《单片机原理与应用系统设计》第10章

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1、第10章单片机应用系统设计选题10.1基于单片机的温度检测系统设计10.2基于单片机控制的智能充电器设计10.3基于单片机的红外通信系统设计10.4主从式多机通信系统设计10.5CAN总线站点设计与通信实验10.6利用单片机和GSM模块实现短消息通信10.7基于单片机的安全计算机结构设计与实验10.8基于单片机的步进电机控制系统设计10.9基于单片机的无刷直流电机调速器设计10.10简易MP3播放器设计10.1基于单片机的温度检测系统设计温度检测通常可利用温度传感器和单片机来实现。常用的温度传感器有热电偶、热敏电阻以及集成温度传感器等。热电偶通常

2、用于工业炉等高温环境；热敏电阻的阻值随温度变化而变化，测量其电阻值即可得到环境温度；集成温度传感器内部集成有感温元件、补偿和放大电路等，具有误差小、体积小、使用方便等优点，如AD590、DS18B20等。本例使用PIC单片机、测温型热敏电阻或集成温度传感器DS18B20设计一个温度检测系统，以掌握温度传感器在单片机系统中的使用方法。10.1温度检测：系统组成温度检测系统由温度敏感电路、PIC单片机及显示和报警电路组成，本例采用两种温度敏感电路来实现温度测量。一种是使用热敏电阻，利用它和555芯片组成振荡电路，其振荡频率随着热敏电阻的阻值的变化而变

3、化，利用单片机测量出振荡器输出信号的频率，再通过查表或计算即可得到温度。另一种是采用单总线集成数字温度传感器DS18B20直接测得温度，利用单片机构造适当的时序，以从DS18B20中取得数据。温度的测量值用数码管显示，并在超过限定温度时用蜂鸣器报警。系统组成结构见下图。10.1温度检测：系统组成温度检测系统结构框图10.1温度检测：设计要求①选用PIC16C54型单片机进行设计。在调试过程中采用可重复编程的PIC16F54型单片机，程序定型后采用PIC16C54型单片机。②方法一：自行设计温度敏感电路，该电路主要由负温度系数的测温型热敏电阻和55

4、5器件组成。建议选用标称阻值为5～10K、B值为3470的负温度系数热敏电阻。③方法二：选用单总线器件DS18B20设计温度敏感电路。④温度的测量范围为-10～+120℃，测量精度为0.5℃。⑤温度用四位数码管实时显示。⑥在温度超过100℃时利用蜂鸣器发出警报。10.1温度检测：设计提示①负温度系数的测温型热敏电阻的电阻-温度特性为：其中，T0是热敏电阻在绝对温度下的阻值；RT0是热敏电阻在绝对温度下的阻值，即标称阻值；B称为热敏电阻的热敏指数。在购买热敏电阻时，必须要明确标称阻值和B值这两个指标。②检测温度有直接法和间接法。直接法通过采样热敏电

5、阻上的电压和电流，计算其电阻，查表得到温度。这种方法需要A/D转换电路。间接法是指将热敏电阻作为振荡电路的一个元件，振荡输出随阻值变化而变化，CPU检测到这种变化，据此可检测出温度。比如，将热敏电阻和555器件组成多谐振荡器，其输出频率就与热敏电阻的阻值对应，由此可检测出温度值。③使用频率法测量温度时，为了防止电源电压波动引起的干扰，可采用测量波形的占空比来代替测量波形的频率。10.1温度检测：设计提示④采用DS18B20设计时，应参考其数据手册，了解单总线器件的使用方法。DS18B20内部集成有补偿电路和A/D转换器等，它输出的温度数据直接就是

6、数字量，因此具有模块化、精度高等优点。其缺点是成本较高，同时利用单总线读取数据需要较长的时间。在对成本和实时性要求不高的场合，可优先采用DS18B20进行设计。⑤单总线器件与单片机接口时只占用单片机的一位I/O口，而且具有信号传输距离远的优点，但单片机对它的读写要占用较长的时间。在集总式设计场合，中央处理器要采集大量数据，因此不能在每路信号的读写上都花费大量时间，此时，可以用FPGA或CPLD等器件专门进行多路信号的串并转换工作，并通过中断方式与CPU交换数据。10.2基于单片机控制的智能充电器设计充电电池广泛应用于工业生产和日常生活中，其充放电

7、过程对电池的安全使用、寿命等具有重要影响。传统的模拟电路充电器一般以恒流或恒压方式对电池充电，难以满足电池对充电过程的特殊要求，容易造成电池因过充、过热、记忆效应等而缩短寿命，甚至引起安全事故。本例设计基于单片机的智能充电器，通过对充电过程进行精确的检测和控制，最大限度地发挥充电电池的作用。10.2智能充电器：系统组成智能充电器主要由单片机电路和功率模块组成，其功率模块包括充电和放电电路，此外还包括温度检测电路和显示电路。单片机电路是智能充电器的核心，它检测充电电压、充电电流及电池温度等信息，并按照设定的充电曲线，输出指令给功率放大电路，以控制电

8、池的充电过程，在必要时还可以显示有关数据，以便用户了解电池的充电状态。功率放大电路则根据单片机发出的充电指令，向电池提供相应大小的充电电