基於單片機的自動取件箱裝置

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基於單片機的儀表車床簡易數控系統的實現
第2章 數控系統的設計要求
2.1概述
該數控系統是為了適應國內眾多的普通機床改造而設計的主要考慮四個方面：
①經濟性
既然是用於普通機床的數控化改造，因此，必須充分考慮系統的成本，這是保證達到系統設計目的的關鍵。這里的成本包括整個系統的成本，包括數控系統、伺服驅動系統及機械傳動系統等，其核心在於數控系統的方案選擇。
②方便性
數控系統的方便性，又叫「宜人性」，主要反映在系統的編輯部分。編輯(編程)部分是人和系統直接打交道的部分，即所謂的「人機界面」。人機界而應當對用戶友好，也就是說編輯(編程)部分應當盡量給用戶提供力便、快捷舒適的操作使用環境。系統需從以下幾個途徑來體現：
●漢化按鍵，方便各種層次的操作者使用。
●輸入、檢索、修改盡量一體化。即輸入時可以檢索、修改，檢索時可以修改、輸入，並且自動顯示程序段號。
●快速檢索，即能對程序進行上下翻頁顯示。
③實用性
經濟則數控系統的設計不應追求功能的大而全，應以實用為原則。一般的機械加工只要能旦笑具有以下功能即可滿足需要：
●直線、圓弧插補。插補速度要充分考慮被機床本身的內在素質，如剛性、抗震性、耐磨性等，不宜過高。
●速度銜接技術，即速度升／降速控制。速度銜接技術可以保證系統在加工過程中實現2段程序間的速度平滑連接，從而避免造成加工刀痕或平台，保證精度。
●動態坐標顯示。
●加工程序的掉電保護能力。
●電動刀架控制。採用電動刀架，用軟體進行控制，可以提高生產效率。
●細分技術。細分技術是當今經濟型數控系統的一項重要技術。它可以有效解決步近電機的低頻振盪問題，同時使機床脈沖當量細化，提高控制精度；另野森外，還可以提高低速加工時的出刀。
④可靠性
由於數控系統工作環境十分惡劣，必須有足夠的可靠性才能保證系統穩定運行。
2.2數控系統的性能指標
按照廣述設計要求及設想，數控系統的性能指標可歸納為：
●X，Z兩軸聯動，開環控制方式。
●ISO國際數控標准格式代碼編程。
●快速定位。
●具有直線、圓弧插補能力。
●能與上價機串列通信、具有簡單的聯網能力。
●最大編程尺寸9999.99mm，z軸脈沖當量0.01mm，x軸脈沖當量0.005mm，最大進給速度為0.083m/s（5m/min）。
●預留螺紋加工功能的介面。
●具有連動、點動2種手動加工方式，以及自動連續加工方式。
第3章 總體方案的確定
3.1系統總體方案
本系統在研製過程中，緊緊圍繞可靠性、方便性、低成本等設計要求。確定總體方案如下：
3.1.1基於單片機的系統結構
按照上述設計思想，本系統採用基於單片機的系統結構。這種方模脊含案結構簡單，成本低。考慮到擴展性，主系統採用89S58單片機。AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件採用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術製造，兼容標准MCS-51指令系統及80C51引腳結構，晶元內集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應用系統提供高性價比的解決方案。
1.一個個8位的CPU
2、26個特殊功能寄存器（Special Function Register）
3、一個片內振盪器及時鍾電路
4、全靜態工作：0Hz-24KHz
5、32條可編程I/O線
6、2個16位可編程定時計數器
7、5個中斷優先順序2層中斷嵌套中斷
8、2個全雙工串列通信口
9、電源控制模式：低功耗的閑置和掉電模式
10、8031 CPU與MCS-51 兼容
11、4個8位並行（Parallel）I/O口
12、三級程序存儲器保密鎖定
13、128B 內部RAM
14、內部硬體看門狗電路
15、4k Bytes Flash片內程序存儲器(壽命：1000寫/擦循環)
16、一個SPI串列介面,用於晶元的在系統編程
17、可定址64KB的外部ROM和外部RAM的控制電路
這些我們稱為單片機的資源（Souce），單片機的應用就是怎麼充分合理地利用這些資源，來解決實際中的問題
3.1.2人機界面
(1)採用液晶顯示界面
作為一個簡易型數控系統，採用了12232漢字圖形點陣液晶顯示模塊，帶背光字元型液晶模塊作為主顯示界面，不採用數碼管顯示。這樣做的目的有3個：
●液晶顯示方式具有顯示容量大、可以顯示所有字元及自定義字元的能力。至於不能顯示圖形以實現加工曲線動態顯示的缺陷，可以通過上儀機模擬模擬加工來彌補。
●液晶顯示模塊自身具有控制器，可以減輕主CPU的負擔。
●使系統具有菜單驅動的基本素質。採用菜單驅功方式實現編輯模塊的全屏幕編輯功能，達到友好的人機界面要求。
●可顯示漢字和圖形。
(2)採用雙功能按鍵設計，簡化鍵盤
系統設計中充分考慮功能的需要、操作方便的需要及系統復雜性的要求三者之間的關系確定系統的大多數按鍵為雙功能鍵，使得整個系統界面簡潔。
3.1.3採用開環控制方式
系統設計的目的決定了系統只能採用開環控制方式。在開環型位置控制系統中，只能採用步進電機作為伺服執行單元。這是由步進電機車身的特性決定的。關於步進電機的特性等詳細內容參見本章後續有關章節。
開環控制系統的數控機床結構簡單，成本較低，僅適用於加工精度要求不很高的中小型數控機床，特別是簡易經濟型數控機床。
這類系統比較簡單，價格最便宜，可以用於小型車床、銑床、鑽床和線切割機床。如下圖是常見的兩坐標簡易數控系統的組成框圖。系統軟體固化在單片機的存儲器中，加工程序可通過鍵盤或磁帶機輸入，經系統軟體進行編輯處理後輸出一個系列脈沖，再經光電隔離，功率放大後大驅動兩台步進電機，分別控制機床兩個方向的運動，完成位置、軌跡和速度的控制。根據需要，微機還可通過繼電器電路，實現對諸如主軸起停、變速、各種輔助電機起停、刀架轉位、工件爽緊松開等動作的自動控制，使整個加工過程自動進行。

圖3-1開環步進電機與單片機連接電路
單片機控制步進電機拖動的開環系統具有價廉，技術成熟等優點，因而使用較多。但這種系統還存在拖動力矩偏小，過載能力差、速度偏低，精度不夠高及其價格隨力矩增加成指數卜升等缺點。為此，選用時要注意在適當的范圍內發揮其優勢。一般主要適用於拖動力矩小於15Nm的小型機床，如C616，C618，C620，C6140等普通車床。對於轉矩要求大、功能要求多的機床(如銑床、鏜床、鑽床及鏜銑床)和高精度機床(如坐標鏜床)就難於使用，需要開發與其適應的其他經濟型數控系統。
3.1.4功能精簡，提高可靠性
設計具備簡易型數控系統必需的基本功能
●直線、圓弧插補能力。
●端面、台階的循環加工。
●點動、連動、自動3種運行方式。
●申行通信能力。
3.2系統功能模塊及其分析
3.2.1系統功能模塊與總體框架
(1)系統操作界面
按照上述

圖3-2 系統的人機界面圖
復位——系統在死機、工作出錯等情況下的總清鍵，使系統回復設計的原始狀態。
運行——自動運行用戶的零件加工程序，包括程序的語法檢查、數據處理、編譯、插補運算及步進電機控制等。
暫停一—自動加工的暫停，是一個乒乓鍵，按一次，加工暫停，再按一次，繼續加工。
換刀一—用於手工換刀，每按一次．電動刀架轉一個工位，本系統中為90度。
手動——與「←、↑、→、↓」配合，以實現動作台的連動；在編輯程序時為游標移動鍵。數字1—9均為雙功能鍵、用於程序輸入、用「上下檔」鍵進行切換。
G—一準備功能鍵，用於ISO加工程序輸入。
M——輔助功能鍵，用於冷卻泵的啟/停、程序的結束等程序段的輸入。
插入—一用於程序編輯過程中「插入修改」方式的切換。也是乒乓鍵，用塊游標或下劃線游標指示。
刪除——在插入方式下，刪除當前的字元；在修改方式下，刪除當前游標位置字元。
上頁一—程序上翻到上一程序段。相當PC機的PageUp鍵。
下頁——程序下翻到下一程序段。與上頁鍵一樣是一個屏幕編輯鍵。相當PC機的PageDown鍵。
回車——確認鍵。
Esc——相當於PC機的Esc鍵。
(2)系統功能模塊與總體框架
系統從總體上分為人機界面模塊、伺服執行模塊、電動刀架擰制模塊、串列通信模塊及基於AT89S51單片機的主控模塊等5大模塊，參見圖3-2。各模塊的功能分別是：

圖3-3 系統模塊與總體框架
①人機界面模塊
該模塊主要完成人機的對話與交流，物理上表現為顯示器與鍵盤，核心功能是加工程序的編輯。由於採用全程菜單驅動形式．使該模塊具有較好的友善性。
②伺服執行模塊
該模塊主要由脈沖分配器、伺服驅動及步進電機等組成，是一個執行單元，按照主機的指令完成工作台與刀具的相對運動，實現車削加工。其速度特性、矩頻特性等直接影響加工的精度和速度。
③電動刀架控制模塊
採用2繼電器方式的4方電動刀架．用軟體完成刀架的換刀動作，即刀架電機的正轉拾刀→換刀→反轉鎖緊，是經濟型數控系統必不可少的部分，可以提高加工效率，大大減少在加工過程中因手工換刀帶來的誤差。
④串列通信模塊
該模塊的功能是完成與上位機的串列通信，採用三線制方式，使系統具有基本的組網能力。
⑤主控模塊
主要包括零片微處理器(也括監控程序)、加工程序存儲單元及與其他模塊的介面電路要完成程序編輯、加工程序處理、軟體插補達貿、電動刀架餃制及行程限位保護等。
3.2.2系統軟體框架
如圖3-4展示了系統軟體框圖。系統上電後，執行初始化程序、鍵盤掃描程序。如有「計數顯示」、「計數清零」、「點動」等功能鍵按下，執行其各自的工作子程序後返回初始化程序，並顯示其相應的提示符。順序控製程序也設計成子程序模塊，它的主要功能是讀入各行程開關及壓力繼電器的信號狀態組合，經分析判斷，輸出一系列控制信號，完成對工件的自動加工。如按下「點動」鍵，則顯示點動提示符，執行順序控製程序，即返回初始化程序，如按下「連動」功能鍵，則首先置連動工作標記（此時，除「返回」鍵外，其餘各鍵均用軟體屏蔽），然後開中斷，等待，刀具檢測信號，收到中斷請求信號後，執行中斷服務程序。在中斷服務控制中，先後執行順序控制子程序，鍵盤掃描及顯示子程序，並記錄和顯示數據。完成一次順序控制或有「返回」鍵按下，則返回主程序。回到主程序後，仍判斷是否有「返回」鍵按下，如有，則返回初始化程序。否則，重新等待中斷。
採用模塊化設計：
①點動，連動，換刀
該模塊主要實現工作台在x，z兩軸上正、反2個方向的點動、連動操作，以及手動控制換刀等，用於方便對刀、工作原點設置等。
②自動
該模塊主要實現加工程序的處理(包括程序語法檢查、程序編譯、數據處理等)、插補運算步進電機的控制及自動換刀控制等。
③參數設置
該模塊主要實現刀具補償參數設置、間隙補償參數設置等自動加工參數的設置。
④編輯模塊
該模塊主要實現零件加工程序的鍵盤編輯、輸入。
⑤通信模塊
該模塊主要實現與上位機或其他智能設備的串列通信，可用於加工程序的傳送等。

圖3-4 系統軟體原理框圖
第4章 硬體系統設計
4.1主模塊設計
4.1.1主模塊中關鍵器件及其選型
(1)單片機
本系統採用PHILIPS公司的8位單片機AT89S51為控制核心。AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件採用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術製造，兼容標准MCS-51指令系統及80C51引腳結構，晶元內集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元,全靜態工作，RAM可擴展到64K位元組，5個中斷優先順序，2層中斷嵌套中斷，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，2個16位可編程定時計數器。外接一片2764EPROM，作為監控程序的程序存儲器和存放常用零件的加工程序。再選用一片6264RAM用於存放需要隨機修改的零件程序、工作參數。採用解碼法對擴展晶元進行定址，採用74LS138解碼器完成此功能。8279作為系統的輸入輸出口擴展，分別接鍵盤的輸入、輸出顯示，8255接步進電機的環形分配器，分別並行控制X軸和Z軸的步進電機。另外，還要考慮機床與單片機之間的光電隔離，功率放大電路等.

圖4-1單片機系統原理框圖
(2)數據存儲器的選用
系統採用單片機作為控制核心，最高速度為33MHz，我們用到22.1184MHz。速度高對外部電路特別是外部數據，程序存儲器擴展電路要求很高。必須滿足在CPU讀數據或程序指令時，外部數據或程序指令已准備好了。所以必須進行晶元的時序校驗。為了使系統工作可靠我們也進行存儲器的校驗。
首先，對存儲器作一介紹。單片機存儲器分為內部存儲器和外部存儲器，內部存儲器又分為內部數據存儲器和程序存儲器，同樣，外部存儲器也分為程序和數據存儲器。本系統採用AT89S51為核心單元，其本身帶有128B的RAM和4KB的Flash內部程序存儲器。對於數據存儲器，內外兩部分是獨立編址的，用不同指令來訪問不同的數據存儲器，即，MOV訪問片內，MOVC訪問片外，外部可擴展到64K，由於在外部數據存儲器和I/0是統一編址的，應給I/0留一定的空間，且本系統要求留有一定的擴展空間，所以本系統擴展採用的晶元是6264。Y62256是HUNDAI公司的一種高速低功耗32K的
CMOS的靜態RAM，採用現代公司的高速CMOS工藝技術。HY62265具有數據保持模式，以確保在最低供電電壓下2V數據有效。使用CMOS技術，電源電壓在2.OV~5.5V之間，數據保持電流幾乎沒有影響。HY62256適合使用在低壓和電池供電工作環境。M28256用於擴展程序存儲器，是一種採用ST微電子公司擁有知識產權的多極性硅技術製造的。在3V或}V供電條件下具有快諫低功耗工作模式。電路已被設計成可提供與微控制器柔性介面特徵。可使用軟體或硬體進行數據循環測試或位功能鎖定。可以使用標準的JEDEG運演算法則進行軟體數據保護。電路擴展如圖4-2所示。

圖4-2 存儲器擴展
(3)匯流排驅動、數據、地址鎖存及解碼電路
由於單片機的數據線和低位地址線共用必須加地址鎖存器進行低位地址鎖存。使用74LS373作為地址鎖存器，當應用系統規模過大，擴展所接晶元過多，超過匯流排的驅動能力時，系統將不能可靠工作，此時應加用匯流排驅動器來減少讀數據的持續時間。整個系統可擴展的外部數據總共為64K，由於單片機外部數據存貯器和工/0是統一編址的，我們將低32K作為外部擴展的數據存儲器，高解碼電路採用兩片74LS138,用了32K作為I/0使用或留給以後擴展用。由於外設使可編程器件，所以在使用138作解碼時需要產生兩種解碼地址:一種是地址連續，一種是段地址連續。其中Ll,L5可作為系統再次擴展時用。解碼地址輸出在圖4-3中已給出，Y0-Y7作為單地址晶元片選信號，Y8-Y15可作為可編程晶元片選信號，如8254可編程計數器。解碼電路如圖4-3.

圖4-3解碼電路
4.1.2主模塊電原理圖設計
本系統選用AT89S51CPU作為數控系統的中央處理機。主程序框圖如圖4-4。外接一片2764EPROM，作為監控程序的程序存儲器和存放常用零件的加工程序。再選用一片6264RAM用於存放需要隨機修改的零件程序、工作參數。採用解碼法對擴展晶元進行定址，採用74LS138解碼器完成此功能。8279作為系統的輸入輸出口擴展，分別接鍵盤的輸入、輸出顯示，8255接步進電機的環形分配器，分別並行控制X軸和Z軸的步進電機。另外，還要考慮機床與單片機之間的光電隔離，功率放大電路等。
8255A可編程並行I/O口擴展晶元可以直接與MCS系列單片機系統匯流排連接，它具有三個8位的並行I/O口，具有三種工作方式，通過編程能夠方便地採用無條件傳送、查詢傳送或中斷傳送方式完成CPU與外圍設備之間的信息交換。
CPU對8279的控制是先讀回8279的狀態字，查看PIFORAM中有無字元 ，若有將根據字元個數讀出所有字元，並進行相應處理；若無，則直接返回。CPU對8279的監視採用查詢方式，對8279分配的數據口地址為8000H，狀態口地址為8001H，CPU每隔10ms定時中斷查詢一次，所有顯示採用查詢段碼表的方式實現，簡化了程序設計過程，提高了程序質量。

圖4-4主程序框圖
4.2輸入/輸出模塊設計
4.2.1 I／O模塊電原理圖設計
8279作為系統的輸入輸出口擴展，分別接鍵盤的輸入、輸出顯示。8279是可編程介面晶元，通過編程使其實現相應的功能，編程的過程實際上就是CPU向8279發送控制指令的過程。在軟體設計中，顯示方式採用了8個字元顯示，左入方式，編碼掃描鍵盤，雙鍵鎖定。I／O模塊電原理圖如圖4-5所示。
圖4-5 I/O模塊電原理圖

圖4-6 8279工作程序框圖
4.2.2步進電機控制介面
X，Z兩軸採用3相6拍步進電機，並口8255向控制埠寫控制字，PUSLE來實現對步進電機的控制。8255接步進電機的環形分配器，通過3片4N25光電隔離，分別形成X、Z所需的3相控制信號，送往步進電機驅動電源，分別並行控制X軸和Z軸的步進電機。晶元YB013實現硬體環分任務，；達林頓光隔離管4N25實現計算機弱點部分和步進電機強電部分的隔離，既起功率放大作用，又充當無觸點開關，實現對計算機的保護。單片機控制步進電機連接如圖4-7所示。

圖4-7 單片機控制步進電機
4.2.3刀具控制介面
(1)電動刀架及其工作原理
電動刀架的機械部分類似於蝸輪機構，實現刀具的抬升、旋轉(交換刀具位置)及下降鎖緊，這里著重討論實現上述動作所必須的硬體條件和電路原理。
在圖4-8中，繼電器KA1，KA2實現電動刀架的動作切換控制，主要完成刀架電機的正、反轉切換。在刀架旋轉過程中，每個工位上的霍爾元件會依次切換為有效狀態，系統根據T1，T2，T3及T4狀態的變化，可以推斷出目前的刀號，並判斷是否為當前所選用刀具，一旦符合，則電機反向旋轉，鎖緊刀具。電動刀架各時序的切換反間隔是系統控制的關鍵，反向鎖緊所用時間取決於電動刀架生產廠家的推薦指標，過長會引起電機發熱甚至燒毀。為保證電動刀架安全運行，在電動刀架交流380V進線處加裝快速熔斷器和熱繼電器。

圖4-8電動刀架的電原理圖
(2)電動刀架與單片機的介面
電動刀架與系統的硬體介面主要是控制電機正、反轉信號J1，J2及刀號反饋信號TI，T2，T3和T4。上述信號均光電隔離後與單片機系統介面。
電動刀架軟體控制流程如圖4-9所示，採用查詢方式。

圖4-9電動刀架控制流程
程序為：
#include <AT89S51.h>
#include <absacc.h>
#define N1 XBYTE[ ]
typedef unsigned char uchar
void adc0809(uchar idata *x);
void delay();
void main()
{
static uchar idata ad[4];
adc0809(ad);
}
void adc0809(uchar idata *x)
{
uchar i,*ad_adr;
uchar motor=1;
ad_adr=&N1;
for(i=0;i<4;i++)
{
If(*ad_adr=i)
{
delay1( );
KA1=1;
delay2( );
return();
}
else KA1=0
}
}
void delay1(motor==0)
{
uchar j;
for(j=0;j<20000;j++)
{;}
}
void delay2(void)
{
uchar j;
for(j=0;j<150000;j++)
{;}
}
4.2.4急停、暫停、行程限位介面電路
限位開關為常開狀態；因此，X十，X一，Z十，Z一正常輸人為低電平狀態。因此如果行程開關被壓合，向INT0發出中斷信號，系統進行復位，步進電機的脈沖消失，也就無法繼續前行，起到保護機床的目的。本系統採用三輸入端與非門74HC10的輸出端作為一個共用的中斷信號接至單片機的INT0，用於實時處理緊急停車、暫停、限位報警功能。電路如圖4-8所示：

4.3串列通信電路
本系統由兩部分構成，上位機系統和下位機系統，由於上位機主要完成管理顯示等工作，下位機完成控制功能，所以上位機和下位機的數據傳輸實時性要求不高，我們採用串口通信。使用RS232標准，MAX232進行電頻的轉換。串口RS232標准，它是美國電子工業協會(Electronic Instry Association)的推薦標准。本系統採用9針連接器，其定義見表4-1。本系統採用三線制TXD,RXD,GND連接，以使電路簡單。
表4-1 連接器定義表

串口通訊電路主要由MAX 232電平轉換電路構成。MAX232是MAXIM公司產品，一種電平轉換晶元。可以將TTL轉換成RS232，或RS232轉換成TTL。滿足單片機和普通計算機的通訊電平轉換要求。電路如圖4-10所示。

圖4-10 通信介面電路
4.4人機界面模塊設計
4.4.1單片機應用系統中常用顯示方式及其比較
在單片機應用系統中，目前比較常用的顯示介質有數碼管(LED)、液晶顯示(LCD)及CRT等，在家用電器中用的比較多的是真空熒光屏(VFD)。現就各自特點簡述如下：
(1)數碼管
數碼管是一種主動發光器件。所謂主動發光．是指環境越暗越清晰。分為7段數碼管和「米」字數碼管2種。前者用於顯示ARCⅡ碼，顯示信息量小；後者除了可顯示ARCⅡ字元外，還可顯示一些自定義的比較復雜的字元。數碼管按驅動電流分，又可分為普通亮度、高亮、超高亮等。數碼管由於其廉價而且擴展方便等特性，—直是單片機系統中用得最多、最廣的一種顯示器件。國內有不少型號的數控系統、尤其是早期的數控系統，廣泛採用數碼管作為顯示界面。
(2)液晶顯示
液晶顯示器是一種被動發光器件。所謂被動發光，是指環境越亮越清晰，黑暗環境下必須加入背光才能清晰顯示。分為欄位型液晶顯示器、字元型液晶顯示器及圖形點陣液晶顯示器。欄位型只能顯示ASCII字元，字元型可以顯示ASCII字元，顯示效果比欄位型好，而且可以顯示少量的自定義字元；圖形點陣液晶顯示器是目前在單片機系統中比較流行的新型顯示器件，可以顯示所有字元及圖形，由於其可以顯示漢字的特性，被廣泛用於國內智能設備中，國內的數控系統也開始廣泛採用。
(3)CRT
CRT顯示器分為單色和彩色2種，在數控系統中，尤其是高檔數控系統中應用日益廣泛。其特點是成本低、顯示容量大；可以顯示所合字元、圖形及漢字；採用視頻專用介面電路MC6847等與單片機介面，比較復雜，因而在—般的應用中比較少見。
(4)真空熒光屏
真空熒光屏簡稱VFD(vacuunm fluorescent display mole)，是一種新型的顯示器件。它由3個基本電極——陰極(燈絲)、陽極及柵做封裝在一個真空的玻璃容器內構成。陰極是塗敷了金屬氧化物的鎢絲；柵極是極細的金屬網；陽極為段或點陣型的導電電極，它上面的熒光物質可顯示相應的字元或符號。柵極和陽極之間加有正電壓，從陰極發射出來的電子被這個正電壓加速，碰擅到陽極表面的熒光物質產生輻射，發出波長為505nm左右的談綠色熒光。通過按制柵極和陽極之間的電壓，就可以顯示各種字元。VFD由於其以下特點而被廣泛應用於家用電器、商場POS機以及新型的儀器儀表中。①亮度高，並且不存在視角問題，②工作溫度范圍寬、壽命長；②外圍電路簡單，只需十5v電源就可以工作，提供准8位數據匯流排介面；④功耗低。但這種顯示器目前用在數控系統上還比較少。
4.4.2點陣液晶顯示模塊
(1)字元型液晶顯示模塊
本數控系統採用字元點陣液晶顯示模塊DM12232。該模塊具有以下特點：
●能顯示122列32行
●電源VDD3.3V~5V（內置升壓電路，無需負壓）
●與微處理器接8位或4位並行/ 3位串列
●多種軟體功能：自定義字元、畫面移動、游標顯示、睡眠模式等功能
●配置LED背光

㈢ PLC與單片機相比，有什麼優勢

PLC與單片機相比優勢是：高可靠性、強抗干擾能力、編程方便、使用便捷、惡劣工業環境適用強。

PLC控制系統，可編程邏輯控制器，專為工業生產設計的一種數字運算操作的電子裝置，它採用一類可編程的存儲器，用於其內部存儲程序，執行邏輯運算，順序控制，定時，計數與算術操作等面向用戶的指令，並通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。是工業控制的核心部分。

自二十世紀六十年代美國推出可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代傳統繼電器控制裝置以來，PLC得到了快速發展，在世界各地得到了廣泛應用。

同時，PLC的功能也不斷完善。隨著計算機技術、信號處理技術、控制技術、網路技術的不斷發展和用戶需求的不斷提高，PLC在開關量處理的基礎上增加了模擬量處理和運動控制等功能。今天的PLC不再局限於邏輯控制，在運動控制、過程式控制制等領域也發揮著十分重要的作用。

(3)基於單片機的自動取件箱裝置擴展閱讀：

PLC基本結構

PLC控制器實質是一種專用於工業控制的計算機旦灶，其硬體結構基本上與微型計算機相同。

1、中央處理單元

中央處理單元(CPU)是PLC控制器的控制中樞。它按照PLC控制器系統程序賦予的功能接收並存儲從編程器鍵入的用戶程序和數據；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態，並能診斷用戶程序中的語法錯誤。

當PLC控制器投入運行時，首先它以掃描的方式接收現場各輸入裝置的狀態和數據，並分別存入I/O映象區，然後從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋後按指令的規定執行邏輯或算數運算的結果送入I/O映象區或數據寄存器內。

等所有的用戶程序執行完畢之後，最後將I/O映象區的各輸出狀態或輸出寄存器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環運行，直到停模殲扮止運行。

為了進一步改悶提高PLC控制器的可靠性，近年來對大型PLC還採用雙CPU構成冗餘系統，或採用三CPU的表決式系統。這樣，即使某個CPU出現故障，整個系統仍能正常運行。

2、存儲器

存放系統軟體的存儲器稱為系統程序存儲器。存放應用軟體的存儲器稱為用戶程序存儲器。

3、電源

控制器的電源在整個系統中起著十分重要得作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統是無法正常工作的，因此PLC的製造商對電源的設計和製造也十分重視。一般交流電壓波動在+10(+15%)范圍內，可以不採取其它措施而將PLC控制器直接連接到交流電網上去。

4、程式輸入裝置

負責提供操作者輸入、修改、監視程式用作的功能。

5、輸入輸出迴路

負責接收外部輸入元件信號和負責接收外部輸出元件信號。

㈣ 求大神幫個忙，請教單片機的問題

1.什麼是單片機?

簡單地說，單片機就是一個小計算機系統。為了說明清楚這個問題，得要從計算機說起。提到計算機，大家可能馬上會想到「顯示器、滑鼠、鍵盤」，不過，這不是一個計算機的核心和關鍵，計算機的核心部分在一邊的機箱里呢。打開機箱，可以看到，機箱里有主板、硬碟、光碟機等。仔細觀察主板，這上面有CPU、內存條、BIOS晶元，通常還有25針的列印機介面等，這些部件都是通過主板上的連線相互連接。

不論計算機復雜程度如何，它總是由運算器，控制器，存儲器，輸入/輸出介面，匯流排這五個部分組成。通常運算器和控制器被做成一塊晶元，也就是CPU(中央處理器)。在計算機主板上，內存條和BIOS晶元就是存儲器，25針列印機介面就是輸出/輸出設備，而匯流排則被設計在主板上旦念，即各部件相互連接的線路。

圖1

在一些應用場合，人們不需要計算機完成十分復雜的運算，但卻希望計算機小巧，可靠，價格低。於是人們就把組成計算機的這5個部分全部集成到一塊晶元上，也說是一塊晶元就能構成一個獨立的計算機，在當時的技術條件下，這是一件了不起的事情，於是人們就用這個特徵來為之命名，稱為「單片機」。

將構成一個計算機所需要的5個部分全部都集成到一塊晶元中，這塊晶元是否要很大、價格是否很高呢?並非如此。如果要把圖1所示主板上的所有元件都集成到一塊晶元中，那當然非常昂貴，可能技術上也無法實現，但很多單片機中所需要用到的功能完全沒必要那麼強大，因此很多單片機體積很小，價格也很低。如市場上常見的單片機有8，14，16，18，20，28，40，84等引腳，有些甚至只有6個引腳，如圖2所示是微芯公司(Microchip)發布的一款6引腳單片機。而價格從幾元到幾十、上百元的都有，有些品種在大批量定購時甚至可以低至1元以下。

圖2

剛接觸到單片機的人往往會有個疑惑：既然人們已經有能力製造功能強大的計算機，為何還要生產些功能不強的計算機?其實，功能強弱並不是決定是否生產的決定因素，市場需要才是關鍵。比如，用來控制一台電箱的計算機顯然沒必要使用「奔騰」晶元的強大運算能力，只要進行非常簡單的計算，作個比較，看一看溫度是否在所控制區間之內，然後再做出相應的控制就行了。

單片機在人們的生活中、工農業生產設備中處處有應用，例如各定時裝置、自動控制裝置等。愛好者學習單片機應該注意觀察事物，找到自己周圍能夠使用單片機的場合，從而將學到的知識應用到實際中去。例如，使用單片機技術改造傳統的機電設備、在特定的場合使肆亂用單片機替代PLC等就有著廣闊的應用前景;又如，使用單片機控制電扇、抽油煙機、空調等，從而製作出具有更強功能、能夠通用的控制器，也是可以嘗試的。

2.單片機是如何工作的?

單片機的工作過程就是一個不斷「取指令-分析指令-執行指令」的過程。單片機的程序以一條一條指令的形式存放在程序存儲器中，單片機開始工作後，就從程序存儲器的特定位置開始取指令，然後由單片機內部的控制器對指令進行分析，根據指令要求，進行「取數、送數、算術運算、邏輯運算、跳轉」等基本操作中的一種或幾種，這些操作都在一個規定的周期中完成，執行完了以後，到下一個存儲器單元中取指令，重復剛才的操作(當然，這些要執行的操作具體內容可能跟上一次不一樣了)，如此不斷重復，直到斷電為止。這里所說的「存儲器特定位置」、「規定的周期」等與單片機的型號有關，下面以51系列單片機為例來說明。

在51系列單片機中有一個名為PC的寄存器(就是用來存數的一個容器)，在單片機復位後，這個寄存器中的內容被置為0000H，單片機內部的控制器總是根據PC寄存器中的值去相應的程序存儲器單元取指令，因此，開機後，將從0000H單元取第一條指令，分析執行，同時，PC值將作相應的調整，指向將要執行的下一條指令的位置，下一條指令的位置在哪裡呢?對於51單片機來說，一條指令可能佔用一個位元組、二個位元組或三個位元組，如果第一條指令是單位元組指令，取完第一條指令以後，PC的值就會變為0001H，因此，第一條指令執行完畢以後，將從0001H單元中取出第二條指令來執行，以此類推。如果程序是順序執行的，PC的值將始終不斷增加，如果程序中有跳轉指令，該指令將影響模雹困PC中的值，使PC中的值指向將要執行的下一條指令所在地址單元。這種跳轉既可能是正向的，例如由0000H跳轉到0030H，也可能是反向的，即往回跳轉，如由200H跳轉到100H。正是由於指令可以影響到PC中的值，才使得程序可以實現「分支」、「循環」等各種功能。那麼，執行一條指令的時間又是多少呢?對於51單片機來說，指令執行時間有三種可能，單周期、雙周期和四周期，不管一條指令需要做多少工作，都必然在規定的時間內完成。

3.單片機程序的作用是什麼?如何編寫?如何寫入單片機?

單片機程序的用途是讓單片機「聽話」，按人們所預定的設計完成一系列動作，最終實現一個特定的功能。

例如使用單片機控制流水燈，接通電源後，第一次燈亮，然後延時一段時間，第二次燈亮，然後延時一段時間，第三次燈亮……，延時一段時間後又回到第一次燈亮，如此循環不已。這里就有這樣的一些問題：第一次亮幾盞燈、延時多少時間、一個循環中設置多少次不同的燈亮的情況……，這些決定了流水燈的花樣，流動的速度，而這些，單片機顯然沒有自我判斷能力，必須依靠人們給它「布置」任務，而它則是按人們的設計依次執行。

要讓單片機「聽話」，就要用單片機能夠聽懂的語言發布命令，單片機能夠聽懂的語言稱之為「指令」。任何一種型號單片機能夠接受的指令都是有限的，51單片機的指令條數為111條，而PIC單片機的指令僅有35條。每一條指令完成一個最基本的動作，人們為了要完成一個特定的功能，就要將這些指令排列組合，成為一個指令序列，這就是程序。

指令的表示形式有兩種：機器語言和匯編語言。以51為例，如果要讓P1.0引腳變為低電平，用機器語言來表示就是 C2H 90H，將這兩個數放進單片機的程序存儲器中，單片機執行後，就可以讓P1.0引腳變為低電平了;而要讓P1.0引腳變為高電平，用機器語言來表示就是D2H，90H。至於為什麼是這兩個數字，大家沒必要追究，這是設計這塊晶元的設計工程師規定的，我們不能更改，只能學習。

C2H，90H就是一條指令，顯然這樣的指令形式是很難記憶的，編程也非常困難，於是人們使用了「助記符」來代替這些數字。例如C2H，90H的助記符是CLR P1.0，而D2H，90H的助記符是SETB P1.0，由於助記符採用了英語字母的縮寫，有一定含義，因此比數字形式的指令易記、易用。使用助記符形式的指令來編寫程序就稱之為「匯編語言源程序」。但是匯編語言源程序是沒有辦法直接送到單片機內部去的，使用助記符形式的指令編寫的程序最終還是要變成為諸如：C2H，90H，D2H，90H，這種形式的指令才能被送入單片機的程序存儲器。將助記符形式的指令變為數字形式的指令的過程稱之「匯編」。匯編有兩種方法，一種是「手工匯編」，即人們通過查表的形式找到所寫匯編指令的數字形式然後寫下來;另一種是「機器匯編」，即編寫好匯編語言源程序以後，使用一個計算機軟體對這些源程序進行處理，從而得到數字形式的指令序列，這個指令序列通常被稱為「機器碼」，即可以直接被機器所執行的代碼。

機器匯編後得到的數字形式的指令序列以一個文件的形式保存在磁碟上，這個文件的擴展名一般是HEX，即人們常說的HEX文件。得到了HEX文件後，就可以將其寫入程序存儲器中了。要將程序寫入晶元，通常需要一個稱之為「編程器」的專用設備，在計算機上運行與之配套的編程軟體，然後在這個軟體中打開HEX文件，即可將其寫入晶元中。隨著技術的發展，編程方式越來越多，但總的概念是這樣的，具體的細節，將在另一個問題「單片機編程器是什麼」中回答。

4. 8位、16位、32位單片機中的「XX位」指什麼?

8位、16位、32位是指單片機的「字長」，也就是一次運算中參與運算的數據長度，這個位是指二進制位。以8位為例，8位二進制的表達范圍是0000，0000~1111，1111即十進制的0~255，即每次參與運算的數據最大不能超過255。而16位機的字長是16位，其數據表達范圍是0~65535，即每次參與運算的數據最大不能超過65535;32位單片機的字長是32位，其數據表達范圍是0~4294967295，即每次參與運算的數據最大不能超過4294967295。

8位、16位、32位與單片機的性能密切相關，通常32位機的性能要高於16位機，而16位機的性能又要高於8位機。為什麼會這樣呢?這要從2個方面來分析。第一，位數不同，運算效率不同。對於8位機而言，由於在一次運算中的每一個數都不能超過8位，因此即便如100+200=300這樣的運算，它也不能一次完成，因為300已超過了8位所能表達的最大范圍(255)，因此，要對這樣的一個式子進行運算，就要編寫一段程序，將運算分步完成，最後合成起來得到一個正確的結果。而如果採用16位單片機來運算的話，那麼一次運算就夠了，顯然分步完成所需要的時間要遠遠大於單步完成所需要的時間。同樣道理，當某個運算的結果或者中間值大於65535時，16位機也不能一次運算，要分步實現它，而32位機則可以一次運算完成。第二，商業因素。通常運算能力越高，表示這個單片機性能越強，當然，價格高一些人們也可以接受，有了價格空間，生產商通常都會在這些晶元中提供更多的其他的功能，使得晶元的整體性能得到更大的提升。

典型的單片機中，80C51系列，PIC系列，AVR系列都是8位單片機;80C196、MSP430系列是16位機;而目前非常熱門的ARM系列則是32位機。

5. 單片機編程器、模擬器、燒寫器、下載線各是什麼?有什麼用處?

單片機編程器是用來將程序代碼寫入存儲器晶元或者單片機內部的工具，如圖5-1所示是一個典型的編程的外形。圖中黑色的集成電路插座，通過拔動手柄可以將置於其中的集成電路晶元鎖緊或松開。編程時鎖緊以保證接觸良好，編程完畢松開，可以更換下一片晶元。

圖5-1編程器

當晶元是雙列直插形式時，直接插在座子上就可以燒寫了，但如果遇到如圖5-2所示的各種封裝形式的晶元，又如何寫燒寫呢?一種方法是使用適配器，如圖5-3所示是各種封裝晶元所使用的適配器。

圖5-2 各種封裝形式的集成電路

QFN32 適配器 SOP28適配器

圖5-3 各種封裝的編程適配器

另一種方法是使用下載線。隨著技術的進步，越來越多的單片機晶元開始支持「ISP」功能，即In System Programmer，在線可編程技術。利用這種技術，將空白的(尚未編程的)晶元直接焊在印刷線路板上，利用預先留下的幾個引腳即可對晶元進行編程，不必將晶元拆下來放到編程器上，因此，這給小批量製作帶來了極大的方便，也省去了購買價格昂貴的適配器。如圖5-4所示是使用下載線對晶元進行在線編程的示意圖。

圖5-4下載線對晶元進行在線編程示意圖

6.自學單片機必備的硬體設備有哪些?

學習單片機，除了需要電腦以外，還需要以下的一些器材。

1.實驗板

如果你對單片機還一無所知，那麼自製或者購買一塊實驗板是比較好的選擇。通常在實驗板上會設計一些開關、LED指示燈、數碼管、各種介面晶元等常用器件，通過對這些器件的編程練習，逐步掌握單片機的編程技術。

2.模擬機

模擬機的用途是替代電路板上的單片機晶元，模擬機通過串列口、USB介面等方式與與PC機聯機通信，接收PC端控制軟體發出的指令，以單步、過程單步、全速運行等各種方式來執行程序，以單步或過程單步方式執行程時，每次執行完程序後可以將執行的結果反饋到PC端的控制軟體中顯示出來。由於單片機編程時必須要明確每一條指令執行完畢後會有什麼樣的結果，弄清實際運行後的結果是否與設想的結果相符，因此，模擬功能對於單片機的學習和開發可以起到很重要的幫助作用。

3.編程器或者下載線

其用途是將代碼寫入單片機晶元內部。對於學習者來說，有了模擬機也可暫時不配編程器或下載線，因為有了實驗板、模擬機就可以做實驗了。但是建議配置一台，這樣可以對單片機開發的各個環節都有所了解。

4.萬用表、電烙鐵等電子製作工具

單片機開發，不是簡單的編程，到目前為止，還少有純粹的「單片機程序員」，通常要求開發者軟、硬體方面都要熟悉，因此，這些電子製作工作還是要配備的。

需要說明的是，這里所說的模擬機、實驗板、下載線或編程器等都是就一般概念而言的，並不涉及到具體的產品，市場上也有一些產品在設計時將實驗板、模擬功能、下載或編程功能等中的一部分或者全部都集成到一塊板上，構成一整套的實驗系統。

上面介紹的這些設備，都需要有一定的投入，愛好者未必一定能夠購買，其實，只要有一定動手能力，也可以自製一些簡易的實驗設備，同樣可以開始學習。這里推薦採用STC單片機進行學習的方案，STC系列單片機的特點是可以直接通過串口下載程序，從而將開發工具的成本降到最低。如圖6-1所示是一個完整的電路，器件成本僅20多元，但可以實現諸如單燈閃爍、流水燈、鍵控燈、PC控制燈等一些常用功能，從而學習基本指令、定時器、計數器、串口通信等單片機知識。

圖6-1 簡單的單片機實驗電路板

圖中R1~R9為1K電阻，D1~D8是發光二極體，E1用10u電解，Y1用11.0592M晶振，C1和C2用27P小磁片，C3~C7用104磁片，U1使用STC89C52晶元，U2用MAX232。再自製或購買一條串口電纜，用於和電腦的通信，製作線時使J1與電腦的串口端2，3，5分別相連即可。

製作好這個電路板以後，使用Keil軟體(在http://www.keil.com/demo/default.asp?bhcp=1可以下載DEMO版)編譯、鏈接程序，得到Hex文件，使用STC_ISP軟體(在http://www.mcu-memory.com下載)將Hex文件寫入晶元中，從而觀察程序運行的效果。

7.目前國內常用的單片機有哪些?

1.80C51及其兼容系列

(1)80C51系列，這是最基本的系列。包括80C31，80C51，87C51，80C32，80C52，87C52等晶元，雖然這些晶元已基本不再使用，但它們是後續發展的晶元的基礎。其中80C31單片機片內沒有ROM，80C51內部是一次性可寫4K的PROM，87C51內部是4K的EEPROM，這幾種晶元內部RAM均為128位元組。而後三種晶元其內部RAM均為8K，後兩種晶元的片內ROM為8K位元組。

(2)80C51兼容系列

這些晶元通常都與51系列單片機在指令一級兼容，但都擴充了諸多的新功能。常見的主要有以下一些。

STC89系列單片機，其主要特點有：直接通過串口對單片機編程;可編程為倍速運行;超低功耗;內置看門狗;內部FLASH ROM可作為EEPROM作斷電保存數據之用。

STC12系列單片機，其主要特點有：單時鍾周期，工作頻率0~35M，相當於普通80C510~420M;寬電壓范圍;低功耗;晶元內置E2PROM功能;內置硬體看門狗;通用I/O口可以設置為四種工作模式，在強上拉模式時可以「吐出」電流。

菲利普的LPC系列，其主要特點有：內置RC置振盪器，選擇RC振盪器時不需外接振盪器件;所有口線均有20mA的LED驅動能力;有較寬的工作電壓范圍。

C8051F系列，其主要特點有：一個機器周期僅為一個時鍾周期;增加了中斷源;有內部獨立的時鍾源或接外部時鍾，並能在程序運行時實現內、外部時鍾的切換。每個I/O口引腳都可以設置為推挽或漏極開路輸出，C8051F系列單片機I/O口最為獨特的是增加了數字交叉開關，利用數字交叉開關可將內部數字系統資源定向到P0、P1和P2埠I/O引腳。這個系列很多型號的晶元具有ADC、DAC、PCA等功能。

2.PIC系列

PIC單片機的發展思路與51單片機不同，它不搞單純的功能堆積，而是從實際出發，重視產品的性能與價格比，依靠發展多種型號來滿足不同層次的應用要求;精簡指令使其執行效率大為提高。目前有PIC10、PIC12、PIC16、PIC18系列數百個品種。以PIC16F676晶元為例，該晶元內置1K字FLASH ROM，128位元組EEPROM，64位元組RAM，8路10位AD轉換器，內置精度高達±1%的振盪器，極低功耗，寬工作電壓范圍，這樣一款高性能的14腳晶元，價格不到￥7，性價比相當高。

3.AVR系列

AVR系列單片機是增強型RISC結構的單片機，其主要特點是：速度快，一個機器周期僅為一個時鍾周期;品種豐富，與PIC系列類似，依靠發展多種型號來滿足不同層次的應用要求;支持ISP、IAP功能，可在線編程，方便遠程維護;工作范圍寬、抗干擾能力強。以ATMEGA8晶元為例，該晶元內置8K Flash ROM，512位元組EEPROM，1K位元組的RAM，8路10位AD，內置RC振盪器。這樣一款高性能28引腳的晶元，價格僅在￥7左右，性價比也相當高。

4.其他

其他常用的單片機包括：ST、EMC、摩托羅拉、三星等等。這些單片機有些市場用量很大，但我們並沒有重點介紹，因為我們介紹的內容主要針對業余愛好者，有些晶元雖然功能強大、性價比也很高，但其並不針對業余愛好者，小批量的晶元很難買到，模擬機、C編譯器等開發工具價格極其昂貴，所以這里不作介紹，有興趣可以在網路上搜索有關資料。

8.常用單片機的大致價位是多少?

單片機的價格相差很大，從小於1元到幾十元，上百元不等。下面就大致介紹一下常用單片機的價格。

單片機的價格與其出貨量、性能等有很大的關系。以80C51系列單片機為例，這是一個龐大的系列，這個系列中的單片機性能有很大差別。如內部ROM不同，從1K~64K不等;引腳數不同，從14腳到84腳不等;內部RAM不同，從128位元組到2K不等;內部模塊不等，如有一些單片機內部配置了8位模數轉換器，有一些配置了10位模數轉換器，有一些內部帶有CCP模塊等等。不同配置的單片機價格不同，一般愛好者常用的89S52單片機晶元價格約為6元左右。這款晶元片內ROM為8K，片內RAM為128位元組，內部有看門狗電路。一種常用的PIC單片機PIC16F676,14引腳，帶有10位的AD轉換器，價格僅7元左右。通常功能越強，價格也越高，但這並不絕對，尤其是不同廠商的同內類產品，往往沒法直接加以比較，因此，讀者如希望了解各種晶元的價格，還是要針對具體的型號進行查找，有一些網站有相關報價，可以供參考。

㈤ 基於單片機的多功能智能行李箱設計的目的和意義

實現行李箱自動跟隨主人行走。基於單片機的多功能智能行李箱設計的前喚念目的和意義鏈碼是實現行李箱自動跟隨主人行走。多功能智能行李箱能夠為現代人提供自動跟隨、智能避障、指紋解鎖慧困、稱重等功能。

㈥ 單片機電流電壓採集模塊原理

單片機電流電壓採集模塊的原理是通過電路將電流或電壓信棗晌號轉換成單片機能夠讀取和處理的數字信號。一般而言，模塊裡面會有濾波、放大、ADC（模數轉換）等模塊。

具體來說，對於電流信號採集模塊，其基本原理如下：
1. 通過信號隔離器將被測電路與採集電路隔離開來，防止干擾和短路。
2. 使用電阻、電感等元件構成所需的電容共振電路，並增加差動放大器放大電壓信號。
3. 根據歐姆定律，在被測電路串聯一個小電阻，通過 non-inverting 型運算放大器將電壓變換為電流.
4. 最後，通過 ADC 對采樣後的電流進行數字化處理得到所需要的數據。

而對於電壓信號採集模塊，其基本原理如仔岩簡下：
1. 將輸入介面連接到需要監控的電路上，對輸入信號進行濾波和放大。
2. 加入穩壓電路，確保輸入電壓處於合適的范圍之內，且穩定不變。
3. 將經過濾波、放大並穩定後的電壓信號送入 ADC 進行模數轉換，形成數字信號供單片機讀取和處理。

需要注意的是，同一電念褲壓或電流採集模塊在不同的測量環境下精度可能存在差異，因此在選擇模塊時應根據具體的使用場景進行選型。

㈦ 基於單片機的智能快遞箱控制系統有什麼特色

智能快遞箱設計是以單片機作為最小的控制系統,由GSM模塊插入的手機移動通信卡輔助實現...

㈧ 單片機技術論文題目

近幾年單片機得到了飛速的發展，單片機最明顯的優勢就是可以嵌入到各種儀器、設備中。下面是我精心推薦的一些單片機技術論文題目，希望你能有所感觸!
單片機技術論文題目
1. 智能壓力感測器系統設計

2. 智能定時器

3. 液位控制系統設計

4. 液晶控制模塊的製作

5. 嵌入式激光打標機運動控制卡軟體系統設計

6. 嵌入式激光打標機運動控制卡硬體系統設計

7. 基於單片機控制的數字氣壓計的設計與實現

8. 基於MSC1211的溫度智能溫度感測器

9. 機器視覺系統

10. 防盜與恆溫系統的設計與製作

11. 防盜報警器

12. AT89S52單片機實驗系統的開發與應用

13. 在單片機系統中實現SCR(可控硅)過零控制

14. 微電阻測量系統

15. 基於單片機的電子式轉速里程錶的設計

16. 基於GSM簡訊模塊的家庭防盜報警系統

17. 公交車漢字顯示系統

18. 基於單片機的智能火災報警系統

19. WIN32環境下對PC機通用串列口通信的研究及實現

20. FIR數字濾波器的MATLAB設計與實現方法研究

21. 無刷直流電機數字控制系統的研究與設計

22. 直線電機方式的地鐵模擬地鐵系統製作

23. 穩壓電源的設計與製作

24. 線性直流穩壓電源的設計

25. 基於CPLD的步進電機控制器

26. 全自動汽車模型的設計製作

27. 單片機數字電壓表的設計

28. 數字電壓表的設計

29. 計算機比值控制系統研究與設計

30. 模擬量轉換成為數字量的紅外傳輸系統

31. 液位控制系統研究與設計

32. 基於89C2051 IC卡讀/寫器的設計

33. 基於單片機的居室安全報警系統設計

34. 模擬量轉換成為數字量紅外數據發射與接收系統

35. 有源功率因數校正及有源濾波技術的研究

36. 全自動立體停車場模擬系統的製作

37. 基於I2C匯流排氣體檢測系統的設計

38. 模擬量處理為數字量紅外語音傳輸接收系統的設計

39. 精密VF轉換器與MCS-51單片機的介面技術

40. 電話遠程監控系統的研究與製作

41. 基於UCC3802的開關電源設計

42. 串級控制系統設計

43. 分立式生活環境表的研究與製作(多功能電子萬年歷)

44. 高效智能汽車調節器

45. 變速恆頻風力發電控制系統的設計

46. 全自動汽車模型的製作

47. 信號源的設計與製作

48. 智能紅外遙控暖風機設計

49. 基於單片控制的交流調速設計

50. 基於單片機的多點無線溫度監控系統

51. 蔬菜公司恆溫庫微機監控系統

52. 數字觸發提升機控制系統

53. 農業大棚溫濕度自動檢測

54. 無人監守點滴自動監控系統的設計

55. 積分式數字電壓表設計

56. 智能豆漿機的設計

57. 採用單片機技術的脈沖頻率測量設計

58. 基於DSP的FIR濾波器設計

59. 基於單片機實現汽車報警電路的設計
單片機技術論文
單片機應用技術探究

摘要：近幾年單片機得到了飛速的發展，單片機最明顯的優勢就是可以嵌入到各種儀器、設備中。目前大量的嵌入式系統均採用單片機，本文分析了單片機的形成及發展過程以及當前的技術進展，同時分析了影響單片機系統可靠性的原因，並論述提高單片機可靠性的措施。

關鍵詞：單片機;可靠性技術;發展趨勢

中圖分類號： C35 文獻標識碼： A

引言

單片機,亦稱單片微電腦或單片微型計算機。它是把中央處理器(CPU)、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、輸入/輸出埠(I/0)等主要計算機功能部件都集成在一塊集成電路晶元上的微型計算機。現在可以說單片機是百花齊放的時期,世界上各大晶元製造公司都推出了自己的單片機,從8位、16位到32位,數不勝數,應有盡有,它們各具特色,互成互補,為單片機的應用提供廣闊的天地。縱觀單片機的發展過程,可以預示單片機的發展趨勢 。

一 、單片機的應用場合

1.1智能儀器儀表。單片機用於各種儀器儀表，一方面提高了儀器儀表的使用功能和精度，使儀器儀表智能化，同時還簡化了儀器儀表的硬體結構，從而可以方便地完成儀器儀表產品的升級換代。如各種智能電氣測量儀表、智能感測器等。

1.2機電一體化產品。機電一體化產品是集機械技術、微電子技術、自動化技術和計算機技術於一體，具有智能化特徵的各種機電產品。單片機在機電一體化產品的開發中可以發揮巨大的作用。典型產品如機器人、數控機床、自動包裝機、點鈔機、醫療設備、列印機、傳真機、復印機等。

1.3實時工業控制。單片機還可以用於各種物理量的採集與控制。電流、電壓、溫度、液位、流量等物理參數的採集和控制均可以利用單片機方便地實現。在這類系統中，利用單片機作為系統控制器，可以根據被控對象的不同特徵採用不同的智能演算法，實現期望的控制指標，從而提高生產效率和產品質量。典型應用如電機轉速控制、溫度控制、自動生產線等。

1.4家用電器。家用電器是單片機的又一重要應用領域，前景十分廣闊。如空調器、電冰箱、洗衣機、電飯煲、高檔洗浴設備、高檔玩具等。另外，在交通領域中，汽車、火車、飛機、航天器等均有單片機的廣泛應用。如汽車自動駕駛系統、航天測控系統、黑匣子還有分布式系統的前端模塊等等。

二、分析單片機可靠性限制原因及應對措施

目前，大量的嵌入式系統均採用了單片機，並且這樣的應用正在更進一步擴展;但是多年以來人們一直為單片機系統的可靠性問題所困惑。在一些要求高可靠性的控制系統中，這往往成為限制其應用的主要原因。

1.單片機系統的失效分析

一個單片機系統的可靠性是其自身軟硬體與其所處工作環境綜合作用的結果，因此系統的可靠性也應從這兩個方面去分析與設計。對於系統自身而言，能不能在保證系統各項功能實現的同時，對系統自身運行過程中出現的各種干擾信號及直接來自於系統外部的干擾信號進行有效的抑制，是決定系統可靠性的關鍵。有缺陷的系統往往只從邏輯上去保證系統功能的實現，而對於系統運行過程中可能出現的潛在的問題考慮欠缺，採取的措施不足，在干擾信號真正襲來的時候，系統就可能會陷入困境。

2. 提高可靠性的措施

2.1減少引起系統不可靠或影響系統可靠的外界因素：

1) EFT (Electrical Fast Transient)技術。EFT技術是一種抗干擾技術，它是指在振盪電路的正弦信號受到外界干擾時，其波形上會迭加各種毛刺信號，如果使用施密特電路對其整形，則毛刺會成為觸發信號干擾正常的時鍾，在交替使用施密特電路和RC濾波電路時， 就可以消除這些毛否則令其作用失效，從而保證系統的時鍾信號正常工作。

2) 低雜訊布線技術及驅動技術。在傳統的單片機中，電源及地線是在集成電路外殼的對稱引腳上，一般是在左上、右下或右上、左下的兩對對稱點上。這樣，就使電源雜訊穿過整塊晶元，對單片機的內部電路造成干擾。現在，很多單片機都把地和電源引腳安排在兩條相鄰的引腳上。這樣，不僅降低了穿過整個晶元的電流，而且在印製電路板上容易布置去耦電容，從而降低系統的雜訊。現在為了適應各種應用的需要，很多單片機採用"跳變沿軟化技術"，從而消除大電流瞬變時產生的雜訊。

3) 採用低頻時鍾。高頻外時鍾是雜訊源之一，不僅能對單片機應用系統產生干擾，而且還會對外界電路產生干擾，令電磁兼容性不能滿足要求。對於要求可靠性較高的系統，低頻外時鍾有利於降低系統的雜訊。在一些單片機中採用內部鎖相環技術，則在外部時鍾較低時，也能產生較高的內部匯流排速度，從而保證了速度又降低了雜訊。

三、單片機的發展趨勢

1單片機技術的發展前景及趨勢

由於通用型IC的仿冒現象比較嚴重，因此定製化IC將是未來單片機發展的主要方向。此外，盡管16位、32位單片機市場有所增加，但8位在未來三五年內仍將佔主流，只是成長幅度會趨緩。從應用角度講，盛揚看好消費類電子和家電產品，尤其是中小型家電產品，它屬於比較成熟的單片機應用領域;其次是高端領域的車用產品。目前，盛揚已針對汽車周邊領域推出系列產品，主要用於汽車防盜、車載電子、信息娛樂、胎壓監測、里程錶的面板等。

單片機擁有良好的應用前景，但廠商之間的競爭愈演愈烈。因此，對本土企業而言，要想脫穎而出，質量一定要好，同時還要注重產品的環保和可靠性，因為家電和汽車等產品對安全性的要求越來越高;其次，充分發揮本土廠商在特定應用領域的性價比優勢。不過，這種性價比必須建立在性能過關、可靠度過關的基礎上。

製作工藝CMO化。更小的光刻工藝提高了集成度，從而使晶元更小、成本更低、工作電壓更低、功耗更低。CPU的改進。同時，採用雙CPU結構，增加數據匯流排的寬度，提高數據處理的速度和能力;採用流水線結構，提高處理和運算速度，以適應實時控制和處理的需要。增大存儲容量，片內EPROM的E2PROM化，程序的保密化，提高並行口驅動能力，以減少外圍驅動晶元，增加外圍?I/O?口的邏輯功能和控制的靈活性。最後，以串列方式為主的外圍擴展;外圍電路的內裝化;和互聯網連接已是一種明顯的走向，可靠性及應用水平越來越高。

2微型單片化

現在常規的單片機普遍都是將中央處理器(CPU)、隨機存取數據存儲(RAM)、只讀程序存儲器(ROM)、並行和串列通信介面,中斷系統、定時電路、時鍾電路集成在一塊單一的晶元上,增強型的單片機集成了如A/D轉換器、PMW(脈寬調制電路)、WDT(看門狗)、有些單片機將LCD(液晶)驅動電路都集成在單一的晶元上,這樣單片機包含的單元電路就更多,功能就越強大。甚至單片機廠商還可以根據用戶的要求量身定做,製造出具有自己特色的單片機晶元。 此外,現在的產品普遍要求體積小、重量輕,這就要求單片機除了功能強和功耗低外,還要求其體積要小。現在的許多單片機都具有多種封裝形式,其中SMD(表面封裝)越來越受歡迎,使得由單片機構成的系統正朝微型化方向發展。

3串列擴展技術

在很長一段時間里,通用型單片機通過三匯流排結構擴展外圍器件成為單片機應用的主流結構。隨著低價位OTP(One-Time Password)及各種特殊類型片內程序存儲器的發展,加之處圍介面不斷進入片內,推動了單片機“單片”應用結構的發展。特別是I2C、SPI 等串列匯流排的引入,可以使單片機的引腳設計得更少,單片機系統結構更加簡化及規范化。

4、結語

單片機改變了我們生活,縱觀我們現在生活的各個領域,從導彈的導航裝置,到飛機上各種儀表的控制,從計算機的網路通訊與數據傳輸,到工業自動化過程的實時控制和數據處理,以及我們生活中廣泛使用的各種智能IC卡、電子寵物等,這些都離不開單片機, 單片機有著廣闊的應用前景。

參考文獻

[1] 張志良; 單片機原理與控制技術; 北京,機械工業出版社,2008

[2] 李廣第，朱月秀，王秀山.單片機基礎.北京：北京航空航天大學出版社，2002.

[3] 胡漢才.單片機原理及系統設計.北京：清華大學出版社，2002.


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㈨ 單片機的畢業論文的研究方向是什麼

問：畢業設計做單片機應該怎麼做？
答：在心中建立一個基本模型，知道應該需要些什麼知識，而自己又掌握了多少，並根據一定的靈感開始搜索資料，上面的資料基本上能滿足初學者的需求了。
選擇完成單片機論文後，基於這個方向進行相關資料查找，一般來寫作是有自己的基本方法的。先寫序論序列部分的話，主要是闡述一下，你的單片機領域之前人幹了什麼情況，然後存在什麼缺點。
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問：單片機畢業設計那個方向比較好過？
答：單片機好過鍵廳，在實際中應用很廣泛
問：寫有關單片機的畢業論文 可以寫控制什麼
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問：跪求單片機相關畢業論文
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㈩ 單片機開題報告範文

隨著單片機由於其較小的體積和很高的性價比,而在各種電子產品中受到廣泛的應用和發展,單片機的研發人員也在不斷的進行技術上的革新。下面是我為大家整理的單片機開題報告範文，歡迎閱讀。

單片機開題報告範文篇1：

基於單片機數字頻率計設計開題報告

一、選題的依據及意義：

本課題主要研究如何用單片機來設計數字頻率計。因為在電子技術中，頻率的測量十分重要，這就要求頻率計要不斷的提高其測量的精度和速度。在科技以日新月異的速度向前發展，經濟全球一體化的社會中，簡潔、高效、經濟成為人們辦事的一大宗旨。在電子技術中這一點表現的尤為突出，人們在設計電路時，都趨向於用竟可能少的硬體來實現，並且盡力把以前由硬體實現的功能部分，通過軟體來解決。因為軟體實現比硬體實現具有易修改的特點，如簡單的修改幾行源代碼就比在印製電路板上改變幾條連線要容易的多，故基於微處理器的電路往往比傳統的電路設計具有更大的靈活性。

因為數字頻率計是計算機、通訊設備、音頻視頻等科研生產領域必不可少的測量儀器，所以頻率的測量就顯得更為重要。在數字電路中，頻率計屬於時序電路，它主要由具有記憶功能的觸發器構成。在計算機及各種數字儀表中，都得到了廣泛的應用。本課題採用的是直接測頻式的頻率計，設計原理簡單、電路穩定、測量精度高，大大的縮短了生產周期。

二、國內外研究概況及發展趨勢(含文獻綜述)：

由於當今社會的需要，對信息傳輸和處理的要求不斷提高，對頻率的測量的精度也需要更高更准確的時頻基準和更精密的測量技術。而頻率測量所能達到的精度，主要取決於作為標准頻率源的精度以及所使用的測量設備和測量方法。目前，測量頻頻的方法有直接測頻法、內插法、游標法、頻差倍增法等等。直接測頻的方法較簡單，但精度不高。頻差倍增多法和周期法是一種頻差倍增法和差拍法相結合的測量方法，這種方法是將被測信號和參考信號經頻差倍增使被測信號

的相位起伏擴大，再通過混頻器獲得差拍信號，用電子計數器在低頻下進行多周期測量，能在較少的倍增次數和同樣的取樣時間情況下，得到比測頻法更高的系統解析度和測量精度，但是仍然存在著時標不穩而引入的誤差和一定的觸發誤差。

在電子系統廣泛的應用領域中，到處看見處理離散信息的數字電路。供消費用的冰箱和電視、航空通訊系統、交通控制雷達系統、醫院急救系統等在設計過程中都用到數字技術。 數字頻率計是現代通信測量設備系統中必不可少的測量儀器，不但要求電路產生頻率的准確度和穩定度都高的信號，也要能方便的改變頻率。

數字頻率計的實現方法主要有：直接式、鎖相式、直接數字式和混合式

(1)直接式

優點：速度快、相位雜訊低，但結構復雜、雜散多，一般只應用在地面雷達中。

(2)鎖相式

優點：相位同步的自動控制，製作頻率高，功耗低，容易實現系列化、小型化、模

塊化和工程化。

(3)直接數字式

優點：電路穩定、精度高、容易實現系列化、小型化、模塊化和工程化。

三、研究內容及實驗方案：

研究內容：本課題設計以單片機為核心，設計一種數字頻率計，應用單片機中的定時器/計數器和中斷系統等完成頻率的測量。

實驗方案：

圖1 頻率計總體設計框圖

四、目標、主要特色及工作進度

目標：

基於單片機的數字頻率計，畫出電路圖並用軟體模擬

工作特色：

(1)運用了單片機技術;

(2)運用了C語言、電路等知識;

(3)採用電腦等工具;

(4)採用顯示模塊、分頻模塊、單片機模塊等;

(5)簡單易理解，十分實用。

工作進度：

1、查閱文獻，翻譯英文資料，書寫開題報告; 第1---4周

2、相關資料的獲取和必要知識的學習 ; 第5---9周

3、設計系統的硬體和軟體模塊並調試 第10--14周

4、撰寫論文; 第15--16周

5、總結，准備答辯; 第17周

五、參考文獻

[1]李學海著.標准80C51單片機基礎教程.北京航空航天大學出版社,2006

[2] 戴仙金主編.51單片機及其C語言程序開發實例.清華大學出版社,2008

[3] 李誠人.高宏洋等.嵌入式系統及單片機應用,清華大學出版社,2005

[4] 龔運新編著.單片機C語言開發技術.清華大學出版社,2006

[5] 張天凡等編著.51單片機C語言開發詳解.電子工業出版社,2008

[6] 張義和.王敏男等.例說51單片機(C語言版).人民郵電出版社,2008

[7] 張洪潤、劉秀英、張亞凡等.單片機應用設計200例 .北京航空航天大學出版社,2006

[8] 彭為、黃科、雷道仲等.單片機典型系統設計實例精講.電子工業出版社, 2006

[9] 李學海著.標准80C51單片機基礎教程.北京航空航天大學出版社,2006

[10] 李朝青.單片機原理及介面技術[M].北京航天航空大學出版社，1998.

[11] 余發山，王福忠.單片機原理應用技術[M].徐州:中國礦業大學出版社，2003.

[12]V.Yu.Teplov,A.V. Anisimov.Thermostatting System Using a Single-Chip Microcomputer and Thermoelectric Moles Based on the Peltier Effect[J] ,2002

[13] Yeager Brent.How to troubleshoot your electronic scale[J]. Powder and Bulk Engineering. 1995

[14]WeiXiaoRu,JuJianZhi.Design of a CCD's driving circuit based on ATmega16.Microcomputer&Its Applications,2010,(16).

[15]HeLianYun,The Traffic Signal Lamp System Controlled with Single Chip Microcomputer.Computer Study,2008,(01).

單片機開題報告範文篇2：

基於單片機的火災報警器

一、畢業設計(論文)課題來源、類型

課題來源：生產(社會)實踐

課題類型：畢業設計

二、選題的目的及意義

對於廣大居民，尤其是單獨居住的老人，無人看護的病人、嬰幼兒童等弱勢群體在遇到火災時，行動不便，逃生能力不強，逃生所需時間相對較長，對他們來說火災的早期報警，爭取更多的逃生時間或者及時通知救援人員，避免造成人員傷亡，顯得更為重要。

火災報警器可以讓百姓的家居生活更加安全，本報警器是一個由單片機控制的火災煙霧濃度、溫度檢測系統，它將感測器輸出地電壓信號進行A/D轉換、濾波、線性化，由單片機將電壓值轉換為氣體濃度和溫度送LCD1602液晶顯示，並判斷是否超過報警上限，若超過，則發出聲光報警[1]，並將報警情況通過GSM模塊發出，同時可以實現消防局對火災報警的集中接警，專業化處警，以最少的投資實現最快的接警和處警。同時還為接處警人員提供方便快捷的輔助決策手段，提高消防隊伍快速反應的能力，密切警民關系。高效的工作，還可以減少火災給居民帶來的人生安全的危害和財產的損失。

三、本課題在國內外的研究狀況及發展趨勢

以火災自動報警技術為核心的建築消防系統，是預防和遏制建築火災的重要保障。近年來，我國火災自動報警工程應用技術實現了較快發展。但由於在實際應用中，火災自動報警系統的通訊協議不一致，火災自動報警工程技術水平還相對落後，還存在著一些比較突出的問題。

(1)適用范圍過小。我國火災自動報警系統技術比美、英等發達國家起步較晚，安裝范圍主要是《高層民用建築設計防火規范》、《建築設計防火規范》規定的場所和部位，而在易造成群死群傷的中小型公眾聚集場所和社區居民家庭甚至部分高層住宅都沒有規定安裝火災自動報警系統，適用范圍過小，防範措施不到位。

(2)智能化程度低。我國使用的火災探測器雖然都進行了智能化設計，但由於感測器探測的參數較少、支持系統的軟體開發不成熟、各種演算法的准確性缺乏足夠驗證、火災現場參數資料庫不健全等，火災自動報警系統難以准確判定粒子(煙氣)的濃度、現場溫度、光波的強度以及可燃氣體的濃度、電磁輻射等指標，造成遲報、誤報、漏報情況較多。

(3)網路化程度低。我國應用的火災119動報警系統形式基本上以區域火災自動報警系統、集中火災自動報警系統和控制中心火災自動報警系統為主，安裝形式主要是集散控制方式，自成體系，自我封閉，尚未形成區域性網路化火災自動報警系統。

(4)組件連接方式有待改善。火災自動報警系統以多線制和匯流排制連接方式為主，探測器和報警器及控制器之間是採用兩條或多條的銅芯絕緣導線或銅芯電纜穿管相接，存在耗材多、成本高、抗干擾能力差的缺點。同時，銅導線耐高溫性能差、易磨損，系統施工維修復雜，影響了火災自動報警系統的可靠性和更廣泛的應用。

(5)火災自動報警系統誤報、漏報問題較多。由於火災探測器的安裝環境極其復雜，加之各種感測器在探測火災方面存在著某些先天不足，無法准確地感應各種物質在燃燒過程中所特有的聲波、光譜、輻射、氣味等諸多方面發生的微妙變化，對火災發生過程中所產生的不同粒徑和顏色的煙存在探測“盲區”，誤報、漏報現象時有發生。

(6)超早期火災探測器技術應用還幾乎處於空白。國外已開發出適合潔凈空間高靈敏度感煙火災探測報警系統，如激光式高靈敏度煙火災探測器，吸氣式高靈敏度感煙火災探測報警系統和氣體火災探測報警系統，與普通火災探測報警系統相比，其探測靈敏度提高了兩個數量級，甚至更多，這些系統採用了激光粒子計

數、激光散射等原理監視被保護空間，以單位體積內粒子增加的多少來判斷是否發生火災，系統可在火災發生前幾小時或幾天內識別潛在的火災危險性，實現超早期火災報警。而該技術我國目前還處於起步階段，有待進一步研究開發使用[2]。

針對上述問題，火災自動報警應用技術進一步著眼於當前國際發展的新形勢，加快更新改造進程，加強對數字技術和新工藝、新材料的應用，改進系統能力，使火災自動報警應用技術向著高可靠、低誤報和網路化、智能化方向發展。當前，國外火災自動報警應用技術的發展趨勢主要表現為網路化、智能化、多樣化、小型化、社區化、藍牙化、高靈敏化等。這也是火災自動報警應用技術的研究發展趨勢。

四、本課題主要的研究內容

設計一種以STC89C52單片機為核心的火災檢測與報警系統，可以通過氣體感測器實時獲取可燃氣體濃度、溫度感測器獲得火災現場溫度，並通過LCD1602液晶顯示，當濃度或溫度超過限定值時則報警並且把報警情況發送到報警器所設定的終端上。以方便人們更好的掌握安全狀況，提高生活質量。

五、擬採取的方法、技術或設計(開發)工具

本設計主要以MCS-51系列單片機STC89C52為控制核心，它自帶8K的FLASH程序存儲器，它的核心處理單元為8位。數據處理主要是對數字溫度感測器18B20採集溫度數據和對MQ-2煙物感測器進行AD採集，並進行邏輯判斷，根據數據的具體情況輸出到數碼管顯示和使蜂鳴器動作[3]。整個單片機應用系統的設計分為硬體電路設計和軟體編程設計兩大部分;其中硬體電路設計包括溫度採集電路，MQ-2煙物感測器電路，單片機控制電路，顯示電路，報警與控制電路和GSM模塊。軟體設計部分包括系統主程序，溫度採集子程序，數碼管顯示子程序，GSM模塊子程序和輸出驅動子程序，均採用51系列C語言編程實現。

六、本課題進度安排、各階段預期達到的目標

進度計劃：

2014.12.15 - 2015.3.1： 查找資料、搜集相關素材

2015.3.2 - 2015.3.6：完成需求分析

2015.3.7 - 2015.3.12： 完成概要設計

2015.3.13 - 2015.4.1：完成詳細設計

2015.4.2 - 2015.4.10完成編碼

2015.4.11 - 2015.4.13： 完成軟體測試

2015.4.14 - 2015.4.25：整理資料、撰寫設計報告

2015.4.26 - 2015.4.30：根據導師要求，完善畢業設計和設計報告