單片機技術論文匯總十篇

序論：好文章的創作是一個不斷探索和完善的過程，我們為您推薦十篇單片機技術論文范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質，帶來更深刻的閱讀感受。

篇（1）

隨著半導體技術的飛速發展，單片機本身的設計中不斷采用了一些新的抗干擾技術，使單片機的可靠性不斷提高。除選擇抗干擾能力強的單片機外，單片機系統中其它輔助元器件的可靠性也至關重要，一些抑制干擾的元器件的使用有助于提高系統的可靠性。此外，單片機系統在電路設計、印制電路板的設計、布線與制造工藝、系統安裝時有無良好的接地等，都直接影響應用系統的可靠性。

單片機自身的抗干擾措施

為提高單片機本身的可靠性。近年來單片機的制造商在單片機設計上采取了一系列措施以期提高可靠性。這些技術主要體現在以下幾方面。

1.降低外時鐘頻率

外時鐘是高頻的噪聲源，除能引起對本應用系統的干擾之外，還可能產生對外界的干擾，使電磁兼容檢測不能達標。在對系統可靠性要求很高的應用系統中，選用頻率低的單片機是降低系統噪聲的原則之一。以8051單片機為例，最短指令周期1μs時，外時鐘是12MHz。而同樣速度的Motorola單片機系統時鐘只需4MHz，更適合用于工控系統。近年來，一些生產8051兼容單片機的廠商也采用了一些新技術，在不犧牲運算速度的前提下將對外時鐘的需求降至原來的1/3。而Motorola單片機在新推出的68HC08系列以及其16/32位單片機中普遍采用了內部瑣相環技術，將外部時鐘頻率降至32KHz，而內部總線速度卻提高到8MHz乃至更高。

2.低噪聲系列單片機

傳統的集成電路設計中，在電源、地的引出上通常將其安排在對稱的兩邊。如左下角是地，右下角是電源。這使得電源噪聲穿過整個硅片。改進的技術將電源、地安排在兩個相鄰的引腳上，這樣一方面降低了穿過整個硅片的電流，一方面使外部去耦電容在PCB設計上更容易安排，以降低系統噪聲。另一個在集成電路設計上降低噪聲的例子是驅動電路的設計。一些單片機提供若干個大電流的輸出引腳，從幾十毫安到數百毫安。這些大功率的驅動電路集成到單片機內部無疑增加了噪聲源。而跳變沿的軟化技術可消除這方面的影響，辦法是將一個大功率管做成若干個小管子的并聯，再為每個管子輸出端串上不同等效阻值的電阻。以降低di/dt。

3.時鐘監測電路、看門狗技術與低電壓復位

監測系統時鐘，當發現系統時鐘停振時產生系統復位信號以恢復系統時鐘，是單片機提高系統可靠性的措施之一。而時鐘監控有效與省電指令STOP是一對矛盾。只能使用其中之一。

看門狗技術是監測應用程序中的一段定時中斷服務程序的運行狀況，當這段程序不工作時判斷為系統故障，從而產生系統復位。

低電壓復位技術是監測單片機電源電壓，當電壓低于某一值時產生復位信號。由于單片機技術的發展，單片機本身對電源電壓范圍的要求越來越寬。電源電壓從當初的5V降至3.3V并繼續下降到2.7V、2.2V、1.8V。在是否使用低電壓復位功能時應根據具體應用情況權衡一下。

4.EFT技術

新近推出的MotorolaM68HC08系列單片機采用EFT(ElectricalFastTransient)技術進一步提高了單片機的抗干擾能力。當振蕩電路的正弦波信號受到外界干擾時，其波形上會疊加一些毛刺。以施密特電路對其整形時，這種毛刺會成為觸發信號干擾正常的時鐘信號。交替使用施密特電路和RC濾波可以使這類毛刺不起作用，這就是EFT技術。隨著VLSI技術的不斷發展，電路內部的抗干擾技術也在不斷發展之中。

5.軟件方面的措施

單片機本身在指令設計上也有一些抗干擾的考慮。非法指令復位或非法指令中斷是當運行程序時遇到非法指令或非法尋址空間能產生復位或中斷。單片機應用系統程序是事先寫好的，不可能有非法指令或尋址。一定是系統受到干擾，CPU讀指令時出錯了。

以上提到的是當前廣泛使用的單片機應該具有的內部抗干擾措施。在選用單片機時，要檢查一下這些性能是否都有，以求設計出可靠性高的系統。

在應用軟件設計方面，設計者都有各自的經驗。這里要提醒的是最后對不用的ROM要做處理。原則是萬一程序落到這里可以自恢復。

用于單片機系統的干擾抑制元件

1.去耦電容

每個集成電路的電源、地之間應配置一個去耦電容，它可以濾掉來自電源的高頻噪聲。作為儲能元件，它吸收或提供該集成電路內部三極管導通、截止引起的電流變化(di/dt)，從而降低系統噪聲。要選高頻特性好的獨石電容或瓷片電容作去耦電容。每塊印制電路板電源引入的地方要安放一只大容量的儲能電容。由于電解電容的纏繞式結構，其分布電感較大，對濾除高頻干擾信號幾乎不起作用。使用時要與去耦電容成對使用。鉭電容則比電解電容效果更好。

2.抑制高頻的電感

用粗漆包線穿入軸向有幾個孔的鐵氧體芯，就構成了高頻扼制器件。將其串入電源線或地線中可阻止高頻信號從電源/地線引入。這種元件特別適用于隔開一塊印制電路板上的模擬電路區、數字電路區、以及大功率驅動區的供電。應該注意的是它必須放在該區儲能電容與電源之間而不能放在儲能電容與用電器件之間。

3.自恢復保險絲

這是用一種新型高分子聚合材料制成的器件，當電流低于其額定值時，它的直流電阻只有零點幾歐。而電流大到一定程度，它的阻值迅速升高，引起發熱，而越熱電阻越大，從而阻斷電源電流。當溫度降下來以后能自動恢復正常。這種器件可防止CMOS器件在遇到強沖擊型干擾時引起所謂“可控硅觸發”現象。這種現象指集成電路硅片的基體變得導通，從而引起電流增大，導致CMOS集成電路發熱乃至燒毀。4.防雷擊器件

室外使用的單片機系統或電源線、信號線從室外架空引入室內的，要考慮系統的防雷擊問題。常用的防雷擊器件有：氣體放電管，TVS(TransientVoltageSupervention)等，氣體放電管是當電源電壓大于某一值時，通常為數十伏或數百伏，氣體擊穿放電，將電源線上強沖擊脈沖導入大地，TVS可以看成兩個并聯且方向相反的齊納二極管，當電兩端電壓高于某一額定值時導通。其特點是可以瞬態通過數百乃至上千安培的電流。這類元器件要和抗共模和抗差模干擾的電感配合使用以提高抗干擾效果。

提高單片機系統抗干擾能力的主要手段

1.接地

這里的接地指接大地，也稱作保護地。為單片機系統提供良好的地線，對提高系統的抗干擾能力極為有益。特別是對有防雷擊要求的系統，良好的接地至關重要。上面提到的一系列抗干擾元件，意在將雷擊、浪涌式干擾以及快脈沖群干擾去除，而去除的方法都是將干擾引入大地，如果系統不接地，或雖有地線但接地電阻過大，則這些元件都不能發揮作用。為單片機供電的電源的地俗稱邏輯地，它們和大地的地的關系可以相通、浮空、或接一電阻，要視應用場合而定。不能把地線隨便接在暖氣管子上。絕對不能把接地線與動力線的火線、零線中的零線混淆。

2.隔離與屏蔽

典型的信號隔離是光電隔離。使用光電隔離器件將單片機的輸入輸出隔離開，一方面使干擾信號不得進入單片機系統，另一方面單片機系統本身的噪聲也不會以傳導的方式傳播出去。屏蔽則是用來隔離空間輻射的，對噪聲特別大的部件，如開關電源，用金屬盒罩起來，可減少噪聲源對單片機系統的干擾。對特別怕干擾的模擬電路，如高靈敏度的弱信號放大電路可屏蔽起來。而重要的是金屬屏蔽本身必須接真正的地。

3.濾波

濾波指各類信號按頻率特性分類并控制它們的方向。常用的有各種低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器。低通濾波器用在接入的交流電源線上，旨在讓50周的交流電順利通過，將其它高頻噪聲導入大地。低通濾波器的配置指標是插入損耗，選擇的低通濾波器插入損耗過低起不到抑制噪聲的作用，而過高的插入損耗會導致“漏電”，影響系統的人身安全性。高通、帶通濾波器則應根據系統中對信號的處理要求選擇使用。

印制電路板的布線與工藝

印制電路板的設計對單片機系統能否抗干擾非常重要。要本著盡量控制噪聲源、盡量減小噪聲的傳播與耦合，盡量減小噪聲的吸收這三大原則設計印制電路板和布線。當你設計單片機用印制電路板時，不仿對照下面的條條檢查一下。

·印制電路板要合理區分，單片機系統通常可分三區，即模擬電路區(怕干擾)，數字電路區(即怕干擾、又產生干擾)，功率驅動區（干擾源）。

·印刷板按單點接電源、單點接地原則送電。三個區域的電源線、地線由該點分三路引出。噪聲元件與非噪聲元件要離得遠一些。

·時鐘振蕩電路、特殊高速邏輯電路部分用地線圈起來。讓周圍電場趨近于零。

·I/O驅動器件、功率放大器件盡量靠近印刷板的邊，靠近引出接插件。

·能用低速的就不用高速的,高速器件只用在關鍵的地方。

·使用滿足系統要求的最低頻率的時鐘，時鐘產生器要盡量靠近用到該時鐘的器件。

·石英晶體振蕩器外殼要接地，時鐘線要盡量短，且不要引得到處都是。

·使用450的折線布線，不要使用900折線,以減小高頻信號的發射。

·單面板、雙面板，電源線、地線要盡量的粗。信號線的過孔要盡量少。

·4層板比雙面板噪聲低20dB。6層板比4層板噪聲低10dB。經濟條件允許時盡量用多層板。

·關鍵的線盡量短并要盡量粗，并在兩邊加上保護地。將敏感信號和噪聲場帶信號通過一條扁帶電纜引出的話，要用地線-信號-地線......的方式引出。

·石英振蕩器下面、噪聲敏感器件下面要加大地的面積而不應該走其它信號線。

·任何信號線都不要形成環路，如不可避免，環路應盡量小。

·時鐘線垂直于I/O線比平行于I/O線干擾小，時鐘線要遠離I/O線。

·對A/D類器件，數字部分與模擬部分寧可繞一下也不要交叉。噪聲敏感線不要與高速線、大電流線平行。

·單片機及其它IC電路，如有多個電源、地端的話，每端都要加一個去耦電容。

·單片機不用的I/O端口要定義成輸出。

·每個集成電路要加一個去耦電容，要選高頻信號好的獨石電容式瓷片電容作去耦電容。去耦電容焊在印制電路板上時，引腳要盡量短。

·從高噪聲區來的信號要加濾波。繼電器線圈處要加放電二極管。可以用串一個電阻的辦法來軟化I/O線的跳變沿或提供一定的阻尼。

·用大容量的鉭電容或聚脂電容而不用電解電容作電路充電的儲能電容。因為電解電容分布電感較大，對高頻無效。使用電解電容時要與高特性好的去耦電容成對使用。

·需要時，電源線、地線上可加用銅線繞制鐵氧體而成的高頻扼流器件阻斷高頻噪聲的傳導。

篇（2）

2 電子工程的內涵

伴隨互聯網與電子計算機的不斷發展，網絡技術漸漸進入黃金發展階段，這對電子技術的深入發展起了巨大推動作用。伴隨互聯網對社會發展及經濟發展的推動越來越明顯，電子工程的重要性漸漸突顯出來，要更好的發展電子工程技術，提高我國的綜合國力，一定要不斷創新和探索電子工程技術，以促進電子工程技術獲得新的發展，電子工程技術以網絡技術和計算機作為基本的載體，系統性地處理與控制電子信息。依據目前電子工程技術發展情況來看，它作為系統的技術漸漸發生產業鏈分化，很多領域行業相互交叉的信息技術漸漸出現，這促進了很多新興產業發展。

3 單片機的使用概況

3.1 單片機使用發展歷史

在計算機剛剛出現時期，因為受性能與體積的影響，計算機還沒有得到實際運用，僅僅在實驗室科研室里有一些應用，用來進行簡單的數學方面計算，某種程度上講，單片機某一時期的使用還沒有電子計算器受到歡迎，因為它可以自行運算，所以，人們一直很期待和重視計算機的發展，伴隨電子技術不斷進步和發展，計算機性能有了很大提高，體積也有了很大程度的控制。信息技術的快速發展使筆記本電腦開始出現，筆記本電腦又把計算機帶入了新的發展時期，當計算機被用于工業控制領域時，它的體積仍然較大，這時人們按照實際運用需要，開始研發了以計算機架構為基礎的單片機，利用了儲存器、控制器工作方式，除掉人機的相互交換界面，如果要讓單片機完成特定工作任務，一定要把任務寫進對應控制程序內，因為無人機相互交換的界面，所以，一定要利用特殊裝置完成程序輸入。當命令程序被輸入單片機后，還要結合對應控制系統來應用，一般情況下，單片機都要直接面板里，因為單片機插腳壽命有限，應用次數不能太多，不可以頻繁拆卸控制程序，要解決這一矛盾問題，所以出現的單片機均支持在線輸入程序。網絡技術是現代化信息的基礎，它對社會的發展具有重要作用，網絡技術在人們生活中日漸普及，并影響著人們的需求，電子工程技術隨著獲得了長足發展，尤其是在醫學領域方面獲得了突破性進展，它推動了醫學信息化的發展。

3.2 目前單片機的應用現狀

因為歷史原因，我國科技發展與經濟發展都比較晚，和西方一些發達國家相比，單片機擁有技術水平很低，特別是單片機生產與設計工作，單片機的核心制造技術都在發達國家手里，我國所運用的單片機有很多都來自發達國家工廠。近幾年 51 系列的單片機受到人們認可和廣泛應用，但 51 系列單片機多數是由 ATMEL 與英特爾公司所生產，同時，對于單片機的生產設計技術，發達國家對我們一直處于封鎖狀態，并且限制不發達國家進口其單片機。我國要想從根本上解決單片機這些問題，必須重視單片機技術的研究與發展工作，高度重視單片機技術，為應對發達國家的封鎖，我國一直在加大力量研究單片機技術，提升相關技術研發工作人員待遇，政府公布許多有關單片機的法規政策，鼓勵和支持單片機的發展，加大力度保護我國單片機科技公司，所以，最近幾年我國的電子業獲得重大發展，我國的電子科技公司已經制造了有其產權的中央處理器，盡管這些處理器與發達國家中央處理器的性能還相差較大，處理器加工工藝也不夠完善，但可以設計制造中央處理器就表明我們已經取得進步，未來也一定會自主研究和開發出眾多單片機微型計算機。

4 單子工程技術特征

電子工程技術是伴隨電子行業發展而形成的一門新興學科。當今時代是信息技術高速發展的時代，要實現信息化，發展電子行業是前提與基礎，通過電子工程技術可以看出一個國家的信息化水平的高低。所以，每個國家都必須高度重視電子工程技術，也因此，很多高等院校都安裝信息化發展情況增設電子工程技術課程和專業。高等院校的電子工程專業學生只有完成有關電子工程技術的學習，才可以在畢業后進入電子工程有關企業從事電子工程技術方面的設計或制造工作，才能給我國的電子工程技術發展貢獻一份力量。大量的調查結果和實踐證明充分顯示，現階段我國的電子工程技術水平依然很低，要迅速發展電子行業，必須借鑒其他發達國家的成功經驗，因為西方國家在單片機技術方面的封鎖，使我國可借鑒的經驗較少，我國必須漸漸探索才能發展電子工程技術。

5 電子工程技術在單片機技術里的運用

單片機屬于微型計算機，目前，單片機在工業控制系統得到了廣泛應用，并且經過多年發展，有關單片機技術已經日益成熟，并且逐步形成了較為完善的運用體系。正常情況下，單片機運用有兩個重要部分組成，即軟件部分與硬件部分。軟件主要指各個控制程序，硬件主要是指各類型的電子元器件，要有效控制系統，一定要運用電子元器件來共同組建控制系統，再根據具體控制要求，有目的性的編制和設定對應控制程序，當控制程序被輸入單片機后就能夠實現任務控制，所以電子工程技術對單片機運用來說，在軟件方面及硬件方面都有著十分重要的意義。電子工程技術的進步與發展使得電子元器件開始出現，人們普遍認為第三次科技革命的開始就是計算機的出現，同時，計算機的出現與發展又是建立在電子工程技術前提下的。大量的實踐表明現階段我國的許多電子元器件工廠的工程都屬于其他國家公司，我國很少有自己本土電子工程技術型企業。伴隨單片機被人們廣泛用于工業控制方面，電子工程技術變得越來越重要。

篇（3）

隨著半導體技術的飛速發展，單片機本身的設計中不斷采用了一些新的抗干擾技術，使單片機的可靠性不斷提高。除選擇抗干擾能力強的單片機外，單片機系統中其它輔助元器件的可靠性也至關重要，一些抑制干擾的元器件的使用有助于提高系統的可靠性。此外，單片機系統在電路設計、印制電路板的設計、布線與制造工藝、系統安裝時有無良好的接地等，都直接影響應用系統的可靠性。

單片機自身的抗干擾措施

為提高單片機本身的可靠性。近年來單片機的制造商在單片機設計上采取了一系列措施以期提高可靠性。這些技術主要體現在以下幾方面。

1.降低外時鐘頻率

外時鐘是高頻的噪聲源，除能引起對本應用系統的干擾之外，還可能產生對外界的干擾，使電磁兼容檢測不能達標。在對系統可靠性要求很高的應用系統中，選用頻率低的單片機是降低系統噪聲的原則之一。以8051單片機為例，最短指令周期1μs時，外時鐘是12MHz。而同樣速度的Motorola單片機系統時鐘只需4MHz，更適合用于工控系統。近年來，一些生產8051兼容單片機的廠商也采用了一些新技術，在不犧牲運算速度的前提下將對外時鐘的需求降至原來的1/3。而Motorola單片機在新推出的68HC08系列以及其16/32位單片機中普遍采用了內部瑣相環技術，將外部時鐘頻率降至32KHz，而內部總線速度卻提高到8MHz乃至更高。

2.低噪聲系列單片機

傳統的集成電路設計中，在電源、地的引出上通常將其安排在對稱的兩邊。如左下角是地，右下角是電源。這使得電源噪聲穿過整個硅片。改進的技術將電源、地安排在兩個相鄰的引腳上，這樣一方面降低了穿過整個硅片的電流，一方面使外部去耦電容在PCB設計上更容易安排，以降低系統噪聲。另一個在集成電路設計上降低噪聲的例子是驅動電路的設計。一些單片機提供若干個大電流的輸出引腳，從幾十毫安到數百毫安。這些大功率的驅動電路集成到單片機內部無疑增加了噪聲源。而跳變沿的軟化技術可消除這方面的影響，辦法是將一個大功率管做成若干個小管子的并聯，再為每個管子輸出端串上不同等效阻值的電阻。以降低di/dt。

3.時鐘監測電路、看門狗技術與低電壓復位

監測系統時鐘，當發現系統時鐘停振時產生系統復位信號以恢復系統時鐘，是單片機提高系統可靠性的措施之一。而時鐘監控有效與省電指令STOP是一對矛盾。只能使用其中之一。

看門狗技術是監測應用程序中的一段定時中斷服務程序的運行狀況，當這段程序不工作時判斷為系統故障，從而產生系統復位。

低電壓復位技術是監測單片機電源電壓，當電壓低于某一值時產生復位信號。由于單片機技術的發展，單片機本身對電源電壓范圍的要求越來越寬。電源電壓從當初的5V降至3.3V并繼續下降到2.7V、2.2V、1.8V。在是否使用低電壓復位功能時應根據具體應用情況權衡一下。

4.EFT技術

新近推出的MotorolaM68HC08系列單片機采用EFT(ElectricalFastTransient)技術進一步提高了單片機的抗干擾能力。當振蕩電路的正弦波信號受到外界干擾時，其波形上會疊加一些毛刺。以施密特電路對其整形時，這種毛刺會成為觸發信號干擾正常的時鐘信號。交替使用施密特電路和RC濾波可以使這類毛刺不起作用，這就是EFT技術。隨著VLSI技術的不斷發展，電路內部的抗干擾技術也在不斷發展之中。

5.軟件方面的措施

單片機本身在指令設計上也有一些抗干擾的考慮。非法指令復位或非法指令中斷是當運行程序時遇到非法指令或非法尋址空間能產生復位或中斷。單片機應用系統程序是事先寫好的，不可能有非法指令或尋址。一定是系統受到干擾，CPU讀指令時出錯了。

以上提到的是當前廣泛使用的單片機應該具有的內部抗干擾措施。在選用單片機時，要檢查一下這些性能是否都有，以求設計出可靠性高的系統。

在應用軟件設計方面，設計者都有各自的經驗。這里要提醒的是最后對不用的ROM要做處理。原則是萬一程序落到這里可以自恢復。

用于單片機系統的干擾抑制元件

1.去耦電容

每個集成電路的電源、地之間應配置一個去耦電容，它可以濾掉來自電源的高頻噪聲。作為儲能元件，它吸收或提供該集成電路內部三極管導通、截止引起的電流變化(di/dt)，從而降低系統噪聲。要選高頻特性好的獨石電容或瓷片電容作去耦電容。每塊印制電路板電源引入的地方要安放一只大容量的儲能電容。由于電解電容的纏繞式結構，其分布電感較大，對濾除高頻干擾信號幾乎不起作用。使用時要與去耦電容成對使用。鉭電容則比電解電容效果更好。

2.抑制高頻的電感

用粗漆包線穿入軸向有幾個孔的鐵氧體芯，就構成了高頻扼制器件。將其串入電源線或地線中可阻止高頻信號從電源/地線引入。這種元件特別適用于隔開一塊印制電路板上的模擬電路區、數字電路區、以及大功率驅動區的供電。應該注意的是它必須放在該區儲能電容與電源之間而不能放在儲能電容與用電器件之間。

3.自恢復保險絲

這是用一種新型高分子聚合材料制成的器件，當電流低于其額定值時，它的直流電阻只有零點幾歐。而電流大到一定程度，它的阻值迅速升高，引起發熱，而越熱電阻越大，從而阻斷電源電流。當溫度降下來以后能自動恢復正常。這種器件可防止CMOS器件在遇到強沖擊型干擾時引起所謂“可控硅觸發”現象。這種現象指集成電路硅片的基體變得導通，從而引起電流增大，導致CMOS集成電路發熱乃至燒毀。室外使用的單片機系統或電源線、信號線從室外架空引入室內的，要考慮系統的防雷擊問題。常用的防雷擊器件有：氣體放電管，TVS(TransientVoltageSupervention)等，氣體放電管是當電源電壓大于某一值時，通常為數十伏或數百伏，氣體擊穿放電，將電源線上強沖擊脈沖導入大地，TVS可以看成兩個并聯且方向相反的齊納二極管，當電兩端電壓高于某一額定值時導通。其特點是可以瞬態通過數百乃至上千安培的電流。這類元器件要和抗共模和抗差模干擾的電感配合使用以提高抗干擾效果。

提高單片機系統抗干擾能力的主要手段

1.接地

這里的接地指接大地，也稱作保護地。為單片機系統提供良好的地線，對提高系統的抗干擾能力極為有益。特別是對有防雷擊要求的系統，良好的接地至關重要。上面提到的一系列抗干擾元件，意在將雷擊、浪涌式干擾以及快脈沖群干擾去除，而去除的方法都是將干擾引入大地，如果系統不接地，或雖有地線但接地電阻過大，則這些元件都不能發揮作用。為單片機供電的電源的地俗稱邏輯地，它們和大地的地的關系可以相通、浮空、或接一電阻，要視應用場合而定。不能把地線隨便接在暖氣管子上。絕對不能把接地線與動力線的火線、零線中的零線混淆。

2.隔離與屏蔽

典型的信號隔離是光電隔離。使用光電隔離器件將單片機的輸入輸出隔離開，一方面使干擾信號不得進入單片機系統，另一方面單片機系統本身的噪聲也不會以傳導的方式傳播出去。屏蔽則是用來隔離空間輻射的，對噪聲特別大的部件，如開關電源，用金屬盒罩起來，可減少噪聲源對單片機系統的干擾。對特別怕干擾的模擬電路，如高靈敏度的弱信號放大電路可屏蔽起來。而重要的是金屬屏蔽本身必須接真正的地。

3.濾波

濾波指各類信號按頻率特性分類并控制它們的方向。常用的有各種低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器。低通濾波器用在接入的交流電源線上，旨在讓50周的交流電順利通過，將其它高頻噪聲導入大地。低通濾波器的配置指標是插入損耗，選擇的低通濾波器插入損耗過低起不到抑制噪聲的作用，而過高的插入損耗會導致“漏電”，影響系統的人身安全性。高通、帶通濾波器則應根據系統中對信號的處理要求選擇使用。

印制電路板的布線與工藝

印制電路板的設計對單片機系統能否抗干擾非常重要。要本著盡量控制噪聲源、盡量減小噪聲的傳播與耦合，盡量減小噪聲的吸收這三大原則設計印制電路板和布線。當你設計單片機用印制電路板時，不仿對照下面的條條檢查一下。

·印制電路板要合理區分，單片機系統通常可分三區，即模擬電路區(怕干擾)，數字電路區(即怕干擾、又產生干擾)，功率驅動區（干擾源）。

·印刷板按單點接電源、單點接地原則送電。三個區域的電源線、地線由該點分三路引出。噪聲元件與非噪聲元件要離得遠一些。

·時鐘振蕩電路、特殊高速邏輯電路部分用地線圈起來。讓周圍電場趨近于零。

·I/O驅動器件、功率放大器件盡量靠近印刷板的邊，靠近引出接插件。

·能用低速的就不用高速的,高速器件只用在關鍵的地方。

·使用滿足系統要求的最低頻率的時鐘，時鐘產生器要盡量靠近用到該時鐘的器件。

·石英晶體振蕩器外殼要接地，時鐘線要盡量短，且不要引得到處都是。

·使用450的折線布線，不要使用900折線,以減小高頻信號的發射。

·單面板、雙面板，電源線、地線要盡量的粗。信號線的過孔要盡量少。

·4層板比雙面板噪聲低20dB。6層板比4層板噪聲低10dB。經濟條件允許時盡量用多層板。

·關鍵的線盡量短并要盡量粗，并在兩邊加上保護地。將敏感信號和噪聲場帶信號通過一條扁帶電纜引出的話，要用地線-信號-地線......的方式引出。

·石英振蕩器下面、噪聲敏感器件下面要加大地的面積而不應該走其它信號線。

·任何信號線都不要形成環路，如不可避免，環路應盡量小。

·時鐘線垂直于I/O線比平行于I/O線干擾小，時鐘線要遠離I/O線。

·對A/D類器件，數字部分與模擬部分寧可繞一下也不要交叉。噪聲敏感線不要與高速線、大電流線平行。

·單片機及其它IC電路，如有多個電源、地端的話，每端都要加一個去耦電容。

·單片機不用的I/O端口要定義成輸出。

·每個集成電路要加一個去耦電容，要選高頻信號好的獨石電容式瓷片電容作去耦電容。去耦電容焊在印制電路板上時，引腳要盡量短。

·從高噪聲區來的信號要加濾波。繼電器線圈處要加放電二極管。可以用串一個電阻的辦法來軟化I/O線的跳變沿或提供一定的阻尼。

·用大容量的鉭電容或聚脂電容而不用電解電容作電路充電的儲能電容。因為電解電容分布電感較大，對高頻無效。使用電解電容時要與高特性好的去耦電容成對使用。

·需要時，電源線、地線上可加用銅線繞制鐵氧體而成的高頻扼流器件阻斷高頻噪聲的傳導。

篇（4）

 

前言

切削力的測量不僅可以研究切削機理、計算功率消耗、優化切削用量和刀具幾何參數、校核切削力和切削溫度理論計算的準確性，更重要的是，可以通過切削力的變化來監控切削過程，反映刀具磨損或破損、切削用量合理性、機床故障、顫振等切削狀態。

1 計算機向單片機傳輸命令和數據

通過對單片機的編程來控制USB接口芯片，接收和響應主機對設備發出的命令。在測力系統中，單片機的編程設計程序通常由三部分組成：

第一、初始化單片機和所有的外圍電路。

第二、主循環部分，其任務是可以中斷的。

第三、中斷服務程序，其任務是對時間敏感的，必須馬上執行。

當應用程序中的“數據采集”按鈕按下后，USB進入主循環函數，將從端點緩沖區中提取命令，并按照命令的要求，調用相應的函數，如采集數據，橋路調零，設置頻率等。關鍵的幾個函數如下：

(1) AfxBeginThread( WriteCommand, &mMainWrite)；//啟動一個線程，調用傳輸命令函數

(2) open_ file(threadParam->pipe-name)；//創建文件句柄

(3) open_dev()；//創建設備句柄

(4) DeviceIoControl(hDevice，IOCTL_ WRITE_REGISTERS,

(PVOID)&ioBlock,sizeof(IOBLOCK)，NULL,O,&nBytes,NULL);

//DeviceIoControl函數發送控制代碼到指定的設備驅動上，使得相應的設備完成數據輸出的功能。論文格式。

(5) WriteFile(hFile,threadParam->pcIoBuffer，threadParam->uiLength,&nBytes，NULL)；

//寫文件函數將數據傳送到單片機的緩沖區中。論文格式。

2 單片機向計算機傳輸數據其流程

單片機向計算機傳輸流程

經過模數轉換后的數據首先保存在單片機的數據緩沖區中，當單片機接收到主機發來的IN命令時，調用如下函數將數據傳送到計算機的內存中。論文格式。

1) AfxBeginThread( ReadData, &m一ainRead)；//啟動一個線程，調用讀取數據函數

2) open_ file(threadParm一>pipe name);； //創建文件句柄，準備讀取數據

3) open dev ()；//創建設備句柄

4) DeviceIoControl (hDevice，IOCTLesWRITE REGISTERS,

(PVOID)&ioBlock，sizeof(IO_BLOCK)，NULL,O,&nBytes,NULL)；

//DeviceIoControl函數發送控制代碼到指定的設備驅動上，使得相應的設備完成數據輸入的功能。

5) ReadFile(hFile，threadParam->pcIoBuffer， threadParam->uiLength,&nBytes, NULL)；

//讀文件函數將數據從單片機的緩沖區讀入到threadParam->pcIoBuffer內存中。

3結論

利用單片機實現切削力測量中USB數據傳輸功能，以達到對切削力的測量的監控。實現了生產過程中連續自動采樣、實時顯示、過載報警。

參考文獻：

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[4]陶永蘭，等.切削力數據采集和處理系統[J].試驗技術與試驗機，1997,37(2):49-50.

篇（5）

1.引言

現代社會是信息化的社會，人們的主要交流和溝通都是通過對信息的傳遞、處理而進行的。傳感器就是人們從自然界獲取各種相應外界信息的方式，能夠將相應的需要采集的信息轉換成為控制芯片能夠識別的電流或者電壓等信號，在現代的控制測量系統中具有不可缺少的作用。

本論文主要介紹的是電渦流式位移傳感器。電渦流式位移傳感器屬于電感式位移傳感器的一種，是基于電渦流效應而工作的傳感器，具有很多優點：高分辨率、高可靠性、較寬的頻率響應以及較高的靈敏度等等。

該傳感器還具有很強的抗干擾能力，相比而言，傳統的傳感器具有非線性誤差，要求工作環境恒定或者價格較高[1]。

2.電渦流式微位移傳感器

2.1 傳感器發展歷程

國外在工業化的過程中，逐漸將傳感器廣泛應用在各個生產領域，在航天和軍事領域也有十分領先的傳感器應用。之后伴隨各個國家的機械、自動化、計算機等信息產業如日中天，歐美國家以及亞洲的日本都對世界的傳感器具有相當重要的影響。

我國主要是在1960年開始對傳感器進行開發工作。國家組織大批科研人員對其進行研究和開發，并實施了“八五”、“九五”等國家計劃，使得其取得了十分矚目的應用成就。然而我們也應該清醒地意識到，我國在傳感器的基礎制造工藝等方面還不能和發達國家相提并論，許多核心技術以及芯片都要進口。與此同時，我們的傳感器在國際上沒有太大競爭力，產品研發和更新速度很低，缺少實用創新性[2]。

2.2 傳統傳感器缺點

以往的傳感器和電渦流位移傳感器比起來，具有以下幾個方面的嚴重不足：

（1）輸入一輸出特性存在非線性且隨時間而漂移；

（2）環境會干擾參數，使得測量結果發生漂移；

（3）因結構尺寸大，而時間響應特別差；

（4）易受噪聲干擾、信噪比低；

（5）靈敏度或者分辨率不夠理想。

2.3 電渦流式微位移傳感器

本論文所要介紹的電渦流位移傳感器，其工作原理是利用了渦流效應。該類型的傳感器，通過渦流效應使相應的位移的變化，轉換成線圈的阻抗值變化；之后利用特定的電路將線圈阻抗值變化轉換成為電壓的變化，再進行檢測和輸出，根據相應的公式或者經驗，能夠還原成位移信息。這種傳感器具有很多優點，比如具有很高的靈敏度、簡單的結構以及及時的動態響應。該傳感器廣泛應用在測量振動和位移等信息量上。大體上輸出的電壓信號與位移的變化量是線性的關系，公式是ΔS=K?ΔV。其中K是系統的比例常數，在不同的傳感器中根據系統結構的不同是不一樣的。

2.4 電渦流式位移傳感器測量原理

公式能夠精確描述該原理。我們根據公式可以得知，在其他條件不變的情況下，Z（線圈的阻抗）與S一一對應。電渦流傳感器測量位移的原理就是基于此公式，在特定的信號激勵過程中，傳感器會依據位移變化而產生電壓的變化。

3.測量系統的硬件設計

3.1 主控芯片

本論文設計的電渦流微位移傳感器使用的主控芯片是AT89S52單片機。MSC-51單片機是八位的非常實用的單片機。本論文所使用的AT89S52單片機就是基于這款單片機的。MSC-51單片機的基本架構被ATMEL公司購買，繼而在其基本內核的基礎上加入了許多新的功能，同時擴展了芯片的容量以及加入flash閃存等等。51內核的單片機具有很多優點，因此無論是在工業上還是在一些電子產品上應用都很多。全球也有許多大公司對其進行擴展，加入新的功能。即使是在今天，51單片機仍然在控制系統中占據很大市場[4]。

下面對本論文所使用的單片機作簡要介紹。AT89S52單片機具有最大能夠支持的64K外部存儲擴展，同時還具有8K字節的Flash空間。該單片機具有4組I/O口，分別是從P0到P3，同時每組端口具有8個引腳。每個引腳除了能夠作為普通的輸入和輸出端口外，還具有其它功能，也就是我們通常所說的引腳復用。其還具有斷電保護、看門口、計時器和定時器。51單片機一般的工作電壓是5V。

3.2 顯示模塊

本論文設計的LCD1602電路，該液晶模塊能夠顯示2行*16列的字符，相對于數碼管而言，顯示更加靈活多變。該液晶模塊用來顯示其測量處理后的數據。

4.測量系統的軟件設計

本論文的主程序循環采集電量的變化，并實時顯示在液晶模塊上。系統軟件是指完成系統設計功能的軟件。為了提高系統的實時性、可靠性，在編寫系統應用軟件時，主要考慮以下兩方面：

（1）提高系統抗干擾性能。在工業現場不可避免的有各種抗干擾因素。因此本系統除了在硬件上硬件復位和加電容濾波外。在軟件上，采用了指令冗余技術、延時消抖技術以及對位移大小采樣值進行中值濾波的數字濾波方法，進一步提高系統的抗干擾能力。

（2）采用模塊化編程。將系統的應用程序分為若干個功能模塊，這些模塊可以任意更改而不影響程序的其余部分，將各個功能模塊程序調通后，再把各個功能模塊結合起進行聯調，這大大減少了調試時間，提高了程序的通用性，方便程序的修改和檢查。

5.總結

電渦流位移傳感器是一種基于電渦流效應的傳感器，能夠將位移的變化轉換成電量的變化。本論文主要介紹了傳統傳感器的發展歷程，進而介紹了電渦流式微位移傳感器的測量原理和優勢，并基于單片機設計了測量系統。

參考文獻

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信號發生器論文參考文獻：

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[5]張毅剛、彭喜元單片機原理及應用(第2版)、高等教育出版社

[5]譚浩強.C程序設計（第4版）[M].北京：清華大學出版社2010.

[6]陳明義.電子技術教程設計實用教程（第3版）[M].長沙：中南大學，2009.

[7]馬曉.函數信號發生器的設計[D].河南2012.

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[3]童詩白華成英主編《電子技術基礎－模擬電子技術》P402-461頁高等教育出版社出版2004年7月出版（非正弦信號產生電路）

[4]陳曉文主編《電子線路課程設計》P129-P133頁（函數發生器的設計）電子工業出版社出版2004年8月出版

[5]張憲、何宇斌主編《電子電路制作指導》P151-161化學工業出版社出版2006年1月第一版（振蕩電路）

信號發生器論文參考文獻：

[1]《電子技術基礎－模擬電子技術》P234-P240頁主編：郝波、李川西安電子科技大學出版社出版2004年7月出版（非正弦信號產生電路）

[2]《電子線路課程設計》P129-P133頁（函數發生器的設計）主編：陳曉文電子工業出版社出版2004年8月出版

篇（7）

 

1 Proteus 簡介

Proteus是英國Labcenter公司研發的多功能EDA（電子設計自動化），它實現了從電路設計到測試、仿真、調試的整個過程。仿真運行通過后再制作實際電路的話，就大大縮短了開發周期，并且降低了開發成本。所以說它為電子電路、單片機應用系統的開發設計以及教師的教學、學生的學習提供了非常有效的方法。

2 單片機應用系統設計與仿真實例

下面通過制作一個簡單的單燈閃爍，說明如何使用Proteus實現單片機應用系統的設計與仿真。要求發光二極管一亮一滅的不停閃爍。

2.1 設計電路

利用Proteus繪制電路原理圖的步驟如下：

⑴運行Proteus ISIS程序；

⑵單擊P命令進入元件選擇對話框，選擇電路設計中所需的元件；

⑶放置元件到繪圖區簡單制作，布好局；

⑷設置好元件的參數；

⑸連接導線。

繪制完成的單燈閃爍硬件電路圖如圖1所示。

圖1 單燈閃爍硬件電路圖

2.2 編寫程序

ORG0030H

LOOP: SETB P1.0

LCALL DELAY

CLR P1.0

LCALL DELAY

LJMP LOOP

DELAY: MOVR3, #250

L:MOV R4, #250

LL:DJNZ R4, LL

DJNZ R3, L

RET

END

編輯好程序保存時，文件的擴展名必須是ASM格式。

編譯程序，若編譯通過，便得到HEX格式的文件論文開題報告范例。

2.3 加載程序文件

雙擊原理圖中的單片機元件AT89C51，便出現單片機的屬性編輯窗口，在“Program File”欄指出HEX格式的程序文件所在的位置，就可將該程序文件加載到單片機中。

2.4 啟動仿真，看電路運行效果

單擊仿真控制按鈕，觀察電路的運行狀況。

Proteus可以總體仿真運行，也可單步或設置斷點仿真。

啟動仿真后，能清楚地觀察到單片機系統在運行時，各硬件所處的實時狀態。

若電路設計合理、程序編寫正確，就會看到發光二極管不停地閃爍。

2.5 調試簡單制作，修正電路、程序代碼

若未出現想要實現的功能，就需進行軟硬件調試。

對于硬件電路，可用Proteus中提供的測量儀器儀表對電路進行測試、觀察；至于程序，可采取單步或設置斷點進行仿真調試。

不斷修正電路及程序代碼，直到能實現相應功能，并改變元件參數使電路的性能達最優。

注：每次修改完程序后，都必須再編譯一次，然后裝載到單片機中。

2.6 仿真運行通過，制作實際電路

仿真運行通過后，根據設計的原理圖，購買元器件、制板、焊接、測試調試，直至產品制作成功。

Proteus仿真模型是根據生產廠家提供的技術參數文件來建立的，仿真極接近實際簡單制作，所以仿真運行通過后制作的實際電路的成功率相當高。

3 引入Proteus的好處

3.1 教學中

1. 教學內容生動形象化

利用Proteus仿真軟件和多媒體教學設備，在課堂中通過實例仿真，演示從單片機硬件設計到軟件調試的全過程，并演示運行結果，使教學內容生動形象化。

2. 激發學生的學習興趣，提高教學質量

教學中對實例用Proteus進行仿真，這種結合實際講解知識點的方法，大大激發了學生的學習興趣，使知識點變得容易理解、接受，從而提高了教學質量。

3. 拓展學生思維

講解完知識點后，針對實例，向學生提出相關拓展性問題。比如上例中：

⑴P1.0口線上能否多并聯幾個發光二極管？改變R2阻值大小的話會出現什么現象？

⑵能不能將P1.0換為32根I/O口線中的其他線呢？若能的話，改為P0的某一口線時需注意什么？

⑶P1.1~P1.7能否像P1.0一樣都接發光二極管以及電阻呢？

⑷硬件電路改了簡單制作，程序相應地要如何修改呢？。。。論文開題報告范例。。。

通過提問，并適當演示，這樣不僅拓展了學生的思維，同時加強、深化了學生對知識點的理解。

3.2 實踐中

1. 提高開發速度，降低開發成本

從上例可看出，利用Proteus軟件，在繪圖區繪制好電路原理圖，并將編譯后的程序文件加載到單片機中，進行仿真就能觀察整個電路的運行情況，驗證設計是否達到要求，未達到，即可修整設計方案、修改程序、測試電路，直至成功。這樣就無須多次購買元器件板、制板、焊接測試調試等簡單制作，省時、省力、省錢，同時也提高了設計效果和質量。

2. 敢于嘗試，勇于創新

根據仿真通過后的電路原理圖來制作產品，學生就不用擔心元器件損壞等問題，就敢于動手去嘗試設計電路。通過自己動手，加深了對理論知識的理解，同時培養了學生勤思考、勇于創新的精神。

4 結語

教學與實踐中引入Proteus，提高了學生的學習熱情。產品制作成功，學生就會很有成就感、滿足感，這是一個良性循環。通過不斷的實踐，學生的動手開發、創新能力就得到了較大的提高。

參考文獻:

[1]彭勇.單片機技術.電子工業出版社,2009.8

篇（8）

單片機應用技術是高職院校電子信息類、自動控制類等專業的核心課程，這門課程學習的好壞直接影響了學生對專業研究的進一步深入的能力及電子信息類人才培養的基本要求。據調研高職院校單片機技術應用課程教學方式，部分院校按照知識體系講授，講授內容順序為單片機技術概論、單片機體系結構、匯編語言程序設計等[1]。按照知識體系講解，教師和學生普遍感覺內容枯燥無味，學生對知識點難以理解，更不用說具備利用單片機設計應用系統的能力。部分院校目前利用項目驅動式教學，經過實踐教學測試，教學效果良好。

一、教學模式的改革

教學模式由知識體系講授轉變為項目驅動方式。這兩種方式各有優缺點，知識體系講授對于高職階段的同學說來說，能夠系統的了解單片機的內部體系結構，對指令執行的內部過程更加清晰，知識點介紹完后再通過一個大的課程實訓項目完成課程的實踐教學。項目驅動式教學方法是通過多個項目的學習完成單片機課程的教學，即介紹某個項目時，先介紹理論知識，緊跟著完成實踐教學，即設計項目硬件電路、軟件程序，然后調試系統等環節。每個項目能完成具體的某種功能，學生學習興趣會增加，對課程的理解更加深入。兩種講授方式存在的弊端有：知識講授體系缺乏興趣性、理論較難理解、缺乏實踐能力的鍛煉；項目驅動式對單片機的內部原理分析不夠深入，但提高了單片機應用項目的實際開發能力。

實際教學過程中可采用模擬仿真及實物焊接兩個環節。硬件仿真電路使用Proteus硬件仿真軟件，該軟件內部集成了多種常用的單片機芯片、電阻、電容、晶體管、LED、LCD液晶屏等，電路搭建方便，仿真效果良好，目前廣泛的應用在單片機課程的教學中。軟件采用KEIL軟件，該軟件使用方便，通過建立工程文件到生產HEX文件整個流程清晰易懂，代碼編譯質量高。Proteus和KEIL兩個集成開發環境具有聯調功能，提高了學習效率，使得系統開發流程更加直觀，容易被學生接受。

二、教學內容的選擇

教學內容的選擇需符合人才培養方案的定位。學生通過本門課程的學習，能夠掌握單片機實際項目的開發流程；能夠獨立設計常用的單片機控制系統；具備檢修單片機應用系統故障的能力；能夠熟練使用仿真軟件進行系統仿真測試；提高學生手工焊接技能等要求。

通過多個項目的設計，使得單片機技術中的知識點全部介紹，能夠達到上述要求。教學項目需從簡到難，然后綜合設計多個項目，最終達到理論和實踐教學效果。教學內容詳細介紹如下：（1）單片機最小系統的介紹。可選用項目點亮一個發光二極管。分析單片機與PC機的區別，介紹單片機的基本知識等，理論分析后，在Proteus中搭建硬件電路，在KEIL中設計軟件程序，然后調試程序，觀察系統是否正常工作，需重點介紹集成開發環境Proteus、KEIL軟件的使用。（2）單片機IO端口的學習。如可選用流水燈系統展開介紹，詳細分析單片機內部IO端口的特點，分析其應用場合，通過軟硬件設計提高學生實踐能力。（3）單片機定時/計數器的學習。可選用秒表設計項目展開教學，通過對秒表延時時間的準確設計，采用定時器查詢方式完成延時，能夠較好的掌握定時/計數器的工作原理及實際應用程序設計。（4）單片機中斷系統的學習。在秒表設計中延時程序可用中斷方式完成，通過與查詢方式的比較，能夠讓學生更容易理解單片機定時與中斷之間的關系。（5）單片機鍵盤電路的學習。需掌握獨立按鍵和矩陣鍵盤兩種方式的應用，可采用萬年歷系統的設計，在此項目中介紹數碼管動態驅動方式及常用的LCD1602、12864等液晶屏的使用，此項目進一步綜合運用了定時、中斷資源，提升了學生綜合運用單片機內部資源的能力。（6）最后通過多個綜合項目的設計，達到教學目的。如單片機溫度控制系統設計、單片機測距系統設計、單片機密碼鎖系統設計、單片機語言報警系統設計等。[2-3]

在項目設計過程中，為了達到更好的教學效果，可以網購單片機學習套件，學生動手從單片機最小系統焊起，然后焊接接口電路及串口下載電路等。通過實物的焊接能夠加深學生對單片機應用系統的理解，且每個項目HEX文件能夠在此套件上驗證，包含了仿真與實物測試。也可以讓學生在萬能板上焊接每個項目電路，進而提高焊接能力及實物查錯能力等。

三、考核方式的改革

單片機課程的考核采用平時成績和期末成績按比例相加得到課程成績。平時成績應占主要部分。平時成績的重要性提高，學生的積極性會增加，能讓學生認真的完成項目的設計。

高職院校的學生主要是培養實踐能力的提升，在理論夠用的基礎上，強化其動手能力的鍛煉。如何對每個項目進行考核呢？可考核硬件電路設計的正確性、軟件程序設計的合理性、功能的完整性等。為了進一步提高學生的實際動手能力，可讓學生在萬能板上焊接單片機應用系統，考核學生的手工焊接能力、實際電路板查錯能力、團隊配合能力等。考核內容可包含有其他內容，如學習態度、出勤情況等方面。

四、項目舉例

以電子鐘設計為例。項目目的是掌握單片機定時器、中斷系統、鍵盤電路、液晶屏的綜合應用。硬件電路設計方面，需搭建單片機最小系統、時鐘控制按鍵、顯示電路，通過硬件電路的模擬仿真及實際電路板的焊接，進一步強化了最小系統及擴展電路的設計要點，掌握了液晶LCD1602的內部電路結構原理及引腳的接線方法[4]。

軟件設計方面，軟件流程圖如圖1所示。主函數需先初始化液晶屏1602、定時器、中斷系統。初始化結束后進入無限循環，無限循環包括有時、分、秒的顯示程序、按鍵掃描程序。當定時1S到后進入中斷服務程序，秒加1，當秒到60時，分加1，當分加到60時，時加1，當時為24自動返回到0。按鍵掃描程序需設計時鐘啟動、暫停、復位按鍵檢測程序，使得時鐘為可控時鐘，該程序需在循環程序中不停的被執行，即為按鍵掃描達到控制效果，為了達到更好的控制效果，可采用按鍵中斷方式去完成軟硬件的設計。

五、總結

單片機技術是一門實踐性很強的課程，教學內容、教學方式、考核方式等需在實踐教學中不斷改進。論文簡要的介紹了項目驅動式教學法在單片機技術課程教學中的應用，通過實際教學效果的考核，達到了預期的教學目的，教學效果良好。

參考文獻

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本文系2011年安徽商貿職業技術學院院級質量工程項目“特色專業--應用電子技術專業”階段性研究成果。

篇（9）

傳統的搶答器一般利用數字邏輯電路做成，功能單一，已不適應社會發展需要。隨著科學技術的進步，單片機與串口通信的結合已廣泛應用到各個電子系統。本文是基于單片機為核心的搶答系統設計，通過串口通信動態傳輸數據，使搶答系統具有電路簡單、操作方便、功能強大等特點。特別是搶答系統與PC通信相聯系，使整個搶答系統功能更完善。

1、系統總體方案設計

傳統搶答器功能過于單一，因此，可將其功能進行擴展，設計出以單片機為核心的搶答器系統，總體框圖如圖1所示。

搶答系統由控制開關、搶答開關、加/減分電路、計時電路、顯示電路、報警電路、PC通信等幾部分構成，如圖1所示。

圖1、總體方案電路圖

完成功能如下：

a、搶答開始時，在規定的時間內，最先按動搶答按鈕的選手應具優先權，搶答系統應能準確迅速地判斷出第一搶答者并將其信號鎖存，同時將輸入端關閉而使其它搶答信號無效。選手編號/得分情況能夠在顯示屏上顯示。此功能由中央控制單元,譯碼、顯示電路完成。

b、問題回答完畢，主持人應根據回答的準確性給予不同分值的加/減。此功能由加/減分電路完成。

c、在規定的時間內若有人搶答，搶答有效，終止定時，若無人搶答，此次無效。此功能由計時，中央控制單元完成。

d、每次問題回答結束，主持人應通過復位按鈕進行復位，各種程序又回到初始狀態。為進行下一輪的搶答工作做準備。

搶答開始之前，賦予選手一定的初始分，若選手違例搶答，報警電路工作，提醒有人違例搶答，同時編號牌顯示違例選手號碼，該違例選手會被自動扣分。搶答開始時，記分牌顯示選手初始值，此時，主持人根據需要，選定不同分值的題目讓選手回答。當主持人宣布搶答開始，同時按下開始鍵的時候，選手搶答，編號牌顯示選手編號。這時只能有第一位選手優先搶答成功，其他搶答無效。與此同時，倒計時就開始計時，在剩下最后幾秒的時候，報警電路工作，提醒選手。搶答時間結束，本題搶答無效。選手回答問題完畢，主持人應根據回答問題的情況，對選手成績做出相應的處理。每一題搶答結束后，主持人進行電路復位功能，為下一題做準備。而每一題的搶答過程中，編號顯示牌和各選手的得分情況會自動的送到PC機上進行動態顯示。科技論文。

1.1 硬件電路設計

1.1.1、中央控制單元

中央控制單元是控制系統的中樞，是系統的信息處理部分，鍵盤開關，控制開關等發出信號，中央控制單元收到信號后做出分析、響應，完成電路功能的執行。科技論文。

系統選用ISP-Flash系列單片機AT89S8252，它是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內含8k bytes的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數據存儲器，兼容標準MCS-51指令系統，功能強大，它可向輸出單元輸出控制信號。

1.1.2、鍵盤輸入及加/減分電路

選手通過按鍵進行搶答，單片機識別到有按鍵按下時，轉到相應的程序，控制譯碼顯示器顯示選手的編號或分數。而開始鍵，加/減分鍵也是通過鍵盤轉到相應的程序實現功能。

鍵盤作為輸入設備，結構簡單，通過程序可實現很多功能。搶答器按如圖2所示的矩陣結構連接，可有效減少單片機的I/O口。用單片機位處理指令來判斷是否有鍵按下，若有鍵按下，則有電平輸入。轉到相應程序，顯示有效選手的號碼，而其他選手再按“搶答鍵”也無效。若無人搶答，報警電路工作，表示本次搶答無效。若選手違例提前搶答，報警電路提醒選手注意，顯示牌顯示違例選手號碼，單片機通過程序指令讓該違例選手減去一定分值。

加/減分電路與搶答鍵工作原理一樣，當按下加/減分按鍵，單片機控制程序指令，給選手加/減相應的分值，每一題只能給與搶答選手一次的加減分機會，若有特殊情況，主持人可在控制臺進行操作。

若搶答鍵太少，可通過增加I/O口數量或者在中央處理單元外再外擴一片可編程I/O接口芯片。

圖2、鍵盤結構圖

1.1.3、選手編號/分數顯示電路

譯碼顯示：利用單片機串行口加外圍芯片74LS164，構成多個并行輸出口，用于串－并轉換，驅動CD4511鎖存-譯碼器進行LED數碼管顯示。科技論文。數據從單片機輸出經74LS04反相器進入74LS164的輸入端，而時鐘脈沖經74LS04反相器連接到74LS164的CLK脈沖信號端，在LED顯示相應的十進制數字，從而完成選手編號的顯示。

選手得分顯示電路與編號顯示電路原理一樣，可將多片74LS164芯片相連，增加其顯示位數。

1.1.4計時、報警等電路

倒計時器電路中，選用四位十進制減法定時/計數專用集成電路EC9410和7448TTLBCD--7段譯碼器組成可預置數的十進制減法器。在時鐘脈沖的作用下，倒計時開始。若某組搶答有效，計時停止并顯示倒計時時刻。若一直無人搶答.則倒計時到“00”自然停止。

報警輸出單元如圖3所示，數據輸入端與單片機相連，電路由三極管外加揚聲器等外圍電路構成，當中央控制單元通過分析確定存在違例搶答或是倒計時停止，便通過指令給報警電路數據輸入端一個高電平，三極管就導通，產生信號驅動揚聲器發出警報，從而形成一個報警電路，可通過調節報警聲長短來判斷是倒計時停止報警還是違例搶答報警。

圖3、報警電路

1.2單片機與PC機的通信

搶答過程中，顯示數據需要傳入PC機內。單片機與PC機間的通信選用USB串口通

信，將單片機采集的信息傳送到PC機中，由PC機進行處理。該系統使用Phillps公司的PDIUSBD12芯片作為USB接口芯片。PDIUSBD12通常用于微控制器系統并與微控制器通過高速通用接口進行通信，也支持本地DMA傳輸。該器件采用模塊化的方法實現一個USB接口，允許在眾多可用的微控制器中選擇最合適的作為系統微控制器，性能較好。

USB接口芯片PDIUSD12的八位I/O口線DATA0至DATA7具有可控的三態門電路，故而PDIUSBD12芯片可以直接與AT89S8252的數據總線相連，掛在系統總線上。當系統將采樣得到的信息通過USB總線上傳給PC時，AT89S8252選通PDIUSBD12芯片，將單片機內的采樣信息通過系統總線傳給USB接口芯片，繼而傳給上位機，完成數據的傳輸。

USB串口通信可采用控制傳輸模式，塊傳輸模式，同步傳輸模式，中斷傳輸模式等4種傳輸模式，根據本設計電路特點，采用中斷傳輸模式。其傳輸模式圖如圖4、圖5所示。

圖4、中斷輸入事務

圖5、中斷輸出事務

中斷服務子程序處理由PDIUSBD12產生，在中斷服務子程序中把數據從PDIUSBD12芯片的緩沖區中轉移到單片機環形緩沖區中，并清除該芯片內部緩沖區的使能，以便PDIUSBD12芯片接受新的數據包。而后建立正確的時間標志，通知主程序進行正確的處理。

2、結束語

文章創新點在于（1）以ISP-Flash系列單片機AT89S8252為核心的搶答器功能強大，（2）采用USB串口通信，使功能進一步得以完善。整個方案較好地完成了搶答器系統的設計，此外，還需考慮需報警，增加語音報警等情況，功能強大的AT89S8252中央控制單元配合USB串口通信，使整個搶答器反映快，功能齊全，使用性強，可靠運行。

參 考 文 獻

[1] 楊文顯，現代微型計算機原理與接口技術教程.清華大學出版社[M]，2006。

篇（10）

0 引言

自動調平系統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。自動調平系統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、艦載導彈發射臺、船舶制造、船載衛星接收天線等。為此，本文介紹了一種船載實時自動調平載物臺控制系統，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平臺。

自動調平載物臺整個系統主要由機械設計、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 控制系統硬件電路設計

控制系統硬件電路設計部分主要由陀螺儀、電源、單片機最小系統組成。

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。本系統中采用MPU6050模塊（三軸陀螺儀+三軸加速度）。此款芯片內置16bit AD轉換器，16位數據輸出，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成本。

2.2 電源部分

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

2.3 單片機最小系統

單片機最小系統作為自動調平載物臺的大腦，是整個系統的核心部分。本系統中單片機采用了STC15系列增強型8051單片機STC15F2K60S2，內部集成MAX810專用復位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉換（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

載物臺穩定是通過陀螺儀測量載物臺臺面傾斜角度，經過 A/ D 轉換后將數據送到單片機，再通過單片機來控制舵機來實現實時控制的，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。主循環部分主要負責接收中斷傳過來的陀螺儀檢測的數據，并用1602字符型液晶顯示角度，然后完成對舵機的驅動，實現載物臺的自動調平。對陀螺儀數據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，主要計算函數程序如下：

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

4 結語

本文設計了一種能夠自動調平的船載載物臺，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.

[2]郭天祥.單片機C語言教程 [M].北京：電子工業出版社，2011：38-50.