学做一体单片机实验系统的设计浅析论文
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篇1：学做一体单片机实验系统的设计浅析论文
学做一体单片机实验系统的设计浅析论文
引言
由于单片机具有体积小、功能强、功耗低、易扩展等特点，所以被广泛应用于生产生活的各个领域。单片机技术发展日新月异，很多大中专院校电子信息类专业普遍开设了单片机相关课程。单片机是一门实践性很强的课程，只有在了解单片机硬件结构的基础上才能真正理解其工作原理，编写出相应程序，让单片机灵动起来。在老师的指导下由学生自行设计制作一块单片机实验板，通过画图、制板、选元件、焊接、编程、调试、写入芯片等工作，可以全面了解单片机的开发过程，进而掌握单片机技术。经过几年的教学实践，证明“学、做”一体是学习单片机的有效途径。
1 实验系统的总体设计
虽然单片机的种类繁多，但是学习单片机技术一般还是从MCS-51 单片机入手，考虑到学生的经济承受能力，设计的单片机实验系统应满足价格低廉、元件易买、易学易用、可灵活搭配且具有ISP 在系统编程功能，故选用了ATMEL 公司的AT89S52 作为实验板的MCU。利用单片机的在系统可编程(ISP)功能，在软件仿真正确的前提下，直接对目标单片机进行在系统编程。一来可以省去编程器、仿真器，降低实验成本;二来可以避免因频繁拔插单片机芯片而造成的损坏;三来还可以提高实验效率，把程序下载到目标板芯片，实时运行立马观察到运行效果，直观、快捷、高效。设计的实验系统首先可以满足单片机基本实验的要求，比如：流水灯实验、数码管实验、液晶显示实验、中断实验、蜂鸣器奏乐、串行通信实验等。同时还为今后在此实验平台上进一步开发新的综合性实验项目提供技术支持。所以设计的实验系统应具有良好的扩展性和兼容性，采用模块化设计，把不同功能的电路单独组成一个模块，使用时可根据需要灵活搭配，组成不同的实验系统，完成相关的实验项目。
1.1 实验系统的功能模块
单片机实验系统由电源模块(包括5V 电源和USB 接口供电)、单片机最小系统模块、8 位LED 灯模块、8 位数码管显示模块、ISP 下载模块(包括ISP 下载线接口和USB-ISP 下载)、I/O 口扩展模块、LCD液晶显示模块、键盘模块(包括矩阵键盘和独立按键)、RS232 串行通信模块、继电器模块、蜂鸣器模块、步进电机模块、红外接收模块、A/D转换模块、D/A 转换模块、DS18B20 温度传感器模块、DS1302 时钟模块和I2C 模块等组成。实验系统的功能框图如图1 所示，具体制作时可根据实际需要灵活增减。
1.2 实验系统的`功能特点
(1)5V 电源除了可从USB 接口直接取电之外， 还另增加了一个电源接口，可由其它外接电源供电，方便使用并满足功能模块扩展之后的用电需求。
(2)ISP 下载电路设计了USB-ISP 下载电路和一个ISP 下载线接口， 可以直接利用板载USB-ISP 进行下载， 也可以利用自制的其它ISP 下载线下载。
(3)单片机芯片安装在DIP-40 紧锁座上，方便插拔，可把实验系统当编程器使用，为其它单片机芯片提供程序下载服务。
(4)把单片机的引脚用扩展槽全部引出，除了可进行I/O 口扩展，方便外接其它实验模块进行相关实验， 增强了实验系统的功能之外，当把单片机芯片更换为SST89E564RD 之后，配合PC 机上的Keil C51μVision3 集成开发环境，又可把实验系统当成仿真器使用，对其它目标板进行仿真。
(5)实验系统上的RS-232 串口通信接口可实现单片机之间或单片机与PC 机之间的通信。
(6) 实验系统上设置了1602 和12864 两种LCD 液晶显示器接口，既可做字符和汉字显示实验，又方便拆卸供其他地方使用。
2 实验系统的硬件设计
首先根据实验系统的功能框图，利用Altium Designer 软件画出整个实验系统的电路原理图，并画出PCB 板图，也可以按不同的实验模块单独画电路原理图和PCB 板图。这部分工作可以锻炼和提高学生的电路图绘制能力和布线能力。
2.1 实验系统总体设计原理图
实验系统总体设计原理。
2.2 实验系统主要电路模块的设计
2.2.1 单片机模块
单片机模块是实验系统的核心部分， 单片机芯片采用DIP-40 紧锁座安装，便于插拔。同时利用扩展槽把40 个引脚全部引出，进行I/O口扩展，便于外接其它功能模块，进行二次开发。。
2.2.2 串行通信电路
AT89S52 单片机有一个全双工的串行通信口， 所以单片机与PC机之间可以很方便地进行串行通信，但由于两者的电平不同，所以要有一个电平转换电路。这里用MAX232 进行电平转换，采用三线制连接串口，也就是和PC 机的9 针串口只连接其中的3 根线，实验板上采用DB9 母口插座。
2.2.3 4×4 矩阵键盘电路
矩阵键盘又叫行列式键盘，就是利用I/O 口线组成行、列结构，按键设置在行列的交汇点上。本实验系统采用4×4 矩阵键盘形式，其中P2 口的P2.0- P2.3 作为行线，P2.4-P2.7 为列线。
2.2.4 基于SPI 总线的时钟电路
DS1302 采用简单的三线SPI 与CPU 进行同步通信， 只需要单片机的三个I/O 口线即可。本实验系统选用P1.3 作同步串行时钟信号端，P1.6 作数据输入输出端，P1.5 作复位端。晶振选用典型值32.768KHz，没有备用电源。
2.2.5 LED 灯和数码管显示电路
显示模块有LED 灯显示模块和数码管显示模块两种。LED 灯显示模块由8 个发光二极管组成，通过上拉电阻连接在P0 口。数码管是单片机控制系统中最常见的显示器件之一，一般用来显示处理结果或输入输出信号的状态。本实验系统采用2 个四位一体的共阳极数码管，采用动态显示方式，并通过2 个74LS373 进行控制。其中U2 控制段，U3 控制位。
2.2.6 ISP 下载电路
为了充分利用AT89S52 的ISP 在系统可编程功能，本实验系统设计了一个USB 接口的ISP 下载电路， 只需要一条USB 数据线配合微机上的ISP 编程器软件就可使用，能够很方便地把编写好的程序烧写进单片机芯片中，然后运行观察实际效果，从而避免了频繁拔插芯片带来的诸多不便。同时在电路板上还另外加装了一个10 针ISP 下载器接口JP2，方便学生自己制作其它ISP 下载器时使用。
2.2.7 A/D 转换和D/A 转换电路
A/D 转换电路选用美国国家半导体公司生产的串行通信8 位分辨率、双通道A/D 转换芯片ADC0832。D/A 转换电路选用美国德州仪器(TI)公司生产的带串行控制的四路8 位CMOS 电压输出的数模转换芯片TLC5620，以满足实验需求。
2.2.8 I2C 模块电路
实验系统的E2PROM 存储器模块采用ATMEL 公司生产的AT24C02，它是一个2Kbit 的串行E2PROM，具有工作电压宽、擦写次数多、写入速度快、数据保存时间长等特点。
2.2.9 其它模块电路
实验系统可由USB 接口直接供电，也可以由其它+5V 电源供电。为了满足需要，实验系统还配备了蜂鸣器、继电器、步进电机、红外接收、DS18B20 温度传感器、1602 和12864 液晶显示等电路。除此之外，还可根据需要设计其它实验模块，搭载在实验系统上进行相关实验。
3 实验系统的安装调试
3.1 实验系统的装配焊接
单片机实验系统的硬件设计完成之后， 可由老师联系厂家制作PCB 板，并购买元器件进行安装。首先安装电源、单片机最小系统和扩展模块，然后再根据单片机学习任务和实验项目的需求，逐个安装其它实验模块。在实验板的安装过程中不但可以巩固和提高学生的焊接水平，还能够加深对硬件电路的理解。
3.2 USB-ISP 下载线的制作
现在的笔记本电脑已经不带并口和RS232 串口了，就连台式电脑也逐渐舍去了并口和串口。现在的年青人喜欢用笔记本电脑进行单片机的学习，因此设计一款USB-ISP 下载线就显得很有必要。按照图8 所示的USB-ISP 下载电路原理图，安装好器件后要先给AVR单片机芯片ATMEGA8L 烧录固件。注意在进行固件烧录时，不能直接在单片机实验板上用USB 接口进行， 而是要借用其它的并口ISP下载器进行烧录。固件烧录好之后再把芯片装在实验板上就可以使用了。
4 结束语
本文设计的单片机实验系统采用模块化设计，体积小、扩展方便。具有ISP 下载、编程器、仿真器、开发板等功能，价格低廉、使用灵活。既可以完成单片机的实验教学任务，又可以满足课程设计、毕业设计和项目开发等需求。实践证明，本单片机实验系统能够满足教学需要，提高教学效果，受到师生的一致好评。
篇2：一种基于单片机的可控成像系统设计论文
一种基于单片机的可控成像系统设计论文
摘 要:基于彩色面阵CCD传感器设计的高速实时图像采集系统,以信号处理芯片CXD3172AR为核心,可实现输出标准PAL/NTSC格式的视频信号,具有自动白平衡、自动曝光、缺陷补偿等功能,并构建优化的模拟前端电路(包括相关双采样和自动增益控制)大幅度提高了采集数据的信噪比。根据DSP芯片具有参数化控制的特点,通过单片机实现与DSP的特殊通讯传输协议来配置DSP参数,并使用外部开关控制完成各种信号处理功能。通过仿真调试,该电路很好地实现了图像采集和控制功能。
关键词:单片机; CCD;可控化;图像采集
基金项目:教育部留学回国人员科硕启动基金(GGRYJJ07-2)0 引 言光学成像系统是将光学信息转化为人们更易处理的电子信息的重要工具,特别对于智能监控、医学诊断及消费电子领域,其重要性就更大。随着成像系统功能的复杂化,摄像机的便携易控性成了设计中需考虑的重要要素。自从1969年Willard S. Boyle和George E.
Smith发明电荷耦合器(CCD)以来,它一直就是光学成像系统的首选传感器。相对于目前发展快速CMOS图像传感器,它仍然具备噪声低,动态范围高的优点。而CCD的模拟前端决定了采集信号的质量,对整个系统信噪比有着决定性的影响,因此对它的噪声抑制是设计中的重点[1]。完成各种图像处理功能的模块是成像系统的核心,针对低照度视频信号成像[2]的设计要求,采用专业信号处理芯片进行各种处理,通过单片机(MCU)对信号处理芯片(DSP)进行参数配置,以完成各种复杂运算功能的控制,简化了系统的逻辑设计,使其具有良好的可控性。
1 系统组成
该系统由CCD、模拟前端AFE(包括相关双采样CDS和自动增益控制AGC)、信号处理模块、微处理器模块以及模拟数字输出模块等组成。系统框图如图1所示。
图1 CCD成像系统框图
图中CCD传感器是整个系统的基础,外部光学信号通过光电转换才能进行各种处理。传感器输出模拟信号将经前端放大,以差分输入的方式进入AFE,然后通过一系列模拟信号的降噪放大处理(CDS,AGC),进入信号处理模块进行各种运算处理。信号处理模块是连接CCD输出和后端通用设备的桥梁,专业信号处理芯片提供了大量视频处理运算功能和多种视频输出格式,为后续处理带来了方便。通过DSP的各种处理,得到设计要求的色度、亮度和饱和度图像,最后输出与终端格式兼容的模拟或者数字信号。模拟输出可以直接与监视器相连,数字输出可以通过FPGA,ASIC等器件与VGA,DVI接口显示器相连。
2 模拟前端模块
CCD读出电路的噪声主要包括读出电路中所用器件的固有噪声,以及因电路结构、电路工作方式引入的附加噪声[3]。主要有1/f噪声[4]、KTC噪声[5]和固定平面噪声[6],这些噪声限制了图像传感器的动态范围,降低了信噪比。在读出电路中,相关双取样技术(CDS)是目前应用最广泛的噪声抑制技术。由于一个像元传输时间中的复位噪声是相关的,相关双取样电路(CDS)可以利用信号相减的运算关系来消除或消弱信号里的1/f噪声、KTC噪声和固定平面噪声,从而可大大提高系统的信噪比。自动增益控制电路(AGC)可以使放大电路的增益自动地随信号强度而调整,使图像信号的亮度平稳,特别是低照度环境里微弱光信号的放大。但不足的是它也会放大低照度条件下的暗电流,降低图像质量。另外,模拟前端带宽的合理选择可以对系统噪声和系统调制传递函数进行折中,以满足应用的需求。目前有两种AFE设计方法,一种是采用分立元器件实现,另一种是采用集成AFE芯片实验。随着AFE芯片的成熟,其内部还集成了暗电流校正电路,各项指标远高于一般分立元器件搭建的电路,并且调试简单。该系统选择的集成AFE是CXA2096N,是专门为数字摄像机而设计的,内部包括相关双取样电路(CDS)、自动增益控制电路(AGC),为A/D转换器提供的参考电平以及采样保持电路,其自动增益变化范围为-0.8~31.3 dB[7]。
3 信号处理模块
3.1 视频处理芯片本文选择的信号处理芯片是SONY公司的'CXD3172AR。该芯片内建10位高精度A/D转换器,具有自动白平衡、自动曝光、自动黑电平校正和缺陷补偿等功能,并能产生驱动CCD的时序脉冲,能够输出PAL/NTSC制式的模拟信号和ITU656格式的数字信号[8],其控制方式有2种:通过RS 232接口用PC机软件控制;通过MCU通用管脚直接用硬件控制。因为MCU的传输总线不属于通用的I2C和SPI总线,所以参考芯片资料,设计了与MCU的通信接口。该芯片支持的最大传输速率为400 Kb/s;使用PC机软件仅支持19.2 Kb/s,且不能完全利用该芯片的带宽,软件控制还必须依赖PC机,不利于携带。在该系统中,采用纯硬件控制方式实现的DSP功能,具有快速灵活的特性。
以CXD3172AR为核心组成信号处理模块的外围电路主要有电源、时钟、视频输出接口和控制通信接口。
3.2 时钟产生电路
CXD3172AR需要产生驱动CCD的时序脉冲,其主时钟将影响整个系统的正常稳定工作。该系统选择的CCD兼容PAL制式色彩摄像机,总共像素为795(H)×596(V),系统要求28.375 MHz的时钟驱动系统和27 MHz的时钟驱动编解码器。为了有稳定的时钟源,采用锁相环路(PLL),用一个高稳定性参考源的一个分频和VCXO的一个分频进行相位比较,产生一个误差变化电压,给VCXO进行环路负反馈,从而使输出频率更稳定[9]。设计VCXO输出28.375 MHz时钟和石英晶振回路输出27 MHz时钟,系统产生的水平同步信号频率为15.625 kHz,其与VCXO的分频进行相位比较,PCOMP引脚输出相位比较结果,判断是否相位锁定。
3.3 电源电路
系统需要4组独立电源,其电压分别为:3.3 V,5 V,15 V,-7 V。基于便携性的考虑,采用9 V直流电压作为电路板的输入,通过线性稳压电源芯片LT1117-3.3和LT1117-5得到3.3 V和5 V电压,选择TPS65131得到15 V和-7 V电压。TPS65131能够输出正负双电压,非常适用于便携性设备。4组电源的输出端分别通过LC低通滤波器,就能为系统提供高精稳定的直流电源。
3.4 视频输出电路
CXD3172AR能输出PAL制式的模拟信号,其输入端口采用电流输出结构,通过电阻产生信号电压,但是由于系统噪声的存在,特别是模拟地和数字的干扰,信号走线长度,元器件布局等因素,对输出端可以增加一级滤波器,以提高信噪比。对于亮度信号而言,芯片内部在输出端已集成了LPF,故只需对色度信号进行处理。设置DSP输出Y/C分离信号,视频信号的带宽一般为6 MHz,色度信号副载波频率为(4. 43±1.3 MHz),图2是色度BPF的频率特性图。亮度信号和通过BPF的色度信号进入视频信号混合放大器NJM2274,其输出阻抗为75Ω,放大后的信号可以直接输入监视器。
3.5 MCU-DSP通信
DSP处理功能可以通过MCU或软件进行控制。
将DSP各控制参数通过特定的通信协议传输到DSP189第2期颜 豪等:一种基于单片机的可控成像系统设计内部寄存器或者外部E2PROM保存,以使其实现视频信号的各种处理功能。这里的MCU为STC的STC89C52RC芯片,并且外搭基本硬件电路,使其成为最小系统。DSP控制参数有635 B,在调试的时候,可以存入DSP的寄存器组以便修改,调试完成之后,优化的参数可以存入E2PROM,使得下次掉电复位后可以继续使用。
图2 BPF频率特性
在通信过程中,一个通信协议包传输的字节数是可变的,最高可达32 B。DSP接收到一包数据后分析它,执行控制命令,完成1次通信。一个通信包由起始字、命令字、地址字和数据字组成。因为DSP内部寄存器数量有限,在执行完上次命令之前,不会再接收任何其他控制命令。该过程被称为“通信禁止周期”,并且此时,芯片返回一个确认数据,该数据可能是写应答信号、读取数据或者通信错误代码。它的片选信号、时钟信号和输入/输出信号格式如图3所示。
图3 通信协议格式
3.6 MCU与DSP的接口在不同硬件接口之间进行数据通信时必须保证其逻辑电平一致,不然通信过程中将出现各种不可预料的错误。该设计中, CXD3172AR主供电电源VDD是3.3 V,其逻辑高电平大于等于0.7VDD,逻辑低电平小于等于0.2VDD,它们属于LVTTL电平。通用MCU管脚一般是TTL电平,所以两者之间的通信必须经过电平转换,这里选择SN74ALVC164245作为电平转换器。SN74ALVC164245有2组独立电源端口,分别将其与MCU和DSP各自的主供电电源相连。这样,就能通过电平转换器将3.3 V系统和5 V系统连接起来。
4 仿真和调试
图4是软件仿真图,输入数据是低位先传,每个字节有8位,字节之间延迟1个时钟周期,DSP在时钟上升沿采样输入数据,在时钟下降沿输出数据。选通信号XCS为低电平有效,为了满足系统的一定时序冗量,在DSP处理时间内(即通信禁止周期)强制将XCS置高。
由于是软件仿真的原因,DO没有波形。但是为了能够测试通信是否成功,在程序里添加回读显示功能,通过4个7端数码显示管显示2个16进制回读数据,判断是否通信成功。
图4 程序仿真图
同时,参考DSP的几个基本功能,将其控制参数保存在程序代码中,通过外部开关的选择,MCU的P1端口读出其电平,实现各种功能的控制,其功能见表1。
表1 功能列表
Interface FunctionP1.0~P1.2 AWB ModeP1.3 Color Rolling ControlP1.4 Black Light CompensationP1.5 AE SwitchingP1.6 Flickerless SwitchingP1.7 AGC Switching完成电路板中各部分的设计以及调试后进行实验,其结果表明,MCU-DSP通信正常,可满足时序及功能要求。
5 结 语
采用专业信号处理芯片及单片机实现了可控成像系统设计,完成了电路板的调试和功能实验,为后续数字信号处理提供了源图像信号。该系统具有电路实现简单可靠,功能控制方便,能够输出多种视频格式信号,具有简易灵活性。目前,将该系统已使用于低照度环境下的帧间滤波技术采集系统中,效果很好。
参 考 文 献
[1]薛旭成,李云飞,郭永飞.CCD成像系统中模拟前端设计[J].光学精密工程,,15(8):1191-1195.
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[3]金湘亮.一种低功耗低噪声相关双取样电路的研究[J].电路与系统学报,,8(3):23-26.
[4] JAKOBSON C, BLOOM I, NEMIROVSKY Y. I/f Noisein CMOS transistors for analog applications from subthre-shod to saturation[J]. Solid-state Electronics, , 42(10): 1807-1817.
[5] TIAN Hui, FOWLER Boyd, GAMAL Abbas El. Analysisof temporal noise in CMOS photodiode active pixel sensor[J]. IEEE Solid-state Circuit, , 36( 1 ): 92-101.
[6] OHSAWA Shinji, SASAKI Michio, MIYAGAWA Ryohei,et al. Analysis of low fixed pattern noise cell structures forphotoconversion layer overlaid CCD or CMOS image sensors[J]. IEEE Trans. on Electron. Devices, , 44(10):667-671.
[7] Sony.CXA2096N datasheet [M].Japan:Sony, .
[8] Sony.CXD3172AR datasheet [M].Japan:Sony,2004[9]赵声衡.石英晶体振荡器[M].长沙:湖南大学出版社,1997.
篇3：电子实验教学管理系统的设计论文
电子实验教学管理系统的设计论文
[摘要]现代职业教育对学生操作动手能力的要求不断增强，学校开设实验课教学的课程越来越多，这给实验室的管理提出了新的挑战。通过对实验室的管理业务进行分析，提出采用基于J2EE平台的MVC模式设计实现了一个实用型实验室管理系统。基于J2EE的高职电子实验教学管理系统，应用JAVA语言编写程序，应用MySQL建立数据库管理数据，实现了通过网络进行高职电子实验的实验教学、实验预约、实验安排、实验报告评分等功能。
[关键词]教学管理；开放式电子实验教学；模块设计
高职院校实验实训教育管理信息化建设，可以有效提高实验实训设备的利用率，规范实验实训教学过程，拓展实验实训教学空间，提升职业院校的办学水平。现有职业院校实验实训管理系统，主要面向实训室管理人员和实训指导教师，‘缺少对职业学校教学质量评估方法及教学管理规范的研究，特别是没考虑校企合作下的实验、实训、实习项目管理，不能按教学评估要求汇总信息提供真实可信的报告供教学行政部门及上级主管单位评审。同时该系统是一个网上教学管理系统，强调学生的主体地位，凸显学生在高职电子实验课程学习中的主动性，为解决实验室管理人员的日常工作繁重问题，实现无纸化办公，提高工作效率，提供了可借鉴的平台。
一、系统功能概述
高职电子实验教学管理系统，具备五个方面的'功能：1）学生自己网上注册、登录功能；2）学生自主进行实验预约功能；3）学生随时随地利用电脑进行在线学习的功能；4）生成、提交实验报告的功能；5）老师对学生的实验报告进行评分、学生查询实验成绩的功能。
二、系统模块设计
系统设计中将电子实验教学管理分成三个模块：教师模块、学生模块、实验员模块。如图1所示，每个模块都有详细的功能设计，在形式上是相互独立的，而在功能上相互依存。实验教学主要通过上传理论指导资料来实现。由于是网络教学，指导资料的形式可以采用多种形式进行，譬如视频演示实验步骤，动画演示实验原理等。教师与学生之间的交流更多的是通过数字信息流的形式，因此要求教师在教学形式上做大量的改进。在线辅导通过网络通讯工具QQ，与学生一对一或者一对多的方式进行实时辅导。教师对学生的实验报告进行评分，直接从系统中抽取学生提交的实验报告，批阅后在记分栏内给出分数。
（一）学生模块
学生模块的功能有：注册登录、实验预约、在线学习、自由讨论、实验报告。图3学生模块流程图1）注册登录和在线学习。注册和登录，是进入电子实验教学管理系统的第一个环节。教师和实验员的用户名是特定的，不需要再进行注册。学生注册时要求输入学号、姓名、班级、专业等信息。这些信息在学生提交的实验报告中都将显示出来。登录成功并进入实验界面时，系统根据登录信息对数据库进行操作，从用户信息表中查找该用户的相关信息，并反应到实验界面。这样能方便教师对学生信息进行辨认和管理。学生登录系统后在列表中选择要预习的实验题目，在线进行实验前的预习。2）实验预约。实验预约模块是为学生和实验管理员设计的。实验员将近期内可做的实验发布在网上，学生提交预约意愿，实验员收集到足够的预约信息后，对实验人员及对应的实验时间、实验地点进行安排，上传安排结果，学生通过系统了解到实验安排的情况。学生在系统内进行实验预约，保证了学生选择实验题目、实验时间的充分自由。3）实验报告。实验报告的模式已经由系统定制好，学生只需填写相应的内容，提交时自动生成实验报告。在实验报告中，学生需要填写表格的数据及计算结果，讨论并回答实验检测题，写出实验结论。进行完上述的数据分析和计算后，实验结论、实验讨论分析等内容由学生手工填入至实验报告的相应位置，在确认实验报告各项内容都完成后，将实验报告上传。即完成了本次实验的实验报告。4）自由讨论。自由讨论这项功能则通过网络通讯工具来实现。本系统中主要是利用班级QQ群和群空间进行群内讨论与交流，讨论的主题围绕实验展开，目的是加深对知识的理解和扩展知识面。
（二）实验员模块
实验员模块的功能：实验安排、器材管理、实验指导。1）实验安排。根据学生预约的情况，实验员对实验学生人数进行控制。由于在学生进行预约时，学生能够了解到其他同学已经预约的情况，在预约时不会导致在某一个时间段人数超员的情况。实验员需要做的是对具体时间和具体实验人员的统一安排。2）器材管理和实验指导。实验室器材的管理和每个学生做实验的实时指导都由实验员来完成。这就要求实验员具备有过硬的理论知识和实验操作技能。
三、总结
基于J2EE的高职电子实验教学管理系统的设计与开发的前提是实行开放式实验教学管理的模式。本系统是针对高职在校学生选修电子实验课程的需要而开发的。系统通过在线指导、网络预约、实时反馈等功能，使实验教学的手段得以丰富，学生可以最大限度地自主选择实验时间，加强师生之间的交流，让学生真正成为学习的主体。
作者:孙静晶 张 鹏 汪鲁才 单位:1.鹤壁汽车工程职业学院 2.湖南师范大学工学院
篇4：火灾报警系统设计中单片机的应用论文
火灾报警系统设计中单片机的应用论文
摘要：火灾报警器在现代社会的应用非常广泛，是很常见的火灾预警装置，它对我国的发展具有重要意义，有效的保护了我国人民及财产的安全。现在我国的科学技术不断发展，现在的火灾预警装置都采用了高科技的装备，比如智能控制芯片，这就使得火灾预警装置比过去的反应更加灵敏。这对更好的发现灾情以及更好的控制灾情具有重要的意义。为了更好的研究火灾预警装置相关问题，本文通过对以AT89C51单片机为基础的智能火灾报警系统进行了科学的探究和分析。
关键词：单片机；火灾报警系统；声光报警模块
近几年，各种火灾事件不断发生，因火灾产生的伤亡率也在不断的增加，这样的情况不仅对伤亡人员及其家属造成了很大的伤害，还严重危害了社会的秩序，同时还造成了很大的.财产损失等，在这种情况下，设计出更加智能化的火灾报警系统具有重要的作用。
1系统设计方案
本文设计出的单片机智能报警器包括两个部分：单片机以及声光报警模块。我们把单片机智能报警器的工作原理总结如下：如果有火灾发生，单片机智能报警器里面的烟雾传感器就会利用每个智能节点获得烟雾信号，然后再进行二阶滤波处理，然后通过单片机中的模数转化器把处理好的信号转变为数字信号。再经由无线传输的方式传递到射频模块进行发射，当射频模块得到了信号就会将其传给单片机，单片机具有自动对火灾判断的功能，单片机自主判断后利用声光预警模块做出火灾预警。
2系统硬件设计
2.1AT89C51单片机
AT89C51是一种具有4K字节闪烁能够编程可以擦除只读存储器的低电压，性能较高CMOS8位微处理器，我们一般称其单片机。这个器件选择的是高新技术制造完成的，即ATMEL高密度非易失存储器制造技术，并且可以和高标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。这种控制器可以把具有多功能的8位CPU和闪烁存储器组装在一个芯片里面，因此ATMEL的AT89C51属于高效的微控制器，并且它可以给一些嵌入式控制系统带来很多比较有价值的处理方法。
2.2转换芯片
本文设计的单片机智能火灾报警器选用的是ADC0804数模转换专用芯片。这种芯片就是一个连续渐进式的转换器，不仅转换和传递的速率较快，分辨率比较高，而且其生产的过程也非常简单，并且生产成本较低，这些特点将有利于单片机智能火灾报警器的广泛应用。并且它不用另外设定地址总线和地址锁存器，因为它只有数据总线，这一点从操作性上来说就简单的多。
2.3声光报警模块
由于声光报警电路里面蜂鸣器使用的电流比较大，这就导致蜂鸣器的驱动具有很大阻力，必须借助外在力量对电路进行放大后，才能将蜂鸣器进行驱动，这里主要是利用三极管来达到放大电路的目的。首先，对声光报警系统的电路控制是由单片机的P1.0引脚来完成的，如果引脚的输出低电平，三极管就被接通了，那么蜂鸣器的电流就形成了了回路，并且会做出报警的反映。如果P1.0引脚没有发出低电平，那么三极管就不会被导通，也就不会出现声音报警的情况。其次，单片机P2.0口对光束报警的控制原理，和声音报警基本类似。只有P2.0口输出低电平时，才会出现发光二极管的光束闪烁的情形，然后开始光报警，如果P2.0口没有低电平输出，发光二极管就不会出现光束闪烁的情况，也就没有光报警的发生。
3系统软件设计
3.1开发环境设计
本设计主要选用KeilC51作为软件编程系统，该系统属于51系列，并且可以和单片机C语言的软件开发系统实现兼容。Keil软件开发系统除了提供连接器、宏汇编的开发方案，还有库管理和C编译器的全部开发方案，利用UVision集成开发环境把以上各种方案来连接到一起，并且Keil软件适应能力比较强，无论是WinXP系统还是Win系列系统，它都可以顺利的运行，这也是其一大优点。
3.2报警系统主程序设计
程序流程图里面存在的初始化有2个，一个是单片机本身的初始化，另一个是初始化是无线接收模块的。系统的主程序其实就是信号的一次无线循环过程，实现流程是：
（1）上电完成后，nRF24L01和单片机智能报警系统每个部分都实现自身的初始化；
（2）利用终止信号传输的方法来达到火灾报警系统对数据收集的目的。
（3）数据采集结束后，系统就会自主判断周围环境会不会发生火灾，如果没有出现火灾，就会将信号采集返回去。如果出现火灾，就会进行火灾报警。（一般以声光报警形式报警）。
（4）当异常报警完成后（火灾结束或火灾所发出的烟雾信号无法使报警系统发出烟雾报警信号时），系统恢复之前状态，重新回到初始化阶段。
4结论
本文主要对以单片机为基础的智能火灾报警系统进行了研究和分析，先对整个系统的设计方案做了简要说明，之后开始对AT89C51单片机、声光报警模块以及ADC转换芯片这些系统的硬件做了设计，而且还对系统开发环境以及报警系统主程序做了充分的研究和设计。结果显示，在各部分的配合下，以AT89C51单片机为基础的火灾报警系统对于预防火灾方面具有良好的效果。
参考文献
[1]鲁西坤,巩银苗,徐帅,侯凡博,姬鹏飞.基于单片机的智能火灾报警系统的设计[J].电子测试,(Z1):7-9.
[2]包航,仲毅,蔡长安等.基于单片机的智能火灾报警系统的设计[J].福建电脑,,33(09):12+14.
篇5：基于MSP430单片机的太阳能LED自行车显示系统设计论文
基于MSP430单片机的太阳能LED自行车显示系统设计论文
摘 要：本文介绍了太阳能LED自行车显示系统的硬件构成、主要部件和器件的选型原则及系统的软件框架。在MSP430单片机系统控制下，4条LED灯条实现文字，图片的稳定显示，并且配合传感器可以进行车速检测，稳定显示等作用。整个系统充分利用了LED寿命长、光效高、无辐射与低功耗的特点，最大程度地简化了硬件电路，使系统具有较高的性价比和可靠性。
关键词：动屏显示；自行车LED装饰；POV LED
0 引言
LED寿命长、光效高、无辐射与低功耗，基于太阳能LED的自行车显示系统稳定可靠、方便快捷，以自行车作为传媒载体，打破了目前市场上的广告大多通过平面报刊、电视电台、手机网络等进行宣传的传统方法，较之更有广泛的群众基础和性价比。 本作品充分考虑了LED在我国的良好市场前景，以及自行车的广大群众基础，将两者完美的结合在一起，相得益彰。
1.自行车LED显示系统简介
本文介绍的自行车车轮LED显示系统是通过安装在自行车轮辐上的LED旋转形成较清晰画面的装置。其工作原理是：在自行车车轮上对称地安装4条LED灯条，每条灯条上有32个独立的高亮LED以及灯条外侧有一霍尔传感器，灯条上的LED采用矩阵形式使得线路简化I/O口占用较少，白天的时候太阳能电池通过TP4056充电芯片为锂离子电池充电，晚上时整个系统开始工作，LED灯条彼此配合利用人眼的视觉惰性在自行车轮辐上显示出画面来。
自行车车轮LED显示系统结构框图如图2所示，由太阳能电池、充电电路、锂电池、电源稳压电路、MSP430单片机控制系统、LED灯条、传感器等主要部分组成。该系统具有充电过程自动调节、根据环境光强自动启动显示电路，显示画面随车轮转速自动调节等功能。
2．系统硬件设计
2.1 系统电源设计
在系统的整体设计时,估算本系统的总功耗为0.264W(系统电压3.3V电流0.08A)。市面上一块50X50mm的太阳能电池,一般输出功率为0.35W(5V/0.07A),因为白天充电时间大于晚上使用时间，所以满足系统要求。充电电路白天为系统锂电池充电，同时提供太阳能电池电压信号给单片机，单片机通过辨别外界光强从而确定是否启动LED灯条。
2.2 系统主控芯片
主控芯片选用MSP430F149单片机，采用精简指令集（RISC）结构，数据存储器都可以参加多种运算，功能强，运行速度快，在3V工作电压主频为1MHz下最大功耗为430uA，在低功耗模式下最小功耗可以降为0.1uA，功耗极低。同时MSP430有6组I/O口满足系统需要。
2.3 LED灯条设计
本系统利用人眼的视觉暂留,让LED灯条快速在人的眼前形成画面。LED灯条以阵列的形式，通过本身的移动来显示文字，依靠车轮转动带动灯条移动，实现文字或图案的显示。
在LED灯条数的选取上，以人眼的视觉暂留时间为0.1秒计自行车一般行驶的速度为20km/h，为获得良好的'显示效果则需要LED显示的刷新率为0.1s也就是10次每秒,自行车轮每转一圈前进2m，自行车速v=20km/h=5.56m/s。若自行车轮周长l=2m，刷新率为 10次/秒，车速为20km/h则自行车轮安装LED灯条条数n=10*l/v，经过计算得出n为4时成本最低，效果较好。
LED灯条采用4X4矩阵布局，在每个节点上安装两个极性相反的LED，即在一个节点的两端控制电流的方向就能控制在该节点是哪个LED点亮。用该种LED阵列可以让32个独立的LED用8根导线控制,大大减少了成本已经系统端口的占用。
2.4 传感器设计
为了使每一次显示的画面都能稳定,且显示的位置相对自行车固定则需要在系统上加装传感器,因为自行车轮相对自行车是旋转的,所以采用非接触式传感器--霍尔传感器,在自行车车架上安装磁铁,当霍尔传感器接近磁铁时则会有一次电平跳变,单片机检测这一电平跳变进行数据显示输出,以及进行测速和显示的调整。
3．系统软件设计
3.1系统主程序软件设计
本系统由主程序、LED显示子程序和显示校正子程序组成。系统供电后进入到低功耗模式，充电电路与单片机连接，外界无阳光时停止充电，此时低电平触发单片机中断，退出低功耗模式，系统开始工作，检测LED灯条是否经过磁铁。若检测到LED灯条的传感器电平跳变时则执行LED灯条子程序。
在LED灯条1检测到传感器信号跳变时单片机还启动内部的计数器，等到LED灯条2传来跳变信号时停止计数器，进入显示校正子程序。系统的主程序流程图如图3所示。
3.2灯条显示子程序
在系统进入到LED显示子程序后，从内存中读取需要显示的数据，显示数据为四组2位16进制数，对应灯条上的每一个LED。程序从LED1到LED32依次与显示数据进行比较，相同的点亮该LED。当1列LED比较完毕后进入到循环程序，循环次数越多，字的显示时间越长。通过控制循环的次数就能控制在不同的车速下都能显示出稳定的图像来。
当循环结束后在从内存中读取下一列需要显示的数据，直到显示结束。
3.3显示校正子程序
因为自行车车速是实时变化的，固定方法显示的画面肯定不稳定。于是采用计算两个传感器反馈的电平信号的时差计算出当前的车速，修改灯条显示子程序内的循环变量的办法，达到校正的目的。同时当自行车车轮转速较慢或不转时，内部计数器溢出，此时系统进入低功耗模式LED灯关闭。
4．结束语
本系统能源利用低碳环保。太阳能光电池的安装使本系统清洁，高效，无污染，完全符合全球倡导的低碳理念。同时文字显示稳定可靠。整个系统充分利用了LED寿命长、光效高、无辐射与低功耗的特点最大程度地简化了硬件电路，使系统具有较高的性价比和可靠性。
参考文献：
[1] 徐开芸，汪木兰，邵宇峰，邓 乐等. 可折叠便携式微型太阳能光伏电站控制系统设计[J].1002-6673 TP273.5，TK514
[2] 沈建华，杨艳琴等.MSP430系列16位超低功耗单片机原理与实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.
篇6：STC89C52单片机的宿舍智能防火报警系统设计论文
关于STC89C52单片机的宿舍智能防火报警系统设计论文
1 系统的总体设计
该智能防火系统以STC89C52 单片机为核心模块进行智能控制。该系统的总体构成主要包括以下几个部分:1 主控的STC89C52 单片机2GSM 移动通信模块3 无线传输模块的设计4实时时钟电路5 防火信息采集与处理模块6 温湿度检测模块与键盘显示模块。该系统的设计是以单片机为核心, 并将其与通信技术和电子检测技术相结合, 从而形成一个稳定的智能化的防火报警系统。
GSM 移动通信模块主要提供无线短信和数据传输的功能。STC89C52 单片机通过依照GSM 通信模块的通信协议对其进行通信并控制, 从而进行短信智能收发。本系统以STC89C52 单片机电路为核心, 控制连接在各子模块上。通过STC89C52 单片机, 可监测室内温度, 湿度, 以及室内可燃气体和烟雾的浓度, 在数据异常时, 可通过控制GSM 移动通信模块, 向预留的号码进行短信报警。
在学生宿舍内部安装信息采集分析模块。当宿舍发生火灾时, 与之相对应的防火报警探测器无线发射电路启动发射无线接收模块在接收到无线信号后, 向主控单片机发送中断请求。主控单片机响应中断后, 读出发送信号的报警器编码比确定是哪个报警器发生异常, 由GSM 通信模块对预先设定好的号码进行短信报警, 短信内容也可预先设定, 说明具体的地址及联系人信息等。
2 系统硬件设计
(1)STC89C52 单片机的说明
STC89C52 是一种带8K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能COMOS8 的微处理器。STC89C52 主要功能包括兼容MCS51 指令系统,8K 可反复擦写FlashROM,32个双向I/O 口,256x8bit 内部RAM,3 个16 位可编程定时计数器,6 个中断源, 其中直接提供外部中断处理可使用P3.2(INT0)或P3.3(INT1);1 个全双工可编程标准串行口， 其引脚为P3.0(RXD) 和P3.1(TXD);时钟频率0-24MHz2 个串行中断, 可编程UART 串行通道,3 级加密位, 低功耗空闲和掉电模式, 软件设置睡眠和唤醒功能等。该单片机对于程序烧写输入非常方便,故用其作为主控系统。
(2)GSM 短信模块的简介
GSM 短信的远程控制系统, 能够接收远端预定义的短信息指令来控制8 路控制开关, 同时检测4 路按键开关量并通过单片机译码, 由GSM 短信模块传送到远端。郑凌燕. 葛万成()针对GSM 具有实时, 方便, 快捷等优点对GSM 短信远程控制系统进行了描述。当单片机向GSM 短信模块发送信息时, 由4 路按键开关输入信息, 由单片机将单片机指令转换成AT 指令后传输给GSM 短信模块, 由GSM 短信模块将信息发送给预留号码, 实现远程信息传输控制的目的。本系统电路主要由四部分组成:GSM 短信模块, 单片机, 控制电路, 显示窗口。
(3) 无线传输模块设计
避开传统有线连接系统的局限弊端, 本系统采用无线传输方式。无线模块是利用无线技术进行无线传输的一种模块，主要由发射器，接收器和控制器组成。它的工作频率：315MHZ/433MHZ( 本设计选用315MHZ), 其发射功率：≤ 500MW, 静态电流：≤ 0.1UA, 发射电流：3 ～ 50MA, 它的工作电压：DC3 ～ 12V。当工作电压为3V 时, 在空旷地传输时距离约40 至50M, 当工作电压为12V 时, 达到最优工作电压, 空旷地传输距离约700-800M。除开无线发射模块外, 还有无线接收模块。平时未接收到发射出的信号时, 输出的只是杂乱的信号; 当无线接收模块接收到发射信号时, 经放大，变频, 滤波等处理后输出控制信号, 送到相应的解码芯片进行解码, 解码有效端口Vt也输出高电平经过一个非门转换送给单片机的外部中断0 接口。单片机在接到外部中断请求后, 执行外部中断服务子程序，读出数据码, 确定发出信号的传感器, 并进行短信报警。
(4) 温湿度测量电路设计
本系统中温湿度传感器采用新型温湿度传感器。这款温湿度传感器可给出全校准相对湿度及温度值输出，具有卓越的长期稳定性，湿度值输出分辨率为14 位，温度值输出分辨率为12位，并可编程为12 位和8 位。其中，两线制的串口设计，使外围系统变得快速简单，能耗低，体积小，不仅节省了资源，也简化了单片机的编程，提高了精度。徐会东()指出，在将STH11 与单片机串口相连后, 初始化传输时, 应首先发出”传输开始”命令, 该命令可在SCK 为高时DATA 由高电平变为低电平, 并在下一个SCK 为高时将DATA 升高。接下来的命令顺序包含三个地址位( 目前只支持”000”) 和5 个命令位, 当DATA 脚的ack 位处于地电位时, 表示SHT11 正确收到命令。如果与SHT11 传感器的通讯中断, 下列信号顺序会使串口复位: 即当DATA 线处于高电平时, 触发SCK9 次以上( 含9 次), 此后应再发一个”传输开始”命令。SHT11 利用两只传感器分别产生相对湿度, 温度的信号然后经过放大, 分别送至A/D 转换器进行模/ 数转换, 校准和纠错。最后通过二线串行接口将相对湿度及温度的数据送至单片机处理, 单片机对处理数据后进行数字显示并作相应的控制。王海宁(2008)针对控制对象的特点, 在系统辨识的基础上对系统的控制算法进行了仿真研究, 最后针对温控系统进行了实验, 通过对实验数据的分析表明本文所述的基于单片机的温度控制系统的设计的合理性和有效性。
(5) 可燃气体浓度探测器的`设计
传感器电路中最主要的期间就是QM-N10 气敏半导体传感器，该器件在洁净空气中的阻值大约有几十kΩ，接触到可燃气体时，电导率增大，电阻值急剧下降，下降幅度与瓦斯浓度在0.5% 以下成正比。一旦QM - N10 敏感到可燃气体时,IC1A 的脚处于高电位，此时IC1A 的脚变为低电平，经IC1B 反相后变为高电平，多谐振荡器起振工作，三极管VT2 周期地导通与截止，于是由VT1、T2、C4、HTD 等构成的正反馈振荡器间歇工作，发出报警声。与此同时，发光二极管LED1 闪烁。从而达到可燃气体泄漏告警的目的。
3 系统软件设计
本系统的重点为单片机与短信模块串口通信的设计, 因为它承担着自动运行以及向外报警的功能。本系统采用异步通讯方式, 异步串行通讯规定了字符数据的传递方式, 即每个数据以相同的帧格式传递, 每一帧信息由起始位, 数据位, 奇偶校验位和停止位组成。STC89C52 单片机的串口仅占用了单片机的P3.0和P3.1 脚。当非串口方式工作时, 这两根口线还可以作为一般的I/O 口线使用。
宿舍防火智能防火系统为宿舍火灾预防工作提供了一条安全有效的途径, 本系统通过以核心模块STC89C52 单片机展开,与GSM 移动通信模块相结合, 同时与新型温湿度传感器, 可燃气体浓度检测器相结合, 设计了智能防火报警系统。展现了现代科学技术的自动化, 智能化的特点, 在平安校园建设方面起了积极的作用。
篇7：单片机步进电机控制系统设计论文
2.1单片机程序设计
通过中断脉冲信号，计算步进电机的运转步数以及圈数，并对其进行记录；实现对步进电机运转速速的'控制；采用端口的中断程序关闭其相关程序，将电机控制在停机状态；通过中断电机的开启部位，将其转换到运行状态，实现电机的运行；PMM8713的U和D端口通过输出高电平，达到控制步进电机运转方向的目的；8279将其接口与自身的8个数据连接口进行连接，当单片机运行到键盘部位时，采用相关端口中断其工作状态，进而达到控制步进机的启动、停止、速度以及方向等，并将其反馈给8279，利用LED将其显示，明确其运转的速度以及方向。
2.2PC上位机设计
设计PC上位机的主要目的就是控制步进电机，利用单片机中相关部位，实现人与机的对话，其利用单片机发出执行命令，实现对步进电机的有效控制。其中，单片机接受的执行命令会存储在相关软件中，其与储存在片内的Flash的相关地址进行比较，不冲突的信息就储存在其中，如与其中储存的信息发生冲突，就会自动中断，有效的保护电机的正常运行。同时，此软件在运行的过程中，应该对晶振中的USART模块进行设置，其相关的控制软件由VB6.0对其进行编写，采用MSComm软件实现实时通讯。
3结语
电机控制系统利用单片机实现控制整个机器的工作，其使用的可靠性较高。在其工作的状态下，为其提供较为便捷的控制方案。通过控制步进电机的运转方向。云状速度以及工作状态等，提高步进电机的工作效率具有非常重要的作用。同时，该系统还能够控制三相电机和四相电机，其有PC上位机对整个步进电机的运行进行控制，使该系统在环境恶劣的情况下运行，确保人员的安全状态；此外，该系统还具有使用范围广、操作简单、成本低廉、实用性强等优势，被广泛的应用在实际生活的各大领域中，并能够发挥其独特地作用，进而提高步进电机的工作效率，创造经济效益。
篇8：单片机步进电机控制系统设计论文
1.1LED和键盘设计
为了能够实现人与机器的对话，单片机的步进电机控制系统设计了3*4键盘以及4*8LED数码管，人们可以直接对其进行控制。该系统通电后，通过键盘输入控制步进机的运转、启动以及转动方向等，由LED管动态清晰显示步进机的转向以及转速。器件8279能够控制系统键盘的输入以及LED的输出，进而减少单片机工作的承载，8279在控制系统工作的过程中，将键盘输入的信息进行扫描，利用其抖功能，避免事故的发生。（下图为LED和键盘模块）
1.2放大和驱动设计
逻辑转换器是步进机控制过程中的脉冲分配器，其是CMOS集成电路，其输出的源电流为20毫安，能够应用于三相以及四相步进机，其工作可以选择以下6种激进方式进行控制；其中，对于三相步进电机有1、2、1-2相；对于四相步进电机有1、2、1-2相，其输入的方式有单、双时钟选择方式，其具有正向控制、方向控制、监视原点、初始化原位等功能。PMM8713器件主要由激励方式判断、控制以及时钟设置等部分组成，所有的输入端都设置有秘制的电路，进而提高抗外界干扰的能力。PMM8713输出能够接受功率驱动电路，其通过驱图1LED和键盘模块动器，输出最大的工作电流，以满足电机工作的需求。单片机通过调节相关端口的脉冲信号，控制步进机的运行状态、运转方向以及运转速度等。
篇9：单片机水温控制系统设计的论文
2.1系统设计
基于AT89C51单片机的水温控制系统采用了当前应用广泛的AT89C51单片机，以AT89C51单片机做为核心部件，以汇编语言对其进行编程控制其它辅助系统，用PID算法来控制PWD波的产生，进而实现系统温度的控制。
2.2硬件设计
基于单片机水温控制系统硬件主要由单片机基本系统、温度传感器、电炉、继电器、显示电路、报警电路、键盘等组成。
（1）单片机基本系统。单片机基本系统采用了AT89C51芯片，它由基本供电电路、时钟电路和复位电路组成。键盘、显示电路、报警电路将信号输入到单片机基本系统当中，单片机基本系统根据温度传感器采集到的数据，进行数据分析与处理，得到相应的控制信号，由控制信号驱动继电器工作，从而达到控制电炉工作的结果，最终达到控制温度的目标。
（2）温度传感器。温度传感器的作用是对水温进行温度的检测，并实时将数据传送至单片机基本系统，以供其进行数据分析。
（3）继电器。继电器的作用是控制电炉工作，它通过接收单片机基本系统的控制信号，实现对于电炉的控制。
（4）电炉。电炉是用来实现对水加热的功能，由继电器根据控制信号对其进行控制。
（5）键盘。本设计采用61板自带按键，不需要另外连接硬件即可使用。
（6）显示电路。由六个八段数据管以及数码管的驱动电路组成，前三段用于显示控制温度，后三段用于显示实际测量温度。
（7）报警电路。报警系统是出于电炉的安全考虑进行设计的。温度传感器获得数据传递给单片机基本系统，单片机基本系统分析数据后，当水温过高或过低，即达到预设最大值与最小值时，单片机驱动报警电路，实现报警功能。以上各组件与单片机芯片引脚连接方式为：温度传感器输入端连接到P3.1口，按键接在P3.1、P3.2、P3.3，分别控制设定温度的十位、个位和小数位，单片机的'输出控制信号由P3.5输出；实际水温显示的字型码是由P0口送出，十位、个位和小数位分别由P1.0、P1.1、P1.2选通；设定温度显示的字型码是由P2口送出，十位、个位和小数位分别由P1.3、P1.4、P1.5选通。
2.3软件设计
（1）主程序设计：系统采用汇编语言进行编程，由主程序进行控制。即由主程序调用子程序。其功能主要对传感器采集的数据送入单片机中特定单元，然后一方面进行在LED显示，另一部分与设定值进行比较，通过PID算法得到控制量并经由单片机输出去控制电动调节阀进行水温调节。
（2）子程序设计：主要由显示子程序、键盘中断子程序、进制转换子程序、温控子程序、报警子程序等组成。显示子程序用于显示实际温度和设定温度；键盘中断子程序用于对系统进行设定控制；进制转换子程序用于把采集的温度信号换算为对应的温度值；温控子程序把采集的实际温度与设定温度值比较，调用PID算法，输出控制信号；报警子程序用于控制非法输入温度值。3.4温度控制系统的数学模型温度控制系统可采用采用比例积分调节器来校正，按照一定采样周期采集r(k)和F(k),其偏差值为e(k)=r(k)-F(k)（1）根据偏差值来计算输出u(k)，其对应差分方程为：u(k)=u(k-1)+a0e(k)-a1e(k-1)（2）其中：a0=Kp(1+T/T1)a1=Kpe（k）=（rk）-F（k）
3结语
此款基于AT89C51单片机的水温控制系统其设计精简、实用、稳定性高、控制精度高、安全性高，既可以实现大工业生产中的水温控制，又可以实现家用电器的水温控制，有着成本低，性能高的优势。
篇10：单片机水温控制系统设计的论文
1温度控制系统概述
工业生产中对于温度控制的需求是十分严格的，大量的锅炉、加热炉以及家用电器，如热水器、电水壶等对于温度控制都有需求。如果温度控制不精准，小则出现浪费资源的现象发生，大则可以引发重大事故。因此，精准的温度控制是十分必要的，那么温度控制系统应运而生。自动温度控制系统需要准确的控制温度，及时的做出后续操作。基于单片机的自动温度控制系统以其外型小巧、功能强大的优势近些年被广泛应用于动温度控制系统当中。
篇11：基于51单片机的盲文助读器系统设计研究论文
基于51单片机的盲文助读器系统设计研究论文
引言
中国是全世界盲人最多的国家之一，据统计约有900万盲人。盲人接受文字信息的途径主要有利用语音合成发声软件阅读和触摸盲文凸字两种形式。语音合成发声感情生硬，缺乏阅读快感，较晦涩的文字和公式更是难以理解记忆。同时，供盲人阅读的新版图书只有104种，盲文期刊仅8种，品种数量可谓奇缺叫。另一方面，现有的盲文助读器由于采用压电陶瓷，其价格也颇为昂贵。本文基于51单片机设计了一种新型的盲文助读器。
1新型盲文助读器的总体架构设计
目前广泛应用的盲文有现行盲文和双拼盲文两种，现行盲文以三行两列的6个凸点为一个基本单位，6个凸点之间通过不同的排列组合形成不同的文字，本文基于流行最广的现行盲文设计了一种8方的盲文助读器。因微型步进电机具有体积小、利于控制、价格低廉等优点，机械部分采用步进电机来实现凸点的起落，控制部分则采用STC89C51单片机，通过6个1,B1848M步进电机驱动芯片来控制6个步进电机，每个步进电机控制1个凸点的起降，每6个步进电机控制的凸点表示1个盲文单元(即盲文的1方)，每个盲文单元可以显示1个阿拉伯数字或英文字母，2个或3个单元可以显示1个汉字。电路连接部分采用自行设计的PC'B板，将电机驱动芯片、步进电机、单片机有序地连接。单片机通过内部程序控制来实现盲文单元内6个步进电机间以及每个盲文单元间的协调组合，从而实现盲文的表达输出。
2机械整体架构
采用微型步进电机作为原动机(即控制终端)，通过单片机发送的信号控制电机的旋转，带动螺旋机构控制螺母和凸点的升降运动。将微型步进电机镶嵌在底盘内，焊接在PCB板上，利用导轨板壁和与之配合的电机限制螺母沿二，二轴平动和绕二，y轴转动，使之只能绕二轴转动从而实现沿导轨板壁的上下移动，每6个凸点为1个单元，通过不同凸点的起降变化，显示不同的文字。
步进电机是四线二项混合式微型步进电机，此款电机属于二相四拍式步进电机。通过1,B1848M芯片产生的驱动信号驱动步进电机，带动丝轴上的螺母上下运动，距离控制在2 mm的统一高度。步进电机结构示意图如图3所示。
3控制部分设计
3. 1多机通讯的硬件设计
PC机作为上位机，主机和从机都为51单片机。PC'机与主机通过串口通讯。由于通讯距离较短，所以本项目采用RS232进行串口通讯，波特率为9 600，数据位为8位。
主机利用缓冲寄存器SBUF接收PC'机发来的字符数据后经过内部转码处理，将字符数据翻译为对应的电机控制码，通过串行通讯发送给从机。从机接收完主机发来的数据后，实时控制相应步进电机的转动状态。其中从机部分只显示出了一个单片机和1个电机。
PCB板的设计是本项目硬件系统的重要部分，使用Propel DXP2004，实现了SCH(原理图)设计、SCH仿真、PCB(印制电路板)设计、Auto Router(自动布线器)和FPUA设计。
在PC'B的制作过程中，芯片IB1848M的封装根据技术手册完成。为了减小盲人助读器的.整体尺寸并且配合微型步进电机的焊接，实际制作时，采用两层PCB板作为信号层，其主要的工艺指标如下:PCB板宽为24 mil;最小线宽为6 mil;走线与焊盘的最小距离为12 mil;过孔最小内径为16 mil。
3.2多机通讯的软件设计
通过对51单片机内部的多机通讯控制位SM2SM1的控制实现多机通讯。利用串行通讯来实现主机与从机间的通讯，主机先利用串口向所有从机发送地址，在从机接收到地址时进行判断。若地址不符则不作为，地址相符则继续接收主机发来的电机控制信息，进而对电机进行控制以实现盲文的显示。
在进行多机通讯时，主机依次对从机进行控制，实现8组步进电机的依次控制，先控制第1个从机，令电机显示第1个盲文，再控制第2个从机，令电机显示第2个盲文。
在8组从机依次控制完毕后将所有从机的控制位SM2-SM1恢复为初始状态，准备进行下一次通讯命令的接收。
4结论
本文从我国盲文使用现状入手，指出了现有语音合成发声软件和纸质书籍的弊端，并详细介绍了新型盲文助读器的具体设计原理。利用微型步进电机控制凸点，用单片机控制电机，通过PCB进行电路搭建，实现了新型盲文助读器的设计。它能很方便地将电子版文字转化为盲文凸起形式，价格低廉，对盲人的学习、生活有很大的帮助。
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