單片機設計精選(九篇)

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第1篇：單片機設計范文

邁克耳孫干涉儀測激光波長實驗是大學物理實驗中一個重要實驗項目，實驗中的關鍵是要準確讀出光的干涉條紋的數量，要求連續數幾百個“冒出”或“縮進”的干涉條紋，在做實驗時因長時間用眼緊緊盯住細小的干涉條紋而感到相當吃力，有時因眼睛疲勞而發生計數錯誤，導致較大的實驗誤差，甚至要重做，既費時又費力。因此不少單位不斷探索條紋計數器的設計［1－7］。基于芯片設計的計數器精度、效率較高，操作也簡便，成本也較低，但是制作后靈活性低，且硬件調試麻煩，不易更改，出現問題后難以解決［8－9］。基于虛擬儀器與計算機采集處理相結合的計數器，雖然處理數據比較靈活，但精度一般，且都要求有計算機等高級配置，花費比較大，有點得不償失［10－12］。針對上述的干涉條紋計數器設計的不足，本設計著重探討用單片機來設計邁克耳孫干涉條紋自動計數電路，實現了快捷、方便的高精度的條紋計數。

1設計方案

邁克耳孫計數器設計方法有多種，但基本思路都是通過信號轉換，將光信號轉換成電信號（脈沖信號），再對脈沖進行計數，并顯示計數結果。系統框圖如圖1所示，主要分為光電轉換模塊、信號整形模塊、計數模塊、顯示模塊。光電轉換模塊主要是利用光電二極管在光照下阻值迅速變小的特性［13］，串聯1個電位器分壓。電壓信號的變化反映出明暗條紋的變化情況；信號整形模塊主要是將不規則的電壓信號整形為高低電平，可達到易于識別和抗干擾的作用；計數模塊主要實現條紋計數，包括清零、控制電路；顯示模塊利用數碼管顯示出條紋數。

1．1光電轉換模塊要將光信號轉變為電信號就得借助光電二極管或者光敏電阻。光電二極管正向接、無光時電阻可達10kΩ左右，而在有光的條件下，電阻可迅速降到100Ω左右。而且反應速度可達到納秒級別，選取一個好的光電轉換元件是設計的保證。光敏電阻又稱光導管，具有在特定波長的光照射下，其阻值具有迅速減小的特性。入射光變強，光敏電阻阻值減小，入射光變弱，光敏電阻阻值增大。在無光條件下光敏電阻阻值在10kΩ～60kΩ之間不等（型號不同，阻值也不同），有光時阻值可降到1kΩ左右，反應速度在毫秒級別。光電二極管與光敏電阻相比，阻值變化更明顯，頻率變化更快，可以更方便地實現光信號對電信號轉換。本設計利用光電二極管在強光下電阻迅速變小的特性，來實現光電信號轉換，電路實現方案如下：在外電路上接上負載電阻（圖2中的R01），并與光電二極管相連，負載上的電壓信號隨著二極管的阻值變化而變化，設計中選用合適的電位器作負載，既可以起分壓作用，又可以起調節作用。在電位器和光電二極管之間引出一條信號線，從信號線上采取電壓值，作為光信號轉換的標志，即可達到光電轉換的目的。

1．2信號調制模塊由光電轉換模塊輸出的信號由于光電二極管的阻值不是突變的，所以得到的波形也不是高低電平，單片機難以識別。因此，該信號必須經過整形，而整形的好壞關系到計數的準確與否。整形電路主要是由施密特圖2光電轉換模塊與信號調制模塊觸發器構成，施密特觸發器由555定時器的2腳和6

1．3控制電路模塊控制電路模塊主要實現對各功能模塊信號的控制，用一個單刀雙擲開關來對暗條紋或明條紋計數的選擇，實現對暗條紋進行計數。本設計中選用單片機（圖3中的SICS9C52）為控制芯片，當選擇明條紋計數時，將單刀雙擲開關撥到低電平位置；選擇暗條紋計數時，將開光撥到高電平位置。若以邁克耳孫干涉儀毛玻璃上的中心條紋為基準進行計數，則調零后對計數器進行復位清零，若計數器顯示為零，則可以直接開始計數；若顯示為1，那么撥動單刀雙擲開光（高電平撥到低電平，低電平撥到高電平），復位清零后，即可開始計數。具體電路如圖計數器顯示為0，則可以沿調零的方向旋轉邁克耳孫干涉儀的微調旋鈕開始計數；如果顯示為1，則撥動控制鍵，再按復位按鈕，顯示為0，則按照“調零”時的轉動方向，始終往一個方向轉動微調手輪，觀察屏上的干涉條紋中心處會有一個個圓環“冒出”（或“縮進”）。干涉圓環每“冒出”（或“縮進”）50、100、150、500條條紋，記錄移動鏡M1相應位置的讀數，每種情況連續測量10組數據，用逐差法計算M1位置變化值，各得到5組位置變化值Δd后，求出其平均值為Δd，由λ＝2Δd／k（k為移動條紋數）計算波長值λ，并與標準值（632．8nm）相比，計算相對誤差Er。實驗數據見表1，表1為每次條紋變化500條時的記錄的原始數據。

1．4電源模塊5V電源模塊采用三端集成穩壓芯片LM7805，輸入端和輸出端均加濾波電容。為防止電源反接，輸出電路使用1個發光二極管和1個1kΩ限流電阻顯示電源狀態，如果發光二極管亮說明電源正常。

1．5顯示模塊數碼管采用四段八位的共陰極數碼管，共陰極數碼管是指將所有發光二極管的陰極接到一起形成公共陰極的數碼管。顯示方式采用數碼管的動態顯示。動態驅動是將所有數碼管的8個顯示筆劃“a、b、c、d、e、f、g、dp”的同名端連在一起，另外為每個數碼管的公共極增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I／O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數碼管都接收到相同的字形碼，動態顯示的效果和靜態顯示是一樣的，能夠節省大量的I／O端口，而且功耗更低。單片機的P2．0—P2．3為數碼管片選，接三極管（9013）作為片選開關，P0口為數碼管段選，串聯1kΩ電阻，并聯1個4．7kΩ排阻來拉高電壓。P1．0口為信號輸入端，從信號調制模塊得到的脈沖從此送入單片機；將P1．1作為信號控制端，由1個單刀雙擲開關來控制，其一端接地，一端串聯1個1kΩ電阻接高電平，由此來實現高低電平的輸入，并控制單片機是對高電平計數還是對低電平計數（高低電平對應于邁克耳孫干涉儀上的明暗條紋）。

1．6軟件設計根據硬件的制作情況，單片機的P0．0為信號端，P0．1為信號控制端。計數時，若控制端P0．1撥到高電平位置，且邁克耳孫干涉儀上毛玻璃的中心條紋為暗紋，則從信號端P0．0輸出的電平為高電平，計數加1；若邁克耳孫干涉儀毛玻璃上為明條紋，則對應的信號端P0．0為低電平，則程序等待，直到邁克耳孫干涉儀上的中心條紋變為暗條紋，信號端P0．0從低電平變為高電平，計數加1。反之，若控制端P0．1在低電平時，若邁克耳孫干涉毛玻璃上的中心條紋為明條紋，信號端P0．0為低電平，計數加1，若中心條紋為暗條紋，則程序等待，直到下一個明條紋到來，使信號端P0．0從高電平變為低電平，依此循環。程序流程如圖4所示。

第2篇：單片機設計范文

關鍵詞：步進電機 單片機 控制系統

步進電機能將輸入的電脈沖信號轉換成輸出軸的角位移或直線位移，這種電機每輸入一個脈沖信號，輸出軸便轉動一定的角度或前進一步，因此又被稱作脈沖電機或步級電機。步進電機輸出軸的角位移量與輸入脈沖數成正比，不受電壓以及環境溫度的影響，也沒有累積的定位誤差，因此控制輸入的數字脈沖數即可實現電機的精確定位；而步進電機輸出軸的轉速與輸入的脈沖頻率成正比，控制輸入的脈沖頻率就能準確的控制步進電機的轉速，可以實現在寬廣的范圍內精確調速。

1 步進電機的工作原理

按照轉子結構及材料的不同,步進電機分為反應式、永磁式和混合式三類。其中,反應式步進電機因其性價比高,應用非常廣泛,在單片機系統中應用較多。步進電機實際上是一個數字/角度轉換器。步進電機的勵磁繞組可以制成各種相數,常見的有單相、三相、四相和五相等多種。電機分為轉子和定子兩部分。定子由電工硅鋼片疊壓而成,有6個等分的磁極:U、U'、V、V'、W和W'。相對的兩個磁極組成一對,共有三對。每對磁極上都繞有同一繞組,也就形成了一相。這樣,三對磁極有三個繞組,形成三相。類似地,四相步進電機有四對磁極、四個繞組,以此類推。每個磁極的內表面分布著大小相同、間距相同的多個小齒。轉子圓周表面也均勻分布著與定子小齒形狀相似、齒間距相同的小齒。反應式步進電機運動的動力來自于電磁力。當某一相定子繞組通電時,其對應的磁極就產生了磁場,并與轉子形成磁路。

2 步進電機的控制方式

為了控制步進電機的轉動,使其實現數字到角度的轉換,可以由單片機按順給電機繞組施加有序的脈沖電流。轉過的角度數正比于脈沖個數,轉動的速度正比于脈沖頻率,轉動的方向則與脈沖順序有關。對三相步進電機施加電流脈沖可有如下三種方式:①單相三拍:按單相繞組順序施加電流脈沖,一周期加電3次,順序如下:正轉:UVW(U);反轉:UWV(U)②雙相三拍:雙相即每次對兩相繞組同時通電。按雙相繞組順序施加電流脈沖,一周期加電3次,順序如下: 正轉:UVVWWU(UV);反轉:UWWVVU(UW)③單雙相六拍:按單相繞組與雙相繞組交替方式施加電流脈沖,一周期加電6次(單相3次、雙相3次),順序如下:正轉:UUVVVWWWU(U);反轉:UUWWWVVVU(U)。單相三拍或雙相三拍兩種方式,每拍步進角均為3°,轉子轉過一個齒距角(9°)要用三拍;單雙相六拍方式每拍步進角均為1.5°,轉子轉過一個齒距角(9°)要用六拍。六拍方式比三拍方式運行平穩,但六拍驅動脈沖的頻率需要提高一倍,要求驅動開關管有更好的開關特性。另外雙相與單相相比,每一拍中,雙相方式都有兩相通電,每一相通電時間都持續兩拍。因此,雙相三拍比單相三拍消耗的電功率大,當然獲得的電磁轉矩也大。

3 控制系統的實現

3.1 加減速曲線的分析與實現。其實所謂的加減速就是速度變化的過渡過，在起動階段，控制頻率以特定的規律慢慢增加，從而速度可以平穩的升至預定值；而停止時控制頻率再以相應的規律慢慢減小，從而速度平穩的降低直至完全停止。一般加減速算法有梯形曲線和指數曲線以及S曲線三種，其中S曲線算法加減速平穩，而且有較好的快速性及柔性，因此在數控系統中應用廣泛。本文采用S曲線算法。單片機中有三個定時器，其中兩個需要分別控制兩個步進電機，而剩下的一個則用于實現數碼管顯示加工時間。所以在設計程序的過程中，只需把采樣周期T轉換為N，即在一個采樣周期內，其脈沖個數只需要對定時器的溢出次數加以控制，就可以控制采樣周期T。因此只需將最大速度及最大加速度兩個參數給定，就可以實現S加減速。

3.2 換向控制。本系統中工作臺移動方向的控制是利用行程開關與單片機相結合的辦法來實現的，其具體步驟如下：當工作臺開始加速至預定值時進行勻速動動，一旦行程開關被擋塊觸動，單片機就開始換向，即按照S曲線對電機的加減速過程加以控制。這種換向方法不但可以防止機械系統換向時的沖擊，而且工作臺不會由于單片機的程序錯誤而發生故障。

3.3 轉速控制及顯示。在進行程序設計時就已經采用數組的形式給出了步進電機的轉速，利用鍵盤按鈕進行選擇即可，所以系統中需要設置相應的按鍵以實現對設備的控制，即“選擇-輸入”鍵、“確定-啟動”鍵等。其中設備所需的轉速可以通過“輸入-選擇”鍵先進行選擇，再利用“輸入-啟動”鍵加以確定。再分別另設一個“急停”鍵及“停止”鍵。本系統的顯示采用LCD來實現，其型號為1602，這種型號的LCD可以顯示兩行字符，每行共有16個，可以滿足系統的顯示要求。1602利用8位數據線進行數據傳輸，剛好占用單片機的一個端口；共有三個控制信號，即寄存器選擇、讀寫控制以及起用。顯示的主要內容包括顯示系統工作的狀態、提示輸入以及確定轉速等。

3.4 顯示加工時間。本系統加工時間的動態顯示是利用數碼管來實現的，通過單片機中的2號定時器控制加工時間。數碼管時鐘顯示的原理為動態顯示，這種顯示方法一次只顯示一個數碼管，每位數碼管顯示時間約為1～2 ms，不過受數碼管余暉效應以及人的視覺暫留的影響，通過肉眼看過去每位數碼管均是亮的。這種動態顯示的方法解決了顯示變化以及端口不足的問題。

4 結論

完成本系統的研制后可以得出以下結論：第一，基于單片機控制器的步進電機控制系統實現后，體現了單片機在數據系統開發領域的可靠性、經濟性、實用性以及簡捷性，其作為應用最廣泛的微控制器的一種，是小型控制系統開發研制的首選；第二，步進電機轉向時所產生的沖擊問題，可以通過S曲線加減速模型解決，從而保證了設備動運的平穩性及準確性；第三，系統的快速性要求可以通過S曲線參數的調整來實現。

參考文獻

第3篇：單片機設計范文

關鍵詞：單片機 溫濕度 檢測系統

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）12-0148-01

溫濕度是重要的環境指標，溫濕度監測被廣泛用于倉儲保管、空氣質量監測、氣象預報、智能家居控制等領域。近年來，智能技術飛速發展，溫濕度監測系統也越來越追求自動化、智能化。本次研究基于單片機設計溫濕度檢測系統，以供借鑒。

1 方案設計

1.1 模塊選擇

本次研究方案是為了滿足倉儲環境溫濕度監控需求，溫濕度傳感器大小、監測靈敏度等都需要符合基本需求，本次研究采用SHT10單片數字溫度傳感器，可靠性強，其主要由一個聚合體電容式濕敏元件、1個能隙式材料溫敏元件、1個數字接口以及內痔14位A/D 轉化區構成，靈敏度高、低功耗、反應快、抗干擾，適應溫度-40℃～123.8℃，量程0%RH～100%RH，溫度精度25℃±0.5℃，精度范圍±4.5%RH，適用于各個環境下的倉儲環境溫濕度監控。中央控制模塊，采用單片機，即微，其數量可能比人類還要多，本次研究采用STC89C52單片機，可編程、功耗低、性能高，其主要功能以及元件包括32位I/0口線、定時器、8k字節閃存和512字節的隨機存儲、可支持省電模式、4個外部中斷等，工作電壓5.5V～3.3V，也可選擇3V單片機，工作頻率48MHz。

1.2 需求分析

倉儲溫濕度的檢測以及控制，需完全替代人工檢測，具體功能模塊需包括：①溫度、濕度采集模塊，能夠采集溫濕度指標，進行A/D轉換，轉化后的數據信號發送給中央控制模塊；②中央控制模塊，接收傳輸的數據，將數據與閾值進行比較，根據閾值決定是否需要發送報警信號，若需要發送，則經報警模塊發送相應的指令。若需要自動調節，則需要為適度控制系統，進行溫濕度調節。

1.3 設計方案

電路設計相對簡單，為保障穩定的供電，SHT10溫濕度傳感器采用220vAC變壓后12V交流輸入，采用普通的橋式整流電路將低壓整流為脈動、諧波成為的直流電，經濾波電容將交流成分濾掉變成直流電，為提高穩定性，采用三端穩壓管LN7805實現穩壓，穩壓后的電源再向傳感器、單片機等供電。單片機STC89C52有4個雙向8位并行I/0端口，內部有設計成熟的最小系統電路，采用腳本引入即可。STC89C52單片機采用RESET引角為未付段，當該引腳輸出連續2個醫師的單片機時鐘周期高電平時，單片機會復位。溫濕度采集模塊采用SHTO溫濕度傳感器，兩線制串行通信接口設計，在DATA線上添加1個KΩ上拉電阻將信號拉到高電平，再與單片機端口相連，SHT10傳感器經內置A/D轉換模塊，直接采集模擬信號轉化為數字信號傳入到單片機中。當系統監測到溫濕度異常，經報警器發送警報消息，本次研究采用TC35i芯片接收發送消息，其支持AT指令，采用DXDO引腳、TXD0引腳、IGT引腳，可與STC89C52單片機直接串口連接。

軟件設計是單片機溫濕度檢測系統設計的關鍵，采用C語言作為編程語言。主程序流程：①初始化；②讀取溫度；③是否超過閾值，若為否繼續讀取溫度，再次問詢是否超過閾值；④若為是，則發送報警信息。溫濕度采集通過調用SHT10實現，步驟為開始啟動傳輸輸出測量溫濕度命令？，否則復位再次進入啟動傳輸前命令，若為是則等待讀取數值右鍵讀取溫濕度高字節讀取溫濕度低字節結束。

2 仿真測試

采用Proteus軟件對設計進行仿真訓練。假設溫度為15～30℃，濕度在30%～50%，設置禁止外部中斷并啟動外部事件計數器，每隔一段時間便采用溫度脈沖數據統計數據，間隔時間采用軟件延時方法實現，若溫濕度超過測量的范圍，便會出現中斷。仿真訓練顯示，將溫度控制在20℃左右，測試溫度采集模塊，運轉正常，溫度顯示正常，溫度調節到32℃，不久傳感器LED-Green二極管發亮，提示溫度傳感器已向單片機傳遞數據。

3 結語

基于單片機的溫濕度檢測系統本身設計并不復雜，特別適用于普通環境下的溫濕度傳感器、單片機已較成熟，可供選擇的引腳、接口多樣化，這些元件標準化水平明顯提高。但溫濕度檢測已經不僅僅需要在普通環境下應用，還被廣泛應用其它領域，同時隨著智能化水平的提高，人們開始要求將溫濕度檢測系統與報警系統、自動溫濕度控制系統、數據分析等融合，特殊場合如科研對溫濕度檢測靈敏度要求更高，這時可供選擇的傳感器、單片機非常少，這就要求設計者們熟悉元件的性能，合理的進行電路設計，做好計算機編程，減少運算量。

參考文獻

[1]魏玲.基于DS18B20的巫芟卟馕孿低成杓[J].黑龍江冶金，2007（2）：42-43.

第4篇：單片機設計范文

關鍵詞：嵌入式；架構；單片機；系統；設計

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）32-7230-02

隨著電子信息技術的發展，計算機在不同領域中得到了廣泛的應用，人們根據不同領域的實際需求，針對性的開發了具有相應功能的軟件，從而提高實際的工作效率，但是在計算機出現的早期，受到其體積和性能上的限制，其應用的范圍很小，隨著晶體管和集成電路的出現，計算機的體積和性能得到了極大的提升，從計算機的發展可以看出，每次技術的更新，都是為了減小其體積，同時提高其性能。計算機的出現是革命性的，由于其能夠自行的處理任務，如果應用在實際的工業生產中，就能夠實現生產的自動化，這也是近些年計算機應用發展的方向，但是通過實際的調查發現，計算機在應用的過程中，雖然經過了多年的發展，出現了筆記本電腦，在體積上得到了極大的控制，但是在工業控制領域中，這樣的體積依然很龐大，在這種背景下，人們發明了單片機這種微型計算機，并在工業控制中得到了廣泛的應用。

1 嵌入式架構簡述

1.1 嵌入式架構的概念

嵌入式架構是隨著計算機的發展，逐漸形成的一門學科，現在很多高校中，都開設了這門課程，為社會培養大量的相關人才，學生在畢業后，能夠掌握到充足的嵌入式架構知識，從而能進行計算機系統的設計，我國受到特殊的歷史因素影響，經濟和科技發展的起步較晚，與西方發達國家相比，存在較大的差距，尤其是在電子信息領域。雖然近年來隨著國家的重視，出臺了很多優惠的政策法規，鼓勵和扶持我國相關產業的發展，經過了多年的發展，現在我國嵌入式架構的研究，已經得到了很大的提高，但是通過實際的調查發現，嵌入式架構使用的單片機等設備，目前還都是國外的公司生產的，我國技術人員在完成系統的開發后，都需要采用國外的設備，由于我國一直受到西方國家的技術封鎖，很多先進的設備都無法進口，在很大程度上影響了我國嵌入式架構的發展。對于嵌入式架構的概念，國際電氣和電子工程師協會給出了具體的解釋，是控制、監視等輔助設備工作的系統，目前對于嵌入式架構的理解，主要基于計算機技術，一般情況下，可以把帶有控制程序的處理器，看成是一個嵌入式架構，在不同的時期，人們對于嵌入式架構概念的理解，也存在一定的差異，但是從根本上來說，都是為了更好的使用嵌入式系統。

1.2 嵌入式架構的特點

與傳統的計算機技術相比，嵌入式架構具有鮮明的特點，首先就是體積更小，在嵌入式架構出現的早期，主要是在計算機的基礎上，進行系統的開發，但是隨著相關技術的發展，嵌入式架構自身有了很大的進步，尤其是單片機等微型計算機的出現，使得其應用的范圍更加廣泛，從某種意義上來說，單片機的出現，就是由于嵌入式架構應用的需要。其次嵌入式架構具有控制的特點，隨著電子信息化的發展，很多機械設備都采用了智能芯片，通過這些芯片的使用，可以寫入特定的控制程序，從而達到相應的控制目的，近幾年軟件技術有了很大的發展，尤其是在人工專家模塊出現后，計算機軟件可以實現一定的智能化，在遇到一些問題時，可以通過檢索以前的經驗，對問題自行進行處理，如果將這個技術應用到嵌入式架構中，就可以實現工業生產的自動化控制。從根本上來說，工業的自動化控制技術，就是在單片機等微型計算機的基礎上發展起來的，而單片機的使用，大多都是在嵌入式架構，通過硬件和軟件的針對性設計，可以最大程度的提高單片機應用的效率。

2 單片機系統設計的現狀

2.1 單片機系統設計的發展

單片機的出現，主要是由于實際應用的需要，傳統的計算機受到體積上的限制，雖然在很多領域中得到了應用，但是在實際的工業生產中，要想對生產過程中的每個環節進行控制，必須將所有的環節通過特定的方式連接起來，然后設置一個中央服務器，通過硬件和軟件等方式，對生產進行實時的控制，只有這樣才能夠最大程度提高生產的效率。由此可以看出，單片機系統的發展，可以分成硬件和軟件兩個部分，而這兩個部分都受到計算機技術的影響，尤其是軟件方面，在初期使用機器語言進行編程時，還沒有單片機的出現，而匯編等低級語言使用，單片機程序的編寫，也采用這些低級語言，隨著計算機軟件技術的發展，逐漸的出現了C語言等高級語言，相應的單片機系統設計，也開始使用這些高級語言，極大的提高了軟件編寫的效率。單片機系統硬件的發展，由于其出現和發展都在西方發達國家，而且由于社會和經濟的體制不同，這些國家對我國一直存在技術上的封鎖，因此我國很難接觸到先進的單片機系統知識，在很大程度上影響了我國單片機技術的發展，目前使用的單片機設備，都是國外公司生產的，而且一些最新的單片機，對我國還存在進口的限制。

2.2 單片機系統設計中存在的問題

單片機從出現開始，到現在已經使用了多年，在應用的過程中，其自身的理論在不斷的完善，通過單片機系統的使用，可以輕松的實現工業生產的自動化，進而提高生產的效率，正是由于單片機系統的這個特點，使得每個企業都希望能夠通過這樣的方式，來提高自身的生產效率，但是在實際應用的過程中，不同公司加工的產品不同，生產設備也存在一定的差異，如果使用同樣的單片機系統，顯然無法最大程度的提高生產效率。因此現在單片機系統的使用，都會根據實際的需求，對單片機系統的功能，進行針對性的設計，但是通過實際的調查發現，目前單片機系統設計中，還存在著一些問題，使得設計的系統不是很完善，在實際使用的過程中，經常會出現一些漏洞，影響產品的加工效率，由于單片機系統設計可以分成軟件和硬件兩個部分，因此對系統設計存在的問題，也可以從這兩個方面進行分析。首先就是硬件性能不合格，在設計完實際的電路后，對各個元器件的性能，都有具體的要求，如果這些器件的性能達不到相應的指標，那么電路顯然就無法正常的運行，其次就是軟件設計的不完善，由于軟件自身的特殊性，無法編寫出完美的程序，程序自身越復雜，存在的漏洞也就越多，如果在程序編寫完成之后，沒有經過科學的測試，那么在應用時，就可能會出現問題。

3 基于嵌入式架構的單片機系統設計分析

3.1 基于嵌入式架構的單片機系統硬件設計

在單片機出現的早期，由于還沒有形成嵌入式架構的概念，因此在實際的系統設計中，而且單片機系統的使用，都是對現有的生產線進行改進，通過在生產設備上增加一些線路，然后用單片機對其進行控制，在這種模式下，硬件設備的選擇，主要是根據環境來進行，對硬件設備的體積要求比較嚴格。隨著硬件設備的發展，現在生產單片機的公司有很多，可以實現同樣功能的元器件有很多，而自動化技術的出現，使得生產線在設計的過程中，會根據控制的需求，進行相應的變化，這種單片機系統使用方式上的轉變，極大的促進了其應用的發展，為了達到更高的控制效率，人們將單片機放到生產線的每個環節中，然后將這些單片機連接到一個服務器上，就能夠實現對生產的全面控制。現在單片機系統設計中，首先進行的就是硬件上的設計，通常情況下，會根據生產的實際情況，對控制的功能進行需求分析，單片機系統硬件的設計，會和生產線的硬件設計同步進行，如果控制系統的硬件出現問題，可以根據需要，對生產線進行一定的修改。

3.2 基于嵌入式架構的單片機系統軟件設計

嵌入式系統與傳統的應用方式相比，最明顯的特點就是多了輔助設備，如以往應用計算機的過程中，都是計算機的單獨使用，人們直接利用計算機來處理一些問題，或者利用計算機來控制某些設備的工作，沒有任何的輔助設備，而嵌入式架構下，需要借助單片機等設備，如一條生產線通常包括多個加工工藝，如果采用計算機的統一控制，就無法實現對每個環節的單獨控制，而利用單片機系統，在每個加工環節中，都嵌入一個單片機，然后將這些單片機連接到一個計算機服務器中，就可以實現局部的控制。而要想完成這個過程，就要通過相應的軟件功能，對于同樣的單片機系統，如果根據實際應用的需要，設計不同的程序，能夠實現不同的控制功能，由此可以看出，軟件設計是單片機系統工作的核心。

4 結束語

作為以計算機為基礎的技術，嵌入式架構的發展，很大程度上受到計算機技術的影響，如在計算機剛出現時，由于其性能比較，甚至還不如現在的電子計算器，因此實際的應用很少，只是在實驗室中進行科研使用，但是人們從計算機的特點能夠看出，隨著技術的進步，將來計算機一定會得到普及應用。在這種背景下，很多專家和學者對計算機進行了研究，通過大量的實踐，極大的推動了計算機的發展，于是計算機越來越多的用來處理實際問題，為了提高控制的效率，人們對程序進行了完善，經過全文的分析可以知道，嵌入式架構和單片機的出現，都是由于實際應用的需要，而單片機在實際應用的過程中，還存在很多問題，如果能夠采用嵌入式架構，那么就能夠極大的提高單片機系統的使用效果。

參考文獻：

[1] 金玉濤，馬軍勇.基于80C52的三相可控整流電路觸發脈沖的實現[J].河南教育學院學報：自然科學版，2007（3）：37-39.

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[3] 吳恒玉，唐民麗，何玲等.基于89S51單片機的數控直流穩壓源的設計[J].制造業自動化，2010（1）：95-96.

第5篇：單片機設計范文

關鍵詞：單片機；煙霧報警器；煙霧傳感器

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）35-0276-02

火氖峭脅人身、財產等安全的主要災害之一，因此預防火災的發生、減少災害具有重要的意義和價值[1]。文中設計了一種煙霧檢測與報警系統，該系統以STC89C52RC單片機為控制器，采用煙霧傳感器MQ-2檢測煙霧濃度，采用雙通道A/D轉換芯片ADC0832將煙霧傳感器采集的煙霧濃度轉化為數字量送給單片機，采用發光二極管、蜂鳴器設計聲光報警電路，單片機將采集到的數值與設定值進行比較，若采集值大于設定值，則發出聲光報警。

1 系統總體設計

2 系統硬件設計

2.1 煙霧檢測與轉換電路設計

采用煙霧傳感器MQ-2檢測煙霧濃度，MQ-2是鄭州煒盛電子科技有限公司生產的可燃性氣體傳感器。MQ-2氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導率較低的二氧化錫（SnO2）。當存在可燃氣體時，MQ-2的電導率隨空氣中可燃氣體濃度的增加而增大，利用這一點可以獲得煙霧存在的信息。可用于對一氧化碳、甲烷、酒精、液化氣、煙霧等的探測。

MQ-2采用6引腳封裝結構（如圖2所示），2腳和5腳是H和H1為加熱引腳；1腳和3腳是A和A1、2腳和6腳是B和B1，是信號引腳，這兩對引腳內部是相通的，一對

連接正電源，另一對作為信號輸出。

采用雙通道A/D轉換芯片ADC0832將煙霧傳感器采集的煙霧濃度轉化為數字量送給單片機。煙霧檢測與轉換電路如圖3所示[2-4]。

MQ-2的1、2、3引腳接VCC，4、6引腳作為信號輸出引腳與ADC0832的通道1相連，電位器RP用于調節煙霧檢測靈敏度；ADC0832的片選引腳CS與單片機的P1.0引腳相連，時鐘引腳CLK與P1.1相連，串行數據輸入、輸出引腳DI、DO并聯后與P1.2引腳相連。

2.2 聲光報警電路設計

聲光報警器電路由發光二極管和蜂鳴器組成，采用單片機P2.0和P2.1引腳分別控制蜂鳴器和發光二極管。其電路設計如圖4所示[5]。

3 系統軟件設計

軟件設計是在硬件基礎上進行程序開發以實現系統功能。軟件設計包括煙霧采集與轉換子程序和聲光報警子程序。

系統采用單片機為控制核心，煙霧傳感器不斷的探測是否有煙霧，若有則調用A/D轉換函數，啟動ADC0832將煙霧模擬量轉換成數字量輸入到單片機中，并與預先的設定值進行比較，如果大于設定值，則單片機通過P2.0和P2.1引腳輸出聲光報道信號控制聲光報警電路發出聲光報警。

系統主程序流程圖如圖5所示。

4 結束語

設計了一種煙霧檢測與報警系統，該系統以STC89C52RC單片機為控制核心，采用煙霧傳感器MQ-2探測煙霧，利用雙通道ADC0832進行A/D轉換，將探測的煙霧值與預先設定值進行比較，如大于設定值則發出聲光報警。系統結構簡單、操作方便，具有一定的應用價值。

參考文獻：

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[3] 甕嘉民，周成虎，杜大軍，等.單片機典型系統設計與制作實例解析[M].北京：電子工業出版社，2014.

第6篇：單片機設計范文

關鍵詞：單片機；液晶顯示器；設計與分析

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.14.205

0 前言

這些年來中國計算機無論從硬件應用上或是軟件系統設計也開發開上都有了不同程度的進步。有力的推進了主體為相關電子元件的銷售行業。而現今基于單片機所進行的液晶顯示器方面的設計，雖然在大環境影響下有了一定的發展，但是還是因內部資源的相關存儲以及數據方面處理的速度有一定的制約性，又因單片機價錢便宜而且適用的范圍也很廣泛的的特點也是受到了相關設計者的廣泛使用。而單片機作為于液晶顯示器設計的相關方式與方法還是有所進步的，所以下文主要分析基于單片機的液晶顯示器設計，再根據相關的硬件系統的設計，針對液晶顯示和時鐘以及溫度的采集等等實際性的設計進行詳細的分析，希望可以為液晶顯示器的整體提供具有參考價值的文獻。具體內容如下：

1 相關設計硬件所進行的分析

基于單片機的液晶顯示器設計在系統硬件的各電路中，主要組成大體上有含單片機的最小系統以及液晶顯示器內部電路和設置方面的電路以及時鐘與溫度采集所使用的電路等。

（1）分析單片機的最小系統設計原理。組成單片機的最小系統一般有外部晶振以及電源與復位相關的電路等，在它們共同的作用下才能確保單片機系統可以正常的運轉進而控制整體的系統。分析芯片的相關溫度數據可以看出，在進行讀取或者是寫入芯片的數據時，顯示的是日歷以及時鐘的數據等，再使用程序進行檢驗是否使用按鍵或其他操作。然后就可以在顯示的驅動芯片中進行數據的寫入，從而液晶顯示器的屏幕就可以把相關內容顯示了。

（2）分析液晶顯示器內部電路設計。現今液晶顯示器所使用的芯片有很多種，并且可以支持320×240（QVGA）等等的實際分辨率，而在顯示器內部進行安置173kB的RAM，就可以顯示高達26萬色。接口方式可以選擇8或是9或是16或是18位i80的系統全為總線，SPI總線以及RGB與VSYNC等的接口。一般會用總線式接口的電路代替外部數據存儲器進行液晶顯示器設計。

（3）分析時鐘顯示的電路設計。時鐘顯示的電路設計一般都是DS1302芯片來構成也是充電時鐘芯片，其內一般有實時時鐘以及日歷和31字節的靜態RAM，再運用不同的單片機進行接口方面的通信。運用芯片進行秒分時以及日月年等詳細時間信息的獲取，并按實際每月天數（閏年也可以計算實際天數）進行不同類型的計算而消耗的功量低。

（4）分析溫度采集所使用的電路設計。芯片電路的設計大多很簡單相對來說體積也小，所以組成測溫系統的相關線路也簡單，只需采用簡單通信線將多個DS18B20數字的溫度計連接即可，這樣一個端口完成所有數據讀取與寫入，每個芯片只有唯一一個序列號且可以掛多個芯片。需要注意的是在進行實際設計中，控制實際數字溫度計的溫度在-55℃到125℃的范圍之間并設定告警的溫度值，分辨率需設為9到12位。這樣芯片就會和實際使用的單片機進行電路連接。

（5）分析電路設置的相關原理。電路設置的相關原理是把日期時間與實際情況進行數據同步便于用戶使用。在基于單片機的液晶顯示器進行設計進，按鍵可設為進行主要內容的修改，這樣就可以實現自動性的調整系統時間。第一次設置在結束后可按第二個鍵，時鐘就可繼續運行同時指示符消失，需要注意在進入調節狀態時按下+或-按鈕否則沒效果。

2 相關設計軟件系統所進行的分析

設計軟件系統通常運用顯示的子程序以及DS1302芯片的子程序和DS8B20芯片的子程序，而按鍵處理的主程序也是包括子程序的。按鍵所進行處理主程序一般為設備初始化設置，運用鍵盤的掃描程序以及時間溫度各數據的顯示，然后才能調用顯示子程序。注意一般會有時間的間隔。

（1）軟件系統的主程序進行的設計。在主程序初始化結束后，先進行鍵盤掃描程度，這樣就可以讀取芯片數據以及程序內容。

（2）軟件系統在顯示程序上所進行的設計。軟件系統在顯示程序上所進行的設計一般是很難的，其一，通常顯示的驅動芯片中的寄存器很復雜，一般初始化后也會被別的程序使用，要注意在進行數據寫入時確定范圍。其二，在顯示器的屏幕上可手動輸放內容。再運用軟件處理成圖片取模，通過不同的索引進行判斷。

（3）軟件系統中子程序以及按鍵處理的子程序所進行的設計。實際子程序中時鐘與日期芯片會自定義進行讀取與寫入數據的，并運用數據函數調用芯片中實際日期與時間函數進行處理。然后運用鍵盤進行程序掃描確保實際讀取的函數可使用。

（4）軟件系統中芯片的子程序所進行的設計。溫度采集芯片在進行工作的過程中，要按不同流程進行秩序性工作。芯片總體初始化后進行ROM操作，當存儲器進行操作指令發出后才可讀取溫度數據。

3 結束語

綜上所述，上文主要分析了基于單片機的液晶顯示器設計方面的相關內容，細節上針對液晶顯示器設計的相關日期時間和溫度變化相關顯示情況進行研究。再運用硬件進行系統設計，從而設計出最小系統和液晶顯示器以及時鐘與溫度采和電路設置等等方面的分析，同時也從相關軟件的系統設計進行全面的分析，其中有主程序的設計以及系統顯示的子程序方面的設計和芯片的子程序所進行的設計等等方面闡述了液晶顯示器整體設計的過程。不但可以基于單片機進行液晶顯示器的設計，同時也滿足了液晶顯示器未來發展的趨勢。

參考文獻：

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[2]樓然苗.51系列單片機設計實例[M].北京：北京航空航天大學出版社，2003.

第7篇：單片機設計范文

【關鍵詞】單片機；485總線；232總線；IC卡；自動抄收

單片機在消費電子、自動化儀表、工業控制等領域已得到了廣泛的應用，它以靈活的設計、低廉的成本、微小的功耗在電子器件市場中占有十分重要的地位。今天越來越多的芯片廠商在不遺余力地競爭這個應用空間。如INTEL，MICROCHIP，NEC，ATMEL等公司都已形成了自己強大的產品線，給產品的設計帶來了越來越多的選擇。

1.系統功能及各部件特點描述

本系統主要有以下幾個部分組成：電腦、城市電話網、數據管理機、傳輸總線、單元轉發器及可擴展單元轉發器、計量表。在這些組成中，單元轉發器是整個系統的核心，它起著水、電及氣表的抄收工作，并將抄收的數據通過485總線傳送到與數據管理機相聯的電腦上或者通過數據管理機將數據通過公共電話網傳送到遠程的管理電腦上。電腦有一套與抄收系統相適應的管理軟件，能實現遠程抄收、設置等工作。

1.1 單元轉發器

單元轉發器是實現數據抄收的主要設備，它主要裝在小區內的樓道內，通過數據線與每一戶內的水、電及氣表相聯，實時監控每個表的運行狀態并完成數據抄收，主要有以下功能：

（1）單元轉發器最大數據采集量為30塊計量表，內置蓄電池，斷電后可連續工作240小時。

（2）單元轉發器上具有大屏幕LCD顯示，可實時顯示每只計量表的讀數、時間、狀態便于人工查詢。

（3）單元轉發器上帶有操作鍵盤，可直接在轉發器上進行系統設定等各項操作。

（4）單元轉發器有記憶卡插口、記憶卡既可以作為管理體人員的身份識別卡，又是可作為人工抄表的數據存儲卡，每張記憶卡可存儲16000只表的數據。

（5）單元轉發器上有專線接口，連接小區和數據管理機，實現數據自動遠傳和管理。

1.2 數據管理機

數據管理機是安裝在小區物業處的設備，它是系統中遠傳的重要通訊設備，主要有以下特點：

數據管理機設置兩個外接插口：A接口與計算機連接，實現水、電、氣數據的統計、金額計算和打印；每臺數據管理機最大容量可接16萬臺單元轉發器；若需要將水、電、氣三表數據遠傳到自來水公司、電業局、燃氣公司，用一條市話專線與B接口連接，就可實行數據自動遠傳。

1.3 可擴展單元轉發器

可擴展單元轉發器與單元轉發器相比，只是內部多了一塊擴充電路板。由于單元轉發器之間及轉發器與數據管理機之間通過485總線相聯，而485總線器件在設計上只允許每個網段上面掛接不超過32個設備且在小區環境下每個多段的傳輸距離以不超過1000米為佳，為了適應小區的傳輸距離及多住戶小區的多用戶的特點，所以用擴充電路板將各個網段隔開，以擴充整個網絡的傳輸距離與設備的掛接數量。

1.4 管理軟件

（1）微機系統

由586以上微機、調制解調器，IC卡讀寫器及專用票據打印機組成。

（2）軟件環境

中文Window95/98操作系統。

（3）軟件編制

前端平臺……采用DELPHI開發；

后端平臺……采用ACCESS數據庫；

數據采集控制采用MCS-51系列單片機系統開發。

（4）微機顯示界面及操作

界面友好、功能完善、操作簡便、交互性強。系統分為：信息查詢、統計輸出、遠端維護、系統設置和幫助五大功能。每個功能又具體細分為多個小功能，各功能模塊清晰、獨立性強、無互相干擾。

2.系統設計中主要應用的技術特點

2.1 聯網技術

借助現達的電話網絡及優良可靠低廉的網絡設備實現了整個城市的數據中心----小區管理處----用戶的三級聯網，并通過分級編碼的方式實現了對小區及用戶和表具的層層編碼，使得網絡結構清晰，系統容量大。也克服了一些網絡對外部條件的苛刻要求，使只要有公共電話網連到的地方就能實現聯網及實時監控。

（1）小區內單元轉發器、數據管理機及擴充板之間采用總線制連接方式

小區內單元轉發器之間及轉發器與數據管理機之間采用485總線的方式相互連接，并利用擴展板對總線的容量及距離進行擴充，克服了傳統的類比系統布線復雜的缺點，并且降低了線纜的敷設成本。

（2）星形聯網與總線聯網相結合

在城市數據采集中心與小區物業處之間采用星形組網方式，媒介為公共電話網，這樣不僅充分利用了公共設施，也能盡量減少了本系統的成本；在小區物業處與各轉發器之間采用485總線的方式，這樣不僅克服了惡劣的信號傳輸環境，也降低了線纜鋪設成本；在單元轉發器與表具之間采用星形連接，讓每個表具直接通過線路連接到單元轉發器上，這樣克服了表具之間相互干擾保證了網絡的穩定性，同時也適應不同的表具排列方式。通過這種不同網段采用不同的聯網方式的特點，不僅能保證了系統的穩定運行，而且也解決了龐大的編碼系統，使得小區代碼—樓道代碼—用戶代碼的編碼方式更加直接簡單。

2.2 通訊控制

（1）電腦聯網接口采用標準RS-232接口芯片。

（2）數據管理機通過公共電話網PSTN遠程與電腦聯網。

（3）電腦通過MODEM與遠程的數據管理機采用DTMF信號進行通訊及傳輸指令。

（4）控制信令傳輸，容易受周圍環境干擾，為提高控制的可靠性，采用了信令多次比較校驗及自動請求重發（ARQ）等技術來提高控制的可靠性。

3.硬件電路分析與軟件流程分析

3.1 數據管理機硬件電路分析與軟件流程分析

數據管理機硬件電路見附圖fig2所示。

（1）數據管理機在系統中的作用介紹

管理管理機在抄表系統中的作用是協調遠程計算機和本地計算機對網絡的控制權，并進行RS232與RS485之間電平轉換。結構示意圖如圖1。

（2）數據管理機用到的IC及其介紹

數據管理機的電路原理圖如fig2所示。在本產品中，用了2個max232通訊芯片、2個microchip公司出品的單片機：PIC16C54（U2）及PIC16C73（U1）、1個電子開關：4066（U5）、一個485通訊芯片：65LBC184（U6）及一個實時時鐘芯片（U7）：PCF8583。

（3）數據管理機工作原理

J1連接本地計算機的串行接口，J2連接MODEM通過電話線與遠程計算機連接。平常狀態下，本地計算機具有485總線控制權，可以直接與總線上的設備進行通信。當遠程撥號連接或自動撥號時，U1將控制4066切換通信線路，并無效本地計算機的CTS信號，這樣，本地計算機讓出總線，由遠程計算機控制總線，實現遠程抄表。U2的作用是控制485接口芯片U6的通信方向，完成485與TTL電平轉換，U3，U4完成TTL電平與232電平轉換，從而實現485與232的電平轉換。U1是主控制芯片，協調整個系統工作。U7是實時時鐘芯片，也存放著自動撥號的設置數據。

3.2 單元轉發器功能介紹

單元轉發器是整個系統中的核心設備，它擔負三表（水、電、氣表）的數據采集、顯示、設置、數據抄收及將數據傳送到數據管理機等任務。單元轉發器將數據從表上采集到后，管理人員可以直接用IC卡從單元轉發器上收集采集到的數據，也可以通過數據管理機遠程讀取采集到的數據。在電路上，我們將它設計成三個部分：數據采集部分（采集板），權限設置、功能設置及數據讀取部分（本地用IC卡讀取）（顯示板），數據通訊部分（通訊板）。根據需要，為了擴展采集表的數據及傳輸距離，還可根據需要增加擴展功能部分（擴展板）。

3.3 數據采集部分（采集板）

采集板為單元轉發器產品上的一個子功能板，它的主要功能將單元轉發器外聯的表具的數據實時采集并存儲在存儲器內。采集板上共有三顆IC：PIC16C73、24WC08、DS1307。其中PIC16C73為采集板的主控芯片；24WC08為1024bytes的E2PROM，DS1307為實時時鐘芯片，內有64bytes的RAM。

A、轉發器與計量表的連接

轉發器底部共有10個出線孔，從左往右1、2、3……10，其中第2孔至第9孔，每組為8條不同顏色的線。每相臨兩組顏色相同的線為一對。第1孔出線為8根，出線的顏色分別為兩紅、兩黑、一白、一藍、一綠、一黃，其中白、藍兩色線接變壓器輸出端，兩紅、兩黑待轉發器通電后對接（紅對紅、黑對黑），綠黃兩線為信號通訊線。

B、水表、燃氣表接線表

水表和燃氣表可以共用同一個轉發器，每個轉發器最多可接30個雙干簧管的水表或燃氣表，這30個表可分為4組，每組分別為8個、8個、8個和6個表。每個表上有3條線，其中1條是公共線，2條是信號線。

3.4 人機交互部分（顯示板）

顯示板是本機中人機交互的部分，主要有以下功能：

本機中的顯示部分采用128*64點陣的LCD顯示器，它用來顯示操作所需要的所有信息。鍵盤輸入功能：

由于本機可以在單元轉發器上查詢每個表的數據、抄表等功能，本機設計了20個按鍵。

IC卡抄收功能：

本機在設計上允許抄表員通過不同權限的IC來抄表，所以將這部分的功能全部集中到顯示板上來控制。

3.5 通訊擴展板的設計

由于單元轉發器之間是通過485總線進行通訊的，所有的轉發器與數據管理機都是掛在485總線上的，而根據485總線的定義及小區的實際物理條件，每一段485總線最多只能掛不超過32個設備，且每段總線不能超過1000米。如果一個小區有不超過31個樓梯，而每個樓梯可以用一臺轉發器進行采集，并且小區最長的距離不超過1000米，那么就不需要對總線進行擴展。但隨著城市建設的高速發展，住宅小區向大型化發展，小區的樓房越來越多。根據調查，目前在中等城市的住宅小區有很多都超過3000戶，而小區的最長距離超過3000米。為適應這種需求，我們就要在設計上在距離及用戶數量方面進行擴充。目前最經濟的辦法就是直接對485總線進行擴展。通訊擴展板就是為此而設計的，在應用上，可以根據需要將通訊擴展板置入某一臺單元轉發器中，對總線進行容量及距離上的擴展。

4.總結

城市水、電及煤氣表自動抄收系統是隨著城市的發展及人們對節能環保越來越重視的背景下發展起來的一種新型三表自動抄收方式，它不僅解決了繁雜的抄表工作，而且還能根據節能環保的要求進行分時段計費，并能根據要求實時對整個用電、水及氣網進行監控，為我國推行分時計費及節能減排提供了技術上的保證。作者根據自己的工作實踐經驗，結合單片機的特點，在此提出一種利用單片機設計水、電及氣表自動抄收系統的原理及其實現方法。

參考文獻

第8篇：單片機設計范文

關鍵詞：音樂報警系統 單片機 AT89C51

中圖分類號： TP274.2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）04（c）-0061-03

電子音樂作為現代音樂的一種形式，與古典音樂截然不同。電子音樂是對傳統音樂的延承和背叛，它通過電流產生的聲音打破了音樂的結構及人們習慣的聽覺經驗[1]。電子音樂既是音樂電聲的一個重要內容，也是一種科技的見證。特別是，自從電子合成器問世以來，電子音樂又進入了一個更高的階段[2]。由于電子音樂的普及，電子合成器可以解決相當一部分的歌唱及舞廳的伴奏問題，即：可以事先制作伴奏音樂或背景音樂，而不需要樂隊，或者部分代替樂隊[3-4]。由于音樂合成器制作和修改方便、成本低、音樂豐滿，所以市場需求量很大，因此許多國家的廠商都在發展并不斷推出新型號，每年都有更新換代。

本設計是以AT89C51單片機為核心，輔以LCD1602顯示屏和蜂鳴器等外部電路構成數字音樂報警系統。利用單片機I/O口產生一定頻率的方波，驅動蜂鳴器，發出各種不同的音調，從而演奏樂曲，并能夠由LCD1602顯示屏顯示相應的歌曲信息。鍵盤在單片機應用系統中能實現向單片機輸入數據，傳送命令等功能，是人工操作音樂報警系統的的主要手段。

1 數字音樂報警電路的工作原理

單片機對某一引腳以一定的頻率循環置1置0，該引腳便產生一定頻率的方波，將放大后的方波作用于特定的物理實件（蜂鳴器），就會產生一定頻率的聲音。若改變輸出方波的頻率，產生的聲音也會隨之改變。通過控制輸出方波的時間長短，聲音的長短也可以得到控制，因此，根據樂譜，以類似的音節及相同的節拍，就可以利用單片機產生電子音樂。每個音符分為簡譜碼和節拍碼。簡譜碼為D0-L到SI-H，節拍碼為1到16，對應的節拍表如表1所示。

方波的產生是由定時器控制的。單片機工作時，定時器T0工作在定時方式1，改變TH0及TL0便可產生不同的音頻頻率。需要注意的是，必須考慮中斷響應時間的影響，尤其在高音部分。若忽略中斷響應時間，會使音頻頻率比標準值低幾十Hz，相當于1/4音程，很容易聽出來；中斷響應時間對低音部分影響不大。一般中斷響應時間為3～6個機器周期，經過反復試驗，取5個機器周期作為校正最為恰當。表1中所給的定時初值就是考慮了中斷響應時間后的定時常數。另外，為避免T1中斷可能引起雜音，應將定時器T0中斷設為高優先級。

在音樂中使用的各個固定頻率的音叫音級。常用符號C、D、E、F、G、A、B、c、d、e、……a1、b1、c2、d2……表示，它們對應于鋼琴上的白鍵。兩音之間音高的距離叫音程。在上述音級中，E與F、B與C之間音高的距離僅為其它相鄰音級之間距離的一半，稱它們之間的音程為半音音程，而稱其它相鄰各音之間的距離為全音音程。在這些全音音程之間又加入新的半音音級，用符號C、D、F、G、A、c、d、f等表示，對應于鋼琴上的黑鍵。音持續時間的長短即時值，一般用拍數表示。休止符表示暫停發音，如表2所示。

2 硬件設計

本設計以AT89C51單片機為核心，由主控模塊、輸入模塊、顯示模塊及聲音模塊四部分組成，各模塊連接如圖1所示。整體電路圖如圖2所示。

主控模塊是由AT89C51單片機、時鐘電路、復位電路共同構成單片機最小系統，其核心為AT89C51單片機。主控模塊能夠按照預先編譯好的程序文件執行相應功能，接收輸入模塊傳送來的信號，依據程序向顯示模塊、聲音模塊發送驅動信號，實現對顯示屏顯示及蜂鳴器發聲的控制。

輸入模塊負責向主控模塊提供控制信號。它由四個獨立按鍵組成，分別接入單片機I/O口（P1.0～P1.3）。當按下按鍵時，將單片機相應的I/O口拉至低電平，主控模塊通過不斷掃描輸入模塊的電平狀態判斷是否有控制信號輸入，實現相應功能。

顯示模塊負責顯示歡迎信息及播放音樂時相應的曲目信息。該模塊核心為LCD1602顯示屏，能夠顯示2行16列共32個字符。上拉10K電阻用以提升單片機I/O口的驅動能力。

聲音模塊負責播放音樂，其核心為蜂鳴器。該模塊接收來自主控模塊的驅動信號，發出聲音。

3 軟件設計

軟件編程通常采用結構化程序設計，一般有“自上而下”和“自下而上”兩種方式，“自上而下”法的核心就是主框架的構建。它的合理與否關系到程序最終的功能的復雜程度和性能的優劣[5-6]。

本系統采用4個獨立按鍵作為輸入鍵盤，可分別實現開關、播放＼暫停、以及播放曲目的選擇。在開機按鈕按下時有英文歡迎提示字符，音樂報警時顯示歌曲序號及名稱。在報警程中可通過功能鍵實現選擇樂曲、暫停和播放。軟件部分針對《揮著翅膀的女孩》、《同一首歌》和《兩只蝴蝶》三首樂曲進行設計。系統主模塊的程序流程圖如3所示。采用的程序調試軟件為Keil μVision4，所采用的仿真軟件為ISIS 7 Professional軟件。

3.1 顯示模塊驅動

LCD 1602需顯示歡迎、播放曲目等信息，其初始化過程如下：（1）延時15ms；（2）寫指令38H（不檢測忙信號）；（3）延時5 ms；（4）寫指令38H （不檢測忙信號）；（5）延時5 ms；（6）寫指令38H（不檢測忙信號）；（7）以后每次寫指令、讀/寫數據操作均需要檢測忙信號；（8）寫指令38H：顯示模式設置；（9）寫指令08H：顯示關閉；（10）寫指令01H：顯示清屏；（11）寫指令06H：顯示光標移動設置；（12）寫指令0CH：顯示開及光標設置。LCD 1602顯示屏初始化程序如圖4所示。

3.2 按鍵模塊驅動

本設計采用非編碼鍵盤實現輸入，為消除機械觸點產生的抖動，采用軟件消除：當在首次檢測到有鍵按下時，執行延時20 ms子程序，再確認是否仍保持閉合，如保持閉合，則確認有鍵按下，進行相應處理。軟件消抖程序如圖5所示。

3.3 初始化及中斷處理程序

初始化及中斷處理程序如圖6所示。

4 軟件編譯及仿真

軟件編譯成功，結果如圖7所示。

將生成的“MUSIC BOX.HEX”文件裝載到ISIS 7 Professional已搭建好的硬件仿真環境中，進行仿真調試。在Keil中編寫編譯程序通過仿真，可實現預期的音樂盒功能，仿真結果如圖8所示。

5 結語

基于AT89C51單片機設計的數字音樂報警系統具有發音準確、節能環保、易于操作等特點。本設計以“硬件軟件化”為指導思想，充分發揮單片機功能，大部分功能通過軟件編程來實現，電路簡單明了，系統穩定性高。在開機按鈕按下時，該音樂報警系統能夠顯示英文歡迎提示字符，報警時顯示歌曲序號及名稱；在報警過程中可通過功能鍵選擇樂曲，暫停，播放；根據節拍表1和音符表2可以演奏任意樂曲。在調試過程中，成功播放了《揮著翅膀的女孩》、《同一首歌》和《兩只蝴蝶》等三首樂曲，均取得了良好效果。由于單片機所被占用的I/O 口不多，因此系統具有一定的可擴展性。

參考文獻

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第9篇：單片機設計范文

摘要:以STC89C52RC單片機為核心，通過利用串行接口通信、數據庫編輯處理等技術，實現簡單近距離傳輸數據實現的農作物變量施藥監測，設計形成良好給藥監控系統。該設計具有數據處理及可根據收集的實時數據調整給藥量的功能，且系統可以接受多種傳感器，具有良好的擴展性。通過采集實時環境數據，特別是影響給藥量的因素，如壓力、藥物流速、流量及噴嘴大小等各種影響參量，將采集數據傳輸至顯示器，并將采集的數據儲存入內存卡中，使用者可以選擇以表格或圖形方式查詢。通過試驗表明:驗證了壓力、速度、流量的系統測量和實際測量值，通過兩者之間的相對誤差，發現三者的相對誤差的平均值分別為2．16%、2．15%、2．09%，誤差都小于3%，可以滿足農業精準變量施藥的要求。該系統成本較低，操作性強，具有廣泛的應用前景。

關鍵詞:單片機;變量施藥;檢測系統;傳感器

0引言

在當代農業的發展中，農藥在農業生產中占據著非常重要的地位，出現了各種類型的農藥，用量逐年上升。但是施藥中，工作人員缺乏重要的安全意識，農作物及環境中的農藥殘留問題更是嚴重，對人體和環境造成非常大的危害［1］。農藥在農業生產中起著非常大的推動作用，也無法避免地對四周環境和食用者產生了嚴重的污染和損害。人體經常食用農殘過高的食物，農藥在體內長期積累，嚴重危害著食用者的身體健康［2］。經統計:2015年水稻、小麥和玉米這三大農作物的農藥利用率為36．6%，與農業發達國家還是存在很大差距;發達國家的農藥利用率最高可達到60%，平均比我國高20個百分點。施藥的機器、技術和觀念的落后這些都是主要的影響因素［3－5］。為此，通過區分農田中作物的不同信息，然后通過變量施藥，以達到精準施藥的目的。工作時，通過使用多種不同傳感器，實時采集施藥參量數據，根據不同的信息變量精準施藥［6－14］，并實時收集并長期儲存施藥信息。我國土地等資源利用強度很大，歐美等國家耕地層一般在35cm以上，我國大部分地區的耕地層只有15～20cm，保水保肥能力差。因此，提高化肥農藥利用率，發展綠色可持續農業，使用高效科學的施藥方法。本文設計基于STC89C52RC單片機的施藥監測系統，利用傳感器收集實時數據，數據庫處理編輯儲存施藥參量，根據長期儲存的施藥參量進行變量施藥，合理用藥。

1試驗設計

1．1設計原理

以STC89C52RC單片機為控制中心，組合信息采集器(各類傳感器、單片機、SD卡數據存儲模塊)、信息傳送模塊、顯示模塊、電腦，以及串口通信模塊等主要結構形成系統。

1．2總體設計

本設計采用STC89C52RC單片機監控整個施藥監測過程。STC89C52RC單片機是STC生產的一款低耗、高性能的微控制器，具有8K字節系統可編程Flash存儲器。該機型可以支持串口通信，工作電壓為5．5～3．3V，代碼指令可以兼容以前的型號，在傳統的基礎具有更強大的兼容性。該系統中使用的顯示裝置為液晶顯示器，使用者可以設置成數字或漢字，適用多種電路。根據系統設計的其他模塊的需求，采用串口電路，減少裝置中的線路連接，簡化安裝程序。信息傳送模塊為用戶與系統互換信息的門戶，采用字母與數字結合的簡單形式，使用4×4按鍵，共16個按鍵。SD卡數據庫儲存傳感器采集的施藥信息。傳感器長期采集施藥信息，分析施藥過程，并在用戶分析數據時，將前面儲存的數據以圖表或數字的形式輸出。采用的傳感器主要有數字型和模擬型兩種類型:數字型傳感器可將得到的信息直接與數字設施互換信息，快速讀取信息;模擬型傳感器提取信息速度快，處理信息的范圍寬。本系統從傳感器的特點和設計成本綜合考慮，傳感器采用數字傳感器。系統以20個施藥監控點為試驗點，測試各個試驗點的系統測量值和實際測量值的誤差，通過對比驗證該系統是否可行。同時，采取多個試驗點驗證可測試系統的穩定性，表明該系統中使用的傳感器可用。

2機構組成和施藥監控

2．1機構組成施藥監控系統組成。以STC89C52RC單片機為核心，包括信息采集器(各類傳感器、SD卡數據存儲模塊)、信息傳送模塊、顯示模塊、電腦以及串口通信模塊等主要結構。

2．2施藥監控控制

施藥監控系統主要根據傳感器監控施藥收集施藥管道中農藥的流速、壓力、流量等信息，將信息輸送至單片機，通過單片機的分析，校正系統設置，監控施藥量是否符合系統設置的數據，保證施藥的準確性。

3試驗與結果

3．1試驗基本條件

為了試驗施藥監控裝置可靠性和準確性，在試驗田上進行試驗，將本文設計的系統安裝在行走的施藥機械上進行速度、壓力和流量等參量的試驗，并對試驗結果進行分析比較。

3．2試驗設計

為了檢測采用基于STC89C52RC單片機的施藥監測系統的有效性，首先驗證送藥管道速度的準確性［15］，測試施藥系統所在機械速度值與實際值的相對誤差。

4結論

本研究對單片機的施藥監測系統設計進行驗證，結果表明:采用STC89C52RC單片機為控制中心的施藥監測系統，完全滿足農業生產需求，可實時采集施藥信息，監控施藥過程。該系統的目的就是為了施藥精確，控制農藥的使用，減少農作物內過多殘留，確保噴灑的農藥可以達到殺蟲除草的量。試驗表明:該系統可保證農藥噴灑機械的正常運行，減少種植戶的成本投入，減少農殘對人體的危害，減輕農藥對生態環境危害，在多樣化種植中的變量施藥有著非常大的應用價值。

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