時間：2022-05-03 05:43:52
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇單片機應用論文，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
論文摘要：目前單片機滲透到我們生活的各個領域，本文介紹了單片機的應用并且根據自己的一些經驗談了單片機應用過程中應該掌握的幾個技巧。
目前單片機滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網絡通訊與數據傳輸，廣泛使用的各種智能IC卡等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領域的機器人、智能儀表、醫療器械了。因此，單片機的學習、開發與應用將造就一批計算機應用與智能化控制的科學家、工程師。
一、單片機的特點應用
單片機的特點主要有：高集成度，體積小，高可靠性；控制功能強；低電壓，低功耗，便于生產便攜式產品；易擴展；優異的性能價格比。目前，單片機的應用領域主要包括：辦公自動化設備；單片機在機電一體化中的應用；在實時過程控制中的應用；單片機在日常生活及家用電器領域的應用；在各類儀器儀表中引入單片機，使儀器儀表智能化，提高測試的自動化程度和精度，簡化儀器儀表的硬件結構，提高其性能價格比；在計算機網絡和通信領域中的應用；商業營銷設備；單片機在醫用設備領域中的應用；汽車電子產品；航空航天系統和國防軍事、尖端武器等領域，單片機的應用更是不言而喻。
二、單片機開發中的幾個基本技巧
在單片機應用開發中，代碼的使用效率問題、單片機抗干擾性和可靠性等問題仍困擾著。現歸納出單片機開發中應掌握的幾個基本技巧。
1、如何減少程序中的bug。對于如何減少程序的bug，應該先考慮系統運行中應考慮的超范圍管理參數如下。物理參數：這些參數主要是系統的輸入參數，它包括激勵參數、采集處理中的運行參數和處理結束的結果參數。資源參數：這些參數主要是系統中的電路、器件、功能單元的資源，如記憶體容量、存儲單元長度、堆疊深度。應用參數：這些應用參數常表現為一些單片機、功能單元的應用條件。過程參數：指系統運行中的有序變化的參數。
2、如何提高C語言編程代碼的效率。用C語言進行單片機程序設計是單片機開發與應用的必然趨勢。如果使用C編程時，要達到最高的效率，最好熟悉所使用的C編譯器。先試驗一下每條C語言編譯以后對應的匯編語言的語句行數，這樣就可以很明確的知道效率。在今后編程的時候，使用編譯效率最高的語句。各家的C編譯器都會有一定的差異，故編譯效率也會有所不同，優秀的嵌入式系統C編譯器代碼長度和執行時間僅比以匯編語言編寫的同樣功能程度長5-20％。對于復雜而開發時間緊的項目時，可以采用C語言，但前提是要求你對該MCU系統的C語言和C編譯器非常熟悉，特別要注意該C編譯系統所能支持的數據類型和算法。雖然C語言是最普遍的一種高級語言，但由于不同的MCU廠家其C語言編譯系統是有所差別的，特別是在一些特殊功能模塊的操作上。所以如果對這些特性不了解，那么調試起來問題就會很多，反而導致執行效率低于匯編語言。
3、如何解決單片機的抗干擾性問題。防止干擾最有效的方法是去除干擾源、隔斷干擾路徑，但往往很難做到，所以只能看單片機抗干擾能力夠不夠強了。在提高硬件系統抗干擾能力的同時，軟件抗干擾以其設計靈活、節省硬件資源、可靠性好越來越受到重視。單片機干擾最常見的現象就是復位；至于程序跑飛，其實也可以用軟件陷阱和看門狗將程序拉回到復位狀態；所以單片機軟件抗干擾最重要的是處理好復位狀態。一般單片機都會有一些標志寄存器，可以用來判斷復位原因；另外你也可以自己在RAM中埋一些標志。在每次程序復位時，通過判斷這些標志，可以判斷出不同的復位原因；還可以根據不同的標志直接跳到相應的程序。這樣可以使程序運行有連續性，用戶在使用時也不會察覺到程序被重新復位過。4、如何測試單片機系統的可靠性。當一個單片機系統設計完成，對于不同的單片機系統產品會有不同的測試項目和方法，但是有一些是必須測試的：測試單片機軟件功能的完善性；上電、掉電測試；老化測試；ESD和EFT等測試。有時候，我們還可以模擬人為使用中，可能發生的破壞情況。例如用人體或者衣服織物故意摩擦單片機系統的接觸端口，由此測試抗靜電的能力。用大功率電鉆靠近單片機系統工作，由此測試抗電磁干擾能力等。
綜上所述，單片機已成為計算機發展和應用的一個重要方面，單片機應用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統的控制系統設計思想和設計方法。從前必須由模擬電路或數字電路實現的大部分功能，現在已能用單片機通過軟件方法來實現了。這種軟件代替硬件的控制技術也稱為微控制技術，是傳統控制技術的一次革命。此外在開發和應用過程中我們更要掌握技巧，提高效率，以便于發揮它更加廣闊的用途。
參考文獻：
[1]何立民.MCS-51系列單片機應用系統設計系統配置與接口技術.北京：北京航空航天大學出版社，1990
圖1給出了前端處理器中采用協處理器的硬件略圖（只畫出有關部分）。它的主處理器仍采用了當前流行的16位單片機80C196KB（IC6），協處理器采用了W78E51單片機（IC3）。W78E51的指令及性能同89C51，只是它的工作頻率可以達到40MHz。由于有兩個CPU同時運行，而且它們之間還有數據交換，如何去協調它們的工作是至關重要的，這需要通過硬件和軟件的設計來加強保證。
圖1中，IC1是8選1的模擬通道芯片MAX338，若通道數量超過8，可選用MAX306，其通道數量可達16個。IC2為12位帶采樣保持功能的A/D模數變換芯片AD1674。IC4為地址鎖存片74LS373，IC5為RAM存儲芯片6264，它們附屬于IC3，作為IC3的片外數據存儲器。
硬件的工作過程是：工頻電壓或電流經處理后（經傳感器或者電壓/電流互感器、放大器、濾波器等處理）變為相應的模擬信號，分別從CI1的8個輸入端（IN1～IN8）輸入，具體選通哪路則取決于A0～A2的二進制數。而A0～A2又是由IC3的P10～P12決定。被選中通道的模擬量由IC1的OUT輸出，經跟隨器后進入IC2進行A/D變換，由R/C、A0控制變換的過程，STA給出變換結束的信號，它們分別由IC3的P15～P17實施控制和測試。變換完成的數字量為12位，分兩次輸出，第一次為高8位（DB11～DB4），第二次為低8位（DB3～DB0，后加4個0）。這些數據經整理后依次存入數據存儲器IC5中。IC3的P14是IC2的片選信號，P33是IC4、IC5的片選信號，通常為高電平，選不中。當進行A/D變換時，須先將P14置低電平，選中該片，變換完成后，再置加高電平。當向IC5存、取數據時，須通過P33進行控制，過程同上。這樣，可以防止A/D變換、IC5存取數據、IC3通過P0口向IC6傳送數據這三者之間的相互交叉干擾。
周期值的測量是由一模擬通道提供工頻信號，經斯密特觸發器至IC3的P13進行。P13相鄰兩次電平下降的時間隔即可周期值。
IC3的P30、P31與IC6的P10、P11構成握手信號，將存放IC5中的各量依次取出，由IC3的P0口傳至IC6的P0口，并存入指定的區間，再進行傅氏運算、處理和控制。IC5中存儲的數據個數是1周期內各采樣點的、各通道測得的數據個數的總和。設采樣點為Rn，通道數為Rm，再加上前述的周期值（各量均為2字節），總的字節數C=2RnRm+2。當Rn=32，Rm=8，則C=2×32×8+2=514字節。當少于200字節時，也即采樣點、通道數較少時，如Rn=16，Rm=6，IC3可用W78E52代替。W78E52可以利用片內的256個RAM來存儲數據而省去片外的數據存儲器，在硬件上更為簡潔。
二、軟件
圖2是協處理器主程序軟件框圖。首先對有關的量進行說明：T0和T1是W78E51片內的兩個定時器。T、Ta和Tb均為2字節寄存器，T用來存儲測量出的周期值；Ta存儲兩相鄰采樣點的時間間隔，因本例中采樣點為32，將T右移5位即得Ta值；Tb是Ta對應的溢出值，用來產生T0中斷。注意：以上諸量都須機器周期來表示，本例中采用24MHz晶振，一個機器周期的時間為0.5μs。Rm是模擬通道數，范圍是1～8。Rn是采樣點數，范圍是1～32。
工作過程簡述如下：當P13電位下跌時，周期測試開始，到第二次P13下跌時，周期測試結束（區間為AA～AD）。兩次下跌的時間間隔即為工頻的周期，具有準確的跟蹤特性。在周期測試開始后4μs，T0溢出產生中斷，執行中斷子程序，總共32次。中斷子程序都是在AD～AC間執行的，也即在第一周期內所有需要測量的量都已測出。從AD往后便是第二周期，主要用來計
算Ta、Tb的值，并將IC5內的數據傳送出去。由此可見，協處理器的運行為2個周期，約40ms。應說明的是：在上電的第一個周期內，因周期值還未測出，故須對Tb值先行設置。圖3是中斷子程序軟件框圖。
8個通道的A/D轉換數據是先存入片內的RAM。這樣來得快，以減少通道之間的相差（鄰近通道之間的相差約為0.4°），之后，再一次性地由片內RAM轉存于片外RAM。執行一次T0中斷子程序的時間約為256μs。當采樣點為32時，時間間隔為625μs，綽綽有余。若將采樣點增至36，通道增至16個，則采樣點間隔約為555μs，執行中斷子程序的時間約為445μs，仍有足夠的余量。
軟件可以用匯編語言ASM51編寫，也可以用對應的高級語言PL/M51或C51編寫，但前者代碼率高一些。
結束語
以上是協處理器的一般用法，在此基礎上是否能進一步縮短運行周期和提高測量精度，是一個值得研究的課題。提高主處理器IC6和協處理器IC3的工作頻率（如IC6采用16MHz，IC3采用36MHz）可以提高CPU的運行速度，以達到縮短運行周期的目的。但有兩點需要注意：一是CPU的芯片的速度必須跟得上；二是頻率提高后，輻射增強，交叉干擾變得明顯。因面，在印刷電路板的設計上須謹慎處理。
提高測量精度可以從3個方面著手。一是提高A/D轉換精度，采用14位A/D變換芯片。不過，位數越多，變換所需的時間也越長。這在單一CPU中因時間限制，效果不好，而在協處理器中卻容易實現。這里還有一個附帶的問題，目前大都采用開關式穩壓電源，耗電量省，但工作頻率高，噪波大，通常有5～10mV,這無疑限制了精度的提高。因而，必須有一套優良的電源濾波系統，將噪波濾到1mV以下。有時這部分的電源干擾采用串聯式穩壓電源，其噪波可以做到0.5mV以下。
論文關鍵詞：Proteus，簡單制作，教學與實踐
1 Proteus 簡介
Proteus是英國Labcenter公司研發的多功能EDA（電子設計自動化），它實現了從電路設計到測試、仿真、調試的整個過程。仿真運行通過后再制作實際電路的話，就大大縮短了開發周期，并且降低了開發成本。所以說它為電子電路、單片機應用系統的開發設計以及教師的教學、學生的學習提供了非常有效的方法。
2 單片機應用系統設計與仿真實例
下面通過制作一個簡單的單燈閃爍，說明如何使用Proteus實現單片機應用系統的設計與仿真。要求發光二極管一亮一滅的不停閃爍。
2.1 設計電路
利用Proteus繪制電路原理圖的步驟如下：
⑴運行Proteus ISIS程序；
⑵單擊P命令進入元件選擇對話框，選擇電路設計中所需的元件；
⑶放置元件到繪圖區簡單制作，布好局；
⑷設置好元件的參數；
⑸連接導線。
繪制完成的單燈閃爍硬件電路圖如圖1所示。
圖1 單燈閃爍硬件電路圖
2.2 編寫程序
ORG0030H
LOOP: SETB P1.0
LCALL DELAY
CLR P1.0
LCALL DELAY
LJMP LOOP
DELAY: MOVR3, #250
L:MOV R4, #250
LL:DJNZ R4, LL
DJNZ R3, L
RET
END
編輯好程序保存時，文件的擴展名必須是ASM格式。
編譯程序，若編譯通過，便得到HEX格式的文件論文開題報告范例。
2.3 加載程序文件
雙擊原理圖中的單片機元件AT89C51，便出現單片機的屬性編輯窗口，在“Program File”欄指出HEX格式的程序文件所在的位置，就可將該程序文件加載到單片機中。
2.4 啟動仿真，看電路運行效果
單擊仿真控制按鈕，觀察電路的運行狀況。
Proteus可以總體仿真運行，也可單步或設置斷點仿真。
啟動仿真后，能清楚地觀察到單片機系統在運行時，各硬件所處的實時狀態。
若電路設計合理、程序編寫正確，就會看到發光二極管不停地閃爍。
2.5 調試簡單制作，修正電路、程序代碼
若未出現想要實現的功能，就需進行軟硬件調試。
對于硬件電路，可用Proteus中提供的測量儀器儀表對電路進行測試、觀察；至于程序，可采取單步或設置斷點進行仿真調試。
不斷修正電路及程序代碼，直到能實現相應功能，并改變元件參數使電路的性能達最優。
注：每次修改完程序后，都必須再編譯一次，然后裝載到單片機中。
2.6 仿真運行通過，制作實際電路
仿真運行通過后，根據設計的原理圖，購買元器件、制板、焊接、測試調試，直至產品制作成功。
Proteus仿真模型是根據生產廠家提供的技術參數文件來建立的，仿真極接近實際簡單制作，所以仿真運行通過后制作的實際電路的成功率相當高。
3 引入Proteus的好處
3.1 教學中
1. 教學內容生動形象化
利用Proteus仿真軟件和多媒體教學設備，在課堂中通過實例仿真，演示從單片機硬件設計到軟件調試的全過程，并演示運行結果，使教學內容生動形象化。
2. 激發學生的學習興趣，提高教學質量
教學中對實例用Proteus進行仿真，這種結合實際講解知識點的方法，大大激發了學生的學習興趣，使知識點變得容易理解、接受，從而提高了教學質量。
3. 拓展學生思維
講解完知識點后，針對實例，向學生提出相關拓展性問題。比如上例中：
⑴P1.0口線上能否多并聯幾個發光二極管？改變R2阻值大小的話會出現什么現象？
⑵能不能將P1.0換為32根I/O口線中的其他線呢？若能的話，改為P0的某一口線時需注意什么？
⑶P1.1~P1.7能否像P1.0一樣都接發光二極管以及電阻呢？
⑷硬件電路改了簡單制作，程序相應地要如何修改呢？。。。論文開題報告范例。。。
通過提問，并適當演示，這樣不僅拓展了學生的思維，同時加強、深化了學生對知識點的理解。
3.2 實踐中
1. 提高開發速度，降低開發成本
從上例可看出，利用Proteus軟件，在繪圖區繪制好電路原理圖，并將編譯后的程序文件加載到單片機中，進行仿真就能觀察整個電路的運行情況，驗證設計是否達到要求，未達到，即可修整設計方案、修改程序、測試電路，直至成功。這樣就無須多次購買元器件板、制板、焊接測試調試等簡單制作，省時、省力、省錢，同時也提高了設計效果和質量。
2. 敢于嘗試，勇于創新
根據仿真通過后的電路原理圖來制作產品，學生就不用擔心元器件損壞等問題，就敢于動手去嘗試設計電路。通過自己動手，加深了對理論知識的理解，同時培養了學生勤思考、勇于創新的精神。
4 結語
教學與實踐中引入Proteus，提高了學生的學習熱情。產品制作成功，學生就會很有成就感、滿足感，這是一個良性循環。通過不斷的實踐，學生的動手開發、創新能力就得到了較大的提高。
參考文獻:
[1]彭勇.單片機技術.電子工業出版社,2009.8
[2]朱成志.Proteus仿真軟件在單片機原理教學中應用. 科技創新導報, 2009
關鍵詞：機電一體化；單片機；模塊化；實驗臺；數字溫度控制系統
中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2011）30-0050-03
隨著工業自動化控制設備的集成度越來越高，控制功能日趨完善，作為控制系統的核心部件――單片機日益受到重視，具有完善控制功能的單片機逐漸在自動控制系統領域大放異彩，而企業對于掌握單片機控制系統開發設計能力的人才更是求賢若渴，為此，必須要對機電專業學生的單片機設計能力進行重點培養和訓練。而現有的單片機實驗臺很多都是集成度很高的實驗臺，由于集成度高而大大限制了其應用的范圍，且由于集成度高而使得實驗臺系統相當脆弱，后期維護養護工作量較大。因此，相關人員有必要開展單片機能力訓練和拓展方面的實驗臺研究。
本論文主要結合當前單片機實驗臺的應用現狀，結合模塊化的設計理念，對單片機綜合實驗臺進行設計研究，以期從中能夠找到模塊化單片機實驗臺的設計應用模式，從中開發出合理有效的單片機能力訓練拓展的實驗方法，并以此和同行分享。
一、單片機實驗臺總體設計
（一）高校單片機實驗臺應用現狀
當前各個高校的機械電子工程專業都普遍開設有單片機相關課程，但是配套的實驗設備均是簡單的演示性實驗器材，只是讓學生照著書本上的范例輸入程序，即可完成單片機控制系統的全部控制功能的演示，對于學生動手設計單片機控制系統毫無實踐動手的意義；國內一些教學實驗儀器生產廠家所設計的單片機實驗臺，其控制功能過于復雜，并且配套設備多，零部件之間的依賴關系較大，集成度高，反而不利于學生對單片機控制系統內部原理的認識和理解，同時由于這些實驗開發板大多已經將實驗功能程序固化在系統內部了，因此實驗系統的擴展功能較差，只能夠進行預先設計好的實驗項目，對于學生自主性設計綜合實驗實訓項目，其實施難度較大，且這些實驗儀器設備普遍存在著后期維護量大的問題，成本十分高昂，動輒高達十幾萬元，且并不適合我校學生的學習情況，因此并不適宜通過直接購買的方式引進相關實驗設備。
綜上所述，只有自制基于單片機控制功能的多功能實驗臺，才能從根本上解決我院學生微機原理與應用課程的實驗設備配備問題，并且提高學生真正動手設計單片機控制系統進而達到應用開發的實踐動手能力。
（二）實驗臺總體結構設計
該試驗臺從模塊化設計的角度出發，從簡單實驗到綜合設計實驗，均采用模塊設計、接口預留、連接組建的方式來實現單片機的具體控制應用；對于綜合性的單片機測控系統實驗，利用四個小型單片機控制實現的測控系統，組建綜合性單片機控制實驗中心，進而實現對相關單片機設計的應用。
該實驗臺是面向學生進行單片機課程實驗而設計的，因此在設計時，一定要能夠考慮到學生的動手能力、多名學生同時進行實驗的可行性以及實驗的可重復性。鑒于此，采用面包板的設計模式，將實驗臺中可能用到的各單片機模塊掛在面包板上，面包板上可以刻畫出不同測控系統的電路原理圖，學生根據電氣原理圖，選擇相應的單片機模塊掛在面包板上，單片機模塊與面包板之間采用專用連接插頭進行電氣連接，而各單片機模塊之間采用杜邦連接件進行電氣連接，從而搭建出不同測控功能的單片機測控實驗系統。如圖1所示，為基于單片機的模塊化實驗臺結構框架示意圖。
（三）實驗臺功能模塊設計
如圖2所示，該多功能實驗開發板主要是圍繞單片機控制與測試系統的基本構成，從傳感器的輸入開始，到信號處理電路，A/D轉換電路，主MCU控制電路，存儲電路，D/A轉換電路，輸出顯示等模塊，該系統囊括了單片機控制與測試系統的全部構成環節，通過模塊化設計思路，將不同功能的單片機控制與測試系統環節模塊化，并通過設計不同的接口選擇電路，實現讓學生動手連接不同電路模塊，進而搭建不同功能的測試系統或單片機控制系統。
二、基于單片機的模塊化實驗臺的實現
（一）實驗臺模塊硬件模塊的設計實現
對于該多功能實驗開發板，采用獨立化的模塊設計方式，將搭建各種不同功能的單片機控制系統及測試系統的必要組成模塊進行分離，借鑒“堆積木”的思想，使學生自主的選擇不同的模塊，進而按照實驗功能要求構建具有不同實驗功能的單片機控制系統。
在具體實現方式上，每一個模塊都會設計統一的具有一定通用性的接口，有輸入模擬量接口，輸入數字量接口，輸出模擬量接口，輸出數字量接口，接口統一采用標準2.54mm的插針插母，方便不同模塊之間的數據傳輸和交換。如下圖3所示，是A/D轉換模塊和處理器模塊（8051）進行連接的設計示意圖。
從下圖設計上可以發現，每一個獨立模塊都設計了由標準2.54mm插針構成了接口，按照接口類型的不同，可以具體分為輸入模擬量接口，輸入數字量接口，輸出模擬量接口和輸出數字量接口，不同模塊之間采用杜邦連接件連接。實際上，本實驗開發板的全部模塊均采用此種模塊化的設計方式，從而有利于學生動手能力和自主設計能力的提升。
（二）基于單片機實現的模塊化數字溫度測控系統構建
基于模塊化的單片機數字溫度測控系統，是利用了模塊化的設計理念，將數字溫度測控系統按照其構成模塊，如CPU控制模塊、數據采集模塊、AD轉換模塊及數字顯示模塊等分別進行硬件連接連線，從而完成數字溫度測控系統的設計，再配以合適的程序，即可實現對環境溫度的數字測量與顯示的功能。這樣利用模塊化的設計方法極大的提高了機電專業學生動手實驗實踐的能力，對于單片機的設計應用能力的提高有很大幫助。
圖4 數字溫度測控系統硬件接線原理圖
硬件連線如上圖4所示，該電路由51單片機、ADC0809電路及七段數碼顯示電路三部分組成。由于電路比較簡單，在總線上沒有其他器件，所以直接選通ADC0809，ADC0809轉換器的轉換結果顯示在七段數碼管顯示電路上。需注意，試驗中要將所有的電源的地線相連，包括+5V和+24V之間的。當＋5V的VCC本身波動不超過ADC0809的測量精度時，可以將參考基準電壓輸入端直接接到VCC（Vref+）和GND（Vref-）上。輸入電壓來自于溫度變送器，在protues中可以按圖所示，采用電阻分壓，以產生電平信號。溫度值與輸入的數值之間的關系為：T=D*Vref/256*20。其中D為ADC0809輸出的數據值。
三、結語
本論文結合當前高校單片機課程實驗臺普遍存在集成度較高、實用性較低的現狀，從模塊化設計的角度出發，設計了基于模塊化單片機的集成實驗臺，能夠面向高校單片機課程教學使用，本論文從硬件設計和軟件設計的角度詳細論述了實驗臺的實現方案，且該實驗臺造價合理，功能相對于目前國內市場上在售的單片機教學型實驗臺也比較完善全面，因而其性價比較高，經濟合理適用，適宜在各高校機電專業實驗教學設備中推廣應用。
參考文獻
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【關鍵詞】AGV 磁引導 PWM調速 8052單片機
隨著現代科學技術的高速發展，自動導引小車（Automatic Guided Vehicle AGV）得到了廣泛的應用。AGV以電池為動力，并裝有非接觸導航（導引）裝置，以電磁引導、激光引導、慣性引導及GPS引導等方式。可實現無人駕駛的運輸作業。它能在計算機監控下，按路徑規劃和作業要求，精確地行走并停靠到指定地點，完成一系列作業。
AGV以輪式移動為特征，較之步行、爬行或其它非輪式的移動機器人具有行動快捷、工作效率高、結構簡單、可控性強、安全性好等優勢。AGV的活動區域無需鋪設軌道、支座架等固定裝置，不受場地、道路和空間的限制。在自動化物流系統中，最能充分地體現其自動性和柔性，實現高效、經濟、靈活的無人化生產。
一、AGV導航系統的系統總體設計
本論文設計了磁帶引導AGV，完成尋跡、蔽障、PWM調速、人工控制等功能，為大量生產工業型AGV提供較好的研究基礎。系統模塊設計如圖1所示：
圖1
本論文主要對AGV的硬件系統進行設計，重點研究磁引導AGV的磁尋跡感器模塊軟硬件模塊、速度反饋模塊的設計。
二、磁尋跡傳感模塊設計
磁尋跡傳感器是AGV能否完成磁帶尋跡功能的關鍵，為了檢測到弱磁磁場的存在，要選用靈敏度更高的傳感器。本設計采用磁阻傳感器，可以測量到弱磁磁場的存在。由于磁阻傳感器輸出為模擬量輸出，需要通過響應的A/D轉換電路將信號輸入單片機。模塊設計如圖2所示。
圖2 磁尋跡傳感器硬件實現電路
三、速度反饋模塊設計
本論文AGV采用雙輪差速驅動方式，當電機負載增加時，電機的運行速度下降，一般額定轉速降落達3%～10%，為了使兩電機同速，必須要有反饋換環節對電機的速度進行反饋。只有組成了閉環系統，AGV的運動與速度才可控。碼盤接口硬件電路如圖3所示。兩編碼器的A和B兩相信號經過74LS14施密特整形，分別接到單片機的P2.3和P2.2 以及INT0和INT1上。單片機對INT1和INT0的中斷次數計數來測量通道B的脈沖數，讀取P1.2的電平狀態來判斷電機的轉動方向。以上升沿觸發為例，當B路信號的上升沿引起中斷時，單片機判斷P2.2或P2.3信號的電平高低。若其為低，則電機正傳；為高，則電機反轉。電機的速度即為一個采樣周期中N值的變化量。電機的轉速為，式中，C為標度變化系數，可根據轉速的量綱來選擇，N為一個采樣周期中的計數值，它的符號反應電機的轉動方向。硬件實現電路如圖3所示。
圖3 光電編碼器實現電路圖
四、總結
本系統采用PWM調速及雙輪差速控制，使車輛依照車載傳感器確定的位置信息，沿著規定的行駛路線和停靠位置，自動行駛，完成規定的操作。論文對關鍵模塊的設計進行了詳細設計，經驗證該系統設計可靠合理，能實現系統設計的基本功能。
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關鍵詞：FPGA，可編程控制，高清信號源
一、FPGA的發展史
FPGA作為一種高新的技術,已經逐漸普及到各行各業,從1985年第一顆FPGA誕生至今,FPGA已經歷了將近20多個年頭,從當初的幾百個門電路到現在的幾百萬門、幾千萬門……,從原來的上千元的天價到現在幾元的超低價,可謂是出現了翻天覆地的變化。
FPGA誕生于1985年,當時第一個FPGA采用2μm工藝,包含64個邏輯模塊和85 000個晶體管,門數量不超過1 000個,由名為Ross Freema所發明。論文格式，高清信號源。FPGA是英文Field Programmable Gate Array的縮寫,即現場可編程門陣列,它是在PAL、GAL、EPLD等可編程器件的基礎上進一步發展的產物。它是作為專用集成電路(ASIC)領域中的一種半定制電路而出現的,既解決了定制電路的不足,又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點。
二、FPGA技術簡介
我們都知道構成數字邏輯系統最基本的單元是與門、或門、非門等,而他們都是用三極管、二極管和電阻等元件構成,然后與門、或門、非門又構成了各種觸發器,實現狀態記憶,FPGA屬于數字邏輯電路的一種,同樣由這些最基本的元件構成。一個FPGA可以將上億個門電路組合在一起,集成在一個芯片內,打破以往需要用龐大分立門電路元器件搭建的歷史,不僅電路面積、成本大大減小,而且可靠性得到了大幅度的提升。論文格式，高清信號源。一般的FPGA內部是由最小的物理邏輯單位LE、布線網絡、輸入輸出模塊以及片內外設組成,所謂的最小物理邏輯單元是指用戶無法修改的、固定的最小的單元,我們只能將這些單元通過互聯線將其連接起來,然后實現用戶特定的功能。一個LE由觸發器、LUT以及控制邏輯組成,可以實現組合邏輯和時序邏輯;隨著FPGA集成度的不斷增加,其內部的片內外設也越來越多,內部可集成SRAM、Flash、AD、RTC等外設,真正實現單芯片解決整個系統功能的目的。所以我們所需要控制的是布線層之間的互聯開關,這也是我們編程的對象,通過這些開關來改變功能。
三、FDGA的兩大工藝分類及比較
當今的FGPA按工藝分主要有SRAM工藝和Flash工藝兩類,前者最大的特點是掉電數據會丟失,無法保存,所以它們的系統除了一個FPGA以外,外部還需要增加一個配置芯片用于保存編程數據,每次上電的時候都需要從這個配置芯片將配置數據流加載到FPGA,然后才能正常的運行;但是Flash架構的FPGA掉電不會丟失數據,無需配置芯片,上電即可運行,它的特點非常類似ASIC,但是又比ASIC更加的靈活,可以重復編程。論文格式，高清信號源。在一些小規模的公司或者產品量不是很大的時候往往更傾向于用FPGA來取代ASIC,不僅能夠降低風險,而且能夠降低成本。論文格式，高清信號源。論文格式，高清信號源。
四、FPGA技術在高清信號源上的應用
正是由于FPGA的上述優點,它正在成為數字信號處理等領域的新寵。在信號源方面的應用也不例外,較早的信號發生器大多是由復雜的模擬電路構成,體積大,成本高且不易維護,現在使用的信號源功能單一,普通、高清、VGA, DVI信號源各自獨立速度慢、資源有限,格式內容單一且無法添加實際需要的特殊信號。如果采用可編程器件FPGA就可以解決這個問題,真正做到1080P的點對點的輸出,是高清信號源理想的選擇。
（一）HDTV測試信號簡介
根據相關視頻信號產生標準,需要產生HDTV測試信號,制式種類包括480P/I(60HZ)、576IP/I(50HZ)、720P、1080I(50Hz/60Hz)、1080P(50Hz/60Hz)、VGA640×480(60Hz/75Hz)、VGA800×600 (60Hz/75Hz)、VGA1024×768 (60/75Hz)NTSC、PAL。測試信號種類包括彩條信號、8(16)級灰階、中心十字、方格、方格加測試卡、灰度漸變信號、紅(綠、藍、白、暗)場、左右灰度、上下灰度可調、彩條灰度圖等等。信號輸出格式包括Y/Pr/Pb基色信號、R/G/B基色信號、CVBS信號、VGA信號,DVI信號,輸出采用高頻同軸Q9插座、CVBS輸出采用RCA插座。
（二）設計方案框圖及各部分簡介
1、信號存儲部分:主要作為無規律圖像的存放,專門特殊功能測試圖片的存放。
2、FPGA部分:采用通道總線選擇技術,依次定義以下制式:
3、控制部分——單片機:外圍人機接口控制(按鍵及LCD顯示部分)、向FPGA輸出兩根控制CLKD鐘信號,DIN數據信號與FPGA通信。晶振選通、控制完成FPGA配置、制74LS26(通其間接控制AD813)選擇后級放大輸出,通過RS232與其他設備進行通信。
（三）系統工作原理說明
1、系統上電初始化。系統上電后,單片機從數據存儲器讀取數據,并發送默認控制信息給FPGA,LCD顯示初始信息;單片機收到有按鍵按下時候或串行通信接受到命令后,根據信息選通時鐘、配置FPGA控制74LS26。
2、判斷按鍵。單片機判斷前面板上按鍵是否有按下,如果有按下做出相應處理:如果是制式,其他信號格式變化,單片機將發送控制信息給FPGA。論文格式，高清信號源。種類及其他信息變化狀態后:單片機不發送控制信息給FPGA,本系統上電初始化,而后等待單片機或FPGA觸發信號才會工作;而該觸發信號FPGA而言只有當單片機配置完FPGA后才會發出。
在設計高清信號源時,使用美國ALTERA公司的FPGA來進行圖像數據存儲和整理以及產生驅動電路所需要的各種控制波形,而在調試電路時,使用FPGA中多余的邏輯來產生VGA信號和彩條信號,所產生的信號穩定可靠。為電路調試帶來了很多方便,在實際應用中,還可以對彩條信號產生模塊方便地進行修改,比如可以修改行、場計數器的判斷值來調整彩條的大小。增加控制信號的位數。以及增加延時跳變的功能,使輸出的信號摘要。本文所述信號實現方法和程序經實驗是可行的,按照實際電路圖布板做成PCB,程序燒入FPGA,整機連接調試所得的信號符合國家電視信號有關標準。
參考文獻：
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關鍵詞：石蠟成型機，串行通信，單片機，VisualBasic
本系統的目標是:通過相關軟件、硬件的設計,實現由主機(上位機)通過單片機(下位機)通訊實現對石蠟車間現場石蠟成型機工作狀態的監控。即利用主機的監控軟件與單片機進行通信,以實現對石蠟成型機的監控功能。本系統應具備如下功能:
(1) 界面設計清晰,功能齊全，實時準確的顯示石蠟成型機所有參數及狀態
(2) 上位機與下位機能進行可靠、實時的通信。
(3) 查詢歷史記錄功能
1軟硬件的選取及上下位機間通信協議的定義
基于上述目標與功能,要實現本系統,首先要解決以下幾個問題:
1.1 上位機與單片機之間通信方式的選取
串行通信使用一條數據線，將數據一位一位地依次傳輸，處理的數據電壓只有一個準位,因此不容易漏失數據。串行通信端口(RS-232)是每部計算機上的必要配備,它不僅實用簡單,而且價格便宜。。因此本系統采用RS-232串行通信方式用于上、下位機間的通信。
1.2 監控軟件開發平臺的選取
VisualBasic（VB）是一種可視化的、面向對象和采用事件驅動方式的結構化高級程序設計語言，可用于開發Windows環境下的各類應用程序。它簡單易學、效率高，可以高效、快速地開發Windows環境下功能強大、圖形界面豐富的應用軟件系統。所以，本系統采用VB作為監控軟件平臺。
1.3 單片機型號以及芯片的選取
MSP430系列單片機是美國德州儀器(TI)1996年開始推向市場的一種16位具有精簡指令集的、超低功耗的混合信號處理器(Mixed SignalProcessor)。由于它具有極低的功耗、豐富的片內外設和方便靈活的開發手段，已成為眾多單片機系列中一顆耀眼的新星。本系統采用MSP430單片機。
1.4 上位機與單片機之間的通信協議
Modbus 協議是應用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協議，控制器相互之間、控制器經由網絡（例如以太網）和其它設備之間可以通信。它已經成為一通用工業標準。本系統采用Modbus通訊協議進行通訊，采用16位CRC校驗以保證數據傳輸的準確性。
通信參數設置
關鍵詞：ATmega8；電路設計；學生實驗板；單片機教學
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.08.188
1 引言
嵌入式處理器已成為嵌入式系統應用和設計的主流，對于經濟欠發達地區的中職學校，嵌入式教學系統平臺已成為教學的瓶頸，設備添置滿足不了教學需求。ATmega8是ATMEL公司推出的一款新型AVR高檔單片機，具備AVR高檔單片機MEGE系列的全部性能和特點，其價格僅與低檔單片機相當，深受廣大單片機用戶的喜愛。本文采用基于Atmega8微處理器進行嵌入式教學平臺電路設計，手工制作出單面PCB板，實現了實驗板的設計與制作。
2 系統總體設計
總體設計原理框圖如圖2-1所示。單片機實驗開發應用系統中 ATmega8核心模塊通過RS232 與PC上位機進行通信，充分利用PC 機的資源。電源部分采用單獨電源供電。該實驗開發系統設計有下載器，只需一條下載線即可開始工作，使用方便，保證實驗系統具有較高的性價比。
3 硬件電路設計
ATmega8單片機實驗板上集成了LED數碼管顯示模塊、 LCD液晶顯示模塊、通訊接口模塊、流水燈、蜂鳴器模塊、按鍵模塊、 A /D和 D /A 轉換模塊、DS1302時鐘模塊、DS18B20測溫模塊、24C02存儲模塊等常用實驗模塊。同時實驗板上還設計預留有可擴展的空間以滿足學生進行綜合課程設計、創新設計。
3.1 CPU模塊設計
圍繞核心芯片所設計的CPU模塊如圖 3-1所示。圖中的復位電路 RESET有二種選擇： 外部復位， J16必須插上短路塊；或 PC6作I/O 口用， J16拔出短路塊。晶振電路 XTAL1和 XTAL2 分別是片內振蕩器的反向放大器的輸入、輸出端， 外接晶體振蕩器。晶振有兩種選擇：一是外接8MHz無源晶振， 二是內部RC振蕩器。當P1插上短路塊時， 為用外接無源晶振；當P1不插短路塊時， 則用 ATmega8內部振蕩器。另外，模塊還設計有ISP編程接口 ，實現在線下載或讀取芯片內部程序。
3.2 具有自動識別輸入電壓極性的電源模塊設計
具有自動識別輸入電壓極性的電源模塊電路如圖3-2所示，該電路有9V和5V雙電源供電。10V直流電經J3加入電路板后經D3、D4、D6、D7四只二極管組成的極性保護電路。對學生而言，在實習中給實訓板加錯輸入電壓的極性，會給實驗板帶來了不必要的損害，有了具有自動識別輸入電壓極性的電路，對本實驗板起到很好的保護作用。
3.3 流水燈和蜂鳴器模塊設計
流水燈電路中的流水燈由LED1―LED8發光二極管組成，1K的限流電阻，發光二級管的正極經限流電阻接電源VCC，發光二極管負極由連接排線接單片機I/O口，采用的低電平驅動發光二級管。蜂鳴器電路（圖3-3）由Q5、LS1、R11和R16組成，由JP14經連接導線接單片機驅動I/O端，采用的同樣是低電平驅動。
3.4 顯示模塊設計
數碼管顯示模塊采用采用動態掃描模式，選用四位一體共陽數碼管，電路由SM1、R1―R8、Q1―Q4、R12―R15組成。Q1―Q4進行位碼控制，連接線接單片機位碼驅動I/O口，低電平有效驅動。段碼控制經排線接單片機段碼驅動I/O口，低電平有效。 LCD顯示模塊外接擴展LCD1602和外接擴展LCD128*64。
3.5 串口通信設計
ATmega8單片機與PC機通信采用MAX232串口通信模塊。通信時，使用 RS232 接口線，從而實現 PC 機與ATmega8單片機的串行 UART通訊，充分利用 PC 機資源。
3.6 其它電路設計
ATmega8單片機實驗板上還設計有按鍵模塊、 A /D和 D /A 轉換模塊、24C02存儲模塊（圖4-8）、DS1302時鐘模塊（圖4-9）、DS18B20測溫模塊等常用實驗模塊；同時實驗板上還設計預留有可擴展的空間以滿足學生進行綜合課程設計、創新設計等，滿足學生的實驗要求。
4 電路板的設計與制作
在總體電路框架分析后，先用Protel DXP軟件進行電路設計，再用熱轉印法制作PCB電路板。具體的步驟如下：
（1）設計PCB板圖：用Protel DXP軟件繪制實驗板電路原理圖，再設計出實驗板PCB板圖。（2）打印：用激光打印機把設計好的PCB板圖打印到熱轉印紙上。（3）預熱、卸料：打開熱轉印機，將溫度調節到180度左右，預熱5―10分鐘；根據PCB板的尺寸對覆銅板進行裁剪，并用細砂紙進行打磨去氧化。（4）熱轉印：將打印好電路圖的熱轉印紙貼于覆銅板的銅面上，放入熱轉印機，熱轉移機便會自動地把PCB板圖轉印到覆銅板上。（5）修版：在熱轉印過程中可能有的電路線條受損，沒轉印過來，要對受損線條進行修補。（6）腐蝕：腐蝕液用1：1的雙氧水和鹽酸水溶液，將覆銅板浸入腐蝕液中，輕輕震動即可。注意腐蝕速度不能太快，否則會出現側蝕。（7）清洗：先用清水進行清洗，再用汽油清洗掉墨粉（或用細砂紙打磨）。（8）打孔：用微型臺鉆進行打孔，鉆頭要用電路板專用鉆頭；打好孔后對板子進行清理、修邊，再涂上松香水，一塊精美的PCB板就做好了。
5 結束語
本文利用ATmega8微處理器來進行硬件設計，其目的是為經濟欠發達地區的中職學生學習嵌入式系統提供一套制作簡單、功能較多的的實驗板，讓學生在實訓中學習單片機，降低學習難度，使他們能夠把理論知識迅速賦予到工程實踐中去。
參考文獻：
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[2]陳勝濤.嵌入式系統開發平臺系統功能層的設計與實現.[D]：[碩士學位論文].青島：青島大學.
【關鍵詞】智能家居 GSM模塊 單片機
隨著網絡技術的發展，網絡化智能家居系統可提供遙控、家電控制、照明控制、窗簾自控、防盜報警、可編程定時控制及計算機控制等多種功能和手段，使生活更加舒適、安全和便利。本文設計的基于GSM網絡的智能家居監控系統由智能監控模塊、數據采集系統和用戶手機構成，通過GSM短信息的收發實現對家庭設備的遠程監控。
1 總體設計方案
系統由中心控制模塊和各分散控制模塊組成。中心控制模塊實現控制用戶手機和各分散控制功能模塊。選用AT89S52單片機作為該監控系統的核心控制元件。主控單片機模塊接收用戶手機發送的短信息，根據短消息的內容控制各子功能模塊；同時主控單片機模塊將家居系統的控制信息以短信形式發送到用戶手機，由單片機構成各控制模塊子系統。
1.1 系統硬件部分
根據任務需要，合理選擇單片機、傳感器、GSM模塊和設備來構成系統。為使硬件設計盡可能合理，系統的電路設計遵循了以下幾個方面：
（1）選擇標準化、模塊化的典型電路，提高設計的成功率和結構的靈活性。
（2）選用功能強、集成度高的電路或芯片。
（3）選擇通用性強、市場貨源充足的元器件。
（4）在對硬件系統總體結構考慮時，考慮通用性的問題，采用模塊化的設計方式。
（5）系統的擴展及各功能模塊的設計應適當留有余地，以備將來修改、擴展之需。
（6）在電路設計時，充分考慮應用系統各部分的驅動能力
最終確定采用AT89S52單片機作為處理芯片。西門子的TC35系列的TC35iGSM模塊，TC35i與GSM2/2+兼容、雙頻（GSM900/GSMl800）、RS232數據口、符合ETSI標準GSM0707和GSM0705，且易于升級為GPRS模塊。該模塊集射頻電路和基帶于一體，向用戶提供標準的AT命令接口，為數據、語音、短消息和傳真提供快速、可靠安全的傳輸，方便用戶的應用開發與設計。
1.2 系統軟件部分
軟件部分由以下幾部分構成：數據采集單元、手機短信信令識別與分析單元、GSM模塊TC35 modem接口程序部分、分析控制部分。其中數據采集部分和手機短信信令識別需要作實時處理；GSM模塊TC35 modem接口程序部分和分析控制部分則是根據采集和手機短信信令進行分時操作有利于提高系統效率。
2 系統軟件設計
軟件設計部分主要有數據采集部分、手機短信信令識別、TC35Modem接口程序部分、分析控制部分。其中數據采集部分和手機短信信令識別需要作實時處理；GSM模塊TC35Modem接口程序部分和分析控制部分則是根據采集和手機短信信令進行分時操作有利于提高系統效率。本智能家居監控系統軟件設計的內容主要有主控模塊程序、TC35Modem模塊通信程序、串口通信初始化程序和短消息的編碼解碼程序。軟件設計模塊如圖1所示。
2.1 單片機系統軟件設計
為了實現單片機與TC35I模塊的通信順暢，必須使二者的串口波特率一致，如果單片機F=11.0590MHZ，設置串行口波特率為9600，工作方式為方式3，Tl定時器采用工作方式2。其中串行口和定時器的工作方式和初值可以根據具體情況加以更改。
本系統的軟件設計是將整個短信處理模塊放入單片機的中斷服務子程序中。發送和接收串行口數據采用中斷方式進行，這樣可以大大節省CPU資源。當接收一幀數據進入一位寄存器，送入接收SBUF中，同時將Rl置1；當發送數據載入發送SBUF中開始向外發送，發送完畢后即將TI置1。無論Rl置1還是TI置1，均會激發串口中斷，執行中斷服務程序。響應中斷時，首先判斷中斷是接收程序還是發送程序，若為接收中斷則將SBUF中的數據存入接收隊列緩沖區；若為發送中斷便將待發送的數據幀發送到SBUF中。
2.2 短消息PDU模式編碼解碼程序
在GSM標準中，中文編碼采用UTF-8的編碼，不是目前國內常用的GB-2312編碼，因此需要對中文編碼進行轉換才能與采用GB-2312漢字庫相配合，方可正確顯示出短消息中漢字字型。由于UTF-8和GB-2312編碼之間不存在一一對應的線性關系，因此需要采用查表的方式進行轉換。
2.3 短消息收發程序設計
發送短信息的主要工作是將發送的內容進行相應的編碼，其次就是將發送所用的SMS服務中心號碼、目標號、有效時間和短信內容按照PDU編碼的格式發送出去。如果是接收短信息，其工作就是將接受到的短信息內容進行解碼，發送和接收的PDU串的結構是不同的。接收程序流程圖如圖2所示。
3 運行結果
運行結果如圖3所示。
4 結論
本文設計了一個基于GSM網絡的無線傳感智能家居監控系統。系統在運行中還有改進之處，還需進一步對程序結構進行優化。本設計只是智能家居控制中的一部分，目前國內很多公司都在致力于智能家居產品的開發，隨著相關技術的進一步發展，我國將全面普及智能家庭網絡系統和產品。
參考文獻
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關鍵詞：單片機；智能家居；環境監測控制；傳感器
中圖分類號：TP332.3 文獻標識號：A
A Smart Home Environment Monitoring System based on MCU STC12C5A60S2
CHEN Rongkun 本文由wWW. DyLw.NeT提供，第一 論 文 網專業寫作教育教學論文和畢業論文以及服務，歡迎光臨DyLW.neT
（Department of Electronic and Information Engineering， QuanZhou Institute of Information Engineering， Quanzhou， Fujian 362000，China）
Abstract： This paper introduces a microcontroller STC12C5A60S2 as the core， which can be used to monitor， control， alarming and display the smart home environment.The system uses sensor technology， microcontroller technology， etc.， to achieve the indoor home environment temperature and humidity， light illumination collection， equipment operation and stop control， display and state alarm and other functions. Through the actual test， it has the application value of modern intelligence in the field of smart home environment.
Keywords： Single Chip Microcomputer；Smart Home；Environmental Monitoring Control；Sensor
0引 言
近年來，隨著現代家庭生活水平及選擇需求的不斷提升，智能家居環境監測控制系統在改善現代人居的生活質量和完善生存環境方面正日漸發揮著其實效且重要的技術推動作用。基于此，本文即針對一套智能家居環境監控系統的研發設計而展開了如下研究。具體來說，該系統可對室內溫濕度、光照度進行數據采集；還可將通過傳感器采集的數據和預設置的參數進行比較，再利用單片機進行編程控制，從而實現智能家居的合理功能配設，并最終獲得理想滿意實踐效果。
1 系統方案設計
系統以STC12C5A60S2型單片機為中央控制器，主要由溫濕度檢測模塊、光照度檢測模塊、鍵盤模塊、顯示模塊、風扇及照明模擬模塊、報警提示模塊和電源模塊組成。系統方案如圖1所示。
圖1 室內環境監測控制系統原理框圖
Fig.1 Block diagram of indoor environment monitoring control system
為了節約系統成本、提高系統穩定性及利于維護維修，系統采用模塊化設計方式。該系統的主要功能是根據傳感器采集的數據與預設定的參數值進行比較，進而通過單片機系統程序來控制相關模塊的運行和停止。由圖1可見，溫濕度、光照度傳感器模塊可用于實時采集家居環境的數據；鍵盤模塊則用于設定溫濕度和光照度的范圍；而顯示模塊將用于顯示溫濕度和光照度等級及舒適度情況。除此之外，模擬模塊即用于設備運行與停止情況的仿真模擬；特別地，LED報警提示模塊會用于當溫濕度、光照度數據超過預設定值時來進行閃爍報警指示[ ]。
2 系統硬件設計
由于STC12C5A60S2集成度較高，只需要一塊單片機加上一些必要的外圍電路就可以完成硬件設計。
2.1 最小控制系統
基于系統的要求，芯片選用的是STC系列單片機STC12C5A60S2。其中復位電路、單片機STC12C5A60S2構成最小控制系統。實現電路如圖2所示。
圖2 最小控制系統電路
Fig.2 Minimum control system circuit
STC12C5A60S2是一款運算速度快、抗干擾能力強、超低功耗、并可支持SPI在線編程的單片機，其內部自帶2路PWM控制器、2個定時器、2個串行口支持獨立的波特率發生器、3路可編程時鐘輸出、10位AD轉換器、一個SPI接口。時下，則因其價格低廉、功能完善，已在電子行業獲得廣泛認可和大量應用。
2.2溫濕度傳感器電路
溫濕度傳感器電路采用了DHT系列的數字式溫濕度傳感器DHT11。DHT11是一款內含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器，但僅有一個單總線制串行輸出接口，這一配置使系統集成電路變得簡易快捷。只是，由于傳感器的單總線制特性，造成其發送和接收皆須為三態特性，因而外接上拉電阻，其在常規狀態下將呈現為高電平[ ]。具體電路如圖3所示。
圖3 溫濕度傳感器電路
Fig.3 Temperature and humidity sensor circuit
2.3光照度傳感器電路
光照度傳感器電路選用的是BH系列光照傳感器BH1750，BH1750 是一種用于兩線式串行總線接口的數字型光強度傳感器集成電路。這種集成電路可以根據收集的光線強度數據來調整液晶或者鍵盤背景燈的亮度，并利用自身的高分辨率探測較大范圍的光強度變化。設計電路如圖4所示。
圖4 光照度傳感器電路
Fig.4 Illumination sensor circuit
2.4 液晶顯示電路
液晶顯示電路采用的是LCD12864。LCD12864是一種低電壓低功耗、具有4/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64， 內置8 192個16*16點漢字，和128個16*8點ASCII字符集；利用該模塊靈活接口方式及簡單、方便的操作指令，即可構成全中文人機交互圖形界面；而且可以顯示8*4行、16*16點陣的漢字，并可完成圖形顯示。由該模塊構成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結構或顯示程序都要簡潔許多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊[ ]。
2.5 風扇及照明模擬電路
風扇及照明模擬電路選用的是NPN系列的8050三極管，其原理即是利用三極管的開關工作狀態。具體地，當監測智能家居環境溫濕度數值和預設置數值對比不一樣時，單片機將輸出PWM1信號控制風扇（本文用馬達）進行智能調節；當監測室內光照度比較暗時，單片機將輸出PWM2信號控制室內照明，相應地進行室燈照明度的智能調節。反之亦然。基本電路如圖5所示。
圖5 風扇及模擬照明電路
Fig.5 Alarm and analog lighting circuit
2.6鍵盤電路
鍵盤模塊電路是由4個輕觸式按鍵 S1-S4和最小控制系統組合構建而成。鍵盤功能設定：按鍵S1第一次按下修改預設值，而后再按下S2鍵、S3鍵或S4鍵進行參數設置，設置完成后，再按下S1鍵，參數設置成功。S2鍵按下就是對任一參數進行設置；S3鍵和S4鍵按下則進行相應的加1或減1操作。如果并未按下S1鍵，即按下了S2鍵、S3鍵或S4鍵，將保持前狀態繼續進行，數據顯示也不會發生改變。
2.7電源電路
單片機及外圍電路都需要直流5V工作電壓，均由變壓器次級線圈輸出 ，經由整流、濾波、穩壓而得到[ ]。其對應電路如圖6所示。
圖6 電源電路
Fig 6. Power supply circuit
除以上各電路模塊之外，還需要各種信號控制溫濕度、光照度、液晶顯示、風扇及照明、報警等。各功能模塊均通過I/O接口連接至單片機，單片機將集中處理這些信號并作出回應，從而將各個模塊連通整合在一起。另外，為了提高系統的抗干擾性能，在有可能出現干擾的輸入及輸出通道還設置并加強了一定的隔離措施。
3系統軟件設計
采用8052內核，具有64K FLASH的程序存儲器和1280字節的外部RAM數據存儲器，系統選用C語言[ ]進行開發。軟件采用模塊化設計，重點包括主程序、初始化程序、數據處理顯示程序、溫濕度傳感器DHT11程序、光照度傳感器BH1750程序、控制電路程序等。并且將任務分成不同的模塊處理，保證系統的穩定性。系統程序流程如圖7所示。
圖7系統程序流程圖
Fig.7 System flow chart
4 系統調試結果 本文由wWW. DyLw.NeT提供，第一 論 文 網專業寫作教育教學論文和畢業論文以及服務，歡迎光臨DyLW.neT
STC12C5A60S2單片機能監測控制智能家居環境系統的運行與停止，并將監測控制數據顯示在LCD上。當監測智能家居環境溫濕度數值和預設置數值對比不一樣時，單片機將輸出PWM1信號控制風扇（本文用馬達）進行智能調節；當監測室內光照度比較暗時，單片機將輸出PWM2信號控制室內照明，也就是智能調節室燈的照明度。反之亦然。
5 結束語
本文研究開發了集溫濕度、光照度監測控制為一體的智能家居環境系統，采用了高精度的傳感器，并利用C語言編程，實現智能家居環境參數的精準測量。結果表明，該系統測量結果準確，符合智能家居環境的監測控制要求。
關鍵詞：Proteus；單片機；教學
中圖分類號：TP31 文獻標識碼：A 文章編號：1001-828X（2013）11-0-01
當今社會電子技術日新月異，在各種不同類型的嵌入式系統中，以單片微控制器作為系統的主要控制核心所構成的單片嵌入式系統占據著非常重要的地位。如何提高學生學習單片機的興趣，成為了課程教學中的難點。將Proteus軟件引入到單片機教學中，可以大大地提高了該課程的可視性，能夠有效的激發學生學習興趣和熱情。
一、Proteus仿真軟件簡介
Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件，Proteus可以將spice電路原模型、動態外設以及微處理器的仿真結合起來，它的電路仿真功能是互動的。
Proteus具有數量龐大的原件庫，包括基本元件庫、74系列TTL元件和4000系列COMS元件，存儲芯片包括各種的ROM、RAM和EEPROM等30多個元件庫，并在不斷的更新中。在proteus中只要完成了原理圖布局并設置好元件的屬性，即可進行仿真和虛擬測試。
Proteus可以仿真很多常用的微處理器，它支持仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等主流單片機，針對微處理器的應用，可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，并實現軟件代碼級的調試，還可以直接實時動態的模擬按鈕、鍵盤的輸入，LED、液晶顯示的輸出，同時配合虛擬工具如示波器、邏輯分析儀等進行相應的測量和觀測。可以實現實時輸入和輸出，給實驗者提供一個最接近現實的調試環境。
二、Proteus在單片機仿真中的應用
Proteus支持單片機匯編語言的編輯/編譯/源碼級仿真，內帶8051、AVR、PIC的匯編編譯器，也可以與第三方集成編譯環境（如CVAVR、Keil和Hitech）結合，進行高級語言的源碼級仿真和調試。仿真時只需在設定元件屬性時指定下載程序的路徑即可進行實時動態仿真，展現了其強大的仿真功能。
1.基于51單片機中的Proteus的仿真
在 Keil是目前51單片機用的最多的編譯軟件，首先在keil中輸入源程序并設置好輸出.hex文件，然后在Proteus中畫好51單片機的電路圖，在Proteus中點擊51單片機芯片，在彈出的的對話框中設置好電路仿真的時鐘頻率，并選中Program file選項添加之前已經編譯好的.hex文件，就可以開始仿真觀察實驗現象了。
如圖2.1所示，是使用AT89C51實現的一個簡易數字電壓表。仿真時在Proteus中通過改變滑動變阻器連接的阻值來改變輸入到AD0832中的電壓，從而達到模擬數字電壓表的目的，此時數碼管上也會實時更新當前電壓值。
在很多時候，我們輸入的源程序不一定正確或者是符合設計目的，這個時候就需要我們進行修改調試了。Proteus可以與keil進行聯合仿真，在keil中觀察程序單步執行的同時觀察Proteus中電路的運行狀態，從而方便我們查找錯誤原因并修改。
2.基于AVR單片機中的proteus仿真
Proteus支持AVR系列單片機的型號非常全面，從低端ATtiny10到高端的ATmega128均有可以直接調用的庫元件。
Proteus支持AVR些列單片機所有的I/O操作，內部的定時器、計數器的模擬（包括輸入捕獲、輸出比較、PWM模式），看門狗定時器，串行UART接口，主、從模式串行SPI接口，支持內置數模轉ADC，支持Atmel 的TWI（TwoWire Interface）通信方式，存貯器方面支持外部SRAM擴展以及內置EEPROM 的模擬，支持多個微控制器的協同工作仿真等等。
首先繪制好電路原理圖，然后將AVR源程序編譯器生成下載文件的路徑制定給原理圖中的芯片，就可以開始仿真了。如圖2.2所示，是基于ATmega16的按鍵中斷仿真。K1鍵連接模擬外部中斷0，此時數K2鍵連接模擬外部中斷1，按下K1鍵表示此時外部0產生中斷數碼管顯示加1，按下K2鍵表示此時外部1產生中斷數碼管顯示減一。
三、Proteus引入單片機教學中的優點
將Proteus引入單片機教學中具有以下優點。
⑴學生通過仿真可以觀察電路的運行狀態，修改產生的錯誤，大大提高了搭建實際電路的成功率。
⑵教學投入相對較小。在完成了基本教學后，可以鼓勵學生在Proteus中進行硬件改動，觀察實驗效果并思考原因，減小了因硬件改動而造成的成本增加，較好的促進了整個教學過程。
⑶極大地激發了學生的興趣。Proteus提供的平臺，其簡易性、直觀性極大地改善了單片機教學過程中的枯燥和乏味，使學生體驗到了學習單片機的趣味性。
四、結語
Proteus的出現給單片機教學工作和單片機虛擬實驗室的建設提供了一條方便、快捷、節約成本的新思路，在不需要硬件投入的條件下，學生對單片機的學習比單純學習書本知識更容易接受，更容易提高。實踐證明，在使用 Proteus 進行系統仿真開發成功之后再進行實際制作，能極大提高單片機系統設計效率。因此，Proteus 有較高的推廣利用價值。
參考文獻：
摘要：根據通信協議的分層結構，對物理層、數據鏈路層和應用層進行設計。實現了下位機（主控制器、分支控制器和表決器）的通信協議和上位機（計算機）的通信協議。該協議適用于計算機和單片機點對點通信的情況。本文所提出的通信協議的設計思想和思路方法對于相關設計和應用具有一定的參考意義和借鑒價值。
關鍵詞：通信協議；單片機；計算機；電子投票表決系統
中圖分類號：TP368文獻標識碼：A
1引言
大型電子投票表決系統支持大型會議（如300-500人）的電子表決功能，采集和統計大量重要的短時表決數據必須準確穩定，實時性好，能夠實現大規模、中距離、高速率、低成本的多機通信。目前，對大型電子投票表決系統的研究和應用成為智能會議系統的重點和難點，而系統通信的可靠性在很大程度上依賴于是否有一個好的通信協議。本文重點研究大型電子投票表決系統的通信協議。
2通信協議設計
在集散控制系統中，上位機與下位機之間如何進行數據傳輸，怎么提高通信的效率和可靠性，以及對通信過程中的故障處理，幀格式的約定，都需要一套詳盡的通信協議。
通常，一個集散控制系統由一個主控計算機（上位機）和一系列單片機（下位機）構成，它們之間再通過一定的物理媒介連接在一起，以完成必要的通信功能。對于一個特定的測控系統而言，所要測控的對象和所采取的測控算法是個有個性的東西；而上位機和下位機之間的通信可以看作是一系列命令流和數據流的流動，所采用的通信協議是用來保證傳輸過程的可靠和高效，是具有共性的，能夠也應該有一個統一的設計標準[1]。
2.1通信協議的分層結構
通信協議的設計通常采用分層的機構，如ISO的OSI參考模型[2]。基于RS485串行接口的電氣標準屬于七層OSI模型物理層的協議標準，如圖1所示。
物理層是利用物理媒介實現物理連接的功能描述和執行連接的規程，提供用于建立、保持和斷開物理連接的機械的、電氣的、功能的和過程的條件；數據鏈路層用于建立、維持和拆除鏈路連接，實現無差錯傳輸的功能；應用層針對不同的應用，利用鏈路層提供的服務，完成不同通信節點之間的通信。
2.2通信協議的分層設計
1）物理層協議設計
上位機（計算機）和下位機（單片機）都掛在通信總線上，物理層的通信協議由RS485標準和多單片機通信方式共同實現。物理層要完成發送及接收字節流的任務，但對傳輸過程的可靠性不做出保證，而由高層協議來保證。物理層為鏈路層提供接口（以子程序的形式來描述），包括Send子程序（功能為發送一個字節）及Receive子程序（功能為接收一個字節）。
2）數據鏈路層協議設計
鏈路層可以引入幀長度域、冗余字節和CRC校驗等方法進行差錯處理[3]。鏈路層向上層（應用層）提供的接口為SendFrame（功能是發送一幀）和ReceiveFrame（功能是接收一幀），其中利用了下層（物理層）提供的接口。
3）應用層協議設計
應用層是協議的最高層，它的設計對于不同的應用可以有所不同，但是也存在很多通用性的原則。應用層也個有一定的差錯檢查能力：首先，它引入了冗余類型字節；其次，數據域字節也可以采用CRC校驗等方法進行校驗[3]。
2.3通信協議的機制規范
基于本協議的通信可以有兩種機制。一種是面向握手的，即每發出一幀，總是要等待確認幀，否則將認為是通信出錯。這是一種可靠的通信方式，適合傳輸系統命令和一些非常重要的系統參數。另一種是無握手的，即發送方假設接收方總是接收正確，從而無須等待確認幀就不停地發送，適合大量前端采集數據的發送。在計算機與單片機實現編程通信之前，兩者之間需要規定握手協議，以保證數據收發的正確性[4]。在本系統中，單片機與單片機之間采用同樣格式的通信協議。在上位機呼叫下位機地址之后，就可利用本協議的規范來設計具體的通信流程。
另外，設計一套完整的通信協議還要求結構簡單、功能完備、高效可靠，同時要求具有通用性、兼容性與可擴充性，并且盡量標準化。
3通信協議實現
電子投票表決系統從本質上來講，可認為是一個分布式的數據采集與集散控制系統。在集散控制系統中，普遍采用RS-485總線作為底層通信接口[5]。
大型電子投票表決系統以RS485半雙工通信協議為基礎，由計算機、主控制器、分支控制器和表決器構成一個多級分層的總線型網絡結構。下位機（包含主控制器、分支控制器和表決器）采用AT89CXX系列單片機實現，構成了一個符合RS-485通信規范的主從分布、三級驅動、串行連接的多機網絡[6]。
軟件系統設計主要包括基于Windows操作系統的計算機（上位機）統計管理軟件設計和采用單片機技術的主控制器、分支控制器和表決器（下位機）的通信程序編寫。系統采用異步串行通信、主從呼叫響應的通信方式，完成下位機通信、上位機通信和上下位機間的通信等功能。主控制器、分支控制器和表決器基于RS-485通信協議，采用查詢和地址數據回送的方式實現相互通信和統計功能。最后由主控制器對數據進行收集、統計和處理，并回送計算機。
通信協議的實現主要包括下位機通信協議、上位機通信協議、上下位機間的通信過程等幾個部分。
3.1下位機通信協議
3.1.1主控制器通信協議
主控制器核心芯片89C52對應的主控制器的通信協議。
主控制器至PC機通信協議：
1） 一般約定：
（1）采用RS-485（也可采用RS-232，需轉換）標準串行接口，完成主控制器至PC機通信。
（2）波特率為：9600 bit/s。
（3）1位起始位，8位數據，1位停止位，無校驗。
2） 幀數據結構：
起始碼（固定為ASCII碼“BJ”）
命令碼
數據
校驗碼
3） 命令碼定義：
表1命令碼定義表
命令名稱
命令碼（ASCII碼）
1.表決器測試（注冊）開始
“C”
2.表決器測試（注冊）結束
“E”
3.表決開始
“B”
4.計票數據（表決動態數據）
“P”
5.表決結束（含計票結果）
“X”
3.1.2分支控制器通信協議
電子投票表決系統的分支控制器核心芯片89C51對應的分支控制器的通信協議。
通信協議約定：對于11.059M晶振，波特率設定為 14400，倍速為28800，單字節傳輸時間為 347us，延時為1ms。
3.1.3表決器通信協議
電子投票表決系統的表決器核心芯片89C2051對應的表決器的通信協議。
通信協議約定：對于11.0592M晶振，波特率設定為 9600，延時為10ms。接受和發送數據為定長8字節。表決時改為按鍵短時保持。
3.2上位機通信協議
Visual Basic提供三種通信編程方式。一是使用MSComm控件；二是使用Windows API；另外一個就是使用Inp和Out直接對端口讀寫方式[7]。本論文利用MSComm控件實現計算機與主控制器的通信。
在上位機開始表決子程序的通信協議中，包含以下過程：
1）設置打開通信端口1（COM1），并設置通信參數為19200波特，不校驗，8個數據位，一個停止位。
2）發送單片機命令：
為了使主機能夠對整個檢測過程進行實時控制，須要在發送命令以后設定等待的時間，也可以通過條件判斷下一步是發達還是接收命令。對發送的命令，可能是文本方式或二進制代碼。發送命令過程是一個帶參過程，這樣可使發送命令簡便易行。
3）接收數據：
接收數據是一個被動的過程，可以通過函數來實現，由定時器開啟。在接收過程中，多數用特征字符，如“OK”、“#”等。這些需要在通信協議中約定。
4）Timer控件控制：
通過Timer控件來控制通信中的發送命令和接收數據過程，在通信程序中設置兩個Timer控件分別控制發送單片機命令和接收單片機數據。
5）自動接收、監視總線狀態和通信錯誤的處理：
自動接收、監視總線狀態和通信錯誤的處理可以通過OnComm事件實現。通過控件中的OnComm事件可以捕捉和處理錯誤。當CommEvent屬性值發生改變時，表明有通信錯誤，就會產生OnComm事件。這樣可以監視通信線路狀態，得到單片機和主機及單片機和單片機之間的通信進程。
綜合以上分析，我們可知：利用Visual Basic的串行通信控件實現了計算機與多單片機之間的通信。同時，采用定時器控件控制收發過程，在必要的地方自動接收，使定時控制和通信過程完美地結合起來，大大加快了進程，克服了往多“握手”協議造成的通信速度緩慢的缺點。
3.3上下位機間的通信過程
計算機（上位機）與多單片機（下位機）之間的串行通信采用RS-485總線標準，半雙工傳輸方式。
1） 通信均有上位機發起，下位機不主動申請通信。
2） 當處于輪詢狀態時，上位機依據下位機地址，定時向下位機發送呼叫指令。此時，每臺下位機都中斷接受并判斷，地址不相符的下位機中斷返回，執行其他下位機任務；反之則把本機地址及其狀態作為應答信號發送給上位機。上位機接收到應答信號后，可以作進一步的處理。
4結論
大型電子投票表決系統的軟件設計主要集中在通信協議的設計。通信協議是保證通信暢通的關鍵，在一定程度上也影響著網絡通信的可靠性。本論文設計了一種以單片機為主控機的基于幀的通信協議，本通信協議適用于計算機和單片機點對點通信的情況。
需要注意的是，數據通信只是整個系統的一部分內容，要占用盡量少的時間，以求達到整個系統的高效率。在通信數據量一定的情況下，采用較高的波特率雖然比較好，但高的波特率必定要降低傳輸距離，在實際應用中必須仔細衡量。為了能使具體的命令、數據在網絡上正確地傳輸，在數據鏈路層必須提供一定的網絡協議，保證在物理層的比特流出現錯誤時能夠進行檢測和校正。為保證數據傳輸質量，對每個字節進行校驗的同時，應盡量減少特征字和校驗字。
本文所提出的通信協議的設計思想和思路方法對于相關設計和應用具有一定的參考意義和借鑒價值。
參考文獻
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