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绪论：在寻找写作灵感吗？爱发表网为您精选了8篇偏置电路设计，愿这些内容能够启迪您的思维，激发您的创作热情，欢迎您的阅读与分享！
文文介绍了单片机控制的电动机Y-启动电路设计，该设计是一个以弱电控制强电的设计，有多方面的功能，为智能控制和精确控制电动机的启动提供了合理有效的解决方案。本文对系统的各个环节进行了详细的阐述，并论述了各环节中的硬件电路设计，针对软件设计与硬件的综合调试进行了全面的分析，以实现弱点控制强电为目的，并通过独立式键盘对电动机的启动进行调控，该设计经过调试和检测，实现了设计任务的各种指标。
【关键词】单片机 电动机启动 电路设计
在我们生活中的各个领域随处可见单机片的踪迹：计算机网络通信与数据传输、各种智能IC卡、轿车的安全系统、摄影机、飞机上的各种控制仪表，甚至电子宠物和程控玩具，都离不开单片机的应用。在工业中，电动机的星三角启动的应用十分广泛，随着技术自动化的普及，工业中也出现了很多自动机器，人们将原本需要人来控制的电动机启动的工作交给了单片机，不仅防止了很多意外的发生，同时也提高了电动机的生产效率。
1 单片机控制的电动机Y-Δ启动电路的总体设计任务和选择
首先要设计一个单片机控制的电动机Y-Δ启动，设置3秒钟的启动时间，并通过按键设置电动机Y-Δ进行操作运行和终止。该设计的基本要求和主要内容有：控制器要采用STC89C52RC单机片；电动机的选择要用三相异步电动机；正5V电源需要选用LM7805三端不可调节的稳压集成器来实现；在弱电控制强电模块中选用DC5V继电器；在电动机运行模块中要采用220V的交流接触器；显示模块要用两位级联共阴数码管；设置模块需要通过独立式键盘来进行设置和调控；指示模块需选用不同颜色的发光二极管进行指示操控。
根据上述任务设计的要求，经分析探讨，基于单片机定时器系统的设计中包括的内容有：电源模块、定时模块、控制器模块、显示模块、设置模块以及指示模块。
2 单片机控制的电动机Y-Δ启动电路中系统各环节的硬件电路设计
2.1 电源模块电路
该设计通过+5V直流电压来供电，一般来说，直流稳压电源的组成部分有电源变压器、整流滤波电路和稳压电路。电源变压器是把交流电网中220V的电压转换成为比所需要的值，交流电压经过整流电路变为脉动的直流电压，因为脉动的直流电压中含有大幅度的纹波，当电网电压波动、温度和负载发生变化时稳压电路能够继续保持直流电压的稳定，选用输出电压为+5V的三端集成稳压器LM7805，变压器会将电网220V的电压转为+9V，通过发光二极管桥式整流之后，送入LM7805的输入端。
2.2 复位和晶振电路
单片机在平时复位端电平是0，单片机复位主要通过按键高电平复位，该设计中的复位电路既能用于操作复位，也能实现上电复位。通电时，电极两端可看做短路，RESET端电压逐渐下降，也就是低电平，此时单片机开始工作。LED发光二极管在复位电路中主要用来指示电路电源是否安全接通，晶振电路采用的是外部无源晶振，晶振值选用12MHz，两个谐振电容取值为30PF。
2.3 弱电控制强电电路
电气触头可通过电流，可以把强电接触器的线圈直接接在弱电继电器触头上，如果弱电继电器触头可通过电流，可在其上加一个中间继电器以控制强电。
2.4 电动机运行模块电路
电动机的电源通断可以通过单片机控制的接触器主触头加以控制，同时电机的星型启动三角运行的效果可由单片机的定时来转换。
2.5 电路设置
设置电路的过程中，电路可通过独立式键盘的设置和调控加以控制，采用P2口作为独立式键盘的行线，在这里不必加上拉电阻。
2.6 电路指示
此设计主要采用发光二极管作为指示灯，将发光二极管接在接口处，当两端的电压差超出自身导通压降时就会开始工作，此时的电流要满足电流和电压的要求，并与发光二极管的电流相适应，二极管才可以正常发光。在发光二极管的连接处接入一个电阻，此电阻能够通过对二极管图电流的限制以减小耗损。该设计在+5V的电压作用下采用510欧对电阻进行限流，二极管会在不超出单片机的最大限流的前提下正常工作。
3 单片机控制的电动机Y-Δ启动电路中的软件设计
3.1 系统主程序流程
系统设计的整个过程在系统主程序流程中的具体表现如下：
首先，可以对系统进行初始化，包括地址的常量定义、初始化单片机各端口、资源分配、初始化电动机的启动时间和定时器、设置推栈指针等。其次，能够调用启动时间处理程序，电动机的启动时间为十六进制数，存储在数据缓冲区中，如果要显示出数码管，就要进行十进制进行区分，并且每一位都存在不同的单元。最后，可以调用启动时间以显示程序，在显示程序当中，要对显示的数值进行灭0处理，当启动的时间十位是0的话，将不显示该位，以降低阅读差错。先控制数码管的位码，选中要点亮的数码管，此时将显示出段码。
3.2 程序设计和软件调试
程序流程图设计好之后就可以根据流程图编写程序了，该设计采用汇编语言编写，经调试，能够实现设计任务的要求。软件的调试通过应用KEIL软件和ISIS软件仿真电路进行操作和控制，应用KEIL软件调试后会生成HEX文件，先对设计中的各个环节进行调试，再对主程序进行调试，最后将各部分程序连接起来进行整体调试。
4 结论
综上所述，本设计开发了一种适用于人们的生产生活的，在单片机的基础上控制电动机星三角启动的定时装置。同时，对系统的各个环节进行了详细的阐述和分析，论述了各环节中的硬件电路设计，针对软件设计与硬件的综合调试进行了全面的分析，以实现弱点控制强电为目的，并通过独立式键盘对电动机的启动进行调控，该设计经过调试和检测，实现了设计任务的各种指标。
参考文献
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[4]孙爱如.基于单片机控制的三级式恒功率金卤灯电子镇流器[D].广东：华南理工大学，2012.
关键词： AT89C51； 钢纤维； PWM控制； 钢钎排序电路
中图分类号： TN911?34； TM42 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）14?0149?03
Design of microcontroller?based control circuit for steel fiber sorting device
HUANG Jie
（Hunan Railway Professional Technology College， Zhuzhou 412005， China）
Abstract： A control circuit of steel fiber sorting device taking MCS?51 microcontroller as control core was designed. It generates a PWM control signal by microcontroller to control the size of the sort magnetic field according to the feed quantity. The problems of low efficiency and heating generation of the steel sorting circuit were solved effectively. The intelligent control of the magnetic field and feed speed， and high reliability of the system were realized. The control circuit designed in this paper improved the efficiency of steel fiber sorting packing.
Keywords： AT89C51； steel fiber； PWM control； steel sortingcircuit
0 引 言
钢纤维是混凝土理想的增强材料，在混凝土中均匀地按比例掺入钢纤维，可以使混凝土在抗拉、抗冲击、抗裂、抗剪、抗耐磨、抗疲劳强度、抗冻融性能上比普通混凝土有很大提高。国外有研究表明，在混凝土中加入0.75%～1%的钢纤维，可以大大提高高强度混凝土柱的弹性和延展性[1]。
国内外对钢纤维在混凝土制作方面的应用研究较多[1?2]，但是在钢纤维的包装技术方面的研究基本还是空白。钢纤维的有序包装不只是影响到钢纤维的运输，还直接影响到钢纤维的使用效果。采用人工排序的方式效率很低，自动化的钢纤维排序设备研究具有重要的意义。本文设计的钢纤维排序设备利用单片机进行智能控制，采用电磁排序法进行钢纤维排序。
1 系统总体方案设计
电磁排序法的工作原理是在同一表面内设计有平行磁力线N、S极，同时设计有垂直N、S极磁力线。纸箱坐落在电磁铁中心，通电后被磁力线包围，采用圆筒振动筛均匀布料，钢纤维在从振动筛落入包装箱的过程中，受到磁力线的作用，从而依据磁力线方向，在箱内直接有序排列。系统控制电路结构如图1所示。
图1 钢纤维排序设备控制电路结构图
来料速度检测模块采用无接触式速度传感器检测振动筛电机的转速，从而得到振动筛的振动速度和振动筛的给料速度。
根据给料速度的大小，单片机控制排序励磁电路励磁电流的大小，从而控制排序磁场强度的大小，使得排序整齐而电流不过大，限制电路发热量。料满检测模块采用红外传感器，检测包装箱内装料的量，当装料快满的时候，发出料满信号，溢料保护模块发出报警信号，如果包装箱一直没有更换，则当料满以后，系统停止工作，防止溢料。系统启动以后，散热控制模块启动散热装置，当过热保护模块的温度传感器检测温度高于设定的安全温度时，系统停机。
2 系统硬件设计
2.1 MSC?51单片机控制模块设计
AT89C51是一种带4 KB闪烁可编程可擦除只读存储器（Flash Programmable and Erasable Read Only Memory，FPEROM）的低电压，8位高性能CMOS微处理器。该器件采用Atmel高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS?51指令集和输出管脚相兼容[3]。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，Atmel的AT89C51是一种高效微控制器。
单片机的P1.0～P1.4作为来料速度数据输入口，过热信号、料满信号通过中断0和中断1，即P3.2，P3.3口输入，P2.0～P2.4分别为排序励磁PWM控制信号、退磁控制信号、过热报警控制信号、料满报警控制信号输出口。
2.2 排序励磁驱动与保护电路
排序励磁开关管的驱动与保护电路如图2所示，单片机输出的PWM信号从P2.0引出后，经过74LS08整形，消除信号抖动造成的干扰。然后通过光耦TLP250进行隔离，将钢钎排序设备的控制电路与主电路隔离，避免主电路对控制信号的干扰。
图2 排序励磁驱动与保护电路原理图
励磁电路开关管驱动选用专用驱动芯片IR2113进行驱动，IR2113是高可靠性、大电压、高速、两路触发的大功率MOSFET或IGBT的驱动器[4?6]。
内部电路如图3所示。其控制输入信号使相应输出端有触发信号输出。低压侧输出（L0）取决于VCC，高压侧输出（H0）取决于浮点值VBS。两路输出间的耐压值为500 V。低压侧输出和高压侧输出与对应输入信号同步，两路输出都受SD控制。高电平时无输出，只有SD为低电平时，输入信号的上升沿才能触发输出。图3 IR2113内部结构图
IR2113可以输出两路输出，但是本设计主电路只有1个开关管，只用L0单独输出。从TLP250引入的PWM信号与IR2113D的LIN端子相连，LO与主电路开关管的控制极相连，COM端与开关管的阴极相连。
电路过热信号与SD端子相连，当主电路过热后，通过SD关闭开关管出发信号输出，从而使主电路断电起到保护的作用。VZ1为稳压二极管，防止电压过大损坏开关管。
3 系统软件设计
主电路中采用直流斩波技术来调节励磁电流的大小，利用单片机内部定时器功能产生PWM控制信号来控制斩波电路开关管，控制系统的控制流程图如图4所示。
图4 控制系统工作流程图
系统启动后，首先开启散热风机，然后检测包装箱是否已经装满，装满的话开启溢料保护，输出溢料报警，等待更换包装箱。没装满的话则检测系统是否过热，过热的话则启动过热保护，正常的话则读取振动筛速度，根据振动筛速度，决定输出励磁PWM信号的占空比，从而控制主电路中直流斩波电路输出电压的大小，进而控制排序电磁力的大小。
当包装箱即将装满时，输出退磁信号，对箱内钢纤维进行一次性整体退磁。包装箱没满的话，继续检测振动筛速度，根据振动筛速度实时调整励磁控制信号。实现排序电磁里的足够大，同时避免磁场的过度饱和而严重发热。
4 结 语
本文设计的钢钎排序设备主电路采用直流斩波器调节排序励磁的大小，控制线路以MCS?51单片机为控制核心进行设计，系统成本大大降低，降低成本的同时，实现了励磁磁场与进料速度的智能控制，同时，提供了溢料保护，过热保护，实现了系统的高可靠性。该系统成本低，智能化，大大的提高了钢纤维的排序包装效率。
参考文献
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关键词：显示驱动芯片；上电复位；电源检测
1概述
显示驱动芯片是一款规模大、电源系统复杂、数模混合的SoC芯片。在驱动芯片中，数字电路起着很重要的作用，芯片各模块的上下电及工作时序均由其控制。而逻辑电路在上电过程中很容易出现错误状态，需要在电源电压达到电路的正常工作电平后，利用复位电路对逻辑电路进行初始化，以保证数字逻辑的正确性。
驱动芯片的外接电源有两个，分别是锂电池电源VDDA和10电源VDDI，芯片所需的其他电源均在片内通过LDO或电荷泵产生。在芯片的启动过程中，各电源需要按照一定的先后顺序陆续上电。在外接电源VDDA和VDDI上好电后，提供数字电源DVDD的LDO就需要启动，并在上电完成后给数字电路提供一个复位信号，对触发器、寄存器及锁存器等单元电路进行复位，保证电路在上电过程中能正常启动。其他电源及电路模块则在数字电路正常工作后，在其控制下按照一定的时序分别启动。因此，上电控制电路对显示驱动芯片正常上电启动起着重要的作用。
2芯片上电控制电路
2.1上电检测电路
只有当驱动芯片的两个外接电源VDDA和VD-DI都上电之后，芯片才能启动。在芯片设计中，采用了电源上电检测电路，对VDDA和VDDI进行检测，当上电检测完成后，才启动后续电路。上电检测电路的电路结构如图1所示，分为三个部分，分别是VDDI检测电路，VDDA检测电路以及VDDA延迟检测电路，其中VDDA延迟检测电路采用的就是常见的RC结构。在VDDA上电结束，检测电路会输出低电平信号VDDA_ON，经过一段时间延迟，输出信号VDDA OELAY翻转为高电平；VDDI上电结束，检测电路会输出低电平VDDI_ON，作为后续电路的使能信号。
由于芯片电源VDDA和VDDI上电没有先后顺序，分两种情况考虑上电检测电路：一种VDDA先上电，另一种是VDDI先上电，上电检测波形如图2所示。由上电检测波形可以看出电源上电结束后，上电检测信号会发生相应的变化。从上电检测波形可以看出，VDDA ON与VDDI 0N都输出低电平时，VDDA与VDDI两电源完成上电。
2.2系统上电控制电路
外部电源（VDDI、VDDA）上电完成以后，即可进行内部数字电路上电及芯片复位操作，具体可通过图3电路实现。在电路中，VDDA OELAY和VDDl 0N为上电检测电路的输出信号，其中VDDA DELAY在VDDA上电之后经t1时间延时后由低变高，而VDDI_ON则在VDDI上电结束输出低电平。VDDI_ON为电平转换电路的使能信号，电平转换电路结构如图4所示。在VDDI未上电时，VDDI_ON为高电平，电平转换电路的输出为低电平，不受输入信号影响。在VDDI上电之后，电平转换电路才能正常进行电压转换。
DVDD_EN为DVDD_LDO的使能信号，高电平有效。当该信号为高时，DVDD LDO⒖始工作，产生数字供电电源DVDD。图5所示DVDD延迟检测电路对DVDD电压进行检测，在DVDD上好电后经t2时间延时，DVDD_DELAY由低跳高。RESX信号为主机配置的复位信号，通过10接口到该电路，经过两个电平转换电路从VDDI电压域分别转换至VDDA和DVDD电压域，其中VDDA电压域的RESX信号用于控制带隙基准（BGR）的使能，并与VDDA_DELAY信号相与之后作为触发器的清零信号。DVDD电压域的RESX信号则与DVDD_DE-LAY信号相与之后作为硬复位信号hw给数字电路，在数字电路中与软复位信号sw相与之后作为整个系统的复位信号。触发器的D端和触发端信号由数字控制，在芯片接收到深睡眠指令时，触发端产生一个上升沿，将Q端信号变为高电平。
下面从以下六种情况考虑芯片复位。
（a） VDDA与VDDI上电启动
VDDI上电后，检测信号VDDI_ON立即输出低电平。VD-DA上电后，经过时间t1延时后，检测信号VDDA_DELAY输出高电平。在时间t1内，DVDD使能信号直接有效，DVDD开始建立并稳定，数字电路上电；同时VDDA DELAY的低电平对D触发器清零。
在以上过程进行的同时，主机配置复位信号RESX为低脉冲，数字电路开始复位。RESX变高的时刻，带隙基准开始正常工作。但是数字电路的复位信号由RESX和DVDD_DELAY共同作用的。只有当数字电路上电t2时间后，DVDD_DELAY才会翻转为高电平，此时RESX和DVDD_DELAY同时为高，数字电路复位完成。
在数字电路复位期间，D触发器的触发信号一直维持低电平，且复位结束，触发信号输出默认值低电平，这样即可保证DVDD一直有效，即数字电路持续供电。
（b）RESX硬复位
若RESX为低电平，即硬复位信号有效，则数字电路复位，带隙基准电路重启。注意的是，RESX硬复位并没有使数字电路掉电。
（c）软复位
当数字电路接收到软复位命令时，反映到电路上sw端为低电平，则Reset信号直接对数字电路复位。
（d）VDDI掉电，再启动
若VDDI掉电，VDDA不掉电，这时检测信号VDDA_DE-LAY保持高电平，但是VDDI_ON由低电平翻转为高电平，导致DVDD LDO关闭，即数字电路掉电。一旦数字电路掉电，芯片不能自启动，必须在VDDI重新上电后，配置RESX一个低电平脉冲，才能使DVDD LDO重新启动，即数字电路重新上电。同（a）一样，本电路会重启带隙基准，并完成数字电路复位。
（e）VDDA掉电，再启动
若VDDA掉电，VDDI不掉电，这时检测信号VDDI_ON保持低电平，VDDA_DELAY翻转为低电平，并且VDDA是DVDDLDO的电源，VDDA的掉电使得数字电路无电。值得注意的是：处于此种状态的芯片不能自启动。只有VDDA重新上电，才能让数字电路上电；接着通过配置RESX为低电平脉冲，使带隙基准重启、数字电路复位。
（f）芯片深睡眠及唤醒
当芯片接收到深睡眠模式的指令时，一方面反映在图3中D触发器输人为高电平，触发信号由低到高电平翻转，将D端的高电平输出至Q端，导致DVDD_EN变为低电平，DVDD LDO关闭，数字电路掉电，同时，触发器的输出信号还控制SRAM的电源开关，当其变为高电平时，SRAM的电源将断开，节省系统功耗；另一方面，芯片内部DC-DC电路、振荡器、驱动电路及MPU接口与寄存器均不工作，芯片进入深睡眠模式。
这种模式下，芯片同样不能自启动。主机必须通过配置RESX，才能使数字电路重新上电与复位、带隙基准重启。深睡眠状态失效，即芯片深睡眠模式被唤醒。
3电路仿真
该电路采用umcl62ehv工艺设计，并利用Cadence Spectre对其进行仿真。
图6为VDDA和VDDI上电以及VDDI掉电仿真，从图中可以看到，在VDDA上电后，DVDD_EN为高电平，DVDD LDO开始工作，DVDD电压上电。VDDA_DELAY经过约130us延时后，跳为高电平，DVDD_DELAY在DVDD上电后，经大约240us延时后跳为高电平。VDDI_ON在VDDI上电后即变为低电平。在VDDI掉电时，VDDI_ON变为高电平，同时DVDD_EN变为低电平，DVDD LDO关闭，DVDD开始掉电。
图7则是对芯片深睡眠及唤醒情况进行仿真。可以看到当触发器触发信号CLK第一个上升沿到来时，由于系统刚上电，VDDA_DELAY还是低电平，DVDD_EN不受其影响，继续保持高电平，DVDD正常上电。这可以保证系统在上电期间，不会因为逻辑电路的错误信号而导致DVDD LDO误关闭，使其不能上电。当CLK的第二个上升沿到来时，意味着芯片接收到深睡眠模式指令，将D端的高电平传输到触发器Q端，DVDD_EN变为低电平，DVDD LDO关闭，芯片进入深睡眠状态。直到主机给RESX配置低脉冲，DVDD_EN才重新变为高电平，芯片推出深睡眠模式，被成功唤醒。
关键词:LED显示屏; 单片机; 控制电路设计; 串行输出
中图分类号:TP29文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2010)15-0200-03
Design of LED Display Screen Control Circuit Based on MCU
LI Xiu-zhong
(Foshan Polytechnic College, Foshan 528237, China)
Abstract: A kind of LED display screen control circuit based on MCU is introduced. The smooth movement display of a line of several characters, figures and symbolls can be realized with the circuit, which can be widely used in enterprise, school, market, public place for text advertisment and information dissemination. The design method and working principle of the control circuit are elaborated. The simulation results of the circuit is presented. This circuit can be expanded to the display screen composed of any number of 16 × 16 dot matrix LED display modules. The practical application shows the circuit is stable and reliable, and the result is good.
Keywords: LED display screen; MCU; design of control circuit; serial output
0 引 言
LED显示屏广泛应用于工矿企业、学校、商场、店铺、公共场所等进行图文显示,广告宣传,信息。本文设计一种由4个16×16点阵LED模块组成的显示屏,由单片机作控制器,平滑移动显示任意多个文字或图形符号,本电路可级联扩展实现由任意多个16×16点阵LED模块组成的显示屏[1]。
1 电路设计
控制电路由AT89C51单片机作控制器,显示屏由4个16×16点阵LED模块组成,每个16×16点阵LED模块由4个8×8点阵LED模块组成,用户可根据需要扩展增加任意多个16×16点阵LED模块。8×8 点阵LED模块结构如图1所示,共8行8列,每个发光二极管放置在行线和列线的交叉点上,共64个发光二极管。当某一列为高电平,某一行为低电平时,则对应的发光二极管点亮。
单片机P3.0引脚接串入并出移位寄存器74LS164(U10)的串行数据输入端,8个74LS164(U10~U17)级联,P3.1引脚接8个74LS164的时钟脉冲输入端;8个74LS164分别接8个锁存器74LS373(U18~U25),8个锁存器的数据输出端接4个16×16点阵LED模块的行线,每个16×16点阵LED模块的行线是独立控制的。P1.0接8个74LS164(U2~U9)的时钟脉冲输入端,P1.1接U2、U4、U6、U8的串行数据输入端,每两个74LS164(U2和U3,U4和U5,U6和U7,U8和U9)级联;U2~U9的并行数据输出端接4个16×16点阵LED模块的64条列线。P1.2接所有74LS164的清0端,P1.3接锁存器的锁存控制端。设计完成的电路如图2所示[2-5]。
图1 8×8点阵 LED模块结构
图2 LED显示屏控制电路
2 工作原理
本电路利用串行通信口工作于方式0,同时利用P1.0和P1.1模拟串行输出,来实现LED显示屏字符平滑移动显示。由于LED模块为16×16点阵,所以字符点阵也为16×16点阵,即每个字符由32个字节即16个字数据组成,每个字数据决定了每列LED点亮的情况。16×16点阵字符数据由字符点阵提取软件获得。
首先单片机P1.1串行输出一位二进制位“1”,经4组74LS164给4个16×16点阵LED模块的第1列送入一高电平,接着由P3.0串行输出4个16×16点阵LED模块的第1列行数据,即Y1,Y17,Y33,Y49列的行数据,经74LS373锁存后送LED显示屏的行线,此时每个LED模块第1列对应的LED点亮。每列的行数据为1个字数据,4列共4个字数据,每个字数据首字节在字符点阵数据表中的地址相差32,此时每个LED模块显示每个字符的第1列。接着P1.1串行输出一位二进制位“0”,经4组74LS164移位后给4个LED模块的第2列送入一高电平,再由P3.0串行输出4个16×16点阵LED模块的第2列行数据,即Y2,Y18,Y34,Y50列的行数据,经74LS373锁存后送LED显示屏的行线,此时每个LED模块第2列对应的LED点亮,即显示每个字符的第2列。如此循环,依次点亮每个LED模块每列对应的LED,直到点亮每个LED模块的第16列,即依次显示每个字符的各列。只要每列交替显示的时间适当,利用人眼的视觉暂留特性,看上去16列LED同时点亮,即看上去整个字符同时显示。然后再从第1列依次扫描显示至16列,如此循环多次,以确保显示出的字符具有足够的亮度[6]。
为实现字符平滑移动显示的效果,在上面实现的4个字符静态显示一定时间后,再次扫描显示时,每个LED模块的第1列从每个字符的第2列数据开始扫描显示,即第1个LED模块显示第1个字符的第2列、┑3列、……、┑16列和第2个字符的第1列,第2个LED模块显示第2个字符的第2列、第3列、……、┑16列和第3个字符的第1列、第2列、……。当┑谌次扫描显示时,每个LED模块的第1列从每个字符的第3列数据开始扫描显示,即第1个LED模块显示第1个字符的第3列、第4列、……、第16列和┑2个字符的┑1列、第2列,第2个LED模块显示┑2个字符的第3列、第4列、……、第16列和第3个字符的第1列、第2列、……。如此实现了字符的平滑移动显示[7]。
3 程序设计
根据以上电路设计及工作原理,绘制出本电路的控制程序流程图如图3所示[8]。按程序流程图编写出控制程序,用Wave或Keil软件调试通过后,产生目标代码文件。
图3 LED显示屏控制程序流程图
4 电路仿真
将目标代码文件加入用Proteus软件绘制的LED显示屏控制电路仿真图中的单片机中,仿真运行,运行结果如图4所示[9-10]。
图4 LED显示屏平滑移动显示
5 结 语
该LED显示屏控制电路用单片机作为控制器,采用串行移位输出方式,实现了一行字符的平滑移动显示,在实际应用时还应加上相关驱动电路。本电路可扩展实现由任意多个16×16点阵LED模块组成的LED显示屏显示控制。经实际应用表明,该电路稳定可靠,效果良好。
参考文献
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关键词：单片机；可编程；82C55A；液晶显示器
中图分类号：TP271文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)25-1563-03
Design of LCD/Voice Control Circuits Based on 51 Single-Chip Microcomputer
YU Xiao-long1,ZHANG Zhen1,2
(1. Information Engineering Institue, Information Engineering University, Zhengzhou 450002, China;2. Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, China)
Abstract: This paper introduces a control circuits's design of LCD/Voice based on 51-SCM and programmable peripheral interface 82C55A. It detailed analyse the design of hardware and software. Throughing the programme of SCM, it control the working of 82C55A ,accordingly arrive at the use ofLCD/Voice circuits.
Key words: SCM; Programmable; 82C55A; LCD
当前，有很多商业场所及嵌入式产品中都用到了显示输出模块，在这些电路中，有很大一部分是通过单片机进行控制的。本文提出了一种典型控制液晶显示及语音的电路，通过51单片机AT89C55和并行接口芯片82C55A实现了对图形液晶显示模块NYG12864及语音的控制。
1 硬件电路设计
1.1 主控制电路设计
在主控制电路中，选用Atmel公司的AT89C55芯片。AT89C55是一款低功耗、高性能8位CMOS微控制器，内含20KB可循环1000次写入/擦除的闪速存储器(Flash)，具有256*8位内部随机数据存储器(RAM)，32条可编程I/O口线，8个中断源和2个优先级的中断结构，器件兼容标准MCS-51指令系统，引脚兼容工业标准89C51和89C52芯片，采用全双工串行通道及通用编程方式，适用于程序容量大、控制较为复杂的嵌入式应用系统中。电路工作方式控制芯片选用82C55A，它是一款可编程并行接口芯片，其工作方式有三种，三种工作方式是由其控制命令字来设定的。控制命令字有两种，一种是方式选择控制字，另一种是C口按位置位/复位控制字，通过写入不同命令控制字可分别实现对其内部A口、B口和C口的单独控制操作。
在电路设计上，考虑到所编写程序的容量，增加了一片AT28C64，它是一款低功耗，最快读访问时间可达120ns的64K CMOS型的 E2PROM，这样整个电路足以满足通常编程时对程序空间的要求。完整的电路图如图1所示。其中，AT89C55选用12M的晶振，其引脚P27直接控制LCD的使能信号E，P25、P26分别连接AT28C64及82C55A的片选引脚。引脚PSEN和RD相与后连接到AT28C64的OE端，这样AT28C64既可以作为程序存储器也可作为数据存储器使用了。
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图1 主控制电路
1.2 液晶显示及语音控制电路的设计
本设计中液晶显示模块选用图形液晶显示模块NYG12864，它的所有控制器、扫描电路和显示RAM集成于液晶屏背面，并可选用LED背光，采用单电源供电。该模块由大规模点阵式显示控制器KS0107、液晶屏阵列驱动电路KS0108B、显示存储器和液晶屏等4部分组成。其中控制器是整个显示系统核心，它提供了一套完整的指令系统，与单片机连接后，能较方便的实现对数据的读写等控制作用。NYG12864引脚定义如表1所示。
表1 液晶模块NYG12864引脚定义
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在控制液晶电路中，将82C55A的PC3、PC2、PC1和PC0分别和液晶的D/I、R/W、CS2和CS1相连，以达到通过82C55A对液晶的控制。单片机的8位端口P0和液晶的8位数据线DB0~DB7相连，用于读写时传送的数据。电路中还有诸如电位器R2其作用是调节液晶显示的对比度，完整的电路图如图2所示。
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图2 液晶显示电路
对于语音电路，选用API8108芯片，它能够存储10秒的语音信息，当然根据实际需要，可以选用其他的芯片以满足要求。因受输出功率影响，在API8108的输出端接有为低电压应用设计的音频功率放大器LM386，其输入带宽可达300KHz，通过合理连接，能得到的电压增益最大可达200dB，输出音频功率0.5W。它们和82C55A之间具体连接图如图3所示。
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图3 语音控制电路
2 软件设计
软件设计中难点在于如何控制液晶显示器的显示，对于语音芯片的控制可通过单片机中断方式进行判断调用。在液晶显示模块NYG12864中，只有驱动电路KS0108B和单片机打交道。它有7种指令：显示开/关指令、显示起始行设置命令、页设置指令、列地址设置指令、读状态指令、写数据指令以及读数据指令。其中，CS1、CS2决定进行左右显示区的选择，R/W、D/I及数据内容决定指令的类型。首先要对液晶清屏和初始化操作，设置起始行及为显示状态；其次读取液晶状态，此时R/W=1，D/I=0，若液晶准备好接收数据则使R/W=0，读取液晶页号（0~7），列显示地址（0~63）值，这样就唯一确定了显示RAM中的一个单元，接下来就可以用读、写指令向该单元写进一个字节数据或者读出该单元中的内容。在主程序中可以调用液晶的初始化、读/写子函数，主程序流程图如图4所示。
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图4 主程序流程
3 结束语
本文介绍了一种基于51单片机控制液晶显示及语音的电路，设计思想和方法具有一定的典型性和代表性，对电路稍加修改就能应用于其他场合，如在主控电路中再加入几片82C55A就能实现更加复杂的电路控制，这些都是笔者在实践过程中得来的，相信能对单片机系统的开发人员有一定的启发。
参考文献：
[1] 戴佳，戴卫恒. 51单片机C语言应用程序设计[M]. 北京：电子工业出版社，2006.
关键词：AT89C52单片机；路灯；控制系统
1 概述
随着我国城市化进程的不断加快，城市发展规模越来越大，路灯作为城市基础设施的重要组成部分，在城市的照明和美化中发挥着举足轻重的作用。目前大多数城市的路灯控制主要依靠人力，经济成本高，能耗大，与当前绿色、环保的现代社会生活理念不符。一款使用成本低、节能性好的路灯控制系统，已成为现代城市路灯控制的必需。文章基于单片机设计的节电型路灯控制系统，经过测试，能满足城市路灯管理需求。
2 控制系统硬件设计
本设计采用AT89C52单片机作为控制器，通过总线与各个模块相连。利用按键设定时间，在LCD上显示实时时间、路灯状态。用光敏电阻检测环境亮暗程度，通过模数转换芯片转换后传输给单片机。单片机对时间和环境光线信号进行判断并处理，并通过继电器等相关的执行元件来控制路灯。路灯的开关模式为：0时至次日6时为节能时间段，路灯在半电压下工作；19时至0时，路灯在全电压下工作，其它时间段根据环境光线明暗程度来控制路灯的亮暗。系统总体结构如图1所示。
2.1 单片机最小系统
单片机最小系统主要包括复位电路、时钟电路和电源电路组成。硬件电路图如图2所示。
2.2 实时时钟模块
本设计采用DS1302实时时钟芯片，利用时钟模块电路产生时钟及定时等功能，实现路灯开关定时控制。电路如图3所示。BT1是电压为3V的纽扣电池，作为DS1302的备用电源。Y2是频率为32.768 KHz晶振。DS1302的5、6、7引脚分别同单片机的P2.1、P2.2、P2.3的引脚相连。
2.3 环境光线检测模块
本设计使用光敏电阻和ADC0832模数转换器结合的方式检测，工作原理是当照射在光敏电阻上的光线亮度发生变化时，光敏电阻的阻值也随之相应的发生变化，其变化是光线变强阻值减小，反之亦是，此时ADC0832的通道0得到的电压值随光线的变强而减小，ADC0832将电压信号转换成数字信号，送给单片机，使得单片机能对环境明暗程度信号分析和处理。
2.4 路灯控制单元
本设计采用LM317稳压器，输出电压变化范围是Vo=1.25V-37V，CD1、CD2起到滤波的作用。稳压电路图如图4所示。
路灯控制电路如图5所示，Q1为PNP性三极管；RL1、RL2为继电器；D5为续流二极管；D1、D2、D3、D4为发光二极管。当L1为低电平，则RL1闭合，灯是全电压工作；当L1为高电平、L2为低电平，则RL2闭合，灯是半电压工作；当L1、L2、L3都为高电平，则灯全部不亮。
3 软件设计
根据控制需要，系统软件主要分为五部分，分别是：（1）主程序，以一定的逻辑及方式调用功能模块，配置硬件资源。（2）LCD显示程序，对时间信息和状态信息的显示。（3）ADC0832光线采集程序，对环境光线信号的采集，将光信号转换成电信号再转成数字信号，便于单片机分析处理。（4）DS1302操作程序，处理时间信息，负责路灯开关定时控制。（5）定时中断程序。
软件流程图如图6所示。
4结束语
文章基于AT89C52单片机设计了一种路灯控制系统，实现了路灯按时间和光线双重控制，经实验检测，该系统工作稳定、性能可靠、便于扩展，自动化、智能化程度高，有助于大幅度节省电力资源，降低管理成本，契合当前城市发展需求，具有较高的应用价值和良好的商业前景。
参考文献
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【关键词】单片机 ISD1700语音控制芯片 LCD显示
一般的公交车报站系统分为两种，一种是司机通过按键来操作，熟悉路线的司机在车辆驶入站点一定距离范围内时，按下所对应的按钮，系统报站。另一种是通过全球定位系统（GPS）的用户终端接收工作卫星的导航信息，从而解算出车辆的经纬度信息，进而计算出实时坐标，将其与站点坐标相比较，当车辆驶入站点一定距离范围内时，不用人工干预，系统自动报站。两种报站方法来说，第一种不智能，容易出现失误，第二种花费昂贵巨大。所以本设计就利用两个TCRT5000红外反射器作为检测站牌的传感器，红外反射器轮流检测到站牌后，单片机判断接受信号的高低电压并发出指令进行相应的语音报站，并进行液晶显示，检测不仅准确而且价格低廉。
1 设计思路及设计方案
1.1 设计思路
本系统使用八位单片机作为控制器件。当系统进行语音再生时，单片机控制语音合成电路中的语音芯片来读取其外接的存储器内部的语音信息，并合成语音信号，再通过语音输出电路，进行语音报站和提示。同时，单片机读取传感器返回的站台信息，将信息显示在液晶上。当系统进行语音录制时，语音信号通过语音录入电路送给语音合成电路中的语音芯片，由语音芯片进行数据处理，并将生成的数字语音信息存储到语音存储芯片中，从而建立语音库。
1.2 硬件电路设计
硬件电路包括控制器选型、红外反射模块电路设计、语音控制电路设计、按键电路、指示灯、电源电路设计等；其中控制器选择STC89C52--带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器，红外反射模块电路以TCRT5000红外反射器为核心，工作电压：DC 3V～5.5V，推荐工作电压为5V，检测距离：1mm～8mm适用，焦点距离为2.5mm；语音控制电路设计以ISD1700芯片为核心，通过软件编程实现完成指定地址的放音工作，同时还能嵌入整个费额显示程序中。
1.3 软件设计
系统上电后，程序自动初始化，通过延时，电源指示灯闪烁，主控器读取语音芯片存储的地址及录音指针，进行复位，将语音置于第一段，完成语音芯片初始化，通过查看位置表是否小于9，来判断上行线，还是下行线。在LCD12864屏上显示。再通过红外传感器1号和2号轮流触发，指示灯亮，将得到的信号返回给主控器，再命令语音芯片播放当前站点信息，完成后语音地址自动加1。依次播放显示，直到最后一段语音播放完毕再返回第一段语音，循环播放。
包括主程序--包括初始化，读取语音芯片存储的地址及录音指针并正确判断当前站点以决定播放位置并正确播放站点站名等功能；红外线播站子程序--实现站点的正确播放，并顺序播放到达站点的站名等功能；录音操作子程序--实现站点录入及修改等功能。
2 电路功能调试
本设计主要有主控制板，LCD12864板，喇叭，电池盒，USB线，排线，共6部分，先将喇叭和LCD12864板与主控制板连接，再连接供电部分，红外反射器上方不得有物体遮挡。上电后若有问题可以按复位键进行初始化。经过静态及动态电路调试以及软件调试，所设计的公交车自动报站电路器实现了预期的功能。
3 结语
该系统实现了公交车自动报站功能。本系统功能强大，成本低，系统稳定，无需人工介入，语音音质好，很好的实现了车辆报站的自动化，具有很强的实用性。系统选用ISD1700语音芯片，它的录音数据被存放方法是通过ISD多级存储专利技术实现的，用声音和声频信号的自然形式直接存放在故态存储器，从而提供高质量回放语音的保真度，使得该系统与其他语音报站系统相比较，语音质量较好。另外，本设计仍然存在的许多的不足之处，比如它在报站时刻上不能十分的精确，存在一定的误差。这些问题都需要在今后的研究工作中加以改进，使系统更完善，更好的为人们服务。
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作者简介
段了然（1992-），女 ，现为新疆农业大学机械交通学院学生，所学专业：电气工程及其自动化。
李雪莲（1967-），女，四川省仪陇县人，硕士，副教授，研究方向为农业电气自动化。系本文通讯作者。
作者单位
直接数字频率合成器（DDS）因具有频率转换时间短、频率分辨率高、输出相位连续、可编程控制和全数字化结构、便于集成等优越性能，在雷达、通信、电子对抗等电子系统中应用越来越广泛。目前，在相控阵雷达和多路信号波形发生器等一些应用场合，开始出现同时使用多片DDS芯片输出多路同步信号波形的趋势。笔者在三通道雷达中频信号模拟器的设计中，使用数字信号处理芯片TMS320C6701对三片直接数字频率合成器芯片AD9852同时进行控制的接口电路，研究了对多片AD9852芯片输出模拟信号实现相位同步的几项关键技术。本文就这一接口电路作介绍。
1 AD9852和TMS320C6701简介
该系统选用的直接频率合成器是AD公司生产的AD9852，它能产生频率、相位、幅度可编程控制的高稳定的模拟信号。在最高系统时钟300MHz时，输出频率的范围可达DC-120MHz，精度可达1.066μHz，频率转换速度可达每秒1×10 8个频率点；具有14位数控调相和12位数控调幅功能；具有相移键控（PSK）、扫频功能（CHIRP）和频移键控（FSK）功能。
该系统选用的数字信号处理芯片（DSP）是TI公司生产的高速浮点TMS320C6701，其内部CPU集成了8个并行功能单元，配有32个32位通用寄存器，它在6ns周期时间里最多可同时执行8条32位指令，其运算能力可达1G FLOPS；存储器寻址空间为32位，可寻址8/16/32位数据；有4个自加载的DMA传输通道。
2 TMS320C6701与AD9852接口电路
TMS320C6701是本系统的控制中心，其主要功能是将控制信号和信号波形参数发送到AD9852内部相应的控制寄存器，二者的接口电路原理框图如图1所示。
对AD9852内部控制寄存器可以进行并口或串口的读写操作。因为AD9852的串口传输速率最大仅为10MHz，而并口传输速率可达高达100MHz，为了提高DSP对AD9852的控制速度，本系统采用了并行接口方式，三片AD9852的8位数据总线同时占用DSP数据总线的D0～D7位，它们的6位地址总线同时点用DSP地址总线的A2～A7位。由于AD9852器件没有片选输入信号。需要利用DSP的写信号/AWR、片选信号/CE0和高位地址数据线的第A21～A20位，并由EPLD对其进行译码要成WRB NO.1、WRB NO.2和WRB NO.3写信号，分别控制三片AD9852器件的写信号WRB，该写信号负责把数据总线上的数据写入到AD9852的I/O缓冲寄存器中数据总线上数据写入到AD9852的I/O缓冲寄存器中进行缓存，这样就实现了片选不同AD9852芯片目的。
TMS320C6701还控制EPLD产生三片AD9852需要的复位信号RESET和外部更新时钟EXT I/O UPDATECLK。为了使三片AD9852和EPLD之间系统时钟同步，它们的外部参考时钟REFCLK由同一个50MHz的温补晶振提供。
3 三片AD9852同步工作的关键技术
为了实现三片AD9852输出信号波形相位同步，必须保证所有的AD9852芯片在同一个系统时钟节拍下工作，每个AD9852的系统时钟之间的相位误差应该最大不超过一个周期。AD9852内部系统时钟形成原理图如图2所示。AD9852有关分或单端两种参考时钟形式，它们既可以直接形成系统时钟，又可以通过参考时钟倍频器倍频后形成系统时钟，选择哪种参考时钟和是否通过参考时钟倍频器倍频可由用户根据需要自行设置；异步的外部更新时钟经过边沿检测电路后与系统时钟同步，形成上升沿，触内部控制寄存器更新内容。从上述分析中可以看出，只有三处AD9852芯片参考时钟同步，才能避免它们系统时钟彼此之间不同步。下面介绍影响三片AD9852芯片同步工作的几个关键信号。
3.1 参考时钟信号
实现多片AD9852芯片同步的首要要求是每个AD9852的输入参考时钟之间必须有最小的相位差。本系统要求用一个时钟信号源产生四路相干时钟分别分配给EPLD和三片AD9852，这给保证时钟信号的驱动能力和信号完整性带来了难度。本系统的解决办法是将温补晶振产生的信号首先传送到一个零延迟时钟驱动芯片CY2305的输入端，再由该芯片输出四路同步时钟信号，其中一路时钟直接供给EPLD，其它三路时钟分别输入给三个MAX9371芯片，此芯片把输入的单端LVTTL电平时钟转化成差分LVPECL电平时钟后，再分别输入给三片AD9852芯片。为了使输入到每个AD9852的参考时钟信号的延迟时间保持一致，需要采用蛇形差分对的走线方法精心布线，使参考时钟PCB走线距离相同。本系统AD9852的参考时钟之所以采用差分输入模式，是因为它不仅可以抑制时钟信号上的共模噪声，而且它还具有最小的率和更短的上升和下降时间（小于1ns）。
3.2 更新时钟信号
在对AD9852进行控制编程时，写入AD9852的数据首先被缓存在内部的I/O缓冲寄存器中，不会影响到AD9852的工作状态；只有当AD9852的更新时钟信号的上升沿到来时，触发I/O缓冲寄存器把数据传送给内部控制寄存器以后才改变AD9852的工作状态。更新时钟信号的产生有两种方式，一种是由AD9852芯片内部自动地产生，用户可以对更新时钟的频率进行编程来产生固定周期的内部更新时钟；另一种是由用户提供外部更新时钟，此时AD9852 I/O UD引脚为输入引脚，由外部控制器提供信号。
在同时定改三片AD9852内部的频率和相痊控制寄存器的过程中，为了防止因数据建立和保持时间的原因而出现编程信息传输错乱，使AD9852的输出信号失去同步，本系统使用由EPLD提供的同一个外部更新时钟信号。若使用AD9852内部更新模式，尽管可以简化系统设计，但因为AD9852内部时钟频率较高，会受到AD8952接口速率的限制，使AD9852的控制时序不易控制。对外部更新时钟信号的PCB布线同参考时钟的要求一样，必须使它的上升沿同时到达每片AD9852.
3.3 复位信号
该系统三片AD9852使用同一个复位信号，它在系统上电后和发送控制数据之间由EPLD产生，对AD9852的所有寄存器进行初始化，使相位累加器的状态被设置为初始零 相位，使三片AD9852输出信号相位同步有个参考起始点；它也可以控制AD9852内部的14位相位调整控制寄存器，根据实际需要使它们输出的模拟信号之间保持一定相位差，它调整相位的精度可达到0.022°。
3.4 参考时钟信号倍频
输出频率较低的温补晶振性价比较高，当使用它产生参考时钟信号时，需要使用AD9852片内参考时钟倍频器的锁相环电路，实现4～20倍频后才成为系统时钟信号，这使多片AD9852芯片同步工作的问题变得复杂了，这是因为AD9852内部的锁相环工作有两个状态；锁定状态和获得锁定状态。在锁定状态，系统时钟信号和输入的参考时钟信号可以保持同步。但当给AD9852发送控制指令时，其参考时钟倍频器工作后的一小段时间内，锁相环不能立刻锁定，它工作在获得锁定状态，此时传送到AD9852的相位累加器的系统时钟周期个数是不可控的，直接导致三片AD9852输出的信号之间相位不能同步，因此一定要等待锁相环工作在锁定状态以后，再更新AD9852内部频率或相位等控制字。AD9852片内锁相环锁定典型时间约为400μs，由于每个AD9852的锁定时间不尽相同，建议至少留出1ms时间给锁相环锁定。
3.5 数据总线和地址总线信号
TMS320C6701的数据总线和地址总线需要同时与EPLD和三片AD9852相连接，为了提高总线的驱动能力，DSP输出的总线需要通过TI公司的SN74LVTH162245芯片进行驱动后才能与这些异步接口的器件相连接。但是，这样直接加上驱动的数字总线和地址部被三片AD9852分时复位会带来另一个潜在的问题，即复用的总线给多片AD9852之间提供了一个互相耦合电气通道，使它们的模拟输出信号之间的隔离度可能达不到60dB的系统指标要求，故需要进一步改进。本系统采用的方法是使被复用的TMS320C6701总线上的每一路信号首先驱动SN74LVTH162245上的四个输入端，这样就可以从它的输出端得到四个被相互隔离的四路相同信号，然后再各自加端接匹配电阻，对每路信号进行匹配后再接到各自的终端。这样不仅解决了信号隔离问题，还很好地解决了一路信号线因驱动多路终端所引起的传输阻抗不匹配的问题。
4 AD9852的操作控制时序
（1）给系统上电，DSP控制EPLD产生复位信号RESET，此信号需要至少保持10个参考时钟周期的高电平；
（2）依次给每个AD9852发送控制字，使每个AD9852工作状态由缺省的内部更新时钟模式改变成外部时钟更新模式；
（3）将AD9852时钟倍频器工作的控制字依次写入每个AD9852的I/O缓冲寄存器中，EPLD产生外部更新时钟的同时更新每个AD9852内部控制寄存器；
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