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基于单片机的SPWM控制系统设计

基于单片机的SPWM控制系统设计
基于单片机的SPWM控制系统设计

本科毕业设计题目:基于单片机的SPWM控制系统设计

学院: 信息科学与工程学院

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摘要

论文主要目的建立基于单片的SPWM调控系统,即用单片机产生SPWM波,其中,脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形称为SPWM波。

本论文中主要是根据SPWM法的原理,即通过控制电路中开关器件的通断,使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等,并且在惯性环节上的效果基本相同,从而达到等效的效果。根据这个原理,先利用MATLAB计算出基波与载波的交点,计算出交点之间的持续时间,根据持续时间的值在单片机程序中建立一个数组,数组中的元素就是赋予定时器的初值,当定时器溢出时,输出电平自动翻转,继而查表,赋予下一个电平的持续时间,这样一直反复下去,就可以得到一个SPWM波形。最后在protues中仿真,在示波器中可以看到SPWM波的波形。

关键词:单片机;Matlab;查表;SPWM;仿真

Abstract

The main purpose of the paper to establish a SPWM regulatory system based on single chip microcomputer , namely, Using a single chip microcomputer to generates SPWM wave,Among them, the pulse width changed by the law of sine is equal to the sine wave,this PWM wave calls SPWM wave.

This paper is mainly based on the principle of SPWM law, namely, the switch-off device in the control circuit is on or off , So that the area of pulse voltage output and the area of the desired output sine wave in the corresponding sections are equal,And the effect on the inertia is substantially same, So as to achieve the equivalent effect, According to this principle, First using MATLAB to calculate the intersection of fundamental and carrier wave, Then calculating the duration between intersections, Based on the value of the duration ,Create an array in the microcontroller program, Elements in the array is initial value assigned to the timer, When the timer overflows, the output level will automatic reverse. Then look up table, Given the next duration of electrical level, Finally we simulate in protues ,then you can see the SPWM wave on the oscilloscope..

Key words:Single chip microcomputer; MATLAB; Look-up table; SPWM; The simulation

目录

1 绪论 (1)

1.1 研究的背景及意义 (1)

1.2 研究目的及内容 (2)

2 主电路工作原理 (4)

2.1 PWM控制的基本原理 (4)

2.2 SPWM法的基本原理 (5)

2.3 PWM控制方法 (5)

2.3.1 计算法 (5)

2.3.2 调制法 (6)

2.4 同步调制和异步调制 (6)

2.4.1 异步调制 (6)

2.4.2 同步调制 (6)

2.5 规则采样法 (7)

3 单极性和双极性PWM控制逆变电路分析 (9)

3.1 单相桥式PWM逆变电路 (9)

3.1.1 原理图 (9)

3.1.2 单极性PWM控制方式 (9)

3.2 双极性PWM控制方式 (10)

4 基于MATLAB的分析以及交点计算 (12)

4.1 MATLAB简介 (12)

4.2 查表产生SPWM波理论分析 (12)

4.3 Matlab计算程序及仿真图形结果 (13)

5 单片机程序设计 (19)

5.1 AT89C52介绍 (19)

5.2 程序设计流程图 (22)

5.3 C语言实现程序 (23)

5.3.1 程序运行软件Keil uVision2简介 (23)

5.3.2 主程序 (24)

5.3.3 中断程序 (25)

5.4 仿真工具protues介绍 (25)

5.5 仿真电路图 (26)

5.6 仿真显示 (26)

6 结论 (28)

参考文献 (29)

致谢 (30)

1 绪论

1.1 研究的背景及意义

随着科技的飞速发展,逆变器的使用越来越广泛,逆变器能够将直流电源转换为具有所需输出电压和频率的交流电源。在换流器模式下,能够操作相位的转换器被称为线换向逆变器。但线路换向逆变器要求在输出端存在有用于换向的交流电源。这意味着线路换向逆变器不能用作隔离式AC电压源或变频发电机直流电源。因此,在整流逆变器的交流侧电压电平,频率和波形不能被改变。另一方面,换向力的逆变器提供了一个独立的电压可调和频率可调的交流输出电压,并因此更广泛的应用。逆变器的输入电源是从现有的供电网络,或从旋转交流发电机通过整流器或电池,燃料电池,或从光伏阵列或磁流体动力发生器获得的。滤波电容器通过逆变器的输入端来提供一个恒定的直流链路电压,因此,该逆变器是一个可调节频率的电压源。逆变器可大致分为两种类型,电压源和电流源逆变器。电压反相器(VFI)或电压源逆变器(VSI)是其中一种具有小的或可忽略不计阻抗的直流源的逆变器。其在输入端上的电压是恒定的,电流源逆变器(CSI)被从高阻抗直流源获得的可调节的电流反馈回来,因此还是一个恒定的直流调节电流。其中,PWM技术在逆变器电压源中起着至关重要的作用。

PWM技术的发展使得对电动机转速或者说速度的控制更加容易,它可以通过控制PWM波的占空比,从而控制电动机的转速。由于几乎所有的逆变电路中都要通过用到PWM技术把直流电转化为交流电,所以在电力电子技术中,PWM 技术是必须掌握的一门技术。脉宽调制技术是根据各个负载调制FET栅极或集体管理的基极偏置的变化是正向偏置或反向偏置和晶体管的开启时间,来控制模拟开关电源电路的输出控制模式,该模式可使电源电压的变化趋于稳定,其工作方式是利用单片机来离散控制的非常有效的输出技术。控制简单灵敏和动态响应好的的PWM技术在电力电子技术被广泛应用,并且被人们紧密关注,研究,也是大学电子学中必学的一部分。由于对具有控制电流是否导通功能的开关器件的研究越来越深入以及让对它们的使用更加广泛,PWM技术在电力电子技术行业,如:风力发电系统、电机调速系统、直流供电系统等领域也得到使用。

目前已经提出并且被人们经常使用的PWM控制方案就超过数十种。起初,PWM控制方案就几种,但是在随着微处理器的研究发展,并且在应用于PWM 技术之后,控制方案就开始日益增多,并且要求也越来越高。PWM控制技术发展逐渐完善。并且越来越多的控制方案被提出,研究氛围越来越浓厚。而且不少方法已经趋于成熟,有许多已经被人们应用于实际应用中。

在通信领域,由于PWM控制有具有很强的抗干扰力,在输入端,人们一般

先把模拟信号转换为脉宽宽度调制信号,然后在输出端再转换回来,并且通过低通滤波器滤掉高次谐波,这样可以大大延长通信距离。由于PWM不仅能够具有低通滤波器的特点能够滤除高频波,还能够实现交流和直流之间的相互转换,因此,它还应用于调速交流驱动器,感应加热,待机飞机电源,UPS(不间断电源)等等其他能量变换系统中。

SPWM即正弦脉宽调制被广泛应用于电力电子,从而获得数字化电源,以致能够可以通过接通和断开电源开关来产生离散的电压脉冲信号.几十年内脉宽调制逆变器在电力电子方面作为主要选择而用于电源调控,由于其电路简单,坚固耐用并且容易控制所以SPWM开关技术在工业应用中也被经常使用。SPWM技术的特征是恒定幅度的脉冲在每个周期中具有不同的占空比为。通过对脉冲的宽度进行调制,从而进行对逆变器输出电压控制,并减少它的谐波含量,正弦脉宽调制或SPWM是在电机控制和变频器应用大多使用的方法,在单极和双极PWM 控制发展中SPWM电压调制型被选择,因为这种方法提供了有效地加倍逆变器电压的开关频率的优点,从而使输出滤波器更小,更便宜且更容易实现,以往,为了产生该信号,三角波作为载波信号与正弦波相比,且其频率为期望的频率。

然而,国外对于SPWM控制的研究要远远领先于国内,它已经经历三了发展阶段,第一个发展阶段是采用晶闸管作为开关器件,然而由于晶闸管抗干扰性差,容易发生错误的导通,并且它的动态过度能力差,容易在预计关闭导通的地方继续导通,所以这个时代很快的就结束了。第二个阶段是采用自动关断器件作为开关器件,第三个阶段是采用实时反馈控制技术,使逆变电源的性能得到提高。

近年来,由于单边机体积小,功能多,又便宜,集成度又高,所以人们对单片机的研究越来越深入,并且单片的应用范围也越来越广泛,使得人们看好两者之间的结合,于是开始对基于单片机的SPWM控制系统也开始进行研究。所以,基于单片机的SPWM控制系统的研究是非常必要的。

1.2 研究目的及内容

所谓PWM控制技术,是一种能够控制电压幅值、控制频率大小以及消除高次谐波的一门技术,它通过利用开关器件的开通和关断能把直流电压变成具有一定形状的电压脉冲序列[1]。长久以来,人们对自关断器件的研究已经发展到一定地步,其为PWM技术的发展铺平了道路,并且PWM技术可以改善输出波形,从而减小脉动、降低谐波损耗,同时使逆变器的结构变得更加简单,使调节速度变快,系统的动态响应性能更好。所以当代几乎所有的变频调速装置都是采用PWM技术。

PWM技术可以通过对晶闸管,二极管,场效应管的控制不仅可以把直流电转换为交流,也可以把交流电转化为直流电,人们对PWM整流器的开发研究已经取得很大进展,利用PWM技术以实现把直流电流转化成正弦化的电流,且使

其电网的有用功功率非常高。所以、PWM整流器被人们称为对电网控制无污染的“绿色”变流器。

脉冲宽度调制技术是一种根据场效应管沟道内的载荷的变化来调制场效应管正偏或反偏,根据晶体管导通时间来决定输出电压的幅值,这样就不需要时时刻刻改变输入电压的幅值,仅仅只需要改变开关导通的时间,这样就可以稳定的调节输出电压,从而使对电压的调节更加方便,更加稳定。

近年来,由于计算机控制技术的研究越来越深入,数字PWM控制技术已逐渐取代了模拟PWM控制技术,已成为电力电子设备中使用的主要技术。由于PWM技术的发展进步,使得交流电机调速性能不断提高的。其中,三个开发规则的叠加空间矢量PWM控制方法被广泛采用的准最优PWM控制方法的人采样PWM控制方式和电压谐波的基础上,和这两种控制方法可以很容易地控制,计算简单,易实现。脉宽调制技术是根据各个负载调制FET栅极或集体管理的基极偏置的变化是正向偏置或反向偏置晶体管的开启时间根据模拟开关电源电路的输出控制模式,该模式可使电源电压的变化输出电压时钟稳定的条件下,在工作方式改变是利用微处理器以离散模拟电路控制的非常有效的技术的数字输出。本次研究的目的就是利用单片机产生SPWM波。,

2 主电路工作原理

2.1 PWM控制的基本原理

PWM控制的基本原理:形状不同当时波形随时间的积分即面积或者说是冲向相等的输入脉冲波形经过惯性环节可以或得获得的输出波形几乎一样,既输出环节的响应基本相同。如果把各输出波形在傅里叶变换后进行分析,则可以看出其低频段非常接近原有波形,仅在高频段略有不同[1]。如图2.1所示的三个波形不相同,电压随时间的积分大小为1个三个脉冲,当它们分别加在如图2.2 (a)所示的同一个R-L环节上时,则其输出响应波形基本相同。其中脉冲为冲激脉冲函数时,环节的响应即为(d)图的电路输出与输入之比的系统函数。它们的输出波形基本相同且如图2.2(b)所示。

(a)(b) (c) (d)

图2.1 冲量相等、形状不同的窄脉冲

(a)(b)

图2.2 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲及响应波形

2.2 SPWM法的基本原理

脉冲幅值相等并且脉冲宽度按正弦规律变化并与正弦波等效的PWM波称为SPWM(sinusoidal PWM)波形[1]。

如图2.3所示,通过对如图的波形的截止频率除以一个确定数据后,如K,就可以分成K个等份,它可以被认为是由K个靠在一起的矩形脉冲所组成的波形,这些幅值不相等的脉冲波形的宽度个个都相等。如果把它用如图所示的幅值相等,而脉冲宽度个个不相等的矩形脉冲来代替这些脉冲序列,使矩形脉冲和正弦波部分的中点重合,并且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积相等,则可得到如图所示的矩形脉冲序列,这就是SPWM波形[1]。

一般使用的PWM开关技术逆变器具有一个直流输入电压,它通常幅度恒定。逆变器的工作是控制该输入电压和输出交流的幅度和频率。有迹象表明,脉冲宽度调制可以被输出是交流电源的模型通过许多不同的方式实现。一种常用技术称为正弦脉宽调制技术。为了输出一个正弦波形在一个特定的频率下特定的正弦控制信号频率,一般需要与一个三角波形相比较。在使用SPWM波进行调制时,畸变系数和低次谐波被显著降低。。

图2.3 用PWM波来代替正弦半波

2.3 PWM控制方法

2.3.1 计算法

计算法就是在知道输出波形的频率,幅值,以及半个周期内的脉冲个数之后,计算出他们离散的宽度和间距的实际值,从而准确的控制开关的通断时间,来控制PWM波的占空比,得到所需要的波形[1]。

2.3.2 调制法

调制是以基波作为调制信号,把接收到的调制信号作为载体,通过调节基波

以获得所需的输出波形。,由于对称的等腰三角形波有着线性关系的高度和宽度,

所以可以在任何一个的基波与载波的交点,通过对电路接通和断开开关器件,来

控制电平高低,以获得更平缓调制信号,并且到的脉冲宽度与信号振幅成正比,

这正好符合PWM 控制的要求,所以三角波用得较多。

2.4 同步调制和异步调制

所谓载波比,就把载波频率c f 与调制信号频率r f 之比c r f N f [1],人们把

PWM 调制方式据基波与载波的变化情况是否一致分为载波比保持一致的调制方

法和载波比不保持一致的两种调制方式,即同步调制和异步调制。虽然同步调试

模式比异步调试复杂得多,但是使用电脑容易实现控制。

2.4.1 异步调制

所谓异步调制、就是调制信号和载波信号的波形变化不保持同步,即初相和

相位可能不同的调制方式。在异步调试方式下,载波频率c f 一般固定不变,所以

当信号波频率 变化时,载波频率与基波频率的比是随着r f 的变化而变化的。随

之在信号波的2/T 内, 波的脉冲个数以及相位也会发生变化,致使正负半周期

以及半周期内前后1/4周期的脉冲个数和相位不对称。而当r f 较低时,载波频率

与基波频率的比值较大,致使脉冲数量较多,使得脉冲不对称对波形的输出影响

不大,使得输出 波的效果与正弦波相似。同理,当r f 变大时,载波频率与基波

频率的比值减小,一个周期内的波数减小, 脉冲波形不能够保持对称,致使输

出波形受到扰动,同时输出PWM 波和基波相比,前面所提到的冲量(面积)明

显不一致,并且对于三相PWM 型逆变电路来说,其输出波形也收到严重影响,

其对称性也被严重破坏。因此,在异步调制时,为了在高频响应时,载波和基波

的频率之比能够很大,一般都使用较高频率的载波。

2.4.2 同步调制

所谓同步调试,就是载波比N 等于常数,载波和基波的变化保持一致的方

式。

在基本的同步调试方式中,即使r f 变化,载波比N 也保持不变,即N 是不

变的,载波和基波的频率保持一致,所以,一个周期内的输出波形数量是保持不

变的。在三相PWM 逆变电路中,一般公用一个三角波作为载波,如本设计中就

是如此,公用一个三角波载波,2个不同的基波。这样可以使三相输出波形严格

对称,从而跟容易计算。为了使读者更加容易理解。这里给出了如图2.4所示,

同步调制时N=9时的三相PWM 波形。

当电路输出频率很低时,由于在同步调试下载波频率与基波频率的比值应该

保持一致,所以此时c f 也很低,然而当c f 过低时,容易产生不利的影响。相应

的,同步调试的频率在当输出频率很高时也会变得非常高,这样,一般的开光器

件不能在这么高的频率范围内工作,所以一般不能在高频率范围内使用。

图2..4 同步调制三相PWM 波形

2.5 规则采样法

规则采样法是一种与通过确定基波与载波的交点,开通和关断开关,控制电

压的波形。如图2.5所示,当用三角波作为载波对在其顶点或低点的位置对正弦

波进行采样时,脉宽就可以由阶梯波与三角波的交点来确定,由于在一个载波周

期内交点的位置是对称的,这种方法称为对称规则采样[1]。

图2.5 规则采样法生成SPWM 波的原理图

假设三角波的幅值为1,正弦函数为()sin r U M wt = ,M 为调制度且

0

()

2

1sin 222c

M wt t T +=

其中,c T 为三角载波周期,2t 为脉冲宽度。

所以矩形波开通时间为:()()21sin 2c M wt T t +=

将上式离散化后可得: 22sin(

)1)2l M N t π+=

式中, c T 为周期,l 为第l 个SPWM 波,N 为采样的总个数

3 单极性和双极性PWM 控制逆变电路分析

3.1 单相桥式PWM 逆变电路

3.1.1 原理图

图3.1 单相桥式PWM 逆变电路

3.1.2 单极性PWM 控制方式

1.单相桥式PWM 逆变电路(调制法)

1.1电路工作过程

a )工作时1V 和2V 在一个时刻只有一个是开通,另外一个是关断的,同理3V 和

4V 也一样,比如在0U 负半周,3V 导通,4V 关断,1V 和2V 随着时间的变化一个开通,

一个关断。

b )负载电流落后于电压,即电压比电流要先到达零点,在电压大于零的时

候,负载电流有大于零的部分也有小于零的部分,在负载电流大于零的时候,1

V 和2V 导通时,0d U U =。4V 关断时,通过1V 的电流不能再流向4V ,只能经过电组,

电感,和第三个二极管回流,0U =0。此时,当电流减下到0以下后,仍为1V 和4

V 导通时,因为 0i 小于零,故0i 只能从第四个二极管流经电感,电阻,到第一个

二极管,此时仍有0d U U =。当4V 关断,3V 开通后,0i 只能从3V 流向电感和电阻,

再到第一个二极管回流,此时0U =0。据上所述,如论是哪一种关断组合, o U 都

是高电平和0之间的一种。同理在0U 的负半周,在2V 开通1V 关断的状态下,,3V 和

4V 在一个时刻一定是有一个开通,另外一个关断,无论是哪一种情况,负载电压

都只能是负电平和零电平的一种。

1.2.控制方式

如图3.2所示,调制信号r u 为标准的正弦波,有正有负,而这里的载波三角

在基波大于0的区间只有正半轴幅值,而在基波小于0区间只有负半轴幅值。

a)在r u 的正半周时,1V 保持通态,2V 保持断态,当r c u u >时,使4V 导、3V 关

断,0d u u =。当r c u u <时,使4V 关断、3V 导通,00u =。

b)在r u 的负半周时,1V 保持断态,2V 保持通态。当r c u u <时,使3V 导通、4

V 关断,0d u u =-。当r c u u >时,使3V 关断、4V 导通,00u =。

图3.2 单极性PWM 控制方式波形

3.2 双极性PWM 控制方式

如图3.2所示,双极性PWM 控制方式也是和单极性PWM 控制方式是通过

在基波正弦波和三角波交点时刻控制各开关器件的通断,来控制电压的正负,以

及控制其导通时间,即占空比,但是不同的是它的载波三角波是双极性的,是有

正有负的。

a )如图所示的三角波载波,不像单极性的三角波载波一样只有正幅度,双

极性的三角波载波还有负幅度,因此,所得的PWM 波也不像单极性下只有正幅

度,而是在正负之间交替变化的,因此它的电位只在正电位和负电位之间变化。

b)在r u 的正负半周期内,对三极管和二极管的控制和单极性方式一样。

c )当r c u u >时,1V 和4V 导通,2V 和3V 关断,这时如0i >0,则1V 和4V 通,如

0i <0,则1VD 和4VD 通,不管哪种情况都是0d U U =.当r c u u <时,2V 和3V 导通,1

V 和4V 关断,这时如0i <0,则2V 和3V 通,如0i >0,则2VD 和3VD 通,不管哪种情况都

是0d u u =-。

图3.3 双极性PWM 控制方式波形

4 基于MATLAB的分析以及交点计算

4.1 MATLAB简介

MATLAB是美国mathworks公司开发的目前国际上应用最广泛,最受欢迎的商业工程计算软件,其数学运算能力强大,并集成了二维和三维图形功能,并提供了一种高级编程语言,因此可以用于矩阵运算、完成相应数据分析以及数值可视化的工作,主要包括Matlab和Simulink两大部分。Matlab是矩阵实验室

Mathmatica和Maple并称为三大数学软件。由于(MatrixLaboratory)的简称,s

我们可以用画出各种图形,并且在一个界面画出多个图形,设定每个图形的颜色,画图线段的方式如实线,点画线,虚线,并且能够在旁边注解,除此以外,它还可以满足各种计算要求,图像处理功能强大,易于操作,对一些控制过程进行仿真,调控,优化等等一系列优点,所以在系统的设计,分析以及仿真,和更多领域中都要用到。

4.2 查表产生SPWM波理论分析

当SPWM采用频率刚好是基波的整数倍时,可得到与基波效果近似的输出波形。

查表法就是根据Matlab计算基波和载波的交点从而通过计算可以得到输出矩形波形的高电平和低电平的持续时间,即占空比,从而在c语言编程时用数组来表示高低电平持续时间,通过编写对应程序来查表进而在中断程序中赋予定时器初值,当中断溢出时,电平翻转从而就可以控制输出端口高低电平持续时间,从而产生SPWM波。如图4.1所示,本设计采用的双极性PWM控制方式。

图4.1 查表法原理采用的双极性控制方式

根据上叙对Matlab的介绍,我们知道Matlab是一个处理图形,分析计算的非常强大的软件。在本次设计中就需要计算正弦波与三角波的交点,因此控制通过使用对交点的值,以及其持续时间进行计算,可以快速方便的得结果。在判断2个波形之间的交点时,可以借助数学领域上的知识来给定。所谓交点,就是在交点附近时刻两函数之差值的绝对值趋于0或许某一精度,而在交点附近的极小区域,离交点越远,差值的绝对值逐渐增大[2]。

4.3 Matlab计算程序及仿真图形结果

以下子程序为计算交点的程序,多次选择精度后,当设置此精度prec时,

效果最理想,载波数据

1

1

(2***10(),0.5)

1000

L sawtooth pi f x

=+。基波数据

23

*sin(2***) 4

L pi f x =,

34

*sin(2***) 9

L pi f x

=,()

i

t为交点时刻数据。

f=50;

step = 0.00000001;

from = 0;

to = 0.02;

% plot

x=from:step:to;

L1=sawtooth(2*pi*10*f*(x+1/1000),0.5);%三角波载波

L2 =3*sin(2*pi*f*x)/4;%正弦波基波

L3 =4*sin(2*pi*f*x)/9;%正弦波基波

plot(x,L1,'blue',x,L2,'red',x,L3,'magenta');%画出基波和载波

legend({'L1','L2','L3'},'location','NorthWest');%注释放在左上方

title({'曲线交点图', 'L1=sawtooth(2*pi*10*f*(x+1/1000),0.5)','L2=3*sin(2*pi*f*x)/4','L3

=4*sin(2*pi*f*x)/9'});%标题

xlabel('x');%x轴

ylabel('y');

%找交点

mCount = 0;

n=0;

m=0;

prec=0.00001;

display(strcat('L1与L2曲线的交点:'));

for n=1:length(x)

if(abs(L1(n)-L2(n))

mCount = mCount + 1;

m=m+1;

t(m)=x(n);

display(strcat('第',num2str(mCount),'交点是:'));

if mCount==1

display(strcat('(',num2str(x(n)),',',num2str(L1(n)),')'))

else

display(strcat('(',num2str(x(n)),',',num2str(L1(n)),'),第',num2str(mCount),'与',num2str(mCount-1),'交点电平持续时间:',num2str(t(m)-t(m-1)),'ms'))%显示高或低电平持续时间

end

lh = line([x(n) x(n)],[min(min(L1),min(L2)) L1(n)]); %横坐标

set(lh,'color','green');

set(lh,'LineStyle','--');

text(x(n),L1(n),strcat('P_',num2str(mCount),'(',num2str(x(n)),',',num2str(L1(n)),')'));%在交点处显示坐标

end

end

display(strcat('L1与L3曲线的交点:'));

jCount = 0;

t=0;

j=0;

for i=1:length(x)

if(abs(L1(i)-L3(i))

jCount = jCount + 1;

j=j+1;

t(j)=x(i);

display(strcat('第',num2str(jCount),'交点是:'));

if jCount==1

display(strcat('(',num2str(x(i)),',',num2str(L1(i)),')'))

else

基于51单片机系统设计

基于51单片机的多路温度采集控制系统设计 言: 随着现代信息技术的飞速发展,温度测量控制系统在工业、农业及人们的日常生活中扮演着一个越来越重要的角色,它对人们的生活具有很大的影响,所以温度采集控制系统的设计与研究有十分重要的意义。 本次设计的目的在于学习基于51单片机的多路温度采集控制系统设计的基本流程。本设计采用单片机作为数据处理与控制单元,为了进行数据处理,单片机控制数字温度传感器,把温度信号通过单总线从数字温度传感器传递到单片机上。单片机数据处理之后,发出控制信息改变报警和控制执行模块的状态,同时将当前温度信息发送到LED进行显示。本系统可以实现多路温度信号采集与显示,可以使用按键来设置温度限定值,通过进行温度数据的运算处理,发出控制信号达到控制蜂鸣器和继电器的目的。 我所采用的控制芯片为AT89c51,此芯片功能较为强大,能够满足设计要求。通过对电路的设计,对芯片的外围扩展,来达到对某一车间温度的控制和调节功能。 关键词:温度多路温度采集驱动电路 正文: 1、温度控制器电路设计 本电路由89C51单片机温度传感器、模数转换器ADC0809、窜入并出移位寄存器74LS164、数码管、和LED显示电路等组成。由热敏电阻温度传感器测量环境温度,将其电压值送入ADC0809的IN0通道进行模数转换,转换所得的数字量由数据端D7-D0输出到89C51的P0口,经软件处理后将测量的温度值经单片机的RXD端窜行输出到74LS164,经74LS164 窜并转换后,输出到数码管的7个显示段,用数字形式显示出当前的温度值。89C51的P2.0、P2.1、P2.2分别接入ADC0809通道地址选择端A、B、C,因此ADC0809的IN0通道的地址为F0FFH。输出驱动控制信号由p1.0输出,4个LED为状态指示,其中,LED1为输出驱动指示,LED2为温度正常指示,LED3为高于上限温度指示,LED4为低于下限温度指示。当温度高于上限温度值时,有p1.0输出驱动信号,驱动外设电路工作,同时LED1亮、LED2灭、LED3亮、LED4灭。外设电路工作后,温度下降,当温度降到正常温度后,LED1亮、LED2亮、LED3灭、LED4灭。温度继续下降,当温度降到下限温度值时,p1.0信号停止输出,外设电路停止工作,同时LED1灭、LED2灭、LED3灭、LED4亮。当外设电路停止工作后,温度开始上升,接着进行下一工作周期。 2、温度控制器程序设计 本软件系统有1个主程序,6个子程序组成。6个子程序为定时/计数器0中断服务程序、温度采集及模数转换子程序ADCON、温度计算子程序CALCU、驱动控制子程序DRVCON、十进制转换子程序METRICCON 及数码管显示子程序DISP。 (1)主程序 主程序进行系统初始化操作,主要是进行定时/计数器的初始化。 (2)定时/计数器0中断服务程序 应用定时计数器0中断的目的是进行定时采样,消除数码管温度显示的闪烁现象,用户可以根据实际环境温度变化率进行采样时间调整。每当定时时间到,调用温度采集机模数转换子程序ADCON,得到一个温度样本,并将其转换为数字量,传送给89C51单片机,然后在调用温度计算子程序CALCU,驱动控制子程序DRVCON,十进制转换子程序MERTRICCON,温度数码显示子程序DISP。

基于51单片机课程设计

基于51单片机课程设计报告 院系:电子通信工程 团组:电子设计大赛1组 姓名: 指导老师:

目录 一、摘要 (3) 二、系统方案的设计 (3) 三、硬件资源 (5) 四、硬件总体电路搭建 (13) 五、程序流程图 (14) 六、设计感想 (14) 七、参考文献 (16) 附录 (17) 附录 1 程序代码 (17)

一、摘要 本设计以STC89C51单片机为核心的温度控制系统的工作原理和设计方法。温度信号由温度芯片DS18B20采集,并以数字信号的方式传送给单片机。文中介绍了该控制系统的硬件部分,包括:温度检测电路、温度控制电路。单片机通过对信号进行相应处理,从而实现温度控制的目的。文中还着重介绍了软件设计部分,在这里采用模块化结构,主要模块有:数码管显示程序、键盘扫描及按键处理程序、温度信号处理程序、led控制程序、超温报警程序。 关键词:STC89C51单片机 DS18B20温度芯片温度控制 ,LED报警提示. 二、系统方案的设计 1、设计要求 基本功能: 不加热时实时显示时间,并可手动设置时间; 设定加热水温功能。人工设定热水器烧水的温度,范围在20~70度之间,打开开关后,根据设定温度与水温确定是否加热,及何时停止加热,可实时显示温度; 设定加热时间功能。限定烧水时间,加热时间内超过温度上限或低于温度下限报警,并可实时显示温度。 2、系统设计的框架

本课题设计的是一种以STC89C51单片机为主控制单元,以DS18B20为温度传感器的温度控制系统。该控制系统可以实时存储相关的温度数据并记录当前的时间。其主要包括:电源模块、温度测量及调理电路、键盘、数码管显示、指示灯、报警、继电器及单片机最小系统。 图1 系统设计框架 3 工作原理 温度传感器 DS18B20 从设备环境的不同位置采集温度,单片机STC8951获取采集的温度值,经处理后得到当前环境中一个比较稳定的温度值,再根据当前设定的温度上下限值,通过加热和降温对当前温度进行调整。当采集的温度经处理后超过设定温度的上限时,单片机通过三极管驱动继电器开启降温设备(压缩制冷器) ,当采集的温度经处理后低于设定温度的下时 , 单片机通过三极管驱动继电器开启升温设备 (加热器) ,这里采用通过LED1和LED2取代!!! 当由于环境温度变化太剧烈或由于加热或降温设备出现故障,或者温度传感头出现故障导致在一段时间内不能将环境温度调整到规定的温度限内的时候,单片机通过三极管驱动扬声器发出警笛声,这里采用HLLED提示。

单片机课设(三篇课设均带带仿真图和源程序代码)

12232 LCD PROTEUS仿真(51C) 12232在proteus 里模型用关键字P ,“12232”查不出LCD的,要用1232 查找。 好不容易得到模型,编写程序,一直不能成功。第一个字符正常,后面的就乱了。最后才明白:12232的模型和实物不一样,共4页(这和实物一样),每页只能从地址0开始,水平方向从左往右显示。另外,按实物的程序,仿真中显示是相反的,所以初始化时应改为反向显示,仿真显示才正常。 //12232LCD proteus仿真 //2012 01 20 E:\DPJ_C\12232\12232UV4\12232_2C.C #include #include #include"chr16.h" #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define LCD_DB P0 sbit E2=P3^5; sbit E1=P3^6; sbit A0=P3^7; void WR_Mcom(uchar i) { E1=1; _nop_();

A0=0; _nop_(); _nop_(); LCD_DB=i; _nop_(); _nop_(); E1=0; _nop_(); _nop_(); } void WR_Mdat(uchar i) { E1=1; _nop_(); _nop_(); A0=1; _nop_(); _nop_(); LCD_DB=i; _nop_(); _nop_(); E1=0; _nop_(); _nop_(); } void WR_Scom(uchar i) { A0=0; _nop_(); _nop_(); E2=1; _nop_(); _nop_(); LCD_DB=i; _nop_(); _nop_(); E2=0; _nop_();

单片机最小系统设计

单片机最小系统设计 时间:2011-05-01 22:47:54 来源:作者: 单片机最小系统设计 该单片机最小系统具有的功能: (1)具有2位LED数码管显示功能。 (2)具有八路发光二极管显示各种流水灯。 (3)可以完成各种奏乐,报警等发声音类实验。 (4)具有复位功能。 功能分析 (1)两位LED数码管显示功能,我们可以利用单片机的P0口接两个数码管来现这个功能;(2)八路发光二极管显示可以利用P1口接八个发光二极管实现这个功能; (3)各种奏乐、报警等发声功能可以采用P2.0这个引脚接一蜂鸣器来实现。 (4)利用单片机的第9脚可以设计成复位系统,我们采用按键复位;利用单片机的18、19脚可以设计成时钟电路,我们利用单片机的内部振荡方式设计的。 设计框图 硬件电路设计 根据本系统的功能,和单片机的工作条件,我们设计出下面的电路图。

元件清单的确定: 数码管:共阴极2只(分立) 电解电容:10UF的一只 30PF的电容2只 220欧的电阻9只 4.7K的电阻一只 1.2K的电阻一只 4.7K的排阻一只, 12MHZ的晶振一只 有源5V蜂名器一只 AT89S51单片机一片 常开按钮开关1只 紧锁座一只(方便芯取下来的,绿色的) 发光二极管(5MM红色)8只 万能板电路版15*17CM S8550三极管一只 4.5V电池盒一只,导线若干。七、硬件电路的焊接 按照原理图把上面的元件焊接好,详细步骤省略。 相关程序编写 针对上面的电路原理图,设计出本单片机最小系统的详细功能:(1)、第一个发光二极管点亮,同时数码管显示“1”。 (2)、第二个发光二极管点亮,同时数码管显示“2”。 (3)、依次类推到第八个发光二极管点亮,同时数码管显示“8”。以上出现的是流水灯的效果 (4)、所有的发光二极管灭了,同时数码管现实“0”。

(完整word版)基于51单片机的温度控制系统设计

基于51单片机的水温自动控制系统 0 引言 在现代的各种工业生产中 ,很多地方都需要用到温度控制系统。而智能化的控制系统成为一种发展的趋势。本文所阐述的就是一种基于89C51单片机的温度控制系统。本温控系统可应用于温度范围30℃到96℃。 1 设计任务、要求和技术指标 1.1任务 设计并制作一水温自动控制系统,可以在一定范围(30℃到96℃)内自动调节温度,使水温保持在一定的范围(30℃到96℃)内。 1.2要求 (1)利用模拟温度传感器检测温度,要求检测电路尽可能简单。 (2)当液位低于某一值时,停止加热。 (3)用AD转换器把采集到的模拟温度值送入单片机。 (4)无竞争-冒险,无抖动。 1.3技术指标 (1)温度显示误差不超过1℃。 (2)温度显示范围为0℃—99℃。 (3)程序部分用PID算法实现温度自动控制。 (4)检测信号为电压信号。 2 方案分析与论证 2.1主控系统分析与论证 根据设计要求和所学的专业知识,采用AT89C51为本系统的核心控制器件。AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器的低电压,高性能CMOS 8位微处理器。其引脚图如图1所示。 2.2显示系统分析与论证 显示模块主要用于显示时间,由于显示范围为0~99℃,因此可采用两个共阴的数码管作为显示元件。在显示驱动电路中拟订了两种设计方案: 方案一:采用静态显示的方案 采用三片移位寄存器74LS164作为显示电路,其优点在于占用主控系统的I/O口少,编程简单且静态显示的内容无闪烁,但电路消耗的电流较大。 方案二:采用动态显示的方案 由单片机的I/O口直接带数码管实现动态显示,占用资源少,动态控制节省了驱动芯片的成本,节省了电 ,但编程比较复杂,亮度不如静态的好。 由于对电路的功耗要求不大,因此就在尽量节省I/O口线的前提下选用方案一的静态显示。

基于51单片机简易电子琴的课程设计

基于51单片机简易电子琴 1 课题背景 单片微型计算机室大规模集成电路技术发展的产物,属于第四代电子计算机它具有高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳定可靠、应用广泛的特点。他的应用必定导致传统的控制技术从根本上发生变革。因此,单片机的开发应用已成为高科技和工程领域的一项重大课题。 电子琴是现代电子科技与音乐结合的产物,是一种新型的键盘乐器。它在现代音乐扮演重要的角色,单片机具有强大的控制功能和灵活的编程实现特性,它已经溶入现代人们的生活中,成为不可替代的一部分。本文的主要内容是用AT89S52单片机为核心控制元件,设计一个电子琴。以单片机作为主控核心,与键盘扬声器等模块组成核心主控制模块,在主控模块上设有8个按键,和一个复位按键。 主要对使用单片机设计简易电子琴进行了分析,并介绍了基于单片机电子琴硬件的组成。利用单片机产生不同频率来获得我们要求的音阶,最终可随意弹奏要表达的音符。并且分别从原理图,主要芯片,个模块原理及各莫奎的程序的调试来详细阐述。 一首音乐是许多不同的音阶组成的,而每个音阶对应着不同的频率,这样我们就可以利用不同的频率的组合,构成我们想演奏的那首曲目。当然对于单片机来产生不同的频率非常方便,我们可以利用单片机的定时/计数器T0来产生这样的方波频率信号,因此,我们只要把一首歌曲的音阶对应频率关系编写正确就可以达到我们想要的曲目。 2 任务要求与总体设计方案 2.1 设计任务与要求 利用所给键盘的1,2,3,4,5,6,7,8八个键,能够发出7个不同的音调,而且有一个按键可以自动播放歌曲,要求按键按下时发声,松开延时一小段时间,中间再按别的键则发另外一音调的声音,当系统扫描到键盘按下,则快速检测出是哪一个按键被按下,然后单片机的定时器启动,发出一定频率的脉冲,该频率的脉冲经喇叭驱动电路放大滤波后,就会发出相应的音调。如果在前一个按下的键发声的同时有另一个按键被按下,则启动中断系统。前面的发音停止,转到后按的键的发音程序。发出后按的键的音调。 2.2 设计方案 2.2.1 播放模块 播放模块是由喇叭构成,它几乎不存在噪声,音响效果较好,而且由于所需驱动功率较小,且价格低廉,所以,被广泛应用。 2.2.2 按键控制模块

单片机仿真课程设计——基于51单片机的实时时钟

基于51系列单片机及DS1302时钟芯片的实时时钟仿真设计 一、课程设计目的意义 通过本次课程设计可以灵活运用单片机的基础知识,依据课程设计内容,能够完成从硬件电路图设计,到软件编程及系统调试实现系统功能,完成课程设计,加深对单片机基础知识的理解并灵活运用。 二、实现目标 本设计主要为实现一款可正常显示时钟/日历的实时电子时钟。对当前电子钟开发手段进行了比较和分析,最终确定了采用单片机技术实现电子时钟。本设计应用AT89C52芯片作为核心,LCD显示屏,使用DS1302实时时钟日历芯片完成时钟/日历的基本功能。这种实现方法的优点是电路简单,性能可靠,实时性好,时间精确,操作简单,编程容易。 三、硬件设计 本设计采用具有32根I/O引脚的AT89C52单片机。AT89C52单片机是一款低功耗,低电压,高性能CMOS 8位单片机,片内含4KB(可经受1000次擦写周期)的FLASH可编程可反复擦写的只读程序存储器(EPROM),器件采用CMOS工艺和ATMEI公司的高密度、非易失性存储器(NURAM)技术制造,其输出引脚和指令系统都与MCS-52兼容。片内的FLASH存储器允许在系统内可改编程序或用常规的非易失性存储器编程器来编程。因此,AT89C52是一种功能强,灵活性高且价格合理的单片机,可方便的应用在各个控制领域。 AT89C52具有以下主要性能: 1.4KB可改编程序Flash存储器; 2.全静态工作:0——24Hz; 3.128×8字节内部RAM; 4.32个外部双向输入/输出(I/O)口; 5.6个中断优先级; 2个16位可编程定时计数器; 6.可编程串行通道; 7.片内时钟振荡器。 DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟日历芯片,附加31字节静态RAM,采用SPI三线接口与CPU进行同步通信,并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年,一个月小于

基于51单片机的温度控制系统的设计

基于单片机的温度控制系统设计 1.设计要求 要求设计一个温度测量系统,在超过限制值的时候能进行声光报警。具体设计要求如下: ①数码管或液晶显示屏显示室内当前的温度; ②在不超过最高温度的情况下,能够通过按键设置想要的温度并显示;设有四个按键,分别是设置键、加1键、减1键和启动/复位键; ③DS18B20温度采集; ④超过设置值的±5℃时发出超限报警,采用声光报警,上限报警用红灯指示,下限报警用黄灯指示,正常用绿灯指示。 2.方案论证 根据设计要求,本次设计是基于单片机的课程设计,由于实现功能比较简单,我们学习中接触到的51系列单片机完全可以实现上述功能,因此可以选用AT89C51单片机。温度采集直接可以用设计要求中所要求的DS18B20。报警和指示模块中,可以选用3种不同颜色的LED灯作为指示灯,报警鸣笛采用蜂鸣器。显示模块有两种方案可供选择。 方案一:使用LED数码管显示采集温度和设定温度; 方案二:使用LCD液晶显示屏来显示采集温度和设定温度。 LED数码管结构简单,使用方便,但在使用时,若用动态显示则需要不断更改位选和段选信号,且显示时数码管不断闪动,使人眼容易疲劳;若采用静态显示则又需要更多硬件支持。LCD显示屏可识别性较好,背光亮度可调,而且比LED 数码管显示更多字符,但是编程要求比LED数码管要高。综合考虑之后,我选用了LCD显示屏作为温度显示器件,由于显示字符多,在进行上下限警戒值设定时同样可以采集并显示当前温度,可以直观的看到实际温度与警戒温度的对比。LCD 显示模块可以选用RT1602C。

3.硬件设计 根据设计要求,硬件系统主要包含6个部分,即单片机时钟电路、复位电路、键盘接口模块、温度采集模块、LCD 显示模块、报警与指示模块。其相互联系如下图1所示: 图1 硬件电路设计框图 单片机时钟电路 形成单片机时钟信号的方式有内部时钟方式和外部时钟方式。本次设计采用内部时钟方式,如图2所示。 单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器,引脚XTAL1和XTAL2分别为此放大器的输入端和输出端,其频率范围为~12MHz ,经由片外晶体振荡器或陶瓷振荡器与两个匹配电容一 起形成了一个自激振荡电路,为单片机提供时钟源。 复位电路 复位是单片机的初始化操作,其作用是使CPU 和系统中的其他部件都处于一个确定的初始状态,并从这个状态开始工作,以防止电源系统不稳定造成CPU 工作不正常。在系统中,有时会出现工作不正常的情况,为了从异常状态中恢复,同时也为了系统调试方便,需要设计一个复位电路。 单片机的复位电路有上电复位和按键复位两种形式,因为本次设计要求需要有启动/复位键,因此本次设计采用按键复位,如图3。复位电路主要完成系统 图2 单片机内部时钟方式电路 图3 单片机按键复位电路

基于51单片机的电子琴设计课程设计

目录 前言 (2) 第1章基于51单片机的电子琴设计 (3) 1.1 电子琴的设计要求 (3) 1.2 电子琴设计所用设备及软件 (3) 1.3 总体设计方案 (3) 第2章系统硬件设计 (5) 2.1 琴键控制电路 (5) 2.2 音频功放电路 (6) 2.3 时钟-复位电路 (6) 2.4 LED显示电路 (6) 2.5 整体电路 (6) 第3章电子琴系统软件设计 (7) 3.1 系统硬件接口定义 (7) 3.2 主函数 (8) 3.2.1 主函数程序 (8) 3.3 按键扫描及LED显示函数 (9) 3.3.1 键盘去抖及LED显示子程序 (10) 3.4 中断函数 (11) 3.4.1 中断程序 (12) 第4章电子琴和调试 (12) 4.1 调试工具 (12) 4.2 调试结果 (13) 4.3 电子琴设计中的问题及解决方法 (14) 第5章电子琴设计总结 (15) 参考文献 (16) 附录 (17)

前言 音乐教育是学校美育的主要途径和最重要内容,它在陶冶情操、提高素养、开发智力,特别是在培养学生创新精神和实践能力方面发挥着独特的作用。近年来,我国音乐教育在理论与实践上都取得了有目共睹的成绩,探索并形成了具有中国特色的、较为完整的音乐教育教学体系。但我国音乐教育的改革力度离素质教育发展的要求还存在一定距离。如今,电子琴作为电子时代的新产物以其独特的功能和巨大的兼容性被人们广泛的接受和推崇。而在课堂教学方面,它拥有其它乐器无法比拟的两个瞬间:瞬间多元素思维的特殊的弹奏方法;瞬间多声部(包括多音色)展示的乐队音响效果的特点。结合电子琴自身强大的功能及独特的优点来进行音乐教育的实施,这样就应该大力推广电子琴进入音乐教室,让电子琴教学在音乐教育中发挥巨大的作用。现代乐器中,电子琴是高新科技在音乐领域的一个代表,体现了人类电子技术和艺术的完美结合。电子琴自动伴奏的稳定性、准确性,以及鲜明的强弱规律、随人设置的速度要求,都更便于人们由易到难、深入浅出的准确掌握歌曲节奏和乐曲风格,对其节奏的稳定性和准确性训练能起到非常大的作用。电子琴所包含的巨量的音乐信息和强大的音乐表现力可以帮助音乐教学更好地贯彻和落实素质教育,更有效地提高人们的音乐素质和能力。目前,市场上的电子琴可谓琳琅满目,功能也是越来越完备。以单片机作为主控核心,设计并制作的电子琴系统运行稳定,其优点是硬件电路简单、软件功能完善、控制系统可靠、性价比较高等,具有一定的实用与参考价值。这就为电子琴的普及提供了方便。 二、电子琴设计要求本设计主要是用AT89C51单片机为核心控制元件,设计一台电子琴。以单片机作为主控核心,与键盘、扬声器等模块组成核心主控制模块,在主控模块上设有7个按键和1个复位按键。本系统主要是完成2大功能:音乐自动播放、电子琴弹奏。关于声音的处理,使用单片机C语言,利用定时器来控制频率,而每个音符的符号只是存在自定义的表中。

单片机课程设计——基于C51简易计算器

单片机十进制加法计算器设计 摘要 本设计是基于51系列的单片机进行的十进制计算器系统设计,可以完成计 算器的键盘输入,进行加、减、乘、除3位无符号数字的简单四则运算,并在LED上相应的显示结果。 设计过程在硬件与软件方面进行同步设计。硬件方面从功能考虑,首先选择内部存储资源丰富的AT89C51单片机,输入采用4×4矩阵键盘。显示采用3位7段共阴极LED动态显示。软件方面从分析计算器功能、流程图设计,再到程序的编写进行系统设计。编程语言方面从程序总体设计以及高效性和功能性对C 语言和汇编语言进行比较分析,针对计算器四则运算算法特别是乘法和除法运算的实现,最终选用全球编译效率最高的KEIL公司的μVision3软件,采用汇编语言进行编程,并用proteus仿真。 引言 十进制加法计算器的原理与设计是单片机课程设计课题中的一个。在完成理论学习和必要的实验后,我们掌握了单片机的基本原理以及编程和各种基本功能的应用,但对单片机的硬件实际应用设计和单片机完整的用户程序设计还不清楚,实际动手能力不够,因此对该课程进行一次课程设计是有必要的。 单片机课程设计既要让学生巩固课本学到的理论,还要让学生学习单片机硬件电路设计和用户程序设计,使所学的知识更深一层的理解,十进制加法计算器原理与硬软件的课程设计主要是通过学生独立设计方案并自己动手用计算机电路设计软件,编写和调试,最后仿真用户程序,来加深对单片机的认识,充分发挥学生的个人创新能力,并提高学生对单片机的兴趣,同时学习查阅资料、参考资料的方法。 关键词:单片机、计算器、AT89C51芯片、汇编语言、数码管、加减乘除

目录 摘要 (01) 引言 (01) 一、设计任务和要求............................. 1、1 设计要求 1、2 性能指标 1、3 设计方案的确定 二、单片机简要原理............................. 2、1 AT89C51的介绍 2、2 单片机最小系统 2、3 七段共阳极数码管 三、硬件设计................................... 3、1 键盘电路的设计 3、2 显示电路的设计 四、软件设计................................... 4、1 系统设计 4、2 显示电路的设计 五、调试与仿真................................. 5、1 Keil C51单片机软件开发系统 5、2 proteus的操作 六、心得体会.................................... 参考文献......................................... 附录1 系统硬件电路图............................ 附录2 程序清单..................................

基于51单片机最小系统设计

基础强化训练任务书 学生姓名:董勇涛专业班级:电子0902 指导教师:洪建勋工作单位:信息工程学院 题目:基于51单片机最小系统设计 一、训练目的 主要目的就是对学生进行基础课程、基本技能、基本动手能力的强化训练,提高学生的基础理论知识、基本动手能力,提高人才培养的基本素质。 二、训练内容和要求 1、基础课程和基本技能强化训练 (1)设计一个基于51单片机最小系统电路; (2)对所设计电路的基本原理进行分析; 2、文献检索与利用、论文撰写规范强化训练 要求学生掌握基本的文献检索方法,科学查找和利用文献资料,同时要求学生获得正确地撰写论文的基本能力,其中包括基本格式、基本排版技巧和文献参考资料的写法、公式编排、图表规范制作、中英文摘要的写法等训练。 3、基本动手能力和知识应用能力强化训练 (1)学习PROTEL软件; (2)绘制电路的原理图和PCB版图,要求图纸绘制清晰、布线合理、符合绘图规范; 4、查阅至少5篇参考文献,按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写基础强化训练报告书,全文用A4纸打印。 三、初始条件 计算机;Microsoft Office Word 软件;PROTEL软件 四、时间安排 1、20011年7 月 11日集中,作基础强化训练具体实施计划与报告格式要求的说明; 学生查阅相关资料,学习电路的工作原理。 2、2011年7 月 12日,电路设计与分析。 3、2011年7 月 13日至2010年7 月 14日,相关电路原理图和PCB版图的绘制。 4、2011年7 月15日上交基础强化训练成果及报告,进行答辩。 指导教师签名:年月日系主任(或责任教师)签名:年月日 目录 摘要.................................................................................................................... 错误!未定义书签。

单片机课程设计——基于51单片机的温度监控系统设计

单片机课程设计报告 题目:温度监控系统设计 学院:能源与动力工程学院 专业:测控技术与仪器专业 班级: 2班 成员:魏振杰 二〇一五年十二月

一、引言 温度是工业控制中主要的被控参数之一,特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中,具有举足重轻的作用。对于不同场所、不同工艺、所需温度高低范围不同、精度不同,则采用的测温元件、测方法以及对温度的控制方法也将不同;产品工艺不同、控制温度的精度不同、时效不同,则对数据采集的精度和采用的控制算法也不同,因而,对温度的测控方法多种多样。 随着电子技术和微型计算机的迅速发展,微机测量和控制技术也得到了迅速的发展和广泛的应用。利用微机对温度进行测控的技术,也便随之而生,并得到日益发展和完善,越来越显示出其优越性。 作为获取信息的手段——传感器技术得到了显著的进步,其应用领域较广泛。传感器技术已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。因此,了解并掌握各类传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。 为了提高对传感器的认识和了解,尤其是对温度传感器的深入研究以及其用法与用途,基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。本系统利用传感器与单片机相结合,应用性比较强,本系统可以作为仓库温度监控系统,如果稍微改装可以做热水器温度调节系统、实验室温度监控系统,以及构成智能电饭煲等等。课题主要任务是完成环境温度监测,利用单片机实现温度监测并通过报警信号提示温度异常。本设计具有操作方便,控制灵活等优点。 本设计系统包括单片机,温度采集模块,显示模块,按键控制模块,报警和指示模块五个部分。文中对每个部分功能、实现过程作了详细介绍。整个系统的核心是进行温度监控,完成了课题所有要求。 二、实验目的和要求 2.1学习DS18B20温度传感芯片的结构和工作原理。 2.2掌握LED数码管显示的原理及编程方法。 2.3掌握独立式键盘的原理及使用方法。 2.4掌握51系列单片机数据采集及处理的方法。 三、方案设计

基于51单片机的交通控制系统模拟设计

基于51单片机的交通控制系统模拟设计 学院:电气与控制工程学院 专业:自动化 姓名:

目录 1. 设计思路 (2) 2.2显示界面方案 (2) 2.3输入方案: (2) 3 单片机交通控制系统总体设计 (2) 3.1单片机交通控制系统的通行方案设计 (2) 3.2单片机交通控制系统的功能要求 (3) 3.3单片机交通控制系统的基本构成及原理 (3) 4智能交通灯控制系统的硬件设计 (4) 4.1系统硬件总电路构成及原理 (4) 4.2系统硬件电路构成 (4) 4.3系统工作原理 (4) 5 系统软件程序的设计 (6) 5.1程序主体设计流程 (6) 参考文献 (17) 设计心得体会 (18) 附录 (19) 基于单片机的交通控制系统模拟设计

1. 设计思路 (1)分析目前交通路口的基本控制技术以及各种通行方案,并以此为基础提出自己的交通控制的初步方案。 (2)确定系统交通控制的总体设计,包括,十字路口具体的通行禁行方案设计以及系统应拥有的各项功能,在这里,本设计除了有信号灯状态控制能实现基本的交通功能,还增加了倒计时显示提示,基于实际情况,又增加了紧急状况处理和通行时间可调这两项特特殊功能。 (3)进行显示电路,灯状态电路,按键电路的设计和对各器件的选择及连接,大体分配各个器件及模块的基本功能要求。 (4)进行软件系统的设计,对于本系统,采用单片机C语言编写,对单片机内部结构和工作情况做了充足的研究,了解定时器,中断以及延时原理,总体上完成了软件的编写。 2.单片机交通控制系统方案的比较、设计与论证 2.1 电源提供方案 采用单片机控制模块提供电源。改方案的优点是系统简明扼要, 节约成本;缺点是输出功率不高。 2.2 显示界面方案 采用数码管显示。这种方案只显示有限的符号和数码字符,简单,方便。 2.3 输入方案: 由于该系统对于交通灯及数码管的控制,只用单片机本身的I/O 口就可实现,且本身的计数器及RAM已经够用,故选择方案二。 3 单片机交通控制系统总体设计 3.1单片机交通控制系统的通行方案设计 设在十字路口,分为东西向和南北向,在任一时刻只有一个方向通行,另一方向禁行,持续一定时间,经过短暂的过渡时间,将通行禁行方向对换。其具体状态如下所示。交通状态从状态1开始变换,直至状态6然后循环至状态1,周而复始。 通过具体的路口交通灯状态的演示分析我们可以把这四个状态归纳如下: ◆南北方向红灯灭,同时绿灯亮,东西方向黄灯灭,同时红灯亮,倒计时30秒。此状态下,东西向禁止通行,南北向允许通行。 ◆南北方向绿灯灭,东西方向红灯灭,同时黄灯亮,倒计时3秒。此状态下,除了已经正在通行中的其他所以车辆都需等待状态转换。

单片机课程设计——基于C51简易计算器

单片机双字节十六进制减法实验设计 摘要 本设计是基于51系列的单片机进行的双字节十六进制减法设计,可以完成计 算器的键盘输入,进行加、减、3位无符号数字的简单运算,并在LED上相应的显示结果。 设计过程在硬件与软件方面进行同步设计。硬件方面从功能考虑,首先选择内部存储资源丰富的AT89C51单片机,输入采用5个键盘。显示采用3位7段共阴极LED动态显示。软件方面从分析计算器功能、流程图设计,再到程序的编写进行系统设计。编程语言方面从程序总体设计以及高效性和功能性对C语言和汇编语言进行比较分析,针对计算器四则运算算法特别是乘法和除法运算的实现,最终选用KEIL公司的μVision3软件,采用汇编语言进行编程,并用proteus 仿真。 引言 十六进制减法计算器的原理与设计是单片机课程设计课题中的一个。在完成理论学习和必要的实验后,我们掌握了单片机的基本原理以及编程和各种基本功能的应用,但对单片机的硬件实际应用设计和单片机完整的用户程序设计还不清楚,实际动手能力不够,因此对该课程进行一次课程设计是有必要的。 单片机课程设计既要让学生巩固课本学到的理论,还要让学生学习单片机硬件电路设计和用户程序设计,使所学的知识更深一层的理解,十进制加法计算器原理与硬软件的课程设计主要是通过学生独立设计方案并自己动手用计算机电路设计软件,编写和调试,最后仿真用户程序,来加深对单片机的认识,充分发挥学生的个人创新能力,并提高学生对单片机的兴趣,同时学习查阅资料、参考资料的方法。 关键词:单片机、计算器、AT89C51芯片、汇编语言、数码管、加减

目录 摘要 (01) 引言 (01) 一、设计任务和要求............................. 1、1 设计要求 1、2 性能指标 1、3 设计方案的确定 二、单片机简要原理............................. 2、1 AT89C51的介绍 2、2 单片机最小系统 2、3 七段共阴极数码管 三、硬件设计................................... 3、1 键盘电路的设计 3、2 显示电路的设计 四、软件设计................................... 4、1 系统设计 4、2 显示电路的设计 五、调试与仿真................................. 5、1 Keil C51单片机软件开发系统 5、2 proteus的操作 六、心得体会.................................... 参考文献......................................... 附录1 系统硬件电路图............................ 附录2 程序清单.................................. 一、设计任务和要求

基于51单片机的交通灯控制系统设计

目录 一引言 (2) 二概要设计 (2) 2.1 设计思路 (2) 2.2总体设计框图 (2) 三硬件设计 (3) 3.1LED循环电路设计 (3) 3.1.1 89cs51单片机概述 (3) 3.1.2 LED循环说明 (5) 3.2 倒计时显示电路 (5) 3.2.1 74LS164芯片 (5) 3.2.2 共阴极数码显示管 (6) 3.2.3 倒计时电路 (6) 3.2.4 急通车电路 (7) 四软件按设计 (7) 4.1 程序流程图: (7) 4.2 LED红绿灯显示 (8) 4.3倒计时显示 (9) 4.4 急通车控制 (9) 4.5程序代码 (9) 五总结 (9) 参考文献 (9) 附录一: (9) 附录二: (10)

基于51单片机的交通灯控制系统设计 摘要:在日常生活中,交通信号灯的使用,市交通得以有效管理,对于疏导交通流量、提高道路通行能力,减少交通事故有明显效果。交通灯控制系统由80C51单片机、键盘、LED 显示、交通灯延时组成。系统除具有基本交通灯功能外,还具有时间设置、LED信息显示功能,市交通实现有效控制。 关键词:交通灯,单片机,自动控制 一引言 当今,红绿灯安装在个个道口上,已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这个技术在19世纪就已经出现了。 1858年,在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红、蓝两色的机械般手势信号灯,用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年,英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的会议大厦前的广场上,安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转方式玻璃提灯组成,红色表示“停止”,绿色表示“注意”。1869年1月2日,煤气灯爆炸,是警察受伤,遂被取消! 电气启动的红绿灯出现在美国,这种红绿灯由红黄绿三色圆形的投光器组成,1914年始装于纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”,绿灯亮表示“通行”。 信号灯的出现,使得交通得以有效的管理,对于疏导交通流量、提高道路通行能力、减少交通事故有明显效果。1968年,联合国《道路交通和道路标志信号协定》对各种信号灯的含义作了规定。绿灯时通行信号灯,面对绿灯的车辆可以直行,左转弯和右转弯,除非两一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆必需让合法的正在路口内行驶的车辆和过人行横线的行人优先通行。红灯是禁行信号灯,面对红灯的车辆必需在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号,面对黄灯的车辆不能越过停车线,但车辆已经十分接近停车线而不能安全停车的可以进入交叉路口! 二概要设计 2.1 设计思路 利用单片机实现交通灯的控制,该任务分以下几个方面: a 实现红、绿、黄灯的循环控制。要实现此功能需要表示三种不同颜色的LED灯分别接在P1个管脚,用软件实现。 b 用数码管显示倒计时。可以利用动态显示或静态显示,串行并出或者并行并出实现。 C 实现急通车。这需要人工实现,编程时利用到中断才能带到目的,只要有按钮按下,那么四个方向全部显示红灯,禁止以诶车辆通行。当情况解除,让时间回到只能隔断处继续进行。 2.2总体设计框图 见图一:

毕业设计(论文)-基于AT89S51单片机的教室灯光智能控制系统设计

摘要 摘要 本课题针对教室灯光的控制,分析了教室灯光智能控制的原理和实现方法,提出了基于单片机设计教室灯光智能控制系统的思路,并在此基础上开发了智能控制系统的硬件模块和相应软件部分。 该系统以AT89S51单片机作为控制模块的核心部件,采用热释红外人体传感器检测人体的存在,采用光敏三极管构成的电路检测环境光的强度;根据教室合理开灯的条件,通过对人体存在信号和环境光信号的识别与判断,完成对教室灯光的智能控制,避免了教室用电的大量浪费。系统还具有报警功能;同时还采用了软/硬件的“看门狗”等抗干扰措施。 本系统程序部分采用C语言编写,采用模块化结构设计、条理清晰、通用性好,便于改进和扩充。该系统具有体积小,控制方便,可靠性高,针对性强,性价比高等优点,可以满足各类院校对教室灯光控制的要求,很大程度的达到节能目的。 关键词:智能控制器热释红外传感器单片机 1

引言 引言 当前,随着经济的飞速发展,能源短缺问题日益突出,成为一个国家经济发展的“瓶颈”。作为工业生产和人民生活不可或缺的电力能源更是如此。尤其现今越来越提倡低碳生活,节约能源已经成为一种全球共识,而作为培养社会精英的高校更应该起到榜样的作用。但是目前在校园内,教室灯火通明,却空无一人的现象屡见不鲜,这不仅造成了严重的资源浪费,也对高校的形象造成了很坏的影响。本文所研究的教室灯光控制系统就可以很好地实现节约能源的作用。 1 系统硬件组成 整个系统由中央控制电路、2×4按键电路、光敏传感电路、继电器驱动电路、时钟电路、液晶显示电路六个模块组成。其中,光敏传感电路模块主要完成对教室当前光线明暗程度的判定,时钟电路主要实现时基功能,两者分别提供光照和定时数据供以单片机为核心的中央控制模块进行逻辑判断,单片机最终将运算结果输出到液晶显示屏,同时对教室灯光进行控制。整个系统的硬件框图如图1所示。 1.1 中央控制模块 系统中,中央控制器主要用于接收两个外部数据,由此判断是否定时时间已到,教室光照是否充足。控制器根据这两个外部数据来进行逻辑运算,从而实现定时开关灯、刷新液晶显示屏,同时可以通过键盘设置时间日期、查看相关信息 根据系统设计要求,控制器选择了宏晶科技公司提供的STCl2C4052AD型单片机。该款是一种高速、高可靠性单片机,工作电压5.5~3.4V,Flash程序存储器4K字节,SRAM 为256字节,2个定时器,8路8位A/D转换器,可通过串口实现在线编程、A/D转换、看门狗等功能。 1.2 液晶显示电路 为了实现较好的人机交互界面,在本系统中采用1602液晶显示屏来显示用户的设定作息时间及用户所查询的信息。 点阵字符型液晶显示器是专门用于显示数字、字母、图形符号及少量自定义符号的显示器。这类显示器把LCD控制器/点阵驱动器/字符存贮器全做在一块印刷板上。系统选用日立公司的HD44780液晶显示。HD44780具有简单而功能较强的指令集,可实现字符移动/闪烁等功能。与MCU的传输可采用8位并行传输或4位并行传输2种方式。液晶显示电路如图2所示。 2

(完整版)基于51单片机的4人抢答器课程设计

基于51单片机的4人抢答器设计 设计要求: 以单片机为核心,设计一个4位竞赛抢答器:同时供4名选手或4个代表队比赛,分别用4个按钮S0~S3表示。 设置一个系统清除和抢答控制开关S,开关由主持人控制。 抢答器具有锁存与显示功能。即选手按按钮,锁存相应的编号,并在优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。 抢答器具有定时抢答功能,且一次抢答的时间由主持人设定(如30秒)。 当主持人启动“开始”键后,定时器进行减计时,同时扬声器发出短暂的声响,声响持续的时间为0.5s左右。 参赛选手在设定的时间内进行抢答,抢答有效,定时器停止工作,显示器上显示选手的编号和抢答的时间,并保持到主持人将系统清除为止。 如果定时时间已到,无人抢答,本次抢答无效,系统报警并禁止抢答,定时显示器上显示00。 工作原理: 通过键盘改变抢答的时间,原理与闹钟时间的设定相同,将定时时间的变量置为全局变量后,通过键盘扫描程序使每按下一次按键,时间加1(超过30时置0)。同时单片机不断进行按键扫描,当参赛选手的按键按下时,用于产生时钟信号的定时计数器停止计数,同时将选手编号(按键号)和抢答时间分别显示在LED上。

#include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int uchar num; //定义中断变量,num计满20表示1秒时间到uchar num1; //十秒倒计时显示初始值 uchar flag1,flag2; //清零键及开始键按下标志位 uchar flag3,flag4=0; //定义键盘按下标志位 uchar code table[]={ 0x3f,0x06,0x5b,0x4f, 0x66,0x6d,0x7d,0x07, 0x7f,0x6f}; //数码管编码

单片机课程设计报告书

单片机电子时钟 摘要:在日常生活中,电子时钟与我们密切相关,在很多地方都会用到电子时钟。除了专用的时钟、计时显示牌外,许多应用系统常常也带有实时时钟显示,如各种智能化仪器仪表、工业过程控制系统以及家用电器等。实现电子时钟的方法有多种,通过前面我们对单片机基本理论及相关知识的学习,在这里,要求用单片机为主控制芯片设计一简单的单片机电子时钟。近年来随着计算机在社会领域的渗透和大规模集成电路的发展,单片机的应用正在不断地走向深入,由于它具有功能强,体积小,功耗低,价格便宜,工作可靠,使用方便等特点,因此特别适合于与控制有关的系统,越来越广泛地应用于自动控制,智能化仪器,仪表,数据采集,军工产品以及家用电器等各个领域,单片机往往是作为一个核心部件来使用,在根据具体硬件结构,以及针对具体应用对象特点的软件结合,以作完善。 关键词:电子时钟;单片机;计时 SCM Electronic Clock Abstract:In our daily life, the electronic clock is closely related to the electronic clock which will be used in many places. In addition to a dedicated clock, timing licenses, there are many applications which often with real-time clock display, such as a variety of intelligent instrumentation, industrial process control systems and home appliances. There are many ways to realize the Electronic clock, through the front of learning our SCM basic theory and related knowledge, here, the microcontroller-based control chip design a simple single-chip electronic clock. With the development of computer penetration in the social field and LSI in recent years, the using of microcontroller applications is constantly go deeper, because it has the features of a small size, low power consumption, cheap, reliable, easy to use. Therefore it is particularly suitable for the control of the system, more and more widely used in automatic control, Intelligent instruments, data acquisition, and military products and home appliances, SCM often used as a core component in the structure, according to the specific hardware and software for application-specific object characteristics combined to make perfect. Keywords:electronic clock; microcontroller; timing

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