單片機(jī)電路設(shè)計(jì)、分析與制作

前言

　　隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電子產(chǎn)品的智能化程度也得到了提高，當(dāng)今的電子設(shè)備幾乎都含有微處理器，即單片機(jī)，它的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，掌握單片機(jī)電路的設(shè)計(jì)技術(shù)成為電子技術(shù)工作者必備的技能，但要掌握單片機(jī)電路的設(shè)計(jì)必須學(xué)會(huì)軟硬件的設(shè)計(jì)、分析方法，并親自參與PCB的制作才能真正掌握它，如果只是在實(shí)驗(yàn)箱上或開(kāi)發(fā)板上學(xué)習(xí)是難以掌握的。　　單片機(jī)電路設(shè)計(jì)技術(shù)在不斷進(jìn)步，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是先設(shè)計(jì)好硬件電路，然后在其上完成軟件的設(shè)計(jì)，其中單片機(jī)電路的軟、硬件聯(lián)調(diào)是電路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之處。如果出現(xiàn)電路功能沒(méi)達(dá)到設(shè)計(jì)要求或電路工作不正常時(shí)，再判斷軟件出現(xiàn)故障或是硬件出現(xiàn)故障是很困難的，通常需要做好幾次電路板才能定型?；谶@一問(wèn)題，本書(shū)采用新的設(shè)計(jì)思想，采用EDA開(kāi)發(fā)工具，可以在原理圖設(shè)計(jì)階段對(duì)所設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行驗(yàn)證，并可以通過(guò)改變?cè)骷?shù)使整個(gè)電路性能達(dá)到最優(yōu)化，這樣就避免了傳統(tǒng)電子電路設(shè)計(jì)中方案更換帶來(lái)的多次重復(fù)購(gòu)買元器件及制板的麻煩，可以節(jié)省很多時(shí)間和經(jīng)費(fèi)，也提高了設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量?！　”緯?shū)主要內(nèi)容包括直流電動(dòng)機(jī)控制模塊設(shè)計(jì)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制模塊設(shè)計(jì)、數(shù)字鐘設(shè)計(jì)、基于DSl8820的溫度測(cè)量模塊設(shè)計(jì)、信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)、基于模糊控制的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、催眠電路設(shè)計(jì)、電療儀設(shè)計(jì)、室內(nèi)煤氣和天然氣泄漏報(bào)警器的設(shè)計(jì)、心電信號(hào)檢測(cè)顯示儀設(shè)計(jì)、脈搏波提取電路的設(shè)計(jì)，最后是單片機(jī)電路PCB的制作方法?！　⊥ㄟ^(guò)閱讀本書(shū)，讀者不但可以掌握一些單片機(jī)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的硬件設(shè)計(jì)以及軟件編程實(shí)現(xiàn)的方法，還可以學(xué)習(xí)一些關(guān)于利用PROTEus軟件制作PCB的相關(guān)知識(shí)。本書(shū)層次清楚、通俗易懂。

內(nèi)容概要

本書(shū)以單片機(jī)電路的設(shè)計(jì)、分析、制作為主線，圍繞單片機(jī)應(yīng)用中的一些具體實(shí)例進(jìn)行講解。全書(shū)共有12章，分別為直流電動(dòng)機(jī)控制模塊設(shè)計(jì)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制模塊設(shè)計(jì)、數(shù)字鐘設(shè)計(jì)、基于DS18 B20的溫度測(cè)量模塊設(shè)計(jì)、信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)、基于模糊控制的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、催眠電路設(shè)計(jì)、電療儀設(shè)計(jì)、室內(nèi)煤氣和天然氣泄漏報(bào)警器的設(shè)計(jì)、心電信號(hào)檢測(cè)顯示儀設(shè)計(jì)、脈搏波提取電路的設(shè)計(jì)、PROTEUS ARES PCB設(shè)計(jì)。    本書(shū)可以作為單片機(jī)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)者的參考用書(shū)，也可為相關(guān)高校的師生在單片機(jī)系統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)及電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽等許多方面提供幫助。

書(shū)籍目錄

前言第1章  直流電動(dòng)機(jī)控制模塊設(shè)計(jì)1  1.1  設(shè)計(jì)目的1  1.2  設(shè)計(jì)任務(wù)1    1.2.1  初級(jí)要求1    1.2.2  中級(jí)要求1    1.2.3  高級(jí)要求1  1.3  設(shè)計(jì)原理1    1.3.1  直流電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介1    1.3.2  旋轉(zhuǎn)方向控制2    1.3.3  電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制3    1.3.4  AT89S52簡(jiǎn)介4    1.3.5  ADC0831簡(jiǎn)介5  1.4  程序設(shè)計(jì)流程6  1.5  匯編語(yǔ)言程序源代碼6  1.6  C語(yǔ)言程序源代碼8  1.7  系統(tǒng)仿真11  1.8  直流電動(dòng)機(jī)模塊整體電路圖及模塊實(shí)物圖13第2章  步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制模塊設(shè)計(jì)16  2.1  設(shè)計(jì)目的16  2.2  設(shè)計(jì)任務(wù)16    2.2.1  初級(jí)要求16    2.2.2  中級(jí)要求16  2.3  設(shè)計(jì)原理16    2.3.1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖16    2.3.2  ULN2003A簡(jiǎn)介16    2.3.3  步進(jìn)電動(dòng)機(jī)概述18    2.3.4  步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)原理18    2.3.5  控制方法19    2.3.6  步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用19  2.4  匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)流程20  2.5  匯編語(yǔ)言程序源代碼21  2.6  C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)流程22  2.7  C語(yǔ)言程序源代碼22  2.8  系統(tǒng)仿真24  2.9  步進(jìn)電動(dòng)機(jī)模塊整體電路圖及模塊實(shí)物圖25第3章  數(shù)字鐘設(shè)計(jì)27  3.1  設(shè)計(jì)目的27  3.2  設(shè)計(jì)任務(wù)27    3.2.1  初級(jí)要求27    3.2.2  中級(jí)要求27  3.3  設(shè)計(jì)原理27    3.3.1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖27    3.3.2  AT89S52內(nèi)部定時(shí)/計(jì)數(shù)器0的使用方法29  3.4  程序設(shè)計(jì)流程29  3.5  匯編語(yǔ)言程序源代碼30  3.6  C語(yǔ)言程序源代碼34  3.7  系統(tǒng)仿真38  3.8  數(shù)字鐘模塊整體電路圖及模塊實(shí)物圖38第4章  基于DS18B20的溫度測(cè)量模塊設(shè)計(jì)41  4.1  設(shè)計(jì)目的41  4.2  設(shè)計(jì)任務(wù)41    4.2.1  初級(jí)要求41    4.2.2  中級(jí)要求41    4.2.3  高級(jí)要求41  4.3  設(shè)計(jì)原理41    4.3.1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖41    4.3.2  DS18B20數(shù)字溫度傳感器概述42    4.3.3  DS18B20的1?wire技術(shù)42    4.3.4  DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)43    4.3.5  DS18B20的命令序列44    4.3.6  DS18B20的信號(hào)方式45    4.3.7  小數(shù)的顯示方法47  4.4  程序設(shè)計(jì)流程47  4.5  匯編語(yǔ)言程序源代碼49  4.6  C語(yǔ)言程序源代碼56  4.7  系統(tǒng)仿真60  4.8  溫度測(cè)量模塊整體電路圖及模塊實(shí)物圖60第5章  信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)63  5.1  設(shè)計(jì)目的63  5.2  設(shè)計(jì)任務(wù)63    5.2.1  初級(jí)要求63    5.2.2  中級(jí)要求63    5.2.3  高級(jí)要求63  5.3  設(shè)計(jì)原理63    5.3.1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖63    5.3.2  ADC0804簡(jiǎn)介63    5.3.3  信號(hào)的產(chǎn)生65    5.3.4  信號(hào)幅度控制66    5.3.5  信號(hào)頻率控制66    5.3.6  波形切換67  5.4  程序設(shè)計(jì)流程67  5.5  匯編語(yǔ)言程序源代碼68  5.6  C語(yǔ)言程序源代碼72  5.7  系統(tǒng)仿真76  5.8  波形發(fā)生器模塊整體電路圖及模塊實(shí)物圖77第6章  基于模糊控制的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)80  6.1  設(shè)計(jì)目的80  6.2  設(shè)計(jì)任務(wù)80    6.2.1  初級(jí)要求80    6.2.2  中級(jí)要求80    6.2.3  高級(jí)要求80  6.3  設(shè)計(jì)原理80    6.3.1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖80    6.3.2  鍵盤(pán)設(shè)定模塊81    6.3.3  LED顯示模塊81    6.3.4  雙向晶閘管加溫控制模塊81    6.3.5  MOC3041M簡(jiǎn)介85    6.3.6  風(fēng)扇降溫模塊86  6.4  模糊控制算法87    6.4.1  模糊控制的基本原理87    6.4.2  模糊控制程序的設(shè)計(jì)思想88    6.4.3  模糊控制器的設(shè)計(jì)88  6.5  C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)流程90  6.6  C語(yǔ)言程序源代碼91  6.7  系統(tǒng)仿真100    6.7.1  單片機(jī)輸出信號(hào)仿真100    6.7.2  加溫回路電壓仿真101    6.7.3  降溫回路仿真102  6.8  模糊控制溫度系統(tǒng)整體電路圖104第7章  催眠電路設(shè)計(jì)105  7.1  設(shè)計(jì)目的105  7.2  設(shè)計(jì)任務(wù)105    7.2.1  初級(jí)要求105    7.2.2  中級(jí)要求105  7.3  設(shè)計(jì)原理105    7.3.1  簡(jiǎn)易催眠電路工作原理105    7.3.2  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖105    7.3.3  7805簡(jiǎn)介107    7.3.4  TLP521光耦合器簡(jiǎn)介108    7.3.5  IRF840簡(jiǎn)介111  7.4  程序設(shè)計(jì)流程112  7.5  匯編語(yǔ)言程序源代碼113  7.6  系統(tǒng)仿真119  7.7  催眠電路整體電路圖及模塊實(shí)物圖119第8章  電療儀設(shè)計(jì)122  8.1  設(shè)計(jì)目的122  8.2  設(shè)計(jì)任務(wù)122    8.2.1  初級(jí)要求122    8.2.2  中級(jí)要求122  8.3  設(shè)計(jì)原理122    8.3.1  電療儀的臨床機(jī)理122    8.3.2  臨床方向123    8.3.3  電療儀的作用123    8.3.4  變壓器簡(jiǎn)介124  8.4  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)126    8.4.1  控制部分126    8.4.2  負(fù)載隔離及變壓器部分128    8.4.3  系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)圖128  8.5  系統(tǒng)仿真129  8.6  程序設(shè)計(jì)流程129  8.7  C語(yǔ)言程序源代碼129  8.8  電療儀整體電路圖及模塊實(shí)物圖130第9章  室內(nèi)煤氣和天然氣泄漏報(bào)警器的設(shè)計(jì)133  9.1  設(shè)計(jì)目的133  9.2  設(shè)計(jì)任務(wù)133    9.2.1  初級(jí)要求133    9.2.2  中級(jí)要求133    9.2.3  高級(jí)要求133  9.3  設(shè)計(jì)原理133    9.3.1  室內(nèi)環(huán)境檢測(cè)的必要性133    9.3.2  室內(nèi)有害氣體概況134    9.3.3  設(shè)計(jì)的目的及所設(shè)計(jì)裝置的功能134  9.4  設(shè)計(jì)原理134    9.4.1  AT89C51簡(jiǎn)介134    9.4.2  傳感器輸出處理135    9.4.3  MQ?7一氧化碳傳感器簡(jiǎn)介135    9.4.4  系統(tǒng)功能模塊的劃分137  9.5  系統(tǒng)原理框圖138    9.5.1  單片機(jī)控制電路138    9.5.2  LED顯示電路138    9.5.3  氣體檢測(cè)模塊140    9.5.4  聲光報(bào)警模塊142    9.5.5  溫度檢測(cè)模塊144    9.5.6  溫度顯示模塊145    9.5.7  主控制模塊的設(shè)計(jì)147    9.5.8  系統(tǒng)整體仿真147  9.6  匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)流程149  9.7  匯編語(yǔ)言程序源代碼149  9.8  C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)流程156  9.9  C語(yǔ)言程序源代碼156  9.10  系統(tǒng)仿真160  9.11  煤氣、天然氣泄漏報(bào)警整體電路圖及實(shí)物圖162第10章  心電信號(hào)檢測(cè)顯示儀設(shè)計(jì)164  10.1  設(shè)計(jì)目的164  10.2  設(shè)計(jì)任務(wù)164    10.2.1  初級(jí)要求164    10.2.2  中級(jí)要求164    10.2.3  高級(jí)要求164  10.3  設(shè)計(jì)背景及目的164    10.3.1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖164    10.3.2  心電信號(hào)采集165    10.3.3  補(bǔ)償電路的設(shè)計(jì)165    10.3.4  前置放大電路設(shè)計(jì)166    10.3.5  濾波電路的設(shè)計(jì)168    10.3.6  主放大電路及加法器的設(shè)計(jì)177    10.3.7  顯示儀電路的設(shè)計(jì)184    10.3.8  程序的設(shè)計(jì)187  10.4  C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)流程189  10.5  C語(yǔ)言程序源代碼190  10.6  系統(tǒng)仿真216第11章  脈搏波提取電路的設(shè)計(jì)218  11.1  設(shè)計(jì)目的218  11.2  設(shè)計(jì)任務(wù)218    11.2.1  初級(jí)要求218    11.2.2  中級(jí)要求218  11.3  設(shè)計(jì)原理218    11.3.1  系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則218    11.3.2  總體結(jié)構(gòu)框架219    11.3.3  脈搏信號(hào)的提取219  11.4  信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)220    11.4.1  設(shè)計(jì)要求220    11.4.2  濾波電路設(shè)計(jì)221    11.4.3  電壓提升電路設(shè)計(jì)221    11.4.4  信號(hào)調(diào)理電路的仿真分析222  11.5  單片機(jī)及其外圍電路設(shè)計(jì)224    11.5.1  單片機(jī)的選擇224    11.5.2  數(shù)據(jù)采集224    11.5.3  MAX1240模數(shù)轉(zhuǎn)換器簡(jiǎn)介225    11.5.4  串行通信226    11.5.5  整體單片機(jī)電路模塊229  11.6  電源模塊設(shè)計(jì)230    11.6.1  系統(tǒng)電源需求分析230    11.6.2  +5V電源設(shè)計(jì)231    11.6.3  負(fù)電源設(shè)計(jì)231  11.7  程序設(shè)計(jì)流程232  11.8  匯編語(yǔ)言程序源代碼233  11.9  C語(yǔ)言程序源代碼234  11.10  系統(tǒng)仿真236  11.11  數(shù)據(jù)采集模塊整體電路圖及模塊實(shí)物圖238第12章  PROTEUS ARES PCB設(shè)計(jì)240  12.1  原理圖的后處理240    12.1.1  概述240    12.1.2  自定義元件符號(hào)240    12.1.3  檢查元件的封裝屬性253    12.1.4  完善原理圖254  12.2  元件封裝256    12.2.1  元件符號(hào)與元件封裝256    12.2.2  創(chuàng)建元件封裝262    12.2.3  指定元件封裝271  12.3  PCB布局274    12.3.1  設(shè)置層面274    12.3.2  自動(dòng)布局274    12.3.3  手工布局277    12.3.4  調(diào)整文字277  12.4  PCB布線279    12.4.1  設(shè)置約束規(guī)則279    12.4.2  手工布線282    12.4.3  3D形象化顯示285    12.4.4  鋪銅286  12.5  輸出光繪文件289參考文獻(xiàn)293

章節(jié)摘錄

　　1.簡(jiǎn)介　　三端固定輸出電壓式穩(wěn)壓電源7805，運(yùn)用其器件內(nèi)部電路來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)電壓保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)，這使它的性能很穩(wěn)定；能夠?qū)崿F(xiàn)lA以上的輸出電流。器件具有良好的溫度系數(shù)；7805有多種電壓輸出值5V一24V，因此產(chǎn)品的應(yīng)用范圍很廣泛，可以運(yùn)用本地調(diào)節(jié)來(lái)消除噪聲影響，解決了與單點(diǎn)調(diào)節(jié)相關(guān)的分散問(wèn)題，輸出電壓誤差精度分為±3％和±5％。　　三端穩(wěn)壓集成電路。7805，電子產(chǎn)品中，常見(jiàn)的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的78××系列和負(fù)電壓輸出的79××系列。顧名思義，三端Ic是指這種穩(wěn)壓用的集成電路只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。它的樣子像是普通的晶體管，T220的標(biāo)準(zhǔn)封裝，也有9013樣子的T092封裝?！　∮?8／79系列三端穩(wěn)壓Ic來(lái)組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過(guò)電流、過(guò)熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來(lái)可靠、方便，而且價(jià)格便宜。該系列集成穩(wěn)壓Ic型號(hào)中的78或79后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如7806表示輸出電壓為+6V，7909表示輸出電壓為-9V。

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