前言：中文期刊网精心挑选了单片机的电路设计范文供你参考和学习，希望我们的参考范文能激发你的文章创作灵感，欢迎阅读。
单片机的电路设计范文1
关键词：PIC单片机；正弦脉宽调制；逆变电源；仿真
作者简介：贺辉（1963-），男，山东聊城人，河北省精密数控专用设备工程技术研究中心，工程师。（河北 保定 071000）马t明（1991-），女，河北保定人，燕山大学电气工程学院本科生。（河北 秦皇岛 066004）
基金项目：本文系河北省重大科技创新项目资助课题（课题编号：122121012）的研究成果。
中图分类号：TM464 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）02-0227-02
随着科学技术的进步，电源质量越来越成为各种电气设备正常和良好工作的基础。电源技术领域的一个持续的研究课题即是研究作为电子信息产业命脉的电源的可靠性和稳定性。而逆变器作为电源的核心部分，其调制技术很大程度上决定了电源输出电压的质量。目前最常用的调制技术是正弦脉宽调制（SPWM）。随着单片机的出现及其广泛应用，智能化控制方法已经逐渐替代传统的分立元件电路产生方法或是专用芯片产生方法。智能化逆变电源的优势在于它不仅能实现调制信号的输出，还为系统数据参数的监控、处理及显示提供接口。同时它与现代计算机技术更好地结合产生了故障自诊断和自我保护功能，可提高系统的稳定性。
在充分考虑工业控制成本及稳定性要求的前提下，本设计采用PIC单片机作为控制核心，再辅助相关外部电路，组成一个具有稳定和智能化等优点的逆变电源控制系统。
一、具体电路设计
单相桥式逆变电路如图1所示。[1]电路正常工作情况下，两对开关管需要两组相位相反的驱动脉冲分别控制，使VT1、VT4同时通断和VT2、VT3同时通断。输入直流电压为220VAC，逆变器的负载为R。当开关VT1、VT4接通，VT2、VT3断开时时，电流流过VT1、R和VT4，负载上的电压极性是左正右负；当开关VT1、VT4断开，VT2、VT3接通时，电流流过VT2、R和VT3，负载上的电压极性反向，直流电即转变为交流电。若要改变输出交流电频率，改变两组开关的切换频率即可，继而得到正负半周对称的交流方波电压。负载为纯阻型时，负载电流电压波形相同，相位也相同；负载为感性时，电流滞后于电压，二者波形不同。输出为相当于三个差120°相位的单相逆变电路的叠加，即三相逆变，其原理不再赘述。
二、产生PWM波芯片选择
本设计电路为单相全桥逆变电路，其主电路是典型的DC-AC逆变电路。由单片机对LC滤波后的电压进行AD采样，把所得的数据输入到PIC16F873单片机，由PIC16F873单片机芯片对数据进行处理，并输出相应的SPWM信号给IR2136驱动电路，控制逆变电路的开关管通断，从而控制逆变器的输出，调节电流监测系统的工作温度，保护控制系统电路。另设有键盘、控制频率及幅值，同时显示模块，用于显示系统的工作状态。
PIC16F873单片机电路是此系统的控制核心电路，主要发挥以下两个方面的作用：为驱动电路提供SPWM控制信号，控制逆变桥的通断；对输出电压进行AD采样。
集成电路IR2136芯片主要作用是产生相应的触发电平来控制逆变电路的开关管通断，从而控制逆变器的输出。除此以外，由于系统输出的不仅有SPWM波，还包含低次以及高次谐波。本设计采用了LC滤波电路以达到最终输入标准正弦波的目的。[2]ω=2R/L为其截止角频率，R为公称阻抗，设截止频率为fc，则有：
L=2R/w= （1）
C=L/R2= （2）
三、系统软件设计
软件设计的核心部分是SPWM信号的产生。本设计采用三角波作为载波、正弦波作调制波的对称规则采样法较为经典，得到一系列幅值相等但宽度不等的矩形波。然后使用在线计算的方法计算矩形波的占空比：[3]
设N为载波调制波比，即有N=fc/fr。其中fc为载波频率，fr为调制波频率。本系统的SPWM信号由单片机产生，故载波频率可由下式计算：
fc=fOC1BPFCPWM= （3）
其中，变量N代表分频因子（1、8、64、256或1024），fclki/o是MCU时钟。
设M=UR/UC，为调制深度，其一般取值范围为0～1，其中UC为载波幅值，UR为调制波幅值。改变调制波的幅值就能使输出的基波电压幅值发生变化。
根据规则采样法的原理，假设一个周期内有N个矩形波，则第i个矩形波的占空比Di为：
Di=0.5+0.5Msin （4）
通过设置单片机，利用上述公式计算出占空比使之与计数器的TOP值相乘形成一个正弦表。然后将数据送到比较寄存器中，配置单片机I/O口寄存器，在PD4口输出SPWM信号。整个SPWM产生程序流程图及实时反馈图如图2：
常用的正弦调制法分为同步调制法和异步调制法。同步调制法在调制波的频率很低时，容易产生不易滤掉的谐波，而当调制波频率过高时，开关元件又难以承受；异步调制法的输出波形对称性差，脉冲相位和个数不固定。本软件设计时采用了分段同步调制法，[4-6]吸收上述两种方法的优点，且很好地克服各自的缺点，得到特性较好的正弦波。其具体操作为：把调制波频率分为几个载波比不相同的频段，在各个频段内保持载波比恒定，通过配置单片机内部的载波频率实现输出基波频率的变化，即改变计数器的TOP值，实现调频功能。选取的原则为：输出频率高的频段采用低载波比，输出频率低的频段采用高载波比。同时，载波比选取为3的倍数以得到严格对称的双极性SPWM信号。本系统中将频段分成五段，具体见表1：
对输出电压的实时反馈是软件设计的关键部分。电网的波动或是负载的变化可能导致输出电压不稳定，因此为了实现输出电压的动态稳定特性，在系统中加入PID增量数字闭环控制，公式如下：
（5）
根据单片机编程需要，将上式做如下改变：
（6）
其中Kp=1/σ是比例系数，Kl=KpT/Tl是积分系数，Kl=KpTD/T是微分系数。结合单片机中的A/D转换功能模块与PID闭环控制，可以很好地修正各开关周期的脉宽，达到动态稳定的目的。
四、逆变仿真结果
在逆变部分的仿真中，本系统使用的是MATLAB中的SIMULINK组件。电路原理为利用PIC16F873单片机输出PWM波控制IR2136进而控制晶闸管的栅极导通，从而实现变频调幅。
在此三相逆变电路中，运用三相全桥进行LC滤波之后得到输出。同时，该系统中还包括一个电压负反馈和一个电流负反馈系统。这样的设计可以对一些扰动起到一定的抵抗作用，使得输出的三相电压较为稳定，有较好的相角裕度和一定的幅值裕度，但在实际的逆变过程中可能出现同一桥臂的两个IGBT同时导通所导致的短路现象。考虑上述情况后，对上述电路原理图进行了改进，如下图3所示，加入了死区，其仿真结果如图4所示：
在图4中波形在下波峰处发生畸变，这是由于在下桥臂上引入了死区非线性所导致的结果，属于附加畸变。
五、结论
上述的实验结果表明，工业条件下对于电源的要求可通过利用PIC16F873单片机输出PWM波控制IR2136进而控制晶闸管的栅极导通的方法实现，且该方法具有谐波较小、滤波电路较为简单的优点。因此，它在高性能中变频调速、直流并网等领域有着广泛的应用前景。同时，采用单片机来产生SPWM信号有着不可比拟的优势，是智能化电源领域的必然发展趋势。
参考文献：
[1]吴东升.基于DSP的数字式正弦波逆变电源的研究与设计[J].电气技术，2006，（11）：22-24，27.
[2]周志敏，周纪海，纪爱华.电路设计实例[M].北京：电子工业出版社，2008.
[3]王兆安，黄俊.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2007.
[4]林尚丰，缪传杰，钟龙平，等.基于AVR单片机的逆变电源系统研究[J].厦门大学学报（自然科学版），2009，48（5）：696-697.
单片机的电路设计范文2
关键词：AM2321；STC12C5604；LM2596；干衣袋
引言
在长时间外出旅游或遇到连续阴雨天气时，怎样使洗过的衣物干燥是一件头痛的事情。特别是参加旅行社的旅游，往往晚上到住的地方，早上就出发，没有办法晒衣物，采用电加热烘干衣物是一个可行的办法，常用的是用吹风机，但很费精力。
居家烘干衣物可以使用尺寸较大的干衣柜，采用带风扇的电加热方式，效果好，也省力。但这类干衣装置不适合随身携带。本文采用的是可任意折叠的体积和一件西装差不多的干衣袋，采用远红外电加热和空气的自然对流等方式烘干衣物，可以调节功率，可以根据设定的温湿度值自动判断衣物是否干燥。
采用含有己校准数字信号输出的温湿度复合型传感器AM2321作为测量元件，具有完全互换、成本低、长期稳定、相对湿度和温度测量、超长的信号传输距离、数字信号输出、精确校准、功耗极低、标准单总线数字接口、标准I2C总线数字接口、通信方式可自由选择等特点。
1、测量电路和原理
1.1测量原理
图1.1 电路原理框图
测量原理如图1.1所示：按键输入设定参数，单片机根据设定的功率值控制绝缘的柔性电热丝加热，显示电路显示功率和温湿度值。AM2321将测得的温湿度值以单总线的形式将温湿度值传输给单片机，单片机将测得的值显示出来，同时与设定的参数比较，控制是否按设定的功率加热。
由于处在高湿环境，为了保险起见，增加了漏电保护电路，以保证使用者的人生安全。
电源采用开关电源，提高效率，降低功耗。
1.2STC12C5604单片机
由于本电路的控制相对简单，为了节省成本，本着够用、充分利用的原则，单片机选择容量比较小的、不带A/D转换的20脚封装STC12C5604。它是南通国芯微电子有限公司推出的STC12C5620AD系列中4k字节用户应用程序空间的高速、低功耗、超强抗干扰、指令完全兼容传统51系列的单片机，具有单时钟/机器周期，内部集成有专用复位电路、EEPROM、看门狗等，可ISP/IAP（见图1.2）。
1.3AM2321
AM2321的接线示意图如图1.3所示，AM2321是湿敏电容数字温湿度传感器。是一款含有己校准数字信号输出的温湿度复合型传感器。采用专用的温湿度采集技术，具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容式感湿元件和一个高精度集成测温元件，并与一个高性能微处理器相连接。该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。通信方式采用单总线、标准I2C两种通信方式。两种通信方式都采用直接输出经温度补偿后的湿度、温度及校验CRC等数字信息。
温度分辨力为0.1℃，精度为0.5℃，测量范围为-40-80℃。湿度分辨力为0.1%RH，误差为3%RH。具有完全互换性。
1.4漏电保护电路
图1.4 漏电保护电路
如图1.4所示，正常时，两根电源线上的电流总是大小相等，方向相反，磁环上没有磁通，次级线圈也没有感应电压输出。当有人触电时，两根电源线上的电流就不相等，其电流的差值即为触电（漏电）电流，当电流达到一定值时（一般30mA），就要快速切断电源。
正常时，次级线圈没有感应电压，SCR1没有被触发而不导通，VCC经R3、D2给Q1足够大的基极电流，三极管饱和导通，继电器吸合，加热电源接通。
当漏电流达到保护值时，次级的感应电压正半周的峰值电压通过R2触发单向晶闸管使其导通并保持，其导通压降小于1V，经D2的分压，加在Q1发射结上的电压小于导通电压，三极管截止，继电器不吸合，切断加热电源。
正常情况下，按下SW1，流过相线的电流小于零线的电流，相当于人体触电或漏电，工作状态如上所述。R1的取值为
实际可取7k5。
1.5加热控制电路
由于加热功率有300W左右，为了保证发热均匀，采用PWM方式控制，加热器的加热周期为1S，继电器频繁动作寿命较短，尤其是在电压峰值附近接通时对触点很不利，也没用办法控制在电压过零时导通来减轻干扰，故采用双向晶闸管。为了与弱电隔离和减轻干扰，采用过零触发的光耦驱动，电路如图1.5所示。图中R1为限流电阻，LED1为加热指示用，MOC3081采用推荐电路，双向晶闸管采用4A的Z0405MF，R4和C1组成RC吸收电路，R5为电热丝。为了降低单片机的功耗，采用灌电流驱动。
1.6显示驱动电路
参数和状态显示电路如图1.6所示。为了减少占用单片机的口线数量，采用动态驱动显示和串转并译码显示。U1为3-8译码器，7位数码管和4个发光管分成7组，温度和湿度参数要求比较低，采用两位数码管显示，功率用三位数码管，由于采用贴片元器件，每个元器件的功率比较小，同时考虑显示效果，7个数码管采用两片74LS164驱动。
1.7键盘电路
由于单片机的口线够用，按键电路就采用常见的一根口线一个按键，电路比较简单。R1-R4为上拉电阻。
1.8电源电路电路
由于整个电路的功率比较小，变压器的功率可以选用1VA，10V的输出经整流滤波后供给继电器及稳压集成块LM2596。LM2596-5.0是一款输出5V的开关电源IC，在输入电压范围内，其效率在80%以上，稳压效果与7805相当，可以完全替代7805，小电流时不需散热片。
2、软件设计
软件部分主要包括键盘输入子程序，看门狗子程序，功率控制，温湿度输入程序、显示程序等。其中的温湿度输入程序流程如下：
3、结语
本控制电路采用一体式传感器和开关电源，元器件采用贴片元件，电路板尺寸小，能防止触电，使用安全可靠。
参考文献：
[1]倪志莲.单片机应用技术[M].北京：北京理工大学出版社，2007.
[2]王元庆.新型传感器原理及应用[M].北京：机械工业出版社，2002.
[3]梁正习.漏电保护器实用技术[M].北京：化学工业出版社，1995.
单片机的电路设计范文3
关键词： Atmega16型单片机； 位置灵敏探测器； 数据采集； 模/数转换
中图分类号： TN79?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）21?0141?04
PSD作为一种精密的光电位置传感器，具有灵敏度高、响应时间短、位置分辨率高、光谱响应范围大等特点[1?2]，因此被广泛应用于现代光电检测技术中，尤其是高精度、高速度的数据采集技术中。如何在极短的响应时间内实现多数据的采集，成了采集PSD输出数据的关键。本文基于单片机技术，设计搭建了一套高速的PSD输出数据采集及控制电路，通过在实验室条件下对PSD输出数据进行采集，从而为后续的PSD定位精度以及抗干扰研究奠定理论基础。
1 PSD的工作原理
光电位置敏感器件PSD（Position Sensitive Detector）是一种基于横向光电效应、连续分布的半导置探测器件，能快速、准确给出入射光点在光敏面上的位置，即PSD输出的信号与光点在光敏面上的位置有关。如图1所示，表面P+层为感光面，两边各有一信号输出电极。中间为I层，底层的公共电极用于加反向偏压。当光线入射到光敏面上时，由于与结面平行的横向电场作用，光生载流子形成向两端电极流动的电流[X1]和[X2，]且总电流[X0=X1+X2。]当入射光斑与两电极的间距发生变化时，两电极的输出电流也随之变化，从而实现了位置测量功能[3]。
如图2所示，如果PSD的面电阻是均匀的，且阻值[R1]和[R2]远大于负载电阻[RL，]则[R1]和[R2]的值仅取决于光点的位置，即：
显然上式与入射光强[X0]无关，这就是一维PSD的定位原理。二维PSD的基本原理与一维PSD相同，只是计算公式不同[4]。
2 PSD的选取
本文选取的是瑞典SiTek公司出品的SPC01光电位置传感器。它是一款二维两面分流型PSD，采用PSD使用厚膜技术制造，将PSD传感器与处理电路集合为一体，处理电路只有前置放大、加法器和减法器，其处理电路框图如图3所示。将输出电压Diff[X、]Diff[Y]和Sum[X、]Sum[Y]与二维位置的关系式为：
因此，采集对象为Diff[ X、]Diff[Y、]Sum[X、]Sum[Y]四个输出量，通过对四输出量的采集，便可运用原理运算来实现PSD在二维坐标下的位置数据。
3 数据采集及控制电路
基于单片机的PSD数据采集及控制电路由Atmega16单片机、AD1674模/数转换芯片、AD7501多路转换开关、MAX232串行通信芯片等组成，其电路框图如图4所示。
3.1 多路转换开关
AD7501是一个8通道多路转换开关，其功能是通过三个二进制的地址线来选择一个有效的输入[5]。其具体连接关系如图5所示。
图5中，使能端EN（3）与+5 V相连，使其始终处于工作状态；信号输入端S1～S4（13、11、10、9）分别与PSD输出信号Diff[X、]Diff[Y、]Sum[X、]Sum[Y]相连；输入信号选择端A0、A1（16、1）分别由Mgea16单片机的I/O口PC3（25）、PC4（26）控制、A2（4）与GND相连，依序选通4路输入电压信号，送至图6所示的电压跟随器后进入AD1674进行模/数转换；
3.2 模/数转换电路
AD1674是美国AD公司推出的一款12位带并行微机接口的逐次逼近型模/数转换芯片。基本特点和主要参数如下：
带有内部采样保持的完全12位逐次逼近（SAR）型模/数转换器；
采样频率为100 kHz；转换时间为10 μs；
数据可并行输出，采用8/12位可选微处理器总线接口；
采用双电源供电：模拟部分为±12 V或±15 V，数字部分为+5 V。
如图7所示，AD1674的数据输出端口DB4～DB11（20～27）与单片机的PB口（1～8）相连；AD1674工作状态由逻辑端口（2～6）控制，其真值见表1[6]。由单片机控制CE为高电平，CS、R/C、A0为低电平，启动12位数据转换；转换状态输出端口STS（28）与单片机的PD2（16）相连，当STS为高电平时，AD1674处于模/数转换状态，而STS为低电平时，模/数转换结束，可以读取转换数据；由于只采用8个输入端口读数据，故转换的12位数据需要分两次读出：即先将R/C、A0端口（5、4）电平置高，读低4位数据至单片机，然后将A0端口电平置低，读高8位数据至单片机。
3.3 单片机控制电路
单片机是整个电路系统的核心部件，其作用是控制实验过程和数据的转换、存储与传输。本实验采用ATMEL公司的Atmega16单片机[7]，其引脚及功能如图8所示。
3.3.1 信号控制
单片机的PC1口（23）接7407同相缓冲器，信号经电流驱动后调制激光器发光。
3.3.2 数据存储和串行传输
（1）数据存储
如图4所示，单片机的PB口（1～8）与AD1674的数据输出端（20～27）相连，为A/D转换后的数字电压输入口，每次传输8位数据。由3.2节可知，电压信号经A/D转换后为12位数字信号，需分为2次传输，而单片机也需要2个字节存储1个数据。即采集PSD输出的Diff[X、]Diff[Y、]Sum[X、]Sum[Y]等4个数据需要8个字节存储。
（2）数据传输
由于采集的数据在单片机中是连续存储的，因此数据通过RS 232串行传输至计算机时，需对采集的数据进行分组、加标识，以免数据组合时发生错误。
表2给出了对Diff[X、]Diff[Y、]Sum[X、]Sum[Y] 4个12位二进制数据编码的规则。
即采集的一组数据，每个字节中前2位为标识位，后6位为数据位，并且只对前4个字节的标识位进行编码。
Mega16单片机的串行通信端口RXD（14）和TXD（15）分别与MAX232串行通信芯片[8]的RXD（11）和TXD（12）端连接，通过串口实现与计算机的通信，并可在计算机中使用串口调试工具Comtools软件读取数据。最后经数学处理，得到表示[x，][y]位置信息的数字电压值。
3.4 实际电路
图9为数据采集、信号传输及过程控制单片机电路的实物图。
4 结 论
介绍了高精度光电位置传感器PSD的工作原理，并根据实际选取的SiTek公司出品的SPC01型PSD的结构及输出特性，设计了一种基于单片机技术的PSD输出信号数据采集电路。该电路在保证有效对数据进行快速采集的基础上，具备结构简单、成本低廉、体积较小等优点，适合在实验室条件下进行实验操作，为后续的PSD定位精度、输出特性、抗干扰措施等研究奠定基础。
参考文献
[1] 高经伍，赵凤华.PSD传感器的原理及应用[J].国外电子元器件，2002（8）：19?20.
[2] 贺安之，阎大鹏.现代传感器原理及应用[M].北京：宇航出版社，1995.
[3] LUCOVSKY G. Photoeffects in nonuniformly irradiated p?n junctions [J]. Journal of Appl Phys， 1950， 31： 1088?1095.
[4] 黄梅珍，唐九耀，陈钰清.基于半导体横向光电效应的位置敏感探测器[J].电光与控制，2000（2）：34?37.
[5] Analog Device. 4?/8?channel analog multiplexers AD7501/AD7502/AD7503 [R]. USA： Analog Device， 2003.
[6] Analog Device. 12?Bit 100kSPS A/D converter AD1674 [R]. USA： Analog Device， 1994.
单片机的电路设计范文4
关键词：单片机 红外 遥控
红外线遥控具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，在电视机、音响、空调、灯饰等家用电器中有着广泛的应用。目前使用的红外遥控设备主要由遥控器和接收控制电路组成，遥控器功能是编码、红外发送数据，接收控制电路的作用是解码、输出控制信号。由于生产厂家有着自己规定编码方式，因此需用专用的编码芯片和规定的解码方式，单片机技术可以有效替代专用编码芯片功能。
本文重点讨论利用单片机技术进行红外编码和解码，实现多路红外遥控功能。
一、一体化红外接收头及接收电路介绍
1.一体化红外接收头简介
红外接收解码电路通常有两种，一种是由红外接收管加解调电路构成，一种是采用一体化红外接收头（内含接收管、解码电路）。图1所示为型号VS1838B一体化红外接收头，内含高速灵敏度PIN光电二极管和低功耗、高增益前置放大IC，采用环氧树脂封装外加外屏蔽抗干扰设计。工作电压为2.7～5.5V，载波频率38KHz，输出匹配TTL、CMOS电平，低电平有效。
当一体化红外接收头接收到一个载波为38KHz的调制波，经过内部电路解调从OUT引脚输出调制信号。为了能得到连续的输出信号，调制信号的周期最好大于108ms。
2.红外接收多路控制电路
接收电路如图2所示，由一体化接收头、单片机最小系统、控制显示电路构成，一体化接收头接收解调出的信号由OUT输出送入单片机外部中断0，发光二极管D1～D5作为多路控制的显示，实际应用中可以更换为其他驱动电路。
二、红外线发送电路
由于一体化接收头只能对载波38KHz的信号解调，因此发送电路要产生38KHz的载波信号，本电路利用与非门振荡产生，如图3所示，RP1可以调节振荡频率，用示波器进行调节测试。74HC00的13脚为38KHz矩形波，12脚为调制信号，当12脚为“1”时，38KHz信号经U1D反相，Q1放大，D0发送出去。当12脚为“0”时，Q1截止，无信号发送。RP2可调节发送功率。调制信号由单片机产生，如图4所示，当按下不同按钮，经过单片机产生不同调制信号输出，调制信号的程序编制要和解调程序的编制相统一，否则无法解调。
三、编码和解码程序的编制
1.红外发送编码程序
为了提高抗干扰性，在编程时，调制信号的组成由引导、数据码、数据反码构成，引导码为周期8ms的方形波，数据“0”为0.5ms高电平、1.5ms低电平的矩形波，数据“1”为1.5ms高电平、0.5ms低电平的矩形波。编程过程中给每个按键不同的值（S0―000、S1―001、S2―010、S3―011、S4―100），按键越多相应数据就越多。
例如按下S1键，单片机发送引导码+数据码001+数据反码110，如图所示。先发送引导码（4ms高电平、4ms低电平），再发送数据码（001），接着发送数据反码（110），最后拉低输出使调制信号周期≥108ms。编码、调制、解调信号波形图如图5所示。发送编码程序编制的流程图如图6所示，脉冲信号的发送利用定时器T0中断实现，中断时间0.5ms。
2.红外线接收编码程序
编制红外线接收解码程序时，利用外部中断检测信号低电平的时间，对低电平时间进行比较，从而分辨出接收的数据是引导码，还是“1”、“0”。如果接收到数据位000111，则使D1亮，同理，接收的数据为001110，D2亮；数据为010101，D3亮；数据为011100，D4亮；数据为100011，D5亮；程序流程如图7所示。
参考文献
单片机的电路设计范文5
生产实习是培养本科学生理论联系实际，提高实际动手操作能力的重要教学环节。本专业的生产实习旨在使学生广泛了解实际电子产品生产的全过程，熟悉电子产品的主要技术管理模式，并在实习的操作过程中学习、掌握电子产品的焊接、安装、调试的实际操作技能。巩固和加深理解所学的理论，开阔眼界，提高能力，为培养高素质大学本科人才打下必要的基础。通过学习，是理论与实际相结合，可以使学生加深对所学知识的理解，并为后续专业课的学习提供必要的感性知识，同时使学生直接了解本业的生产过程和生产内容，为将来走上工作岗位提供必要的实际生产知识。
二、实习的基本内容：
、集中授课，进行相关知识的学习。
、学习、掌握电子产品的独立性设计与安装、调试的能力；进一步掌握电子测量仪器的正确使用方法，电元器件的测量与筛选技术。
、初步了解电子整机产品的工艺过程。
、为能使学生得到充分的锻炼，较大的提高学生的实际动手能力，本次生产实习安排每一位学生独立完成全部系统的设计与安装工作。
、本实习环节，学生要独立使用电焊铁及各种电子测试设备电路安装与调试，要学生严格遵守电器设备的使用安全，遵守实验室的各项规章制度。
三、基本要求：
、在教师的指导下练习在测试电路德核心板上焊接元件，掌握焊接要领。
、熟悉元器件的性能及管脚分配。
、在给定的pcb板上焊接跳线，ic插座，电阻，电容，led器件等。
、检查焊接是否正确。
、插上元器件，运行系统，并观测系统工作是否正常。
四、总体设计电路思想和原理：
本次生产实习用到的开发板和模块共7块，分别为：单片机核心板，电子钟模块，mp3模块，rfid模块，无线传输模块，脉搏传感模块，gps模块。
各模块相互组合，其所能实现的基本功能如下：
、单片机核心板+电子钟模块：实现时间的显示，温度的测量，且可通过遥控器调时、定闹等。
、单片机核心板+无线传输模块：实现数据的近距离无线传输。
、单片机核心板+mp3模块（含sd卡）：实现mp3播放功能。
、单片机核心板+rfid模块：实现地铁检票系统的模拟。
、单片机核心板+脉搏传感模块：实现人体脉搏传感的测量。
、单片机核心板+gps模块：实现gps卫星定位功能。
（一）核心板电路设计
单片机核心板电路主要包括stc12c5a60s2单片机，电子钟模块接口电路，mp3接口电路，无线传输模块接口电路，脉搏传感模块接口电路，gps模块接口电路，串口扩展电路，电源供电电路。该系统的单片机是宏晶科技生产的单时钟机器周期（it）的单片机，是高速、低功耗、超强干扰的新一代8051单片机。通过使用stc-isp软件，该单片机可实现串口在线编程，无需编程器，无需仿真器。
核心板电路的设计思想主要是围绕单片机芯片的工作原理和特点，为其实现合理的设计出外围电路：包括电源电路，显示电路部分，复位电路部分，串行口通信电路，按键电路等。
（二）电子钟模块电路设计
该模块主要用到的芯片有：时钟保持芯片ds1302，单总线数字温度传感器ds18b20，红外遥控解码器tl1838a。
该模块电路设计的思想是了解这三种芯片的工作电压，ds1302的工作时钟频率以及三种芯片与单片机之间的硬件连接。
（三）mp3模块电路设计
该模块用到的主要芯片有mp3音频解码芯片vs1003，3.3v电压转换芯片lm1117-3.3,2.5v电压转换芯片lm1117-2.5。
该电路的设计思想主要是了解芯片的作用和特点，寻找各芯片之间的联系，vs1003芯片是该模块的主要部分。单片机设有单独解码mp3文件的功能，而单片机可与通过vs1003的接口电路的连接，进行mp3的解码，实现音频的输出。通过芯片各引脚的功能和特点，合理的设计出相应的外围电路。
（四）rfid模块电路的设计
该模块的电路所用到的主要芯片为13.56mhz的非接触式通信读卡芯片fm1702。该芯片是基于iso/4443标准的非接触卡读卡机专用芯片，采用0.6微米cmos 、eeprom工艺，支持13.56mhz频率下的type a非接触式通信协议，
支持多种加窗算法，兼容philips的mfrc530(spi接口)读卡机芯片。
该模块的电路设计思想是基于fm1702各引脚的功能和特点，合理的设计芯片的外围电路，其中的电容和电感所构成的天线是芯片与s50卡通信的工具。
五、单元电路设计：
、单片机核心板电路分析
单片机核心板是本次实习中最重要的部分，它是实现各种模块功能的基础部分。单片机核心板的核心是stc12c5a60s2单片机芯片，围绕该芯片设计出相应电源供电电路，蜂鸣器驱动电路，按键电路，串行口通信电路，复位电路，液晶屏驱动电路以及各模块的接口电路，由以上的电路部分就构成一个核心板电路系统。
单片机的电路设计范文6
导波式雷达液位计是把一根或两根导波杆从罐顶伸入、杆末端与罐底有一定距离，通过导波杆发射和接收信号。它也采用发射脉冲信号来进行测量，其回波信号的幅值大小主要取决于被测液体的介电常数，由于采用了导波杆结构作为传输的介质，信号损耗小、能量比较集中，从而回波信号质量更好。它还具有方向性好，穿透性好的优点。
系统总体设计
根据系统要求，本设计采用脉冲时域展宽电路进行信号处理，如图1所示，在收发电路的硬件电路上增加脉冲时域展宽电路，主要是实现回波信号在时间轴上把信号放大K倍。放大后的信号变换成毫秒级信号，就可以使用比较器比较出来，再用单片机进行信号的捕获。
系统采用分块化的设计方法，分别把各部分具体化实现，最后达成一个高效的系统。导波雷达液位计结构组成如图2所示，包括：电源电路、LCD显示电路、键盘电路、电源监控电路、外存储器电路、单片机及电路、信号测量电路、信号变换电路、脉冲收发电路、信号调制电路、通讯模块电路和机械部分。
导波雷达液位计工作过程
根据不同的测量环境，导波雷达液位计在工作之前，通过键盘设定一些测量需要的参数，以便能准确地测量出不同使用条件的液位。
系统的工作过程是：首先由单片机产生一个460kHz的周期性信号和输出占空比为30%且周期同为100ms的PWM信号，同时定时器开始计数。这几个信号通过信号变换电路来产生模拟电压信号，送给前端高频部分进行窄脉冲生成和发送，在经过液位的发射以后，依据时域反射原理，产生相应的回波，被同一发射板接收回来。回波信号经过脉冲时域展宽电路和低噪声放大处理。通过设定一定的同轴电缆长度，回波信号中的顶部回波可以被去掉，只剩下实际要处理的真实液位回波信号，这个液位回波信号将被送入信号调理模块处理。液位回波信号经过可变增益放大后，放大至固定峰值电压的信号，再送给比较器比较，比较出液位回波的时刻。操作员可以通过单片机捕获导波雷达液位计测量的液位回波时刻。由此，计算出窄脉冲的传播距离及液位。依此不断循环，每秒计算10次均值液位量，得到一个稳定的显示效果。根据罐体的设定，可以得到罐体的高度，进而得到罐体内介质的体积等。
硬件电路设计
电源电路设计
根据导波雷达液位计使用工况的要求，系统使用+24V直流来供电，系统电源电路如图3所示。系统电源电路使用AD421芯片，AD421是一种可以产生4～20mA电流输出的DAC。导波雷达液位计使用它实现回路供电，还为整个系统和其他电路的芯片等提供工作电源和相应的参考电源。
系统把AD421芯片的几个引脚的输出作为电源，使用它输出+5V作为电源电压输出及产生+1.25V和+2.5V作为参考电压。图中AD421在J1接口处引入+24V直流电源，组成一个电流回路，电流的大小由AD421几个控制端来控制。单片机通过三个I/O口来控制AD421的电流输出。图3中的Q1为一个场效应管。图中第8脚LOOP和T1组成了电流环回路，从中能检测出输出的电流值。
同时，单片机稳定工作还需+1.8v到+3.6V的电源电压，所以要把上述得到的+5V电源转换到这个范围内（通常为+3.3V）。本文采用HT7133芯片进行电源转换。HT7133是一种功耗很低的输出电压为3.3V的电压调节器，它只有3个端口，在其输入端之前采用二极管进行过流保护。
信号变换电路设计
导波雷达液位计的单片机发出的控制信号必须通过信号变换变成相应的模拟信号，才能进行信号调制、功率放大以及收发电路再送至机械部分的同轴导波杆上传输。根据要求，系统由计数器电路和DAC电路依次组成信号变换电路。
计数器电路设计
计数器部分的作用是把单片机输出的串行数据分频变成12位并行数据。信号变换的计数器电路如图4所示。所选芯片是74HC4040M，它是一种12位的二进制纹波计数器。作为时钟的输入端口，MR则是它的实现异步主复位功能的输入端口和QO～Q11为计数器的12个并行的输出端口。在此选用了两个计数器，第一个计数器是把PWMO信号（460K信号）进行8分频，第二个计数器再对8分频后的信号依次进行2分频后再分12位进行输出。
对于图中的每一路输出，如果MR是低电平，则每逢处于下降沿，相应的输出引脚就产生一个高电平信号，这样Qo～Q11的输出就进行了计数：而当MR处于高电平时，不管是什么值，所有计数输出都为低电平。12路计数输出的频率是依次2分频得来的。
图中的74HC4040M的输入信号PWM0和PWM1信号是单片机产生的周期性脉宽调制信号，分别为460k信号和周期100ms占空比30%的信号。第一个计数器首先把PWMO信号进行8分频产生一个输出送到第2个计数器作为，再把这个分频后的信号再进行分频计数，进而得到12路并行的周期性计数信号（A0―A11），再送给12位TDAC转换为模拟信号。将PWMl作为第2个计数器的MR，可以来控制各路只有在高电平的30ms内有输出，得到的信号送至DAC进行转换。
DAC电路设计
DAC电路将计数器电路生成的12路并行计数信号进行转换，并产生对应的模拟电压信号。DAC电路如图5所示。
DAC选用一种速度很快的12位D/A芯片AD7945。AD7945使用+5V单电源供电，其功耗可以小至5μw。AD7945的输入是计数器产生的12路并行信号，可以从0计数到2048。第1个引脚IOUTl产生的是转换后对应的电流输出，需再经过一个运算放大器以后，才变成对应的模拟电压信号。
导波雷达液位计受介电常数和杆长等影响，信号在导波杆上的衰减程度不同，因此需对信号幅值大小进行调节。为了使输出信号的幅值足够其在杆上有效传播并接收，系统采用单片机控制这个幅值的大小变化。图5中的VREF就能起此作用，单片机通过I/o端口对数字电位计的值调节，就能实现调节输出电压VOUT的幅值，进而调节前端信号调制后输出到导波杆的信号幅值。在被测液体介电常数小的时候，需加大VREF的值，反之则减小VREF的值。
信号测量电路设计
信号测量电路设计包括可变增益放大器电路、信号比较器电路和数字电位计电路等。
可变增益放大器电路设计
在进行液位测量时，导波雷达液位计收发电路发射的脉冲信号的幅值是一个固定值。而从介质液面反射的回波信号幅值不固定，其幅值大小受介电常数、导波杆的结构、杆长等因素影响。
针对不同的使用工况，需要把回波信号在垂直方向上放大处理，用放大器的增益来补偿电缆产生衰减引起的变化，对信号的幅值进行调节，便于后续的信号比较电路进行比较。可变增益放大电路如图6所示，设计采用运算放大器AD8554，它是一种四路零漂移的低噪声放大器，失调电压极低（仅为lμV）、零输入失调电压漂移以及极小偏置电流。
图6中的INPUT信号即为收发电路板输入到信号调理电路的液位回波信号，PWMl为单片机输出的周期100ms占空比30%的脉宽调制信号，用于控制信号选取的时序信号。
可变增益放大电路的工作原理是单片机通过操作一路数字电位计的大小来调节放大的增益，实现输入信号的放大改变。该电路设计的增益范围为0―54dB。数字电位计值的选取主要取决于导波杆的类型、介电常数的大小和导波杆的长度等。
信号比较电路设计
由时域反射原理可知，从发射板得到的信号是液位回波信号，无液位时回波信号是正脉冲，有液位时则是负脉冲信号。所以对于后端信号处理需要获取着两种不同情况信号的时刻。
本设计采用TLC339作为比较器芯片，快速响应时间只有为2.5μs，功耗极低。同时，在比较器电路后还使用了低功耗的74VHCOO来组成与非门电路，它的高速转换时间仅有3.7ns。
信号比较电路比较的信号为脉冲时域展宽后的毫秒级信号，是实际信号传播时间的K倍，这部分器件响应速度的快慢对于信号计算影响非常大。电压比较器电路如图7所示。
回波信号首先经过两路比较器进行比较，再经过与非门电路，最后送入单片机进行处理。有、无液位时都能收到回波信号。为了区分有、无液位这两种情况，需要采用两个比铰器。
无液位时，第一路比较器能够比较出正脉冲，另外一路则没有输出信号：有液位时恰好相反，第一路比较器没有输出信号，另外一路则比较出正脉冲。由此，在有、无液位的时刻都能捕获到脉冲的时刻，根据信号的时刻不仅能区分出是否有液位，还能区分出液位的真实高度。在经过比较器比较后，可以比较得到回波的脉冲时间，然后再经过与非门电路后就可以得到液位回波的触发脉冲REVl和REV2信号，之后再送给单片机处理。
数字电位计电路设计
单片机可以通过数字电位计芯片来迅速改变电阻值，来调理电路部分的增益和比较电压。本设计使用256bit的数字电位计芯片AD8403ARU100，它包括四个可选电阻，电阻值最大都为100k。单片机可以通过三路SPI端口来输入和更改阻值。
AD8403ARU100电路如图8所示，具体每个通道都应用在各个电路中了。图中每个通道的w端为可滑动端，win与两头的B端、A端间电阻值的计算为：
MSP430F149电路设计
导波雷达液位计的单片机电路设计主要有电源监控电路和按键电路等。
电源监控电路：电路使用了IMP706s，它能够监控的电压是2.76V，起到监控电源是否稳定的作用，在电源电压下降低于2.76V时能够及时进行复位。通过定时1.6秒喂看门狗来不断循环监测电源信号，使得当程序不对时，通过这个芯片的看门狗也可以及时进行复位操作。
单片机的按键电路：按键仅仅使用了UP、DOWN、ENTER三个按键，而且分别接了三个上拉电阻，分别代表上翻、下翻、确定操作。通过这些按键能够调用各个具体菜单的模块，从而完成介电常数、杆长、零点、满点等各关键的参数的设定、修改和液位的显示。通过按键可以引起单片机的I/O口产生中断，从而确认到底是哪个按键按下，以便软件来实现对应的菜单跳转或者修改功能。
系统软件设计
