導語：如何才能寫好一篇單片機的電路設計，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

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文文介紹了單片機控制的電動機Y-啟動電路設計，該設計是一個以弱電控制強電的設計，有多方面的功能，為智能控制和精確控制電動機的啟動提供了合理有效的解決方案。本文對系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)進行了詳細的闡述，并論述了各環(huán)節(jié)中的硬件電路設計，針對軟件設計與硬件的綜合調(diào)試進行了全面的分析，以實現(xiàn)弱點控制強電為目的，并通過獨立式鍵盤對電動機的啟動進行調(diào)控，該設計經(jīng)過調(diào)試和檢測，實現(xiàn)了設計任務的各種指標。

【關鍵詞】單片機 電動機啟動 電路設計

在我們生活中的各個領域隨處可見單機片的蹤跡：計算機網(wǎng)絡通信與數(shù)據(jù)傳輸、各種智能IC卡、轎車的安全系統(tǒng)、攝影機、飛機上的各種控制儀表，甚至電子寵物和程控玩具，都離不開單片機的應用。在工業(yè)中，電動機的星三角啟動的應用十分廣泛，隨著技術自動化的普及，工業(yè)中也出現(xiàn)了很多自動機器，人們將原本需要人來控制的電動機啟動的工作交給了單片機，不僅防止了很多意外的發(fā)生，同時也提高了電動機的生產(chǎn)效率。

1 單片機控制的電動機Y-Δ啟動電路的總體設計任務和選擇

首先要設計一個單片機控制的電動機Y-Δ啟動，設置3秒鐘的啟動時間，并通過按鍵設置電動機Y-Δ進行操作運行和終止。該設計的基本要求和主要內(nèi)容有：控制器要采用STC89C52RC單機片；電動機的選擇要用三相異步電動機；正5V電源需要選用LM7805三端不可調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓集成器來實現(xiàn)；在弱電控制強電模塊中選用DC5V繼電器；在電動機運行模塊中要采用220V的交流接觸器；顯示模塊要用兩位級聯(lián)共陰數(shù)碼管；設置模塊需要通過獨立式鍵盤來進行設置和調(diào)控；指示模塊需選用不同顏色的發(fā)光二極管進行指示操控。

根據(jù)上述任務設計的要求，經(jīng)分析探討，基于單片機定時器系統(tǒng)的設計中包括的內(nèi)容有：電源模塊、定時模塊、控制器模塊、顯示模塊、設置模塊以及指示模塊。

2 單片機控制的電動機Y-Δ啟動電路中系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的硬件電路設計

2.1 電源模塊電路

該設計通過+5V直流電壓來供電，一般來說，直流穩(wěn)壓電源的組成部分有電源變壓器、整流濾波電路和穩(wěn)壓電路。電源變壓器是把交流電網(wǎng)中220V的電壓轉(zhuǎn)換成為比所需要的值，交流電壓經(jīng)過整流電路變?yōu)槊}動的直流電壓，因為脈動的直流電壓中含有大幅度的紋波，當電網(wǎng)電壓波動、溫度和負載發(fā)生變化時穩(wěn)壓電路能夠繼續(xù)保持直流電壓的穩(wěn)定，選用輸出電壓為+5V的三端集成穩(wěn)壓器LM7805，變壓器會將電網(wǎng)220V的電壓轉(zhuǎn)為+9V，通過發(fā)光二極管橋式整流之后，送入LM7805的輸入端。

2.2 復位和晶振電路

單片機在平時復位端電平是0，單片機復位主要通過按鍵高電平復位，該設計中的復位電路既能用于操作復位，也能實現(xiàn)上電復位。通電時，電極兩端可看做短路，RESET端電壓逐漸下降，也就是低電平，此時單片機開始工作。LED發(fā)光二極管在復位電路中主要用來指示電路電源是否安全接通，晶振電路采用的是外部無源晶振，晶振值選用12MHz，兩個諧振電容取值為30PF。

2.3 弱電控制強電電路

電氣觸頭可通過電流，可以把強電接觸器的線圈直接接在弱電繼電器觸頭上，如果弱電繼電器觸頭可通過電流，可在其上加一個中間繼電器以控制強電。

2.4 電動機運行模塊電路

電動機的電源通斷可以通過單片機控制的接觸器主觸頭加以控制，同時電機的星型啟動三角運行的效果可由單片機的定時來轉(zhuǎn)換。

2.5 電路設置

設置電路的過程中，電路可通過獨立式鍵盤的設置和調(diào)控加以控制，采用P2口作為獨立式鍵盤的行線，在這里不必加上拉電阻。

2.6 電路指示

此設計主要采用發(fā)光二極管作為指示燈，將發(fā)光二極管接在接口處，當兩端的電壓差超出自身導通壓降時就會開始工作，此時的電流要滿足電流和電壓的要求，并與發(fā)光二極管的電流相適應，二極管才可以正常發(fā)光。在發(fā)光二極管的連接處接入一個電阻，此電阻能夠通過對二極管圖電流的限制以減小耗損。該設計在+5V的電壓作用下采用510歐對電阻進行限流，二極管會在不超出單片機的最大限流的前提下正常工作。

3 單片機控制的電動機Y-Δ啟動電路中的軟件設計

3.1 系統(tǒng)主程序流程

系統(tǒng)設計的整個過程在系統(tǒng)主程序流程中的具體表現(xiàn)如下：

首先，可以對系統(tǒng)進行初始化，包括地址的常量定義、初始化單片機各端口、資源分配、初始化電動機的啟動時間和定時器、設置推棧指針等。其次，能夠調(diào)用啟動時間處理程序，電動機的啟動時間為十六進制數(shù)，存儲在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中，如果要顯示出數(shù)碼管，就要進行十進制進行區(qū)分，并且每一位都存在不同的單元。最后，可以調(diào)用啟動時間以顯示程序，在顯示程序當中，要對顯示的數(shù)值進行滅0處理，當啟動的時間十位是0的話，將不顯示該位，以降低閱讀差錯。先控制數(shù)碼管的位碼，選中要點亮的數(shù)碼管，此時將顯示出段碼。

3.2 程序設計和軟件調(diào)試

程序流程圖設計好之后就可以根據(jù)流程圖編寫程序了，該設計采用匯編語言編寫，經(jīng)調(diào)試，能夠?qū)崿F(xiàn)設計任務的要求。軟件的調(diào)試通過應用KEIL軟件和ISIS軟件仿真電路進行操作和控制，應用KEIL軟件調(diào)試后會生成HEX文件，先對設計中的各個環(huán)節(jié)進行調(diào)試，再對主程序進行調(diào)試，最后將各部分程序連接起來進行整體調(diào)試。

4 結(jié)論

綜上所述，本設計開發(fā)了一種適用于人們的生產(chǎn)生活的，在單片機的基礎上控制電動機星三角啟動的定時裝置。同時，對系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)進行了詳細的闡述和分析，論述了各環(huán)節(jié)中的硬件電路設計，針對軟件設計與硬件的綜合調(diào)試進行了全面的分析，以實現(xiàn)弱點控制強電為目的，并通過獨立式鍵盤對電動機的啟動進行調(diào)控，該設計經(jīng)過調(diào)試和檢測，實現(xiàn)了設計任務的各種指標。

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關鍵詞：數(shù)控直流電源；穩(wěn)壓電源；電壓源；電流源

中圖分類號：TM461文獻標識碼：A文章編號：10053824（2013）04006707

0引言

數(shù)控直流穩(wěn)壓電源應用非常廣泛，是學習電子信息工程、通信工程、機電一體化、電氣自動化等電類專業(yè)學生必然涉及到的一個電工電子課程設計項目。全國大學生電子設計競賽曾于第一屆A題、第二屆A題和第七屆F題（電流源），全國首屆高職院校技能競賽樣題以及省級院校競賽都有涉及，用來檢驗學生的電子設計能力，可見其普遍性。

雖然較多論文都涉及，但電路設計的多樣性以及制作經(jīng)驗篇幅鮮少，不足以使讀者完成作品并舉一反三。筆者參閱數(shù)十篇關于數(shù)控直流電源系統(tǒng)的設計，發(fā)現(xiàn)許多很難讀懂的問題。例如，給出參數(shù)設計輸出達20 V電壓，但運放直接驅(qū)動達林頓管明顯無法輸出達22 V以上。又如，通篇無關緊要的內(nèi)容，唯獨缺少比較放大環(huán)節(jié)設計及關鍵電路的完整連接，也就是說DAC輸出到調(diào)整管之間內(nèi)容匱乏，這也是本文解決問題的初衷。

直流穩(wěn)壓電源按照功率管工作狀態(tài)，分為線性穩(wěn)壓電源、開關穩(wěn)壓電源2種。鑒于電類專業(yè)課程設計的需要，本文重點解析線性穩(wěn)壓電源之關鍵設計，如與OP放大器設計聯(lián)系密切的部分，希望對讀者制作該項目或?qū)懻撐挠兴鶐椭?/p>

1設計要求的性能指標與測試方法

1）輸出電流IL（即額定負載電流），它的最大值決定調(diào)整管（三端穩(wěn)壓器）的最大允許功耗PCM和最大允許電流ICM，要求：IL （Vimax-Vomin）

2）根據(jù)輸出電壓范圍和最大輸出電流的指標，U/I可計算出等效負載阻值。例如，輸出電壓要求達30 V，最大輸出電流1 A，因此模擬負載應滿足從幾Ω到30 Ω之間，調(diào)整管耗散功率應滿足30 W以上，考慮加散熱片。

1.2質(zhì)量指標

紋波電壓：是指疊加在輸出電壓Uo上的交流分量。在額定輸出電壓和負載電流下，用示波器觀測其峰一峰值，Uo（p-p）一般為毫伏量級，也可以用交流電壓表測量其有效值。紋波系數(shù)是紋波電壓與輸出電壓的百分比。設計中主要涉及濾波電路RLC充放電時間常數(shù)的計算。一般在全波式橋式整流情況下，根據(jù)下式選擇濾波電容C的容量：RL?C=（3-5）T/2，式中T為輸入交流信號周期，因而T=1/f=1/50=20 ms；RL為整流濾波電路的等效負載電阻。

穩(wěn)壓系數(shù)Su和電壓調(diào)整率Ku均說明輸入電壓變化對輸出電壓的影響[2]，因此只需測試其中之一即可。電源輸出電阻ro和電流調(diào)整率Ki均說明負載電流變化對輸出電壓的影響[2]，因此也只需測試其中之一即可，具體操作參照指標的定義來實施。

2.2DAC接口電路的設計

2.3調(diào)整管控制電路、電壓采樣與電流采樣電路的

2.4ADC接口電路的設計、同時具備電壓源與電流源功能的設計

2.6具備電壓預置記憶存儲部分的設計

2.7保護電路的設計

2.8.2濾波電路的設計

3結(jié)語

曾經(jīng)查閱數(shù)十篇類似穩(wěn)壓電源電路圖，深感模擬電路設計的重要性。本文將電壓源與電流源的設計方案同時羅列，便于讀者理解設計要領。重點解析DAC輸出后的電路設計，圖中電壓、電流數(shù)據(jù)全部基于proteus交互式仿真完成。電路設計的連貫性、采樣電路取值、運放電路與驅(qū)動電路設計等，是同類論文較少論述的環(huán)節(jié)，可以有效解決目前存在的諸多問題，有助于讀者提高電路解析能力。僅此拋磚引玉，希望本文的設計能對讀者在實際工作中有所幫助，不當之處請多指教。

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關鍵詞：AT89C51單片機；閥島控制系統(tǒng)；電路設計

德國FEST0公司發(fā)明并推廣的“閥島技術”得到了廣泛運用，從德國傳入中國以后開始應用于許多行業(yè)。閥島是一類功能強大的系統(tǒng)控制單元，它含有控制器、氣動電磁閥以及電輸入輸出等部件，連接電源以后能進行各式各樣的整合，使用者可以自由調(diào)節(jié)氣動和電氣功能，連接起氣動結(jié)構和電磁閥輸出口，通過操作計算機頁面來完成自動化控制活動，而這個過程只需要執(zhí)行簡單的編程即可完成。AT89C95單片機具有強大的數(shù)據(jù)處理功能，運用于閥島控制系統(tǒng)中來實現(xiàn)8位氣動閥島，通過8個電控換向閥來實現(xiàn)集中接線目標，而嵌入單片機部件使控制系統(tǒng)電路更加安全可靠，實現(xiàn)對系統(tǒng)的有效控制。

1、閥島控制系統(tǒng)中的按鍵輸入電路以及檢測電路

按鍵電路是閥島應急控制系統(tǒng)中的重要部分，負責通信中斷的應急處理，按鍵可直接解決控制單片機系統(tǒng)中斷或閥島上位機故障的問題。左右三排的小按鍵構成按鍵結(jié)構，為了有效的控制閥島內(nèi)部不同通道的通斷情況，設置了Pl輸入的方式，整個閥島的通斷與否都受到P1輸入的控制。按鍵輸入電路內(nèi)涵8個二極管、8個閥，閥和二極管是平行對應的關系。當啟動1號閥時相對應的1號二極管會馬上發(fā)亮，如果啟動1、2、3號閥，那1、2、3號二極管也會相繼亮起，關閉閥則代表著二極管關閉，不會發(fā)出亮光，出現(xiàn)單片機輸出低電平的情況下二極管會立即亮起。系統(tǒng)設置了第九個按鍵，它肩負著檢測電路的責任，開啟九號按鍵其余八個二極管亮起則代表閥島電路運行正常，出現(xiàn)未亮的情況則代表閥島電路出錯。

2、閥島控制系統(tǒng)中的輸出電路

運行正常的閥島輸入一般都是P1.0，—旦出現(xiàn)串行的情況則會馬上轉(zhuǎn)換到方式0空間內(nèi)，使得其使用竄出的輸出端口，74LSl64同步移位寄存器會負責并行輸出工作，并且執(zhí)行外接的8位串行輸入活動。為了快速、有效的判斷閥島內(nèi)部不同通道的運行情況，設立相對應的發(fā)光二極管來作為判斷標準十分有效，發(fā)亮則達標通道正常，發(fā)暗則代表出現(xiàn)故障，電路信號不斷放大到規(guī)定區(qū)域，達到標準程度后閥島通道會進行通斷處理，使得低電平能順暢輸出，未達到標準則不能啟動通道通斷處理功能，如圖1所示為閥島輸出電路。

3、閥島控制系統(tǒng)中的RS232接口電路

RS232接口電路構建起了單片機和Pc之間的橋梁，實現(xiàn)了串行通信的目標。一般情況TPC、終端之間都會采取傳統(tǒng)的并行通訊方式，或者使用方便快速的串行通訊模式。數(shù)據(jù)傳送依靠串行通訊模式可以進一步降低傳輸成本，不會產(chǎn)生許多復雜無序的線路，在面對遠程數(shù)據(jù)傳輸問題時也解決了線路特性迥異的問題，完成線路和特性之間的有效對接。異步串行是RS232數(shù)據(jù)傳遞過程中常用的方式，它允許數(shù)據(jù)傳遞裝置信號發(fā)生一定的相位差，對系統(tǒng)不會產(chǎn)生任何影響，而MAX232是RS232的核心電平轉(zhuǎn)換芯片，它能快速的轉(zhuǎn)換在RS232和TTL之間，利用驅(qū)動器、接收器和電壓發(fā)生器來完成以上一系列活動。

4、閥島控制系統(tǒng)中的復位電路

可編程電路X5045嵌入閥島控制系統(tǒng)中具有諸多優(yōu)勢，它充分挖掘了系統(tǒng)本身的電壓監(jiān)控功能，且能嵌入自身串行EEPROM功能，隨時監(jiān)控系統(tǒng)運行情況，降低了使用電路板的數(shù)量，減少了系統(tǒng)負擔。閥島控制系統(tǒng)依靠X5045得以獲得穩(wěn)固的屏障，監(jiān)控時間段的設置和改變權利附著于X5045上，可根據(jù)實際情況進行調(diào)整。當總線設置不存在任何操作時，X5045會發(fā)出相應信息，控制RESET輸出高電平信號，此時C2、R3微分電路會自動輸入正脈沖，幫助CPU操作復位行動。CPU通過Watchdo昏人工、上電三類復位信號來完成有效控制，RESET端會自動處理該信號，同時能將低電壓因素排除在外，保證系統(tǒng)的正常運行。出現(xiàn)正常值大于電源電壓的情況時系統(tǒng)會維持該值，進一步完成復位工作。

5、閥島控制系統(tǒng)中的硬件干擾措施

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關鍵詞：交流感應電機； 瑞薩單片機； EMC； 單電阻采樣

中圖分類號：TN91134 文獻標識碼：A 文章編號：1004373X(2012)10014204

引 言

隨著電力電子技術和微控制器技術的飛速發(fā)展，現(xiàn)代交流變頻調(diào)速系統(tǒng)技術在電機控制系統(tǒng)中的應用也越來越廣，采用全控型器件IGBT 的全數(shù)字控制的變頻調(diào)速器已經(jīng)實現(xiàn)了通用化，具有調(diào)速范圍寬、調(diào)速精度高、動態(tài)響應快、運行效率高、操作方便等優(yōu)點。變頻調(diào)速器的普及應用提高了現(xiàn)代工業(yè)的自動化水平，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和勞動效率，最大限度地節(jié)約了能源，因此符合國家發(fā)展建設和諧、節(jié)約型社會的方針。

本文選用瑞薩公司推出的性價比較高的微控制器R5F21246 series，嵌入R8C/Tiny系列CPU內(nèi)核，R8C/Tiny系列中的所有MCU都集成了片上閃存，具有高性能和很好的易用性，1 MB地址空間，2 KB片上數(shù)據(jù)存儲FLASH，非常適合于空調(diào)、洗衣機、冰箱等家電應用以及交流伺服馬達等工業(yè)控制應用等。

1 交流感應電機系統(tǒng)的基本構架

交流感應電機控制系統(tǒng)的原理構成如圖1所示，它包括主電路、控制單元、功率驅(qū)動單元、保護單元以及信號反饋采集單元等。

圖1 交流感應電機控制系工作原理框圖交流感應電機控制單元包括速度控制器、轉(zhuǎn)矩和電流控制器等。Renesas單片機R5F21246以其價格低、功耗小、性能高、處理速度快等優(yōu)點成為交流感應電機控制系統(tǒng)控制核心的一種趨勢。功率驅(qū)動單元采用以驅(qū)動芯片IRS2136S，其內(nèi)部不但集成了驅(qū)動電路，同時具有過電壓、過電流、過熱、欠電壓等故障檢測保護電路，當系統(tǒng)出現(xiàn)問題時能及時進行自我保護，提高了系統(tǒng)的可靠性。各采集信號經(jīng)過反饋傳輸?shù)絉5F21246內(nèi)部，進行精確、快速的處理后輸出，以實現(xiàn)各個部件的實時控制。在主回路中還加入了軟啟動電路，以減小啟動過程對驅(qū)動器的沖擊。

2 交流感應電機系統(tǒng)的驅(qū)動電路設計

功率驅(qū)動模塊作為交流感應電機控制系統(tǒng)的強電部分包括兩個單元：電源單元為整個系統(tǒng)的數(shù)字和模擬電路提供電源；功率驅(qū)動單元IRS2136S用于電機的驅(qū)動（見圖2）。

功率板的設計中包括4個硬件保護功能，分別是過流(正反向電流)保護、母線過壓保護、母線欠壓保護和IGBT過熱保護，每種保護都有LED報警顯示。為了增強可靠性，保護動作發(fā)生后都會分別給MCU發(fā)送關斷信號，保護功率器件IRS2136S，防止元件的損壞。這些信號必須由單獨的復位信號才能取消，否則保護電路會一直有效，以防止誤操作損壞設備和影響人身安全。

圖2 功率驅(qū)動放大電路2.1 電源電路

電源主電路如圖3所示。輸入電壓范圍：交流187~264 V，頻率范圍：48~53 Hz。直流母線電壓輸出穩(wěn)定在正常值310 V左右，肖特基二極管D110并聯(lián)在母線電壓兩端，防止母線過壓，濾波電容C110濾除干擾信號，電阻R104～R109分別C107與C106并聯(lián)，用來穩(wěn)定電容兩端電壓。直流母線電壓輸出采用預充電回路，通電后的瞬間由限流電阻R102給整流橋D101和濾波電容C107，C108提供電流，減小了對整流橋的沖擊，濾波電容充電接近完成后通過繼電器K101旁路限流電阻。直流母線電壓通過VIPER12(U101)與LM78L05(U102)芯片產(chǎn)生16 V與5 V穩(wěn)定的直流電壓，分別給驅(qū)動電路和其他電路供電，如圖4所示。

2.2 溫度檢測電路

圖5為IGBT的溫度檢測電路。電路中R379為負溫度系數(shù)熱敏電阻NTC，當溫度過高時R379阻值就變小。通過檢測電路的電壓輸出故障信號反饋給單片機，經(jīng)單片機分析處理后采取的措施對系統(tǒng)進行保護，如令驅(qū)動芯片停止工作，當溫度恢復正常時再解除保護。

2.3 電流檢測電路

為了降低系統(tǒng)成本，該電路采用了單電阻采樣技術。一般而言，矢量控制算法需要采集電機至少兩相電流，但單電阻采樣只需要采集負母線的電流即可。

圖3 電源主電路

圖4 16 V與5 V電源

圖5 IGBT溫度檢測電路如圖2所示，單電阻R236采樣，采樣電流ishunt，對于下橋臂Q202，Q204,Q206的每一個開關狀態(tài)，其流過的電流狀態(tài)如表1所示。

在表1中，“0”表示開關管關斷，而“1”表示導通。由于電流在一個PWM周期內(nèi)幾乎不變，因此只需要在一個PWM周期內(nèi)采樣兩次即可得到該時刻電機每一相電流的狀態(tài)，因為三相電流之和為零。

單電阻采樣會遇到一些挑戰(zhàn)，空間矢量脈寬調(diào)制器（SVPWM）在空間矢量的扇區(qū)邊界和低速調(diào)制區(qū)域的時候，會存在占空比兩長一短和兩短一長以及三個幾乎一樣長的時刻。這樣，如果有效矢量持續(xù)的時間少于電流采樣時間，則會出錯。本方案采取的辦法是在相鄰邊界的時候插入固定時間的有效矢量，而在低速調(diào)制區(qū)域的時候，采用輪流插入有效矢量的方法。插入有效矢量會給電流波形帶來失真，這種情況下需要通過軟件來進行補償。

表1 單電阻采樣狀態(tài)表

V Q202 Q204 Q206 ishunt

V0 0 0 0 0

V1 0 1 1 iA

V2 0 0 1 －iC

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在當前通信市場的帶動下，通信技術飛速向前發(fā)展，手持無線通信終端成為其中的熱門應用之一。因此，單片集成的射頻收發(fā)系統(tǒng)正受到越來越廣泛的關注。典型的射頻收發(fā)系統(tǒng)包括低噪聲放大器(LNA)、混頻器(Mixer)、濾波器、可變增益放大器，以及提供本振所需的頻率綜合器等單元模塊，對于工作在射頻環(huán)境的電路系統(tǒng)，如2.4G或5G的WLAN應用，系統(tǒng)中要包含射頻前端的小信號噪聲敏感電路、對基帶低頻大信號有高線性度要求的模塊、發(fā)射端大電流的PA模塊、鎖相環(huán)頻率綜合器中的數(shù)字塊，以及非線性特性的VCO等各具特點的電路。眾多的電路單元及其豐富的特點必然要求在這種系統(tǒng)的設計過程中有一個功能豐富且強大的設計平臺。在綜合比較后，本文選定了cadenceVirtuoso全定制IC設計工具。

Virtuoso是Cadence公司推出的用于模擬，數(shù)字混合電路仿真和射頻電路仿真的專業(yè)軟件?；诖似脚_，Cadence公司還開發(fā)了面向射頻設計的新技術，包括射頻提取技術、針對無線芯片設計的兩個新設計流程。不僅如此，目前的Virtuoso已經(jīng)整合了來自合作伙伴安捷倫、Coware、Helic和Mathworks等公司的技術，射頻設計能力大為增強。使用該項新技術，可以減少設計反復，并縮短產(chǎn)品上市時間。其AMS工具可以實現(xiàn)自頂向下、數(shù)／?；旌系碾娐吩O計；Composer工具可以方便地進行電路設計的輸入和管理；spectre/SpectreRF仿真器精度高，適合不同特點的電路設計；Layout工具包含了布局、交叉參考、布線、版圖驗證、參數(shù)提取等功能；此外，Virtuoso能進行可靠的后仿真和成品率控制。

基于Virtuoso的行為仿真和系統(tǒng)規(guī)劃

射頻收發(fā)系統(tǒng)的設計最終能否成功，以及模塊指標分配是否合理可行，都有賴于具體電路設計之前對系統(tǒng)的行為建模和計算，即所謂的行為仿真。這也是自頂向下設計模式的關鍵一步。Cadence內(nèi)置的Verilog-A和VHDL仿真器，以及混合輸入模式的仿真方法提供了這種可能性。而且，Cadence軟件免費提供了大量的行為模型供選擇使用，對于射頻系統(tǒng)設計，所要做的就是調(diào)用并設定各個模塊預期的指標要求，通過仿真很快就能得到系統(tǒng)的行為特征。根據(jù)要求可以方便地修改各個模塊的指標重新仿真，直到系統(tǒng)的行為滿足要求為止。以接收機為例，接收系統(tǒng)。每個模塊的指標設定非常具體，如輸入輸出阻抗、增益、隔離度、噪聲系數(shù)NF、線性度IP3、直流偏移IP2等。仿真完成后，每個模塊的指標分配任務也同時完成。

每個模塊用具體電路實現(xiàn)后可以逐一取代相應的設計模塊，進行系統(tǒng)仿真，可以看出每個模塊是否滿足系統(tǒng)的需要，進而評估每個實際模塊對系統(tǒng)性能的影響。

基于Virtuoso Spectre/SpectreRF的電路模塊仿真設計

基于上述的行為仿真結(jié)果和指標分配結(jié)果，可以劃分系統(tǒng)模塊設計任務，對每個單元塊分別進行設計仿真。

LNA

LNA是射頻接收機最前端的一個有源部件，它決定了系統(tǒng)的噪聲性能。對它的要求主要是具有盡量低的NF和足夠的功率增益、好的輸入匹配，其次是高線性度和隔離度。其電路如圖3所示。利用Spectre的SP分析或SpectreRF的PSS+Pnoise分析都可以進行NF分析。還可以利用NFmin的結(jié)果來挑選晶體管的尺寸，以使最優(yōu)源阻抗?jié)M足最小的噪聲要求。

Mixer

混頻器是收發(fā)機的核心，由于完成的是變頻工作，其主要仿真方法需采用SpectreRF仿真器?；祛l器的益、NF等與輸入輸出有關，但輸入和輸出工作在不同的頻段上，往往要在PSS分析的基礎上進行其它分析才能得到正確結(jié)果，如PSP、Pnoise、PAC等?；祛l器的結(jié)構是典型雙平衡吉爾伯特。

VGA

基帶VGA由于頻率低、增益大，因此對噪聲要求不高，主要是對線性度、增益等指標有較高的要求，SpectreRF的PSS掃描可以方便地對模塊的輸入進行掃描并自動對掃描曲線作延長，直接標示出線性度PldB和IIP3的交點位置及數(shù)值大小，非常方便直觀。這種方法與傳統(tǒng)的two tone測試相比更加靈活高效。VGA在不同增益狀態(tài)下的IIP3指標的仿真只需把控制寫成變量，在ADE環(huán)境中進行掃描變量的值即可完成。所得的結(jié)果可以方便地進行比較分析。通過調(diào)整可以獲得理想的VGA電路。甚至可以把ADE下的各種設置保存成ocean的腳本文件，利用腳本的自動運行，只要事先安排好各種仿真任務，Cadence就能自動完成各項仿真并保存數(shù)據(jù)結(jié)果。對數(shù)據(jù)進行比較分析后能獲悉電路的性能，以此為指導逐步改進，便可獲得一個滿足系統(tǒng)需要的電路模塊。

PLL模塊

PLL各模塊的仿真是一個比較有挑戰(zhàn)性的任務，PLL本身是一個數(shù)字／模擬混合的模塊，但是一般都用模擬的方式設計各個模塊。PLL的仿真包含了上百項指標的測試工作，這些仿真要用到幾乎所有Spectre和SpectreRF的仿真工具。以其中VCO和CP的仿真為例，VCO非線性的工作特點決定了它的噪聲計算不能以小信號的方式進行，采用PSS+Pnoise的方式則可以準確地仿真VCO的相位噪聲性能。通過掃描可以得到VCO的頻率調(diào)諧增益Kvcvcd。

電荷泵輸出電流特性是衡量CP性能的常用曲線，CP決定了PLL環(huán)路的增益和帶內(nèi)噪聲性能。通過掃描也可以容易地得到CP在不同狀態(tài)下電流源的恒流和匹配特性。

以上所述是射頻接收機幾個典型單元模塊的電路設計仿真過程。系統(tǒng)各個單元塊的仿真是可以同時展開的，完成的模塊可以隨時代人行為系統(tǒng)來驗證設計結(jié)果。經(jīng)過若干次反復修改與驗證，最終可以得到符合要求的接收系統(tǒng)。

溫度分析

要保證最終系統(tǒng)設計的可靠性和成品率，很關鍵的一步是在各個單元塊的設計中進行溫度、極端情況等分析。這些功能可以在CadenceVirtuoso中通過設置不同的仿真溫度、通過仿真模型的Corner設置，以及直接使用其提供的MonteCarlo仿真工具來進行。

射頻收發(fā)系統(tǒng)的整體電路仿真

各個模塊電路分別設計驗證完成以后，就可以把所有模塊連成系統(tǒng)，并加上PAD、ESD等構成一個完整的芯片系統(tǒng)，對這個系統(tǒng)加上激勵進行仿真測試，可以對整個系統(tǒng)電路進行仿真。如果仿真計算所用的硬件資 源足夠大，可以直接對系統(tǒng)進行tran、SP、PSS，以及PSP、Pnoise、PAC等分析，獲得整個芯片的性能。如果資源不足，則可以考慮對系統(tǒng)按功能進行分組、分塊仿真。由于分出的塊之間相對獨立，因此整體系統(tǒng)的特性與分塊仿真差別不大。

版圖設計與后仿真

在各模塊的設計指標滿足自身及系統(tǒng)要求的基礎上可以開始各個模塊的版圖設計，首先利用Layout-XL的元件調(diào)入功能可以直接由原理圖調(diào)入版圖元件，進行各個模塊的粗略布局，主要是安排與其它模塊的連接端口以及一些重要元件的預布局。然后從系統(tǒng)上將所有模塊的預布局調(diào)入進行整體布局考慮。利用Virtuoso Layout工具所具有的層次化管理和操作的特性，可以對每個模塊的安放及其與其它模塊的銜接進行系統(tǒng)考慮。

系統(tǒng)布局以后，將邊界條件分配給每個模塊。在模塊單獨的布局過程中要遵守其邊界約定。版圖進行到一定階段后，即可以調(diào)入到系統(tǒng)版圖中來檢查，隨時作必要的調(diào)整以滿足每個模塊的具體情況。

具體版圖繪制過程中可以充分利用Virtuoso版圖工具的強大功能，比如充分發(fā)揮快捷鍵功能可以使版圖設計流暢高效；利用Layout-XL的交叉參考可以隨時發(fā)現(xiàn)錯誤的連線或因疏忽造成的短路；利用DRD的實時規(guī)則檢查可以避免絕大多數(shù)違反設計規(guī)則的布圖。

版圖的規(guī)則檢查可以采用Virtuoso的Diva工具，DRC、LVS、Exlract等工作都可以在其友好的界面下完成。對于射頻電路版圖元件數(shù)規(guī)模不大的特點，利用Diva完成絕大部分工作是很合適的。如果想進一步提高版圖提取和后仿真的精確度，可以考慮采用Assure工具來進行。

結(jié)語

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【關鍵詞】AT89S52;紅外解碼;LCD12864;Proteus

本設計將制作一款基于AT89S52的簡易風扇的控制系統(tǒng)，其電路設計簡單、性能穩(wěn)定、節(jié)能。采用單片機AT89S52作為主控制器，實現(xiàn)實時溫度顯示，并能夠根據(jù)環(huán)境溫度調(diào)節(jié)風扇的轉(zhuǎn)速，可以設定調(diào)節(jié)范圍。系統(tǒng)能夠進行遙控和手動控制。

1.系統(tǒng)總體構成及工作原理

本設計從硬軟件兩個方面說明風扇控制系統(tǒng)的設計，主要是硬件部分。系統(tǒng)硬件由主控制電路、溫度采集電路、LCD顯示電路、直流電機及驅(qū)動電路、按鍵控制以及紅外遙控電路、電源及報警電路等組成。

本設計中采用Atmel公司的單片機AT89S52作為主控制器，溫度采集電路中采用Dallas半導體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20，選用帶中文顯示的12864液晶模塊進行LCD顯示電路設計，使其能夠顯示最高溫度、最低溫度、實時溫度、電風扇的工作模式（睡眠風、圖1所示系統(tǒng)總體框圖自然風和強風3個檔位）以及電機實時的轉(zhuǎn)速等參數(shù)。本設計中傳感器部分采用霍爾傳感器，負責將電機的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為脈沖信號，用SS443A霍爾傳感器作為測量直流電機轉(zhuǎn)速的敏感元件，經(jīng)過單片機數(shù)據(jù)處理，能夠?qū)崟r顯示電機的轉(zhuǎn)速。通過按鍵手動設定或紅外遙控設定電風扇的檔位?；竟δ茉O為3個檔位，包括睡眠風、自然風和強風，檔位隨時可以通過LED燈指示出來。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

圖2 單片機主控電路

2.系統(tǒng)硬件電路設計

2.1 主控制器電路設計

目前市場上單片機種類繁多，性能價格各異;根據(jù)設計需要，我們選擇Atmel公司的AT89S52單片機，AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器。AT89S52具有以下標準功能：8K字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。本設計晶振采用12MHz，硬件電路原理圖如圖2所示。

系統(tǒng)共有4個按鍵，采用軟件進行控制。判斷鍵是否按下，可采用中斷的方法，當某個鍵按下時，低電平有效。4個按鍵的功能在具體程序中進行定義。單片機的P14：設置最高、最低溫度;P15：睡眠檔/加;P16：自然檔/減;P17：強風檔。單片機的P10、P11、P12、P13分別通過限流電阻接LED燈，檔位隨時可以通過LED燈指示出來。

2.2 溫度采集電路設計

本設計采用數(shù)字化溫度傳感器DS18B20，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。溫度測量范圍從-55℃到+125℃，可在ls（典型值）內(nèi)把溫度變換成數(shù)字。DS18B20用9位存貯溫度值，最高位為符號位。用戶設定的報警溫度存儲在E2PROM中，掉電后依然保存。本設計中DS18B20的1腳接地，3腳接電源，2腳接單片機的P1.0管腳，作為數(shù)據(jù)輸入輸出，將采集到的溫度數(shù)據(jù)以數(shù)字的形式傳送給單片機，單片機根據(jù)收到的數(shù)字控制電機的轉(zhuǎn)速，在LCD12864上顯示內(nèi)容。圖3所示為溫度采集電路。

圖3 溫度采集電路圖

圖4 電機驅(qū)動硬件電路圖

2.3 直流電機和紅外遙控設計

SS443A霍爾傳感器作為測量直流電機轉(zhuǎn)速的敏感元件，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，能夠?qū)崟r顯示電機的轉(zhuǎn)速。最終采用的直流電機連接方式如圖4所示，通過三極管Q2（S8550）放大電流，二極管起保護作用。根據(jù)本系統(tǒng)的控制要求，控制輸入部分主要設置了轉(zhuǎn)速控制，即通過按鍵S3、S4、S5對電機的轉(zhuǎn)速進行控制，按鍵S3、S4、S5對應睡眠風、自然風、強風。

本設計中采用的1838紅外接收頭，具有：（1）工作電壓2.5V-5.5V，工作電流0.25mA;（2）靈敏度高;（3）一致性好;（4）抗干擾性強，超低功耗。紅外接收電路通常被廠家集成在一個元件中，成為一體化紅外接收頭。內(nèi)部電路包括紅外監(jiān)測二極管、放大器、限幅器、帶通濾波器、積分電路和比較器等。紅外監(jiān)測二極管監(jiān)測到紅外信號，然后把信號送到放大器和限幅器，交流信號進入帶通濾波器，帶通濾波器通過30kHz到60kHz的負載波，通過解調(diào)電路和積分電路進入比較器，比較器輸出高低電平，還原出發(fā)射端的信號波形。

圖5 1838紅外接收頭和紅外接收電路設計

2.4 LCD顯示電路設計

本設計最終采用LCD12864液晶顯示，在設計初期，先采用LCD1602進行相關軟件仿真操作，成功后采用帶中文顯示的12864液晶模塊進行硬件電路設計。設計中采用單片機對12864液晶模塊進行控制，使其能夠顯示最高溫度、最低溫度、實時溫度、電風扇的工作模式（睡眠風、自然風和強風3個檔位）以及電機實時的轉(zhuǎn)速等參數(shù)。圖6所示是本設計中12864液晶模塊的硬件電路連接圖。

圖6 12864硬件連接電路圖

圖7 主流程圖

3.系統(tǒng)軟件設計

在軟件設計方面，使用了集成開發(fā)環(huán)境Keil ?Vision2和模擬軟件Proteus。?Vision2是Keil公司提供的用于開發(fā)MCS-51系列芯片的匯編語言與C程序的集成開發(fā)環(huán)境。?Vision2 IDE環(huán)境包括菜單、工具條、編輯及顯示多種窗口，支持C編譯器、宏匯編器、連接定位器、目標代碼到hex的轉(zhuǎn)換器。Proteus軟件能模擬51單片機、AVR單片機、PIC單片機以及部分ARM芯片。支持的器件也很多包括A/D、LCD、LED、溫度、時鐘等芯片。在設計初期，此工具能夠進行硬件電路原理圖和程序的驗證，避免直接焊板子出現(xiàn)的種種問題。Proteus里加載可執(zhí)行文件，左鍵雙擊AT89S52原理圖，點擊加載“*.hex”可執(zhí)行文件。

本設計的軟件由主程序、溫度采集模塊、12864液晶模塊、電機驅(qū)動模塊、紅外解碼模塊五個主要部分組成。采用了自頂向下的模塊化結(jié)構方式，將各個功能分成獨立模塊，由系統(tǒng)的程序統(tǒng)一管理執(zhí)行。主程序主要完成初始化功能，包括LCD顯示的初始化，顯示緩存的初始化，定時器的初始化，外部中斷的初始化，寄存器、標志位的初始化等。

圖8 系統(tǒng)顯示圖

4.結(jié)語

本設計通過LCD12864、DS18B20、直流電機、紅外遙控等模塊軟硬件的設計，遵循實用、簡單、可靠和低成本的原則，設計了一種實現(xiàn)溫度顯示、控制直流電機轉(zhuǎn)速并有報警功能的電風扇控制系統(tǒng)。通過硬件電路和軟件程序設計，最終實現(xiàn)滿足需求的控制系統(tǒng)。測試表明本系統(tǒng)達到了設計要求的各項功能，各部分工作正常。性能穩(wěn)定，控制準確。在系統(tǒng)的設計中，硬件和軟件的設計均采用模塊化的思想，合理運用開發(fā)和仿真軟件。實物調(diào)試，每個子模塊都調(diào)試成功后，再利用主程序?qū)崿F(xiàn)其綜合功能。經(jīng)過軟硬件綜合調(diào)試后，打開電源開關，風扇開始運轉(zhuǎn)，可以進行紅外遙控和手動方式設置。

參考文獻

[1]王冬星.風扇智能控制系統(tǒng)設計[J].電腦學習，2008（6）： 12-13.

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【關鍵詞】gsm遠程控制；單片機；gps定位；跟蹤儀；車輛防盜

1.引言

gsm網(wǎng)絡的不斷發(fā)展使我們生活交往拉近了距離。gps定位系統(tǒng)使我們知道了我們的精確地立足點。于是兩者的結(jié)合形成了一套系統(tǒng)讓我們實現(xiàn)了傳說中的“千里眼、順風耳”概念。為了進一步了解該系統(tǒng)，本課題基于gsm、gps技術結(jié)合單片機總控管理來實現(xiàn)遠程跟蹤的目的。

2.系統(tǒng)總體結(jié)構設計

該系統(tǒng)主要有電源部分、mcu單片機控制部分、gps定位數(shù)據(jù)實時采集部分、gsm數(shù)據(jù)傳輸部分、外部信號檢測部分、振鈴提示以及對外控制部分組成。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構

3.電路模塊設計

3.1 系統(tǒng)電源電路設計

該設備采用12v供電，經(jīng)lm7805降壓，將電壓穩(wěn)到5v從而供單片機、定位模塊的部分供電；5v電壓再經(jīng)過二極管1n4007，由于二極管導通會有0.7v的壓降，于是可以得到4.3v的電壓，由于gsm模塊的電壓使用范圍是3.4-4.5v，所以4.3v可以是gsm模塊穩(wěn)定工作。

3.2 mcu單片機總控電路設計

該設備需要實時采集gps信號、gsm短信指令，需要處理的數(shù)據(jù)比較多，一般51單片機很難處理。再者單片機與各模塊靠串口連接而普通單片機只有一個串口。所以控制起來更是不易。于是綜合考慮選擇ram比較大的并且有兩個以上串口的單片機stc11f32xe。

3.3 gsm模塊電路設計

sim300d是小體積即插即用模組中完善的三頻/四頻，gsm/gprs解決方案。使用工業(yè)標準界面，使得具備gsm/gprs 900/1800/1900mhz功能的sim300c以小尺寸和低功耗實現(xiàn)語音、sms、數(shù)據(jù)和傳真信息的高速傳輸。三頻/四頻gsm/gprs模塊，外形尺寸40x33x2.85mm支持用戶定制的mmi和鍵盤/lcd內(nèi)嵌強大的tcp/ip協(xié)議棧。

3.4 gps模塊電路設計

該系統(tǒng)采用臺灣產(chǎn)royaltek鼎天rgm-3600高性能srif 3 gps模塊。該模塊采用當今最新的srif3技術具有20通道可以同時追蹤20顆衛(wèi)星，定位速度快、精度高、功耗小等優(yōu)點。該模塊的rx、tx分別與單片機的tx2、rx2相連單片機通過串口來向模塊傳送指令。該模塊通信協(xié)議為nmea-0183標準格式協(xié)議。

3.5 外部輸入輸出電路設計

該部分主要包括振鈴提示電路，繼電器控制電路，以及一路模擬傳感器的按鍵電路組成。振鈴電路和繼電器控制電路都是利用單片機io口來控制三極管導通截止來實現(xiàn)蜂鳴器和繼電器動作。該電路中按鍵只是模擬傳感器信號，用來表示機動車緊急情況時相應傳感器采集到信息傳給該設備，經(jīng)過處理將信息發(fā)送給遠程終端。

4.軟件設計

該系統(tǒng)主要程序包括：gsm驅(qū)動、gsm數(shù)據(jù)處理、gps數(shù)據(jù)接收處理、外部按鍵檢測、數(shù)據(jù)儲存以及振鈴和繼電器驅(qū)動程序等。

gsm驅(qū)動主要是通過單片機串口1向gsm模塊發(fā)送at指令來控制該模塊以及查詢短信情況。同時stc11f32xe具有雙串口，串口2可以很好的與gps模塊連接實時檢測定位信息。這給程序編寫以及硬件設計帶來了很大方便。

該設備是一遠程監(jiān)控設備所以有許多數(shù)據(jù)例如，密碼、手機號碼等需要永久儲存（掉電不丟失）并且需要方便修改，由于本設備采用的單片機內(nèi)置epprom所以該部分程序與外部硬件無關。程序編寫比以往外置儲存器方便。

5.結(jié)語

經(jīng)過一段時間的研究學習本設計已經(jīng)可以實現(xiàn)實時檢測設備的定位信息，并且可以利用遠程手機控制該設備查詢當前的定位信息。該系統(tǒng)可以將此信息以短信的方式返到遠程控制手機上。并且該系統(tǒng)設有遠程監(jiān)聽功能，用戶可以隨時通過手機向系統(tǒng)發(fā)送相應指令進行監(jiān)聽。

參考文獻

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關鍵詞：直流電動機；調(diào)速系統(tǒng)；單片機控制；硬件設計

1 直流電動機調(diào)速系統(tǒng)的單片機控制系統(tǒng)設計

1.1硬件設計

采用89C51單片機輸出數(shù)據(jù)，由PWM信號發(fā)生電路發(fā)送PWM信號到直流電機，然后通過測速電路、濾波電路和A/D轉(zhuǎn)換電路將數(shù)據(jù)重新發(fā)回89C51單片機，從而進行PI運算以實現(xiàn)對電動機速度和轉(zhuǎn)向的調(diào)控。該89C51單片機由CPU和8個元件構成，它們都以片內(nèi)的單一總線進行連接，構成的基本結(jié)構仍然是通用CPU配置芯片的構成模式，在功能單元控制方面則采用特殊功能寄存器集中控制方法。

（1）PWM信號發(fā)生電路設計

（2）PWM信號發(fā)生電路設計

PWM信號波可以用單片機的PWM端口輸出，通過編程來產(chǎn)生，也可以通過使用PWM芯片實現(xiàn)。如果PWM波的頻率太高，驅(qū)動直流電機控制要求的功率太高，而PWM波的頻率太低，電磁噪聲的產(chǎn)生是比較大的。在實踐應用中，如果頻率在18KHz的PWM波，應用效果是最好的。在該系統(tǒng)中，應用兩片4位數(shù)值比較器4585和一片12位的串行計數(shù)器4040構成的PWM信號發(fā)生電路。PWM信號發(fā)生電路由三片通用數(shù)字電路構成，它可以使軟件設計構成大大簡化，但同樣也適用于單片機系統(tǒng)。

（3）功率放大驅(qū)動電路設計

功率放大驅(qū)動采用美國IR公司生產(chǎn)的IR2110驅(qū)動器。該芯片采用CMOS工藝制作，邏輯電源電壓范圍為5 V～20 V ，適應TTL 或CMOS 邏輯信號輸入，具有獨立的高端和低端2 個輸出通道，具有較理想的抗噪效果和快速和完整的保護功能，可大大提高控制系統(tǒng)的可靠性。

（4）保護電路設計

在該電路中，為了防止功率管和負載因過電流損壞，需對電流值進行嚴格控制。利用IR2110 的SD 端可實現(xiàn)過電流保護控制功能，其過電流保護的工作原理如圖 3 所示。穩(wěn)壓二極管D1 提供一標準電壓，電阻R2 對電流進行采集，將其轉(zhuǎn)換成電壓信號，再與標準電壓相比較，當電流達到規(guī)定值時，比較器輸出高電平，提供給IR2110 SD 端，IR2110 控制切斷功率管，從而防止過電流的產(chǎn)生。電流值的大小可以根據(jù)穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓值及電流檢測電阻計算出來。當IR2110 用于驅(qū)動大功率IGBT 管時，SD 端的過電流保護功能應慎重使用，因為大電流關斷下d i/ d t 很大，控制及驅(qū)動電路屏蔽不好情況下會串入很大的干擾信號，很容易引起SD 端保護誤動作。

圖3 過電流保護原理

1.2軟件設計

1）主程序設計

主程序是一個循環(huán)程序，其主要思路是，先設定好速度初始值，這個初始值與測速電路送來的值相比較得到一個誤差值，然后用PI算法輸出控制系數(shù)給PWM發(fā)生電路改變波形的占空比，進而控制電機的轉(zhuǎn)速。主程序軟件由1個主程序、1個中斷子程序和1個PI控制算法子程序組成。主程序主程序是一個循環(huán)程序，其主要思路是由單片機P1口生數(shù)據(jù)送到PWM信號發(fā)生電路，然后用PI算法輸出控制系數(shù)給PWM發(fā)生電路改變波形的占空比進而控制電機的轉(zhuǎn)速。

2）軟件調(diào)試

在軟件設計編程中，經(jīng)常會出現(xiàn)問題，包括鍵盤掃描、PWM信號產(chǎn)生電路的控制和單片機控制直流電機轉(zhuǎn)動方向等問題?？偨Y(jié)軟件調(diào)試過程，可以認識到軟件調(diào)試過程需注意的幾個關鍵點：

（1）仔細檢查源代碼，看看是否有編程語言語法的錯誤；

（2）子程序設計找出錯誤和重點調(diào)查；

（3）使用各種方法來仔細檢查程序，一步步操作，直到系統(tǒng)調(diào)試成功為止。

3）系統(tǒng)仿真

選擇proteus仿真軟件，利用proteus繪制系統(tǒng)電路圖。如果程序在keil C調(diào)試通過，將生成以HEX為擴展名的文件，這是為了使系統(tǒng)能在Proteus文件成功模擬的重要文件。一些文件被加載到單片機系統(tǒng)的仿真，驗證是否能完成直流電機調(diào)速。如果不成功，回到軟件調(diào)試步驟繼續(xù)進行調(diào)試，識別和修正錯誤并重新運行系統(tǒng)。硬件電路仿真設計是根據(jù)設計方案完成的，在模擬過程中也遇到了許多問題，如元件選擇、電路設計和選擇元素等。因此，要熟悉和掌握系統(tǒng)組件的使用方法和原則。

2 結(jié)束語

綜上所述，本文論述直流電動機調(diào)速系統(tǒng)的單片機控制是以以89C51單片機作為設計核心，以C語言編制程序?qū)崿F(xiàn)對直流電動機的平滑調(diào)速。實際上，通過單片機實現(xiàn)直流電動機調(diào)速還有很多種途徑，相較于其他硬件設計或者是軟硬件結(jié)合設計而言，采用PWM軟件設計方法在實現(xiàn)調(diào)動及調(diào)速控制則具有更為明顯的靈活性和成本優(yōu)勢，同時也能夠充分發(fā)揮單片機的調(diào)控作用。因此，本文論述的用意既是為加深直流電動機調(diào)速系統(tǒng)的單片機控制理論探究，也為廣大業(yè)務人員提供交流溝通的平臺，共同進學習。

參考文獻

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【論文關鍵詞】船載載物臺；實時自動調(diào)平；單片機

0 引言

自動調(diào)平系統(tǒng)作為一種安放在運動物體上的設備，具有將其上的設備與運動物體擾動隔離的功能。自動調(diào)平系統(tǒng)無論在軍用還是在民用方面都有比較廣泛的用途，例如航拍、艦載導彈發(fā)射臺、船舶制造、船載衛(wèi)星接收天線等。為此，本文介紹了一種船載實時自動調(diào)平載物臺控制系統(tǒng)，此載物臺將其上的設備與船舶的搖擺運動隔離，使固定于該載物臺上的設備始終處于水平狀態(tài)平臺。

自動調(diào)平載物臺整個系統(tǒng)主要由機械設計、硬件電路設計和軟件設計三個部分組成。

1 機械設計

機械部分是承載物品使之穩(wěn)定的載體，由底座、萬向軸、舵機、連桿、臺面、支柱等組成。示意圖如圖1所示。

2 控制系統(tǒng)硬件電路設計

控制系統(tǒng)硬件電路設計部分主要由陀螺儀、電源、單片機最小系統(tǒng)組成。

2.1 陀螺儀

陀螺儀可以測量震動或運動的三軸全方向的加速度值和角速度值。本系統(tǒng)中采用MPU6050模塊（三軸陀螺儀+三軸加速度）。此款芯片內(nèi)置16bit AD轉(zhuǎn)換器，16位數(shù)據(jù)輸出，角速度的范圍小于等于±2000°/sec，加速度范圍為±2±4±8±16g，供電電壓為單電壓 3.3 V供電。另外，其低廉的價格可大大降低開發(fā)成本。

2.2 電源部分

電源部分選用了常用的7805穩(wěn)壓芯片，可輸出穩(wěn)定的+5V電壓，畢業(yè)論文電路原理圖如圖3所示。

2.3 單片機最小系統(tǒng)

單片機最小系統(tǒng)作為自動調(diào)平載物臺的大腦，是整個系統(tǒng)的核心部分。本系統(tǒng)中單片機采用了STC15系列增強型8051單片機STC15F2K60S2，內(nèi)部集成MAX810專用復位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換（25萬次/秒），非常適合電機控制，強干擾場合。陀螺儀和舵機與單片機的接口電路如圖4所示。

3 軟件設計

載物臺穩(wěn)定是通過陀螺儀測量載物臺臺面傾斜角度，經(jīng)過 A/ D 轉(zhuǎn)換后將數(shù)據(jù)送到單片機，再通過單片機來控制舵機來實現(xiàn)實時控制的，以控制載物臺保持水平，程序流程圖如圖5所示。

主程序主要包括初始化和主循環(huán)。主循環(huán)部分主要負責接收中斷傳過來的陀螺儀檢測的數(shù)據(jù)，并用1602字符型液晶顯示角度，然后完成對舵機的驅(qū)動，實現(xiàn)載物臺的自動調(diào)平。對陀螺儀數(shù)據(jù)的處理是軟件設計中的一個重要部分，單片片首先對傳過來的三軸加速度和角速度進行處理，主要計算函數(shù)程序如下：

Display10BitData（GetData（ACCEL_XOUT_H），2，0）； //顯示X軸加速度

4 結(jié)語

本文設計了一種能夠自動調(diào)平的船載載物臺，可以對載物臺臺面角度的改變隨時跟蹤，并進行修正。該載物臺控制精度高，反應速度快，誤差小，能夠為普通用戶服務。

【參考文獻】

[1]張毅剛.單片機原理及接口技術（C51編程）[M].北京：人民郵電出版社，2011：168-172.

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[3]彭軍.傳感器與檢測技術[M].西安：西安電子科技大學出版社，2013：10-15.

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關鍵字： MC34063穩(wěn)壓電路； 89C51單片機； HT7750； 單片機休眠模式

中圖分類號： TN710?34； TM92 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）07?0160?03

Design and implementation of direct current charger based on single chip

XIA Shu?li

（Xuzhou College of Industrial Technology， Xuzhou 221140， China）

Abstract： A direct current charger is designed， which can transfer the energy of direct current power source to rechargeable battery above 3.6V. According to entering voltage， the system adopts MC34063 and HT7750 to structure the electricity supplying circuit to charge battery. The AD0832 controlled by 89C51 single chip is used to check the output voltage of power source， so as to judge whether to charge up the battery or not. The detecting time can be set according to demands of users， and displayed by the nixie tube. To improve the work efficiency of the single chip， its two modes of work and sleep are detected spasmodically.

Keywords： MC34063 voltage regulator circuit； 89C51 single chip； HT7750； single chip sleep mode

0 引 言

近年來，能源短缺問題日益突出，人們在擔憂能源枯竭的同時，對能源的浪費卻大得驚人。例如各種廢棄的電池，尤其是遙控玩具車使用的電池，甚至沒用到其能量的一半就被廢棄掉了，這不僅造成能源的浪費，更造成了環(huán)境的污染。因而研制一種收集各種廢舊電池能量的裝置已迫在眉睫。

本文設計一種以直流電源變換器為核心的電能收集裝置，該裝置可用于人們在旅途為手機隨時充電，也可用于礦工照明等。

1 系統(tǒng)設計框圖

電能收集充電器的核心為直流電源變換器，從直流電源中吸收的電能轉(zhuǎn)移到可充電電池中。電能收集充電器是將輸入的功率盡可能大的輸送到所需充電的設備中，使得充電器的充電效率盡可能提高。該充電器對輸入電壓要求低，并且可以最大可能的吸收直流電源中的能量，比一般的充電器節(jié)能。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

根據(jù)電壓[Ui]取值的大小采用兩種直流電源變換器，當電壓為1.1 V

2 硬件電路設計

2.1 升壓電路設計

升壓電路主要由HT7750組成，HT7750轉(zhuǎn)換器具有高效率和低紋波。該系列具有超低啟動電壓、高輸出電壓精度[1]。只需要3個外部元件即電感、穩(wěn)壓管、電解電容，以提供固定輸出5 V電壓。電路如圖2所示。

圖2 升壓電路

2.2 供電電路設計

供電電路是由MC34063芯片構成的穩(wěn)壓電路，此芯片是一款可降壓也可升壓型的采用PWM 調(diào)節(jié)方式的開關穩(wěn)壓電源芯片，MC34063的工作電壓范圍[2]為3～40 V。此電路是把輸入進來的電壓進行穩(wěn)壓處理達到所需電壓值，同時此電壓還可以作為單片機和ADC0832的工作電壓。電路構成如圖3所示。

2.3 控制電路設計

采用8051單片機，它擁有編程靈活、功能強大、而且廉價的好處，與INTEL公司的8096系列16位單片機相比，8051更具有明顯的價格優(yōu)勢[3]。同時能夠滿足需要，成為首選。它可以自身休眠來減小功耗，提高效率，它由基準電源電路輸出穩(wěn)定的5 V電壓供電，主要起到檢控電壓的作用。89C51單片機控制AD0832來檢測電源輸出電壓的大小，從而判斷是否對電池進行充電，并且檢測時間的長短可以根據(jù)用戶的需要進行設定，通過數(shù)碼管顯示出來。這里用的ADC是ADC0832芯片，它是一個串行的ADC，它具有速度和精度都足以滿足此電路，在ADC0832的VCC腳與基準電路供電的輸出腳間接一個大電容從而使輸入給ADC0832的電壓更穩(wěn)定。電路構成如圖4所示。

圖3 供電電路

2.4 充電電路設計

該電路是通過單片機對充電電路的控制從而實現(xiàn)對電池的充電，起到開關作用。并且電路中加入了LED燈，從而顯示充電器是否工作。電路如圖5所示。

3 軟件部分的設計

本系統(tǒng)的軟件采用C 語言來編寫，所有代碼在UV2下編譯調(diào)試。軟件程序設計主要檢測電源輸出電壓的大小，從而對判斷是否對電池進行充電，同時單片機通過自身休眠來減小功耗，提高效率。程序主流程圖如圖6所示，休眠時間控制流程圖如圖7所示。

4 測試方法與結(jié)果

（1） 當輸入電壓[Ui]為10～20 V時，取電源內(nèi)阻[Rs]為100 Ω，可充電池的內(nèi)阻[Rc]為0.1 Ω，由理論計算得：

[Ic>（Es-Ec）（Rs+Rc）]

即：

[Ic>（20-3.6）（100+0.1）=163.8 mA]

圖5 充電電路

圖6 主流程圖

圖7 休眠時間控制流程圖

實際測量時[Ic=]164.6 mA>163.8 mA，滿足了設計的要求。測試數(shù)據(jù)見表1。

本設計的工作效率由輸出電壓[U*out]與輸出電流[Iout]的乘積比上輸入的電壓[Uin]與電流[Iin]的乘積。即：

[η=（Uout*Iout）（Uin*Iin）]

（2） 當[Ui]從0逐漸升高時，能啟動充電功能的[Ui]為0.28 V；當[Ui]為0時，系統(tǒng)最大反向充電電流僅為0.09 mA。

表1 高壓參數(shù)表

[[Es] /V＼&[Uin] /V＼&[Iin] /mA＼&[Uout] /V＼&[Iout] /mA＼&[η]/%＼&5.8＼&5.07＼&7.89＼&3.54＼&0.203＼&1.80＼&6＼&5.13＼&8.85＼&3.55＼&1.545＼&12.08＼&7＼&5.51＼&15.39＼&3.64＼&9.01＼&38.68＼&8＼&5.71＼&23.6＼&3.75＼&19＼&52.87＼&9＼&5.49＼&46.2＼&3.57＼&34＼&47.86＼&10＼&5.49＼&46.2＼&3.57＼&46.21＼&65.04＼&11＼&5.55＼&55.9＼&3.57＼&57.3＼&65.94＼&12＼&5.54＼&65.6＼&3.58＼&68.5＼&67.48＼&13＼&5.56＼&75.5＼&3.56＼&80.1＼&67.93＼&14＼&5.59＼&85.8＼&3.6＼&92.1＼&69.13＼&15＼&5.61＼&96.6＼&3.6＼&104.6＼&69.49＼&16＼&5.64＼&106.2＼&3.61＼&115.8＼&69.79＼&17＼&5.66＼&116.5＼&3.62＼&127.8＼&70.16＼&18＼&5.69＼&127.7＼&3.63＼&140.8＼&70.34＼&19＼&5.71＼&137.2＼&3.64＼&151.9＼&70.58＼&20＼&5.74＼&147.3＼&3.64＼&164.6＼&70.43＼&]

5 結(jié) 語

本文設計并實現(xiàn)了一種基于單片機的直流電能收集充電器，該充電器在輸入電壓低至1 V的情況下仍能將能量傳遞至3.6 V以上的可充電池中。同時制作了實驗樣機并對實驗樣機進行了測試。實驗結(jié)果表明該充電器具有工作電壓范圍寬，效率高，適應性強、可靠性好等優(yōu)點。從一定程度上解決了廢棄電池能源的浪費及對環(huán)境的污染。

參考文獻

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