单片机应用系统设计

大赛与单片机应用系统有关的部分题目 数控电源类 数控直流电压源（94），数控直流电流源（97） ，开关电源等 2. 仪器仪表类 简易数字频率计（97），波形发生器（2001），正弦信号发生器（2005）数字幅频均衡功率放大器(2009)等 3. 控制类 自动往返电动小汽车（2001） ，简易智能电动车（2003） ，悬挂运动控制系统（2005），电动车翘翘板（2007） ，声音导引系统（2009）

ISP下载口简介

计算机并口的连接 1:NC 2与12短路 3与11短路 4,5:低电平有效,接接口芯片的低电平有效选通端 6:接时钟,SCK(P1.7) 7:MOSI(P1.5) 8: NC 9:复位RESET(RESET) 10:接MISO(P1.6) 13-17:悬空NC 18-25:接地

单片机下载口连接 双排10孔插座 Con10 (封装形式)IDC10 1:MOSI(P1.5) 2:+5V 3:NC 4: 接地 5: 复位RESET(RESET) 6: 接地 7: 接时钟,SCK(P1.7) 8: 接地 9: MISO(P1.6) 10: 接地

桥式驱动电路

注意:小车驱动电路必须是单独独立的电源供电,包括电源和地.否则无法正常工作. 1、当P1.3=1,P1.4=0时，Q1,Q4导通，Q2,Q3截止，电流由1流向2，电机正转。 2、当P1.3=0,P1.4=1时，Q1,Q4截止，Q2,Q3导通，电流由2流向1，电机反转。 3、当P1.3=0,P1.4=0时，Q1,Q4截止，Q2,Q3截止，电机停转。 调速的实现： 正转：P1.4=0，P1.3接PWM信号（在1和0之间反复变化），调节PWM信号的占空比，即可实现调速。 反转：P1.3=0，P1.4接PWM信号（在1和0之间反复变化），调节PWM信号的占空比，即可实现调速。

L298驱动电路

L298驱动电路

L298驱动电路

L298驱动电路连接实例

电机驱动电路(TI公司的UC3717)

常用传感器简介

霍尔传感器

霍尔传感器(电机转速测量) 基本原理:磁钢用来提供霍尔能感应的磁场,当霍尔元件以切割磁力线的方式相对于磁钢运动时, 霍尔传感器的输出端就会有电压输出. 电机转速的测量:按上图连接好后,电机每转动一周,霍尔传感器的输出端就会出现一个负脉冲信号,将信号接入单片机,统计脉冲个数,就可以计算电机的转速.同时可计算小车走过的路程. 备注:当没有信号输出时,可改变一下磁钢的方向,霍尔传感器对磁钢的方向有要求.有磁钢时,输出低电平,否则输出高电平.

电感式接近开关(金属探测) 电感式接近开关工作原理: 电感式接近开关属于一种有开关量输出的位置传感器，它由LC高频振荡器和放大处理电路组成，利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时，使物体内部产生涡流。这个涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化，由此识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通或断。这种接近开关所能检测的物体必须是金属物体。 电容式接近开关:这种接近开关的检测物体，并不限于金属导体，也可以是绝缘的液体或粉状物体。

与单片机的连接:棕色接电源正,兰色为电源负,黑色为输出.

光电传感器(识别黑白物体,寻迹) 红外线光电开关：是由发射器(红外发光二极管)、接收器(光敏三极管)和检测电路三部分组成，它利用被检测物体对红外光束的吸收或反射来检出物体的有或无，而且检测距离是可调的。 与单片机的连接:棕色接电源正,兰色为电源负,黑色为输出.

超声波传感器 基本原理:发射超声波，接收回波，根据声音在空气中速度约340米/S，计算时间就能测量出距离。 集成超声波传感器将发射部分和接收部分集成在一起,由发射器发出一个超声波脉冲作用到物体上,经过一段时间后,被反射的回波又重新回到接收器上,根据声速和时间就可以计算出传感器到反射物之间的距离. 与单片机的连接:单片机输出的方波信号(与传感器工作频率一致)经74HC14两级放大后接传感器输入端.

光源检测

光源检测原理 根据比较器1和比较器2的输出信号调整小车的前进方向。当小车偏离光源向左时，光电池1接收光照强于光电池2，光电池2接收光照强于光电池3，从而光电池1输出大于光电池2，光电池2输出大于光电池3，比较器1输出低电平，比较器2输出高电平，控制小车向右拐；当小车偏离光源向右时，光电池1输出小于光电池2，光电池2输出小于光电池3，比较器1输出高电平，比较器2输出低电平，控制小车向左拐；当比较器1和比较器2的输出均为低电平时，则小车径直向前行驶。使用这种电路能够很好的使小车准确的找到光源的位置。

智能小车系统设计 常见功能:1、寻迹 2、速度测量 3、路程测量 4、金属探测 5、光源检测（追光） 6、超声波测距 等等

单片机系统设计 总的原则：总体设计时先采用自顶向下的设计原则，根据系统要求，画出系统的总体框图。

单片机系统设计 各部分功能设计：采用自底向上的设计原则，根据系统各部分的功能要求，分模块画出具体电路，如果时间允许，分模块进行调试。

显示电路

声光报警

等精度频率计(单片机程序分析) 基本原理:待测频率信号FX和标准频率信号FS分别由两个32位计数器在相同时间内进行计数,设标准频率计数值为BCLK,待测频率计数值为TCLK, 则有: 其中,两个32位计数器在FPGA中实现,数据的计算和显示在单片机中实现.

等精度频率计(单片机程序分析) 单片机的P0和P2口与FPGA相连,P0口提供控制信号,P2口在控制信号的控制下进行数据传送. P0.7:预备信号START,高电平时准备计数,低电平时计数完成. P0.1:预置门控信号CL,CL=1启动计数器计数,CL=0时停止计数. P0.6P0.5P0.4:控制标准频率计数值和待测频率计数值的读取.

P0.6 P0.5 P0.4 读取数据 标准频率计数值低8位 1 标准频率计数值低第二个8位 标准频率计数值低第三个8位 标准频率计数值高8位 待测频率计数值低8位 待测频率计数值低第二个8位 待测频率计数值低第三个8位 待测频率计数值高8位

DIRR0:显示子程序,单片机采用静态显示,显示缓存为10H-1DH单元.查表后的段显码在72H-7FH单元,然后通过串行口发送到显示器显示.本系统只用了其中的低8位.

KKEYI:键盘扫描子程序,判断是否有键按下(P1口),如有键按下,将键值存入累加器A(00H-07H),判断键释放后返回. KCOM1:根据键值转相应的功能执行.A=0时测频率.

正弦信号发生器 基本原理：利用单片机向FPGA发控制信号，在FPGA中采用直接数字频率合成（Direct Digital Frequency Synthesis，简称DDS）技术产生正弦信号。

DDS基本原理 M——频率控制字 N——相位累加器位数（20） 2N ——正弦信号一周内采样点数 fc——标准频率信号（100MHz） 正弦波查询表 = M——频率控制字 N——相位累加器位数（20） 2N ——正弦信号一周内采样点数 fc——标准频率信号（100MHz）

控制字的获取 由单片机通过键盘输入控制字，单片机的P0和P2口与FPGA相连,P0口提供控制信号,P2口在控制信号的控制下进行数据传送. P0.1P0.0: 控制频率控制字送往FPGA P2：分三次送频率控制字，每次八位

频率值的显示—— 用单片机的串行口实现静态显示

正弦信号的输出 从正弦表中查到的数据直接送往10位高速D/A 转换芯片THS5651，转换后再通过放大后输出。

D/A转换及放大电路

单片机程序流程 初始化 N 输入完？ Y 送数据给FPGA 显示输出频率 频率暂存单元28H，29H，2AH清零，扫描键盘 数据输入分别存入三个缓冲单元 送数据给FPGA 显示输出频率 结束 输入完？ Y N

数字幅频均衡功率放大器

系统基本要求 （1）前置放大电路要求： a. 小信号电压放大倍数不小于400倍（输入正弦信号电压有效值小于10mV）。 b. -1dB通频带为20Hz～20kHz。 c. 输出电阻为600。 （2）制作带阻网络对前置放大电路输出信号v1进行滤波，以10kHz时输出信号v2电压幅度为基准，要求最大衰减≥10dB。带阻网络具体电路见题目说明1。

系统基本要求 （3）应用数字信号处理技术，制作数字幅频均衡电路，对带阻网络输出的20Hz～20kHz信号进行幅频均衡。要求： a. 输入电阻为600。 b. 经过数字幅频均衡处理后，以10kHz时输出信号v3电压幅度为基准，通频带20Hz～20kHz内的电压幅度波动在1.5dB以内。

系统基本要求 （4）制作功率放大电路，对数字均衡后的输出信号v3进行功率放大，要求末级功放管采用分立的大功率MOS晶体管。 a.当输入正弦信号vi电压有效值为5mV、功率放大器接8电阻负载（一端接地）时，要求输出功率≥10W，输出电压波形无明显失真。 b.功率放大电路的-3dB通频带为20Hz～20kHz。 c.功率放大电路的效率≥60％。