基于单片机的交流变频调速系统设计
任务书
1．课题意义及目标
学生通过本次毕业设计，综合运用所学过的基础理论知识，在深入了解变频调速系统工作原理的基础上，掌握单片机控制系统的设计，包括硬件电路和软件程序的设计，为毕业后从事机电控制系统设计工作打好基础。
2．主要任务
（1）根据设计要求，设计控制系统总体方案；
（2）硬件电路设计;
（3）设计软件程序；
（4）仿真调试
3．主要参考资料
[1] 张毅坤, 陈善久, 袭雪红. 单片微型计算机原理及应用[M] 西安：西安电子科技大学出版社，2004.
[2]邓星钟主编. 机电传动控制[M] 武汉：华中科技大学出版社，2002.
[3]李荣生. 电气传动控制系统设计指导[M] 北京：机械工业出版社，2004.
[4]潘新民王燕芳. 微型计算机控制技术[M] 北京：人民邮电出版社,2002. 4．进度安排，
审核人：年月日
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基于单片机的交流变频调速系统设计
摘要：异步电动机在实践生活中有着重要的角色，对于异步电动机的调速技术也一直在进步着。本设计主要是研究异步电动机的变频调速系统，并且该调速系统通过单片机来进行控制。根据异步电动机调速要求，确定控制系统总体方案。由确定好的方案，选择合适的硬件，包括异步电动机和单片机的选择。然后进行硬件电路的设计，就是从工频电源变成异步电动机调速所需的交流电的过程，其中将单片机与变频器结合起来考虑。单片机软件程序用汇编语言的形式表达出来，最后，用仿真软件proteus 进行系统的仿真调试。
关键词：异步电动机，变频调速，正弦脉宽调制，单片机
Ac variable frequency speed regulation system based on single chip
design
Abstract：Asynchronous motor plays an important role in practical life, and it has been improving for asynchronous motor.This design mainly studies the asynchronous motor variable frequency speed control system, and the system of speed control through the monolithic integrated circuit to carry on the control. According to the speed requirement of asynchronous motor, the overall scheme of the control system is determined.Than choose the appropriate hardware, including the choice of asynchronous motor and single chip microcomputer by determining the good scheme. Then the hardware circuit design is from power frequency power supply into asynchronous motor speed required for the AC process, which will microcontroller and inverter to consider. The single chip microcomputer software program is expressed in the form of assembly language. Finally, the simulation and debugging of the system by simulation software proteus is carried out.
Keywords: Asynchronous motor，Frequency control of motor speed，SPWM，SCM
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目录
1 前言 (1)
1.1 当前交流变频调速及论文总体概述 (1)
1.2 电动机的单片机控制 (2)
2 系统总体方案的设计 (3)
2.1 异步电动机的调速方法 (3)
2.2 变频调速系统的基本控制方案 (4)
U/控制模式 (5)
2.2.1 f
2.2.2 矢量控制模式 (6)
2.2.3 直接转矩控制模式 (7)
2.3 变频变压的方法 (8)
2.3 系统设计总方案的确定 (11)
3 系统的硬件设计 (12)
3.1 系统硬件的选取 (12)
3.1.1 异步电动机 (12)
3.1.2 单片机控制面板 (14)
3.2 硬件电路设计 (15)
3.2.1 主电路的设计 (15)
3.2.2 整流电路设计 (16)
3.2.3 SPWM信号产生电路 (18)
4 系统的上位机软件设计 (19)
4.1 初始化程序 (19)
4.2 调速子程序 (20)
4.3 中断子程序设计 (20)
5 调试及分析 (23)
5.1 调试步骤 (23)
5.2 结果分析 (25)
6 结论 (27)
参考文献 (28)
致谢 (29)
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1 前言
1.1 当前交流变频调速及论文总体概述
随着电子技术的发展，单纯的机械化或者电子化已经逐渐被发展的社会所淘汰，计算机的出现掀起了电子器件的更新换代。其中，对于变频调速技术，也得到了非常快的发展。众所周知，现在我国生产的电能大多数用于电机工作，电机在国民生产中有着无可厚非的地位。长期以来，在电动机调速领域中，直流调速方案一直占主要地位。这种调速方案实在太常见了，一抓一大把。上个世纪60年代以后，渐渐兴起的电力电子学与控制技术，让人们发现，采用半导体变流技术的交流调速系统得以实现，但是采用半导体的话，实际上就构造模拟电路，简单的来说就是对异步电动机调速的模拟控制。在交流调速方法中，最常用也是比较好的一种方式便是变频调速，由于频率能够连续的变化，所以可以实现速度的连续变化，这样的调速更加的平滑和稳定。另一方面，在实际生活中，变频器的快速进步和发展，同时也推动了变频调速的发展，变频调速越来越受大家的瞩目。因此，了解和掌握交流调速的原理和方法，熟悉交流变频调速的现状和发展，将对我们以后的工作发展有着相当大的积极意义。
通过查阅一定的资料，对题目的认识，也逐渐清晰起来。我将大体内容分为四部分，第一，确定系统的总体方案，对于交流调速，有很多控制方案，每种方案都有自己的优缺点。这一章我将通过各种方案的分析与比较来选取本次毕业设计的最优方案。第二，确定好系统总体方案以后，我将开始将总体展开，一步一步来，首先硬件电路设计，这章我将更深入的了解各个硬件比如变频器和单片机。并且我将通过实物照片来进行补充叙述。第三，硬件电路设计好以后，便着手还是上位机软件的设计了，即程序设计。实际上本章是围绕单片机的程序问题展开的，怎样的硬件电路设计，将会有怎样的软件程序设计，故通过这一章，我们可将上一章的工作即硬件电路设计做一个合适与否的判断，从而能够及时发现并纠正问题。第四，系统软件程序问题解决以后，我们便可以对整个系统做一个调试了。也就是说，系统的优劣性得由一定的分析与了解，分析电动机调速性能将会是这一章的重点，论文的最后我将做一个总结。
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1.2 电动机的单片机控制
主要是介绍单片机对电动机的作用即为什么要把单片机和电动机相结合起来呢。实际上，是对本次设计题目更好的理解和补充说明。单片机应用技术的进步使异步电动机控制技术尤其是在调速方面发生了翻天覆地的变化。其中电动机控制部分已由模拟控制逐渐让位于以单片机为主的微处理器控制，形成了数字控制的发展。我相信，数字化对于我们并不陌生，它与我们的生活密切相关，可以说，我们正处于一个不断向前发展的数字化时代。对于电动机，这也是理所当然的发展。论其原因，当然是指单片机对电动机控制所起的作用。
微处理器取代模拟电路作为电动机的控制器有如下优点：1.电路更简单。模拟电路为了实现控制逻辑，需要更多的电子元件，使得电路复杂。采用微处理器以后，绝大多数的控制逻辑可通过软件来实现。2.可以实现比较复杂的控制。微处理器有着强大的逻辑运算功能，运算速度更快，精度较高，有大容量的存储单元，因此有能力实现复杂的控制，如优化控制等。3.具有较大的灵活性和适应性。微处理器的控制方式是由软件完成的。如果需要修改控制规律，一般不用改变系统的硬件电路，仅仅需修改程序即可。在系统调试或者改变方式的时候，可以不断尝试选择更好的调控方式及程序，非常方便。4.可提供人机界面，多级联网工作。这样一来，我们的我们对整个系统的演示，操作还有控制都有着一目了然的效果。
因此，单片机对于电动机的控制会是一个很好的选择，如同珠联璧合般。接下来我将顺着这个思路走下去。
电机实行变频调速，可像直流电机那样实现无极调速，这将扩大交流电机的应用范围，降低各类电机应用设备的成产成本，节约能源，像各类电梯原大都是使用昂贵的!体积庞大的直流电机，现改为使用变频调速装置的交流电机，这样比原成本降低了许多，安装维修方便。值得注意的是，很长时间以来，交流异步电动机的调速始终是一个不好解决的问题。
基于单片机控制的电机调速装置，提高和扩大了变频调速装置的应用效果和范围。只要我们合理设计硬件控制方案，优化程序，则使单片机控制的变频调速装置得到更普遍更深层次的应用，将变频调速技术更广泛的应用到机电设备和自动化设备中，将会产生更好的经济效益和社会效益。
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3 2 系统总体方案的设计 2.1 异步电动机的调速方法
首先我先简单介绍下异步电动机的工作原理。异步电动机是依靠旋转磁场的作用而转动的，根据旋转磁场理论，有下列关系
p f n /601= （2-1）
式中1n ——定子旋转磁场转速，也叫异步电动机同步转速（r / min ）；
f ——电源频率（Hz ） p ——电动机的磁极对数
异步电动机的同步转速与实际转速n 之差与同步转速之比，叫异步电动机的转差率，以s 表示
111/1/)(n n n n n s -=-= （2-2） n n s n -=11 （2-3） )1(1s n n -= （2-4） p f s n /60)1(?-= （2-5）
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这样分的原理是，由式2-5可知，异步电动机在一定负载稳定运行的条件（1T T =）下，想要得到不同的转速n ，其调速方法有变极对数p 、变转差率s （即改变电动机机械特性的硬度）和变电源频率f 等。就是根据这三种调速方法，将交流调速系统进行分类与总结。
好的，现在对这三种调速方法做一个比较。变极对数调速是一种简单的有级调速方式，它实际是把具有不同极数的电动机做成了一个统一体，通过外部电路来连接成不同的极数，改变电动机的同步转速。这种方式比较简单，系统的成本低，不产生额外能耗，机械特性也比较硬。变极数电动机适用于运行中不需要调速的粗略型有级变速应用，故不适合。由于s 和p 可以连续改变，所以变转差率
调速和变频调速都能实现无级调速。但改变转差率s 必然会有附加的转差功率损耗，效率很低。而就变频调速来说，由于改变n0调速，并没有人为地加大s ， 不产生附加的转差功率损耗，所以效率很高。
综上所述，定子由变频装置供电，采用改变定子供电电源频率的方法调节交流电动机运行速度的调速方式即变频调速方式。在调速过程中，从高速到低速都可以保持有限的转差功率，因而具有范围比较宽，效率也比较高，并且精度较高的调速性能。
2.2 变频调速系统的基本控制方案
异步电动机变频调速时，为维持气隙主磁通不变，应该保持N N f U f U 1111//=,即定子电源将跟着频率变化，将该比例式代入异步电动机转矩的参数表达式中以后可以得出这样一个结论，=T 常数。也就是说，这种调速为恒转矩调速。
那么，有的时候，异步电动机需要在额定频率以上调节时，根据=11/f U 常数，定子电压将超过额定电压N U 1,这是不允许的。为了保证安全运行，当N f f 11>时，保持N U U 11=,这时，磁通量Φ将随1f 的上升而下降，是转矩随转速的上升而减小。电动机的电磁功率=≈=112K T P πω常数，即调速过程中电磁功率近似不变，也就是所谓的恒功率调速。
在确定用变频调速后，变频调速的控制方式分三种模式，也就是整个系统的运行模式。分别是f U /模式，矢量控制模式和直接转矩控制模式三大类。
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图2.2 f U /控制模式
2.2.1 f U /控制模式
首先，解释一下f U /控制模式的概念。到现在为止，我已掌握变频调速的基本原理就是电压与频率配合的调整。由于我们的目的是使电动机变速，也就是说主要目标是转速的调节。而交流电动机转速又主要与频率有关，因此，在电压与频率的函数关系中，频率应该是主动变化量，也即是自变量，而电压作为因变量跟随变化。其实，这种控制模式就是f U /控制模式。
如图6.1分别是在f U /模式下电压频率关系以及不同频率下的磁通关系。由可以清楚客观的了解到，在工频以下，电压与频率成正比，磁通近似恒定；工频以上，电压不变，电机进行的是弱磁运行。同时，允许的运行频率也存在一个上限，其中的C 点就是工频额定电压点，也就是电压频率关系的转折点。
同时，我也直观的看到，当频率越低的时候，磁通量衰减的越严重。也就是说，我们的频率是由一定的限制的，在大约10Hz 以下的时候，额定电流下的转矩，最大转矩或者最大的有效制动转矩，都衰减到了没有办法正常运行的地步。
要是负载转矩很大的话，属于满载启动情况，则需要更大的启动转矩了，即使加速度也能引起过电流保护作用，为了能够成功起步，就只能加大变频器的额定电流的能力了。这就大大增加变频器的性能要求了。显而易见，系统在较低频率稳定运行的时候，其速度偏差还有定子电流都会比高频率区大，这是因为在转矩一定的情况下，低频率时对应的转速差更加大一点。这些理论应用到实际上，也就意味着，在基本f
U/模式下，系统允许的调速范围通常只有3～5。
2.2.2 矢量控制模式
上一节主要介绍了f
U/模式，在转矩一定的情况下，也就意味着磁通量近似恒定不变的情况下，以开环的方式进行频率控制，稳态时依靠转速差产生与负载转矩的自然平衡。所以，这样做带来的不良后果便是出现一个与负载转矩相关的转速偏差。动态加速时依靠实际转速提升的滞后，从而会加以产生一定的转速差。这样的话，系统的整个延迟性会加深。
对于一般的，要求性能不是较高的，这种偏差和延迟是可以接受的，不会造成其他一些问题。为了有效的减小动态的转速偏差，其实质就是要把加速度按照需要准确地变化。那么解决这一问题的办法便是通过矢量控制模式。这种模式实际上是一种动态数学模型，我看了看教材，异步电动机动态数学模型的推到相当繁琐。所以我主要介绍矢量控制模式到底是怎样的方式并分析该控制模式的优劣性。
首先我先说清楚矢量控制模式的基本思路。电子电流含有励磁和转矩两个矢量，这两个矢量我们可以通过矢量变化得到，接着我们再对两个矢量进行分离。分别进行控制，然后合成并转换成为对变频器参数的控制信号，模仿直流调速系统的控制特点实现对于电磁转矩的有效控制。这样一来，这种控制模式便有效的解决了上面提到的偏差和延迟问题。
矢量控制变频器的转矩控制时间常数越小，系统就越比较稳定，也就允许转速调节器有着更好的控制作用，系统的各种动态转速精度就越高。变频器的转矩时间常数和多数变频器动态结构方案是有关的。频率快速使输出提升，调节器又跟着检测到的转速偏差输出新的转矩指令。对于系统的偏差这一块，系统的动态误差不仅与变频器有关，而且与转动惯量也有很大的关系。转动惯量大的系统最大允许加速度是比较低
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的，但是它的动态速降也是比较低的。而且在速度给定不超过最大允许加速度变化的时候的速度跟随动态误差也比较低。一般而言。矢量控制变频器的转矩时间常数大约是数毫秒到数十毫秒之间，它能够构成转矩相应比较快的变频器及其调速系统。动态误差通常能够在千分之几的数量级，对于绝大多数系统，这个性能指标基本上能够充分满足要求了。
总的来说，矢量控制模式是非常精确的数据动态模型，这种控制方式是比较复杂的，所以在实际生活中需求的人力和物力也比较多，但其控制精度是相当高的。
2.2.3 直接转矩控制模式
直接转矩模式也除矢量控制模式以外非常高效并且精度高，性能较好的调速控制方式。并且，与矢量控制模式一样也有两个子系统，分别是转速控制和磁链控制。它的运行过程是先由转速调节器发出转矩指令，这样可以比较电磁转矩数学模型取得的实际转矩信号进行比较，通过这种比较，不断磨合与实际速度之间的误差。
在如今实用的通用变频器中，矢量控制和直接转矩控制都应该属于高性能的控制模式。但是目前实际生活中，有根据矢量控制原理制造的变频器，也有根据直接转矩原理的变频器。不过客观上说直接转矩控制是出现在直接转矩控制之后的又一高性能的调速控制模式。有的时候，我们总会有种先入为主的错觉，虽然直接转矩控制是在后来发展，但这并不意味着直接转矩更加先进，有根据矢量控制原理制造的变频器，更加具有优越性。
实际上，直接转矩模式的转矩脉冲问题的确比矢量控制严重，但脉动转矩在大体上仍然属于高频脉动，脉动幅值也不是很大，对整个的性能不是有特别厉害的影响，最关键的是，让稳态转速精度变差了。直接转矩控制的快速转矩相应特性，与一部分响应速度偏快的矢量控制模式变频器相比，优势并不明显并且在动态方面的性能也是比较好的。
我要说明的是，本次设计对于异步电动机的要求是在一定转矩下实现的调速，所以我采用的是结构简单并且成本较低的恒压频比的变频调速系统。也就是通过f
U/模式，但是有一点需要注意的是，该系统基本简单来讲是一种简单的开环输入输出系统，所以就是说我们的输入与输出之间不存在反馈环节，为了弥补这一缺憾我打算采用简
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单闭环及转差频率频率控制。这样一来，既能满足调速需求，也不用使用过于繁杂的控制电路。
2.3 变频变压的方法
我要说明的是，本次设计对于异步电动机的要求是在一定转矩下实现的调速，所以我采用的是结构简单并且成本较低的恒压频比的变频调速系统。现有的交流电源都是恒压恒频的，要满足调速系统变压变频的电源，必须通过变频装置也就是我们平常所说的变频器。那么接下来我将通过变频器来选择一种合适的变频变压的方法。
变频器有两种变频调压方法，交—交变频调压和交—直—交变频调压。观察交流电压的波形，其方向和幅值是按照正弦规律变化的。分开来讲，则是由幅值的大小变化和方向的交替变化构成的。就是说，分别采用能够调节幅值大小的方法和改变方向的方法，也能够产生交流电波形。正弦交流电压的有效值与最大幅值成正比，频率与波形的周期成反比。因此，调压时改变最大幅值能够改变电压有效值，改变调压的快慢能够改变频率，再加上改变电压的措施，就能够输出频率电压可变的交流电了哦。
交—交变频的思路就是这样的：在晶闸管整流电路中，可改变导通控制角来调节直流输出电压，控制角为?90时平均输出电压为零，控制角为0时输出电压最大。我们让控制角从?90逐步变化为0，再变回?90，就能得到从小到大再从大到小的直流波形，也可以把它看作一个交流波形的正半波。再反向安装一组整流桥，也照这样控制，那么就得到了一个完整的新交流电压波形。
如果让控制角的变化速度慢一些，那么新波形每个周期就延长了，即降低了交流电的频率。反过来，控制角变化快一些，频率就提高了。就是这样实现了频率的改变。如果让控制角不到0时就折回，那么新波形的电压峰值就会降低改变这个折回的角度，
图2.3 交—交变频器的基本构成
如图2.3为交—直—交变频器的基本构成。虽然交—交变频原理简单，能量变换直接、效率高，但其主电路复杂，可控器件多，触发驱动电路就会复杂，从单位功率成本考虑，只适合大容量场合应用，不适合小容量场合应用。所以我们不采用这种变
图2.4 交—直—交变频器的基本构成
交—直—交变频调压：顾名思义，它是先将交流变成直流，再将直流变成交流。如图2.4为交—直—交变频器的基本构成。首先通过整流器将交流整流为直流，这样就得到了直流电源。接下来，把直流逆变成交流，这就需要逆变器了。逆变器是将直流变换为交流的的电子器件。这样一来，就实现了从交流电整流为直流电，再将直流电逆变成交流电。这样的变频器就是交流—直流中间环节—交流间接式变频器，简称交—直—交变频器。交—直—交变频器有三种不同结构形式，如图2.5所示。
1.用可控整流器变压，用逆变器变频。这种装置的调压和调频分别在两个环节上进行，二者要在控制电路上配合协调。其有点是结构简单，控制方便，器件要求低；但是其功率因数小，谐波较大，器件开关频率低。
2.用不控整流器整流，用斩波器变压，用逆变器变频。这种装置的整流环节采用二极管不控整流器。其优点是功率因数高，整流和逆变干扰小；其缺点是构成环节多，谐波较大，调速范围不宽。
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3.用不控整流器整流，用PWM逆变器同时变压变频。用不控整流器整流，则功率因数高；用PWM逆变器变压变频，则谐波可以减小。这样，前两种装置的缺点都克服了。
若采用SPWM逆变器构成变压变频器，则可进一步改善调速系统的性能，因为其对输出正弦波形有着锦上添花的效果。综上所述，我采用交—直—交SPWM变压变频装置。
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2.3 系统设计总方案的确定
通过前两节的分析与比较，我最终确定了整个系统的方案，即数字式恒压频比调速系统。它包括主电路、驱动电路、微机控制电路、保护信号采集与综合电路，是一个典型的交—直—交变频调速系统。
主电路由二极管整流器、全控开关器件IGBT或功率模块组成的PWM逆变器UI 与中间电压型直流电路三部分组成，构成交—直—交电压源型变压变频器。变频器采用单片微机进行控制，主要通过软件来实现变压、变频控制，SPWM控制和发出各种保护指令，组成单片机控制的交流变频调速系统。它也是一个转速开环控制系统。整个系统的输入是通过键盘输入的速度，输出是异步电动机的转速。
图2.6是我设计的整个系统的系统简图。那么，实际上系统由三大硬件组成，异步电动机，变频器，单片机。问题来了，单片机到底在哪个位置，别着急，单片机其实是在控制变频器的工作。也就是说控制变频器的直流环节，使其输出正弦的交流波形，再通过电路是电动机按照我们所希望的速度旋转。到此为止，我解决了系统总体方案的设计这一主要问题。
图2.6 系统总体框图
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3 系统的硬件设计
单片机的选择：选用AT89C51 单片机，它既有强有力的运算能力，又有接口简单的优点，主要是资料比较齐全，价格越来越低廉。为了使系统有较好的动态性能，满足设计要求，将整个系统设计为转速闭环控制系统，采用转差频率调节方式，对转速进行动态调节。因为电动机负载为恒转矩负载，在低频段，采用恒磁通补偿方法来维持磁通恒定，实现恒磁通变频调速。当频率高于额定频率时，维持U1=ULN，实现恒功率调速。选用大规模集成电路HEF4752V 来产生PWM 控制信号，减轻单片机负担。系统主回路采用是交-直-交电压型GTR-PWM 变频电路，逆变器采用二极管整流，大功率晶体管作为开关元件，这样尽量使驱动电路简单，便于设计和调试。
3.1 系统硬件的选取
3.1.1 异步电动机
异步电动机分为好多中，从结构上来说的话主要有鼠笼型和绕线型，本次设计我选用的是结构较为紧凑的鼠笼型三相异步电动机。在市场产品中，该类电动机也分好多系类。本设计采用的是YVP系列变频调速三相异步电机。如图3.1为该电动机的外观图。
图3.1 变频调速三相异步电动机
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接下来，我要介绍的是该电动机的基本参数和功能性。因为电动机的选取会直接影响到整个调速系统的设计。
YVP系列电动机有着国外比较先进的技术设计。在电动机低速运转的时候即频率＜50HZ能够在1：10范围内作恒转矩调速运行且运行平稳，无转矩脉动现象，并具有较高的起动转矩和较小的起动电流。电动机高速运行时能够输出恒功率的特性。满足了我们所要设计的调速系统的要求。除此之外，本系列电动机调速范围是是比较宽的，振动较小，运行稳定。前边我们提到，采用SPWM逆变器构成变压变频器，则可进一步改善调速系统的性能，因为其对输出正弦波形有着锦上添花的效果。该系列电动机是能够与SPWM变频器相匹配吻合的，这是
选取该电动机的最关键的因素。
本电动机的使用条件是环境温度：C
1000
≤防护等级：
15海拔：m
?
~
+40
IP44 电压：380（220）V±10% 频率：50（60）HZ±2%
工作制：S1连续绝缘：B（or） F 接法: 3kw及以下电机，使用220V变频时请改为△接法。
图3.2 LCD显示屏
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图3.2是LCD显示屏的外观图。运用LCD显示屏，主要是为了对整个调速系统进行实时观测，清楚明了的看到电动机输入频率的变化，实际上也就是电动机的转速变化。显示屏应该与键盘配合使用，它属于人机交互的一种。当整个系统设计完毕后，我们将通过运行程序期间，显示屏示数的变化来判断整个系统的调速性能是否能够基本上达到要求。我们可将硬件电路设计工作做一个合适与否的判断，从而能够及时发现并纠正问题。另外，系统软件程序问题解决以后，我们便可以对整个系统做一个调试了。也就是说，系统的优劣性得由一定的分析与了解，分析电动机调速性能是一个必要的环节。
3.1.2 单片机控制面板
图 3.3 单片机控制面板
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如图3.3为单片机控制面板。本系统我采用选用AT89C51 单片机，它既有强有力的运算能力，又有接口简单的优点，主要是资料比较齐全，价格越来越低廉。为了使系统有较好的动态性能，满足设计要求，将整个系统设计为转速闭环控制系统，采用转差频率调节方式，对转速进行动态调节。
之所以选用该单片机是因为电路更简单，模拟电路为了实现控制逻辑，需要更多的电子元件，使得电路复杂。采用微处理器以后，绝大多数的控制逻辑可通过软件来实现。可以实现比较复杂的控制，微处理器有着强大的逻辑运算功能，运算速度更快，精度较高，有大容量的存储单元，因此有能力实现复杂的控制，如优化控制等。具有较大的灵活性和适应性。微处理器的控制方式是由软件完成的。如果需要修改控制规律，一般不用改变系统的硬件电路，仅仅需修改程序即可。在系统调试或者改变方式的时候，可以不断尝试选择更好的调控方式及程序，非常方便。可提供人机界面，多级联网工作。这样一来，我们的我们对整个系统的演示，操作还有控制都有着一目了然的效果。因此，单片机对于电动机的控制会是一个很好的选择，如同珠联璧合般。
3.2 硬件电路设计
3.2.1 主电路的设计
图3.4 电压型交-直-交变频主电路
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工频交流电源
如图3.4 为系统的主电路，由于本次系统采用的是交—直—交变频调速系统，选用的为异步电动机，电感对于电动机的工作影响非常大，电动机工作本身就是电能与磁能的转换。故主电路采用的是电压型交—直—交变频电路。
3.2.2 整流电路设计
图3.5 整流电路
如图3.5为该系统的整流电路，主要由整流二极管构成。与矢量控制模式一样也有两个子系统，分别是转速控制和磁链控制。它的运行过程是先由转速调节器发出转矩指令，这样可以比较电磁转矩数学模型取得的实际转矩信号进行比较，通过这种比较，不断磨合与实际速度之间的误差。由可以清楚客观的了解到，在工频以下，电压与频率成正比，磁通近似恒定；工频以上，电压不变，电机进行的是弱磁运行。同时，允许的运行频率也存在一个上限。整流部分采用P 整流桥，正常的交流电输入后经过整流桥的全波整流后变成直流电容，可以最大程度地过滤掉整流后电压信号中的交流成分。
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前边提到将交流电整流后，其实是过滤掉交流电成分。经过二极管整流之后，电流的大小并不是稳定不变的，这个时候还达不到直流电的要求。要完整完成把交流电变成直流电这一工作，我们还需要对电流进行滤波，因为变频器的运行是直流脉冲的载体。如果直接将整流电流提供给变频逆变器，那么逆变器是不能够正常进行工作的。另一句话说，滤波的工作，就是把整流器输出电压中的波动成分尽可量地减小，转变成接近大小不变的的稳定的直流电。
图4.6 滤波电路
电容器是一个能够储存电能的元件。在电子电路中，如果电容器两端加入电压的时候，电容便开始进行充电工作，这样一来，电能变能够储存到电容器中。实际上，电容器既有充电功能也有放电功能。电容器在放电的时候就相当于一个电源。通俗来讲，电容器就是起到一个弹簧减震的效果，过高或者过低的电流都能够进行过滤。
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《单片机技术》 课程设计报告 题目：基于MCU-51单片机的秒表设计班级： 学号： 姓名： 同组人员： 指导教师：王瑞瑛、汪淳 2014年6月17日
目录 1课程设计的目的 (3) 2 课程设计题目描述和要求 (3) 2.1实验题目 (4) 2.2设计指标 (4) 2.3设计要求 (4) 2.4增加功能 (4) 2.5课程设计的难点 (4) 2.6课程设计容提要 (4) 3 课程设计报告容 (5) 3.1设计思路 (5) 3.2设计过程 (6) 3.3 程序流程及实验效果 (7) 3.4 实验效果 (16) 4 心得体会 (17)
基于MCS-51单片机的秒表设计 摘要：单片机控制秒表是集于单片机技术、模拟电子技术、数字技术为一体的机电一体化高科技产品，具有功耗低，安全性高，使用方便等优点。本次设计容为以8051 单片机为核心的秒表，它采用键盘输入，单片机技术控制。设计容以硬件电路设计，软件设计和PCB 板制作三部分来设计。利用单片机的定时器/计数器定时和计数的原理，用集成电路芯片、LED 数码管以及按键来设计计时器。将软、硬件有机地结合起来，使他拥有正确的计时、暂停、清零、并同时可以用数码管显示，在现实生中应用广泛。 关键词:秒表;8051;定时器;计数器 1 课程设计的目的 《单片机应用基础》课程设计是学好本门课程的又一重要实践性教学环节，课程设计的目的就是配合本课程的教学和平时实验，以达到巩固消化课程的容，进一步加强综合应用能力及单片机应用系统开发和设计能力的训练，启发创新思维，使之具有独立单片机产品和科研的基本技能，是以培养学生综合运用所学知识的过程，是知识转化为能力和能力转化为工程素质的重要阶段。 2 课程设计题目描述和要求
基于51单片机的多路温度采集控制系统设计 言： 随着现代信息技术的飞速发展，温度测量控制系统在工业、农业及人们的日常生活中扮演着一个越来越重要的角色，它对人们的生活具有很大的影响，所以温度采集控制系统的设计与研究有十分重要的意义。 本次设计的目的在于学习基于51单片机的多路温度采集控制系统设计的基本流程。本设计采用单片机作为数据处理与控制单元，为了进行数据处理，单片机控制数字温度传感器，把温度信号通过单总线从数字温度传感器传递到单片机上。单片机数据处理之后，发出控制信息改变报警和控制执行模块的状态，同时将当前温度信息发送到LED进行显示。本系统可以实现多路温度信号采集与显示，可以使用按键来设置温度限定值，通过进行温度数据的运算处理，发出控制信号达到控制蜂鸣器和继电器的目的。 我所采用的控制芯片为AT89c51，此芯片功能较为强大，能够满足设计要求。通过对电路的设计，对芯片的外围扩展，来达到对某一车间温度的控制和调节功能。 关键词：温度多路温度采集驱动电路 正文： 1、温度控制器电路设计 本电路由89C51单片机温度传感器、模数转换器ADC0809、窜入并出移位寄存器74LS164、数码管、和LED显示电路等组成。由热敏电阻温度传感器测量环境温度，将其电压值送入ADC0809的IN0通道进行模数转换，转换所得的数字量由数据端D7-D0输出到89C51的P0口，经软件处理后将测量的温度值经单片机的RXD端窜行输出到74LS164，经74LS164 窜并转换后，输出到数码管的7个显示段，用数字形式显示出当前的温度值。89C51的P2.0、P2.1、P2.2分别接入ADC0809通道地址选择端A、B、C，因此ADC0809的IN0通道的地址为F0FFH。输出驱动控制信号由p1.0输出，4个LED为状态指示，其中，LED1为输出驱动指示，LED2为温度正常指示，LED3为高于上限温度指示，LED4为低于下限温度指示。当温度高于上限温度值时，有p1.0输出驱动信号，驱动外设电路工作，同时LED1亮、LED2灭、LED3亮、LED4灭。外设电路工作后，温度下降，当温度降到正常温度后，LED1亮、LED2亮、LED3灭、LED4灭。温度继续下降，当温度降到下限温度值时，p1.0信号停止输出，外设电路停止工作，同时LED1灭、LED2灭、LED3灭、LED4亮。当外设电路停止工作后，温度开始上升，接着进行下一工作周期。 2、温度控制器程序设计 本软件系统有1个主程序，6个子程序组成。6个子程序为定时/计数器0中断服务程序、温度采集及模数转换子程序ADCON、温度计算子程序CALCU、驱动控制子程序DRVCON、十进制转换子程序METRICCON 及数码管显示子程序DISP。 （1）主程序 主程序进行系统初始化操作，主要是进行定时/计数器的初始化。 （2）定时/计数器0中断服务程序 应用定时计数器0中断的目的是进行定时采样，消除数码管温度显示的闪烁现象，用户可以根据实际环境温度变化率进行采样时间调整。每当定时时间到，调用温度采集机模数转换子程序ADCON，得到一个温度样本，并将其转换为数字量，传送给89C51单片机，然后在调用温度计算子程序CALCU，驱动控制子程序DRVCON，十进制转换子程序MERTRICCON，温度数码显示子程序DISP。
《单片机原理与应用》课程设计题目 1．基于单片机的电子秒表 本设计以MCS-51系列单片机为核心，采用常用电子器件设计，一个电源开关，两个按键，三位数码管显示，打开电源开关后显示8，每秒循环左移一位，即□□8—>□8□—>8□□—>□□8—>…，按A键开始计时，实时显示所经历的时间，按B键停止计时并显示从开始到当前时刻的时间，要求精确到0.1秒，量程为0～99.9秒。 要求按键输入采用中断方式，按键A接INT0，按键B接INT1。 2．智能电动百叶窗 本设计以MCS-51系列单片机为核心，采用常用电子器件设计，一个电源开关，用一台直流电机控制百叶窗叶片的旋转（正转/反转），用一个光敏电阻传感器测量室内光强度，并用两位数码管显示测量结果，设置三个按键：手动/自动切换、手动正转和手动反转，用一个发光二极管显示手动/自动状态，自动状态时二极管亮。 设置两个极限位置保护行程开关，用于保护百叶窗叶片：当正转到极限位置压下行程开关时，电机停止正转，但还可以反转；当反转到极限位置压下行程开关时，电机停止反转，但还可以正转。 按键输入采用中断方式，按键中断请求信号接INT0. 单片机根据设定光强S1和S2（S2 > S1）和实测光强P控制电机M的动作：当P<=S1时，控制M正转以增加进光量； 当P>S2时，控制M反转以减少进光量； 当S1 基于51单片机的水温自动控制系统 0 引言 在现代的各种工业生产中 ,很多地方都需要用到温度控制系统。而智能化的控制系统成为一种发展的趋势。本文所阐述的就是一种基于89C51单片机的温度控制系统。本温控系统可应用于温度范围30℃到96℃。 1 设计任务、要求和技术指标 1.1任务 设计并制作一水温自动控制系统，可以在一定范围（30℃到96℃）内自动调节温度，使水温保持在一定的范围（30℃到96℃）内。 1.2要求 （1）利用模拟温度传感器检测温度，要求检测电路尽可能简单。 （2）当液位低于某一值时，停止加热。 （3）用AD转换器把采集到的模拟温度值送入单片机。 （4）无竞争-冒险，无抖动。 1.3技术指标 （1）温度显示误差不超过1℃。 （2）温度显示范围为0℃—99℃。 （3）程序部分用PID算法实现温度自动控制。 （4）检测信号为电压信号。 2 方案分析与论证 2.1主控系统分析与论证 根据设计要求和所学的专业知识，采用AT89C51为本系统的核心控制器件。AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS 8位微处理器。其引脚图如图1所示。 2.2显示系统分析与论证 显示模块主要用于显示时间，由于显示范围为0～99℃，因此可采用两个共阴的数码管作为显示元件。在显示驱动电路中拟订了两种设计方案： 方案一：采用静态显示的方案 采用三片移位寄存器74LS164作为显示电路，其优点在于占用主控系统的I/O口少，编程简单且静态显示的内容无闪烁，但电路消耗的电流较大。 方案二：采用动态显示的方案 由单片机的I/O口直接带数码管实现动态显示，占用资源少，动态控制节省了驱动芯片的成本，节省了电 ,但编程比较复杂，亮度不如静态的好。 由于对电路的功耗要求不大，因此就在尽量节省I/O口线的前提下选用方案一的静态显示。 基于51单片机课程设计报告 院系：电子通信工程 团组：电子设计大赛1组 姓名： 指导老师： 目录 一、摘要 (3) 二、系统方案的设计 (3) 三、硬件资源 (5) 四、硬件总体电路搭建 (13) 五、程序流程图 (14) 六、设计感想 (14) 七、参考文献 (16) 附录 (17) 附录 1 程序代码 (17) 一、摘要 本设计以STC89C51单片机为核心的温度控制系统的工作原理和设计方法。温度信号由温度芯片DS18B20采集，并以数字信号的方式传送给单片机。文中介绍了该控制系统的硬件部分，包括：温度检测电路、温度控制电路。单片机通过对信号进行相应处理，从而实现温度控制的目的。文中还着重介绍了软件设计部分，在这里采用模块化结构，主要模块有：数码管显示程序、键盘扫描及按键处理程序、温度信号处理程序、led控制程序、超温报警程序。 关键词：STC89C51单片机 DS18B20温度芯片温度控制 ,LED报警提示. 二、系统方案的设计 1、设计要求 基本功能： 不加热时实时显示时间，并可手动设置时间； 设定加热水温功能。人工设定热水器烧水的温度，范围在20～70度之间，打开开关后，根据设定温度与水温确定是否加热，及何时停止加热，可实时显示温度； 设定加热时间功能。限定烧水时间，加热时间内超过温度上限或低于温度下限报警，并可实时显示温度。 2、系统设计的框架 本课题设计的是一种以STC89C51单片机为主控制单元，以DS18B20为温度传感器的温度控制系统。该控制系统可以实时存储相关的温度数据并记录当前的时间。其主要包括：电源模块、温度测量及调理电路、键盘、数码管显示、指示灯、报警、继电器及单片机最小系统。 图1 系统设计框架 3 工作原理 温度传感器 DS18B20 从设备环境的不同位置采集温度，单片机STC8951获取采集的温度值，经处理后得到当前环境中一个比较稳定的温度值，再根据当前设定的温度上下限值，通过加热和降温对当前温度进行调整。当采集的温度经处理后超过设定温度的上限时，单片机通过三极管驱动继电器开启降温设备(压缩制冷器) ，当采集的温度经处理后低于设定温度的下时 , 单片机通过三极管驱动继电器开启升温设备 (加热器) ，这里采用通过LED1和LED2取代！！！ 当由于环境温度变化太剧烈或由于加热或降温设备出现故障，或者温度传感头出现故障导致在一段时间内不能将环境温度调整到规定的温度限内的时候，单片机通过三极管驱动扬声器发出警笛声，这里采用HLLED提示。 基于单片机的温度控制系统设计 1.设计要求 要求设计一个温度测量系统，在超过限制值的时候能进行声光报警。具体设计要求如下： ①数码管或液晶显示屏显示室内当前的温度； ②在不超过最高温度的情况下，能够通过按键设置想要的温度并显示；设有四个按键，分别是设置键、加1键、减1键和启动/复位键； ③DS18B20温度采集； ④超过设置值的±5℃时发出超限报警，采用声光报警，上限报警用红灯指示，下限报警用黄灯指示，正常用绿灯指示。 2.方案论证 根据设计要求，本次设计是基于单片机的课程设计，由于实现功能比较简单，我们学习中接触到的51系列单片机完全可以实现上述功能，因此可以选用AT89C51单片机。温度采集直接可以用设计要求中所要求的DS18B20。报警和指示模块中，可以选用3种不同颜色的LED灯作为指示灯，报警鸣笛采用蜂鸣器。显示模块有两种方案可供选择。 方案一：使用LED数码管显示采集温度和设定温度； 方案二：使用LCD液晶显示屏来显示采集温度和设定温度。 LED数码管结构简单，使用方便，但在使用时，若用动态显示则需要不断更改位选和段选信号，且显示时数码管不断闪动，使人眼容易疲劳；若采用静态显示则又需要更多硬件支持。LCD显示屏可识别性较好，背光亮度可调，而且比LED 数码管显示更多字符，但是编程要求比LED数码管要高。综合考虑之后，我选用了LCD显示屏作为温度显示器件，由于显示字符多，在进行上下限警戒值设定时同样可以采集并显示当前温度，可以直观的看到实际温度与警戒温度的对比。LCD 显示模块可以选用RT1602C。 3.硬件设计 根据设计要求，硬件系统主要包含6个部分，即单片机时钟电路、复位电路、键盘接口模块、温度采集模块、LCD 显示模块、报警与指示模块。其相互联系如下图1所示： 图1 硬件电路设计框图 单片机时钟电路 形成单片机时钟信号的方式有内部时钟方式和外部时钟方式。本次设计采用内部时钟方式，如图2所示。 单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别为此放大器的输入端和输出端，其频率范围为~12MHz ，经由片外晶体振荡器或陶瓷振荡器与两个匹配电容一 起形成了一个自激振荡电路，为单片机提供时钟源。 复位电路 复位是单片机的初始化操作，其作用是使CPU 和系统中的其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，以防止电源系统不稳定造成CPU 工作不正常。在系统中，有时会出现工作不正常的情况，为了从异常状态中恢复，同时也为了系统调试方便，需要设计一个复位电路。 单片机的复位电路有上电复位和按键复位两种形式，因为本次设计要求需要有启动/复位键，因此本次设计采用按键复位，如图3。复位电路主要完成系统 图2 单片机内部时钟方式电路 图3 单片机按键复位电路 TIME0_DOWN EQU F0 ;将F0设置为定时器0定时到标志 FINISH_ID EQU 30H ;学号发送标志 KEY_FLAG BIT 00H ;有键按下标志 KEY_LONG BIT 01H ;键长按 KEY_D EQU 31H ;键值存放地址 ADC0809_AD EQU 8000H ;设置ADC0809地址 DAC0832_AD EQU 0000H ;设置DAC0832地址 ADC_FLAG BIT 02H ;设置ADC0809读数据标志 ADC_DATE EQU 32H ;设置ADC0809数据地址 ADC_0 EQU 33H ;ADC0809转化为BCD码后个位存放地址 ADC_1 EQU 34H ;十分位存放地址 ADC_2 EQU 35H ;百分位存放地址 ADC_3 EQU 36H ;千分位存放地址 ORG 0000H ;程序开始，跳转至主程序 0000 020030 LJMP MAIN ORG 0003H ;外部中断0入口0003 020141 LJMP INT0_IN ORG 000BH ;设置定时器0中断入口地址 000B 020132 LJMP TIME0 ORG 0013H ;外部中断1入口0013 020151 LJMP INT1_IN ORG 0030H ;主程序开始地址 0030 758169 MAIN: MOV SP,#69H ;初始化堆栈指针 0033 C292 CLR P1.2 ;显示器清零 0035 D292 SETB P1.2 0037 753000 MOV FINISH_ID,#0 ;将标志位清零 003A C2D5 C LR TIME0_DOWN 003C C200 CLR KEY_FLAG 003E C201 CLR KEY_LONG 0040 753100 MOV KEY_D,#0 0043 C202 CLR ADC_FLAG 0045 753200 MOV ADC_DATE,#0 0048 753300 MOV ADC_0,#0 004B 753400 MOV ADC_1,#0 004E 753500 MOV ADC_2,#0 0051 753600 MOV ADC_3,#0 0054 C291 CLR P1.1 ;初始化键盘，行线置零，有键按下触发中断 0056 C293 CLR P1.3 基础强化训练任务书 学生姓名：董勇涛专业班级：电子0902 指导教师：洪建勋工作单位：信息工程学院 题目：基于51单片机最小系统设计 一、训练目的 主要目的就是对学生进行基础课程、基本技能、基本动手能力的强化训练，提高学生的基础理论知识、基本动手能力，提高人才培养的基本素质。 二、训练内容和要求 1、基础课程和基本技能强化训练 (1)设计一个基于51单片机最小系统电路； (2)对所设计电路的基本原理进行分析； 2、文献检索与利用、论文撰写规范强化训练 要求学生掌握基本的文献检索方法，科学查找和利用文献资料，同时要求学生获得正确地撰写论文的基本能力，其中包括基本格式、基本排版技巧和文献参考资料的写法、公式编排、图表规范制作、中英文摘要的写法等训练。 3、基本动手能力和知识应用能力强化训练 (1)学习PROTEL软件； (2)绘制电路的原理图和PCB版图，要求图纸绘制清晰、布线合理、符合绘图规范； 4、查阅至少5篇参考文献，按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写基础强化训练报告书，全文用A4纸打印。 三、初始条件 计算机；Microsoft Office Word 软件；PROTEL软件 四、时间安排 1、20011年7 月 11日集中，作基础强化训练具体实施计划与报告格式要求的说明； 学生查阅相关资料，学习电路的工作原理。 2、2011年7 月 12日，电路设计与分析。 3、2011年7 月 13日至2010年7 月 14日，相关电路原理图和PCB版图的绘制。 4、2011年7 月15日上交基础强化训练成果及报告，进行答辩。 指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日 目录 摘要.................................................................................................................... 错误!未定义书签。 1 电源提供方案 为使模块稳定工作，须有可靠电源。因此考虑了两种电源方案：方案一：采用独立的稳压电源。此方案的优点是稳定可靠，且有各种成熟电路可供选用；缺点是各模块都采用独立电源，会使系统复杂，且可能影响电路电平。 方案二：采用单片机控制模块提供电源。改方案的优点是系统简明扼要，节约成本；缺点是输出功率不高。综上所述，选择方案二。 2 显示界面方案 该系统要求完成倒计时功能。基于上述原因，我考虑了二种方案：方案一：采用数码管显示。这种方案只显示有限的符号和数码字符，简单，方便。方案二：采用点阵式LED 显示。这种方案虽然功能强大，并可方便的显示各种英文字符，汉字，图形等，但实现复杂，成本较高。 综上所述，选择方案一。 3 输入方案： 设计要求系统能调节灯亮时间，并可处理紧急情况，我研究了两种方案：方案一：采用8155扩展I/O 口及键盘，显示等。 该方案的优点是：使用灵活可编程，并且有RAM,及计数器。若用该方案，可提供较多I/O 口,但操作起来稍显复杂。 方案二：直接在I/O口线上接上按键开关。 由于该系统对于交通灯及数码管的控制，只用单片机本身的I/O 口就可实现，且本身的计数器及RAM已经够用。 综上所述，选择方案二。 3.1单片机交通控制系统的通行方案设计 设在十字路口，分为东西向和南北向，在任一时刻只有一个方向通行，另一方向禁行，持续一定时间，经过短暂的过渡时间，将通行禁行方向对换。其具体状态如下图所示。说明：黑色表示亮，白色表示灭。交通状态从状态1开始变换，直至状态6然后循环至状态1，周而复始，即如图2.1所示： 图1 交通状态 本系统采用MSC-51系列单片机AT89C51作为中心器件来设计交通灯控制器。实现以下功能： 单片机课程设计 课题：基于51单片机的交通灯设计 专业：机械设计制造及其自动化 学号： 指导教师：邵添 设计日期：2017/12/18 成绩： 大学城市科技学院电气学院 基于51单片机数字温度计设计报告 一、设计目的作用 本设计是一款简单实用的小型数字温度计，所采用的主要元件有传感器DS18B20，单片机AT89C52，，四位共阴极数码管一个，电容电阻若干。DS18B20支持“一线总线”接口，测量温度围-55°C~+125°C。在-10~+85°C围,精度为±0.5°C。18B20的精度较差，为±2°C 。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。 本次数字温度计的设计共分为五部分，主控制器，LED显示部分，传感器部分，复位部分，按键设置部分，时钟电路。主控制器即单片机部分，用于存储程序和控制电路；LED显示部分是指四位共阴极数码管，用来显示温度；传感器部分，即温度传感器，用来采集温度，进行温度转换；复位部分，即复位电路，按键部分用来设置上下限报警温度。测量的总过程是，传感器采集到外部环境的温度，并进行转换后传到单片机，经过单片机处理判断后将温度传递到数码管显示。 二、设计要求 （1）．利用DS18B20传感器实时检测温度并显示。 （2）．利用数码管实时显示温度。 （3）．当温度超过或者低于设定值时蜂鸣器报警，LED闪烁指示。 （4）.能够手动设置上限和下限报警温度。 三、设计的具体实现 1、系统概述 方案一：由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。 方案设计框图如下： commonly used circuit, makes the whole design is more complete, more flexible. Keywords: DS18B20; STC89C51; MCU; control; simulation 1.绪论 1.1 温度控制系统设计的背景及意义 随着社会的发展，科技的进步，以及测温仪器在各个领域的应用，智能化已是现代温度控制系统发展的主流方向。特别是近年来，温度控制系统已应用到人们生活的各个方面，但温度控制一直是一个未开发的领域，却又是与人们息息相关的一个实际问题。针对这种实际情况，设计一个温度控制系统，具有广泛的应用前景与实际意义。 温度是科学技术中最基本的物理量之一，物理、化学、生物等学科都离不开温度。在工业生产和实验研究中，像电力、化工、石油、冶金、航空航天、机械制造、粮食存储、酒类生产等领域内，温度常常是表征对象和过程状态的最重要的参数之一。比如，发电厂锅炉的温度必须控制在一定的范围之内；许多化学反应的工艺过程必须在适当的温度下才能正常进行；炼油过程中，原油必须在不同的温度和压力条件下进行分馏才能得到汽油、柴油、煤油等产品。因此，各行各业对温度控制的要求都越来越高。可见，温度的测量和控制是非常重要的。 单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛，在很多的电子产品中也用到了温度检测和温度控制。随着温度控制器应用范围的日益广泛和多样，各种适用于不同场合的智能温度控制器应运而生。 1.2 饮水机温度控制系统的目的 饮水机的温度控制系统，能有效的利用水资源和电源。过低的温度或者过高的温度都会使水资源造成浪费，在全球水资源缺乏的今日，我们更应该掌握好水温的控制。本设计为一个单片机的饮水机的温度控制系统，此系统可以实时检测饮水的水温，并且可以通过液晶管显示饮水机的温度，可以通过键盘对饮水机的水进行加热，当低于设定的温度下限时进行加热，本设计是对温度进行实时监测与控制，设计的系统主要实现了以下功能： 1.在液晶显示当前温度的大小，精度为四分之一度，并显示温度控制的上限值和下限值。 2.单位转换，把显示温度的单位从摄氏温标与华氏温标进行互换。 3.温度控制，当温度超出上限值就关闭继电器，当温度低于下限值就启动继电器。 4.温度控制的上限和下限的设置，通过矩阵键盘的输入修改上限值和下限值。 5.蜂鸣器报警，当温度超出上限值蜂鸣器进行报警。 1.3 系统总体设计思想 方案一：使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电 课程设计说明书 课程设计任务书 基于51单片机的交通控制系统模拟设计 学院：电气与控制工程学院 专业：自动化 姓名： 目录 1. 设计思路 (2) 2.2显示界面方案 (2) 2.3输入方案： (2) 3 单片机交通控制系统总体设计 (2) 3.1单片机交通控制系统的通行方案设计 (2) 3.2单片机交通控制系统的功能要求 (3) 3.3单片机交通控制系统的基本构成及原理 (3) 4智能交通灯控制系统的硬件设计 (4) 4.1系统硬件总电路构成及原理 (4) 4.2系统硬件电路构成 (4) 4.3系统工作原理 (4) 5 系统软件程序的设计 (6) 5.1程序主体设计流程 (6) 参考文献 (17) 设计心得体会 (18) 附录 (19) 基于单片机的交通控制系统模拟设计 1. 设计思路 （1）分析目前交通路口的基本控制技术以及各种通行方案，并以此为基础提出自己的交通控制的初步方案。 （2）确定系统交通控制的总体设计，包括，十字路口具体的通行禁行方案设计以及系统应拥有的各项功能，在这里，本设计除了有信号灯状态控制能实现基本的交通功能，还增加了倒计时显示提示，基于实际情况，又增加了紧急状况处理和通行时间可调这两项特特殊功能。 （3）进行显示电路，灯状态电路，按键电路的设计和对各器件的选择及连接，大体分配各个器件及模块的基本功能要求。 （4）进行软件系统的设计，对于本系统，采用单片机C语言编写，对单片机内部结构和工作情况做了充足的研究，了解定时器，中断以及延时原理，总体上完成了软件的编写。 2.单片机交通控制系统方案的比较、设计与论证 2.1 电源提供方案 采用单片机控制模块提供电源。改方案的优点是系统简明扼要， 节约成本；缺点是输出功率不高。 2.2 显示界面方案 采用数码管显示。这种方案只显示有限的符号和数码字符，简单，方便。 2.3 输入方案： 由于该系统对于交通灯及数码管的控制，只用单片机本身的I/O 口就可实现，且本身的计数器及RAM已经够用，故选择方案二。 3 单片机交通控制系统总体设计 3.1单片机交通控制系统的通行方案设计 设在十字路口，分为东西向和南北向，在任一时刻只有一个方向通行，另一方向禁行，持续一定时间，经过短暂的过渡时间，将通行禁行方向对换。其具体状态如下所示。交通状态从状态1开始变换，直至状态6然后循环至状态1，周而复始。 通过具体的路口交通灯状态的演示分析我们可以把这四个状态归纳如下： ◆南北方向红灯灭，同时绿灯亮，东西方向黄灯灭，同时红灯亮，倒计时30秒。此状态下，东西向禁止通行，南北向允许通行。 ◆南北方向绿灯灭，东西方向红灯灭，同时黄灯亮，倒计时3秒。此状态下，除了已经正在通行中的其他所以车辆都需等待状态转换。 51单片机课程设计报告 学院： 专业班级： 姓名： 指导教师： 设计时间： 51单片机课程设计 一、设计任务与要求 1.任务：制作并调试51单片机学习板 2.要求： （1）了解并能识别学习板上的各种元器件，会读元器件标示； （2）会看电路原理图； （3）制作51单片机学习板； （4）学会使用Keil C软件下载调试程序； 用调试程序将51单片机学习板调试成功。 二、总原理图及元器件清单 1．总原理图 2．元件清单 三、模块电路分析 1. 最小系统： 单片机最小系统电路分为振荡电路和复位电路， 振荡电路选用12MHz 高精度晶振, 振荡电容选用22p和30p 独石电容; 图 1 图 2 复位电路使用RC 电路，使用普通的电解电容与金属膜电阻即可； 图 3 当单片机上电瞬间由于电容电压不能突变会使电容两边的电位相同，此时RST 为高电平，之后随着时间推移电源负极通过电阻对电容放电，放完电时RST 为低电平。正常工作为低电平，高电平复位。 2. 显示模块： 分析发光二极管显示电路： 图 4 发光二极管显示电路分析:它是半导体二极管的一种,可以把电能转化成光能,常简写为 LED。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成,也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后,产生自发辐射的荧光。图中一共有五个发光二极管其中一个为电源指示灯,当学习板通电时会发光以指示状态。其余四个为功能状态指示灯,实际作用与学习板有关 分析数码管显示电路 图 5 数码管显示电路分析:数码管按段数分为七段数码管和八段数码管,图中所用为八段数码管(比七段管多了一个小数点显示位),按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管.共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。数码管主要用来显示经电路板处理后的程序的运行结果。图中使用了八个八段数码管,可以显示八个0-15的数字。使用数码管可以直观的得到程序运行所显示的结果.也可以显示预置在学习板上的程序,主要通过16个开关来控制。 四、硬件调试 1、是否短路 用万用表检查P2两端是短路。电阻为0，则短路，电阻为一适值，电路正常。 2、焊接顺序 焊接的顺序很重要，按功能划分的器件进行焊接，顺序是功能部件的焊接--调试--另一功能部件的焊接，这样容易找到问题的所在。 3、器件功能 1）检查原理图连接是否正确 2）检查原理图与PCB图是否一致 3）检查原理图与器件的DATASHEET上引脚是否一致 4）用万用表检查是否有虚焊，引脚短路现象 5）查询器件的DATASHEET，分析一下时序是否一致，同时分析一下命令字是否正确 6）通过示波器对芯片各个引脚进行检查，检查地址线是否有信号的 7）飞线。用别的的口线进行控制，看看能不能对其进行正常操作，多试验，才能找到问题出现在什么地方。 1、详细描述硬件安装过程中出现的故障现象，并作故障分析，及解决方法。 六、软件调试 课程设计报告 华中师范大学武汉传媒学院 传媒技术学院 电子信息工程2011 仅发布百度文库，版权所有. AD转换 要求： A.使用单片机实现AD转换 B.可以实现一位AD转换，并显示（保留4位数字）设计框图： 方案设计： AD转换时单片机设计比较重要的实验。模数转换芯片种类多，可以满足不同用途和不同精度功耗等。 外部模拟量选择的是简单的电位器，通过控制电位器来改变模拟电压。显示电压值采用一般的四位七段数码管。而AD转换芯片采用使用最广的ADC0809 ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图所示。 下面说明各引脚功能： ?IN0～IN7：8路模拟量输入端。 ?2-1～2-8：8位数字量输出端。 ?ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。?ALE：地址锁存允许信号，输入端，高电平有效。 ?START： A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。 ?EOC： A/D转换结束信号，输出端，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。 ?OE：数据输出允许信号，输入端，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。 ?CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHz。 ?REF（+）、REF（-）：基准电压。 ?Vcc：电源，单一+5V。 ?GND：地 工作原理： 首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A/D转换完成，EOC 变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。 本次实验采用中断方式 把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。 不管使用上述哪种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进行数据传送。 首先送出口地址并以信号有效时，OE信号即有效，把转换数据送上数据总线，供单片机接受。 采用中断可以减轻单片机负担。并可以使程序有更多的空间作二次开发。 摘要 摘要 本课题针对教室灯光的控制，分析了教室灯光智能控制的原理和实现方法，提出了基于单片机设计教室灯光智能控制系统的思路，并在此基础上开发了智能控制系统的硬件模块和相应软件部分。 该系统以AT89S51单片机作为控制模块的核心部件，采用热释红外人体传感器检测人体的存在，采用光敏三极管构成的电路检测环境光的强度；根据教室合理开灯的条件，通过对人体存在信号和环境光信号的识别与判断，完成对教室灯光的智能控制，避免了教室用电的大量浪费。系统还具有报警功能；同时还采用了软/硬件的“看门狗”等抗干扰措施。 本系统程序部分采用C语言编写，采用模块化结构设计、条理清晰、通用性好，便于改进和扩充。该系统具有体积小，控制方便，可靠性高，针对性强，性价比高等优点，可以满足各类院校对教室灯光控制的要求，很大程度的达到节能目的。 关键词：智能控制器热释红外传感器单片机 1 引言 引言 当前，随着经济的飞速发展，能源短缺问题日益突出，成为一个国家经济发展的“瓶颈”。作为工业生产和人民生活不可或缺的电力能源更是如此。尤其现今越来越提倡低碳生活，节约能源已经成为一种全球共识，而作为培养社会精英的高校更应该起到榜样的作用。但是目前在校园内，教室灯火通明，却空无一人的现象屡见不鲜，这不仅造成了严重的资源浪费，也对高校的形象造成了很坏的影响。本文所研究的教室灯光控制系统就可以很好地实现节约能源的作用。 1 系统硬件组成 整个系统由中央控制电路、2×4按键电路、光敏传感电路、继电器驱动电路、时钟电路、液晶显示电路六个模块组成。其中，光敏传感电路模块主要完成对教室当前光线明暗程度的判定，时钟电路主要实现时基功能，两者分别提供光照和定时数据供以单片机为核心的中央控制模块进行逻辑判断，单片机最终将运算结果输出到液晶显示屏，同时对教室灯光进行控制。整个系统的硬件框图如图1所示。 1．1 中央控制模块 系统中，中央控制器主要用于接收两个外部数据，由此判断是否定时时间已到，教室光照是否充足。控制器根据这两个外部数据来进行逻辑运算，从而实现定时开关灯、刷新液晶显示屏，同时可以通过键盘设置时间日期、查看相关信息 根据系统设计要求，控制器选择了宏晶科技公司提供的STCl2C4052AD型单片机。该款是一种高速、高可靠性单片机，工作电压5．5～3．4V，Flash程序存储器4K字节，SRAM 为256字节，2个定时器，8路8位A／D转换器，可通过串口实现在线编程、A／D转换、看门狗等功能。 1．2 液晶显示电路 为了实现较好的人机交互界面，在本系统中采用1602液晶显示屏来显示用户的设定作息时间及用户所查询的信息。 点阵字符型液晶显示器是专门用于显示数字、字母、图形符号及少量自定义符号的显示器。这类显示器把LCD控制器／点阵驱动器／字符存贮器全做在一块印刷板上。系统选用日立公司的HD44780液晶显示。HD44780具有简单而功能较强的指令集，可实现字符移动／闪烁等功能。与MCU的传输可采用8位并行传输或4位并行传输2种方式。液晶显示电路如图2所示。 2 这里可以加学校LOGAL 单片机课程设计报告 院系：12级物信系 班别：光信息科学与技术7班 课程名称：秒表设计 姓名：龚俊才欧一景 学号：1210407033 1210407041 指导老师：张涛 2011.12.23 目录 1课程设计的目的和任务 1.1 单片机秒表课程设计的概述 1.2课程设计思路及描述 1.3 课程设计任务和要求 2硬件与软件的设计流程 2.1系统硬件方案设计 2.2软件方案设计 3 程序编写流程及课程设计效果3.1源程序及注释 3.2原理图分析 3.3课程设计效果 4 心得体会 5 相关查阅资料 1. 课程设计的目的和任务 1.1单片机秒表课程设计的概述 一、课程设计题目 秒表系统设计——用STC89C52RC设计一个4位LED数码显示“秒表”，显示时间为 00.00~99.99秒，每10毫秒自动加一，每1000毫秒自动加一秒。 二、增加功能 增加一个“复位”按键（即清零），一个“暂停”和“开始”按键。 三、课程设计的难点 单片机电子秒表需要解决三个主要问题，一是有关单片机定时器的使用；二是如何实现LED 的动态扫描显示；三是如何对键盘输入进行编程。 四、课程设计内容提要 本课程利用单片机的定时器/计数器定时和记数的原理，结合集成电路芯片8051、LED数码管以及课程箱上的按键来设计计时器。将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够正确地进行计时，数码管能够正确地显示时间。其中本课程设计有两个开关按键：其中key1按键按下去时开始计时，即秒表开始键(同时也用作暂停键)，key2按键按下去时数码管清零，复位为“00.00”. 五、课程设计的意义 1)通过本次课程设计加深对单片机课程的全面认识复习和掌握，对单片机课程的应用进一步 的了解。 2)掌握定时器、外部中断的设置和编程原理。 3)通过此次课程设计能够将单片机软硬件结合起来，对程序进行编辑，校验。 4)该课程通过单片机的定时器/计数器定时和计数原理，设计简单的计时器系统，拥有正确的 计时、暂停、清零，并同时可以用数码管显示，在现实生活中应用广泛，具有现实意义 六、课程设计仪器 a) 集成电路芯片8051，七段数码管，89C51单片机开发板 b) MCS-51系列单片机微机仿真课程系统中的软件（Keil uvision2）。 单片机多机通信系统 一、引言 随着单片机技术的不断发展，单片机的应用已经从单机向多机互联化方向发展。单片机在实时数据采集和数据处理方面，有着成本低、能满足一般要求、开发周期短等优点，其在智能家居、计算机的网络通信与数据传输、工业控制自动化等方面有着广泛的应用。 本系统是面向智能家居应用而设计的。在初期，采用红外无线通信方式，其传输距离短，适于一般家庭应用，且成本相对较低；待方案成熟、成本允许，可以改用GSM无线通信方式。 二、系统原理及方案设计 1 、系统框架介绍 本系统为基于51单片机的多机红外无线通信系统，由三个51单片机模块组成。其中一个作为主机（即上位机），负责接收来自从机1（即下位机）采集的数据信息，以及向从机2（即下位机）发送控制信息。从机1是数据采集模块，采集温度、光强等室内数据，并将其发送给主机。主机经分析处理，作出相应判断，并给从机2发送控制信息，使由从机2控制的电机作出相应反应，调节室内环境状况。 系统总体框图如下图1所示，图2为红外收发模块简图： 图1 系统总体框图 图2 红外收发模块简图 2 、多机通信原理介绍 在多机通信系统中，要保证主机与从机间可靠的通信，必须要让通信接口具有识别功能，51单片机串行口控制寄存器SCON中的控制位SM2正是为了满足这一要求而设置的。当串行口以方式2或方式3工作时，发送或接收的每一帧信息都是11位的，其中除了包含SBUF 寄存器传送的8位数据之外，还包含一个可编程的第9位数据TB8或RB8。主机可以通过对TB8赋予1或0，来区别发送的是数据帧还是地址帧。 根据串行口接收有效条件可知，若从机的SCON控制位SM2为1， 单片机十进制加法计算器设计 摘要 本设计是基于51系列的单片机进行的十进制计算器系统设计，可以完成计 算器的键盘输入，进行加、减、乘、除3位无符号数字的简单四则运算，并在LED上相应的显示结果。 设计过程在硬件与软件方面进行同步设计。硬件方面从功能考虑，首先选择内部存储资源丰富的AT89C51单片机，输入采用4×4矩阵键盘。显示采用3位7段共阴极LED动态显示。软件方面从分析计算器功能、流程图设计，再到程序的编写进行系统设计。编程语言方面从程序总体设计以及高效性和功能性对C 语言和汇编语言进行比较分析，针对计算器四则运算算法特别是乘法和除法运算的实现，最终选用全球编译效率最高的KEIL公司的μVision3软件，采用汇编语言进行编程，并用proteus仿真。 引言 十进制加法计算器的原理与设计是单片机课程设计课题中的一个。在完成理论学习和必要的实验后，我们掌握了单片机的基本原理以及编程和各种基本功能的应用，但对单片机的硬件实际应用设计和单片机完整的用户程序设计还不清楚，实际动手能力不够，因此对该课程进行一次课程设计是有必要的。 单片机课程设计既要让学生巩固课本学到的理论，还要让学生学习单片机硬件电路设计和用户程序设计，使所学的知识更深一层的理解，十进制加法计算器原理与硬软件的课程设计主要是通过学生独立设计方案并自己动手用计算机电路设计软件，编写和调试，最后仿真用户程序，来加深对单片机的认识，充分发挥学生的个人创新能力，并提高学生对单片机的兴趣，同时学习查阅资料、参考资料的方法。 关键词：单片机、计算器、AT89C51芯片、汇编语言、数码管、加减乘除 目录 摘要 (01) 引言 (01) 一、设计任务和要求............................. 1、1 设计要求 1、2 性能指标 1、3 设计方案的确定 二、单片机简要原理............................. 2、1 AT89C51的介绍 2、2 单片机最小系统 2、3 七段共阳极数码管 三、硬件设计................................... 3、1 键盘电路的设计 3、2 显示电路的设计 四、软件设计................................... 4、1 系统设计 4、2 显示电路的设计 五、调试与仿真................................. 5、1 Keil C51单片机软件开发系统 5、2 proteus的操作 六、心得体会.................................... 参考文献......................................... 附录1 系统硬件电路图............................ 附录2 程序清单..................................(完整word版)基于51单片机的温度控制系统设计
基于51单片机课程设计
基于51单片机的温度控制系统的设计
51单片机课程设计源程序
基于51单片机最小系统设计
51单片机红绿灯课程设计
基于51单片机课程设计报告
基于stc89c51单片机温控系统设计与制作学位论文
51单片机课程设计
课程设计名称
专
业
班
级
学
号
学生姓名
指导教师
单片机原理及应用课程设计 电子信息工程 140405 20141329 李延琦 胡黄水
2016 年 12 月 26 日
课程设计 题目
酒精测试仪
起止日期
2016 年 12 月 26 日— 2017 年 1 月 6 日
设计地点
计算机科学与工程学 院单片机实验室 3409
设计任务及日程安排： 设计任务：分两部分： （一）、设计实现类：进行软、硬件设计，并上机编程、联线、调试、 实现； 1.电子钟的设计 2.交通灯的设计 3.温度计的设计 4.点阵显示 5.电机调速 6.电子音乐发声（自己选曲） 7.键盘液晶显示系统 （二）、应用系统设计类：不须上机，查资料完成软、硬件设计画图。 查资料选定题目。 说明：第 1--7 题任选其二即可。（二）里题目自拟。 日程安排： 本次设计共二周时间，日程安排如下： 第 1 天：查阅资料，确定题目。 第 2--4 天：进实验室做实验，连接硬件并编写程序作相关的模块实验。 第 5--7 天：编写程序，并调试通过。观察及总结硬件实验现象和结果。 第 8--9 天：整理资料，撰写课程设计报告，准备答辩。 第 10 天：上交课程设计报告，答辩。 设计报告要求：
1. 设计报告里有两个内容，自选题目内容+附录（实验内容），每 位同学独立完成。 2. 自选题目不须上机实现，要求能正确完成硬件电路和软件程序 设计。内容包括： 1） 设计题目、任务与要求 2）硬件框图与电路图 3） 软件及流程图 （a）主要模块流程图 （b）源程序清单与注释 4） 总结 5） 参考资料 6）附录 实验上机调试内容
注：此任务书由指导教师在课程设计前填写，发给学生做为本门课程设计 的依据。基于51单片机的交通控制系统模拟设计
(完整word版)51单片机课程设计实验报告
51单片机课程设计 AD转换
毕业设计(论文)-基于AT89S51单片机的教室灯光智能控制系统设计
89C51单片机课程设计之秒表设计实验报告.
基于51单片机的多机通信系统设计
单片机课程设计——基于C51简易计算器
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