单片机综合设计

单片机综合设计（精选9篇）

单片机综合设计 篇1

摘要：虽然市场上有很多51单片机和EDA的下载器,但价格比较贵,并且一般不具备调试功能,无法满足电子爱好者的需求,而本开发板可以实现51单片机下载和调试功能。它可以将汇编语言和C语言程序通过计算机的并口(25针口)直接下载到各个芯片中,也可以用于C51单片机、EDA内部程序和简单的数字电路的调试观察,另外,电路中还具有声光报警、继电器、记忆储存等其他功能。本系统是根据平常在实际应用和调试过程中得到的经验,采用一些常用的电子产品中的模块组装成的,实现了物美价廉的特点,并且采用生活中常见的USB、电池等电源进行供电,使用比较方便。

关键词：MCSC51开发板,EDA,记忆存储,下载,调试

0 引言

51单片机技术自发展以来已走过了近20年的发展路程。单片机技术的发展以微处理器(MPU)技术及超大规模集成电路技术的发展为先导，以广泛的应用领域拉动，表现出较微处理器更具个性的发展趋势，小到电子遥控玩具，大到航空航天技术等电子行业都有单片机应用的影子。针对51单片机技术在电子行业自动化方面的重要应用，为满足广大学生、爱好者、产品开发者迅速学会掌握单片机这门技术，于是产生51单片机开发板。[1]

1 方案设计

1.1 整体设计思路

本开发板在以C51单片机为核心控制器的基础上，对外围电路进行了设计，包括复位电路、时钟电路、显示电路、声光报警电路、记忆存储电路、下载电路等，主要实现了程序下载和调试功能，它可以将汇编语言和C语言程序通过计算机的并口(25针口)直接下载到各个芯片中，也可以用于C51单片机、EDA内部程序和简单的数字电路的调试观察，在调试过程中可以利用发光二极管观察程序输出状态，并且还可以用开关和按钮作为状态输入来调试程序。另外，电路中还具有声光报警、继电器、记忆储存等其他功能，记忆储存可将脚本程序下存放到存储模块里，运用起来就比较简单，并且系统中还提供扩展插槽。系统方框图如图1所示。[5]

1.2 方案论证

1.2.1 下载线接口方式选择

方案一：从ALTERA下载线的接口直接与AT89S52、EPM3064ALC44和EPM7128ALC84的下载引脚上，但考虑的信号可能会干扰。

方案二：采用总线分支用跳线帽或拨段开关来选择，这样可以避免信号干扰和失真。

1.2.2 电源

方案一：变压器变压整流但这不仅体积大而且也很重，也不方便携带。

方案二：采用平常生活中比较经常遇到的电源，如USB电源、电池等。

1.2.3 显示功能方案

方案一：采用74LS138和74LS248分别驱动4个七段码共阴极LED来显示，这样占用的I/O端口少，但显示的字符有限。

方案二：采用分立元件加上拉电阻，不仅可以显示七段译码器的字符，还可以显示h(点)等其他的字符。

1.2.4 电位指示的选择

方案一：电压表精确度比较高显示直观，同时设计也比较复杂。

方案二：逻辑电笔工作原理简单，体积小，并且该系统中大部分都是数字信号状态明显，所以采用逻辑电笔观察各点的电位更为直观。因此该系统采用逻辑电笔。[2]

2 硬件设计

2.1 电源模块

电源采用多种输入模式，有USB、排针等，电路中的排针和另一个接口5V和9V都可以使用，是通过J14用跳线帽进行转换，如果输入为5V则跳线帽接1、2两脚，若输入为9V则接2、3两脚，再通过IC11 7805集成稳压芯片进行转变为5V，经过开关后面的J13和J13X是备用电源。L12和C112-C117组成高频滤波提供EPM7128ALC84工作，另一路先经过IC12、RP11、RES2和C14降为3.3V，然后再用L11、C15-C18高频率波后提供给EPM3064ALC44工作。电源电路设计原理图，如图2所示。[6]

2.2 七段码LED模块

电路采用分立元件和上拉电阻作为驱动，方便更多的字符的编辑。比如A、b、C、d、E、F和点的显示。七段码LED显示电路原理图，如图3所示。

2.3 MCS C51、EDA最小系统[5]

MCSC51、EDA最小系统的主要组成部分是复位电路、时钟电路、电源电路和单片机，详细介绍见单片机教科书。电路原理图如图4-6所示：

2.4 输入模块

按钮主要作状态输入、点动信号和BCD码输入等功能。电路原理图，如图7所示。[7]

2.5 逻辑电笔

逻辑电笔主要应用在数字电路里，用来检测某点电压的高低，当电压为高电平时三极管Q71导通，则此时发光二极管LED71亮起，反之，Q72导通LED72亮起。电路原理图如下

2.6 下载模块

下载模块分为两部分，第一部分altera下载线，在市场上都可以买到它，如果想自己做的话可以参考图9。第二部分就是下载线接口(如图10)采用总线分支接法，设计时用两排接口是为了更方便使用，既可以用跳线帽又可以用拨段开关来作芯片下载的选择方式。

2.7 发光二极管模块

发光二极管可以用来做BCD码显示，但它主要的作用就是用来作指示用。

2.8 其他模块

扬声器主要用来做声信号指示和报警作用，但接口J82的2脚有信号是Q82导通则扬声器L81就发声。继电器控制电路主要作用低电压控制高电压或信号隔离，其工作原理与扬声器一样。

2.9 记忆存储模块

如图13所示，电路提供I2C总线E2PROM(AT24C01)和串行EEPROM(AT93C66)模式存储。

3 硬件调试和软件调试

3.1 AT89S 52调试

AT89S52系统调试：首先在HK-51仿真开发系统里编程如图14，然后将它编译成.EXE文件。再运用ISPlay，将事先编译好的.EXE文件打开(要记得编译的途径)，然后点击“写”将.EXE文件下载到AT89S52里,这样就可以编译成功了。但是需注意，第一次下载时要设置下载配置文件，首先点击程序设置，可以看到“下载配置文件”一栏，在浏览选项里找到isplaypin_configAltera_BYTEBLAST.ini文件，如果记不清文件具体文字可以用文件夹里的搜索。

3.2 EP M3064ALC44调试

先打开Quartus II软件，在菜单上选择File/New project...，选择你要保存的路径，继续点击Next直到芯片选择,然后先在Family栏选择“MAX300A”，继续在Available devices里选择EPM3064ALC44-10，最后点击Finish，工程文件夹新建完成。接下来是新建原理图文件或文本文件，点击File/New project wizard...,编辑程序以及原理图，然后将其编译生成.pof和.sof文件。再点击Tools/Progrmmer出现一界面，在此界面菜单上查看Hardware Serup...的选项是否为No Handware，如果是则点击Hardware Serup...添加即可。最后点击Start进行编程下载,下载时会有提示是否有错误(错误为红色字体)，如果出错则双击红色字体，修改错误，直到没有错误为止。

4 结论

51单片机开发板也称51单片机实验板、51单片机学习板,是用于学习51型号的单片机的实验及学习器件，它将51单片机常用的外围(比如流水灯、数码管、EEPROM、时钟、继电器等)集成在一小块电路板上，可以直接插在PC机上面，便于携带和学习，另外一些中小型项目也可以直接在此板上面进行二次开发，开发完成后即可以在此基础上重新画图做板，极大地缩短了公司的开发周期，节省硬件成本。本开发板在以C51单片机为核心控制器的基础上，对外围电路进行了设计，包括复位电路、时钟电路、显示电路、声光报警电路、记忆存储电路、下载电路等，主要实现了程序下载和调试功能，可以用于各类通用实验、软硬件测试和51单片机的学习，具有操作简单、性价比高和可靠性高特点，因此具有一定的实用价值和现实意义。

参考文献

[1]代芬,王卫星.单片机综合实验开发板[J].实验室研究与探索,2010(8).

[2]黄智伟.基于S51单片机开发板设计.西安邮电学院[D],2010(1).

[3]侯振鹏.嵌入式C语言程序设计--使用MCS-51[M].人民邮电出版社,2006(07).

[4]谭浩强.C程序设计[M].清华大学出版社,1799.

[5]张洪润,张亚凡.单片机原理及应用[M].清华大学出版社,2005.

[6]肖洪兵,胡辉,郭速学.跟我学用单片机[M].北京航空航天大学出版社,1994.

[7]张迎辉.单片微型计算机键盘接口设计[J].信息技术,2004(7).

单片机综合设计 篇2

开放式单片机综合实验教学改革

分析当前高校单片机教学现状,结合课题组多年的实验教学经验,进行包括实验平台的重建、实验内容的丰富及开放平台使用等单片机实验改革,利用单片机实验教学为学生提供一个电子系统的`综合应用平台,从而启发学生思考问题,培养学生分析和解决实际问题的能力,增加学生实践动手锻炼的机会.

作 者：吴银琴 陈锟 危立辉 作者单位：中南民族大学电信学院,湖北,武汉,430074刊 名：科技信息英文刊名：SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION年，卷(期)：2009“”(23)分类号：G71关键词：单片机实验平台 开放实验室 实验准备

单片机综合设计 篇3

该平台系统分为单片机小系统、CPLD小系统、电源模块、RS232接口模块、液晶显示模块、继电器模块、蜂鸣器模块、8位LED模块、4×4键盘矩阵模块、8位拨码开关模块、扩展口等几个部分, 系统框图如图1所示。

二、主要模块设计

1. 单片机小系统

该部分是开发平台的核心, 该部分主要处理各种信息, 接收用户操作指令并控制各个电路进行工作。其与MAX232接口芯片相连, 可与PC及其他单片机进行串口通信;其P0和P2口与CPLD相连, 并可以通过CPLD进行接口扩展控制更多的外部电路。另外, P1、P3口被用作外部电路的接口留出备用。平台采用ATMEL公司的AT89C51单片机, 如图2所示。

2. CPLD小系统

CPLD小系统作为“准双核”系统的“准控制器”也是平台的重要组成部分。对于简单的项目, CPLD小系统完全可以单独胜任;对于复杂项目, 其与单片机相连, 可与单片机完成双向通信, 由单片机作为主控制器, 而其作为从控制器或接口扩展电路。平台采用Altera公司的MAX II系列的EPM240T100C5型CPLD如图3所示。

3. 电源模块

该平台中具有单片机和CPLD两个主器件, 但是单片机是5V供电, 而CPLD是3.3V供电, 所以电源的设计上还存在电压转换的问题。由于平台采用的是USB供电, 因此只需要将USB的5V转换成3.3V即可。通过芯片LM1117即可完成电压转换, 如图4所示。

4. 液晶显示器模块

本平台中采用1602字符型液晶模块, 能够同时显示2行共32个西文字符, 可满足大部分小型电子产品的显示使用。在该平台中1602的数据总线均接在CPLD的管脚上, 其控制可由CPLD单独控制, 也可由单片机发数据有CPLD作为接口进行控制, 其原理图如图5所示。

5. RS232串口通讯模块

串行通讯功能是目前单片机应用中经常要用到的, 51单片机的P3口的引脚P3.0和P3.1的第二功能是串行口RXD与TXD, 其内部的串行接口电路具有异步通讯功能, 但是单片机输出的信号是TTL电平, 也必须以TTL电平作为输入, 即以0～0.3V为低电平, 以3.8V～5V为高电平, 而RS232接口的逻缉“1”是指在-5V到-15V, 逻辑“0”是指+5V到+15V, 为获得电平匹配, 实验板上扩充了一片MAX232芯片, 这是一个电平变换芯片, 利用该芯片, 可以将单片机的TTL电平变换为RS232所要求的电平并将RS232的电平变换为TTL电平, 该芯片内部有电荷泵, 只要单一的5V电源供电即可自行产生高电压, 使用非常方便, 芯片的外围电路也很简单, 只要4只0.1微法的电容即可, 串行接口通过J2 (DB9接口) 与PC通讯。如图6所示。

6. 蜂鸣器模块

平台上由三极管Q1驱动一个无源蜂鸣器, 构成一个简单的音响电路, 该电路利用EPM240的50号引脚作为音源, 经Q1驱动后发声。由于采用了无源蜂鸣器, 所以EPM240的50号引脚输出高电平时 (即Q1导通) , 并不会发声, 需要输出一组脉冲信号蜂鸣器才会发声, 脉冲信号的频率决定了蜂鸣器发出的声音的音调。如图7所示。

7. 继电器电路

平台上安装有1个220V/5A的继电器, 提供控制输出功能, 可以用来实现对交直流电器的控制。其由三极管Q2驱动, 由CPLD的28脚连接到Q2的基极来控制三极管的导通和截止, 从而控制继电器的通断。如图8所示。

三、应用

单片机课程设计课程设计目录 篇4

摘要...............................1

Abstract..........................2

一、实验目的........................3

二、设计要求与内容....................3

2.1设计要求..........................3

2.2设计内容..........................3

三、设计及原理....................4

3.1 总体方案设计.........................4

3.1.1 设计思路....................4

3.1.2 总电路框图.......................4

3.2 各模块设计方案及原理说明..................5

3.2.1 抢答显示模块....................5

3.2.2 倒计时电路.......................7

3.2.3硬件模块方案.....................8

3.2.4计分器的电路设计.....................8

3.2.5抢答器的电路设计...................10

四、软件设计.......................11

4.1 程序流程........................11

五、电路仿真...............错误！未定义书签。

5.1 抢答电路................错误！未定义书签。

5.2 倒计时电路....................错误！未定义书签。

六、收获、体会和建议...............错误！未定义书签。

单片机综合设计 篇5

三相异步电动机在自动化生产过程中广泛使用, 对电机的安全运行要求越来越高。因此具有自检、自诊断、故障参数的记忆、保护参数的整定等多种功能的智能保护技术成为电机保护的必然发展方向。电机智能保护系统能准确、灵敏、有效地检测电机的初发故障, 实现电机的及时有效保护, 保证生产系统的安全可靠运行。通过电动机的智能综合保护, 对提高生产效率和经济效益及节能降耗具有重要的现实意义。

1 电机综合保护原理

本系统利用89C52单片机作为主控器件, 通过分析三相异步电动机在运行中可能发生的常见电气故障, 如相间短路、断相、低电压、单相接地、过负荷、过电流等故障, 探讨引起故障的原因, 通过准确、灵敏、有效地检测电机的初发故障, 实现电机的及时有效保护, 保证生产系统安全可靠运行[1]。由于电动机的相间短路、过负荷都可以通过过电流检测反映出来, 而断相、单相接地等故障现象就是欠压, 因此保护系统只需检测电流和电压, 就能完成以上故障现象的保护功能。为了从根本上保护电机的安全运行, 本系统增加了电动机温度检测环节和转速检测。

2 系统硬件电路设计

本系统主要由状态信号检测、A/D转换器、单片机控制电路、掉电保护、实时监控电路、报警显示、继电器等电路组成, 如图1所示。单片机控制电路选用89C51单片机, 其丰富的硬件资源在系统中得到了充分应用, 加上少量的外围器件, 构成了一个功能完善、简便适用的智能控制主系统。状态信号检测电路由电压互感器、电流互感器、温度传感器和转速传感器组成, 实时检测电机驱动电路的电压、电流信号以及电机温度和转速[2]。状态信号经过A/D转换提供给单片机进行智能保护运算, 完成对电动机过电流、过电压、超温等故障的保护功能, 同时实现对电机转速的监控。

为了提高可靠性, 增加了硬件电路组成, 由单片机的P3.1与P3.2接24C08作掉电保护控制;由P3.3作欠压保护电路;由P3.7作程序控制复位电路。当电机发生过流时, 由P3.6位使继电器跳闸, 电动机断电。当过载时, 由P3.4位给出报警信号。同时, 设有74LS244, 用于过载、过流、欠流、欠压与报警信号的显示电路。基于单片机的三相异步电动机综合保护电路结构如图2所示。电机的异常运行, 实质上是电机的定子、转子电流严重偏离额定值。电机的定、转子电流增大, 势必导致电机损耗加大、温度升高, 直至烧毁电机。所以用电机电流的高低控制电机电源的通断可有效地保护电机[3]。该方案包括了电压互感器、电流互感器、温度传感器、控制电路、与非门电路及驱动电路等。电机正常运行时, 三相控制电路全部输出高电平。如果电机出现过载、过流的异常时, 对应的电流控制电路则输出低电平, 从而单片机的“与非门”电路输出高电平, 驱动继电器、交流接触器工作, 切断电机电源, 达到保护电机目的。

3 系统软件设计

系统软件是整个系统的核心。本系统的软件设计部分主要包括参数设定、数据采集、数据处理、故障判别和LCD显示。为了保护动作准确迅速, 本系统的软件程序采用C语言进行编写, C语言具有地址自动分配, 具有将可变的选择与特殊的操作组合在一起的能力和程序维护方便, 运行可靠等特点, 而且采用了模块化结构, 包括参数设定模块和保护运行模块, 为软件的编写和修改提供了方便。整个控制软件的主程序流程图如图3所示。

4 结 语

基于单片机的三相异步电动机综合保护系统有效利用了89C52的资源和外围扩展器件构成了一个功能完善、 性能良好的廉价实用系统 , 保证了生产系统可靠运行 , 为实现电机保护装备低成本开发和更新换代提供了一条切实可行的途径。

参考文献

[1]曹克澄.单片机原理及应用[M].北京:机械工业出版社, 2008.

[2]罗先喜, 肖静.实用交流感应电机参数检测方法研究[J].微计算机信息.2007, 11-1:91-93.

单片机控制电动机综合保护 篇6

关键词：单片机,保护,过载,断相

0概述

在电气时代的今天, 电动机一直在现代化生产和生活起着十分重要的作用。由于生产自动化及各种自动控制、顺序控制设备的出现, 要求电动机经常运行在频繁的起动、制动、正反转、间歇以及变负荷等多种方式。在不同运行状态下, 电动机的发热情况及其所受到的电动机和热力的冲击相差悬殊。而电动机的经济使用期限正与它所受到的起动次数和持续时间密切相关。因此, 除要求使用人员了解所有有关电动机的运行知识并合理使用外, 还应装设相应的保护装置, 以确保电动机正常运行。电动机的控制部分已由模拟控制逐渐让位于以单片机为主的微处理器控制。用单片机进行控制的电动机操作方便, 整定值精确 (可数字显示) , 保护效果好, 但价格较模拟控制的电动机价格高。

1 用可编程器件GAL进行保护

采用可编程器件GAL取代断相检测中的三个三极管串联。利用GAL内部编制一个三与门, 利用一个电压比较器比较过载电压。输出信号接到GAL中, 利用GAL内部的贴触发器, 在GAL内部编制一个十进制计数器。通过把交流电进行整形, 变成一个50Hz的方波。通过记录电网的频率, 来达到过载延时的目的。通过不同信号的输入, GAL器件可以相应地指示出电机的运行状态:过载、断相、正常运行, 但GAL的抗过电压能力差, 如果信号采样的输入过大, 将会烧掉GAL, 不能满足不同的电机的要求。

2 采用CPU为主器件进行保护

随着工业自动化的发展, 人们对电动机综合保护的要求也越来越严格, 以CPU为核心的智能化产品, 已经是取代模拟产品的必然趋势。现在生产电动机综合保护的厂家都在发展单片机为核心的智能化电动机综合保护。采用传统的电流互感器, 把电流互感器采样到的电流信号, 经过整流桥整定成直流信号。利用电容进行滤波, 通过负载电阻把电流信号转化成电压信号送给A/D转换器。在负载电阻的选择上, 由于负载电阻是固定的, 当输入电流增大很多时, A/D的输入将会溢出转换范围;输入电流太小, 会影响采样的精度, 经CPU内部各种运算之后, 会使数据失真。采用电位器调节负载电阻来解决上述问题。把电阻的额定电流整定到二个固定的电压, 因为三相采样可以判断出电机是否断相, 这样CPU就可以把额定电流固定到一个基准的数值, 然后通过计算电机的采样电流与额定电流之比, 可以确定出电机的运行状态, 即过载、断相、不平衡度、过流、欠电流等, 经过一段时间的综合, 来达到保护电机的目的。

2.1 硬件电路设计

硬件电路可分为电流采集、A/D转换、CPU、键盘、显示、掉电保护等6个部分。

(1) 电流采集。用电流互感器将电机三项定子电流转化为小电流, 再由整流桥把交流电流信号转换为直流电流信号, 经电阻产生直流电压信号, 送入A/D。为保护大小不同的电机, 在输入电阻的选取上, 采用一个带数字电位器的电阻网络, 数字电位器可自动减小电阻, 拓宽保护范围。

(2) A/D转换器。将四路模拟输入信号转换为数字信号传送给CPU。

(3) CPU。一般采用由片内存储器的AT89C_31, 免去了采用8031外扩程序存储器的麻烦。

(4) 键盘。键盘采用四个的编码键盘, 按键时, 键值为零。采用中断方式, 如果四个键中有任意键按下, 则产生键盘中断, CPU查询是哪一键按下, 并执行相应的程序。

(5) 显示。显示电路采用MX7219串行显示芯片。四位LED。可显示实时电流和各种故障状态及故障电流。

(6) 掉电方式。由于事系统可保护不同的电机, 在开机时, 经常需要设定新的参数, 这样在系统断电时, 这些存在片内RAM中的数据变会丢失。采用一片24C08芯片来完成掉电保护功能。当系统断电时CPU片内M朋中数据便会存到24C08中保存起来, 断电也不会丢失, 当再次开机时, CPU就会从24C08中取出这些数据, 从而完成掉电保护功能。

系统的硬件原理图如图1所示。

2.2 经济分析

目前市场上出售的电动机保护器大致可分为两种:一种是模拟电路的, 这种产品结构较为简单, 价格便宜, 但操作不直观, 整定值不精确, 保护效果不是很理想;另一种是智能型的, 也就是用单片机进行控制的, 这种产品操作方便, 整定值精确 (可数字显示) , 保护效果好, 但价格较前一种高。

3 结束语

单片机综合设计 篇7

1 功能扩展思路

整个功能扩展以配备GSK980TD系统的数控综合实验台为载体。首先利用单片机与接口技术以及电气故障设置电路与故障检测电路对数控综合实验台进行电气故障点设置与诊断, 然后利用高级程序语言设计电气故障设置与诊断界面, 实现电气故障点设置与诊断界面化, 进而简化故障诊断过程, 为数控机床电气故障诊断提供一种新的思路与方法。

2 软件设计

软件设计是功能扩展的核心, 主要包括单片机软件设计与计算机操作界面设计。单片机包括主控单片机与检测单片机。其中主控单片机的功能是负责传输数据和执行相应的命令, 主控单片机主流程软件设计思想如图1所示, 软件设计主要包括通讯部分、I2C方式通讯的部分、故障的设置以及故障的解除四个部分;而检测单片机的软件采用的是等待主控单片机发送命令过来的方式。当主控单片机发送起始信号到来, 首先确认信号是否有效, 若为无效的信号, 则退出, 若是有效的信号则向下执行与主控单片机同步, 同步完成后则开始收集一次数据, 并将数据暂时寄存起来, 开始采用I2C的方式传送数据到主控单片机。完成后则返回主程式, 重新等待下一次的数据传输请求。

计算机的控制软件是采用VC语言写成的。本软件一共分为三个窗体, 第一个窗体为欢迎窗体, 第二个为主操作窗体。主操作窗体如图2所示, 包括端口设置与打开区、实时状态显示开关区、监测点状态显示区、故障点设置区、故障点解除区以及图片显示区。其中监测点状态显示区主要用于显示监测点的实时状态与标准状态, 当设置故障后, 可以根据监测点的实时状态与标准状态的对比[2,3], 找出可能故障点, 并结合图片显示区显示的电气原理图判断出故障点。当确定故障点后, 通过故障点解除区点击相应故障接触按钮, 故障解除。如果判断错误, 提示“判断出错”。如果出现三次错误, 则此故障不能再解除。

3 硬件设计

整个硬件电路设计包括电源电路、主控电路、故障设置电路和故障检测电路。具体设计思想如下。

(1) 电源电路。采用稳压块的方法来获得系统所需的工作电压, 其中采用了L7812和电容C2来获得12V的稳定直流电压, 为故障设置继电器提供12V的工作电压;采用L7805和电容C3来获得5V的稳定直流电压, 为后续的单片机提供5V的工作电压。

(2) 主控电路。包括通讯电路与单片机电路。其中单片机电路如图3所示。整个电路采用了两片单片机连接的方式来构成主要系统, 包括主控单片机和检测单片机。其中主控单片机负责接收计算机发过来的命令, 并将命令转化成相应的控制点, 同时负责把检测单片机检测得到的数据返回到计算机。而检测单片机主要负责检测外部信号。

(3) 故障设置电路与故障检测电路。故障的设置采用了继电器的方式来控制相应的线路通和断。由于单片机不能直接控制继电器动作, 所以使用三极管S9014作开关之用。单片机通过P1端口输出的控制信号通过电阻R1和发光二极管D1构成降压作用和指示作用。降压后的信号输入到三极管的基极中, 信号经三极管放大控制继电器K1的线圈是否得电。而线圈的常闭点的两端接入电路中, 在未设置故障的时候, 保证电路能正常工作。当设置了故障后, 由于继电器吸合断开电路, 而使电路表现出故障。故障检测电路采用了跟故障设置相反的方法设计电路。

4 软件与界面操作

软件与界面操作过程如下:

(1) 双击程序*.EXE“演示程序”文件, 弹出欢迎窗口;

(2) 等待1.5秒后即可进入主程序;

(3) 运行示教机, 检查是否有故障设置。当故障设置成功后, 按下实时状态开, 即可得到如图4所示界面。

通过对比实时状态与标准状态可以得知4号点的状态与标准状态不一致, 而3号点的状态与标准状态一致, 所以可以确认故障是存在8号线上。从而得出故障所在位是KA1与KM1断路。然后按下解除故障按钮, 故障即可消失。

5 结论与讨论

本文以配备GSK980TD系统的数控综合实验台为载体, 针对一种新的数控机床电气故障诊断与维修方法进行了软件与硬件设计。该方法操作简单, 可以通过操作界面直接判断出故障点所在。如果进一步开发, 可以形成数控机床电气故障诊断与排除考试系统, 规范数控机床装调维修工考证。另外, 从另一个角度看, 假如在数控机床上能够显示该数控机床电气控制原理图, 将会在一定程度上降低数控机床故障诊断与排除难度, 提高数控机床工作效率。

参考文献

[1]余建熙.高职院校学生职业能力培养研究[J].内江科技, 2010 (9) :167-168.

[2]韩俊, 陶军, 盛堰, 等.基于单片机控制的孔隙水自动采样器[J].机电工程, 2009 (8) :37-40.

单片机综合设计 篇8

关键词：单片机,控制,调制解调器,原理和方法

作为微型计算机一个重要发展方向的单片机, 是一种集成度更高, 性能价格比更为优越、体积、重量大为减少的微型计算机它是计算机技术、通信技术、半导体技术、微电子技术、语音图像数据传输技术, 甚至传感器等先进技术和具体应用对象相结合后的产品, 反映当代最新技术的先进水平。随着现代技术的发展, 单片机已经发展成为一个品种多样、功能丰富的开发工具。它主要应用于工业控制领域和各种仪器设备。

8051类单片机最早由Intel公司推出的8051/31类单片机, 也是世界上用量最大的几种单片机之一。在不同的领域存在, 如家电、玩具、工业设备、仪器、通讯等。软件方面发展主要为汇编语言、C语言、嵌入式操作系统、速度、稳定性特别要求的场合较多采用汇编语言和C语言。单片机作为微型计算机的一个重要分支, 应用面很广。

全球卫星定位系统 (Globle Positioning System) 是一种结合卫星及通讯发展的技术, 利用导航卫星进行测时和测距。

如今, 人们称GPS是继计算机之后的又一场技术革命。它是目前技术上最成熟且已实用的一种定位系统, 但是在GPS定位系统中, 由于其是一个单向导航系统, 他是把星历数据等传给地面接收机, 可在许多具体应用时, 例如在许多保险公司主营的汽车理赔业务中, 需要有理赔车到事故现场进行事故认定, 到达现场速度越快越有利于维护公司利益。因此许多保险公司都购买了GPS+GSM定位通讯模块也就是用GPS对事故车定位, 在电子地图上进行最短路径分析, 然后派最近的理赔车前往现场的调度系统。在进行车辆调度时, 监控中心或服务中心获得一个约车请求, 然后根据用户提供的地名或位置信息在电子地图上确定约车点的地理位置经纬度, 以约车点为中心, 以一定半径范围进行搜索, 确定部分候选车辆。这种车辆调度系统中, 一般都需要把利用GPS测得的信息数据传到调度中心, 由于其系统由一个基准站和多个用户台组成, 基准站与用户台之间的联系, 即由基准站计算出的各种校正值发送到用户台, 这一切都需要用数据链来完成数据的传输。而数据链则是由调制解调器和电台组成。在无线数据传输系统中, 调制解调器是一个关键部分。它是将数据进行编码和调制, 然后输入到电台发射出去, 用户台将其接收下来, 并将数据解调后, 送入GPS接收机进行改正。在此介绍一种单片机控制Modem的原理和方法。

1 车辆调度系统的组成

本系统主要由单片机和调制解调器组成, 单片机可以选用P89C58, 它是基于80C51内核采用PHILIPS高密度CMOS技术设计制造, 包含中央处理单元、8KB并行可编程的非易失性FLASH程序存储器、只读程序存储器EPROM、256B内部数据存储器RAM、4个8位双向输入/输出 (I/O) 口, 全双工增强型UART、3个16位定时/计数器和6个中断源, 4个中断优先级, 可用于多机通信的串行I/O口, I/O扩展或, 片内时钟振荡电路, 一帧数据错误检测、自动地址识别、电源控制模式采用时钟可停止和恢复, 有空闲和掉电两种模式, 双DPTR寄存器, 而且掉电模式可采用外部中断唤醒。

整个系统的工作过程为:从GPS接收机接收下来数据后, 经过RS 232接口电路 (即由MAX232构成的电平转换电路) , 变为TTL电平, 送至P89C58的RXD端, P89C58对数据进行分组编码、交错编码后, 送到P89C58的TXD端输出, 此输出信号送到K224的TXD, 经过调制后从K224的TXA端输出调制信号。当接收机从RXA处接收到调制信号后, 经过K224处理, 解调后由K224通过RXD端口送至P89C58的RXD接收端, 由P89C58对数据进行反交织、解码处理, 此后, 数据从单片机的TXD端口处送出去, 再一次经过ICL232的电平转换, 以RS232电平送至计算机进行计算分析。

2 调制解调器的设计

调制解调器Modem, 其实是Modulator (调制器) 与Demodulator (解调器) 的简称, 中文称为调制解调器 (也叫数据机) 。跟据Modem的谐音, 亲昵地称之为“猫”。

计算机内的信息是由“0”和“1”组成数字信号, 当两台计算机要通过电话线进行数据传输时就需要一个设备负责数模的转换。这个数模转换器就是Modem。计算机在发送数据时, 先由Modem把数字信号转换为相应的模拟信号, 这个过程称为“调制”。经过调制的信号通过电话载波传送到另一台计算机之前, 也要经由接收方的Modem负责把模拟信号还原为计算机能识别的数字信号, 这个过程称为“解调”。正是通过这样一个“调制”与“解调”的数模转换过程, 从而实现了两台计算机之间的远程通讯。

在本系统中可以利用大规模集成电路Modem芯片K224作为调制解调器, 从而构成了一个无线GPS数字传输系统, K224芯片内部共有8个8B的寄存器, 对K224的操作是通过对这8个寄存器进行初始设置, 确定工作状态来完成的。2片Modem分别设置为工作于主呼和应答方式、禁止INT (中断) 、经扰码器、禁止防卫音、关应答音发生器、关DTMF, 同时接收发送采用同一判决平面, 打开自适应均衡器。在Modem正常传送数据之前, 2个Modem以及Modem与DTE (也即数据终端设备, 又称物理设备 (通信用的互连设备) , 如计算机。终端等都包括在内) 之间, 为了确定双方的速率等问题, 需要进行必要的连络, 也即握手。在握手的过程中, 微控制必须检测和确认确定的信号来控制握手的过程和Modem的状态。微控制器需要确认检测寄存器的比特位的状态, 并且继续检测此信号是否持续了相应的时间。为此, 需要设计检测握手序列的方法。本文采用的是增计数器的方法, 即将信号应持续的时间转化为一个预置数值, 然后设置一个计数器, 每检测到一个信号便加1, 当增到预置数值时, 才可认为该信号检测到了。

3 交织纠错编码的设计

为了纠正数字通信中的随机错误和突发错误, 出现了一种卷积编码和数据交织技术相结合的纠错编码方案也叫交织纠错编码, 它基于EDA技术的设计, 可以利用MAX+plusⅡ对纠错系统的设计集成, 形成了ASIC。这种纠错编码是提高数字传输可靠性的一种技术, 是正确传输差分GPS改正信号的重要手段。在信号传输中由于信道内部噪声及其造成的符号间干扰, 或者传输外界环境的干扰, 常常有突发性的错误发生。为了提高抗干扰能力, 我们采用交织纠错编码来将一连串错误分散到多个码字中去, 然后再采用能够纠正较少错误的码字进行编码, 这样就可能纠正有较长错误的码字。例如, 给定一个 (n, k) 线性分组码, 我们利用交织可以把长为bλ的单个突发错误分散到λ个 (n, k) 码字中去, 从而使每个 (n, k) 码字中只有长度为b的突发错误, 这就提高了系统抗干扰的能力, 提高了系统的纠错能力。

51单片机的片内数据存储器共为256 B, 分为片内低128 B和片内高128 B的。对于P89C58来说, 其可寻址的数据存储空问可扩展至128 B。在内部数据存储器中, 将位寻址区20H~2FH (16个单元) 作为一般工作单元, 这是由于这个单元不仅可以按字节寻址, 也可以按位寻址, 从而进行位操作。

系统经过PROTEUS单片机仿真器仿真, 结果证明是可行的, 调制解调器接收在1200 b/s可以完全稳定接收发送, 当工作在速率较大时, 长时间工作数据会不能稳定接收, 需要进一步实验验证。但该系统设计结构简单, 性能稳定可靠。

参考文献

[1]数字移动通信技术丛书.卫星移动通信系统 (第2版) .

[2]张毅刚.MCS-51单片机应用设计[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社.

[3]张振权.MCS-51单片机与无线调制解调器的综合应用[J].现代电子技术.

[4]赵秀菊.单片微机与测控技术[M].南京:东南大学出版社.

单片机综合设计 篇9

关键词：PIC单片机,LCD,电机控制

1 概述

随着机器人技术的发展, 各种电力拖动的应用, 电力电子的发展, 电机控制系统也在工业和人们生活当中得到广泛的应用, 如电动车、打印设备、机器人等都用到电机控制系统, 经过市场调研发现市场上很多电机控制器, 一些只有部分功能。兼容多种场合应用、操作方便的控制系统较少。因此, 研制开发新型、综合性、多场合兼容电机控制系统有非常重要意义。结合生活实际应用和工作经验, 设计了一款新型直流电机控制器。本控制器是以功能强大、价格低廉的PIC单片机为核心, 以显示键盘, 电机驱动, 传感器, 上位机串口控制, 外部信号控制等电路模块共同组成。

2 系统总体设计方案

PIC单片机处理器经过检测按键、外部电位器和模拟量、外部PWM信号、上位机信号和电机传感器信号, 将取来的信号经过处理后, 送到电机驱动电路模块进而驱动控制直流电机相应动作, 同时, 为了让电机平稳的运转, 将电机传感器传输过来的信号经过PID算法和频率同步算法, 计算结果和检测电机的有关数据送LCD显示模块显示, 让客户较清楚地了解电机实时情况, 以便相应的操作。

3 系统硬件设计

整个系统由信号处理电路、PIC18F单片机系统、直流电机驱动电路和反馈信号检测处理电路等几部分组成。

3.1 单片机系统。

单片机系统主要有CPU、程序存储器E-PROM、数据存储器SRAM、通信功能、多路A/D采样、CCP/PWM功能、RB弱上拉功能、多个定时器、外中断和串行口通讯等组成。为满足多端口多功能设计的要求, 装置设计中采用PIC18F4520单片机。利用PIC18F4520可以减少外围电路, 且其引脚具有防瞬态能力, 可直接与控制电路相连, 无须光电耦合器隔离, 给应用带来极大方便, 另外还可提供20m A的电流, 可直接驱动LCD。

3.2 通信接口电路。

RS-485由于使用了差分电平传输信号, 传输距离比RS-232更长, 最多可以达到3000 m, 因此很适合工业环境下的应用。本设计采用RS-485通信方式与PC机实现通信, 进而实现远程控制。本系统利用RC6、RC7口作为串行接口。

3.3 键盘及显示电路。

3.3.1键盘设计。根据设计需求, 需启/停、加速、减速、设置、换向等按键。可将操作模式及有关参数存入单片机中。以便下次运用时, 直接调出该运行模式, 减小每次繁琐操作。3.3.2显示电路。在本设计中, 显示的主要是参数 (占空比, 转速, 方向) , 选用16*2的TS1620显示屏, 它成本低, 显示较完整。显示电路的设计采用单片机RD0-RD7口作为并行口与TS1620的DB0-DB7相连接, 将RE0-RE2口分别与RS、RW、EN相连。

3.4 AD转换电路模块。

由于PIC18F4520单片机本身带有AD转换接口, 所以不用外加AD转换芯片, 这样就减化了外部电路。该转换电路模块用PIC单片机的AN0、AN1和AN3三个AD转换接口分别作为调速电位器、延时坡度电位器和最大限流电位器接口。

3.5 外部脉冲信号模块。

该系统充分利用PIC18F4520的CCP/PWM接口功能, 为了防止外部脉冲信号对单片机的干扰, 采用光电隔离的方式将外部信号源与PIC单片机隔开。该功能充分利用单片机的CCP功能, 我们选择CCP3口作为该功能的端口。主要用来捕捉外部信号的下降沿作为该脚的中断, 其中外部信号频率设定在0-80KHz范围。经过中断计算脉冲数来反馈到电机驱动电路, 进而控制电机。

3.6 电机传感器信号检测电路。

信号检测电路是用来检测电机运转角度的有关装置。传感器产生的脉冲信号经过74HC14两级驱动放大, 送到单片机RB6、RB7的对应引脚上, 利用单片机RB口的弱上拉功能, 实现单片机对电机的实时检测。

4 系统软件设计

4.1 主程序。

该系统的整个软件设计全部采用模块化程序设计思想, 由系统初始化、按键识别、显示等模块组成。其中, 系统初始化、按键识别及显示模块在主程序中完成, 而中断服务完成TMR0定时1s溢出中断、TMR1外部计数溢出中断、TMR3的1us计数溢出中断、外部脉冲下降沿捕获中断及A/D转换中断等。

4.2 系统初始化模块。

主程序中的系统初始化模块包括对PIC单片机的CPU系统时钟初始化、PIC单片机的I/O方向初始化、TMR0定时/计数器的初始化、TMR1定时/计数器的初始化、TMR3定时/计数器的初始化、CCP模块的初始化和系统相关变量的初始化过程。

4.3 电机运转控制模块。

电机运转控制模块包括电机的方向控制和电机的速度控制, 它们由Motor Direction和Motor PWMData两个变量来控制PIC单片机的CCP模块产生不同的PWM信号送到74LS258对应引脚, 通过74LS75和两个IR2104驱动电机。Motor P-WMData是PWM模块占空比的具体内容, 改变Motor PWMData的值就可以改变电机的速度。

4.4 LCD显示模块。

LCD显示驱动单独做成一个源程序文件和头文件, 可方便其他模块调用。在LCD显示驱动模块中主要是LCD初始化函数LCDLNIT () 、写指令函数LCDWRCOM () 、LCDWRDATA () 、显示字符函数LCDDISP () 。

4.5 上位机软件。

上位机软件用VB编写, 主要用来控制电机的转速、换向、启动/停止、定位等功能。还可以实时监控和记录电机的状态, 使用户清楚地了解电机和控制器的实时状况。人机界面转速在1-3000RPM可选可写, 正反换向选择, 启停和0-360度角度定位选写。若选定远程控制, 则必须事先设定在该模式下, 才可以, 我们选择用RB3口作为启动远程控制选择端, 低电平有效。

5 结论

这种系统的设计有很多的优点, 可以适应多种的应用场合, 既可以现场操作使用又可以实现远程操作, 它还具有操作简单快捷的特点;另外, 这个系统既可选用外部的信号源也可以选择内部的电位器和内部的按键;客户具有很大的选择空间;既可以用LCD显示设备的有关数据也可以使用电脑监控使人一目了然。这个控制器集成了市面上多种电机控制系统的优势, 对PIC18F4520单片机的内部资源做到了充分利用, 例如AD模块, RB上拉多种功能, 利用了多个定时器, 多个中断, 以及CCP等功能。并且巧妙的利用巧妙设计代替复杂设计, 还有易于修改的特点, 这些特性使得产品的开发成本得到节约以及很好的保密性。

参考文献

[1]李学海.PIC单片机应用教程 (基础篇) [M].北京:北京航空航天大学出版社, 2002.

[2]罗翼, 张宏伟.PIC单片机应用系统开发典型实例[M].北京:中国电力出版社, 2005.