單片機按鍵設計的案例
四種單片機按鍵設計方案與改進，拿走不謝！
在單片機系統里，按鍵是常見的輸入設備。本文將介紹四種按鍵硬件設計上的方案和一些軟件設計方面的技巧。
四種按鍵硬件設計
方案一：單個按鍵
直接檢測GPIO口單個按鍵，如圖1所示。
圖1 方案一
方案二：矩陣鍵盤
在按鍵較多的情況下，則使用矩陣鍵盤，如圖2所示。
圖2 方案二
方案三：外部中斷
將按鍵接到外部中斷引腳上，利用按鍵按下產生的邊沿信號進行按鍵檢測，如圖3所示。
圖3 方案三
方案四：利用ADC
利用單片機的數字轉換器（ADC），設定按鍵按下前后經過ADC接口電壓的不同，根據電壓的差異來識別按鍵，如圖4所示。
圖4 方案四
優缺點分析
以上四種設計分別各有優點和不足。
第一種設計是最簡單、基礎的做法，對于單片機初學者很容易理解和使用，但缺點是需要在主循環中不斷檢測按鍵是否按下，并且需要做消抖處理。若主循環中某個函數任務占用時間較長，則按鍵會有不同程度的“失靈”。
第二種設計的優點是能夠在GPIO數量有限的情況下，擴展盡可能多的按鍵。但缺點同上，需要不停檢測按鍵是否按下。
第三種設計的效率Z高，不需要循環檢測按鍵是否按下，但缺點是需要單片機有足夠的外部中斷接口供使用。
展開 單片機程序 | 如何用一個按鍵實現單擊\雙擊\長按?
本文提供了一個按鍵實現【單擊\雙擊\長按】的單片機demo程序。
芯片采用新唐的N76E003，但理論上可以改成其它MCU。
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基于單片機蔬菜大棚環境監測系統設計-本設計以STM32F103C8T6為主控芯片，通過溫濕度、土壤濕度、光照強度、
C02濃度等傳感器和滴灌閥、加熱片、蜂鳴器、風扇等模塊實現對溫室大棚內環境
的監測和控制，OLED(0.96寸)顯示各種測得的數據，同時一旦控制參數與設定值
不符合，觸發蜂鳴器報警，且風扇和加熱片也會相應工作。
基于51單片機的風速測量儀設計
1.系統方案及硬件電路設計
1.1 整體系統方案
整個系統要能實時測量 (0.2~30) m/s范圍內的風速，并把所測量到的風速實時顯示出來。通過分析，選用了FS 系列三杯風速傳感器作為風速傳感器。該傳感器使用 24 V 直流電源供電，使用 LCD1602 液晶顯示器顯示風速，利用微處理器進行數據處理[2-3]。整個系統由風速測量模塊、單片機模塊、風速顯示模塊、供電模塊組成，整個系統的硬件框圖如圖 1 所示。
圖1 系統硬件框圖
1.2 電源電路方案
系統電源電路部分需要為單片機最小系統提供+5 V 直流電源，同時需要為三杯風速傳感器提供 24 V直流電源，考慮到整個電路的 +5 V 部分需求功率較小，且整體功耗均不高的情況，直接使用市場上現有的直流+24 V/+5 V 開關電源作為供電電源，經過測試完全能夠滿足系統需求。
1.3 主控制器設計方案
本系統需要處理的數據不多，運算程度不復雜，使用 STM32 系列 32 位微控制器會造成資源浪費，而且STM32 方案外圍電路比較復雜，需要比較精準的電源，這些都將會造成系統實用性和性價比降低，因此采用 8位微控制器 STC89C51 單片機作為主控制器即可[4]。
單片機最小系統主要由主芯片、時鐘發生電路，復位電路組成，時鐘發生電路主要為整個單片機的運行提供精準的時鐘信號，使單片機的程序運行不會出現混亂。
圖2 單片機最小系統電路圖
1.4 風速測量方案設計
風速測量模塊主要實現對風力數據的采樣和輸出。
展開 單片機+UWB，設計一款老人智能行李箱
1 系統工作原理
通過箱體上的超聲波模塊對前進方向的障礙物信息進行檢測并傳回單片機，單片機通過控制直流電機的轉速、轉向控制智能助手的運動，實現避障；自動跟隨則通過自動跟隨模塊實現；GPS模塊用來實現定位和求助功能；電源模塊為系統供電。再配合軟件系統及其他部件實現老人智能助手的各項功能。智能助手示意圖如圖1所示。
圖1 老人出行智能助手
2 硬件設計
老人智能助手采用模塊化設計，包括主控模塊、電源模塊、驅動模塊、避障模塊、跟隨模塊、定位模塊、報警模塊等。
2.1 主控模塊
主控采用Arm Cortex-M3內核的STM32F103ZET6單片機[3]。最高頻率72MHz，內置高速存儲器，具有功能強大、響應快、低功耗、工作溫度區間寬等優勢。由于有2個基本定時器、3個通用計時器及2個高等定時器，且每個通用定時器都有4個通道用于輸入捕獲或輸出比較；自帶編碼器模式；2個高級定時器可實現死區控制和緊急剎車；因此廣泛應用于電機驅動和應用控制。
2.2 定位及報警模塊
采用ATK1218-BD GPS+北斗雙模擬定位模塊，定位精度可達2.5MCEP，捕獲追蹤靈敏度可達-165dBm，通過外界有源線可在上電后幾秒內實現定位[4]，并通過串口將位置信息發送到單片機，再由單片機處理后再次發送。
報警系統可在單片機上連接蜂鳴器電路實現。蜂鳴器電路如圖2所示，用NPN三極管（S8050）驅動，R33主要用于防止蜂鳴器的誤發聲。
展開 Ansys Speos | 助力汽車按鍵開關設計與優化
有鑒于此，光學產品的設計與優化常常被視作復雜且困難的工作。現如今，Ansys Speos可以提供客戶眾多設計自由度，通過Ansys強大的Workbench平臺，輕松實現光學產品的優化迭代。
工作流程
在本案例中，我們介紹一個基于汽車按鍵開關的照明設計與優化工作流。
#1 初始模型
#2 光導設計
#3 光導優化
#4 結果評估
1.初始模型
以往，在沒有引入光學軟件的情況下，用戶會根據已有的工程經驗完成初始模型結構。
此時只需將CAD數據導入Ansys Speos，設定光源、材料、探測器，合適模擬算法后，就可以準確的描述光與物體的相互作用，分析其光學性能。本案例中字符是由4個區域組成，采用RMS Contrast評估均勻性時，需要利用測量工具定義4個輪廓，可知RMS Contrast (P9-P11)的數值并不理想。Ansys Speos的LXP分析功能可觀察系統的光路，了解光線折損細節，同時也可對材料進行更替后，得到最終的初始條件。更換材料模擬后，P9-P11數值相對平穩，但核心輪廓P12暗區較多。
2.光導設計
Ansys Speos Optical Part Design是一個專業的光學設計模塊，該模塊能實現非成像照明領域中幾乎所有的光學結構設計。
1) 光導設計——Lightguide設計模塊將初始導光結構進行再設計。
展開 案例分享 | 采用optiSLang進行汽車按鍵光導設計的優化
要求汽車按鍵字符的點亮均勻性一直是供應商和主機廠關注的指標，為了實現高效率低成本的方案，往往采用光導的形式去實現。但這個光導屬于異形光導，也就是光導的幾何特征并不規則，這給設計師帶來了很大的挑戰。
傳統的光導設計，設計師會根據經驗不斷試錯，來找出最優解。該方法效率低，時間長，同時不能找到最優解。通過采用Ansys SPEOS和Ansys optiSLang結合的方案能很好的解決這個難題，借助Ansys SPEOS在光學設計和仿真領域強大的功能，可以輕松設計光導并定制變量和目標值，而借助Ansys optiSLang優異的算法能找出參數相關性和最優解。從而，將汽車按鍵字符設計的工作流大大簡化和流程化，提高了設計效率。本文將詳細通過具體案例來介紹聯合Ansys SPEOS和optiSLang來對汽車按鍵光導設計的優化過程。
展開 單片機控制步進電機設計及失步原因分析
單片機控制步進電機的設計與步進電機失步原因
單片機控制步進電機的設計
步進電機是工業控制中應用十分廣泛的一種電動機，它能將數字信號直接轉換成角位移或線位移，驅動速度和指令脈沖能嚴格同步，具有較高的定位精度，控制系統成本低廉，在經濟型數控機床等領域應用廣泛。這里針對電磁干擾較強以及要求低成本應用的場合，采用超強抗干擾、小巧低功耗的工業級STC12C系列單片機，充分利用單片機內部的硬件資源，設計實用的步進電機控制和驅動系統。
1、控制系統總體方案設計
系統功能原理示意圖如圖1所示。
在該系統中由單片機直接輸出電機的各相控制脈沖序列，光耦進行必要的光電隔離，采用分立元件構成功率.MOSFET管驅動電路，帶動電機轉動。鍵盤接口與 LED顯示功能由具有SPI串行接口功能的ZLG7289實現。既可使用按鍵輸入的方式精確設置電機的工作方式與轉速，也可以通過調速旋鈕實現電機轉速的連續調節，還能通過上位機實現對電機工作方式的調整與控制。
2、硬件電路設計
2.1 控制電路設計
控制芯片采用STC12C4052AD，它是1個時鐘/機器周期的單片機，速度比普通的8051單片機快8～12倍，有20個引腳且為小巧封裝。該單片機具有超強抗干擾，抗靜電的特點，能輕松通過4 kV快速脈沖干擾，其功耗超低，正常工作模式下的典型功耗為2.7～7 mA。芯片自帶硬件看門狗，具有高速SPI通信端口，8通道8位A/D轉換，2路PWM輸出，4 KB容量的FLASH存儲器，256 B容量的SRAM，4個定時器，1個全雙工串行通信口。由于單片機內部的資源豐富，性價比高，能夠滿足該設計的要求，而且減少了硬件電路的設計，提高了工作效率。單片機的外部引腳定義，及其在該設計中的資源分布如圖2所示。
展開 基于機智云的STC單片機水溫智能控制系統的設計與實現
5 結束語
設計以STC單片機結合增量式PID、PWM脈寬輸出、機智云物聯網平臺，完成了系統軟硬件設計，經過綜合調試和測試，驗證了該遠程控制系統軟硬件設計結構合理，性能可靠，操作方便。由于時間和實驗條件限制，該系統設計仍有一些缺點和不足，沒有采用更高性能的處理器來完成硬件和軟件設計，未來有待進一步完善。
案例分享 | 采用optiSLang進行汽車按鍵光導設計的優化
要求汽車按鍵字符的點亮均勻性一直是供應商和主機廠關注的指標，為了實現高效率低成本的方案，往往采用光導的形式去實現。但這個光導屬于異形光導，也就是光導的幾何特征并不規則，這給設計師帶來了很大的挑戰。
傳統的光導設計，設計師會根據經驗不斷試錯，來找出最優解。該方法效率低，時間長，同時不能找到最優解。通過采用Ansys SPEOS和Ansys optiSLang結合的方案能很好的解決這個難題，借助Ansys SPEOS在光學設計和仿真領域強大的功能，可以輕松設計光導并定制變量和目標值，而借助Ansys optiSLang優異的算法能找出參數相關性和最優解。從而，將汽車按鍵字符設計的工作流大大簡化和流程化，提高了設計效率。本文將詳細通過具體案例來介紹聯合Ansys SPEOS和optiSLang來對汽車按鍵光導設計的優化過程。
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案例分享 | 采用optiSLang進行汽車按鍵光導設計的優化
要求汽車按鍵字符的點亮均勻性一直是供應商和主機廠關注的指標，為了實現高效率低成本的方案，往往采用光導的形式去實現。但這個光導屬于異形光導，也就是光導的幾何特征并不規則，這給設計師帶來了很大的挑戰。
傳統的光導設計，設計師會根據經驗不斷試錯，來找出最優解。該方法效率低，時間長，同時不能找到最優解。通過采用Ansys SPEOS和Ansys optiSLang結合的方案能很好的解決這個難題，借助Ansys SPEOS在光學設計和仿真領域強大的功能，可以輕松設計光導并定制變量和目標值，而借助Ansys optiSLang優異的算法能找出參數相關性和最優解。從而，將汽車按鍵字符設計的工作流大大簡化和流程化，提高了設計效率。本文將詳細通過具體案例來介紹聯合Ansys SPEOS和optiSLang來對汽車按鍵光導設計的優化過程。
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