单片机应用系统设计特点分类及应用《资讯》

2017-12-20 11:28:54来源：贤集网 阿莲

原标题：单片机应用系统设计、特点、分类及应用

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/计数器等功能（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，在工业控制领域广泛应用。接下来贤集网小编要为大家讲解一下单片机的相关内容，包括：单片机应用系统设计、特点、分类及应用。

单片机应用系统设计

一、电源电路

1、电源设计是电路设计很重要关节。它的稳定与否涉及到电路是否能稳定工作，按要求需要一个+5V电压，一个+12V左右可调电压，于是采用可调压芯片LM317，它是稳压芯片。LM317是三端稳压集成电路，最大输出电流为2.2A，输出电压范围为1.25V～37V；它具有输出电压可变、内藏保护功能、体积小、性价比高、工作稳定可靠等特点，用它制作输出电压可变稳压电源，调节可变电阻R2，便可从LM317输出端获得UO(可变输出电压)；

2、从电路中可以看出，LM317的输出电压(也就是稳压电源的输出电压)U0为两个电压之和，也就是R1两端电压与R2两端电压之和，而IR2实际上是两路电流之和，一路是经R1流向R2的电流IRI，其大小为URI/Rl，因URI为恒定电压1.25V，Rl是一个固定电阻，小于240欧姆，所以IRl是一个恒定的电流。另一路是LM317调整端流出的电流ID，ID的平均值是50μA左右，最大值一般不超过100μA，而且在LM317稳定工作时，ID的值基本上是一个恒定的值，调节R2阻值即可调节LM317输出电压UO；

3、既然ID和IRl对调节输出电压UO都起到了一定作用，并且IR1是由R1提供，IRI大小也没有任何限制，LM317输出电压服从1.25+IDR2=UO关系。

4、+5V电压也是利用三端稳压集成电路得到的，采用7805芯片。其用法和LM317差别不大，如下图所示，LM7805的1端是电源的输入端，3端是输出端，2端是接地端。

二、时钟电路

用来产生时钟信号供单片机工作，晶振采用12MHz，平衡电容采用33pF。复位电路在系统上电或运行过程中对单片机进行初始化操作。按键采用独立式热键，用来扩展系统功能，分别可以实现电源开关、温度增加和温度减少三个功能。数码管用来显示水温和水位两组数据，所有数码管采用共阳接法，段控端接在单片机同一I/O口，位控端分别接在不同位的I/O口；发光二极管用来指示系统运行状态，电源指示灯（红）：接通220V电源，该指示灯点亮；加热指示灯（绿）：加热元件工作时，该指示灯被点亮。报警指示灯（黄）：当热水器出现异常情况时，该指示灯被点亮。ISP接口通过并口与PC机连接，实现单片机与PC机通讯，用编译器对源程序进行调试及编译，通过ISP接口将形成的二进制目标程序下载到AT89S51单片机上。

三、报警电路

1、在正常情况下，流过磁环的电流大小相等，方向相反，磁环检测线圈无感应电流信号，漏电检测集成电路输出低电平，当出现漏电电流时，由于流过磁环的电流不平衡，于是磁环检测线圈感应出漏电信号，经集成电路M54123L放大输出高电平，经三极管倒相后输出至单片机，单片机接收到漏电信号，则停止加热、保温及键盘操作，结束程序并发出报警信号，蜂鸣器连续呜响，在漏电保护及自检不合格情况下，只有关闭电源及排除故障后，重新接通电源才能工作；

2、漏电检测集成电路输出低电平，当出现漏电电流时，由于流过磁环的电流不平衡，于是磁环检测线圈感应出漏电信号，经集成电路M54123L放大输出高电平，经三极管倒相后输出至单片机，单片机接收到漏电信号，则停止加热、保温及键盘操作，结束程序并发出报警信号，蜂鸣器连续呜响，在漏电保护及自检不合格情况下，只有关闭电源及排除故障后，重新接通电源才能工作。

四、温度检测电路

采用温度传感器DS18B20采集电热水器的实时温度， 提供给AT89S51的P3.2口作为数据输入，在本次设计中我们所控的对象为水温。

五、水位检测

水位检测为三个并联的不同阻值的电阻，电路的电极电流较小(几个微安)，电腐蚀小，适用水电阻变化范围大(几K一100K欧)，某电阻所在水位未到达，电阻截止；水位到达，电阻导通，组成并联电路，将不同阻值所分得的电压经PTB1转换后，可判断出水位信息（高、中、低、干烧）。

单片机的特点

1、体积小、重量轻、功耗低、功能强、性价比高，可嵌入各种设备中组成以之为核心的嵌入式系统；

2、数据大都在单片机内部传送，运行速度快，抗干扰能力强，可靠性高；

3、结构灵活，易于组成各种微机应用系统；

4、应用广泛，既可用于工业自动化控制等场合，又可用于测量仪器、医疗仪器及家用电器等领域。

单片机的分类

单片机作为计算机发展的一个重要分支领域，根据发展情况，从不同角度，单片机大致可以分为通用型/专用型、总线型/非总线型及工控型/家电型。

1、通用型

这是按单片机适用范围来区分的。例如，80C51式通用型单片机，它不是为某种专门用途设计的；专用型单片机是针对一类产品甚至某一个产品设计生产的，例如为了满足电子体温计的要求，在片内集成ADC接口等功能的温度测量控制电路；

2、总线型

这是按单片机是否提供并行总线来区分的。总线型单片机普遍设置有并行地址总线、 数据总线、控制总线，这些引脚用以扩展并行外围器件都可通过串行口与单片机连接，另外，许多单片机已把所需要的外围器件及外设接口集成一片内，因此在许多情况下可以不要并行扩展总线，大大减省封装成本和芯片体积，这类单片机称为非总线型单片机；

3、控制型

这是按照单片机大致应用的领域进行区分的。一般而言，工控型寻址范围大，运算能力强；用于家电的单片机多为专用型，通常是小封装、低价格，外围器件和外设接口集成度高，显然上述分类并不是惟一的和严格的，例如，80C51类单片机既是通用型又是总线型，还可以作工控用。

单片机的应用领域

1、工业检测与控制

主要应用：工业过程控制、智能控制、设备控制、数据采集和传输、测试、测量、监控等，在工业自动化的领域中，机电一体化技术将发挥越来越重要的作用，在这种集机械、微电子和计算机技术为一体的综合技术（如机器人技术）中，单片机发挥着非常重要的作用。

2、仪器仪表

目前对仪器仪表的自动化和智能化要求越来越高，单片机的使用有助于提高仪器仪表的精度和准确度，简化结构，减少体积而易于携带和使用，加速仪器仪表向数字化、智能化、多功能化方向发展。

3、消费类电子产品

例如：洗衣机、电冰箱、空调机、电风扇、电视机、微波炉、加湿机等，嵌入单片机后，功能和性能大大提高，并实现智能化、最优化控制。

4、通信

在调制解调器、各类手机、传真机、程控电话交换机、信息网络及各种通讯设备中，单片机也已经得到广泛应用。

5、武器装备

在现代化的武器装备中，如飞机、军舰、坦克、导弹、鱼雷、制导、智能武器装备、航天飞机导航系统，都有单片机嵌入其中。

6、各种终端及计算机外部设备

计算机网络终端（如银行终端）以及计算机外部设备（如良仆扫描枪、打印机、HJP高拍仪等）中都使用了单片机作为控制器。

7、分布式多机系统

在较复杂多节点的测控系统中，常采用分布式多机系统，一般由若干台功能各异的单片机组成，各自完成特定的任务，它们通过串行通信相互联系、协调工作，在这种系统中，单片机往往作为一个终端机，安装在系统的某些节点上，对现场信息进行实时的测量和控制。

以上是贤集网小编为大家讲解的单片机应用系统设计、特点、分类及应用。目前大多数的单片机都支持程序的在线编程，也称在系统编程（ISP），只需一条ISP并口下载线，就可以把仿真调试通过的程序从PC写入单片机的flash存储器内，省去编程器，某些机型还支持在线应用编程（IAP），可在线升级或销毁单片机的应用程序，省去了仿真器，单片机正在向多功能、高性能、高速度、低电压、低功耗、低价格（几元钱）、外设电路内装化以及片内程序存储器、数据存储器容量不断增大的方向发展。

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