单片机最小系统范文
时间:2023-03-30 16:22:27
导语:如何才能写好一篇单片机最小系统,这就需要搜集整理更多的资料和文献,欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文,供你借鉴。
篇1
关键词 51单片机 构成原理
中图分类号:TP368.1 文献标识码:A
很多电子类学校开设《单片机原理与应用》课程,通常都以理论讲授为主,辅做一部分实验,很难达到预期的教学效果。学生往往因为苦涩难懂的理论而放弃主动学习。为此,笔者根据实际教学经验和《单片机》课程教学内容的要求,利用多孔板,制作51单片机最小系统学习板,并取得较好的教学效果。
1构成原理
1.1最小系统CPU
以U1(STC89C52RC)为核心构成51单片机的最小系统。其中,P0口主要用来完成数码管显示和扩展应用;P1口主要用来完成流水灯等实验;P2口主要用来完成键盘控制;P3口主要用来完成串口通信,实时时钟控制,温度检测和遥控控制等。
本最小系统由C3、K2、R10构成手动复位电路,通过U1⑨脚,给CPU提供复位;由XTAL1、C8、C9构成CPU时钟振荡电路;由K3~K6构成4只独立式按键;由R19、V1构成蜂鸣器驱动电路;由R11~R18、V1、V2、DS1、DS2构成数码管显示电路。在多孔板上留有J1插槽,便于扩展。
1.2电源电路
以U2(LM7805)为核心,构成最小系统的电源电路。
1.3串行通信电路
以U3(MAXIM232)为核心,构成最小系统的串行通信接口电路。MAX232CPE是由美国德州仪器公司生产的一款兼容RS232标准的芯片,其内部结构分为两部分,第一部分是电源部分, 脚接地, 脚接电源正极5V,另外由①、③、④、⑤、⑥、②脚内部和4只1uF的钽电容组成一个将+5V转换成?0V两组电源的电路,提供给RS-232串口电平的需要。第二部分是数据转换通道。利用J3(COM口)的③脚将PC机的数据通过MAX232CPE的⑧脚输入,利用MAX232CPE的转换电路将RS-232数据转换为TTL/CMOS数据,并从MAX232CPE的⑨脚输出到STC89C52RC单片机的P3.0口(⑩脚);而单片机的P3.1口( 脚)输出的TTL/CMOS数据,进入MAX232CPE的⑩脚,转换为RS-232数据后通过MAX232CPE的⑦脚,输入到COM口的②脚进入PC机。
注意:利用MAX232CPE构成的串口ISP(In System Program)下载电路,仅适用于STC89系列的单片机产品,本最小系统采用STC89C52RC。
1.4实时时钟
本最小系统时钟采用高性能、低功耗带RAM实时时钟芯片DS1302,可对秒、分、时、日、周、月、以及带闰年补偿的年进行计数。DS1302使用同步串行通信,简化与微处理器的通信,与时钟/RAM通信仅需三根线:①复位(⑤脚),②I/O数据线(⑥脚),SCLK串行时钟(⑦脚)。
1.5高精度测温电路
本最小系统的测温电路采用DALLAS公司生产的单总线数字温度传感器DS18B20。因为单总线传送数据,大大提高系统的抗干扰性,特别适合恶劣环境的现场温度测量,测量温度范围为-55℃~+125℃,精度为?.0625℃。DS18B20因采用一根I/O线读写数据,对读写的数据有严格的时序要求,DS18B20用严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。
1.6遥控接收电路
本最小系统采用HS0038B构成的红外线遥控接收电路。
2学习板实物图
以51最小系统板为核心,外加LCD字符型液晶显示,构成的实物。LCD采用1602字符型显示屏(专门用于显示字母、数字、符号等的点阵式LCD),其引脚连接如图1所示(其中RP用来调整液晶屏的对比度)。
篇2
关键词:Atmel;光电耦合器;继电器
中图分类号:TP27 文献标识码:A
一、设计背景
在电台发生长划时,运营商传输线路误码过高的具体情形存在着很大的随机性和不确定性,最终导致的结果就是使得电台发射控制线持续性频繁短时间接地,至少每分钟30次以上。因此,识别电台长划,只需检测电台发射控制线每分钟接地的次数即可。因为在空中交通管制正常的地空通信过程中,管制员发话形成的电台发射机接地次数每分钟是不可能超过30次的。当识别出电台发生长划后,只需切断此电台发射控制线,即可抑制电台长划。基于此思路,笔者选取了当前应用成熟且成本低廉的Atmel最小系统做为控制平台,选取TLP521型光电耦合器作为识别电台发射控制线接的器件,选取IN4001型直流驱动继电器作为切断电台发射控制线的器件。下面笔者详细介绍三者的特性及硬件配合使用的方法。
二、Atmel最小系统控制平台的搭建
一个Atmel最小系统,包含以下几个部分:单片机、晶振电路及复位电路。最小系统能够完成以下功能:1.手动复位功能;2.能够使用单片机的片内程序存储器;3.具有基本的人机交互接口,可以进行控制输入和结果显示;4.具有一定的可扩展性,使单片机I/O口可以与其他电路连接。为达到上述要求,笔者选取了以下元器件组成一个Atmel最小系统。at89c51一片、12MHz晶振一个、30pf的瓷片电容两个、10uf电解电容一个、10k的电阻一个、复位开关一个。
时钟系统是最小系统正常工作的保证,如果振荡器不起振,系统将会不能工作;假如振荡器运行不规律,系统执行程序的时候就会出现时间上的误差,程序执行就会发生紊乱。时钟系统是由一个晶振和两个瓷片电容组成的,晶振两侧分别接单片机的x1和x2,晶振和瓷片电容是没有正负的,但是两个瓷片电容相连的那端一定要接地。复位电路的作用是给单片机提供一个一定时长的低电平信号,就能使程序从头开始执行。通过按钮接通低电平给系统复位,如果手按着一直不放,系统将一直复位,此时系统不能正常工作。在这里我们需要注意使用的电容是电解电容,是有正负的,如果接反了,就会发生爆炸。电解电容的大小会影响单片机的复位时间,容值越大需要的复位时间越短。作为核心处理器的at89c51使用的是5V直流电源。一般我们在电源VCC处加一个0.1uf的瓷片电容,作用是滤掉电源中的高频杂波,使系统供电更稳定。但是在这个应用中,为了便于使用者能够更直观地看到每分钟电台发射控制线接地的次数,我们还需要添加八段数码管作为显示部分,再添加一些LED灯作为工作状态的指示灯,比如正常工作时某个灯亮,长划时某个灯亮等等。
三、光电耦合器和直流驱动继电器在控制平台上的嵌入
在本设计中选取的是TLP521型光电耦合器。一般来说,光耦是用来隔离输入输出的,主要是隔离输入的信号。在各种应用中,往往有一些远距离的开关量信号需要传送到控制器,如果直接将这些信接到单片机的I/O上,有以下的问题:1.信号不匹配,输入的信号可能是交流信号、高压信号、按键等干接点信号;2.比较长的连接线路容易引进干扰、雷击、感应电等,不经过隔离不可靠。所以需要光耦进行隔离后再接入单片机系统。在当前民航系统应用的电台上,电台发射控制线平时处于高阻状态,起控后处于接地状态,其体现出的信号属于干结点信号,经过光电耦合器进行隔离,一方面达到接入单片机I/O引脚的电气匹配,另一方面也达到后端控制系统不会影响到电台发射控制线的状态。TLP521型光电耦合器在系统中一般有两种接法,如图1所示。
图1上所列出的第一种接法,P1.0引脚如果接地,则光耦内发光二极管导通,右侧R3电阻下端就能获得约5V的直流电压,这个电压足以去驱动单片机的I/O引脚。如果P1.0引脚处于高阻状态,则光耦内发光二极管不会导通,光耦无输出,不能驱动单片机的I/O引脚。第二种接法P1.0引脚如果接地,则光耦内发光二极管导通,右侧R4电阻下端就能获得约5V的直流电压,但输出引脚上并无电压,无法驱动单片机的I/O引脚。因此,在长划保护器这个系统里,采用第一种接法将TLP521型光电耦合器嵌入到Atmel最小系统中。
将直流驱动的继电器嵌入到Atmel最小系统。IN4001型直流驱动继电器的驱动电压为+5V,在与单片机连接时,可以将继电器供电引脚直接接在at89c51单片机I/O引脚上,引脚为高电平时,便能将公共端和常开端吸合在一起。所以在将直流继电器接于电台发射控制线上时,先将发射控制线剪断,一端接于IN4001型直流驱动继电器的公共端,另一端接于常闭端。当电台发生长划时,只需由程序控制与继电器供电引脚相连的I/O引脚设置成逻辑“1”,便可驱动继电器,使公共端和常开端吸合在一起,切断电台发射控制线,对周围电台的干扰就会立即消失。
结语
笔者按上述思路将TLP521型光电耦合器和IN4001型直流驱动继电器与Atmel最小系统整合与一起后,经过反复测试,发现该系统逻辑正确,运行稳定,完全能够满足空管地空通信系统运行所需,具有很大的实际应用价值。
参考文献
篇3
【关键词】STC89C52;酒精浓度;阈值
引言
现代传感器技术日益成熟,传感器被应用的越来越多。随着科技的不断进步,传感器正处于传统型向新型传感器转型的发展阶段,新型传感器具有微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化等特点,它将不仅能帮助系统产业的改造升级,还能促进新兴工业得到迅速发展。本设计的酒精浓度检测仪属于气体传感器检测技术的应用,具有以下用途:在交通安全上,判断酒后驾车酒精浓度是否超标;在医学上,通过设定酒精阈值判断患者血液中的酒精浓度是否超出正常值。该检测仪系统具有硬件电路简单、成本低、易于实现的特点。
1.MQ-3酒精浓度传感器介绍
1.1 传感器主要特性
(1)具有信号输出指示功能;
(2)双路信号(模拟量及TTL电平)输出;
(3)TTL输出有效信号低电平(输出低电平时信号灯亮,可直接接单片机);
(4)模拟量0~5V电压输出,输入浓度越高输出电压越高;
(5)对乙醇蒸汽具有较好的选择性及很高的灵敏度;
(6)可靠的稳定性、使用寿命长;
(7)响应恢复快速。
1.2 MQ-3传感器实物及灵敏度特性
MQ-3乙醇气体传感器实物及灵敏度曲线如图1-1和1-2所示,其传感原理为气敏电阻的输出阻值随乙醇气体等浓度变化而变化。
图1-1 MQ-3酒精浓度传感器
图1-2 乙醇气体传感器灵敏度曲线
2.系统总体设计框图
该酒精浓度测试仪总体设计框图如图3所示。MQ-3乙醇气体传感器输出信号经信号调理电路处理,输出随乙醇浓度变化的电压信号,该电压信号经过ADC0832模数转换后,将数字量送入STC89C52单片机处理,同时该系统具有醉酒阈值设定功能,将设定好的酒精阈值存储在AT24C02中,通过单片机编程来将驾驶员的酒精浓度值与设定的阈值进行比较,当超过设定的酒精阈值时蜂鸣器报警,同时利用单片机将电压转换成酒精浓度值,并实时在LCD1602上进行显示[1]。
图2 系统硬件设计框图
3.主控制器STC89C52
3.1 概述
STC89C52单片机内部集成8位CPU、8K字节ROM、128字节RAM、4个8位并行I/O口、1个全双工串行口、2个16位定时器/计数器、5个中断源。STC89C52单片机如图3所示。
图3 STC89C52
3.2 芯片功能
利用单片机进行控制,主要是对单片机内部I/O口的控制,同时对内部自带的定时/计数器进行操作,中断资源也是单片机内部非常宝贵的资源,STC89C52单片机内部有5个中断源,2级中断优先级[2]。本设计中采用单片机的定时器0中断,设定ADC0832的模数转换时间,每隔1秒钟进行一次模数转换。酒精阈值设定部分采用IIC协议对AT24C02进行操作,在指定的地址处存入酒精阈值,然后与测得的酒精浓度比对。LCD1602显示部分通过LCD1602液晶芯片手册,对其进行驱动。
3.3 单片机最小系统介绍
单片机最小系统由时钟电路、复位电路、电源构成,这是单片机能够进行工作必须具备的条件。在此基础上,进行IO口的扩展,同时利用单片机P3口的第二功能,使得单片机具有了一台微型计算机的特点,从而可以利用单片机进行外部控制[3]。在工业、汽车电子、航空航天等方面都有广泛的应用。单片机最小系统如图4所示。
图4 单片机最小系统
4.系统软件设计流程
该系统的软件设计流程如图5所示,软件设计中采用单片机模块化编程的思想,在主程序中对LCD1602显示子程序、AT24C02酒精阈值设定子程序、A/D转换子程序进行调用。程序开始先进行初始化,然后进行LCD1602显示,A/D转换等子程序,最终完成了酒精浓度测试仪软件部分的设计。
图5 系统软件设计流程图
5.结束语
本文主要是传感器技术应用,利用MQ-3气体传感器对酒精浓度进行采集,将采集到的模拟信号通过ADC0832进行模数转换,并利用AT24C02芯片进行酒精阈值的设定[4]。然后通过STC89C52单片机进行编程将数据进行处理并判断驾驶员是否酒驾。该设计完成了预期的目的,能够准确的判断驾驶员是否酒后驾车,同时也能够测定特定环境下的酒精含量是否超标,还可以对酒精阈值进行更改,是一款新型的便携式的产品,具有广阔的发展前景。
参考文献
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[2]郑学坚.微型计算机原理与应用[M].2006.
[3]王幸之.AT89系列单片机原理与接口技术[M].北京:高等教育出版社,2009,9.
篇4
关键词:智能小车;STC89C52单片机;定向行驶;指南针;TCRT5000
1引言
近年来智能小车的发展非常迅速,在工业、科研甚至是军事领域都得到了很广泛的应用,智能小车能实现在无人操作的情况下,按照人为预先设定的情况工作,也可以根据现场的实际情况进行判断做出相应的响应,并稳定工作。本文以STC89C52单片机作为微控制器,设计并实现了块的智能定向循迹小车系统。
2 系统整体设计
整个系统由STC89C52最小系统控制模块、L298N驱动模块、GY-26指南针模块、TCRT5000红外光电传感器模块和电源转换模块构成,如图1所示。
STC89C52模块为核心,通过指令获取指南针模块所测得的方位角度值,并辅以红外模块TCRT5000的边界检测结果,获得小车的方位,再通过分析与比较,将小车的转向以及两电机转速调整的信息输出给电机驱动模块,从而完成小车的行进以及位置调整。电源转换模块负责给系统的各模块供电。
3系统单元模块设计
3.1 控制模块
STC89C52模块控制各个功能模块数据的读入、处理、输出,使各个模块连接在一起组成一个有机整体。主要由STC89C52单片机和电路组成的最小系统。单片机最小系统包括开关指示电路、复位电路、时钟电路等。
3.2 红外检测模块
TCRT5000红外传感器作为红外边界检测模块的核心部分。当红外线未被反射或者发射的信号很弱,光敏三极管会处于关断状态,模块输出高电平;反之,当被测量的物体在检测的范围内,则信号足够大使三极管饱和,模块输出低电平。红外检测模块电路图如图2所示。
3.3 电机驱动模块
采用L298N作为电机驱动芯片,需要两组驱动电路驱动小车的两个后轮。L298N配合单片机的方式可以实现对小车速度的精确控制。驱动电路图如图3所示。
3.4 指南针模块
系统采用GY-26型号的一款平面数字罗盘模块,其电路核心是型号为HMC1022的磁阻传感器和PIC16F690单片机。本模块主要用于实现小车在没有黑色轨迹线的地点进行定向行驶。GY-26指南针模块的计数参数如表1所示。
3.5 显示模块
LCD1602液晶模块作为显示部分,用于显示小车的测量角度值、目标角度值、当前角度值和转向控制等数据。
3.6 电源模块
本系统的中的电机驱动模块采用12V的锂电池供电;其它模块机如单片机最小系统、指南针、红外检测模块需要5V的供电电压,采用LM7805稳压芯片将12V转成5V,达到系统电压的要求。
4 程序设计
4.1 主程序流程图
系统的软件设计部分以指南针模块为主体,小车左右两侧的红外检测模块为辅助,获取小车当前位置角度值,通过单片机分析模块返回的角度数据,判断小车转向及转向角度,驱动两个电机,调整小车位置,并通过液晶显示辅助观察小车行驶情况,从而实现小车的定向行驶功能。主程序流程图如图4所示。
4.2 位置角度值获取程序
位置角度值的获取,依靠的是指南针模块,通过I2C协议,单片机读取其角度值。其整体的程序流程图如图5所示。
4.3 小车转向及角度判断程序
判断转向及转向角度的程序流程如图6所示。根据初始角度值或目标角度值dat0,及当前位置角度值dat1的数值,来调整当前的姿态。
5 结束语
本系统采用指南针模块电路准确定位出小车的所在方向,通过STC89C52系统对采集到的方位数据进行处理并控制L298N驱动芯片,改变两电机的转速,实现了小车直行、转弯功能,无轨迹定向行驶。此外,采用TCRT5000红外光电传感器模块,实现了轨道边沿线及转向标志线的检测及定向转弯。
参考文献
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[2] 高月华.基于红外光电传感器的智能车自动循迹系统的设计 [J].光电技术应用,2009(2):1-5.
篇5
步进电动机是将电脉冲激励信号转换成相应的角位移或线位移的离散值控制电动机,这种电动机每当输入一个电脉冲就动一步,所以又称脉冲电动机。步进电动机实际上是一种单相或多相同步电动机。单相步进电动机由单路电脉冲驱动,输出功率一般很小,其用途为微小功率驱动。多相步进电动机由多相方波脉冲驱动,在经功率放大后分别送入步进电动机各相绕组。当向脉冲分配器输入一个脉冲时,电动机各相的通电状态就发生变化,转子会转过一定的角度(称为步距角)。在非超载的情况下,电动机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,即给电动机加一个脉冲信号,电动机则转过一个步距角。这一线性关系的存在,加上步进电动机只有周期性的误差而无累计误差等特点,使得在速度、位置等控制领域用步进电动机来控制变得非常简单。
本研究利用AT89S52单片机的四路I/O通道实现环形脉冲的分配,控制步进电动机匀速、连续的按固定方向转动,通过按键控制步进电动机的旋转角度。
1 系统设计
用AT89S52单片机来作为整个步进电动机控制系统的核心部件,其系统设计总框图如图1所示。真个系统包括单片机最小系统、电机驱动模块、独立按键模块等。
图1 系统设计总体框图
1.1 单片机最小系统
单片机最小系统主要负责产生控制步进电动机转动的脉冲,通过单片机的软件编程代替环形脉冲分配器输出控制步进电机的脉冲信号,步进电机转动的角度大小与单片机输出的脉冲数成正比,步进电机转动的速度与输出的脉冲频率成正比,而步进电机转动的方向与输出的脉冲顺序有关。
1.2 电机驱动模块
电机驱动模块负责将单片机发给步进电机的信号功率放大 ,从而驱动电机工作。步进电机驱动方法主要有恒电压驱动方式、恒电流斩波驱动方式、细分驱动和集成电路驱动。设计中采用集成驱动芯片ULN2003A构成整个驱动电路,它是由七对达林顿管组成的,是集电极开路输出的功率反相器,并且每个输出端都有一个连接到共同端(COM)的二极管,为断电后的电机绕组提供一个放电回路,起放电保护作用。因此,ULN2003A 非常适合驱动小功率的步进电机。
单片机的P2.0-P2.3输出的脉冲信号送到ULN2003A的1B-4B 输入端,经ULN2003A 放大和倒相后的输出脉冲信号来驱动步进电机作相应的动作。ULN2003A的 COM 端和步进电机的 COM1、COM2 连接到 VCC。ULN2003A驱动步进电机模块原理图如图2所示。
1.3 按键控制模块
键盘主要用来提供人机接口,电路如图3所示,采用独立式按键电路 ,各按键开关均采用了上拉电阻,保证在按键断开时,各I/O 有确定的高电平。二极管IN4148作为高频信号高速开关,当按下键盘时最大反向恢复时间小,保证在按键断开时,各I/O 有确定的低电平。
1.4 串口通信模块
串口通信模块主要负责计算机与单片机之间的通信,将在计算机里面编好的程序下载到单片机芯片当中,通过RS232串口进行连接,实现计算机与单片机的良好通讯。
2 控制方法
本设计中的步进电动机采用的是2相6线式,其励磁方式为半步励磁(又称1~2相励磁),1相与2相轮流交替导通,每送一励磁信号可走90。若以1相励磁法控制步进电动机正转,其励磁顺序如表1所示。若励磁信号反向传送,则步进电动机反转。
表1 正转励磁顺序:A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A
单片机控制电路如图3所示,用两个按键非别控制步进电动机正传和反转,当“正转”(Positive)键按下时,单片机的P1.3到P1.0口按正向励磁顺序A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A输出电脉冲,电动机正转;当“反转”(Negative)键按下时,单片机的P1.3到P1.0口按反向励磁顺序A→DA→D→CD→C→BC→B→AB→A输出电脉冲,电动机反转。
3 系统程序设计
系统程序设计为C语言,主要包括脉冲信号发生、键盘的识别处理等。主程序流程图如图4所示。
3 系统仿真
使用Proteus的波形分析功能,可以分析按下一个键以后单片机的驱动信号输出,这里仿真按下正转按钮的波形,分析如图5所示。从波形可以看出,步进电动机的驱动序列为:0010、0110、1100、1000、1001、0001、0011、0010…与设计思想吻合。
4 结束语
基于AT89S52单片机的步进电动机控制模块具有电路简单可靠、控制方便、成本低等有点。实现了可程序设定步进方向、步进角,该设计灵活度高、有较强的编程性。
参考文献
[1]周润景.徐宏伟.丁莉.单片机电路设计、分析与制作[M].北京:机械工业出版社,2010.
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篇6
关键词:89C51单片机 电梯控制模型 仿真
中图分类号:TU857 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2013)05-0018-01
随着社会的不断发展,各种高层建筑越来越多,而电梯也成为了这些高层建筑的配套设备。电梯从手柄开关操纵电梯、按钮控制电梯发展到了现在的群控电梯,为楼层间的运输做出了巨大的贡献。
通过该电梯控制模型的设计,可以在单片机教学过程中将学生所学的相关知识,如模拟与数字电子技术、传感技术、检测技术、单片机技术等进行综合应用,让学生对这些知识有一个清晰、系统的认识,进而加深对知识点的理解、掌握。
1 电梯控制模型设计方案
该系统通过单片机来实现电梯控制模型的设计,要求其具备电梯基本升、降功能,以按键为输入信号,对多层的呼叫进行响应并安排电梯停靠,同时通过数码管显示楼层信息。
系统所设计的电梯模型主要包含机械部分、控制电路部分两大模块,其中机械部分通过步进电机的正、反转来对电梯运行情况进行模拟。系统主要由89C51单片机、电梯内电路模块、电梯外电路模块、步进电机驱动模块、控制台电路等部分组成。
该系统以89C51单片机为核心,控制台电路主要是完成电梯的启动、停止以及楼层数的显示,电梯内电路是用来让电梯内用户选择目标楼层(作为内招信号),电梯外电路是让电梯外用户选择目标楼层(作为外招信号),内外招通过按键按下引起的电平改变作为用户请求信息送到单片机,单片机控制步进电机转动,到达目标楼层。
2 硬件电路设计
2.1 单片机最小系统
单片机最小系统是由组成单片机系统所必需的一些元件构成的,除了单片机之外,还应该包括电源供电电路、时钟电路、复位电路。该系统中单片机采用ATMEL公司的AT89C51,两个30p的瓷片电容与12MHZ的晶体振荡器一起构成时钟电路,通过电容和RESET按键构成上电复位和手动复位电路。
2.2 步进电机驱动模块
步进电机是整个电梯控制系统的驱动装置,用以对电梯轿厢进行控制,通过其正转、反转模拟电梯的上升、下降、电梯停止等操作。
2.3 楼层显示模块
该模块主要用来显示轿厢楼层位置与电梯运行方向,使电梯内外部人员了解电梯的运行情况。轿厢所在楼层位置显示使用数码管实现,数码管采用CD4511来进行驱动。
2.4 电梯内、外电路及控制台模块设计
电梯控制系统由各楼层的电梯间电路、电梯内电路和控制台电路三部分组成。电梯的运行通过楼层按钮来控制,用来发出召唤信号控制电梯的上下行与开关电梯门。
电梯外电路由处于各个楼层电梯外的用户发出上下楼请求,各楼层电梯间的升降选择按键均与单片机P1口连接,即由P1口可以读到电梯间升、降按键的状态。每个上升、下降按键均有一只发光二极管作为指示灯与之配合,发光二极管与P0口的P0.0~P0.5连接。
电梯内电路提供给电梯内的乘客用户使用,四个目标楼层选择按键F1、F2、F3、F4和4个与之配合的发光二极管作为指示灯。按键与P3口的P3.0~P3.3连接,指示灯与P2口的P2.0~P2.3相连。
控制台电路中采用发光二极管作为电源指示灯,用以显示供电是否正常。UP、DOWN两只发光管用来显示电梯运行的方向。START与STOP分别与单片机的P1.6、P1.7连接,用来控制电梯的启停。
3 软件设计
软件部份的程序编写用汇编语言来完成,其中主程序部分主要完成系统的初始化,如中断方式的设置,开中断等。在中断子程序中完成按键查询等,其它部分如数码管的显示,按键响应,步进电机控制,延时等均由相应的子程序来完成。软件设计思想:采用模块化的分层次设计方法,将软件系统功能由多个实现单一功能的子程序实现,通过调用不同的子程序,便于调试、修改。
3.1 按键查询部分
在本设计当中,键盘采用独立式按键,因为需要模拟4层电梯,所以按键由P3.0-P3.3控制,采用定时器T1中断查询按键状态,当有键按下时,即转入相应功能程序。
3.2 楼层选择按键功能
电梯模型上电后,系统一直处于等待状态,电梯的起始位置为一楼,等待控制台Start按键按下,数码管显示“1”。当Start按键按下后,电梯开始向上运动,电动机开始转动,控制台的上升指示灯UP亮。到达二楼,电梯运行经过楼层检测传感器时,R4计数加1,送到数码管显示“2”并在二楼停留5s,然后继续上升。每楼层停留5s,直到四楼后,在四楼停留5s后开始下降,控制台的下降指示灯DOWN亮,每层楼停留5s,直到一楼。
如果按下Stop键,强制电梯直接下降到一楼,然后电梯停止工作。直到再次按下Start键后重新恢复工作。
中断服务程序每10ms一次检查所有按键状态,并记录在相应存储单元,同时控制相应指示灯。定时器T0定时100ms,R2作为5s定时的计数器。T0每中断一次R2加1,当R2=50时,5s计时完成。
4 结果分析
本文介绍了基于单片机的电梯控制模型的设计,硬件部分主要由单片机最小系统、电梯内电路模块、电梯外电路模块、步进电机驱动模块等部分构成。该系统采用单片机(89C51)作为控制核心,内外招通过按键按下引起的电平改变,作为用户请求信息发送到单片机,单片机控制步进电机正、反转动,使电梯停靠在目标楼层。软件部分使用汇编语言,利用中断方式来检测用户请求的按键信息,单片机计数来确定楼层数,并送到数码管进行显示。
此次设计的电梯控制模型立足于单片机课程教学,所以使用Proteus7.4,Keil uvision2等编程仿真工具进行编程与仿真,实现了电梯控制模型运行的模拟。经过仿真,该系统能模拟4层电梯的运行情况,证明了模型设计的正确性和准确性。
参考文献
[1]何立民编著.MCS51系列单片机应用系统设计.北京航空航天大学出版社,1999年.
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关键词:监测 单片机 酸碱度 温度
中图分类号:TP311 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2014)08(b)-0014-02
水质自动监测系统是20世纪70年展起来的,1966年纽约州安装了第一台水质自动化监测器,然后美国各州开始效仿,现在美国已有了以计算机为主体的、全国性的远程水质自动监测网。而我国对水质自动监测系统的研究始于80年代,我国传统的环境监测方法多是人工操作,主要是在某些断面或监测点定时定点瞬时取样,然后将样品带回实验室分析或者野外进行现场测定。随着经济的飞速发展,现在我国已经建立全国重点流域水质在线监测系统,并且可以很好的监测水质变化,掌握水污染变化,但是我国各地区的监测水平不一致,重点流域和经济发达城市监测系统水平较高,已经开始和发达国家的技术接轨,但是偏远地区或经济不发达的地区监测系统水平较低,有些地方甚至还是采用人工监测的手段,我国的水质监测系统还需要很多完善。本设计针对监测问题提供一个可行的监测思路,使监测工作方便化、系统化。
1 系统设计思路
水质远程监测数据采集系统由监测现场部分和水质监测中心部分两部分组成。监测现场部分主要是由水质监测模块和内部带有GSM模块的RTU单元组成。水质监测中心部分则是装有环保综合管理信息系统软件的PC机和短信息终端接收设备,监测现场部分和水质监测中心部分是通过GSM无线网络实现互通的。现场监测模块首先通过各种传感器对反映设备工作状态的数据进行采集,并进行分析处理和判断,然后将结果数据进行缓存,通过与单片机相连的显示模块进行显示,实现即时显示的功能。现场监测采集模块再通过RS485总线与RTU模块相连通讯,RTU内含有专用的GSM模块,RTU先通过RS485总线把测得的数据进行收集,然后通过人为设定时间,按时将收到的水质数据通过GSM模块经过GSM无线网络发送短消息给监测中心站,实现水质远程监测无线传输。水质监测中心作用为数据监听、接收并将其与数据库进行连接,将数据保存到数据库中,完成了水质监测中心对水质参数的接收、保存及管理功能。设计思路框图如图1所示。
2 系统硬件设计
2.1 测量模块设计
系统以AT89C52作为主控单片机,温度传感器直接与AT89C52单片机相连完成温度的测量,而pH传感器则需要信号调理电路、抗干扰电路和A/D转换电路后能使单片机完成测量,然后测量结果可以在液晶显示模块即时显示,然后通过RS485总线传输出去。
2.2 单片机最小系统
系统以AT89C52最小系统为基础,AT89C52芯片为中心,在RST端口外接一复位电路,在XTAL1端口和XTAL2端口外接震荡电路,然后把VCC和EA端口接VCC。这样一单片机最小系统就成功了。此时单片机就能实行基本的功能,晶振可以为单片机提供时钟周期,复位电路可以解决重启问题,EA解决了单片机读取内部存储的问题,最后VCC和GND保证芯片工作。最小系统图略。
2.3 传感器
pH传感器采用复合电极,玻璃电极作为测量电极,甘汞电极作为参考电极,当氢离子浓度发生变化时,玻璃电极和甘汞电极之间的电动势也随着变化,这就是复合电极的测定原理。以玻璃电极为指示电极,银-氯化银电极为参比电极,将两种电极形成的复合电极插入待测溶液中,复合电极和待测溶液形成原电池,复合玻璃电极的两条输出引线分别接原电池正极和负极。依据nernst方程,原电池的输出电动势与被测溶液pH值之间满足式E=E0+KT(pHx-pH0)。E为原电池输出电动势,E0为常数,为与电极材料,内参比溶液,内参比电极以及电位有关的电位差,K为常数,为nernst系数,T为被测溶液的绝对温度,pHx是被测溶液的pH值,pH0为复合玻璃电极内缓冲溶液pH值。
2.5 抗干扰电路
由于信号放大电路很容易受到其他信号干扰,主要表现为工频干扰,对于谐波的干扰可通过低通滤波器去掉,要去掉49.5~50.5 Hz的干扰就需要一个陷波器。50Hz工频信号对信号采集有很大影响,必须除去。本设计采用双T有源滤波器来滤除50Hz的工频信号。电路的中心频率:f=1/2π RC。对于f>f0的高频信号,两个串联的电容C阻抗很低,信号可经过电容直接传输到运放的同相输入端即Ui=U+;对于f
2.6 12位A/D转换
TLC2543是12位分辩率A/D转换器,在工作温度范围内10μs转换时间,11个模拟输入通道,3路内置自测试方式;采样率为66kbps,线性误差±1LSBmax,有转换结束输出EOC;具有单、双极性输出。TLC2543是12位串行A/D芯片,所以模拟信号输入可以只采用一个端口,本设计采用的是AIN0,然后只需把TLC2543的主要功能端接在单片机I/O口上就行了,其中CLK为输入/输出时钟端。TLC2543是12位串行A/D芯片,所以模拟信号输入可以只采用一个端口,本设计采用的是AIN0,然后只需把TLC2543的主要功能端接在单片机I/O口上就行了。TLC2543接单片机如图2所示。
3 系统软件设计
主程序中首先对系统的各个参数,变量,I/O口和串口进行了初始化。通过定时器精确计时产生中断,每中断一次即启动一次AD转换子程序,读取各个监测通道的测量信号。又通过调用温度检测子程序对测量值进行温度补偿处理测量信号。最后调用LCD1602显示子程序,将测量值显示出来。完成了对传感器测量信号的采集、处理和显示的主循环。同时把测得的数据进行保存,保存的位置为自定义的存储空间,以便查找使用,然后通过串口中断把数据发送给了RTU,RTU再发送数据给接收设备,整体主程序如图4所示。
4 结论
本文系统介绍了水质远程监测数据采集系统的设计方法。水质远程监测数据采集系统由监测现场部分和水质监测中心部分两部分组成。监测现场部分主要是由水质监测模块和内部带有GSM模块的RTU单元组成,水质监测中心部分则是装有环保综合管理信息系统软件的PC机和短信息终端接收设备,监测现场部分和水质监测中心部分是通过GSM无线网络实现互通,实现水质远程监测数据采集任务,对水质监测工作具有一定的参考价值。
参考文献
[1] 王凯军,贾立敏.城市污水生物处理新技术开发与应用[M].北京:化学工业出版社,2001.
[2] 郭鹏,孙玮,韩璞.基于手机短消息(SMS)的远程无线监控系统的研制[J].计算机测量与控制,2002:506-507.
[3] 戴卫恒.51单片机C语言应用程序设计实例精讲[M].北京:电子工业出版社,2006.
篇8
关键词:单片机;串口通信;设计;实验仪器
中图分类号:TP393文献标识码:A文章编号:1009-3044(2007)18-31498-02
The Microcomputer String Mouth Correspondence is Testing Theinstrument――Practice Discussion
ZENG Ling-qi
(Chengdu Railroad Police Station,Chengdu 610081)
Abstract:The elaboration through the miniature computer monolithicintegrated circuit string mouth and the computer string mouthcorrespondence way, realizes the computer to test the instrument thecontrol and the data acquisition method, take the concrete empiricaldatum as the example, the specify monolithic integrated circuit stringmouth correspondence design and the realization process, and make themultianalysis.
Key words:The monolithic integrated circuit;the string mouthcorrespondence;the design;tests the instrument
1 引言
由于其可编程、易扩展、成本低和体积小等优点,单片机早已被广泛应用于工业控制自动化中,越来越多的物理试验仪器中也使用了单片机进行自动控制,例如实现按键控制、数码管和液晶屏幕的显示、数据采集与模/数转换等等,这样大大方便了学生操作试验仪器。不过有些实验,如“光电效应测普郎克常量”、“夫兰克―赫兹实验”、“散热片的温度特性研究”等,需要读取大量的数据并从中找出这些数据间的相互关系,使得学生在上课时要花大量的时间去读数据,而不是进行逻辑推理和分析,如果能够用微机代替人工进行快速精准的数据采集,并通过计算机软件设计进行复杂的数据分析和处理,无疑对物理实验课是非常好的改进。
2 常用MCS-51芯片的结构与最小系统的硬件实现
以ATMEL公司的AT89S52为例进行说明,AT89S52芯片含有8K的 Flash型的内部 ROM 和 256B的内部 RAM ,对于不太复杂的开发场合,无需扩展外部 ROM,而且可在线编程,有利于进行开发调试,具体可参考读芯片的相关资料[1]。其内部结构如图1所示。
图1 单片机内部结构
图中,外部定时元件通常使用晶体振荡器;复位电路通常设计成上电复位形式或者按键复位形式,以便 CPU及其他功能部件都处于一个确定的初始状态,并开始工作;电源一般使用+5V。程序下载到 ROM 中运行。这样一个单片机的最小系统就实现了,可以通过其他引脚的硬件扩展,并进行软件编程就能响应外部中断、实现定时和外部脉冲计数、进行串并口I/O操作等。
图2是单片机的最小系统的硬件电路实现,其中复位采用上电复位方式,时钟电路采用外节晶体震荡器方式。另外,引脚 EA/VPP为低时访问外部ROM,为高时地址 0000H―0FFFH空间访问ROM,地址1000H-FFFFH空间访问外部ROM,因此这里应该按高,这一点往往是容易忽略的地方[2]。
图2 单片机最小硬件系统
3 串口通信的硬件实现
单片机的4个引脚多数都有第二功能,串口就是P3口的第二功能,其中,P3.0 是串口接收引脚,P3.1 是串图 2 单片机最小硬件系统口发送引脚。在一些实时性要求不太高的场合,将单片机的串口做输出扩展,与设备进行数据交换和控制也是一种常用的方法,但更常见在与计算机和其他单片机的通信中,而且硬件电路设计简单,易于开发。图3是单片机串口与计算机的 RS-232C 串口进行通信的一种常用电路连接方法[3]。
图3 单片机串口通信接口电路
进行串口收发时,理论上只需要把计算机串口的接收、发送引脚与单片机的接收引脚 (RXD)和发送引脚(TXD)相连接即可,就像单片机之间的串口通信一样,但是考虑到两者的信号电平标准不同,单片机中的信号使用 TTL 电平,即 >=2.4V 表示“ 1 ”,
硬件电路设计好后,可以通过一些串口调试软件进行测试,查看是否能够正确的收发信息。在计算机方面有很多现成的应用程序,也可以用 VC++ 或 VB 等开发相应的软件,这里不详细讨论,接下来谈一谈单片机方面的软件开发。
4 串口通信的软件实现
8051系列单片机进行串口通信时,发送数据由 TXD 引脚送出,接收数据由 RXD 引脚输入。有两个缓冲器 SUBF,一个作发送缓冲器,一个作接收缓冲器,软件设计中可以用两种方式获知单片机发送或者接收了信息。一种是查询方式,程序反复查询发送标志和接收标志是否被硬件置位,若置位说明进行了发送和接收。用这种方式的缺点是 CPU 一直等待串口收发而不能及时响应和处理其他事件。另一种是中断方式,开启串口允许中断,每次单片机从串口收到或者发出信息,均会产生中断,转入中断服务程序进行相应的处理。
串口通信中“波特率”这个概念非常重要,所谓“波特率”也就是“比特率”,描述串口通信的速度,每秒发送或接收数据的二进制位数。在计算机与单片机通信时,双方的波特率必须相同,才能保证发送与接收的同步,进而获得完整的信息。
单片机进行串口通信时有 4 种工作方式,均与波特率的设定有关,波特率的计算也有相应的公式。另外不同的工作方式下通过串口进行异步传输的帧格式也不同。串口通信的收和发分别设置了一个中断标志住,若以中断方式进行串口通信,当发生收/发中断时,对应标志位被硬件置 1 ,可在程序中判断发生的串口通信中断是接收还是发送(因为单片机串口接收中断和发送中断只对应了一个中断向量入口地址)。中断标志位需要用户程序复0,通常在中断服务程序中执行。以上各项设置需要访问两个特殊功能寄存器 SCON(电源控制寄存器)和PCON (电源控制寄存器)[5] 。
5 实验仪器的改造
让我们看一下光电效应测普朗克常量这个实验。在图4 中,一定波长的光照射光电管的阴极K ,电子溢出向阳极A运动,在两极间加反向电压阻止电子向阳极运动,当检测到电流表读数为零时所加载的反向电压叫做截止电压队,对于不同的光照频率 ,有US=h/e(?酌-?酌0 ),其中 h为普朗克常量, e为电子电量,?酌0 为金属阴极 K 的红眼频率,只要找出 ?酌和 US 的线性关系,就可以计算 h 的大小。实验对每一种频率的光都需要改变电压采集电流值,描绘光电管图 4 光电效应原理图的伏安特性曲线,该曲线与电压轴的交点就是截止电压 U0 。
实验仪器的硬件原理框图可以参考图 5 的设计,通过按钮设置电压值,然后读取电流值,送显示屏显示并通过串口传递给计算机进一步处理。
参考文献:
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[2]胡汉才.单片机原理及系统设计[J].清华大学出版版社,2002.
[3]吴金成. 8051单片机实践与与应用[J].清华大学出版社,2002.
[4]axim.DATA HANDBOOK,Max232―based +5VPowered .Multichannel RS-232 Drivers/Recervers,2001.
[5]李华.MCS―5 系列单片机原理及系统设计[J].清华大学出版社,1997.
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关键词:单片机;实验箱;控制
DOI: 10.3969/j.issn.1005-5517.2013.9.019
引言
单片机,是嵌入式处理器的一大类(另外还有DSP、FPGA等),具有高度集成、体积小、功耗低、降低成本等诸多优点。随着单片机技术的不断发展,单片机在微机控制领域占据着重要地位,由于其具有体积小、可靠性好、易扩展、控制功能强、使用方便等优点,在智能仪表、工业测控、计算机网络与通信设备、日常生活及家用电器等方面都得到了广泛的应用[1~2]。单片机已广泛应用于工业控制、智能家用电器、通讯、医疗和军事等众多领域,社会对掌握单片机技术的应用型人才的需求越来越大[3]。
本设计的实验箱采用了数字逻辑,单片机原理,电路基础,动态数码管扫描等各个方面的理论依据。单片机原理是一种在线式实时控制计算机,在线式就是现场控制,需要的是有较强的抗干扰能力,较低的成本,单片机依靠程序运行,并且可以修改。单片机通过编写的程序可以实现高智能,高效率,以及高可靠性。
设计概述及目的
首先连接硬件电路。确定电源模块供电正常,最小系统模块,RS-232转UART模块供电。将单片机P1口和LED相连接,作为输出。将单片机P0口和开关相连接。由于I/O口会读入和写出数据。从而通过编程完成开关控制LED指示灯的功能。
数据移位模块系统测试
在计算机系统中为了高效地实现计算机系统之间的远距离通信,且要使通信电路简单、可靠,则采用串行输入、并行输出的方式,移位寄存器的作用就是实现并行输入、串行输出或串行输入、并行输出。这里采用的是串行输入、并行输出。
此电路可以存储串行8位数据的输入。由于加在输入端上的数据可以移位读入,因此称之为移位寄存器。因为在CP的上升沿进行移位,因此也使该CP成为移位脉冲。
实验中将并行输出端和LED连接。通过按键输入串行的逻辑“1”、“0”并在LED上观察并行的输出结果。
振荡分频器和8位二进制计数器实验
振荡分频器,采用了一个三向晶振提供基础时钟振荡。通过4060对时钟信号进行了整理和分频。这里可以通过跳线选择2kHz~2Hz之间的9种频率。然后将振荡信号送入8位二进制计数器。
计数器是计算机系统最常用的时序电路之一,除了可以对时钟脉冲计数外,也可以用于分频、定时及产生各种时序信号。393将串行输入的时钟信号作累加,并将结果以并行八位输出的模式输出。用输出端控制8盏LED灯,可以很好地看出其在不同频率下累加的效果。
总结
本设计是制作一个P89V51RB2实验箱,并对其进行实验和软件程序设计。与传统的实验箱相比,使用方便,读数准确,所包含的实验电路全面且实用。为了满足目前高等学院的需求,还在现有的实验箱的基础上加入其他的功能如汇编语言等。
参考文献:
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[3] 曹静,江世明.模块化单片机实验平台的设计[J].邵阳学院学报(自然科学版).2011,(03):23-25
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关键词:CAN总线;SJA1000;89C51芯片;82C250
一、引言
CAN总线是一种具有国际标准且性价比较高的现场总线,它是计算机网络技术在现代通信领域的具体应用和发展。本系统利用CAN总线的通信协议和原理,实现传输距离达10 Km(速率达5 kbps以下),通信速率最高可达1 Mbps的通信任务。
二、系统概述
设计目的为:实现CAN总线发送模块的设计,即信息的传输。利用CAN总线控制器SJA1000于单片机接口,再加上收发器为指导思想,组成一个CAN总线发送应用系统,各部分的功能为:
1.单片机AT89C51:通过P0口对SJA-1000驱动。
2.CAN总线控制器SJA1000:作为CAN通信控制器,实现CAN总线控制。
3.CAN总线驱动器82C250:是CAN总线控制器SJA1000正常工作于CAN总线的接口器件,采用双线差分驱动,实现电平转换,把SJA1000上的电平转换成CAN总线传输电平。
4.CAN总线:CAN(CANCONTROLLER AREA NETWORK)控制器局部网,为串行通信协议,能有效地实现分布实时控制,是一种传输介质,用于传输通信数据。
三、AT89C51单片机
单片微型计算机简称单片机。它是在一块芯片内集成了计算机的组成单元,包括中央处理单元、存储器,输入/输出接口、定时/计数器、时钟电路等。按照单片机系统扩展与系统配置状况,单片机系统可分为最小系统、最小功耗系统、典型系统等。最小系统是指能维持单片机允许的最简单配置的系统,这种系统成本低、结构简单,常构成一些简单的控制系统;最小功耗系统是指为了保证正常运行,功耗消耗最小;典型应用系统是指单片机要完成工业测控功能所必须具备的硬件结构系统。本文采用典型应用的单片机系统,完成对SJA1000的驱动。
四、CAN总线传输形式
CAN总线以报文为单位进行数据传送。报文的优先级结合在11位标识符中,具有最低二进制数的标识符有最高的优先级,这种优先级一旦在系统设计时被确立后就不能再被更改。CAN具有较高的效率是因为总线仅被那些请求总线悬而未决的站利用,这些请求是根据报文在整个系统中的重要性按顺序处理的。这种方法在网络负载较重时有很多优点,因为总线读取的优先级已按顺序放在每个报文中,这可以保证在实时系统中较低的个体隐伏时间。
报文由帧组成,每帧含七个部分,CAN协议支持两种报文格式,其唯一的不同是标识符长度不同,标准格式为11位,扩展格式为29位。在标准格式中,报文的起始位称为帧起始,然后是由11位标识符和远程发送请求位组成的仲裁场。控制场包括标识符扩展位,指出是标准格式还是扩展格式。它还包括一个保留位,为将来扩展使用。它的最后四个字节用来指明数据场中数据的长度。数据场范围为0至8个字节,其后有一个检测数据错误的循环冗余检查。应答场包括应答位和应答分隔符,发送站发送的这两位均为隐性电平(逻辑1),这时正确接收报文的接收站发送主按电平(逻辑0)覆盖它。用这种方法,发送站可以保证网络中至少有一个站能正确接收到报文。报文的尾部由帧结束标出。
五、CAN总线控制器SJA1000
CAN总线控制器SJA1000,实现对CAN总线的控制,具有完成CAN通信协议所要求的全部特性,经过总线连接的SJA1000可完成CAN总线的物理层和数据链路层的所有功能。它的位通讯速率为1 Mbits/s,采用24 MHz时钟频率,工作温度范围为-40℃~+125℃。
它的内部结构模块有:接口管理逻辑、发送缓冲器、接收缓冲器、接收滤波器、位流处理器、位时序逻辑、错误管理逻辑,此外,SJA1000还带有验收滤波器功能,用于自动检查报文中的标识符和数据字节。通过设置滤波,与该总线节点不相关的一个报文或一组报文将不被SJA1000所接收,这样可以提高CPU的利用率。
六、CAN总线驱动器82C250
82C250是CAN控制器与物理总线之间的接口,具有高速率、抗汽车环境下的瞬间干扰,过热瓮中保护、低电流待机模式,总线至少可连接110个节点待特性。它有高速、斜率控制和待机在种工作模式,本系统采用斜率控制方式,由芯片的8脚引出,斜率大小正比于该引脚上的电流输出大小。
七、总结