电子技术-电子产品开发-益智玩具开发-软硬件设计-松翰单片机_深圳市组创微电子有限公司-软硬件一体化解决方案-松翰代理商

电子技术

07-05

2021

嵌入式系统软硬件

随着计算机技术的发展，嵌入式系统的应用领域不断扩大，大至航天飞机自动导航系统，小至移动电话、智能家用电器。嵌入式系统是一种典型的软硬件混合系统，目前的产品一般包括嵌入式微处理器和相应的控制软件。一、嵌入式系统与软硬件协同开发的简介早期的微处理器都是4位和8位的。随着制造技术的不断发展，集成的8位微控制器开始出现，并且16位微处理器也开始用于更复杂的嵌入式系统中，32位结构的设备和高度集成的微控制器逐渐占领了高端应用的市场。尽管如此，功能更强大的微处理器并没有取代早期的微处理器，而只是给嵌入式系统设计人员提供更大的选择范围，使其可以根据功能、特点、可用性和价格，选择合适的微处理器产品。早期由于系统功能单一，嵌入的软件部分都是由厂家自己单独设计的代码组成，所以非常简单。但随着应用的扩大，系统越来越复杂，尤其是对于高档嵌入式微处理器系统，多任务模型被广泛应用于软件开发，并且许多厂家还选择了第三方的商用嵌入式实时操作系统产品(RTOS)。嵌入式系统中的硬件资源环境一般比较苛刻，内存一般都不大，要在如此紧张的资源下完成复杂的功能，这就要求嵌入式系统的软件部分必须尽量的小巧、稳定和高效。二、软硬件联合设计的一般方法软硬件联合设计方法是在软硬件混合数字系统的设计过程中，针对传统的设计方法割裂了软件和硬件开发过程的缺陷而提出的，它是指软件和硬件使用统一的设计方法及采用一致的设计工具来进行综合、验证、模拟的设计方法。软硬件联合设计的主要步骤如下:(1)系统级建模描述:建立一个完整的系统描述，以便在不考虑实现细节的情况下验证系统的行为，驱动功能验证和软硬件划分；(2)软硬件联合综合:包括软硬件划分和调度、约束代码生成、硬件及接口综合。(3)软硬件联合模拟、调试和验证:在已知软件和硬件部件行为的基础上对系统的行为进行建模，并验证系统的功能和评价系统的性能。三、软硬件联合设计方法的运用与发展如前所述，嵌入式系统是一种典型的软硬件混合系统。在设计的开始，设计者要对系统进行软硬件划分。这里的软件及硬件不仅可以是分离的部件，也可以是同一个物理部件的不同抽象层次。在这两种情况下，软硬件之间的相互依赖关系都会导致在它们各自实现方法上的折衷。同时，由于嵌入式系统应用需求变化大，对性能、实时性和灵活性的要求较强，最初的设计和划分对于整个系统的设计质量影响很大；又由于高端产品的复杂性使得许多问题在软硬件集成过程中才会暴露出来。这些都对联合综合和联合模拟提出了需求，因此，嵌入式系统的设计有必要而且迫切需要引入软硬件联合设计的方法。从方法学的角度来看，嵌入式系统的软硬件联合设计遵循上述一般方法和规律。而随着微电子技术和嵌入式系统本身的发展，其设计方法还会呈现出一些新的特色。1、软硬件划分同其它软硬件混合系统的设计一样，软硬件划分是嵌入式系统设计中十分关键的一步。如何提高划分算法的效率，降低时间复杂性，是研究的重点。已有的研究成果从多方面提高划分的有效性，除了最基本的模拟退火算法，还提出了基于编译器指导的方法、基于图的最小代价算法、软硬件流水线化、交互式划分等方案。2、商用组件的标准化和高度集成化对软硬件设计的影响随着微电子技术的发展，更多的标准商用组件投入市场，同时高度集成的设备减少了芯片的数量。许多设计人员现在都非常乐意使用合并更多功能的微处理器和微控制器。相应地，软件的设计也出现了变化。软件开发工作量急剧增长，经常达到全部工作的70%～80%。为了缩短开发周期，伴随着硬件标准化的趋势，软件内容也从自行设计转向尽量采用具有知识产权的产品。利用可移植代码和标准的实时操作系统，成为设计嵌入式系统应用软件的方向。当然，对于嵌入式系统开发人员而言，涉及标准部件的集成和选择知识产权的决策也是非常复杂的，现在和将来都必须面对。从上述的变化中，可以看出:随着标准化软硬件组件的日益丰富，嵌入式系统设计中软硬件划分的粒度增大，从而系统描述相对明确化，软硬件设计工作明显简化，更注重接口设计和整体性能，设计空间灵活性和多样性大大增加。这些变化对现有的设计方法和相关技术提出了新的需求，比如如何精化划分算法，使之无需考虑不必要的细节，又比如进一步提高联合模拟和验证的抽象层次，缩短开发周期等等问题。3、嵌入式系统设计中的“联合”与“分散”在传统的设计方法中，软件的设计往往滞后于硬件，而软硬件联合设计方法中所采取的联合模拟技术、虚拟原型技术正是要弥补这种差距，因此，软件和硬件设计工程师一起工作成为一种发展潮流。通过联合设计，特别是联合验证技术，软件工程师能够尽早在真实硬件上测试，而硬件工程师能够尽早在原型设计周期中验证他们的设计。要达到这个目标必须提供集成的开发环境，在这个环境中可以完成软硬件建模、联合模拟及评价。目前已有一些解决方案，如指令集仿真器和标准的低价格的商业评估版。另外，低成本的主-目标机连接技术已经得到广泛应用。嵌入式系统发展的另一特点是，需要的开发人员越来越多。为了有效管理开发队伍，必须将一些专有技术封装起来，以便使非专业人员可以安全、可靠和直接的方式使用。因而，在嵌入式系统的设计中还要引入面向对象的思想。在许多大公司中，软件开发队伍不是简单的增长，而是正在分散化，成员的工作地点可以分布于不同的地域或不同的国家。这种情况导致了“技术中心”的出现，因而使用“软件部件”变得越来越现实。四、SOPC 嵌入式系统中软硬件协同简介随着半导体技术的高速发展，集成电路的规模不断增大，以及大规模可编程逻辑器件的出现，使得整个系统集成在单个芯片上并实现在系统可编程成为可能，这就是片上可编程系统SOPC(System on a Programmable Chip)。它支持并行SOPC技术具有灵活的设计方式:可裁减、可扩充、可升级，并具有软硬件在系统可编程的功能。基于FPGA(Field－Programmable Gate Array，即现场可编程门阵列)的片上可编程系统SOPC设计近年来在半导体领域中呈现出高速增长态势，成为系统级设计者的首选，但是随着系统规模的不断增大，使得整个系统的设计变得非常困难，系统开发周期越来越长，而现今的嵌入式电子产品对系统的开发周期是非常敏感的，因此快速、高效的设计方法是一个值得探讨和研究的问题。对于嵌入式系统设计中存在的这些问题，研究者提出了一种软硬件协同设计的新方法。SOPC系统是软件和硬件的综合体，系统中许多功能模块既可以由硬件来完成，也可以由软件来实现。硬件实现的特点是性能高、速度快，但是成本较高、灵活性差；而软件实现的特点是灵活性好、成本较低，但是性能差。因此，设计实现过程中如何兼顾系统的功能和性能(如功耗、成本、面积等)需求，使它们达到一种最优组合，这正是软硬件协同设计方法所要解决的主要问题。五、传统电子设计方法目前，国内外的企业普遍采用的是传统的嵌入式系统设计方法。这种方法的步骤是首先对系统的需求描述进行定义，然后进行系统的软硬件划分，划分好以后就开始分别进行硬件和软件的设计，如果硬件和软件设计中发现错误将直接返回到软硬件的划分。传统的嵌入式系统设计流程如图1所示。这种方法的缺点如下:1)系统的软件设计和硬件设计的并行性低，设计周期较长。这种设计流程采用先对硬件进行设计，然后是软件设计。即硬件设计好之后，在此硬件基础之上进行软件设计。此串行化的设计方法当硬件设计完成再进行软件的调试时，如果发现硬件设计出现错误，纠正错误就要付出高昂的人力、物力代价。不能对系统的软硬件进行协同验证，导致了设计重复性工作的次数大幅度增多，加大了设计成本。2)系统设计层次低，系统级设计依赖于手工，设计的大规模超出了设计人员的能力，系统的软硬件的开发流程缺少沟通与协调，导致设计效率的降低。3)对于定制的嵌入式处理器不支持，嵌入式处理器为固定的模块，不支持设计的可重用。六、软硬件协同设计方法的特点因为传统的嵌入式系统设计方法的这些缺点，人们开始探索新的设计方法来适应高速发展的嵌入式系统，这种方法就是软硬件协同设计方法。它早在1993年就已经成为嵌入式系统中系统级设计领域的研究方向和热点。软硬件协同设计方法的特点如下:1)软硬件协同设计技术采用并行设计和协同设计的思想，使得设计开发周期缩短，设计效率大大提高。2)软硬件协同设计采用了统一工具和表示方法，对软硬件合理进行划分，合理分配系统功能，对成本、性能、功耗等各个方面进行权衡，尽可能得到最优化的设计。3)软硬件协同设计采用软硬件协同仿真的方法，对整个系统进行全局的设计验证。软硬件协同设计对于设计的抽象层次有了很大的提高，而且拓宽了设计的覆盖范围，它可以使嵌入式系统的设计效率更高，速度更快。软硬件协同设计是一种新的设计方法和思想，它不仅仅是一种设计技术，它是要把软件和硬件的设计联系起来，以免这两部分设计过早的独立起来。软硬件协同设计技术现在正处于发展阶段，有很多理论还不成熟，然而这种技术极大地提高了嵌入式系统的设计效率，有很大的研究价值和社会意义。七、软硬件协同设计的开发流程嵌入式系统设计的主要任务包括:系统任务描述，系统建模，用来实现系统的功能需求；对系统进行适当的软硬件划分，用以满足性能要求、降低成本和功耗；系统的协同综合和对系统实现及规范性进行仿真。软硬件协同设计的目的是使系统的各影响因素之间可以相互协调地完成系统功能。软硬件协同设计基本流程如图2所示。1、系统任务描述要想设计一个SOPC系统，第一步是要明确系统的需求，也就是系统的性能和要实现的功能，接下来是对系统进行建模。SOPC系统的模型主要有有限状态机模型、数据流图模型、任务流图模型、离散事件模型、Petri网模型等。建立一个对软硬件通用的系统功能描述方法，来解决系统的统一描述问题，目前通常情况下是采用系统描述语言的方式。这样在软硬件划分后，才能编译并映射成硬件描述语言和软件实现语言，为系统的软硬件协同工作提供有力的保证。2、系统软硬件划分在传统的嵌入式设计方法中，软件和硬件的开发过程是割裂开的，它们之间缺乏沟通。这样就使得系统的设计效率很低。针对这一缺点，提出软硬件协同设计的方法，这种方法中软硬件系统的划分是软硬件协同设计中关键的步骤之一。系统中硬件实现部分对系统的性能有决定作用，通常硬件实现部分速度较快，但是成本控制在这部分也起着决定性的作用。系统中软件实现部分通常具有很大的灵活性，决定着系统配置的灵活性，但是要占用一定的FPGA逻辑单元和耗费一定的时间。如表1所示。表1指出了系统是由硬件实现还是软件实现对芯片面积、功耗、性能和人力与时间资源需求的影响，合理的软硬件协同设计方案，对嵌入式系统的设计有很重要的作用。软硬件的合理划分，在满足系统功能的基础上，能够充分发挥硬件处理的快速和软件控制灵活的特点。软硬件划分的结果追求的是提高系统运行速度、减小面积、降低成本、减少功耗。但软硬件划分通常是一个传统的难题，由于划分问题本身就具有很大的难度，而且SOPC具有巨大的搜索空间，所以情况更加严峻。现如今自动划分算法仍然不能取代有经验的设计者。划分的方法基本上从两个方面入手:一是面向软件，从软件到硬件要求满足时序的特点；二是面向硬件，从硬件到软件要求降低成本。在进行划分时，要考虑整个目标系统的体系结构、粒度、软硬件实现的成本等各个因素。划分完成后，产生软硬件系统的分割的界面，提供给软硬件进行沟通、验证和测试使用。常用的软硬件协同划分算法有模拟退火算法、遗传算法等。遗传算法和模拟退火算法的互补性比较好，将这两种算法相结合而形成的遗传退火算法将继承这两者的优点，在软硬件划分上的效能很好，现在这种智能算法是软硬件划分算法领域的一个研究热点。3、软硬件协同综合步骤软硬件划分完成以后，分别进行软件系统和硬件系统的设计实现。对划分完成的系统进行设计的阶段叫做综合。这个步骤的主要任务是将划分完成的系统的描述转换成为可以综合的硬件描述和可以编译的软件程序。构建包含软件和硬件的实现结构描述的设计转换过程。比如说划分后的描述可以翻译成为Verilog HDL(硬件模块)和C(软件模块)。软硬件协同综合包含以下三个步骤:1)处理单元分配，决定嵌入式系统由哪些处理器、DSP及专用硬件等体系结构级别的单元组成；2)任务指派，决定系统当中哪些功能由硬件处理单元实现，哪些功能由处理器用软件来实现；3)任务调度，决定分配给每个处理单元上任务的开始时间和执行顺序。4、软硬件协同仿真软硬件协同仿真验证是对整个系统设计的正确性和性能指标确定的一个评估阶段。在嵌入式系统设计的各个阶段，可以把仿真验证分为系统级仿真、行为级仿真、寄存器传输级(RTL级)仿真和门级仿真。系统级仿真一般情况下用来评估系统的整体功能和对算法的正确性的验证；行为级仿真可以对所设计的逻辑进行仿真，但不会考虑目标器件的特性，比如容量，延迟等，行为级仿真可以使用高级的语句，比如报错语句、文件读写语句、浮点格式等，但这些语句通常都是不能在目标器件中实现的；寄存器传输级仿真检查各模块的逻辑功能是否正确，然后，将通过仿真的各模块集成在一起，对整个系统进行功能仿真，这一阶段的仿真没有包括硬件电路的时间信息，因此，只能从逻辑功能方面对设计进行验证；门级仿真是将使用综合软件综合后生成的门级网表或者是实现后生成的门级模型进行仿真，不加入时延文件的仿真。典型的软硬件协同仿真一般是在CPLD或FPGA的开发环境下，在Quartus II下运行。系统如果采用的IP核等一些资源已经进行了单独的验证，则对它的门级或者RTL级的仿真验证可以省略。八、嵌入式系统软硬件协同设计总结基于SOPC的软硬件协同设计方法能够在宏观上把握复杂系统，克服了传统设计方法存在的缺点，能够充分挖掘软件和硬件之间的协同性，对系统的软硬件进行正确划分，并能够选取合适的IP，建立系统的设计平台和验证平台，推动软件和硬件的并行研发，降低设计风险，缩短开发周期，在嵌入式系统的设计中发挥着重要的作用。随着逻辑设计和EDA工具的支持，基于SOPC的软硬件协同设计技术在嵌入式应用系统的设计中发挥越来越重要的作用，将是今后IP－SOPC设计领域中的最核心技术。嵌入式系统具有强大的生命力，广阔的市场和深远的应用前景使它的发展日新月异。为了更快捷、更有效地开发各种嵌入式应用，研究软硬件联合设计方法具有很重要的学术和商业价值。系统建模、软硬件划分、虚拟原型等技术仍然是嵌入式系统设计中的关键问题，并随着微电子技术和计算技术的发展不断地补充和发展。以上就是我们深圳市组创微电子有限公司为您介绍的嵌入式系统软硬件联合设计方法。如果您有智能电子产品的软硬件功能开发需求，可以放心交给我们，我们有丰富的电子产品定制开发经验，可以尽快评估开发周期与IC价格，也可以核算PCBA报价。我们是多家国内外芯片代理商，有MCU、语音IC、蓝牙IC与模块、wifi模块。我们的拥有硬件设计与软件开发能力。涵盖了电路设计、PCB设计、单片机开发、软件定制开发、APP定制开发、微信公众号开发、语音识别技术、蓝牙wifi开发等。还可以承接智能电子产品研发、家用电器方案设计、美容仪器开发、物联网应用开发、智能家居方案设计、TWS方案开发、蓝牙音频开发、儿童玩具方案开发、电子教育产品研发。
07-04

2021

电子产品硬件设计

电子产品已经深入人们的生活并成为不可取代的重要的生活工具，而基于时代的需求，对于电子产品的要求越来越高，如何加快提升电子产品的实用性，如何提升其在市场中的核心竞争力，已成为当下电子产品行业从业人员需要迫切解决的重要问题。但与此同时，电子产品的实用性与其硬件设计紧密联系在一起，因此，对电子产品实用性问题的探究还需要从电子产品硬件设计入手进行深入分析。一、对于电子产品硬件设计的分析电子产品对于市场及用户而言，其竞争条件可以粗略划分为硬件设计内容和外在设计形象。基于一定前提，硬件设计条件往往直接决定了电子产品的实用价值，而用户在对于电子产品进行选择时，也是基于个人需求在不同硬件设计中选择性价比较高的产品，由此可见硬件设计对于电子产品的发展起到了至关重要的作用。而在我国，电子产品的硬件设计往往能够直接与企业的生产成本挂钩，换言之，高性能的硬件设计能够为企业有效降低生产成本并为企业带来更多的利润增值，进而能够更好地应对市场竞争变化所带来的冲击。以手机为例，当两款手机在外在条件方面不相上下时，用户往往会根据手机的性能来做出购买决定，而优质的性能就是高销量的保障，优质的性能又能够推动其他生产厂家提高自身的设计来争取占有更多市场份额，从而形成良性竞争环境。二、硬件设计的流程结合上文对于电子产品硬件设计的重要性的分析，我们需要了解的另外一些问题是，硬件设计的具体流程是什么？哪些因素又构成了硬件设计，使其成为如此重要的一环呢？针对以上问题，本文将通过介绍前期准备工作、原理图绘制以及PCB图的绘制及相关元件安装三个方面进行深入探析。1、关于硬件设计的前期准备工作如果说硬件设计的好坏是电子产品在市场中形成核心竞争力的关键，那么电子产品硬件设计的前期准备工作对于硬件设计而言就是工作开展的重要基础。硬件设计的前期准备工作主要是相关的项目规划和相应的准备工作，即将项目根据不同类别划分为若干区域，不同区域依照模块进行搭设。值得注意的是，模块搭设中所选用的元件或其他器件要依据图纸，尽可能使用寿命及使用周期较长的主流元件，并根据图纸搭设完成后进行测试，确保运行正常，并做好相关的记录工作，以便日后审核或回执使用。前期的准备工作的重要性不仅体现在它的基础性，还体现在它需要为后续的工作做好服务，前期准备工作直接决定了后期工作能否正常开展，因此极为重要。2、关于原理图的绘制工作元件的封装基于原理图的绘制，而原理图的绘制则需要依赖前期的准备工作，环环相扣。在绘制原理图时，首先要根据不同区域间的不同电路与元件，来画出功能块的原理图，然后进行标记，确认无误后开始封装。原理图的绘制工作是电子产品硬件设计的核心工作，也起到了承上启下的作用，基于原理图的绘制，能够对整块设计进行分析，及时找到问题与纰漏并进行修改，可以说原理图的绘制直接反映着电子产品硬件设计的功能性良好与否，需要引起高度重视。3、关于绘制PCB图PCB图的绘制是硬件设计流程中的最后一步，也是基于前期工作完善后的最终步骤，在完成原理图绘制工作的基础上，将原理图中的元件封装导入PCB图中，然后放置元件。在这个过程中，要格外注意元件的放置顺序、元件之间的联系性以及实际的相关布局等问题，确保从绘制尺寸到位置都精准无误后，完成硬件的设计工作。值得一提的是，要尽量避免在连接关系中出现重叠的现象，会直接影响硬件设计的设计需求，不同的电子产品需求不同，而作为最后步骤，应当整体进行翻查，避免出现疏漏。三、电子产品硬件设计的应用手机、电脑、相机等电子产品已经成为当下人们生活中不可分割的一部分，电子产品的硬件设计的应用与其实用性能够带给用户最直观的感受，不难推断，其对产品本身的销售也会造成影响，因此，如何基于硬件设计的应用提升产品的实用性就成为了关键问题。1、微型电子器件关于微型电子器件的探讨，笔者以集成电路为例来进行。集成电路相对而言体积小、重量轻，且成本不高，结构简单，符合当下电子产品的低能耗高可靠性要求，是基于时代发展的电子产品的发展方向之一。就集成电路而言，不仅能够在民用电子产品设备中看到它的身影，诸如计算机、电视等等，其在军事领域、通讯领域也同样活跃，由于集成电路的优势及配密度，使得设备的稳定性得到了长足的进步，因此其不论是在推动电子元件发展方面还是在提高产品的实用性方面，都表现突出。2、记忆设备的应用记忆设备的应用其实就是指存储器的应用，存储器是计算机的重要组成部分，通过存储器能够将数据进行存储和提取，进而对数据进行利用。存储器不仅仅在计算机中被应用，基于当下时代的发展需求，几乎所有的电子产品都会运用到存储器，目前为止的记忆设备大致分为两大类，一类是基于ROM类的存储器，即对于系统程序进行存储功能，另一类是基于数据的存储。四、对于电子产品实用性提升的设计在对电子产品中硬件设计的应用做简单介绍后，就需要对其如何提高产品实用性进行探究，以手机为例，手机在使用过程中，其实用性的体现与手机硬件设计有着直接联系，如：产品的耗损，即使用年限和使用年限中的流畅性问题，以及功能性耗损，即在使用过程中，保障其在产品元件出现问题时的及时维修性能。基于这两点，才能充分保障电子产品实用性不断提高。1、元件的耗损与流畅性在电子产品的使用过程中，不可避免的由于使用年限、使用次数、使用环境或其他因素，使电子产品元件产生耗损，元件的耗损可能会直接损害电子产品使用的流畅性或加大其出现故障的概率，进而降低产品实用性。因此在电子产品的硬件设计环节，首先基于实用性要考虑的就是关于电子产品硬件设计的耗损问题，通过已出现的耗损值来评价当下元件的耗损问题，并在此基础上进行整体的机构设计调整，设计出能够代替现有元件并降低耗损值的元件，在提升实用性的基础上，为用户带来良好的体验。以手机为例，手机在经过一到两年的使用，会出现点击软件启动缓慢、切屏缓慢或其他操作流程不流畅的问题，一些企业为了成本及利益，不考虑该因素，一味生产，反而导致手机的更新换代速度加快，在过快淘汰过程中，最终损失的是企业自身，良好的用户体验才能长久地留住用户，耗损不可避免，降低耗损值，让耗损出现得更晚或零件可更换才是关键，只有从根本上满足用户对产品的实用性需求，才能促使企业赢得市场口碑，进而获得长远发展。2、基于耗损的元件的可维修性可维修性简单来讲就是当电子产品中的元件出现耗损可及时维修和更换，以延续电子产品的使用，进而提高产品的实用性。在企业进行电子产品硬件设计时，就要考虑到这一点，对于硬件设计元件尽可能选择具有轻便性或者能够整合的元件组合，并提升硬件设计下电子产品功能的便捷性。在电子产品硬件设计、外观美观以及流畅性都达到某一标准后，对于电子产品长期使用产生的元件耗损提供维修服务。以电脑为例，电脑在逐年累月的使用过程中，难免会出现硬件元件损耗的问题，当问题出现后，用户基于电脑存储器中的文件的重要性，不能够更换或使用其他电脑，需要对于电脑进行维修以使电脑继续提供服务，而元件损耗一般情况下是元件的老化造成的，在维修过程中，要注意选择适当的能够进行替换的电子元件，既要符合最初电子产品硬件设计的设计理念，也要满足当下电子产品继续使用的需求，并避免更换电子元件后可能会出现的问题，如机身长期过热、产品流畅性严重下降等。五、电子产品硬件开发技术总结不论技术的发展多么便捷与迅速，电子产品的实用性始终是电子产品的核心竞争力，只有提高产品的实用性，多方面满足用户的需求，才能在电子产品的市场中占据一席之地。作为企业，不能只看到眼前的蝇头小利，要着手于从元件耗损、维修等多个方面提供售后来保障电子产品的实用性，同时在原有电子产品硬件设计中，充分考虑到各方面的因素，从根本上提高其实用性。望广大相关工作者能够在此基础上继续深入探究，为提升电子产品的实用性提出更多具有建设性的建议与意见。以上就是我们深圳市组创微电子有限公司为您介绍的电子产品硬件设计技术详情。如果您有智能电子产品的软硬件功能开发需求，可以放心交给我们，我们有丰富的电子产品定制开发经验，可以尽快评估开发周期与IC价格，也可以核算PCBA报价。我们是多家国内外芯片代理商，有MCU、语音IC、蓝牙IC与模块、wifi模块。我们的拥有硬件设计与软件开发能力。涵盖了电路设计、PCB设计、单片机开发、软件定制开发、APP定制开发、微信公众号开发、语音识别技术、蓝牙wifi开发等。还可以承接智能电子产品研发、家用电器方案设计、美容仪器开发、物联网应用开发、智能家居方案设计、TWS方案开发、蓝牙音频开发、儿童玩具方案开发、电子教育产品研发。
07-03

2021

英特尔硬件设计流程

英特尔嵌入式平台硬件设计流程指导技术发展日新月异，如何能够快速提供完整的解决方案，正成为现代高新技术企业的主要挑战。这就要求开发团队进行详细的研究并深刻理解实际需求，进行需求分析，比如产品各项性能指标、产品功能要求、测试认证需求、项目成本目标等，进一步明确设计任务。英特尔产品线比较广泛，针对设计任务和要求，学习平台资料进行评估，设计可靠合理、经济可行的方案时需要特别注意Intel平台各项功能参数与实际需求相符合，具体需要参考英特尔产品文档资料。一、英特尔平台文档资料名词术语1.1外部设计规范EDS(External Design Specification)这份设计文档包含了该平台支持参考设计中的使用和实现的资料，帮助客户设计使用英特尔的产品。还包含了使用特定的Intel组件的性能指标或系统设计的设计信息，以及Intel处理器核心、图形、内存控制器、总线信号描述、系统内存匹配、总线接口数量、电气特性、封装信息、时钟分配、芯片对电压的要求、以及上电顺序和输入/输出接口等具体信息。1.2平台设计指南PDG(P1atformDeSignGuide)设计指南包含的信息支持参考设计的使用和实现的信息，帮助客户设计使用英特尔的产品。还包含了使用特定的Intel组件的PCB板布局和板级系统设计的设计信息与设计建议，具体到CPU和芯片的每一种接口的接线与布线建议，如DDR拓扑结构、DMI、DDI、DSI、SATA、PCIe、USB等；Design Guide中也会有平台中电源分配与上电顺序设计指导等以及对PCB叠层、走线、接口、等长、过孔等做出详细的规范和要求。1.3客户参考设计原理图CRB(Customer Reference Board Schematic)客户参考板原理图描述了一个Intel完整产品的特性，包含了特定产品客户参考板的原理图设计，会把Intel对应平台的各个总线接口连接出来，通过调试即可实现系统功能，包括系统框架图、电源方案、时钟、平台上电顺序、电源管理、详细原理图实现到具体的元器件连接等。1.4客户参考设计布局文档(Customer Reference Board fi1e)客户参考板布局文件是针对目标系统设计的一个布局文件。与客户参考设计原理图相一一对应的，使用参考客户参考板用户指南、客户参考测试计划和客户参考系统设计。1.5平台布局检查表(Layout check 1ist)布局检查表是审查设计指南并实现一个系统布局设计重要环节，由大局到细节的与相关的平台设计指南一起配合使用的，具体的每个总线接口都有详细的要求和说明，比如说高速总线布线、过孔数量、时钟分配、特性阻抗、长度限制等检查可能发生的问题点，增强主板的稳定性能。1.6原理图检查表(Schematic design check list)原理图检查表是一份产品设计原理图需要审查的项目清单和列表，原理图推荐设计与指导，可自查与CRB原理图的接线区别与问题。检查有关芯片周边信号的连接、高速信号的连接、电源状态、时钟分配，未使用总线接口屏蔽注意事项，在原理图设计中常常与外部设计规范EDS配合使用。二、Intel项目设计流程2.1英特尔项目设计前期准备在实际项目设计前期，要进行需求分析和明确开发任务。设计人员需要及时联系Intel的技术支持工程师了解产品路线图，结合项目实际需求，一起讨论平台的芯片方案；开发调试阶段的调试工具种类和使用文档，明确项目开发计划及时间表；同步申请Intel CRB参考设计板进行先期调试与评估，以缩短产口开发周期，提前获得Intel的技术支持和设计资源。当然，参考EDS及其他文档的特性指标过程中，也需要进行初期产品软件实现可行性研宄，如与BIOS/OSV厂家讨论SW开发与设计，MCU的实现与系统配合，OS与driver的功能实现，系统散热方案的选择等。结合项目需求，开始准备设计文档和设计方案，需要先进行系统架构设计，画出系统框图与相关设计部门讨论实现，整理出电源分配、时钟、上电时序及复位、中断、调试等单元构思框图，结合Intel平台客户参考设计原理图CRB，进行器件选型和单元方案实现到整体方案的制定。需要参考PDG，EDS，CRB等文档，特别注意芯片的工作电压、工作频率、系统时序和整体功耗等，满足系统设计需求。2.2英特尔硬件原理图绘制阶段在原理图绘制阶段，首先参考Intel芯片库文件，做到原理图排版清晰合理，版面排列均匀，学习EDS文档中各组信号描述：系统内存、总线接口、电气特性以及上电顺序(此为平台上电设计的重要基础)，从EDS中查阅相关信息，并参考CRB根据平台各主要功能模块对时序的要求汇整后进行定义项目平台的上电时序；其次，结合项目功能需求，参考intel CRB原理图设计，特别注意电源分配、时针安排、高速信号的连接等，原理图初稿绘制后需要认真与intel的原理图检查表(schematic design check list)结合排查容易出错的地方，特别是DDR、PCIe、USB、DDI等高速信号；然后，硬件开发人员需要及时与SW同事一起讨论和准备BIOS/Boot loader程序，为第一版打样试产开机作好充分的准备。当然，选择与绘制其他元器件也是一个重要组成部分，需要充分考虑后期的加工以及生产流程的方便性和元器的替代性。可以同步申请Intel技术支持人员进行项目原理图的审查，结合检查结果，召开原理图设计小组进行最终讨论和修改，对功能、性能、冗余设计等客户功能要求规格与标准与Intel平台各项指标相符合，以及工厂的可生产性、可调试性、可测试性进行等，最终修改确定。2.3英特尔PCB布局设计阶段布局和PCB设计阶段，需要及时与机构/ID/EMI/RF/Power/thermal team合作，讨论主要芯片的位置摆放问题，以满足项目整体方案的设计需求。首先结合PCB叠层结构，计算各组高速信号的PCB走线的宽度能否顺畅，讨论电源器件位置以及敏感元器件位置摆放，产生正式设计文档：注意把I/0接口、温度、时钟元器件位置以及限高区域重点讨论其次，绘制PCB布局时需要选择合理的叠层设计、把主要元器件排列均匀，做到高速信号布线顺畅；要特别注意干扰源及敏感信号的屏蔽，各种不同功能模块的供电要做到相对隔离；注意高速信号与电源的走线分配，避免相互干涉；合理规划电源模块布局与电源分配路径，根据印制线路板电流的大小，尽量加粗电源线宽度，减少环路电阻。高速信号走线长度需要符合Intel规范，需要填写PCB板上实际长度在等长表中检查走线长度。合理规划高速信号的参考平面及电源平面，特别注意DDR、DMI、DDI、DSI、SATA、PCIE、USB等高速信号的布线，以避免信号干扰和窜扰效应；拉大高速信号和模拟信号之间的距离，尽可能地增大信号线间的距离，可以有效的减少容性串扰；应尽量减小环路面积减小感性串扰。地线设计中，注意数字地对模拟地的噪声干扰，可将数字地与模拟地分开、接地线应尽量加粗、数字电路系统的接地线构成闭环路，能提高抗噪声能力。关注信号完整性的信号阻抗匹配、线宽走线均匀、线距保持合理；避免传输线的阻抗不连续性，减少使用桩线等。模拟信号，时钟信号和温度信号等敏感信号走线尽量短，并远离电源等干扰源。过孔数量及分布合理，尤其是高速信号的过孔数量不超过要求，可以参考CRB layout file，layout check list和PDG。遵守英特尔参考设计文档PDG，做到电源分配合理，时钟走线得当，DDR等高速信号没有影响和被影响；后期，认真与layout对照检查表一项一项的仔细排查，尤其是高速信号、等长、电源、EMI对策等部分。接近发板前期，可以邀请英特尔专业工程师同步进行检查，收到反馈结果后及时召开layout布局检查会议，讨论并修改后产生正式设计文档进行发版制作。2.4英特尔PCB制作阶段PCB制作期间需要同步检查物料表，协调试生产排程，准备首件测试计划和调试工具软件、调试设备。当收到首片PCB时，首先进行电源相关的开短路测试，确认无误后进行上电测试，重点检查电源时序、时钟、reset等信号，对照英特尔平台EDS中的上电时序要求，软件硬件开发人员及时调整和解决不符合spec.要求的设计；接着power on完成后，需要完成功能测试报告和信号完整性测试报告，然后进行系统功耗与电源品质测试、主要器件的兼容性和系统稳定性测试；生成正式的测试报告和变更文档以便后续相关问题的追溯。必要时可以寻求英特尔平台应用工程师在主板调试验证方面的帮助。2.5英特尔硬件平台调试阶段根据首次试产后的测试结果，修改原理图和布局设计，进一步检查物料上件的准确性，同步解决工厂生产与功能测试相关的问题，形成设计文档：在第二次试生产后，进一步验证系统功能的稳定性，比如说高低温，老化，跑长时间多次开关机等测试；及时解决相关测试部门发现的集中性问题。第三次打板后足够台数、次数的多次验证系统稳定性的同时，也需要在产品最终量产前，改善生产良率，比如说简化设计，使用排组减少零件数量等，对工厂生产和测试过程中，遇到的集中性问题进行解决直到开始量产出货。总结英特尔嵌入式平台设计的目的是为了让系统设备达到预期的功能，系统能够更加稳定的运行，本文重点强调的Intel各个主要设计文档的功能与内涵，解决了X86开发工程师在设计嵌入式平台过程中遇到的种种困惑以及给出了指导方案，在大部分的系统硬件设计过程中运用可取得较好的项目成果，能够缩短产品上市时间与开发资源。当然，现代快节奏的产品开发周期，各种项目的要求也千差万别，可以结合具体实际情况，有针对的选择重点的开发方向。以上就是我们深圳市组创微电子有限公司为您介绍的英特尔嵌入式平台硬件设计流程指导。如果您有智能电子产品的软硬件功能开发需求，可以放心交给我们，我们有丰富的电子产品定制开发经验，可以尽快评估开发周期与IC价格，也可以核算PCBA报价。我们是多家国内外芯片代理商：松翰、应广、杰理、安凯、全志、realtek，有MCU、语音IC、蓝牙IC与模块、wifi模块。我们的拥有硬件设计与软件开发能力。涵盖了电路设计、PCB设计、单片机开发、软件定制开发、APP定制开发、微信公众号开发、语音识别技术、蓝牙wifi开发等。还可以承接智能电子产品研发、家用电器方案设计、美容仪器开发、物联网应用开发、智能家居方案设计、TWS耳机开发、蓝牙耳机音箱开发、儿童玩具方案开发、电子教育产品研发。
07-02

2021

电路板诊断维修

本文的研究对象主要是电路板，通过对电路板常见问题的细致诊断可知其具体的维修措施。不同的故障问题相应地应采取不同的维修策略。实际上，通过对电子设备电路板故障问题的全方面分析，我们可以清楚地了解到及时对设备实施运维是非常有必要的。借助以下几点措施，可有效提升电路板工作的质量，同时还可将其安全性、可靠性得以稳步提升。首先，就电路板故障情形下的诊断方法进行归纳，包括测量法、排除法以及替换法。其次，将具体的维修策略进行归纳、总结，包括清洁除锈措施、检测熔断丝、检测元件以及查找腐蚀点等。电子设备的革新离不开先进科学技木的发展，在技木的支持下现在的电子设备电路板形式多种多样，不仅有双面板形式还有多层板的形式。实际上，用电器械布局的科学整合以及固定电路的批量生产均会受到其不同形式的影响，具有非常特殊的实用性价值。如今的电路系统建设越来越多元化且智能化，可想而知随之而来的便会是电路板故障问题的逐渐増多。为确保相关设备能够更加高效的服务于企业或者个人，就必须及时加强运维效车，且将现有的故障问题及时解决。一、概述常见的电路板故障诊断手段无论是对电子设备电路板实施更换，还是对其进行专业性的维修，在采取具体的措施之前首先需要及时判断结构的芫整性，准确评判与设备相关的故障要素。故而本又现就三种常见且高效的诊断故障的万式进行总结归纳，将其工作原理及时呈现出来。1、关于测量法的工作原理在开展测量法的时候，首先需要将万用表装置来测定相关装置的输出电压参数。在此基础上，便可对其故障进行评估与测定。当然，故障诊断工作者必须对机器设备有非常深入的了解，能够掌握相应的基础知识，尤其是对装置输出电压参数的取值范围有非常明确的认知。经过对实践经验的总结，我们可以知晓两种不同的取值万式：首先，根据生产厂冢所提供的＃细数据来明确取值范围。其次，是在第一次使用电路板的时候实施精准的测定，继而把它视为基准数据。2、关于排除法的工作原理现将排除法的基本原理归纳如下：相关工作者可依据电路板装置的运行原理，来进一步判定故障现象出现的主要原因，随即便可采取从简单到复杂的工作理含逐一排除故障问题。通常清况下，往往电路板的故障问题会出现在最后检测的部件中。实际上，具体的故障诊断手段是基于电路板连接机械故障至电路板附件装置机械故障的途径。实践证明，这一种故障排除的万式具有非常高效的作用。相比较而言，排除法具有非常多的优势，例如具有极强的可控性以及操作性等。3、关于替换法的工作原理所谓的替换法，就是将处于同等状态的电路板实施替换，从而对比检测出故障所在。为了达到一定的经济性效果，常见的诊断作业如下：假设型号相同的机械设备在运行的时候，若需诊断某一机械设备的电路板问题，就需要把这一个电路板与正常运行清形下的机械设备实施调换。在这一操作清形下，假设实施替换操作之后依旧存在故障问题，此时就可断定该电路板具有故障问题。二、高效维修电路板故障事宜的重要举措1、及时落实凊洁除锈的工作内容实际上，电路板装置中出现部分物质或者吸附性的杂质是在所难免的，然而当这些吸附性物质出现在电路板装置中时，故而就会使得相关元件的散热受限，甚至会使得电路板出现瘫痪状况。若是电路板受到了严重的损毁，设备就很难继续运行。尤其是当附着性灰尘出现在芯片接角的时候，继而会使得芯片元件ｆｔ定性不高，甚至会引发电路板短路的问题出现。由此可见，及时对电路板实施凊洁除锈的维修事亘是非常有必要的，及时减少附着性灰尘对设备的干扰。2、科学检测熔断丝装置为了保险起见，电路板装置中均安装有熔断丝部件。如此一来，即便是电路板经过高电流的时候仍旧可起到保护元件的作用，防止元件被损坏。也就是说，在检测的时候还需要及时对电路板装置中的熔断丝实施检测，掌握熔断丝的损毁状况。当出现熔断丝损毁的问题时，必须及时将其进行更换，即采用同一型号的熔断丝。3、关于元件损坏问题的探究在进行电路板维修工作之前，必须先对不同的部件进行仔细的观察，同时依据观察来进行评估。通常其故障形式是如下三种类型：第一种是裂缝问题，即电路板元件电容出现面积变大的问题，同时存在裂缝等现象；第二种是三极管被烧毁，呈现为贯穿性的状态。第三种是电阻元件被烧断，无法达到及时的保护作用。针对这一现象，必须及时将相同型号的装置进行替换，借此处理电路板故障问题。4、对腐蚀点与虚焊问题进行检测由于制作工艺因素的存在，故而会对部分机械设备内部电路板装置产生极大的影响。当一段时间的运行之后，部分元件接角的位置就会出现一定程度的虚焊问题。除此之外，在潮湿环境的影响下电路板装置也同样会出现腐蚀问题。实际上，潮湿的环境是不利于电子设备的电路板装置正常运行的，故而其部分元件的运行效车会受到极大的影响。针对以上问题，需在故障所在之处实施假焊举措。同时，还可依据现实条件采取二次连接的维修手段。现如今，我国的科学技木水平己经有了明显的提升，并且拥有先进技木的人才也越来越多。可见，我国现代化发展速度会有非常可喜的改进。由于电力系统的运行效果与人们的日常生活关，故而相关部门需及时加强电子设备的管控，充分发挥先进人才的技木与理含，提升电路板维修效果。以上就是我们深圳市组创微电子有限公司为您介绍的电路板的诊断与维修技术。如果您有智能电子产品的软硬件功能开发需求，可以放心交给我们，我们有丰富的电子产品定制开发经验，可以尽快评估开发周期与IC价格，也可以核算PCBA报价。我们是多家国内外芯片代理商，有MCU、语音IC、蓝牙IC与模块、wifi模块。我们的拥有硬件设计与软件开发能力。涵盖了电路设计、PCB设计、单片机开发、软件定制开发、APP定制开发、微信公众号开发、语音识别技术、蓝牙wifi开发等。还可以承接智能电子产品研发、家用电器方案设计、美容仪器开发、物联网应用开发、智能家居方案设计、TWS方案开发、蓝牙音频开发、儿童玩具方案开发、电子教育产品研发。
07-01

2021

电路仿真软件选用

电路级仿真分析由电子元器件构成的电路的性能，包括数字电路的逻辑仿真和模拟电路的交直流分析、时域和频域分析等。电路级仿真必须有包含PSPICE参数的元器件模型库的支持，仿真信号和输出数据代替了实际电路调试中的信号源和示波器。电路仿真主要是检验设计方案在功能方面的正确性。电路仿真技术使工程师在实际电子系统产生之前，就有可能全面地了解电路的各种特性。现在电路仿真也广泛用于各类学校的电子专业教学。商品化的电路仿真软件种类比较多，软件性能特点各不相同，应用的便利性也有差别。根据工程和教学的需要选择合适的电路仿真软件可大大提高工作效率和教学效果。一、电路仿真技术的功能特点电路仿真是经过广泛实践，被证明是相当有效的分析技术，被越来越多的电子设计者采用。电路仿真技术可以在下面几个方面发挥作用。1.验证电子电路设计采用电路仿真技术对不同的电路设计方案快速地进行模拟分析，保证设计思想正确。在电路形式确定以后，对电路的元件参数进行灵敏度分析和容差分析，优化电路参数，保证设计质量。电路设计采用仿真技术，能极大的减少人工劳动，缩短设计周期，降低设计成本。如滤波器设计中有大量的复杂分析。用人工计算全部数据的话，要耗费大量的时间。采用电路仿真软件可以在几分钟内得到结果，而且误差可保持在工程规范的范围内。与传统的电路测量方法相比，计算机仿真可预测某特定电路参数的变化过程和最终结果，使人们对电路性能的变化规律有深入的了解。例如，元件参数的误差会给产品性能带来多大的影响？哪个元件的误差会给电路性能产生最大的作用？采用电路仿真技术中的蒙特卡洛分析能快速得出结论。应用最坏情况分析，设计人员可方便地测试各种极端情况，观察极限条件下电路的反应。灵敏性分析使用户能够确定由于设计或元器件参数更改引起的电路性能参数（诸如周期、增益或上升时间）的变化比例。在常规测量有困难，特别是在实际系统中具有破坏性的实验研究中，电路仿真技术尤其有优势。如某些电子设计涉及高电压和大电流，不正确的设计参数可能造成电子元件损坏，使设计进程受阻。电路仿真用于数字电路同样具有高效率、高精度的特点。在搭建电路之前使用仿真技术，可避免各种致命的损坏，增加成功率。作为一种模拟技术，仿真虽然还不能完全取代真实电路的实际测量。但由仿真产生的各种参数在设计中有决定性的意义，也为实物试验提供了数据基础。2.电子专业的辅助教学电子学是一门实验性很强的学科，电子学原理的学习最好和实验同步进行，以加深感性认识。实验需要测量仪器和电子元件。受到客观条件限制时，用电路仿真验证理论分析结论不失为一个有效的方法。电路仿真能记录分析中的全部数据，可以方便地重现各种电学过程，特别是一些瞬息即逝的现象。如振荡电路的起振过程，一般只有1毫秒左右。在没有存储功能的示波器上无法观察到这一过程。而使用仿真可记录电路起振的全过程；再如用电路仿真软件可构建各种运算电路，随时验证运算放大器的电路理论，比搭建实验电路更为简便快捷。绘制的电路图和产生的仿真曲线可被复制到文档中，使你的实验报告看起来更有说服力。学习电子电路，不仅要掌握基本原理和计算方法，还要注重电路的设计、分析和研发能力的培养。通常实验室不可能提供世界上各厂家的最新器件。而电路仿真可以采用新器件的模型加以模拟和分析。应用电路仿真技术还可设计验证、测试、设计和创新等不同形式的训练，培养学生多方面的能力。3.学习电子工程测量技术测量是电子技术的基本技能之一。电子测量有两个方面的要求：掌握电子仪器的操作方法和数据的采集分析。在电子测量中，要用到多种信号发生器：如高频信号发生器、低频信号发生器和函数发生器等。这些仪器产生的信号在电路仿真软件中都能实现：如瞬态源可产生函数发生器的各种信号，非线性受控源可产生调幅波等。通过设置仿真源的信号参数，能深入理解各种波形的电学意义。在仿真软件的图线界面中，根据对测量结果的期待，选择波形的显示参数，相当于调节电子仪器的各个旋钮。电路仿真产生的波形图线比示波器荧屏有更大的幅面和更精确的坐标。软件的图线测量工具可对信号曲线实施多种测量，如周期信号的幅值、频率、周期、相位及脉冲信号的上升时间，信号的过冲幅度等。测量工具是完全图形化的，具有很强的交互性，能自动计算各项参数。波形计算器对波形进行数学计算。波形计算器使用各种数学符号及函数，计算信号的如平均值，微分积分等数据。在大多数软件中，利用波形计算器，可以交互地构建复杂的函数表达式，产生新的波形。部分仿真软件的测量结果可以被直接标注到图表中。运用某些软件(如Multisim)中的虚拟仪器，对掌握真实仪器的性能和操作很有帮助。二、电路仿真软件的基本性能随着微机技术的发展，基于Windows的EDA软件水平不断提高，现在有很多不同软件公司生产PC版的电路仿真产品。这些产品有不同技术档次和应用定位。一些以印制电路板设计为主要应用的软件也有内嵌仿真组件，如ORCAD的PSPICE、Protel的Simulate等。专门用于电路仿真产品品牌比较多，如Multisim、TINA、ICAP/4、Circuitmaker和Micro-CAP等。通常这些软件都是基于电路仿真语言PSPICE。各种电路仿真软件的界面和功能各有特点，数据的显示和处理方式也不尽相同。可以从下列四个方面来评价电路仿真软件的实用价值。1.仿真项目的数量和性能仿真项目的多少是电路仿真软件的主要指标。各种电路仿真软件基本的分析功能包括静态工作点分析、瞬态分析、直流扫描和交流小信号分析等4项。还可能有的分析功能有：傅里叶分析、参数分析、温度分析、蒙特卡罗分析、噪声分析、传输函数分析、直流和交流灵敏度分析、失真度分析、极点和零点分析等。仿真功能比较少的软件如SIMextrix只有6项，而TINA有多达20项。Protel、Orcad、P-CAD等软件的仿真功能在10项左右。专业化的电路仿真软件有更多的仿真功能，对电子设计和教学的各种需求考虑得比较周到。如TINA的符号分析、Pspice和ICAP/4的元件参数变量和最优化分析、Multisim的网络分析和数字电路仿真、CircuitMaker的错误设置等都是比较有特色的功能。PSPICE语言长于分析模拟电路，对数字电路的处理不很理想。各种软件的解决方法也不一样：如Protel对数字元件采用Digital SimCode描述，并用乔治亚大学的XSPICE处理数字仿真。Multisim采用基于VHDL、Verilog或C代码描述的模拟和数字器件协同模型。对于纯数字电路的分析和仿真，最好采用基于VHDL等硬件描述语言的仿真软件，如Altera公司的可编程逻辑器件开发软件MAX+plus II等。2.仿真元器件的数量和精度软件元件库中仿真元件的数量和精度决定了仿真的适用性和精确度。电路仿真软件的元件库有数千到1、2万个不等的仿真元件，但软件内含的元件模型总是落后于器件的开发和应用。因此，除了软件本身的器件库之外，器件制造商的网站是元器件模型的重要来源。设计者可根据最新器件的外部参数自定义元件模型，构建自己的元件库。对于教学工作者来说，软件的元件模型库完全可以满足常规教学所需。电路仿真软件的元件分类方式有两种：按元器件类型如电源、二极管、74系列等分成若干个大类；或按元件制造厂商分类。大多数仿真软件有电路图形符号的预览，便于取用。各电路仿真软件对元件的PSPICE模型都作了简化。如PSPICE的电阻模型有一阶、二阶和指数等三个温度系数。多数软件只定义了前两个温度参数，只有TINA定义了电阻的三个温度参数，而Protel的电阻未定义温度系数；又如双极型晶体管有40个PSPICE模型参数，Multisim规定了全部的参数、TINA也有32个，Protel只有22个。所以对仿真精度要求比较高的设计要采用高精度的元件模型，或根据实际元件修正模型参数。查阅和修改组件模型的方法各个软件的处理各有不同。有的在元件属性框中即可修改元件模型参数，而有的要打开专门的模型参数文件或界面才能修改。3.数据显示和处理能力运行仿真后会得到大量的电路数据。仿真数据的显示方式有列表和图线两种。如计算直流静态工作点后，Protel将节点电压、支路电流、元件消耗功能和电源端等效电阻等数据以列表显示；Pspice和MicroCAP可将电压、电流和功率标示在电路图中。瞬态分析、直流扫描、交流小信号分析一般以图线显示结果。图线可以被打印或保存为特定格式的文件；部分软件可将波形保存为通用的PWL（以时间—电学量数对组表示的）格式文件，或导出到Excel中。也可以复制图线，把它粘贴到Windows的“画图”中，处理后保存为图片文件；或直接把图线粘贴到Word、PowerPoint、Autherware等软件的文档中。各电路仿真软件对波形图线的处理能力不同。但一般都有如下数据处理功能：(1)波形测量：显示为不同类型的坐标刻度(线性、对数、幅度、分贝等)；测出图线的有效值、方均根值、峰峰值、平均值、最大值、最小值、周期等。(2)图线计算：对图线进行加、减、乘、除、微分、积分等运算。或将图线变量作为数学函数的自变量，得到新的数学变量。(3)修饰图线：使图线更美观、更容易被理解。可更改图线的粗细、颜色、式样和标记；添加测量数据点标志和数据标签；改变图线的背景色、坐标的式样和颜色等。有些软件允许在图线画面中输入说明性的文字，甚至可以是中文文本。4.虚拟仪器和教育功能形象化的虚拟仪器是电路仿真软件的一个特色。最典型的例子是Multisim，该软件的虚拟仪器无论界面的外观还是内在的功能，都达到了同类软件的最高水平。其它备有虚拟仪器的软件有TINA和EDISON等。虚拟仪器可以帮助学习者了解电子仪器的作用，深入理解电子测量的方法和技术要领。掌握电子仪器的各种操作方法，特别是各种控制按钮、旋钮的功能。Multisim和TINA虚拟仪器的功能实际上已超过了PSPICE本身，比较典型的是网络分析仪和逻辑分析仪。网络分析仪是分析射频组件和射频网络参数的专用仪器；而Multisim的逻辑分析仪具有真正的数字电路分析能力，符合实际数字系统分析的技术要求。部分软件还有虚拟的机电元件，如灯泡、按钮、继电器、接触器等电气元件，调用这些元件可构建机电控制电路。软件元件库中的数学和模拟控制器件可用以分析自动控制原理。为适应教育单位对电路原理教学的需求，有的软件设置了教育功能。主要是允许使用者对元器件设置一些隐藏的错误，以提高训练学生提高分析问题和解决问题的能力。如Mulisim和TINA可对组件设置开路、短路和漏电阻三项参数；而Altium公司的另一个电路仿真产品CircuitMaker可以对组件和电路做更多的教学设置，并且可加上密码，以防止应用者修改组件属性。三、怎样选择电路仿真软件？在电子工程的生产设计或电子学专业教学中，对电路仿真软件可能有不同的要求，应从软件功能特点和工作实际需要两个方面来考虑。1.考虑生产和教学对电路仿真软件的需求。首先要考虑软件的实际生产能力，用此软件能完成什么样的工作？该软件的模型库能否满足设计需要；软件有哪些电路仿真功能；电路图有哪些输出格式，是否和企业现有的PCB设计软件兼容；软件的价格及提供哪些售后服务等等。如果本单位的产品比较复杂，就要考虑从电路设计、分析、优化，系统仿真、甚至机电系统设计在内的全面解决方案。2.评估电路仿真软件的性能各公司的软件产品有不同的销售定位，电路仿真软件的功能、扩展性和价格相差很大。同一软件有不同的版本，以不同的功能和价格适应不同的业务需求。一般的教学单位只要学习电路仿真的相关原理，不必强求软件的高性能。使用学生版或教育版的软件完全可以应对日常教学所需。而作为电子生产企业，则要采用企业版或加强版的软件，还要考虑产品的设计、生产和管理等一系列问题，对软件的维护和技术支持也有一定的要求。所以应尽量采用大公司的产品。如ICAP/4、Orcad等；如果对电路设计和仿真有更高的综合性要求，可以考虑美国Synopsys公司的Saber。Saber适用领域广泛，包括电子学、电力电子学、电机工程、机械工程、电光学、光学、控制系统以及数据采样系统等等。3.根据教学需要选择适用的软件在教学中，要求电路仿真软件能清晰地展示电路图、信号图线和各种电路数据。Multisim在所有电路仿真软件中，它的仿真元器件、仿真分析类型和虚拟仪器都是最全的，是各级学校电路教学的理想仿真工具。Multisim的缺点是电路图画面只能放大到200%，电路线条比较细，投影到大屏幕上不太清晰。比较适合于职业技术学校的电路仿真软件是TINA 6.0简体中文版，该软件不但菜单和对话框是简体中文，所有的帮助也都是用中文写成，学生比较容易理解和接受。Altium的电路图和仿真图线界面的显示质量比较好，适合教师用于教学幻灯演示和制作各种文档中的插图。Altium也很适合用于印制电路板设计的教学。ICAP/4的优点是可以把仿真得到的电路波形插入电路图中，即可以显示电路中任何一点的波形。Orcad的Pspice在电路中显示仿真得到的节点电压、支路电流和元件消耗功率等数据，非常直观；MicroCAP有最强大的参数扫描功能，可时设置多达20个参数进行扫描分析。如果是电子学的初学者，则可以用有3D界面的电路仿真软件Edison，该软件界面生动直观，和实物形象相当接近，有助于认识和理解电路。4.专用电路仿真软件除了通常的电路仿真软件外，还有一些专门针对某一类设计应用的软件如：Intusoft公司的电源仿真设计软件PowerSupply Designer和磁性元件(设计分析变压器和电感器)的设计软件MagneticsDesigner；芬兰APLAC公司用于射频电路设计和仿真的软件APLAC；以及美国Ansoft公司的系列产品等。很多的半导体器件生产商为了推广它们的产品，也开发了专门的电路设计和仿真软件。如Altera公司的可编程逻辑器件设计软件Max+PlusI I；T I公司的开关电源专用设计软件SWIFT Designer；Linear公司的电路仿真和开关电源设计软件SwicherCAD等。总结最后要说明的是，现在电路仿真软件的发展方向已不再局限在电子学范围内。电路仿真技术在增强数模混合信号的仿真能力的同时，正在向电力电子、电光学、甚至是电机工程、机电工程等领域扩展，为工程实际和教学带来更多的方便。电路仿真技术有强大的电路分析功能，基本包括了电子测试分析的全部项目。不同厂商的电路仿真软件所提供的电子仿真元件数量、电路分析功能和数据处理能力有较大的差别。应根据工程设计和专业教学需要选择合适的电路仿真软件。以上就是我们深圳市组创微电子有限公司为您介绍的电路仿真软件的特点和选用建议。如果您有智能电子产品的软硬件功能开发需求，可以放心交给我们，我们有丰富的电子产品定制开发经验，可以尽快评估开发周期与IC价格，也可以核算PCBA报价。我们是多家国内外芯片代理商，有MCU、语音IC、蓝牙IC与模块、wifi模块。我们的拥有硬件设计与软件开发能力。涵盖了电路设计、PCB设计、单片机开发、软件定制开发、APP定制开发、微信公众号开发、语音识别技术、蓝牙wifi开发等。还可以承接智能电子产品研发、家用电器方案设计、美容仪器开发、物联网应用开发、智能家居方案设计、TWS方案开发、蓝牙音频开发、儿童玩具方案开发、电子教育产品研发。
03-31

2021

单片机酒精检测系统

单片机的酒精检测系统设计铁路员工数量庞大，在每个新职员工入职之前，各相关部门都会对其进行相关的入路培训。在培训时就明确地指出不允许工作人员在工作前饮酒，以防各种事故的发生。《铁路技术规程》第390条规定，铁路行车有关人员，接班前须充分休息，严禁饮酒，如有违反，立即停止其所承担的任务。在《道路交通安全》中对饮酒处罚做了相应的规定。为保障员工的生命安全，杜绝酒后作业现象的发生，设计了一种基于STC89C52单片机的酒精检测仪，可以在员工作业前对其进行酒精浓度检测。该酒精浓度检测仪，以单片机最小系统和酒精传感器为核心，具有声光报警功能及LCD显示功能，并采用汇编语言来实现其软件功能，还可以通过改变其酒精浓度的检测阈值，以适用于各种不同的工作场所。同时，该酒精浓度检测仪还具有结构简单、性能可靠、携带方便、功耗低等优点，能够吸引较多的市场目光。一、酒精检测系统的总体结构设计酒精检测系统主要由单片机最小系统、液晶显示模块、电源模块、蜂鸣器报警模块、指示灯模块、按键模块、酒精气体传感器模块以及模数转换模块组成。酒精传感器采用电阻分压的方法接在模数转换芯片的通道1口。当酒精传感器监测到空气中酒精浓度时，通过单片机的运算处理，可以将酒精浓度在液晶显示器上显示出来。酒精浓度的报警阈值可以通过按键进行设置，当检测到空气中的酒精浓度超标时，蜂鸣器发出报警声，指示灯开始闪烁。二、酒精检测系统主要硬件电路的设计2.1单片机最小系统的设计单片机最小系统在整个酒精检测系统中起着统筹的作用，需要检测键盘，温度传感器等各种参数，同时驱动液晶显示相关参数。本文选用STC89C52单片机作为系统的主控芯片来设计单片机最小系统。主要由STC89C52单片机、复位电路、时钟电路构成。2.2 A/D模数转换器的设计传感器传输的大都是连续变化的模拟量，模拟量经传感器转换成电信号后，需要A/D转换将其变成数字信号才可以输入到数字系统中进行处理和控制。本文选用的是ADC0832模数转换器，它具有体积小，兼容性强，性价比高等优点。2.3传感器的设计一般的气体传感器有半导体型气体传感器和电化学型气体传感器两种。半导体型传感器具有结构简单，灵敏度高，动态性能好等优点。且半导体为敏感材料，容易实现传感器智能化和集成化。故在本设计选用MQ-3半导体型酒精气体传感器。2.4液晶显示模块的设计在单片机中常用的液晶显示屏通常有两种，一种是LCD12864液晶显示器，一种是LCD1602液晶显示器。LCD1602是字符型液晶显示器，其主控芯片是HD44780或其他兼容芯片。LCD12864液晶显示器是一种图形点阵显示器，除了普通字符外，它还可以显示图像及汉字。本文主要是用来显示酒精的浓度，LCD1602显示屏完全能够满足使用的要求。2.5声光报警电路的设计酒精检测系统的报警电路由PNP型S8550三极管驱动。当单片机输出的是低电平时，三极管导通，蜂鸣器发出警报，指示灯闪烁;当单片机输出的是高电平时，三极管截止，蜂鸣器停止报警，指示灯熄灭。三、酒精检测系统程序流程设计与仿真分析3.1程序流程设计设计酒精检测系统的程序流程为:先进行程序初始化，在程序初始化完成之后，对传感器进行预热。传感器必须先预热，因为MQ-3型半导体电阻式酒精传感器在一段时间内没有通电，再次打开电源时，传感器无法立即正常收集酒精浓度信息，需要一段时间进行预热。然后系统将会进入监控状态，检测空气中的酒精浓度。酒精浓度信息经ADC0832转换处理后，由单片机进行分析处理，在LCD1602液晶屏上显示当前酒精浓度，超过设置酒精浓度时启动报警。3.2仿真分析接下来开始对酒精检测系统进行仿真分析。浓度范围为10～1000ppm时，MQ-3酒精传感器可把检测到的酒精浓度值转换为电压信号，经过STC89C52单片机处理并将浓度通过LCD1602显示出来。在仿真模拟酒精监测系统的过程中，可以通过滑动变阻器电路改变输入值与设定阈值对比，若检测值大于设定值时，则报警电路发出报警。其仿真结果如图1所示。在该仿真中将阈值设置为10%，检测到酒精浓度为14%，系统发出警报声，D2灯开始闪烁。通过对该酒精检测系统进行仿真分析，可以看出:本文所设计的酒精检测系统在理论上是可以实现其报警功能的，基本达到设计的要求。四、酒精检测系统的实验验证接下来对所设计的酒精检测系统进行实验验证，观察其能满足正常使用的要求。购买所需要的元器件，焊制出如图2所示的酒精检测仪。设置其酒精浓度报警阈值为10%，然后打开一瓶酒，将酒瓶靠近酒精检测仪，酒精检测仪检测到空气中的酒精浓度为14%，大于10%，蜂鸣器开始报警，指示灯开始闪烁。通过实验可以看出，当空气中的酒精浓度超过所设定的阈值时，酒精检测仪会进行声光报警;当空气中的酒精慢慢挥发低于10%后，报警结束。说明本文所设计的酒精检测系统能够满足使用的要求。总结(1)通过分析酒精检测系统的工作原理，对其总体结构与内部电路进行了详细的设计，设计出了一个能够满足使用要求的酒精检测仪。(2)对酒精检测系统进行编程与仿真，发现当检测到酒精浓度超过所设定的阈值时，会发生报警的现象，验证了本文所设计的酒精检测系统在理论上的正确性。(3)对所设计的酒精检测仪进行实验测试，当空气中酒精浓度超标时，酒精检测仪会发出声光报警，说明本文所设计的酒精检测仪具有使用价值，能够用于铁路工作人员上岗前的酒精浓度检测。以上就是我们深圳市组创微电子有限公司为您介绍的单片机的酒精检测系统设计方法。我们有丰富的智能电子产品定制开发经验，可以尽快评估开发周期与IC价格，也可以核算PCBA报价。我们是松翰单片机代理商、应广单片机代理商，出售并开发sonix与应广的MCU与语音IC方案。我们代理并开发杰理、安凯、全志、realtek等系列的IC与方案，还开发BLE蓝牙IC、双模蓝牙模块、wifi模块、物联网模块。我们的拥有硬件设计与软件开发能力。涵盖了电路设计、PCB设计、单片机开发、软件定制开发、APP定制开发、微信公众号开发、语音识别技术、蓝牙开发、wifi技术等。还可以承接智能电子产品研发、家用电器方案设计、美容仪器开发、物联网应用开发、智能家居方案设计、TWS耳机开发、蓝牙耳机音箱开发、儿童玩具方案开发、电子教育产品研发。注：部分图片内容来源于网络，如有侵权，请联系删除。
03-30

2021

单片机系统设计流程

一、单片机应用系统设计过程1.1单片机应用系统设计要求对单片机应用系统进行设计的时侯，首先选用可靠性高的元器件，以免系统的可靠运行被损坏，同时要排除电路中的不稳定因素。其次，在设计的过程中系统的结构要模块化、规范化，控制开关不能太复杂，太多，要便于查找故障和排除故障。最后，要优化系统设计，简化外围硬件电路，使系统的操作顺序简单明了，必要的时候考虑软件是否要设置加密功能，使固化到单片机内的用户程序不被非法复制。1.2单片机应用系统组成硬件和软件构成了单片机应用系统两大基本组成部分。CPU、存储区、若干I／O接口及外围设备等组成了硬件部分。其中，单片机是整个系统的核心部件，能运行程序和处理数据。存储器用于存储单片机程序及数据，I／O接口是单片机与外部被控对象的信息交换通道。具体电路图如下所示。实时软件和开发软件构成了单片机系统的软件。针对不同单片机控制系统功能所编写的软件为实时软件，在开发、调试控制系统时使用的软件称为开发软件，如汇编软件、编译软件、仿真和调试软件、编程下载软件等。1.3单片机应用系统设计单片机应用系统开发的一般可分为五个阶段，第一阶段的任务是确定总体设计方案，需要完成用户需求分析与方案的调研，目的是通过对市场及用的了解明确应用系统的设计目标机技术指标。根据需求分析与方案调研进行可行性分析。可行性分析的目的是对系统开发研制的必要性及可行性做出明确的判断并决定开发工作是否继续。然后为整个系统设计监理一个逻辑模型，其中包括进行必要的理论分析和计算、选择机型、划分系统软、硬件的功能，合理搭配软、硬件比重，确定系统软件功能模块的划分及各功能模块的程序实现方法，并画出流程图。第二阶段的主要任务是系统的详细设计与制作，主要包括硬件设计和软件设计。硬件设计的任务是根据总体设计需求，设计系统的硬件电路原理图，并初步设计印制电路板等。硬件结构应结合软件考虑，尽可能用软件代替硬件，简化硬件结构，并适当考虑CPU的总线驱动能力，注意可靠性及抗干扰设计。软件设计的任务是在总体设计和硬件设计的基础上确定程序结构，分配内部结构存储器资源，划分功能模块，进行主程序及各模块程序的设计，最终完成整个系统的控制程序。第三阶段是仿真调试，分为硬件调试、软件调试和系统联调三个过程。硬件调试是利用开发系统基本测试仪器(万用表、示波器等)，通过执行开发系统有关命令或测试程序，检查用户系统硬件中存在的故障。软件调试时通过对用户程序的汇编、连接、执行来发现程序中存在的语法错误与逻辑错误并加以排除纠正的过程。系统联调是指让用户系统的软件在其硬件上实际运行，并进行软、硬联合调试。第四阶段的任务是程序固化及独立运行。第五阶段的任务是文件编制阶段，文件应包括任务描述；设计的指导思想及设计方案论证；性能测定及现场试用报告与说明；试用指南；软件资料(流程图、子程序使用说明、地址分配、程序清单)；硬件资料(电路原理图、元件布置及接线图、接插件引脚图、印制电路板图、注意事项等)。二、单片机的选型2.1单片机的性能指标目前的单片机有4位机、8位机、16位机及32位机等几种。单片机的位数是由其内核CPU的位数决定的。位数越多，单片机处理数据的能力就越强。单片机的运行速度取决于外部晶振或外部时钟信号的频率。如89C51的外部时钟频率可达24MHz。单片机运行速度高则执行速度块，但功耗也会相应地增加。单片机的程序存储器结构类型主要有ROM和RAM。一般的单片机均带有数据存储器RAM，但其容量均不大。当需要存储大量数据时，应考虑外接用户RAM。单片机具有较强的中断处理能力，51单片机一般有五个中断源，分别是外部中断0、外部中断1、定时计数器0、定时计数器1及串行口的中断。在一些自动监测仪表及电池供电的产品中，低功耗是主要的技术指标，通常采用HC—MOS工艺的单片机在低电压下工作单片机的封装一般有DIP、QFP、PLCC等类型，应从印制板的尺寸、加工手段、购买途径及成本等方面综合考虑。2.2单片机的选型原则单片机的选型一般有三个原则，一是单片机的系统适应性，它是指能否用这个单片机完成应用系统的控制任务。主要考虑的因素有：是否有合适的计算处理能力?是否有所需的外围端口部件?是否有所需的中断源及定时器?是否有所需的I／O端口数?二是单片机的可开发性，开发工具的使用时单片机应用系统开发的必须手段，是选择单片机的一个重要依据。主要考虑的因素有：开发环境、调试工具、在线BBS服务及应用支持。三是制造商历史及可购买性，要考虑产品的性价比是否可靠?是否停产?功耗量是否充足稳定?所以，依据这三个原则，应该可以选择出最适用于具体应用系统的单片机。三、单片机的抗干扰技术3.1干扰的来源用信号外的噪声或造成恶劣影响的变化部分的总称为干扰。在进行单片机应用产品的开发过程中，我们经常碰到一个很棘手的问题，即在实验室环境下系统运行的正常，但小批量生产并安装在工作现场后，却出现一些不太规律、不太正常的现象。究其原因主要是系统的抗干扰设计不全面，导致应用系统的工作不可靠。引起单片机控制系统干扰的主要原因有三类，分别是供电系统的干扰、过程通道的干扰和空间电磁波的干扰。电源开关的通断、电机和大的用电设备的启停都会使供电电网发生波动，受这些因素的影响，电网上常常出现几百伏甚至几千伏的尖峰脉冲干扰。在单片机应用系统中，开关量输入、输出和模拟量输人、输出通道是必不可少的。这些通道不可避免地会使各种干扰直接进入单片机系统。空间干扰主要来自太阳及其他天体辐射电磁波、广播电台或通信发射台发出的电磁波及各种周围电气设备发射的电磁干扰等。因此，针对以上出现的问题，我们必须采用有效措施以提高单片机应用系统的抗干扰能力3.2硬件抗干扰技术常用的硬件抗干扰技术主要有隔离技术、接地技术、去耦技术、滤波技术及屏蔽技术。在单片机系统中，为了提高供电系统的质量，防止窜人干扰，建议采用单片机输人电源与强电设备动力电源分开，采用具有静电屏蔽和抗电磁干扰的隔离电源变压器，采用独立功能块单独供电，并用集成稳压块实现两级稳压。尽量提高接口器件的电源电压，提高接口的抗干扰能力。过程通道时系统输入、输出以及单片机之间进行信息传输的路径。由于输人输出对象与单片机之间连接线长，容易窜入干扰，必须抑制。一般采用双绞线传输减少电磁感应，抑制噪声干扰，采用滤波电路、单稳电路、触发器电路及施密特电路抑制机械触电的抖动，从而抑制噪声干扰。在单片机系统中，印制电路板设计的好坏对抗干扰能力影响很大。印制电路板是用来支撑电路元件，并提供电路元件和器件之间电气连接的重要组件。为了减少干扰，经常采用大小适中、布局合理的印刷电路板，并且合理配置去耦电容，正确设计电源线和底线。3.3软件抗干扰技术单片机应用系统的抗干扰性不可能完全依靠硬件解决，软件抗干扰设计也是防止和消除应用系统故障的重要途径。一旦单片机因干扰而使得程序计数器PC偏离了原定的值，程序便脱离正常运行轨道，出现操作数数值改变或将操作数当作操作码的“跑飞”现象。此时，可采用软件陷阱和“看门狗”技术使程序恢复到正常状态。所谓软件陷阱，是指可以使混乱的程序恢复正常运行或使“跑飞”的程序恢复到初始状态的一系列指令。如NOP指令、LIMP指令等。程序运行监视系统又称“看门狗”。“看门狗”就是一个剑士跟踪定时器，应用“看门狗”技术可以使单片机从死循环中恢复到正常状态。“看门狗”可以用硬件电路实现，也可采用软件技术通过内部定时／计数器实现。目前，大多数单片机内部都集成有程序运行监视系统。以上就是我们深圳市组创微电子有限公司为您介绍的单片机应用系统开发流程。我们有丰富的智能电子产品定制开发经验，可以尽快评估开发周期与IC价格，也可以核算PCBA报价。我们是松翰单片机代理商、应广单片机代理商，出售并开发松翰与应广的MCU与语音IC方案。我们代理并开发杰理、安凯、全志、realtek等系列的IC与方案，还开发BLE蓝牙IC、双模蓝牙模块、wifi模块、物联网模块。我们的拥有硬件设计与软件开发能力。涵盖了电路设计、PCB设计、单片机开发、软件定制开发、APP定制开发、微信公众号开发、语音识别技术、蓝牙开发、wifi技术等。还可以承接智能电子产品研发、家用电器方案设计、美容仪器开发、物联网应用开发、智能家居方案设计、TWS耳机开发、蓝牙耳机音箱开发、儿童玩具方案开发、电子教育产品研发。
03-29

2021

智能加湿器系统设计

基于51单片机的智能加湿器系统设计智能家居是当今社会的一个热点，智能加湿器可以自动调节室内湿度，去除静电。北方气候干燥，尤其是冬季，加湿器可以改善湿度，从而给人们创造一个健康的生活环境。经过调查发现，目前大多数加湿器仍然需要人工来操作，通过手动控制开关来实现室内加湿器的工作和停止，不但无法实时检测室内环境的湿度值，而且价格较高，能够实现的功能也比较单一，这种加湿器的使用存在相当大的安全隐患，例如发生过度加湿或者干烧等情况。因此开发设计出一款能根据用户实际情况和需求进行灵活设置加湿器湿度值上下限、实用性及安全性于一体、价格低、品质佳的加湿器，显得尤为重要。一、智能加湿器系统总体设计该系统主要由以下几个模块构成:湿度信号采集电路、按键控制及复位电路、数码管显示电路、雾化模块加湿电路等，具体结构如图1所示。通过温湿度传感器测量出空气湿度信号是模拟信号，需经过AD模数转换后才能发送给单片机进行处理。单片机对接收到的信号进行分析和处理后，输出控制信号给P3管脚，控制继电器的闭合状态，雾化模块开始工作，从而实现了按需加湿的系统功能。如图1所示，当空气湿度值低于系统预设湿度值(40%ＲH)时，传感器会检测到湿度信号，并发送给单片机，此时数码管显示电路会显示当前室内湿度值，LED指示电路的指示灯会发光，同时雾化控制电路会启动，处于工作状态，给室内加湿。当室内空气湿度值达到系统设置上限湿度值(60%ＲH)时，雾化控制电路就会停止工作，LED指示电路的指示灯灭掉。二、智能加湿器系统硬件电路设计本系统设计简单，处理器采用51单片机即可完成功能，故选用STC89C52型号的单片机来满足软硬件设计要求。2.1单片机的晶振电路设计在STC89C52单片机芯片内部，有一个以XTAL2与XTAL1为输出输入端的振荡器，同时在XTAL1与XTAL2引脚上连接定时器件，其内部振荡电路是能够实现自激振荡的。定时器件一般是由石英晶体与电容构成的并联谐振回路。系统采用的晶振片为12MHz，电容C2和C3的电容值大小为20 pF。2.2单片机的复位电路设计本设计采用的按键复位电路，系统不仅可以上电复位，而且在运行过程中需要复位时，只需按下S1按键，此时电源Vcc在ＲST端产生一个复位的高电平。同样，只要保证ＲST端保持高电压的时间大于两个机器周期时，系统能自动实现正常复位。2.3模数转换电路的设计智能加湿器系统需要将温湿度传感器的湿度信号传给CPU，必须先通过A/D转换器把模拟信号转换为数字信号。本系统选用了8位分辨率A/D转换芯片ADC0832，由于它体积小，兼容性强，性价比高而应用广泛。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在0～5 V之间。ADC0832与单片机接口的4条数据线分别为CS、CLK、DO、DI。电路设计时将DO和DI并联在一根数据线上使用，因为DO端与DI端在通信时并未同时有效，而且ADC0832与单片机的接口是双向的。2.4数码管显示电路本设计的显示电路采用了数码管而不是LED，因为数码管显示在白天等强光条件下会更加清晰。虽然液晶显示极其省电，但是在外界光线很明亮的情况下看不清楚并且使用有温度范围限制。另外，LED数码管的价格与液晶显示器相比较为低廉，故本次设计采用LED数码管。该设计选取了数码管显示模块，其具有内置的字节库，不具存储功能，采用并行连接的模式，使用起来相对便捷，用于显示土壤湿度信息及系统预设湿度门限。共选取了四个独立式的按键，其中有复位按键、设置按键、“加”按键、“减”按键。上电之后，数码管显示空气当前湿度值，按一下设置按键，数码管显示系统预设湿度上限，然后再按“加”或“减”按键可以改变加湿器预设湿度上限值;按第二下设置按键，数码管显示系统预设湿度下限，然后再按“加”或“减”按键可以改变加湿器预设湿度下限值;按第三下设置按键，数码管显示室内当前湿度值，到此为止设置完成。2.5雾化模块控制电路雾化模块加湿控制电路中，三极管的集电极与继电器的一端相连，发射极接到+5 V电源V CC上，单片机引脚P3.5经过Ｒ6连接到三极管Q5的基极上;电阻Ｒ7同发光二极管构成一个加湿器工作状态指示电路，如果继电器通电吸合，LED将会变亮，由此就可以检测到继电器的操作状态，显示雾化模块是否为工作状态，加湿器是否需要给室内加湿。三、智能加湿器系统软件设计本设计采用C语言编写程序，整个系统程序采用模块化设计，主要包括数据采集模块、按键控制模块、复位模块、数码管显示模块、雾化控制模块。通过对电路原理及功能的分析，已对智能加湿器系统的整体设计有了充分认识，用C语言编写好程序后，利用Keil软件对单片机进行编译调试。直到程序满足设计要求并没有出现运行编译错误时，烧录到51单片机中进行软硬件调试，从而实现系统功能。总结本系统利用51单片机完成了一个简单的智能加湿器控制系统的设计，成本低，性价比高，相比于市面上的较多类似产品有一定的优势，但本文还有一些不足之处，如系统设计集成度有待提高等。以上就是我们深圳市组创微电子有限公司为您介绍的基于51单片机的智能加湿器系统设计技术。我们有丰富的智能电子产品定制开发经验，可以尽快评估开发周期与IC价格，也可以核算PCBA报价。我们是松翰单片机代理商、应广单片机代理商，出售并开发sonix与应广的MCU与语音IC方案。我们代理并开发杰理、安凯、全志、realtek等系列的IC与方案，还开发BLE蓝牙IC、双模蓝牙模块、wifi模块、物联网模块。我们的拥有硬件设计与软件开发能力。涵盖了电路设计、PCB设计、单片机开发、软件定制开发、APP定制开发、微信公众号开发、语音识别技术、蓝牙开发、wifi技术等。还可以承接智能电子产品研发、家用电器方案设计、美容仪器开发、物联网应用开发、智能家居方案设计、TWS耳机开发、蓝牙耳机音箱开发、儿童玩具方案开发、电子教育产品研发。
03-28

2021

单片机自动化系统

单片机在自动化控制系统中的应用与研究单片机属于一种集成化的电路芯片，单片机是一种微型的计算机系统，单片机可以把集成电路技术和随机存储器、只读存储器和中央处理器等等全部串联在一起，再用方法刻印到硅片上，来完成信息处理任务。单片机从最初的研制到之后的应用，经历了一个快速发展的过程，单片机之前是4位、8位制的，现在可达到300M高速。单片机应用范围很广，它作为嵌入式软件的一部分，它的作用不可忽视，影响深远。通过对单片机的利用能够提高控制系统的开发效果，降低研发费用。一、自动化控制系统应用现状自动化控制系统应用领域非常广泛，自动控制系统涉及的领域多，有电梯，智能电网，火灾报警上等。1.1电梯自动控制系统我国城市化发展的脚步越来越快，很多大型工厂、高层建筑和一些大中型的超市、商场等形式的建筑物在拔地而起，电梯是上下楼最为便捷的运客工具。电梯的组成设备有很多种，有：电梯开关门、电梯乘客厢，还有电缆绳、显示屏和按键等，设备如此多，全部集成在一起后，才能为电梯的整体稳定运作提供可行条件。电梯自动控制系统才能真实发挥出它最本质和最强大的功效。电梯自动控制系统的组成中必须掺入单片机，集成电路等一些其他内容，这样才能让电梯正常运转，不会发生事故，让电梯能够安全上下行、电梯乘客厢开关门、语音播报等各种各样的功能，这样才能保证实现电梯的自动化运行状态。1.2火灾报警控制系统单片机应用在火灾报警控制系统中，它暗含的内容广泛。该控制系统还可以对灭火设备、通讯设备来进行计算机上的设置，进而形成一个非常强大的火灾报警自动化控制系统。这个系统保障了工作环境和生活环境的安全，单片机使用在火灾报警控制系统中，一旦发生火情，控制系统工作状态立马发生变化，它就会自动报警、并在报警后再采取灭火措施、做好人员安全疏散工作等内容，一个很完备的火灾报警控制系统功能丰富齐全，火灾报警控制系统中的某种仪器能够在无论何时无论何地的情况下监控室内室外的烟、雾情况、高温情况还有火光等，这些情况会转变为电信号让火灾报警控制系统发挥实效。1.3电力自动控制系统电力自动控制系统中内含的单片机主要是让智能电网设备借助某种仪器运行信息，再让单片机工作起来，它负责把这些信息传送到电网的监控系统上。电力自动控制系统是工业生产中不可缺少的内容，对实时能够响应的速度要求更高，电力自动控制系统在完成信息采集工作的基础上，还可以做一些信息计算工作。电力自动控制系统通过设置程序能够完成各种不同类型的运作控制，还能提高适应能力。电力自动控制系统包括的内容丰富，通过种种内容来最终构成一个适应人们生活发展要求的电力设备控制系统，做好电力设备运行状态的监控情况，确保有关控制信号完成信息传输工作和响应工作。二、单片机技术分析单片机在自动控制系统的设计中有很多优点，比如：防别的物体干扰、很机动灵活等，自动控制系统内部的单片机内含各种功能部件，将这些所有的功能部件连接起来，才能在最大程度上简化单片机结构。自动控制系统插入单片机部件后，应用会再通过单片机来控制整个运行的系统，单片机必须准确地被放入到自动控制系统中正确的位置，位置放对，单片机才能充分发挥它的作用，单片机有具体的使用情况说明，只有严格按照自动控制系统的要求，对情况说明做好理解，才能真正地根据要求去执行各种运作指令。这种操作解释主要是让单片机能够防止自动控制系统中出现的各种误差。单片机的发明和应用，大的可以说改变了社会的发展路径，小的可以说改变了自动控制系统的设计状态，自动控制系统呈现出更加便捷简化的状态，让自动控制系统有更精简的运行方式，这也间接表明出单片机在自动控制系统设计中的重要地位，通过合理设计自动控制系统中的单片机，单片机的优点才能最大限度发挥出来。单片机在自动控制系统中优势明显，比如：有效节约计算机编程开发时间，使用方式便捷灵活，经济效益和社会效益高，还能够提高社会的自动化水平。单片机是微型的计算机，单片机连接设备较为灵活，扩展性强。单片机的开发控制系统没有复杂的接线盒拆线操作，设计过程较为简单，能够实现共享。单片机用户界面的交互性好，节约设备资源，能够减少资金费用。单片机体积小，内部采用的结构是模块设计结构，对电气化设备的运行状态能够实现自动化采集，对系统做好控制，对设备的实时改装和升级维护具有很高的效率。三、单片机在自动控制系统及其设计中的应用3.1单片机在自动控制系统中的应用汽车领域、煤矿领域是单片机在自动控制系统中应用较为典型的两个领域。在汽车领域中，它的生产环节和设计环节都对测量要求较为严格，生产中注重零件部分数据。设计中注重各部分数据。在这项基础上，才能保证安装速度。在煤矿领域中，单片机主要作用在漏电保护、变电运行控制、井下的安全监控等方面上。3.2单片机在自动控制系统设计中的应用（1）单片机的结构设计：单片机的结构设计，会直接关系自动化控制系统实际应用。从单片机的软件结构上来讲，它在自动化控制系统中有哪些实践设计呢？自动化控制系统的内部，单片机有各种不同的工作要求，通过工作要求对单片机的运行参数进行配置，来分配各种任务，做好时间上的安排。这样才能让自动化控制系统保持平衡的工作状态，单片机软件结构中采用的操作系统会将单片机分成主程序和中断程序两部分：主程序主要用来收集在正常运行情况下的自动化控制系统中单片机的各种数据；中断程序主要是负责故障的预警和诊断。自动化控制系统下的人机交换模式向大家提供电机自动化控制系统的运行参数，比如：转速、工作情况等，通过人工操作来调整自动化控制系统的实际运行，保障自动化控制系统的稳定性和可靠性。（2）单片机的控制设计：单片机在自动化控制系统中的控制设计的主要内容是人和机器交互的对话模式，这种人和机器交互的对话模式涉及控制系统中各种设备，不仅如此，它还能够推进系统的智能化发展。人们通过研究电机自动化控制系统中的单片机，来对单片机的控制设计进行探讨。单片机里面有很多控制模块，控制模块的部分有两种，一种是LED，另一种就是键盘部分，单片机的键盘部分输入一定的数据，再进行全方位的扫描，这些数据就会被输入到自动化控制系统的内部，确保了电机的安全、平稳运行状态，还能够预防发生安全事故。单片机通过接口器这种部件连接到通用键盘里，来显示电机自动化控制系统中的各种运行的数据，保障好自动化控制系统在电机结构中的可控性。（3）单片机的程序设计：单片机的程序设计依据的是自动控制系统的操作要求，做好程序设计后，再控制电机进行工作。程序设计在单片机中的重要作用相当于心脏在人体中的作用。单片机通过记录具体运行参数，还有电机的运转速度，实现防止电机会偏离自动控制系统的运行效果。单片机在程序设计时，可以中断电机开启的部位，实现自动控制系统的功能转换，保障电机能够自行进入自动化的运行模式。此种程序设计方式更能体现出技术的智能化发展。（4）电脑PC设计：PC是指电脑端，PC端部分在单片机自动化控制系统设计中作用明显。PC端融入到单片机的设计里，能够为自动化控制系统的整体设计提供人机对话操作，该种系统就是依据人的指令来进行工作，最后再来整体把握。单片机中的PC部分是需要借助电路来进行传输指令的工作，这些指令可以存储到软件内部，让自动化控制系统中控制指令不会发生有矛盾，继而能够存储起来并执行操作，当指令发生冲突后，PC端就会自动中断，不再运行，实现保护自动化控制系统的目的。单片机通过创造新型通信模式，来完善自动控制系统的通信过程。四、单片机在自动控制系统中的发展趋势4.1缩小甚至微型化单片机的体积会越来越小，就像计算机刚发明出来时。它占满了整间房间，但是现在的计算机越来越小，越来越薄，单片机也是如此，它今后会缩小甚至微型化，自动控制系统中的单片机在经过很多改进尝试后能够实现微型化。这种发展趋势优势在于减轻单片机的重量，缩小单片机的体积，但是这种发展趋势并不能缩短减优，微型化的发展和改进的过程中不能因为体积缩小，重量缩小就破坏单片机的功能，单片机的抗干扰能力和绿色化设计也要一同注重，同时也要注重降低噪音。单片机为微型化发展必须要符合自动控制系统的系统要求，要注重按照自动控制系统的需求来改进单片机的结构，体现微型化单片机的实践效益。4.2智能化自动控制系统在运行过程中随着时代的发展变化有了新的发展要求，即发展智能化。这直接推进单片机的智能化发展水平。我国电机的发展中自动控制系统对单片机的应用虽然有进步，但仍然处在初步阶段，为了能够确保单片机更好地应用在自动控制系统中，对单片机的使用要求必须要有智能化的要求，只有积极改善单片机的运行现状，在原先自动化的基础上对单片机做好智能化操作设计，才能让单片机的发展更加智能化。这样才能慢慢地减少人力，缓解工作人员的压力，实现无人操作的自动控制电机运行。4.3市场化市场是调控经济的“看不见的手”，走向市场是一行长期发展并不断上升的必然要求和必然结果。自动控制系统的单片机必须要适应市场化的需求，做好市场挑战的准备。才能促进各行各业的发展。自动控制系统中选择的单片机，位数制有8位的等，单片机在未来发展的情景中也提出了市场化的发展要求，根据现有的单片机实际情况，来推出更多种的单片机，以此拓宽单片机广大市场。单片机的市场化发展，能够促使自动控制系统适用于各种电机，我国在单片机的研究上可以充分借鉴国外的先进技术，围绕自动控制系统进行设计，增加自动控制系统中单片机的使用数量。结语我国经济在不断发展的同时，各种领域也在不断发展和扩大，这些领域都离不开单片机的应用，通过把高智能的单片机运用到各行各业中来完善自动化控制系统，将智能设备集成在一起，来构建出一个强大的、先进的控制操作系统，这样操作系统才能做好各种工作任务，如此，才能大幅度提高工业生产生活的准确度和可靠性，把人力资源、财力资源、物力资源做到最合适装填，做好环境管理内容，提升行业的经济效益，从本上真正地改善了环境状况。以上就是我们深圳市组创微电子有限公司为您介绍的单片机在自动化控制系统中的应用与技术。我们有丰富的智能电子产品定制开发经验，可以尽快评估开发周期与IC价格，也可以核算PCBA报价。我们是松翰单片机代理商、应广单片机代理商，出售并开发松翰与应广的MCU与语音IC方案。我们代理并开发杰理、安凯、全志、realtek等系列的IC与方案，还开发BLE蓝牙IC、双模蓝牙模块、wifi模块、物联网模块。我们的拥有硬件设计与软件开发能力。涵盖了电路设计、PCB设计、单片机开发、软件定制开发、APP定制开发、微信公众号开发、语音识别技术、蓝牙开发、wifi技术等。还可以承接智能电子产品研发、家用电器方案设计、美容仪器开发、物联网应用开发、智能家居方案设计、TWS耳机开发、蓝牙耳机音箱开发、儿童玩具方案开发、电子教育产品研发。
03-27

2021

智能温湿度控制系统

基于单片机技术的智能温湿度控制系统在测量的对象领域内，温度和湿度是非常重要的。无论是人类的生存，还是生活环境，工农业生产，军事，气象观测，温度的测量和控制以及湿度的测量和控制都是很重要的环节。随着计算机技术、通信技术、电子技术、传感器和传感器材料技术的进步，温度和湿度检测都取得了跨越式发展。对温度和湿度的测量与监控也是十分有意义的。通过对智能温湿度传感器特性的研究,设计出合理的硬件电路,编写高效的处理器软件，显示温湿度信息，然后根据温湿度信息控制加热换气装置。温湿度信息由传感器的敏感元件获得，其输出经过信号调理电路放大、线性化、去除干扰等并获得与A/D转换器相适配的模拟信号，此信号通过A/D转换器转换为微处理器可接受的数字信号。以单片机为核心的软硬件处理电路对采集到的信号进行编程处理后输出到显示模块，实时反映温湿度值。瑞士Sensiri-on公司生产的SHT11是具有二线串行接口的单片全校准数字式新型相对温度和湿度传感器。它将传感器技术与CMOS芯片技术相融合，可用来测量零点、相对温度、相对湿度等参数，具有数字式输出、免标定、免外围电路、免调试及全互换的特点，最终为开发高精度、高可靠性、高集成度的温湿度测控系统提供了解决方案。一、智能温湿度控制系统硬件设计1.1硬件总体设计本设计以AT89C52单片机系统为核心，首先通过SHT11温湿度传感器采集现场的温湿度数据，然后经过SHT11温湿度传感器自身的A/D转换器转换为数字代码；再通过51单片机利用LCD1602显示当前现场的温湿度值,同时设置上下限；当前温湿度超过预设最高上限时，报警并且灯亮，同时启动加热换气装置工作；当温湿度低于预设最低下限时，报警并且灯亮，同时启动加热换气装置工作。可以根据不同的要求设置不同的越限值从而使其宽广的测温湿度范围能够广泛地应用到温湿度监测当中去。1.2温湿度采集（1）SHT11简介：瑞士Scnsirion公司推出的SHT11是一款集温度传感器和湿度传感器于一体的数字温湿度传感器芯片。因此在进行温湿度实时监测的系统采用SHT11传感器，就具备成本低、体积小、精度高、接口简单等特点。而且SHT11芯片的抗干扰能力也比同类芯片高，因为该芯片内部集成了14位A/D转换器，且采用了数字信号输出。（2）SHT11与单片机的接口电路：MCU（单片机）和SHT11传感器通信采用串行二线接口DATA和SCK,其中DATA为数据线，SCK则为时钟线，然而I2C协议与该二线串行通信协议是不兼容的。在程序开始时，MCU需要用一组“启动传输”时序表示数据传输的启动。如图2-3所示，当SCK时钟为高电平时，DATA翻转为低电平；紧接着SCK变为低电平，随后又变为高电平；在SCK时钟为高电平时，DATA再次翻转为高电平。如图2-4所示，为SHT11传感器与单片机的接口电路。SHT11只有二个引脚，一个数字串行引脚接单片机P1.0口，SCK引脚接单片机P1.1口。电源与数字串行引脚间要接一个4K的电阻R2。R2是上拉电阻，因为单片机的P1口驱动能力有限，目的是为了使传感器接收的数据能够可靠的进行。二、智能温湿度控制系统软件设计2.1软件整体设计软件设计是在硬件设计的基础上进行的，良好的软件设计是实现系统功能的重要环节。系统能否正常运行，除了硬件的合理设计外，很大程度上取决于功能完善、算法先进的软件设计。本系统是以AT89C52为硬件设计系统的核心，系统软件部分主要包括数据采集模块、数据显示模块、报警模块，其中数据采集模块包括温湿度的采集、数据处理A/D转换，报警模块包括报警指示和报警处理。数据采集模块将接收到的传感器发出的模拟信号采集到单片机。数据处理模块通过对接收到的采样信号进行实时处理转换、最后实现数据通信、驱动显示等，软件系统框图如下图所示：这些程序相互独立，在主程序中依次被调用。单片机处理的是数字信号，对接受的数据进行采集即可得到数字信号；数据处理模块由单片机实现，对采样信号进行实时控制、数据通信、驱动显示、驱动运行等；显示部分主要用LCD显示，LCD由单片机驱动。2.2软件设计程序流程图（1）主程序流程图：主程序是设计的主体，是由功能不同的子程序组成。本系统主程序的运行如下操作：串口初始化，完成初始化操作后，循环扫描键盘，当有相应按键时对应不同的功能，SHT11开始采集温湿度数据，经LCD1602数码管显示读数，判断温湿度是否超出设定范围，如若超出则报警，并且报警指示灯亮，蜂鸣器报警，同时启动加热换气电路。主程序流程图如图3-2所示。（2）报警电路程序流程图：报警模块具备两项功能，即为报警灯和声音报警。声音报警是从听觉上提醒用户，而报警灯则是从视觉上提醒用户。当读取的温度值超过上下限时，红灯亮并且报警，当湿度值超过上下限时，黄灯亮并且报警。流程图如图3-3所示。（3）SHT11读取温湿度程序流程图：单片机与SHT11进行通信是采用的二线串行数字接口，需要用单片机的I/0口模拟通信时序，因为该通信协议与通用的I2C总线协议是不兼容的。对于SHT11的控制，MCU是通过5个六位命令代码实现的，命令代码的含义分别是：00101：测量湿度；00011：测量温度；00110：写内部状态寄存器；00111：读内部状态寄存器；11110：复位命令，使内部状态寄存器恢复默认值；其他的来设置分辨率。程序开始首先对温湿度传感器SHT11进行初始化，检测是否正常工作，然后单片机发出指令与SHT11连接测量温湿度，接着温湿度传感器SHT11进行温湿度计算以及A/D转换，再发送给主机，并反复调用复位、写入及读取数据子程序，之后再经数据转换，由数码管显示出来，不断循环。程序首先对LCD1602初始化，检查是否忙碌，如果不忙碌则主机发送模式设置指令或显示指令写入LCD1602中，然后指定字符显示的实际地址，将数据写入LCD1602中，显示温湿度。三、智能温湿度控制系统仿真调试本设计的硬件仿真由Protues软件实现，软件调试由KeilC51软件实现，通过软硬件的结合实现总体设计的仿真。总结由于该系统采用的核心是高效单片机，主要的采集与测量系统是集温度传感器和湿度传感器于一体的SHT11，自带A/D转换器，从而该温湿度控制仪具有体积小、成本低、精度高、接口简单及良好抗干扰能力等优点，再加上优化程序，一定意义上本系统具有了很高的实用性。以上就是我们深圳市组创微电子有限公司为您介绍的基于单片机技术的智能温湿度控制系统设计流程。我们有丰富的智能电子产品定制开发经验，可以尽快评估开发周期与IC价格，也可以核算PCBA报价。我们是松翰单片机代理商、应广单片机代理商，出售并开发sonix与应广的MCU与语音IC方案。我们代理并开发杰理、安凯、全志、realtek等系列的IC与方案，还开发BLE蓝牙IC、双模蓝牙模块、wifi模块、物联网模块。我们的拥有硬件设计与软件开发能力。涵盖了电路设计、PCB设计、单片机开发、软件定制开发、APP定制开发、微信公众号开发、语音识别技术、蓝牙开发、wifi技术等。还可以承接智能电子产品研发、家用电器方案设计、美容仪器开发、物联网应用开发、智能家居方案设计、TWS耳机开发、蓝牙耳机音箱开发、儿童玩具方案开发、电子教育产品研发。注：部分图片内容来源于网络，如有侵权，请联系删除。
03-26

2021

智能浇花系统设计

基于单片机的智能浇花系统设计现如今，高品质生活的理念已经渗透到生活的方方面面，因此无论是在家中还是在工作学习场所，都会看到一些盆栽植物，这不仅能够改善空气质量，而且能够提高生活品味。但是生活中常常因工作繁忙，花草得不到及时的浇水，就会干枯死去，从而带来经济上的损失和精神上的不愉快。现有的智能浇花产品造价高、实用性差，销量低。本作品从智能家居的角度出发，基于AT89C51芯片，利用三极管、继电器、湿度传感器等一些简单元器件，设计了此智能浇花系统，简便合理、费用低、实用性高且耗电量小，并能够长时间工作，具有较好的应用前景。一、智能浇花系统组成及工作原理智能检测土壤湿度浇花系统主要包括主控模块、传感模块、电源模块、输入模块，抽水动作模块和显示模块。主控模块是以AT89C51芯片为核心，配合复位电路和时钟电路组成单片机最小系统；传感模块主要由土壤湿度传感器构成，该传感器可以实时监测土壤湿度并具有很高的准确性；电源模块是通过5V电源接口实现对系统的供电；显示模块通过LCD1602液晶屏显示土壤湿度和所在模式，输入模块是用按键输入实现自动浇灌、手动浇灌模式的选择并进行湿度上下阈值的设置；动作模块是由抽水电机和有源蜂鸣器组成。本系统能够实时检测土壤湿度，并且有两种模式选择—手动模式和自动模式，手动模式通过按键可以实现人为浇水功能；当系统处在自动模式时，如果湿度在设定的上下限范围内时，抽水电机不动作，蜂鸣器不报警，当低于设定下限时，蜂鸣器报警，同时抽水电机就会进行抽水灌溉，直至湿度达到设定上限，系统自动实现停止灌溉功能，同时蜂鸣器报警解除。见图1。二、智能浇花系统硬件设计（一）单片机控制模块：AT89C51是由Atmel生产的低电压、高性能CMOS8位单片机，同时AT89C51有着便宜的价格，而且它和MCS-51系列有这很好的兼容性。因此在这个系统中采用AT89C51作为控制芯片。AT89S51主要性能参数与MCS—51系列彻底兼容。（二）土壤湿度传感器模块：本作品采用了YL-69湿度传感器模块。YL-69是一个简单的土壤湿度传感器，其原理为湿敏电容，当环境的湿度发生改变时，会使得湿敏电容存在的环境中的介质发生改变，导致湿敏电容中的电容数值产生变化，电容的数值正比于湿度值。由于湿敏电容有这很高的灵敏度、响应速度快、滞后量小的特点，所以湿敏电容很容易小型化和集成化。在系统中，土壤湿度数据的采集是有YL-69完成的。（三）按键输入模块：S1位复位键、S2位设置湿度值的按键、S3湿度值调整加键、S4湿度值调整减键。（四）液晶LCD1620显示模块：液晶显示器LCD1602的显示是通过液晶的物理特性原理来实现的，使用电压能够控制显示区域，当有电的时候，液晶就能够显示图像。三、智能浇花系统软件设计软件部分主要是根据系统设计思路，明确运行逻辑，利用keil进行编程。系统软件设计包括土壤湿度检测程序、对采集到的数据进行模数转换的程序、设置湿度上下限的程序、显示程序、蜂鸣器程序等。该土壤湿度检测装置的整个程序的思路是：土壤湿度传感器收集信号，进行模数转换，单片机读取湿度的数值，经处理，然后将湿度值送至液晶显示器中进行显示，当数值小于最小值时水泵开启，大于最小值时水泵关闭。在本系统的基础上，还可以增加温度控制、光照控制、远程操控浇水、无线控制等功能，进一步对植物进行养护，这些可以进行后续的拓展研究。四、智能浇花系统测试（一）测试条件：在室内室温条件下，将系统上电，设置好土壤湿度合适的上下限阈值，将土壤湿度传感器置于盆栽植物土壤中，此时，观察LCD显示屏上土壤湿度的当前值。设置模式为手动模式，按下按键，则电机抽水，抽水一段时间后再按下按键，停止抽水，实现手动启停功能。设置模式为自动模式，三种情况。若当前土壤湿度在设置的上下限范围内，则抽水电机和蜂鸣器不动作；若低于设定的下限，则蜂鸣器报警，抽水电机抽水直至土壤湿度到达设定的上限；若当前土壤湿度高于设定的上限，则蜂鸣器报警。（二）测试结果：设置上限阈值为60%，下限阈值为30%，分别测试不同土壤湿度下系统的响应情况。经过在手动模式和自动模式下的多次测试，系统动作零误差，证明本系统可以正常工作，且可靠性高，实用性强。以上就是我们深圳市组创微电子有限公司为您介绍的基于单片机的智能浇花系统设计技术。我们有丰富的智能电子产品定制开发经验，可以尽快评估开发周期与IC价格，也可以核算PCBA报价。我们是松翰单片机代理商、应广单片机代理商，出售并开发sonix与应广的MCU与语音IC方案。我们代理并开发杰理、安凯、全志、realtek等系列的IC与方案，还开发BLE蓝牙IC、双模蓝牙模块、wifi模块、物联网模块。我们的拥有硬件设计与软件开发能力。涵盖了电路设计、PCB设计、单片机开发、软件定制开发、APP定制开发、微信公众号开发、语音识别技术、蓝牙开发、wifi技术等。还可以承接智能电子产品研发、家用电器方案设计、美容仪器开发、物联网应用开发、智能家居方案设计、TWS耳机开发、蓝牙耳机音箱开发、儿童玩具方案开发、电子教育产品研发。注：部分图片内容来源于网络，如有侵权，请联系删除。
03-25

2021

单片机C语言开发

C语言在单片机开发中的应用随着当今计算机应用技术的不断发展，在单片机的作用下当今社会逐渐步入了智能化发展时代，单片机的研发受到了社会各领域的高度重视，成为了新时期评判社会现代化发展程度的重要标志。在以往的单片机开发中多借助简单方便的汇编语言来进行，而面对如今社会各领域对单片机各项功能的迫切需求，单片机急需在多语言的作用下，来实现结构、功能的优化。由此，C语言凭借自身较强的可移植性以及高级语言等特征出现在了单片机的开发中，对单片机未来的良好发展构成了极大的促进作用。可以说C语言在单片机开发中的应用已经成为了一种大势所趋，对于单片机开发的长远发展而言意义重大。为此，作为一名普通的单片机研究人员我们有必要结合当前社会科技发展形式的分析，来就C语言在单片机开发中的应用展开一番深入的解析与探讨，以此来促进C语言各方面优势作用的充分发挥，为高质量、多功能单片机的开发提供更多的可借鉴意见和建议。一、C语言与单片机相关概念解析1.1C语言简介C语言是一种常用的计算机编程语言，主要被用于网络基端以及系统后台的底层软件开发，因此其在对低级软件开发问题的处理上表现出了良好的功能。C语言被开发之初主要目标是为了有效提升计算机编程工作实效性，以一种最为简易的编译方式来有效应对低级存储器编程问题，同时在尽可能减少机器码产生的情况下，赋予C语言良好的跨平台适应能力，使其即便在缺少运行环境支持的情况下易能够运行自如。与C语言与一般常见的C++、Java等各类语言的差别之处还在于，其编程任务主要是面向过程，而非对象。C语言的基本特点主要包括：首先，C语言拥有高级语言属性。完美的融合了高级语言基本结构特点以及低级语言实用性特点；其次，C语言属于结构式语言。借助函数形式为用户提供可循环且便于调用的程序语句，以此来将数据与代码分隔开来，保证程序结构清晰的同时使各部分拥有良好的程序独立性；最后，C语言代码级别可实现跨平台运行。C语言在Windows、UNIX、DOS等操作系统中都可运行自如，其对于语言运行的硬件环境要求较低，因此相比较其他语言来讲C语言在运用上更加灵活方便。1.2单片机简介单片机又称之为单片控制器，其作用面不在于单项逻辑问题的解决，而是包含了整个计算机系统的各项功能。尤其是单片机可以在超大规模集成电路技术的作用下将CPU、RAM、ROM、A/D转换器、中断系统、脉宽调制电路等，多种功能集成到小型硅片上而形成一个功能完备的微型计算机系统。因此，我们可以将单片机这种集成电路芯片，看做一种特殊的微型计算机，且与真实的计算机相比虽然它缺少了I/O设备，但它却在价格、质量、体积等方面有着得天独厚的优势，这为其各项功能的开发以及在多领域的应用提供了极大的便利性。如今，随着我国计算机技术的不断发展以及对单片机研究力度的加深，当前单片机在社会各领域中均表现良好，有着极为广泛的应用市场，小到我们日常生活中的导航系统、家用电器、通讯设备、智能IC卡、智能玩具，大到实施工控、智能仪表、数据传输、机器人研发、医疗器械等都是在单片机作用的发挥下才实现了新时代产品的智能化升级。二、C语言在单片机开发中所发挥的优势2.1有助于开发人员工作效率的提升在单片机开发中虽然汇编语言在程序执行效率、占用资源等方面有着诸多的优点，但在程序语言的可移植性等方面它还是与C语言存在着较大的差距。这也是C语言当前逐渐替代汇编语言被广泛应用于单片机开发中的一个重要原因。良好的程序移植性以及环境适应性，使得C语言可以在任何情况下都能够被程序设计人员读取并用于解决各种程序设计问题，这极大的节约了程序设计人员的工作效率，减少了因多种语言变化使用的繁杂性。与此同时，C语言在程序结构的完整性等方面也有着很好的优势，在编译效率、运算速度等方面均表现良好，这使得程序设计人员不必在为一些程序设计中的琐碎问题而烦恼，极大的提升了程序开发人员的工作效率。2.2有助于单片机开发质量的提升随着当今社会智能化的发展，上至高精尖产品的研发，下至人们日常生活各类电器、电子产品都需要借助单片机作用的发挥来赋予这些产品独特的功能，进而来满足人们对便捷化、智能化生活的需求。但面对变革速度较快的计算机信息技术来讲，人们在了解到更多计算机信息技术知识的同时对于智能化生活的期望也越来越高，这就要求我们对于单片机的开发也必须始终处于不断革新当中，以根据社会需要在功能、质量等方面做出一定的完善。C语言由于兼顾高、低级语言两方面的优势，在应用过程中可以直接对各类硬件予以访问，更是支持由顶端向下所开展的程序化设计，为单片机功能的创新提供了可能，有助于单片机开发质量的提升。2.3有助于单片机开发程序的优化在文章的概述中我们也已经提到过，C语言其中的一个重要特点就是其具有结构式语言的特性，即各个程序之间在数据、代码等方面相互分隔，除保有信息交流外彼此之间相互独立且层次分明。将C语言应用于单片机的开发中，可以在C语言的这一特性的作用下，促进单片机各个程序的模块化演变，进而在使用、调试、维护等阶段实现分段化问题解决，使问题的处理更加清晰化、高效化，促进单片机开发程序的优化。三、C语言在单片机开发中的具体应用步骤3.1开发工具下载C语言开发工具的下载，是C语言在单片机开发中得以顺利应用的首要环节，为此，我们可以到各类软件下载网站上下载自己所需要的C语言开发工具。如，TC2.0、VC++6.0、visualstudio、codeblock、VisualStudioCode等，这些工具在功能、难易度等方面各异，我们可以根据具体的单片机设计来合理选择。在下载任务完成后需要对安装包进行系统解压安装，并在接受正版询问的同时输入正确的序列号，进而在软件安装提示的引导下逐步完成安装工作。3.2建立C源文件首先，我们需要在下载的工具中建立一个全新的项目，之后在所创建项目中建立新文件亦或是将以往程序文件内容添加到项目当中。之后需要再创建一个全新的语言程序文件，并在文字编辑窗口中利用void、signed、intint、void、restrict、return、continue等C语言基本语言结构对所需要的单片机程序进行逐步编写，并在编写任务完成后保存文件生成最终的的C语言文件。3.3调试编译程序调试编译程序是C语言在单片机开发中进行应用的重要中间环节，起到对以编写程序进行检查、完善的目的，在调试的作用下能够有效找出源文件中的错误进而予以及时的修正。为此，在这一阶段首先要求设计人员将软件调整至调试模式，之后于源程序的一级借助仿真器开展调试任务，在这一过程中设计人员要对所建立源文件内容的正确与否进行悉心观察，并对源程序进行完善编译，并在编辑器的作用下生成目标模块。在调试结束后，需要将编译好的各个目标模块进行连接，以此来生成一个完整的文件。3.4生成HEX文件C语言程序在编译完成后借助各类不同的编译器可以通过生成格式文件HEX而被单片机所获取和执行，因此可以将HEX格式文件的生成看作是C语言在单片机设计中应用的最后环节，HEX格式文件生成任务的顺利执行与否将对于单片机开发水平、效率、性能、功率的高低等有着极为重要的现实意义。为此，首先，我们需要将任务对象对准任务文件，通过将其生成HEX文件来充分发挥出其烧写芯片的功能。同时还需要在编辑器的作用下，将单片机HEX格式文件写入到存储器当中，并在仿真器的作用下对所设计出来的单片机的性能予以调试。四、C语言在单片机开发中应用的注意事项4.1关注编程代码效率的提升当前在单片机研究工作不断拓展的背景下，C语言已经成为了单片机设计中一种极为重要的程序语言，对单片机功能的创新、性能的强化等起到了及其重要的作用。但我们也必须认识到C语言在单片机中的运用时间尚短，因此在程序编写过程中不可避免的会产生各种问题，进而延缓了单片机研发工作。因此，将C语言运用于单片机开发中，我们首先需要关注的一个重要问题就是C语言编程代码效率的提升。为此，在对C语言单片机程序进行编写之前，我们有必要先对所运用以及接触到的各类C语言编辑器进行充分的了解，以结合工作实际对所使用的编辑器做出合理的选择。同时，还需要对单片机程序编写中出现频率较高的C语言程序进行汇总，并对其所对应的汇编语言行数进行总结，以此来对各条语言的编译效率在头脑中做出一个清晰的认识。进而在今后的工作中通过对编译器的灵活运用、对高效率编译语言的准确选择来切实提高C语言编程代码的编译、执行效率。4.2变量类型的定义要明确受程序编写习惯的影响，一些程序设计人员在不考虑函数内外的情况下，习惯于在程序的初始位置直接定义新的变量，虽然此种做法并不构成原则上的程序编写错误，但此种做法容易对程序的后续执行构成一定的影响，因此是不可取的。为此，我们要注重变量类型定义的明确化，并依据编译器版本的不同，对变量放置位置进行合理选择。如，一般来讲在C90版本的编译器中，全局变量属于函数外只可以放置于引用之前，而在最新的C99版本中局部变量则可以被灵活的放置于任何位置。总结总之，通过上述研究与探讨，我们对于C语言在单片机中应用的各方面优势作用有了一个更为清晰的认识，也看到了C语言应用于单片机设计中的社会重要发展趋势。为有效提升C语言各方面优势作用在单片机设计中的发挥，我们在今后的工作中要继续加大对于单片机以及C语言的研究工作，努力探寻设计闪光点，为我国新时期单片机研发事业的不断发展做出努力。以上就是我们深圳市组创微电子有限公司为您介绍的C语言在单片机开发中的应用详情。我们有丰富的智能电子产品定制开发经验，可以尽快评估开发周期与IC价格，也可以核算PCBA报价。我们是松翰单片机代理商、应广单片机代理商，出售并开发松翰与应广的MCU与语音IC方案。我们代理并开发杰理、安凯、全志、realtek等系列的IC与方案，还开发BLE蓝牙IC、双模蓝牙模块、wifi模块、物联网模块。我们的拥有硬件设计与软件开发能力。涵盖了电路设计、PCB设计、单片机开发、软件定制开发、APP定制开发、微信公众号开发、语音识别技术、蓝牙开发、wifi技术等。还可以承接智能电子产品研发、家用电器方案设计、美容仪器开发、物联网应用开发、智能家居方案设计、TWS耳机开发、蓝牙耳机音箱开发、儿童玩具方案开发、电子教育产品研发。

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