深圳市組創(chuàng)微電子有限公司
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07-05
2021
嵌入式系統(tǒng)軟硬件
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，大至航天飛機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)，小至移動(dòng)電話、智能家用電器。嵌入式系統(tǒng)是一種典型的軟硬件混合系統(tǒng)，目前的產(chǎn)品一般包括嵌入式微處理器和相應(yīng)的控制軟件。一、嵌入式系統(tǒng)與軟硬件協(xié)同開發(fā)的簡介早期的微處理器都是4位和8位的。隨著制造技術(shù)的不斷發(fā)展，集成的8位微控制器開始出現(xiàn)，并且16位微處理器也開始用于更復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)中，32位結(jié)構(gòu)的設(shè)備和高度集成的微控制器逐漸占領(lǐng)了高端應(yīng)用的市場(chǎng)。盡管如此，功能更強(qiáng)大的微處理器并沒有取代早期的微處理器，而只是給嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提供更大的選擇范圍，使其可以根據(jù)功能、特點(diǎn)、可用性和價(jià)格，選擇合適的微處理器產(chǎn)品。早期由于系統(tǒng)功能單一，嵌入的軟件部分都是由廠家自己單獨(dú)設(shè)計(jì)的代碼組成，所以非常簡單。但隨著應(yīng)用的擴(kuò)大，系統(tǒng)越來越復(fù)雜，尤其是對(duì)于高檔嵌入式微處理器系統(tǒng)，多任務(wù)模型被廣泛應(yīng)用于軟件開發(fā)，并且許多廠家還選擇了第三方的商用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)產(chǎn)品(RTOS)。嵌入式系統(tǒng)中的硬件資源環(huán)境一般比較苛刻，內(nèi)存一般都不大，要在如此緊張的資源下完成復(fù)雜的功能，這就要求嵌入式系統(tǒng)的軟件部分必須盡量的小巧、穩(wěn)定和高效。二、軟硬件聯(lián)合設(shè)計(jì)的一般方法軟硬件聯(lián)合設(shè)計(jì)方法是在軟硬件混合數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，針對(duì)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法割裂了軟件和硬件開發(fā)過程的缺陷而提出的，它是指軟件和硬件使用統(tǒng)一的設(shè)計(jì)方法及采用一致的設(shè)計(jì)工具來進(jìn)行綜合、驗(yàn)證、模擬的設(shè)計(jì)方法。軟硬件聯(lián)合設(shè)計(jì)的主要步驟如下:(1)系統(tǒng)級(jí)建模描述:建立一個(gè)完整的系統(tǒng)描述，以便在不考慮實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)的情況下驗(yàn)證系統(tǒng)的行為，驅(qū)動(dòng)功能驗(yàn)證和軟硬件劃分；(2)軟硬件聯(lián)合綜合:包括軟硬件劃分和調(diào)度、約束代碼生成、硬件及接口綜合。(3)軟硬件聯(lián)合模擬、調(diào)試和驗(yàn)證:在已知軟件和硬件部件行為的基礎(chǔ)上對(duì)系統(tǒng)的行為進(jìn)行建模，并驗(yàn)證系統(tǒng)的功能和評(píng)價(jià)系統(tǒng)的性能。三、軟硬件聯(lián)合設(shè)計(jì)方法的運(yùn)用與發(fā)展如前所述，嵌入式系統(tǒng)是一種典型的軟硬件混合系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)的開始，設(shè)計(jì)者要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行軟硬件劃分。這里的軟件及硬件不僅可以是分離的部件，也可以是同一個(gè)物理部件的不同抽象層次。在這兩種情況下，軟硬件之間的相互依賴關(guān)系都會(huì)導(dǎo)致在它們各自實(shí)現(xiàn)方法上的折衷。同時(shí)，由于嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用需求變化大，對(duì)性能、實(shí)時(shí)性和靈活性的要求較強(qiáng)，最初的設(shè)計(jì)和劃分對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)質(zhì)量影響很大；又由于高端產(chǎn)品的復(fù)雜性使得許多問題在軟硬件集成過程中才會(huì)暴露出來。這些都對(duì)聯(lián)合綜合和聯(lián)合模擬提出了需求，因此，嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有必要而且迫切需要引入軟硬件聯(lián)合設(shè)計(jì)的方法。從方法學(xué)的角度來看，嵌入式系統(tǒng)的軟硬件聯(lián)合設(shè)計(jì)遵循上述一般方法和規(guī)律。而隨著微電子技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)本身的發(fā)展，其設(shè)計(jì)方法還會(huì)呈現(xiàn)出一些新的特色。1、軟硬件劃分同其它軟硬件混合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一樣，軟硬件劃分是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中十分關(guān)鍵的一步。如何提高劃分算法的效率，降低時(shí)間復(fù)雜性，是研究的重點(diǎn)。已有的研究成果從多方面提高劃分的有效性，除了最基本的模擬退火算法，還提出了基于編譯器指導(dǎo)的方法、基于圖的最小代價(jià)算法、軟硬件流水線化、交互式劃分等方案。2、商用組件的標(biāo)準(zhǔn)化和高度集成化對(duì)軟硬件設(shè)計(jì)的影響隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，更多的標(biāo)準(zhǔn)商用組件投入市場(chǎng)，同時(shí)高度集成的設(shè)備減少了芯片的數(shù)量。許多設(shè)計(jì)人員現(xiàn)在都非常樂意使用合并更多功能的微處理器和微控制器。相應(yīng)地，軟件的設(shè)計(jì)也出現(xiàn)了變化。軟件開發(fā)工作量急劇增長，經(jīng)常達(dá)到全部工作的70%～80%。為了縮短開發(fā)周期，伴隨著硬件標(biāo)準(zhǔn)化的趨勢(shì)，軟件內(nèi)容也從自行設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向盡量采用具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品。利用可移植代碼和標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，成為設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用軟件的方向。當(dāng)然，對(duì)于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員而言，涉及標(biāo)準(zhǔn)部件的集成和選擇知識(shí)產(chǎn)權(quán)的決策也是非常復(fù)雜的，現(xiàn)在和將來都必須面對(duì)。從上述的變化中，可以看出:隨著標(biāo)準(zhǔn)化軟硬件組件的日益豐富，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中軟硬件劃分的粒度增大，從而系統(tǒng)描述相對(duì)明確化，軟硬件設(shè)計(jì)工作明顯簡化，更注重接口設(shè)計(jì)和整體性能，設(shè)計(jì)空間靈活性和多樣性大大增加。這些變化對(duì)現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方法和相關(guān)技術(shù)提出了新的需求，比如如何精化劃分算法，使之無需考慮不必要的細(xì)節(jié)，又比如進(jìn)一步提高聯(lián)合模擬和驗(yàn)證的抽象層次，縮短開發(fā)周期等等問題。3、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的“聯(lián)合”與“分散”在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法中，軟件的設(shè)計(jì)往往滯后于硬件，而軟硬件聯(lián)合設(shè)計(jì)方法中所采取的聯(lián)合模擬技術(shù)、虛擬原型技術(shù)正是要彌補(bǔ)這種差距，因此，軟件和硬件設(shè)計(jì)工程師一起工作成為一種發(fā)展潮流。通過聯(lián)合設(shè)計(jì)，特別是聯(lián)合驗(yàn)證技術(shù)，軟件工程師能夠盡早在真實(shí)硬件上測(cè)試，而硬件工程師能夠盡早在原型設(shè)計(jì)周期中驗(yàn)證他們的設(shè)計(jì)。要達(dá)到這個(gè)目標(biāo)必須提供集成的開發(fā)環(huán)境，在這個(gè)環(huán)境中可以完成軟硬件建模、聯(lián)合模擬及評(píng)價(jià)。目前已有一些解決方案，如指令集仿真器和標(biāo)準(zhǔn)的低價(jià)格的商業(yè)評(píng)估版。另外，低成本的主-目標(biāo)機(jī)連接技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的另一特點(diǎn)是，需要的開發(fā)人員越來越多。為了有效管理開發(fā)隊(duì)伍，必須將一些專有技術(shù)封裝起來，以便使非專業(yè)人員可以安全、可靠和直接的方式使用。因而，在嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中還要引入面向?qū)ο蟮乃枷搿Ｔ谠S多大公司中，軟件開發(fā)隊(duì)伍不是簡單的增長，而是正在分散化，成員的工作地點(diǎn)可以分布于不同的地域或不同的國家。這種情況導(dǎo)致了“技術(shù)中心”的出現(xiàn)，因而使用“軟件部件”變得越來越現(xiàn)實(shí)。四、SOPC 嵌入式系統(tǒng)中軟硬件協(xié)同簡介隨著半導(dǎo)體技術(shù)的高速發(fā)展，集成電路的規(guī)模不斷增大，以及大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷某霈F(xiàn)，使得整個(gè)系統(tǒng)集成在單個(gè)芯片上并實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)可編程成為可能，這就是片上可編程系統(tǒng)SOPC(System on a Programmable Chip)。它支持并行SOPC技術(shù)具有靈活的設(shè)計(jì)方式:可裁減、可擴(kuò)充、可升級(jí)，并具有軟硬件在系統(tǒng)可編程的功能?；贔PGA(Field－Programmable Gate Array，即現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)的片上可編程系統(tǒng)SOPC設(shè)計(jì)近年來在半導(dǎo)體領(lǐng)域中呈現(xiàn)出高速增長態(tài)勢(shì)，成為系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)者的首選，但是隨著系統(tǒng)規(guī)模的不斷增大，使得整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變得非常困難，系統(tǒng)開發(fā)周期越來越長，而現(xiàn)今的嵌入式電子產(chǎn)品對(duì)系統(tǒng)的開發(fā)周期是非常敏感的，因此快速、高效的設(shè)計(jì)方法是一個(gè)值得探討和研究的問題。對(duì)于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的這些問題，研究者提出了一種軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的新方法。SOPC系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，系統(tǒng)中許多功能模塊既可以由硬件來完成，也可以由軟件來實(shí)現(xiàn)。硬件實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)是性能高、速度快，但是成本較高、靈活性差；而軟件實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)是靈活性好、成本較低，但是性能差。因此，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過程中如何兼顧系統(tǒng)的功能和性能(如功耗、成本、面積等)需求，使它們達(dá)到一種最優(yōu)組合，這正是軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方法所要解決的主要問題。五、傳統(tǒng)電子設(shè)計(jì)方法目前，國內(nèi)外的企業(yè)普遍采用的是傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。這種方法的步驟是首先對(duì)系統(tǒng)的需求描述進(jìn)行定義，然后進(jìn)行系統(tǒng)的軟硬件劃分，劃分好以后就開始分別進(jìn)行硬件和軟件的設(shè)計(jì)，如果硬件和軟件設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤將直接返回到軟硬件的劃分。傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程如圖1所示。這種方法的缺點(diǎn)如下:1)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)的并行性低，設(shè)計(jì)周期較長。這種設(shè)計(jì)流程采用先對(duì)硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后是軟件設(shè)計(jì)。即硬件設(shè)計(jì)好之后，在此硬件基礎(chǔ)之上進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。此串行化的設(shè)計(jì)方法當(dāng)硬件設(shè)計(jì)完成再進(jìn)行軟件的調(diào)試時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)硬件設(shè)計(jì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，糾正錯(cuò)誤就要付出高昂的人力、物力代價(jià)。不能對(duì)系統(tǒng)的軟硬件進(jìn)行協(xié)同驗(yàn)證，導(dǎo)致了設(shè)計(jì)重復(fù)性工作的次數(shù)大幅度增多，加大了設(shè)計(jì)成本。2)系統(tǒng)設(shè)計(jì)層次低，系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)依賴于手工，設(shè)計(jì)的大規(guī)模超出了設(shè)計(jì)人員的能力，系統(tǒng)的軟硬件的開發(fā)流程缺少溝通與協(xié)調(diào)，導(dǎo)致設(shè)計(jì)效率的降低。3)對(duì)于定制的嵌入式處理器不支持，嵌入式處理器為固定的模塊，不支持設(shè)計(jì)的可重用。六、軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)因?yàn)閭鹘y(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的這些缺點(diǎn)，人們開始探索新的設(shè)計(jì)方法來適應(yīng)高速發(fā)展的嵌入式系統(tǒng)，這種方法就是軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方法。它早在1993年就已經(jīng)成為嵌入式系統(tǒng)中系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的研究方向和熱點(diǎn)。軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)如下:1)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)采用并行設(shè)計(jì)和協(xié)同設(shè)計(jì)的思想，使得設(shè)計(jì)開發(fā)周期縮短，設(shè)計(jì)效率大大提高。2)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)采用了統(tǒng)一工具和表示方法，對(duì)軟硬件合理進(jìn)行劃分，合理分配系統(tǒng)功能，對(duì)成本、性能、功耗等各個(gè)方面進(jìn)行權(quán)衡，盡可能得到最優(yōu)化的設(shè)計(jì)。3)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)采用軟硬件協(xié)同仿真的方法，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行全局的設(shè)計(jì)驗(yàn)證。軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)對(duì)于設(shè)計(jì)的抽象層次有了很大的提高，而且拓寬了設(shè)計(jì)的覆蓋范圍，它可以使嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效率更高，速度更快。軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)是一種新的設(shè)計(jì)方法和思想，它不僅僅是一種設(shè)計(jì)技術(shù)，它是要把軟件和硬件的設(shè)計(jì)聯(lián)系起來，以免這兩部分設(shè)計(jì)過早的獨(dú)立起來。軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)現(xiàn)在正處于發(fā)展階段，有很多理論還不成熟，然而這種技術(shù)極大地提高了嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效率，有很大的研究價(jià)值和社會(huì)意義。七、軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的開發(fā)流程嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)包括:系統(tǒng)任務(wù)描述，系統(tǒng)建模，用來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能需求；對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)能浻布澐?，用以滿足性能要求、降低成本和功耗；系統(tǒng)的協(xié)同綜合和對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及規(guī)范性進(jìn)行仿真。軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的目的是使系統(tǒng)的各影響因素之間可以相互協(xié)調(diào)地完成系統(tǒng)功能。軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)基本流程如圖2所示。1、系統(tǒng)任務(wù)描述要想設(shè)計(jì)一個(gè)SOPC系統(tǒng)，第一步是要明確系統(tǒng)的需求，也就是系統(tǒng)的性能和要實(shí)現(xiàn)的功能，接下來是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模。SOPC系統(tǒng)的模型主要有有限狀態(tài)機(jī)模型、數(shù)據(jù)流圖模型、任務(wù)流圖模型、離散事件模型、Petri網(wǎng)模型等。建立一個(gè)對(duì)軟硬件通用的系統(tǒng)功能描述方法，來解決系統(tǒng)的統(tǒng)一描述問題，目前通常情況下是采用系統(tǒng)描述語言的方式。這樣在軟硬件劃分后，才能編譯并映射成硬件描述語言和軟件實(shí)現(xiàn)語言，為系統(tǒng)的軟硬件協(xié)同工作提供有力的保證。2、系統(tǒng)軟硬件劃分在傳統(tǒng)的嵌入式設(shè)計(jì)方法中，軟件和硬件的開發(fā)過程是割裂開的，它們之間缺乏溝通。這樣就使得系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效率很低。針對(duì)這一缺點(diǎn)，提出軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的方法，這種方法中軟硬件系統(tǒng)的劃分是軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)中關(guān)鍵的步驟之一。系統(tǒng)中硬件實(shí)現(xiàn)部分對(duì)系統(tǒng)的性能有決定作用，通常硬件實(shí)現(xiàn)部分速度較快，但是成本控制在這部分也起著決定性的作用。系統(tǒng)中軟件實(shí)現(xiàn)部分通常具有很大的靈活性，決定著系統(tǒng)配置的靈活性，但是要占用一定的FPGA邏輯單元和耗費(fèi)一定的時(shí)間。如表1所示。表1指出了系統(tǒng)是由硬件實(shí)現(xiàn)還是軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片面積、功耗、性能和人力與時(shí)間資源需求的影響，合理的軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方案，對(duì)嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有很重要的作用。軟硬件的合理劃分，在滿足系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上，能夠充分發(fā)揮硬件處理的快速和軟件控制靈活的特點(diǎn)。軟硬件劃分的結(jié)果追求的是提高系統(tǒng)運(yùn)行速度、減小面積、降低成本、減少功耗。但軟硬件劃分通常是一個(gè)傳統(tǒng)的難題，由于劃分問題本身就具有很大的難度，而且SOPC具有巨大的搜索空間，所以情況更加嚴(yán)峻?，F(xiàn)如今自動(dòng)劃分算法仍然不能取代有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者。劃分的方法基本上從兩個(gè)方面入手:一是面向軟件，從軟件到硬件要求滿足時(shí)序的特點(diǎn)；二是面向硬件，從硬件到軟件要求降低成本。在進(jìn)行劃分時(shí)，要考慮整個(gè)目標(biāo)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、粒度、軟硬件實(shí)現(xiàn)的成本等各個(gè)因素。劃分完成后，產(chǎn)生軟硬件系統(tǒng)的分割的界面，提供給軟硬件進(jìn)行溝通、驗(yàn)證和測(cè)試使用。常用的軟硬件協(xié)同劃分算法有模擬退火算法、遺傳算法等。遺傳算法和模擬退火算法的互補(bǔ)性比較好，將這兩種算法相結(jié)合而形成的遺傳退火算法將繼承這兩者的優(yōu)點(diǎn)，在軟硬件劃分上的效能很好，現(xiàn)在這種智能算法是軟硬件劃分算法領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。3、軟硬件協(xié)同綜合步驟軟硬件劃分完成以后，分別進(jìn)行軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。對(duì)劃分完成的系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的階段叫做綜合。這個(gè)步驟的主要任務(wù)是將劃分完成的系統(tǒng)的描述轉(zhuǎn)換成為可以綜合的硬件描述和可以編譯的軟件程序。構(gòu)建包含軟件和硬件的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)描述的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換過程。比如說劃分后的描述可以翻譯成為Verilog HDL(硬件模塊)和C(軟件模塊)。軟硬件協(xié)同綜合包含以下三個(gè)步驟:1)處理單元分配，決定嵌入式系統(tǒng)由哪些處理器、DSP及專用硬件等體系結(jié)構(gòu)級(jí)別的單元組成；2)任務(wù)指派，決定系統(tǒng)當(dāng)中哪些功能由硬件處理單元實(shí)現(xiàn)，哪些功能由處理器用軟件來實(shí)現(xiàn)；3)任務(wù)調(diào)度，決定分配給每個(gè)處理單元上任務(wù)的開始時(shí)間和執(zhí)行順序。4、軟硬件協(xié)同仿真軟硬件協(xié)同仿真驗(yàn)證是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性和性能指標(biāo)確定的一個(gè)評(píng)估階段。在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各個(gè)階段，可以把仿真驗(yàn)證分為系統(tǒng)級(jí)仿真、行為級(jí)仿真、寄存器傳輸級(jí)(RTL級(jí))仿真和門級(jí)仿真。系統(tǒng)級(jí)仿真一般情況下用來評(píng)估系統(tǒng)的整體功能和對(duì)算法的正確性的驗(yàn)證；行為級(jí)仿真可以對(duì)所設(shè)計(jì)的邏輯進(jìn)行仿真，但不會(huì)考慮目標(biāo)器件的特性，比如容量，延遲等，行為級(jí)仿真可以使用高級(jí)的語句，比如報(bào)錯(cuò)語句、文件讀寫語句、浮點(diǎn)格式等，但這些語句通常都是不能在目標(biāo)器件中實(shí)現(xiàn)的；寄存器傳輸級(jí)仿真檢查各模塊的邏輯功能是否正確，然后，將通過仿真的各模塊集成在一起，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行功能仿真，這一階段的仿真沒有包括硬件電路的時(shí)間信息，因此，只能從邏輯功能方面對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證；門級(jí)仿真是將使用綜合軟件綜合后生成的門級(jí)網(wǎng)表或者是實(shí)現(xiàn)后生成的門級(jí)模型進(jìn)行仿真，不加入時(shí)延文件的仿真。典型的軟硬件協(xié)同仿真一般是在CPLD或FPGA的開發(fā)環(huán)境下，在Quartus II下運(yùn)行。系統(tǒng)如果采用的IP核等一些資源已經(jīng)進(jìn)行了單獨(dú)的驗(yàn)證，則對(duì)它的門級(jí)或者RTL級(jí)的仿真驗(yàn)證可以省略。八、嵌入式系統(tǒng)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)總結(jié)基于SOPC的軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方法能夠在宏觀上把握復(fù)雜系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法存在的缺點(diǎn)，能夠充分挖掘軟件和硬件之間的協(xié)同性，對(duì)系統(tǒng)的軟硬件進(jìn)行正確劃分，并能夠選取合適的IP，建立系統(tǒng)的設(shè)計(jì)平臺(tái)和驗(yàn)證平臺(tái)，推動(dòng)軟件和硬件的并行研發(fā)，降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，縮短開發(fā)周期，在嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中發(fā)揮著重要的作用。隨著邏輯設(shè)計(jì)和EDA工具的支持，基于SOPC的軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)在嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中發(fā)揮越來越重要的作用，將是今后IP－SOPC設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的最核心技術(shù)。嵌入式系統(tǒng)具有強(qiáng)大的生命力，廣闊的市場(chǎng)和深遠(yuǎn)的應(yīng)用前景使它的發(fā)展日新月異。為了更快捷、更有效地開發(fā)各種嵌入式應(yīng)用，研究軟硬件聯(lián)合設(shè)計(jì)方法具有很重要的學(xué)術(shù)和商業(yè)價(jià)值。系統(tǒng)建模、軟硬件劃分、虛擬原型等技術(shù)仍然是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題，并隨著微電子技術(shù)和計(jì)算技術(shù)的發(fā)展不斷地補(bǔ)充和發(fā)展。以上就是我們深圳市組創(chuàng)微電子有限公司為您介紹的嵌入式系統(tǒng)軟硬件聯(lián)合設(shè)計(jì)方法。如果您有智能電子產(chǎn)品的軟硬件功能開發(fā)需求，可以放心交給我們，我們有豐富的電子產(chǎn)品定制開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，可以盡快評(píng)估開發(fā)周期與IC價(jià)格，也可以核算PCBA報(bào)價(jià)。我們是多家國內(nèi)外芯片代理商，有MCU、語音IC、藍(lán)牙IC與模塊、wifi模塊。我們的擁有硬件設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)能力。涵蓋了電路設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、單片機(jī)開發(fā)、軟件定制開發(fā)、APP定制開發(fā)、微信公眾號(hào)開發(fā)、語音識(shí)別技術(shù)、藍(lán)牙wifi開發(fā)等。還可以承接智能電子產(chǎn)品研發(fā)、家用電器方案設(shè)計(jì)、美容儀器開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)、智能家居方案設(shè)計(jì)、TWS方案開發(fā)、藍(lán)牙音頻開發(fā)、兒童玩具方案開發(fā)、電子教育產(chǎn)品研發(fā)。
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07-04
2021
電子產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)
電子產(chǎn)品已經(jīng)深入人們的生活并成為不可取代的重要的生活工具，而基于時(shí)代的需求，對(duì)于電子產(chǎn)品的要求越來越高，如何加快提升電子產(chǎn)品的實(shí)用性，如何提升其在市場(chǎng)中的核心競(jìng)爭力，已成為當(dāng)下電子產(chǎn)品行業(yè)從業(yè)人員需要迫切解決的重要問題。但與此同時(shí)，電子產(chǎn)品的實(shí)用性與其硬件設(shè)計(jì)緊密聯(lián)系在一起，因此，對(duì)電子產(chǎn)品實(shí)用性問題的探究還需要從電子產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)入手進(jìn)行深入分析。一、對(duì)于電子產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)的分析電子產(chǎn)品對(duì)于市場(chǎng)及用戶而言，其競(jìng)爭條件可以粗略劃分為硬件設(shè)計(jì)內(nèi)容和外在設(shè)計(jì)形象?；谝欢ㄇ疤幔布O(shè)計(jì)條件往往直接決定了電子產(chǎn)品的實(shí)用價(jià)值，而用戶在對(duì)于電子產(chǎn)品進(jìn)行選擇時(shí)，也是基于個(gè)人需求在不同硬件設(shè)計(jì)中選擇性價(jià)比較高的產(chǎn)品，由此可見硬件設(shè)計(jì)對(duì)于電子產(chǎn)品的發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用。而在我國，電子產(chǎn)品的硬件設(shè)計(jì)往往能夠直接與企業(yè)的生產(chǎn)成本掛鉤，換言之，高性能的硬件設(shè)計(jì)能夠?yàn)槠髽I(yè)有效降低生產(chǎn)成本并為企業(yè)帶來更多的利潤增值，進(jìn)而能夠更好地應(yīng)對(duì)市場(chǎng)競(jìng)爭變化所帶來的沖擊。以手機(jī)為例，當(dāng)兩款手機(jī)在外在條件方面不相上下時(shí)，用戶往往會(huì)根據(jù)手機(jī)的性能來做出購買決定，而優(yōu)質(zhì)的性能就是高銷量的保障，優(yōu)質(zhì)的性能又能夠推動(dòng)其他生產(chǎn)廠家提高自身的設(shè)計(jì)來爭取占有更多市場(chǎng)份額，從而形成良性競(jìng)爭環(huán)境。二、硬件設(shè)計(jì)的流程結(jié)合上文對(duì)于電子產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)的重要性的分析，我們需要了解的另外一些問題是，硬件設(shè)計(jì)的具體流程是什么？哪些因素又構(gòu)成了硬件設(shè)計(jì)，使其成為如此重要的一環(huán)呢？針對(duì)以上問題，本文將通過介紹前期準(zhǔn)備工作、原理圖繪制以及PCB圖的繪制及相關(guān)元件安裝三個(gè)方面進(jìn)行深入探析。1、關(guān)于硬件設(shè)計(jì)的前期準(zhǔn)備工作如果說硬件設(shè)計(jì)的好壞是電子產(chǎn)品在市場(chǎng)中形成核心競(jìng)爭力的關(guān)鍵，那么電子產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)的前期準(zhǔn)備工作對(duì)于硬件設(shè)計(jì)而言就是工作開展的重要基礎(chǔ)。硬件設(shè)計(jì)的前期準(zhǔn)備工作主要是相關(guān)的項(xiàng)目規(guī)劃和相應(yīng)的準(zhǔn)備工作，即將項(xiàng)目根據(jù)不同類別劃分為若干區(qū)域，不同區(qū)域依照模塊進(jìn)行搭設(shè)。值得注意的是，模塊搭設(shè)中所選用的元件或其他器件要依據(jù)圖紙，盡可能使用壽命及使用周期較長的主流元件，并根據(jù)圖紙搭設(shè)完成后進(jìn)行測(cè)試，確保運(yùn)行正常，并做好相關(guān)的記錄工作，以便日后審核或回執(zhí)使用。前期的準(zhǔn)備工作的重要性不僅體現(xiàn)在它的基礎(chǔ)性，還體現(xiàn)在它需要為后續(xù)的工作做好服務(wù)，前期準(zhǔn)備工作直接決定了后期工作能否正常開展，因此極為重要。2、關(guān)于原理圖的繪制工作元件的封裝基于原理圖的繪制，而原理圖的繪制則需要依賴前期的準(zhǔn)備工作，環(huán)環(huán)相扣。在繪制原理圖時(shí)，首先要根據(jù)不同區(qū)域間的不同電路與元件，來畫出功能塊的原理圖，然后進(jìn)行標(biāo)記，確認(rèn)無誤后開始封裝。原理圖的繪制工作是電子產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)的核心工作，也起到了承上啟下的作用，基于原理圖的繪制，能夠?qū)φ麎K設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，及時(shí)找到問題與紕漏并進(jìn)行修改，可以說原理圖的繪制直接反映著電子產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)的功能性良好與否，需要引起高度重視。3、關(guān)于繪制PCB圖PCB圖的繪制是硬件設(shè)計(jì)流程中的最后一步，也是基于前期工作完善后的最終步驟，在完成原理圖繪制工作的基礎(chǔ)上，將原理圖中的元件封裝導(dǎo)入PCB圖中，然后放置元件。在這個(gè)過程中，要格外注意元件的放置順序、元件之間的聯(lián)系性以及實(shí)際的相關(guān)布局等問題，確保從繪制尺寸到位置都精準(zhǔn)無誤后，完成硬件的設(shè)計(jì)工作。值得一提的是，要盡量避免在連接關(guān)系中出現(xiàn)重疊的現(xiàn)象，會(huì)直接影響硬件設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)需求，不同的電子產(chǎn)品需求不同，而作為最后步驟，應(yīng)當(dāng)整體進(jìn)行翻查，避免出現(xiàn)疏漏。三、電子產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)的應(yīng)用手機(jī)、電腦、相機(jī)等電子產(chǎn)品已經(jīng)成為當(dāng)下人們生活中不可分割的一部分，電子產(chǎn)品的硬件設(shè)計(jì)的應(yīng)用與其實(shí)用性能夠帶給用戶最直觀的感受，不難推斷，其對(duì)產(chǎn)品本身的銷售也會(huì)造成影響，因此，如何基于硬件設(shè)計(jì)的應(yīng)用提升產(chǎn)品的實(shí)用性就成為了關(guān)鍵問題。1、微型電子器件關(guān)于微型電子器件的探討，筆者以集成電路為例來進(jìn)行。集成電路相對(duì)而言體積小、重量輕，且成本不高，結(jié)構(gòu)簡單，符合當(dāng)下電子產(chǎn)品的低能耗高可靠性要求，是基于時(shí)代發(fā)展的電子產(chǎn)品的發(fā)展方向之一。就集成電路而言，不僅能夠在民用電子產(chǎn)品設(shè)備中看到它的身影，諸如計(jì)算機(jī)、電視等等，其在軍事領(lǐng)域、通訊領(lǐng)域也同樣活躍，由于集成電路的優(yōu)勢(shì)及配密度，使得設(shè)備的穩(wěn)定性得到了長足的進(jìn)步，因此其不論是在推動(dòng)電子元件發(fā)展方面還是在提高產(chǎn)品的實(shí)用性方面，都表現(xiàn)突出。2、記憶設(shè)備的應(yīng)用記憶設(shè)備的應(yīng)用其實(shí)就是指存儲(chǔ)器的應(yīng)用，存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)的重要組成部分，通過存儲(chǔ)器能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和提取，進(jìn)而對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行利用。存儲(chǔ)器不僅僅在計(jì)算機(jī)中被應(yīng)用，基于當(dāng)下時(shí)代的發(fā)展需求，幾乎所有的電子產(chǎn)品都會(huì)運(yùn)用到存儲(chǔ)器，目前為止的記憶設(shè)備大致分為兩大類，一類是基于ROM類的存儲(chǔ)器，即對(duì)于系統(tǒng)程序進(jìn)行存儲(chǔ)功能，另一類是基于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。四、對(duì)于電子產(chǎn)品實(shí)用性提升的設(shè)計(jì)在對(duì)電子產(chǎn)品中硬件設(shè)計(jì)的應(yīng)用做簡單介紹后，就需要對(duì)其如何提高產(chǎn)品實(shí)用性進(jìn)行探究，以手機(jī)為例，手機(jī)在使用過程中，其實(shí)用性的體現(xiàn)與手機(jī)硬件設(shè)計(jì)有著直接聯(lián)系，如：產(chǎn)品的耗損，即使用年限和使用年限中的流暢性問題，以及功能性耗損，即在使用過程中，保障其在產(chǎn)品元件出現(xiàn)問題時(shí)的及時(shí)維修性能?；谶@兩點(diǎn)，才能充分保障電子產(chǎn)品實(shí)用性不斷提高。1、元件的耗損與流暢性在電子產(chǎn)品的使用過程中，不可避免的由于使用年限、使用次數(shù)、使用環(huán)境或其他因素，使電子產(chǎn)品元件產(chǎn)生耗損，元件的耗損可能會(huì)直接損害電子產(chǎn)品使用的流暢性或加大其出現(xiàn)故障的概率，進(jìn)而降低產(chǎn)品實(shí)用性。因此在電子產(chǎn)品的硬件設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，首先基于實(shí)用性要考慮的就是關(guān)于電子產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)的耗損問題，通過已出現(xiàn)的耗損值來評(píng)價(jià)當(dāng)下元件的耗損問題，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行整體的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)調(diào)整，設(shè)計(jì)出能夠代替現(xiàn)有元件并降低耗損值的元件，在提升實(shí)用性的基礎(chǔ)上，為用戶帶來良好的體驗(yàn)。以手機(jī)為例，手機(jī)在經(jīng)過一到兩年的使用，會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)擊軟件啟動(dòng)緩慢、切屏緩慢或其他操作流程不流暢的問題，一些企業(yè)為了成本及利益，不考慮該因素，一味生產(chǎn)，反而導(dǎo)致手機(jī)的更新?lián)Q代速度加快，在過快淘汰過程中，最終損失的是企業(yè)自身，良好的用戶體驗(yàn)才能長久地留住用戶，耗損不可避免，降低耗損值，讓耗損出現(xiàn)得更晚或零件可更換才是關(guān)鍵，只有從根本上滿足用戶對(duì)產(chǎn)品的實(shí)用性需求，才能促使企業(yè)贏得市場(chǎng)口碑，進(jìn)而獲得長遠(yuǎn)發(fā)展。2、基于耗損的元件的可維修性可維修性簡單來講就是當(dāng)電子產(chǎn)品中的元件出現(xiàn)耗損可及時(shí)維修和更換，以延續(xù)電子產(chǎn)品的使用，進(jìn)而提高產(chǎn)品的實(shí)用性。在企業(yè)進(jìn)行電子產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)時(shí)，就要考慮到這一點(diǎn)，對(duì)于硬件設(shè)計(jì)元件盡可能選擇具有輕便性或者能夠整合的元件組合，并提升硬件設(shè)計(jì)下電子產(chǎn)品功能的便捷性。在電子產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)、外觀美觀以及流暢性都達(dá)到某一標(biāo)準(zhǔn)后，對(duì)于電子產(chǎn)品長期使用產(chǎn)生的元件耗損提供維修服務(wù)。以電腦為例，電腦在逐年累月的使用過程中，難免會(huì)出現(xiàn)硬件元件損耗的問題，當(dāng)問題出現(xiàn)后，用戶基于電腦存儲(chǔ)器中的文件的重要性，不能夠更換或使用其他電腦，需要對(duì)于電腦進(jìn)行維修以使電腦繼續(xù)提供服務(wù)，而元件損耗一般情況下是元件的老化造成的，在維修過程中，要注意選擇適當(dāng)?shù)哪軌蜻M(jìn)行替換的電子元件，既要符合最初電子產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)理念，也要滿足當(dāng)下電子產(chǎn)品繼續(xù)使用的需求，并避免更換電子元件后可能會(huì)出現(xiàn)的問題，如機(jī)身長期過熱、產(chǎn)品流暢性嚴(yán)重下降等。五、電子產(chǎn)品硬件開發(fā)技術(shù)總結(jié)不論技術(shù)的發(fā)展多么便捷與迅速，電子產(chǎn)品的實(shí)用性始終是電子產(chǎn)品的核心競(jìng)爭力，只有提高產(chǎn)品的實(shí)用性，多方面滿足用戶的需求，才能在電子產(chǎn)品的市場(chǎng)中占據(jù)一席之地。作為企業(yè)，不能只看到眼前的蠅頭小利，要著手于從元件耗損、維修等多個(gè)方面提供售后來保障電子產(chǎn)品的實(shí)用性，同時(shí)在原有電子產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)中，充分考慮到各方面的因素，從根本上提高其實(shí)用性。望廣大相關(guān)工作者能夠在此基礎(chǔ)上繼續(xù)深入探究，為提升電子產(chǎn)品的實(shí)用性提出更多具有建設(shè)性的建議與意見。以上就是我們深圳市組創(chuàng)微電子有限公司為您介紹的電子產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)技術(shù)詳情。如果您有智能電子產(chǎn)品的軟硬件功能開發(fā)需求，可以放心交給我們，我們有豐富的電子產(chǎn)品定制開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，可以盡快評(píng)估開發(fā)周期與IC價(jià)格，也可以核算PCBA報(bào)價(jià)。我們是多家國內(nèi)外芯片代理商，有MCU、語音IC、藍(lán)牙IC與模塊、wifi模塊。我們的擁有硬件設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)能力。涵蓋了電路設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、單片機(jī)開發(fā)、軟件定制開發(fā)、APP定制開發(fā)、微信公眾號(hào)開發(fā)、語音識(shí)別技術(shù)、藍(lán)牙wifi開發(fā)等。還可以承接智能電子產(chǎn)品研發(fā)、家用電器方案設(shè)計(jì)、美容儀器開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)、智能家居方案設(shè)計(jì)、TWS方案開發(fā)、藍(lán)牙音頻開發(fā)、兒童玩具方案開發(fā)、電子教育產(chǎn)品研發(fā)。
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07-03
2021
英特爾硬件設(shè)計(jì)流程
英特爾嵌入式平臺(tái)硬件設(shè)計(jì)流程指導(dǎo)技術(shù)發(fā)展日新月異，如何能夠快速提供完整的解決方案，正成為現(xiàn)代高新技術(shù)企業(yè)的主要挑戰(zhàn)。這就要求開發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行詳細(xì)的研究并深刻理解實(shí)際需求，進(jìn)行需求分析，比如產(chǎn)品各項(xiàng)性能指標(biāo)、產(chǎn)品功能要求、測(cè)試認(rèn)證需求、項(xiàng)目成本目標(biāo)等，進(jìn)一步明確設(shè)計(jì)任務(wù)。英特爾產(chǎn)品線比較廣泛，針對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求，學(xué)習(xí)平臺(tái)資料進(jìn)行評(píng)估，設(shè)計(jì)可靠合理、經(jīng)濟(jì)可行的方案時(shí)需要特別注意Intel平臺(tái)各項(xiàng)功能參數(shù)與實(shí)際需求相符合，具體需要參考英特爾產(chǎn)品文檔資料。一、英特爾平臺(tái)文檔資料名詞術(shù)語1.1外部設(shè)計(jì)規(guī)范EDS(External Design Specification)這份設(shè)計(jì)文檔包含了該平臺(tái)支持參考設(shè)計(jì)中的使用和實(shí)現(xiàn)的資料，幫助客戶設(shè)計(jì)使用英特爾的產(chǎn)品。還包含了使用特定的Intel組件的性能指標(biāo)或系統(tǒng)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)信息，以及Intel處理器核心、圖形、內(nèi)存控制器、總線信號(hào)描述、系統(tǒng)內(nèi)存匹配、總線接口數(shù)量、電氣特性、封裝信息、時(shí)鐘分配、芯片對(duì)電壓的要求、以及上電順序和輸入/輸出接口等具體信息。1.2平臺(tái)設(shè)計(jì)指南PDG(P1atformDeSignGuide)設(shè)計(jì)指南包含的信息支持參考設(shè)計(jì)的使用和實(shí)現(xiàn)的信息，幫助客戶設(shè)計(jì)使用英特爾的產(chǎn)品。還包含了使用特定的Intel組件的PCB板布局和板級(jí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)信息與設(shè)計(jì)建議，具體到CPU和芯片的每一種接口的接線與布線建議，如DDR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、DMI、DDI、DSI、SATA、PCIe、USB等；Design Guide中也會(huì)有平臺(tái)中電源分配與上電順序設(shè)計(jì)指導(dǎo)等以及對(duì)PCB疊層、走線、接口、等長、過孔等做出詳細(xì)的規(guī)范和要求。1.3客戶參考設(shè)計(jì)原理圖CRB(Customer Reference Board Schematic)客戶參考板原理圖描述了一個(gè)Intel完整產(chǎn)品的特性，包含了特定產(chǎn)品客戶參考板的原理圖設(shè)計(jì)，會(huì)把Intel對(duì)應(yīng)平臺(tái)的各個(gè)總線接口連接出來，通過調(diào)試即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，包括系統(tǒng)框架圖、電源方案、時(shí)鐘、平臺(tái)上電順序、電源管理、詳細(xì)原理圖實(shí)現(xiàn)到具體的元器件連接等。1.4客戶參考設(shè)計(jì)布局文檔(Customer Reference Board fi1e)客戶參考板布局文件是針對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)布局文件。與客戶參考設(shè)計(jì)原理圖相一一對(duì)應(yīng)的，使用參考客戶參考板用戶指南、客戶參考測(cè)試計(jì)劃和客戶參考系統(tǒng)設(shè)計(jì)。1.5平臺(tái)布局檢查表(Layout check 1ist)布局檢查表是審查設(shè)計(jì)指南并實(shí)現(xiàn)一個(gè)系統(tǒng)布局設(shè)計(jì)重要環(huán)節(jié)，由大局到細(xì)節(jié)的與相關(guān)的平臺(tái)設(shè)計(jì)指南一起配合使用的，具體的每個(gè)總線接口都有詳細(xì)的要求和說明，比如說高速總線布線、過孔數(shù)量、時(shí)鐘分配、特性阻抗、長度限制等檢查可能發(fā)生的問題點(diǎn)，增強(qiáng)主板的穩(wěn)定性能。1.6原理圖檢查表(Schematic design check list)原理圖檢查表是一份產(chǎn)品設(shè)計(jì)原理圖需要審查的項(xiàng)目清單和列表，原理圖推薦設(shè)計(jì)與指導(dǎo)，可自查與CRB原理圖的接線區(qū)別與問題。檢查有關(guān)芯片周邊信號(hào)的連接、高速信號(hào)的連接、電源狀態(tài)、時(shí)鐘分配，未使用總線接口屏蔽注意事項(xiàng)，在原理圖設(shè)計(jì)中常常與外部設(shè)計(jì)規(guī)范EDS配合使用。二、Intel項(xiàng)目設(shè)計(jì)流程2.1英特爾項(xiàng)目設(shè)計(jì)前期準(zhǔn)備在實(shí)際項(xiàng)目設(shè)計(jì)前期，要進(jìn)行需求分析和明確開發(fā)任務(wù)。設(shè)計(jì)人員需要及時(shí)聯(lián)系Intel的技術(shù)支持工程師了解產(chǎn)品路線圖，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際需求，一起討論平臺(tái)的芯片方案；開發(fā)調(diào)試階段的調(diào)試工具種類和使用文檔，明確項(xiàng)目開發(fā)計(jì)劃及時(shí)間表；同步申請(qǐng)Intel CRB參考設(shè)計(jì)板進(jìn)行先期調(diào)試與評(píng)估，以縮短產(chǎn)口開發(fā)周期，提前獲得Intel的技術(shù)支持和設(shè)計(jì)資源。當(dāng)然，參考EDS及其他文檔的特性指標(biāo)過程中，也需要進(jìn)行初期產(chǎn)品軟件實(shí)現(xiàn)可行性研宄，如與BIOS/OSV廠家討論SW開發(fā)與設(shè)計(jì)，MCU的實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)配合，OS與driver的功能實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)散熱方案的選擇等。結(jié)合項(xiàng)目需求，開始準(zhǔn)備設(shè)計(jì)文檔和設(shè)計(jì)方案，需要先進(jìn)行系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)，畫出系統(tǒng)框圖與相關(guān)設(shè)計(jì)部門討論實(shí)現(xiàn)，整理出電源分配、時(shí)鐘、上電時(shí)序及復(fù)位、中斷、調(diào)試等單元構(gòu)思框圖，結(jié)合Intel平臺(tái)客戶參考設(shè)計(jì)原理圖CRB，進(jìn)行器件選型和單元方案實(shí)現(xiàn)到整體方案的制定。需要參考PDG，EDS，CRB等文檔，特別注意芯片的工作電壓、工作頻率、系統(tǒng)時(shí)序和整體功耗等，滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求。2.2英特爾硬件原理圖繪制階段在原理圖繪制階段，首先參考Intel芯片庫文件，做到原理圖排版清晰合理，版面排列均勻，學(xué)習(xí)EDS文檔中各組信號(hào)描述：系統(tǒng)內(nèi)存、總線接口、電氣特性以及上電順序(此為平臺(tái)上電設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ))，從EDS中查閱相關(guān)信息，并參考CRB根據(jù)平臺(tái)各主要功能模塊對(duì)時(shí)序的要求匯整后進(jìn)行定義項(xiàng)目平臺(tái)的上電時(shí)序；其次，結(jié)合項(xiàng)目功能需求，參考intel CRB原理圖設(shè)計(jì)，特別注意電源分配、時(shí)針安排、高速信號(hào)的連接等，原理圖初稿繪制后需要認(rèn)真與intel的原理圖檢查表(schematic design check list)結(jié)合排查容易出錯(cuò)的地方，特別是DDR、PCIe、USB、DDI等高速信號(hào)；然后，硬件開發(fā)人員需要及時(shí)與SW同事一起討論和準(zhǔn)備BIOS/Boot loader程序，為第一版打樣試產(chǎn)開機(jī)作好充分的準(zhǔn)備。當(dāng)然，選擇與繪制其他元器件也是一個(gè)重要組成部分，需要充分考慮后期的加工以及生產(chǎn)流程的方便性和元器的替代性?？梢酝缴暾?qǐng)Intel技術(shù)支持人員進(jìn)行項(xiàng)目原理圖的審查，結(jié)合檢查結(jié)果，召開原理圖設(shè)計(jì)小組進(jìn)行最終討論和修改，對(duì)功能、性能、冗余設(shè)計(jì)等客戶功能要求規(guī)格與標(biāo)準(zhǔn)與Intel平臺(tái)各項(xiàng)指標(biāo)相符合，以及工廠的可生產(chǎn)性、可調(diào)試性、可測(cè)試性進(jìn)行等，最終修改確定。2.3英特爾PCB布局設(shè)計(jì)階段布局和PCB設(shè)計(jì)階段，需要及時(shí)與機(jī)構(gòu)/ID/EMI/RF/Power/thermal team合作，討論主要芯片的位置擺放問題，以滿足項(xiàng)目整體方案的設(shè)計(jì)需求。首先結(jié)合PCB疊層結(jié)構(gòu)，計(jì)算各組高速信號(hào)的PCB走線的寬度能否順暢，討論電源器件位置以及敏感元器件位置擺放，產(chǎn)生正式設(shè)計(jì)文檔：注意把I/0接口、溫度、時(shí)鐘元器件位置以及限高區(qū)域重點(diǎn)討論其次，繪制PCB布局時(shí)需要選擇合理的疊層設(shè)計(jì)、把主要元器件排列均勻，做到高速信號(hào)布線順暢；要特別注意干擾源及敏感信號(hào)的屏蔽，各種不同功能模塊的供電要做到相對(duì)隔離；注意高速信號(hào)與電源的走線分配，避免相互干涉；合理規(guī)劃電源模塊布局與電源分配路徑，根據(jù)印制線路板電流的大小，盡量加粗電源線寬度，減少環(huán)路電阻。高速信號(hào)走線長度需要符合Intel規(guī)范，需要填寫PCB板上實(shí)際長度在等長表中檢查走線長度。合理規(guī)劃高速信號(hào)的參考平面及電源平面，特別注意DDR、DMI、DDI、DSI、SATA、PCIE、USB等高速信號(hào)的布線，以避免信號(hào)干擾和竄擾效應(yīng)；拉大高速信號(hào)和模擬信號(hào)之間的距離，盡可能地增大信號(hào)線間的距離，可以有效的減少容性串?dāng)_；應(yīng)盡量減小環(huán)路面積減小感性串?dāng)_。地線設(shè)計(jì)中，注意數(shù)字地對(duì)模擬地的噪聲干擾，可將數(shù)字地與模擬地分開、接地線應(yīng)盡量加粗、數(shù)字電路系統(tǒng)的接地線構(gòu)成閉環(huán)路，能提高抗噪聲能力。關(guān)注信號(hào)完整性的信號(hào)阻抗匹配、線寬走線均勻、線距保持合理；避免傳輸線的阻抗不連續(xù)性，減少使用樁線等。模擬信號(hào)，時(shí)鐘信號(hào)和溫度信號(hào)等敏感信號(hào)走線盡量短，并遠(yuǎn)離電源等干擾源。過孔數(shù)量及分布合理，尤其是高速信號(hào)的過孔數(shù)量不超過要求，可以參考CRB layout file，layout check list和PDG。遵守英特爾參考設(shè)計(jì)文檔PDG，做到電源分配合理，時(shí)鐘走線得當(dāng)，DDR等高速信號(hào)沒有影響和被影響；后期，認(rèn)真與layout對(duì)照檢查表一項(xiàng)一項(xiàng)的仔細(xì)排查，尤其是高速信號(hào)、等長、電源、EMI對(duì)策等部分。接近發(fā)板前期，可以邀請(qǐng)英特爾專業(yè)工程師同步進(jìn)行檢查，收到反饋結(jié)果后及時(shí)召開layout布局檢查會(huì)議，討論并修改后產(chǎn)生正式設(shè)計(jì)文檔進(jìn)行發(fā)版制作。2.4英特爾PCB制作階段PCB制作期間需要同步檢查物料表，協(xié)調(diào)試生產(chǎn)排程，準(zhǔn)備首件測(cè)試計(jì)劃和調(diào)試工具軟件、調(diào)試設(shè)備。當(dāng)收到首片PCB時(shí)，首先進(jìn)行電源相關(guān)的開短路測(cè)試，確認(rèn)無誤后進(jìn)行上電測(cè)試，重點(diǎn)檢查電源時(shí)序、時(shí)鐘、reset等信號(hào)，對(duì)照英特爾平臺(tái)EDS中的上電時(shí)序要求，軟件硬件開發(fā)人員及時(shí)調(diào)整和解決不符合spec.要求的設(shè)計(jì)；接著power on完成后，需要完成功能測(cè)試報(bào)告和信號(hào)完整性測(cè)試報(bào)告，然后進(jìn)行系統(tǒng)功耗與電源品質(zhì)測(cè)試、主要器件的兼容性和系統(tǒng)穩(wěn)定性測(cè)試；生成正式的測(cè)試報(bào)告和變更文檔以便后續(xù)相關(guān)問題的追溯。必要時(shí)可以尋求英特爾平臺(tái)應(yīng)用工程師在主板調(diào)試驗(yàn)證方面的幫助。2.5英特爾硬件平臺(tái)調(diào)試階段根據(jù)首次試產(chǎn)后的測(cè)試結(jié)果，修改原理圖和布局設(shè)計(jì)，進(jìn)一步檢查物料上件的準(zhǔn)確性，同步解決工廠生產(chǎn)與功能測(cè)試相關(guān)的問題，形成設(shè)計(jì)文檔：在第二次試生產(chǎn)后，進(jìn)一步驗(yàn)證系統(tǒng)功能的穩(wěn)定性，比如說高低溫，老化，跑長時(shí)間多次開關(guān)機(jī)等測(cè)試；及時(shí)解決相關(guān)測(cè)試部門發(fā)現(xiàn)的集中性問題。第三次打板后足夠臺(tái)數(shù)、次數(shù)的多次驗(yàn)證系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時(shí)，也需要在產(chǎn)品最終量產(chǎn)前，改善生產(chǎn)良率，比如說簡化設(shè)計(jì)，使用排組減少零件數(shù)量等，對(duì)工廠生產(chǎn)和測(cè)試過程中，遇到的集中性問題進(jìn)行解決直到開始量產(chǎn)出貨?？偨Y(jié)英特爾嵌入式平臺(tái)設(shè)計(jì)的目的是為了讓系統(tǒng)設(shè)備達(dá)到預(yù)期的功能，系統(tǒng)能夠更加穩(wěn)定的運(yùn)行，本文重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的Intel各個(gè)主要設(shè)計(jì)文檔的功能與內(nèi)涵，解決了X86開發(fā)工程師在設(shè)計(jì)嵌入式平臺(tái)過程中遇到的種種困惑以及給出了指導(dǎo)方案，在大部分的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)過程中運(yùn)用可取得較好的項(xiàng)目成果，能夠縮短產(chǎn)品上市時(shí)間與開發(fā)資源。當(dāng)然，現(xiàn)代快節(jié)奏的產(chǎn)品開發(fā)周期，各種項(xiàng)目的要求也千差萬別，可以結(jié)合具體實(shí)際情況，有針對(duì)的選擇重點(diǎn)的開發(fā)方向。以上就是我們深圳市組創(chuàng)微電子有限公司為您介紹的英特爾嵌入式平臺(tái)硬件設(shè)計(jì)流程指導(dǎo)。如果您有智能電子產(chǎn)品的軟硬件功能開發(fā)需求，可以放心交給我們，我們有豐富的電子產(chǎn)品定制開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，可以盡快評(píng)估開發(fā)周期與IC價(jià)格，也可以核算PCBA報(bào)價(jià)。我們是多家國內(nèi)外芯片代理商：松翰、應(yīng)廣、杰理、安凱、全志、realtek，有MCU、語音IC、藍(lán)牙IC與模塊、wifi模塊。我們的擁有硬件設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)能力。涵蓋了電路設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、單片機(jī)開發(fā)、軟件定制開發(fā)、APP定制開發(fā)、微信公眾號(hào)開發(fā)、語音識(shí)別技術(shù)、藍(lán)牙wifi開發(fā)等。還可以承接智能電子產(chǎn)品研發(fā)、家用電器方案設(shè)計(jì)、美容儀器開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)、智能家居方案設(shè)計(jì)、TWS耳機(jī)開發(fā)、藍(lán)牙耳機(jī)音箱開發(fā)、兒童玩具方案開發(fā)、電子教育產(chǎn)品研發(fā)。
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07-02
2021
電路板診斷維修
本文的研究對(duì)象主要是電路板，通過對(duì)電路板常見問題的細(xì)致診斷可知其具體的維修措施。不同的故障問題相應(yīng)地應(yīng)采取不同的維修策略。實(shí)際上，通過對(duì)電子設(shè)備電路板故障問題的全方面分析，我們可以清楚地了解到及時(shí)對(duì)設(shè)備實(shí)施運(yùn)維是非常有必要的。借助以下幾點(diǎn)措施，可有效提升電路板工作的質(zhì)量，同時(shí)還可將其安全性、可靠性得以穩(wěn)步提升。首先，就電路板故障情形下的診斷方法進(jìn)行歸納，包括測(cè)量法、排除法以及替換法。其次，將具體的維修策略進(jìn)行歸納、總結(jié)，包括清潔除銹措施、檢測(cè)熔斷絲、檢測(cè)元件以及查找腐蝕點(diǎn)等。電子設(shè)備的革新離不開先進(jìn)科學(xué)技木的發(fā)展，在技木的支持下現(xiàn)在的電子設(shè)備電路板形式多種多樣，不僅有雙面板形式還有多層板的形式。實(shí)際上，用電器械布局的科學(xué)整合以及固定電路的批量生產(chǎn)均會(huì)受到其不同形式的影響，具有非常特殊的實(shí)用性價(jià)值。如今的電路系統(tǒng)建設(shè)越來越多元化且智能化，可想而知隨之而來的便會(huì)是電路板故障問題的逐漸増多。為確保相關(guān)設(shè)備能夠更加高效的服務(wù)于企業(yè)或者個(gè)人，就必須及時(shí)加強(qiáng)運(yùn)維效車，且將現(xiàn)有的故障問題及時(shí)解決。一、概述常見的電路板故障診斷手段無論是對(duì)電子設(shè)備電路板實(shí)施更換，還是對(duì)其進(jìn)行專業(yè)性的維修，在采取具體的措施之前首先需要及時(shí)判斷結(jié)構(gòu)的芫整性，準(zhǔn)確評(píng)判與設(shè)備相關(guān)的故障要素。故而本又現(xiàn)就三種常見且高效的診斷故障的萬式進(jìn)行總結(jié)歸納，將其工作原理及時(shí)呈現(xiàn)出來。1、關(guān)于測(cè)量法的工作原理在開展測(cè)量法的時(shí)候，首先需要將萬用表裝置來測(cè)定相關(guān)裝置的輸出電壓參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，便可對(duì)其故障進(jìn)行評(píng)估與測(cè)定。當(dāng)然，故障診斷工作者必須對(duì)機(jī)器設(shè)備有非常深入的了解，能夠掌握相應(yīng)的基礎(chǔ)知識(shí)，尤其是對(duì)裝置輸出電壓參數(shù)的取值范圍有非常明確的認(rèn)知。經(jīng)過對(duì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，我們可以知曉兩種不同的取值萬式：首先，根據(jù)生產(chǎn)廠冢所提供的＃細(xì)數(shù)據(jù)來明確取值范圍。其次，是在第一次使用電路板的時(shí)候?qū)嵤┚珳?zhǔn)的測(cè)定，繼而把它視為基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。2、關(guān)于排除法的工作原理現(xiàn)將排除法的基本原理歸納如下：相關(guān)工作者可依據(jù)電路板裝置的運(yùn)行原理，來進(jìn)一步判定故障現(xiàn)象出現(xiàn)的主要原因，隨即便可采取從簡單到復(fù)雜的工作理含逐一排除故障問題。通常清況下，往往電路板的故障問題會(huì)出現(xiàn)在最后檢測(cè)的部件中。實(shí)際上，具體的故障診斷手段是基于電路板連接機(jī)械故障至電路板附件裝置機(jī)械故障的途徑。實(shí)踐證明，這一種故障排除的萬式具有非常高效的作用。相比較而言，排除法具有非常多的優(yōu)勢(shì)，例如具有極強(qiáng)的可控性以及操作性等。3、關(guān)于替換法的工作原理所謂的替換法，就是將處于同等狀態(tài)的電路板實(shí)施替換，從而對(duì)比檢測(cè)出故障所在。為了達(dá)到一定的經(jīng)濟(jì)性效果，常見的診斷作業(yè)如下：假設(shè)型號(hào)相同的機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行的時(shí)候，若需診斷某一機(jī)械設(shè)備的電路板問題，就需要把這一個(gè)電路板與正常運(yùn)行清形下的機(jī)械設(shè)備實(shí)施調(diào)換。在這一操作清形下，假設(shè)實(shí)施替換操作之后依舊存在故障問題，此時(shí)就可斷定該電路板具有故障問題。二、高效維修電路板故障事宜的重要舉措1、及時(shí)落實(shí)凊潔除銹的工作內(nèi)容實(shí)際上，電路板裝置中出現(xiàn)部分物質(zhì)或者吸附性的雜質(zhì)是在所難免的，然而當(dāng)這些吸附性物質(zhì)出現(xiàn)在電路板裝置中時(shí)，故而就會(huì)使得相關(guān)元件的散熱受限，甚至?xí)沟秒娐钒宄霈F(xiàn)癱瘓狀況。若是電路板受到了嚴(yán)重的損毀，設(shè)備就很難繼續(xù)運(yùn)行。尤其是當(dāng)附著性灰塵出現(xiàn)在芯片接角的時(shí)候，繼而會(huì)使得芯片元件ｆｔ定性不高，甚至?xí)l(fā)電路板短路的問題出現(xiàn)。由此可見，及時(shí)對(duì)電路板實(shí)施凊潔除銹的維修事亙是非常有必要的，及時(shí)減少附著性灰塵對(duì)設(shè)備的干擾。2、科學(xué)檢測(cè)熔斷絲裝置為了保險(xiǎn)起見，電路板裝置中均安裝有熔斷絲部件。如此一來，即便是電路板經(jīng)過高電流的時(shí)候仍舊可起到保護(hù)元件的作用，防止元件被損壞。也就是說，在檢測(cè)的時(shí)候還需要及時(shí)對(duì)電路板裝置中的熔斷絲實(shí)施檢測(cè)，掌握熔斷絲的損毀狀況。當(dāng)出現(xiàn)熔斷絲損毀的問題時(shí)，必須及時(shí)將其進(jìn)行更換，即采用同一型號(hào)的熔斷絲。3、關(guān)于元件損壞問題的探究在進(jìn)行電路板維修工作之前，必須先對(duì)不同的部件進(jìn)行仔細(xì)的觀察，同時(shí)依據(jù)觀察來進(jìn)行評(píng)估。通常其故障形式是如下三種類型：第一種是裂縫問題，即電路板元件電容出現(xiàn)面積變大的問題，同時(shí)存在裂縫等現(xiàn)象；第二種是三極管被燒毀，呈現(xiàn)為貫穿性的狀態(tài)。第三種是電阻元件被燒斷，無法達(dá)到及時(shí)的保護(hù)作用。針對(duì)這一現(xiàn)象，必須及時(shí)將相同型號(hào)的裝置進(jìn)行替換，借此處理電路板故障問題。4、對(duì)腐蝕點(diǎn)與虛焊問題進(jìn)行檢測(cè)由于制作工藝因素的存在，故而會(huì)對(duì)部分機(jī)械設(shè)備內(nèi)部電路板裝置產(chǎn)生極大的影響。當(dāng)一段時(shí)間的運(yùn)行之后，部分元件接角的位置就會(huì)出現(xiàn)一定程度的虛焊問題。除此之外，在潮濕環(huán)境的影響下電路板裝置也同樣會(huì)出現(xiàn)腐蝕問題。實(shí)際上，潮濕的環(huán)境是不利于電子設(shè)備的電路板裝置正常運(yùn)行的，故而其部分元件的運(yùn)行效車會(huì)受到極大的影響。針對(duì)以上問題，需在故障所在之處實(shí)施假焊舉措。同時(shí)，還可依據(jù)現(xiàn)實(shí)條件采取二次連接的維修手段?，F(xiàn)如今，我國的科學(xué)技木水平己經(jīng)有了明顯的提升，并且擁有先進(jìn)技木的人才也越來越多?？梢?，我國現(xiàn)代化發(fā)展速度會(huì)有非?？上驳母倪M(jìn)。由于電力系統(tǒng)的運(yùn)行效果與人們的日常生活關(guān)，故而相關(guān)部門需及時(shí)加強(qiáng)電子設(shè)備的管控，充分發(fā)揮先進(jìn)人才的技木與理含，提升電路板維修效果。以上就是我們深圳市組創(chuàng)微電子有限公司為您介紹的電路板的診斷與維修技術(shù)。如果您有智能電子產(chǎn)品的軟硬件功能開發(fā)需求，可以放心交給我們，我們有豐富的電子產(chǎn)品定制開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，可以盡快評(píng)估開發(fā)周期與IC價(jià)格，也可以核算PCBA報(bào)價(jià)。我們是多家國內(nèi)外芯片代理商，有MCU、語音IC、藍(lán)牙IC與模塊、wifi模塊。我們的擁有硬件設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)能力。涵蓋了電路設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、單片機(jī)開發(fā)、軟件定制開發(fā)、APP定制開發(fā)、微信公眾號(hào)開發(fā)、語音識(shí)別技術(shù)、藍(lán)牙wifi開發(fā)等。還可以承接智能電子產(chǎn)品研發(fā)、家用電器方案設(shè)計(jì)、美容儀器開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)、智能家居方案設(shè)計(jì)、TWS方案開發(fā)、藍(lán)牙音頻開發(fā)、兒童玩具方案開發(fā)、電子教育產(chǎn)品研發(fā)。
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07-01
2021
電路仿真軟件選用
電路級(jí)仿真分析由電子元器件構(gòu)成的電路的性能，包括數(shù)字電路的邏輯仿真和模擬電路的交直流分析、時(shí)域和頻域分析等。電路級(jí)仿真必須有包含PSPICE參數(shù)的元器件模型庫的支持，仿真信號(hào)和輸出數(shù)據(jù)代替了實(shí)際電路調(diào)試中的信號(hào)源和示波器。電路仿真主要是檢驗(yàn)設(shè)計(jì)方案在功能方面的正確性。電路仿真技術(shù)使工程師在實(shí)際電子系統(tǒng)產(chǎn)生之前，就有可能全面地了解電路的各種特性?，F(xiàn)在電路仿真也廣泛用于各類學(xué)校的電子專業(yè)教學(xué)。商品化的電路仿真軟件種類比較多，軟件性能特點(diǎn)各不相同，應(yīng)用的便利性也有差別。根據(jù)工程和教學(xué)的需要選擇合適的電路仿真軟件可大大提高工作效率和教學(xué)效果。一、電路仿真技術(shù)的功能特點(diǎn)電路仿真是經(jīng)過廣泛實(shí)踐，被證明是相當(dāng)有效的分析技術(shù)，被越來越多的電子設(shè)計(jì)者采用。電路仿真技術(shù)可以在下面幾個(gè)方面發(fā)揮作用。1.驗(yàn)證電子電路設(shè)計(jì)采用電路仿真技術(shù)對(duì)不同的電路設(shè)計(jì)方案快速地進(jìn)行模擬分析，保證設(shè)計(jì)思想正確。在電路形式確定以后，對(duì)電路的元件參數(shù)進(jìn)行靈敏度分析和容差分析，優(yōu)化電路參數(shù)，保證設(shè)計(jì)質(zhì)量。電路設(shè)計(jì)采用仿真技術(shù)，能極大的減少人工勞動(dòng)，縮短設(shè)計(jì)周期，降低設(shè)計(jì)成本。如濾波器設(shè)計(jì)中有大量的復(fù)雜分析。用人工計(jì)算全部數(shù)據(jù)的話，要耗費(fèi)大量的時(shí)間。采用電路仿真軟件可以在幾分鐘內(nèi)得到結(jié)果，而且誤差可保持在工程規(guī)范的范圍內(nèi)。與傳統(tǒng)的電路測(cè)量方法相比，計(jì)算機(jī)仿真可預(yù)測(cè)某特定電路參數(shù)的變化過程和最終結(jié)果，使人們對(duì)電路性能的變化規(guī)律有深入的了解。例如，元件參數(shù)的誤差會(huì)給產(chǎn)品性能帶來多大的影響？哪個(gè)元件的誤差會(huì)給電路性能產(chǎn)生最大的作用？采用電路仿真技術(shù)中的蒙特卡洛分析能快速得出結(jié)論。應(yīng)用最壞情況分析，設(shè)計(jì)人員可方便地測(cè)試各種極端情況，觀察極限條件下電路的反應(yīng)。靈敏性分析使用戶能夠確定由于設(shè)計(jì)或元器件參數(shù)更改引起的電路性能參數(shù)（諸如周期、增益或上升時(shí)間）的變化比例。在常規(guī)測(cè)量有困難，特別是在實(shí)際系統(tǒng)中具有破壞性的實(shí)驗(yàn)研究中，電路仿真技術(shù)尤其有優(yōu)勢(shì)。如某些電子設(shè)計(jì)涉及高電壓和大電流，不正確的設(shè)計(jì)參數(shù)可能造成電子元件損壞，使設(shè)計(jì)進(jìn)程受阻。電路仿真用于數(shù)字電路同樣具有高效率、高精度的特點(diǎn)。在搭建電路之前使用仿真技術(shù)，可避免各種致命的損壞，增加成功率。作為一種模擬技術(shù)，仿真雖然還不能完全取代真實(shí)電路的實(shí)際測(cè)量。但由仿真產(chǎn)生的各種參數(shù)在設(shè)計(jì)中有決定性的意義，也為實(shí)物試驗(yàn)提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。2.電子專業(yè)的輔助教學(xué)電子學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)性很強(qiáng)的學(xué)科，電子學(xué)原理的學(xué)習(xí)最好和實(shí)驗(yàn)同步進(jìn)行，以加深感性認(rèn)識(shí)。實(shí)驗(yàn)需要測(cè)量儀器和電子元件。受到客觀條件限制時(shí)，用電路仿真驗(yàn)證理論分析結(jié)論不失為一個(gè)有效的方法。電路仿真能記錄分析中的全部數(shù)據(jù)，可以方便地重現(xiàn)各種電學(xué)過程，特別是一些瞬息即逝的現(xiàn)象。如振蕩電路的起振過程，一般只有1毫秒左右。在沒有存儲(chǔ)功能的示波器上無法觀察到這一過程。而使用仿真可記錄電路起振的全過程；再如用電路仿真軟件可構(gòu)建各種運(yùn)算電路，隨時(shí)驗(yàn)證運(yùn)算放大器的電路理論，比搭建實(shí)驗(yàn)電路更為簡便快捷。繪制的電路圖和產(chǎn)生的仿真曲線可被復(fù)制到文檔中，使你的實(shí)驗(yàn)報(bào)告看起來更有說服力。學(xué)習(xí)電子電路，不僅要掌握基本原理和計(jì)算方法，還要注重電路的設(shè)計(jì)、分析和研發(fā)能力的培養(yǎng)。通常實(shí)驗(yàn)室不可能提供世界上各廠家的最新器件。而電路仿真可以采用新器件的模型加以模擬和分析。應(yīng)用電路仿真技術(shù)還可設(shè)計(jì)驗(yàn)證、測(cè)試、設(shè)計(jì)和創(chuàng)新等不同形式的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生多方面的能力。3.學(xué)習(xí)電子工程測(cè)量技術(shù)測(cè)量是電子技術(shù)的基本技能之一。電子測(cè)量有兩個(gè)方面的要求：掌握電子儀器的操作方法和數(shù)據(jù)的采集分析。在電子測(cè)量中，要用到多種信號(hào)發(fā)生器：如高頻信號(hào)發(fā)生器、低頻信號(hào)發(fā)生器和函數(shù)發(fā)生器等。這些儀器產(chǎn)生的信號(hào)在電路仿真軟件中都能實(shí)現(xiàn)：如瞬態(tài)源可產(chǎn)生函數(shù)發(fā)生器的各種信號(hào)，非線性受控源可產(chǎn)生調(diào)幅波等。通過設(shè)置仿真源的信號(hào)參數(shù)，能深入理解各種波形的電學(xué)意義。在仿真軟件的圖線界面中，根據(jù)對(duì)測(cè)量結(jié)果的期待，選擇波形的顯示參數(shù)，相當(dāng)于調(diào)節(jié)電子儀器的各個(gè)旋鈕。電路仿真產(chǎn)生的波形圖線比示波器熒屏有更大的幅面和更精確的坐標(biāo)。軟件的圖線測(cè)量工具可對(duì)信號(hào)曲線實(shí)施多種測(cè)量，如周期信號(hào)的幅值、頻率、周期、相位及脈沖信號(hào)的上升時(shí)間，信號(hào)的過沖幅度等。測(cè)量工具是完全圖形化的，具有很強(qiáng)的交互性，能自動(dòng)計(jì)算各項(xiàng)參數(shù)。波形計(jì)算器對(duì)波形進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算。波形計(jì)算器使用各種數(shù)學(xué)符號(hào)及函數(shù)，計(jì)算信號(hào)的如平均值，微分積分等數(shù)據(jù)。在大多數(shù)軟件中，利用波形計(jì)算器，可以交互地構(gòu)建復(fù)雜的函數(shù)表達(dá)式，產(chǎn)生新的波形。部分仿真軟件的測(cè)量結(jié)果可以被直接標(biāo)注到圖表中。運(yùn)用某些軟件(如Multisim)中的虛擬儀器，對(duì)掌握真實(shí)儀器的性能和操作很有幫助。二、電路仿真軟件的基本性能隨著微機(jī)技術(shù)的發(fā)展，基于Windows的EDA軟件水平不斷提高，現(xiàn)在有很多不同軟件公司生產(chǎn)PC版的電路仿真產(chǎn)品。這些產(chǎn)品有不同技術(shù)檔次和應(yīng)用定位。一些以印制電路板設(shè)計(jì)為主要應(yīng)用的軟件也有內(nèi)嵌仿真組件，如ORCAD的PSPICE、Protel的Simulate等。專門用于電路仿真產(chǎn)品品牌比較多，如Multisim、TINA、ICAP/4、Circuitmaker和Micro-CAP等。通常這些軟件都是基于電路仿真語言PSPICE。各種電路仿真軟件的界面和功能各有特點(diǎn)，數(shù)據(jù)的顯示和處理方式也不盡相同?？梢詮南铝兴膫€(gè)方面來評(píng)價(jià)電路仿真軟件的實(shí)用價(jià)值。1.仿真項(xiàng)目的數(shù)量和性能仿真項(xiàng)目的多少是電路仿真軟件的主要指標(biāo)。各種電路仿真軟件基本的分析功能包括靜態(tài)工作點(diǎn)分析、瞬態(tài)分析、直流掃描和交流小信號(hào)分析等4項(xiàng)。還可能有的分析功能有：傅里葉分析、參數(shù)分析、溫度分析、蒙特卡羅分析、噪聲分析、傳輸函數(shù)分析、直流和交流靈敏度分析、失真度分析、極點(diǎn)和零點(diǎn)分析等。仿真功能比較少的軟件如SIMextrix只有6項(xiàng)，而TINA有多達(dá)20項(xiàng)。Protel、Orcad、P-CAD等軟件的仿真功能在10項(xiàng)左右。專業(yè)化的電路仿真軟件有更多的仿真功能，對(duì)電子設(shè)計(jì)和教學(xué)的各種需求考慮得比較周到。如TINA的符號(hào)分析、Pspice和ICAP/4的元件參數(shù)變量和最優(yōu)化分析、Multisim的網(wǎng)絡(luò)分析和數(shù)字電路仿真、CircuitMaker的錯(cuò)誤設(shè)置等都是比較有特色的功能。PSPICE語言長于分析模擬電路，對(duì)數(shù)字電路的處理不很理想。各種軟件的解決方法也不一樣：如Protel對(duì)數(shù)字元件采用Digital SimCode描述，并用喬治亞大學(xué)的XSPICE處理數(shù)字仿真。Multisim采用基于VHDL、Verilog或C代碼描述的模擬和數(shù)字器件協(xié)同模型。對(duì)于純數(shù)字電路的分析和仿真，最好采用基于VHDL等硬件描述語言的仿真軟件，如Altera公司的可編程邏輯器件開發(fā)軟件MAX+plus II等。2.仿真元器件的數(shù)量和精度軟件元件庫中仿真元件的數(shù)量和精度決定了仿真的適用性和精確度。電路仿真軟件的元件庫有數(shù)千到1、2萬個(gè)不等的仿真元件，但軟件內(nèi)含的元件模型總是落后于器件的開發(fā)和應(yīng)用。因此，除了軟件本身的器件庫之外，器件制造商的網(wǎng)站是元器件模型的重要來源。設(shè)計(jì)者可根據(jù)最新器件的外部參數(shù)自定義元件模型，構(gòu)建自己的元件庫。對(duì)于教學(xué)工作者來說，軟件的元件模型庫完全可以滿足常規(guī)教學(xué)所需。電路仿真軟件的元件分類方式有兩種：按元器件類型如電源、二極管、74系列等分成若干個(gè)大類；或按元件制造廠商分類。大多數(shù)仿真軟件有電路圖形符號(hào)的預(yù)覽，便于取用。各電路仿真軟件對(duì)元件的PSPICE模型都作了簡化。如PSPICE的電阻模型有一階、二階和指數(shù)等三個(gè)溫度系數(shù)。多數(shù)軟件只定義了前兩個(gè)溫度參數(shù)，只有TINA定義了電阻的三個(gè)溫度參數(shù)，而Protel的電阻未定義溫度系數(shù)；又如雙極型晶體管有40個(gè)PSPICE模型參數(shù)，Multisim規(guī)定了全部的參數(shù)、TINA也有32個(gè)，Protel只有22個(gè)。所以對(duì)仿真精度要求比較高的設(shè)計(jì)要采用高精度的元件模型，或根據(jù)實(shí)際元件修正模型參數(shù)。查閱和修改組件模型的方法各個(gè)軟件的處理各有不同。有的在元件屬性框中即可修改元件模型參數(shù)，而有的要打開專門的模型參數(shù)文件或界面才能修改。3.數(shù)據(jù)顯示和處理能力運(yùn)行仿真后會(huì)得到大量的電路數(shù)據(jù)。仿真數(shù)據(jù)的顯示方式有列表和圖線兩種。如計(jì)算直流靜態(tài)工作點(diǎn)后，Protel將節(jié)點(diǎn)電壓、支路電流、元件消耗功能和電源端等效電阻等數(shù)據(jù)以列表顯示；Pspice和MicroCAP可將電壓、電流和功率標(biāo)示在電路圖中。瞬態(tài)分析、直流掃描、交流小信號(hào)分析一般以圖線顯示結(jié)果。圖線可以被打印或保存為特定格式的文件；部分軟件可將波形保存為通用的PWL（以時(shí)間—電學(xué)量數(shù)對(duì)組表示的）格式文件，或?qū)С龅紼xcel中。也可以復(fù)制圖線，把它粘貼到Windows的“畫圖”中，處理后保存為圖片文件；或直接把圖線粘貼到Word、PowerPoint、Autherware等軟件的文檔中。各電路仿真軟件對(duì)波形圖線的處理能力不同。但一般都有如下數(shù)據(jù)處理功能：(1)波形測(cè)量：顯示為不同類型的坐標(biāo)刻度(線性、對(duì)數(shù)、幅度、分貝等)；測(cè)出圖線的有效值、方均根值、峰峰值、平均值、最大值、最小值、周期等。(2)圖線計(jì)算：對(duì)圖線進(jìn)行加、減、乘、除、微分、積分等運(yùn)算?；?qū)D線變量作為數(shù)學(xué)函數(shù)的自變量，得到新的數(shù)學(xué)變量。(3)修飾圖線：使圖線更美觀、更容易被理解?？筛膱D線的粗細(xì)、顏色、式樣和標(biāo)記；添加測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)標(biāo)志和數(shù)據(jù)標(biāo)簽；改變圖線的背景色、坐標(biāo)的式樣和顏色等。有些軟件允許在圖線畫面中輸入說明性的文字，甚至可以是中文文本。4.虛擬儀器和教育功能形象化的虛擬儀器是電路仿真軟件的一個(gè)特色。最典型的例子是Multisim，該軟件的虛擬儀器無論界面的外觀還是內(nèi)在的功能，都達(dá)到了同類軟件的最高水平。其它備有虛擬儀器的軟件有TINA和EDISON等。虛擬儀器可以幫助學(xué)習(xí)者了解電子儀器的作用，深入理解電子測(cè)量的方法和技術(shù)要領(lǐng)。掌握電子儀器的各種操作方法，特別是各種控制按鈕、旋鈕的功能。Multisim和TINA虛擬儀器的功能實(shí)際上已超過了PSPICE本身，比較典型的是網(wǎng)絡(luò)分析儀和邏輯分析儀。網(wǎng)絡(luò)分析儀是分析射頻組件和射頻網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的專用儀器；而Multisim的邏輯分析儀具有真正的數(shù)字電路分析能力，符合實(shí)際數(shù)字系統(tǒng)分析的技術(shù)要求。部分軟件還有虛擬的機(jī)電元件，如燈泡、按鈕、繼電器、接觸器等電氣元件，調(diào)用這些元件可構(gòu)建機(jī)電控制電路。軟件元件庫中的數(shù)學(xué)和模擬控制器件可用以分析自動(dòng)控制原理。為適應(yīng)教育單位對(duì)電路原理教學(xué)的需求，有的軟件設(shè)置了教育功能。主要是允許使用者對(duì)元器件設(shè)置一些隱藏的錯(cuò)誤，以提高訓(xùn)練學(xué)生提高分析問題和解決問題的能力。如Mulisim和TINA可對(duì)組件設(shè)置開路、短路和漏電阻三項(xiàng)參數(shù)；而Altium公司的另一個(gè)電路仿真產(chǎn)品CircuitMaker可以對(duì)組件和電路做更多的教學(xué)設(shè)置，并且可加上密碼，以防止應(yīng)用者修改組件屬性。三、怎樣選擇電路仿真軟件？在電子工程的生產(chǎn)設(shè)計(jì)或電子學(xué)專業(yè)教學(xué)中，對(duì)電路仿真軟件可能有不同的要求，應(yīng)從軟件功能特點(diǎn)和工作實(shí)際需要兩個(gè)方面來考慮。1.考慮生產(chǎn)和教學(xué)對(duì)電路仿真軟件的需求。首先要考慮軟件的實(shí)際生產(chǎn)能力，用此軟件能完成什么樣的工作？該軟件的模型庫能否滿足設(shè)計(jì)需要；軟件有哪些電路仿真功能；電路圖有哪些輸出格式，是否和企業(yè)現(xiàn)有的PCB設(shè)計(jì)軟件兼容；軟件的價(jià)格及提供哪些售后服務(wù)等等。如果本單位的產(chǎn)品比較復(fù)雜，就要考慮從電路設(shè)計(jì)、分析、優(yōu)化，系統(tǒng)仿真、甚至機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)在內(nèi)的全面解決方案。2.評(píng)估電路仿真軟件的性能各公司的軟件產(chǎn)品有不同的銷售定位，電路仿真軟件的功能、擴(kuò)展性和價(jià)格相差很大。同一軟件有不同的版本，以不同的功能和價(jià)格適應(yīng)不同的業(yè)務(wù)需求。一般的教學(xué)單位只要學(xué)習(xí)電路仿真的相關(guān)原理，不必強(qiáng)求軟件的高性能。使用學(xué)生版或教育版的軟件完全可以應(yīng)對(duì)日常教學(xué)所需。而作為電子生產(chǎn)企業(yè)，則要采用企業(yè)版或加強(qiáng)版的軟件，還要考慮產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和管理等一系列問題，對(duì)軟件的維護(hù)和技術(shù)支持也有一定的要求。所以應(yīng)盡量采用大公司的產(chǎn)品。如ICAP/4、Orcad等；如果對(duì)電路設(shè)計(jì)和仿真有更高的綜合性要求，可以考慮美國Synopsys公司的Saber。Saber適用領(lǐng)域廣泛，包括電子學(xué)、電力電子學(xué)、電機(jī)工程、機(jī)械工程、電光學(xué)、光學(xué)、控制系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)等等。3.根據(jù)教學(xué)需要選擇適用的軟件在教學(xué)中，要求電路仿真軟件能清晰地展示電路圖、信號(hào)圖線和各種電路數(shù)據(jù)。Multisim在所有電路仿真軟件中，它的仿真元器件、仿真分析類型和虛擬儀器都是最全的，是各級(jí)學(xué)校電路教學(xué)的理想仿真工具。Multisim的缺點(diǎn)是電路圖畫面只能放大到200%，電路線條比較細(xì)，投影到大屏幕上不太清晰。比較適合于職業(yè)技術(shù)學(xué)校的電路仿真軟件是TINA 6.0簡體中文版，該軟件不但菜單和對(duì)話框是簡體中文，所有的幫助也都是用中文寫成，學(xué)生比較容易理解和接受。Altium的電路圖和仿真圖線界面的顯示質(zhì)量比較好，適合教師用于教學(xué)幻燈演示和制作各種文檔中的插圖。Altium也很適合用于印制電路板設(shè)計(jì)的教學(xué)。ICAP/4的優(yōu)點(diǎn)是可以把仿真得到的電路波形插入電路圖中，即可以顯示電路中任何一點(diǎn)的波形。Orcad的Pspice在電路中顯示仿真得到的節(jié)點(diǎn)電壓、支路電流和元件消耗功率等數(shù)據(jù)，非常直觀；MicroCAP有最強(qiáng)大的參數(shù)掃描功能，可時(shí)設(shè)置多達(dá)20個(gè)參數(shù)進(jìn)行掃描分析。如果是電子學(xué)的初學(xué)者，則可以用有3D界面的電路仿真軟件Edison，該軟件界面生動(dòng)直觀，和實(shí)物形象相當(dāng)接近，有助于認(rèn)識(shí)和理解電路。4.專用電路仿真軟件除了通常的電路仿真軟件外，還有一些專門針對(duì)某一類設(shè)計(jì)應(yīng)用的軟件如：Intusoft公司的電源仿真設(shè)計(jì)軟件PowerSupply Designer和磁性元件(設(shè)計(jì)分析變壓器和電感器)的設(shè)計(jì)軟件MagneticsDesigner；芬蘭APLAC公司用于射頻電路設(shè)計(jì)和仿真的軟件APLAC；以及美國Ansoft公司的系列產(chǎn)品等。很多的半導(dǎo)體器件生產(chǎn)商為了推廣它們的產(chǎn)品，也開發(fā)了專門的電路設(shè)計(jì)和仿真軟件。如Altera公司的可編程邏輯器件設(shè)計(jì)軟件Max+PlusI I；T I公司的開關(guān)電源專用設(shè)計(jì)軟件SWIFT Designer；Linear公司的電路仿真和開關(guān)電源設(shè)計(jì)軟件SwicherCAD等?？偨Y(jié)最后要說明的是，現(xiàn)在電路仿真軟件的發(fā)展方向已不再局限在電子學(xué)范圍內(nèi)。電路仿真技術(shù)在增強(qiáng)數(shù)?；旌闲盘?hào)的仿真能力的同時(shí)，正在向電力電子、電光學(xué)、甚至是電機(jī)工程、機(jī)電工程等領(lǐng)域擴(kuò)展，為工程實(shí)際和教學(xué)帶來更多的方便。電路仿真技術(shù)有強(qiáng)大的電路分析功能，基本包括了電子測(cè)試分析的全部項(xiàng)目。不同廠商的電路仿真軟件所提供的電子仿真元件數(shù)量、電路分析功能和數(shù)據(jù)處理能力有較大的差別。應(yīng)根據(jù)工程設(shè)計(jì)和專業(yè)教學(xué)需要選擇合適的電路仿真軟件。以上就是我們深圳市組創(chuàng)微電子有限公司為您介紹的電路仿真軟件的特點(diǎn)和選用建議。如果您有智能電子產(chǎn)品的軟硬件功能開發(fā)需求，可以放心交給我們，我們有豐富的電子產(chǎn)品定制開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，可以盡快評(píng)估開發(fā)周期與IC價(jià)格，也可以核算PCBA報(bào)價(jià)。我們是多家國內(nèi)外芯片代理商，有MCU、語音IC、藍(lán)牙IC與模塊、wifi模塊。我們的擁有硬件設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)能力。涵蓋了電路設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、單片機(jī)開發(fā)、軟件定制開發(fā)、APP定制開發(fā)、微信公眾號(hào)開發(fā)、語音識(shí)別技術(shù)、藍(lán)牙wifi開發(fā)等。還可以承接智能電子產(chǎn)品研發(fā)、家用電器方案設(shè)計(jì)、美容儀器開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)、智能家居方案設(shè)計(jì)、TWS方案開發(fā)、藍(lán)牙音頻開發(fā)、兒童玩具方案開發(fā)、電子教育產(chǎn)品研發(fā)。
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2021
單片機(jī)酒精檢測(cè)系統(tǒng)
單片機(jī)的酒精檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)鐵路員工數(shù)量龐大，在每個(gè)新職員工入職之前，各相關(guān)部門都會(huì)對(duì)其進(jìn)行相關(guān)的入路培訓(xùn)。在培訓(xùn)時(shí)就明確地指出不允許工作人員在工作前飲酒，以防各種事故的發(fā)生?！惰F路技術(shù)規(guī)程》第390條規(guī)定，鐵路行車有關(guān)人員，接班前須充分休息，嚴(yán)禁飲酒，如有違反，立即停止其所承擔(dān)的任務(wù)。在《道路交通安全》中對(duì)飲酒處罰做了相應(yīng)的規(guī)定。為保障員工的生命安全，杜絕酒后作業(yè)現(xiàn)象的發(fā)生，設(shè)計(jì)了一種基于STC89C52單片機(jī)的酒精檢測(cè)儀，可以在員工作業(yè)前對(duì)其進(jìn)行酒精濃度檢測(cè)。該酒精濃度檢測(cè)儀，以單片機(jī)最小系統(tǒng)和酒精傳感器為核心，具有聲光報(bào)警功能及LCD顯示功能，并采用匯編語言來實(shí)現(xiàn)其軟件功能，還可以通過改變其酒精濃度的檢測(cè)閾值，以適用于各種不同的工作場(chǎng)所。同時(shí)，該酒精濃度檢測(cè)儀還具有結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、攜帶方便、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，能夠吸引較多的市場(chǎng)目光。一、酒精檢測(cè)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)酒精檢測(cè)系統(tǒng)主要由單片機(jī)最小系統(tǒng)、液晶顯示模塊、電源模塊、蜂鳴器報(bào)警模塊、指示燈模塊、按鍵模塊、酒精氣體傳感器模塊以及模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊組成。酒精傳感器采用電阻分壓的方法接在模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的通道1口。當(dāng)酒精傳感器監(jiān)測(cè)到空氣中酒精濃度時(shí)，通過單片機(jī)的運(yùn)算處理，可以將酒精濃度在液晶顯示器上顯示出來。酒精濃度的報(bào)警閾值可以通過按鍵進(jìn)行設(shè)置，當(dāng)檢測(cè)到空氣中的酒精濃度超標(biāo)時(shí)，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲，指示燈開始閃爍。二、酒精檢測(cè)系統(tǒng)主要硬件電路的設(shè)計(jì)2.1單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)在整個(gè)酒精檢測(cè)系統(tǒng)中起著統(tǒng)籌的作用，需要檢測(cè)鍵盤，溫度傳感器等各種參數(shù)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)液晶顯示相關(guān)參數(shù)。本文選用STC89C52單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控芯片來設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)。主要由STC89C52單片機(jī)、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路構(gòu)成。2.2 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)傳感器傳輸?shù)拇蠖际沁B續(xù)變化的模擬量，模擬量經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后，需要A/D轉(zhuǎn)換將其變成數(shù)字信號(hào)才可以輸入到數(shù)字系統(tǒng)中進(jìn)行處理和控制。本文選用的是ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它具有體積小，兼容性強(qiáng)，性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。2.3傳感器的設(shè)計(jì)一般的氣體傳感器有半導(dǎo)體型氣體傳感器和電化學(xué)型氣體傳感器兩種。半導(dǎo)體型傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，動(dòng)態(tài)性能好等優(yōu)點(diǎn)。且半導(dǎo)體為敏感材料，容易實(shí)現(xiàn)傳感器智能化和集成化。故在本設(shè)計(jì)選用MQ-3半導(dǎo)體型酒精氣體傳感器。2.4液晶顯示模塊的設(shè)計(jì)在單片機(jī)中常用的液晶顯示屏通常有兩種，一種是LCD12864液晶顯示器，一種是LCD1602液晶顯示器。LCD1602是字符型液晶顯示器，其主控芯片是HD44780或其他兼容芯片。LCD12864液晶顯示器是一種圖形點(diǎn)陣顯示器，除了普通字符外，它還可以顯示圖像及漢字。本文主要是用來顯示酒精的濃度，LCD1602顯示屏完全能夠滿足使用的要求。2.5聲光報(bào)警電路的設(shè)計(jì)酒精檢測(cè)系統(tǒng)的報(bào)警電路由PNP型S8550三極管驅(qū)動(dòng)。當(dāng)單片機(jī)輸出的是低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)出警報(bào)，指示燈閃爍;當(dāng)單片機(jī)輸出的是高電平時(shí)，三極管截止，蜂鳴器停止報(bào)警，指示燈熄滅。三、酒精檢測(cè)系統(tǒng)程序流程設(shè)計(jì)與仿真分析3.1程序流程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)酒精檢測(cè)系統(tǒng)的程序流程為:先進(jìn)行程序初始化，在程序初始化完成之后，對(duì)傳感器進(jìn)行預(yù)熱。傳感器必須先預(yù)熱，因?yàn)镸Q-3型半導(dǎo)體電阻式酒精傳感器在一段時(shí)間內(nèi)沒有通電，再次打開電源時(shí)，傳感器無法立即正常收集酒精濃度信息，需要一段時(shí)間進(jìn)行預(yù)熱。然后系統(tǒng)將會(huì)進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)，檢測(cè)空氣中的酒精濃度。酒精濃度信息經(jīng)ADC0832轉(zhuǎn)換處理后，由單片機(jī)進(jìn)行分析處理，在LCD1602液晶屏上顯示當(dāng)前酒精濃度，超過設(shè)置酒精濃度時(shí)啟動(dòng)報(bào)警。3.2仿真分析接下來開始對(duì)酒精檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析。濃度范圍為10～1000ppm時(shí)，MQ-3酒精傳感器可把檢測(cè)到的酒精濃度值轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，經(jīng)過STC89C52單片機(jī)處理并將濃度通過LCD1602顯示出來。在仿真模擬酒精監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的過程中，可以通過滑動(dòng)變阻器電路改變輸入值與設(shè)定閾值對(duì)比，若檢測(cè)值大于設(shè)定值時(shí)，則報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警。其仿真結(jié)果如圖1所示。在該仿真中將閾值設(shè)置為10%，檢測(cè)到酒精濃度為14%，系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)聲，D2燈開始閃爍。通過對(duì)該酒精檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，可以看出:本文所設(shè)計(jì)的酒精檢測(cè)系統(tǒng)在理論上是可以實(shí)現(xiàn)其報(bào)警功能的，基本達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。四、酒精檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證接下來對(duì)所設(shè)計(jì)的酒精檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，觀察其能滿足正常使用的要求。購買所需要的元器件，焊制出如圖2所示的酒精檢測(cè)儀。設(shè)置其酒精濃度報(bào)警閾值為10%，然后打開一瓶酒，將酒瓶靠近酒精檢測(cè)儀，酒精檢測(cè)儀檢測(cè)到空氣中的酒精濃度為14%，大于10%，蜂鳴器開始報(bào)警，指示燈開始閃爍。通過實(shí)驗(yàn)可以看出，當(dāng)空氣中的酒精濃度超過所設(shè)定的閾值時(shí)，酒精檢測(cè)儀會(huì)進(jìn)行聲光報(bào)警;當(dāng)空氣中的酒精慢慢揮發(fā)低于10%后，報(bào)警結(jié)束。說明本文所設(shè)計(jì)的酒精檢測(cè)系統(tǒng)能夠滿足使用的要求?？偨Y(jié)(1)通過分析酒精檢測(cè)系統(tǒng)的工作原理，對(duì)其總體結(jié)構(gòu)與內(nèi)部電路進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出了一個(gè)能夠滿足使用要求的酒精檢測(cè)儀。(2)對(duì)酒精檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行編程與仿真，發(fā)現(xiàn)當(dāng)檢測(cè)到酒精濃度超過所設(shè)定的閾值時(shí)，會(huì)發(fā)生報(bào)警的現(xiàn)象，驗(yàn)證了本文所設(shè)計(jì)的酒精檢測(cè)系統(tǒng)在理論上的正確性。(3)對(duì)所設(shè)計(jì)的酒精檢測(cè)儀進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，當(dāng)空氣中酒精濃度超標(biāo)時(shí)，酒精檢測(cè)儀會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警，說明本文所設(shè)計(jì)的酒精檢測(cè)儀具有使用價(jià)值，能夠用于鐵路工作人員上崗前的酒精濃度檢測(cè)。以上就是我們深圳市組創(chuàng)微電子有限公司為您介紹的單片機(jī)的酒精檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。我們有豐富的智能電子產(chǎn)品定制開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，可以盡快評(píng)估開發(fā)周期與IC價(jià)格，也可以核算PCBA報(bào)價(jià)。我們是松翰單片機(jī)代理商、應(yīng)廣單片機(jī)代理商，出售并開發(fā)sonix與應(yīng)廣的MCU與語音IC方案。我們代理并開發(fā)杰理、安凱、全志、realtek等系列的IC與方案，還開發(fā)BLE藍(lán)牙IC、雙模藍(lán)牙模塊、wifi模塊、物聯(lián)網(wǎng)模塊。我們的擁有硬件設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)能力。涵蓋了電路設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、單片機(jī)開發(fā)、軟件定制開發(fā)、APP定制開發(fā)、微信公眾號(hào)開發(fā)、語音識(shí)別技術(shù)、藍(lán)牙開發(fā)、wifi技術(shù)等。還可以承接智能電子產(chǎn)品研發(fā)、家用電器方案設(shè)計(jì)、美容儀器開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)、智能家居方案設(shè)計(jì)、TWS耳機(jī)開發(fā)、藍(lán)牙耳機(jī)音箱開發(fā)、兒童玩具方案開發(fā)、電子教育產(chǎn)品研發(fā)。注：部分圖片內(nèi)容來源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系刪除。
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03-30
2021
單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程
一、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程1.1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求對(duì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)侯，首先選用可靠性高的元器件，以免系統(tǒng)的可靠運(yùn)行被損壞，同時(shí)要排除電路中的不穩(wěn)定因素。其次，在設(shè)計(jì)的過程中系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要模塊化、規(guī)范化，控制開關(guān)不能太復(fù)雜，太多，要便于查找故障和排除故障。最后，要優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，簡化外圍硬件電路，使系統(tǒng)的操作順序簡單明了，必要的時(shí)候考慮軟件是否要設(shè)置加密功能，使固化到單片機(jī)內(nèi)的用戶程序不被非法復(fù)制。1.2單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)組成硬件和軟件構(gòu)成了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)兩大基本組成部分。CPU、存儲(chǔ)區(qū)、若干I／O接口及外圍設(shè)備等組成了硬件部分。其中，單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心部件，能運(yùn)行程序和處理數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)單片機(jī)程序及數(shù)據(jù)，I／O接口是單片機(jī)與外部被控對(duì)象的信息交換通道。具體電路圖如下所示。實(shí)時(shí)軟件和開發(fā)軟件構(gòu)成了單片機(jī)系統(tǒng)的軟件。針對(duì)不同單片機(jī)控制系統(tǒng)功能所編寫的軟件為實(shí)時(shí)軟件，在開發(fā)、調(diào)試控制系統(tǒng)時(shí)使用的軟件稱為開發(fā)軟件，如匯編軟件、編譯軟件、仿真和調(diào)試軟件、編程下載軟件等。1.3單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的一般可分為五個(gè)階段，第一階段的任務(wù)是確定總體設(shè)計(jì)方案，需要完成用戶需求分析與方案的調(diào)研，目的是通過對(duì)市場(chǎng)及用的了解明確應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)機(jī)技術(shù)指標(biāo)。根據(jù)需求分析與方案調(diào)研進(jìn)行可行性分析。可行性分析的目的是對(duì)系統(tǒng)開發(fā)研制的必要性及可行性做出明確的判斷并決定開發(fā)工作是否繼續(xù)。然后為整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)監(jiān)理一個(gè)邏輯模型，其中包括進(jìn)行必要的理論分析和計(jì)算、選擇機(jī)型、劃分系統(tǒng)軟、硬件的功能，合理搭配軟、硬件比重，確定系統(tǒng)軟件功能模塊的劃分及各功能模塊的程序?qū)崿F(xiàn)方法，并畫出流程圖。第二階段的主要任務(wù)是系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)與制作，主要包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)的任務(wù)是根據(jù)總體設(shè)計(jì)需求，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件電路原理圖，并初步設(shè)計(jì)印制電路板等。硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合軟件考慮，盡可能用軟件代替硬件，簡化硬件結(jié)構(gòu)，并適當(dāng)考慮CPU的總線驅(qū)動(dòng)能力，注意可靠性及抗干擾設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)的任務(wù)是在總體設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上確定程序結(jié)構(gòu)，分配內(nèi)部結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器資源，劃分功能模塊，進(jìn)行主程序及各模塊程序的設(shè)計(jì)，最終完成整個(gè)系統(tǒng)的控制程序。第三階段是仿真調(diào)試，分為硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和系統(tǒng)聯(lián)調(diào)三個(gè)過程。硬件調(diào)試是利用開發(fā)系統(tǒng)基本測(cè)試儀器(萬用表、示波器等)，通過執(zhí)行開發(fā)系統(tǒng)有關(guān)命令或測(cè)試程序，檢查用戶系統(tǒng)硬件中存在的故障。軟件調(diào)試時(shí)通過對(duì)用戶程序的匯編、連接、執(zhí)行來發(fā)現(xiàn)程序中存在的語法錯(cuò)誤與邏輯錯(cuò)誤并加以排除糾正的過程。系統(tǒng)聯(lián)調(diào)是指讓用戶系統(tǒng)的軟件在其硬件上實(shí)際運(yùn)行，并進(jìn)行軟、硬聯(lián)合調(diào)試。第四階段的任務(wù)是程序固化及獨(dú)立運(yùn)行。第五階段的任務(wù)是文件編制階段，文件應(yīng)包括任務(wù)描述；設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想及設(shè)計(jì)方案論證；性能測(cè)定及現(xiàn)場(chǎng)試用報(bào)告與說明；試用指南；軟件資料(流程圖、子程序使用說明、地址分配、程序清單)；硬件資料(電路原理圖、元件布置及接線圖、接插件引腳圖、印制電路板圖、注意事項(xiàng)等)。二、單片機(jī)的選型2.1單片機(jī)的性能指標(biāo)目前的單片機(jī)有4位機(jī)、8位機(jī)、16位機(jī)及32位機(jī)等幾種。單片機(jī)的位數(shù)是由其內(nèi)核CPU的位數(shù)決定的。位數(shù)越多，單片機(jī)處理數(shù)據(jù)的能力就越強(qiáng)。單片機(jī)的運(yùn)行速度取決于外部晶振或外部時(shí)鐘信號(hào)的頻率。如89C51的外部時(shí)鐘頻率可達(dá)24MHz。單片機(jī)運(yùn)行速度高則執(zhí)行速度塊，但功耗也會(huì)相應(yīng)地增加。單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)類型主要有ROM和RAM。一般的單片機(jī)均帶有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM，但其容量均不大。當(dāng)需要存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)考慮外接用戶RAM。單片機(jī)具有較強(qiáng)的中斷處理能力，51單片機(jī)一般有五個(gè)中斷源，分別是外部中斷0、外部中斷1、定時(shí)計(jì)數(shù)器0、定時(shí)計(jì)數(shù)器1及串行口的中斷。在一些自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀表及電池供電的產(chǎn)品中，低功耗是主要的技術(shù)指標(biāo)，通常采用HC—MOS工藝的單片機(jī)在低電壓下工作單片機(jī)的封裝一般有DIP、QFP、PLCC等類型，應(yīng)從印制板的尺寸、加工手段、購買途徑及成本等方面綜合考慮。2.2單片機(jī)的選型原則單片機(jī)的選型一般有三個(gè)原則，一是單片機(jī)的系統(tǒng)適應(yīng)性，它是指能否用這個(gè)單片機(jī)完成應(yīng)用系統(tǒng)的控制任務(wù)。主要考慮的因素有：是否有合適的計(jì)算處理能力?是否有所需的外圍端口部件?是否有所需的中斷源及定時(shí)器?是否有所需的I／O端口數(shù)?二是單片機(jī)的可開發(fā)性，開發(fā)工具的使用時(shí)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的必須手段，是選擇單片機(jī)的一個(gè)重要依據(jù)。主要考慮的因素有：開發(fā)環(huán)境、調(diào)試工具、在線BBS服務(wù)及應(yīng)用支持。三是制造商歷史及可購買性，要考慮產(chǎn)品的性價(jià)比是否可靠?是否停產(chǎn)?功耗量是否充足穩(wěn)定?所以，依據(jù)這三個(gè)原則，應(yīng)該可以選擇出最適用于具體應(yīng)用系統(tǒng)的單片機(jī)。三、單片機(jī)的抗干擾技術(shù)3.1干擾的來源用信號(hào)外的噪聲或造成惡劣影響的變化部分的總稱為干擾。在進(jìn)行單片機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品的開發(fā)過程中，我們經(jīng)常碰到一個(gè)很棘手的問題，即在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下系統(tǒng)運(yùn)行的正常，但小批量生產(chǎn)并安裝在工作現(xiàn)場(chǎng)后，卻出現(xiàn)一些不太規(guī)律、不太正常的現(xiàn)象。究其原因主要是系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)不全面，導(dǎo)致應(yīng)用系統(tǒng)的工作不可靠。引起單片機(jī)控制系統(tǒng)干擾的主要原因有三類，分別是供電系統(tǒng)的干擾、過程通道的干擾和空間電磁波的干擾。電源開關(guān)的通斷、電機(jī)和大的用電設(shè)備的啟停都會(huì)使供電電網(wǎng)發(fā)生波動(dòng)，受這些因素的影響，電網(wǎng)上常常出現(xiàn)幾百伏甚至幾千伏的尖峰脈沖干擾。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，開關(guān)量輸入、輸出和模擬量輸人、輸出通道是必不可少的。這些通道不可避免地會(huì)使各種干擾直接進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)。空間干擾主要來自太陽及其他天體輻射電磁波、廣播電臺(tái)或通信發(fā)射臺(tái)發(fā)出的電磁波及各種周圍電氣設(shè)備發(fā)射的電磁干擾等。因此，針對(duì)以上出現(xiàn)的問題，我們必須采用有效措施以提高單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的抗干擾能力3.2硬件抗干擾技術(shù)常用的硬件抗干擾技術(shù)主要有隔離技術(shù)、接地技術(shù)、去耦技術(shù)、濾波技術(shù)及屏蔽技術(shù)。在單片機(jī)系統(tǒng)中，為了提高供電系統(tǒng)的質(zhì)量，防止竄人干擾，建議采用單片機(jī)輸人電源與強(qiáng)電設(shè)備動(dòng)力電源分開，采用具有靜電屏蔽和抗電磁干擾的隔離電源變壓器，采用獨(dú)立功能塊單獨(dú)供電，并用集成穩(wěn)壓塊實(shí)現(xiàn)兩級(jí)穩(wěn)壓。盡量提高接口器件的電源電壓，提高接口的抗干擾能力。過程通道時(shí)系統(tǒng)輸入、輸出以及單片機(jī)之間進(jìn)行信息傳輸?shù)穆窂?。由于輸人輸出?duì)象與單片機(jī)之間連接線長，容易竄入干擾，必須抑制。一般采用雙絞線傳輸減少電磁感應(yīng)，抑制噪聲干擾，采用濾波電路、單穩(wěn)電路、觸發(fā)器電路及施密特電路抑制機(jī)械觸電的抖動(dòng)，從而抑制噪聲干擾。在單片機(jī)系統(tǒng)中，印制電路板設(shè)計(jì)的好壞對(duì)抗干擾能力影響很大。印制電路板是用來支撐電路元件，并提供電路元件和器件之間電氣連接的重要組件。為了減少干擾，經(jīng)常采用大小適中、布局合理的印刷電路板，并且合理配置去耦電容，正確設(shè)計(jì)電源線和底線。3.3軟件抗干擾技術(shù)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的抗干擾性不可能完全依靠硬件解決，軟件抗干擾設(shè)計(jì)也是防止和消除應(yīng)用系統(tǒng)故障的重要途徑。一旦單片機(jī)因干擾而使得程序計(jì)數(shù)器PC偏離了原定的值，程序便脫離正常運(yùn)行軌道，出現(xiàn)操作數(shù)數(shù)值改變或?qū)⒉僮鲾?shù)當(dāng)作操作碼的“跑飛”現(xiàn)象。此時(shí)，可采用軟件陷阱和“看門狗”技術(shù)使程序恢復(fù)到正常狀態(tài)。所謂軟件陷阱，是指可以使混亂的程序恢復(fù)正常運(yùn)行或使“跑飛”的程序恢復(fù)到初始狀態(tài)的一系列指令。如NOP指令、LIMP指令等。程序運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)又稱“看門狗”?！翱撮T狗”就是一個(gè)劍士跟蹤定時(shí)器，應(yīng)用“看門狗”技術(shù)可以使單片機(jī)從死循環(huán)中恢復(fù)到正常狀態(tài)。“看門狗”可以用硬件電路實(shí)現(xiàn)，也可采用軟件技術(shù)通過內(nèi)部定時(shí)／計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)。目前，大多數(shù)單片機(jī)內(nèi)部都集成有程序運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)。以上就是我們深圳市組創(chuàng)微電子有限公司為您介紹的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)流程。我們有豐富的智能電子產(chǎn)品定制開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，可以盡快評(píng)估開發(fā)周期與IC價(jià)格，也可以核算PCBA報(bào)價(jià)。我們是松翰單片機(jī)代理商、應(yīng)廣單片機(jī)代理商，出售并開發(fā)松翰與應(yīng)廣的MCU與語音IC方案。我們代理并開發(fā)杰理、安凱、全志、realtek等系列的IC與方案，還開發(fā)BLE藍(lán)牙IC、雙模藍(lán)牙模塊、wifi模塊、物聯(lián)網(wǎng)模塊。我們的擁有硬件設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)能力。涵蓋了電路設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、單片機(jī)開發(fā)、軟件定制開發(fā)、APP定制開發(fā)、微信公眾號(hào)開發(fā)、語音識(shí)別技術(shù)、藍(lán)牙開發(fā)、wifi技術(shù)等。還可以承接智能電子產(chǎn)品研發(fā)、家用電器方案設(shè)計(jì)、美容儀器開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)、智能家居方案設(shè)計(jì)、TWS耳機(jī)開發(fā)、藍(lán)牙耳機(jī)音箱開發(fā)、兒童玩具方案開發(fā)、電子教育產(chǎn)品研發(fā)。
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03-29
2021
智能加濕器系統(tǒng)設(shè)計(jì)
基于51單片機(jī)的智能加濕器系統(tǒng)設(shè)計(jì)智能家居是當(dāng)今社會(huì)的一個(gè)熱點(diǎn)，智能加濕器可以自動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度，去除靜電。北方氣候干燥，尤其是冬季，加濕器可以改善濕度，從而給人們創(chuàng)造一個(gè)健康的生活環(huán)境。經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前大多數(shù)加濕器仍然需要人工來操作，通過手動(dòng)控制開關(guān)來實(shí)現(xiàn)室內(nèi)加濕器的工作和停止，不但無法實(shí)時(shí)檢測(cè)室內(nèi)環(huán)境的濕度值，而且價(jià)格較高，能夠?qū)崿F(xiàn)的功能也比較單一，這種加濕器的使用存在相當(dāng)大的安全隱患，例如發(fā)生過度加濕或者干燒等情況。因此開發(fā)設(shè)計(jì)出一款能根據(jù)用戶實(shí)際情況和需求進(jìn)行靈活設(shè)置加濕器濕度值上下限、實(shí)用性及安全性于一體、價(jià)格低、品質(zhì)佳的加濕器，顯得尤為重要。一、智能加濕器系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)該系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)模塊構(gòu)成:濕度信號(hào)采集電路、按鍵控制及復(fù)位電路、數(shù)碼管顯示電路、霧化模塊加濕電路等，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。通過溫濕度傳感器測(cè)量出空氣濕度信號(hào)是模擬信號(hào)，需經(jīng)過AD模數(shù)轉(zhuǎn)換后才能發(fā)送給單片機(jī)進(jìn)行處理。單片機(jī)對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行分析和處理后，輸出控制信號(hào)給P3管腳，控制繼電器的閉合狀態(tài)，霧化模塊開始工作，從而實(shí)現(xiàn)了按需加濕的系統(tǒng)功能。如圖1所示，當(dāng)空氣濕度值低于系統(tǒng)預(yù)設(shè)濕度值(40%ＲH)時(shí)，傳感器會(huì)檢測(cè)到濕度信號(hào)，并發(fā)送給單片機(jī)，此時(shí)數(shù)碼管顯示電路會(huì)顯示當(dāng)前室內(nèi)濕度值，LED指示電路的指示燈會(huì)發(fā)光，同時(shí)霧化控制電路會(huì)啟動(dòng)，處于工作狀態(tài)，給室內(nèi)加濕。當(dāng)室內(nèi)空氣濕度值達(dá)到系統(tǒng)設(shè)置上限濕度值(60%ＲH)時(shí)，霧化控制電路就會(huì)停止工作，LED指示電路的指示燈滅掉。二、智能加濕器系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單，處理器采用51單片機(jī)即可完成功能，故選用STC89C52型號(hào)的單片機(jī)來滿足軟硬件設(shè)計(jì)要求。2.1單片機(jī)的晶振電路設(shè)計(jì)在STC89C52單片機(jī)芯片內(nèi)部，有一個(gè)以XTAL2與XTAL1為輸出輸入端的振蕩器，同時(shí)在XTAL1與XTAL2引腳上連接定時(shí)器件，其內(nèi)部振蕩電路是能夠?qū)崿F(xiàn)自激振蕩的。定時(shí)器件一般是由石英晶體與電容構(gòu)成的并聯(lián)諧振回路。系統(tǒng)采用的晶振片為12MHz，電容C2和C3的電容值大小為20 pF。2.2單片機(jī)的復(fù)位電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用的按鍵復(fù)位電路，系統(tǒng)不僅可以上電復(fù)位，而且在運(yùn)行過程中需要復(fù)位時(shí)，只需按下S1按鍵，此時(shí)電源Vcc在ＲST端產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位的高電平。同樣，只要保證ＲST端保持高電壓的時(shí)間大于兩個(gè)機(jī)器周期時(shí)，系統(tǒng)能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)正常復(fù)位。2.3模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)智能加濕器系統(tǒng)需要將溫濕度傳感器的濕度信號(hào)傳給CPU，必須先通過A/D轉(zhuǎn)換器把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。本系統(tǒng)選用了8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832，由于它體積小，兼容性強(qiáng)，性價(jià)比高而應(yīng)用廣泛。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在0～5 V之間。ADC0832與單片機(jī)接口的4條數(shù)據(jù)線分別為CS、CLK、DO、DI。電路設(shè)計(jì)時(shí)將DO和DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用，因?yàn)镈O端與DI端在通信時(shí)并未同時(shí)有效，而且ADC0832與單片機(jī)的接口是雙向的。2.4數(shù)碼管顯示電路本設(shè)計(jì)的顯示電路采用了數(shù)碼管而不是LED，因?yàn)閿?shù)碼管顯示在白天等強(qiáng)光條件下會(huì)更加清晰。雖然液晶顯示極其省電，但是在外界光線很明亮的情況下看不清楚并且使用有溫度范圍限制。另外，LED數(shù)碼管的價(jià)格與液晶顯示器相比較為低廉，故本次設(shè)計(jì)采用LED數(shù)碼管。該設(shè)計(jì)選取了數(shù)碼管顯示模塊，其具有內(nèi)置的字節(jié)庫，不具存儲(chǔ)功能，采用并行連接的模式，使用起來相對(duì)便捷，用于顯示土壤濕度信息及系統(tǒng)預(yù)設(shè)濕度門限。共選取了四個(gè)獨(dú)立式的按鍵，其中有復(fù)位按鍵、設(shè)置按鍵、“加”按鍵、“減”按鍵。上電之后，數(shù)碼管顯示空氣當(dāng)前濕度值，按一下設(shè)置按鍵，數(shù)碼管顯示系統(tǒng)預(yù)設(shè)濕度上限，然后再按“加”或“減”按鍵可以改變加濕器預(yù)設(shè)濕度上限值;按第二下設(shè)置按鍵，數(shù)碼管顯示系統(tǒng)預(yù)設(shè)濕度下限，然后再按“加”或“減”按鍵可以改變加濕器預(yù)設(shè)濕度下限值;按第三下設(shè)置按鍵，數(shù)碼管顯示室內(nèi)當(dāng)前濕度值，到此為止設(shè)置完成。2.5霧化模塊控制電路霧化模塊加濕控制電路中，三極管的集電極與繼電器的一端相連，發(fā)射極接到+5 V電源V CC上，單片機(jī)引腳P3.5經(jīng)過Ｒ6連接到三極管Q5的基極上;電阻Ｒ7同發(fā)光二極管構(gòu)成一個(gè)加濕器工作狀態(tài)指示電路，如果繼電器通電吸合，LED將會(huì)變亮，由此就可以檢測(cè)到繼電器的操作狀態(tài)，顯示霧化模塊是否為工作狀態(tài)，加濕器是否需要給室內(nèi)加濕。三、智能加濕器系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用C語言編寫程序，整個(gè)系統(tǒng)程序采用模塊化設(shè)計(jì)，主要包括數(shù)據(jù)采集模塊、按鍵控制模塊、復(fù)位模塊、數(shù)碼管顯示模塊、霧化控制模塊。通過對(duì)電路原理及功能的分析，已對(duì)智能加濕器系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)有了充分認(rèn)識(shí)，用C語言編寫好程序后，利用Keil軟件對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編譯調(diào)試。直到程序滿足設(shè)計(jì)要求并沒有出現(xiàn)運(yùn)行編譯錯(cuò)誤時(shí)，燒錄到51單片機(jī)中進(jìn)行軟硬件調(diào)試，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。總結(jié)本系統(tǒng)利用51單片機(jī)完成了一個(gè)簡單的智能加濕器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，成本低，性價(jià)比高，相比于市面上的較多類似產(chǎn)品有一定的優(yōu)勢(shì)，但本文還有一些不足之處，如系統(tǒng)設(shè)計(jì)集成度有待提高等。以上就是我們深圳市組創(chuàng)微電子有限公司為您介紹的基于51單片機(jī)的智能加濕器系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)。我們有豐富的智能電子產(chǎn)品定制開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，可以盡快評(píng)估開發(fā)周期與IC價(jià)格，也可以核算PCBA報(bào)價(jià)。我們是松翰單片機(jī)代理商、應(yīng)廣單片機(jī)代理商，出售并開發(fā)sonix與應(yīng)廣的MCU與語音IC方案。我們代理并開發(fā)杰理、安凱、全志、realtek等系列的IC與方案，還開發(fā)BLE藍(lán)牙IC、雙模藍(lán)牙模塊、wifi模塊、物聯(lián)網(wǎng)模塊。我們的擁有硬件設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)能力。涵蓋了電路設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、單片機(jī)開發(fā)、軟件定制開發(fā)、APP定制開發(fā)、微信公眾號(hào)開發(fā)、語音識(shí)別技術(shù)、藍(lán)牙開發(fā)、wifi技術(shù)等。還可以承接智能電子產(chǎn)品研發(fā)、家用電器方案設(shè)計(jì)、美容儀器開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)、智能家居方案設(shè)計(jì)、TWS耳機(jī)開發(fā)、藍(lán)牙耳機(jī)音箱開發(fā)、兒童玩具方案開發(fā)、電子教育產(chǎn)品研發(fā)。
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03-28
2021
單片機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)
單片機(jī)在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用與研究單片機(jī)屬于一種集成化的電路芯片，單片機(jī)是一種微型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，單片機(jī)可以把集成電路技術(shù)和隨機(jī)存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器和中央處理器等等全部串聯(lián)在一起，再用方法刻印到硅片上，來完成信息處理任務(wù)。單片機(jī)從最初的研制到之后的應(yīng)用，經(jīng)歷了一個(gè)快速發(fā)展的過程，單片機(jī)之前是4位、8位制的，現(xiàn)在可達(dá)到300M高速。單片機(jī)應(yīng)用范圍很廣，它作為嵌入式軟件的一部分，它的作用不可忽視，影響深遠(yuǎn)。通過對(duì)單片機(jī)的利用能夠提高控制系統(tǒng)的開發(fā)效果，降低研發(fā)費(fèi)用。一、自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，自動(dòng)控制系統(tǒng)涉及的領(lǐng)域多，有電梯，智能電網(wǎng)，火災(zāi)報(bào)警上等。1.1電梯自動(dòng)控制系統(tǒng)我國城市化發(fā)展的腳步越來越快，很多大型工廠、高層建筑和一些大中型的超市、商場(chǎng)等形式的建筑物在拔地而起，電梯是上下樓最為便捷的運(yùn)客工具。電梯的組成設(shè)備有很多種，有：電梯開關(guān)門、電梯乘客廂，還有電纜繩、顯示屏和按鍵等，設(shè)備如此多，全部集成在一起后，才能為電梯的整體穩(wěn)定運(yùn)作提供可行條件。電梯自動(dòng)控制系統(tǒng)才能真實(shí)發(fā)揮出它最本質(zhì)和最強(qiáng)大的功效。電梯自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成中必須摻入單片機(jī)，集成電路等一些其他內(nèi)容，這樣才能讓電梯正常運(yùn)轉(zhuǎn)，不會(huì)發(fā)生事故，讓電梯能夠安全上下行、電梯乘客廂開關(guān)門、語音播報(bào)等各種各樣的功能，這樣才能保證實(shí)現(xiàn)電梯的自動(dòng)化運(yùn)行狀態(tài)。1.2火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)單片機(jī)應(yīng)用在火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)中，它暗含的內(nèi)容廣泛。該控制系統(tǒng)還可以對(duì)滅火設(shè)備、通訊設(shè)備來進(jìn)行計(jì)算機(jī)上的設(shè)置，進(jìn)而形成一個(gè)非常強(qiáng)大的火災(zāi)報(bào)警自動(dòng)化控制系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)保障了工作環(huán)境和生活環(huán)境的安全，單片機(jī)使用在火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)中，一旦發(fā)生火情，控制系統(tǒng)工作狀態(tài)立馬發(fā)生變化，它就會(huì)自動(dòng)報(bào)警、并在報(bào)警后再采取滅火措施、做好人員安全疏散工作等內(nèi)容，一個(gè)很完備的火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)功能豐富齊全，火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)中的某種儀器能夠在無論何時(shí)無論何地的情況下監(jiān)控室內(nèi)室外的煙、霧情況、高溫情況還有火光等，這些情況會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)讓火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)發(fā)揮實(shí)效。1.3電力自動(dòng)控制系統(tǒng)電力自動(dòng)控制系統(tǒng)中內(nèi)含的單片機(jī)主要是讓智能電網(wǎng)設(shè)備借助某種儀器運(yùn)行信息，再讓單片機(jī)工作起來，它負(fù)責(zé)把這些信息傳送到電網(wǎng)的監(jiān)控系統(tǒng)上。電力自動(dòng)控制系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的內(nèi)容，對(duì)實(shí)時(shí)能夠響應(yīng)的速度要求更高，電力自動(dòng)控制系統(tǒng)在完成信息采集工作的基礎(chǔ)上，還可以做一些信息計(jì)算工作。電力自動(dòng)控制系統(tǒng)通過設(shè)置程序能夠完成各種不同類型的運(yùn)作控制，還能提高適應(yīng)能力。電力自動(dòng)控制系統(tǒng)包括的內(nèi)容豐富，通過種種內(nèi)容來最終構(gòu)成一個(gè)適應(yīng)人們生活發(fā)展要求的電力設(shè)備控制系統(tǒng)，做好電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控情況，確保有關(guān)控制信號(hào)完成信息傳輸工作和響應(yīng)工作。二、單片機(jī)技術(shù)分析單片機(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中有很多優(yōu)點(diǎn)，比如：防別的物體干擾、很機(jī)動(dòng)靈活等，自動(dòng)控制系統(tǒng)內(nèi)部的單片機(jī)內(nèi)含各種功能部件，將這些所有的功能部件連接起來，才能在最大程度上簡化單片機(jī)結(jié)構(gòu)。自動(dòng)控制系統(tǒng)插入單片機(jī)部件后，應(yīng)用會(huì)再通過單片機(jī)來控制整個(gè)運(yùn)行的系統(tǒng)，單片機(jī)必須準(zhǔn)確地被放入到自動(dòng)控制系統(tǒng)中正確的位置，位置放對(duì)，單片機(jī)才能充分發(fā)揮它的作用，單片機(jī)有具體的使用情況說明，只有嚴(yán)格按照自動(dòng)控制系統(tǒng)的要求，對(duì)情況說明做好理解，才能真正地根據(jù)要求去執(zhí)行各種運(yùn)作指令。這種操作解釋主要是讓單片機(jī)能夠防止自動(dòng)控制系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種誤差。單片機(jī)的發(fā)明和應(yīng)用，大的可以說改變了社會(huì)的發(fā)展路徑，小的可以說改變了自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)狀態(tài)，自動(dòng)控制系統(tǒng)呈現(xiàn)出更加便捷簡化的狀態(tài)，讓自動(dòng)控制系統(tǒng)有更精簡的運(yùn)行方式，這也間接表明出單片機(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要地位，通過合理設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的單片機(jī)，單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)才能最大限度發(fā)揮出來。單片機(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中優(yōu)勢(shì)明顯，比如：有效節(jié)約計(jì)算機(jī)編程開發(fā)時(shí)間，使用方式便捷靈活，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益高，還能夠提高社會(huì)的自動(dòng)化水平。單片機(jī)是微型的計(jì)算機(jī)，單片機(jī)連接設(shè)備較為靈活，擴(kuò)展性強(qiáng)。單片機(jī)的開發(fā)控制系統(tǒng)沒有復(fù)雜的接線盒拆線操作，設(shè)計(jì)過程較為簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)共享。單片機(jī)用戶界面的交互性好，節(jié)約設(shè)備資源，能夠減少資金費(fèi)用。單片機(jī)體積小，內(nèi)部采用的結(jié)構(gòu)是模塊設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，對(duì)電氣化設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化采集，對(duì)系統(tǒng)做好控制，對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)改裝和升級(jí)維護(hù)具有很高的效率。三、單片機(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)中的應(yīng)用3.1單片機(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用汽車領(lǐng)域、煤礦領(lǐng)域是單片機(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中應(yīng)用較為典型的兩個(gè)領(lǐng)域。在汽車領(lǐng)域中，它的生產(chǎn)環(huán)節(jié)和設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)都對(duì)測(cè)量要求較為嚴(yán)格，生產(chǎn)中注重零件部分?jǐn)?shù)據(jù)。設(shè)計(jì)中注重各部分?jǐn)?shù)據(jù)。在這項(xiàng)基礎(chǔ)上，才能保證安裝速度。在煤礦領(lǐng)域中，單片機(jī)主要作用在漏電保護(hù)、變電運(yùn)行控制、井下的安全監(jiān)控等方面上。3.2單片機(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用（1）單片機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：單片機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，會(huì)直接關(guān)系自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用。從單片機(jī)的軟件結(jié)構(gòu)上來講，它在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中有哪些實(shí)踐設(shè)計(jì)呢？自動(dòng)化控制系統(tǒng)的內(nèi)部，單片機(jī)有各種不同的工作要求，通過工作要求對(duì)單片機(jī)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行配置，來分配各種任務(wù)，做好時(shí)間上的安排。這樣才能讓自動(dòng)化控制系統(tǒng)保持平衡的工作狀態(tài)，單片機(jī)軟件結(jié)構(gòu)中采用的操作系統(tǒng)會(huì)將單片機(jī)分成主程序和中斷程序兩部分：主程序主要用來收集在正常運(yùn)行情況下的自動(dòng)化控制系統(tǒng)中單片機(jī)的各種數(shù)據(jù)；中斷程序主要是負(fù)責(zé)故障的預(yù)警和診斷。自動(dòng)化控制系統(tǒng)下的人機(jī)交換模式向大家提供電機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，比如：轉(zhuǎn)速、工作情況等，通過人工操作來調(diào)整自動(dòng)化控制系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行，保障自動(dòng)化控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。（2）單片機(jī)的控制設(shè)計(jì)：單片機(jī)在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的控制設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是人和機(jī)器交互的對(duì)話模式，這種人和機(jī)器交互的對(duì)話模式涉及控制系統(tǒng)中各種設(shè)備，不僅如此，它還能夠推進(jìn)系統(tǒng)的智能化發(fā)展。人們通過研究電機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的單片機(jī)，來對(duì)單片機(jī)的控制設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。單片機(jī)里面有很多控制模塊，控制模塊的部分有兩種，一種是LED，另一種就是鍵盤部分，單片機(jī)的鍵盤部分輸入一定的數(shù)據(jù)，再進(jìn)行全方位的掃描，這些數(shù)據(jù)就會(huì)被輸入到自動(dòng)化控制系統(tǒng)的內(nèi)部，確保了電機(jī)的安全、平穩(wěn)運(yùn)行狀態(tài)，還能夠預(yù)防發(fā)生安全事故。單片機(jī)通過接口器這種部件連接到通用鍵盤里，來顯示電機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的各種運(yùn)行的數(shù)據(jù)，保障好自動(dòng)化控制系統(tǒng)在電機(jī)結(jié)構(gòu)中的可控性。（3）單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)：單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)依據(jù)的是自動(dòng)控制系統(tǒng)的操作要求，做好程序設(shè)計(jì)后，再控制電機(jī)進(jìn)行工作。程序設(shè)計(jì)在單片機(jī)中的重要作用相當(dāng)于心臟在人體中的作用。單片機(jī)通過記錄具體運(yùn)行參數(shù)，還有電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，實(shí)現(xiàn)防止電機(jī)會(huì)偏離自動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行效果。單片機(jī)在程序設(shè)計(jì)時(shí)，可以中斷電機(jī)開啟的部位，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)的功能轉(zhuǎn)換，保障電機(jī)能夠自行進(jìn)入自動(dòng)化的運(yùn)行模式。此種程序設(shè)計(jì)方式更能體現(xiàn)出技術(shù)的智能化發(fā)展。（4）電腦PC設(shè)計(jì)：PC是指電腦端，PC端部分在單片機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中作用明顯。PC端融入到單片機(jī)的設(shè)計(jì)里，能夠?yàn)樽詣?dòng)化控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)提供人機(jī)對(duì)話操作，該種系統(tǒng)就是依據(jù)人的指令來進(jìn)行工作，最后再來整體把握。單片機(jī)中的PC部分是需要借助電路來進(jìn)行傳輸指令的工作，這些指令可以存儲(chǔ)到軟件內(nèi)部，讓自動(dòng)化控制系統(tǒng)中控制指令不會(huì)發(fā)生有矛盾，繼而能夠存儲(chǔ)起來并執(zhí)行操作，當(dāng)指令發(fā)生沖突后，PC端就會(huì)自動(dòng)中斷，不再運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)保護(hù)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的目的。單片機(jī)通過創(chuàng)造新型通信模式，來完善自動(dòng)控制系統(tǒng)的通信過程。四、單片機(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的發(fā)展趨勢(shì)4.1縮小甚至微型化單片機(jī)的體積會(huì)越來越小，就像計(jì)算機(jī)剛發(fā)明出來時(shí)。它占滿了整間房間，但是現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)越來越小，越來越薄，單片機(jī)也是如此，它今后會(huì)縮小甚至微型化，自動(dòng)控制系統(tǒng)中的單片機(jī)在經(jīng)過很多改進(jìn)嘗試后能夠?qū)崿F(xiàn)微型化。這種發(fā)展趨勢(shì)優(yōu)勢(shì)在于減輕單片機(jī)的重量，縮小單片機(jī)的體積，但是這種發(fā)展趨勢(shì)并不能縮短減優(yōu)，微型化的發(fā)展和改進(jìn)的過程中不能因?yàn)轶w積縮小，重量縮小就破壞單片機(jī)的功能，單片機(jī)的抗干擾能力和綠色化設(shè)計(jì)也要一同注重，同時(shí)也要注重降低噪音。單片機(jī)為微型化發(fā)展必須要符合自動(dòng)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)要求，要注重按照自動(dòng)控制系統(tǒng)的需求來改進(jìn)單片機(jī)的結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)微型化單片機(jī)的實(shí)踐效益。4.2智能化自動(dòng)控制系統(tǒng)在運(yùn)行過程中隨著時(shí)代的發(fā)展變化有了新的發(fā)展要求，即發(fā)展智能化。這直接推進(jìn)單片機(jī)的智能化發(fā)展水平。我國電機(jī)的發(fā)展中自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)單片機(jī)的應(yīng)用雖然有進(jìn)步，但仍然處在初步階段，為了能夠確保單片機(jī)更好地應(yīng)用在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，對(duì)單片機(jī)的使用要求必須要有智能化的要求，只有積極改善單片機(jī)的運(yùn)行現(xiàn)狀，在原先自動(dòng)化的基礎(chǔ)上對(duì)單片機(jī)做好智能化操作設(shè)計(jì)，才能讓單片機(jī)的發(fā)展更加智能化。這樣才能慢慢地減少人力，緩解工作人員的壓力，實(shí)現(xiàn)無人操作的自動(dòng)控制電機(jī)運(yùn)行。4.3市場(chǎng)化市場(chǎng)是調(diào)控經(jīng)濟(jì)的“看不見的手”，走向市場(chǎng)是一行長期發(fā)展并不斷上升的必然要求和必然結(jié)果。自動(dòng)控制系統(tǒng)的單片機(jī)必須要適應(yīng)市場(chǎng)化的需求，做好市場(chǎng)挑戰(zhàn)的準(zhǔn)備。才能促進(jìn)各行各業(yè)的發(fā)展。自動(dòng)控制系統(tǒng)中選擇的單片機(jī)，位數(shù)制有8位的等，單片機(jī)在未來發(fā)展的情景中也提出了市場(chǎng)化的發(fā)展要求，根據(jù)現(xiàn)有的單片機(jī)實(shí)際情況，來推出更多種的單片機(jī)，以此拓寬單片機(jī)廣大市場(chǎng)。單片機(jī)的市場(chǎng)化發(fā)展，能夠促使自動(dòng)控制系統(tǒng)適用于各種電機(jī)，我國在單片機(jī)的研究上可以充分借鑒國外的先進(jìn)技術(shù)，圍繞自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，增加自動(dòng)控制系統(tǒng)中單片機(jī)的使用數(shù)量。結(jié)語我國經(jīng)濟(jì)在不斷發(fā)展的同時(shí)，各種領(lǐng)域也在不斷發(fā)展和擴(kuò)大，這些領(lǐng)域都離不開單片機(jī)的應(yīng)用，通過把高智能的單片機(jī)運(yùn)用到各行各業(yè)中來完善自動(dòng)化控制系統(tǒng)，將智能設(shè)備集成在一起，來構(gòu)建出一個(gè)強(qiáng)大的、先進(jìn)的控制操作系統(tǒng)，這樣操作系統(tǒng)才能做好各種工作任務(wù)，如此，才能大幅度提高工業(yè)生產(chǎn)生活的準(zhǔn)確度和可靠性，把人力資源、財(cái)力資源、物力資源做到最合適裝填，做好環(huán)境管理內(nèi)容，提升行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，從本上真正地改善了環(huán)境狀況。以上就是我們深圳市組創(chuàng)微電子有限公司為您介紹的單片機(jī)在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用與技術(shù)。我們有豐富的智能電子產(chǎn)品定制開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，可以盡快評(píng)估開發(fā)周期與IC價(jià)格，也可以核算PCBA報(bào)價(jià)。我們是松翰單片機(jī)代理商、應(yīng)廣單片機(jī)代理商，出售并開發(fā)松翰與應(yīng)廣的MCU與語音IC方案。我們代理并開發(fā)杰理、安凱、全志、realtek等系列的IC與方案，還開發(fā)BLE藍(lán)牙IC、雙模藍(lán)牙模塊、wifi模塊、物聯(lián)網(wǎng)模塊。我們的擁有硬件設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)能力。涵蓋了電路設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、單片機(jī)開發(fā)、軟件定制開發(fā)、APP定制開發(fā)、微信公眾號(hào)開發(fā)、語音識(shí)別技術(shù)、藍(lán)牙開發(fā)、wifi技術(shù)等。還可以承接智能電子產(chǎn)品研發(fā)、家用電器方案設(shè)計(jì)、美容儀器開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)、智能家居方案設(shè)計(jì)、TWS耳機(jī)開發(fā)、藍(lán)牙耳機(jī)音箱開發(fā)、兒童玩具方案開發(fā)、電子教育產(chǎn)品研發(fā)。
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03-27
2021
智能溫濕度控制系統(tǒng)
基于單片機(jī)技術(shù)的智能溫濕度控制系統(tǒng)在測(cè)量的對(duì)象領(lǐng)域內(nèi)，溫度和濕度是非常重要的。無論是人類的生存，還是生活環(huán)境，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，軍事，氣象觀測(cè)，溫度的測(cè)量和控制以及濕度的測(cè)量和控制都是很重要的環(huán)節(jié)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、電子技術(shù)、傳感器和傳感器材料技術(shù)的進(jìn)步，溫度和濕度檢測(cè)都取得了跨越式發(fā)展。對(duì)溫度和濕度的測(cè)量與監(jiān)控也是十分有意義的。通過對(duì)智能溫濕度傳感器特性的研究,設(shè)計(jì)出合理的硬件電路,編寫高效的處理器軟件，顯示溫濕度信息，然后根據(jù)溫濕度信息控制加熱換氣裝置。溫濕度信息由傳感器的敏感元件獲得，其輸出經(jīng)過信號(hào)調(diào)理電路放大、線性化、去除干擾等并獲得與A/D轉(zhuǎn)換器相適配的模擬信號(hào)，此信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為微處理器可接受的數(shù)字信號(hào)。以單片機(jī)為核心的軟硬件處理電路對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行編程處理后輸出到顯示模塊，實(shí)時(shí)反映溫濕度值。瑞士Sensiri-on公司生產(chǎn)的SHT11是具有二線串行接口的單片全校準(zhǔn)數(shù)字式新型相對(duì)溫度和濕度傳感器。它將傳感器技術(shù)與CMOS芯片技術(shù)相融合，可用來測(cè)量零點(diǎn)、相對(duì)溫度、相對(duì)濕度等參數(shù)，具有數(shù)字式輸出、免標(biāo)定、免外圍電路、免調(diào)試及全互換的特點(diǎn)，最終為開發(fā)高精度、高可靠性、高集成度的溫濕度測(cè)控系統(tǒng)提供了解決方案。一、智能溫濕度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)1.1硬件總體設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)以AT89C52單片機(jī)系統(tǒng)為核心，首先通過SHT11溫濕度傳感器采集現(xiàn)場(chǎng)的溫濕度數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過SHT11溫濕度傳感器自身的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字代碼；再通過51單片機(jī)利用LCD1602顯示當(dāng)前現(xiàn)場(chǎng)的溫濕度值,同時(shí)設(shè)置上下限；當(dāng)前溫濕度超過預(yù)設(shè)最高上限時(shí)，報(bào)警并且燈亮，同時(shí)啟動(dòng)加熱換氣裝置工作；當(dāng)溫濕度低于預(yù)設(shè)最低下限時(shí)，報(bào)警并且燈亮，同時(shí)啟動(dòng)加熱換氣裝置工作?？梢愿鶕?jù)不同的要求設(shè)置不同的越限值從而使其寬廣的測(cè)溫濕度范圍能夠廣泛地應(yīng)用到溫濕度監(jiān)測(cè)當(dāng)中去。1.2溫濕度采集（1）SHT11簡介：瑞士Scnsirion公司推出的SHT11是一款集溫度傳感器和濕度傳感器于一體的數(shù)字溫濕度傳感器芯片。因此在進(jìn)行溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)采用SHT11傳感器，就具備成本低、體積小、精度高、接口簡單等特點(diǎn)。而且SHT11芯片的抗干擾能力也比同類芯片高，因?yàn)樵撔酒瑑?nèi)部集成了14位A/D轉(zhuǎn)換器，且采用了數(shù)字信號(hào)輸出。（2）SHT11與單片機(jī)的接口電路：MCU（單片機(jī)）和SHT11傳感器通信采用串行二線接口DATA和SCK,其中DATA為數(shù)據(jù)線，SCK則為時(shí)鐘線，然而I2C協(xié)議與該二線串行通信協(xié)議是不兼容的。在程序開始時(shí)，MCU需要用一組“啟動(dòng)傳輸”時(shí)序表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯?dòng)。如圖2-3所示，當(dāng)SCK時(shí)鐘為高電平時(shí)，DATA翻轉(zhuǎn)為低電平；緊接著SCK變?yōu)榈碗娖?，隨后又變?yōu)楦唠娖剑辉赟CK時(shí)鐘為高電平時(shí)，DATA再次翻轉(zhuǎn)為高電平。如圖2-4所示，為SHT11傳感器與單片機(jī)的接口電路。SHT11只有二個(gè)引腳，一個(gè)數(shù)字串行引腳接單片機(jī)P1.0口，SCK引腳接單片機(jī)P1.1口。電源與數(shù)字串行引腳間要接一個(gè)4K的電阻R2。R2是上拉電阻，因?yàn)閱纹瑱C(jī)的P1口驅(qū)動(dòng)能力有限，目的是為了使傳感器接收的數(shù)據(jù)能夠可靠的進(jìn)行。二、智能溫濕度控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)2.1軟件整體設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)是在硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，良好的軟件設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的重要環(huán)節(jié)。系統(tǒng)能否正常運(yùn)行，除了硬件的合理設(shè)計(jì)外，很大程度上取決于功能完善、算法先進(jìn)的軟件設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)是以AT89C52為硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的核心，系統(tǒng)軟件部分主要包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、報(bào)警模塊，其中數(shù)據(jù)采集模塊包括溫濕度的采集、數(shù)據(jù)處理A/D轉(zhuǎn)換，報(bào)警模塊包括報(bào)警指示和報(bào)警處理。數(shù)據(jù)采集模塊將接收到的傳感器發(fā)出的模擬信號(hào)采集到單片機(jī)。數(shù)據(jù)處理模塊通過對(duì)接收到的采樣信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理轉(zhuǎn)換、最后實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信、驅(qū)動(dòng)顯示等，軟件系統(tǒng)框圖如下圖所示：這些程序相互獨(dú)立，在主程序中依次被調(diào)用。單片機(jī)處理的是數(shù)字信號(hào)，對(duì)接受的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集即可得到數(shù)字信號(hào)；數(shù)據(jù)處理模塊由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制、數(shù)據(jù)通信、驅(qū)動(dòng)顯示、驅(qū)動(dòng)運(yùn)行等；顯示部分主要用LCD顯示，LCD由單片機(jī)驅(qū)動(dòng)。2.2軟件設(shè)計(jì)程序流程圖（1）主程序流程圖：主程序是設(shè)計(jì)的主體，是由功能不同的子程序組成。本系統(tǒng)主程序的運(yùn)行如下操作：串口初始化，完成初始化操作后，循環(huán)掃描鍵盤，當(dāng)有相應(yīng)按鍵時(shí)對(duì)應(yīng)不同的功能，SHT11開始采集溫濕度數(shù)據(jù)，經(jīng)LCD1602數(shù)碼管顯示讀數(shù)，判斷溫濕度是否超出設(shè)定范圍，如若超出則報(bào)警，并且報(bào)警指示燈亮，蜂鳴器報(bào)警，同時(shí)啟動(dòng)加熱換氣電路。主程序流程圖如圖3-2所示。（2）報(bào)警電路程序流程圖：報(bào)警模塊具備兩項(xiàng)功能，即為報(bào)警燈和聲音報(bào)警。聲音報(bào)警是從聽覺上提醒用戶，而報(bào)警燈則是從視覺上提醒用戶。當(dāng)讀取的溫度值超過上下限時(shí)，紅燈亮并且報(bào)警，當(dāng)濕度值超過上下限時(shí)，黃燈亮并且報(bào)警。流程圖如圖3-3所示。（3）SHT11讀取溫濕度程序流程圖：單片機(jī)與SHT11進(jìn)行通信是采用的二線串行數(shù)字接口，需要用單片機(jī)的I/0口模擬通信時(shí)序，因?yàn)樵撏ㄐ艆f(xié)議與通用的I2C總線協(xié)議是不兼容的。對(duì)于SHT11的控制，MCU是通過5個(gè)六位命令代碼實(shí)現(xiàn)的，命令代碼的含義分別是：00101：測(cè)量濕度；00011：測(cè)量溫度；00110：寫內(nèi)部狀態(tài)寄存器；00111：讀內(nèi)部狀態(tài)寄存器；11110：復(fù)位命令，使內(nèi)部狀態(tài)寄存器恢復(fù)默認(rèn)值；其他的來設(shè)置分辨率。程序開始首先對(duì)溫濕度傳感器SHT11進(jìn)行初始化，檢測(cè)是否正常工作，然后單片機(jī)發(fā)出指令與SHT11連接測(cè)量溫濕度，接著溫濕度傳感器SHT11進(jìn)行溫濕度計(jì)算以及A/D轉(zhuǎn)換，再發(fā)送給主機(jī)，并反復(fù)調(diào)用復(fù)位、寫入及讀取數(shù)據(jù)子程序，之后再經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，由數(shù)碼管顯示出來，不斷循環(huán)。程序首先對(duì)LCD1602初始化，檢查是否忙碌，如果不忙碌則主機(jī)發(fā)送模式設(shè)置指令或顯示指令寫入LCD1602中，然后指定字符顯示的實(shí)際地址，將數(shù)據(jù)寫入LCD1602中，顯示溫濕度。三、智能溫濕度控制系統(tǒng)仿真調(diào)試本設(shè)計(jì)的硬件仿真由Protues軟件實(shí)現(xiàn)，軟件調(diào)試由KeilC51軟件實(shí)現(xiàn)，通過軟硬件的結(jié)合實(shí)現(xiàn)總體設(shè)計(jì)的仿真?？偨Y(jié)由于該系統(tǒng)采用的核心是高效單片機(jī)，主要的采集與測(cè)量系統(tǒng)是集溫度傳感器和濕度傳感器于一體的SHT11，自帶A/D轉(zhuǎn)換器，從而該溫濕度控制儀具有體積小、成本低、精度高、接口簡單及良好抗干擾能力等優(yōu)點(diǎn)，再加上優(yōu)化程序，一定意義上本系統(tǒng)具有了很高的實(shí)用性。以上就是我們深圳市組創(chuàng)微電子有限公司為您介紹的基于單片機(jī)技術(shù)的智能溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程。我們有豐富的智能電子產(chǎn)品定制開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，可以盡快評(píng)估開發(fā)周期與IC價(jià)格，也可以核算PCBA報(bào)價(jià)。我們是松翰單片機(jī)代理商、應(yīng)廣單片機(jī)代理商，出售并開發(fā)sonix與應(yīng)廣的MCU與語音IC方案。我們代理并開發(fā)杰理、安凱、全志、realtek等系列的IC與方案，還開發(fā)BLE藍(lán)牙IC、雙模藍(lán)牙模塊、wifi模塊、物聯(lián)網(wǎng)模塊。我們的擁有硬件設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)能力。涵蓋了電路設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、單片機(jī)開發(fā)、軟件定制開發(fā)、APP定制開發(fā)、微信公眾號(hào)開發(fā)、語音識(shí)別技術(shù)、藍(lán)牙開發(fā)、wifi技術(shù)等。還可以承接智能電子產(chǎn)品研發(fā)、家用電器方案設(shè)計(jì)、美容儀器開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)、智能家居方案設(shè)計(jì)、TWS耳機(jī)開發(fā)、藍(lán)牙耳機(jī)音箱開發(fā)、兒童玩具方案開發(fā)、電子教育產(chǎn)品研發(fā)。注：部分圖片內(nèi)容來源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系刪除。
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03-26
2021
智能澆花系統(tǒng)設(shè)計(jì)
基于單片機(jī)的智能澆花系統(tǒng)設(shè)計(jì)現(xiàn)如今，高品質(zhì)生活的理念已經(jīng)滲透到生活的方方面面，因此無論是在家中還是在工作學(xué)習(xí)場(chǎng)所，都會(huì)看到一些盆栽植物，這不僅能夠改善空氣質(zhì)量，而且能夠提高生活品味。但是生活中常常因工作繁忙，花草得不到及時(shí)的澆水，就會(huì)干枯死去，從而帶來經(jīng)濟(jì)上的損失和精神上的不愉快?，F(xiàn)有的智能澆花產(chǎn)品造價(jià)高、實(shí)用性差，銷量低。本作品從智能家居的角度出發(fā)，基于AT89C51芯片，利用三極管、繼電器、濕度傳感器等一些簡單元器件，設(shè)計(jì)了此智能澆花系統(tǒng)，簡便合理、費(fèi)用低、實(shí)用性高且耗電量小，并能夠長時(shí)間工作，具有較好的應(yīng)用前景。一、智能澆花系統(tǒng)組成及工作原理智能檢測(cè)土壤濕度澆花系統(tǒng)主要包括主控模塊、傳感模塊、電源模塊、輸入模塊，抽水動(dòng)作模塊和顯示模塊。主控模塊是以AT89C51芯片為核心，配合復(fù)位電路和時(shí)鐘電路組成單片機(jī)最小系統(tǒng)；傳感模塊主要由土壤濕度傳感器構(gòu)成，該傳感器可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤濕度并具有很高的準(zhǔn)確性；電源模塊是通過5V電源接口實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的供電；顯示模塊通過LCD1602液晶屏顯示土壤濕度和所在模式，輸入模塊是用按鍵輸入實(shí)現(xiàn)自動(dòng)澆灌、手動(dòng)澆灌模式的選擇并進(jìn)行濕度上下閾值的設(shè)置；動(dòng)作模塊是由抽水電機(jī)和有源蜂鳴器組成。本系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)土壤濕度，并且有兩種模式選擇—手動(dòng)模式和自動(dòng)模式，手動(dòng)模式通過按鍵可以實(shí)現(xiàn)人為澆水功能；當(dāng)系統(tǒng)處在自動(dòng)模式時(shí)，如果濕度在設(shè)定的上下限范圍內(nèi)時(shí)，抽水電機(jī)不動(dòng)作，蜂鳴器不報(bào)警，當(dāng)?shù)陀谠O(shè)定下限時(shí)，蜂鳴器報(bào)警，同時(shí)抽水電機(jī)就會(huì)進(jìn)行抽水灌溉，直至濕度達(dá)到設(shè)定上限，系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)停止灌溉功能，同時(shí)蜂鳴器報(bào)警解除。見圖1。二、智能澆花系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)（一）單片機(jī)控制模塊：AT89C51是由Atmel生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS8位單片機(jī)，同時(shí)AT89C51有著便宜的價(jià)格，而且它和MCS-51系列有這很好的兼容性。因此在這個(gè)系統(tǒng)中采用AT89C51作為控制芯片。AT89S51主要性能參數(shù)與MCS—51系列徹底兼容。（二）土壤濕度傳感器模塊：本作品采用了YL-69濕度傳感器模塊。YL-69是一個(gè)簡單的土壤濕度傳感器，其原理為濕敏電容，當(dāng)環(huán)境的濕度發(fā)生改變時(shí)，會(huì)使得濕敏電容存在的環(huán)境中的介質(zhì)發(fā)生改變，導(dǎo)致濕敏電容中的電容數(shù)值產(chǎn)生變化，電容的數(shù)值正比于濕度值。由于濕敏電容有這很高的靈敏度、響應(yīng)速度快、滯后量小的特點(diǎn)，所以濕敏電容很容易小型化和集成化。在系統(tǒng)中，土壤濕度數(shù)據(jù)的采集是有YL-69完成的。（三）按鍵輸入模塊：S1位復(fù)位鍵、S2位設(shè)置濕度值的按鍵、S3濕度值調(diào)整加鍵、S4濕度值調(diào)整減鍵。（四）液晶LCD1620顯示模塊：液晶顯示器LCD1602的顯示是通過液晶的物理特性原理來實(shí)現(xiàn)的，使用電壓能夠控制顯示區(qū)域，當(dāng)有電的時(shí)候，液晶就能夠顯示圖像。三、智能澆花系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件部分主要是根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，明確運(yùn)行邏輯，利用keil進(jìn)行編程。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括土壤濕度檢測(cè)程序、對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的程序、設(shè)置濕度上下限的程序、顯示程序、蜂鳴器程序等。該土壤濕度檢測(cè)裝置的整個(gè)程序的思路是：土壤濕度傳感器收集信號(hào)，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，單片機(jī)讀取濕度的數(shù)值，經(jīng)處理，然后將濕度值送至液晶顯示器中進(jìn)行顯示，當(dāng)數(shù)值小于最小值時(shí)水泵開啟，大于最小值時(shí)水泵關(guān)閉。在本系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，還可以增加溫度控制、光照控制、遠(yuǎn)程操控澆水、無線控制等功能，進(jìn)一步對(duì)植物進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，這些可以進(jìn)行后續(xù)的拓展研究。四、智能澆花系統(tǒng)測(cè)試（一）測(cè)試條件：在室內(nèi)室溫條件下，將系統(tǒng)上電，設(shè)置好土壤濕度合適的上下限閾值，將土壤濕度傳感器置于盆栽植物土壤中，此時(shí)，觀察LCD顯示屏上土壤濕度的當(dāng)前值。設(shè)置模式為手動(dòng)模式，按下按鍵，則電機(jī)抽水，抽水一段時(shí)間后再按下按鍵，停止抽水，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)啟停功能。設(shè)置模式為自動(dòng)模式，三種情況。若當(dāng)前土壤濕度在設(shè)置的上下限范圍內(nèi)，則抽水電機(jī)和蜂鳴器不動(dòng)作；若低于設(shè)定的下限，則蜂鳴器報(bào)警，抽水電機(jī)抽水直至土壤濕度到達(dá)設(shè)定的上限；若當(dāng)前土壤濕度高于設(shè)定的上限，則蜂鳴器報(bào)警。（二）測(cè)試結(jié)果：設(shè)置上限閾值為60%，下限閾值為30%，分別測(cè)試不同土壤濕度下系統(tǒng)的響應(yīng)情況。經(jīng)過在手動(dòng)模式和自動(dòng)模式下的多次測(cè)試，系統(tǒng)動(dòng)作零誤差，證明本系統(tǒng)可以正常工作，且可靠性高，實(shí)用性強(qiáng)。以上就是我們深圳市組創(chuàng)微電子有限公司為您介紹的基于單片機(jī)的智能澆花系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)。我們有豐富的智能電子產(chǎn)品定制開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，可以盡快評(píng)估開發(fā)周期與IC價(jià)格，也可以核算PCBA報(bào)價(jià)。我們是松翰單片機(jī)代理商、應(yīng)廣單片機(jī)代理商，出售并開發(fā)sonix與應(yīng)廣的MCU與語音IC方案。我們代理并開發(fā)杰理、安凱、全志、realtek等系列的IC與方案，還開發(fā)BLE藍(lán)牙IC、雙模藍(lán)牙模塊、wifi模塊、物聯(lián)網(wǎng)模塊。我們的擁有硬件設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)能力。涵蓋了電路設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、單片機(jī)開發(fā)、軟件定制開發(fā)、APP定制開發(fā)、微信公眾號(hào)開發(fā)、語音識(shí)別技術(shù)、藍(lán)牙開發(fā)、wifi技術(shù)等。還可以承接智能電子產(chǎn)品研發(fā)、家用電器方案設(shè)計(jì)、美容儀器開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)、智能家居方案設(shè)計(jì)、TWS耳機(jī)開發(fā)、藍(lán)牙耳機(jī)音箱開發(fā)、兒童玩具方案開發(fā)、電子教育產(chǎn)品研發(fā)。注：部分圖片內(nèi)容來源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系刪除。
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03-25
2021
單片機(jī)C語言開發(fā)
C語言在單片機(jī)開發(fā)中的應(yīng)用隨著當(dāng)今計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展，在單片機(jī)的作用下當(dāng)今社會(huì)逐漸步入了智能化發(fā)展時(shí)代，單片機(jī)的研發(fā)受到了社會(huì)各領(lǐng)域的高度重視，成為了新時(shí)期評(píng)判社會(huì)現(xiàn)代化發(fā)展程度的重要標(biāo)志。在以往的單片機(jī)開發(fā)中多借助簡單方便的匯編語言來進(jìn)行，而面對(duì)如今社會(huì)各領(lǐng)域?qū)纹瑱C(jī)各項(xiàng)功能的迫切需求，單片機(jī)急需在多語言的作用下，來實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)、功能的優(yōu)化。由此，C語言憑借自身較強(qiáng)的可移植性以及高級(jí)語言等特征出現(xiàn)在了單片機(jī)的開發(fā)中，對(duì)單片機(jī)未來的良好發(fā)展構(gòu)成了極大的促進(jìn)作用?？梢哉fC語言在單片機(jī)開發(fā)中的應(yīng)用已經(jīng)成為了一種大勢(shì)所趨，對(duì)于單片機(jī)開發(fā)的長遠(yuǎn)發(fā)展而言意義重大。為此，作為一名普通的單片機(jī)研究人員我們有必要結(jié)合當(dāng)前社會(huì)科技發(fā)展形式的分析，來就C語言在單片機(jī)開發(fā)中的應(yīng)用展開一番深入的解析與探討，以此來促進(jìn)C語言各方面優(yōu)勢(shì)作用的充分發(fā)揮，為高質(zhì)量、多功能單片機(jī)的開發(fā)提供更多的可借鑒意見和建議。一、C語言與單片機(jī)相關(guān)概念解析1.1C語言簡介C語言是一種常用的計(jì)算機(jī)編程語言，主要被用于網(wǎng)絡(luò)基端以及系統(tǒng)后臺(tái)的底層軟件開發(fā)，因此其在對(duì)低級(jí)軟件開發(fā)問題的處理上表現(xiàn)出了良好的功能。C語言被開發(fā)之初主要目標(biāo)是為了有效提升計(jì)算機(jī)編程工作實(shí)效性，以一種最為簡易的編譯方式來有效應(yīng)對(duì)低級(jí)存儲(chǔ)器編程問題，同時(shí)在盡可能減少機(jī)器碼產(chǎn)生的情況下，賦予C語言良好的跨平臺(tái)適應(yīng)能力，使其即便在缺少運(yùn)行環(huán)境支持的情況下易能夠運(yùn)行自如。與C語言與一般常見的C++、Java等各類語言的差別之處還在于，其編程任務(wù)主要是面向過程，而非對(duì)象。C語言的基本特點(diǎn)主要包括：首先，C語言擁有高級(jí)語言屬性。完美的融合了高級(jí)語言基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及低級(jí)語言實(shí)用性特點(diǎn)；其次，C語言屬于結(jié)構(gòu)式語言。借助函數(shù)形式為用戶提供可循環(huán)且便于調(diào)用的程序語句，以此來將數(shù)據(jù)與代碼分隔開來，保證程序結(jié)構(gòu)清晰的同時(shí)使各部分擁有良好的程序獨(dú)立性；最后，C語言代碼級(jí)別可實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)運(yùn)行。C語言在Windows、UNIX、DOS等操作系統(tǒng)中都可運(yùn)行自如，其對(duì)于語言運(yùn)行的硬件環(huán)境要求較低，因此相比較其他語言來講C語言在運(yùn)用上更加靈活方便。1.2單片機(jī)簡介單片機(jī)又稱之為單片控制器，其作用面不在于單項(xiàng)邏輯問題的解決，而是包含了整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能。尤其是單片機(jī)可以在超大規(guī)模集成電路技術(shù)的作用下將CPU、RAM、ROM、A/D轉(zhuǎn)換器、中斷系統(tǒng)、脈寬調(diào)制電路等，多種功能集成到小型硅片上而形成一個(gè)功能完備的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。因此，我們可以將單片機(jī)這種集成電路芯片，看做一種特殊的微型計(jì)算機(jī)，且與真實(shí)的計(jì)算機(jī)相比雖然它缺少了I/O設(shè)備，但它卻在價(jià)格、質(zhì)量、體積等方面有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，這為其各項(xiàng)功能的開發(fā)以及在多領(lǐng)域的應(yīng)用提供了極大的便利性。如今，隨著我國計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展以及對(duì)單片機(jī)研究力度的加深，當(dāng)前單片機(jī)在社會(huì)各領(lǐng)域中均表現(xiàn)良好，有著極為廣泛的應(yīng)用市場(chǎng)，小到我們?nèi)粘Ｉ钪械膶?dǎo)航系統(tǒng)、家用電器、通訊設(shè)備、智能IC卡、智能玩具，大到實(shí)施工控、智能儀表、數(shù)據(jù)傳輸、機(jī)器人研發(fā)、醫(yī)療器械等都是在單片機(jī)作用的發(fā)揮下才實(shí)現(xiàn)了新時(shí)代產(chǎn)品的智能化升級(jí)。二、C語言在單片機(jī)開發(fā)中所發(fā)揮的優(yōu)勢(shì)2.1有助于開發(fā)人員工作效率的提升在單片機(jī)開發(fā)中雖然匯編語言在程序執(zhí)行效率、占用資源等方面有著諸多的優(yōu)點(diǎn)，但在程序語言的可移植性等方面它還是與C語言存在著較大的差距。這也是C語言當(dāng)前逐漸替代匯編語言被廣泛應(yīng)用于單片機(jī)開發(fā)中的一個(gè)重要原因。良好的程序移植性以及環(huán)境適應(yīng)性，使得C語言可以在任何情況下都能夠被程序設(shè)計(jì)人員讀取并用于解決各種程序設(shè)計(jì)問題，這極大的節(jié)約了程序設(shè)計(jì)人員的工作效率，減少了因多種語言變化使用的繁雜性。與此同時(shí)，C語言在程序結(jié)構(gòu)的完整性等方面也有著很好的優(yōu)勢(shì)，在編譯效率、運(yùn)算速度等方面均表現(xiàn)良好，這使得程序設(shè)計(jì)人員不必在為一些程序設(shè)計(jì)中的瑣碎問題而煩惱，極大的提升了程序開發(fā)人員的工作效率。2.2有助于單片機(jī)開發(fā)質(zhì)量的提升隨著當(dāng)今社會(huì)智能化的發(fā)展，上至高精尖產(chǎn)品的研發(fā)，下至人們?nèi)粘Ｉ罡黝愲娖?、電子產(chǎn)品都需要借助單片機(jī)作用的發(fā)揮來賦予這些產(chǎn)品獨(dú)特的功能，進(jìn)而來滿足人們對(duì)便捷化、智能化生活的需求。但面對(duì)變革速度較快的計(jì)算機(jī)信息技術(shù)來講，人們?cè)诹私獾礁嘤?jì)算機(jī)信息技術(shù)知識(shí)的同時(shí)對(duì)于智能化生活的期望也越來越高，這就要求我們對(duì)于單片機(jī)的開發(fā)也必須始終處于不斷革新當(dāng)中，以根據(jù)社會(huì)需要在功能、質(zhì)量等方面做出一定的完善。C語言由于兼顧高、低級(jí)語言兩方面的優(yōu)勢(shì)，在應(yīng)用過程中可以直接對(duì)各類硬件予以訪問，更是支持由頂端向下所開展的程序化設(shè)計(jì)，為單片機(jī)功能的創(chuàng)新提供了可能，有助于單片機(jī)開發(fā)質(zhì)量的提升。2.3有助于單片機(jī)開發(fā)程序的優(yōu)化在文章的概述中我們也已經(jīng)提到過，C語言其中的一個(gè)重要特點(diǎn)就是其具有結(jié)構(gòu)式語言的特性，即各個(gè)程序之間在數(shù)據(jù)、代碼等方面相互分隔，除保有信息交流外彼此之間相互獨(dú)立且層次分明。將C語言應(yīng)用于單片機(jī)的開發(fā)中，可以在C語言的這一特性的作用下，促進(jìn)單片機(jī)各個(gè)程序的模塊化演變，進(jìn)而在使用、調(diào)試、維護(hù)等階段實(shí)現(xiàn)分段化問題解決，使問題的處理更加清晰化、高效化，促進(jìn)單片機(jī)開發(fā)程序的優(yōu)化。三、C語言在單片機(jī)開發(fā)中的具體應(yīng)用步驟3.1開發(fā)工具下載C語言開發(fā)工具的下載，是C語言在單片機(jī)開發(fā)中得以順利應(yīng)用的首要環(huán)節(jié)，為此，我們可以到各類軟件下載網(wǎng)站上下載自己所需要的C語言開發(fā)工具。如，TC2.0、VC++6.0、visualstudio、codeblock、VisualStudioCode等，這些工具在功能、難易度等方面各異，我們可以根據(jù)具體的單片機(jī)設(shè)計(jì)來合理選擇。在下載任務(wù)完成后需要對(duì)安裝包進(jìn)行系統(tǒng)解壓安裝，并在接受正版詢問的同時(shí)輸入正確的序列號(hào)，進(jìn)而在軟件安裝提示的引導(dǎo)下逐步完成安裝工作。3.2建立C源文件首先，我們需要在下載的工具中建立一個(gè)全新的項(xiàng)目，之后在所創(chuàng)建項(xiàng)目中建立新文件亦或是將以往程序文件內(nèi)容添加到項(xiàng)目當(dāng)中。之后需要再創(chuàng)建一個(gè)全新的語言程序文件，并在文字編輯窗口中利用void、signed、intint、void、restrict、return、continue等C語言基本語言結(jié)構(gòu)對(duì)所需要的單片機(jī)程序進(jìn)行逐步編寫，并在編寫任務(wù)完成后保存文件生成最終的的C語言文件。3.3調(diào)試編譯程序調(diào)試編譯程序是C語言在單片機(jī)開發(fā)中進(jìn)行應(yīng)用的重要中間環(huán)節(jié)，起到對(duì)以編寫程序進(jìn)行檢查、完善的目的，在調(diào)試的作用下能夠有效找出源文件中的錯(cuò)誤進(jìn)而予以及時(shí)的修正。為此，在這一階段首先要求設(shè)計(jì)人員將軟件調(diào)整至調(diào)試模式，之后于源程序的一級(jí)借助仿真器開展調(diào)試任務(wù)，在這一過程中設(shè)計(jì)人員要對(duì)所建立源文件內(nèi)容的正確與否進(jìn)行悉心觀察，并對(duì)源程序進(jìn)行完善編譯，并在編輯器的作用下生成目標(biāo)模塊。在調(diào)試結(jié)束后，需要將編譯好的各個(gè)目標(biāo)模塊進(jìn)行連接，以此來生成一個(gè)完整的文件。3.4生成HEX文件C語言程序在編譯完成后借助各類不同的編譯器可以通過生成格式文件HEX而被單片機(jī)所獲取和執(zhí)行，因此可以將HEX格式文件的生成看作是C語言在單片機(jī)設(shè)計(jì)中應(yīng)用的最后環(huán)節(jié)，HEX格式文件生成任務(wù)的順利執(zhí)行與否將對(duì)于單片機(jī)開發(fā)水平、效率、性能、功率的高低等有著極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。為此，首先，我們需要將任務(wù)對(duì)象對(duì)準(zhǔn)任務(wù)文件，通過將其生成HEX文件來充分發(fā)揮出其燒寫芯片的功能。同時(shí)還需要在編輯器的作用下，將單片機(jī)HEX格式文件寫入到存儲(chǔ)器當(dāng)中，并在仿真器的作用下對(duì)所設(shè)計(jì)出來的單片機(jī)的性能予以調(diào)試。四、C語言在單片機(jī)開發(fā)中應(yīng)用的注意事項(xiàng)4.1關(guān)注編程代碼效率的提升當(dāng)前在單片機(jī)研究工作不斷拓展的背景下，C語言已經(jīng)成為了單片機(jī)設(shè)計(jì)中一種極為重要的程序語言，對(duì)單片機(jī)功能的創(chuàng)新、性能的強(qiáng)化等起到了及其重要的作用。但我們也必須認(rèn)識(shí)到C語言在單片機(jī)中的運(yùn)用時(shí)間尚短，因此在程序編寫過程中不可避免的會(huì)產(chǎn)生各種問題，進(jìn)而延緩了單片機(jī)研發(fā)工作。因此，將C語言運(yùn)用于單片機(jī)開發(fā)中，我們首先需要關(guān)注的一個(gè)重要問題就是C語言編程代碼效率的提升。為此，在對(duì)C語言單片機(jī)程序進(jìn)行編寫之前，我們有必要先對(duì)所運(yùn)用以及接觸到的各類C語言編輯器進(jìn)行充分的了解，以結(jié)合工作實(shí)際對(duì)所使用的編輯器做出合理的選擇。同時(shí)，還需要對(duì)單片機(jī)程序編寫中出現(xiàn)頻率較高的C語言程序進(jìn)行匯總，并對(duì)其所對(duì)應(yīng)的匯編語言行數(shù)進(jìn)行總結(jié)，以此來對(duì)各條語言的編譯效率在頭腦中做出一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)。進(jìn)而在今后的工作中通過對(duì)編譯器的靈活運(yùn)用、對(duì)高效率編譯語言的準(zhǔn)確選擇來切實(shí)提高C語言編程代碼的編譯、執(zhí)行效率。4.2變量類型的定義要明確受程序編寫習(xí)慣的影響，一些程序設(shè)計(jì)人員在不考慮函數(shù)內(nèi)外的情況下，習(xí)慣于在程序的初始位置直接定義新的變量，雖然此種做法并不構(gòu)成原則上的程序編寫錯(cuò)誤，但此種做法容易對(duì)程序的后續(xù)執(zhí)行構(gòu)成一定的影響，因此是不可取的。為此，我們要注重變量類型定義的明確化，并依據(jù)編譯器版本的不同，對(duì)變量放置位置進(jìn)行合理選擇。如，一般來講在C90版本的編譯器中，全局變量屬于函數(shù)外只可以放置于引用之前，而在最新的C99版本中局部變量則可以被靈活的放置于任何位置?？偨Y(jié)總之，通過上述研究與探討，我們對(duì)于C語言在單片機(jī)中應(yīng)用的各方面優(yōu)勢(shì)作用有了一個(gè)更為清晰的認(rèn)識(shí)，也看到了C語言應(yīng)用于單片機(jī)設(shè)計(jì)中的社會(huì)重要發(fā)展趨勢(shì)。為有效提升C語言各方面優(yōu)勢(shì)作用在單片機(jī)設(shè)計(jì)中的發(fā)揮，我們?cè)诮窈蟮墓ぷ髦幸^續(xù)加大對(duì)于單片機(jī)以及C語言的研究工作，努力探尋設(shè)計(jì)閃光點(diǎn)，為我國新時(shí)期單片機(jī)研發(fā)事業(yè)的不斷發(fā)展做出努力。以上就是我們深圳市組創(chuàng)微電子有限公司為您介紹的C語言在單片機(jī)開發(fā)中的應(yīng)用詳情。我們有豐富的智能電子產(chǎn)品定制開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，可以盡快評(píng)估開發(fā)周期與IC價(jià)格，也可以核算PCBA報(bào)價(jià)。我們是松翰單片機(jī)代理商、應(yīng)廣單片機(jī)代理商，出售并開發(fā)松翰與應(yīng)廣的MCU與語音IC方案。我們代理并開發(fā)杰理、安凱、全志、realtek等系列的IC與方案，還開發(fā)BLE藍(lán)牙IC、雙模藍(lán)牙模塊、wifi模塊、物聯(lián)網(wǎng)模塊。我們的擁有硬件設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)能力。涵蓋了電路設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、單片機(jī)開發(fā)、軟件定制開發(fā)、APP定制開發(fā)、微信公眾號(hào)開發(fā)、語音識(shí)別技術(shù)、藍(lán)牙開發(fā)、wifi技術(shù)等。還可以承接智能電子產(chǎn)品研發(fā)、家用電器方案設(shè)計(jì)、美容儀器開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)、智能家居方案設(shè)計(jì)、TWS耳機(jī)開發(fā)、藍(lán)牙耳機(jī)音箱開發(fā)、兒童玩具方案開發(fā)、電子教育產(chǎn)品研發(fā)。
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