【導(dǎo)讀】的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)議，表或撰寫(xiě)過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體均已。在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。了解國(guó)內(nèi)外對(duì)微流量控制器的設(shè)計(jì)情況及趨勢(shì)，確定系統(tǒng)的研究意義；對(duì)比各種傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式，確定最佳設(shè)計(jì)方案；介紹流量控制的原理以及系統(tǒng)總的硬件設(shè)計(jì)原理；搭接軟件外圍控制線路圖，編寫(xiě)軟件控制程序；綜合設(shè)計(jì)內(nèi)容，表述自己的觀點(diǎn)做總結(jié)性陳述；第二階段：2020年12月下旬，制定計(jì)劃的基礎(chǔ)上進(jìn)行開(kāi)題。第三階段：2020年3月，確定設(shè)計(jì)原理，做出初步的設(shè)計(jì)結(jié)果。第四階段：2020年4月中旬，寫(xiě)出論文初稿。第五階段：2020年5月18日，根據(jù)自己的實(shí)際情況完成答辯。與設(shè)計(jì)內(nèi)容；充分利用圖書(shū)館和網(wǎng)絡(luò)查閱相關(guān)資料，廣泛獲取必要的知識(shí)，了解最新研究動(dòng)態(tài)。

　　

【正文】 器件實(shí)現(xiàn)非穩(wěn)態(tài)的多諧振蕩器，然后根據(jù)具體需要加入積分電路等構(gòu)成矩形等波形發(fā)生器。這種信號(hào)發(fā)生器輸出頻率范圍窄而且電路參數(shù)設(shè)定較繁瑣，其頻率大小的測(cè)量往往需要通過(guò)硬件電路的切換來(lái)實(shí)現(xiàn)，操作不方便。 方案二：用集成芯片實(shí)現(xiàn)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。這種信號(hào)發(fā)生器。這種信號(hào) 發(fā)生器能產(chǎn)生多種波形信號(hào)，可以達(dá)到較高頻率，但電路復(fù)雜并且不易調(diào)試。 方案三：采用單片機(jī)編程的方法實(shí)現(xiàn)。該方法可以通過(guò)編程，來(lái)控制方波信號(hào)輸出的頻率和幅度，并且只要改變程序的相關(guān)參數(shù)，便可以改變輸出波形的頻率和占空比。由于編程的方法產(chǎn)生的是數(shù)字信號(hào)，所以信號(hào)的精度可以做到很高。并且電路簡(jiǎn)單。 方案四：利用專(zhuān)用直接數(shù)字合成 DDS 芯片實(shí)現(xiàn)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。這種信號(hào)發(fā)生器能產(chǎn)生任意波形并且達(dá)到很高的頻率，但成本較高。 綜合成本和性能等多方面因素，本例采用第三種方法，即采用單片機(jī)編程的方法實(shí)現(xiàn)占空比可調(diào)，頻率可調(diào)的方 波信號(hào)發(fā)生器。 5 3 設(shè)計(jì)原理和原理框圖 設(shè)計(jì)原理 AT89C51 單片機(jī)是微流量 [11]控制系統(tǒng) 的核心，通過(guò)程序的編寫(xiě)和執(zhí)行，可以產(chǎn)生可以調(diào)節(jié)的方波，并受到按鍵的控制，增減頻率和占空比。并且在液晶上顯示出來(lái)。定時(shí)器 0 工作再方式 1 下，決定輸出信號(hào)的頻率，定時(shí)器 1 工作再方式 1 下，決定輸出信號(hào)的占空比。按鍵 1 和 2 決定信號(hào)的輸出頻率，按鍵 1 用于增大信號(hào)的頻 率，按一下就增加 10HZ，當(dāng)增減大 500HZ 時(shí)，就歸為 50HZ。按鍵 2 用于減小輸出信號(hào)的頻率，按一次鍵，輸出信號(hào)的頻率減少 10HZ，當(dāng)減少到 50HZ 時(shí)，頻率就歸于 3 和 4 決定信號(hào)的占空比，按鍵 3 用于增加信號(hào)的占空比，按下一次鍵，占空比就增加 1，上限值為 99，當(dāng)在此按鍵是，就 讓占空比歸 4 用于減小信號(hào)的占空比，按下一次鍵，占空比就減 1，下限值為 1，當(dāng)再次按鍵時(shí)，就讓占空比回歸到 99 通過(guò)上面的步驟，可以實(shí)現(xiàn)占空比和頻率的可調(diào)。液晶則選用 LCD032L，可直觀的看到頻率和流量占空比。 原理框圖 如圖 1 所示，采用單片機(jī) AT89C51 對(duì)主信號(hào)發(fā)生芯片進(jìn)行控制，對(duì)所需要產(chǎn)生的波形信號(hào)進(jìn)行頻率高低、占空比 [12]大小、控制，在通過(guò) LCD 液晶 顯示。 設(shè)計(jì)總體方框圖 頻率與占空比數(shù)據(jù) 頻率與占空比數(shù)據(jù) 圖 1微流量控制系統(tǒng)原理框圖 鍵盤(pán) 單片機(jī)89C51 LCD 顯示 驅(qū)動(dòng)電路 控制流量開(kāi)關(guān) 6 4 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)圖 芯片介紹 AT89C51 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié) FLASH存儲(chǔ)器 （ FPEROM— Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī) 。 AT89C51 是一種帶 2K 字節(jié)閃存可編程可擦除 只讀存儲(chǔ)器 的 單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 1000 次。該器 件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出 管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89C51是一種高效微控制器， AT89C2051 是它的一種精簡(jiǎn)版本。 AT89C51 單片機(jī)為很多 嵌入式控制系統(tǒng) 提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。引腳排列如圖 2 所示。 X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 .01P 1 .12P 1 .23P 1 .34P 1 .45P 1 .56P 1 .67P 1 .78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 /R D17P 3 .6 /W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 /A 821P 2 .1 /A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U1A T 8 9 C5 1 圖 2AT89C51 引腳圖 LM032L LM032L 采用標(biāo)準(zhǔn)的 14 腳接口，其中 : 第 1 腳： VSS 為地電源 第 2 腳： VDD 接 5V 正電源 7 第 3 腳： V0 為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對(duì)比度 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。 第 5 腳： R/W 為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。當(dāng) RS 和 RW 共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)入指令或者顯示地址，當(dāng) RS 為低電平 RW為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng) RS 為高電平 RW 為低電平時(shí)可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)。 第 6 腳： E 端為使能端，當(dāng) E 端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。 引腳圖如圖 3 所示。 D714D613D512D411D310D29D18D07E6RW5RS4VSS1VDD2VEE3L C D 1L M 0 3 2 L 圖 3 LM032L 引腳圖 LM032L 字符集如圖 4 所示 8 圖 4 LM032L 字符集 硬件系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件電路原理圖由四個(gè)獨(dú)立按鍵分別與單片機(jī) , 相連接，并且通過(guò)一個(gè)四輸 入的與非門(mén)，將與非門(mén)的輸出當(dāng)做單片機(jī)外部中斷 0 的觸發(fā)信號(hào)。當(dāng)有按鍵按下時(shí)，就會(huì)進(jìn)入外部中斷程序。 口輸出鏈接到驅(qū)動(dòng)電路，經(jīng)放大后控制開(kāi)關(guān)閥門(mén)導(dǎo)閉時(shí)間 。通過(guò)單片機(jī)的 PO 口連接到 LCD032L 的數(shù)據(jù)段，用以顯示微變流量控制器的控制頻率和流量占空比，總體電路圖如圖 5 所示。 9 圖 5總體電路圖 鍵盤(pán)接口電路 小鍵盤(pán)如圖 6 所示，總共有四個(gè)鍵，前兩個(gè)控制頻率，后兩個(gè)控制流量控制器的占空比，分別接 ~，經(jīng)過(guò)一個(gè)與門(mén)與 （ 0INT ）相連，當(dāng)鍵盤(pán)被按下后轉(zhuǎn)到鍵盤(pán) [13]處理子程序中。 圖 6鍵盤(pán)接口電路 10 LCD 顯示電路 LCD 顯示電路如圖 7 所示， LCD 選取的是 LM032L 為 20*2 的液晶，與單片機(jī)的連接電路如下。其中 VSS 接地， VDD 接 +5V 電源 .D0~D7 接單片機(jī)的 P0口。 圖 7顯示部分電路 驅(qū)動(dòng)電路 驅(qū)動(dòng)電路是鏈接單片機(jī)和控制流量開(kāi)關(guān)的重要電路，單片機(jī)輸出的 控制信號(hào)幅度是比較小，是不能直接控制流量開(kāi)關(guān)，所以驅(qū)動(dòng)電路的作用是把單片機(jī)的控制信號(hào)進(jìn)行放大，足夠去控制流量開(kāi)關(guān)。 為了提高噴油器流量的精度，噴油器電磁閥的開(kāi)啟、 關(guān)斷 延遲盡可能小，同時(shí)為了保護(hù)電磁線圈的使用壽命應(yīng)該在保證電磁閥正常工作的前提下盡可能減小驅(qū)動(dòng)電流，驅(qū)動(dòng)電路還應(yīng)該有對(duì)電磁線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)能量回收的功能。圖 4 是噴油器驅(qū)動(dòng)模塊，電路采用第三代 Power MOSEFETs IRF640， IRF640 有轉(zhuǎn)換快速、堅(jiān)固耐用、低導(dǎo)通阻抗和高效益的特點(diǎn)。 如圖 8 所示 11 圖 8驅(qū)動(dòng)部分電路 電源電路 根據(jù)整機(jī)要求，電源電路應(yīng)為信號(hào)產(chǎn)生電路提供 5V 電壓，其中177。 5V 電壓需要穩(wěn)壓輸出，為此選用了 7815,7915 兩種三端機(jī)場(chǎng)穩(wěn)壓器，這種三端固定電壓輸出式集成穩(wěn)壓器，使用簡(jiǎn)單，價(jià)格較低廉，且由于內(nèi)部具有過(guò)壓過(guò)流保護(hù)，使整機(jī)的電源電路穩(wěn)定，性能可靠。外接 9V交流電輸入，經(jīng)絕對(duì)值電路，然后濾波通過(guò) 7805 和 7905 產(chǎn)生177。 5V 的直流電壓。在中間串入 7812 和 7912，則可以為波形放大驅(qū)動(dòng)電路提供 12 福特的工作電壓。電源部分電路圖如圖 9 所示。 圖 9電源電路圖 12 系統(tǒng)的資源分配表 系統(tǒng)的資源分配表如表 1 所示 表 1 系統(tǒng)資源分配表 P0 ~ 液晶數(shù)據(jù)線 按鍵接口 微變流量系統(tǒng)的控制信號(hào)輸出口 外部中斷 0 觸發(fā)引腳 13 5 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 軟件是該 LCD 顯示控制系統(tǒng)的重要組成部分，在軟件的設(shè)計(jì)中，我們采用了模塊了設(shè)計(jì)，將各部分功能編寫(xiě)為子模塊的形式，這樣增加了程序的可讀性。 主程序 主程序用于控制整個(gè)系統(tǒng) [14]，先對(duì)系統(tǒng)初始化，然后通過(guò)一 個(gè)空循環(huán)等待中斷程序，當(dāng)中斷到來(lái)時(shí)候，就進(jìn)入中斷程序，執(zhí)行中斷程序。中斷程序執(zhí)行完成之后，就返回主程序，繼續(xù)等待。 圖 10主程序流程圖 鍵盤(pán)掃描程序 鍵盤(pán)掃描用外部中斷 0 實(shí)現(xiàn)，用以分析是那個(gè)鍵盤(pán)被按下，然后在實(shí)現(xiàn)所要的功能。 關(guān)于鍵盤(pán)掃描程序的說(shuō)明： 頻率可調(diào)時(shí)，流量占空比保持原狀不變，反之亦然。 （ 1）頻率調(diào)節(jié) 當(dāng)按下鍵 1 的時(shí)候，會(huì)轉(zhuǎn)到外部中斷 0 子程序，判斷之后，會(huì)改變其中變量fre 的值，然后分別將 T0， T1 按要 求重新賦初始值，然后再在液晶上實(shí)時(shí)刷新。即可改變即加 10Hz,當(dāng)加到最大值 500Hz時(shí)，繼續(xù)按下鍵 1，將會(huì)回到最小值 50Hz開(kāi)始 系統(tǒng)初始化 等待中斷 14 上。同理按下鍵 2，頻率值將會(huì)減 10Hz,當(dāng)減到最小值 50Hz,會(huì)回到最大值 500Hz上。 （ 2）流量占空比調(diào)節(jié) 當(dāng)按下鍵 3，進(jìn)入到外部中斷 0 子程序，判斷卻是按下后，改變 zkb（即占空比），然后改變定時(shí)器的初值。實(shí)時(shí)刷新，同頻率調(diào)節(jié)，流量占空比也需要進(jìn)行限制。 要注意的是頻率和流量占空比的初始值都為 50，我們定義的流量占空比為百分比的分子部分。 鍵盤(pán)處理子程序流程圖入圖 所示 。當(dāng)有按鍵按下時(shí)，進(jìn)入到外部中斷，然后暫時(shí)關(guān)閉外部中斷，啟動(dòng)延時(shí)程序，以消除抖動(dòng)。然后檢測(cè)是哪個(gè)按鍵被按下，然后對(duì)頻率跟流量占空比的變量做出相應(yīng)的賦 值，并且將流量占空比的值送到 LCD 顯示。并且對(duì)定時(shí)器 0 和定時(shí)器 1 分別賦新的初值，開(kāi)啟外部中斷，定時(shí)器 0 和 1 中斷，中斷程序結(jié)束。 15 N Y 圖 11鍵盤(pán)處理子程序流程圖 外部中斷 0 入口 關(guān)外部中斷 0 軟件延時(shí)消抖 是否為抖 鍵盤(pán)掃描，得到鍵碼 查表，取鍵值 鍵處理 開(kāi)外部中斷 結(jié)束 LCD 顯示頻率和占空比 16 定時(shí)器中斷子程序 定時(shí)器中斷子程序中有定時(shí)器 0 與定時(shí)器 1 中斷，頻率定時(shí)器 0 中斷流程圖與流量占空比定時(shí)器 1 流程圖分別如圖 12 所示 頻率定時(shí)器 1 中斷流程 占空比定時(shí)器 0 中斷流程 圖 12定時(shí)器中斷子程序 系統(tǒng)初始化子程序 在此程序中，給所有變量賦初值，特別是 T0， T1 的初始值使產(chǎn)生方波的頻率為 50Hz，占空比 為 50%，且在 LCD032L 上顯示出來(lái)。 TR1==1 TR1=0 重裝定時(shí)初值 輸出高電平 重裝定時(shí)初值 輸出低電平 定時(shí)器 0 中斷入口 結(jié)束 定時(shí)器 1 中斷入口 結(jié)束 17 源程序 include define uchar unsigned char define uint unsigned int float fosc=12020000。 //系統(tǒng)時(shí)鐘