基于51单片机的直流双闭环调速系统的课程设计

基于51单片机的直流双闭环调速系统的课程设计
基于51单片机的直流双闭环调速系统的课程设计

直流调速控制系统课程设计

题目:基于51单片机的双闭环直流调速系统

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指导老师:

摘要 (3)

第一章总体结构设计 (4)

第一节系统方案选择与总体结构设计 (4)

1.1.1 方案选择 (4)

1.1.2系统控制对象的确定 (7)

1.1.3双闭环直流调速系统电路原理 (7)

1.1.4双闭环直流调速系统动、静态模型 (9)

1.1.5 数字控制双闭环直流调速系统方框图 (12)

1.1.6数字式双闭环直流调速系统硬件结构图 (13)

第二节8051单片机简介 (14)

1.2.1 8051单片机的基本组成 (14)

1.2.2 CPU及8个部件的作用功能介绍如下 (15)

1.2.3电动机供电方案选择 (16)

1.2.4 晶体管PWM功率放大器方案选择 (17)

第二章主电路的设计及参数计算 (17)

2.1.1 设计参数 (17)

2.1.2 稳态参数的计算 (18)

2.1.3 调节器的设计 (18)

电流调节器: (18)

转速调节器: (20)

第三章系统软件程序设计 (24)

第一节主程序设计 (24)

第二节PI控制子程序设计 (26)

第四章数学模型的建立 (29)

4.1.1直流电动机的数学模型 (29)

4.1.2转速电流双闭环调速系统的数学模型 (29)

4.1.3仿真模型 (30)

结论 (30)

总结 (31)

参考文献 (32)

摘要

随着时代的进步和科技的发展,电机调速系统在工农业生产、交通运输及日常生活中起着越来越重要的作用,因此,对电机调速的研究有着积极的意义。长期以来,直流电机被广泛的应用于调速系统中,而且一直在调速领域中占主导地位。

本设计是基于单片机控制的PWM直流电机调速系统,系统以51单片机为核心,以直流电机为控制对象。调节PWM的占空比控制电机两端电压,从而达到调速的目的。系统的硬件设计部分包括案件模块、电动机驱动模块、STC89C51单片机系统、保护电路、供电电源和直流电机。系统的软件部分包括按键控制程序设计、显示程序设计、主控程序设计。

关键词:STC89C51单片机;直流电机;PWM;占空比;

第一章 总体结构设计

第一节 系统方案选择与总体结构设计 1.1.1 方案选择

本系统利用MCS-51系列单片机,通过PWM 方式控制直流电机调速的方法。PWM 控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。即通过对一系列脉冲的宽度进行调制,来等效地获得所需要波形(含形状和幅值)。

在采样控制理论中有一个重要的结论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同。冲量即指窄脉冲的面积。这里所说的效果基本相同,是指环节的输出响应波形基本相同。如果把各输出波形用傅立叶变换分析,则其低频段非常接近,仅在高频段略有差异。例如图1-0.1中a 、b 、c 所示的三个窄脉冲形状不同,其中图1-0.1的a 为矩形脉冲,图1-0.1的b 为三角脉冲,图1-0.1的c 为正弦半波脉冲,但它们的面积(即冲量)都等于1,那么,当它们分别加在具有惯性的同一环节上时,其输出响应基本相同。当窄脉冲变为如下图的d 所示的单位脉冲函数)(t 时,环节的响应即为该环节的脉冲过渡函数。

1-0.1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲

图1-0.2 a 的电路是一个具体的例子。图中)(t e 为窄脉冲,其形状和面积分别如图1-0.1的a 、b 、c 、d 所示,为电路的输入。该输入加在可以看成惯性环节的R-L 电路上,设其电流)(t i 为电路的输出。图1-0.2b 给出了不同窄波时

a b

c

d

a b

L

)(t i 的响应波形。从波形可以看出,在)(t i 的上升段,脉冲形状不同时)(t i 的形

状也略有不同,但其下降段几乎完全相同。脉冲越窄,各)(t i 波形的差异也越小。如果周期性的施加上述脉冲,则响应)(t i 也是周期性的。用傅立叶级数分解后将可看出,各)(t i 在低频段的特性非常接近,仅在高频段有所不同。

图1-0.2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形 PWM 控制技术以其控制简单、灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式,也是人们研究的热点。由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限,结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技术将会成为PWM 控制技术发展的主要方向之一。

本系统就是利用这种控制方式来改变电压的占空比实现直流电机速度的控制。文章中采用了专门的芯片组成了PWM 信号的发生系统,然后通过放大来驱动电机。利用编码器测得电机速度,经过滤波电路得到直流电压信号,把电压信号输入给A/D 转换芯片最后反馈给单片机,在内部进行PI 运算,输出控制量完成闭环控制,实现电机的调速控制。

直流电动机具有优良的调速特性,调速平滑、方便,调速范围广,过载能力大,能承受频繁的冲击负载,可实现频繁的无级快速起动、制动和反转;能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求,在许多需要调速或快速正反向的电力拖动系统领域中得到了广泛的应用。

直流电动机的转速调节主要有三种方法:调节电枢供电的电压、减弱励磁磁通和改变电枢回路电阻。针对三种调速方法,都有各自的特点,也存在一定的缺陷,在直流调速系统中,都是以变压调速为主。其中,在变压调速系统中,大体上又可分为可控整流式调速系统和直流PWM 调速系统两种。直流PWM 调速系统与可控整流式调速系统相比有下列优点:由于PWM 调速系统的开关频率较高,仅靠电枢电感的滤波作用就可获得平稳的直流电流,低速特性好、稳速精

0U

0U

0000度高、调速范围宽。同样,由于开关频率高,快速响应特性好,动态抗干扰能力强,可以获得很宽的频带;开关器件只工作在开关状态,因此主电路损耗小、装置效率高;直流电源采用不可控整流时,电网功率因数比相控整流器高。正因为直流

PWM 调速系统有以上优点,并且随着电力电子器件开关性能的不断提高,直流

脉宽调制( PWM ) 技术得到了飞速的发展。

根据PWM 控制的基本原理可知,一段时间内加在惯性负载两端的PWM 脉冲与相等时间内冲量相等的直流电加在负载上的电压等效,那么如果在短时间

T 内脉冲宽度为0t ,幅值为U ,由图1-0.3可求得此时间内脉冲的等效直流电

压为:

图1-0.3 PWM 脉冲

T

U

t U ?=00,若令T t 0=α,α即为占空比,则上式可化为:

U U ?=α0

(U 为脉冲幅值)

若PWM 脉冲为如图1.7所示周期性矩形脉冲,那么与此脉冲等效的直

流电压的计算方法与上述相同,即

U T

U

t nT U nt U ?=?=?=α000 (α为矩形脉冲占空比)

图1-0.4周期性PWM 矩形脉冲

由式上式可知,要改变等效直流电压的大小,可以通过改变脉冲幅值U和占空比α来实现,因为在实际系统设计中脉冲幅值一般是恒定的,所以通常通过控制占空比α的大小实现等效直流电压在0~U之间任意调节,从而达到利用PWM控制技术实现对直流电机转速进行调节的目的。

1.1.2系统控制对象的确定

本次设计选用直流电动机的额定参数直流电动机的额定参数P N=20W、U N=12V,n N=500 r/min,电动势系数Ce=0.136V/min/r。

1.1.3双闭环直流调速系统电路原理

转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能很好、应用最广的直流调速系统。采用PID调节的单个转速闭环直流调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。但是,如果对系统的动态性能要求较高,例如要求快速起制动,突加负载动态速降小等等,单闭环系统难以满足需要,这主要是因为在单闭环系统中不能随心所欲地控制电流和转矩的动态过程。这时候就需要双闭环控制系统了。

因为双闭环采用转速和电流两个调节器,能同时存在转速和电流两种负反馈,又能分别在不同的阶段起作用。

随着调速系统的不断发展和应用,传统的采用 PI 调节器的单闭环调速系统既能实现转速的无静差调节,又能较快的动态响应只能满足一般生产机械的调速要求。为了提高生产率,要求尽量缩短起动、制动、反转过渡过程的时间,最好的办法是在过渡过程中始终保持电流(即动态转矩)为允许的最大值,使系统尽最大可能加速起动,达到稳态转速后,又让电流立即降低,进入转矩与负载相平衡的稳态运行。要实现上述要求,其唯一的途径就是采用电流负反馈控制方法,即采用速度、电流双闭环的调速系统来实现。在电流控制回路中设置一个调节器,专门用于调节电流量,从而在调速系统中设置了转速和电流两个调节器,形成转速、电流双闭环调速控制。双闭环调速控制系统中采用了两个调节器,分别调节转速和电流,二者之间实现串级连接。

图1-1.1为转速、电流双闭环直流调速系统的原理图。图中两个调节器ASR

和ACR分别为转速调节器和电流调节器,二者串级连接,即把转速调节器的输出作为电流调节器的输入,再用电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置。电流环在内,称之为内环;转速环在外,称之为外环。

两个调节器输出都带有限幅,ASR的输出限幅什U im决定了电流调节器ACR的给定电压最大值U im,对就电机的最大电流;电流调节器ACR输出限幅电压U cm限制了整流器输出最大电压值,限最小触发角α。

1-1.1双闭环直流调速系统电路原理

静态结构图

系统特点

(1)两个调节器,一环嵌套一环;速度环是外环,电流环是内环。

(2)两个PI调节器均设置有限幅;一旦PI调节器限幅(即饱和)其输出量为恒值,输入量的变化不再影响输出,除非有反极性的输入信号使调节器退出饱和;即饱和的调节器暂时隔断了输入和输出间的关系,相当于使该调节器处于断开。而输出未达限幅时,调节器才起调节作用,使输入偏差电压在调节过程中趋于零,而在稳态时为零。

(3) 电流检测采用三相交流电流互感器;

(4) 电流、转速均实现无静差。由于转速与电流调节器采用PI 调节器,所以系统处于稳态时, 转速和电流均为无静差。转速调节器ASR 输入无偏差,实现转速无静差。

1.1.4双闭环直流调速系统动、静态模型

双闭环系统的静特性如图所示 特点:

1)n0-A 的特点 ①ASR 不饱和。 ②ACR 不饱和。

n 0为理想空载转速。此时转速n 与负载电流无

关,完全由给定电压

所决定。

电流给定有如下关系??

因ASR 不饱和,,故

。n 0A 这段静特性从

一直延伸到

2)①ASR 不饱和。 ②ACR 不饱和。 电流跟随dm I ,*m

d dm U I I β

=

=起到了过流保护作用。

双闭环直流调速系统动态结构图如图1-1.2所示

图中

ASR ()W s 和ACR ()W s 分别表示转速调节器和电流调节器的传递函数。如果采用PI

调节器,则有

n ASR n

n 1()s W s K s ττ+=

i ACR i

i 1()s W s K s ττ+=

为了引出电流反馈,在电动机的动态框图中必须把电枢电流d I 显露出来。

图1-1.2 双闭环直流调速系统动态结构图

双闭环系统的动特性如图所示

启动过程分析:

设系统启动前处于停车状态:

Un*=0,Ui=0,Uct=0,n=0 ,Ui*=0,=90○,Ud0=0,当输入阶跃信号时,系统进入起动过程。按照转速调节器ASR在起动过程中经历的不饱和、饱和、退饱和三种情况,整个动态过程分成图中标明的I、II、III三个阶段。

第I阶段电流上升阶段(0 ~ t1)

突加Un* →ΔUn很大→ASR迅速饱和→Ui*=Uim* →Uct、Ud0、Id迅速上升→n上升→Id↑≈Idm时,Ui=Uim* 。在本阶段:ASR由不饱和迅速饱和(Un 增长慢)。ACR不饱和(Ui增长快)。

第II 阶段恒流升速阶段(t1 ~ t2)

ASR饱和→Ui*≈Uim*→Id≈Idm→电机以恒加速度上升(n线性上升至n*)n↑→E↑→Id↓→Ui↓→ΔUi↑→Uct↑→Ud0↑→Id↑(Id维持Idm不变)在本阶段中:

(1)由于n的线性增长,使E为一个线性渐增的干扰量,ACR起调节作用,使Uct和U d0基本上线性增长;(2)调整过程中,Id略低于Idm,保证ΔU>0,Uct 线性上升。恒流升速阶段是起动过程中的主要阶段。

第Ⅲ阶段转速调节阶段(t2以后)

ΔUn=0 (n=n*)→ASR仍饱和→Ui≈ Uim* →Id≈ Idm>IL→n↑>n* →ΔUn<0 →ASR退饱和→Ui*↓

动态抗扰性能分析

抗负载扰动作用:由双闭环调速系统抗负载扰动作用的动态结构图可以死看出,负载扰动作用在电流环之外,转速环之内,所以双闭环调速系统在抗负载扰动方面和单闭环调速系统只能依靠转速环来进行抗扰调节。

抗电网电压扰动作用:由动态结构图知:电网电压扰动在电流环之内,电压扰动尚未影响到转速前就已经为电流环所抑制。因而双闭环系统中电网电压扰动引起的动态速降(升)比单闭环小得多。

1.1.5 数字控制双闭环直流调速系统方框图

根据设计要求,本系统设计为全数字式控制方式,因此要求微型计算机完成:电流环控制器运算、速度环控制器运算、位置环控制器运算,以及与它们相应的反馈信号的采样和数字信号处理。

本系统采用霍尔元件作为检测电动机电枢电流的传感器,其电流容量为50A,转换比例为1000:1。霍尔元件检测得到的弱电流信号经转换、滤波、放大后,变成与电枢电流成比例的0~5V的直流电压信号,再经A/D转换电路,将模拟电压转换成数字量,输入微型计算机。本系统选用光电脉冲信号发生器作为速度反馈的测量元件,光电脉冲信号发生器将电动机转子的角位移量转换成脉冲序列,通过计数器定时计数即可得到电动机转速的数字式反馈量。本系统由微型计算机来实现整个系统的控制,用全数字方式来取代传统的模拟控制方式,不仅提高了系统的可靠性、灵活性,而且还为整个系统的多功能、智能化提供了必要条件。

经上述考虑,本系统组成的方框图如图1-1.3所示。

图1-1.3 数字式双闭环直流调速系统方框图1.1.6数字式双闭环直流调速系统硬件结构图

数字式双闭环直流调速系统硬件结构图如图1-1.4所示

图1-1.4 数字式双闭环直流调速系统硬件结构图

主电路:三相交流电源经不可控整流器变换为电压恒定的直流电源,再经过直流PWM变换器得到可调的直流电压,给直流电动机供电。

检测回路:包括电压、电流、温度和转速检测。电压、电流和温度检测由A/D 转换通道变为数字量送入微机;转速检测用数字测速。

故障综合:利用微机拥有强大的逻辑判断功能,对电压、电流、温度等信号进行分析比较,若发生故障立即进行故障诊断,以便及时处理,避免故障进一步扩大。这也是采用微机控制的优势所在。

第二节8051单片机简介

STC89C51RC是采用8051核的ISP(In System Programming)在系统可编程芯片,最高工作时钟频率为80MHz,片内含8K Bytes的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器,器件兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构,芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元,具有在系统可编程(ISP)特性,配合PC端的控制程序即可将用户的程序代码下载进单片机内部,省去了购买通用编程器,而且速度更快。

本系统要求微型计算机完成电流环、速度环和位置环的控制算法运算以及相应的反馈信号数字化测量和采样,接收和处理上位微型计算机送给伺服系统的指令,采集伺服系统的有关信息并反馈到上位微型计算机等。其中,电流环控制要求微型计算机有很快的响应速度,其采样频率比较高。另外,为了保证足够的控制精度和运算速度,对微型计算机字长和指令功能也有更高的要求。本系统选用我们比较熟悉的8051作为微型计算机。

1.2.1 8051单片机的基本组成

8051单片机由CPU和8个部件组成,它们都通过片内单一总线连接,其基本结构依然是通用CPU加上外围芯片的结构模式,但在功能单元的控制上采用了特殊功能寄存器的集中控制方法。其基本组成如下图所示:

图1-1.5 8051单片机基本组成

1.2.2 CPU及8个部件的作用功能介绍如下

中央处理器CPU:它是单片机的核心,完成运算和控制功能。

内部数据存储器:8051芯片中共有256个RAM单元,能作为存储器使用的只是前128个单元,其地址为00H—7FH。通常说的内部数据存储器就是指这前128个单元,简称内部RAM。

特殊功能寄存器:是用来对片内各部件进行管理、控制、监视的控制寄存器和状态寄存器,是一个特殊功能的RAM区,位于内部RAM的高128个单元,其地址为80H—FFH。

内部程序存储器:8051芯片内部共有4K个单元,用于存储程序、原始数据或表格,简称内部ROM。

并行I/O口:8051芯片内部有4个8位的I/O口(P0,P1,P2,P3),以实现数据的并行输入输出。

串行口:它是用来实现单片机和其他设备之间的串行数据传送。

定时器:8051片内有2个16位的定时器,用来实现定时或者计数功能,并且以其定时或计数结果对计算机进行控制。

中断控制系统:该芯片共有5个中断源,即外部中断2个,定时/计数中断

2个和串行中断1个。

振荡电路:它外接石英晶体和微调电容即可构成8051单片机产生时钟脉冲序列的时钟电路。系统允许的最高晶振频率为12MHz。

1.7.3 8051单片机引脚图

1-1.6 8051单片机引脚图

1.2.3电动机供电方案选择

变电压调速是直流调速系统用的主要方法,调节电枢供电电压所需的可控制电源通常有3种:旋转电流机组,静止可控整流器,直流斩波器和脉宽调制变换器。旋转变流机组简称G-M系统,用交流电动机和直流发电机组成机组,以获得可调的直流电压。适用于调速要求不高,要求可逆运行的系统,但其设备多、体积大、费用高、效率低、维护不便。用静止的可控整流器,例如,晶闸管可控整流器,以获得可调直流静止可控整流器又称V-M系电压。通过调节触发装置GT 的控制电压来移动触发脉冲的相位,即可改变Ud,从而实现平滑调速,且控制作用快速性能好,提高系统动态性能。直流斩波器和脉宽调制交换器采用PWM,用恒定直流或不可控整流电源供电,利用直流斩波器或脉宽调制变换器产生可变的平均电压。与V—M系统相比,PWM系统在很多方面有较大的优越性:

一、主电路线路简单,需要的功率器件少;

二、开端频率高,电流容易连续,谐波少,电机损耗及发热都较小:

三、低速性能好,稳速精度该,调速范围宽,可达1:10000左右;

四、若与快速响应的电动机配合,则系统频带宽,动态响应快,动态抗扰能力强;

五、功率开关器件工作在开关状态,道通损耗小,当开关频率适当时,开关损耗也不大,因而装置效率高;

六、直流电源采用不控整流时,电网功率因数比相控整流高。

本设计应脉宽调速要求,采用直流PWM调速系统。

1.2.4 晶体管PWM功率放大器方案选择

双极性调制方式的特点是4个功率管都工作在较高频率(载波频率),

双极性控制的桥式可逆PWM变换器有以下优点:

电流一定连续;

可使电机在四象限运行;

电机停止时有微振电流,可以消除静摩擦死区;

低速平稳性好,系统的调速范围可达1:20000左右;

低速时,每个开关器件的驱动脉冲仍较宽,有利于器件的可靠导。

故本设计选用双极性控制的桥式可逆PWM变换器。

第二章主电路的设计及参数计算

2.1.1 设计参数

n=300r/min、电枢电阻(1)直流电动机参数:PN=20W、UN=12V、IN=1.5A、

N

Ra=4.5Ω电枢电感La=6.76mH、GD2=15.68N·cm2、Tm=30ms

(2)转速电流双闭环直流调速系统:U *n=5V,Uim=5V,Idm=1.5IN,σi≤5%,σn≤10%。

2.1.2 稳态参数的计算

双闭环调速系统的稳态参数计算与单闭环有静差系统完全不同,而是和无静差系统的稳态计算相似,即根据各调节器的给定与反馈值计算有关的反馈系数:

速反馈转系数

电流反馈系数

2.1.3 调节器的设计 电流调节器:

1、确定时间常数

(1)整流装置滞后时间常数Ts 。由表2-2知,PWM 装置的延长时间 Ts=0. 1ms=0.0001s 。

(2)电流滤波时间常数Toi 。 (1~2)Toi=0.1ms ,因此取Toi=0.06ms=0.00006s 。

(3)电流环小时间常数之和i T ∑。按小时间常数近似处理,取i T ∑= Ts+Toi=0.00016s 。

(4)电磁时间常数TL TL=2.2ms=0.0022s

2、 选择电流调节器的结构

根据设计要求5%i σ≤,并保证稳态电流无静差,可按典型I 型系统设计电流调

节器。电流环控制对象是双惯性型的,因此可用PI 型调节器,其传递函数为

i K ------电流调节器的比例系数;

i τ-------电流调节器的超前时间常数。

检查对电源电压的抗扰性能:,

0.0022

0.00016l i T T ≈≈∑

13.75 *

nm max 50.017.min/300/min

U V V r

n r α===A

V A V I U /22.25.15.15dm *

im =?==β()

(1)i i

ACR s i K s W s

ττ+=

参照附表2-2的典型I 型系统动态抗扰性能,各项指标都是可以接受的,因此基本确定电流调节器按典型I 型系统设计。 3、计算电流调节器的参数

电流调节器超前时间常数:s T l i 0022

.0==τ。 电流开环增益:要求5%i σ≤时,取0.5I i K T ∑=, 因此

10.5

31250.00016I K s s

-=

=

于是,ACR 的比例系数为

I i i s K R

K K τβ

=

=4.645 4、校验近似条件

电流环截止频率: ==I ci K ω31251

-s

PWM 装置传递函数的近似条件

=s

T 31

3333.33 满足近似条件。 (1)

忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件369.274= (2)

4303.315= 满足近似条件

5、 计算调节器电阻和电容

按所用运算放大器取R0=40k Ω,各电阻和电容值为

,8.1850Ω==K R K R i i , 取190ΩK

F Ri

i

Ci μτ012.0==

,取0.012F μ

,006.040

F R T C oi

oi μ==

取0.006F μ 按照上述参数,电流环可以达到的动态跟随性能指标为 4.3%5%i σ=<,满足设计要求。

含滤波环节的PI 型电流调节器

转速调节器:

1

220.000160.00032i I

T s s K ==?=∑

1.、确定时间

(1)电流环等效时间常数1/K I 。由前述已知,0.5I i K T ∑=,则

1

2i

I

T K =∑=2?0.00016s=0.00032s

(2) 转速滤波时间常数on T ,根据所用测速发电机纹波情况,取s T on 003.0=. (3)转速环小时间常数n T ∑。按小时间常数近似处理,取 s s s T K T on I

n 00332.0003.000032.01

=+=+=

∑ 2、 选择转速调节器结构

按照设计要求,选用PI 调节器,其传递函数式为 (1)()n n ASR n K s W s s ττ+=

3、 计算转速调节器参数

按跟随和抗扰性能都较好的原则,先取h=5,则ASR 的超前时间常数为

基于-89C51单片机的秒表课程设计汇本

《单片机技术》 课程设计报告 题目:基于MCU-51单片机的秒表设计班级: 学号: 姓名: 同组人员: 指导教师:王瑞瑛、汪淳 2014年6月17日

目录 1课程设计的目的 (3) 2 课程设计题目描述和要求 (3) 2.1实验题目 (4) 2.2设计指标 (4) 2.3设计要求 (4) 2.4增加功能 (4) 2.5课程设计的难点 (4) 2.6课程设计容提要 (4) 3 课程设计报告容 (5) 3.1设计思路 (5) 3.2设计过程 (6) 3.3 程序流程及实验效果 (7) 3.4 实验效果 (16) 4 心得体会 (17)

基于MCS-51单片机的秒表设计 摘要:单片机控制秒表是集于单片机技术、模拟电子技术、数字技术为一体的机电一体化高科技产品,具有功耗低,安全性高,使用方便等优点。本次设计容为以8051 单片机为核心的秒表,它采用键盘输入,单片机技术控制。设计容以硬件电路设计,软件设计和PCB 板制作三部分来设计。利用单片机的定时器/计数器定时和计数的原理,用集成电路芯片、LED 数码管以及按键来设计计时器。将软、硬件有机地结合起来,使他拥有正确的计时、暂停、清零、并同时可以用数码管显示,在现实生中应用广泛。 关键词:秒表;8051;定时器;计数器 1 课程设计的目的 《单片机应用基础》课程设计是学好本门课程的又一重要实践性教学环节,课程设计的目的就是配合本课程的教学和平时实验,以达到巩固消化课程的容,进一步加强综合应用能力及单片机应用系统开发和设计能力的训练,启发创新思维,使之具有独立单片机产品和科研的基本技能,是以培养学生综合运用所学知识的过程,是知识转化为能力和能力转化为工程素质的重要阶段。 2 课程设计题目描述和要求

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。

单片机课程设计题目

《单片机原理与应用》课程设计题目 1.基于单片机的电子秒表 本设计以MCS-51系列单片机为核心,采用常用电子器件设计,一个电源开关,两个按键,三位数码管显示,打开电源开关后显示8,每秒循环左移一位,即□□8—>□8□—>8□□—>□□8—>…,按A键开始计时,实时显示所经历的时间,按B键停止计时并显示从开始到当前时刻的时间,要求精确到0.1秒,量程为0~99.9秒。 要求按键输入采用中断方式,按键A接INT0,按键B接INT1。 2.智能电动百叶窗 本设计以MCS-51系列单片机为核心,采用常用电子器件设计,一个电源开关,用一台直流电机控制百叶窗叶片的旋转(正转/反转),用一个光敏电阻传感器测量室内光强度,并用两位数码管显示测量结果,设置三个按键:手动/自动切换、手动正转和手动反转,用一个发光二极管显示手动/自动状态,自动状态时二极管亮。 设置两个极限位置保护行程开关,用于保护百叶窗叶片:当正转到极限位置压下行程开关时,电机停止正转,但还可以反转;当反转到极限位置压下行程开关时,电机停止反转,但还可以正转。 按键输入采用中断方式,按键中断请求信号接INT0. 单片机根据设定光强S1和S2(S2 > S1)和实测光强P控制电机M的动作:当P<=S1时,控制M正转以增加进光量; 当P>S2时,控制M反转以减少进光量; 当S1S+1时,控制R断开电加热回路; 当S-1

(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

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。

51单片机课程设计源程序

TIME0_DOWN EQU F0 ;将F0设置为定时器0定时到标志 FINISH_ID EQU 30H ;学号发送标志 KEY_FLAG BIT 00H ;有键按下标志 KEY_LONG BIT 01H ;键长按 KEY_D EQU 31H ;键值存放地址 ADC0809_AD EQU 8000H ;设置ADC0809地址 DAC0832_AD EQU 0000H ;设置DAC0832地址 ADC_FLAG BIT 02H ;设置ADC0809读数据标志 ADC_DATE EQU 32H ;设置ADC0809数据地址 ADC_0 EQU 33H ;ADC0809转化为BCD码后个位存放地址 ADC_1 EQU 34H ;十分位存放地址 ADC_2 EQU 35H ;百分位存放地址 ADC_3 EQU 36H ;千分位存放地址 ORG 0000H ;程序开始,跳转至主程序 0000 020030 LJMP MAIN ORG 0003H ;外部中断0入口0003 020141 LJMP INT0_IN ORG 000BH ;设置定时器0中断入口地址 000B 020132 LJMP TIME0 ORG 0013H ;外部中断1入口0013 020151 LJMP INT1_IN ORG 0030H ;主程序开始地址 0030 758169 MAIN: MOV SP,#69H ;初始化堆栈指针 0033 C292 CLR P1.2 ;显示器清零 0035 D292 SETB P1.2 0037 753000 MOV FINISH_ID,#0 ;将标志位清零 003A C2D5 C LR TIME0_DOWN 003C C200 CLR KEY_FLAG 003E C201 CLR KEY_LONG 0040 753100 MOV KEY_D,#0 0043 C202 CLR ADC_FLAG 0045 753200 MOV ADC_DATE,#0 0048 753300 MOV ADC_0,#0 004B 753400 MOV ADC_1,#0 004E 753500 MOV ADC_2,#0 0051 753600 MOV ADC_3,#0 0054 C291 CLR P1.1 ;初始化键盘,行线置零,有键按下触发中断 0056 C293 CLR P1.3

51单片机红绿灯课程设计

1 电源提供方案 为使模块稳定工作,须有可靠电源。因此考虑了两种电源方案:方案一:采用独立的稳压电源。此方案的优点是稳定可靠,且有各种成熟电路可供选用;缺点是各模块都采用独立电源,会使系统复杂,且可能影响电路电平。 方案二: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。综上所述,选择方案二。 2 显示界面方案 该系统要求完成倒计时功能。基于上述原因,我考虑了二种方案:方案一: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。方案二:采用点阵式LED 显示。这种方案虽然功能强大,并可方便的显示各种英文字符,汉字,图形等,但实现复杂,成本较高。 综上所述,选择方案一。 3 输入方案: 设计要求系统能调节灯亮时间,并可处理紧急情况,我研究了两种方案:方案一:采用8155扩展I/O 口及键盘,显示等。 该方案的优点是:使用灵活可编程,并且有RAM,及计数器。若用该方案,可提供较多I/O 口,但操作起来稍显复杂。 方案二:直接在I/O口线上接上按键开关。 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。

综上所述,选择方案二。 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。其具体状态如下图所示。说明:黑色表示亮,白色表示灭。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,即如图2.1所示: 图1 交通状态 本系统采用MSC-51系列单片机AT89C51作为中心器件来设计交通灯控制器。实现以下功能:

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单片机课程设计报告

单片机课程设计 课题:基于51单片机的交通灯设计 专业:机械设计制造及其自动化 学号: 指导教师:邵添 设计日期:2017/12/18 成绩: 大学城市科技学院电气学院 基于51单片机数字温度计设计报告

一、设计目的作用 本设计是一款简单实用的小型数字温度计,所采用的主要元件有传感器DS18B20,单片机AT89C52,,四位共阴极数码管一个,电容电阻若干。DS18B20支持“一线总线”接口,测量温度围-55°C~+125°C。在-10~+85°C围,精度为±0.5°C。18B20的精度较差,为±2°C 。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输,大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量,如:环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。 本次数字温度计的设计共分为五部分,主控制器,LED显示部分,传感器部分,复位部分,按键设置部分,时钟电路。主控制器即单片机部分,用于存储程序和控制电路;LED显示部分是指四位共阴极数码管,用来显示温度;传感器部分,即温度传感器,用来采集温度,进行温度转换;复位部分,即复位电路,按键部分用来设置上下限报警温度。测量的总过程是,传感器采集到外部环境的温度,并进行转换后传到单片机,经过单片机处理判断后将温度传递到数码管显示。 二、设计要求 (1).利用DS18B20传感器实时检测温度并显示。 (2).利用数码管实时显示温度。 (3).当温度超过或者低于设定值时蜂鸣器报警,LED闪烁指示。 (4).能够手动设置上限和下限报警温度。 三、设计的具体实现 1、系统概述 方案一:由于本设计是测温电路,可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应,在将随被测温度变化的电压或电流采集过来,进行A/D转换后,就可以用单片机进行数据的处理,在显示电路上,就可以将被测温度显示出来,这种设计需要用到A/D转换电路,感温电路比较麻烦。 方案设计框图如下:

51单片机课程设计

课程设计说明书
课程设计名称






学生姓名
指导教师
单片机原理及应用课程设计 电子信息工程 140405 20141329 李延琦 胡黄水
2016 年 12 月 26 日

课程设计任务书
课程设计 题目
酒精测试仪
起止日期
2016 年 12 月 26 日— 2017 年 1 月 6 日
设计地点
计算机科学与工程学 院单片机实验室 3409
设计任务及日程安排: 设计任务:分两部分: (一)、设计实现类:进行软、硬件设计,并上机编程、联线、调试、 实现; 1.电子钟的设计 2.交通灯的设计 3.温度计的设计 4.点阵显示 5.电机调速 6.电子音乐发声(自己选曲) 7.键盘液晶显示系统 (二)、应用系统设计类:不须上机,查资料完成软、硬件设计画图。 查资料选定题目。 说明:第 1--7 题任选其二即可。(二)里题目自拟。 日程安排: 本次设计共二周时间,日程安排如下: 第 1 天:查阅资料,确定题目。 第 2--4 天:进实验室做实验,连接硬件并编写程序作相关的模块实验。 第 5--7 天:编写程序,并调试通过。观察及总结硬件实验现象和结果。 第 8--9 天:整理资料,撰写课程设计报告,准备答辩。 第 10 天:上交课程设计报告,答辩。 设计报告要求:
1. 设计报告里有两个内容,自选题目内容+附录(实验内容),每 位同学独立完成。 2. 自选题目不须上机实现,要求能正确完成硬件电路和软件程序 设计。内容包括: 1) 设计题目、任务与要求 2)硬件框图与电路图 3) 软件及流程图 (a)主要模块流程图 (b)源程序清单与注释 4) 总结 5) 参考资料 6)附录 实验上机调试内容
注:此任务书由指导教师在课程设计前填写,发给学生做为本门课程设计 的依据。

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

(完整word版)51单片机课程设计实验报告

51单片机课程设计报告 学院: 专业班级: 姓名: 指导教师: 设计时间:

51单片机课程设计 一、设计任务与要求 1.任务:制作并调试51单片机学习板 2.要求: (1)了解并能识别学习板上的各种元器件,会读元器件标示; (2)会看电路原理图; (3)制作51单片机学习板; (4)学会使用Keil C软件下载调试程序; 用调试程序将51单片机学习板调试成功。 二、总原理图及元器件清单 1.总原理图 2.元件清单 三、模块电路分析 1. 最小系统: 单片机最小系统电路分为振荡电路和复位电路, 振荡电路选用12MHz 高精度晶振, 振荡电容选用22p和30p 独石电容;

图 1 图 2 复位电路使用RC 电路,使用普通的电解电容与金属膜电阻即可; 图 3 当单片机上电瞬间由于电容电压不能突变会使电容两边的电位相同,此时RST 为高电平,之后随着时间推移电源负极通过电阻对电容放电,放完电时RST 为低电平。正常工作为低电平,高电平复位。 2. 显示模块: 分析发光二极管显示电路: 图 4 发光二极管显示电路分析:它是半导体二极管的一种,可以把电能转化成光能,常简写为

LED。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成,也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后,产生自发辐射的荧光。图中一共有五个发光二极管其中一个为电源指示灯,当学习板通电时会发光以指示状态。其余四个为功能状态指示灯,实际作用与学习板有关 分析数码管显示电路 图 5 数码管显示电路分析:数码管按段数分为七段数码管和八段数码管,图中所用为八段数码管(比七段管多了一个小数点显示位),按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管.共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。数码管主要用来显示经电路板处理后的程序的运行结果。图中使用了八个八段数码管,可以显示八个0-15的数字。使用数码管可以直观的得到程序运行所显示的结果.也可以显示预置在学习板上的程序,主要通过16个开关来控制。 四、硬件调试 1、是否短路 用万用表检查P2两端是短路。电阻为0,则短路,电阻为一适值,电路正常。 2、焊接顺序 焊接的顺序很重要,按功能划分的器件进行焊接,顺序是功能部件的焊接--调试--另一功能部件的焊接,这样容易找到问题的所在。 3、器件功能 1)检查原理图连接是否正确 2)检查原理图与PCB图是否一致 3)检查原理图与器件的DATASHEET上引脚是否一致 4)用万用表检查是否有虚焊,引脚短路现象 5)查询器件的DATASHEET,分析一下时序是否一致,同时分析一下命令字是否正确 6)通过示波器对芯片各个引脚进行检查,检查地址线是否有信号的 7)飞线。用别的的口线进行控制,看看能不能对其进行正常操作,多试验,才能找到问题出现在什么地方。 1、详细描述硬件安装过程中出现的故障现象,并作故障分析,及解决方法。 六、软件调试

51单片机课程设计 AD转换

课程设计报告 华中师范大学武汉传媒学院 传媒技术学院 电子信息工程2011 仅发布百度文库,版权所有.

AD转换 要求: A.使用单片机实现AD转换 B.可以实现一位AD转换,并显示(保留4位数字)设计框图:

方案设计: AD转换时单片机设计比较重要的实验。模数转换芯片种类多,可以满足不同用途和不同精度功耗等。 外部模拟量选择的是简单的电位器,通过控制电位器来改变模拟电压。显示电压值采用一般的四位七段数码管。而AD转换芯片采用使用最广的ADC0809 ADC0809芯片有28条引脚,采用双列直插式封装,如图所示。 下面说明各引脚功能: ?IN0~IN7:8路模拟量输入端。 ?2-1~2-8:8位数字量输出端。 ?ADDA、ADDB、ADDC:3位地址输入线,用于选通8路模拟输入中的一路。?ALE:地址锁存允许信号,输入端,高电平有效。 ?START: A/D转换启动脉冲输入端,输入一个正脉冲(至少100ns宽)使其启动(脉冲上升沿使0809复位,下降沿启动A/D转换)。 ?EOC: A/D转换结束信号,输出端,当A/D转换结束时,此端输出一个高电平(转换期间一直为低电平)。 ?OE:数据输出允许信号,输入端,高电平有效。当A/D转换结束时,此端输入一个高电平,才能打开输出三态门,输出数字量。 ?CLK:时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHz。

?REF(+)、REF(-):基准电压。 ?Vcc:电源,单一+5V。 ?GND:地 工作原理: 首先输入3位地址,并使ALE=1,将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动A/D转换,之后EOC输出信号变低,指示转换正在进行。直到A/D转换完成,EOC 变为高电平,指示A/D转换结束,结果数据已存入锁存器,这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时,输出三态门打开,转换结果的数字量输出到数据总线上。 本次实验采用中断方式 把表明转换完成的状态信号(EOC)作为中断请求信号,以中断方式进行数据传送。 不管使用上述哪种方式,只要一旦确定转换完成,即可通过指令进行数据传送。 首先送出口地址并以信号有效时,OE信号即有效,把转换数据送上数据总线,供单片机接受。 采用中断可以减轻单片机负担。并可以使程序有更多的空间作二次开发。

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