单片机的电路设计
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单片机的电路设计范文第1篇
【关键词】锂电池；移动电源；充电；放电
随着移动互联网的不断发展，智能终端得到普及，可携带式的移动电子产品得到人们的青睐。智能手机、平板电脑等设备都需要采用锂电池供电，但是人们对这些电子产品非常依赖，常常出现电力不足的情况。现在各类数码产品的功能非常完善，而且使用也非常频繁，完善电子产品的锂电池的性能显得非常关键。为了确保外出时电子产品可以保持充足的电量，很多用户都会采用移动电源给电子产品充电。移动电源中由锂电池供电，其在平板电脑、数码相机中也得到了应用。移动电源技术突破了固定电源的局限性，在锂电池发展中也是一项突破。本文结合单片机技术，分析锂电池充电和放电的设计。
1充电和放电电路系统结构及锂电池的优势
1.1充电和放电电路系统结构
移动电源俗称充电宝，其中有锂电池作为储能电源，借助升压和降压的方式，对电力进行释放和保存，结合了储存电能和提供电能的功能，其体积比较小，携带非常方便，可以给各类数码产品随时充电。充电和放电系统主要是由控制电路、升压电路和充电管理电路等构成。升压电路主要起到输出断路和保护电路的效果，移动电源的锂电池主要起到充电、放电和保护电路的效果，系统供电管理电路主要起到电量的检测效果。充电系统的质量受到充电电池的材料、体积和容量等影响。由于锂电池与其他类型的电池比较而言，其质量比较小，而且体积不大，放电量不大，可以进行快速的充电，在各类智能设备的充电中得到广泛的应用。与液态的电池相比较而言，移动电源中的锂电池充分的采用固体聚合物，电池的形状非常薄，而且形状可以发生变化，体积也能得到缩小，其能量密度非常大，在相同的体积下，锂聚合物电池的重量更小。所以，在电子产品中的移动电源中，一般都是采用锂聚合物电池。在移动电源中使用的锂电池对电压提出了非常精确的要求，一般电压控制在4.5V以内，其电压非常低，在低电压的情况下，锂电池在为各类数码产品充电的环节中，需要借助升压控制电路，在移动电源的电力向外界输出时，应该先提升其电压。在移动电源中常用的是锂聚合物电池，在储能完成后，应该及时补充电量，在锂电池的电路中，应该确保设计了充电控制电路。在移动电源的核心技术中，在给手机充电的环节中，应该分析放电的电路和电压的曲线是否是平滑的，如果曲线不是平滑的，其就会对充电设备产生破坏，所以，在充电和放电的环节中，要完善电路的保护设计，防止电路输出不稳定，对智能设备产生损坏，而且也会影响移动电源的质量。移动电源是化学电池设计的产物，在使用中，电池的容量、寿命和安全性对其产生直接的影响。在锂电池广泛应用的今天，移动电源也得到了人们的青睐。在很多移动电源的生产厂家中，他们对移动电源的性能都有明确的要求，移动电源具有较好的限流保护的效果，而且可以防止电流发生短路情况，完成反充保护线路的设计。在自动充电和快速充电中可以得到完善，而且在电量充满后，可以实现自动化的断电。在移动电源上还涉及了LED灯，对充电的状态进行展现，并且实现了低噪声的充电方式，可以模拟微电脑的控制。在移动电源的生产中，如果要采用锂电池，那么要保证充电的环节中保持恒定电流和恒定电压，从而确保电池的容量可以得到有效的利用。在进行锂电池充电的环节中，将其放置到最大的电压中，如果出现过充的情况，就会对电池产生损坏。而且如果电压非常低，要采用预充的方式，在充电终止时要进行相应的检测，还可以采用其他的方式，对电池的温度检测，完善电池的附加保护。如今，在进行移动电源的设计中，实现了电池的充电功能，LED显示电量的功能，保护机制，当移动电源在充电中，电池的温度超过一定的数值，就会停止充电，或者电压出现异常情况后，指示灯会呈现红色。在过流和过压的情况下，移动电源都能得到保护。在针对异常情况进行处理中，可以确保快速的恢复充电。
1.2锂电池的优势
其一，锂电池的能量密度非常高，在使用中，其体积能量密度和质量能量密度都能得到保障，而且随着锂电池的不断研发，其能量密度还在不断的提升。其二，其工作电压可以得到保障，在单节锂电池放电的环节中，其电压可以达到3.7V，其在3V的电路中也能正常的供电。如果电子设备的电压比较高，可以将电池串联在一起使用，串联的电池数量会大大的减少。其三，锂电池的自放电非常小，通常在10%以下，这是普通的镍电池不能达到的。其四，锂电池实现了快速的充电和放电功能，每次充电一个小时就能充80%的电量，锂电池的负极是采用碳电极构成，其可以代替普通的金属离子，其可以实现快速的充电。在比较危急的情况下，锂电池可以在两个小时内将电量充满，其安全性可以得到保障。其五，锂电池的寿命非常长，锂电池的负极采用的是碳负极，所以在充电和放电的环节中，在负极处不能有金属锂产生，从而可以防止电池在充电的环节中出现短路的情况。锂电池可以使用1000次以上。其六，锂电池在不同的温度范围下都能使用，锂电池实现了低温放电的能量，其在-20摄氏度的低温环境下能使用，在60摄氏度的高温条件下也能使用。其高温放电性能是其他类型的电池不能达到的。其七，锂电池的体积小，而且输出的功率非常大，不会产生严重的污染。其综合性能要比镍镉等电池好。
2硬件电路设计
在进行移动电源硬件电路设计的环节中，应该采用低能耗的单片机的方式，单片机的成本比较低，而且不会有太多的引脚，在小型的家电中也得到了广泛的使用。在进行温度的测量和高端智能充电器的使用中，得到广泛的应用。在本次的设计中，结合充电器、稳压器等实现了移动电源充电和放电的保护工作。
2.1单片机控制电路
在进行单片机的控制电路设计中，一般是采用高速度，低能耗的设计方式，单片机具有8位高性能精简指令，内部采用一次性编程的方式，采用数据寄存器的方式，计数器也采用8位的。在系统中采用多个时钟，工作模式主要有四种，信道有15个，莫属转化器采用十二位的，中断源有五个。在设计中，移动电源的控制系统运用单片机实现。控制电路的主要作用在于实现对电压的收集，对充电和放电的状态进行控制，对电量进行指示。单片机的复位端口处的开关直接控制整个系统的工作。发光二极管主要对充电和放电时的电量进行展示。在充电器的芯片中可以及时的放出信号，对锂电池的充电情况进行判断。如果是处于高电平的状态下，就说明锂电池处于充电的状态，如果是在低电平的状态下，说明锂电池没有在充电的状态中。由于锂电池自身的电压并不是特别的稳定，其变化的范围比较大，所以在对其模拟输出量进行分析中，应该采用串联电阻分压的方式，控制好模拟量的变化范围。在充电检测端口处，应该完善放电检测端口的设计。端口一般是放电检测端口，采用降压型的稳压器，可以在一定程度上延长电池的使用年限，防止电池在充电和放电的环节中出现电压不稳定的情况，从而确保供电的稳定性。单片机在对电路进行控制的环节中，可以结合低压差大流稳压器的方式。
2.2系统供电管理电路
在本次的研究中，采用系统供电的方式，运用线性充电器的方式，其可以确保电流和电压处于恒定的状态。在电压和电流保持恒定的状态下就能保障锂电池实现线性充电。为了完善散热的效果，在系统下部都安装了散热片，为了确保芯片的正常使用，也可以设计USB接口的方式，结合适配器电源。在内部设计了防止倒充的电路，所以不需要采用隔离二极管的方式。在移动电源正在使用的环节中，采用高脚电平，芯片的使用状态非常好，在引脚为充电电路大小，实现对引脚的控制，在接受一定的电阻后，在充电的时候可以保持恒定的电流和电压，电压可以控制在1V，在电流通过引脚后，电流的数值也是恒定的。在引脚向锂电池提供电流后，内部设计了精确的电阻分压器，从而完善电压的恒定性。在整个充电过程，实现了智能化的监控，在锂电池充电的环节中，完善了预充、电流恒定和电压恒定的功能。
2.3充放电保护电路
在锂电池的使用中，要设计好专门使用的芯片，从而可以防止锂电池出现过度充电的情况，电流过大会导致锂电池的使用年限的缩短，甚至会出现电池被损坏的情况。提升电压检测的精度，完善延迟的功能。在完善充电和放电保护电路后，可以确保导通电阻的的降低，提升锂电池的性价比。在电池保护和低压开关电路的使用情况中，可以完善锂电池过流保护的效果，在进行引脚的设计中，可以设计放电控制引脚，在对电压进行检测的环节中，应该有效的控制放电，当电压提升后，再恢复正常的放电。在充电控制引脚的设计环节中，在对电压监测中，如果电压比较高，应该分析锂电池是否出现了过充的情况，在电压降低后可以进行继续充电。在这项设计中，可以有效的防治锂电池过度的放电和过度充电的情况，防止对锂电池的寿命产生影响。
2.4升压输出电路
在升压输出电路的设计中，要充分的采用稳压器，可以完善电压源、振荡电路、误差放大器等切换，从而对切换电路进行合理的控制，在高效率的电路中可以充分的采用。这种方法可以充分的借助宽栅极电压的处理方式，在电池保护中得到广泛的应用。在升压输出电路的应用中，主要是采用稳压器的方式，当锂电池的负载较大的情况下，可以采用高电平的方式，确保芯片可以正常的使用。在专用锂电池的升压后，可以采用引脚输出的方式。
3结语
本文主要分析了移动电源锂电池充电和放电的情况，完善升压方式，在移动电源的设计中实现了安全性，在各个单元电路的设计中更加的完善，完善电路的设计，并且完善了温度保护、过载保护和漏电保护的方针。
参考文献
[1]尤国平.基于单片机的锂电池充放电电路设计[J].科技广场,2016(05):58-61.
[2]王立志,何东朗,李栋,汪德洋,张峰源.基于STC15的锂离子电池充放电保护电路[J].单片机与嵌入式系统应用,2016,16(01):26-28+32.
单片机的电路设计范文第2篇
系统总体设计
本系统通过PIC690单片机作为主控制芯片，用晶闸管作为主要开关器件。设计的目标是保持输出的直流电压稳定，输出电压纹波小，交流输出测电流THD较低，性能可靠。
系统主要电路包括：三相桥式半控整流电路、同步信号取样电路、单片机控制电路、晶闸管触发电路。首先，由同步信号取样电路得到同步信号并送集成触发芯片TC787，经过零检测，再进行相应的延时以实现移相。单片机中的ADC负责采集直流母线电压，根据电压的设定值与实际值的偏差经过PI运算来调节给定输出。PIC单片机将电压的参考值输出到TC787，由TC787实现对晶闸管的移相触发，以实现整流调压。硬件电路的整体框图如图1所示。
主电路设计
主电路采用三相桥式半控整流电路，直流测采用LC滤波电流结构，主电流原理图如图2所示。半控桥选择SEMIKRON公司的SKDH146/120-L100模块，该模块额定电流140A，额定电压1200V。直流侧采用LC滤波电路结构，比单独电容滤波效果好。此外，还可以提高交流输入侧的电流THD。直流侧主要的谐波含量为工频的6倍及6的整数倍，设计LC低通滤波时要避免含量较高的谐波引起的谐振。在本设计中选取电感5mH，滤波电容480μF。
从电网获得的三相电压经同步电路整形后，送给集成触发芯片TC787引脚18AT、引脚2BT和引脚1CT。TC787内部集成有3个过零和极性检测单元、3个锯齿波形成单元、3个比较器、1个脉冲发生器、1个抗干扰锁定电路和1个脉冲分配及驱动电路数字给定移相控制电压，能进行相序自动识别。
控制电路设计
采用PIC 16F690作为控制芯片。PIC16F690单片机内部自带10位AD；宽工作电压(2.0～5.5V)；低功耗；带有PWM输出功能；内部自带晶振。用芯片内部自带10位AD，对采集到的直流侧电压进行AD转换。为了降低硬件成本，直接采分压电阻代替电压传感器来采集直流侧电压，分压电阻上的电压经过两个反向比例电路到单片机。单片机的模拟地和信号地直接相连(也可以通过磁珠相连，以减小干扰)。PIC16F690单片机通过一个IO口使能或禁止芯片TC787的输出，如图3所示。当PIC单片机的I/O口RC3输出高电平(+5V)时，Lock口为低电平；当单片机I/O口RC3输出低电平时，Lock为高电平(+15V)。选用一个IO口作为TC787参考电压的给定信号，采用PWM脉冲方式，调节占空比来调节输出电压，PWM波经过一个RC低通滤波器后为一个近似直流信号，用这个信号作为参考电压给定Uret，其范围为0-5V。由于芯片TC787所需的给定输入范围为0-15V，所以PWM波要经过一个光耦进行电平转换，如图3所示。
电网电压经过同步变压器输入到TC787，TC787的6脚输出高时双脉冲或低时单宽脉冲。12、11、10引脚分别为A、B、C的触发输出端，经过脉冲变压器输出到晶闸管。触发驱动电路设计
触发芯片选择高性能晶闸管三相移相触发集成电路TC787。TC787可单电源工作，亦可双电源工作，主要适用于三相晶闸管移相触发和三相功率晶体管脉宽调制电路，以构成多种交流调速和变流装置。TC787的内部结构如图4所示。
在本设计中，TC787采用15V供电，引脚4(Vr)；移相控制电压输入端。该端输入电压的高低直接决定着TC787/TC788输出脉冲的移相范围，应用中接给定环节输出。引脚5(Pi)；输出脉冲禁止端。该端用来进行故障状态下封锁TC787/TC788的输出，高电平有效，应用中，接保护电路的输出。同步电压输入端：引脚1(Vc)、引脚2(Vb)及引脚18(Va)为三相同步输入电压连接端。应用中，分别接输入滤波后的同步电压，同步电压的峰值应不超过TC787/TC788的工作电源电压VDD。
触发驱动电路主要由电网电压同步电路、TC787集成触发电路和脉冲放大隔离驱动电路组成。图5中给出了同步电路和TC787的电路。其前半部分为电压同步电路，采用这种设计方法需要加较多辅助元件。而对RP1～RP3三个电位器进行不同调节，可实现0～60。的移相，从而适应不同主变压器连接的需要。图5中，直接将同步变压器的中点接到(1/2)电源电压上，使所用元件得以简化。TC787的引脚4输出单片机的给定电压(0～+15V)，引脚6为触发脉冲封锁引脚。引脚10～12为触发脉冲输出引脚，分别接到C、B、A相的隔离放到电路。
单片机的电路设计范文第3篇
关键词：C8051F020； A/D转换； RS 422串口通信; 信号采集
中图分类号：TN911.734 文献标识码：A 文章编号：1004373X(2012)09013502
数据采集是为了对温度、压力、流量、速度、位移、光强度、声音等物理量进行在线测量和控制，通过传感器把上述物理量转换成模拟物理量的电信号。然后将模拟电信号经过处理并转换成计算机能识别的数字量，送入计算机处理、存储、传输和显示［1］。
在操纵杆控制器的工作过程中，需要对操纵杆X轴和Y轴输出的2路电压信号进行A/D转换，转换后的数据范围要求在-1 500~1 500,采样精度为12位。另外还需要对采集后的数据进行计算，并通过串口与两自由度光电稳定平台进行通信，实现对稳定平台的功能控制，通信周期为80 ms。出于成本的考虑，没有采用传统专用A/D芯片+单片机的设计模式，只用了一片C8051F020单片机实现了上述功能。
1 芯片简介
Cygnal公司的C8051F020单片机是一款高性能的数字/模拟混合微处理器，具有与8051指令集完全兼容的CIP51内核。具有丰富的片内资源和接口，-40~+85 ℃的工作环境，内置有12位精度的A/D采集接口［2］，在工业甚至军用领域中自动控制和智能监控等方面得到了广泛的应用。
2 系统设计
传统的数据采集系统信号处理电路复杂庞大，且采集速率慢，温漂大，抗干扰性差。所以本系统采用C8051F020单片机直接将模拟量转换为数字量传给稳定平台系统，电路简单实用，采集速率快，精度高并且通过RS 422通信模块与稳定平台通信，抗干扰性强。
该系统由C8051F020单片机、晶体、电源模块及RS 422通信模块等部分组成。外部电源为+28 V，经DC28S5电源模块变换后输出+5 V，给操纵杆和MAX490芯片供电。由于单片机需要3.3 V的电源才能工作，因此需要将+5 V电源经三端稳压器LT11173.3 V变换后供给单片机使用。然后把经过电压调制的操纵杆模拟信号连接到单片机的ADC输入端口上，启动单片机内部A/D转换电路，将其转换成数字信号存储到内存。最后，按照规定的通信格式，通过单片机的串口和MAX490芯片将信号发送给稳定平台，从而实现了稳定平台的操纵控制过程。
系统工作原理如图1所示。
2.1 基准电压的配置
单片机ADC0模块所使用的电压基准采用内部基准电压1.2 V，其内部电压基准电路由一个1.2 V 15 ppm/典型值的带隙电压基准发生器和一个两倍增益的输出缓冲放大器组成内部基准电压（2.4 V）。通过VREF引脚连到芯片的VREF0引脚，并在VREF引脚与AGND之间接入0.1 μF和4.7 μF的旁路电容，用来将VREF的开启时间控制在2 ms。
2.2 信号处理电路
一般操纵杆包括操纵和控制两部分。根据一般目标运动特性，该操纵杆采用X,Y两个方向运动控制［3］。
而本文选用的操纵杆X轴和Y轴采用霍尔元件感应其位移，输出电压范围为0～5 V。而单片机C8051F020的A/D基准参考电压为2.4 V，因此需要做一个电压变换电路，将0～5 V的电压变换到0~2.4 V，才能被单片机的A/D模块使用。电压变换电路如图2所示。
图2 电压变换电路采用公式out=in×R2/(R1+R2)来计算电阻R1和R2的阻值，令out=2.4，in=5，可以得到R2/R1=48/52。考虑到功耗因素，R1采用5.2 kΩ的电阻，R2采用4.8 kΩ的电阻，电阻采用0.5%的高精度军品电阻，可以满足系统高温和低温工作要求。
2.3 A/D采集模块的配置
C8051F020的ADC0模块包括一个9通道的可编程模拟多路选择器AMUX0，一个可编程增益放大器PGA0和一个100 KSPS 12位分辨率的逐次逼近寄存器ADC。ADC中集成了跟踪保持电路和可编程窗口检测器，原理框图如图3所示。
图3 ADC0模块工作原理AMUX0，PGA0、数据转换方式及窗口检测器都可用软件通过图3所示的特殊功能寄存器来控制。只有当ADC0控制寄存器中的AD0EN位被置1时，ADC0子系统，ADC0跟踪保持器和PGA0才被允许工作；当AD0EN位为0时，ADC0子系统处于低功耗关断方式［4］。
3 软件编程
软件主要包括主程序、A/D采集子程序和串口通信子程序。
为了提高采集精度，采用了过采样技术［5］，即多次采集累加后求平均值的办法。但考虑到采集速度的要求，也不能无限制地增加采样次数。经过试验测试，采用8次采样即可同时满足采样精度和采样速度的双重要求。
此外，根据系统的实际工作环境条件，选择恰当的通信接口和协议，合理设计通信硬件和软件，获得高可靠性、强抗干扰和容错能力，成为衡量此类系统好坏的最重要因素［6］。
为了提高通信传输的可靠性，通信协议采用了“消息头+消息体+校验和”的防错设计。具体表述如下：消息结构总共10个字节，消息头占2个字节，一般采用固定值，比如EB,90（16进制）。消息体内是有用的数据信息，占7个字节。最后是检验和，一般采用数学和，即消息头和消息体9个字节累加后，整除256的余数。采用这种方式进行通信传送，接收机必须在正确判读了消息头和校验和后才认为命令是有效的，否则该命令消息就被忽略。
软件流程如图4~图6所示。
4 结 语
本文基于工程实际对A/D转换速度和精度的要求，采用了过采样原理以提高数模转换的精度。利用C8051F020单片机自身的片上资源，给出了一种简便有效的过采样原理的工程实现方法。自2007年投入工程应用后实验证明：用这种方法可以提高测量分辨率，并且可以简化外部电路、降低硬件成本。因此，这种方法对硬件成本和采样精度都有较高要求的控制、采集、测量系统来说具有较高的参考价值，可同时满足军事和商业领域。
参 考 文 献
［1］ 冯建华.单片机应用系统设计与产品开发［M］．北京：人民邮电出版社，2004．
［2］ 关学忠，高杉,赵玉峰，等.CYGNAL的C8051F02x系列高速SOC单片机［J］.电测与仪表，2002,39（11）:5356.
［3］ 杨锋光，王田喆.C8051F060单片机在数字化操纵杆中的应用［J］.电脑开发与应用，2009（9）:5052.
［4］ 潘琢金，施国君.C8051Fxxx高速SOC单片机原理及应用［M］.北京:北京航空航天大学出版社，2002.
［5］ 牛睿，刘飞.基于AVR单片机的过采样原理的实现方法［J］.自动化与仪器仪表，2008（3）：7274.
［6］ 官波，容太平．AT89C5l的扩展串口与PC机间的通信［J］．国外电子元器件，2001（3）：6163．
［7］ 童长飞．C8051F系列单片机开发与C语言编程［M］．北京：北京航空航天大学出版社，2005．
作者简介： 刘青青 女，1978年出生，河南洛阳人，讲师，硕士。主要研究方向为计算机软件与应用。
单片机的电路设计范文第4篇
【关键词】温湿度；监测系统；主控电路；PIC
目前，大部分常用的温湿度监测系统是以晶体管电路或51单片机为核心部件，再配以相应的传感器和A/D转换电路组成的温度和湿度实时监测系统。这样的系统，在实际工作中存在诸如在线调节不方便、数字化和智能化程度较低等缺点。
因此，本文研究了基于PIC16F877A单片机的蔬菜大棚温湿度监测系统相关技术，对主控电路进行了改进，提出了相应的对策和解决方案。
1 设计思路
通常情况下，温室内的温度和湿度对作物的影响巨大。如若要使得这些植物在非本季节处于较佳的生长状态，就必须严格控制温室内的温湿度。而不同类别的植物，所需温湿度也不尽相同。严格监测和控制温室内温度和湿度环境参数，能够有效保障植物时刻处于较佳的生长状态，有利于提高生产质量和产量。
首先，本文分析了温室温湿度监测系统基本原理和性能要求，针对农业生产所使用的普通MCU与PIC系列PIC16F877A进行性能比较，对优化主控电路做出理论依据，并提出相应的优化方案和整改对策。 然后分析了目前农业生产所使用的模拟量传感器和直插式数字传感器进行性能差异，从非电和电两个方面着手对影响温湿度监测精度及可靠性的原因进行分析，并在优化的主控电路。最后采用了以PIC16F877A对直插数字集成式温湿度传感器DHT11进行循环控制，达到对蔬菜大棚温湿度实时监控的目的1。
2 硬件电路设计
图1 主控电路示意图
本文选用DHT11作为温湿度环境信号监测系统的主要传感器件。DHT11数字温湿度传感器含有已校准数字信号输出，包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连，具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。DHT11传感器的校准系数以程序的形式存在OTP内存中，传感器内部在检测型号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，非常适合温室内的温度和湿度环境参数信号监测系统的技术特点2。
本设计利用DHT11直插式数字温湿度传感器对蔬菜大棚温湿度进行实时监测，并把实测温湿度值实时显示在LCD1602上，可以通过键盘设定温湿度极限值，如果实测温湿度超过设定极限值，则进行LED或者蜂鸣器报警操作。
基于PIC16F877A单片机的蔬菜大棚温湿度监测系统主控电路如图1所示，监测过程大体如下：当产品上电时，PIC16F877A与DHT11传感器通讯，当PIC做好数据接收准备时，DHT11通过单总线将数据发到至PIC，最后再由PIC将处理过的检测数据发送至LCD1062进行显示，从而达到蔬菜大棚温湿度的实时检测。在此基础上，用户可以通过按键输入温湿度极限值，对温湿度报警值进行设定，之后以达到峰值超标自动报警的目的。
3 主函数初始化和外部中断流程图设计
我们对需要的特殊寄存器进行初始化后，使其进入while循环，等待外部中断。
①初始化
初始化函数包括了系统初始化函数sys init（）；，LCD初始化函数lcd_init（）；等。系统初始化函数主要是对外部中断的I/O口，和使能端进行设置3。LCD初始化函数lcd_init（）；主要是多LCD的I/O口进行方向设置，LCD指令输入等操作。如图2所示，对主函数进行初始化设计。
图2 主函数初始化流程图
初始化过程（复位过程）
1.延时15ms
2.写指令38H（不检测忙信号）
3.延时5ms
4.写指令38H（不检测忙信号）
5.延时5ms
6.写指令38H（不检测忙信号）
7.（以后每次写指令、读/写数据操作之前均需检测忙信号）
8.写指令38H：显示模式设置
9.写指令08H：显示关闭
10.写指令01H：显示清屏
11.写指令06H：显示光标移动设置
12.写指令0CH：显示开及光标设置
本设计运用了.h，将LCD1602的初始化程序模块化，这样便于整体程序设计的模块化操作，LCD1602原函数代码如下所示：
void lcd_init（）
{
ADCON1=0x07； // PORTA as Digital
CTRL_DIR=0x00； //设置控制端口为输出
DATA_DIR=0x00； //设置数据端口为输出
lcd_cmd（CLR_DISP）； //清屏
lcd_cmd（DISP_2Line_8Bit）； //8位2行5*7点阵
lcd_cmd（DISP_ON）； //显示开，光标开
lcd_cmd（ENTRY_INC）； //文字不动，光标右移
lcd_cmd（DD_RAM_BASE）； //显示起始地址
}
②外部中断
在本文中外部中断主要有两大部分，第一部分是主要是由键盘来实施操作，其目的是在温湿度检测的同时能够实现温湿度极限值的设定。第二部分是有程序内部的数据判断来实施中断，其主要目的在于所采集到的温湿度当前值是否超过所设定的极限值，如果超过，以此来做出报警动作，反之中断不进行任何操作。
第一部分，即键盘设定极限值的操作中断源代码如下：
if（INTE && INTF） // 是RB0中断，切换报警值选项 {
INTF=0；
__delay_ms（20）； // 按键延时消抖
if（RB0==0）
option*=-1；
}
第二部分，即做出报警操作的中断源代码如下：
if（CCP1IE&&CCP1IF） // RC2（CCP1）中断，增加报警值 {
CCP1IF=0；
if（option==-1） // 增加湿度报警值
{
humid++；
if（humid>90）
humid=90；
}
if（option==1） // 增加温度报警值
{
temp++；
if（temp>50）
temp=50；
}
write_eeprom（）；
}
if（CCP2IE&&CCP2IF） //RC1（CCP2）中断， 减小报警值
{
CCP2IF=0；
if（option==-1） // 减小湿度报警值
{
humid--；
if（humid
humid=20；
}
if（option==1） // 减小温度报警值
{
temp--；
if（temp
temp=5；
}
write_eeprom（）；
}
如图3所示，本文对中断入口和外部信号进行了设置，使得设计的主控电路能够更好的响应其他优先级更高的事件，从而完成了外部中断流程的设计。
图3 外部中断流程图设计
从上述设计的主控电路来看，本文在对传统主控程序进行分析后，才给出基于PIC16F877A的温湿度监测系统主控程序的设计，并设计主要模块的流程图。不难看出，通过PIC单片机设计监测系统的主控电路，能够使得整个监测系统的主要部分实现模块化设计，这将有利于系统将来的升级改造，并降低了整个程序复杂度，使程序设计、调试和维护等操作简单化。从而使得整个监测系统相对与传统的监测系统而言，能够体现出智能化、数字化的特点。
【参考文献】
[1] 孙安青.PIC单片机实用C语言程序设计与典型实例[M].北京.中国电力出版社.2008.21-31.
单片机的电路设计范文第5篇
【关键词】Microchip PIC24F单片机；无线数据传输；Zigbee CC2530；串口通信
1.引言
随着科学技术的不断进步，传感器技术、数据采集技术、数字信号处理技术以及无线通信技术都得到了长足的发展，并已成为了国内外重点发展的科技领域之一[1]。传感器技术在工业、医疗、军事等众多领域中得到了广泛应用。传感器通过感知被测量，按照某一规律完成转换并输出信号。利用数据采集技术实现对信号的采集并进行相应的信号处理。当在一些现场环境复杂、恶劣或者是地处偏远的情况下，有限传输方式无法适应时，就需要采用无线传输方式来解决问题。
目前，无线传输的实现方案有多种，例如：无线局域网（WLAN）、ZigBee、红外线技术、蓝牙（Bluetooth）技术、RFID等[2]。WLAN技术主要特点是上下行速率高、建网快速、组网方式多、移动性强、组网成本低等；红外线技术实现的是点对点的通信，具有功耗低、体积小、简单易用等特点，但点对点之间不能有障碍物的阻挡；蓝牙技术具有多点连接、功耗小、高速率的特点[3]。
本文设计了一种基于Microchip PIC24F单片机的无线数据传输系统，该系统采用了Microchip PIC24F单片机作为CPU，采用Zigbee CC2530作为无线数据收发模块，具有电路结构设计简单、实用性强的特点。
2.无线传输系统设计
本文设计了一种基于Microchip PIC24F单片机的无线数据传输系统，该系统采用Zigbee CC2530作为无线数据收发模块，实现下位机和上位机之间的数据通信；采用Microchip PIC24F单片机作为系统CPU，一方面可以通过Microchip PIC24F单片机内部自带的A/D转换器实现数据的采集，另一方面通过SPI接口实现对Zigbee CC2530的控制。Microchip PIC24F单片机作为系统的CPU，还担负着信号处理的功能。当接收传感器的输出信号时，Microchip PIC24F单片机便可以实现数据的采集和处理，并将处理后的数据通过无线数据收发模块Zigbee CC2530进行无线数据的发送。在接收端依然采用无线数据收发模块Zigbee CC2530进行数据的接收，并送到Microchip PIC24F单片机中。为了可以利用PC机显示发送端上报的数据，采用了串口通信技术，实现了Microchip PIC24F单片机与PC机的数据通信。具体的系统设计方案如图1所示，包括了图1（a）无线传输系统发送端，图1（b）无线传输系统接收端。
2.1 Microchip PIC24F单片机电路
Microchip PIC24F单片机是美国微芯科技公司推出的16位单片机，采用nanoWatt XLP超低功耗技术，在深度休眠模式下，功耗低至20nA，具备16 MIPS的性能、电容触摸传感外设、8 KB RAM、32或64 KB闪存、10位A/D以及实时时钟和日历（RTCC）。该单片机还能够通过外设引脚选择重新配置数字I/O引脚。此外，该单片机具有44引脚QFN和TQFP封装和28引脚QFN、SOIC和PDIP封装。
2.2 无线收发模块CC2530电路
CC2530是TI公司推出的2.4GHz ISM频带的一款芯片，该芯片支持Zigbee/IEEE 802.15.4协议，并且该芯片内部集成了具有高性能射频收发器、工业标准的增强型8051MCU内核。该芯片内部具有8位和16位的定时器，256KB Flash ROM和8KB RAM，具有8个输入可配置的12位ADC，同时具备强大的DMA功能，支持5种工作模式，具备超低功耗系统，在接收和发送模式下，电流损耗分别为24mA。
2.3 串口通信电路
本设计中上位机部分为了实现Microchip PIC24F单片机与PC机之间的通信，采用了串口方式实现通信，即采用了MAX232实现。MAX232芯片是美信公司的一款电平转换芯片，按照RS-232标准串口设计，采用+5V单电源供电。
2.4 电源模块电路
本设计中系统外部供电电压为+5V，而Microchip PIC24F单片机和无线收发模块Zigbee CC2530都工作在+3.3 V，因此需要采用电源模块实现电压转换，采用了低压差线性稳压器TPS7333实现电压转换。
3.系统软件设计
系统软件设计包括下位机软件设计和上位机软件设计。前者主要是Microchip PIC24F单片机通过SPI口对Zigbee CC2530的控制，后者包括串口通信和主界面设计。
Zigbee CC2530片上集成的命令选通协处理器（CSP）提供了Microchip PIC24F单片机与无线电直接的接口，可以处理Microchip PIC24F单片机发出的命令。有程序执行和立即选通命令两种模式[7,8]。其中24字节的程序存储器用以存储软件算法，充当Microchip PIC24F单片机的协处理器。当命令选通协处理器（CSP）复位后，指令写指针复位到位置0，每次RFST写入期间指令写指针累加1，直到程序存储器的终点。命令选通协处理器（CSP）还具备4个寄存器，分别是CSPX、CSPY、CSPT和CSPZ。Microchip PIC24F单片机对他们可以读写，设置命令选通协处理器（CSP）运行所需的参数。程序执行模式下运行一个命令选通协处理器（CSP）的流程如图2所示。
4.结论
本文介绍了一种基于Microchip PIC24F单片机的无线数据传输系统，该系统采用了无线收发模块Zigbee CC2530实现无线数据的传输，采用了低功耗单片机Microchip PIC24FF449实现无线数据收发模块的SPI接口配置。该系统可以利用Microchip PIC24FF449单片机对多个传感器输出的信息量进行采集，并通过无线收发模块Zigbee CC2530实现无线数据传输。上位机部分接收数据后可通过串口通信方式将数据上传至PC机，并通过上位机主界面显示所需数据。由于采用了无线传输方式，该系统适用于各种条件复杂、恶劣或是偏远的安装场合，因此具有较高的应用价值。
参考文献
[1]蒋俊.基于PIC单片机的网络嵌入式系统研究[D].湖南师范大学,2009(10).
[2]张磊.基于PIC24系列微控制器的嵌入式实时操作系统的设计与实现[D].山东大学,2009(01).
[3]张雅洁.基于PIC单片机的电能质量检测仪[D].安徽理工大学,2010(06).
[4]杨占军,杨英杰.基于无线传输技术的多路温度数据采集系统设计[J].东北电力学院学报,2005(1):73-75.
[5]黄浩,李旭婷.ZigBee技术在智能家居中的应用[J].黑龙江科技信息,2011(25).
[6]喻金钱,喻斌.短距离无线通信详解[M].北京:北京航空航天大学出版社,2009.
[7]李兴春,李恒文,张巍.基于Zigbee CC2530的温度数据无线采集系统的设计[J].仪器仪表用户,2007(2):51-52.
