基于单片机的自动取件箱装置

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基于单片机的仪表车床简易数控系统的实现
第2章 数控系统的设计要求
2.1概述
该数控系统是为了适应国内众多的普通机床改造而设计的主要考虑四个方面：
①经济性
既然是用于普通机床的数控化改造，因此，必须充分考虑系统的成本，这是保证达到系统设计目的的关键。这里的成本包括整个系统的成本，包括数控系统、伺服驱动系统及机械传动系统等，其核心在于数控系统的方案选择。
②方便性
数控系统的方便性，又叫“宜人性”，主要反映在系统的编辑部分。编辑(编程)部分是人和系统直接打交道的部分，即所谓的“人机界面”。人机界而应当对用户友好，也就是说编辑(编程)部分应当尽量给用户提供力便、快捷舒适的操作使用环境。系统需从以下几个途径来体现：
●汉化按键，方便各种层次的操作者使用。
●输入、检索、修改尽量一体化。即输入时可以检索、修改，检索时可以修改、输入，并且自动显示程序段号。
●快速检索，即能对程序进行上下翻页显示。
③实用性
经济则数控系统的设计不应追求功能的大而全，应以实用为原则。一般的机械加工只要能旦笑具有以下功能即可满足需要：
●直线、圆弧插补。插补速度要充分考虑被机床本身的内在素质，如刚性、抗震性、耐磨性等，不宜过高。
●速度衔接技术，即速度升／降速控制。速度衔接技术可以保证系统在加工过程中实现2段程序间的速度平滑连接，从而避免造成加工刀痕或平台，保证精度。
●动态坐标显示。
●加工程序的掉电保护能力。
●电动刀架控制。采用电动刀架，用软件进行控制，可以提高生产效率。
●细分技术。细分技术是当今经济型数控系统的一项重要技术。它可以有效解决步近电机的低频振荡问题，同时使机床脉冲当量细化，提高控制精度；另野森外，还可以提高低速加工时的出刀。
④可靠性
由于数控系统工作环境十分恶劣，必须有足够的可靠性才能保证系统稳定运行。
2.2数控系统的性能指标
按照广述设计要求及设想，数控系统的性能指标可归纳为：
●X，Z两轴联动，开环控制方式。
●ISO国际数控标准格式代码编程。
●快速定位。
●具有直线、圆弧插补能力。
●能与上价机串行通信、具有简单的联网能力。
●最大编程尺寸9999.99mm，z轴脉冲当量0.01mm，x轴脉冲当量0.005mm，最大进给速度为0.083m/s（5m/min）。
●预留螺纹加工功能的接口。
●具有连动、点动2种手动加工方式，以及自动连续加工方式。
第3章 总体方案的确定
3.1系统总体方案
本系统在研制过程中，紧紧围绕可靠性、方便性、低成本等设计要求。确定总体方案如下：
3.1.1基于单片机的系统结构
按照上述设计思想，本系统采用基于单片机的系统结构。这种方模脊含案结构简单，成本低。考虑到扩展性，主系统采用89S58单片机。AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，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，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
1.一个个8位的CPU
2、26个特殊功能寄存器（Special Function Register）
3、一个片内振荡器及时钟电路
4、全静态工作：0Hz-24KHz
5、32条可编程I/O线
6、2个16位可编程定时计数器
7、5个中断优先级2层中断嵌套中断
8、2个全双工串行通信口
9、电源控制模式：低功耗的闲置和掉电模式
10、8031 CPU与MCS-51 兼容
11、4个8位并行（Parallel）I/O口
12、三级程序存储器保密锁定
13、128B 内部RAM
14、内部硬件看门狗电路
15、4k Bytes Flash片内程序存储器(寿命：1000写/擦循环)
16、一个SPI串行接口,用于芯片的在系统编程
17、可寻址64KB的外部ROM和外部RAM的控制电路
这些我们称为单片机的资源（Souce），单片机的应用就是怎么充分合理地利用这些资源，来解决实际中的问题
3.1.2人机界面
(1)采用液晶显示界面
作为一个简易型数控系统，采用了12232汉字图形点阵液晶显示模块，带背光字符型液晶模块作为主显示界面，不采用数码管显示。这样做的目的有3个：
●液晶显示方式具有显示容量大、可以显示所有字符及自定义字符的能力。至于不能显示图形以实现加工曲线动态显示的缺陷，可以通过上仪机模拟仿真加工来弥补。
●液晶显示模块自身具有控制器，可以减轻主CPU的负担。
●使系统具有菜单驱动的基本素质。采用菜单驱功方式实现编辑模块的全屏幕编辑功能，达到友好的人机界面要求。
●可显示汉字和图形。
(2)采用双功能按键设计，简化键盘
系统设计中充分考虑功能的需要、操作方便的需要及系统复杂性的要求三者之间的关系确定系统的大多数按键为双功能键，使得整个系统界面简洁。
3.1.3采用开环控制方式
系统设计的目的决定了系统只能采用开环控制方式。在开环型位置控制系统中，只能采用步进电机作为伺服执行单元。这是由步进电机车身的特性决定的。关于步进电机的特性等详细内容参见本章后续有关章节。
开环控制系统的数控机床结构简单，成本较低，仅适用于加工精度要求不很高的中小型数控机床，特别是简易经济型数控机床。
这类系统比较简单，价格最便宜，可以用于小型车床、铣床、钻床和线切割机床。如下图是常见的两坐标简易数控系统的组成框图。系统软件固化在单片机的存储器中，加工程序可通过键盘或磁带机输入，经系统软件进行编辑处理后输出一个系列脉冲，再经光电隔离，功率放大后大驱动两台步进电机，分别控制机床两个方向的运动，完成位置、轨迹和速度的控制。根据需要，微机还可通过继电器电路，实现对诸如主轴起停、变速、各种辅助电机起停、刀架转位、工件爽紧松开等动作的自动控制，使整个加工过程自动进行。

图3-1开环步进电机与单片机连接电路
单片机控制步进电机拖动的开环系统具有价廉，技术成熟等优点，因而使用较多。但这种系统还存在拖动力矩偏小，过载能力差、速度偏低，精度不够高及其价格随力矩增加成指数卜升等缺点。为此，选用时要注意在适当的范围内发挥其优势。一般主要适用于拖动力矩小于15Nm的小型机床，如C616，C618，C620，C6140等普通车床。对于转矩要求大、功能要求多的机床(如铣床、镗床、钻床及镗铣床)和高精度机床(如坐标镗床)就难于使用，需要开发与其适应的其他经济型数控系统。
3.1.4功能精简，提高可靠性
设计具备简易型数控系统必需的基本功能
●直线、圆弧插补能力。
●端面、台阶的循环加工。
●点动、连动、自动3种运行方式。
●申行通信能力。
3.2系统功能模块及其分析
3.2.1系统功能模块与总体框架
(1)系统操作界面
按照上述

图3-2 系统的人机界面图
复位——系统在死机、工作出错等情况下的总清键，使系统回复设计的原始状态。
运行——自动运行用户的零件加工程序，包括程序的语法检查、数据处理、编译、插补运算及步进电机控制等。
暂停一—自动加工的暂停，是一个乒乓键，按一次，加工暂停，再按一次，继续加工。
换刀一—用于手工换刀，每按一次．电动刀架转一个工位，本系统中为90度。
手动——与“←、↑、→、↓”配合，以实现动作台的连动；在编辑程序时为光标移动键。数字1—9均为双功能键、用于程序输入、用“上下档”键进行切换。
G—一准备功能键，用于ISO加工程序输入。
M——辅助功能键，用于冷却泵的启/停、程序的结束等程序段的输入。
插入—一用于程序编辑过程中“插入修改”方式的切换。也是乒乓键，用块光标或下划线光标指示。
删除——在插入方式下，删除当前的字符；在修改方式下，删除当前光标位置字符。
上页一—程序上翻到上一程序段。相当PC机的PageUp键。
下页——程序下翻到下一程序段。与上页键一样是一个屏幕编辑键。相当PC机的PageDown键。
回车——确认键。
Esc——相当于PC机的Esc键。
(2)系统功能模块与总体框架
系统从总体上分为人机界面模块、伺服执行模块、电动刀架拧制模块、串行通信模块及基于AT89S51单片机的主控模块等5大模块，参见图3-2。各模块的功能分别是：

图3-3 系统模块与总体框架
①人机界面模块
该模块主要完成人机的对话与交流，物理上表现为显示器与键盘，核心功能是加工程序的编辑。由于采用全程菜单驱动形式．使该模块具有较好的友善性。
②伺服执行模块
该模块主要由脉冲分配器、伺服驱动及步进电机等组成，是一个执行单元，按照主机的指令完成工作台与刀具的相对运动，实现车削加工。其速度特性、矩频特性等直接影响加工的精度和速度。
③电动刀架控制模块
采用2继电器方式的4方电动刀架．用软件完成刀架的换刀动作，即刀架电机的正转拾刀→换刀→反转锁紧，是经济型数控系统必不可少的部分，可以提高加工效率，大大减少在加工过程中因手工换刀带来的误差。
④串行通信模块
该模块的功能是完成与上位机的串行通信，采用三线制方式，使系统具有基本的组网能力。
⑤主控模块
主要包括零片微处理器(也括监控程序)、加工程序存储单元及与其他模块的接口电路要完成程序编辑、加工程序处理、软件插补达贸、电动刀架饺制及行程限位保护等。
3.2.2系统软件框架
如图3-4展示了系统软件框图。系统上电后，执行初始化程序、键盘扫描程序。如有“计数显示”、“计数清零”、“点动”等功能键按下，执行其各自的工作子程序后返回初始化程序，并显示其相应的提示符。顺序控制程序也设计成子程序模块，它的主要功能是读入各行程开关及压力继电器的信号状态组合，经分析判断，输出一系列控制信号，完成对工件的自动加工。如按下“点动”键，则显示点动提示符，执行顺序控制程序，即返回初始化程序，如按下“连动”功能键，则首先置连动工作标记（此时，除“返回”键外，其余各键均用软件屏蔽），然后开中断，等待，刀具检测信号，收到中断请求信号后，执行中断服务程序。在中断服务控制中，先后执行顺序控制子程序，键盘扫描及显示子程序，并记录和显示数据。完成一次顺序控制或有“返回”键按下，则返回主程序。回到主程序后，仍判断是否有“返回”键按下，如有，则返回初始化程序。否则，重新等待中断。
采用模块化设计：
①点动，连动，换刀
该模块主要实现工作台在x，z两轴上正、反2个方向的点动、连动操作，以及手动控制换刀等，用于方便对刀、工作原点设置等。
②自动
该模块主要实现加工程序的处理(包括程序语法检查、程序编译、数据处理等)、插补运算步进电机的控制及自动换刀控制等。
③参数设置
该模块主要实现刀具补偿参数设置、间隙补偿参数设置等自动加工参数的设置。
④编辑模块
该模块主要实现零件加工程序的键盘编辑、输入。
⑤通信模块
该模块主要实现与上位机或其他智能设备的串行通信，可用于加工程序的传送等。

图3-4 系统软件原理框图
第4章 硬件系统设计
4.1主模块设计
4.1.1主模块中关键器件及其选型
(1)单片机
本系统采用PHILIPS公司的8位单片机AT89S51为控制核心。AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，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,全静态工作，RAM可扩展到64K字节，5个中断优先级，2层中断嵌套中断，32个外部双向输入/输出（I/O）口，2个16位可编程定时计数器。外接一片2764EPROM，作为监控程序的程序存储器和存放常用零件的加工程序。再选用一片6264RAM用于存放需要随机修改的零件程序、工作参数。采用译码法对扩展芯片进行寻址，采用74LS138译码器完成此功能。8279作为系统的输入输出口扩展，分别接键盘的输入、输出显示，8255接步进电机的环形分配器，分别并行控制X轴和Z轴的步进电机。另外，还要考虑机床与单片机之间的光电隔离，功率放大电路等.

图4-1单片机系统原理框图
(2)数据存储器的选用
系统采用单片机作为控制核心，最高速度为33MHz，我们用到22.1184MHz。速度高对外部电路特别是外部数据，程序存储器扩展电路要求很高。必须满足在CPU读数据或程序指令时，外部数据或程序指令已准备好了。所以必须进行芯片的时序校验。为了使系统工作可靠我们也进行存储器的校验。
首先，对存储器作一介绍。单片机存储器分为内部存储器和外部存储器，内部存储器又分为内部数据存储器和程序存储器，同样，外部存储器也分为程序和数据存储器。本系统采用AT89S51为核心单元，其本身带有128B的RAM和4KB的Flash内部程序存储器。对于数据存储器，内外两部分是独立编址的，用不同指令来访问不同的数据存储器，即，MOV访问片内，MOVC访问片外，外部可扩展到64K，由于在外部数据存储器和I/0是统一编址的，应给I/0留一定的空间，且本系统要求留有一定的扩展空间，所以本系统扩展采用的芯片是6264。Y62256是HUNDAI公司的一种高速低功耗32K的
CMOS的静态RAM，采用现代公司的高速CMOS工艺技术。HY62265具有数据保持模式，以确保在最低供电电压下2V数据有效。使用CMOS技术，电源电压在2.OV~5.5V之间，数据保持电流几乎没有影响。HY62256适合使用在低压和电池供电工作环境。M28256用于扩展程序存储器，是一种采用ST微电子公司拥有知识产权的多极性硅技术制造的。在3V或}V供电条件下具有快谏低功耗工作模式。电路已被设计成可提供与微控制器柔性接口特征。可使用软件或硬件进行数据循环测试或位功能锁定。可以使用标准的JEDEG运算法则进行软件数据保护。电路扩展如图4-2所示。

图4-2 存储器扩展
(3)总线驱动、数据、地址锁存及译码电路
由于单片机的数据线和低位地址线共用必须加地址锁存器进行低位地址锁存。使用74LS373作为地址锁存器，当应用系统规模过大，扩展所接芯片过多，超过总线的驱动能力时，系统将不能可靠工作，此时应加用总线驱动器来减少读数据的持续时间。整个系统可扩展的外部数据总共为64K，由于单片机外部数据存贮器和工/0是统一编址的，我们将低32K作为外部扩展的数据存储器，高译码电路采用两片74LS138,用了32K作为I/0使用或留给以后扩展用。由于外设使可编程器件，所以在使用138作译码时需要产生两种译码地址:一种是地址连续，一种是段地址连续。其中Ll,L5可作为系统再次扩展时用。译码地址输出在图4-3中已给出，Y0-Y7作为单地址芯片片选信号，Y8-Y15可作为可编程芯片片选信号，如8254可编程计数器。译码电路如图4-3.

图4-3译码电路
4.1.2主模块电原理图设计
本系统选用AT89S51CPU作为数控系统的中央处理机。主程序框图如图4-4。外接一片2764EPROM，作为监控程序的程序存储器和存放常用零件的加工程序。再选用一片6264RAM用于存放需要随机修改的零件程序、工作参数。采用译码法对扩展芯片进行寻址，采用74LS138译码器完成此功能。8279作为系统的输入输出口扩展，分别接键盘的输入、输出显示，8255接步进电机的环形分配器，分别并行控制X轴和Z轴的步进电机。另外，还要考虑机床与单片机之间的光电隔离，功率放大电路等。
8255A可编程并行I/O口扩展芯片可以直接与MCS系列单片机系统总线连接，它具有三个8位的并行I/O口，具有三种工作方式，通过编程能够方便地采用无条件传送、查询传送或中断传送方式完成CPU与外围设备之间的信息交换。
CPU对8279的控制是先读回8279的状态字，查看PIFORAM中有无字符 ，若有将根据字符个数读出所有字符，并进行相应处理；若无，则直接返回。CPU对8279的监视采用查询方式，对8279分配的数据口地址为8000H，状态口地址为8001H，CPU每隔10ms定时中断查询一次，所有显示采用查询段码表的方式实现，简化了程序设计过程，提高了程序质量。

图4-4主程序框图
4.2输入/输出模块设计
4.2.1 I／O模块电原理图设计
8279作为系统的输入输出口扩展，分别接键盘的输入、输出显示。8279是可编程接口芯片，通过编程使其实现相应的功能，编程的过程实际上就是CPU向8279发送控制指令的过程。在软件设计中，显示方式采用了8个字符显示，左入方式，编码扫描键盘，双键锁定。I／O模块电原理图如图4-5所示。
图4-5 I/O模块电原理图

图4-6 8279工作程序框图
4.2.2步进电机控制接口
X，Z两轴采用3相6拍步进电机，并口8255向控制端口写控制字，PUSLE来实现对步进电机的控制。8255接步进电机的环形分配器，通过3片4N25光电隔离，分别形成X、Z所需的3相控制信号，送往步进电机驱动电源，分别并行控制X轴和Z轴的步进电机。芯片YB013实现硬件环分任务，；达林顿光隔离管4N25实现计算机弱点部分和步进电机强电部分的隔离，既起功率放大作用，又充当无触点开关，实现对计算机的保护。单片机控制步进电机连接如图4-7所示。

图4-7 单片机控制步进电机
4.2.3刀具控制接口
(1)电动刀架及其工作原理
电动刀架的机械部分类似于蜗轮机构，实现刀具的抬升、旋转(交换刀具位置)及下降锁紧，这里着重讨论实现上述动作所必须的硬件条件和电路原理。
在图4-8中，继电器KA1，KA2实现电动刀架的动作切换控制，主要完成刀架电机的正、反转切换。在刀架旋转过程中，每个工位上的霍尔元件会依次切换为有效状态，系统根据T1，T2，T3及T4状态的变化，可以推断出目前的刀号，并判断是否为当前所选用刀具，一旦符合，则电机反向旋转，锁紧刀具。电动刀架各时序的切换反间隔是系统控制的关键，反向锁紧所用时间取决于电动刀架生产厂家的推荐指标，过长会引起电机发热甚至烧毁。为保证电动刀架安全运行，在电动刀架交流380V进线处加装快速熔断器和热继电器。

图4-8电动刀架的电原理图
(2)电动刀架与单片机的接口
电动刀架与系统的硬件接口主要是控制电机正、反转信号J1，J2及刀号反馈信号TI，T2，T3和T4。上述信号均光电隔离后与单片机系统接口。
电动刀架软件控制流程如图4-9所示，采用查询方式。

图4-9电动刀架控制流程
程序为：
#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、暂停、行程限位接口电路
限位开关为常开状态；因此，X十，X一，Z十，Z一正常输人为低电平状态。因此如果行程开关被压合，向INT0发出中断信号，系统进行复位，步进电机的脉冲消失，也就无法继续前行，起到保护机床的目的。本系统采用三输入端与非门74HC10的输出端作为一个共用的中断信号接至单片机的INT0，用于实时处理紧急停车、暂停、限位报警功能。电路如图4-8所示：

4.3串行通信电路
本系统由两部分构成，上位机系统和下位机系统，由于上位机主要完成管理显示等工作，下位机完成控制功能，所以上位机和下位机的数据传输实时性要求不高，我们采用串口通信。使用RS232标准，MAX232进行电频的转换。串口RS232标准，它是美国电子工业协会(Electronic Instry Association)的推荐标准。本系统采用9针连接器，其定义见表4-1。本系统采用三线制TXD,RXD,GND连接，以使电路简单。
表4-1 连接器定义表

串口通讯电路主要由MAX 232电平转换电路构成。MAX232是MAXIM公司产品，一种电平转换芯片。可以将TTL转换成RS232，或RS232转换成TTL。满足单片机和普通计算机的通讯电平转换要求。电路如图4-10所示。

图4-10 通信接口电路
4.4人机界面模块设计
4.4.1单片机应用系统中常用显示方式及其比较
在单片机应用系统中，目前比较常用的显示介质有数码管(LED)、液晶显示(LCD)及CRT等，在家用电器中用的比较多的是真空荧光屏(VFD)。现就各自特点简述如下：
(1)数码管
数码管是一种主动发光器件。所谓主动发光．是指环境越暗越清晰。分为7段数码管和“米”字数码管2种。前者用于显示ARCⅡ码，显示信息量小；后者除了可显示ARCⅡ字符外，还可显示一些自定义的比较复杂的字符。数码管按驱动电流分，又可分为普通亮度、高亮、超高亮等。数码管由于其廉价而且扩展方便等特性，—直是单片机系统中用得最多、最广的一种显示器件。国内有不少型号的数控系统、尤其是早期的数控系统，广泛采用数码管作为显示界面。
(2)液晶显示
液晶显示器是一种被动发光器件。所谓被动发光，是指环境越亮越清晰，黑暗环境下必须加入背光才能清晰显示。分为字段型液晶显示器、字符型液晶显示器及图形点阵液晶显示器。字段型只能显示ASCII字符，字符型可以显示ASCII字符，显示效果比字段型好，而且可以显示少量的自定义字符；图形点阵液晶显示器是目前在单片机系统中比较流行的新型显示器件，可以显示所有字符及图形，由于其可以显示汉字的特性，被广泛用于国内智能设备中，国内的数控系统也开始广泛采用。
(3)CRT
CRT显示器分为单色和彩色2种，在数控系统中，尤其是高档数控系统中应用日益广泛。其特点是成本低、显示容量大；可以显示所合字符、图形及汉字；采用视频专用接口电路MC6847等与单片机接口，比较复杂，因而在—般的应用中比较少见。
(4)真空荧光屏
真空荧光屏简称VFD(vacuunm fluorescent display mole)，是一种新型的显示器件。它由3个基本电极——阴极(灯丝)、阳极及栅做封装在一个真空的玻璃容器内构成。阴极是涂敷了金属氧化物的钨丝；栅极是极细的金属网；阳极为段或点阵型的导电电极，它上面的荧光物质可显示相应的字符或符号。栅极和阳极之间加有正电压，从阴极发射出来的电子被这个正电压加速，碰擅到阳极表面的荧光物质产生辐射，发出波长为505nm左右的谈绿色荧光。通过按制栅极和阳极之间的电压，就可以显示各种字符。VFD由于其以下特点而被广泛应用于家用电器、商场POS机以及新型的仪器仪表中。①亮度高，并且不存在视角问题，②工作温度范围宽、寿命长；②外围电路简单，只需十5v电源就可以工作，提供准8位数据总线接口；④功耗低。但这种显示器目前用在数控系统上还比较少。
4.4.2点阵液晶显示模块
(1)字符型液晶显示模块
本数控系统采用字符点阵液晶显示模块DM12232。该模块具有以下特点：
●能显示122列32行
●电源VDD3.3V~5V（内置升压电路，无需负压）
●与微处理器接8位或4位并行/ 3位串行
●多种软件功能：自定义字符、画面移动、光标显示、睡眠模式等功能
●配置LED背光

㈢ PLC与单片机相比，有什么优势

PLC与单片机相比优势是：高可靠性、强抗干扰能力、编程方便、使用便捷、恶劣工业环境适用强。

PLC控制系统，可编程逻辑控制器，专为工业生产设计的一种数字运算操作的电子装置，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心部分。

自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。

同时，PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术、网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。

(3)基于单片机的自动取件箱装置扩展阅读：

PLC基本结构

PLC控制器实质是一种专用于工业控制的计算机旦灶，其硬件结构基本上与微型计算机相同。

1、中央处理单元

中央处理单元(CPU)是PLC控制器的控制中枢。它按照PLC控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。

当PLC控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。

等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停模歼扮止运行。

为了进一步改闷提高PLC控制器的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。

2、存储器

存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。

3、电源

控制器的电源在整个系统中起着十分重要得作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC控制器直接连接到交流电网上去。

4、程式输入装置

负责提供操作者输入、修改、监视程式用作的功能。

5、输入输出回路

负责接收外部输入元件信号和负责接收外部输出元件信号。

㈣ 求大神帮个忙，请教单片机的问题

1.什么是单片机?

简单地说，单片机就是一个小计算机系统。为了说明清楚这个问题，得要从计算机说起。提到计算机，大家可能马上会想到“显示器、鼠标、键盘”，不过，这不是一个计算机的核心和关键，计算机的核心部分在一边的机箱里呢。打开机箱，可以看到，机箱里有主板、硬盘、光驱等。仔细观察主板，这上面有CPU、内存条、BIOS芯片，通常还有25针的打印机接口等，这些部件都是通过主板上的连线相互连接。

不论计算机复杂程度如何，它总是由运算器，控制器，存储器，输入/输出接口，总线这五个部分组成。通常运算器和控制器被做成一块芯片，也就是CPU(中央处理器)。在计算机主板上，内存条和BIOS芯片就是存储器，25针打印机接口就是输出/输出设备，而总线则被设计在主板上旦念，即各部件相互连接的线路。

图1

在一些应用场合，人们不需要计算机完成十分复杂的运算，但却希望计算机小巧，可靠，价格低。于是人们就把组成计算机的这5个部分全部集成到一块芯片上，也说是一块芯片就能构成一个独立的计算机，在当时的技术条件下，这是一件了不起的事情，于是人们就用这个特征来为之命名，称为“单片机”。

将构成一个计算机所需要的5个部分全部都集成到一块芯片中，这块芯片是否要很大、价格是否很高呢?并非如此。如果要把图1所示主板上的所有元件都集成到一块芯片中，那当然非常昂贵，可能技术上也无法实现，但很多单片机中所需要用到的功能完全没必要那么强大，因此很多单片机体积很小，价格也很低。如市场上常见的单片机有8，14，16，18，20，28，40，84等引脚，有些甚至只有6个引脚，如图2所示是微芯公司(Microchip)发布的一款6引脚单片机。而价格从几元到几十、上百元的都有，有些品种在大批量定购时甚至可以低至1元以下。

图2

刚接触到单片机的人往往会有个疑惑：既然人们已经有能力制造功能强大的计算机，为何还要生产些功能不强的计算机?其实，功能强弱并不是决定是否生产的决定因素，市场需要才是关键。比如，用来控制一台电箱的计算机显然没必要使用“奔腾”芯片的强大运算能力，只要进行非常简单的计算，作个比较，看一看温度是否在所控制区间之内，然后再做出相应的控制就行了。

单片机在人们的生活中、工农业生产设备中处处有应用，例如各定时装置、自动控制装置等。爱好者学习单片机应该注意观察事物，找到自己周围能够使用单片机的场合，从而将学到的知识应用到实际中去。例如，使用单片机技术改造传统的机电设备、在特定的场合使肆乱用单片机替代PLC等就有着广阔的应用前景;又如，使用单片机控制电扇、抽油烟机、空调等，从而制作出具有更强功能、能够通用的控制器，也是可以尝试的。

2.单片机是如何工作的?

单片机的工作过程就是一个不断“取指令-分析指令-执行指令”的过程。单片机的程序以一条一条指令的形式存放在程序存储器中，单片机开始工作后，就从程序存储器的特定位置开始取指令，然后由单片机内部的控制器对指令进行分析，根据指令要求，进行“取数、送数、算术运算、逻辑运算、跳转”等基本操作中的一种或几种，这些操作都在一个规定的周期中完成，执行完了以后，到下一个存储器单元中取指令，重复刚才的操作(当然，这些要执行的操作具体内容可能跟上一次不一样了)，如此不断重复，直到断电为止。这里所说的“存储器特定位置”、“规定的周期”等与单片机的型号有关，下面以51系列单片机为例来说明。

在51系列单片机中有一个名为PC的寄存器(就是用来存数的一个容器)，在单片机复位后，这个寄存器中的内容被置为0000H，单片机内部的控制器总是根据PC寄存器中的值去相应的程序存储器单元取指令，因此，开机后，将从0000H单元取第一条指令，分析执行，同时，PC值将作相应的调整，指向将要执行的下一条指令的位置，下一条指令的位置在哪里呢?对于51单片机来说，一条指令可能占用一个字节、二个字节或三个字节，如果第一条指令是单字节指令，取完第一条指令以后，PC的值就会变为0001H，因此，第一条指令执行完毕以后，将从0001H单元中取出第二条指令来执行，以此类推。如果程序是顺序执行的，PC的值将始终不断增加，如果程序中有跳转指令，该指令将影响模雹困PC中的值，使PC中的值指向将要执行的下一条指令所在地址单元。这种跳转既可能是正向的，例如由0000H跳转到0030H，也可能是反向的，即往回跳转，如由200H跳转到100H。正是由于指令可以影响到PC中的值，才使得程序可以实现“分支”、“循环”等各种功能。那么，执行一条指令的时间又是多少呢?对于51单片机来说，指令执行时间有三种可能，单周期、双周期和四周期，不管一条指令需要做多少工作，都必然在规定的时间内完成。

3.单片机程序的作用是什么?如何编写?如何写入单片机?

单片机程序的用途是让单片机“听话”，按人们所预定的设计完成一系列动作，最终实现一个特定的功能。

例如使用单片机控制流水灯，接通电源后，第一次灯亮，然后延时一段时间，第二次灯亮，然后延时一段时间，第三次灯亮……，延时一段时间后又回到第一次灯亮，如此循环不已。这里就有这样的一些问题：第一次亮几盏灯、延时多少时间、一个循环中设置多少次不同的灯亮的情况……，这些决定了流水灯的花样，流动的速度，而这些，单片机显然没有自我判断能力，必须依靠人们给它“布置”任务，而它则是按人们的设计依次执行。

要让单片机“听话”，就要用单片机能够听懂的语言发布命令，单片机能够听懂的语言称之为“指令”。任何一种型号单片机能够接受的指令都是有限的，51单片机的指令条数为111条，而PIC单片机的指令仅有35条。每一条指令完成一个最基本的动作，人们为了要完成一个特定的功能，就要将这些指令排列组合，成为一个指令序列，这就是程序。

指令的表示形式有两种：机器语言和汇编语言。以51为例，如果要让P1.0引脚变为低电平，用机器语言来表示就是 C2H 90H，将这两个数放进单片机的程序存储器中，单片机执行后，就可以让P1.0引脚变为低电平了;而要让P1.0引脚变为高电平，用机器语言来表示就是D2H，90H。至于为什么是这两个数字，大家没必要追究，这是设计这块芯片的设计工程师规定的，我们不能更改，只能学习。

C2H，90H就是一条指令，显然这样的指令形式是很难记忆的，编程也非常困难，于是人们使用了“助记符”来代替这些数字。例如C2H，90H的助记符是CLR P1.0，而D2H，90H的助记符是SETB P1.0，由于助记符采用了英语字母的缩写，有一定含义，因此比数字形式的指令易记、易用。使用助记符形式的指令来编写程序就称之为“汇编语言源程序”。但是汇编语言源程序是没有办法直接送到单片机内部去的，使用助记符形式的指令编写的程序最终还是要变成为诸如：C2H，90H，D2H，90H，这种形式的指令才能被送入单片机的程序存储器。将助记符形式的指令变为数字形式的指令的过程称之“汇编”。汇编有两种方法，一种是“手工汇编”，即人们通过查表的形式找到所写汇编指令的数字形式然后写下来;另一种是“机器汇编”，即编写好汇编语言源程序以后，使用一个计算机软件对这些源程序进行处理，从而得到数字形式的指令序列，这个指令序列通常被称为“机器码”，即可以直接被机器所执行的代码。

机器汇编后得到的数字形式的指令序列以一个文件的形式保存在磁盘上，这个文件的扩展名一般是HEX，即人们常说的HEX文件。得到了HEX文件后，就可以将其写入程序存储器中了。要将程序写入芯片，通常需要一个称之为“编程器”的专用设备，在计算机上运行与之配套的编程软件，然后在这个软件中打开HEX文件，即可将其写入芯片中。随着技术的发展，编程方式越来越多，但总的概念是这样的，具体的细节，将在另一个问题“单片机编程器是什么”中回答。

4. 8位、16位、32位单片机中的“XX位”指什么?

8位、16位、32位是指单片机的“字长”，也就是一次运算中参与运算的数据长度，这个位是指二进制位。以8位为例，8位二进制的表达范围是0000，0000~1111，1111即十进制的0~255，即每次参与运算的数据最大不能超过255。而16位机的字长是16位，其数据表达范围是0~65535，即每次参与运算的数据最大不能超过65535;32位单片机的字长是32位，其数据表达范围是0~4294967295，即每次参与运算的数据最大不能超过4294967295。

8位、16位、32位与单片机的性能密切相关，通常32位机的性能要高于16位机，而16位机的性能又要高于8位机。为什么会这样呢?这要从2个方面来分析。第一，位数不同，运算效率不同。对于8位机而言，由于在一次运算中的每一个数都不能超过8位，因此即便如100+200=300这样的运算，它也不能一次完成，因为300已超过了8位所能表达的最大范围(255)，因此，要对这样的一个式子进行运算，就要编写一段程序，将运算分步完成，最后合成起来得到一个正确的结果。而如果采用16位单片机来运算的话，那么一次运算就够了，显然分步完成所需要的时间要远远大于单步完成所需要的时间。同样道理，当某个运算的结果或者中间值大于65535时，16位机也不能一次运算，要分步实现它，而32位机则可以一次运算完成。第二，商业因素。通常运算能力越高，表示这个单片机性能越强，当然，价格高一些人们也可以接受，有了价格空间，生产商通常都会在这些芯片中提供更多的其他的功能，使得芯片的整体性能得到更大的提升。

典型的单片机中，80C51系列，PIC系列，AVR系列都是8位单片机;80C196、MSP430系列是16位机;而目前非常热门的ARM系列则是32位机。

5. 单片机编程器、仿真器、烧写器、下载线各是什么?有什么用处?

单片机编程器是用来将程序代码写入存储器芯片或者单片机内部的工具，如图5-1所示是一个典型的编程的外形。图中黑色的集成电路插座，通过拔动手柄可以将置于其中的集成电路芯片锁紧或松开。编程时锁紧以保证接触良好，编程完毕松开，可以更换下一片芯片。

图5-1编程器

当芯片是双列直插形式时，直接插在座子上就可以烧写了，但如果遇到如图5-2所示的各种封装形式的芯片，又如何写烧写呢?一种方法是使用适配器，如图5-3所示是各种封装芯片所使用的适配器。

图5-2 各种封装形式的集成电路

QFN32 适配器 SOP28适配器

图5-3 各种封装的编程适配器

另一种方法是使用下载线。随着技术的进步，越来越多的单片机芯片开始支持“ISP”功能，即In System Programmer，在线可编程技术。利用这种技术，将空白的(尚未编程的)芯片直接焊在印刷线路板上，利用预先留下的几个引脚即可对芯片进行编程，不必将芯片拆下来放到编程器上，因此，这给小批量制作带来了极大的方便，也省去了购买价格昂贵的适配器。如图5-4所示是使用下载线对芯片进行在线编程的示意图。

图5-4下载线对芯片进行在线编程示意图

6.自学单片机必备的硬件设备有哪些?

学习单片机，除了需要电脑以外，还需要以下的一些器材。

1.实验板

如果你对单片机还一无所知，那么自制或者购买一块实验板是比较好的选择。通常在实验板上会设计一些开关、LED指示灯、数码管、各种接口芯片等常用器件，通过对这些器件的编程练习，逐步掌握单片机的编程技术。

2.仿真机

仿真机的用途是替代电路板上的单片机芯片，仿真机通过串行口、USB接口等方式与与PC机联机通信，接收PC端控制软件发出的指令，以单步、过程单步、全速运行等各种方式来执行程序，以单步或过程单步方式执行程时，每次执行完程序后可以将执行的结果反馈到PC端的控制软件中显示出来。由于单片机编程时必须要明确每一条指令执行完毕后会有什么样的结果，弄清实际运行后的结果是否与设想的结果相符，因此，仿真功能对于单片机的学习和开发可以起到很重要的帮助作用。

3.编程器或者下载线

其用途是将代码写入单片机芯片内部。对于学习者来说，有了仿真机也可暂时不配编程器或下载线，因为有了实验板、仿真机就可以做实验了。但是建议配置一台，这样可以对单片机开发的各个环节都有所了解。

4.万用表、电烙铁等电子制作工具

单片机开发，不是简单的编程，到目前为止，还少有纯粹的“单片机程序员”，通常要求开发者软、硬件方面都要熟悉，因此，这些电子制作工作还是要配备的。

需要说明的是，这里所说的仿真机、实验板、下载线或编程器等都是就一般概念而言的，并不涉及到具体的产品，市场上也有一些产品在设计时将实验板、仿真功能、下载或编程功能等中的一部分或者全部都集成到一块板上，构成一整套的实验系统。

上面介绍的这些设备，都需要有一定的投入，爱好者未必一定能够购买，其实，只要有一定动手能力，也可以自制一些简易的实验设备，同样可以开始学习。这里推荐采用STC单片机进行学习的方案，STC系列单片机的特点是可以直接通过串口下载程序，从而将开发工具的成本降到最低。如图6-1所示是一个完整的电路，器件成本仅20多元，但可以实现诸如单灯闪烁、流水灯、键控灯、PC控制灯等一些常用功能，从而学习基本指令、定时器、计数器、串口通信等单片机知识。

图6-1 简单的单片机实验电路板

图中R1~R9为1K电阻，D1~D8是发光二极管，E1用10u电解，Y1用11.0592M晶振，C1和C2用27P小磁片，C3~C7用104磁片，U1使用STC89C52芯片，U2用MAX232。再自制或购买一条串口电缆，用于和电脑的通信，制作线时使J1与电脑的串口端2，3，5分别相连即可。

制作好这个电路板以后，使用Keil软件(在http://www.keil.com/demo/default.asp?bhcp=1可以下载DEMO版)编译、链接程序，得到Hex文件，使用STC_ISP软件(在http://www.mcu-memory.com下载)将Hex文件写入芯片中，从而观察程序运行的效果。

7.目前国内常用的单片机有哪些?

1.80C51及其兼容系列

(1)80C51系列，这是最基本的系列。包括80C31，80C51，87C51，80C32，80C52，87C52等芯片，虽然这些芯片已基本不再使用，但它们是后续发展的芯片的基础。其中80C31单片机片内没有ROM，80C51内部是一次性可写4K的PROM，87C51内部是4K的EEPROM，这几种芯片内部RAM均为128字节。而后三种芯片其内部RAM均为8K，后两种芯片的片内ROM为8K字节。

(2)80C51兼容系列

这些芯片通常都与51系列单片机在指令一级兼容，但都扩充了诸多的新功能。常见的主要有以下一些。

STC89系列单片机，其主要特点有：直接通过串口对单片机编程;可编程为倍速运行;超低功耗;内置看门狗;内部FLASH ROM可作为EEPROM作断电保存数据之用。

STC12系列单片机，其主要特点有：单时钟周期，工作频率0~35M，相当于普通80C510~420M;宽电压范围;低功耗;芯片内置E2PROM功能;内置硬件看门狗;通用I/O口可以设置为四种工作模式，在强上拉模式时可以“吐出”电流。

菲利普的LPC系列，其主要特点有：内置RC置振荡器，选择RC振荡器时不需外接振荡器件;所有口线均有20mA的LED驱动能力;有较宽的工作电压范围。

C8051F系列，其主要特点有：一个机器周期仅为一个时钟周期;增加了中断源;有内部独立的时钟源或接外部时钟，并能在程序运行时实现内、外部时钟的切换。每个I/O口引脚都可以设置为推挽或漏极开路输出，C8051F系列单片机I/O口最为独特的是增加了数字交叉开关，利用数字交叉开关可将内部数字系统资源定向到P0、P1和P2端口I/O引脚。这个系列很多型号的芯片具有ADC、DAC、PCA等功能。

2.PIC系列

PIC单片机的发展思路与51单片机不同，它不搞单纯的功能堆积，而是从实际出发，重视产品的性能与价格比，依靠发展多种型号来满足不同层次的应用要求;精简指令使其执行效率大为提高。目前有PIC10、PIC12、PIC16、PIC18系列数百个品种。以PIC16F676芯片为例，该芯片内置1K字FLASH ROM，128字节EEPROM，64字节RAM，8路10位AD转换器，内置精度高达±1%的振荡器，极低功耗，宽工作电压范围，这样一款高性能的14脚芯片，价格不到￥7，性价比相当高。

3.AVR系列

AVR系列单片机是增强型RISC结构的单片机，其主要特点是：速度快，一个机器周期仅为一个时钟周期;品种丰富，与PIC系列类似，依靠发展多种型号来满足不同层次的应用要求;支持ISP、IAP功能，可在线编程，方便远程维护;工作范围宽、抗干扰能力强。以ATMEGA8芯片为例，该芯片内置8K Flash ROM，512字节EEPROM，1K字节的RAM，8路10位AD，内置RC振荡器。这样一款高性能28引脚的芯片，价格仅在￥7左右，性价比也相当高。

4.其他

其他常用的单片机包括：ST、EMC、摩托罗拉、三星等等。这些单片机有些市场用量很大，但我们并没有重点介绍，因为我们介绍的内容主要针对业余爱好者，有些芯片虽然功能强大、性价比也很高，但其并不针对业余爱好者，小批量的芯片很难买到，仿真机、C编译器等开发工具价格极其昂贵，所以这里不作介绍，有兴趣可以在网络上搜索有关资料。

8.常用单片机的大致价位是多少?

单片机的价格相差很大，从小于1元到几十元，上百元不等。下面就大致介绍一下常用单片机的价格。

单片机的价格与其出货量、性能等有很大的关系。以80C51系列单片机为例，这是一个庞大的系列，这个系列中的单片机性能有很大差别。如内部ROM不同，从1K~64K不等;引脚数不同，从14脚到84脚不等;内部RAM不同，从128字节到2K不等;内部模块不等，如有一些单片机内部配置了8位模数转换器，有一些配置了10位模数转换器，有一些内部带有CCP模块等等。不同配置的单片机价格不同，一般爱好者常用的89S52单片机芯片价格约为6元左右。这款芯片片内ROM为8K，片内RAM为128字节，内部有看门狗电路。一种常用的PIC单片机PIC16F676,14引脚，带有10位的AD转换器，价格仅7元左右。通常功能越强，价格也越高，但这并不绝对，尤其是不同厂商的同内类产品，往往没法直接加以比较，因此，读者如希望了解各种芯片的价格，还是要针对具体的型号进行查找，有一些网站有相关报价，可以供参考。

㈤ 基于单片机的多功能智能行李箱设计的目的和意义

实现行李箱自动跟随主人行走。基于单片机的多功能智能行李箱设计的前唤念目的和意义链码是实现行李箱自动跟随主人行走。多功能智能行李箱能够为现代人提供自动跟随、智能避障、指纹解锁慧困、称重等功能。

㈥ 单片机电流电压采集模块原理

单片机电流电压采集模块的原理是通过电路将电流或电压信枣晌号转换成单片机能够读取和处理的数字信号。一般而言，模块里面会有滤波、放大、ADC（模数转换）等模块。

具体来说，对于电流信号采集模块，其基本原理如下：
1. 通过信号隔离器将被测电路与采集电路隔离开来，防止干扰和短路。
2. 使用电阻、电感等元件构成所需的电容共振电路，并增加差动放大器放大电压信号。
3. 根据欧姆定律，在被测电路串联一个小电阻，通过 non-inverting 型运算放大器将电压变换为电流.
4. 最后，通过 ADC 对采样后的电流进行数字化处理得到所需要的数据。

而对于电压信号采集模块，其基本原理如仔岩简下：
1. 将输入接口连接到需要监控的电路上，对输入信号进行滤波和放大。
2. 加入稳压电路，确保输入电压处于合适的范围之内，且稳定不变。
3. 将经过滤波、放大并稳定后的电压信号送入 ADC 进行模数转换，形成数字信号供单片机读取和处理。

需要注意的是，同一电念裤压或电流采集模块在不同的测量环境下精度可能存在差异，因此在选择模块时应根据具体的使用场景进行选型。

㈦ 基于单片机的智能快递箱控制系统有什么特色

智能快递箱设计是以单片机作为最小的控制系统,由GSM模块插入的手机移动通信卡辅助实现...

㈧ 单片机技术论文题目

近几年单片机得到了飞速的发展，单片机最明显的优势就是可以嵌入到各种仪器、设备中。下面是我精心推荐的一些单片机技术论文题目，希望你能有所感触!
单片机技术论文题目
1. 智能压力传感器系统设计

2. 智能定时器

3. 液位控制系统设计

4. 液晶控制模块的制作

5. 嵌入式激光打标机运动控制卡软件系统设计

6. 嵌入式激光打标机运动控制卡硬件系统设计

7. 基于单片机控制的数字气压计的设计与实现

8. 基于MSC1211的温度智能温度传感器

9. 机器视觉系统

10. 防盗与恒温系统的设计与制作

11. 防盗报警器

12. AT89S52单片机实验系统的开发与应用

13. 在单片机系统中实现SCR(可控硅)过零控制

14. 微电阻测量系统

15. 基于单片机的电子式转速里程表的设计

16. 基于GSM短信模块的家庭防盗报警系统

17. 公交车汉字显示系统

18. 基于单片机的智能火灾报警系统

19. WIN32环境下对PC机通用串行口通信的研究及实现

20. FIR数字滤波器的MATLAB设计与实现方法研究

21. 无刷直流电机数字控制系统的研究与设计

22. 直线电机方式的地铁模拟地铁系统制作

23. 稳压电源的设计与制作

24. 线性直流稳压电源的设计

25. 基于CPLD的步进电机控制器

26. 全自动汽车模型的设计制作

27. 单片机数字电压表的设计

28. 数字电压表的设计

29. 计算机比值控制系统研究与设计

30. 模拟量转换成为数字量的红外传输系统

31. 液位控制系统研究与设计

32. 基于89C2051 IC卡读/写器的设计

33. 基于单片机的居室安全报警系统设计

34. 模拟量转换成为数字量红外数据发射与接收系统

35. 有源功率因数校正及有源滤波技术的研究

36. 全自动立体停车场模拟系统的制作

37. 基于I2C总线气体检测系统的设计

38. 模拟量处理为数字量红外语音传输接收系统的设计

39. 精密VF转换器与MCS-51单片机的接口技术

40. 电话远程监控系统的研究与制作

41. 基于UCC3802的开关电源设计

42. 串级控制系统设计

43. 分立式生活环境表的研究与制作(多功能电子万年历)

44. 高效智能汽车调节器

45. 变速恒频风力发电控制系统的设计

46. 全自动汽车模型的制作

47. 信号源的设计与制作

48. 智能红外遥控暖风机设计

49. 基于单片控制的交流调速设计

50. 基于单片机的多点无线温度监控系统

51. 蔬菜公司恒温库微机监控系统

52. 数字触发提升机控制系统

53. 农业大棚温湿度自动检测

54. 无人监守点滴自动监控系统的设计

55. 积分式数字电压表设计

56. 智能豆浆机的设计

57. 采用单片机技术的脉冲频率测量设计

58. 基于DSP的FIR滤波器设计

59. 基于单片机实现汽车报警电路的设计
单片机技术论文
单片机应用技术探究

摘要：近几年单片机得到了飞速的发展，单片机最明显的优势就是可以嵌入到各种仪器、设备中。目前大量的嵌入式系统均采用单片机，本文分析了单片机的形成及发展过程以及当前的技术进展，同时分析了影响单片机系统可靠性的原因，并论述提高单片机可靠性的措施。

关键词：单片机;可靠性技术;发展趋势

中图分类号： C35 文献标识码： A

引言

单片机,亦称单片微电脑或单片微型计算机。它是把中央处理器(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、输入/输出端口(I/0)等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。现在可以说单片机是百花齐放的时期,世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机,从8位、16位到32位,数不胜数,应有尽有,它们各具特色,互成互补,为单片机的应用提供广阔的天地。纵观单片机的发展过程,可以预示单片机的发展趋势 。

一 、单片机的应用场合

1.1智能仪器仪表。单片机用于各种仪器仪表，一方面提高了仪器仪表的使用功能和精度，使仪器仪表智能化，同时还简化了仪器仪表的硬件结构，从而可以方便地完成仪器仪表产品的升级换代。如各种智能电气测量仪表、智能传感器等。

1.2机电一体化产品。机电一体化产品是集机械技术、微电子技术、自动化技术和计算机技术于一体，具有智能化特征的各种机电产品。单片机在机电一体化产品的开发中可以发挥巨大的作用。典型产品如机器人、数控机床、自动包装机、点钞机、医疗设备、打印机、传真机、复印机等。

1.3实时工业控制。单片机还可以用于各种物理量的采集与控制。电流、电压、温度、液位、流量等物理参数的采集和控制均可以利用单片机方便地实现。在这类系统中，利用单片机作为系统控制器，可以根据被控对象的不同特征采用不同的智能算法，实现期望的控制指标，从而提高生产效率和产品质量。典型应用如电机转速控制、温度控制、自动生产线等。

1.4家用电器。家用电器是单片机的又一重要应用领域，前景十分广阔。如空调器、电冰箱、洗衣机、电饭煲、高档洗浴设备、高档玩具等。另外，在交通领域中，汽车、火车、飞机、航天器等均有单片机的广泛应用。如汽车自动驾驶系统、航天测控系统、黑匣子还有分布式系统的前端模块等等。

二、分析单片机可靠性限制原因及应对措施

目前，大量的嵌入式系统均采用了单片机，并且这样的应用正在更进一步扩展;但是多年以来人们一直为单片机系统的可靠性问题所困惑。在一些要求高可靠性的控制系统中，这往往成为限制其应用的主要原因。

1.单片机系统的失效分析

一个单片机系统的可靠性是其自身软硬件与其所处工作环境综合作用的结果，因此系统的可靠性也应从这两个方面去分析与设计。对于系统自身而言，能不能在保证系统各项功能实现的同时，对系统自身运行过程中出现的各种干扰信号及直接来自于系统外部的干扰信号进行有效的抑制，是决定系统可靠性的关键。有缺陷的系统往往只从逻辑上去保证系统功能的实现，而对于系统运行过程中可能出现的潜在的问题考虑欠缺，采取的措施不足，在干扰信号真正袭来的时候，系统就可能会陷入困境。

2. 提高可靠性的措施

2.1减少引起系统不可靠或影响系统可靠的外界因素：

1) EFT (Electrical Fast Transient)技术。EFT技术是一种抗干扰技术，它是指在振荡电路的正弦信号受到外界干扰时，其波形上会迭加各种毛刺信号，如果使用施密特电路对其整形，则毛刺会成为触发信号干扰正常的时钟，在交替使用施密特电路和RC滤波电路时， 就可以消除这些毛否则令其作用失效，从而保证系统的时钟信号正常工作。

2) 低噪声布线技术及驱动技术。在传统的单片机中，电源及地线是在集成电路外壳的对称引脚上，一般是在左上、右下或右上、左下的两对对称点上。这样，就使电源噪声穿过整块芯片，对单片机的内部电路造成干扰。现在，很多单片机都把地和电源引脚安排在两条相邻的引脚上。这样，不仅降低了穿过整个芯片的电流，而且在印制电路板上容易布置去耦电容，从而降低系统的噪声。现在为了适应各种应用的需要，很多单片机采用"跳变沿软化技术"，从而消除大电流瞬变时产生的噪声。

3) 采用低频时钟。高频外时钟是噪声源之一，不仅能对单片机应用系统产生干扰，而且还会对外界电路产生干扰，令电磁兼容性不能满足要求。对于要求可靠性较高的系统，低频外时钟有利于降低系统的噪声。在一些单片机中采用内部锁相环技术，则在外部时钟较低时，也能产生较高的内部总线速度，从而保证了速度又降低了噪声。

三、单片机的发展趋势

1单片机技术的发展前景及趋势

由于通用型IC的仿冒现象比较严重，因此定制化IC将是未来单片机发展的主要方向。此外，尽管16位、32位单片机市场有所增加，但8位在未来三五年内仍将占主流，只是成长幅度会趋缓。从应用角度讲，盛扬看好消费类电子和家电产品，尤其是中小型家电产品，它属于比较成熟的单片机应用领域;其次是高端领域的车用产品。目前，盛扬已针对汽车周边领域推出系列产品，主要用于汽车防盗、车载电子、信息娱乐、胎压监测、里程表的面板等。

单片机拥有良好的应用前景，但厂商之间的竞争愈演愈烈。因此，对本土企业而言，要想脱颖而出，质量一定要好，同时还要注重产品的环保和可靠性，因为家电和汽车等产品对安全性的要求越来越高;其次，充分发挥本土厂商在特定应用领域的性价比优势。不过，这种性价比必须建立在性能过关、可靠度过关的基础上。

制作工艺CMO化。更小的光刻工艺提高了集成度，从而使芯片更小、成本更低、工作电压更低、功耗更低。CPU的改进。同时，采用双CPU结构，增加数据总线的宽度，提高数据处理的速度和能力;采用流水线结构，提高处理和运算速度，以适应实时控制和处理的需要。增大存储容量，片内EPROM的E2PROM化，程序的保密化，提高并行口驱动能力，以减少外围驱动芯片，增加外围?I/O?口的逻辑功能和控制的灵活性。最后，以串行方式为主的外围扩展;外围电路的内装化;和互联网连接已是一种明显的走向，可靠性及应用水平越来越高。

2微型单片化

现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、随机存取数据存储(RAM)、只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口,中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上,增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW(脉宽调制电路)、WDT(看门狗)、有些单片机将LCD(液晶)驱动电路都集成在单一的芯片上,这样单片机包含的单元电路就更多,功能就越强大。甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做,制造出具有自己特色的单片机芯片。 此外,现在的产品普遍要求体积小、重量轻,这就要求单片机除了功能强和功耗低外,还要求其体积要小。现在的许多单片机都具有多种封装形式,其中SMD(表面封装)越来越受欢迎,使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。

3串行扩展技术

在很长一段时间里,通用型单片机通过三总线结构扩展外围器件成为单片机应用的主流结构。随着低价位OTP(One-Time Password)及各种特殊类型片内程序存储器的发展,加之处围接口不断进入片内,推动了单片机“单片”应用结构的发展。特别是I2C、SPI 等串行总线的引入,可以使单片机的引脚设计得更少,单片机系统结构更加简化及规范化。

4、结语

单片机改变了我们生活,纵观我们现在生活的各个领域,从导弹的导航装置,到飞机上各种仪表的控制,从计算机的网络通讯与数据传输,到工业自动化过程的实时控制和数据处理,以及我们生活中广泛使用的各种智能IC卡、电子宠物等,这些都离不开单片机, 单片机有着广阔的应用前景。

参考文献

[1] 张志良; 单片机原理与控制技术; 北京,机械工业出版社,2008

[2] 李广第，朱月秀，王秀山.单片机基础.北京：北京航空航天大学出版社，2002.

[3] 胡汉才.单片机原理及系统设计.北京：清华大学出版社，2002.


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㈨ 单片机的毕业论文的研究方向是什么

问：毕业设计做单片机应该怎么做？
答：在心中建立一个基本模型，知道应该需要些什么知识，而自己又掌握了多少，并根据一定的灵感开始搜索资料，上面的资料基本上能满足初学者的需求了。
选择完成单片机论文后，基于这个方向进行相关资料查找，一般来写作是有自己的基本方法的。先写序论序列部分的话，主要是阐述一下，你的单片机领域之前人干了什么情况，然后存在什么缺点。
基于这些缺点你要做什么改进，然后把你目前这个行业内要改进的东族缺西进行写一下，分别通过下述4个章节进行阐述，一般来说主要是把你的硬件选型和为什么这么选型的部分给讲清楚。第3章就是基本的硬件设计这块的话需要画电路图。
问：单片机毕业设计那个方向比较好过？
答：单片机好过键厅，在实际中应用很广泛
问：写有关单片机的毕业论文 可以写控制什么
答：单片机的毕业论
我理解，但是你
没有具体题目功能
我怎么半你
发哪里
问：单片机毕业论文有哪些题目可以参考?
答：单片机控制自动恒温箱的设计(电路图+原理图+程序)双坐标步进电机控制系统的设计(论文) 原材料仓物位智能检测系统的设计 单片机多用宽频转速计的设计智能家居安防红外报警器设计(附protel文件)基于单片机的多功能信号发生器设计(新品)数字示波器的设计(AVR单片机)(新品)基于单片机的中文输入系统设计(程序+电路原理图+PCB图)农业暖棚(温室)温湿度控制系统的设计基于单片机喷泉控制系统的设计参考地址:
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㈩ 单片机开题报告范文

随着单片机由于其较小的体积和很高的性价比,而在各种电子产品中受到广泛的应用和发展,单片机的研发人员也在不断的进行技术上的革新。下面是我为大家整理的单片机开题报告范文，欢迎阅读。

单片机开题报告范文篇1：

基于单片机数字频率计设计开题报告

一、选题的依据及意义：

本课题主要研究如何用单片机来设计数字频率计。因为在电子技术中，频率的测量十分重要，这就要求频率计要不断的提高其测量的精度和速度。在科技以日新月异的速度向前发展，经济全球一体化的社会中，简洁、高效、经济成为人们办事的一大宗旨。在电子技术中这一点表现的尤为突出，人们在设计电路时，都趋向于用竟可能少的硬件来实现，并且尽力把以前由硬件实现的功能部分，通过软件来解决。因为软件实现比硬件实现具有易修改的特点，如简单的修改几行源代码就比在印制电路板上改变几条连线要容易的多，故基于微处理器的电路往往比传统的电路设计具有更大的灵活性。

因为数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域必不可少的测量仪器，所以频率的测量就显得更为重要。在数字电路中，频率计属于时序电路，它主要由具有记忆功能的触发器构成。在计算机及各种数字仪表中，都得到了广泛的应用。本课题采用的是直接测频式的频率计，设计原理简单、电路稳定、测量精度高，大大的缩短了生产周期。

二、国内外研究概况及发展趋势(含文献综述)：

由于当今社会的需要，对信息传输和处理的要求不断提高，对频率的测量的精度也需要更高更准确的时频基准和更精密的测量技术。而频率测量所能达到的精度，主要取决于作为标准频率源的精度以及所使用的测量设备和测量方法。目前，测量频频的方法有直接测频法、内插法、游标法、频差倍增法等等。直接测频的方法较简单，但精度不高。频差倍增多法和周期法是一种频差倍增法和差拍法相结合的测量方法，这种方法是将被测信号和参考信号经频差倍增使被测信号

的相位起伏扩大，再通过混频器获得差拍信号，用电子计数器在低频下进行多周期测量，能在较少的倍增次数和同样的取样时间情况下，得到比测频法更高的系统分辨率和测量精度，但是仍然存在着时标不稳而引入的误差和一定的触发误差。

在电子系统广泛的应用领域中，到处看见处理离散信息的数字电路。供消费用的冰箱和电视、航空通讯系统、交通控制雷达系统、医院急救系统等在设计过程中都用到数字技术。 数字频率计是现代通信测量设备系统中必不可少的测量仪器，不但要求电路产生频率的准确度和稳定度都高的信号，也要能方便的改变频率。

数字频率计的实现方法主要有：直接式、锁相式、直接数字式和混合式

(1)直接式

优点：速度快、相位噪声低，但结构复杂、杂散多，一般只应用在地面雷达中。

(2)锁相式

优点：相位同步的自动控制，制作频率高，功耗低，容易实现系列化、小型化、模

块化和工程化。

(3)直接数字式

优点：电路稳定、精度高、容易实现系列化、小型化、模块化和工程化。

三、研究内容及实验方案：

研究内容：本课题设计以单片机为核心，设计一种数字频率计，应用单片机中的定时器/计数器和中断系统等完成频率的测量。

实验方案：

图1 频率计总体设计框图

四、目标、主要特色及工作进度

目标：

基于单片机的数字频率计，画出电路图并用软件仿真

工作特色：

(1)运用了单片机技术;

(2)运用了C语言、电路等知识;

(3)采用电脑等工具;

(4)采用显示模块、分频模块、单片机模块等;

(5)简单易理解，十分实用。

工作进度：

1、查阅文献，翻译英文资料，书写开题报告; 第1---4周

2、相关资料的获取和必要知识的学习 ; 第5---9周

3、设计系统的硬件和软件模块并调试 第10--14周

4、撰写论文; 第15--16周

5、总结，准备答辩; 第17周

五、参考文献

[1]李学海著.标准80C51单片机基础教程.北京航空航天大学出版社,2006

[2] 戴仙金主编.51单片机及其C语言程序开发实例.清华大学出版社,2008

[3] 李诚人.高宏洋等.嵌入式系统及单片机应用,清华大学出版社,2005

[4] 龚运新编著.单片机C语言开发技术.清华大学出版社,2006

[5] 张天凡等编著.51单片机C语言开发详解.电子工业出版社,2008

[6] 张义和.王敏男等.例说51单片机(C语言版).人民邮电出版社,2008

[7] 张洪润、刘秀英、张亚凡等.单片机应用设计200例 .北京航空航天大学出版社,2006

[8] 彭为、黄科、雷道仲等.单片机典型系统设计实例精讲.电子工业出版社, 2006

[9] 李学海著.标准80C51单片机基础教程.北京航空航天大学出版社,2006

[10] 李朝青.单片机原理及接口技术[M].北京航天航空大学出版社，1998.

[11] 余发山，王福忠.单片机原理应用技术[M].徐州:中国矿业大学出版社，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).

单片机开题报告范文篇2：

基于单片机的火灾报警器

一、毕业设计(论文)课题来源、类型

课题来源：生产(社会)实践

课题类型：毕业设计

二、选题的目的及意义

对于广大居民，尤其是单独居住的老人，无人看护的病人、婴幼儿童等弱势群体在遇到火灾时，行动不便，逃生能力不强，逃生所需时间相对较长，对他们来说火灾的早期报警，争取更多的逃生时间或者及时通知救援人员，避免造成人员伤亡，显得更为重要。

火灾报警器可以让百姓的家居生活更加安全，本报警器是一个由单片机控制的火灾烟雾浓度、温度检测系统，它将传感器输出地电压信号进行A/D转换、滤波、线性化，由单片机将电压值转换为气体浓度和温度送LCD1602液晶显示，并判断是否超过报警上限，若超过，则发出声光报警[1]，并将报警情况通过GSM模块发出，同时可以实现消防局对火灾报警的集中接警，专业化处警，以最少的投资实现最快的接警和处警。同时还为接处警人员提供方便快捷的辅助决策手段，提高消防队伍快速反应的能力，密切警民关系。高效的工作，还可以减少火灾给居民带来的人生安全的危害和财产的损失。

三、本课题在国内外的研究状况及发展趋势

以火灾自动报警技术为核心的建筑消防系统，是预防和遏制建筑火灾的重要保障。近年来，我国火灾自动报警工程应用技术实现了较快发展。但由于在实际应用中，火灾自动报警系统的通讯协议不一致，火灾自动报警工程技术水平还相对落后，还存在着一些比较突出的问题。

(1)适用范围过小。我国火灾自动报警系统技术比美、英等发达国家起步较晚，安装范围主要是《高层民用建筑设计防火规范》、《建筑设计防火规范》规定的场所和部位，而在易造成群死群伤的中小型公众聚集场所和社区居民家庭甚至部分高层住宅都没有规定安装火灾自动报警系统，适用范围过小，防范措施不到位。

(2)智能化程度低。我国使用的火灾探测器虽然都进行了智能化设计，但由于传感器探测的参数较少、支持系统的软件开发不成熟、各种算法的准确性缺乏足够验证、火灾现场参数数据库不健全等，火灾自动报警系统难以准确判定粒子(烟气)的浓度、现场温度、光波的强度以及可燃气体的浓度、电磁辐射等指标，造成迟报、误报、漏报情况较多。

(3)网络化程度低。我国应用的火灾119动报警系统形式基本上以区域火灾自动报警系统、集中火灾自动报警系统和控制中心火灾自动报警系统为主，安装形式主要是集散控制方式，自成体系，自我封闭，尚未形成区域性网络化火灾自动报警系统。

(4)组件连接方式有待改善。火灾自动报警系统以多线制和总线制连接方式为主，探测器和报警器及控制器之间是采用两条或多条的铜芯绝缘导线或铜芯电缆穿管相接，存在耗材多、成本高、抗干扰能力差的缺点。同时，铜导线耐高温性能差、易磨损，系统施工维修复杂，影响了火灾自动报警系统的可靠性和更广泛的应用。

(5)火灾自动报警系统误报、漏报问题较多。由于火灾探测器的安装环境极其复杂，加之各种传感器在探测火灾方面存在着某些先天不足，无法准确地感应各种物质在燃烧过程中所特有的声波、光谱、辐射、气味等诸多方面发生的微妙变化，对火灾发生过程中所产生的不同粒径和颜色的烟存在探测“盲区”，误报、漏报现象时有发生。

(6)超早期火灾探测器技术应用还几乎处于空白。国外已开发出适合洁净空间高灵敏度感烟火灾探测报警系统，如激光式高灵敏度烟火灾探测器，吸气式高灵敏度感烟火灾探测报警系统和气体火灾探测报警系统，与普通火灾探测报警系统相比，其探测灵敏度提高了两个数量级，甚至更多，这些系统采用了激光粒子计

数、激光散射等原理监视被保护空间，以单位体积内粒子增加的多少来判断是否发生火灾，系统可在火灾发生前几小时或几天内识别潜在的火灾危险性，实现超早期火灾报警。而该技术我国目前还处于起步阶段，有待进一步研究开发使用[2]。

针对上述问题，火灾自动报警应用技术进一步着眼于当前国际发展的新形势，加快更新改造进程，加强对数字技术和新工艺、新材料的应用，改进系统能力，使火灾自动报警应用技术向着高可靠、低误报和网络化、智能化方向发展。当前，国外火灾自动报警应用技术的发展趋势主要表现为网络化、智能化、多样化、小型化、社区化、蓝牙化、高灵敏化等。这也是火灾自动报警应用技术的研究发展趋势。

四、本课题主要的研究内容

设计一种以STC89C52单片机为核心的火灾检测与报警系统，可以通过气体传感器实时获取可燃气体浓度、温度传感器获得火灾现场温度，并通过LCD1602液晶显示，当浓度或温度超过限定值时则报警并且把报警情况发送到报警器所设定的终端上。以方便人们更好的掌握安全状况，提高生活质量。

五、拟采取的方法、技术或设计(开发)工具

本设计主要以MCS-51系列单片机STC89C52为控制核心，它自带8K的FLASH程序存储器，它的核心处理单元为8位。数据处理主要是对数字温度传感器18B20采集温度数据和对MQ-2烟物传感器进行AD采集，并进行逻辑判断，根据数据的具体情况输出到数码管显示和使蜂鸣器动作[3]。整个单片机应用系统的设计分为硬件电路设计和软件编程设计两大部分;其中硬件电路设计包括温度采集电路，MQ-2烟物传感器电路，单片机控制电路，显示电路，报警与控制电路和GSM模块。软件设计部分包括系统主程序，温度采集子程序，数码管显示子程序，GSM模块子程序和输出驱动子程序，均采用51系列C语言编程实现。

六、本课题进度安排、各阶段预期达到的目标

进度计划：

2014.12.15 - 2015.3.1： 查找资料、搜集相关素材

2015.3.2 - 2015.3.6：完成需求分析

2015.3.7 - 2015.3.12： 完成概要设计

2015.3.13 - 2015.4.1：完成详细设计

2015.4.2 - 2015.4.10完成编码

2015.4.11 - 2015.4.13： 完成软件测试

2015.4.14 - 2015.4.25：整理资料、撰写设计报告

2015.4.26 - 2015.4.30：根据导师要求，完善毕业设计和设计报告