基于单片机的多用途定时器的设计分析论文
“macha”通过精心收集，向本站投稿了14篇基于单片机的多用途定时器的设计分析论文，这次小编在这里给大家整理后的基于单片机的多用途定时器的设计分析论文，供大家阅读参考。
篇1：基于单片机的多用途定时器的设计分析论文
引言
定时器根据其发展历程可以分为:一种是基于模拟技术的定时器，目前这种产品已经退出市场中;另一种是基于数据技术的产品，其具有强大的产品功能，但是这种产品主要应用于较大的设备中。随着单片机技术的不断发展，基于单片机的多用途定时器被越来越多的行业所应用，因此本文通过单片机多用途定时器的设计进行深入的分析，让人们更加了解基于单片机的多用途定时器的设计体系。
篇2：简析基于单片机的多用途定时器的设计论文
3.1硬件设计
定时器的硬件设计主要包括:时钟电路、M SP430单片机、显示器以及键盘电路，其设计原理就是将单片机与各个硬件设备相连，实现电压与电平之间的转变，因此在电路设计时要充分考虑各个器件引脚的功能，对于重点电路可以先进行理论探讨后再进行搭建。
在硬件设计中时钟模块是设计中比较复杂的，其主要是时钟中的实时时钟与RAM，利用串行接口与单片机进行通信，给电路提供实时的时间信息。时钟操作可通过AM h'M指示采用12/24小时格式。用RES(复位),SCLK(串行时钟)、功(数据线)、三个口线与单片机之间进行同步串行通信。时钟电路部分是整个系统设计的难点，电路搭建的正确与否直接关系着定时器时钟系统是否能够正常运行。
其次是键盘模块主要采用扫描方式进行。键盘的工作方式也是分为两种，编程控制方和中断控制方式，一般是采用矩阵式键盘设计。首先设置各个口线为输入模式，通过中断的方式或者软件查询的方式，获取信息，从而知道各个口线是否有键按下，如果有键按下，则口线端口为高电平，否则为低电平。在按下设置键对时间进行调整之前可以通过+,一按键进行调节。扫描键盘一般由行和列组成，在键盘上的某条行线上输入低电平，如果键盘中某个键被按下则某个列线变为低电平。
3.2软件设计
本文定时器的软件设计，用于软件程序的调试与仿真所使用的是TARSystem s公司开发的软件，其包含C尤++编译器和调试器的集成开发环境。结合本次的定时器产品设计主要采取的是THREW 430软件程序。首先，在程序编写之前要打开TAR Em bedded W oxRbench，注意单击菜单Pro乡ct,Add fib test出现需要的加载源文件界面，选择相应的界面类型，编译时注意对430单片机型号进行选择;其次，在程序运行时要对DS1302进行设置，并对D S 1302系统进行初始化优化，并将系统的时间设置为0。在确保上述程序完成后，再进行时间上传，进而将有效的信息存储在EPROM中，并且将其上传给管理层，管理层在接收到相关知识后再进行相应的修改，最后显示出具体的时间;最后，LED数码管在显示之前，要对串口的工作方式进行设置，然后设置对应的地址指针，然后选择数段码，通过传送过来的脉冲来显示。
参考文献:
[1 ]胡立群，陈敦军，吴凡超.基于单片机的多通道控制器的设计[U].电子测量技术， (01).
[2 ]罗大军.基于单片机定时器的研究田科技致富向导， (09).
[3 ]'}哲豪.新版多用途定时器的硬件设计田.机电信息，02).
篇3：简析基于单片机的多用途定时器的设计论文
单片机多用途定时器主要采取了M SP430系列单片机、键盘、钟芯片DS1302以及电源等电子模块而实现的`，由于其性价比比较高，因此其具有广泛的市场应用前景。结合多年的经验，该产品的设计原理主要如下:
2.1 M SP430系列单片机的结构
M SP430系列单片机主要包括CPU、存储器以及外围模块等组成:CPU主要是用来处理程序指令，存储系统的相关数据与程序，并且进行位、字、字节的操作。外围模块主要是将单片机与外围的相关设备进行链接，并且实现通道的采样转换。
2.2单片机多用途定时器的设计原理
该设计主要是将M SP430单片机的各个端口与时钟电路、键盘电路以及显示电路进行连接，通过软件程序实现与硬件电路的连接，进而实现定时器的定时、报警功能。纵观整个单片机定时器设计过程，软件系统中的中断系统程序是设计的关键，在预定设计好定时信息后要注意将各个端口的自动中断处理，键盘的程序设计主要是采取扫描法，通过判断行与列的键盘输入信号来确定键入数字。
篇4：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5：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6：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7：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8：基于多单片机的串口扩展设计论文
1 前言
笔者在用单片机开发一款称重仪表时，功能较多，对串口的需求很高。需要的串口数量多，至少要五个串口，包括称重传感器通信串口，电脑上位机通信串口，GIM900A 通信串口，大屏幕数码管显示的通信串口，打印模块的通信串口等。而且对串口要求稳定性高，大部分串口都要求实时双工通信。根据实际情况和产品串口需求，采用不用的方法进行串口扩展，主要用到了模拟串口和多单片机实现串口扩展。
2 串口扩展的一般方法
(1)模拟串口。模拟串口利用其他单片机引脚模拟串口收发时序进行串口扩展。这种串口扩展，缺点比较明显，通信速率慢，可靠性不高，占用CPU 资源较多。高速双工通信时一般不用此方案进行串口扩展，低速情况下可以考虑。笔者的项目中大屏幕数码管显示就用了这种方案，显示的时候只发不收，单向通信，波特率要求低，最高不过9600bps。
(2)利用专门的串口扩展芯片处理。串口扩展芯片进行串口扩展，通信稳定性高，能达到一般的串口要求。市场上的串口扩展芯片，性能不同，价格也不一样，但普遍成本较高，少则二三十元，多则七八十元，不利于产品的成本控制。串口需求较多时，一块串口扩展芯片上串口数量不足，还需要多块串口扩展芯片级联，更增加了成本。
(3)利用多串口单片机。目前市场上有多串口的单片机，很多低成本单片机都自带两个串口，比如stc12 多串口系列。用三串口及其以上的单片机成本更贵。
(4)基于多单片机的串口扩展设计。在一定成本要求下，结合目前单片机产品自身的优势，利用多单片机进行串口扩展，也是一种串口扩展的方案。一般c51 系列单片机自带双串口的只要几元钱，完全可以把单片机用来做串口扩展，而且有的单片机自带spi 通信接口，可以很方便的实现主从单片机之间的级联和通信，同时双单片机工作时，可以利用从单片机处理一定的程序，减轻主单片机的.负担，达到“双核”效果。
篇9：基于多单片机的串口扩展设计论文
3.1 串口扩展系统框图
整个系统由两块单片机构成主从结构，主机完成产品的大部分功能，从机只是进行了串口扩展，扩展出了两个双工硬件串口，如果有需要，也可以分担部分主机的其他功能。两者之间通过SPI 硬件接口通信，该硬件SPI 总线是一种全双工、高速、同步的通信总线，支持主模式和从模式两种操作模式，主模式中支持高达3Mbps 的速率，完全可以完成主机和从机之间的可靠通信。主机和从机的串口通信，和一块单片机使用时的用法一样，只是先要经过SPI 传输。当需要向从机串口发数据时，先要通过主机的SPI 通信送给从机，再通过从机串口发给外围模块;当需要接收从机串口数据时，先从机接收到串口数据，从机再利用SPI 传输给主机。在进行软件开发时，只要定义好主机和从机的SPI 通信协议，即可完成可靠的串口数据收发。
3.2 主机和从机之间的SPI 通信
主机和从机串口之间需要SPI 通信做桥梁，因此主从机之间的SPI 通信显得极其重要，必须要求高速、可靠、实时，一次SPI 采用中断完成。主机部分需要用到常用的四个函数，即主机SPI 初始化，SPI 主从机之间的数据交换，向从机发送数据，主机SPI 中断接收等。
1) 主机SPI 初始化：
SPDAT=0;
SPCTL=0xfd;
SPSTAT=0xc0;
IE2=IE2 | 0x2;
2) 主机SPI 数据交换
SPDAT = dat;
while (!(SPSTAT & SPI_SPIF));
SPSTAT = 0xc0;
return SPDAT;
3) 向从机发送字符串数据
SPCTL = 0xfd;
IE2=IE2 & 0x01;
SPISS=0;
4)SPI 接收中断函数
uchar ucRecvSpi;
SPDAT=SPDAT;
SPSTAT = 0xc0;
ucRecvSpi=SPDAT;
??//SPI 接收到的数据处理
?循环SPI 数据交换
发送字符串
SPISS=1;
SPCTL = 0xec;
IE2=IE2 | 0x3;
从机部分也需要用到主机一样的四个函数，即从机SPI 初始化，SPI 主从机之间的数据交换，向主机发送数据，从机SPI中断接收等。程序函数与主机大部分相同，只有细微区别。在从机SPI 初始化时，SPCTL 控制寄存器初值为0xec。
3.3 扩展的串口处理
从机自带的两个双工串口即是扩展出来的串口，要实现收发数据，需要用到基本的3 个函数，即从机串口初始化，从机串口向外围模块发送数据，从机中断接收数据。串口4 和串口5 函数类似，下面只列举串口4 的初始化函数部分。
1) 串口1 初始化
TMOD = 0x20;
SCON = 0x5a;
TH1 =TL1= -3;
TR1 = 1;
ES = 1; EA = 1;
2) 串口接收中断
RI = 0 ;
Buf[i]=SBUF;// 接收串口数据存入数组
if (SBUF==0x0a && Buf[i-2]==0x0d)
接收到结束符，则向主机发送串口数据。
4 结语
本文中的串口扩展方法，实用性强，成本较低，能较好的实现串口扩展，同时利用多出的单片机，可以为主CPU 分担一定的任务，提供一定的硬件资源。
篇10：基于单片机的等效采样示波器设计论文
基于单片机的等效采样示波器设计论文
摘要：介绍了基于单片机系统的精密时钟发生电路对高频信号（1MHz～80MHz）进行等效采样的方法，设计并实现一个模拟带宽为1Hz～80MHz的简易数字示波器。
关键词：单片机 等效采样 数字示波器
在数字示波器技术中，常用的采样方法有两种：实时采样和等效采样。实时采样通常是等时间间隔的，它的最高采样频率是奈奎斯特极限频率。等效采样（Equivalent Sampling）是指对多个信号周期连续样来复现一个信号波形，采样系统能以扩展的方式复现频率大大超过奈奎斯特极限频率的信号波形。
1 总体设计
由于所设计的示波器输入频率范围较宽，本系统采用了等效和实时两种采样方式。若输入频率小于1.25MHz，选用实时采样；反之，选用等效采样。根据输入频率确定时钟芯片的输出及分频数。当输入频率高于1kHz时，利用可编程频率合成芯片SY89429V产生基准时钟；当输入频率小于1kHz时，由单片机提供40kHz的基准时钟。然后根据输入频率的大小对基准时钟使用不同的分频数，从而产生采样时钟。
2 硬件设计
2.1总体设计
本系统在硬件上可分为五部分：控制器、测频及键盘控制、波形采样、程控时钟和液晶模块。系统功能如图1所示。
（1）控制器
控制器部分任务较重，通过两片89C52（MCU1和MCU2）来完成。其中，MCU1负责采样、数据处理以及程序时钟和液晶的控制工作；MCU2完成测频、DAC输出和键盘接口处理功能。两单片机通过串口通信。
(2)测频模块
本系统输入信号的频率范围较宽（1Hz～80MHz），隔度范围较大（0.1V～2.2V），整形电路采用高速比较器TL3016实现，其参考电压由MCU1对输入信号采样获得。整形后的信号经程控分频器送至MCU2测频，精度可达四位有效数字。
（3）波形采样模块
该模块由40MSPS的模数转换器TLC5540、静态存储器CY7C128A-20和可编程逻辑器件ispLSI1016E-80组成。
在程控时钟和程控分频器的控制下，CLPD产生存储器地址，将高速ADC的采样数据以程控频率写入静态RAM。写满256个点后，将静态RAM的控制权通过数据选择器转交给MCU1，由MCU1进行数据处理，并送液晶显示。
（4）程控时钟电路
程控时钟电路是本系统实现等效采样的关键，其核心是可编程频率合成芯片SY89429V。SY89429V的输出时钟范围是25MHz～400MHz，步进值0.125MHz～1MHz。它内部采用高频锁相环结构，对干扰很敏感，在硬件上采取了一定的抗干扰措施保证其稳定工作。
（5）液晶显示
液晶部分由点阵液晶显示器EDM160160、液晶控制器SED1335、SRAMHM62256、负压发生器和背光交流驱动电路发生器组成。
2.2 等效采样的`实现
等效采样是本系统的关键和创新点。主要采用以芯片SY89429V为核心的精密时钟发生电路，控制高速ADC对高频信号进行循环间歇式采样。
实现等效采样的系统框图如图2所示。
等效采样的输入频率是1.25MHz～80MHz。为了使复现的波形尽量精确，系统设计在1.25MHz～40MHz信号范围内每周期采一样一个点，在40MHz～80MHz信号范围内每个周期采一个点来复现波形。即采样频率范围要在1MHz～40MHz之间，并有可控的小步进值。
SY89429V的输出频率为25MHz～400MHz，需要外加分频电路将低低频部分扩展。同时，本系统选用的ADC为TLC5540，其转换速率是5MSPS～40MSPS，低端采样率会受到限制，可以采用控制RAM写入速度的方式来控制采样速率。综合考虑，采用CPLD器件，将SY89429V芯片TEST输出的FOUT频率经过程控二分频器，一方面提供给ADC作为CLK工作频率，另一方面再经过程控二五十进制分频器控制RAM写入速度，作为低端信号的采样频率。
3 软件设计
3.1 总体软件流程
总体软件流程如图3所示。MCU1接收MCU2的测频结果，并将幅值信息传递给MCU2，由MCU1根据输入频率确定采样方式，并控制精密时钟发生电路为ADC提供采样时钟。一次采样完成后，由MCU1处理采样数据并送LCD显示。
3.2 实时采样的实现
实时采样中，为了使采样得到的波形尽量精确，系统将1.25MHz以下的信号分为三个频率范围，在每个频率范围内由程控时钟电器产生某一固定的基准时钟，结合相应的分频数进行采样。具体设置如睛：输入频率为1Hz～1kHz，由单片机提供40kHz采样时钟；输入频率为1kHz～1MHz，由芯片SY89429V提供40MHz采样时钟；输入频率为1MHz～1.25MHz，由芯片SY89429V提供50MHz采样时钟。
3.3 等效采样的实现
由于可编程频率合成芯片SY89429V在本系统所使用的25MHz～50MHz频率范围内，步进值始终为0.125MHz。为便于数据处理，软件设计过程中可以将所有的实际频率转换成以0.125MHz为单位的代值，即除以0.125MHz。
系统中所采用的模数转换器TLC5540的转换速率为5MHz～40MHz，当输入频率小于40MHz时，采用每个信号周期采一点的方法；当输入频率超过40MHz时，采用两个信号周期一点的方法。
下面以输入频率在1.25MHz～40MHz之间的情况为例，输入频率大于40MHz的情况可以类推得到。
将输入频率fin转换后的代值（以后简称代值）记为dfin，根据输入频率设定芯片SY89429V的频率字SY（只取整数，用于控制输出信号的频率），经过n分频后产生采样频率。根据等效采样的原理，采样频率与输入频率相近（对于输入频率为40MHz～80MHz的情况，采样频率与输入频率的二分频接近），二者频率代值的差值记做da，则SY可以表示为：
SY=(dfin-da) ×n （1）
这时复现一个波形所需的采样点数为：
d=(dfin-da)/da （2）
本系统选用的液晶为160×160点阵，将x轴上40个点所表示的时间定义为一格时基，记作A，则液晶屏幕上显示的周期个数为：
N=160×da/(dfin-da) (3)
由此，时基可以表示为：
A=N/(4×fin)=40×da/[fin×(dfin-da)] （4）
一个波形的采样点数也可以用时基和输入频率来表示：
d=40/(A×fin) （5）
笔者利用本文介绍的算法，实现了等效采样，能够地1MHz～80MHz的周期信号进行波形复现，效果令人满意。这种简易示波器在人机界面上为用户提供手动和自动两种工作模式，性价比高，有广阔的市场空间。
篇11：基于单片机温控智能风扇的设计研究论文
基于单片机温控智能风扇的设计研究论文
引言
温控智能风扇可以感知环境温度，自动调节风扇的转速，半导体制冷片制冷，达到调节环境温度的功能。该风扇有两个档位，高速档:当环境温度高于设置温度时，制冷片工作，转速加快;低速档:当环境温度低于设置温度时，制冷片不工作，转速降低。该风扇性能优良，可应用于实际生活。
1系统概述
该风扇以STC89C52单片机为核心，通过DS18B20对环境温度进行检测，利用LCD 1602显示当前温度，半导体制冷片制冷进行温度调节，从而实现了风扇随外界温度智能调速以及降低环境温度功能。
该系统包括控制模块、温度检测模块、显示模块、制冷模块、风扇调速控制模块、电源模块等。
2硬件设计
硬件设计主要包括控制模块、温度检测模块、显示模块、制冷模块、风扇调速控制模块、电源模块的电路设计。
2.1控制模块
单片机作为该系统的核心部件，采用STC89C52单片机，控制LCD1602显示，接收DS18B20采集到的温度来控制风扇调速和制冷片工作。
2.2温度检测模块
该系统采用DS18B20温度传感器，DS18B20抗干扰能力强，精度高，可以全数字温度转换及输出，检测温度范围为-55℃~+125℃温度信息经过单线接口送入或送出，使用方便
2.3显示模块
该系统采用LC D 1602显示模块，单片机的P0口连接LCD 1602数据端，P3.5,P3.6,P3.7连LC D 1602的使能端和控制端
2.4制冷模块
制冷片采用电流换能型半导体制冷片，它的主要功能是当外界温度高于设定温度上限时制冷。
2.5风扇调速控制模块
风扇调速是根据外界温度与设定温度比较进行调速的_当外界温度高于设定温度时，风扇高速运行，外界温度低于设定温度时，风扇低速运行。
2.6电源模块模块
为f使制冷效果好，选用TEC4-12705型半导体制冷片，其工作电压和电流分别为12VSA。市电降压选用次级电压30V电流SA的`变压器，降压后经D1~D4整流，C1,C2滤波，然后由LM7805为大功率三极管2N3773基极提供基准参考电压。LM7805的公共端外加稳压管ZD1作偏置电压，使稳压器输出12VSA直流电源
当电路故障引起输出电压超过15V时，因R1上的压降使晶闸管单向可控硅SCR触发导通，此时电路中的熔丝熔断，稳压电源无输出而得到保护。
3软件设计
本系统采用C语高编程，主程序实现温度检测和显示、风扇转速调节、制冷片制冷控制等功能主程序流程。
4结束语
木系统以STC89C52单片机为控制核心，实现了风扇自动调节风扇转速，降低环境温度功能。利用单片机实现的智能温控风扇，性能可靠，成木较低，适合大众消费，有重要的应用价值。
篇12：一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.
[2] WHITE M, Lampe D. Characterization of surface channelCCD image arrays at low light levels [J]. IEEE Solid-stateCircuits, 1974, 9 (1): 1-13.
[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13：基于单片机的液位模糊控制器设计论文
摘 要：液位控制由于其应用极其普遍，种类繁多，其中不乏一些大型的复杂系统，譬如在石油化工等工业生产中。它主要有以下几个特点:
1、时滞性很大。在大型、复杂的液位控制系统中，当改变进出容器的液体流量来控制液位时，控制效果在较长的时间后才能得到体现，这会使得最后的稳态误差较大，液位在期望值附近波动。
2,时变性。液位控制一般是通过控制液体流入量的大小来控制液位的，流出量是根据后续工艺生产的需求而调节，这种需求的数量和速度是在不断变化的。
3,非线性。容器内液体流出量不仅随后续工艺生产需求变化，即使在控制阀门保持不变的情况下，实际的流出量也随着液位高度的变化而发生一种非线性的变化。这几个特点，都严重影响PID控制的效果，当实际生产对控制有较高的性能指标要求时，就需要将智能控制方法引入到液位控制系统中来。
关键词：模糊控制；液位；PID；单片机
1 模糊控制的基本原理
模糊控制属于智能控制的范畴，它是以模糊数学和模糊逻辑为理论基础、模仿人的思维方式而统筹考虑的一种控制方式。 它是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制。模糊控制模仿人的思维方式，计算控制量时并不需要参数的精确量，而是以参数的模糊信息为基础，通过模糊推理得到控制量的模糊形式，然后再经过反模糊化处理输出具体的控制量。
模糊控制器的设计的基本原理
1． 在采样时刻，采样系统的输出值，然后根据所选择的系统的输入变量来进行计算，得到输入变量的具体值。一般系统通常选择误差及误差的变化情况作为输入变量。
2． 将输入变量的精确值变为模糊量。当然，在这之前需要先确定模糊变量的基本论域、模糊子集论域、模糊词集及隶属函数。系统中输入变量的实际变化范围称为变量的基本论域，对于模糊控制输入所要求的.变化范围称为它们的模糊子集论域。模糊子集论域的确定和下一步的模糊推理中需要的模糊值有关。模糊值可用模糊词集来表示，人们对数值的模糊表示一般可用大、中、小加以区别，再加上正负模糊词集就可表示为：
{负 大 ， 负中，负小，零，正小，正中，正大}
一般系统的输入变量的模糊子集论域所含的元素个数应为词集总数的两倍以上，这样才能确保模糊词集能较好地覆盖
模糊子集论域，避免出现失控现象。针对上面选用的模糊词集，模糊子集论域可选择为
{-6 ， -5 ，-4，-3，-2，一1,0 , 1,2 ,3 ,4 ,5 ,6 }
对于一个模糊控制系统，它的控制器输入变量的实际范围一般不会正好和模糊子集论域一致，这时就需要进行转化。假如基本论域为[a. b]，模糊子集论域为[m, n]，则将一个精确输入量x转化到模糊子集论域中的变量Y是通过以下公式来实现的。
y=(n-m)*[x-(b-a)/2]/(b-a)
模糊 子 集 论域和模糊词集之间是通过隶属函数来联系的。模糊变量的隶属函数就和普通变量的特征函数一样，但它的取值范围并不是单纯的0或1，而是在[0, 1]之间连续变化。隶属函数的形状常采用梯形、三角形、钟形、高斯形等。在实际应用中，为方便起见，采用三角形的较多。
3． 根据上一步得到的输入变量(模糊量)及模糊控制规则，按模糊推理合成规则计算控制量(模糊量)。模糊控制规则是根据操作者的经验或专家的知识，用if， then描述的一组条件语句。
4． 控制量的模糊量转化为精确量。上一步虽然通过模糊推理得到了控制量，但它是模糊形式的，而真正的执行机构不能接受模糊量，只能接受精确量，所以必须把控制量由模糊形式转化为精确形式，这一步也叫做解模糊化。
篇14：基于单片机的液位模糊控制器设计论文
2.1模糊控制器的结构设计
模糊控制器的结构设计是指确定模糊控制器的输入变量和输出变量。模糊控制器输入变量的个数称为模糊控制器的维数，目前广泛采用的均为二维模糊控制器.在此我们也选择这一结构形式。我们设计的是液位模糊控制器，就选择液位的
误差和误差的变化作为模糊控制器的输入变量，分别记作E, Ec。模糊控制器的输出应该是用来控制液位的，液位实际上就是受流入量和流出量的影响，而流出量是根据后续工艺不停的变化，是不可控的。所以模糊控制器的输出就只有一个，作为控制流入量执行机构的控制量，记作U。对于模糊控制器的输出，可以有两种形式，一种是绝对的控制量输出，另一种是增量方式输出。在本次设计的模糊控制器中，我们选择了绝对值输出方式 。
2.2模糊控制规则的设计
控制规则的设计一般包括三部分内容：选择描述输入输出变量的词集，定义各模糊变量的模糊子集和建立模糊控制器的控制规则。下面就分别来进行说明：
1.选择描述输入、输出变量的词集
对于液位误差、误差变化率及控制量我们选用相同的模糊词集，都用自然语言大、中、小来进行描述，将大、中、小再加上正、负两个方向并考虑变量的零状态，共有七个词汇，即
{负 大 ， 负 中 ，负小，零，正小，正中，正大}
为叙述方便，用英文字头缩写表示为
{N B ,N M , N S ,Z E, PS, PM,P B}
其中，N=Negative, P=Positive, B=Big, M=Medium, S=Small, ZE=Zero 。
2.定义各模糊变量的模糊子集
定义一个模糊子集，实际上就是要确定模糊子集隶属函数曲线的形状。对于输入变量误差和误差变化率，我们选用的模糊子集论域和隶属函数曲线都完全一致，所以在此就只针对误差的模糊子集的确定来进行说明。误差的模糊子集论域取[-6,6 ]之间，然后离散化，只取整数，所以它的模糊子集论域可表示为
{-6 ，-5 ，-4，-3，-2，-1,0 ,1 ,2 ,3 ,4 ,5 ,6 }
其中有13个元素，而模糊词集中有7个元素，基本满足了二倍的关系，可以保证不会出现失控现象。为了计算方便，将隶属函数曲线都选为三角形形式，而且根据经验，在靠近0附近，三角形的形状选的窄一些，这样有利于提高灵敏度，抑制超调。在远离0的地方，三角形的形状选的宽一些，因为这时候误差还很大，不会引起超调。至于三角形具体形状及位置的有关参数，是根据经验初步确定的，在控制器调试的时候还需要对这些进行反复的修改。
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8.单片机的学习方法
9.单片机知识点总结
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