單片機的電路設計
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單片機的電路設計范文第1篇
【關鍵詞】鋰電池；移動電源；充電；放電
隨著移動互聯網的不斷發展，智能終端得到普及，可攜帶式的移動電子產品得到人們的青睞。智能手機、平板電腦等設備都需要采用鋰電池供電，但是人們對這些電子產品非常依賴，常常出現電力不足的情況。現在各類數碼產品的功能非常完善，而且使用也非常頻繁，完善電子產品的鋰電池的性能顯得非常關鍵。為了確保外出時電子產品可以保持充足的電量，很多用戶都會采用移動電源給電子產品充電。移動電源中由鋰電池供電，其在平板電腦、數碼相機中也得到了應用。移動電源技術突破了固定電源的局限性，在鋰電池發展中也是一項突破。本文結合單片機技術，分析鋰電池充電和放電的設計。
1充電和放電電路系統結構及鋰電池的優勢
1.1充電和放電電路系統結構
移動電源俗稱充電寶，其中有鋰電池作為儲能電源，借助升壓和降壓的方式，對電力進行釋放和保存，結合了儲存電能和提供電能的功能，其體積比較小，攜帶非常方便，可以給各類數碼產品隨時充電。充電和放電系統主要是由控制電路、升壓電路和充電管理電路等構成。升壓電路主要起到輸出斷路和保護電路的效果，移動電源的鋰電池主要起到充電、放電和保護電路的效果，系統供電管理電路主要起到電量的檢測效果。充電系統的質量受到充電電池的材料、體積和容量等影響。由于鋰電池與其他類型的電池比較而言，其質量比較小，而且體積不大，放電量不大，可以進行快速的充電，在各類智能設備的充電中得到廣泛的應用。與液態的電池相比較而言，移動電源中的鋰電池充分的采用固體聚合物，電池的形狀非常薄，而且形狀可以發生變化，體積也能得到縮小，其能量密度非常大，在相同的體積下，鋰聚合物電池的重量更小。所以，在電子產品中的移動電源中，一般都是采用鋰聚合物電池。在移動電源中使用的鋰電池對電壓提出了非常精確的要求，一般電壓控制在4.5V以內，其電壓非常低，在低電壓的情況下，鋰電池在為各類數碼產品充電的環節中，需要借助升壓控制電路，在移動電源的電力向外界輸出時，應該先提升其電壓。在移動電源中常用的是鋰聚合物電池，在儲能完成后，應該及時補充電量，在鋰電池的電路中，應該確保設計了充電控制電路。在移動電源的核心技術中，在給手機充電的環節中，應該分析放電的電路和電壓的曲線是否是平滑的，如果曲線不是平滑的，其就會對充電設備產生破壞，所以，在充電和放電的環節中，要完善電路的保護設計，防止電路輸出不穩定，對智能設備產生損壞，而且也會影響移動電源的質量。移動電源是化學電池設計的產物，在使用中，電池的容量、壽命和安全性對其產生直接的影響。在鋰電池廣泛應用的今天，移動電源也得到了人們的青睞。在很多移動電源的生產廠家中，他們對移動電源的性能都有明確的要求，移動電源具有較好的限流保護的效果，而且可以防止電流發生短路情況，完成反充保護線路的設計。在自動充電和快速充電中可以得到完善，而且在電量充滿后，可以實現自動化的斷電。在移動電源上還涉及了LED燈，對充電的狀態進行展現，并且實現了低噪聲的充電方式，可以模擬微電腦的控制。在移動電源的生產中，如果要采用鋰電池，那么要保證充電的環節中保持恒定電流和恒定電壓，從而確保電池的容量可以得到有效的利用。在進行鋰電池充電的環節中，將其放置到最大的電壓中，如果出現過充的情況，就會對電池產生損壞。而且如果電壓非常低，要采用預充的方式，在充電終止時要進行相應的檢測，還可以采用其他的方式，對電池的溫度檢測，完善電池的附加保護。如今，在進行移動電源的設計中，實現了電池的充電功能，LED顯示電量的功能，保護機制，當移動電源在充電中，電池的溫度超過一定的數值，就會停止充電，或者電壓出現異常情況后，指示燈會呈現紅色。在過流和過壓的情況下，移動電源都能得到保護。在針對異常情況進行處理中，可以確保快速的恢復充電。
1.2鋰電池的優勢
其一，鋰電池的能量密度非常高，在使用中，其體積能量密度和質量能量密度都能得到保障，而且隨著鋰電池的不斷研發，其能量密度還在不斷的提升。其二，其工作電壓可以得到保障，在單節鋰電池放電的環節中，其電壓可以達到3.7V，其在3V的電路中也能正常的供電。如果電子設備的電壓比較高，可以將電池串聯在一起使用，串聯的電池數量會大大的減少。其三，鋰電池的自放電非常小，通常在10%以下，這是普通的鎳電池不能達到的。其四，鋰電池實現了快速的充電和放電功能，每次充電一個小時就能充80%的電量，鋰電池的負極是采用碳電極構成，其可以代替普通的金屬離子，其可以實現快速的充電。在比較危急的情況下，鋰電池可以在兩個小時內將電量充滿，其安全性可以得到保障。其五，鋰電池的壽命非常長，鋰電池的負極采用的是碳負極，所以在充電和放電的環節中，在負極處不能有金屬鋰產生，從而可以防止電池在充電的環節中出現短路的情況。鋰電池可以使用1000次以上。其六，鋰電池在不同的溫度范圍下都能使用，鋰電池實現了低溫放電的能量，其在-20攝氏度的低溫環境下能使用，在60攝氏度的高溫條件下也能使用。其高溫放電性能是其他類型的電池不能達到的。其七，鋰電池的體積小，而且輸出的功率非常大，不會產生嚴重的污染。其綜合性能要比鎳鎘等電池好。
2硬件電路設計
在進行移動電源硬件電路設計的環節中，應該采用低能耗的單片機的方式，單片機的成本比較低，而且不會有太多的引腳，在小型的家電中也得到了廣泛的使用。在進行溫度的測量和高端智能充電器的使用中，得到廣泛的應用。在本次的設計中，結合充電器、穩壓器等實現了移動電源充電和放電的保護工作。
2.1單片機控制電路
在進行單片機的控制電路設計中，一般是采用高速度，低能耗的設計方式，單片機具有8位高性能精簡指令，內部采用一次性編程的方式，采用數據寄存器的方式，計數器也采用8位的。在系統中采用多個時鐘，工作模式主要有四種，信道有15個，莫屬轉化器采用十二位的，中斷源有五個。在設計中，移動電源的控制系統運用單片機實現。控制電路的主要作用在于實現對電壓的收集，對充電和放電的狀態進行控制，對電量進行指示。單片機的復位端口處的開關直接控制整個系統的工作。發光二極管主要對充電和放電時的電量進行展示。在充電器的芯片中可以及時的放出信號，對鋰電池的充電情況進行判斷。如果是處于高電平的狀態下，就說明鋰電池處于充電的狀態，如果是在低電平的狀態下，說明鋰電池沒有在充電的狀態中。由于鋰電池自身的電壓并不是特別的穩定，其變化的范圍比較大，所以在對其模擬輸出量進行分析中，應該采用串聯電阻分壓的方式，控制好模擬量的變化范圍。在充電檢測端口處，應該完善放電檢測端口的設計。端口一般是放電檢測端口，采用降壓型的穩壓器，可以在一定程度上延長電池的使用年限，防止電池在充電和放電的環節中出現電壓不穩定的情況，從而確保供電的穩定性。單片機在對電路進行控制的環節中，可以結合低壓差大流穩壓器的方式。
2.2系統供電管理電路
在本次的研究中，采用系統供電的方式，運用線性充電器的方式，其可以確保電流和電壓處于恒定的狀態。在電壓和電流保持恒定的狀態下就能保障鋰電池實現線性充電。為了完善散熱的效果，在系統下部都安裝了散熱片，為了確保芯片的正常使用，也可以設計USB接口的方式，結合適配器電源。在內部設計了防止倒充的電路，所以不需要采用隔離二極管的方式。在移動電源正在使用的環節中，采用高腳電平，芯片的使用狀態非常好，在引腳為充電電路大小，實現對引腳的控制，在接受一定的電阻后，在充電的時候可以保持恒定的電流和電壓，電壓可以控制在1V，在電流通過引腳后，電流的數值也是恒定的。在引腳向鋰電池提供電流后，內部設計了精確的電阻分壓器，從而完善電壓的恒定性。在整個充電過程，實現了智能化的監控，在鋰電池充電的環節中，完善了預充、電流恒定和電壓恒定的功能。
2.3充放電保護電路
在鋰電池的使用中，要設計好專門使用的芯片，從而可以防止鋰電池出現過度充電的情況，電流過大會導致鋰電池的使用年限的縮短，甚至會出現電池被損壞的情況。提升電壓檢測的精度，完善延遲的功能。在完善充電和放電保護電路后，可以確保導通電阻的的降低，提升鋰電池的性價比。在電池保護和低壓開關電路的使用情況中，可以完善鋰電池過流保護的效果，在進行引腳的設計中，可以設計放電控制引腳，在對電壓進行檢測的環節中，應該有效的控制放電，當電壓提升后，再恢復正常的放電。在充電控制引腳的設計環節中，在對電壓監測中，如果電壓比較高，應該分析鋰電池是否出現了過充的情況，在電壓降低后可以進行繼續充電。在這項設計中，可以有效的防治鋰電池過度的放電和過度充電的情況，防止對鋰電池的壽命產生影響。
2.4升壓輸出電路
在升壓輸出電路的設計中，要充分的采用穩壓器，可以完善電壓源、振蕩電路、誤差放大器等切換，從而對切換電路進行合理的控制，在高效率的電路中可以充分的采用。這種方法可以充分的借助寬柵極電壓的處理方式，在電池保護中得到廣泛的應用。在升壓輸出電路的應用中，主要是采用穩壓器的方式，當鋰電池的負載較大的情況下，可以采用高電平的方式，確保芯片可以正常的使用。在專用鋰電池的升壓后，可以采用引腳輸出的方式。
3結語
本文主要分析了移動電源鋰電池充電和放電的情況，完善升壓方式，在移動電源的設計中實現了安全性，在各個單元電路的設計中更加的完善，完善電路的設計，并且完善了溫度保護、過載保護和漏電保護的方針。
參考文獻
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單片機的電路設計范文第2篇
系統總體設計
本系統通過PIC690單片機作為主控制芯片，用晶閘管作為主要開關器件。設計的目標是保持輸出的直流電壓穩定，輸出電壓紋波小，交流輸出測電流THD較低，性能可靠。
系統主要電路包括：三相橋式半控整流電路、同步信號取樣電路、單片機控制電路、晶閘管觸發電路。首先，由同步信號取樣電路得到同步信號并送集成觸發芯片TC787，經過零檢測，再進行相應的延時以實現移相。單片機中的ADC負責采集直流母線電壓，根據電壓的設定值與實際值的偏差經過PI運算來調節給定輸出。PIC單片機將電壓的參考值輸出到TC787，由TC787實現對晶閘管的移相觸發，以實現整流調壓。硬件電路的整體框圖如圖1所示。
主電路設計
主電路采用三相橋式半控整流電路，直流測采用LC濾波電流結構，主電流原理圖如圖2所示。半控橋選擇SEMIKRON公司的SKDH146/120-L100模塊，該模塊額定電流140A，額定電壓1200V。直流側采用LC濾波電路結構，比單獨電容濾波效果好。此外，還可以提高交流輸入側的電流THD。直流側主要的諧波含量為工頻的6倍及6的整數倍，設計LC低通濾波時要避免含量較高的諧波引起的諧振。在本設計中選取電感5mH，濾波電容480μF。
從電網獲得的三相電壓經同步電路整形后，送給集成觸發芯片TC787引腳18AT、引腳2BT和引腳1CT。TC787內部集成有3個過零和極性檢測單元、3個鋸齒波形成單元、3個比較器、1個脈沖發生器、1個抗干擾鎖定電路和1個脈沖分配及驅動電路數字給定移相控制電壓，能進行相序自動識別。
控制電路設計
采用PIC 16F690作為控制芯片。PIC16F690單片機內部自帶10位AD；寬工作電壓(2.0～5.5V)；低功耗；帶有PWM輸出功能；內部自帶晶振。用芯片內部自帶10位AD，對采集到的直流側電壓進行AD轉換。為了降低硬件成本，直接采分壓電阻代替電壓傳感器來采集直流側電壓，分壓電阻上的電壓經過兩個反向比例電路到單片機。單片機的模擬地和信號地直接相連(也可以通過磁珠相連，以減小干擾)。PIC16F690單片機通過一個IO口使能或禁止芯片TC787的輸出，如圖3所示。當PIC單片機的I/O口RC3輸出高電平(+5V)時，Lock口為低電平；當單片機I/O口RC3輸出低電平時，Lock為高電平(+15V)。選用一個IO口作為TC787參考電壓的給定信號，采用PWM脈沖方式，調節占空比來調節輸出電壓，PWM波經過一個RC低通濾波器后為一個近似直流信號，用這個信號作為參考電壓給定Uret，其范圍為0-5V。由于芯片TC787所需的給定輸入范圍為0-15V，所以PWM波要經過一個光耦進行電平轉換，如圖3所示。
電網電壓經過同步變壓器輸入到TC787，TC787的6腳輸出高時雙脈沖或低時單寬脈沖。12、11、10引腳分別為A、B、C的觸發輸出端，經過脈沖變壓器輸出到晶閘管。觸發驅動電路設計
觸發芯片選擇高性能晶閘管三相移相觸發集成電路TC787。TC787可單電源工作，亦可雙電源工作，主要適用于三相晶閘管移相觸發和三相功率晶體管脈寬調制電路，以構成多種交流調速和變流裝置。TC787的內部結構如圖4所示。
在本設計中，TC787采用15V供電，引腳4(Vr)；移相控制電壓輸入端。該端輸入電壓的高低直接決定著TC787/TC788輸出脈沖的移相范圍，應用中接給定環節輸出。引腳5(Pi)；輸出脈沖禁止端。該端用來進行故障狀態下封鎖TC787/TC788的輸出，高電平有效，應用中，接保護電路的輸出。同步電壓輸入端：引腳1(Vc)、引腳2(Vb)及引腳18(Va)為三相同步輸入電壓連接端。應用中，分別接輸入濾波后的同步電壓，同步電壓的峰值應不超過TC787/TC788的工作電源電壓VDD。
觸發驅動電路主要由電網電壓同步電路、TC787集成觸發電路和脈沖放大隔離驅動電路組成。圖5中給出了同步電路和TC787的電路。其前半部分為電壓同步電路，采用這種設計方法需要加較多輔助元件。而對RP1～RP3三個電位器進行不同調節，可實現0～60。的移相，從而適應不同主變壓器連接的需要。圖5中，直接將同步變壓器的中點接到(1/2)電源電壓上，使所用元件得以簡化。TC787的引腳4輸出單片機的給定電壓(0～+15V)，引腳6為觸發脈沖封鎖引腳。引腳10～12為觸發脈沖輸出引腳，分別接到C、B、A相的隔離放到電路。
單片機的電路設計范文第3篇
關鍵詞：C8051F020； A/D轉換； RS 422串口通信; 信號采集
中圖分類號：TN911.734 文獻標識碼：A 文章編號：1004373X(2012)09013502
數據采集是為了對溫度、壓力、流量、速度、位移、光強度、聲音等物理量進行在線測量和控制，通過傳感器把上述物理量轉換成模擬物理量的電信號。然后將模擬電信號經過處理并轉換成計算機能識別的數字量，送入計算機處理、存儲、傳輸和顯示［1］。
在操縱桿控制器的工作過程中，需要對操縱桿X軸和Y軸輸出的2路電壓信號進行A/D轉換，轉換后的數據范圍要求在-1 500~1 500,采樣精度為12位。另外還需要對采集后的數據進行計算，并通過串口與兩自由度光電穩定平臺進行通信，實現對穩定平臺的功能控制，通信周期為80 ms。出于成本的考慮，沒有采用傳統專用A/D芯片+單片機的設計模式，只用了一片C8051F020單片機實現了上述功能。
1 芯片簡介
Cygnal公司的C8051F020單片機是一款高性能的數字/模擬混合微處理器，具有與8051指令集完全兼容的CIP51內核。具有豐富的片內資源和接口，-40~+85 ℃的工作環境，內置有12位精度的A/D采集接口［2］，在工業甚至軍用領域中自動控制和智能監控等方面得到了廣泛的應用。
2 系統設計
傳統的數據采集系統信號處理電路復雜龐大，且采集速率慢，溫漂大，抗干擾性差。所以本系統采用C8051F020單片機直接將模擬量轉換為數字量傳給穩定平臺系統，電路簡單實用，采集速率快，精度高并且通過RS 422通信模塊與穩定平臺通信，抗干擾性強。
該系統由C8051F020單片機、晶體、電源模塊及RS 422通信模塊等部分組成。外部電源為+28 V，經DC28S5電源模塊變換后輸出+5 V，給操縱桿和MAX490芯片供電。由于單片機需要3.3 V的電源才能工作，因此需要將+5 V電源經三端穩壓器LT11173.3 V變換后供給單片機使用。然后把經過電壓調制的操縱桿模擬信號連接到單片機的ADC輸入端口上，啟動單片機內部A/D轉換電路，將其轉換成數字信號存儲到內存。最后，按照規定的通信格式，通過單片機的串口和MAX490芯片將信號發送給穩定平臺，從而實現了穩定平臺的操縱控制過程。
系統工作原理如圖1所示。
2.1 基準電壓的配置
單片機ADC0模塊所使用的電壓基準采用內部基準電壓1.2 V，其內部電壓基準電路由一個1.2 V 15 ppm/典型值的帶隙電壓基準發生器和一個兩倍增益的輸出緩沖放大器組成內部基準電壓（2.4 V）。通過VREF引腳連到芯片的VREF0引腳，并在VREF引腳與AGND之間接入0.1 μF和4.7 μF的旁路電容，用來將VREF的開啟時間控制在2 ms。
2.2 信號處理電路
一般操縱桿包括操縱和控制兩部分。根據一般目標運動特性，該操縱桿采用X,Y兩個方向運動控制［3］。
而本文選用的操縱桿X軸和Y軸采用霍爾元件感應其位移，輸出電壓范圍為0～5 V。而單片機C8051F020的A/D基準參考電壓為2.4 V，因此需要做一個電壓變換電路，將0～5 V的電壓變換到0~2.4 V，才能被單片機的A/D模塊使用。電壓變換電路如圖2所示。
圖2 電壓變換電路采用公式out=in×R2/(R1+R2)來計算電阻R1和R2的阻值，令out=2.4，in=5，可以得到R2/R1=48/52。考慮到功耗因素，R1采用5.2 kΩ的電阻，R2采用4.8 kΩ的電阻，電阻采用0.5%的高精度軍品電阻，可以滿足系統高溫和低溫工作要求。
2.3 A/D采集模塊的配置
C8051F020的ADC0模塊包括一個9通道的可編程模擬多路選擇器AMUX0，一個可編程增益放大器PGA0和一個100 KSPS 12位分辨率的逐次逼近寄存器ADC。ADC中集成了跟蹤保持電路和可編程窗口檢測器，原理框圖如圖3所示。
圖3 ADC0模塊工作原理AMUX0，PGA0、數據轉換方式及窗口檢測器都可用軟件通過圖3所示的特殊功能寄存器來控制。只有當ADC0控制寄存器中的AD0EN位被置1時，ADC0子系統，ADC0跟蹤保持器和PGA0才被允許工作；當AD0EN位為0時，ADC0子系統處于低功耗關斷方式［4］。
3 軟件編程
軟件主要包括主程序、A/D采集子程序和串口通信子程序。
為了提高采集精度，采用了過采樣技術［5］，即多次采集累加后求平均值的辦法。但考慮到采集速度的要求，也不能無限制地增加采樣次數。經過試驗測試，采用8次采樣即可同時滿足采樣精度和采樣速度的雙重要求。
此外，根據系統的實際工作環境條件，選擇恰當的通信接口和協議，合理設計通信硬件和軟件，獲得高可靠性、強抗干擾和容錯能力，成為衡量此類系統好壞的最重要因素［6］。
為了提高通信傳輸的可靠性，通信協議采用了“消息頭+消息體+校驗和”的防錯設計。具體表述如下：消息結構總共10個字節，消息頭占2個字節，一般采用固定值，比如EB,90（16進制）。消息體內是有用的數據信息，占7個字節。最后是檢驗和，一般采用數學和，即消息頭和消息體9個字節累加后，整除256的余數。采用這種方式進行通信傳送，接收機必須在正確判讀了消息頭和校驗和后才認為命令是有效的，否則該命令消息就被忽略。
軟件流程如圖4~圖6所示。
4 結 語
本文基于工程實際對A/D轉換速度和精度的要求，采用了過采樣原理以提高數模轉換的精度。利用C8051F020單片機自身的片上資源，給出了一種簡便有效的過采樣原理的工程實現方法。自2007年投入工程應用后實驗證明：用這種方法可以提高測量分辨率，并且可以簡化外部電路、降低硬件成本。因此，這種方法對硬件成本和采樣精度都有較高要求的控制、采集、測量系統來說具有較高的參考價值，可同時滿足軍事和商業領域。
參 考 文 獻
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作者簡介： 劉青青 女，1978年出生，河南洛陽人，講師，碩士。主要研究方向為計算機軟件與應用。
單片機的電路設計范文第4篇
【關鍵詞】溫濕度；監測系統；主控電路；PIC
目前，大部分常用的溫濕度監測系統是以晶體管電路或51單片機為核心部件，再配以相應的傳感器和A/D轉換電路組成的溫度和濕度實時監測系統。這樣的系統，在實際工作中存在諸如在線調節不方便、數字化和智能化程度較低等缺點。
因此，本文研究了基于PIC16F877A單片機的蔬菜大棚溫濕度監測系統相關技術，對主控電路進行了改進，提出了相應的對策和解決方案。
1 設計思路
通常情況下，溫室內的溫度和濕度對作物的影響巨大。如若要使得這些植物在非本季節處于較佳的生長狀態，就必須嚴格控制溫室內的溫濕度。而不同類別的植物，所需溫濕度也不盡相同。嚴格監測和控制溫室內溫度和濕度環境參數，能夠有效保障植物時刻處于較佳的生長狀態，有利于提高生產質量和產量。
首先，本文分析了溫室溫濕度監測系統基本原理和性能要求，針對農業生產所使用的普通MCU與PIC系列PIC16F877A進行性能比較，對優化主控電路做出理論依據，并提出相應的優化方案和整改對策。 然后分析了目前農業生產所使用的模擬量傳感器和直插式數字傳感器進行性能差異，從非電和電兩個方面著手對影響溫濕度監測精度及可靠性的原因進行分析，并在優化的主控電路。最后采用了以PIC16F877A對直插數字集成式溫濕度傳感器DHT11進行循環控制，達到對蔬菜大棚溫濕度實時監控的目的1。
2 硬件電路設計
圖1 主控電路示意圖
本文選用DHT11作為溫濕度環境信號監測系統的主要傳感器件。DHT11數字溫濕度傳感器含有已校準數字信號輸出，包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連，具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優點。DHT11傳感器的校準系數以程序的形式存在OTP內存中，傳感器內部在檢測型號的處理過程中要調用這些校準系數。單線制串行接口，使系統集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，非常適合溫室內的溫度和濕度環境參數信號監測系統的技術特點2。
本設計利用DHT11直插式數字溫濕度傳感器對蔬菜大棚溫濕度進行實時監測，并把實測溫濕度值實時顯示在LCD1602上，可以通過鍵盤設定溫濕度極限值，如果實測溫濕度超過設定極限值，則進行LED或者蜂鳴器報警操作。
基于PIC16F877A單片機的蔬菜大棚溫濕度監測系統主控電路如圖1所示，監測過程大體如下：當產品上電時，PIC16F877A與DHT11傳感器通訊，當PIC做好數據接收準備時，DHT11通過單總線將數據發到至PIC，最后再由PIC將處理過的檢測數據發送至LCD1062進行顯示，從而達到蔬菜大棚溫濕度的實時檢測。在此基礎上，用戶可以通過按鍵輸入溫濕度極限值，對溫濕度報警值進行設定，之后以達到峰值超標自動報警的目的。
3 主函數初始化和外部中斷流程圖設計
我們對需要的特殊寄存器進行初始化后，使其進入while循環，等待外部中斷。
①初始化
初始化函數包括了系統初始化函數sys init（）；，LCD初始化函數lcd_init（）；等。系統初始化函數主要是對外部中斷的I/O口，和使能端進行設置3。LCD初始化函數lcd_init（）；主要是多LCD的I/O口進行方向設置，LCD指令輸入等操作。如圖2所示，對主函數進行初始化設計。
圖2 主函數初始化流程圖
初始化過程（復位過程）
1.延時15ms
2.寫指令38H（不檢測忙信號）
3.延時5ms
4.寫指令38H（不檢測忙信號）
5.延時5ms
6.寫指令38H（不檢測忙信號）
7.（以后每次寫指令、讀/寫數據操作之前均需檢測忙信號）
8.寫指令38H：顯示模式設置
9.寫指令08H：顯示關閉
10.寫指令01H：顯示清屏
11.寫指令06H：顯示光標移動設置
12.寫指令0CH：顯示開及光標設置
本設計運用了.h，將LCD1602的初始化程序模塊化，這樣便于整體程序設計的模塊化操作，LCD1602原函數代碼如下所示：
void lcd_init（）
{
ADCON1=0x07； // PORTA as Digital
CTRL_DIR=0x00； //設置控制端口為輸出
DATA_DIR=0x00； //設置數據端口為輸出
lcd_cmd（CLR_DISP）； //清屏
lcd_cmd（DISP_2Line_8Bit）； //8位2行5*7點陣
lcd_cmd（DISP_ON）； //顯示開，光標開
lcd_cmd（ENTRY_INC）； //文字不動，光標右移
lcd_cmd（DD_RAM_BASE）； //顯示起始地址
}
②外部中斷
在本文中外部中斷主要有兩大部分，第一部分是主要是由鍵盤來實施操作，其目的是在溫濕度檢測的同時能夠實現溫濕度極限值的設定。第二部分是有程序內部的數據判斷來實施中斷，其主要目的在于所采集到的溫濕度當前值是否超過所設定的極限值，如果超過，以此來做出報警動作，反之中斷不進行任何操作。
第一部分，即鍵盤設定極限值的操作中斷源代碼如下：
if（INTE && INTF） // 是RB0中斷，切換報警值選項 {
INTF=0；
__delay_ms（20）； // 按鍵延時消抖
if（RB0==0）
option*=-1；
}
第二部分，即做出報警操作的中斷源代碼如下：
if（CCP1IE&&CCP1IF） // RC2（CCP1）中斷，增加報警值 {
CCP1IF=0；
if（option==-1） // 增加濕度報警值
{
humid++；
if（humid>90）
humid=90；
}
if（option==1） // 增加溫度報警值
{
temp++；
if（temp>50）
temp=50；
}
write_eeprom（）；
}
if（CCP2IE&&CCP2IF） //RC1（CCP2）中斷， 減小報警值
{
CCP2IF=0；
if（option==-1） // 減小濕度報警值
{
humid--；
if（humid
humid=20；
}
if（option==1） // 減小溫度報警值
{
temp--；
if（temp
temp=5；
}
write_eeprom（）；
}
如圖3所示，本文對中斷入口和外部信號進行了設置，使得設計的主控電路能夠更好的響應其他優先級更高的事件，從而完成了外部中斷流程的設計。
圖3 外部中斷流程圖設計
從上述設計的主控電路來看，本文在對傳統主控程序進行分析后，才給出基于PIC16F877A的溫濕度監測系統主控程序的設計，并設計主要模塊的流程圖。不難看出，通過PIC單片機設計監測系統的主控電路，能夠使得整個監測系統的主要部分實現模塊化設計，這將有利于系統將來的升級改造，并降低了整個程序復雜度，使程序設計、調試和維護等操作簡單化。從而使得整個監測系統相對與傳統的監測系統而言，能夠體現出智能化、數字化的特點。
【參考文獻】
[1] 孫安青.PIC單片機實用C語言程序設計與典型實例[M].北京.中國電力出版社.2008.21-31.
單片機的電路設計范文第5篇
【關鍵詞】Microchip PIC24F單片機；無線數據傳輸；Zigbee CC2530；串口通信
1.引言
隨著科學技術的不斷進步，傳感器技術、數據采集技術、數字信號處理技術以及無線通信技術都得到了長足的發展，并已成為了國內外重點發展的科技領域之一[1]。傳感器技術在工業、醫療、軍事等眾多領域中得到了廣泛應用。傳感器通過感知被測量，按照某一規律完成轉換并輸出信號。利用數據采集技術實現對信號的采集并進行相應的信號處理。當在一些現場環境復雜、惡劣或者是地處偏遠的情況下，有限傳輸方式無法適應時，就需要采用無線傳輸方式來解決問題。
目前，無線傳輸的實現方案有多種，例如：無線局域網（WLAN）、ZigBee、紅外線技術、藍牙（Bluetooth）技術、RFID等[2]。WLAN技術主要特點是上下行速率高、建網快速、組網方式多、移動性強、組網成本低等；紅外線技術實現的是點對點的通信，具有功耗低、體積小、簡單易用等特點，但點對點之間不能有障礙物的阻擋；藍牙技術具有多點連接、功耗小、高速率的特點[3]。
本文設計了一種基于Microchip PIC24F單片機的無線數據傳輸系統，該系統采用了Microchip PIC24F單片機作為CPU，采用Zigbee CC2530作為無線數據收發模塊，具有電路結構設計簡單、實用性強的特點。
2.無線傳輸系統設計
本文設計了一種基于Microchip PIC24F單片機的無線數據傳輸系統，該系統采用Zigbee CC2530作為無線數據收發模塊，實現下位機和上位機之間的數據通信；采用Microchip PIC24F單片機作為系統CPU，一方面可以通過Microchip PIC24F單片機內部自帶的A/D轉換器實現數據的采集，另一方面通過SPI接口實現對Zigbee CC2530的控制。Microchip PIC24F單片機作為系統的CPU，還擔負著信號處理的功能。當接收傳感器的輸出信號時，Microchip PIC24F單片機便可以實現數據的采集和處理，并將處理后的數據通過無線數據收發模塊Zigbee CC2530進行無線數據的發送。在接收端依然采用無線數據收發模塊Zigbee CC2530進行數據的接收，并送到Microchip PIC24F單片機中。為了可以利用PC機顯示發送端上報的數據，采用了串口通信技術，實現了Microchip PIC24F單片機與PC機的數據通信。具體的系統設計方案如圖1所示，包括了圖1（a）無線傳輸系統發送端，圖1（b）無線傳輸系統接收端。
2.1 Microchip PIC24F單片機電路
Microchip PIC24F單片機是美國微芯科技公司推出的16位單片機，采用nanoWatt XLP超低功耗技術，在深度休眠模式下，功耗低至20nA，具備16 MIPS的性能、電容觸摸傳感外設、8 KB RAM、32或64 KB閃存、10位A/D以及實時時鐘和日歷（RTCC）。該單片機還能夠通過外設引腳選擇重新配置數字I/O引腳。此外，該單片機具有44引腳QFN和TQFP封裝和28引腳QFN、SOIC和PDIP封裝。
2.2 無線收發模塊CC2530電路
CC2530是TI公司推出的2.4GHz ISM頻帶的一款芯片，該芯片支持Zigbee/IEEE 802.15.4協議，并且該芯片內部集成了具有高性能射頻收發器、工業標準的增強型8051MCU內核。該芯片內部具有8位和16位的定時器，256KB Flash ROM和8KB RAM，具有8個輸入可配置的12位ADC，同時具備強大的DMA功能，支持5種工作模式，具備超低功耗系統，在接收和發送模式下，電流損耗分別為24mA。
2.3 串口通信電路
本設計中上位機部分為了實現Microchip PIC24F單片機與PC機之間的通信，采用了串口方式實現通信，即采用了MAX232實現。MAX232芯片是美信公司的一款電平轉換芯片，按照RS-232標準串口設計，采用+5V單電源供電。
2.4 電源模塊電路
本設計中系統外部供電電壓為+5V，而Microchip PIC24F單片機和無線收發模塊Zigbee CC2530都工作在+3.3 V，因此需要采用電源模塊實現電壓轉換，采用了低壓差線性穩壓器TPS7333實現電壓轉換。
3.系統軟件設計
系統軟件設計包括下位機軟件設計和上位機軟件設計。前者主要是Microchip PIC24F單片機通過SPI口對Zigbee CC2530的控制，后者包括串口通信和主界面設計。
Zigbee CC2530片上集成的命令選通協處理器（CSP）提供了Microchip PIC24F單片機與無線電直接的接口，可以處理Microchip PIC24F單片機發出的命令。有程序執行和立即選通命令兩種模式[7,8]。其中24字節的程序存儲器用以存儲軟件算法，充當Microchip PIC24F單片機的協處理器。當命令選通協處理器（CSP）復位后，指令寫指針復位到位置0，每次RFST寫入期間指令寫指針累加1，直到程序存儲器的終點。命令選通協處理器（CSP）還具備4個寄存器，分別是CSPX、CSPY、CSPT和CSPZ。Microchip PIC24F單片機對他們可以讀寫，設置命令選通協處理器（CSP）運行所需的參數。程序執行模式下運行一個命令選通協處理器（CSP）的流程如圖2所示。
4.結論
本文介紹了一種基于Microchip PIC24F單片機的無線數據傳輸系統，該系統采用了無線收發模塊Zigbee CC2530實現無線數據的傳輸，采用了低功耗單片機Microchip PIC24FF449實現無線數據收發模塊的SPI接口配置。該系統可以利用Microchip PIC24FF449單片機對多個傳感器輸出的信息量進行采集，并通過無線收發模塊Zigbee CC2530實現無線數據傳輸。上位機部分接收數據后可通過串口通信方式將數據上傳至PC機，并通過上位機主界面顯示所需數據。由于采用了無線傳輸方式，該系統適用于各種條件復雜、惡劣或是偏遠的安裝場合，因此具有較高的應用價值。
參考文獻
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[2]張磊.基于PIC24系列微控制器的嵌入式實時操作系統的設計與實現[D].山東大學,2009(01).
[3]張雅潔.基于PIC單片機的電能質量檢測儀[D].安徽理工大學,2010(06).
[4]楊占軍,楊英杰.基于無線傳輸技術的多路溫度數據采集系統設計[J].東北電力學院學報,2005(1):73-75.
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[7]李興春,李恒文,張巍.基于Zigbee CC2530的溫度數據無線采集系統的設計[J].儀器儀表用戶,2007(2):51-52.
