

如果只是采用移位寄存器进行I/O口的扩展，扩展的数量比较有限，如图三的扩展方式，用了4个I/O口，扩展出了16个I/O口。而如果在商场的寄存柜较多，如8行8列为一组，就有64个小柜子，每一组用一块PIC芯片控制，而每一个I/O引脚都要控制一个柜门锁的话，那就需要64个I/O引脚。用图三的方式来实现，除了CLK和CLR需要连到单片机的I/O口外，还要4个I/O口作为4个移位寄存器的串行数据的发送端，共需要6个I/O口。而且随着要控制的外设的数量增大，所要的I/O口和移位寄存器就更多。

本例采用结合阵列电路的方式，使用少量的I/O口和移位寄存器，就能控制大量的外设。阵列电路如图四所示。

此例中采用发光二极管代替实际控制的设备，按键H0～H7、V0～V7实际应用由继电器代替。由图四可以看出，继电器H0～H7的控制端(本图只截取了其中一部分)分别接到一块移位寄存器的QA～QH端作为列控制，V0～V7的控制端分别接另一块移位寄存器的QA～QH端作为行控制，当H0和V0处于闭合状态时，发光二极管形成通路，此时发光二极管发光，也就是在行控制继电器和列控制继电器同时闭合时，处于该行该列的设备才能通电运行。这样，就可以控制8×8=64个外设。只要在单片机的串行输出端RD4和RD5端分别串行输出8位二进制数，就可以控制64个外设中的任意外设动作。如果所要控制的外设超过64个，还可以加移位寄存器，再加2个移位寄存器就可以控制16×16=256个外部设备。此时串行输出端RD4和RD5端只要串行输出16位二进制数据就可以，CLK和CLR端却可以只用RD7和RD6端口，并未多用其他的IO端口。

2 其他实现方法的探讨

IO端口的扩展方法有很多，归纳起来大致有三类：

2.1 简单的IO端口的扩展

简单的IO端口的扩展通常是用TTL或CMOS电路锁存器、三态门等作为扩展芯片，通过单片机中的某个端口控制来实现扩展的一种方案。此方案具有电路简单、成本低、配置灵活等特点。如常用芯片8255等实现。

2.2 串行口进行IO端口的扩展

此种方法是单片机的串行口来实现的，和本例中除阵列电路外的部分类似。

2.3 采用可编程的方式进行IO端口的扩展

此类方法引入了可编程器件(Programmable System Device，简称PSD)。虽然采用PSD组成的系统可以简化硬件电路，使系统的设计、修改和扩展都变得灵活方便，但是其成本因素是不得不考虑的。

和以上三类实现方式比较，本方案实现简单，成本低廉，扩展的效果明显，可控的外部设备增多，却并不增加单片机的IO端口占用，只是会增加阵列的电路的复杂程度。特别适合只使用一个单片机芯片控制极多外设的工程项目中，具有非常高的实用意义。

3 结束语

本文采用了PIC16F877A单片机和移位寄存器74LS164以及阵列电路，现实了大量外部设备的控制，有效地节省了I/O，在外部设备越多的情况下效果越明显，优点突出。但是由于使用了移位寄存器，使得控制信号传输时间较长，但相比于外设的响应速度，可以忽略，只是在实时性要求高的场合下需要谨慎使用。

参考文献

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