1、單片機的分類及應(yīng)用學生姓名：張見親學號：060101001單位：理工學院電子系專業(yè)：應(yīng)用電子摘要：隨著電子產(chǎn)品向智能化和微型化的不斷發(fā)展，單片機已成為電子產(chǎn)品研制和開發(fā)中首選的控制器。Abstract：WiththeelectronicproductminiaturizationtotheintelligentandthecontinuousdevelopmentofSCMhasbecomeanelectronicsresearchanddevelopmentinthepreferredcontroller。關(guān)鍵詞：單片機，引言單片機也被稱為微控制器(Microcontroller),是因為它

2、最早被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機由芯片內(nèi)僅有 CPU 的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計理念是通過將大量外圍設(shè)備和 CPU 集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復雜的而對體積要求嚴格的控制設(shè)備當中。1 單片機分類1.1單片機作為計算機發(fā)展的一個重要領(lǐng)域，應(yīng)用一個較科學的分類方法。根據(jù)目前發(fā)展情況，從不同角度單片機大致可以分為通用型/專用型、總線型/非總線型及工控型/家電型。1.1.1.通用型/專用型這是按單片機適用范圍來區(qū)分的。例如，80C51 是通用型單片機，它不是為某種專用途設(shè)計的；專用型單片機是針對一類產(chǎn)品甚至某一個產(chǎn)品設(shè)計生產(chǎn)的，例如為了滿足電子體溫計的要求，在片內(nèi)集成 ADC

3、g 口等功能的溫度測量控制電路。1.1.2.總線型/非總線型這是按單片機是否提供并行總線來區(qū)分的。總線型單片機普遍設(shè)置有并行地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線，這些引腳用以擴展并行外圍器件都可通過串行口與單片機連接，另外,許多單片機已把所需要的外圍器件及外設(shè)接口集成一片內(nèi)，因此在許多情況下可以不要并行擴展總線，大大減省封裝成本和芯片體積，這類單片機稱為非總線型單片機。1.1.3.控制型/家電型這是按照單片機大致應(yīng)用的領(lǐng)域進行區(qū)分的。一般而言，工控型尋址范圍大，運算能力強；用于家電的單片機多為專用型，通常是小封裝、低價格，外圍器件和外設(shè)接口集成顯然，上述分類并不是惟一的和嚴格的。例如，80C51 類單

4、片機既是通用型又是總線型，還可以作工控用。1.2單片機的種類繁多，一般按單片機數(shù)據(jù)總線的位數(shù)進行分類，主要分為 4 位、8 位、16 位和 32 位單片機。1.2.1. 4 位單片機4 位單片機結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，非常適合用于控制單一的小型電子類產(chǎn)品，如 PC 機用的輸入裝置（鼠標、游戲桿）、電池充電器、遙控器、電子玩具、小家電等。1.2.2. 8 位單片機8 位單片機是目前品種最為豐富、應(yīng)用最為廣泛的單片機，目前，8 位單片機主要分為 51 系列及和非 51 系列單片機。51 系列單片機以其典型的結(jié)構(gòu)， 眾多的邏輯位操作功能， 以及豐富的指令系統(tǒng)， 堪稱一代“名機”，目前，主要生產(chǎn)廠商有 A

5、tmel（愛特梅爾）、Philips（飛利浦）、Winbond（華邦）等。非 51 系列單片機在中國應(yīng)用較廣的有 Microchip（微芯）的 PIC 單片機、Atmel 的 AVR單片機、義隆 EM78 系列，以及 Motorola（摩托羅拉）的 68HC05/11/12 系列單片機等。1.2.3. 16 位單片機16 位單片機操作速度及數(shù)據(jù)吞吐能力在性能上比 8 位機有較大提高。目前，應(yīng)用較多的有 TI 的 MSP43 藤歹 U、凌陽 SPCE061 粽歹 U、Motorola 的 68HC16 系歹 hIntel 的 MCS-96/196 系列等。1.2.4. 32 位單片機與 51 單

6、片機相比，32 位單片機運行速度和功能大幅提高，隨著技術(shù)的發(fā)展以及價格的下降，將會與 8 位單片機并駕齊驅(qū)。32 位單片機主要由 ARM司研制，因此，提及 32 位單片機，一般均指 ARMWL 片機。嚴格來說，AR 所是單片機，而是一種 32 位處理器內(nèi)核（主要有 ARM7ARM9ARM9EARM1 降），它由英國 AR 必司開發(fā)，但 AR 必司自己并不生產(chǎn)芯片，而是由授權(quán)的芯片廠商如 Samsung（三星）、Philips（飛利浦）、Atmel（愛特梅爾）、Intel（英特爾）等制造，芯片廠商可以根據(jù)自己的需要進行結(jié)構(gòu)與功能的調(diào)整，因此，實際中使用的 ARM 芯片有很多型號，常見的 ARMS

7、 片主要有飛利浦的 LPC2000 系列、三星的 S3C/S3F/S3P 系歹 U 等。2 單片機的應(yīng)用PWM6制的基本原理PWMPulseWidthModulation）控制脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，通過對一系列脈沖的寬度進行調(diào)制，來等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）。PW 瞳制技術(shù)在逆變電路中應(yīng)用最廣，應(yīng)用的逆變電路絕大部分是 PWMS,PW 贓制技術(shù)正是有賴于在逆變電路中的應(yīng)用，才確定了它在電力電子技術(shù)中的重要地位。理論基礎(chǔ)：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。沖量指窄脈沖的面積。效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。低頻段非常接近，僅在高面積等效原理：分

8、別將如圖所示的電壓窄脈沖加在一階慣性環(huán)節(jié)（R-L 電路）上，其輸出電流 i（t）對不同窄脈沖時的響應(yīng)波形從波形可以看出，在 i（t）的上升段，i（t）的形狀也略有不同，但其下降段則幾乎完全相同。脈沖越窄，各 i（t）響應(yīng)波形的差異也越小。如果周期性地施加上述脈沖，則響應(yīng) i也是周期性的。用傅里葉級數(shù)分解后將可看出，各 i在低頻段的特性將非常接近，僅在高頻段有所不同。用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個正弦半波，正弦半波 N 等分，看成 N 個相連的脈沖序列，寬度相等，但幅值不等；用矩形脈沖代替，等幅，不等寬，中點重合，面積（沖量）相等，寬度按正弦規(guī)律變化。SPWI形一一脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和

9、正弦波等效的 PW 瞰形。要改變等效輸出正弦波幅值，按同一比例改變各脈沖寬度即可。PWMI 流波：電流型逆變電路進行 PW 臟制，得到的就是 PWMfe 流波。PW 眼形可等效的各種波形：直流斬波電路：等效直流波形SPW 械：等效正弦波形，還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 臟制相同，也基于等效面積原理。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了多種 PW/術(shù)，其中包括：相電壓控制 PWM 脈寬 PWMfc、隨機 PWMSPWMI、線電壓控制 PW 懈，而本文介紹的是在饃氫電池智能充電器中采用的脈寬PWMI。它是把每一脈沖寬度土相等的脈沖列作為 PW 眼形，通過改變脈沖

10、列的周期可以調(diào)頻，改變脈沖的寬度或占空比可以調(diào)壓，采用適當控制方法即可使電壓與頻率協(xié)調(diào)變化。可以通過調(diào)整 PWM 勺周期、PWM 勺占空比而達到控制充電電流的目的。PW 瞰術(shù)的具體應(yīng)用PW 嗽件法控制充電電流本方法的基本思想就是利用單片機具有的 PW 麻口，在不改變 PW 昉波周期的前提下，通過軟件的方法調(diào)整單片機的 PWM!制寄存器來調(diào)整 PWM 勺占空比，從而控制充電電流。本方法所要求的單片機必須具有 ADM 口和 PW 喇口這兩個必須條件，另外 ADCW 位數(shù)盡量高，單片機的工作速度盡量快。在調(diào)整充電電流前，單片機先快速讀取充電電流的大小，然后把設(shè)定的充電電流與實際讀取到的充電電流進行比

11、較，若實際電流偏小則向增加充電電流的方向調(diào)整 PWM 勺占空比；若實際電流偏大則向減小充電電流的方向調(diào)整 PWM 勺占空比。在軟件PWMJ 調(diào)整過程中要注意 ADC 勺讀數(shù)偏差和電源工作電壓等引入的紋波干擾，合理采用算術(shù)平均法等數(shù)字濾波技術(shù)。軟件 PWMI 具有以下優(yōu)缺點。優(yōu)點：簡化了 PWMJ 硬件電路，降低了硬件的成本。利用軟件 PWMF 用外部的硬件 PW 防口電壓比較器，只需要功率 MOSFET 續(xù)流磁芯、儲能電容等元器件，大大簡化了外圍電路。可控制涓流大小。在 PWMfe 制充電白過程中，單片機可實時檢測 ADC 端口上充電電流的大小，并根據(jù)充電電流大小與設(shè)定的涓流進行比較，以決定

12、PWM&空比的調(diào)整方向。電池喚醒充電。單片機利用 ADC 端口與 PWM 勺寄存器可以任意設(shè)定充電電流的大小，所以，對于電池電壓比較低的電池，在上電后，可以采取小電流充一段時間的方式進行充電喚醒，并且在小電流的情況下可以近似認為恒流，對電池的沖擊破壞也較小。缺點：電流控制精度低。充電電流的大小的感知是通過電流采樣電阻來實現(xiàn)的，采樣電阻上的壓降傳到單片機的 ADC 輸入端口，單片機讀取本端口的電壓就可以知道充電電流的大小。若設(shè)定采樣電阻為 Rsample（單位為）,采樣電阻的壓降為 Vsample（單位為 mV,10 位 ADC 的參考電壓為 5.0V。則ADC 的 1LSB 對應(yīng)的電壓

13、值為 5000mV/1024P5mM 一個 5mVW 數(shù)值轉(zhuǎn)換成電流值就是50mA所以軟件PW隨流控制精度最大為50mA若想增加軟件PWM勺電流控制精度，可以設(shè)法降低 ADC 勺參考電壓或采用 10 位以上 ADC 的單片機。PW 睬用軟啟動的方式。在進行大電流快速充電的過程中，充電從停止到重新啟動的過程中，由于磁芯上的反電動勢的存在，所以在重新充電時必須降低 PWM 勺有效占空比，以克服由于軟件調(diào)整 PW 峭速度比較慢而帶來的無法控制充電電流的問題。充電效率不是很高。在快速充電時，因為采用了充電軟啟動，再加上單片機的 PW 硼整速度比較慢，所以實際上停止充電或小電流慢速上升充電的時間是比較大

14、的。為了克服 2 和 3 缺點帶來的充電效率低的問題，我們可以采用充電時間比較長，而停止充電時間比較短的充電方式，例如充 2s 停 50ms,再加上軟啟動時的電流慢速啟動折合成的停止充電時間，設(shè)定為 50ms,則實際充電效率為(2000ms100ms)/2000ms=95%,這樣也可以保證充電效率在 90 犯上。純硬件 PWMI 控制充電電流由于單片機的工作頻率一般都在 4MHz&右，由單片機產(chǎn)生的 PWM 勺工作頻率是很低的，再加上單片機用 ADC 方式讀取充電電流需要的時間，因此用軟件 PWM 勺方式調(diào)整充電電流的頻率是比較低的，為了克服以上的缺陷，可以采用外部高速 PWM 勺方法

15、來控制充電電流。現(xiàn)在智能充電器中采用的 PWM6 制芯片主要有 TL494 等，本 PWM制芯片的工作頻率可以達到300kHz 以上，外加阻容元件就可以實現(xiàn)對電池充電過程中的恒流限壓作用，單片機只須用一個普通的 I/O 端口控制 TL494 使能即可。另外也可以采用電壓比較器替代 TL494,如 LM393和 LM358 等。采用純硬件 PWMI 有以下優(yōu)缺點。優(yōu)點：電流精度高。充電電流的控制精度只與電流采樣電阻的精度有關(guān)，與單片機沒有關(guān)系。不受軟彳 PWM 勺調(diào)整速度和 ADC 的精度限制。充電效率高。不存在軟件 PWM 勺慢啟動問題，所以在相同的恒流充電和相同的充電時間內(nèi)，充到電池中的能量

16、高。對電池損害小。由于充電時的電流比較穩(wěn)定，波動幅度很小，所以對電池的沖擊很小，另外TL494 還具有限壓作用，可以很好地保護電池。缺點：硬件的價格比較貴。TL494 的使用在帶來以上優(yōu)點的同時，增加了產(chǎn)品的成本，可以采用LM358 或 LM393 的方式進行克服。涓流控制簡單，并且是脈動的。電池充電結(jié)束后，一般采用涓流充電的方式對電池維護充電，以克服電池的自放電效應(yīng)帶來的容量損耗。單片機的普通 I/O 控制端口無法實現(xiàn) PWM口的功能，即使可以用軟件模擬的方法實現(xiàn)簡單的PWMJ能，但由于單片機工作的實時性要求，其軟件模擬的 PW 喇率也比較低，所以最終采用的還是脈沖充電的方式，例如在 10%勺時間是充電的，在另外 90%寸間內(nèi)不進行充電。這樣對充滿電的電池的沖擊較小。單片機PWM制端口與硬件 PWM 蟲合對于單 Z硬件 PWM 勺涓流充電的脈動問題，可以采用具有 PW 喇口的單片機，再結(jié)合外部PW 麻片即可解決涓流的脈動性。在充電過程中可以這樣控制充電電流：采用恒流大電流快速充電時，可以把單片機的 PWM輸出全部為高電平（PWM6 制芯片高電平使能）或低電平（PW 臟制芯片低電平使能）；當進行涓流充電時，可以把單