单片机的分类及应用论文4

1、单片机的分类及应用学生姓名：张见亲学号：060101001单位：理工学院电子系专业：应用电子摘要：随着电子产品向智能化和微型化的不断发展，单片机已成为电子产品研制和开发中首选的控制器。Abstract：WiththeelectronicproductminiaturizationtotheintelligentandthecontinuousdevelopmentofSCMhasbecomeanelectronicsresearchanddevelopmentinthepreferredcontroller。关键词：单片机，引言单片机也被称为微控制器(Microcontroller),是因为它

2、最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有 CPU 的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和 CPU 集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。1 单片机分类1.1单片机作为计算机发展的一个重要领域，应用一个较科学的分类方法。根据目前发展情况，从不同角度单片机大致可以分为通用型/专用型、总线型/非总线型及工控型/家电型。1.1.1.通用型/专用型这是按单片机适用范围来区分的。例如，80C51 是通用型单片机，它不是为某种专用途设计的；专用型单片机是针对一类产品甚至某一个产品设计生产的，例如为了满足电子体温计的要求，在片内集成 ADC

3、g 口等功能的温度测量控制电路。1.1.2.总线型/非总线型这是按单片机是否提供并行总线来区分的。总线型单片机普遍设置有并行地址总线、数据总线、控制总线，这些引脚用以扩展并行外围器件都可通过串行口与单片机连接，另外,许多单片机已把所需要的外围器件及外设接口集成一片内，因此在许多情况下可以不要并行扩展总线，大大减省封装成本和芯片体积，这类单片机称为非总线型单片机。1.1.3.控制型/家电型这是按照单片机大致应用的领域进行区分的。一般而言，工控型寻址范围大，运算能力强；用于家电的单片机多为专用型，通常是小封装、低价格，外围器件和外设接口集成显然，上述分类并不是惟一的和严格的。例如，80C51 类单

4、片机既是通用型又是总线型，还可以作工控用。1.2单片机的种类繁多，一般按单片机数据总线的位数进行分类，主要分为 4 位、8 位、16 位和 32 位单片机。1.2.1. 4 位单片机4 位单片机结构简单，价格便宜，非常适合用于控制单一的小型电子类产品，如 PC 机用的输入装置（鼠标、游戏杆）、电池充电器、遥控器、电子玩具、小家电等。1.2.2. 8 位单片机8 位单片机是目前品种最为丰富、应用最为广泛的单片机，目前，8 位单片机主要分为 51 系列及和非 51 系列单片机。51 系列单片机以其典型的结构， 众多的逻辑位操作功能， 以及丰富的指令系统， 堪称一代“名机”，目前，主要生产厂商有 A

5、tmel（爱特梅尔）、Philips（飞利浦）、Winbond（华邦）等。非 51 系列单片机在中国应用较广的有 Microchip（微芯）的 PIC 单片机、Atmel 的 AVR单片机、义隆 EM78 系列，以及 Motorola（摩托罗拉）的 68HC05/11/12 系列单片机等。1.2.3. 16 位单片机16 位单片机操作速度及数据吞吐能力在性能上比 8 位机有较大提高。目前，应用较多的有 TI 的 MSP43 藤歹 U、凌阳 SPCE061 粽歹 U、Motorola 的 68HC16 系歹 hIntel 的 MCS-96/196 系列等。1.2.4. 32 位单片机与 51 单

6、片机相比，32 位单片机运行速度和功能大幅提高，随着技术的发展以及价格的下降，将会与 8 位单片机并驾齐驱。32 位单片机主要由 ARM司研制，因此，提及 32 位单片机，一般均指 ARMWL 片机。严格来说，AR 所是单片机，而是一种 32 位处理器内核（主要有 ARM7ARM9ARM9EARM1 降），它由英国 AR 必司开发，但 AR 必司自己并不生产芯片，而是由授权的芯片厂商如 Samsung（三星）、Philips（飞利浦）、Atmel（爱特梅尔）、Intel（英特尔）等制造，芯片厂商可以根据自己的需要进行结构与功能的调整，因此，实际中使用的 ARM 芯片有很多型号，常见的 ARMS

7、 片主要有飞利浦的 LPC2000 系列、三星的 S3C/S3F/S3P 系歹 U 等。2 单片机的应用PWM6制的基本原理PWMPulseWidthModulation）控制脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。PW 瞳制技术在逆变电路中应用最广，应用的逆变电路绝大部分是 PWMS,PW 赃制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。理论基础：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。冲量指窄脉冲的面积。效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。低频段非常接近，仅在高面积等效原理：分

8、别将如图所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节（R-L 电路）上，其输出电流 i（t）对不同窄脉冲时的响应波形从波形可以看出，在 i（t）的上升段，i（t）的形状也略有不同，但其下降段则几乎完全相同。脉冲越窄，各 i（t）响应波形的差异也越小。如果周期性地施加上述脉冲，则响应 i也是周期性的。用傅里叶级数分解后将可看出，各 i在低频段的特性将非常接近，仅在高频段有所不同。用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波，正弦半波 N 等分，看成 N 个相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等；用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等，宽度按正弦规律变化。SPWI形一一脉冲宽度按正弦规律变化而和

9、正弦波等效的 PW 瞰形。要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可。PWMI 流波：电流型逆变电路进行 PW 脏制，得到的就是 PWMfe 流波。PW 眼形可等效的各种波形：直流斩波电路：等效直流波形SPW 械：等效正弦波形，还可以等效成其他所需波形，如等效所需非正弦交流波形等，其基本原理和 SPW 脏制相同，也基于等效面积原理。随着电子技术的发展，出现了多种 PW/术，其中包括：相电压控制 PWM 脉宽 PWMfc、随机 PWMSPWMI、线电压控制 PW 懈，而本文介绍的是在馍氢电池智能充电器中采用的脉宽PWMI。它是把每一脉冲宽度土相等的脉冲列作为 PW 眼形，通过改变脉冲

10、列的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。可以通过调整 PWM 勺周期、PWM 勺占空比而达到控制充电电流的目的。PW 瞰术的具体应用PW 嗽件法控制充电电流本方法的基本思想就是利用单片机具有的 PW 麻口，在不改变 PW 昉波周期的前提下，通过软件的方法调整单片机的 PWM!制寄存器来调整 PWM 勺占空比，从而控制充电电流。本方法所要求的单片机必须具有 ADM 口和 PW 喇口这两个必须条件，另外 ADCW 位数尽量高，单片机的工作速度尽量快。在调整充电电流前，单片机先快速读取充电电流的大小，然后把设定的充电电流与实际读取到的充电电流进行比

11、较，若实际电流偏小则向增加充电电流的方向调整 PWM 勺占空比；若实际电流偏大则向减小充电电流的方向调整 PWM 勺占空比。在软件PWMJ 调整过程中要注意 ADC 勺读数偏差和电源工作电压等引入的纹波干扰，合理采用算术平均法等数字滤波技术。软件 PWMI 具有以下优缺点。优点：简化了 PWMJ 硬件电路，降低了硬件的成本。利用软件 PWMF 用外部的硬件 PW 防口电压比较器，只需要功率 MOSFET 续流磁芯、储能电容等元器件，大大简化了外围电路。可控制涓流大小。在 PWMfe 制充电白过程中，单片机可实时检测 ADC 端口上充电电流的大小，并根据充电电流大小与设定的涓流进行比较，以决定

12、PWM&空比的调整方向。电池唤醒充电。单片机利用 ADC 端口与 PWM 勺寄存器可以任意设定充电电流的大小，所以，对于电池电压比较低的电池，在上电后，可以采取小电流充一段时间的方式进行充电唤醒，并且在小电流的情况下可以近似认为恒流，对电池的冲击破坏也较小。缺点：电流控制精度低。充电电流的大小的感知是通过电流采样电阻来实现的，采样电阻上的压降传到单片机的 ADC 输入端口，单片机读取本端口的电压就可以知道充电电流的大小。若设定采样电阻为 Rsample（单位为）,采样电阻的压降为 Vsample（单位为 mV,10 位 ADC 的参考电压为 5.0V。则ADC 的 1LSB 对应的电压

13、值为 5000mV/1024P5mM 一个 5mVW 数值转换成电流值就是50mA所以软件PW随流控制精度最大为50mA若想增加软件PWM勺电流控制精度，可以设法降低 ADC 勺参考电压或采用 10 位以上 ADC 的单片机。PW 睬用软启动的方式。在进行大电流快速充电的过程中，充电从停止到重新启动的过程中，由于磁芯上的反电动势的存在，所以在重新充电时必须降低 PWM 勺有效占空比，以克服由于软件调整 PW 峭速度比较慢而带来的无法控制充电电流的问题。充电效率不是很高。在快速充电时，因为采用了充电软启动，再加上单片机的 PW 硼整速度比较慢，所以实际上停止充电或小电流慢速上升充电的时间是比较大

14、的。为了克服 2 和 3 缺点带来的充电效率低的问题，我们可以采用充电时间比较长，而停止充电时间比较短的充电方式，例如充 2s 停 50ms,再加上软启动时的电流慢速启动折合成的停止充电时间，设定为 50ms,则实际充电效率为(2000ms100ms)/2000ms=95%,这样也可以保证充电效率在 90 犯上。纯硬件 PWMI 控制充电电流由于单片机的工作频率一般都在 4MHz&右，由单片机产生的 PWM 勺工作频率是很低的，再加上单片机用 ADC 方式读取充电电流需要的时间，因此用软件 PWM 勺方式调整充电电流的频率是比较低的，为了克服以上的缺陷，可以采用外部高速 PWM 勺方法

15、来控制充电电流。现在智能充电器中采用的 PWM6 制芯片主要有 TL494 等，本 PWM制芯片的工作频率可以达到300kHz 以上，外加阻容元件就可以实现对电池充电过程中的恒流限压作用，单片机只须用一个普通的 I/O 端口控制 TL494 使能即可。另外也可以采用电压比较器替代 TL494,如 LM393和 LM358 等。采用纯硬件 PWMI 有以下优缺点。优点：电流精度高。充电电流的控制精度只与电流采样电阻的精度有关，与单片机没有关系。不受软彳 PWM 勺调整速度和 ADC 的精度限制。充电效率高。不存在软件 PWM 勺慢启动问题，所以在相同的恒流充电和相同的充电时间内，充到电池中的能量

16、高。对电池损害小。由于充电时的电流比较稳定，波动幅度很小，所以对电池的冲击很小，另外TL494 还具有限压作用，可以很好地保护电池。缺点：硬件的价格比较贵。TL494 的使用在带来以上优点的同时，增加了产品的成本，可以采用LM358 或 LM393 的方式进行克服。涓流控制简单，并且是脉动的。电池充电结束后，一般采用涓流充电的方式对电池维护充电，以克服电池的自放电效应带来的容量损耗。单片机的普通 I/O 控制端口无法实现 PWM口的功能，即使可以用软件模拟的方法实现简单的PWMJ能，但由于单片机工作的实时性要求，其软件模拟的 PW 喇率也比较低，所以最终采用的还是脉冲充电的方式，例如在 10%勺时间是充电的，在另外 90%寸间内不进行充电。这样对充满电的电池的冲击较小。单片机PWM制端口与硬件 PWM 虫合对于单 Z硬件 PWM 勺涓流充电的脉动问题，可以采用具有 PW 喇口的单片机，再结合外部PW 麻片即可解决涓流的脉动性。在充电过程中可以这样控制充电电流：采用恒流大电流快速充电时，可以把单片机的 PWM输出全部为高电平（PWM6 制芯片高电平使能）或低电平（PW 脏制芯片低电平使能）；当进行涓流充电时，可以把单