單片機(jī)電路設(shè)計、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)用越來越廣泛，掌握單片機(jī)電路的設(shè)計技術(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)計必須學(xué)會軟硬件的設(shè)計、分析方法，并親自參與PCB的制作才能真正掌握它，如果只是在實驗箱上或開發(fā)板上學(xué)習(xí)是難以掌握的?！　纹瑱C(jī)電路設(shè)計技術(shù)在不斷進(jìn)步，傳統(tǒng)的設(shè)計方法是先設(shè)計好硬件電路，然后在其上完成軟件的設(shè)計，其中單片機(jī)電路的軟、硬件聯(lián)調(diào)是電路設(shè)計的關(guān)鍵之處。如果出現(xiàn)電路功能沒達(dá)到設(shè)計要求或電路工作不正常時，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。基于這一問題，本書采用新的設(shè)計思想，采用EDA開發(fā)工具，可以在原理圖設(shè)計階段對所設(shè)計的電路進(jìn)行驗證，并可以通過改變元器件參數(shù)使整個電路性能達(dá)到最優(yōu)化，這樣就避免了傳統(tǒng)電子電路設(shè)計中方案更換帶來的多次重復(fù)購買元器件及制板的麻煩，可以節(jié)省很多時間和經(jīng)費，也提高了設(shè)計的效率和質(zhì)量?！　”緯饕獌?nèi)容包括直流電動機(jī)控制模塊設(shè)計、步進(jìn)電動機(jī)控制模塊設(shè)計、數(shù)字鐘設(shè)計、基于DSl8820的溫度測量模塊設(shè)計、信號發(fā)生器設(shè)計、基于模糊控制的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計、催眠電路設(shè)計、電療儀設(shè)計、室內(nèi)煤氣和天然氣泄漏報警器的設(shè)計、心電信號檢測顯示儀設(shè)計、脈搏波提取電路的設(shè)計，最后是單片機(jī)電路PCB的制作方法。　　通過閱讀本書，讀者不但可以掌握一些單片機(jī)設(shè)計開發(fā)的硬件設(shè)計以及軟件編程實現(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。本書層次清楚、通俗易懂。

內(nèi)容概要

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

書籍目錄

前言第1章  直流電動機(jī)控制模塊設(shè)計1  1.1  設(shè)計目的1  1.2  設(shè)計任務(wù)1    1.2.1  初級要求1    1.2.2  中級要求1    1.2.3  高級要求1  1.3  設(shè)計原理1    1.3.1  直流電動機(jī)簡介1    1.3.2  旋轉(zhuǎn)方向控制2    1.3.3  電動機(jī)轉(zhuǎn)速控制3    1.3.4  AT89S52簡介4    1.3.5  ADC0831簡介5  1.4  程序設(shè)計流程6  1.5  匯編語言程序源代碼6  1.6  C語言程序源代碼8  1.7  系統(tǒng)仿真11  1.8  直流電動機(jī)模塊整體電路圖及模塊實物圖13第2章  步進(jìn)電動機(jī)控制模塊設(shè)計16  2.1  設(shè)計目的16  2.2  設(shè)計任務(wù)16    2.2.1  初級要求16    2.2.2  中級要求16  2.3  設(shè)計原理16    2.3.1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖16    2.3.2  ULN2003A簡介16    2.3.3  步進(jìn)電動機(jī)概述18    2.3.4  步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動原理18    2.3.5  控制方法19    2.3.6  步進(jìn)電動機(jī)的應(yīng)用19  2.4  匯編語言程序設(shè)計流程20  2.5  匯編語言程序源代碼21  2.6  C語言程序設(shè)計流程22  2.7  C語言程序源代碼22  2.8  系統(tǒng)仿真24  2.9  步進(jìn)電動機(jī)模塊整體電路圖及模塊實物圖25第3章  數(shù)字鐘設(shè)計27  3.1  設(shè)計目的27  3.2  設(shè)計任務(wù)27    3.2.1  初級要求27    3.2.2  中級要求27  3.3  設(shè)計原理27    3.3.1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖27    3.3.2  AT89S52內(nèi)部定時/計數(shù)器0的使用方法29  3.4  程序設(shè)計流程29  3.5  匯編語言程序源代碼30  3.6  C語言程序源代碼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物圖38第4章  基于DS18B20的溫度測量模塊設(shè)計41  4.1  設(shè)計目的41  4.2  設(shè)計任務(wù)41    4.2.1  初級要求41    4.2.2  中級要求41    4.2.3  高級要求41  4.3  設(shè)計原理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的信號方式45    4.3.7  小數(shù)的顯示方法47  4.4  程序設(shè)計流程47  4.5  匯編語言程序源代碼49  4.6  C語言程序源代碼56  4.7  系統(tǒng)仿真60  4.8  溫度測量模塊整體電路圖及模塊實物圖60第5章  信號發(fā)生器設(shè)計63  5.1  設(shè)計目的63  5.2  設(shè)計任務(wù)63    5.2.1  初級要求63    5.2.2  中級要求63    5.2.3  高級要求63  5.3  設(shè)計原理63    5.3.1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖63    5.3.2  ADC0804簡介63    5.3.3  信號的產(chǎn)生65    5.3.4  信號幅度控制66    5.3.5  信號頻率控制66    5.3.6  波形切換67  5.4  程序設(shè)計流程67  5.5  匯編語言程序源代碼68  5.6  C語言程序源代碼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物圖77第6章  基于模糊控制的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計80  6.1  設(shè)計目的80  6.2  設(shè)計任務(wù)80    6.2.1  初級要求80    6.2.2  中級要求80    6.2.3  高級要求80  6.3  設(shè)計原理80    6.3.1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖80    6.3.2  鍵盤設(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)計思想88    6.4.3  模糊控制器的設(shè)計88  6.5  C語言程序設(shè)計流程90  6.6  C語言程序源代碼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105  7.1  設(shè)計目的105  7.2  設(shè)計任務(wù)105    7.2.1  初級要求105    7.2.2  中級要求105  7.3  設(shè)計原理105    7.3.1  簡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簡介107    7.3.4  TLP521光耦合器簡介108    7.3.5  IRF840簡介111  7.4  程序設(shè)計流程112  7.5  匯編語言程序源代碼113  7.6  系統(tǒng)仿真119  7.7  催眠電路整體電路圖及模塊實物圖119第8章  電療儀設(shè)計122  8.1  設(shè)計目的122  8.2  設(shè)計任務(wù)122    8.2.1  初級要求122    8.2.2  中級要求122  8.3  設(shè)計原理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)計流程129  8.7  C語言程序源代碼129  8.8  電療儀整體電路圖及模塊實物圖130第9章  室內(nèi)煤氣和天然氣泄漏報警器的設(shè)計133  9.1  設(shè)計目的133  9.2  設(shè)計任務(wù)133    9.2.1  初級要求133    9.2.2  中級要求133    9.2.3  高級要求133  9.3  設(shè)計原理133    9.3.1  室內(nèi)環(huán)境檢測的必要性133    9.3.2  室內(nèi)有害氣體概況134    9.3.3  設(shè)計的目的及所設(shè)計裝置的功能134  9.4  設(shè)計原理134    9.4.1  AT89C51簡介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  氣體檢測模塊140    9.5.4  聲光報警模塊142    9.5.5  溫度檢測模塊144    9.5.6  溫度顯示模塊145    9.5.7  主控制模塊的設(shè)計147    9.5.8  系統(tǒng)整體仿真147  9.6  匯編語言程序設(shè)計流程149  9.7  匯編語言程序源代碼149  9.8  C語言程序設(shè)計流程156  9.9  C語言程序源代碼156  9.10  系統(tǒng)仿真160  9.11  煤氣、天然氣泄漏報警整體電路圖及實物圖162第10章  心電信號檢測顯示儀設(shè)計164  10.1  設(shè)計目的164  10.2  設(shè)計任務(wù)164    10.2.1  初級要求164    10.2.2  中級要求164    10.2.3  高級要求164  10.3  設(shè)計背景及目的164    10.3.1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖164    10.3.2  心電信號采集165    10.3.3  補(bǔ)償電路的設(shè)計165    10.3.4  前置放大電路設(shè)計166    10.3.5  濾波電路的設(shè)計168    10.3.6  主放大電路及加法器的設(shè)計177    10.3.7  顯示儀電路的設(shè)計184    10.3.8  程序的設(shè)計187  10.4  C語言程序設(shè)計流程189  10.5  C語言程序源代碼190  10.6  系統(tǒng)仿真216第11章  脈搏波提取電路的設(shè)計218  11.1  設(shè)計目的218  11.2  設(shè)計任務(wù)218    11.2.1  初級要求218    11.2.2  中級要求218  11.3  設(shè)計原理218    11.3.1  系統(tǒng)設(shè)計原則218    11.3.2  總體結(jié)構(gòu)框架219    11.3.3  脈搏信號的提取219  11.4  信號調(diào)理電路設(shè)計220    11.4.1  設(shè)計要求220    11.4.2  濾波電路設(shè)計221    11.4.3  電壓提升電路設(shè)計221    11.4.4  信號調(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230    11.6.1  系統(tǒng)電源需求分析230    11.6.2  +5V電源設(shè)計231    11.6.3  負(fù)電源設(shè)計231  11.7  程序設(shè)計流程232  11.8  匯編語言程序源代碼233  11.9  C語言程序源代碼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物圖238第12章  PROTEUS ARES PCB設(shè)計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.簡介　　三端固定輸出電壓式穩(wěn)壓電源7805，運用其器件內(nèi)部電路來實現(xiàn)過電壓保護(hù)、過電流保護(hù)、過熱保護(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，可以運用本地調(diào)節(jié)來消除噪聲影響，解決了與單點調(diào)節(jié)相關(guān)的分散問題，輸出電壓誤差精度分為±3％和±5％?！　∪朔€(wěn)壓集成電路。7805，電子產(chǎn)品中，常見的三端穩(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來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過電流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。該系列集成穩(wěn)壓Ic型號中的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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