单片机

<strong>1.引言</strong>

在电子仪器、仪表的制造及使用行业，有大量的印刷电路板需要调试、测量与维修，需要对电阻电容的数值进行测试。

本文介绍了一种基于AT89C51单片机和555定时器的数显式电阻和电容测量系统设计方案，然后制作出电路实物，实现系统的功能。系统利用555定时器和待测电阻(或电容)组成多谐振荡器，通过单片机定时器测量555输出信号的周期，根据周期和待测电阻(或电容)的数学关系再计算出电阻(或电容)值，再通过1602液晶显示器将其显示出来。经仿真结果表明该测量系统具有结构简单，方便实用等优点。

<strong>2.设计方案与原理</strong>

2.1 设计总方案

本文分析了基于AT89S51 单片机的角度测量的硬件组成、电路设计原理。给出了主函数的工作流程和源代码。设计样机已通过多种环境实验的测试。

角度测量仪是某控制系统中瞄准装置的关键部件。在以往的控制系统中，多数都是仅凭设备操作人员眼睛瞄准指定目标，然后作出相应的控制，这样就带来一系列问题，如操作人员的经验、瞄准装置转盘的空回都可能会严重会影响瞄准目标的精确程度，从而严重影响控制系统的精度。为了提高控制系统的瞄准精度，在控制系统的瞄准装置中增加了角度测量仪部件，操作人员瞄准目标后的角度值能够精确定量地显示在操作面板上，帮助操作人员更加准确地瞄准目标，因此，极大地提高了控制系统的控制精确度。

角度测量仪利用光电编码器读取角度值，采用AT89S51 单片机实现角度值数码显示、角度值偏差范围的发光二极管指示功能(有三个指示灯，分别指示：偏高、偏低、适中)。不论在操作的复杂程度上还是在测量的精度上，都是传统的眼瞄方法、刻度测量及标识方法无法比拟的。

作为某控制系统的瞄准装置的重要技术改进，此仪器的应用大大提高了控制系统瞄准的精度，增加瞄准偏差范围的可读性，淘汰了传统的用刻度测量和标识角度的方法，使该控制系统的整体性能得到了显着提高。此外，该角度测量仪只要稍作改动即可广泛用于其它工业控制系统中。

MCS- 51系列单片机的指令系统是一种简明高效的指令系统，其基本指令共有111条，其中单字节指令49条，双字节指令4'5条，三字节指令17条。如果按功能可以讲这些指令分为五类:数据传送类(29条)、算术操作类(24条)、逻辑操作类(24条)、控制转移类(17条)以及位变量操作类(17条)。对于反向设计而言，我们关心的不是它的各种具体指令的多少而是指令的寻址方式。所谓的寻址方式就是寻找确定参与操作的数的真正地址。MCS-51系列单片机的111条指令一共只采用了5种寻址方式。5种寻址方式以及它们的寻址空间如表1所示。
<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2017-08/wen_zhang_/100007260-23289-70.png&…; alt="基于EDA技术的8051单片机指令系统剖析"></center><center><i>表1：表寻址方式及寻址空间</i></center>

单片机主要作用是控制外围的器件，并实现一定的通信和数据处理。但在某些特定场合，不可避免地要用到数学运算，尽管单片机并不擅长实现算法和进行复杂的运算。下面主要是介绍如何用单片机实现数字滤波。

在单片机进行数据采集时，会遇到数据的随机误差，随机误差是由随机干扰引起的，其特点是在相同条件下测量同一量时，其大小和符号会现无规则的变化而无法预测，但多次测量的结果符合统计规律。为克服随机干扰引起的误差，硬件上可采用滤波技术，软件上可采用软件算法实现数字滤波。滤波算法往往是系统测控算法的一个重要组成部分，实时性很强。

采用数字滤波算法克服随机干扰的误差具有以下优点

1、数字滤波无需其他的硬件成本，只用一个计算过程，可靠性高，不存在阻抗匹配问题。尤其是数字滤波可以对频率很低的信号进行滤波，这是模拟滤波器做不到的。
2、数字滤波使用软件算法实现，多输入通道可共用一个滤波程序，降低系统开支。
3、只要适当改变滤波器的滤波程序或运算，就能方便地改变其滤波特性，这对于滤除低频干扰和随机信号会有较大的效果。
4、在单片机系统中常用的滤波算法有限幅滤波法、中值滤波法、算术平均滤波法、加权平均滤波法、滑动平均滤波等。

<strong>(1)限幅滤波算法</strong>

单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域的广泛应用。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的32位300M的高速单片机。

1、万事开头难、要勇敢迈出第一步。

开始的时候，不要老是给自己找借口，说KEIL不会建项目啦、没有实验板啦之类的。遇到困难要一件件攻克，不会建项目，就先学它，这方面网上教程很多，随便找找看一下，做几次就懂了。然后可以参考别的人程序，抄过来也无所谓，写一个最简单的，让它运行起来，先培养一下自己的感觉，知道写程序是怎么一回事，无论写大程序还是小程序，要做的工序不会差多少，总得建个项目，再配置一下项目，然后建个程序，加入项目中，再写代码、编译、生成HEX，刷进单片机中、运行。必须熟悉这一套工序。个人认为，一块学习板还是必要的，写好程序在上面运行一下看结果，学习效果会好很多，仿真器就看个人需要了。单片机是注重理论和实践的，光看书不动手，是学不会的。

2、知识点用到才学，不用的暂时丢一边。

随着微电子技术和计算机技术的发展，原来以强电和电器为主、功能简单的电气设备发展成为强、弱电结合，具有数字化特点、功能完善的新型微电子设备。在很多场合，已经出现了越来越多的单片机产品代替传统的电气控制产品。属于存储程序控制的单片机，其控制功能通过软件指令来实现，其硬件配置也可变、易变。因此，一旦生产过程有所变动，就不必重新设计线路连线安装，有利于产品的更新换代和订单式生产。

传统电气设备采用的各种控制信号，必须转换到与单片机输入/输出口相匹配的数字信号。用户设备须输入到单片机的各种控制信号，如限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关以及其他一些传感器输出的开关量等，通过输入电路转换成单片机能够接收和处理的信号。输出电路则应将单片机送出的弱电控制信号转换、放大到现场需要的强输出信号，以驱动功率管、电磁阀和继电器、接触器、电动机等被控制设备的执行元件，能方便实际控制系统使用。针对电气控制产品的特点，本文讨论了几种单片机I/O的常用驱动和隔离电路的设计方法，对合理地设计电气控制系统，提高电路的接口能力，增强系统稳定性和抗干扰能力有实际指导意义。

<strong>1、 输入电路设计</strong>

<strong>为什么晶振电路中用22pf或30pf的电容而不用别的？</strong>

其实单片机和其他一些IC的振荡电路的真名叫“三点式电容振荡电路”，如下图：
<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2017-07/wen_zhang_/100007090-22800-55.jpg&…; alt="细说单片机晶振电路中22pf或30pf电容的作用"></center>

Y1是晶体，相当于三点式里面的电感，C1和C2就是电容，5404非门和R1实现一个NPN的三极管，接下来分析一下这个电路。

5404必需要一个电阻，不然它处于饱和截止区，而不是放大区，R1相当于三极管的偏置作用，让5404处于放大区域，那么5404就是一个反相器，这个就实现了NPN三极管的作用，NPN三极管在共发射极接法时也是一个反相器。

想搞清楚PLC与单片机有什么不同，在网上搜了许多，看得头都大了，还是一团雾水。最后把其中说到点子上的一些句子，综合起来认真分析总结，本人认为PLC与单片机的差别应该是：

1.PLC是应用单片机构成的比较成熟的控制系统，是已经调试成熟稳定的单片机应用系统的产品。有较强的通用性。

2.而单片机可以构成各种各样的应用系统，使用范围更广。单就“单片机”而言，它只是一种集成电路，还必须与其它元器件及软件构成系统才能应用。

3.从工程的使用来看，对单项工程或重复数极少的项目，采用PLC快捷方便，成功率高，可靠性好，但成本较高。

4.对于量大的配套项目，采用单片机系统具有成本低、效益高的优点，但这要有相当的研发力量和行业经验才能使系统稳定。

从本质上说，PLC其实就是一套已经做好的单片机(单片机范围很广的)系统。

但PLC也有其特点：PLC广泛使用梯形图代替计算机语言，对编程有一定的优势。你可以把梯形图理解成是与汇编等计算器语言一样，是一种编程语言，只是使用范围不同!而且通常做法是由PLC软件把你的梯形图转换成C或汇编语言(由PLC所使用的CPU决定)，然后利用汇编或C编译系统编译成机器码!PLC运行的只是机器码而已。梯形图只是让使用者更加容易使用而已。

随着社会的进步和随着社会的进步、科学技术的发展和电力电子技术的广泛应用，电气化生产、电气化交通、电力设备的应用变得越来越广泛，已经融入到了社会的各个角落。大功率移动电源设备是为了方便使用者，在没有供电电源及设施的野外作业、在供电电压不清楚无法使用、在现场用电出现异常而无法使用等场合，可以使用大功率移动电源设备，这样可以为你的设备提供长时间的安全保障供电系统，特此提出了一种大功率移动电源的设计方案，详细给出了方案的硬件电路设计和软件流程，具有很强的使用价值。

大功率移动电源设备是为了方便使用者，在没有供电电源及设施的野外作业、供电电压不清楚无法使用、在现场用电出现异常而无法使用等场合，可以使用电气试验移动电源设备，这样可以为你的设备提供长时间的安全保障供电系统。通常情况下，在野外作业，进行电力设备检测时，由于供电情况未知，或者完全没有供电电源等因素，都将会造成工时延误或者无法使用设备作业。故此，为保证在无法用电，负载较大的情况下，对设备进行持续供电，特研制该大功率移动电源，保证在断电状态下临时用电需求。

该供电设备集安全、智能于一身，结构简单。具有当前电压、电流值及相关用电参数值的液晶显示。它可为用电操作人员提供用电技术参数。使操作人员用电更安全、更直观、更方便。

形成干扰的基本要素有三个：

(1)干扰源，指产生干扰的元件、设备或信号，用数学语言描述如下：du/dt，di/dt大的地方就是干扰源。如：雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可能成为干扰源。

(2)传播路径，指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。典型的干扰传播路径是通过导线的传导和空间的辐射。

(3)敏感器件，指容易被干扰的对象。如：A/D、D/A变换器，单片机，数字IC，弱信号放大器等。
抗干扰设计的基本原则是：抑制干扰源，切断干扰传播路径，提高敏感器件的抗干扰性能。(类似于传染病的预防)
1、抑制干扰源

抑制干扰源就是尽可能的减小干扰源的du/dt，di/dt。这是抗干扰设计中最优先考虑和最重要的原则，常常会起到事半功倍的效果。减小干扰源的du/dt主要是通过在干扰源两端并联电容来实现。减小干扰源的di/dt则是在干扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现。

抑制干扰源的常用措施如下：

(1)继电器线圈增加续流二极管，消除断开线圈时产生的反电动势干扰。仅加续流二极管会使继电器的断开时间滞后，增加稳压二极管后继电器在单位时间内可动作更多的次数。