導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫好一篇單片機(jī)的電路設(shè)計(jì)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，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(jī)控制的電動(dòng)機(jī)Y-啟動(dòng)電路設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)是一個(gè)以弱電控制強(qiáng)電的設(shè)計(jì)，有多方面的功能，為智能控制和精確控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)提供了合理有效的解決方案。本文對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，并論述了各環(huán)節(jié)中的硬件電路設(shè)計(jì)，針對(duì)軟件設(shè)計(jì)與硬件的綜合調(diào)試進(jìn)行了全面的分析，以實(shí)現(xiàn)弱點(diǎn)控制強(qiáng)電為目的，并通過(guò)獨(dú)立式鍵盤對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)進(jìn)行調(diào)控，該設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)調(diào)試和檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)任務(wù)的各種指標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī) 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng) 電路設(shè)計(jì)

在我們生活中的各個(gè)領(lǐng)域隨處可見單機(jī)片的蹤跡：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)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(jī)、飛機(jī)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(jī)的應(yīng)用。在工業(yè)中，電動(dòng)機(jī)的星三角啟動(dòng)的應(yīng)用十分廣泛，隨著技術(shù)自動(dòng)化的普及，工業(yè)中也出現(xiàn)了很多自動(dòng)機(jī)器，人們將原本需要人來(lái)控制的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的工作交給了單片機(jī)，不僅防止了很多意外的發(fā)生，同時(shí)也提高了電動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)效率。

1 單片機(jī)控制的電動(dòng)機(jī)Y-Δ啟動(dòng)電路的總體設(shè)計(jì)任務(wù)和選擇

首先要設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)控制的電動(dòng)機(jī)Y-Δ啟動(dòng)，設(shè)置3秒鐘的啟動(dòng)時(shí)間，并通過(guò)按鍵設(shè)置電動(dòng)機(jī)Y-Δ進(jìn)行操作運(yùn)行和終止。該設(shè)計(jì)的基本要求和主要內(nèi)容有：控制器要采用STC89C52RC單機(jī)片；電動(dòng)機(jī)的選擇要用三相異步電動(dòng)機(jī)；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(lái)實(shí)現(xiàn)；在弱電控制強(qiáng)電模塊中選用DC5V繼電器；在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行模塊中要采用220V的交流接觸器；顯示模塊要用兩位級(jí)聯(lián)共陰數(shù)碼管；設(shè)置模塊需要通過(guò)獨(dú)立式鍵盤來(lái)進(jìn)行設(shè)置和調(diào)控；指示模塊需選用不同顏色的發(fā)光二極管進(jìn)行指示操控。

根據(jù)上述任務(wù)設(shè)計(jì)的要求，經(jīng)分析探討，基于單片機(jī)定時(shí)器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中包括的內(nèi)容有：電源模塊、定時(shí)模塊、控制器模塊、顯示模塊、設(shè)置模塊以及指示模塊。

2 單片機(jī)控制的電動(dòng)機(jī)Y-Δ啟動(dòng)電路中系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 電源模塊電路

該設(shè)計(jì)通過(guò)+5V直流電壓來(lái)供電，一般來(lái)說(shuō)，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(guò)整流電路變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓，因?yàn)槊}動(dòng)的直流電壓中含有大幅度的紋波，當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)、溫度和負(fù)載發(fā)生變化時(shí)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(huì)將電網(wǎng)220V的電壓轉(zhuǎn)為+9V，通過(guò)發(fā)光二極管橋式整流之后，送入LM7805的輸入端。

2.2 復(fù)位和晶振電路

單片機(jī)在平時(shí)復(fù)位端電平是0，單片機(jī)復(fù)位主要通過(guò)按鍵高電平復(fù)位，該設(shè)計(jì)中的復(fù)位電路既能用于操作復(fù)位，也能實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位。通電時(shí)，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(shí)單片機(jī)開始工作。LED發(fā)光二極管在復(fù)位電路中主要用來(lái)指示電路電源是否安全接通，晶振電路采用的是外部無(wú)源晶振，晶振值選用12MHz，兩個(gè)諧振電容取值為30PF。

2.3 弱電控制強(qiáng)電電路

電氣觸頭可通過(guò)電流，可以把強(qiáng)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(guò)電流，可在其上加一個(gè)中間繼電器以控制強(qiáng)電。

2.4 電動(dòng)機(jī)運(yùn)行模塊電路

電動(dòng)機(jī)的電源通斷可以通過(guò)單片機(jī)控制的接觸器主觸頭加以控制，同時(shí)電機(jī)的星型啟動(dòng)三角運(yùn)行的效果可由單片機(jī)的定時(shí)來(lái)轉(zhuǎn)換。

2.5 電路設(shè)置

設(shè)置電路的過(guò)程中，電路可通過(guò)獨(dú)立式鍵盤的設(shè)置和調(diào)控加以控制，采用P2口作為獨(dú)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(shè)計(jì)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(dāng)兩端的電壓差超出自身導(dǎo)通壓降時(shí)就會(huì)開始工作，此時(shí)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(yīng)，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(gè)電阻，此電阻能夠通過(guò)對(duì)二極管圖電流的限制以減小耗損。該設(shè)計(jì)在+5V的電壓作用下采用510歐對(duì)電阻進(jìn)行限流，二極管會(huì)在不超出單片機(jī)的最大限流的前提下正常工作。

3 單片機(jī)控制的電動(dòng)機(jī)Y-Δ啟動(dòng)電路中的軟件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)主程序流程

系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程在系統(tǒng)主程序流程中的具體表現(xiàn)如下：

首先，可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，包括地址的常量定義、初始化單片機(jī)各端口、資源分配、初始化電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間和定時(shí)器、設(shè)置推棧指針等。其次，能夠調(diào)用啟動(dòng)時(shí)間處理程序，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間為十六進(jìn)制數(shù)，存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中，如果要顯示出數(shù)碼管，就要進(jìn)行十進(jìn)制進(jìn)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(dòng)時(shí)間以顯示程序，在顯示程序當(dāng)中，要對(duì)顯示的數(shù)值進(jìn)行滅0處理，當(dāng)啟動(dòng)的時(shí)間十位是0的話，將不顯示該位，以降低閱讀差錯(cuò)。先控制數(shù)碼管的位碼，選中要點(diǎn)亮的數(shù)碼管，此時(shí)將顯示出段碼。

3.2 程序設(shè)計(jì)和軟件調(diào)試

程序流程圖設(shè)計(jì)好之后就可以根據(jù)流程圖編寫程序了，該設(shè)計(jì)采用匯編語(yǔ)言編寫，經(jīng)調(diào)試，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求。軟件的調(diào)試通過(guò)應(yīng)用KEIL軟件和ISIS軟件仿真電路進(jìn)行操作和控制，應(yīng)用KEIL軟件調(diào)試后會(huì)生成HEX文件，先對(duì)設(shè)計(jì)中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)試，再對(duì)主程序進(jìn)行調(diào)試，最后將各部分程序連接起來(lái)進(jìn)行整體調(diào)試。

4 結(jié)論

綜上所述，本設(shè)計(jì)開發(fā)了一種適用于人們的生產(chǎn)生活的，在單片機(jī)的基礎(chǔ)上控制電動(dòng)機(jī)星三角啟動(dòng)的定時(shí)裝置。同時(shí)，對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述和分析，論述了各環(huán)節(jié)中的硬件電路設(shè)計(jì)，針對(duì)軟件設(shè)計(jì)與硬件的綜合調(diào)試進(jìn)行了全面的分析，以實(shí)現(xiàn)弱點(diǎn)控制強(qiáng)電為目的，并通過(guò)獨(dú)立式鍵盤對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)進(jìn)行調(diào)控，該設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)調(diào)試和檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)任務(wù)的各種指標(biāo)。

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篇2

關(guān)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(hào)：TM461文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：10053824（2013）04006707

0引言

數(shù)控直流穩(wěn)壓電源應(yīng)用非常廣泛，是學(xué)習(xí)電子信息工程、通信工程、機(jī)電一體化、電氣自動(dòng)化等電類專業(yè)學(xué)生必然涉及到的一個(gè)電工電子課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目。全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽曾于第一屆A題、第二屆A題和第七屆F題（電流源），全國(guó)首屆高職院校技能競(jìng)賽樣題以及省級(jí)院校競(jìng)賽都有涉及，用來(lái)檢驗(yàn)學(xué)生的電子設(shè)計(jì)能力，可見其普遍性。

雖然較多論文都涉及，但電路設(shè)計(jì)的多樣性以及制作經(jīng)驗(yàn)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(guān)于數(shù)控直流電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)許多很難讀懂的問(wèn)題。例如，給出參數(shù)設(shè)計(jì)輸出達(dá)20 V電壓，但運(yùn)放直接驅(qū)動(dòng)達(dá)林頓管明顯無(wú)法輸出達(dá)22 V以上。又如，通篇無(wú)關(guān)緊要的內(nèi)容，唯獨(dú)缺少比較放大環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)及關(guān)鍵電路的完整連接，也就是說(shuō)DAC輸出到調(diào)整管之間內(nèi)容匱乏，這也是本文解決問(wèn)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(guān)穩(wěn)壓電源2種。鑒于電類專業(yè)課程設(shè)計(jì)的需要，本文重點(diǎn)解析線性穩(wěn)壓電源之關(guān)鍵設(shè)計(jì)，如與OP放大器設(shè)計(jì)聯(lián)系密切的部分，希望對(duì)讀者制作該項(xiàng)目或?qū)懻撐挠兴鶐椭?/p>

1設(shè)計(jì)要求的性能指標(biāo)與測(cè)試方法

1）輸出電流IL（即額定負(fù)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(biāo)，U/I可計(jì)算出等效負(fù)載阻值。例如，輸出電壓要求達(dá)30 V，最大輸出電流1 A，因此模擬負(fù)載應(yīng)滿足從幾Ω到30 Ω之間，調(diào)整管耗散功率應(yīng)滿足30 W以上，考慮加散熱片。

1.2質(zhì)量指標(biāo)

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(fù)載電流下，用示波器觀測(cè)其峰一峰值，Uo（p-p）一般為毫伏量級(jí)，也可以用交流電壓表測(cè)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(shè)計(jì)中主要涉及濾波電路RLC充放電時(shí)間常數(shù)的計(jì)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(hào)周期，因而T=1/f=1/50=20 ms；RL為整流濾波電路的等效負(fù)載電阻。

穩(wěn)壓系數(shù)Su和電壓調(diào)整率Ku均說(shuō)明輸入電壓變化對(duì)輸出電壓的影響[2]，因此只需測(cè)試其中之一即可。電源輸出電阻ro和電流調(diào)整率Ki均說(shuō)明負(fù)載電流變化對(duì)輸出電壓的影響[2]，因此也只需測(cè)試其中之一即可，具體操作參照指標(biāo)的定義來(lái)實(shí)施。

2.2DAC接口電路的設(shè)計(jì)

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(shè)計(jì)、同時(shí)具備電壓源與電流源功能的設(shè)計(jì)

2.6具備電壓預(yù)置記憶存儲(chǔ)部分的設(shè)計(jì)

2.7保護(hù)電路的設(shè)計(jì)

2.8.2濾波電路的設(shè)計(jì)

3結(jié)語(yǔ)

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(shè)計(jì)的重要性。本文將電壓源與電流源的設(shè)計(jì)方案同時(shí)羅列，便于讀者理解設(shè)計(jì)要領(lǐng)。重點(diǎn)解析DAC輸出后的電路設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)的連貫性、采樣電路取值、運(yùn)放電路與驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)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(wèn)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(shè)計(jì)能對(duì)讀者在實(shí)際工作中有所幫助，不當(dāng)之處請(qǐng)多指教。

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關(guān)鍵詞：AT89C51單片機(jī)；閥島控制系統(tǒng)；電路設(shè)計(jì)

德國(guó)FEST0公司發(fā)明并推廣的“閥島技術(shù)”得到了廣泛運(yùn)用，從德國(guó)傳入中國(guó)以后開始應(yīng)用于許多行業(yè)。閥島是一類功能強(qiáng)大的系統(tǒng)控制單元，它含有控制器、氣動(dòng)電磁閥以及電輸入輸出等部件，連接電源以后能進(jìn)行各式各樣的整合，使用者可以自由調(diào)節(jié)氣動(dòng)和電氣功能，連接起氣動(dòng)結(jié)構(gòu)和電磁閥輸出口，通過(guò)操作計(jì)算機(jī)頁(yè)面來(lái)完成自動(dòng)化控制活動(dòng)，而這個(gè)過(guò)程只需要執(zhí)行簡(jiǎn)單的編程即可完成。AT89C95單片機(jī)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，運(yùn)用于閥島控制系統(tǒng)中來(lái)實(shí)現(xiàn)8位氣動(dòng)閥島，通過(guò)8個(gè)電控?fù)Q向閥來(lái)實(shí)現(xiàn)集中接線目標(biāo)，而嵌入單片機(jī)部件使控制系統(tǒng)電路更加安全可靠，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(cè)電路

按鍵電路是閥島應(yīng)急控制系統(tǒng)中的重要部分，負(fù)責(zé)通信中斷的應(yīng)急處理，按鍵可直接解決控制單片機(jī)系統(tǒng)中斷或閥島上位機(jī)故障的問(wèn)題。左右三排的小按鍵構(gòu)成按鍵結(jié)構(gòu)，為了有效的控制閥島內(nèi)部不同通道的通斷情況，設(shè)置了Pl輸入的方式，整個(gè)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(gè)二極管、8個(gè)閥，閥和二極管是平行對(duì)應(yīng)的關(guān)系。當(dāng)啟動(dòng)1號(hào)閥時(shí)相對(duì)應(yīng)的1號(hào)二極管會(huì)馬上發(fā)亮，如果啟動(dòng)1、2、3號(hào)閥，那1、2、3號(hào)二極管也會(huì)相繼亮起，關(guān)閉閥則代表著二極管關(guān)閉，不會(huì)發(fā)出亮光，出現(xiàn)單片機(jī)輸出低電平的情況下二極管會(huì)立即亮起。系統(tǒng)設(shè)置了第九個(gè)按鍵，它肩負(fù)著檢測(cè)電路的責(zé)任，開啟九號(hào)按鍵其余八個(gè)二極管亮起則代表閥島電路運(yùn)行正常，出現(xiàn)未亮的情況則代表閥島電路出錯(cuò)。

2、閥島控制系統(tǒng)中的輸出電路

運(yùn)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(huì)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(huì)負(fù)責(zé)并行輸出工作，并且執(zhí)行外接的8位串行輸入活動(dòng)。為了快速、有效的判斷閥島內(nèi)部不同通道的運(yùn)行情況，設(shè)立相對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管來(lái)作為判斷標(biāo)準(zhǔn)十分有效，發(fā)亮則達(dá)標(biāo)通道正常，發(fā)暗則代表出現(xiàn)故障，電路信號(hào)不斷放大到規(guī)定區(qū)域，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)程度后閥島通道會(huì)進(jìn)行通斷處理，使得低電平能順暢輸出，未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)則不能啟動(dòng)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(gòu)建起了單片機(jī)和Pc之間的橋梁，實(shí)現(xiàn)了串行通信的目標(biāo)。一般情況TPC、終端之間都會(huì)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(jìn)一步降低傳輸成本，不會(huì)產(chǎn)生許多復(fù)雜無(wú)序的線路，在面對(duì)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題時(shí)也解決了線路特性迥異的問(wèn)題，完成線路和特性之間的有效對(duì)接。異步串行是RS232數(shù)據(jù)傳遞過(guò)程中常用的方式，它允許數(shù)據(jù)傳遞裝置信號(hào)發(fā)生一定的相位差，對(duì)系統(tǒng)不會(huì)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(dòng)器、接收器和電壓發(fā)生器來(lái)完成以上一系列活動(dòng)。

4、閥島控制系統(tǒng)中的復(fù)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(shì)，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(shí)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行情況，降低了使用電路板的數(shù)量，減少了系統(tǒng)負(fù)擔(dān)。閥島控制系統(tǒng)依靠X5045得以獲得穩(wěn)固的屏障，監(jiān)控時(shí)間段的設(shè)置和改變權(quán)利附著于X5045上，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)總線設(shè)置不存在任何操作時(shí)，X5045會(huì)發(fā)出相應(yīng)信息，控制RESET輸出高電平信號(hào)，此時(shí)C2、R3微分電路會(huì)自動(dòng)輸入正脈沖，幫助CPU操作復(fù)位行動(dòng)。CPU通過(guò)Watchdo昏人工、上電三類復(fù)位信號(hào)來(lái)完成有效控制，RESET端會(huì)自動(dòng)處理該信號(hào)，同時(shí)能將低電壓因素排除在外，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。出現(xiàn)正常值大于電源電壓的情況時(shí)系統(tǒng)會(huì)維持該值，進(jìn)一步完成復(fù)位工作。

5、閥島控制系統(tǒng)中的硬件干擾措施

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關(guān)鍵詞：交流感應(yīng)電機(jī)； 瑞薩單片機(jī)； EMC； 單電阻采樣

中圖分類號(hào)：TN91134 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004373X(2012)10014204

引 言

隨著電力電子技術(shù)和微控制器技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代交流變頻調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)在電機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用也越來(lái)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(shí)現(xiàn)了通用化，具有調(diào)速范圍寬、調(diào)速精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、運(yùn)行效率高、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。變頻調(diào)速器的普及應(yīng)用提高了現(xiàn)代工業(yè)的自動(dòng)化水平，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)效率，最大限度地節(jié)約了能源，因此符合國(guó)家發(fā)展建設(shè)和諧、節(jié)約型社會(huì)的方針。

本文選用瑞薩公司推出的性價(jià)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(chǔ)FLASH，非常適合于空調(diào)、洗衣機(jī)、冰箱等家電應(yīng)用以及交流伺服馬達(dá)等工業(yè)控制應(yīng)用等。

1 交流感應(yīng)電機(jī)系統(tǒng)的基本構(gòu)架

交流感應(yīng)電機(jī)控制系統(tǒng)的原理構(gòu)成如圖1所示，它包括主電路、控制單元、功率驅(qū)動(dòng)單元、保護(hù)單元以及信號(hào)反饋采集單元等。

圖1 交流感應(yīng)電機(jī)控制系工作原理框圖交流感應(yīng)電機(jī)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(jī)R5F21246以其價(jià)格低、功耗小、性能高、處理速度快等優(yōu)點(diǎn)成為交流感應(yīng)電機(jī)控制系統(tǒng)控制核心的一種趨勢(shì)。功率驅(qū)動(dòng)單元采用以驅(qū)動(dòng)芯片IRS2136S，其內(nèi)部不但集成了驅(qū)動(dòng)電路，同時(shí)具有過(guò)電壓、過(guò)電流、過(guò)熱、欠電壓等故障檢測(cè)保護(hù)電路，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)能及時(shí)進(jìn)行自我保護(hù)，提高了系統(tǒng)的可靠性。各采集信號(hào)經(jīng)過(guò)反饋傳輸?shù)絉5F21246內(nèi)部，進(jìn)行精確、快速的處理后輸出，以實(shí)現(xiàn)各個(gè)部件的實(shí)時(shí)控制。在主回路中還加入了軟啟動(dòng)電路，以減小啟動(dòng)過(guò)程對(duì)驅(qū)動(dòng)器的沖擊。

2 交流感應(yīng)電機(jī)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

功率驅(qū)動(dòng)模塊作為交流感應(yīng)電機(jī)控制系統(tǒng)的強(qiáng)電部分包括兩個(gè)單元：電源單元為整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)字和模擬電路提供電源；功率驅(qū)動(dòng)單元IRS2136S用于電機(jī)的驅(qū)動(dòng)（見圖2）。

功率板的設(shè)計(jì)中包括4個(gè)硬件保護(hù)功能，分別是過(guò)流(正反向電流)保護(hù)、母線過(guò)壓保護(hù)、母線欠壓保護(hù)和IGBT過(guò)熱保護(hù)，每種保護(hù)都有LED報(bào)警顯示。為了增強(qiáng)可靠性，保護(hù)動(dòng)作發(fā)生后都會(huì)分別給MCU發(fā)送關(guān)斷信號(hào)，保護(hù)功率器件IRS2136S，防止元件的損壞。這些信號(hào)必須由單獨(dú)的復(fù)位信號(hào)才能取消，否則保護(hù)電路會(huì)一直有效，以防止誤操作損壞設(shè)備和影響人身安全。

圖2 功率驅(qū)動(dòng)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(guò)壓，濾波電容C110濾除干擾信號(hào)，電阻R104～R109分別C107與C106并聯(lián)，用來(lái)穩(wěn)定電容兩端電壓。直流母線電壓輸出采用預(yù)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(duì)整流橋的沖擊，濾波電容充電接近完成后通過(guò)繼電器K101旁路限流電阻。直流母線電壓通過(guò)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(dòng)電路和其他電路供電，如圖4所示。

2.2 溫度檢測(cè)電路

圖5為IGBT的溫度檢測(cè)電路。電路中R379為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻NTC，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)R379阻值就變小。通過(guò)檢測(cè)電路的電壓輸出故障信號(hào)反饋給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)分析處理后采取的措施對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，如令驅(qū)動(dòng)芯片停止工作，當(dāng)溫度恢復(fù)正常時(shí)再解除保護(hù)。

2.3 電流檢測(cè)電路

為了降低系統(tǒng)成本，該電路采用了單電阻采樣技術(shù)。一般而言，矢量控制算法需要采集電機(jī)至少兩相電流，但單電阻采樣只需要采集負(fù)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(cè)電路如圖2所示，單電阻R236采樣，采樣電流ishunt，對(duì)于下橋臂Q202，Q204,Q206的每一個(gè)開關(guān)狀態(tài)，其流過(guò)的電流狀態(tài)如表1所示。

在表1中，“0”表示開關(guān)管關(guān)斷，而“1”表示導(dǎo)通。由于電流在一個(gè)PWM周期內(nèi)幾乎不變，因此只需要在一個(gè)PWM周期內(nèi)采樣兩次即可得到該時(shí)刻電機(jī)每一相電流的狀態(tài)，因?yàn)槿嚯娏髦蜑榱恪?/p>

單電阻采樣會(huì)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(shí)候，會(huì)存在占空比兩長(zhǎng)一短和兩短一長(zhǎng)以及三個(gè)幾乎一樣長(zhǎng)的時(shí)刻。這樣，如果有效矢量持續(xù)的時(shí)間少于電流采樣時(shí)間，則會(huì)出錯(cuò)。本方案采取的辦法是在相鄰邊界的時(shí)候插入固定時(shí)間的有效矢量，而在低速調(diào)制區(qū)域的時(shí)候，采用輪流插入有效矢量的方法。插入有效矢量會(huì)給電流波形帶來(lái)失真，這種情況下需要通過(guò)軟件來(lái)進(jìn)行補(bǔ)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

篇5

在當(dāng)前通信市場(chǎng)的帶動(dòng)下，通信技術(shù)飛速向前發(fā)展，手持無(wú)線通信終端成為其中的熱門應(yīng)用之一。因此，單片集成的射頻收發(fā)系統(tǒng)正受到越來(lái)越廣泛的關(guān)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?cè)鲆娣糯笃鳎约疤峁┍菊袼璧念l率綜合器等單元模塊，對(duì)于工作在射頻環(huán)境的電路系統(tǒng)，如2.4G或5G的WLAN應(yīng)用，系統(tǒng)中要包含射頻前端的小信號(hào)噪聲敏感電路、對(duì)基帶低頻大信號(hào)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(diǎn)的電路。眾多的電路單元及其豐富的特點(diǎn)必然要求在這種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中有一個(gè)功能豐富且強(qiáng)大的設(shè)計(jì)平臺(tái)。在綜合比較后，本文選定了cadenceVirtuoso全定制IC設(shè)計(jì)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_(tái)，Cadence公司還開發(fā)了面向射頻設(shè)計(jì)的新技術(shù)，包括射頻提取技術(shù)、針對(duì)無(wú)線芯片設(shè)計(jì)的兩個(gè)新設(shè)計(jì)流程。不僅如此，目前的Virtuoso已經(jīng)整合了來(lái)自合作伙伴安捷倫、Coware、Helic和Mathworks等公司的技術(shù)，射頻設(shè)計(jì)能力大為增強(qiáng)。使用該項(xiàng)新技術(shù)，可以減少設(shè)計(jì)反復(fù)，并縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。其AMS工具可以實(shí)現(xiàn)自頂向下、數(shù)／?；旌系碾娐吩O(shè)計(jì)；Composer工具可以方便地進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的輸入和管理；spectre/SpectreRF仿真器精度高，適合不同特點(diǎn)的電路設(shè)計(jì)；Layout工具包含了布局、交叉參考、布線、版圖驗(yàn)證、參數(shù)提取等功能；此外，Virtuoso能進(jìn)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(shè)計(jì)最終能否成功，以及模塊指標(biāo)分配是否合理可行，都有賴于具體電路設(shè)計(jì)之前對(duì)系統(tǒng)的行為建模和計(jì)算，即所謂的行為仿真。這也是自頂向下設(shè)計(jì)模式的關(guān)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(fèi)提供了大量的行為模型供選擇使用，對(duì)于射頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)，所要做的就是調(diào)用并設(shè)定各個(gè)模塊預(yù)期的指標(biāo)要求，通過(guò)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(gè)模塊的指標(biāo)重新仿真，直到系統(tǒng)的行為滿足要求為止。以接收機(jī)為例，接收系統(tǒng)。每個(gè)模塊的指標(biāo)設(shè)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(gè)模塊的指標(biāo)分配任務(wù)也同時(shí)完成。

每個(gè)模塊用具體電路實(shí)現(xiàn)后可以逐一取代相應(yīng)的設(shè)計(jì)模塊，進(jìn)行系統(tǒng)仿真，可以看出每個(gè)模塊是否滿足系統(tǒng)的需要，進(jìn)而評(píng)估每個(gè)實(shí)際模塊對(duì)系統(tǒng)性能的影響。

基于Virtuoso Spectre/SpectreRF的電路模塊仿真設(shè)計(jì)

基于上述的行為仿真結(jié)果和指標(biāo)分配結(jié)果，可以劃分系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)任務(wù)，對(duì)每個(gè)單元塊分別進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真。

LNA

LNA是射頻接收機(jī)最前端的一個(gè)有源部件，它決定了系統(tǒng)的噪聲性能。對(duì)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(jìn)行NF分析。還可以利用NFmin的結(jié)果來(lái)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(jī)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(guān)，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(chǔ)上進(jìn)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(gòu)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(duì)噪聲要求不高，主要是對(duì)線性度、增益等指標(biāo)有較高的要求，SpectreRF的PSS掃描可以方便地對(duì)模塊的輸入進(jìn)行掃描并自動(dòng)對(duì)掃描曲線作延長(zhǎng)，直接標(biāo)示出線性度PldB和IIP3的交點(diǎn)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(cè)試相比更加靈活高效。VGA在不同增益狀態(tài)下的IIP3指標(biāo)的仿真只需把控制寫成變量，在ADE環(huán)境中進(jìn)行掃描變量的值即可完成。所得的結(jié)果可以方便地進(jìn)行比較分析。通過(guò)調(diào)整可以獲得理想的VGA電路。甚至可以把ADE下的各種設(shè)置保存成ocean的腳本文件，利用腳本的自動(dòng)運(yùn)行，只要事先安排好各種仿真任務(wù)，Cadence就能自動(dòng)完成各項(xiàng)仿真并保存數(shù)據(jù)結(jié)果。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析后能獲悉電路的性能，以此為指導(dǎo)逐步改進(jìn)，便可獲得一個(gè)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(gè)比較有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，PLL本身是一個(gè)數(shù)字／模擬混合的模塊，但是一般都用模擬的方式設(shè)計(jì)各個(gè)模塊。PLL的仿真包含了上百項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)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(diǎn)決定了它的噪聲計(jì)算不能以小信號(hào)的方式進(jìn)行，采用PSS+Pnoise的方式則可以準(zhǔn)確地仿真VCO的相位噪聲性能。通過(guò)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(guò)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(jī)幾個(gè)典型單元模塊的電路設(shè)計(jì)仿真過(guò)程。系統(tǒng)各個(gè)單元塊的仿真是可以同時(shí)展開的，完成的模塊可以隨時(shí)代人行為系統(tǒng)來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果。經(jīng)過(guò)若干次反復(fù)修改與驗(yàn)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(shè)計(jì)的可靠性和成品率，很關(guān)鍵的一步是在各個(gè)單元塊的設(shè)計(jì)中進(jìn)行溫度、極端情況等分析。這些功能可以在CadenceVirtuoso中通過(guò)設(shè)置不同的仿真溫度、通過(guò)仿真模型的Corner設(shè)置，以及直接使用其提供的MonteCarlo仿真工具來(lái)進(jìn)行。

射頻收發(fā)系統(tǒng)的整體電路仿真

各個(gè)模塊電路分別設(shè)計(jì)驗(yàn)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(gòu)成一個(gè)完整的芯片系統(tǒng)，對(duì)這個(gè)系統(tǒng)加上激勵(lì)進(jìn)行仿真測(cè)試，可以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)電路進(jìn)行仿真。如果仿真計(jì)算所用的硬件資 源足夠大，可以直接對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行tran、SP、PSS，以及PSP、Pnoise、PAC等分析，獲得整個(gè)芯片的性能。如果資源不足，則可以考慮對(duì)系統(tǒng)按功能進(jìn)行分組、分塊仿真。由于分出的塊之間相對(duì)獨(dú)立，因此整體系統(tǒng)的特性與分塊仿真差別不大。

版圖設(shè)計(jì)與后仿真

在各模塊的設(shè)計(jì)指標(biāo)滿足自身及系統(tǒng)要求的基礎(chǔ)上可以開始各個(gè)模塊的版圖設(shè)計(jì)，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(jìn)行各個(gè)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(yù)布局。然后從系統(tǒng)上將所有模塊的預(yù)布局調(diào)入進(jìn)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(duì)每個(gè)模塊的安放及其與其它模塊的銜接進(jìn)行系統(tǒng)考慮。

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

具體版圖繪制過(guò)程中可以充分利用Virtuoso版圖工具的強(qiáng)大功能，比如充分發(fā)揮快捷鍵功能可以使版圖設(shè)計(jì)流暢高效；利用Layout-XL的交叉參考可以隨時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的連線或因疏忽造成的短路；利用DRD的實(shí)時(shí)規(guī)則檢查可以避免絕大多數(shù)違反設(shè)計(jì)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(duì)于射頻電路版圖元件數(shù)規(guī)模不大的特點(diǎn)，利用Diva完成絕大部分工作是很合適的。如果想進(jìn)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(lái)進(jìn)行。

結(jié)語(yǔ)

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【關(guān)鍵詞】AT89S52;紅外解碼;LCD12864;Proteus

本設(shè)計(jì)將制作一款基于AT89S52的簡(jiǎn)易風(fēng)扇的控制系統(tǒng)，其電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、節(jié)能。采用單片機(jī)AT89S52作為主控制器，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)溫度顯示，并能夠根據(jù)環(huán)境溫度調(diào)節(jié)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，可以設(shè)定調(diào)節(jié)范圍。系統(tǒng)能夠進(jìn)行遙控和手動(dòng)控制。

1.系統(tǒng)總體構(gòu)成及工作原理

本設(shè)計(jì)從硬軟件兩個(gè)方面說(shuō)明風(fēng)扇控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，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(jī)及驅(qū)動(dòng)電路、按鍵控制以及紅外遙控電路、電源及報(bào)警電路等組成。

本設(shè)計(jì)中采用Atmel公司的單片機(jī)AT89S52作為主控制器，溫度采集電路中采用Dallas半導(dǎo)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(jìn)行LCD顯示電路設(shè)計(jì)，使其能夠顯示最高溫度、最低溫度、實(shí)時(shí)溫度、電風(fēng)扇的工作模式（睡眠風(fēng)、圖1所示系統(tǒng)總體框圖自然風(fēng)和強(qiáng)風(fēng)3個(gè)檔位）以及電機(jī)實(shí)時(shí)的轉(zhuǎn)速等參數(shù)。本設(shè)計(jì)中傳感器部分采用霍爾傳感器，負(fù)責(zé)將電機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào)，用SS443A霍爾傳感器作為測(cè)量直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的敏感元件，經(jīng)過(guò)單片機(jī)數(shù)據(jù)處理，能夠?qū)崟r(shí)顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速。通過(guò)按鍵手動(dòng)設(shè)定或紅外遙控設(shè)定電風(fēng)扇的檔位?；竟δ茉O(shè)為3個(gè)檔位，包括睡眠風(fēng)、自然風(fēng)和強(qiáng)風(fēng)，檔位隨時(shí)可以通過(guò)LED燈指示出來(lái)。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

圖2 單片機(jī)主控電路

2.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 主控制器電路設(shè)計(jì)

目前市場(chǎng)上單片機(jī)種類繁多，性能價(jià)格各異;根據(jù)設(shè)計(jì)需要，我們選擇Atmel公司的AT89S52單片機(jī)，AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8K字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。本設(shè)計(jì)晶振采用12MHz，硬件電路原理圖如圖2所示。

系統(tǒng)共有4個(gè)按鍵，采用軟件進(jìn)行控制。判斷鍵是否按下，可采用中斷的方法，當(dāng)某個(gè)鍵按下時(shí)，低電平有效。4個(gè)按鍵的功能在具體程序中進(jìn)行定義。單片機(jī)的P14：設(shè)置最高、最低溫度;P15：睡眠檔/加;P16：自然檔/減;P17：強(qiáng)風(fēng)檔。單片機(jī)的P10、P11、P12、P13分別通過(guò)限流電阻接LED燈，檔位隨時(shí)可以通過(guò)LED燈指示出來(lái)。

2.2 溫度采集電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)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(cè)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(hào)位。用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在E2PROM中，掉電后依然保存。本設(shè)計(jì)中DS18B20的1腳接地，3腳接電源，2腳接單片機(jī)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(jī)，單片機(jī)根據(jù)收到的數(shù)字控制電機(jī)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(jī)驅(qū)動(dòng)硬件電路圖

2.3 直流電機(jī)和紅外遙控設(shè)計(jì)

SS443A霍爾傳感器作為測(cè)量直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的敏感元件，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理，能夠?qū)崟r(shí)顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速。最終采用的直流電機(jī)連接方式如圖4所示，通過(guò)三極管Q2（S8550）放大電流，二極管起保護(hù)作用。根據(jù)本系統(tǒng)的控制要求，控制輸入部分主要設(shè)置了轉(zhuǎn)速控制，即通過(guò)按鍵S3、S4、S5對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，按鍵S3、S4、S5對(duì)應(yīng)睡眠風(fēng)、自然風(fēng)、強(qiáng)風(fēng)。

本設(shè)計(jì)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(qiáng)，超低功耗。紅外接收電路通常被廠家集成在一個(gè)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(cè)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(cè)二極管監(jiān)測(cè)到紅外信號(hào)，然后把信號(hào)送到放大器和限幅器，交流信號(hào)進(jìn)入帶通濾波器，帶通濾波器通過(guò)30kHz到60kHz的負(fù)載波，通過(guò)解調(diào)電路和積分電路進(jìn)入比較器，比較器輸出高低電平，還原出發(fā)射端的信號(hào)波形。

圖5 1838紅外接收頭和紅外接收電路設(shè)計(jì)

2.4 LCD顯示電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)最終采用LCD12864液晶顯示，在設(shè)計(jì)初期，先采用LCD1602進(jìn)行相關(guān)軟件仿真操作，成功后采用帶中文顯示的12864液晶模塊進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中采用單片機(jī)對(duì)12864液晶模塊進(jìn)行控制，使其能夠顯示最高溫度、最低溫度、實(shí)時(shí)溫度、電風(fēng)扇的工作模式（睡眠風(fēng)、自然風(fēng)和強(qiáng)風(fēng)3個(gè)檔位）以及電機(jī)實(shí)時(shí)的轉(zhuǎn)速等參數(shù)。圖6所示是本設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)

在軟件設(shè)計(jì)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(yǔ)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(biāo)代碼到hex的轉(zhuǎn)換器。Proteus軟件能模擬51單片機(jī)、AVR單片機(jī)、PIC單片機(jī)以及部分ARM芯片。支持的器件也很多包括A/D、LCD、LED、溫度、時(shí)鐘等芯片。在設(shè)計(jì)初期，此工具能夠進(jìn)行硬件電路原理圖和程序的驗(yàn)證，避免直接焊板子出現(xiàn)的種種問(wèn)題。Proteus里加載可執(zhí)行文件，左鍵雙擊AT89S52原理圖，點(diǎn)擊加載“*.hex”可執(zhí)行文件。

本設(shè)計(jì)的軟件由主程序、溫度采集模塊、12864液晶模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、紅外解碼模塊五個(gè)主要部分組成。采用了自頂向下的模塊化結(jié)構(gòu)方式，將各個(gè)功能分成獨(dú)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(shí)器的初始化，外部中斷的初始化，寄存器、標(biāo)志位的初始化等。

圖8 系統(tǒng)顯示圖

4.結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)通過(guò)LCD12864、DS18B20、直流電機(jī)、紅外遙控等模塊軟硬件的設(shè)計(jì)，遵循實(shí)用、簡(jiǎn)單、可靠和低成本的原則，設(shè)計(jì)了一種實(shí)現(xiàn)溫度顯示、控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)速并有報(bào)警功能的電風(fēng)扇控制系統(tǒng)。通過(guò)硬件電路和軟件程序設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)滿足需求的控制系統(tǒng)。測(cè)試表明本系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求的各項(xiàng)功能，各部分工作正常。性能穩(wěn)定，控制準(zhǔn)確。在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，硬件和軟件的設(shè)計(jì)均采用模塊化的思想，合理運(yùn)用開發(fā)和仿真軟件。實(shí)物調(diào)試，每個(gè)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(guò)軟硬件綜合調(diào)試后，打開電源開關(guān)，風(fēng)扇開始運(yùn)轉(zhuǎn)，可以進(jìn)行紅外遙控和手動(dòng)方式設(shè)置。

參考文獻(xiàn)

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篇7

【關(guān)鍵詞】gsm遠(yuǎn)程控制；單片機(jī)；gps定位；跟蹤儀；車輛防盜

1.引言

gsm網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)。于是兩者的結(jié)合形成了一套系統(tǒng)讓我們實(shí)現(xiàn)了傳說(shuō)中的“千里眼、順風(fēng)耳”概念。為了進(jìn)一步了解該系統(tǒng)，本課題基于gsm、gps技術(shù)結(jié)合單片機(jī)總控管理來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程跟蹤的目的。

2.系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)主要有電源部分、mcu單片機(jī)控制部分、gps定位數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集部分、gsm數(shù)據(jù)傳輸部分、外部信號(hào)檢測(cè)部分、振鈴提示以及對(duì)外控制部分組成。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

3.電路模塊設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì)

該設(shè)備采用12v供電，經(jīng)lm7805降壓，將電壓穩(wěn)到5v從而供單片機(jī)、定位模塊的部分供電；5v電壓再經(jīng)過(guò)二極管1n4007，由于二極管導(dǎo)通會(huì)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(jī)總控電路設(shè)計(jì)

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

3.3 gsm模塊電路設(shè)計(jì)

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(biāo)準(zhǔn)界面，使得具備gsm/gprs 900/1800/1900mhz功能的sim300c以小尺寸和低功耗實(shí)現(xiàn)語(yǔ)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(qiáng)大的tcp/ip協(xié)議棧。

3.4 gps模塊電路設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)采用臺(tái)灣產(chǎn)royaltek鼎天rgm-3600高性能srif 3 gps模塊。該模塊采用當(dāng)今最新的srif3技術(shù)具有20通道可以同時(shí)追蹤20顆衛(wèi)星，定位速度快、精度高、功耗小等優(yōu)點(diǎn)。該模塊的rx、tx分別與單片機(jī)的tx2、rx2相連單片機(jī)通過(guò)串口來(lái)向模塊傳送指令。該模塊通信協(xié)議為nmea-0183標(biāo)準(zhǔn)格式協(xié)議。

3.5 外部輸入輸出電路設(shè)計(jì)

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(jī)io口來(lái)控制三極管導(dǎo)通截止來(lái)實(shí)現(xiàn)蜂鳴器和繼電器動(dòng)作。該電路中按鍵只是模擬傳感器信號(hào)，用來(lái)表示機(jī)動(dòng)車緊急情況時(shí)相應(yīng)傳感器采集到信息傳給該設(shè)備，經(jīng)過(guò)處理將信息發(fā)送給遠(yuǎn)程終端。

4.軟件設(shè)計(jì)

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

gsm驅(qū)動(dòng)主要是通過(guò)單片機(jī)串口1向gsm模塊發(fā)送at指令來(lái)控制該模塊以及查詢短信情況。同時(shí)stc11f32xe具有雙串口，串口2可以很好的與gps模塊連接實(shí)時(shí)檢測(cè)定位信息。這給程序編寫以及硬件設(shè)計(jì)帶來(lái)了很大方便。

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

5.結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的研究學(xué)習(xí)本設(shè)計(jì)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)設(shè)備的定位信息，并且可以利用遠(yuǎn)程手機(jī)控制該設(shè)備查詢當(dāng)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(yuǎn)程控制手機(jī)上。并且該系統(tǒng)設(shè)有遠(yuǎn)程監(jiān)聽功能，用戶可以隨時(shí)通過(guò)手機(jī)向系統(tǒng)發(fā)送相應(yīng)指令進(jìn)行監(jiān)聽。

參考文獻(xiàn)

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篇8

關(guān)鍵詞：直流電動(dòng)機(jī)；調(diào)速系統(tǒng)；單片機(jī)控制；硬件設(shè)計(jì)

1 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1硬件設(shè)計(jì)

采用89C51單片機(jī)輸出數(shù)據(jù)，由PWM信號(hào)發(fā)生電路發(fā)送PWM信號(hào)到直流電機(jī)，然后通過(guò)測(cè)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(jī)，從而進(jìn)行PI運(yùn)算以實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)速度和轉(zhuǎn)向的調(diào)控。該89C51單片機(jī)由CPU和8個(gè)元件構(gòu)成，它們都以片內(nèi)的單一總線進(jìn)行連接，構(gòu)成的基本結(jié)構(gòu)仍然是通用CPU配置芯片的構(gòu)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(hào)發(fā)生電路設(shè)計(jì)

（2）PWM信號(hào)發(fā)生電路設(shè)計(jì)

PWM信號(hào)波可以用單片機(jī)的PWM端口輸出，通過(guò)編程來(lái)產(chǎn)生，也可以通過(guò)使用PWM芯片實(shí)現(xiàn)。如果PWM波的頻率太高，驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)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(shí)踐應(yīng)用中，如果頻率在18KHz的PWM波，應(yīng)用效果是最好的。在該系統(tǒng)中，應(yīng)用兩片4位數(shù)值比較器4585和一片12位的串行計(jì)數(shù)器4040構(gòu)成的PWM信號(hào)發(fā)生電路。PWM信號(hào)發(fā)生電路由三片通用數(shù)字電路構(gòu)成，它可以使軟件設(shè)計(jì)構(gòu)成大大簡(jiǎn)化，但同樣也適用于單片機(jī)系統(tǒng)。

（3）功率放大驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

功率放大驅(qū)動(dòng)采用美國(guó)IR公司生產(chǎn)的IR2110驅(qū)動(dòng)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(yīng)TTL 或CMOS 邏輯信號(hào)輸入，具有獨(dú)立的高端和低端2 個(gè)輸出通道，具有較理想的抗噪效果和快速和完整的保護(hù)功能，可大大提高控制系統(tǒng)的可靠性。

（4）保護(hù)電路設(shè)計(jì)

在該電路中，為了防止功率管和負(fù)載因過(guò)電流損壞，需對(duì)電流值進(jìn)行嚴(yán)格控制。利用IR2110 的SD 端可實(shí)現(xiàn)過(guò)電流保護(hù)控制功能，其過(guò)電流保護(hù)的工作原理如圖 3 所示。穩(wěn)壓二極管D1 提供一標(biāo)準(zhǔn)電壓，電阻R2 對(duì)電流進(jìn)行采集，將其轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，再與標(biāo)準(zhǔn)電壓相比較，當(dāng)電流達(dá)到規(guī)定值時(shí)，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(guò)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(cè)電阻計(jì)算出來(lái)。當(dāng)IR2110 用于驅(qū)動(dòng)大功率IGBT 管時(shí)，SD 端的過(guò)電流保護(hù)功能應(yīng)慎重使用，因?yàn)榇箅娏麝P(guān)斷下d i/ d t 很大，控制及驅(qū)動(dòng)電路屏蔽不好情況下會(huì)串入很大的干擾信號(hào)，很容易引起SD 端保護(hù)誤動(dòng)作。

圖3 過(guò)電流保護(hù)原理

1.2軟件設(shè)計(jì)

1）主程序設(shè)計(jì)

主程序是一個(gè)循環(huán)程序，其主要思路是，先設(shè)定好速度初始值，這個(gè)初始值與測(cè)速電路送來(lái)的值相比較得到一個(gè)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(jìn)而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。主程序軟件由1個(gè)主程序、1個(gè)中斷子程序和1個(gè)PI控制算法子程序組成。主程序主程序是一個(gè)循環(huán)程序，其主要思路是由單片機(jī)P1口生數(shù)據(jù)送到PWM信號(hào)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(jìn)而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

2）軟件調(diào)試

在軟件設(shè)計(jì)編程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，包括鍵盤掃描、PWM信號(hào)產(chǎn)生電路的控制和單片機(jī)控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向等問(wèn)題?？偨Y(jié)軟件調(diào)試過(guò)程，可以認(rèn)識(shí)到軟件調(diào)試過(guò)程需注意的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：

（1）仔細(xì)檢查源代碼，看看是否有編程語(yǔ)言語(yǔ)法的錯(cuò)誤；

（2）子程序設(shè)計(jì)找出錯(cuò)誤和重點(diǎn)調(diào)查；

（3）使用各種方法來(lái)仔細(xì)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(guò)，將生成以HEX為擴(kuò)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(jī)系統(tǒng)的仿真，驗(yàn)證是否能完成直流電機(jī)調(diào)速。如果不成功，回到軟件調(diào)試步驟繼續(xù)進(jìn)行調(diào)試，識(shí)別和修正錯(cuò)誤并重新運(yùn)行系統(tǒng)。硬件電路仿真設(shè)計(jì)是根據(jù)設(shè)計(jì)方案完成的，在模擬過(guò)程中也遇到了許多問(wèn)題，如元件選擇、電路設(shè)計(jì)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(yǔ)

綜上所述，本文論述直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的單片機(jī)控制是以以89C51單片機(jī)作為設(shè)計(jì)核心，以C語(yǔ)言編制程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的平滑調(diào)速。實(shí)際上，通過(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速還有很多種途徑，相較于其他硬件設(shè)計(jì)或者是軟硬件結(jié)合設(shè)計(jì)而言，采用PWM軟件設(shè)計(jì)方法在實(shí)現(xiàn)調(diào)動(dòng)及調(diào)速控制則具有更為明顯的靈活性和成本優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也能夠充分發(fā)揮單片機(jī)的調(diào)控作用。因此，本文論述的用意既是為加深直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的單片機(jī)控制理論探究，也為廣大業(yè)務(wù)人員提供交流溝通的平臺(tái)，共同進(jìn)學(xué)習(xí)。

參考文獻(xiàn)

[1] 李維軍，韓小剛，李 晉；基于單片機(jī)用軟件實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)[J]；維普資訊；2007，（09）.

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【論文關(guān)鍵詞】船載載物臺(tái)；實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)平；單片機(jī)

0 引言

自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)作為一種安放在運(yùn)動(dòng)物體上的設(shè)備，具有將其上的設(shè)備與運(yùn)動(dòng)物體擾動(dòng)隔離的功能。自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)無(wú)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(dǎo)彈發(fā)射臺(tái)、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(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)平載物臺(tái)控制系統(tǒng)，此載物臺(tái)將其上的設(shè)備與船舶的搖擺運(yùn)動(dòng)隔離，使固定于該載物臺(tái)上的設(shè)備始終處于水平狀態(tài)平臺(tái)。

自動(dòng)調(diào)平載物臺(tái)整個(gè)系統(tǒng)主要由機(jī)械設(shè)計(jì)、硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)三個(gè)部分組成。

1 機(jī)械設(shè)計(jì)

機(jī)械部分是承載物品使之穩(wěn)定的載體，由底座、萬(wàn)向軸、舵機(jī)、連桿、臺(tái)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(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)部分主要由陀螺儀、電源、單片機(jī)最小系統(tǒng)組成。

2.1 陀螺儀

陀螺儀可以測(cè)量震動(dòng)或運(yùn)動(dòng)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(jià)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(jī)最小系統(tǒng)

單片機(jī)最小系統(tǒng)作為自動(dòng)調(diào)平載物臺(tái)的大腦，是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分。本系統(tǒng)中單片機(jī)采用了STC15系列增強(qiáng)型8051單片機(jī)STC15F2K60S2，內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換（25萬(wàn)次/秒），非常適合電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合。陀螺儀和舵機(jī)與單片機(jī)的接口電路如圖4所示。

3 軟件設(shè)計(jì)

載物臺(tái)穩(wěn)定是通過(guò)陀螺儀測(cè)量載物臺(tái)臺(tái)面傾斜角度，經(jīng)過(guò) A/ D 轉(zhuǎn)換后將數(shù)據(jù)送到單片機(jī)，再通過(guò)單片機(jī)來(lái)控制舵機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制的，以控制載物臺(tái)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(fù)責(zé)接收中斷傳過(guò)來(lái)的陀螺儀檢測(cè)的數(shù)據(jù)，并用1602字符型液晶顯示角度，然后完成對(duì)舵機(jī)的驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)載物臺(tái)的自動(dòng)調(diào)平。對(duì)陀螺儀數(shù)據(jù)的處理是軟件設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要部分，單片片首先對(duì)傳過(guò)來(lái)的三軸加速度和角速度進(jìn)行處理，主要計(jì)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(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種能夠自動(dòng)調(diào)平的船載載物臺(tái)，可以對(duì)載物臺(tái)臺(tái)面角度的改變隨時(shí)跟蹤，并進(jìn)行修正。該載物臺(tái)控制精度高，反應(yīng)速度快，誤差小，能夠?yàn)槠胀ㄓ脩舴?wù)。

【參考文獻(xiàn)】

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關(guān)鍵字： MC34063穩(wěn)壓電路； 89C51單片機(jī)； HT7750； 單片機(jī)休眠模式

中圖分類號(hào)： TN710?34； TM92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 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(lái)，能源短缺問(wèn)題日益突出，人們?cè)趽?dān)憂能源枯竭的同時(shí)，對(duì)能源的浪費(fèi)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(méi)用到其能量的一半就被廢棄掉了，這不僅造成能源的浪費(fèi)，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(shè)計(jì)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?cè)诼猛緸槭謾C(jī)隨時(shí)充電，也可用于礦工照明等。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shè)備中，使得充電器的充電效率盡可能提高。該充電器對(duì)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(dāng)電壓為1.1 V

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 升壓電路設(shè)計(jì)

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(dòng)電壓、高輸出電壓精度[1]。只需要3個(gè)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(shè)計(jì)

供電電路是由MC34063芯片構(gòu)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(guān)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(jìn)來(lái)的電壓進(jìn)行穩(wěn)壓處理達(dá)到所需電壓值，同時(shí)此電壓還可以作為單片機(jī)和ADC0832的工作電壓。電路構(gòu)成如圖3所示。

2.3 控制電路設(shè)計(jì)

采用8051單片機(jī)，它擁有編程靈活、功能強(qiáng)大、而且廉價(jià)的好處，與INTEL公司的8096系列16位單片機(jī)相比，8051更具有明顯的價(jià)格優(yōu)勢(shì)[3]。同時(shí)能夠滿足需要，成為首選。它可以自身休眠來(lái)減小功耗，提高效率，它由基準(zhǔn)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(jī)控制AD0832來(lái)檢測(cè)電源輸出電壓的大小，從而判斷是否對(duì)電池進(jìn)行充電，并且檢測(cè)時(shí)間的長(zhǎng)短可以根據(jù)用戶的需要進(jìn)行設(shè)定，通過(guò)數(shù)碼管顯示出來(lái)。這里用的ADC是ADC0832芯片，它是一個(gè)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(zhǔn)電路供電的輸出腳間接一個(gè)大電容從而使輸入給ADC0832的電壓更穩(wěn)定。電路構(gòu)成如圖4所示。

圖3 供電電路

2.4 充電電路設(shè)計(jì)

該電路是通過(guò)單片機(jī)對(duì)充電電路的控制從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的充電，起到開關(guān)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(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件采用C 語(yǔ)言來(lái)編寫，所有代碼在UV2下編譯調(diào)試。軟件程序設(shè)計(jì)主要檢測(cè)電源輸出電壓的大小，從而對(duì)判斷是否對(duì)電池進(jìn)行充電，同時(shí)單片機(jī)通過(guò)自身休眠來(lái)減小功耗，提高效率。程序主流程圖如圖6所示，休眠時(shí)間控制流程圖如圖7所示。

4 測(cè)試方法與結(jié)果

（1） 當(dāng)輸入電壓[Ui]為10～20 V時(shí)，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(jì)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(shí)間控制流程圖

實(shí)際測(cè)量時(shí)[Ic=]164.6 mA>163.8 mA，滿足了設(shè)計(jì)的要求。測(cè)試數(shù)據(jù)見表1。

本設(shè)計(jì)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(dāng)[Ui]從0逐漸升高時(shí)，能啟動(dòng)充電功能的[Ui]為0.28 V；當(dāng)[Ui]為0時(shí)，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(yǔ)

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于單片機(jī)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(shí)制作了實(shí)驗(yàn)樣機(jī)并對(duì)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行了測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該充電器具有工作電壓范圍寬，效率高，適應(yīng)性強(qiáng)、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)。從一定程度上解決了廢棄電池能源的浪費(fèi)及對(duì)環(huán)境的污染。

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