时间：2023-10-13 16:14:02
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇单片机的电路设计，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词：单片机 控制电路 步进电机 驱动模块
中图分类号：TP23 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）10-0019-02
1 前言
近年来，步进电机在多个领域得到了开发和应用，并取得了良好的使用效果。步进电机是一种常见的执行元件无论是结构还是操作方法，都比较简单，其性能也与工业生产控制要求相适应，在工业技术中对其进行应用，已是一种既定的趋势。步进电动机以其显著的特点，在数字化制造时挥着重大的用途。与此同时步进电机调控也发生了相应的升级和转变，本文对单片机和步进电机进行同步应用，以控制软、硬件，不断提高步进电机工作效率。
2 单片机的应用意义及原则
2.1 单片机的应用意义
单片机与步进电机进行同步应用，既能够满足工业生产要求，又是步进电机电路设计过程中的基本诉求。单片机的性质是集成电路芯片，以具体技术为依托，对中央处理器、随机存储器、只读存储器、中断系统和定时器等子系统功能进行实现。它能够对数据信息进行收集、分析和处理，在步进电机控制系统中极具应用优势，达到良好的应用效果。
首先，提高步进电机性能。依据实际情况，对反应式、永磁式和混合式等步进电机类型进行合理选择，充分发挥它的设计功能，适应社会需要。如果对该三种反应原理进行单一应用，步进机将丧失其整体性能，也会对步进电机的工作质量产生不同程度的影响，使它的应用效果大打折扣。单片机能够依据步进电机的工作环境、运动特性、控制性能和实际功用等，对它进行局部性的优化和升级，以补强步进电机控制系统整体，实现步进电机结构层面上的一体化，充分发挥它的使用性能，为工业生产提供物质及技术支持。
其次，降低步进电机维护及保养成本，节省资金。步进电机的材质一般比较昂贵。接收电信号脉冲之后，长期工作周期背景下，运动轨迹会发生明显变动。对步进电机的使用效果和结构产生直接性影响，产生裂纹或在记录过程中出现失误，使步进电机维护更加困难。在实际应用中需要在特定周期内，对步进电机进行维护和保养，确保其具备良好的应用效果及安全性。单片机能够从结构和功能上对步进电机进行协调，使电机不再受局部区域干扰，避免出现运动差错，对步进电机的维护和保养成本进行有效控制，实现资源节约。
2.2 单片机在步进电机电路中的实用性原则
设计单片机步进电机控制系统的时候，需要考虑资金要素，要依实际情况，对设计成本进行有效控制，减少不必要的资金浪费，使单片机在步进电机电路中得到充分应用。
3 步进电机概述
3.1 步进电机发展
步进电机别名阶跃电动机或脉冲电动机，它能够对脉冲信号进行转换，使其成为角位移或直线位移电机，也使它的分析过程更加便利。该种步进电机发展较早，无论是位移量与脉冲数，还是位移速度与脉冲频率都呈现正相关。
步进电机的最初研发时间是上世纪二十年代，距今已有很长年限。上世纪五十年代，人们开始在步进电机上对晶体管技术进行应用，实现了对步进电机的数字化控制，使其控制过程更加快捷便利。此后，研究人员再次对步进电机性能进行升级和改善，使其具备分解性、响应性、精度性和可依赖性等多方面优势。加之，微电子技术和计算机技术的发展，自动化控制系统中开始对步进电机进行频繁应用，使其逐渐成为机电一体化中的重要执行元素。步进电机的优势非常明显，它既能够提升工作效率，实现自动化，也能够使位置控制更加快捷、准确，不断提高生产效率，实现经济效益最大化[1]。
步进电机广泛应用在生产实践的各个领域。它最大的应用是在数控机床的制造中，因为步进电机不需要A/D转换，能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移，所以被认为是理想的数控机床的执行元件。早期的步进电机输出转矩比较小，无法满足需要，在使用中和液压扭矩放大器一同组成液压脉冲马达。随着步进电动机技术的发展，步进电动机已经能够单独在系统上进行使用，成为了不可替代的执行元件。比如步进电动机用作数控铣床进给伺服机构的驱动电动机，在这个应用中，步进电动机可以同时完成两个工作，其一是传递转矩，其二是传递信息。步进电机也可以作为数控蜗杆砂轮磨边机同步系统的驱动电动机。除了在数控机床上的应用，步进电机也可以并用在其他的机械上，比如作为自动送料机中的马达，作为通用的软盘驱动器的马达，也可以应用在打印机和绘图仪中等等。
3.2 步进电机的工作原理
定子和转子是步进电机的主要元件。正常工作状态下，如果有电流经过，定子绕组会产生一个矢量磁场，继而对转子产生带动，使其在具体作用下旋转，转子和定子的磁极磁场方向会发生偏差，形成相应的角度。步进电机主要对通过定子绕组的电流进行支配，实现转子旋转角度控制。一旦输入脉冲信号，转子即发生偏转，即步距角。完成脉冲信号给出规律设定之后，电流的通过将会更具规律性，而转子也会有规律的进行持续转动，对电机进行带动，使步进电机实现工作。如图1所示，步进电机结构。
传统电动机的转动具有持续性特征，控制难度相对较大。当前的步进电动的驱动方式是数字信号，能够依据实际情况，对它的定位和运转等使用状态进行有效调节。我们对输入脉冲的电机绕组通电顺序、频率和数量等进行合理调整，对步进电机接受脉冲信号而旋转指定的角度进行科学合理的指挥，使其满足最初诉求。如今，步进电机的正常运行得益于脉冲信号。如果没有输入脉冲信号，步进电机将处于定位状态。单片机能够对步进电机这一特性进行有效控制。对单片机和步进电机进行同步应用，有助于提高其生产效率。传统电动机的主要功用是能量转换，而步进电机则作为电路控制元件存在，极具精确性，对人们日常生产和生活具有正向性影响。
4 基于单片机控制步进电机电路的设计
步进电机可以以硬件系统实现控制。但是，基于市场因素考虑，硬件系统不具备经济性，而它的各项功能也不具备适用性。一旦发生设计变更，则需要对硬件电路进行整体性修改，加大了工作负担，很难实现便利性。单片机具备可直接编程优势，能够对运算功能进行有效执行，在具体应用过程中，可对步进电机进行适应性控制，对具体的转向、步数和速度等进行合理调节。借助软件的更改，能够满足不同设计诉求。设计人员对显示电路和键盘电路进行有效结合，能够进行人机交换，最大程度降低外部干扰，使其更加可靠、高效。
4.1 系统硬件设计
4.1.1 单片机最小系统
电路设计中离不开单片机最小系统设计，它是步进电机电路的起始部分。主要功能是生成步进电机转动需要的脉冲，并对其加以控制。我们可以借助单片机的软件编程功能，对步进电机所需要的信号进行输出，使单片机输出脉冲数与步进电机旋转角度呈现正相关，单片机输出脉冲频率与步进电机转动速度也呈现正相关。同时，单片机也能够对电流值进行有效处理，并借助数码管明确显示电机的转速和方向。
单片机的主要模块有复位电路和晶体振荡电路。如图2所示，单片机最小系统线路图。
P0口主要对数码管显示情况进行控制，使其显示结果更加明确，且极具准确度；P1口着重控制步进电机中单片机的编程，使芯片处于良好的读写状态；P2口作为数码管位选，对公共端工作进行有效控制。同时，它也能够对扫描电路键盘工作情况进行合理控制。P3口着力于模数转化成芯片的工作控制[2]。
4.1.2 数码管显示电路
数码管显示模块的主要显示内容有步进电机选择速度、旋转方向、步进电机电流通过情况。该设计中，借助数码管对设计进行显示，直接点亮数码管，实现位选部分，对单片机控制端的地输出电压问题进行有效控制。因而，需要将辅助三极管添加到位选和单片机控制端。
4.1.3 串口通信模块
串口通信模块的应用原理是对计算机和单片机进行连接，实现二者之间的信息交互和流通。它的应用原理是借助计算机对程序进行编程，然后对程序进行复制，在单片机芯片中对其进行应用。
4.1.4 电机驱动模块
步进电机的信号功率比较小，很难对电机进行驱动，使其运行。因此要添加电机驱动模块，使步进电机信功率不断放大。集成的驱动芯片价格比较低，控制难度相对较小，可以将其作为核心元件应用到电机驱动电路设计中。
如图3所示，该电机驱动电路中，电机驱动核心由驱动芯片L298和其周围的电路组成，L298N的管脚IN1，IN2，IN3，IN4和ENA，ENB与单片机的I/O端口P1口的六个管脚依次连接相连，接收脉冲信号。L298N的OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之间可分别接电动机的一相。其中IN1，IN2，IN3，IN4管脚接输入控制电平，控制电机的正反转。ENA，ENB控制使能端，控制电机的停转。而控制步进电机的运行速度只要控制系统发出时钟脉冲的频率或换相的周期，即在升速过程中，使脉冲的输出频率逐渐增加；在减速过程中，使脉冲的输出频率逐渐减少。该种连接模式和驱动芯片与单片机和步进电机之间的串联模式相符合，使电路控制和操作更加简单和便利。
4.1.5 独立按键电路
内部电路中的按键是独立的，在单片机端口上对其进行连接。将其作为外部性按键，使内部各项模块具有较好的中断功能，以对步进电机旋转方向进行科学合理的选择，并对它的速度进行科学调控，使其电流呈现良好的现实状态，对步进电机进行合理控制。它属于步进电机电路设计中的辅装置，具有不可或缺的重要作用。
4.2 系统软件设计
软件系统主要为硬件系统电路设计提供依托和支持。依据单片机本身的性质和特点，对系统软件进行合理编程和读写，以充分体现出设计功能，并对其进行合理更改，实现电路控制。系统软件设计与硬件系统电路设计具有紧密相关性。软、硬件中的任一设计模块都直接关乎最终设计效果和步进电机电路的整体运行状态。因而，需对系统软件设计进行合理把控，以提升其整体性能。
4.2.1 红外线编码
遥控器编码形式是32位二进制码组，前16位是用户识别码，能够对不同的电器设备进行有效区分，避免不同机种遥控编码相互干扰。该芯片用户识别码固定高8位地址和低8位地址分别为OBFH和40H，后16位则是8位操作码和它的反码。单片机接收红外线之后，可按以下方式开展解码工作：中断信号产生-EA清零-延时短-等待高电平-延时不足4.5ms-再次等待高电平-延时0.84ms-P3.2脚电平值读取，对32位代码进行依次读取，前16位是识别码，后18位中，数据码和数据反码均为8位[3]。
4.2.2 步进电机程序
步进电机程序设计的基本诉求是对旋转方向进行判断，再依据正确的顺序，将其传送给控制脉冲，继而对所需控制步数进行判定，观察其具体传动情况，直至将要求控制步数传送完毕。分别将步进电机和单片机作为具体执行元件和控制器，并将检测元件定义为光敏电阻传感元件背景下的传感器。而手动输入信号则是手动按钮，以红外遥控装置开展遥控操作，对时钟控制和状态显示的步进电机控制系统进行综合限定辅助，使步进电机的手动、自动和遥控多功能操作更加便利，保障其可靠性。
5 程序原理分析
5.1 程序设计思路
依据电路设计，单片机的输入和输出分别为P1口的前6个管脚和P1口的后2个管脚及P2口的前4个管脚。首先，主程序部分向驱动电路输出4路高电平，停转电机。继而对定时器T0的具体工作模式和允许中断位置高电平进行合理设置，将“停转”状态显示点亮，然后进行按键扫描，按下按键之后，实现程序段跳转。如果没有按下按键，即会回归到程序的初始部分。正转部分需对正转状态指示进行点亮，然后执行起始脉冲输出，继而对按键进行扫描，并对不同状态下的执行情况进行合理判断，调配到定时器T0赋初始值子程序，对累加器A中的数值进行累加。几经循环，使步进电机处于正转状态。反转部分的设计过程亦是如此。加速和减速中，对定时时间进行改变，即可实现定时器定时初始值更改。
5.2 设定定时器计数初始值
程序设计中对定时器T0的定时中断进行选用，以实现步进电机细部性时间控制。对T0的定时时间进行更改，即可改变步进电机转速。假定步进电机的步距角为7.5°，转一圈耗费的脉冲数量为48。将转速假设为N（r/min），而每一分钟脉冲数据输送数量为48N，每送一个脉冲信号需要花费的时间为s。
定时器T0的技术初值为。将步进电机最低转速假定为20r/min，最高转速为100r/min，速度级的界定为5r，共17级。
6 结语
步进电机在应用层面极具优越性，在工业设备中已经得到了广泛应用，有助于提高生产质量及效率。我们要结合具体操作背景，对单片机的优越性进行重点分析，在步进电机电路控制系统中对它进行全面应用，使步进电机工作性能得到充分提升。伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高，步进电机将会在更多的领域得到应用。
参考文献
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[3]刘建南.基于单片机的步进电机控制系统的设计研究[J].科技广场，2016，（03）：61-63.
关键词：射频卡；MSP430；MTP-K4；门禁系统
中图分类号：TP368.1 文献标识码：B
文章编号：1004-373X(2008)10-171-03オ
Design of RFID Card Reader Circuit Based onMSP430
LIU Jiping,TAN Yaohui
(Hunan Industry Polytechnic,College Changsha,410208,China)オ
Abstract： With the practical application of RFID technology as background,uses the low cost proximity reader MTP-K4,combines with 16-bit low cost microcontroller MSP430 which has RISC instruction set and Flash EEPROM to design RFID card reader circuit.The designing principle schematics of each hardware part are given,the implementing methods of each function are described,and part source code is given.The access control system based on this circuit have feature of stronger confidential and remote supervision.
Keywords：RF card;MSP430;MTP-K4;access control system
非接触式IC卡又称射频卡，封装在一个标准的PVC卡片内，芯片及天线无任何外露部分。是世界上最近几年发展起来的一项新技术，结束无源(卡中无电源)和免接触这一难题，是电子器件领域的一大突破。卡片在一定距离范围（通常为5~10 mm）靠近读写器表面，通过无线电波的传递来完成数据的读写操作。非接触式IC卡具有可靠性高、操作方便、安全防冲突的特点，越来越多地被应用于各种场合。目前，射频卡按工作频率分为2种：13．6 MHz与125 kHz。本文中介绍的电路适用于工作频率为125 kHz射频卡的信息读取。
目前，随着技术的发展和应用的需求，IC卡（又称智能卡）在人们的日常生活中已经得到了广泛应用。通常，IC卡可以分为接触式IC卡和非接触式IC卡2类。接触式IC卡是卡与读卡器直接物理接触进行数据交换，部分金属电路是在外面的，如手机卡、公共IC电话号等。非接触式IC卡又叫射频卡，由IC芯片、感应天线组成，他成功的将射频识别技术和IC卡技术结合起来，射频与读卡器之间通过射频信号进行数据交换，不需物理接触，电路是封装在内部的，如公交车的收费卡等。非接触式IC卡与接触式IC卡相比，具有可靠性高，使用方便，不怕雨水、静电以及没有接触划伤等优点，因此，得到了更广泛的应用。
射频卡与读卡器之间的射频信号调制方式常见的有FSK（调频）、PSK（调相）、BIPH（双相）、Manchester（曼彻斯特）。
1 读写器设计
1.1 MTP-K4读卡器电路
在实际应用硬件电路中，读写器一般由天线、基站芯片、MCU组成。其中，基站芯片主要实现高频接口模块的功能，用于完成数据的调制、发射和射频的接收以及数据的解调任务。
射频卡的读写以无线电波的方式进行，当卡片移到电磁场的有效作用范围时，卡片里的线圈将感应到读写器模块天线发送的电磁波，从而获得电源并在电磁感应的作用下得到触发，进行调制数据传送。本文采用MTP-4K射频收发模块，他采用5 V电源供电，125 kHz的工作频率，能识别EM4001/4102 或兼容卡，通过韦根26位/RS 232 TTL （ASCII）输出数据。MTP-K4总共有9个引脚，引脚3接高为RS 232 TTL（ASCII）输出格式，接低为韦根26位输出格式。读卡器电路图如图1所示。
本系统采用标准韦根26位输出格式：
Wiegand输出[WB]Pin3接Low
Pin1 Antenna 0To External Antenna
Pin2 Antenna 1To External Antenna（L：680uH）
Pin3 Strap to +0V
Pin4 BEEP/LED2.7 kHz Logic
Pin5 One Output
Pin6 Zero Output
Pin7 /ResetLow Active
Pin8 Ground0V
Pin9 VCC+4.6 through +5.5V
图1 MTP-K4读卡器电路图[FL)]
12345678910111213[]14151617181920212223242526
[BHDG5mm]P(1)EEEEEEEEEEEE[]OOOOOOOOOOOOP(2)
[BHDG5mm,K84.5mm。2]EVEN Parity(E)[]EVEN Parity(E)ODD Parity(O)
[FL（K2]
P(1)=Parity Start Bit，第1位为2~13位的偶校验位。
P(2)=Parity Stop Bit，第26位为14~25位的奇校验位。
（1） 输出资料为卡片号码（62E3086CED）的后3个Bytes：08H，6CH，EDH。
Wiegand26输出时，将去除原卡片号码的高16 b的数据，从剩余卡片号码的最高位开始输出。
（2） Bit0 =1：D0=1，D1=0
Bit23=0：D0=0，D1=1
（3） 输出波形如图2所示。
图2 韦根26位输出波形图
1.2 射频卡
射频卡有很多种分类方法，其中按芯片可分为3类：只读卡，读写卡和CPU卡。
本文采用的是只读卡（又称为ID卡）EM4100，他靠读写器感应供电并读出存储在芯片E2PROM中的惟一卡号，卡号在封装前一次写入，封卡后不能更改。
EM4100ID卡的主要特点：载波频率RF为125 kHz；感应距离为2～15 cm；数据存储容量共64位，其中包括9个起始位，40个数据位（前8位为版本或制造商信息，后32位为用户信息），10个行校验位，4个列校验位，1个结束停止位；数据的传送速率有64 b/s，32 b/s和16 b/s三种。
在读写器工作状态下，当ID卡进入读写器产生的射频场内时，依次将卡内64位数据循环输出，直到ID卡离开读写器失电为止。
2 射频卡读卡电路设计
本系统采用低功耗的MSP430单片机作为主控制器，MSP430是TI（德州仪器）的一款超低功耗FLASH型16位RISC指令集单片机，他具有强大的处理能力、丰富的片上模块和方便高效的开发方式。射频卡读卡电路如图3所示。
MTP-K4读卡器的数据从第5，6脚输出到MSP430，MSP430对数据进行卡片号码获得、数据加密等处理，同时对读到的射频卡卡号与预先存储在MSP430存储器中的卡号进行比较，判断射频卡是否为合法卡并通过P3.6输出提示信息。在没有读卡期间，MSP430定时从P3.7脚发出复位信号对MTP-K4进行复位，保证电路没有死机现象。
3 系统软件设计
简单地说微处理器对MTP-K4 的控制事实上就是对非接触式智能射频卡的控制。当有卡刷入时，单片机从读卡器芯片读入卡号，判断他是否为合法卡，然后根据结果发出控制信号。韦根通信方式读卡程序如下：
图3 射频卡读卡电路图
4 结 语
本文采用低功耗MSP430单片机和EM4100只读卡构成的读卡电路，简单、实用，成本低廉的特点，可实现卡号永不重复、具有卡号复制困难、安全级别高，为信息查询、参数设置的实现提供了电路支持。
参 考 文 献
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本文通过对自己设计调试51单片机硬件实验经历的反思，分析其中的缺点，提出一种新的设计调试方法，即以新款的EDA仿真软件Proteus为平台，设计出一套符合潮流需要的实验调试系统。
【关键词】Proteus 单片机 实验调试系统
电子设计的传统方法是：选取实物元器件，连接电路，加载程序，调试分析。该方法对于单片机系统设计缺乏相应程序的即时联调，而常用的PROTEL、ORCAD、EWB等软件也无法满足此要求，由此，更加凸显了单片机系统设计周期长、开发费用高等缺点。
EDA设计的新方法是：以Proteus软件为平台，开发一套51系列的单片机仿真实验系统。板上集成译码器、继电器、双色点阵等模块，实验从易到难，能够对较复杂的项目有直观的认识。文中涉及到的核心芯片是由ATMEL公司开发的AT89C51，并配合第三方软件KEIL，用以改写软件程序，使得在设计调试的过程中可以多次使用已开发的成果。除了具备一般硬件实物板的所有功能外，开发出的虚拟实验系统还具有很好的联调联试仿真功能。
1 PROTEUS 软件的主要结构
PROTEUS 是由英国 Lab center Electronics 公司开发的 EDA 工具软件。主要由两个程序组成：ARES 和 ISIS。前者主要用于 PCB 自动或人工布线及其电路仿真，后者主要采用原理布图的方法绘制电路并进行相应的仿真。除上述基本应用外，该软件的革命还在于它的电路虚拟仿真是互动的。
2 PROTEUS功能模块电路以及软件的设计
2.1 译码器模块
采用AT89C51，LED-RED，RESISTOR，POWER，74LS138等元件，组成如附图所示原理图，实现单片机一组端口进行段码控制。
程序设计：设置输出初值 0FEH，顺次点亮与 P2 端口相连的LED灯，之外的LED灯全部熄灭；随后，循环右移 1位输出初值带进位，并移位输出。移位输出 8 次后，依次循环。
程序调试完成后生成.HEX 文件，加载该文件，运行 Proteus ISIS。
2.2 继电器模块
采用AT89C51、RTE24005F、DIODE、LAMP、PNP、RESISTOR等元件，组成如附图所示原理图，使继电器动作。
程序设计： PNP晶体管的一侧接在单片机的P2.4端口，当靠近单片机侧端线加低电平，使三极管接通，继电器和指示灯正常工作。
程序调试完成后生成.HEX 文件，加载该文件，运行 Proteus ISIS。
2.3 双色点阵模块
采用AT89C51、74HC595、SIP8HX2等元件，组成如附图所示原理图，实现双色点阵运行。
程序设计：采用无返回值的Ms延时函数，向单片机发送字节，并在发送n个字节后由74HC595锁存。在74HC595级联发送数据后，方使锁存有效。此时，8列红色点阵显示心形，并加载防重影函数。以此类推，使用8列绿色点阵反向显示同样图形，闪烁红绿心形图案。
程序调试完成后生成.HEX 文件，加载该文件，运行 Proteus ISIS。
2.4 液晶显示屏模块
采用AT89C51、BUTTON、RESISTANT、LCD等元件，组成如附图所示原理图，驱动液晶显示屏。
程序设计：首先运行无返回值的us延时函数，尔后进行判忙流程，忙则等待，直至写入命令函数和数据函数。随后执行清屏函数，提示“press any key”。初始化函数，执行按键扫描函数，使用行列反转扫描法，并检测有无按键按下。
程序调试完成后生成.HEX 文件，加载该文件，运行 Proteus ISIS。
我设计的 51 系列单片机仿真实验系统只是运用了Proteus软件功能的一个部分，其对PCI、ARM7、AVR等CPU都能进行仿真实验。自己所做的仅是抛砖引玉，提出电子设计的新理念―EDA仿真开发。另外，应用EDA技术来开发电子产品，不仅是提高电子设计效率的需要，也是我国电子工业立于世界的需要。
3 附图
以上为部分模块的仿真结果，仿真时只需顺次连线于单片机运行即可，整体如图1所示：
参考文献
[1]蔡美琴，张为民，沈新群著.MCS-51系列单片机系统及其应用[M].北京：高等教育出版社，1992.
[2]叶建波，朱双东著.基于Proteus的单片机电路的虚拟仿真[J].电子工程师，2008.
作者简介
滕辉（1989-），男，山东省招远市人。现在读于山东科技大学硕士。研究方向为电力系统及其自动化。
公茂法，现为山东科技大学教授。
关键词：单片机；教学；实践
中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）24-0181-02
单片机具有体积小、控制功能强、可靠性高、性价比高等特点，得到越来越广泛的应用。目前，很多工科高校都开展了《单片机原理及应用》课程，并且在各相关专业中占有重要地位。《单片机原理及应用》是一门实践性、综合性很强的课程，可以综合学生所学的电路、数字电路、模拟电路、可编程逻辑器件、编程语言、控制系统设计、传感器等多门基础课和专业基础课的知识，主要培养学生进行智能化电子系统整体设计能力。《单片机原理及应用》必须加强实践教学才能取得好的效果。但是，目前在实践教学过程中所使用的教学设备主要是实验箱，其主要元件一般是目前已经淘汰的插接式器件，同时由于实验时间场地的限制，学生很难有足够的实践时间。为此，本文设计了单片机教学实践系统，主要元件均采用贴片元件，体积小、成本低，可直接使用计算机的USB接口供电和下载程序，并且采用了目前单片机应用领域最流行的多种总线技术，CPLD技术等，使学生可以从认识元件开始，到设计、加工、调试、设计较复杂测控系统，全面培养学生的设计、实践能力。
一、单片机实践教学系统组成
为使学生在学生使用过程中，尽可能学生更新的知识，并且与教学过程相匹配，同学又要留有足够的扩展空间供学有余力的学生有更多深入学习的机会，因此在设计过程中，既保留的目前教学课本中最经典的教学内容，同时，又引入了目前实际应用领域中广泛使用的新技术。系统主要组成如图1所示。
教学系统以AT89S52单片机为核心，设计了CPLD扩展电路、人机接口、模拟信号输入输出电路、数字量输入输出电路、存储器扩展电路及几种比较典型的应用电路。
二、单片机实践教学系统电路设计
1.CPU及CPLD扩展电路设计。CPU选择AT89S52作为主控CPU，可以在线编程，内部8K的Flash存储器，不需要扩展程序存储器，内带看门狗，最大工作频率33MHz。扩展8K数据存储器（62624），可以满足学习需要。数字量的输入、输出罗辑均由CPLD实现，CPLD采用EPM7128，它带有2500门，128个宏单元，8个逻辑阵列，可用输入输出引脚100个。CPLD输出实现数字量的输入、输出外，还实现单片机总线扩展的锁存器、译码器等需要的数字逻辑单元。为学生使用方便，为学生提供输入、输出接口、计数器、数值比较器等基本数字电路的程序示例及单片机控制程序示例，以保证没有学过CPLD的同学无障碍的学习使用单片机。
2.模拟信号输入输出电路设计。模拟信号输出采用目前教学过程中普遍采用的8位逐次逼近型A/D转换器ADC0809，带8个模拟通道，芯片内带通道地址译码锁存器，输出带三态数据锁存器，启动方式为脉冲启动方式，每一通道的转换时间大约100微秒。模拟信号输出通道采用DAC0832，它由8位输入寄存器、8位DAC寄存器和8位D/A转换器组成。模拟信号的参考电压均采用REF195设计，输出5V标准信号。地址译码及选通信号等逻辑信号均在CPLD中编程实现，可以使学生充分灵活的实现自己的接口设计。
3.人机接口电路。人机接口电路采用了单片机电路最常用的键盘、数码管管理器件HD7279作为核心电路，设计了3×4的小键盘及四位数码管，可以满足测控的基本需要，同时可以满足学生对于人机接口程序设计联系的需要。
4.USB下载电路及供电电路设计。单片机实践教学系统采用USB供电，即可以保证学生可以充分自由的使用教学系统，同时也保证使用安全。单片机程序下载采用USB下载，提供给学生上位机的下载程序，方便学生使用。下载电路采用AVR的单片机Atmeg8为核心，Atmeg8是一个简指令单片机，是一款功能强、可靠性高的工业级单片机，内带Flaseh、SRAM、EEPROM等典型存储器，A/D转换器等实用的单元。电路设计中除了将它用于程序下载外，还提供了一路数字量和一路模拟量的输入，以使学有余力的学生可以学习到一种新的单片机，扩展单片机知识。
5.典型应用电路设计。为保证学生不仅学到单片机的基础知识，还要兼顾目前流行的新技术，同时又要提高学生的学习效率，在尽可能短的时间内学习到更多的知识，选择了三种典型的新器件，既具有实用性，又具有代表性。其中DS18B20是基本于单总线的温度传感器，DS1302是基于SPI总线的日历时钟芯片，AT24C02是基于二线串行总线的EEPROM芯片，三种芯片采用了三种不同的总线，基本涵盖了单片机测控领域最常用的串行总线方式。
【关键词】单片机；防盗报警系统；红外线
随着社会的发展和科学的进步，人们对于自身生命财产安全的保护意识有着很大的提升，对于现代的防盗措施也提出了更高的要求。本文的防盗报警系统就是为了满足现代家庭防盗而进行设计的。
1.整体方案设计思路
在本文的设计中，包含有硬件设计和软件设计两个模块。就设计来说，单片机的使用是其中的核心环节，本文采用的是，因此从某种意义上看，此防盗系统也是单片机的具体应用。单片机的应用系统同样也是由软件和硬件所构成的，其中硬件包含了单片机、应用电路、输入输入设备等等，而软件则是所有工作程序的集合。
此设计主要包含有以下的结构：报警电路、热释电红外传感探头电路、单片机、复位电路还有一些控制管理的软件。本文所采用的处理器是单片机AT89C51，系统整体都是在软件的调节控制下运行的，首先被设置于监测点的红外探头能够感应到人体所辐射出来的红外线，将其转变成电流信号，再通过放大和比较电路，传送到门线开关，将门限的阀门打开将TTL电平传送到单片机AT89C51。在单片机内部，通过软件进行查询以及识别，最终判决是否应该实时的发送出警报信息。一旦入侵控制信号被发出，驱动电路就会将该警报进行放大，并且控制相应的声音光线警报设备来配合相应指令。警报状态在持续了15秒后能够自动解决，人们也可以手动进行解除。最后复位电路会将整个警报系统复位，或者系统内的定时器也会自行的进行复位。
当人们外出的时候，能够将家里的警报系统设置为运行状态，当有人闯入到检测区域的时候，热释电红外传感器就会检测到相应的入侵行为，从而及时迅速的通过转换输出，发送出警报，从而起到防盗的效果。红外线具有较强的隐蔽性，在监控区域设计红外线，能够较为的便捷的探测到某位置是否有人进出，不仅能够较为准确的判断是否有人进出，还能够在很大程度上提高检测的范围。系统的有效性和稳定性一直都是报警系统追求的目标，最终的警报形式能够采用声音或者光线信号。
2.电路模块设计
2.1热释电红外传感器电路设计
在本设计中热释电红外传感器的电路是通过双探测员的模式来进行检测工作的。在VCC的电源端通过分别通过C1和R2来保证报警系统的电压处于稳定的状态，在传感器电路的输出部分也使用了稳压元件来稳固电路的信号。一旦系统探测到了人体所散发出的红外线警报，所形成的点和信号通过FET进行放大，再通过C1和R2的稳压，能够将输出信号转变成高电位，最后通过NPN的转变，就会在OUT处输入低电平。
2.2防盗报警系统放大电路的设计
防盗报警系统放大电路设计如图1所示，这是一个很基本的放大电路，其中其中Vi和Vo分别代表了输入的电压信号以及经过放大的输出电压信号。
图1 防盗报警系统的放大电路
2.3防盗报警系统的时钟电路设计
在防盗报警系统的时钟电路设计中XTAL1和XTAL2两部分分别代表了反向放大器的输入端口和输出端口。这个反向放大器能够配置成片内振荡器。即可能够采用石晶振荡，也可以通过陶瓷振荡。如果需要在系统中使用外部时钟源的驱动器件，应该将XTAL2的连接断开。
由于单个机器的周期总共包含有六个状态周期，而每一个状态周期又能够划分为2个振荡周期。因此，在一个完整的机器周期之中总共包含了12个振荡周期，如果采用的是石晶振荡器，其振荡的频率是12MHZ的话，那么单独一个振荡周期时间就是1/12us，那么一个完整的机器周期就是1us。
2.4防盗报警系统复位电路的设计
在报警系统的复位问题上，提供了两种方式。一种是电自动复位，另外一种就是在系统外部通过按键进行手动复位。单片机运行过程中，在时钟电路进行工作后，在复位端口持续性的实现2个机器周期的高电平就能够完成复位工作。比如所采用的晶振频率是12MHz的时候，那么复位信号所应该持续的时间不能够低于2us。在本文防盗报警系统的设计中，采用的是人为的在外部通过手动按键的方式进行系统复位。
2.5防盗报警系统发光二级管电路设计
在电路设计中，四个发光二级管在连接电阻之后，会连接到单片机部门的RXD的引脚，同时需要外接VCC。如果单片机的RXD引脚被改变成低电平，那么发光二级管就会闪亮，从而起到迅捷的警报作用。
3.防盗报警系统的软件程序设计
3.1主程序的运行流程图
通过上文所描述的工作原理以及设计的硬件结构进行分析，能够了解本防盗报警系统的主程序设计如图2所示。
图2 防盗报警系统主程序流程图
3.2中断服务程序运行流程图
系统设计中，中断服务程序所起到的作用是，当单片机接收到外部热释电传感器传达的脉冲信号的时候，也就意味着有人进入了监控区域，再通过单片机的内部程序加工处理，就会控制驱动让声光警报部分发出警报以提醒人们。在警报维持了15秒后系统会自动停止，系统会再度开始循环的运行状态，来检测是否还存在有触发信号，等待着报警使得报警器能够维持连续的运行状态。当然，在警报信息还没有维持15秒的时候，也能够通过手工按键的方式来实现中断。
4.总结
本设计主要研究了基于单片机的防盗报警系统。这个报警系统的核心是AT89C51单片机，是系统运营的处理器，在外部链接热释电红外传感器，这是一种新型的被动式的红外线探测仪器，能够在远程不接触的情况下检测出人体发出的红外线，并且将这种辐射转变成相应的电流信号。同时还具有良好的抗干扰能力。在正常状态中，传感器输出的是低电平，一旦有人出现在监测区域中，低电平就会转变成高电平，然后输送到单片机处理器，成为一种触发信号，在通过处理器内部加工处理之后，单片机会将控制信号输出，控制声光警报设备发出信号。这个防盗警报系统最大的特点就是操作便捷简单，而且安装过程不负责，有着相当高的智能性。随着现代人安全保卫意识的提升以及现代科学技术的不断发展进步，报警系统必然会在将来得到更长远的发展。
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本文设计了一款办公室灯光自动控制器，实现办公室灯光的实时控制，自动判断是否开灯，最大程度的节电，避免人工控制中因管理不到位而造成电能的浪费。系统能自动感知人体以及外界照明情况的变化，由热释电红外传感器和光敏晶体管探测，信号传输到单片机，以控制和调节灯光。
1.控制系统结构
如图1所示，系统包括控制器主控芯片、电源模块、手动调节、灯光驱动电路、热释电红外传感器、数码管显示和光敏原件等模块。
热释电红外传感器感知办公室内是否有人类活动，然后针对这两种情况进行不同的灯光控制。在特殊情况下的用电要求的时候，光传感器连接主控单片机，对室内光线强度进行监控，手动控制灯光，可使灯保持一直开启或是一直关闭的状态。
数码管模块显示室内光线强度，并按照设定的时间进行无人倒计时。灯光驱动模块：光电耦合器实现光电之间的相互转化。220V交流电由电源模块输出后，又经过变压器、全桥整流、稳压、7805稳压，得到5V直流电。这个电流就是为单片机、传感器以及其他元器件提供电能的。
2.单元模块电路设计
2.1 电源电路设计
输入为220V交流电，输出为稳定的5V直流电。可以看出，这个电路的设计十分方便，并且能够输出稳定的电压，最大输出电流为1A，电路能带动一定的负载，具有实用性。具体电路如图2所示。
变压器的输入端连接到电源插头，变压器后接到桥式整流电路。由于整流后电压波动较大，所以连接一个330μF/25V的电解电容。三端稳压器LM7805输出5V的电压，其最大输出电流为1A，内部有限流式短路保护。为了滤波和阻尼，三端稳压器后连接一个10μF的电容。在最后，C2两端接了一个输出电源的插针，这使得它可以与用电端口连接。
2.2 数码管显示电路设计
当某一字段的阴极置高时，该字段不发光。把发光二极管的阴极全部连在一起，形成共阴极数码管。把公共极COM连接到地线GND，如果把某个发光二极管的阳极置高，对应的字段就被点亮；如果置低，该字段就不亮。数码管显示电路如图3所示。
2.3 感光电路设计
光敏器件采集环境光照信息，经过A/D转换后直接发送给主控单片机。感光电路如图4所示。
2.4 人体感应电路设计
人的体表温度通常为37℃左右，发出的红外线波长为10μm左右。人体发射的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。本系统采用CS9803GP热释电红外控制电路。电路通过连接了热释电红外传感器和少量外接元器件，可以起到开关的作用。
2.5 复位电路设计
本系统采用上电按钮复位方式，按下复位按钮前，第9管脚接地，输入低电平，按下复位按钮后，第9引脚点位提升到+5V，输入高电平，复位生效，单片机执行复位命令。复位电路的具体电路如图5所示。
2.6 时钟电路设计
由于在室内使用，所以该系统还受时间的控制，因此需要加入硬件时钟电路来确保系统的智能化运行。采用具有充电功能的时钟芯片DS1302作为RAM寄存器临时性存放数据，在停电时为时钟电路提供电源。
单片机和DS1302的连接电路如图6所示。在这里VCC2外接3.6V可充电的锂电池，作为DS1302的备用电源。VCC1外接+5V稳定电压，这是DS1302的主要电能来源。DS1302由VCC1和VCC2两者中较大者供电。系统正常运行时，VCC1是大于VCC2的，此时由VCC1给DS1302供电；主电源意外关闭的情况时，VCC2向DS1302供电，这是为了确保时钟的持续运行。X1和X2作为振荡源，外接32.768kHz的晶振。RST是复位片选线，如果把RST输入驱动置高，就会启动所数据传送。RST与单片机的复位信号相连。时钟输入端SCLK接单片机的P1.5引脚，实现时钟控制。
由于51单片机内部没有晶振源，所以需要外加晶振为单片机供应时钟信号。晶振两端接上负载电容构成三点式电容振荡是为了帮助晶振起振，C1，C2两个负载电容为30pF。当晶振提供的时钟信号稳定后，单片机就可以随着晶振的频率一步一步地从ROM中读取指令来执行程序。时钟电路如图7所示。
2.7 灯光驱动电路设计
光电耦合器由发光源和受光器构成灯光驱动电路如图8所示。
3.系统控制模块的软件设计
系统软件采用自上至下的设计，首先设计好主程序，然后将各部分展开形成子程序，最后对各个小模块分别进行设计和编程。
如图9所示，程序在运行之初，先进行系统初始化；然后光强度采集子程序读取数据，显示当前光线强度，判断是否到达极值，若高于极值则直接关灯，若低于极值则转入人体存在子程序进行判断，若有人则再次循环，若无人则开始倒计时；倒计时期间依然运行人体存在子程序判断，若有人则重新开始倒计时，若无人则一直倒计时到零，关灯，运行结束。
光敏电阻采集的光照度的模拟信号经A/D转换器将变换成数字位流以进行处理、传输等，并根据是否有人执行动作。单片机把实时监控检测采集的两路数据分别与设定值进行比较，然后根据结果判断是否有人启动相关开关。光照检测程序的流程图如图10所示。
结论
本系统以环境的光照强度、人体是否存在等外界环境为参数输入控制器，设计了室内灯光控制系统。实验证明，该系统大大降低了办公室灯所需电能，添加的时间控制参数，使办公室灯光的控制更加科学合理。系统采用AT89C52作为单片机主控单元，经过有关电路的驱动，实现了系统对照明设施的控制。感光元件选择光敏电阻，通过A/D转换，完成了系统对信息的采集。以CS9803GP作为热释电红外控制电路，增加了少量外接元器件共同形成了热释电红外开关，完成了对人体感应信息的采集。以MOC3023为光电耦合器，完成系统对灯光的驱动。整个系统通过数码管不停闪烁把工作状态显示出来，完成了系统对室内灯光的自动开与关的操作。本系统便于功能扩展，可移植性较好，有一定的市场广泛应用前景。
参考文献
[1]胡琥，陈彬，韩利红，等.基于人行为习惯的图书馆照明节能控制系统设计[J].建筑節能， 2015（3）：96-98.
【关键词】 RS232 过流 自动重合闸
前言
在电力供应中，过流跳闸现象是经常遇到的问题，线路故障中有90%都是由于都是瞬时过流导致的，如果能有效的解决由于瞬时过流导致的跳闸自动重合问题，将大大降低维护的成本，减少断电时间，保障电力的正常供给。本系统正是为解决由于供电线路瞬时过流跳闸现象而设计，它能在断路器因故障断开时，自动的进行重连，有效的减少瞬时过流产生的跳闸现象，保障供电系统的正常运行。
一、系统介绍
本次设计的自动重合闸系统，需要实现监测与显示功能、数据传输功能、报警功能、重合闸功能和设置功能。各功能具体要求如下：
（1）监测和显示功能。能够监测供电线路的传输电压和电流，电压监测范围0～AC255V，电流检测范围0～255A，并能将监控的数据在本机上进行显示。
（2）数据传输功能。能够利用RS232总线将采集的本机数据及重合闸的次数传输给监控主机，便于监控主机端操作人员掌握节点分机的供电状态。
（3）报警功能。当采集值超限或重合闸次数超限时，本机能够给出报警提示，有助于本地的线路维护。
（4）重合闸功能。能够在本机端断路器跳闸时进行自动重连，便于解决瞬间过流和过压引起的线路故障。当重连次数超过软件设置的上限时，自动锁死重连控制电路。
（5）设置功能。通过接收监控主机端下发的命令来对自动的重合闸次数与供电线路采集参数的上限报警值进行设置。
本系统选用AT89C51单片机作为主控芯片来展开设计。系统硬件由主控模块、输入采集模块、报警指示模块、通信模块、液晶显示模块、重合闸控制模块和电源模块构成。系统结构如图1所示。
二、自动重合闸控制系统的硬件实现
本设计将自动重合l系统的硬件分为主控模块、输出检测模块、输出控制模块和通信模块。以下将对自动重合闸系统的硬件实现过程进行具体说明。
2.1 主控模块设计
AT89C51单片机、晶振电路和系统复位电路和组成了本次设计的主控模块，电路如图2所示。
2.2 输入采集电路设计
输入采集电路包括供电线输出供电电压和供电电流的检测，通过检测值可以判断出供电电路是否工作正常。
（1）传感器选择
1、电流变送器选择的电流检测范围是0～600A，精度范围为+0.1%.F.S，输出接口选择4～20mA模拟量输出，供电电压为24V，实现对输出小于600A的供电电流的检测。
2、电压变送器选择电压输入范围是AC0-500V，精度范围为+0.2%，输出接口选择4～20mA模拟量输出，供电电压为24V，实现对输出小于500A的供电电压的检测。
（2）输入采集电路设计
本系统采用两个4～20mA输出的电压和电流变送器来进行输入采集电路设计。变送器的输出经过AD8420进行电压放大、模数转换后传送给单片机，通过单片机的处理，得到当前的供电电压和电流值。输入采集电路如图3所示。图中，变送器AI1上电后，将测量的供电电流转换成4～20mA的模拟信号输出，通过在输出端并联一个5Ω的采样电阻，使输出的电流信号转换为电压信号，该电压信号由AD8420放大50倍后再送入ADC0832，经过ADC0832转成数字信号传送给单片机。单片机通过对P3.2～P34引脚的控制可以得到和模拟量等比例输出的数字信号，并结合电流变送器的测量量程，便可计算出当前采集的电流值。供电线路电压值的采集原理与电流值相同。
2.3 输出控制电路设计
输出控制电路包括重合闸电路、液晶显示电路、蜂鸣器报警电路和LED指示电路，实现对采集数据的显示、过压/过流的指示、报警及自动重合闸的控制，整体电路如图4所示。
（1）重合闸控制电路设计
重合闸控制电路用于重新接通供电线路的供电电源，由K1继电器及其辅助电路构成。继电器的触点K1A接AC220V公共端，K1B常开触点接供电线路的接触线圈电源。正常状态下单片机的P2.6输出高电平，K1A和K1B的AC220V电压不对接触器进行控制。当检测到出现输入过压或过流时，P2.7引脚输出低电平，控制AC220作用在供电线接触线圈上，控制线圈吸合进行重合闸操作。
（2）报警指示模块电路设计
当采集值超过设置的正常电流电压范围时，由SP1蜂鸣器、Q2三极管灯组成的报警电路开始工作。当需要下发报警命令时，单片机控制P2.7引脚输出低电平，蜂鸣器的供电回路在Q2的控制下导通，蜂鸣器发出报警提示音。反之当P2.7输出高电平时，蜂鸣器供电回路被切断，蜂鸣器禁止发声。
（3）液晶显示模块电路设计
显示模块电路用于显示采集的供电电流、供电电压和自动重合闸次数。硬件设计中LCD1602与单片机的接口为11线并行接口。其中，LCD1602的数据线与单片机的P1口相连；写数据/命令寄存器RS和单片机的P3.5引脚相连；R/W寄存器和单片机的P3.6引脚相连；使能引脚E和单片机的P3.7引脚相连。
（4）LED指示模块电路设计
LED指示模块电路用于对供电线路的过流/过压进行指示。电路设计中单片机通过P2.4和P2.5引脚实现对两个指示灯的控制。当单片机的P2.4引脚输出低电平时，过流指示灯亮。当单片机P2.5的引脚输出低电平时，过压指示灯亮。
2.4 通信电路设计
通信电路用于将本机采集数据上传至监控主机，并从监控主机接收下发的修改命令对本机的报警参数、自动重合闸次数和重合闸监控时间进行修改。电设计中采用MAX232将单片机的串口电平转换成TTL电平来实现与RS232总线电平的匹配。MAX232的4组电荷泵引脚接12V的电解容，9脚和11脚与单片机的P3.0和P3.1相连。串口通讯电路如图5所示。
三、系统软件实现
3.1主程序设计
主程序流程图如图6所示。主流程首先对单片机各个参数进行初始化，初始化完成后，程序进入1个while（1）的循环体中，顺序执行如流程图所示操作。
3.2通信程序设计
（1）通信协议设计
本次设计通信双方进行数据传输的数据帧格式如表1所示，一帧数据由8字节组成。第1位为数据帧起始，用3AH表示；第2位为地址，用（00～15）表示，其中0默认为主机发送地址，其余为从机上传地址；第3位为标志位，用（00～03）表示，其中00代表主机下命令，01代表从机上传命令，02代表从机回复主机下发命令；第4位～第7位为4字节通信数据，本机在上传数据状态下第1个字节数据表示当前采集的电压值，在回复本机命令状态下表示当前的电压报警值；本机在上传数据状态下第2个字节数据表示当前采集的电流值，在回复本机命令状态下表示当前的电流报警值；第3个字节数据主机表示下发的重合闸次数，本机表示当前的重合闸次数；第4个字节数据主机表示下发重合闸时间间隔，本机表示当前的重合闸时间间隔。最后一位为帧结束，用CC表示。
根据通信协议可知，表1中数据表示主机下发电压报警值255V，电流报警命令255A，自动重合闸次数6次，自动重合闸时间间隔7min。
（2）本机通信流程
本机通信流程如图7所示。通信程序首先对数据的收发进行判断，若为数据发送，将需要发送的数据写入串口发送缓冲区，等待发送完成后，退出通信程序。若为数据接收，将串口缓冲区的数据读出，对新的设置值和重合闸设置值进行保存，便于主机进行设置值的更新。
四、Y语
本文完成了由AT89C51单片机和RS232总线控制的自动重合闸系统的软硬件设计，实现了对供电线传输参数实时监测，并能在供电线出现过压或过流跳闸故障时，实现重合闸的自动控制。
而且本系统应用RS232总线来实现主机和本机的数据通信，使主机能对本机监控端的供电线传输情况进行监测，简化了供电线故障定位的难度，降低了维护过程中出现人员伤亡的几率，对提高供电线故障维护工作效率发挥了积极的作用。
参 考 文 献
关键词：单片机；无线传感网络通信；模块设计；实现
随着不断发展的无线通信技术，在网络构建和数据传输的时候充分的应用了无线传感网络通信，有效的提升了无线网络的抗干扰能力和环境适应能力，在智能家居控制、物联网平台以及信号采集中得到了广泛的应用。
1.基于单片机的无线传感网络通信模块设计
根据单片机来设计无线传感网络通信模块，首先需要描述和分析系统的功能指标和总体结构，其中主要的控制模块就是单片机，传感器中的信号处理系统是由该模块中的电子信号控制器来充当的，这样就能够在信号控制器中完成通信和数据传输。S3C2440是电子信号的处理芯片，在这一模块中主要包含着软件设计和硬件设计两个部分，其中控制系统的核心主要是主控模块，由传感器的嵌入式智能控制、电源设计以及通信信号接入等部分共同构成无线传感网络通信信号检测模块[1]。无线传感网络通信模块性能指标主要表现在以下三个方面：一是调制准动态的信号控制范围是-20-+10dB之间，输出信号的幅度和测距增益放大量分别为5V和20dB；二是在无线传感网络通信传感基阵阻抗的通道采用的是八个通道异步或同步输入；三是其中滤波D/A转换的速率一般为300KHz，控制信号中的采样率一般控制在300KHz[2]。通过有效的分析无线传感网络通信模块中的技术指标和总体设计，就能够很好的设计出整个模块中的软件设计和电路设计。
2.无线传感网络通信模块中的硬件设计
在进行无线传感网络通信系统设计的时候，主要包括JTAG电路设计、AD电路设计、晶振电路设计、时钟电路模块设计以及传感其模块电路设计等部分，通过有效的建立和开发嵌入式平台，这样就能够完成设计硬件电路集成，将采集到的模拟通信信号数据很好的转换成相应的电信号，这样就能够实现通信信号输出和传感器数据感知[3]。在无线传感器网络通信模块中应用ADG3301实现通信信号滤波和AD/DA转换，并通过单片机来控制时钟，其时钟的电路负载电阻值为100R；封装则应用的是0805，这样与PPICLK相比较来说，ADCLK一般需要延迟6ns，同时时钟控制还能够很好的实现通信信号的高阶谱分离和时频特征采样；在时钟锁定设计的时候加强对PCI总线以及DSP处理器的应用，这样无线传感网络通信模块中转换模拟数据就能够得以实现[4]。图1表示的是通过AD接口对信号进行处理，实现设计传感器网络通信模块中的时钟电路示意图。在设计晶振电路的时候，应用S3C2440微控制器，实现无线传感网络通信的外部寄存器储存和数据采样。采用AD5545作为AD电路设计，其目的主要是为了在无线传感网络通信模块中实现检测、滤波和放大控制信息，原理框图如图2所示。
3.结语
在无线传感网络通信系统设计中，主要包括JTAG电路设计、AD电路设计、晶振电路设计等多个方面，通过设计硬件电路集成，来总体设计和描述无线传感网络通信模块，将通信模块技术指标全面的分析出来。通过实践结果可以看出，基于单片机来设计无线传感网络通信模块，其稳定性得到了有效的提升。
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关键词：单片机；AD574；电子秤；称重传感器
中图分类号：TP334 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）26-0218-03
Design of a Simple Electronic Scale Based on Single Chip Microcomputer and AD574
CHEN Ding-zhao
（School of Physical Science and Technology， Xiamen University， Xiamen 361005， China）
Abstract： In this paper， based on SCM and AD574 design a simple electronic scales. Electronic scale is gravity measurement device according to the mass of the object， based on the analysis of the measurement principle， choose the relatively simple 51 series microcontroller as the main control system， according to the measurement requirements of the design of the sensor circuit， AD conversion circuit， overrange alarm circuit， display circuit， keyboard circuit， according to the hardware circuit， completed the the corresponding software design. After testing， the simple electronic balance is simple， convenient and quick， and has a good application prospect.
Key words： Single chip microcomputer； AD574； electronic scale； weighing sensor.
电子秤是一种根据重力作用测量物体质量的检测装置，随着电子技术的发展，在国民经济的各个领域，电子秤的应用越来越广泛，对电子秤的要求也越来越高，本文根据当前电子秤的应用情况，分析采用单片机和AD574设计一款简易电子秤装置，在分析测量原理的基础上，选择了比较简单的51系列单片机作为主控制系统，根据测量要求设计了传感器电路、AD转换电路、超量程报警电路、显示电路、按键电路等，根据硬件电路，完成了相应的软件设计。
1 测量原理
电子秤一般由三部分组成，称重传感器、承重系统、传力复位系统。在这个基础上，分成了其他的硬件电路子单元，如单片机最小系统电路、传感器电路、AD转换电路、超量程报警电路、显示电路、按键电路、存储电路等。其测量原理是：将物体放置在承重系统的秤台上时，其重量参数会通过传感器，产生压力-电效应，转换为与其重量相对应的电信号，然后通过放大电路将电信号放大并经过AD处理，最后将信号输入给单片机处理，经单片机处理后，将输入信息显示在LCD上。测量的精度一般由称重传感器决定。
2 硬件电路设计
2.1 总体设计框图
根据其测量原理，设计整体硬件框图如图1所示。主要包含压力传感器电路模块、放大电路模块、AD转换模块、LCD显示器模块、阈值报警模块、单片机控制系统模块。
2.2 传感器电路设计
设计采用SP20C-G501电阻应变式传感器，称重传感器由组合式S型梁结构及金属箔式应变计构成，具有过载保护装置。过程设计中采用惠斯登电桥进行电压采集转换，它能抑制温度变化的影响，抑制干扰能力强，补偿方便简单，因此选用的传感器精度高、零漂小、工作稳定等。传感器原理图如图2所示：
其工作原理：用应变片测量时，将其粘贴在弹性体上。当弹性体受力变形时，应变片的敏感栅也随之变形，其阻值发生相应的变化，通过转换电路转换为电压或电流的变化。由于内
部线路采用惠更斯电桥，当弹性体承受载荷产生变形时，输出信号电压可由下式（1）给出：
[Eout=R2×R4（R2+R4）×R1R1+R2R2+R3R3+R4R4×Ein] （1）
2.3 AD转换电路设计
AD574是美国Analog Device公司生产的12位单片A/D转换器。它采用逐次逼近型的A/D转换器，最大转换时间为25us，转换精度为0.05%，所以适合于高精度的快速转换采样系统。芯片内部包含微处理器借口逻辑（有三态输出缓冲器），故可直接与各种类型的8位或者16位的微处理器连接，而无需附加逻辑接口电路，切能与CMOS及TTL电路兼容。AD574采用28脚双列直插标准封装。
图3 AD574芯片及与AT89s52的接线图
2.4 LCD显示电路设计
显示电路采用LCD显示。其驱动方式包括静态驱动、动态驱动。本设计采用动态驱动的方式，电路原理图如图4所示。
2.5 报警电路设计
报警电路采用有源蜂鸣器设计，只要通电流即可发声进行报警，在其两端并联一个反向的二极管，防止误报警。
3 程序设计
根据硬件原理分析和设计，软件同样分为几个部分：传感器信号采集部分、AD转换部分、显示部分和报警部分，其中数据处理部分最为重要，处理过程同样比较复杂。必须利用单片机的中断系统结构，如图6所示。
其主要部分程序代码如下：
#include
sbit CSPIN = P2^7； //93c46：CS
sbit SCKPIN = P2^6； //93c46：CLK
sbit SDOPIN = P2^4； //93c46：DATA OUT
sbit SDIPIN = P2^5； //93c46：DATA IN
void EEPROMByteWrite（UINT8 addr，UINT8 value）； //写值为value到地址addr中
void WriteRom（UINT8 addr，UINT8 value）； //写值为value到地址addr中，但不包括写允许和写禁止
UINT8 EEPROMByteRead（UINT8 addr）； //从93C46中读出地址为addr的值
UINT8 ReceiveByte（void）； //接收8位数据
void Sendsck（UINT8 c，UINT8 c1）；
void EEPROMByteWrite（UINT8 addr，UINT8 value）
{Sendsck（0x80，0x60）；//write enable
CSPIN=0；
_nop_（）；
_nop_（）；
WriteRom（addr，value）；
Sendsck（0x80，0x00）；//write disable
CSPIN=0；
_nop_（）；
_nop_（）；
SCKPIN=0；
Delay1ms（10）；}
UINT8 EEPROMByteRead（UINT8 addr）
{UINT8 value；
Sendsck（0xc0，addr）；
Delay1ms（1）；
value=ReceiveByte（）；
SCKPIN=0；
CSPIN=0；
Delay1ms（20）；
return（value）；}
void Writelong（UINT8 addr，UINT32 d）//写入一个LONG类型
{EEPROMByteWrite（addr，d>>24）；
EEPROMByteWrite（addr+1，d>>16）；
EEPROMByteWrite（addr+2，d>>8）；
EEPROMByteWrite（addr+3，d&0xff）；}
UINT32 Readlong（UINT8 addr）//读一个LONG类型
{UINT8 d8；
UINT32 d32=0；
d8=EEPROMByteRead（addr）；
d32|=d8；
d8=EEPROMByteRead（addr+1）；
d32
d32|=d8；
d8=EEPROMByteRead（addr+2）；
d32
d32|=d8；
d8=EEPROMByteRead（addr+3）；
d32
d32|=d8；
return（d32）；}
4 结论
本论文通过对电子秤的称重原理进行分析，在此基础上介绍了硬件设计和软件设计，最后完成了本简易电子秤装置的设计，采用高精度AD转换芯片AD574和实时处理的MCU-AT89C52单片机进行处理，精度高，操作简单，可推广性强。
参考文献：
[1] 潘佑华，林盛鑫. 基于51单片机的多功能电子秤设计研究[J].科技传播，2012（6）：188-189.
[2] 罗及红.一种高精度的电子秤设计[J].计算机测量与控制，2010，18（8）：1955-1958.
[3] 孙娜.基于单片机的便携式电子秤的设计[J].中国科技信息，2012（1）：98-100.
[4] 王德清.胡晓毅.贾宏.等.基于SPCE061A的高精密电子秤的设计[J].电子技术应用，2008，27（5）：83-86.
关键词 单片集成 压力传感器 信号处理
中图分类号：TP212 文献标识码：A
0前言
随着科学技术的迅速发展，传感器技术也逐渐应用到国民经济的各个领域，从汽车电子到医疗设备，传感器技术随处可见。因此，提高传感器和检测电路的整体性能是非常有必要的。集成单片硅传感器，有效地将传感器与放大、运算以及温度补偿等环节一体化，组装成一个器件，既减少了成本，又提高了可靠性。
1电路硬件设计
压力传感器混合信号调理电路包括模拟部分和数宇部分。模拟电路包含：恒流源电路、放大电路和滤波电路。其中，恒流源电路为压力传感器供电；放大电路对传感器的输出信号进行放大并归一化；滤波电路抑制放大输出信号中的干扰。数宇电路包括开关量控制电路和RS232通信电路，RS232通信电路主要用于下位机与上位机的通信。混合信号调理电路整体框图如图1所示。
1.1恒流源电路设计
用恒流源供电时，由于采用的传感器具有灵敏度温度自补偿功能，无需外加电路补偿，简化了电路，节省了成本，恒流源供电电路如图2所示。
图中C点电压Vc是稳定的电压，由运放的“虚短、虚断”原理可知：B点电压VB=VC，则给传感器供电的电流激励I=VB/R需要注意的是，运算放大器的负载包含传感器电阻桥和电阻R，其中电阻桥1、3端所对应的阻值很大，同时电阻桥的电阻值随温度而改变，因此这两端的压降也会很大，再加上R的压降后会更大，因此运算放大器输出电压的最大幅值必须足够大。
1.2运算放大电路设计
仪表放大器具有高输入阻抗、低输出阻抗、高共模抑制比。通常，由集成运算放大器构成的仪表放大器价格较低，适应性较宽；单片式结构在生产时已经调整到很高的精度，但是价格比较昂贵。为了降低成本，采用三运放仪表运算放大电路。
1.3滤波电路设计
干扰抑制包括RC滤波电路以及软件编写的数宇滤波。RC滤波电路是为了抑制广谱噪声和模数转换前的抗混叠噪声；而软件编写的数宇滤波是为了使单片机的采集信号更准确。
RC滤波电路采用二阶RC有源低通滤波电路，RC有源滤波器的谐振频率可由RC网络任意设定，网络的损耗由运算放大器补偿。
1.4 RS232通信电路设计
RS232通信是PC机与单片机用2根线方式进行全双工异步通讯。由于AVR单片机输入输出电平为TTL电平，PC机配置的是RS232标准串行接口，二者电气规范不一致，因此必须进行电平转换。MAX232芯片是一种新类型的电平转换器，仅需+5 V电源供电。这种电平转换器可将2路TTL电平转换成RS232电平，也可将2路RS232电平转换成TTL电平。
2软件设计
软件分2部分：单片机程序和上位机串口通讯程序。单片机程序要完成上电初始化、数宇滤波、ADC采集、开关量控制和与上位机的通讯。上位机将设定的开关量通过RS232电路传给单片机，并保存在EEPROM中，传感器输出的压力值经过混合信号调理电路放大以及归一化后，单片机对其进行模数转换，将转换得到的结果与EEPROM中的值比较，根据结果所在的开关阂值范围，打开相应的开关量。
上位机串口通讯程序实现开关量的设定功能。通讯过程中数据都是以宇符型进行传输，这样就能避免控制宇符和数据的重复，使通讯更安全。上位机的程序是用Visual C ++提供的MFC编写，MFC中的MSComm控件通过串行端口传输和接收数据Csl，为应用程序提供串行通讯功能。
3总结
本文提出对称结构的放大器结构具有较高的共模抑制比，能够减小传感器输出的零点漂移，并可通过调零电阻对零点漂移进行一定的补偿。而且输出线性度良好，能够很好地处理传感器的弱信号。本文工作对高性能单片压阻式压力传感器的设计具有重要的指导意义。
参考文献
[1] 程维维.基于薄膜体声波谐振器（FBAR）技术的无线传感集成系统研究[D].浙江大学，2015.
【关键词】单片机；PWM信号；DC-DC转换；输出
随着我国消费电子，特别是便携式电子设备的快速普及，对电源的需求快速增长，直流-直流变换器（DC/DC）广泛应用于远程及数据通讯、计算机、办公自动化设备、工业仪器仪表、军事、航天等领域，涉及到国民经济的各行各业。
一、硬件电路设计
系统设计框图如图1所示。本系统由微控制器模块、稳压控制模块、显示模块、直流电源模块、采样及信号处理等部分构成，形成闭环控制。输入DC12V，输出电压值可通过按键对其进行步进控制（±0.1V）。
1.三端可调稳压器设计
LM317是美国国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路。LM317的输出电压范围是1.2V至37V，负载电流最大为1.5A。它的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好。LM317内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。在本系统把LM317的调整端接到一个可编程电压上，实现可编程的电源输出。
2.采样及信号处理电路设计
由于STC12C5410AD单片机进行A/D转换时输入的电压范围是0-5V，因此在电路中采用电阻分压的方式对输出电压进行调理。
3.微控制器模块设计
设计是以STC12C5410AD单片机为核心部件，STC12C5410AD单片机是与MCS51单片机完全兼容的高速单片机，它包含了高性能的8路10位或8位ADC、80C51MCU内核、10KB EEPROM程序存储器、512B EEPROM数据存储器、等片内资源，同时还具有PWM波形输出的功能，它可以说是传统51单片机的升级版，在与传统51的兼容的前提下加入了更多的功能，这些硬件资源大大简化了本设计的电路设计。
电流电压的取样信号反馈到单片机的A/D输入端，经数字信号处理分析，单片机输出PWM信号，控制PWM稳压回路的LM317的调整端，实现可编程的电源输出。
4.键盘显示电路
显示采用LCD 1602液晶显示模块。LCD1602可以在LCD显示屏上完整显示32个英文字符和日文等一些字符，适合显示英文文字信息量较小的地方，可以清晰显示出同时还能显示英文名称和电压/电流单位，电压（三位数字：十位、个位、小数位），电流（三位数字：个位、两位小数）。通过单片机编程控制第四脚RS数据/命令选择端（H/L），第五脚R/W读/写选择端（H/L），第六脚E使能信号，从而实现显示效果。
键盘模块设计两个按键KEY1、KEY2，分别对应单片机的P1.5、P1.6口输入。KEY1键为电压“+”，KEY2键为电压“-”，当前电压增加0.2V，按一下KEY1和KEY2实现电压的（±0.1V）增大和减小。
5.驱动电路
单片机输出的PWM信号经过运算器放大后驱动LM317的调整端，实现DC-DC转换。
二、软件设计
根据本系统要求，首先完成整个系统的初始化，产生PWM控制信号以驱动LM317的调整端实现可编程的电源输出；检测有无电压输出以及输出电压的大小，完成A/的转化模块的初始化及A/D的转化，分成两路：一路进过处理后送显示电路，显示当前输出电压值，另一路根据输出电压值的大小经过PID控制算法处理，调整PWM波的占空比，使输出电压得到闭环控制。
三、结束语
本设计给出了降压型DC-DC电路的可行方法，通过仿真实验，设计出硬件电路板，同时通过相应的软件程序调试，实现了上述的功能，达到了预定的要求。
参考文献：
[1]刘楚湘.基于单片机的数控直流稳压电源设计[J].新疆师范大学学报(自然科学版),2007.
[2]祝敏.直流数控可调稳压电源的设计[J].电子器件应用,2008.
【关键词】单片机，计时，记分
本系采用单片机控制；具有比赛节数设置和24秒进攻倒计时功能；计时结束声光报警；比赛队名显示；掉电保护功能。
一、系统的总体方案设计
本系统的电路设计方框图如图1所示，它由五个部分组成：①控制部分采用单片机STC89C52；②显示采用高亮数码管和LED屏；③通过控制面板按键或手机、PC机设置队名和修改比分；④利用WIFI通信模块实现无线控制；⑤通过电铃和数字闪烁实现声光报警。
二、部分硬件电路设计
本设计的硬件电路由单片机最小系统、数码管显示电路、报警电路和参数设置、wifi通信模块等部分组成。
1.单片机的最小系统
单片机最小系统主要由电源、复位、振荡电路以及扩展部分等部分组成。
2.计时和计分显示电路
采用LED制作数码管，由七段组成，每段LED用8个发光二极管构成，每个笔画由独立的三极管开关电路控制，三极管的控制端连接到74hc245，通过245的片选控制实现数码管的位选控制。如图2所示。
3.电铃报警电路：
该系统采用单片机输出实时信号控制继电器电路，实现铃声报警，如图3所示。
4.wifi通信模块
采用低成本嵌入式UART-ETH-WiFi模块，基于通用串行口进行连接，利用TCP/IP协议进行通信，实现用户串口、以太网、无线网（WiFi）3个接口之间的转换。
三、软件设计
系统程序主要包括时间显示和计分显示两大部分，设计方案如图4所示。
四、结论
该计分计时系统根据篮球类比赛的特点进行了精心设计，采用单片机控制，选用高亮度LED制作大尺寸数码管，准确度高，亮度好，使用寿命长，采用无线或有线操控，具有操作简单，符合人体操作习惯，性能稳定，尺寸适中，使用灵活，物美价廉等特点，特别适用于小型体育场馆和训练馆。
参考文献：
[1]《单片机应用技术及项目化训练》 李庭贵主编 西南交通大学出版社 2009.1
[2]《基于单片机的篮球计时计分器的设计》 鹿玉红等 电脑知识与技术 2010.2
[3]《多功能篮球比赛计时/计分系统设计》 蔡翰志 自动化应用 2011.06
