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單片機的電路設計范文1
關鍵詞：PIC單片機；正弦脈寬調制；逆變電源；仿真
作者簡介：賀輝（1963-），男，山東聊城人，河北省精密數控專用設備工程技術研究中心，工程師。（河北 保定 071000）馬t明（1991-），女，河北保定人，燕山大學電氣工程學院本科生。（河北 秦皇島 066004）
基金項目：本文系河北省重大科技創新項目資助課題（課題編號：122121012）的研究成果。
中圖分類號：TM464 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）02-0227-02
隨著科學技術的進步，電源質量越來越成為各種電氣設備正常和良好工作的基礎。電源技術領域的一個持續的研究課題即是研究作為電子信息產業命脈的電源的可靠性和穩定性。而逆變器作為電源的核心部分，其調制技術很大程度上決定了電源輸出電壓的質量。目前最常用的調制技術是正弦脈寬調制（SPWM）。隨著單片機的出現及其廣泛應用，智能化控制方法已經逐漸替代傳統的分立元件電路產生方法或是專用芯片產生方法。智能化逆變電源的優勢在于它不僅能實現調制信號的輸出，還為系統數據參數的監控、處理及顯示提供接口。同時它與現代計算機技術更好地結合產生了故障自診斷和自我保護功能，可提高系統的穩定性。
在充分考慮工業控制成本及穩定性要求的前提下，本設計采用PIC單片機作為控制核心，再輔助相關外部電路，組成一個具有穩定和智能化等優點的逆變電源控制系統。
一、具體電路設計
單相橋式逆變電路如圖1所示。[1]電路正常工作情況下，兩對開關管需要兩組相位相反的驅動脈沖分別控制，使VT1、VT4同時通斷和VT2、VT3同時通斷。輸入直流電壓為220VAC，逆變器的負載為R。當開關VT1、VT4接通，VT2、VT3斷開時時，電流流過VT1、R和VT4，負載上的電壓極性是左正右負；當開關VT1、VT4斷開，VT2、VT3接通時，電流流過VT2、R和VT3，負載上的電壓極性反向，直流電即轉變為交流電。若要改變輸出交流電頻率，改變兩組開關的切換頻率即可，繼而得到正負半周對稱的交流方波電壓。負載為純阻型時，負載電流電壓波形相同，相位也相同；負載為感性時，電流滯后于電壓，二者波形不同。輸出為相當于三個差120°相位的單相逆變電路的疊加，即三相逆變，其原理不再贅述。
二、產生PWM波芯片選擇
本設計電路為單相全橋逆變電路，其主電路是典型的DC-AC逆變電路。由單片機對LC濾波后的電壓進行AD采樣，把所得的數據輸入到PIC16F873單片機，由PIC16F873單片機芯片對數據進行處理，并輸出相應的SPWM信號給IR2136驅動電路，控制逆變電路的開關管通斷，從而控制逆變器的輸出，調節電流監測系統的工作溫度，保護控制系統電路。另設有鍵盤、控制頻率及幅值，同時顯示模塊，用于顯示系統的工作狀態。
PIC16F873單片機電路是此系統的控制核心電路，主要發揮以下兩個方面的作用：為驅動電路提供SPWM控制信號，控制逆變橋的通斷；對輸出電壓進行AD采樣。
集成電路IR2136芯片主要作用是產生相應的觸發電平來控制逆變電路的開關管通斷，從而控制逆變器的輸出。除此以外，由于系統輸出的不僅有SPWM波，還包含低次以及高次諧波。本設計采用了LC濾波電路以達到最終輸入標準正弦波的目的。[2]ω=2R/L為其截止角頻率，R為公稱阻抗，設截止頻率為fc，則有：
L=2R/w= （1）
C=L/R2= （2）
三、系統軟件設計
軟件設計的核心部分是SPWM信號的產生。本設計采用三角波作為載波、正弦波作調制波的對稱規則采樣法較為經典，得到一系列幅值相等但寬度不等的矩形波。然后使用在線計算的方法計算矩形波的占空比：[3]
設N為載波調制波比，即有N=fc/fr。其中fc為載波頻率，fr為調制波頻率。本系統的SPWM信號由單片機產生，故載波頻率可由下式計算：
fc=fOC1BPFCPWM= （3）
其中，變量N代表分頻因子（1、8、64、256或1024），fclki/o是MCU時鐘。
設M=UR/UC，為調制深度，其一般取值范圍為0～1，其中UC為載波幅值，UR為調制波幅值。改變調制波的幅值就能使輸出的基波電壓幅值發生變化。
根據規則采樣法的原理，假設一個周期內有N個矩形波，則第i個矩形波的占空比Di為：
Di=0.5+0.5Msin （4）
通過設置單片機，利用上述公式計算出占空比使之與計數器的TOP值相乘形成一個正弦表。然后將數據送到比較寄存器中，配置單片機I/O口寄存器，在PD4口輸出SPWM信號。整個SPWM產生程序流程圖及實時反饋圖如圖2：
常用的正弦調制法分為同步調制法和異步調制法。同步調制法在調制波的頻率很低時，容易產生不易濾掉的諧波，而當調制波頻率過高時，開關元件又難以承受；異步調制法的輸出波形對稱性差，脈沖相位和個數不固定。本軟件設計時采用了分段同步調制法，[4-6]吸收上述兩種方法的優點，且很好地克服各自的缺點，得到特性較好的正弦波。其具體操作為：把調制波頻率分為幾個載波比不相同的頻段，在各個頻段內保持載波比恒定，通過配置單片機內部的載波頻率實現輸出基波頻率的變化，即改變計數器的TOP值，實現調頻功能。選取的原則為：輸出頻率高的頻段采用低載波比，輸出頻率低的頻段采用高載波比。同時，載波比選取為3的倍數以得到嚴格對稱的雙極性SPWM信號。本系統中將頻段分成五段，具體見表1：
對輸出電壓的實時反饋是軟件設計的關鍵部分。電網的波動或是負載的變化可能導致輸出電壓不穩定，因此為了實現輸出電壓的動態穩定特性，在系統中加入PID增量數字閉環控制，公式如下：
（5）
根據單片機編程需要，將上式做如下改變：
（6）
其中Kp=1/σ是比例系數，Kl=KpT/Tl是積分系數，Kl=KpTD/T是微分系數。結合單片機中的A/D轉換功能模塊與PID閉環控制，可以很好地修正各開關周期的脈寬，達到動態穩定的目的。
四、逆變仿真結果
在逆變部分的仿真中，本系統使用的是MATLAB中的SIMULINK組件。電路原理為利用PIC16F873單片機輸出PWM波控制IR2136進而控制晶閘管的柵極導通，從而實現變頻調幅。
在此三相逆變電路中，運用三相全橋進行LC濾波之后得到輸出。同時，該系統中還包括一個電壓負反饋和一個電流負反饋系統。這樣的設計可以對一些擾動起到一定的抵抗作用，使得輸出的三相電壓較為穩定，有較好的相角裕度和一定的幅值裕度，但在實際的逆變過程中可能出現同一橋臂的兩個IGBT同時導通所導致的短路現象?？紤]上述情況后，對上述電路原理圖進行了改進，如下圖3所示，加入了死區，其仿真結果如圖4所示：
在圖4中波形在下波峰處發生畸變，這是由于在下橋臂上引入了死區非線性所導致的結果，屬于附加畸變。
五、結論
上述的實驗結果表明，工業條件下對于電源的要求可通過利用PIC16F873單片機輸出PWM波控制IR2136進而控制晶閘管的柵極導通的方法實現，且該方法具有諧波較小、濾波電路較為簡單的優點。因此，它在高性能中變頻調速、直流并網等領域有著廣泛的應用前景。同時，采用單片機來產生SPWM信號有著不可比擬的優勢，是智能化電源領域的必然發展趨勢。
參考文獻：
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單片機的電路設計范文2
關鍵詞：AM2321；STC12C5604；LM2596；干衣袋
引言
在長時間外出旅游或遇到連續陰雨天氣時，怎樣使洗過的衣物干燥是一件頭痛的事情。特別是參加旅行社的旅游，往往晚上到住的地方，早上就出發，沒有辦法曬衣物，采用電加熱烘干衣物是一個可行的辦法，常用的是用吹風機，但很費精力。
居家烘干衣物可以使用尺寸較大的干衣柜，采用帶風扇的電加熱方式，效果好，也省力。但這類干衣裝置不適合隨身攜帶。本文采用的是可任意折疊的體積和一件西裝差不多的干衣袋，采用遠紅外電加熱和空氣的自然對流等方式烘干衣物，可以調節功率，可以根據設定的溫濕度值自動判斷衣物是否干燥。
采用含有己校準數字信號輸出的溫濕度復合型傳感器AM2321作為測量元件，具有完全互換、成本低、長期穩定、相對濕度和溫度測量、超長的信號傳輸距離、數字信號輸出、精確校準、功耗極低、標準單總線數字接口、標準I2C總線數字接口、通信方式可自由選擇等特點。
1、測量電路和原理
1.1測量原理
圖1.1 電路原理框圖
測量原理如圖1.1所示：按鍵輸入設定參數，單片機根據設定的功率值控制絕緣的柔性電熱絲加熱，顯示電路顯示功率和溫濕度值。AM2321將測得的溫濕度值以單總線的形式將溫濕度值傳輸給單片機，單片機將測得的值顯示出來，同時與設定的參數比較，控制是否按設定的功率加熱。
由于處在高濕環境，為了保險起見，增加了漏電保護電路，以保證使用者的人生安全。
電源采用開關電源，提高效率，降低功耗。
1.2STC12C5604單片機
由于本電路的控制相對簡單，為了節省成本，本著夠用、充分利用的原則，單片機選擇容量比較小的、不帶A/D轉換的20腳封裝STC12C5604。它是南通國芯微電子有限公司推出的STC12C5620AD系列中4k字節用戶應用程序空間的高速、低功耗、超強抗干擾、指令完全兼容傳統51系列的單片機，具有單時鐘/機器周期，內部集成有專用復位電路、EEPROM、看門狗等，可ISP/IAP（見圖1.2）。
1.3AM2321
AM2321的接線示意圖如圖1.3所示，AM2321是濕敏電容數字溫濕度傳感器。是一款含有己校準數字信號輸出的溫濕度復合型傳感器。采用專用的溫濕度采集技術，具有極高的可靠性與卓越的長期穩定性。傳感器包括一個電容式感濕元件和一個高精度集成測溫元件，并與一個高性能微處理器相連接。該產品具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優點。通信方式采用單總線、標準I2C兩種通信方式。兩種通信方式都采用直接輸出經溫度補償后的濕度、溫度及校驗CRC等數字信息。
溫度分辨力為0.1℃，精度為0.5℃，測量范圍為-40-80℃。濕度分辨力為0.1%RH，誤差為3%RH。具有完全互換性。
1.4漏電保護電路
圖1.4 漏電保護電路
如圖1.4所示，正常時，兩根電源線上的電流總是大小相等，方向相反，磁環上沒有磁通，次級線圈也沒有感應電壓輸出。當有人觸電時，兩根電源線上的電流就不相等，其電流的差值即為觸電（漏電）電流，當電流達到一定值時（一般30mA），就要快速切斷電源。
正常時，次級線圈沒有感應電壓，SCR1沒有被觸發而不導通，VCC經R3、D2給Q1足夠大的基極電流，三極管飽和導通，繼電器吸合，加熱電源接通。
當漏電流達到保護值時，次級的感應電壓正半周的峰值電壓通過R2觸發單向晶閘管使其導通并保持，其導通壓降小于1V，經D2的分壓，加在Q1發射結上的電壓小于導通電壓，三極管截止，繼電器不吸合，切斷加熱電源。
正常情況下，按下SW1，流過相線的電流小于零線的電流，相當于人體觸電或漏電，工作狀態如上所述。R1的取值為
實際可取7k5。
1.5加熱控制電路
由于加熱功率有300W左右，為了保證發熱均勻，采用PWM方式控制，加熱器的加熱周期為1S，繼電器頻繁動作壽命較短，尤其是在電壓峰值附近接通時對觸點很不利，也沒用辦法控制在電壓過零時導通來減輕干擾，故采用雙向晶閘管。為了與弱電隔離和減輕干擾，采用過零觸發的光耦驅動，電路如圖1.5所示。圖中R1為限流電阻，LED1為加熱指示用，MOC3081采用推薦電路，雙向晶閘管采用4A的Z0405MF，R4和C1組成RC吸收電路，R5為電熱絲。為了降低單片機的功耗，采用灌電流驅動。
1.6顯示驅動電路
參數和狀態顯示電路如圖1.6所示。為了減少占用單片機的口線數量，采用動態驅動顯示和串轉并譯碼顯示。U1為3-8譯碼器，7位數碼管和4個發光管分成7組，溫度和濕度參數要求比較低，采用兩位數碼管顯示，功率用三位數碼管，由于采用貼片元器件，每個元器件的功率比較小，同時考慮顯示效果，7個數碼管采用兩片74LS164驅動。
1.7鍵盤電路
由于單片機的口線夠用，按鍵電路就采用常見的一根口線一個按鍵，電路比較簡單。R1-R4為上拉電阻。
1.8電源電路電路
由于整個電路的功率比較小，變壓器的功率可以選用1VA，10V的輸出經整流濾波后供給繼電器及穩壓集成塊LM2596。LM2596-5.0是一款輸出5V的開關電源IC，在輸入電壓范圍內，其效率在80%以上，穩壓效果與7805相當，可以完全替代7805，小電流時不需散熱片。
2、軟件設計
軟件部分主要包括鍵盤輸入子程序，看門狗子程序，功率控制，溫濕度輸入程序、顯示程序等。其中的溫濕度輸入程序流程如下：
3、結語
本控制電路采用一體式傳感器和開關電源，元器件采用貼片元件，電路板尺寸小，能防止觸電，使用安全可靠。
參考文獻：
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[3]梁正習.漏電保護器實用技術[M].北京：化學工業出版社，1995.
單片機的電路設計范文3
關鍵詞： Atmega16型單片機； 位置靈敏探測器； 數據采集； 模/數轉換
中圖分類號： TN79?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）21?0141?04
PSD作為一種精密的光電位置傳感器，具有靈敏度高、響應時間短、位置分辨率高、光譜響應范圍大等特點[1?2]，因此被廣泛應用于現代光電檢測技術中，尤其是高精度、高速度的數據采集技術中。如何在極短的響應時間內實現多數據的采集，成了采集PSD輸出數據的關鍵。本文基于單片機技術，設計搭建了一套高速的PSD輸出數據采集及控制電路，通過在實驗室條件下對PSD輸出數據進行采集，從而為后續的PSD定位精度以及抗干擾研究奠定理論基礎。
1 PSD的工作原理
光電位置敏感器件PSD（Position Sensitive Detector）是一種基于橫向光電效應、連續分布的半導置探測器件，能快速、準確給出入射光點在光敏面上的位置，即PSD輸出的信號與光點在光敏面上的位置有關。如圖1所示，表面P+層為感光面，兩邊各有一信號輸出電極。中間為I層，底層的公共電極用于加反向偏壓。當光線入射到光敏面上時，由于與結面平行的橫向電場作用，光生載流子形成向兩端電極流動的電流[X1]和[X2，]且總電流[X0=X1+X2。]當入射光斑與兩電極的間距發生變化時，兩電極的輸出電流也隨之變化，從而實現了位置測量功能[3]。
如圖2所示，如果PSD的面電阻是均勻的，且阻值[R1]和[R2]遠大于負載電阻[RL，]則[R1]和[R2]的值僅取決于光點的位置，即：
顯然上式與入射光強[X0]無關，這就是一維PSD的定位原理。二維PSD的基本原理與一維PSD相同，只是計算公式不同[4]。
2 PSD的選取
本文選取的是瑞典SiTek公司出品的SPC01光電位置傳感器。它是一款二維兩面分流型PSD，采用PSD使用厚膜技術制造，將PSD傳感器與處理電路集合為一體，處理電路只有前置放大、加法器和減法器，其處理電路框圖如圖3所示。將輸出電壓Diff[X、]Diff[Y]和Sum[X、]Sum[Y]與二維位置的關系式為：
因此，采集對象為Diff[ X、]Diff[Y、]Sum[X、]Sum[Y]四個輸出量，通過對四輸出量的采集，便可運用原理運算來實現PSD在二維坐標下的位置數據。
3 數據采集及控制電路
基于單片機的PSD數據采集及控制電路由Atmega16單片機、AD1674模/數轉換芯片、AD7501多路轉換開關、MAX232串行通信芯片等組成，其電路框圖如圖4所示。
3.1 多路轉換開關
AD7501是一個8通道多路轉換開關，其功能是通過三個二進制的地址線來選擇一個有效的輸入[5]。其具體連接關系如圖5所示。
圖5中，使能端EN（3）與+5 V相連，使其始終處于工作狀態；信號輸入端S1～S4（13、11、10、9）分別與PSD輸出信號Diff[X、]Diff[Y、]Sum[X、]Sum[Y]相連；輸入信號選擇端A0、A1（16、1）分別由Mgea16單片機的I/O口PC3（25）、PC4（26）控制、A2（4）與GND相連，依序選通4路輸入電壓信號，送至圖6所示的電壓跟隨器后進入AD1674進行模/數轉換；
3.2 模/數轉換電路
AD1674是美國AD公司推出的一款12位帶并行微機接口的逐次逼近型模/數轉換芯片?；咎攸c和主要參數如下：
帶有內部采樣保持的完全12位逐次逼近（SAR）型模/數轉換器；
采樣頻率為100 kHz；轉換時間為10 μs；
數據可并行輸出，采用8/12位可選微處理器總線接口；
采用雙電源供電：模擬部分為±12 V或±15 V，數字部分為+5 V。
如圖7所示，AD1674的數據輸出端口DB4～DB11（20～27）與單片機的PB口（1～8）相連；AD1674工作狀態由邏輯端口（2～6）控制，其真值見表1[6]。由單片機控制CE為高電平，CS、R/C、A0為低電平，啟動12位數據轉換；轉換狀態輸出端口STS（28）與單片機的PD2（16）相連，當STS為高電平時，AD1674處于模/數轉換狀態，而STS為低電平時，模/數轉換結束，可以讀取轉換數據；由于只采用8個輸入端口讀數據，故轉換的12位數據需要分兩次讀出：即先將R/C、A0端口（5、4）電平置高，讀低4位數據至單片機，然后將A0端口電平置低，讀高8位數據至單片機。
3.3 單片機控制電路
單片機是整個電路系統的核心部件，其作用是控制實驗過程和數據的轉換、存儲與傳輸。本實驗采用ATMEL公司的Atmega16單片機[7]，其引腳及功能如圖8所示。
3.3.1 信號控制
單片機的PC1口（23）接7407同相緩沖器，信號經電流驅動后調制激光器發光。
3.3.2 數據存儲和串行傳輸
（1）數據存儲
如圖4所示，單片機的PB口（1～8）與AD1674的數據輸出端（20～27）相連，為A/D轉換后的數字電壓輸入口，每次傳輸8位數據。由3.2節可知，電壓信號經A/D轉換后為12位數字信號，需分為2次傳輸，而單片機也需要2個字節存儲1個數據。即采集PSD輸出的Diff[X、]Diff[Y、]Sum[X、]Sum[Y]等4個數據需要8個字節存儲。
（2）數據傳輸
由于采集的數據在單片機中是連續存儲的，因此數據通過RS 232串行傳輸至計算機時，需對采集的數據進行分組、加標識，以免數據組合時發生錯誤。
表2給出了對Diff[X、]Diff[Y、]Sum[X、]Sum[Y] 4個12位二進制數據編碼的規則。
即采集的一組數據，每個字節中前2位為標識位，后6位為數據位，并且只對前4個字節的標識位進行編碼。
Mega16單片機的串行通信端口RXD（14）和TXD（15）分別與MAX232串行通信芯片[8]的RXD（11）和TXD（12）端連接，通過串口實現與計算機的通信，并可在計算機中使用串口調試工具Comtools軟件讀取數據。最后經數學處理，得到表示[x，][y]位置信息的數字電壓值。
3.4 實際電路
圖9為數據采集、信號傳輸及過程控制單片機電路的實物圖。
4 結 論
介紹了高精度光電位置傳感器PSD的工作原理，并根據實際選取的SiTek公司出品的SPC01型PSD的結構及輸出特性，設計了一種基于單片機技術的PSD輸出信號數據采集電路。該電路在保證有效對數據進行快速采集的基礎上，具備結構簡單、成本低廉、體積較小等優點，適合在實驗室條件下進行實驗操作，為后續的PSD定位精度、輸出特性、抗干擾措施等研究奠定基礎。
參考文獻
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單片機的電路設計范文4
關鍵詞：單片機 紅外 遙控
紅外線遙控具有體積小、功耗低、功能強、成本低等特點，在電視機、音響、空調、燈飾等家用電器中有著廣泛的應用。目前使用的紅外遙控設備主要由遙控器和接收控制電路組成，遙控器功能是編碼、紅外發送數據，接收控制電路的作用是解碼、輸出控制信號。由于生產廠家有著自己規定編碼方式，因此需用專用的編碼芯片和規定的解碼方式，單片機技術可以有效替代專用編碼芯片功能。
本文重點討論利用單片機技術進行紅外編碼和解碼，實現多路紅外遙控功能。
一、一體化紅外接收頭及接收電路介紹
1.一體化紅外接收頭簡介
紅外接收解碼電路通常有兩種，一種是由紅外接收管加解調電路構成，一種是采用一體化紅外接收頭（內含接收管、解碼電路）。圖1所示為型號VS1838B一體化紅外接收頭，內含高速靈敏度PIN光電二極管和低功耗、高增益前置放大IC，采用環氧樹脂封裝外加外屏蔽抗干擾設計。工作電壓為2.7～5.5V，載波頻率38KHz，輸出匹配TTL、CMOS電平，低電平有效。
當一體化紅外接收頭接收到一個載波為38KHz的調制波，經過內部電路解調從OUT引腳輸出調制信號。為了能得到連續的輸出信號，調制信號的周期最好大于108ms。
2.紅外接收多路控制電路
接收電路如圖2所示，由一體化接收頭、單片機最小系統、控制顯示電路構成，一體化接收頭接收解調出的信號由OUT輸出送入單片機外部中斷0，發光二極管D1～D5作為多路控制的顯示，實際應用中可以更換為其他驅動電路。
二、紅外線發送電路
由于一體化接收頭只能對載波38KHz的信號解調，因此發送電路要產生38KHz的載波信號，本電路利用與非門振蕩產生，如圖3所示，RP1可以調節振蕩頻率，用示波器進行調節測試。74HC00的13腳為38KHz矩形波，12腳為調制信號，當12腳為“1”時，38KHz信號經U1D反相，Q1放大，D0發送出去。當12腳為“0”時，Q1截止，無信號發送。RP2可調節發送功率。調制信號由單片機產生，如圖4所示，當按下不同按鈕，經過單片機產生不同調制信號輸出，調制信號的程序編制要和解調程序的編制相統一，否則無法解調。
三、編碼和解碼程序的編制
1.紅外發送編碼程序
為了提高抗干擾性，在編程時，調制信號的組成由引導、數據碼、數據反碼構成，引導碼為周期8ms的方形波，數據“0”為0.5ms高電平、1.5ms低電平的矩形波，數據“1”為1.5ms高電平、0.5ms低電平的矩形波。編程過程中給每個按鍵不同的值（S0―000、S1―001、S2―010、S3―011、S4―100），按鍵越多相應數據就越多。
例如按下S1鍵，單片機發送引導碼+數據碼001+數據反碼110，如圖所示。先發送引導碼（4ms高電平、4ms低電平），再發送數據碼（001），接著發送數據反碼（110），最后拉低輸出使調制信號周期≥108ms。編碼、調制、解調信號波形圖如圖5所示。發送編碼程序編制的流程圖如圖6所示，脈沖信號的發送利用定時器T0中斷實現，中斷時間0.5ms。
2.紅外線接收編碼程序
編制紅外線接收解碼程序時，利用外部中斷檢測信號低電平的時間，對低電平時間進行比較，從而分辨出接收的數據是引導碼，還是“1”、“0”。如果接收到數據位000111，則使D1亮，同理，接收的數據為001110，D2亮；數據為010101，D3亮；數據為011100，D4亮；數據為100011，D5亮；程序流程如圖7所示。
參考文獻
單片機的電路設計范文5
生產實習是培養本科學生理論聯系實際，提高實際動手操作能力的重要教學環節。本專業的生產實習旨在使學生廣泛了解實際電子產品生產的全過程，熟悉電子產品的主要技術管理模式，并在實習的操作過程中學習、掌握電子產品的焊接、安裝、調試的實際操作技能。鞏固和加深理解所學的理論，開闊眼界，提高能力，為培養高素質大學本科人才打下必要的基礎。通過學習，是理論與實際相結合，可以使學生加深對所學知識的理解，并為后續專業課的學習提供必要的感性知識，同時使學生直接了解本業的生產過程和生產內容，為將來走上工作崗位提供必要的實際生產知識。
二、實習的基本內容：
、集中授課，進行相關知識的學習。
、學習、掌握電子產品的獨立性設計與安裝、調試的能力；進一步掌握電子測量儀器的正確使用方法，電元器件的測量與篩選技術。
、初步了解電子整機產品的工藝過程。
、為能使學生得到充分的鍛煉，較大的提高學生的實際動手能力，本次生產實習安排每一位學生獨立完成全部系統的設計與安裝工作。
、本實習環節，學生要獨立使用電焊鐵及各種電子測試設備電路安裝與調試，要學生嚴格遵守電器設備的使用安全，遵守實驗室的各項規章制度。
三、基本要求：
、在教師的指導下練習在測試電路德核心板上焊接元件，掌握焊接要領。
、熟悉元器件的性能及管腳分配。
、在給定的pcb板上焊接跳線，ic插座，電阻，電容，led器件等。
、檢查焊接是否正確。
、插上元器件，運行系統，并觀測系統工作是否正常。
四、總體設計電路思想和原理：
本次生產實習用到的開發板和模塊共7塊，分別為：單片機核心板，電子鐘模塊，mp3模塊，rfid模塊，無線傳輸模塊，脈搏傳感模塊，gps模塊。
各模塊相互組合，其所能實現的基本功能如下：
、單片機核心板+電子鐘模塊：實現時間的顯示，溫度的測量，且可通過遙控器調時、定鬧等。
、單片機核心板+無線傳輸模塊：實現數據的近距離無線傳輸。
、單片機核心板+mp3模塊（含sd卡）：實現mp3播放功能。
、單片機核心板+rfid模塊：實現地鐵檢票系統的模擬。
、單片機核心板+脈搏傳感模塊：實現人體脈搏傳感的測量。
、單片機核心板+gps模塊：實現gps衛星定位功能。
（一）核心板電路設計
單片機核心板電路主要包括stc12c5a60s2單片機，電子鐘模塊接口電路，mp3接口電路，無線傳輸模塊接口電路，脈搏傳感模塊接口電路，gps模塊接口電路，串口擴展電路，電源供電電路。該系統的單片機是宏晶科技生產的單時鐘機器周期（it）的單片機，是高速、低功耗、超強干擾的新一代8051單片機。通過使用stc-isp軟件，該單片機可實現串口在線編程，無需編程器，無需仿真器。
核心板電路的設計思想主要是圍繞單片機芯片的工作原理和特點，為其實現合理的設計出外圍電路：包括電源電路，顯示電路部分，復位電路部分，串行口通信電路，按鍵電路等。
（二）電子鐘模塊電路設計
該模塊主要用到的芯片有：時鐘保持芯片ds1302，單總線數字溫度傳感器ds18b20，紅外遙控解碼器tl1838a。
該模塊電路設計的思想是了解這三種芯片的工作電壓，ds1302的工作時鐘頻率以及三種芯片與單片機之間的硬件連接。
（三）mp3模塊電路設計
該模塊用到的主要芯片有mp3音頻解碼芯片vs1003，3.3v電壓轉換芯片lm1117-3.3,2.5v電壓轉換芯片lm1117-2.5。
該電路的設計思想主要是了解芯片的作用和特點，尋找各芯片之間的聯系，vs1003芯片是該模塊的主要部分。單片機設有單獨解碼mp3文件的功能，而單片機可與通過vs1003的接口電路的連接，進行mp3的解碼，實現音頻的輸出。通過芯片各引腳的功能和特點，合理的設計出相應的外圍電路。
（四）rfid模塊電路的設計
該模塊的電路所用到的主要芯片為13.56mhz的非接觸式通信讀卡芯片fm1702。該芯片是基于iso/4443標準的非接觸卡讀卡機專用芯片，采用0.6微米cmos 、eeprom工藝，支持13.56mhz頻率下的type a非接觸式通信協議，
支持多種加窗算法，兼容philips的mfrc530(spi接口)讀卡機芯片。
該模塊的電路設計思想是基于fm1702各引腳的功能和特點，合理的設計芯片的外圍電路，其中的電容和電感所構成的天線是芯片與s50卡通信的工具。
五、單元電路設計：
、單片機核心板電路分析
單片機核心板是本次實習中最重要的部分，它是實現各種模塊功能的基礎部分。單片機核心板的核心是stc12c5a60s2單片機芯片，圍繞該芯片設計出相應電源供電電路，蜂鳴器驅動電路，按鍵電路，串行口通信電路，復位電路，液晶屏驅動電路以及各模塊的接口電路，由以上的電路部分就構成一個核心板電路系統。
單片機的電路設計范文6
導波式雷達液位計是把一根或兩根導波桿從罐頂伸入、桿末端與罐底有一定距離，通過導波桿發射和接收信號。它也采用發射脈沖信號來進行測量，其回波信號的幅值大小主要取決于被測液體的介電常數，由于采用了導波桿結構作為傳輸的介質，信號損耗小、能量比較集中，從而回波信號質量更好。它還具有方向性好，穿透性好的優點。
系統總體設計
根據系統要求，本設計采用脈沖時域展寬電路進行信號處理，如圖1所示，在收發電路的硬件電路上增加脈沖時域展寬電路，主要是實現回波信號在時間軸上把信號放大K倍。放大后的信號變換成毫秒級信號，就可以使用比較器比較出來，再用單片機進行信號的捕獲。
系統采用分塊化的設計方法，分別把各部分具體化實現，最后達成一個高效的系統。導波雷達液位計結構組成如圖2所示，包括：電源電路、LCD顯示電路、鍵盤電路、電源監控電路、外存儲器電路、單片機及電路、信號測量電路、信號變換電路、脈沖收發電路、信號調制電路、通訊模塊電路和機械部分。
導波雷達液位計工作過程
根據不同的測量環境，導波雷達液位計在工作之前，通過鍵盤設定一些測量需要的參數，以便能準確地測量出不同使用條件的液位。
系統的工作過程是：首先由單片機產生一個460kHz的周期性信號和輸出占空比為30%且周期同為100ms的PWM信號，同時定時器開始計數。這幾個信號通過信號變換電路來產生模擬電壓信號，送給前端高頻部分進行窄脈沖生成和發送，在經過液位的發射以后，依據時域反射原理，產生相應的回波，被同一發射板接收回來。回波信號經過脈沖時域展寬電路和低噪聲放大處理。通過設定一定的同軸電纜長度，回波信號中的頂部回波可以被去掉，只剩下實際要處理的真實液位回波信號，這個液位回波信號將被送入信號調理模塊處理。液位回波信號經過可變增益放大后，放大至固定峰值電壓的信號，再送給比較器比較，比較出液位回波的時刻。操作員可以通過單片機捕獲導波雷達液位計測量的液位回波時刻。由此，計算出窄脈沖的傳播距離及液位。依此不斷循環，每秒計算10次均值液位量，得到一個穩定的顯示效果。根據罐體的設定，可以得到罐體的高度，進而得到罐體內介質的體積等。
硬件電路設計
電源電路設計
根據導波雷達液位計使用工況的要求，系統使用+24V直流來供電，系統電源電路如圖3所示。系統電源電路使用AD421芯片，AD421是一種可以產生4～20mA電流輸出的DAC。導波雷達液位計使用它實現回路供電，還為整個系統和其他電路的芯片等提供工作電源和相應的參考電源。
系統把AD421芯片的幾個引腳的輸出作為電源，使用它輸出+5V作為電源電壓輸出及產生+1.25V和+2.5V作為參考電壓。圖中AD421在J1接口處引入+24V直流電源，組成一個電流回路，電流的大小由AD421幾個控制端來控制。單片機通過三個I/O口來控制AD421的電流輸出。圖3中的Q1為一個場效應管。圖中第8腳LOOP和T1組成了電流環回路，從中能檢測出輸出的電流值。
同時，單片機穩定工作還需+1.8v到+3.6V的電源電壓，所以要把上述得到的+5V電源轉換到這個范圍內（通常為+3.3V）。本文采用HT7133芯片進行電源轉換。HT7133是一種功耗很低的輸出電壓為3.3V的電壓調節器，它只有3個端口，在其輸入端之前采用二極管進行過流保護。
信號變換電路設計
導波雷達液位計的單片機發出的控制信號必須通過信號變換變成相應的模擬信號，才能進行信號調制、功率放大以及收發電路再送至機械部分的同軸導波桿上傳輸。根據要求，系統由計數器電路和DAC電路依次組成信號變換電路。
計數器電路設計
計數器部分的作用是把單片機輸出的串行數據分頻變成12位并行數據。信號變換的計數器電路如圖4所示。所選芯片是74HC4040M，它是一種12位的二進制紋波計數器。作為時鐘的輸入端口，MR則是它的實現異步主復位功能的輸入端口和QO～Q11為計數器的12個并行的輸出端口。在此選用了兩個計數器，第一個計數器是把PWMO信號（460K信號）進行8分頻，第二個計數器再對8分頻后的信號依次進行2分頻后再分12位進行輸出。
對于圖中的每一路輸出，如果MR是低電平，則每逢處于下降沿，相應的輸出引腳就產生一個高電平信號，這樣Qo～Q11的輸出就進行了計數：而當MR處于高電平時，不管是什么值，所有計數輸出都為低電平。12路計數輸出的頻率是依次2分頻得來的。
圖中的74HC4040M的輸入信號PWM0和PWM1信號是單片機產生的周期性脈寬調制信號，分別為460k信號和周期100ms占空比30%的信號。第一個計數器首先把PWMO信號進行8分頻產生一個輸出送到第2個計數器作為，再把這個分頻后的信號再進行分頻計數，進而得到12路并行的周期性計數信號（A0―A11），再送給12位TDAC轉換為模擬信號。將PWMl作為第2個計數器的MR，可以來控制各路只有在高電平的30ms內有輸出，得到的信號送至DAC進行轉換。
DAC電路設計
DAC電路將計數器電路生成的12路并行計數信號進行轉換，并產生對應的模擬電壓信號。DAC電路如圖5所示。
DAC選用一種速度很快的12位D/A芯片AD7945。AD7945使用+5V單電源供電，其功耗可以小至5μw。AD7945的輸入是計數器產生的12路并行信號，可以從0計數到2048。第1個引腳IOUTl產生的是轉換后對應的電流輸出，需再經過一個運算放大器以后，才變成對應的模擬電壓信號。
導波雷達液位計受介電常數和桿長等影響，信號在導波桿上的衰減程度不同，因此需對信號幅值大小進行調節。為了使輸出信號的幅值足夠其在桿上有效傳播并接收，系統采用單片機控制這個幅值的大小變化。圖5中的VREF就能起此作用，單片機通過I/o端口對數字電位計的值調節，就能實現調節輸出電壓VOUT的幅值，進而調節前端信號調制后輸出到導波桿的信號幅值。在被測液體介電常數小的時候，需加大VREF的值，反之則減小VREF的值。
信號測量電路設計
信號測量電路設計包括可變增益放大器電路、信號比較器電路和數字電位計電路等。
可變增益放大器電路設計
在進行液位測量時，導波雷達液位計收發電路發射的脈沖信號的幅值是一個固定值。而從介質液面反射的回波信號幅值不固定，其幅值大小受介電常數、導波桿的結構、桿長等因素影響。
針對不同的使用工況，需要把回波信號在垂直方向上放大處理，用放大器的增益來補償電纜產生衰減引起的變化，對信號的幅值進行調節，便于后續的信號比較電路進行比較?？勺冊鲆娣糯箅娐啡鐖D6所示，設計采用運算放大器AD8554，它是一種四路零漂移的低噪聲放大器，失調電壓極低（僅為lμV）、零輸入失調電壓漂移以及極小偏置電流。
圖6中的INPUT信號即為收發電路板輸入到信號調理電路的液位回波信號，PWMl為單片機輸出的周期100ms占空比30%的脈寬調制信號，用于控制信號選取的時序信號。
可變增益放大電路的工作原理是單片機通過操作一路數字電位計的大小來調節放大的增益，實現輸入信號的放大改變。該電路設計的增益范圍為0―54dB。數字電位計值的選取主要取決于導波桿的類型、介電常數的大小和導波桿的長度等。
信號比較電路設計
由時域反射原理可知，從發射板得到的信號是液位回波信號，無液位時回波信號是正脈沖，有液位時則是負脈沖信號。所以對于后端信號處理需要獲取著兩種不同情況信號的時刻。
本設計采用TLC339作為比較器芯片，快速響應時間只有為2.5μs，功耗極低。同時，在比較器電路后還使用了低功耗的74VHCOO來組成與非門電路，它的高速轉換時間僅有3.7ns。
信號比較電路比較的信號為脈沖時域展寬后的毫秒級信號，是實際信號傳播時間的K倍，這部分器件響應速度的快慢對于信號計算影響非常大。電壓比較器電路如圖7所示。
回波信號首先經過兩路比較器進行比較，再經過與非門電路，最后送入單片機進行處理。有、無液位時都能收到回波信號。為了區分有、無液位這兩種情況，需要采用兩個比鉸器。
無液位時，第一路比較器能夠比較出正脈沖，另外一路則沒有輸出信號：有液位時恰好相反，第一路比較器沒有輸出信號，另外一路則比較出正脈沖。由此，在有、無液位的時刻都能捕獲到脈沖的時刻，根據信號的時刻不僅能區分出是否有液位，還能區分出液位的真實高度。在經過比較器比較后，可以比較得到回波的脈沖時間，然后再經過與非門電路后就可以得到液位回波的觸發脈沖REVl和REV2信號，之后再送給單片機處理。
數字電位計電路設計
單片機可以通過數字電位計芯片來迅速改變電阻值，來調理電路部分的增益和比較電壓。本設計使用256bit的數字電位計芯片AD8403ARU100，它包括四個可選電阻，電阻值最大都為100k。單片機可以通過三路SPI端口來輸入和更改阻值。
AD8403ARU100電路如圖8所示，具體每個通道都應用在各個電路中了。圖中每個通道的w端為可滑動端，win與兩頭的B端、A端間電阻值的計算為：
MSP430F149電路設計
導波雷達液位計的單片機電路設計主要有電源監控電路和按鍵電路等。
電源監控電路：電路使用了IMP706s，它能夠監控的電壓是2.76V，起到監控電源是否穩定的作用，在電源電壓下降低于2.76V時能夠及時進行復位。通過定時1.6秒喂看門狗來不斷循環監測電源信號，使得當程序不對時，通過這個芯片的看門狗也可以及時進行復位操作。
單片機的按鍵電路：按鍵僅僅使用了UP、DOWN、ENTER三個按鍵，而且分別接了三個上拉電阻，分別代表上翻、下翻、確定操作。通過這些按鍵能夠調用各個具體菜單的模塊，從而完成介電常數、桿長、零點、滿點等各關鍵的參數的設定、修改和液位的顯示。通過按鍵可以引起單片機的I/O口產生中斷，從而確認到底是哪個按鍵按下，以便軟件來實現對應的菜單跳轉或者修改功能。
系統軟件設計
