单片机设计精选(九篇)

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第1篇：单片机设计范文

迈克耳孙干涉仪测激光波长实验是大学物理实验中一个重要实验项目，实验中的关键是要准确读出光的干涉条纹的数量，要求连续数几百个“冒出”或“缩进”的干涉条纹，在做实验时因长时间用眼紧紧盯住细小的干涉条纹而感到相当吃力，有时因眼睛疲劳而发生计数错误，导致较大的实验误差，甚至要重做，既费时又费力。因此不少单位不断探索条纹计数器的设计［1－7］。基于芯片设计的计数器精度、效率较高，操作也简便，成本也较低，但是制作后灵活性低，且硬件调试麻烦，不易更改，出现问题后难以解决［8－9］。基于虚拟仪器与计算机采集处理相结合的计数器，虽然处理数据比较灵活，但精度一般，且都要求有计算机等高级配置，花费比较大，有点得不偿失［10－12］。针对上述的干涉条纹计数器设计的不足，本设计着重探讨用单片机来设计迈克耳孙干涉条纹自动计数电路，实现了快捷、方便的高精度的条纹计数。

1设计方案

迈克耳孙计数器设计方法有多种，但基本思路都是通过信号转换，将光信号转换成电信号（脉冲信号），再对脉冲进行计数，并显示计数结果。系统框图如图1所示，主要分为光电转换模块、信号整形模块、计数模块、显示模块。光电转换模块主要是利用光电二极管在光照下阻值迅速变小的特性［13］，串联1个电位器分压。电压信号的变化反映出明暗条纹的变化情况；信号整形模块主要是将不规则的电压信号整形为高低电平，可达到易于识别和抗干扰的作用；计数模块主要实现条纹计数，包括清零、控制电路；显示模块利用数码管显示出条纹数。

1．1光电转换模块要将光信号转变为电信号就得借助光电二极管或者光敏电阻。光电二极管正向接、无光时电阻可达10kΩ左右，而在有光的条件下，电阻可迅速降到100Ω左右。而且反应速度可达到纳秒级别，选取一个好的光电转换元件是设计的保证。光敏电阻又称光导管，具有在特定波长的光照射下，其阻值具有迅速减小的特性。入射光变强，光敏电阻阻值减小，入射光变弱，光敏电阻阻值增大。在无光条件下光敏电阻阻值在10kΩ～60kΩ之间不等（型号不同，阻值也不同），有光时阻值可降到1kΩ左右，反应速度在毫秒级别。光电二极管与光敏电阻相比，阻值变化更明显，频率变化更快，可以更方便地实现光信号对电信号转换。本设计利用光电二极管在强光下电阻迅速变小的特性，来实现光电信号转换，电路实现方案如下：在外电路上接上负载电阻（图2中的R01），并与光电二极管相连，负载上的电压信号随着二极管的阻值变化而变化，设计中选用合适的电位器作负载，既可以起分压作用，又可以起调节作用。在电位器和光电二极管之间引出一条信号线，从信号线上采取电压值，作为光信号转换的标志，即可达到光电转换的目的。

1．2信号调制模块由光电转换模块输出的信号由于光电二极管的阻值不是突变的，所以得到的波形也不是高低电平，单片机难以识别。因此，该信号必须经过整形，而整形的好坏关系到计数的准确与否。整形电路主要是由施密特图2光电转换模块与信号调制模块触发器构成，施密特触发器由555定时器的2脚和6

1．3控制电路模块控制电路模块主要实现对各功能模块信号的控制，用一个单刀双掷开关来对暗条纹或明条纹计数的选择，实现对暗条纹进行计数。本设计中选用单片机（图3中的SICS9C52）为控制芯片，当选择明条纹计数时，将单刀双掷开关拨到低电平位置；选择暗条纹计数时，将开光拨到高电平位置。若以迈克耳孙干涉仪毛玻璃上的中心条纹为基准进行计数，则调零后对计数器进行复位清零，若计数器显示为零，则可以直接开始计数；若显示为1，那么拨动单刀双掷开光（高电平拨到低电平，低电平拨到高电平），复位清零后，即可开始计数。具体电路如图计数器显示为0，则可以沿调零的方向旋转迈克耳孙干涉仪的微调旋钮开始计数；如果显示为1，则拨动控制键，再按复位按钮，显示为0，则按照“调零”时的转动方向，始终往一个方向转动微调手轮，观察屏上的干涉条纹中心处会有一个个圆环“冒出”（或“缩进”）。干涉圆环每“冒出”（或“缩进”）50、100、150、500条条纹，记录移动镜M1相应位置的读数，每种情况连续测量10组数据，用逐差法计算M1位置变化值，各得到5组位置变化值Δd后，求出其平均值为Δd，由λ＝2Δd／k（k为移动条纹数）计算波长值λ，并与标准值（632．8nm）相比，计算相对误差Er。实验数据见表1，表1为每次条纹变化500条时的记录的原始数据。

1．4电源模块5V电源模块采用三端集成稳压芯片LM7805，输入端和输出端均加滤波电容。为防止电源反接，输出电路使用1个发光二极管和1个1kΩ限流电阻显示电源状态，如果发光二极管亮说明电源正常。

1．5显示模块数码管采用四段八位的共阴极数码管，共阴极数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极的数码管。显示方式采用数码管的动态显示。动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划“a、b、c、d、e、f、g、dp”的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I／O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I／O端口，而且功耗更低。单片机的P2．0—P2．3为数码管片选，接三极管（9013）作为片选开关，P0口为数码管段选，串联1kΩ电阻，并联1个4．7kΩ排阻来拉高电压。P1．0口为信号输入端，从信号调制模块得到的脉冲从此送入单片机；将P1．1作为信号控制端，由1个单刀双掷开关来控制，其一端接地，一端串联1个1kΩ电阻接高电平，由此来实现高低电平的输入，并控制单片机是对高电平计数还是对低电平计数（高低电平对应于迈克耳孙干涉仪上的明暗条纹）。

1．6软件设计根据硬件的制作情况，单片机的P0．0为信号端，P0．1为信号控制端。计数时，若控制端P0．1拨到高电平位置，且迈克耳孙干涉仪上毛玻璃的中心条纹为暗纹，则从信号端P0．0输出的电平为高电平，计数加1；若迈克耳孙干涉仪毛玻璃上为明条纹，则对应的信号端P0．0为低电平，则程序等待，直到迈克耳孙干涉仪上的中心条纹变为暗条纹，信号端P0．0从低电平变为高电平，计数加1。反之，若控制端P0．1在低电平时，若迈克耳孙干涉毛玻璃上的中心条纹为明条纹，信号端P0．0为低电平，计数加1，若中心条纹为暗条纹，则程序等待，直到下一个明条纹到来，使信号端P0．0从高电平变为低电平，依此循环。程序流程如图4所示。

第2篇：单片机设计范文

关键词：步进电机 单片机 控制系统

步进电机能将输入的电脉冲信号转换成输出轴的角位移或直线位移，这种电机每输入一个脉冲信号，输出轴便转动一定的角度或前进一步，因此又被称作脉冲电机或步级电机。步进电机输出轴的角位移量与输入脉冲数成正比，不受电压以及环境温度的影响，也没有累积的定位误差，因此控制输入的数字脉冲数即可实现电机的精确定位；而步进电机输出轴的转速与输入的脉冲频率成正比，控制输入的脉冲频率就能准确的控制步进电机的转速，可以实现在宽广的范围内精确调速。

1 步进电机的工作原理

按照转子结构及材料的不同,步进电机分为反应式、永磁式和混合式三类。其中,反应式步进电机因其性价比高,应用非常广泛,在单片机系统中应用较多。步进电机实际上是一个数字/角度转换器。步进电机的励磁绕组可以制成各种相数,常见的有单相、三相、四相和五相等多种。电机分为转子和定子两部分。定子由电工硅钢片叠压而成,有6个等分的磁极:U、U'、V、V'、W和W'。相对的两个磁极组成一对,共有三对。每对磁极上都绕有同一绕组,也就形成了一相。这样,三对磁极有三个绕组,形成三相。类似地,四相步进电机有四对磁极、四个绕组,以此类推。每个磁极的内表面分布着大小相同、间距相同的多个小齿。转子圆周表面也均匀分布着与定子小齿形状相似、齿间距相同的小齿。反应式步进电机运动的动力来自于电磁力。当某一相定子绕组通电时,其对应的磁极就产生了磁场,并与转子形成磁路。

2 步进电机的控制方式

为了控制步进电机的转动,使其实现数字到角度的转换,可以由单片机按顺给电机绕组施加有序的脉冲电流。转过的角度数正比于脉冲个数,转动的速度正比于脉冲频率,转动的方向则与脉冲顺序有关。对三相步进电机施加电流脉冲可有如下三种方式:①单相三拍:按单相绕组顺序施加电流脉冲,一周期加电3次,顺序如下:正转:UVW(U);反转:UWV(U)②双相三拍:双相即每次对两相绕组同时通电。按双相绕组顺序施加电流脉冲,一周期加电3次,顺序如下: 正转:UVVWWU(UV);反转:UWWVVU(UW)③单双相六拍:按单相绕组与双相绕组交替方式施加电流脉冲,一周期加电6次(单相3次、双相3次),顺序如下:正转:UUVVVWWWU(U);反转:UUWWWVVVU(U)。单相三拍或双相三拍两种方式,每拍步进角均为3°,转子转过一个齿距角(9°)要用三拍;单双相六拍方式每拍步进角均为1.5°,转子转过一个齿距角(9°)要用六拍。六拍方式比三拍方式运行平稳,但六拍驱动脉冲的频率需要提高一倍,要求驱动开关管有更好的开关特性。另外双相与单相相比,每一拍中,双相方式都有两相通电,每一相通电时间都持续两拍。因此,双相三拍比单相三拍消耗的电功率大,当然获得的电磁转矩也大。

3 控制系统的实现

3.1 加减速曲线的分析与实现。其实所谓的加减速就是速度变化的过渡过，在起动阶段，控制频率以特定的规律慢慢增加，从而速度可以平稳的升至预定值；而停止时控制频率再以相应的规律慢慢减小，从而速度平稳的降低直至完全停止。一般加减速算法有梯形曲线和指数曲线以及S曲线三种，其中S曲线算法加减速平稳，而且有较好的快速性及柔性，因此在数控系统中应用广泛。本文采用S曲线算法。单片机中有三个定时器，其中两个需要分别控制两个步进电机，而剩下的一个则用于实现数码管显示加工时间。所以在设计程序的过程中，只需把采样周期T转换为N，即在一个采样周期内，其脉冲个数只需要对定时器的溢出次数加以控制，就可以控制采样周期T。因此只需将最大速度及最大加速度两个参数给定，就可以实现S加减速。

3.2 换向控制。本系统中工作台移动方向的控制是利用行程开关与单片机相结合的办法来实现的，其具体步骤如下：当工作台开始加速至预定值时进行匀速动动，一旦行程开关被挡块触动，单片机就开始换向，即按照S曲线对电机的加减速过程加以控制。这种换向方法不但可以防止机械系统换向时的冲击，而且工作台不会由于单片机的程序错误而发生故障。

3.3 转速控制及显示。在进行程序设计时就已经采用数组的形式给出了步进电机的转速，利用键盘按钮进行选择即可，所以系统中需要设置相应的按键以实现对设备的控制，即“选择-输入”键、“确定-启动”键等。其中设备所需的转速可以通过“输入-选择”键先进行选择，再利用“输入-启动”键加以确定。再分别另设一个“急停”键及“停止”键。本系统的显示采用LCD来实现，其型号为1602，这种型号的LCD可以显示两行字符，每行共有16个，可以满足系统的显示要求。1602利用8位数据线进行数据传输，刚好占用单片机的一个端口；共有三个控制信号，即寄存器选择、读写控制以及起用。显示的主要内容包括显示系统工作的状态、提示输入以及确定转速等。

3.4 显示加工时间。本系统加工时间的动态显示是利用数码管来实现的，通过单片机中的2号定时器控制加工时间。数码管时钟显示的原理为动态显示，这种显示方法一次只显示一个数码管，每位数码管显示时间约为1～2 ms，不过受数码管余晖效应以及人的视觉暂留的影响，通过肉眼看过去每位数码管均是亮的。这种动态显示的方法解决了显示变化以及端口不足的问题。

4 结论

完成本系统的研制后可以得出以下结论：第一，基于单片机控制器的步进电机控制系统实现后，体现了单片机在数据系统开发领域的可靠性、经济性、实用性以及简捷性，其作为应用最广泛的微控制器的一种，是小型控制系统开发研制的首选；第二，步进电机转向时所产生的冲击问题，可以通过S曲线加减速模型解决，从而保证了设备动运的平稳性及准确性；第三，系统的快速性要求可以通过S曲线参数的调整来实现。

参考文献

第3篇：单片机设计范文

关键词：单片机 温湿度 检测系统

中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）12-0148-01

温湿度是重要的环境指标，温湿度监测被广泛用于仓储保管、空气质量监测、气象预报、智能家居控制等领域。近年来，智能技术飞速发展，温湿度监测系统也越来越追求自动化、智能化。本次研究基于单片机设计温湿度检测系统，以供借鉴。

1 方案设计

1.1 模块选择

本次研究方案是为了满足仓储环境温湿度监控需求，温湿度传感器大小、监测灵敏度等都需要符合基本需求，本次研究采用SHT10单片数字温度传感器，可靠性强，其主要由一个聚合体电容式湿敏元件、1个能隙式材料温敏元件、1个数字接口以及内痔14位A/D 转化区构成，灵敏度高、低功耗、反应快、抗干扰，适应温度-40℃～123.8℃，量程0%RH～100%RH，温度精度25℃±0.5℃，精度范围±4.5%RH，适用于各个环境下的仓储环境温湿度监控。中央控制模块，采用单片机，即微，其数量可能比人类还要多，本次研究采用STC89C52单片机，可编程、功耗低、性能高，其主要功能以及元件包括32位I/0口线、定时器、8k字节闪存和512字节的随机存储、可支持省电模式、4个外部中断等，工作电压5.5V～3.3V，也可选择3V单片机，工作频率48MHz。

1.2 需求分析

仓储温湿度的检测以及控制，需完全替代人工检测，具体功能模块需包括：①温度、湿度采集模块，能够采集温湿度指标，进行A/D转换，转化后的数据信号发送给中央控制模块；②中央控制模块，接收传输的数据，将数据与阈值进行比较，根据阈值决定是否需要发送报警信号，若需要发送，则经报警模块发送相应的指令。若需要自动调节，则需要为适度控制系统，进行温湿度调节。

1.3 设计方案

电路设计相对简单，为保障稳定的供电，SHT10温湿度传感器采用220vAC变压后12V交流输入，采用普通的桥式整流电路将低压整流为脉动、谐波成为的直流电，经滤波电容将交流成分滤掉变成直流电，为提高稳定性，采用三端稳压管LN7805实现稳压，稳压后的电源再向传感器、单片机等供电。单片机STC89C52有4个双向8位并行I/0端口，内部有设计成熟的最小系统电路，采用脚本引入即可。STC89C52单片机采用RESET引角为未付段，当该引脚输出连续2个医师的单片机时钟周期高电平时，单片机会复位。温湿度采集模块采用SHTO温湿度传感器，两线制串行通信接口设计，在DATA线上添加1个KΩ上拉电阻将信号拉到高电平，再与单片机端口相连，SHT10传感器经内置A/D转换模块，直接采集模拟信号转化为数字信号传入到单片机中。当系统监测到温湿度异常，经报警器发送警报消息，本次研究采用TC35i芯片接收发送消息，其支持AT指令，采用DXDO引脚、TXD0引脚、IGT引脚，可与STC89C52单片机直接串口连接。

软件设计是单片机温湿度检测系统设计的关键，采用C语言作为编程语言。主程序流程：①初始化；②读取温度；③是否超过阈值，若为否继续读取温度，再次问询是否超过阈值；④若为是，则发送报警信息。温湿度采集通过调用SHT10实现，步骤为开始启动传输输出测量温湿度命令？，否则复位再次进入启动传输前命令，若为是则等待读取数值右键读取温湿度高字节读取温湿度低字节结束。

2 仿真测试

采用Proteus软件对设计进行仿真训练。假设温度为15～30℃，湿度在30%～50%，设置禁止外部中断并启动外部事件计数器，每隔一段时间便采用温度脉冲数据统计数据，间隔时间采用软件延时方法实现，若温湿度超过测量的范围，便会出现中断。仿真训练显示，将温度控制在20℃左右，测试温度采集模块，运转正常，温度显示正常，温度调节到32℃，不久传感器LED-Green二极管发亮，提示温度传感器已向单片机传递数据。

3 结语

基于单片机的温湿度检测系统本身设计并不复杂，特别适用于普通环境下的温湿度传感器、单片机已较成熟，可供选择的引脚、接口多样化，这些元件标准化水平明显提高。但温湿度检测已经不仅仅需要在普通环境下应用，还被广泛应用其它领域，同时随着智能化水平的提高，人们开始要求将温湿度检测系统与报警系统、自动温湿度控制系统、数据分析等融合，特殊场合如科研对温湿度检测灵敏度要求更高，这时可供选择的传感器、单片机非常少，这就要求设计者们熟悉元件的性能，合理的进行电路设计，做好计算机编程，减少运算量。

参考文献

[1]魏玲.基于DS18B20的巫芟卟馕孪低成杓[J].黑龙江冶金，2007（2）：42-43.

第4篇：单片机设计范文

关键词：嵌入式；架构；单片机；系统；设计

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）32-7230-02

随着电子信息技术的发展，计算机在不同领域中得到了广泛的应用，人们根据不同领域的实际需求，针对性的开发了具有相应功能的软件，从而提高实际的工作效率，但是在计算机出现的早期，受到其体积和性能上的限制，其应用的范围很小，随着晶体管和集成电路的出现，计算机的体积和性能得到了极大的提升，从计算机的发展可以看出，每次技术的更新，都是为了减小其体积，同时提高其性能。计算机的出现是革命性的，由于其能够自行的处理任务，如果应用在实际的工业生产中，就能够实现生产的自动化，这也是近些年计算机应用发展的方向，但是通过实际的调查发现，计算机在应用的过程中，虽然经过了多年的发展，出现了笔记本电脑，在体积上得到了极大的控制，但是在工业控制领域中，这样的体积依然很庞大，在这种背景下，人们发明了单片机这种微型计算机，并在工业控制中得到了广泛的应用。

1 嵌入式架构简述

1.1 嵌入式架构的概念

嵌入式架构是随着计算机的发展，逐渐形成的一门学科，现在很多高校中，都开设了这门课程，为社会培养大量的相关人才，学生在毕业后，能够掌握到充足的嵌入式架构知识，从而能进行计算机系统的设计，我国受到特殊的历史因素影响，经济和科技发展的起步较晚，与西方发达国家相比，存在较大的差距，尤其是在电子信息领域。虽然近年来随着国家的重视，出台了很多优惠的政策法规，鼓励和扶持我国相关产业的发展，经过了多年的发展，现在我国嵌入式架构的研究，已经得到了很大的提高，但是通过实际的调查发现，嵌入式架构使用的单片机等设备，目前还都是国外的公司生产的，我国技术人员在完成系统的开发后，都需要采用国外的设备，由于我国一直受到西方国家的技术封锁，很多先进的设备都无法进口，在很大程度上影响了我国嵌入式架构的发展。对于嵌入式架构的概念，国际电气和电子工程师协会给出了具体的解释，是控制、监视等辅助设备工作的系统，目前对于嵌入式架构的理解，主要基于计算机技术，一般情况下，可以把带有控制程序的处理器，看成是一个嵌入式架构，在不同的时期，人们对于嵌入式架构概念的理解，也存在一定的差异，但是从根本上来说，都是为了更好的使用嵌入式系统。

1.2 嵌入式架构的特点

与传统的计算机技术相比，嵌入式架构具有鲜明的特点，首先就是体积更小，在嵌入式架构出现的早期，主要是在计算机的基础上，进行系统的开发，但是随着相关技术的发展，嵌入式架构自身有了很大的进步，尤其是单片机等微型计算机的出现，使得其应用的范围更加广泛，从某种意义上来说，单片机的出现，就是由于嵌入式架构应用的需要。其次嵌入式架构具有控制的特点，随着电子信息化的发展，很多机械设备都采用了智能芯片，通过这些芯片的使用，可以写入特定的控制程序，从而达到相应的控制目的，近几年软件技术有了很大的发展，尤其是在人工专家模块出现后，计算机软件可以实现一定的智能化，在遇到一些问题时，可以通过检索以前的经验，对问题自行进行处理，如果将这个技术应用到嵌入式架构中，就可以实现工业生产的自动化控制。从根本上来说，工业的自动化控制技术，就是在单片机等微型计算机的基础上发展起来的，而单片机的使用，大多都是在嵌入式架构，通过硬件和软件的针对性设计，可以最大程度的提高单片机应用的效率。

2 单片机系统设计的现状

2.1 单片机系统设计的发展

单片机的出现，主要是由于实际应用的需要，传统的计算机受到体积上的限制，虽然在很多领域中得到了应用，但是在实际的工业生产中，要想对生产过程中的每个环节进行控制，必须将所有的环节通过特定的方式连接起来，然后设置一个中央服务器，通过硬件和软件等方式，对生产进行实时的控制，只有这样才能够最大程度提高生产的效率。由此可以看出，单片机系统的发展，可以分成硬件和软件两个部分，而这两个部分都受到计算机技术的影响，尤其是软件方面，在初期使用机器语言进行编程时，还没有单片机的出现，而汇编等低级语言使用，单片机程序的编写，也采用这些低级语言，随着计算机软件技术的发展，逐渐的出现了C语言等高级语言，相应的单片机系统设计，也开始使用这些高级语言，极大的提高了软件编写的效率。单片机系统硬件的发展，由于其出现和发展都在西方发达国家，而且由于社会和经济的体制不同，这些国家对我国一直存在技术上的封锁，因此我国很难接触到先进的单片机系统知识，在很大程度上影响了我国单片机技术的发展，目前使用的单片机设备，都是国外公司生产的，而且一些最新的单片机，对我国还存在进口的限制。

2.2 单片机系统设计中存在的问题

单片机从出现开始，到现在已经使用了多年，在应用的过程中，其自身的理论在不断的完善，通过单片机系统的使用，可以轻松的实现工业生产的自动化，进而提高生产的效率，正是由于单片机系统的这个特点，使得每个企业都希望能够通过这样的方式，来提高自身的生产效率，但是在实际应用的过程中，不同公司加工的产品不同，生产设备也存在一定的差异，如果使用同样的单片机系统，显然无法最大程度的提高生产效率。因此现在单片机系统的使用，都会根据实际的需求，对单片机系统的功能，进行针对性的设计，但是通过实际的调查发现，目前单片机系统设计中，还存在着一些问题，使得设计的系统不是很完善，在实际使用的过程中，经常会出现一些漏洞，影响产品的加工效率，由于单片机系统设计可以分成软件和硬件两个部分，因此对系统设计存在的问题，也可以从这两个方面进行分析。首先就是硬件性能不合格，在设计完实际的电路后，对各个元器件的性能，都有具体的要求，如果这些器件的性能达不到相应的指标，那么电路显然就无法正常的运行，其次就是软件设计的不完善，由于软件自身的特殊性，无法编写出完美的程序，程序自身越复杂，存在的漏洞也就越多，如果在程序编写完成之后，没有经过科学的测试，那么在应用时，就可能会出现问题。

3 基于嵌入式架构的单片机系统设计分析

3.1 基于嵌入式架构的单片机系统硬件设计

在单片机出现的早期，由于还没有形成嵌入式架构的概念，因此在实际的系统设计中，而且单片机系统的使用，都是对现有的生产线进行改进，通过在生产设备上增加一些线路，然后用单片机对其进行控制，在这种模式下，硬件设备的选择，主要是根据环境来进行，对硬件设备的体积要求比较严格。随着硬件设备的发展，现在生产单片机的公司有很多，可以实现同样功能的元器件有很多，而自动化技术的出现，使得生产线在设计的过程中，会根据控制的需求，进行相应的变化，这种单片机系统使用方式上的转变，极大的促进了其应用的发展，为了达到更高的控制效率，人们将单片机放到生产线的每个环节中，然后将这些单片机连接到一个服务器上，就能够实现对生产的全面控制。现在单片机系统设计中，首先进行的就是硬件上的设计，通常情况下，会根据生产的实际情况，对控制的功能进行需求分析，单片机系统硬件的设计，会和生产线的硬件设计同步进行，如果控制系统的硬件出现问题，可以根据需要，对生产线进行一定的修改。

3.2 基于嵌入式架构的单片机系统软件设计

嵌入式系统与传统的应用方式相比，最明显的特点就是多了辅助设备，如以往应用计算机的过程中，都是计算机的单独使用，人们直接利用计算机来处理一些问题，或者利用计算机来控制某些设备的工作，没有任何的辅助设备，而嵌入式架构下，需要借助单片机等设备，如一条生产线通常包括多个加工工艺，如果采用计算机的统一控制，就无法实现对每个环节的单独控制，而利用单片机系统，在每个加工环节中，都嵌入一个单片机，然后将这些单片机连接到一个计算机服务器中，就可以实现局部的控制。而要想完成这个过程，就要通过相应的软件功能，对于同样的单片机系统，如果根据实际应用的需要，设计不同的程序，能够实现不同的控制功能，由此可以看出，软件设计是单片机系统工作的核心。

4 结束语

作为以计算机为基础的技术，嵌入式架构的发展，很大程度上受到计算机技术的影响，如在计算机刚出现时，由于其性能比较，甚至还不如现在的电子计算器，因此实际的应用很少，只是在实验室中进行科研使用，但是人们从计算机的特点能够看出，随着技术的进步，将来计算机一定会得到普及应用。在这种背景下，很多专家和学者对计算机进行了研究，通过大量的实践，极大的推动了计算机的发展，于是计算机越来越多的用来处理实际问题，为了提高控制的效率，人们对程序进行了完善，经过全文的分析可以知道，嵌入式架构和单片机的出现，都是由于实际应用的需要，而单片机在实际应用的过程中，还存在很多问题，如果能够采用嵌入式架构，那么就能够极大的提高单片机系统的使用效果。

参考文献：

[1] 金玉涛，马军勇.基于80C52的三相可控整流电路触发脉冲的实现[J].河南教育学院学报：自然科学版，2007（3）：37-39.

[2] 何兵.基于MCS-51单片机的步进电机正反转控制实现[J].泸州职业技术学院学报，2008（1）：56-59.

[3] 吴恒玉，唐民丽，何玲等.基于89S51单片机的数控直流稳压源的设计[J].制造业自动化，2010（1）：95-96.

第5篇：单片机设计范文

关键词：单片机；烟雾报警器；烟雾传感器

中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）35-0276-02

火氖峭胁人身、财产等安全的主要灾害之一，因此预防火灾的发生、减少灾害具有重要的意义和价值[1]。文中设计了一种烟雾检测与报警系统，该系统以STC89C52RC单片机为控制器，采用烟雾传感器MQ-2检测烟雾浓度，采用双通道A/D转换芯片ADC0832将烟雾传感器采集的烟雾浓度转化为数字量送给单片机，采用发光二极管、蜂鸣器设计声光报警电路，单片机将采集到的数值与设定值进行比较，若采集值大于设定值，则发出声光报警。

1 系统总体设计

2 系统硬件设计

2.1 烟雾检测与转换电路设计

采用烟雾传感器MQ-2检测烟雾浓度，MQ-2是郑州炜盛电子科技有限公司生产的可燃性气体传感器。MQ-2气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡（SnO2）。当存在可燃气体时，MQ-2的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大，利用这一点可以获得烟雾存在的信息。可用于对一氧化碳、甲烷、酒精、液化气、烟雾等的探测。

MQ-2采用6引脚封装结构（如图2所示），2脚和5脚是H和H1为加热引脚；1脚和3脚是A和A1、2脚和6脚是B和B1，是信号引脚，这两对引脚内部是相通的，一对

连接正电源，另一对作为信号输出。

采用双通道A/D转换芯片ADC0832将烟雾传感器采集的烟雾浓度转化为数字量送给单片机。烟雾检测与转换电路如图3所示[2-4]。

MQ-2的1、2、3引脚接VCC，4、6引脚作为信号输出引脚与ADC0832的通道1相连，电位器RP用于调节烟雾检测灵敏度；ADC0832的片选引脚CS与单片机的P1.0引脚相连，时钟引脚CLK与P1.1相连，串行数据输入、输出引脚DI、DO并联后与P1.2引脚相连。

2.2 声光报警电路设计

声光报警器电路由发光二极管和蜂鸣器组成，采用单片机P2.0和P2.1引脚分别控制蜂鸣器和发光二极管。其电路设计如图4所示[5]。

3 系统软件设计

软件设计是在硬件基础上进行程序开发以实现系统功能。软件设计包括烟雾采集与转换子程序和声光报警子程序。

系统采用单片机为控制核心，烟雾传感器不断的探测是否有烟雾，若有则调用A/D转换函数，启动ADC0832将烟雾模拟量转换成数字量输入到单片机中，并与预先的设定值进行比较，如果大于设定值，则单片机通过P2.0和P2.1引脚输出声光报道信号控制声光报警电路发出声光报警。

系统主程序流程图如图5所示。

4 结束语

设计了一种烟雾检测与报警系统，该系统以STC89C52RC单片机为控制核心，采用烟雾传感器MQ-2探测烟雾，利用双通道ADC0832进行A/D转换，将探测的烟雾值与预先设定值进行比较，如大于设定值则发出声光报警。系统结构简单、操作方便，具有一定的应用价值。

参考文献：

[1] 孙巨勇.基于单片机的烟雾报警器的设计研究[J].电子测试，2013（5）：56-57.

[2] 史洁，赵裕明，李晓东，等.基于51单片机的烟雾报警器的设计[J].黑龙江科技信息，2013（32）：74.

[3] 瓮嘉民，周成虎，杜大军，等.单片机典型系统设计与制作实例解析[M].北京：电子工业出版社，2014.

第6篇：单片机设计范文

关键词：单片机；液晶显示器；设计与分析

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.14.205

0 前言

这些年来中国计算机无论从硬件应用上或是软件系统设计也开发开上都有了不同程度的进步。有力的推进了主体为相关电子元件的销售行业。而现今基于单片机所进行的液晶显示器方面的设计，虽然在大环境影响下有了一定的发展，但是还是因内部资源的相关存储以及数据方面处理的速度有一定的制约性，又因单片机价钱便宜而且适用的范围也很广泛的的特点也是受到了相关设计者的广泛使用。而单片机作为于液晶显示器设计的相关方式与方法还是有所进步的，所以下文主要分析基于单片机的液晶显示器设计，再根据相关的硬件系统的设计，针对液晶显示和时钟以及温度的采集等等实际性的设计进行详细的分析，希望可以为液晶显示器的整体提供具有参考价值的文献。具体内容如下：

1 相关设计硬件所进行的分析

基于单片机的液晶显示器设计在系统硬件的各电路中，主要组成大体上有含单片机的最小系统以及液晶显示器内部电路和设置方面的电路以及时钟与温度采集所使用的电路等。

（1）分析单片机的最小系统设计原理。组成单片机的最小系统一般有外部晶振以及电源与复位相关的电路等，在它们共同的作用下才能确保单片机系统可以正常的运转进而控制整体的系统。分析芯片的相关温度数据可以看出，在进行读取或者是写入芯片的数据时，显示的是日历以及时钟的数据等，再使用程序进行检验是否使用按键或其他操作。然后就可以在显示的驱动芯片中进行数据的写入，从而液晶显示器的屏幕就可以把相关内容显示了。

（2）分析液晶显示器内部电路设计。现今液晶显示器所使用的芯片有很多种，并且可以支持320×240（QVGA）等等的实际分辨率，而在显示器内部进行安置173kB的RAM，就可以显示高达26万色。接口方式可以选择8或是9或是16或是18位i80的系统全为总线，SPI总线以及RGB与VSYNC等的接口。一般会用总线式接口的电路代替外部数据存储器进行液晶显示器设计。

（3）分析时钟显示的电路设计。时钟显示的电路设计一般都是DS1302芯片来构成也是充电时钟芯片，其内一般有实时时钟以及日历和31字节的静态RAM，再运用不同的单片机进行接口方面的通信。运用芯片进行秒分时以及日月年等详细时间信息的获取，并按实际每月天数（闰年也可以计算实际天数）进行不同类型的计算而消耗的功量低。

（4）分析温度采集所使用的电路设计。芯片电路的设计大多很简单相对来说体积也小，所以组成测温系统的相关线路也简单，只需采用简单通信线将多个DS18B20数字的温度计连接即可，这样一个端口完成所有数据读取与写入，每个芯片只有唯一一个序列号且可以挂多个芯片。需要注意的是在进行实际设计中，控制实际数字温度计的温度在-55℃到125℃的范围之间并设定告警的温度值，分辨率需设为9到12位。这样芯片就会和实际使用的单片机进行电路连接。

（5）分析电路设置的相关原理。电路设置的相关原理是把日期时间与实际情况进行数据同步便于用户使用。在基于单片机的液晶显示器进行设计进，按键可设为进行主要内容的修改，这样就可以实现自动性的调整系统时间。第一次设置在结束后可按第二个键，时钟就可继续运行同时指示符消失，需要注意在进入调节状态时按下+或-按钮否则没效果。

2 相关设计软件系统所进行的分析

设计软件系统通常运用显示的子程序以及DS1302芯片的子程序和DS8B20芯片的子程序，而按键处理的主程序也是包括子程序的。按键所进行处理主程序一般为设备初始化设置，运用键盘的扫描程序以及时间温度各数据的显示，然后才能调用显示子程序。注意一般会有时间的间隔。

（1）软件系统的主程序进行的设计。在主程序初始化结束后，先进行键盘扫描程度，这样就可以读取芯片数据以及程序内容。

（2）软件系统在显示程序上所进行的设计。软件系统在显示程序上所进行的设计一般是很难的，其一，通常显示的驱动芯片中的寄存器很复杂，一般初始化后也会被别的程序使用，要注意在进行数据写入时确定范围。其二，在显示器的屏幕上可手动输放内容。再运用软件处理成图片取模，通过不同的索引进行判断。

（3）软件系统中子程序以及按键处理的子程序所进行的设计。实际子程序中时钟与日期芯片会自定义进行读取与写入数据的，并运用数据函数调用芯片中实际日期与时间函数进行处理。然后运用键盘进行程序扫描确保实际读取的函数可使用。

（4）软件系统中芯片的子程序所进行的设计。温度采集芯片在进行工作的过程中，要按不同流程进行秩序性工作。芯片总体初始化后进行ROM操作，当存储器进行操作指令发出后才可读取温度数据。

3 结束语

综上所述，上文主要分析了基于单片机的液晶显示器设计方面的相关内容，细节上针对液晶显示器设计的相关日期时间和温度变化相关显示情况进行研究。再运用硬件进行系统设计，从而设计出最小系统和液晶显示器以及时钟与温度采和电路设置等等方面的分析，同时也从相关软件的系统设计进行全面的分析，其中有主程序的设计以及系统显示的子程序方面的设计和芯片的子程序所进行的设计等等方面阐述了液晶显示器整体设计的过程。不但可以基于单片机进行液晶显示器的设计，同时也满足了液晶显示器未来发展的趋势。

参考文献：

[1]许思达.基于51单片机的TFT液晶显示设计[J].电子元器件应用，2010.

[2]楼然苗.51系列单片机设计实例[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003.

第7篇：单片机设计范文

【关键词】单片机；485总线；232总线；IC卡；自动抄收

单片机在消费电子、自动化仪表、工业控制等领域已得到了广泛的应用，它以灵活的设计、低廉的成本、微小的功耗在电子器件市场中占有十分重要的地位。今天越来越多的芯片厂商在不遗余力地竞争这个应用空间。如INTEL，MICROCHIP，NEC，ATMEL等公司都已形成了自己强大的产品线，给产品的设计带来了越来越多的选择。

1.系统功能及各部件特点描述

本系统主要有以下几个部分组成：电脑、城市电话网、数据管理机、传输总线、单元转发器及可扩展单元转发器、计量表。在这些组成中，单元转发器是整个系统的核心，它起着水、电及气表的抄收工作，并将抄收的数据通过485总线传送到与数据管理机相联的电脑上或者通过数据管理机将数据通过公共电话网传送到远程的管理电脑上。电脑有一套与抄收系统相适应的管理软件，能实现远程抄收、设置等工作。

1.1 单元转发器

单元转发器是实现数据抄收的主要设备，它主要装在小区内的楼道内，通过数据线与每一户内的水、电及气表相联，实时监控每个表的运行状态并完成数据抄收，主要有以下功能：

（1）单元转发器最大数据采集量为30块计量表，内置蓄电池，断电后可连续工作240小时。

（2）单元转发器上具有大屏幕LCD显示，可实时显示每只计量表的读数、时间、状态便于人工查询。

（3）单元转发器上带有操作键盘，可直接在转发器上进行系统设定等各项操作。

（4）单元转发器有记忆卡插口、记忆卡既可以作为管理体人员的身份识别卡，又是可作为人工抄表的数据存储卡，每张记忆卡可存储16000只表的数据。

（5）单元转发器上有专线接口，连接小区和数据管理机，实现数据自动远传和管理。

1.2 数据管理机

数据管理机是安装在小区物业处的设备，它是系统中远传的重要通讯设备，主要有以下特点：

数据管理机设置两个外接插口：A接口与计算机连接，实现水、电、气数据的统计、金额计算和打印；每台数据管理机最大容量可接16万台单元转发器；若需要将水、电、气三表数据远传到自来水公司、电业局、燃气公司，用一条市话专线与B接口连接，就可实行数据自动远传。

1.3 可扩展单元转发器

可扩展单元转发器与单元转发器相比，只是内部多了一块扩充电路板。由于单元转发器之间及转发器与数据管理机之间通过485总线相联，而485总线器件在设计上只允许每个网段上面挂接不超过32个设备且在小区环境下每个多段的传输距离以不超过1000米为佳，为了适应小区的传输距离及多住户小区的多用户的特点，所以用扩充电路板将各个网段隔开，以扩充整个网络的传输距离与设备的挂接数量。

1.4 管理软件

（1）微机系统

由586以上微机、调制解调器，IC卡读写器及专用票据打印机组成。

（2）软件环境

中文Window95/98操作系统。

（3）软件编制

前端平台……采用DELPHI开发；

后端平台……采用ACCESS数据库；

数据采集控制采用MCS-51系列单片机系统开发。

（4）微机显示界面及操作

界面友好、功能完善、操作简便、交互性强。系统分为：信息查询、统计输出、远端维护、系统设置和帮助五大功能。每个功能又具体细分为多个小功能，各功能模块清晰、独立性强、无互相干扰。

2.系统设计中主要应用的技术特点

2.1 联网技术

借助现达的电话网络及优良可靠低廉的网络设备实现了整个城市的数据中心----小区管理处----用户的三级联网，并通过分级编码的方式实现了对小区及用户和表具的层层编码，使得网络结构清晰，系统容量大。也克服了一些网络对外部条件的苛刻要求，使只要有公共电话网连到的地方就能实现联网及实时监控。

（1）小区内单元转发器、数据管理机及扩充板之间采用总线制连接方式

小区内单元转发器之间及转发器与数据管理机之间采用485总线的方式相互连接，并利用扩展板对总线的容量及距离进行扩充，克服了传统的类比系统布线复杂的缺点，并且降低了线缆的敷设成本。

（2）星形联网与总线联网相结合

在城市数据采集中心与小区物业处之间采用星形组网方式，媒介为公共电话网，这样不仅充分利用了公共设施，也能尽量减少了本系统的成本；在小区物业处与各转发器之间采用485总线的方式，这样不仅克服了恶劣的信号传输环境，也降低了线缆铺设成本；在单元转发器与表具之间采用星形连接，让每个表具直接通过线路连接到单元转发器上，这样克服了表具之间相互干扰保证了网络的稳定性，同时也适应不同的表具排列方式。通过这种不同网段采用不同的联网方式的特点，不仅能保证了系统的稳定运行，而且也解决了庞大的编码系统，使得小区代码—楼道代码—用户代码的编码方式更加直接简单。

2.2 通讯控制

（1）电脑联网接口采用标准RS-232接口芯片。

（2）数据管理机通过公共电话网PSTN远程与电脑联网。

（3）电脑通过MODEM与远程的数据管理机采用DTMF信号进行通讯及传输指令。

（4）控制信令传输，容易受周围环境干扰，为提高控制的可靠性，采用了信令多次比较校验及自动请求重发（ARQ）等技术来提高控制的可靠性。

3.硬件电路分析与软件流程分析

3.1 数据管理机硬件电路分析与软件流程分析

数据管理机硬件电路见附图fig2所示。

（1）数据管理机在系统中的作用介绍

管理管理机在抄表系统中的作用是协调远程计算机和本地计算机对网络的控制权，并进行RS232与RS485之间电平转换。结构示意图如图1。

（2）数据管理机用到的IC及其介绍

数据管理机的电路原理图如fig2所示。在本产品中，用了2个max232通讯芯片、2个microchip公司出品的单片机：PIC16C54（U2）及PIC16C73（U1）、1个电子开关：4066（U5）、一个485通讯芯片：65LBC184（U6）及一个实时时钟芯片（U7）：PCF8583。

（3）数据管理机工作原理

J1连接本地计算机的串行接口，J2连接MODEM通过电话线与远程计算机连接。平常状态下，本地计算机具有485总线控制权，可以直接与总线上的设备进行通信。当远程拨号连接或自动拨号时，U1将控制4066切换通信线路，并无效本地计算机的CTS信号，这样，本地计算机让出总线，由远程计算机控制总线，实现远程抄表。U2的作用是控制485接口芯片U6的通信方向，完成485与TTL电平转换，U3，U4完成TTL电平与232电平转换，从而实现485与232的电平转换。U1是主控制芯片，协调整个系统工作。U7是实时时钟芯片，也存放着自动拨号的设置数据。

3.2 单元转发器功能介绍

单元转发器是整个系统中的核心设备，它担负三表（水、电、气表）的数据采集、显示、设置、数据抄收及将数据传送到数据管理机等任务。单元转发器将数据从表上采集到后，管理人员可以直接用IC卡从单元转发器上收集采集到的数据，也可以通过数据管理机远程读取采集到的数据。在电路上，我们将它设计成三个部分：数据采集部分（采集板），权限设置、功能设置及数据读取部分（本地用IC卡读取）（显示板），数据通讯部分（通讯板）。根据需要，为了扩展采集表的数据及传输距离，还可根据需要增加扩展功能部分（扩展板）。

3.3 数据采集部分（采集板）

采集板为单元转发器产品上的一个子功能板，它的主要功能将单元转发器外联的表具的数据实时采集并存储在存储器内。采集板上共有三颗IC：PIC16C73、24WC08、DS1307。其中PIC16C73为采集板的主控芯片；24WC08为1024bytes的E2PROM，DS1307为实时时钟芯片，内有64bytes的RAM。

A、转发器与计量表的连接

转发器底部共有10个出线孔，从左往右1、2、3……10，其中第2孔至第9孔，每组为8条不同颜色的线。每相临两组颜色相同的线为一对。第1孔出线为8根，出线的颜色分别为两红、两黑、一白、一蓝、一绿、一黄，其中白、蓝两色线接变压器输出端，两红、两黑待转发器通电后对接（红对红、黑对黑），绿黄两线为信号通讯线。

B、水表、燃气表接线表

水表和燃气表可以共用同一个转发器，每个转发器最多可接30个双干簧管的水表或燃气表，这30个表可分为4组，每组分别为8个、8个、8个和6个表。每个表上有3条线，其中1条是公共线，2条是信号线。

3.4 人机交互部分（显示板）

显示板是本机中人机交互的部分，主要有以下功能：

本机中的显示部分采用128*64点阵的LCD显示器，它用来显示操作所需要的所有信息。键盘输入功能：

由于本机可以在单元转发器上查询每个表的数据、抄表等功能，本机设计了20个按键。

IC卡抄收功能：

本机在设计上允许抄表员通过不同权限的IC来抄表，所以将这部分的功能全部集中到显示板上来控制。

3.5 通讯扩展板的设计

由于单元转发器之间是通过485总线进行通讯的，所有的转发器与数据管理机都是挂在485总线上的，而根据485总线的定义及小区的实际物理条件，每一段485总线最多只能挂不超过32个设备，且每段总线不能超过1000米。如果一个小区有不超过31个楼梯，而每个楼梯可以用一台转发器进行采集，并且小区最长的距离不超过1000米，那么就不需要对总线进行扩展。但随着城市建设的高速发展，住宅小区向大型化发展，小区的楼房越来越多。根据调查，目前在中等城市的住宅小区有很多都超过3000户，而小区的最长距离超过3000米。为适应这种需求，我们就要在设计上在距离及用户数量方面进行扩充。目前最经济的办法就是直接对485总线进行扩展。通讯扩展板就是为此而设计的，在应用上，可以根据需要将通讯扩展板置入某一台单元转发器中，对总线进行容量及距离上的扩展。

4.总结

城市水、电及煤气表自动抄收系统是随着城市的发展及人们对节能环保越来越重视的背景下发展起来的一种新型三表自动抄收方式，它不仅解决了繁杂的抄表工作，而且还能根据节能环保的要求进行分时段计费，并能根据要求实时对整个用电、水及气网进行监控，为我国推行分时计费及节能减排提供了技术上的保证。作者根据自己的工作实践经验，结合单片机的特点，在此提出一种利用单片机设计水、电及气表自动抄收系统的原理及其实现方法。

参考文献

第8篇：单片机设计范文

关键词：音乐报警系统 单片机 AT89C51

中图分类号： TP274.2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）04（c）-0061-03

电子音乐作为现代音乐的一种形式，与古典音乐截然不同。电子音乐是对传统音乐的延承和背叛，它通过电流产生的声音打破了音乐的结构及人们习惯的听觉经验[1]。电子音乐既是音乐电声的一个重要内容，也是一种科技的见证。特别是，自从电子合成器问世以来，电子音乐又进入了一个更高的阶段[2]。由于电子音乐的普及，电子合成器可以解决相当一部分的歌唱及舞厅的伴奏问题，即：可以事先制作伴奏音乐或背景音乐，而不需要乐队，或者部分代替乐队[3-4]。由于音乐合成器制作和修改方便、成本低、音乐丰满，所以市场需求量很大，因此许多国家的厂商都在发展并不断推出新型号，每年都有更新换代。

本设计是以AT89C51单片机为核心，辅以LCD1602显示屏和蜂鸣器等外部电路构成数字音乐报警系统。利用单片机I/O口产生一定频率的方波，驱动蜂鸣器，发出各种不同的音调，从而演奏乐曲，并能够由LCD1602显示屏显示相应的歌曲信息。键盘在单片机应用系统中能实现向单片机输入数据，传送命令等功能，是人工操作音乐报警系统的的主要手段。

1 数字音乐报警电路的工作原理

单片机对某一引脚以一定的频率循环置1置0，该引脚便产生一定频率的方波，将放大后的方波作用于特定的物理实件（蜂鸣器），就会产生一定频率的声音。若改变输出方波的频率，产生的声音也会随之改变。通过控制输出方波的时间长短，声音的长短也可以得到控制，因此，根据乐谱，以类似的音节及相同的节拍，就可以利用单片机产生电子音乐。每个音符分为简谱码和节拍码。简谱码为D0-L到SI-H，节拍码为1到16，对应的节拍表如表1所示。

方波的产生是由定时器控制的。单片机工作时，定时器T0工作在定时方式1，改变TH0及TL0便可产生不同的音频频率。需要注意的是，必须考虑中断响应时间的影响，尤其在高音部分。若忽略中断响应时间，会使音频频率比标准值低几十Hz，相当于1/4音程，很容易听出来；中断响应时间对低音部分影响不大。一般中断响应时间为3～6个机器周期，经过反复试验，取5个机器周期作为校正最为恰当。表1中所给的定时初值就是考虑了中断响应时间后的定时常数。另外，为避免T1中断可能引起杂音，应将定时器T0中断设为高优先级。

在音乐中使用的各个固定频率的音叫音级。常用符号C、D、E、F、G、A、B、c、d、e、……a1、b1、c2、d2……表示，它们对应于钢琴上的白键。两音之间音高的距离叫音程。在上述音级中，E与F、B与C之间音高的距离仅为其它相邻音级之间距离的一半，称它们之间的音程为半音音程，而称其它相邻各音之间的距离为全音音程。在这些全音音程之间又加入新的半音音级，用符号C、D、F、G、A、c、d、f等表示，对应于钢琴上的黑键。音持续时间的长短即时值，一般用拍数表示。休止符表示暂停发音，如表2所示。

2 硬件设计

本设计以AT89C51单片机为核心，由主控模块、输入模块、显示模块及声音模块四部分组成，各模块连接如图1所示。整体电路图如图2所示。

主控模块是由AT89C51单片机、时钟电路、复位电路共同构成单片机最小系统，其核心为AT89C51单片机。主控模块能够按照预先编译好的程序文件执行相应功能，接收输入模块传送来的信号，依据程序向显示模块、声音模块发送驱动信号，实现对显示屏显示及蜂鸣器发声的控制。

输入模块负责向主控模块提供控制信号。它由四个独立按键组成，分别接入单片机I/O口（P1.0～P1.3）。当按下按键时，将单片机相应的I/O口拉至低电平，主控模块通过不断扫描输入模块的电平状态判断是否有控制信号输入，实现相应功能。

显示模块负责显示欢迎信息及播放音乐时相应的曲目信息。该模块核心为LCD1602显示屏，能够显示2行16列共32个字符。上拉10K电阻用以提升单片机I/O口的驱动能力。

声音模块负责播放音乐，其核心为蜂鸣器。该模块接收来自主控模块的驱动信号，发出声音。

3 软件设计

软件编程通常采用结构化程序设计，一般有“自上而下”和“自下而上”两种方式，“自上而下”法的核心就是主框架的构建。它的合理与否关系到程序最终的功能的复杂程度和性能的优劣[5-6]。

本系统采用4个独立按键作为输入键盘，可分别实现开关、播放＼暂停、以及播放曲目的选择。在开机按钮按下时有英文欢迎提示字符，音乐报警时显示歌曲序号及名称。在报警程中可通过功能键实现选择乐曲、暂停和播放。软件部分针对《挥着翅膀的女孩》、《同一首歌》和《两只蝴蝶》三首乐曲进行设计。系统主模块的程序流程图如3所示。采用的程序调试软件为Keil μVision4，所采用的仿真软件为ISIS 7 Professional软件。

3.1 显示模块驱动

LCD 1602需显示欢迎、播放曲目等信息，其初始化过程如下：（1）延时15ms；（2）写指令38H（不检测忙信号）；（3）延时5 ms；（4）写指令38H （不检测忙信号）；（5）延时5 ms；（6）写指令38H（不检测忙信号）；（7）以后每次写指令、读/写数据操作均需要检测忙信号；（8）写指令38H：显示模式设置；（9）写指令08H：显示关闭；（10）写指令01H：显示清屏；（11）写指令06H：显示光标移动设置；（12）写指令0CH：显示开及光标设置。LCD 1602显示屏初始化程序如图4所示。

3.2 按键模块驱动

本设计采用非编码键盘实现输入，为消除机械触点产生的抖动，采用软件消除：当在首次检测到有键按下时，执行延时20 ms子程序，再确认是否仍保持闭合，如保持闭合，则确认有键按下，进行相应处理。软件消抖程序如图5所示。

3.3 初始化及中断处理程序

初始化及中断处理程序如图6所示。

4 软件编译及仿真

软件编译成功，结果如图7所示。

将生成的“MUSIC BOX.HEX”文件装载到ISIS 7 Professional已搭建好的硬件仿真环境中，进行仿真调试。在Keil中编写编译程序通过仿真，可实现预期的音乐盒功能，仿真结果如图8所示。

5 结语

基于AT89C51单片机设计的数字音乐报警系统具有发音准确、节能环保、易于操作等特点。本设计以“硬件软件化”为指导思想，充分发挥单片机功能，大部分功能通过软件编程来实现，电路简单明了，系统稳定性高。在开机按钮按下时，该音乐报警系统能够显示英文欢迎提示字符，报警时显示歌曲序号及名称；在报警过程中可通过功能键选择乐曲，暂停，播放；根据节拍表1和音符表2可以演奏任意乐曲。在调试过程中，成功播放了《挥着翅膀的女孩》、《同一首歌》和《两只蝴蝶》等三首乐曲，均取得了良好效果。由于单片机所被占用的I/O 口不多，因此系统具有一定的可扩展性。

参考文献

[1] 孙展.具体音乐与电子音乐的相互渗透――电子音响型作品《Who’s Voice（1998）》的制作札记[C]//中国电影电视技术学会影视科技论文集.2002.

[2] 陈学煌，潘晓利.MIDI音源及其在声控电子乐器中的应用[C]//2006年声频工程学术交流会论文集.2006.

[3] 王银玲.一种单片机控制的音乐盒制作[J].电子制作，2010（11）.

[4] 远飞.基于单片机的音乐播放器的仿真与制作[J].电子元器件应用，2010（12）.

第9篇：单片机设计范文

摘要:以STC89C52RC单片机为核心，通过利用串行接口通信、数据库编辑处理等技术，实现简单近距离传输数据实现的农作物变量施药监测，设计形成良好给药监控系统。该设计具有数据处理及可根据收集的实时数据调整给药量的功能，且系统可以接受多种传感器，具有良好的扩展性。通过采集实时环境数据，特别是影响给药量的因素，如压力、药物流速、流量及喷嘴大小等各种影响参量，将采集数据传输至显示器，并将采集的数据储存入内存卡中，使用者可以选择以表格或图形方式查询。通过试验表明:验证了压力、速度、流量的系统测量和实际测量值，通过两者之间的相对误差，发现三者的相对误差的平均值分别为2．16%、2．15%、2．09%，误差都小于3%，可以满足农业精准变量施药的要求。该系统成本较低，操作性强，具有广泛的应用前景。

关键词:单片机;变量施药;检测系统;传感器

0引言

在当代农业的发展中，农药在农业生产中占据着非常重要的地位，出现了各种类型的农药，用量逐年上升。但是施药中，工作人员缺乏重要的安全意识，农作物及环境中的农药残留问题更是严重，对人体和环境造成非常大的危害［1］。农药在农业生产中起着非常大的推动作用，也无法避免地对四周环境和食用者产生了严重的污染和损害。人体经常食用农残过高的食物，农药在体内长期积累，严重危害着食用者的身体健康［2］。经统计:2015年水稻、小麦和玉米这三大农作物的农药利用率为36．6%，与农业发达国家还是存在很大差距;发达国家的农药利用率最高可达到60%，平均比我国高20个百分点。施药的机器、技术和观念的落后这些都是主要的影响因素［3－5］。为此，通过区分农田中作物的不同信息，然后通过变量施药，以达到精准施药的目的。工作时，通过使用多种不同传感器，实时采集施药参量数据，根据不同的信息变量精准施药［6－14］，并实时收集并长期储存施药信息。我国土地等资源利用强度很大，欧美等国家耕地层一般在35cm以上，我国大部分地区的耕地层只有15～20cm，保水保肥能力差。因此，提高化肥农药利用率，发展绿色可持续农业，使用高效科学的施药方法。本文设计基于STC89C52RC单片机的施药监测系统，利用传感器收集实时数据，数据库处理编辑储存施药参量，根据长期储存的施药参量进行变量施药，合理用药。

1试验设计

1．1设计原理

以STC89C52RC单片机为控制中心，组合信息采集器(各类传感器、单片机、SD卡数据存储模块)、信息传送模块、显示模块、电脑，以及串口通信模块等主要结构形成系统。

1．2总体设计

本设计采用STC89C52RC单片机监控整个施药监测过程。STC89C52RC单片机是STC生产的一款低耗、高性能的微控制器，具有8K字节系统可编程Flash存储器。该机型可以支持串口通信，工作电压为5．5～3．3V，代码指令可以兼容以前的型号，在传统的基础具有更强大的兼容性。该系统中使用的显示装置为液晶显示器，使用者可以设置成数字或汉字，适用多种电路。根据系统设计的其他模块的需求，采用串口电路，减少装置中的线路连接，简化安装程序。信息传送模块为用户与系统互换信息的门户，采用字母与数字结合的简单形式，使用4×4按键，共16个按键。SD卡数据库储存传感器采集的施药信息。传感器长期采集施药信息，分析施药过程，并在用户分析数据时，将前面储存的数据以图表或数字的形式输出。采用的传感器主要有数字型和模拟型两种类型:数字型传感器可将得到的信息直接与数字设施互换信息，快速读取信息;模拟型传感器提取信息速度快，处理信息的范围宽。本系统从传感器的特点和设计成本综合考虑，传感器采用数字传感器。系统以20个施药监控点为试验点，测试各个试验点的系统测量值和实际测量值的误差，通过对比验证该系统是否可行。同时，采取多个试验点验证可测试系统的稳定性，表明该系统中使用的传感器可用。

2机构组成和施药监控

2．1机构组成施药监控系统组成。以STC89C52RC单片机为核心，包括信息采集器(各类传感器、SD卡数据存储模块)、信息传送模块、显示模块、电脑以及串口通信模块等主要结构。

2．2施药监控控制

施药监控系统主要根据传感器监控施药收集施药管道中农药的流速、压力、流量等信息，将信息输送至单片机，通过单片机的分析，校正系统设置，监控施药量是否符合系统设置的数据，保证施药的准确性。

3试验与结果

3．1试验基本条件

为了试验施药监控装置可靠性和准确性，在试验田上进行试验，将本文设计的系统安装在行走的施药机械上进行速度、压力和流量等参量的试验，并对试验结果进行分析比较。

3．2试验设计

为了检测采用基于STC89C52RC单片机的施药监测系统的有效性，首先验证送药管道速度的准确性［15］，测试施药系统所在机械速度值与实际值的相对误差。

4结论

本研究对单片机的施药监测系统设计进行验证，结果表明:采用STC89C52RC单片机为控制中心的施药监测系统，完全满足农业生产需求，可实时采集施药信息，监控施药过程。该系统的目的就是为了施药精确，控制农药的使用，减少农作物内过多残留，确保喷洒的农药可以达到杀虫除草的量。试验表明:该系统可保证农药喷洒机械的正常运行，减少种植户的成本投入，减少农残对人体的危害，减轻农药对生态环境危害，在多样化种植中的变量施药有着非常大的应用价值。

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