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液压伺服系统设计 液压伺服系统设计 在液压伺服系统中采用液压伺服阀作为输入信号的转换与放大元件。液压伺服系统能以小功率的电信号输入，控制大功率的液压能（流量与压力）输出，并能获得很高的控制精度和很快的响应速度。位置控制、速度控制、力控制三类液压伺服系统一般的设计步骤如下： 1）明确设计要求：充分了解设计任务提出的工艺、结构及时系统各项性能的要求，并应详细分析负载条件。 2）拟定控制方案，画出系统原理图。 3）静态计算：确定动力元件参数，选择反馈元件及其它电气元件。 4）动态计算：确定系统的传递函数，绘制开环波德图，分析稳定性，计算动态性能指标。 5）校核精度和性能指标，选择校正方式和设计校正元件。 6）选择液压能源及相应的附属元件。 7）完成执行元件及液压能源施工设计。 本章的内容主要是依照上述设计步骤，进一步说明液压伺服系统的设计原则和介绍具体设计计算方法。由于位置控制系统是最基本和应用最广的系统，所以介绍将以阀控液压缸位置系统为主。 4.1 全面理解设计要求 4.1.1 全面了解被控对象 液压伺服控制系统是被控对象—主机的一个组成部分，它必须满足主机在工艺上和结构上对其提出的要求。例如轧钢机液压压下位置控制系统，除了应能够承受最大轧制负载，满足轧钢机轧辊辊缝调节最大行程，调节速度和控制精度等要求外，执行机构—压下液压缸在外形尺寸上还受轧钢机牌坊窗口尺寸的约束，结构上还必须保证满足更换轧辊方便等要求。要设计一个好的控制系统，必须充分重视这些问题的解决。所以设计师应全面了解被控对象的工况，并综合运用电气、机械、液压、工艺等方面的理论知识，使设计的控制系统满足被控对象的各项要求。 4.1.2 明角设计系统的性能要求 1）被控对象的物理量：位置、速度或是力。 2）静态极限：最大行程、最大速度、最大力或力矩、最大功率。 3）要求的控制精度：由给定信号、负载力、干扰信号、伺服阀及电控系统零飘、非线性环节（如摩擦力、死区等）以及传感器引起的系统误差，定位精度，分辨率以及允许的飘移量等。 4）动态特性：相对稳定性可用相位裕量和增益裕量、谐振峰值和超调量等来规定，响应的快速性可用载止频率或阶跃响应的上升时间和调整时间来规定； 5）工作环境：主机的工作温度、工作介质的冷却、振动与冲击、电气的噪声干扰以及相应的耐高温、防水防腐蚀、防振等要求； 6）特殊要求；设备重量、安全保护、工作的可靠性以及其它工艺要求。 4.1.3 负载特性分析 正确确定系统的外负载是设计控制系统的一个基本问题。它直接影响系统的组成和动力元件参数的选择，所以分析负载特性应尽量反映客观实际。液压伺服系统的负载类型有惯性负载、弹性负载、粘性负载、各种摩擦负载（如静摩擦、动摩擦等）以及重力和其它不随时间、位置等参数变化的恒值负载等。 4.2 拟定控制方案、绘制系统原理图 在全面了解设计要求之后，可根据不同的控制对象，按表6所列的基本类型选定控制方案并拟定控制系统的方块图。如对直线位置控制系统一般采用阀控液压缸的方案，方块图如图36所示。图36 阀控液压缸位置控制系统方块图表6 液压伺服系统控制方式的基本类型伺服系统 控制信号 控制参数 运动类型 元件组成机液电液气液电气液 模拟量数字量位移量 位置、速度、加速度、力、力矩、压力 直线运动摆动运动旋转运动 1.阀控制：阀-液压缸，阀-液压马达2.容积控制：变量泵-液压缸；变量泵-液压马达；阀-液压缸-变量泵-液压马达3.其它：步近式力矩马达 4.3 动力元件参数选择 动力元件是伺服系统的关键元件。它的一个主要作用是在整个工作循环中使负载按要求的速度运动。其次，它的主要性能参数能满足整个系统所要求的动态特性。此外，动力元件参数的选择还必须考虑与负载参数的最佳匹配，以保证系统的功耗最小，效率高。 动力元件的主要参数包括系统的供油压力、液压缸的有效面积（或液压马达排量）、伺服阀的流量。当选定液压马达作执行元件时，还应包括齿轮的传动比。 4.3.1 供油压力的选择 选用较高的供油压力，在相同输出功率条件下，可减小执行元件——液压缸的活塞面积（或液压马达的排量），因而泵和动力元件尺寸小重量轻，设备结构紧凑，同时油腔的容积减小，容积弹性模数增大，有利于提高系统的响应速度。但是随供油压力增加，由于受材料强度的限制，液压元件的尺寸和重量也有增加的趋势，元件的加工精度也要求提高，系统的造价也随之提高。同时，高压时，泄漏大，发热高，系统功率损失增加，噪声加大，元件寿命降低，维护也较困难。所以条件允许时，通常还是选用较低的供油压力。 常用的供油压力等级为7MPa到28MPa，可根据系统的要求和结构限制条件选择适当的供油压力。 4.3.2 伺服阀流量与执行元件尺寸的确定 如上所述，动力元件参数选择除应满足拖动负载和系统性能两方面的要求外，还应考虑与负载的最佳匹配。下面着重介绍与负载最佳匹配问题。 （1）动力元件的输出特性 将伺服阀的流量——压力曲线经坐标变换绘于υ－FL平面上，所得的抛物线即为动力元件稳态时的输出特性，见图37。 图37 参数变化对动力机构输出特性的影响a）供油压力变化；b）伺服阀容量变化；c）液压缸面积变化 图中 FL——负载力，FL=pLA； pL——伺服阀工作压力； A——液压缸有效面积； υ——液压缸活塞速度， ； qL——伺服阀的流量； q0——伺服阀的空载流量； ps——供油压力。 由图37可见，当伺服阀规格和液压缸面积不变，提高供油压力，曲线向外扩展，最大功率提高，最大功率点右移，如图37a。 当供油压力和液压缸面积不变，加大伺服阀规格，曲线变高，曲线的顶点A ps不变，最大功率提高，最大功率点不变，如图37b。 当供油压力和伺服阀规格不变，加大液压缸面积A，曲线变低，顶点右移，最大功率不变，最大功率点右移，如图37c。 （2）负载最佳匹配图解法 在负载轨迹曲线υ－FL平面上，画出动力元件输出特性曲线，调整参数，使动力元件输出特性曲线从外侧完全包围负载轨迹曲线，即可保证动力元件能够拖动负载。在图38中，曲线1、2、3代表三条动力元件的输出特性曲线。曲线2与负载轨迹最大功率点c相切，符合负载最佳匹配条件，而曲线1、3上的工作点α和b，虽能拖动负载，但效率都较低。 （3）负载最佳匹配的解析法 参见液压动力元件的负载匹配。 （4）近似计算法在工程设计中，设计动力元件时常采用近似计算法，即按最大负载力FLmax选择动力元件。在动力元件输出特性曲线上，限定 FLmax≤pLA= ，并认为负载力、最大速度和最大加速度是同时出现的，这样液压缸的有效面积可按下式计算： （37） 图38 动力元件与负载匹配图形 按式37求得A值后，可计算负载流量qL，即可根据阀的压降从伺服阀样本上选择合适的伺服阀。近似计算法应用简便，然而是偏于保守的计算方法。采用这种方法可以保证系统的性能，但传递效率稍低。 （5）按液压固有频率选择动力元件 对功率和负载很小的液压伺服系统来说，功率损耗不是主要问题，可以根据系统要求的液压固有频率来确定动力元件。 四边滑阀控制的液压缸，其活塞的有效面积为 （38） 二边滑阀控制的液压缸，其活塞的有效面积为 （39） 液压固有频率ωh可以按系统要求频宽的（5～10）倍来确定。对一些干扰力大，负载轨迹形状比较复杂的系统，不能按上述的几种方法计算动力元件，只能通过作图法来确定动力元件。 计算阀控液压马达组合的动力元件时，只要将上述计算方法中液压缸的有效面积A换成液压马达的排量D，负载力FL换成负载力矩TL，负载速度换成液压马达的角速度 ，就可以得到相应的计算公式。当系统采用了减速机构时，应注意把负载惯量、负载力、负载的位移、速度、加速度等参数都转换到液压马达的轴上才能作为计算的参数。减速机构传动比选择的原则是：在满足液压固有频率的要求下，传动比最小，这就是最佳传动比。 4.3.3 伺服阀的选择 根据所确定的供油压力ps和由负载流量qL（即要求伺服阀输出的流量）计算得到的伺服阀空载流量q0，即可由伺服阀样本确定伺服阀的规格。因为伺服阀输出流量是限制系统频宽的一个重要因素，所以伺服阀流量应留有余量。通常可取15%左右的负载流量作为伺服阀的流量储备。 除了流量参数外，在选择伺服阀时，还应考虑以下因素： 1）伺服阀的流量增益线性好。在位置控制系统中，一般选用零开口的流量阀，因为这类阀具有较高的压力增益，可使动力元件有较大的刚度，并可提高系统的快速性与控制精度。 2）伺服阀的频宽应满足系统频宽的要求。一般伺服阀的频宽应大于系统频宽的5倍，以减小伺服阀对系统响应特性的影响。 3）伺服阀的零点漂移、温度漂移和不灵敏区应尽量小，保证由此引起的系统误差不超出设计要求。 4）其它要求，如对零位泄漏、抗污染能力、电功率、寿命和价格等，都有一定要求。 4.3.4 执行元件的选择 液压伺服系统的执行元件是整个控制系统的关键部件，直接影响系统性能的好坏。执行元件的选择与设计，除了按本节所述的方法确定液压缸有效面积A（或液压马达排量D）的最佳值外，还涉及密封、强度、摩擦阻力、安装结构等问题。 4.4 反馈传感器的选择 根据所检测的物理量，反馈传感器可分为位移传感器、速度传感器、加速度传感器和力（或压力）传感器。它们分别用于不同类型的液压伺服系统，作为系统的反馈元件。闭环控制系统的控制精度主要决定于系统的给定元件和反馈元件的精度，因此合理选择反馈传感器十分重要。 传感器的频宽一般应选择为控制系统频宽的5～10倍，这是为了给系统提供被测量的瞬时真值，减少相位滞后。传感器的频宽对一般系统都能满足要求，因此传感器的传递函数可近似按比例环节来考虑。 4.5 确定系统方块图 根据系统原理图及系统各环节的传递函数，即可构成系统的方块图。根据系统的方块图可直接写出系统开环传递函数。阀控液压缸和阀控液压马达控制系统二者的传递函数具有相同的结构形式，只要把相应的符号变换一下即可。 4.6 绘制系统开环波德图并确定开环增益 系统的动态计算与分析在这里是采用频率法。首先根据系统的传递函数，求出波德图。在绘制波德图时，需要确定系统的开环增益K。 改变系统的开环增益K时，开环波德图上幅频曲线只升高或降低一个常数，曲线的形状不变，其相频曲线也不变。波德图上幅频曲线的低频段、穿越频率以及幅值增益裕量分别反映了闭环系统的稳态精度、截止频率及系统的稳定性。所以可根据闭环系统所要求的稳态精度、频宽以及相对稳定性，在开环波德图上调整幅频曲线位置的高低，来获得与闭环系统要求相适应的K值。 4.6.1 由系统的稳态精度要求确定K 由控制原理可知，不同类型控制系统的稳态精度决定于系统的开环增益。因此，可以由系统对稳态精度的要求和系统的类型计算得到系统应具有的开环增益K。 4.6.2由系统的频宽要求确定K 分析二阶或三阶系统特性与波德图的关系知道，当ζh和K/ωh都很小时，可近似认为系统的频宽等于开环对数幅值曲线的穿越频率，即ω-3dB≈ωc，所以可绘制对数幅频曲线，使ωc在数值上等于系统要求的ω-3dB值，如图39所示。由此图可得K值。 图39 由ω-3dB绘制开环对数幅频特性a）0型系统；b）I型系统 4.6.3 由系统相对稳定性确定K 系统相对稳定性可用幅值裕量和相位裕量来表示。根据系统要求的幅值裕量和相位裕量来绘制开环波德图，同样也可以得到K。见图40。 实际上通过作图来确定系统的开环增益K，往往要综合考虑，尽可能同时满足系统的几项主要性能指标。 4.7 系统静动态品质分析及确定校正特性 在确定了系统传递函数的各项参数后，可通过闭环波德图或时域响应过渡过程曲线或参数计算对系统的各项静动态指标和误差进行校核。如设计的系统性能不满足要求，则应调整参数，重复上述计算或采用校正环节对系统进行补偿，改变系统的开环频率特性，直到满足系统的要求。 4.8 仿真分析 在系统的传递函数初步确定后，可以通过计算机对该系统进行数字仿真，以求得最佳设计。目前有关于数字仿真的商用软件，如Matlab软件，很适合仿真分析。
大学是干嘛的地方？无论多高的学历和职称，不会设计、制造教具，不会设计、制造教学仪器，不会维修仪器和设备；用你父母的钱进口教学仪器模仿了委托工厂仿制就是佼佼者；用你父母的钱请校外的人来维修设备、从校外采购配件；用你父母的钱请教学仪器生产企业提供教学实验讲义，将作者填上他们的名字就有教学突出成就奖；教你背诵的公式和外语，永远也比不上美国麻省理工学院在网上公开的教材内容。学生也不要埋怨学费贵，除了上面教师的原因，你们自己的基础实验、专业课就上的迷迷糊糊的，高额投资下的创新实验项目、挑战杯、科技竞赛、毕业论文、商业开发，都见不得阳光，将真金白银变成了一堆堆的垃圾！！！！
一、 开题报告的含义与作用 开题报告，就是当课题方向确定之后，课题负责人在调查研究的基础上撰写的报请上级批准的选题计划。它主要说明这个课题应该进行研究，自己有条件进行研究以及准备如何开展研究等问题，也可以说是对课题的论证和设计。开题报告是提高选题质量和水平的重要环节。 研究方案，就是课题确定之后，研究人员在正式开展研之前制订的整个课题研究的工作计划，它初步规定了课题研究各方面的具体内容和步骤。研究方案对整个研究工作的顺利开展起着关键的作用，尤其是对于我们科研经验较少的人来讲，一个好的方案，可以使我们避免无从下手，或者进行一段时间后不知道下一步干什么的情况，保证整个研究工作有条不紊地进行。可以说，研究方案水平的高低，是一个课题质量与水平的重要反映。 二、 写好研究方案应做的基础性工作 写好研究方案一方面要了解它们的基本结构与写法，但“汝果欲学诗，功夫在诗外”，写好开题报告和研究方案重要还是要做好很多基础性工作。首先，我们要了解别人在这一领域研究的基本情况，研究工作最根本的特点就是要有创造性，熟悉了别人在这方面的研究情况，我们才不会在别人已经研究很多、很成熟的情况下，重复别人走过的路，而会站在别人研究的基础上，从事更高层次、更有价值的东西去研究；其次，我们要掌握与我们课题相关的基础理论知识，理论基础扎实，研究工作才能有一个坚实的基础，否则，没有理论基础，你就很难研究深入进去，很难有真正的创造。因此，我们进行科学研究，一定要多方面地收集资料，要加强理论学习，这样我们写报告和方案的时候，才能更有把握一些，制定出的报告和方案才能更科学、更完善。 三、课题研究方案的结构与写法 课题研究方案主要包括以下几个方面： （一）课题名称 课题名称就是课题的名字。这看起来是个小问题，但实际上很多人写课题名称时，往往写的不准确、不恰当，从而影响整个课题的形象与质量。这就是平常人们所说的“只会生孩子，不会起名字”。那么，如何给课题起名称呢？ 第一，名称要准确、规范。 准确就是课题的名称要把课题研究的问题是什么，研究的对象是什么交待清楚，课题的名称一定要和研究的内容相一致，不能太大，也不能太小，要准确地把你研究的对象、问题概括出来。 规范就是所用的词语、句型要规范、科学，似是而非的词不能用，口号式、结论式的句型不要用。因为我们是在进行科学研究，要用科学的、规范的语言去表述我们的思想和观点。课题就是我们要解决的问题，这个问题正在探讨，正开始研究，不能有结论性的口气。 第二，名称要简洁，不能太长。 不管是论文或者课题，名称都不能太长，能不要的字就尽量不要，一般不要超过20个字。这次各个学校课题申报表中，我看名称都比较简洁，我就不再多说了。 （二） 课题研究的目的、意义 研究的目的、意义也就是为什么要研究、研究它有什么价值。这一般可以先从现实需要方面去论述，指出现实当中存在这个问题，需要去研究，去解决，本课题的研究有什么实际作用，然后，再写课题的理论和学术价值。这些都要写得具体一点，有针对性一点，不能漫无边际地空喊口号。不要都写成是坚持党教育方针、实施素质教育、提高教育教学质量等一般性的口号。主要内容包括：⑴ 研究的有关背景(课题的提出)： 即根据什么、受什么启发而搞这项研究。 ⑵ 通过分析本地（校） 的教育教学实际，指出为什么要研究该课题，研究的价值，要解决的问题。 （三） 本课题国内外研究的历史和现状（文献综述）。 规范些应该有，如果是小课题可以省略。一般包括：掌握其研究的广度、深度、已取得的成果；寻找有待进一步研究的问题，从而确定本课题研究的平台(起点)、研究的特色或突破点。 参考总课题报告。 （四）课题研究的指导思想 指导思想就是在宏观上应坚持什么方向，符合什么要求等，这个方向或要求可以是哲学、政治理论，也可以是政府的教育发展规划，也可以是有关研究问题的指导性意见等。对于范围比较大，时间又很长的课题来讲，大家在总的方面，有了一个比较明确的指导思想，就可以避免出现理论研究中的一些方向性错误。这里，我给大家介绍一下何老师在《佛山市教育现代化进程》研究方案里写的课题指导思想里的一段话：“这一课题研究要依据党中央和国家要求，依据广东省委省政府的决定，依据佛山市委市政府的决定，结合国情、市情和佛山市教育改革与发展的实际，……力求揭示佛山市教育现代化进程的规律及表现形式，为佛山市教育现代化实践服务”。另外，还有一份供大家参考一下，广东省教育科研“九五”规划重点课题《学科教学与素质教育》研究和实验方案里面，课题指导思想这样写：“坚持以马克思主义、毛泽东思想和邓小平理论为指导，从我国经济领域实现“两个转变”和我省2010年基本实现现代化对基础教育的要求出发，针对在中小学学科教学中实施素质教育的有关理论和实践问题，开展全方位的改革实验和理论研究，有效指导广大中小学教师在学科教学中深入教学改革，全面贯彻教育方针，全面提高教育质量，从而推进我省基础教育事业向前发展，为把广东建成教育强省作出贡献 ”。 （五） 课题研究的目标 课题研究的目标也就是课题最后要达到的具体目的,要解决哪些具体问题，也就是本课题研究要达到的预定目标：即本课题研究的目标定位，确定目标时要紧扣课题,用词要准确、精练、明了。相对于目的和指导思想而言,研究目标是比较具体的，不能笼统地讲，必须清楚地写出来。只有目标明确而具体，才能知道工作的具体方向是什么，才知道研究的重点是什么，思路就不会被各种因素所干扰。 常见存在问题是：不写研究目标；目标扣题不紧；目标用词不准确； 目标定得过高, 对预定的目标没有进行研究或无法进行研究。 确定课题研究目标时，一方面要考虑课题本身的要求，另一方面要考虑课题组实际的工作条件与工作水平。 （六）课题研究的基本内容 我们有了课题的研究目标，就要根据目标来确定我们这个课题具体要研究的内容，相对研究目标来说，研究内容要更具体、明确。并且一个目标可能要通过几方面的研究内容来实现，他们不一定是一一对应的关系。大家在确定研究内容的时候，往往考虑的不是很具体，写出来的研究内容特别笼统、模糊，把研究的目的、意义当作研究内容，这对我们整个课题研究十分不利。因此，我们要学会把课题进行分解，一点一点地去做。 基本内容一般包括：⑴对课题名称的界说。应尽可能
原文在自己下载.抢答器的设计一,设计要求1,画出电路原理图;2,元件及参数选择;3,SCH文件生成与打印输出;二, 技术指标1,设计6组参赛的抢答器,每组设置一个抢答按钮.2,电路具有第一抢答信号鉴别与锁存功能,抢答成功后,显示组别,发出声音. 3,设置记分电路,每组开始预置100分,抢答后由主持人记分,答对一次加10分,答错一次减10分.4,设置犯规电路,对提前抢答或超时抢答的组别发出声音.抢答器的设计摘要:传统的抢答器都是导线布线,受现场环境影响很大.本文介绍的六路无线抢答器,是以8051单片机为核心制成的,其功能为连续可调的0到9秒的 ,抢答有效有高频铃声并显示组别,抢答无效有低频铃声也是显示组别,并且有计分功能,预置100分,答对为加10分,答错为减10分,由主持人手动复位,加减分,所以此抢答操作方便,在很多的场所都可以使用,并且给人的视觉效果非常好.关键字:抢答器,智能抢答器,无线编解码,单片机.一,引言抢答器广泛用于电视台,商业机构及学校,为竞赛增添了刺激性,娱乐性,在一定程度上丰富了人们的业余生活.二,总体设计方案1.设计思路本课题我主要采用单片机电路来实现的.主要设计思路是:在主持人下达命令后,能够准确判断出第一抢答信号并将其锁存,同时将输入信号封锁,使其它抢答无效.主持人没有下达命令时抢答视为犯规.并显示犯规组别,发出低频铃声,抢答成功后对第一信号译码,显示组别并发出高频铃声.定时电路由设置的时间为9秒.计分电路有三个数码管显示.下次抢答时必须由主持人再次操作清除和开始状态开关.2.总体设计框图图1总体框图3.设计原理分析整个流程过程主要四大块:显示部分,计时部分,预置部分,控制部分.电源用正5伏,8051主控制器,当主持人按下复位键后,定时器开始计时,在0~9秒的时间内如果没有人抢答则为弃权,如果有人按键定时器停止计时间,自动显示组别并发出高频铃声,如果答对主持人按键加10分,答错则减10分,然后按复位键开始下一轮抢答.三,主要元件介绍分析1.8051芯片:8051芯片含有40个管脚,其中32个管脚是P0,P1,P2,P3,四个I/O接口,两个时钟电路引脚XTAL1,XTAL2,四个控制引脚RST, ALE,PSEN和EA,一个电源引脚和一个接地引脚.其中XTAL1,XTAL2引脚用来控制时钟电路,RST是复位信号输入端,当此输入端保持两个机器周期的高电平时,就可以完成复位操作,ALE端是地址锁存允许信号端,PSEN程序存储允许输出信号端,EA外部程序存储器地址允许输入端.2.74LS373:74LS373含有20个接口,8个输入端,8个输出端,一个电源接口和一个接地口,LE和OE接口. 3.数码管:数码管有8个输入接口和一个共阴极端,8个输入端分别接A,B,C,D,E,F,G七个显示管和一个小数点端DP.图2数码管4.扬声电路:该电路由一个作为驱动作用的三极管,一个电阻和一个喇叭组成.5.计分电路:该集成电路具有"清零",预置数,加计数和减计数四个功能.进行预置时,在P0口输入100,当抢答成功的时候手动加10分,不成功时候减10分.当需要加分时,按键使P0口输入高电平,在程序寄存器中送入10,则显示器个位进1,显示加10分.当需要减分的时,按键使P0口输入低电平在程序寄存器中送入10,则显示器十位减10分,则显示少10分.四,程序介绍1.定时整定:复位键复位以后,处理器收到整定时间的信号,这样给片内用于定时设置的单元连续的加1操作,其过程的状态显1位显示器显示,当断开整定开关程序转入下一步的访问.2.组别显示:当有人抢答时,则停止定时显示组别,抢答有效发出高频铃声(输出2KHZ脉冲),无效为低频铃声(输出为1KHZ脉冲),此处用了一个键操作程序,还有一个脉冲信号输出程序.3.加减分程序:先预置100分,若抢答成功,主持人按键加10分,若回答错误则减10分,若犯规则执行显示组别,发出低频铃声.4.消噪子程序:以防止误动作,查询得到组别号码,暂存于单片机内指定单元,同时完成下述操作:关闭定时钟,封闭抢答查询,以保证以后 抢答无效.YNYNYNYN图3程序流程图五,源程序清单:ORG 0000HAJMP MAINORG 000BHAJMP MAINORG 3000HMAIN:MOV SP,#2FHMOV B,#5AH ;中断90次MOV TOMD,#01HMOV TL0,#0B0HMOV TH0,#3CHSETB TR0SETB ET0SETB EASJMP $RE: MOV TL0,#0B0HMOV TH0 #3CHDJNA B,LOOPCLR TR0LOOP: SETB RESETLJMP MAINORG 2000HSETB TOMDMOV TMOD #01HCPL P0MOV DPTR,#7F04H ;把地址送到DPTRMOV A,#0BH ;送10次循环MOV @DPTR,AINC DPTRMOV A,#40HMOV @DPTR,AMOVX DPTR,#7F00HRESETORG4000HMOV A,#00H ;向数据输出输入口送0MOV SUBF,AKL0: JNB TI,KL0 CLR TIKL1: JNB P1.0,PK1 ;P1.0键是否按下JB P1.1,KL1PK1: ACALL D10MS ;延时10秒JNB P1.1,KL2KL2: ACALL D10MSJNB P1.2,KL3KL3: ACALL D10MSKL4: JNB P1.0,KL4JNB P1.1,KL4JNB P1.2,KL4MOV A,R4 ;取键号ADD A,R3SUBB A,#0AH ;是命令键吗JNC KL6 ;转向命令键处理MOV DPTR,#TABL #TABL ;字型码表初值送DPTRADD A,#0AH ;恢复键号MOVC A,@A+DPTR ;取字型数据MOV R0,60H ;取显示缓冲区指针MOV @R0,A ;将字型码入显示缓冲区INC R0 ;显示缓冲区地址加1CJNE R0,#60H,KD ;判断是否到最高位MOV 60H,#58H ;保存显示缓冲区地址KD : MOV 60H,R0KD1: ACALL LED ;调用显示子程序RETKL6: MOV B,#03 ;修正命令键地址转移表指针MUL ABMOV DPTR,LTB ;地址表转移指令送DPTRLJMP @A+DPTRTABL: DB CCH,86H,92H,CFHDB 80H,8FH,E0H,A4HLED: SETB P0 ;开放显示器MOV R7,#03 ;显示位数送R7LED1: MOV A,@R0 ;送显示数据MOV SUBF,ALED2: JNB TI,LED2CLR TIINC R0DJNZ R7,LED1CLR P0RETORG 5000HMOVX @DPTR,#100HMOV A,@DPTRMOV P0,DPTRLED: SUBB P0,#10HAJMP KF0RG 6000HKE: MOV A,#0B6H ;输入控制字MOVX @DPTR,A ;方式控制字输入MOV DPTR,#7FFEH ;指向计数器MOV A,#0D0H ;1MS周期计数值MOV @DPTR,AMOV A,#02H MOV @DPTR,A ;1KHZ方波输出KF: MOV A,#0B6H MOVX @DPTR,A MOV DPTR,#7FFFHMOV A,#0E0HMOV @DPTR,AMOV A,#02HMOV @DPTR,A ;2KHZ方波输出ORG 7000HSETB P0.7MOV R7,#1EHDL: MOV R6,DL1DJNZ R7,DLCLR P0.7RESET P0.7ORG 8000HSTART: LJMP MAINLJMP PG INT0NOPNOPLJMP ERRLJMP PGT0NOPNOPLJMP ERRRESETEND总结与体会经过近两周的努力,在老师和同学的帮助下,我基本上完成了设计任务.通过这次课程设计,我充认识到了自学的重要性,以及学以致用的道理.我在图书馆查阅了大量的资料,同时也认识到了图书馆的重要作用.在今后的学习过程中,应该多到图书馆看一些专业方面的书籍,以丰富自己的知识.也使我加深了对单片机及接口技术的理解和应用.由于知识水平的局限,设计中可能会存在着一些不足,我真诚的接受老师和同学的批评和指正.最后衷心感谢老师的悉心指导和同学门的热心帮助!参考文献:[1]李朝青主编,《单片机原理与接口技术》,北京航天航空大学出版社,1994[2]何立民主编,《单片机应用与设计》,北京航天航空大学出版社,1990[3]邹逢兴编著,《计算机硬件技术基础实验教程》,高等教育出版社,1994
第一章抢答器设计功能分析1.1 数字抢答器的概述对于抢答器我们大家来说都不陌生，它是用于很多竞赛场合，真正实现先抢先答，让最先抢到题的选手来回答问题。抢答器不仅考验选手的反应速度同时也要求选手具备足够的知识面和一定的勇气。选手们都站在同一个起跑线上，体现了公平公正的原则。1.2 设计任务与要求基本要求：1. 给主持人设置一个开关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）和抢答器的开始。2. 抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答器按钮，编号立即锁存，并在LED数码上显示选手的编号，同时扬声器给出音响提示。此外，要封锁输入电路，禁止其他选手抢答。发挥部分：1. 抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间可以由主持人设定（如30秒）。当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即减计时，并用显示器显示，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续时间0.5秒左右。2. 参加选手在设定的时间内抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。3. 如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效，系统短暂报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器上显示00。4. 选手如果在主持人按开始键之前违规抢答，系统报警，LED显示违规选手号码和FF，直到主持人按下停止键。第二章 抢答器方案论证抢答器的实现方式有种多样，通过纯电子器件搭建电路实现，如优先编码器，锁存器，555定时器译码器等，纯电子器件实现没有软件参与，调试简单，但是它不易于扩展和修改，而且电路结构复杂，调试困难电子，电子器件管脚很多，实际搭建起来费时费力，焊接很容易出错。于是，我想到了用单片机实现。单片机体积小价格低，应用方便，稳定可靠。单片机将很多任务交给了软件编程去实现，大大简化了外围硬件电路，使外围电路的实现简单方便。由于单片机本身不具有软件编译测试的功能，我们需要借助其他软件编译，将编译好的程序“烧”入单片机内。 在实际电路设计中，需要先通过仿真软件测试电路以及编译的程序，检查外围电路设计是否合理，软件编译是否正确，以及软件和硬件电路能否正常配合工作，能否准确的实现所设计的功能。如果测试通过，电路仿真没有问题能完全实现功能的话就可以实际的做板子的焊接工作了。在老师的指导下我选择了常用的单片机仿真软件proteus6.9以及keil 进行仿真。第三章 硬件电路设计3.1总体设计根据抢答器的基本功能，可以设计出如下的单片机外围电路：图3-1 总体设计如图3-1，P3.0为开始抢答，P3.2为停止，P1.0-P1.7为八路抢答输入，数码管段选P0口，位选P2口低3位，蜂鸣器（用绿灯代替）输出为P3.6口。P3.2为时间加1调整，P3.3为时间减1调整。3.2 外部振荡电路图3-2 外部振荡电路一般选用石英晶体振荡器。此电路在加电大约延迟10ms后振荡器起振,在XTAL2引脚产生幅度为3V左右的正弦波时钟信号,其振荡频率主要由石英晶振的频率确定。电路中两个电容 C1,C2的作用有两个:一是帮助振荡器起振;二是对振荡器的频率进行微调。C1,C2的典型值为30PF。3.3 复位电路的设计单片机的第9脚RST为硬件复位端,只要将该端持续4个机器周期的高电平即可实现复位,复位后单片机的各状态都恢复到初始化状态，其电路图如图4所示:图3-3 复位电路在方案中使用到了硬件复位和软件复位两种功能,由上面的硬件复位可使寄存器及存储器的值都恢复到初始值,而前面的功能提到了倒计时间需要有记忆功能,该功能实现的前提条件就是不能对单片机进行硬件复位,所以设定了软复位功能。软复位实际上就是当程序执行完毕之后,将程序指针通过一条跳转指令让它跳转到程序执行的起始地址。3.1.4 显示电路的设计显示电路使用了七段数码管7SEG-MPX4-CC，它是共阴极的，由高电平点亮。图3-4 阴极七段数码管4.1.5 按钮输入电路的设计抢答器的输入按钮使用常开开关，图3-5 抢答按键这些常开开关组成了抢答按键，硬件电路简单，在程序设计上也不复杂，只要在程序中消除在按键过程中产生的“毛刺”现象就可以了。这里采用最常用的方法即延时法，其的原理为：因为“毛刺”脉冲一般持续时间短，约为几ms，而按键的时间一般远远大于这个时间,所以当单片机检测到有按键动静后再延时一段时间(这里取10ms)后再判断此电平是否保持原状态,如果是则为有效按键，否则无效。3.1.6 发声这里能利用程序来控制单片机P3.6口线反复输出高电平或低电平，即在该口线上产生一定频率的矩形波，接上扬声器就能发出一定频率的声音，再利用延时程序控制“高”“低”电平的持续时间，就能改变输出频率，从而改变音调，使扬声器发出不同的声音。第四章 系统软件设计4.1 程序系统结构图硬件电路确定后，软件的编程要与硬件相匹配，软硬件才能结合完成所要实现的功能。由功能分析得到以下的软件结构图：图4-1 软件系统结构图4.2 程序流程图整个程序主要由定时器T0、定时器T1、外部中断0和主程序构成。定时器T0用于使扬声器发声，当需要响铃时，把响铃标志位置一，每次中断都对P3.7取反，扬声器发声，改变定时器初值，可改变扬声器频率。定时器程流程图如下：图4-2 响铃程序流程图定时器T1用于倒计时，每次中断为50ms，当计数标志为20时即为一秒，显示数字减一。其流程图如下：图4-3 倒计时中断流程图外部中断0用于调整倒计时时间，流程图如下：图4-4 调整抢答时间流程图主程序协调三个中断一起工作，实现抢答功能,其流程图如下：图4-5 主程序流程图附录：程序代码：P3.0为开始抢答，P3.1为停止，P1.0-P1.7为八路抢答输入，数码管段选P0口，位选P2的低三位口，蜂鸣器输出为P3.6口。 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP INT0SUB ORG 000BH AJMP T0INT ORG 001BH AJMP T1INTOK EQU 20H ; 抢答开始标志位RING EQU 22H ; 响铃标志位 ORG 0040HMAIN: MOV R1,#0FH; 初设抢答时间为15s MOV R2,#0AH; 初设答题时间为10s MOV TMOD,#11H; 设置未定时器/模式1 MOV TH0,#0F0H MOV TL0,#0FFH; 越高发声频率越高,越尖 MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H; 50ms为一次溢出中断 SETB EA SETB ET0 SETB ET1 SETB EX0 SETB EX1; 允许四个中断,T0/T1/INT0/INT1 CLR OK CLR RING SETB TR1 SETB TR0; 一开始就运行定时器,以开始显示FFF.如果想重新计数,重置TH1/TL1就可以了查询程序:START: MOV R5,#0BH MOV R4,#0BH MOV R3,#0BH ACALL DISPLAY; 未开始抢答时候显示FFF JB P3.0,NEXT ACALL DELAY JB P3.0,NEXT;去抖动,如果"开始键"按下就向下执行,否者跳到非法抢答查询 ACALL BARK;按键发声 MOV A,R1 MOV R6,A; 送R1->R6,因为R1中保存了抢答时间 SETB OK; 抢答标志位,用于COUNT只程序中判断是否查询抢答 MOV R3,#0AH; 抢答只显示计时,灭号数 AJMP COUNT;进入倒计时程序,"查询有效抢答的程序"在COUNT里面NEXT: JNB P1.0,FALSE1 JNB P1.1,FALSE2 JNB P1.2,FALSE3 JNB P1.3,FALSE4 JNB P1.4,FALSE5 JNB P1.5,FALSE6 JNB P1.6,FALSE7JNB P1.7,FALSE8 AJMP START非法抢答处理程序:FALSE1: ACALL BARK; 按键发声 MOV R3,#01H AJMP ERRORFALSE2: ACALL BARK MOV R3,#02H AJMP ERRORFALSE3: ACALL BARK MOV R3,#03H AJMP ERRORFALSE4: ACALL BARK MOV R3,#04H AJMP ERRORFALSE5: ACALL BARK MOV R3,#05H AJMP ERRORFALSE6: ACALL BARK MOV R3,#06H AJMP ERRORFALSE7: ACALL BARK MOV R3,#07H AJMP ERRORFALSE8: ACALL BARK MOV R3,#08H AJMP ERROR倒计时程序(包括有效抢答程序): COUNT: MOV R0,#00H; 重置定时器中断次数 MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H； 重置定时器RECOUNT: MOV A,R6; R6保存了倒计时的时间 MOV B,#0AH DIV AB; 除十分出个位/十位 MOV 30H,A; 十位存于(30H) MOV 31H,B; 个位存于(31H) MOV R5,30H ; 取十位 MOV R4,31H ; 取个位 MOV A,R6 CLR C SUBB A,#07H JNC LARGER ;大于5s跳到LARGER,小于等于5s会提醒 MOV A,R0 CJNE A,#0AH,FULL;1s中0.5s向下运行 CLR RING AJMP CHECKFULL: CJNE A,#14H,CHECK ; 1s时,响并显示号数并清R0,重新计时 SETB RING MOV A,R6 JZ QUIT ; 计时完毕 MOV R0,#00H DEC R6 ; 一秒标志减1 AJMP CHECKLARGER: MOV A,R0 CJNE A,#14H,CHECK ; 如果1s向下运行,否者跳到查"停/显示" DEC R6; 计时一秒R6自动减1 MOV R0,#00HCHECK: JNB P3.1,QUIT; 如按下停止键退出 ACALL DISPLAY JNB P1.0,TRUE1 JNB P1.1,TRUE2 JNB P1.2,TRUE3 JNB P1.3,TRUE4 JNB P1.4,TRUE5 JNB P1.5,TRUE6 JNB P1.6,TRUE7 JNB P1.7,TRUE8 AJMP RECOUNTQUIT: CLR OK ; 如果按下了"停止键"重新回到开始 CLR RING ACALL BARK AJMP START正常抢答处理程序：TRUE1: ACALL BARK; 按键发声 MOV A,R2 MOV R6,A; 抢答时间R2送R6 MOV R3,#01H CLR OK; AJMP LOOP2TRUE2:ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#02H CLR OK AJMP LOOP2TRUE3:ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#03H CLR OK AJMP LOOP2TRUE4:ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#04H CLR OK AJMP LOOP2TRUE5: ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#05H CLR OK AJMP LOOP2TRUE6: ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#06H CLR OK AJMP LOOP2TRUE7: ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#07H CLR OK AJMP LOOP2TRUE8: ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#08H CLR OKLOOP2: AJMP DISPLAY ;抢答后停止计时，等待返回SETB RING JNB P3.1 QUIT AJMP LOOP2犯规抢答程序:ERROR: SETB RING ;犯规响铃 MOV R5,#0BH MOV R4,#0BH; 显示FF和犯规号数LOOP3: ACALL DISPLAY JNB P3.1 QUIT1; 等待“停止”键按下 AJMP LOOP3 QUIT1: CLR RING CLR OK AJMP START显示程序:DISPLAY:MOV DPTR,#DAT1; 查表显示程序,利用P0口做段选码口输出/P2低三位做位选码输出 MOV A,R5 MOVC A,@A+DPTR MOV P2,#01H MOV P0,A ACALL DELAY MOV DPTR,#DAT2 MOV A,R4 MOVC A,@A+DPTR MOV P2,#02H MOV P0,A ACALL DELAY MOV A,R3 MOVC A,@A+DPTR MOV P2,#04H MOV P0,A ACALL DELAY RETDAT1:DB 00H,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H;"灭","1","2","3","4","5","6","7","8","9","灭","F"DAT2:DB 3FH, 06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71HDELAY1: MOV 35H,#08HLOOP0: ACALL DISPLAY DJNZ 35H,LOOP0 RET延时(显示和去抖动用到):DELAY: MOV 32H,#12HLOOP: MOV 33H,#0AFHLOOP1: DJNZ 33H,LOOP1 DJNZ 32H,LOOP RET发声程序:BARK: SETB RING ACALL DELAY1 ACALL DELAY1 CLR RING; 按键发声 RETINT0(抢答时间R1调整程序): INT0SUB:MOV A,R1 MOV B,#0AH DIV AB MOV R5,A MOV R4,B MOV R3,#0AH ACALL DISPLAY；先在两个时间LED上显示R1 JNB P3.2,INC0; P3.2为+1s键,如按下跳到INCO JNB P3.3,DEC0; P3.3为-1s键,如按下跳到DECO JNB P3.4,BACK0; P3.4为确定键,如按下跳到BACKO AJMP INT0SUBINC0: MOV A,R1 CJNE A,#63H,ADD0; 如果不是99,R2加1,如果加到99了,R1就置0，重新加起 MOV R1,#00H ACALL DELAY1 AJMP INT0SUBADD0: INC R1 ACALL DELAY1 AJMP INT0SUBDEC0: MOV A,R1 JZ SETR1;如果R1为0, R1就置99， DEC R1 ACALL DELAY1 AJMP INT0SUBSETR1: MOV R1,#63H ACALL DELAY1 AJMP INT0SUBBACK0: RETITO溢出中断(响铃程序):T0INT:MOV TH0,#0ECH MOV TL0,#0FFH JNB RING,OUT CPL P3.6 ; RING标志位为1时候P3.6口不短取反使喇叭发出一定频率的声音OUT: RETIT1溢出中断(计时程序):T1INT: MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H INC R0 RETI END
第一章 概述 …………………………………………………………………………1 1.1 PLC的简介………………………………………………………………………1 1.2 PLC的用途与特点………………………………………………………………1 1.2.1 PLC的用途………………………………………………………………1 1.2.2 PLC的特点 ……………………………………………………………2 1.3 PLC的分类………………………………………………………………………4 1.3.1按I/O点数容量分类……………………………………………………4 1.3.2按结构形式分类…………………………………………………………4 第二章 整体方案的选择……………………………………………………………6 2.1整体功能介绍 …………………………………………………………………6 2.2控制要求 ………………………………………………………………………6 2.3用单片机和PLC分别做系统的比较 …………………………………………7 第三章 硬件电路设计 ……………………………………………………………9 3.1控制特点分析 …………………………………………………………………9 3.2 PLC机型的选择步骤与原则 …………………………………………………10 3.3抢答器流程图 …………………………………………………………………11 3.4程序中所使用的FX系列PLC的编程元件介绍………………………………11 3.4.1三菱FX系列PLC取指令与输出指令（LD/LDI/LDP/LDF/OUT）……11 3.4.2三菱FX系列PLC触点串联指令（AND/ANI/ANDP/ANDF） …………12 3.4.3三菱FX系列PLC触点并联指令（OR/ORI/ORP/ORF）………………13 3.4.4三菱FX系列PLC块操作指令（ORB / ANB） ………………………14 3.4.5三菱FX系列PLC置位与复位指令（SET/RST） ……………………15 3.4.6传送类指令MOV SMOV CMOV BMOV FMOV………………………………15 3.4.7三菱FX系列PLC常数（K、H）………………………………………18 3.4.8三菱FX系列PLC输入继电器（X） …………………………………18 3.4.9三菱FX系列PLC输入继电器（Y） …………………………………19 3.4.10辅助继电器 …………………………………………………………19 3.4.11三菱FX系列PLC定时器（T）………………………………………20 3.4.12微分指令（PLS/PLF） ………………………………………………22 3.4.13位右移和位左移指令 ………………………………………………23 3.5 PLC与七段LED显示器连接设计 ……………………………………………24 3.5.1 LED数码管的结构及主要特性 ………………………………………24 3.5.2 PLC与七段数码管方案选择 …………………………………………25 3.5.3 PLC与七段数码管直接连接阻值计算 ………………………………26 3.5.4 外部硬件接线图 ……………………………………………………26 第四章 软件设计…………………………………………………………………27 4.1I/O分配 ………………………………………………………………………27 4.2根据控制要求进行梯形图设计 ………………………………………………28 4.3程序运行过程分析 ……………………………………………………………33 4.4 源程序…………………………………………………………………………34 4.5程序的下载、安装和调试 ……………………………………………………41 第五章 总结与展望 ………………………………………………………………42 致谢…………………………………………………………………………………43 参考文献……………………………………………………………………………45
有一个绝对适合你论文的部分：2.实验原理 智力竞赛抢答器用单片机来设计制作完成,由于其功能的实现主要通过软件编程来完成, 采用单片机AT89C51,它是低功耗、高性能的CMOS型8位单片机。片内带有4KB的Flash存储器,且允许在系统内改写或用编程器编程。该智力竞赛抢答器的准确度很高，其误差主要由晶振自身的误差所造成。AT89C51单片机由微处理器，存储器，I/O口以及特殊功能寄存器SFR等部分构成。其存储器在物理上设计成程序存储器和数据存储器两个独立的空间，片内程序存储器的容量为4KB，片内数据存储器为128个字节。89C51单片机有4个8位的并行I/O口：P0口，P1口，P2口和P3口。各个接口均由接口锁存器，输出驱动器，和输入缓冲器组成。P1口是唯一的单功能口，仅能用作通用的数据输入/输出口。P3口是双功能口除了具有数据输入/输出功能外，每条接口还具有不同的第二功能，如P3.0是串行输入口线，P3.1口是串行输出口线。在需要外部程序存储器和数据存储器扩展时，P0可作为分时复用的低8位地址/数据总线，P2口可作为高8位的地址总线。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
学了4年，毕业就做个这个！还跪求！！！！悲哀
单片机温度控制系统的设计 摘 要 随着电子技术的发展，特别是随着大规模集成电路的产生，给人们的生活带来了根本性的变化，如果说微型计算机的出现使现代的科学研究得到了质的飞跃，那么可编程控制器的出现则是给现代工业控制测控领域带来了一次新的革命。在现代社会中，温度控制不仅应用在工厂生产方面，其作用也体现到了各个方面。 随着人们生活质量的提高，酒店厂房及家庭生活中都会见到温度控制的影子，温度控制将更好的服务于社会目前，单片机控制器在从生活工具到工业应用的各个领域，例如生活工具的电梯、工业生产中的现场控制仪表、数控机床等。尤其是用单片机控制器改造落后的设备具有性价比高、提高设备的使用寿命、提高设备的自动化程度的特点。 现代工业设计、工程建设及日常生活中常常需要用到温度控制,早期温度控制主要应用于工厂中，例如钢铁的水溶温度，不同等级的钢铁要通过不同温度的铁水来实现，这样就可能有效的利用温度控制来掌握所需要的产品了。 随着社会的发展，人们对食品温度的控制要求也越来越高，对于低温冷藏车的温度控制也就相应的不断提高，而我设计的低温冷藏车就是为了达到这样的温度控制要求而进行设计的。我所采用的控制芯片为AT89C51，此芯片功能强大，能够满足设计要求。通过对电路的设计，对芯片的外围扩展，来达到对冷藏车温度的控制和调节功能。 关键字：AT89C51单片机、温度 、软件设计 目 录 摘 要………………………………………………………………………………6 目 录………………………………………………………………………………7 第一章 绪 论 1-1概述………………………………………………………………………………9 1-2温度控制的总体设计和思路……………………………………………………9 1-3温度控制方框图…………………………………………………………………10 1-4温度巡回测量控制仪基本要求…………………………………………………10 1-5发挥部分…………………………………………………………………………10 第二章 单片机AT89C51的结构和原理 2-1 AT89C51单片机的结构…………………………………………………………11 2-2 AT89C51单片机主要特性………………………………………………………11 2-3 AT89C51单片机引脚功能说明…………………………………………………11 2-4复位电路…………………………………………………………………………12 2-5时钟电路…………………………………………………………………………13 第三章 温度控制的硬件设备 3-1采样系统及温度传感器的选择 3-1-1采样系统…………………………………………………………………15 3-1-2温度传感器的选择………………………………………………………15 3-2集成运放的选择 3-2-1放大系统. ………………………………………………………………16 3-2-2集成运放的选择…………………………………………………………16 3-3控制系统及光电耦合器的选择 3-3-1控制系统…………………………………………………………………17 3-3-2光电耦合器的选择………………………………………………………17 3-4 A/D转换器的选择及介绍………………………………………………………18 3-5 显示系统及显示器的选择 3-5-1显示系统…………………………………………………………………18 3-5-2显示器的选择……………………………………………………………19 3-6电源电路…………………………………………………………………………20 第四章 温度控制的软件设计 4-1程序模块化处理………………………………………………………………22 4-2内RAM资源配置………………………………………………………………22 4-3程序清单 4-3-1程序入口地址……………………………………………………………22 4-3-2主程序……………………………………………………………………22 4-3-3显示程序…………………………………………………………………23 4-3-4定时器中断子程序………………………………………………………26 4-3-5温度检测子程序…………………………………………………………27 4-3-6温度控制子程序…………………………………………………………28 4-3-7报警子程序………………………………………………………………29 4-3-8键盘子程序用于调节设定值……………………………………………29 第五章 调试及小结 5-1单片机温度控制系统的工作原理……………………………………………32 5-2温度检测和A/D转换电路图……………………………………………………32 5-3测试报告………………………………………………………………………32 小 结………………………………………………………………………………34 致 谢………………………………………………………………………………35 参考文献……………………………………………………………………………36
你看下这些对你是否有些帮助,1.基于labVIEW虚拟滤波器的设计与实现 2.双闭环直流调速系统设计 3.单片机脉搏测量仪 4.单片机控制的全自动洗衣机毕业设计论文 5.FPGA电梯控制的设计与实现 6.恒温箱单片机控制 7.基于单片机的数字电压表 8.单片机控制步进电机毕业设计论文 9.函数信号发生器设计论文 10.110KV变电所一次系统设计 11.报警门铃设计论文 12.51单片机交通灯控制 13.单片机温度控制系统 14.CDMA通信系统中的接入信道部分进行仿真与分析 15.仓库温湿度的监测系统 16.基于单片机的电子密码锁 17.单片机控制交通灯系统设计 18.基于DSP的IIR数字低通滤波器的设计与实现 19.智能抢答器设计 20.基于LabVIEW的PC机与单片机串口通信 21.DSP设计的IIR数字高通滤波器 22.单片机数字钟设计 23.自动起闭光控窗帘毕业设计论文 24.三容液位远程测控系统毕业论文 25.基于Matlab的PWM波形仿真与分析 26.集成功率放大电路的设计 27.波形发生器、频率计和数字电压表设计 28.水位遥测自控系统 毕业论文 29.宽带视频放大电路的设计 毕业设计 30.简易数字存储示波器设计毕业论文 31.球赛计时计分器 毕业设计论文 32.IIR数字滤波器的设计毕业论文 33.PC机与单片机串行通信毕业论文 34.基于CPLD的低频信号发生器设计毕业论文 35.110kV变电站电气主接线设计 36.m序列在扩频通信中的应用 37.正弦信号发生器 38.红外报警器设计与实现 39.开关稳压电源设计 40.基于MCS51单片机温度控制毕业设计论文 41.步进电动机竹竿舞健身娱乐器材 42.单片机控制步进电机 毕业设计论文 43.单片机汽车倒车测距仪 44.基于单片机的自行车测速系统设计 45.水电站电气一次及发电机保护 46.基于单片机的数字显示温度系统毕业设计论文 47.语音电子门锁设计与实现 48.工厂总降压变电所设计-毕业论文 49.单片机无线抢答器设计 50.基于单片机控制直流电机调速系统毕业设计论文 51.单片机串行通信发射部分毕业设计论文 52.基于VHDL语言PLD设计的出租车计费系统毕业设计论文 53.超声波测距仪毕业设计论文 54.单片机控制的数控电流源毕业设计论文 55.声控报警器毕业设计论文 56.基于单片机的锁相频率合成器毕业设计论文 57.基于Multism/protel的数字抢答器 58.单片机智能火灾报警器毕业设计论 59.无线多路遥控发射接收系统设计毕业论文 60.单片机对玩具小车的智能控制毕业设计论文 61.数字频率计毕业设计论文 62.基于单片机控制的电机交流调速毕业设计论文 63.楼宇自动化--毕业设计论文 64.车辆牌照图像识别算法的实现--毕业设计 65.超声波测距仪--毕业设计 66.工厂变电所一次侧电气设计 67.电子测频仪--毕业设计 68.点阵电子显示屏--毕业设计 69.电子电路的电子仿真实验研究 70.基于51单片机的多路温度采集控制系统 71.基于单片机的数字钟设计 72.小功率不间断电源(UPS)中变换器的原理与设计 73.自动存包柜的设计 74.空调器微电脑控制系统 75.全自动洗衣机控制器 76.电力线载波调制解调器毕业设计论文 77.图书馆照明控制系统设计 78.基于AC3的虚拟环绕声实现 79.电视伴音红外转发器的设计 80.多传感器障碍物检测系统的软件设计 81.基于单片机的电器遥控器设计 82.基于单片机的数码录音与播放系统 83.单片机控制的霓虹灯控制器 84.电阻炉温度控制系统 85.智能温度巡检仪的研制 86.保险箱遥控密码锁 毕业设计 87.10KV变电所的电气部分及继电保护 88.年产26000吨乙醇精馏装置设计 89.卷扬机自动控制限位控制系统 90.铁矿综合自动化调度系统 91.磁敏传感器水位控制系统 92.继电器控制两段传输带机电系统 93.广告灯自动控制系统 94.基于CFA的二阶滤波器设计 95.霍尔传感器水位控制系统 96.全自动车载饮水机 97.浮球液位传感器水位控制系统 98.干簧继电器水位控制系统 99.电接点压力表水位控制系统 100.低成本智能住宅监控系统的设计 101.大型发电厂的继电保护配置 102.直流操作电源监控系统的研究 103.悬挂运动控制系统 104.气体泄漏超声检测系统的设计 105.电压无功补偿综合控制装置 106.FC-TCR型无功补偿装置控制器的设计 107.DSP电机调速 108.150MHz频段窄带调频无线接收机 109.电子体温计 110.基于单片机的病床呼叫控制系统 111.红外测温仪 112.基于单片微型计算机的测距仪正文 113.智能数字频率计 114.基于单片微型计算机的多路室内火灾报警器 115.信号发生器 116.基于单片微型计算机的语音播出的作息时间控制器 117.交通信号灯控制电路的设计 118.基于单片机步进电机控制系统设计 119.多路数据采集系统的设计 120.电子万年历 121.遥控式数控电源设计 122.110kV降压变电所一次系统设计 123.220kv变电站一次系统设计 124.智能数字频率计 125.信号发生器 126.基于虚拟仪器的电网主要电气参数测试设计 127.基于FPGA的电网基本电量数字测量系统的设计 128.风力发电电能变换装置的研究与设计 129.电流继电器设计 130.大功率电器智能识别与用电安全控制器的设计 131.交流电机型式试验及计算机软件的研究 132.单片机交通灯控制系统的设计 133.智能立体仓库系统的设计 134.智能火灾报警监测系统 135.基于单片机的多点温度检测系统 136.单片机定时闹钟设计 137.湿度传感器单片机检测电路制作 138.智能小车自动寻址设计--小车悬挂运动控制系统 139.探讨未来通信技术的发展趋势 140.音频多重混响设计 141.单片机呼叫系统的设计 142.基于FPGA和锁相环4046实现波形发生器 143.基于FPGA的数字通信系统 144.基于单片机的带智能自动化的红外遥控小车 145.基于单片机AT89C51的语音温度计的设计 146.智能楼宇设计 147.移动电话接收机功能电路 148.单片机演奏音乐歌曲装置的设计 149.单片机电铃系统设计 150.智能电子密码锁设计 151.八路智能抢答器设计 152.组态控制抢答器系统设计 153.组态控制皮带运输机系统设计 154..基于单片机控制音乐门铃 155.基于单片机控制文字的显示 156.基于单片机控制发生的数字音乐盒 157.基于单片机控制动态扫描文字显示系统的设计 158.基于LMS自适应滤波器的MATLAB实现 159.D功率放大器毕业论文 160.无线射频识别系统发射接收硬件电路的设计 161.基于单片机PIC16F877的环境监测系统的设计 162.基于ADE7758的电能监测系统的设计 163.智能电话报警器 164.数字频率计 课程设计 165.多功能数字钟电路设计 课程设计 166.基于VHDL数字频率计的设计与仿真 167.基于单片机控制的电子秤 168.基于单片机的智能电子负载系统设计 169.电压比较器的模拟与仿真 170.脉冲变压器设计 171.MATLAB仿真技术及应用 172.基于单片机的水温控制系统 173.基于FPGA和单片机的多功能等精度频率计 174.发电机－变压器组中微型机保护系统 175.基于单片机的鸡雏恒温孵化器的设计 176.数字温度计的设计 177.生产流水线产品产量统计显示系统 178.水位报警显时控制系统的设计 179.红外遥控电子密码锁的设计 180.基于MCU温控智能风扇控制系统的设计 181.数字电容测量仪的设计 182.基于单片机的遥控器的设计 183.200电话卡代拨器的设计 184.数字式心电信号发生器硬件设计及波形输出实现 185.电压稳定毕业设计论文 186.基于DSP的短波通信系统设计(IIR设计) 187.一氧化碳报警器 188.网络视频监控系统的设计 189.全氢罩式退火炉温度控制系统 190.通用串行总线数据采集卡的设计 191.单片机控制单闭环直流电动机的调速控制系统 192.单片机电加热炉温度控制系统 193.单片机大型建筑火灾监控系统 194.USB接口设备驱动程序的框架设计 195.基于Matlab的多频率FMICW的信号分离及时延信息提取 196.正弦信号发生器 197.小功率UPS系统设计 198.全数字控制SPWM单相变频器 199.点阵式汉字电子显示屏的设计与制作 200.基于AT89C51的路灯控制系统设计 201.基于AT89C51的宽范围高精度的电机转速测量系统 202.开关电源设计 203.基于PDIUSBD12和K9F2808简易USB闪存设计 204.微型机控制一体化监控系统 205.直流电机试验自动采集与控制系统的设计 206.新型自动装弹机控制系统的研究与开发 207.交流异步电机试验自动采集与控制系统的设计 208.转速闭环控制的直流调速系统的仿真与设计 209.基于单片机的数字直流调速系统设计 210.多功能频率计的设计 211.18信息移频信号的频谱分析和识别 212.集散管理系统—终端设计 213.基于MATLAB的数字滤波器优化设计 214.基于AT89C51SND1C的MP3播放器 215.基于光纤的汽车CAN总线研究 216.汽车倒车雷达 217.基于DSP的电机控制 218.红外恒温控制器的设计与制作 219.串联稳压电源的设计 220.智能编码电控锁设计 221.多用定时器的电路设计与制作 222.基于单片机的数字电压表设计 223.智能饮水机控制系统 224.自行车 车速 报警系统 225.大棚仓库温湿度自动控制系统 226.浮点数运算FPGA实现 227.自行车里程,速度计的设计 228.等精度频率计的设计 229.人体健康监测系统设计 230.基于单片机的音乐喷泉控制系统设计 231.基于嵌入式系统的原油含水分析仪的硬件与人机界面设 232.基于LabVIEW环境下虚拟调幅波解调器的设计 233.虚拟示波器的设计 234.红外线遥控器系统设计 235.基于LabVIEW的虚拟频谱分析仪的研究与设计 236.低频功率放大器设计 237.银行自动报警系统 238.超媒体技术 239.数字电子钟的设计与制作 240.温度报警器的电路设计与制作 241.数字电子钟的电路设计 242.鸡舍电子智能补光器的设计 243.高精度超声波传感器信号调理电路的设计 245.电子密码锁的电路设计与制作 246.单片机控制电梯系统的设计 247.常用电器维修方法综述 248.控制式智能计热表的设计 249.电子指南针设计 250.汽车防撞主控系统设计 251.单片机的智能电源管理系统 252.电力电子技术在绿色照明电路中的应用 253.电气火灾自动保护型断路器的设计 254.基于单片机的多功能智能小车设计 255.对漏电保护器安全性能的剖析 256.解析民用建筑的应急照明 257.电力拖动控制系统设计 258.110kV区域降压变电所电气系统的设计 259.ATMEIL AT89系列通用单片机编程器的设计 260.基于单片机的金属探测器设计 261.双闭环三相异步电动机串级调速系统 262.基于单片机技术的自动停车器的设计 263.自动剪板机单片机控制系统设计 264.单片机电器遥控器的设计 265.试论供电系统中的导体和电器的选择 266.浅论10KV供电系统的继电保护的设计方案 267.论无线通信技术热点及发展趋势 268.论工厂的电气照明 269.论供电系统中短路电流及其计算 270.电气设备的选择与校验 271.电气控制线路的设计原则 272.蓄电池性能测试仪设计 273.红外恒温控制器的设计与制作 274.串联稳压电源的设计 275.智能编码电控锁设计 276.多用定时器的电路设计与制作 277.基于单片机的数字电压表设计 278.智能饮水机控制系统 279.自行车 车速 报警系统 280.大棚仓库温湿度自动控制系统 281.浮点数运算FPGA实现 282.自行车里程,速度计的设计 283.等精度频率计的设计 284.声纳式高度计系统设计和研究 285.集约型无绳多元心脉传感器研究与设计 286.电气电子信息工程,通信工程,课程设计 287.CJ20-63交流接触器的工艺与工装 288.六路抢答器设计 289.V-M双闭环不可逆直流调速系统设计 290.机床润滑系统的设计 291.塑壳式低压断路器设计 292.直流接触器设计 293.SMT工艺流程及各流程分析介绍 294.大棚温湿自动控制系统 295.基于单片机的短信收发系统设计 ――硬件设计 296.三层电梯的单片机控制电路 297.交通灯89C51控制电路设计 298.基于D类放大器的可调开关电源的设计 299.直流电动机的脉冲调速 300.红外快速检测人体温度装置的设计与研制 301.基于8051单片机的数字钟 302.48V25A直流高频开关电源设计 303.继电器保护毕业设计 304.电力系统电压频率紧急控制装置研究 305.用单片机控制的多功能门铃 306.全氢煤气罩式炉的温度控制系统的研究与改造 307.基于ATmega16单片机的高炉透气性监测仪表的设计 308.基于MSP430的智能网络热量表 309.火电厂石灰石湿法烟气脱硫的控制 310.家用豆浆机全自动控制装置 311.新型起倒靶控制系统的设计与实现 312.软开关技术在变频器中的应用 313.中频感应加热电源的设计 314.智能小区无线防盗系统的设计 315.智能脉搏记录仪系统 316.直流开关稳压电源设计 317.用单片机实现电话远程控制家用电器 318.无线话筒制作 319.温度检测与控制系统 320.数字钟的设计 321.汽车尾灯电路设计 322.篮球比赛计时器的硬件设计 323.节能型电冰箱研究 324.交流异步电动机变频调速设计 325.基于单片机控制的PWM调速系统 326.基于单片机的数字温度计的电路设计 327.基于Atmel89系列芯片串行编程器设计 328.基于单片机的实时时钟 329.基于MCS-51通用开发平台设计 330.基于MP3格式的单片机音乐播放系统 331.基于单片机的IC卡智能水表控制系统设计 332.基于MATLAB的FIR数字滤波器设计 333.单片机水温控制系统 334.基于PIC16F74单片机串行通信中继控制器 335.火灾自动报警系统336.基于单片机的电子时钟控制系统337.基于单片机mega16L的煤气报警器的设计338.微机型高压电网继电保护系统的设计 339.智能毫伏表的设计 340.基于单片机的波形发生器设计341.国产化PLC的研制 342.串行显示的步进电机单片机控制系统 343.编码发射与接收报警系统设计：看护机 345.编码发射接收报警设计：爱情鸟346.基于IC卡的楼宇门禁系统的设计 347.基于DirectShow的视频监控系统 348.智能机器人的研究与设计 ——自动循轨和语音控制的349.基于CPLD的出租车计价器设计——软件设计 350.B2C电子商务在线信任模型实证研究
DP801运算速度快，它能在很短的时间内处理多个信息。我们利用它的插座便能制作出一台八路抢答器。 抢答器有八路接口，可以随用随接，需要几路用几路。并且为比赛主持人准备了按钮和显示灯，以便确认是否有人抢答。 运行程序，单片机快速检测各抢答台按钮和主持人按钮。主持人按下“开始”按钮后0#灯点亮。单片机继续检测各按钮。若有人按钮，则显示其号码，并调用地址为70的子程序计时（画横线处可更改计时时间）。在计时过程中，若答对问题，主持人可用“复位”键退出子程序继续下一题。到时间还没有回答完，单片机便会发出声音报告，然后自动继续运行。若无人按钮，主持人可用“复位”键熄灭0#灯进行下一题。 制作安装：将接口板、指示灯、按钮、插孔焊接好固定在如图2的盒子里。 使用时，将用到的抢答器按钮插头插进插孔里运行程序就可以了。抢答器由按钮、接口板、单片机（DP801）三部分组成，按钮和接口板之间用插头、插座连接。接口板和单片机之间用26线扁平线连接。接口板电路原理图见图1。 程序清单如下： 地址 指令机器码 指令助记符 注释 地址 指令机器码 指令助记符 注释 0 04 00 SS4 ；数码管清零 33 04 05 SS 5 ；5号台按钮了 2 08 01 09 DZ1，09 ；检测1号台 35 12 70 DY 70 ；调用检测子程序 5 04 01 SS1 ；1号台按钮了 37 08 06 44 DZ 6，44 ；检测6号台 7 12 70 DY70 ；调用检测子程序 40 04 06 SS6 ；6号台按钮了 9 08 02 16 DZ 2，16 ；检测2号台 42 12 70 DY 70 ；调用检测子程序 12 04 02 SS 2 ；2号台按钮了 44 08 07 51 DZ 7，51 ；检测7号台 14 12 70 DY 70 ；调用检测子程序 47 04 07 SS 7 ；检测7号台了 16 08 03 23 DZ 3，23 ；检测3号台 49 12 70 DY 70 ；调用检测子程序 19 04 03 SS 3 ；3号台按钮了 51 08 08 58 DZ 8，58 ；检测8号台 21 21 70 DY 70 ；调用检测子程序 54 05 08 SS 8 ；8号台按钮了 23 08 04 30 DZ 4，30 ；检测4号台 56 12 70 DY 70 ；调用检测子程序 26 04 04 SS 4 ；4号台按钮了 58 08 00 63 DZ 0，63 ；检测主持人“开始”按钮 28 12 70 DY 70 ；调用检测子程序 61 00 00 JT 0 ；点亮0#灯，可以抢答 30 08 05 37 DZ5，37 ；检测5号台 63 08 09 00 DZ 9 ；检测主持人“复位”按钮 66 01 00 DK 0 ；断开0#灯，不可抢答 76 16 15 01 JISH 05，1 ；限时15秒回答问题 68 10 00 ZX 0 ；反复检测 79 09 09 88 TZ 09，88 ；检测主持人“复位”按钮 70 03 23 03 ZY 23，3 ；发出声音 82 08 15 79 DZ 15，79 ；未到时，再次检测 73 03 21 04 ZY 21，4 ；有人抢答 85 03 25 03 ZY 25，3 ；时间到，发出声音 88 01 00 DK 0 ；断开0#灯 90 13 FH ；回原处继续运行
这是我邮箱hxp1989325@163。com
有一个绝对适合你论文的部分：2.实验原理 智力竞赛抢答器用单片机来设计制作完成,由于其功能的实现主要通过软件编程来完成, 采用单片机AT89C51,它是低功耗、高性能的CMOS型8位单片机。片内带有4KB的Flash存储器,且允许在系统内改写或用编程器编程。该智力竞赛抢答器的准确度很高，其误差主要由晶振自身的误差所造成。AT89C51单片机由微处理器，存储器，I/O口以及特殊功能寄存器SFR等部分构成。其存储器在物理上设计成程序存储器和数据存储器两个独立的空间，片内程序存储器的容量为4KB，片内数据存储器为128个字节。89C51单片机有4个8位的并行I/O口：P0口，P1口，P2口和P3口。各个接口均由接口锁存器，输出驱动器，和输入缓冲器组成。P1口是唯一的单功能口，仅能用作通用的数据输入/输出口。P3口是双功能口除了具有数据输入/输出功能外，每条接口还具有不同的第二功能，如P3.0是串行输入口线，P3.1口是串行输出口线。在需要外部程序存储器和数据存储器扩展时，P0可作为分时复用的低8位地址/数据总线，P2口可作为高8位的地址总线。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
1 KM-1 键混器的设计 1 Sw3204V监控器的设计 1 基于射频遥控型(单片机）交通灯的设计1 Sw802V视频切换器的设计 1 无线数控多相位灯从机的设计1 基于RS232遥控型交通灯的设计1 Sw802A音频切换器的设计1 Sw6408V监控器的设计 1 KM-3键混器的设计1 无线数控多相位灯主机的设计1 SW162V数字视频切换器的设计1 基于RS232监控切换器1 SW401V 数字视频切换器的设计1 基于单片机的多路数据采集系统1 RS485转RS232的模块设计1 基于LCD显示的波形发生器的设计1 4-20mA转RS-485模块的设计 1 基于RS232流量计的设计 1 基于PTR2000的交通灯控制器主机的设计1 基于RS485量水仪的设计1 压力采集控制器的设计 1 数字量转4-20mA模拟量输出的模块设计1 正弦波形发生器的设计1 基于PTR2000的交通灯控制器从机的设计1 基于RS485视频切换器的设计1 LCD车速里程表电路设计1 LED车速里程表电路设计1 MSK通信系统的仿真设计1 员工信息管理系统 1 计算机文化基础考试系统的设计和开发1 人事工资管理系统1 员工信息管理系统设计1 超市进销存管理系统的VB实现1 基于单片机的多波形发生器的应用1 基于单片机电动自行车控制器设计1 个人理财管理系统1 基于CAN总线火灾监控系统的研究1 基于DSP平台的FIR滤波器设计1 于Matlab的FIR数字滤波器设计与仿真1 基于TMS320VC5402-DSP的最小系统硬件设计1 基于单片机的热水控制器 1 基于单片机的路灯控制系统的设计1 于单片机远程控制家用电器系统的设计1 基于液晶显示的乘法口诀测试仪的设计1 实验室设备管理系统毕业设计开题报告1 用AT89C51做PLC.doc1 洗衣机全自动控制.doc1 数显频率计的设计.doc1 数控车间温度湿度控制系统设计.doc1 三角波斜率测试仪设计.doc1 人脸几何特征提取1 全自动洗衣机的控制程序设计.doc1 乞丐论文.doc1 教学楼毕业设计.doc1 建立海上风电场的技术要求分析与探讨.doc1 基于凌阳61A的数字式温湿度检测仪.doc1 基于几何匹配和分合算法的人脸识别.doc1 基于单片机数字钟的设计.doc1 基于单片机数据通用采集器的设计.doc1 基于单片机数据采集器.doc1 基于单片机的自动报警器的设计.doc1 基于单片机的终端设计.doc1 基于单片机的路灯控制系统控制系统的设计.doc1 基于单片机的交通灯的设计.doc1 基于单片机的简易计算器的设计.doc1 基于单片机的家用安保系统的设计.doc1 基于VHDL的数字频率计.doc1 基于SystemView的OFDM系统仿真设计.doc1 基于SystemView的OFDM系统仿真设计1.doc1 基于PLC的烧结配料控制系统设计.doc1 基于MSP430的温度检测系统设计1.doc1 基于MATLAB工具箱的数字滤波器设计.doc1 基于MATLAB的扩频通信系统仿真研究.doc1 基于GSM短信息通信方式的路灯无线监控系统.doc1 基于FPGA的信号源设计.doc1 基于EPP协议的AVR与PC并行通信系统的设计0.doc1 单片机交通灯.doc1 单片机多点温度巡回检测系统的设计.doc1 单片机的温湿度检测系统A.doc1 单路口交通信号PLC控制系统的设计.doc1 城市路口多相位自寻优交通信号控制设计.doc1 陈洁（螺旋瓶盖的设计）.doc1 八路竞赛抢答器.doc1 matlab信号与系统.doc1 GSM系统的研究与SystemView仿真.doc1 蒯申红智能语音报站系统设计5.301 MT8888在家庭安全电话报警系统中的应用设计1 基于FPGA的频率与功率因数在线测量1 基于FPGA的误码测试仪如果需要定做的话系 Q 273546756
我们是10分钟哦，今天刚答辩完没得啥子，好好讲自由发挥就是了10分钟讲自己论文的写作、选题、内容==老师提的问...哎，看对于哪个老师了，我们3个老师，一个很轻松就回答了，一个很难。。。
GPU光线跟踪算法加速结构研究摘要：基于GPU的光线跟踪算法是当前图形学研究的一个热点，也是将来用于广告、电影、游戏等娱乐产业的关键技术。本文论述了如何对基于GPU的光线跟踪算法进行实现，以及利用各种加速结构，加速算法实现，提高算法执行效率，并对各种加速结构的效果进行了比较研究。关键词：GPGPU 光线跟踪 BVH KD-Tree1．引言近年来，CPU无论在运算能力，还是在可编程性上都得到了大幅的提高，GPU已经在需要大量运算的密集运算领域发挥了举足轻重的作用。各种基于CPU的密集运算被移植到GPU上，以利用GPU巨大的运算能力，加速整个算法的运算过程。光线跟踪算法是生成真实感图形的一种非常重要的方法，在电影、游戏、广告等产业，获得广泛的应用，而光线跟踪算法也是典型的密集运算算法，利用原始的基于CPU的光线跟踪渲染一幅图片是非常耗时的操作。因此，如果能够将CPU上的光线跟踪算法，映射到CPU上，加速光线跟踪算法的执行时间，将会带来巨大的经济效益。因此，基于CPU的光线跟踪算法已成为国内外科研人员的研究热点。2．基于GPU的光线跟踪2.1 相关工作当前，主要由两种方法利用CPU来加速光线跟踪算法。第一种是Carr等人提出来的，将CPU转换为一个蛮力的执行光线一三角形求交的计算器，而将任何的光线生成以及着色过程在CPU上完成。这就需要CPU依然执行绝大部分的渲染工作。C arr等人指出，在ATI Radeon 8500上，每秒最快能够执行1亿2千万次的光线一三角形求交。同时，作者也指出，由于GPU的单精度浮点的限制，图片上依然存在一些不太真实的地方。第二种方法由Purcell等人提出的，改种方法将整个光线跟踪器都移植到CPU上进行实现。从光线的产生，加速结构的遍历，到最后的着色过程都在GPU上执行。此后，有很多相同的项目都是基于Purcell的模型上进行的。2.2 GPU上的光线跟踪算法的映射方式将传统的CPU上执行的光线跟踪算法，映射成为一个GPU协助的，或者基于GPU的光线跟踪器有众多方法。下面重点介绍Purcell提出的映射模型，以及在本文的实现中提出的一个基于CPU的Whitted模型的光线跟踪器。该光线跟踪器的布局如图2.1所示：在Purcell的论文中，它将光线一三角形求交，以及遍历过程分离成两个独立的遍历内核和求交内核。本文的实现中，也按照上述模型图，将光线跟踪算法分解成光线生成，光线一三角形求交，着色这三个步骤。在对光线进行跟踪之前，需要生成从视点指向屏幕的原始光线( primary ray)。在一个GPU上，能够使用光栅器的插值的能力，在一个单一的内核调用中，产生所有的原始光线。给定观察矩形（被采样用于产生图片的投影平面的一部分）的四个角，以及视点，首先计算出这个视锥体的四条边线。如果让光栅器在这4条光线之间，按照512×512规格，在这四条光线之间按照方向进行插值，最终就可以获得能够产生一幅512×512图片（一个像素一个采样点）的所有原始光线的方向。同时能够将这些方向存储在一个纹理里，并把它作为求交内核的输入。所有的原始光线具有相同的起始点，但是仍然把它存储在一个同方向纹理具有相同维度的纹理内。因为当生成阴影光线或者反射光线的时候，光线的原点会发生改变。求交内核把光线的原点，方向，以及场景的描述作为输入数据。在内核被调用数次之后，我们对于每一个像素输出一个击中记录。如果一条光线击中了场景中的某个三角形，返回击中点的3个重心坐标，以及相关的被击中的三角形。此外，还将输出被发现的交点沿光线的距离，以及被击中三角形的材质。这就需要使用5个浮点数值组成一个击中记录。纹理只能够支持4个颜色通道( RCBA)，所以，如果能把击中记录裁减到4个值，那么将是非常有益的。观察发现，只需要3个重心坐标的两个，因为在三角形内部，它们相加的和总是1。这就使得在一个单独的RGBA纹理中存储交点记录是可行的，并且它的维度同其它两个光线纹理的维度相同。Moller和Trumbore提出了一个高效的光线一三角形求交算法，使用这个算法，并利用CPU在向量计算上的优势来进行求交计算。下面列出了求交的代码，这个代码也展示了如何利用向量指令来提高效率。当所有的原始光线都已经计算出了相交的状态的时候，就能够查询着色过程所需要的表面法线和材质的信息。每一个击中记录都存储了一个指向材质纹理的索引，这个材质纹理包含了三角形的法线，材质颜色以及类型。三个顶点的法线根据击中记录的中心坐标进行了插值。最终的颜色能够按(N-L)C进行计算，此处Ⅳ是法线，L是光源的方向，G是三角形的颜色。现在根据击中的三角形所具有的材质的类型（漫反射材质，或者镜面反射材质），需要产生二次光线，以此来计算阴影和反射。1)如果一条光线射出场景之外，像素就被赋予全局的背景颜色。2)如果一条光线击中了一个漫反射材质表面，就发射一条阴影射线( shdow ray)。这些光线的起始点在击中点，方向为从击中点指向光源。3)如果一条光线击中了一个镜面反射材质表面。就发射一条镜面反射光线。镜面发射光线的起始点也在击中点，但是它的方向是在击中点处关于入射光线和插值后的法线对称的方向。一个真正的Whitted类型的光线跟踪器也支持透明材质，从而能够产生折射光线。但由于主要是研究加速结构，所以在本文的实现中，没有考虑折射光线。4)如果阴影光线击中了某个几何体，这就说明在光源和击中点之间，存在某个几何体，所以这个像素就应该是黑色（处于阴影中）。当跟踪阴影光线的时候，不关心最近的那个击中点，更加关心的是是否存在这样的击中点。因此，当有一个交点被发现，就可以停止整个求交过程，从而加速算法的处理过程。在本文的实现中，以相同的方式跟踪阴影光线和反射光线，因此，就没有使用到这个优化策略。已经对每一个像素产生了正确二次光线，如果需要，就能够执行另外一趟遍历/求交过程，对上述的二次光线进行跟踪。每一次调用着色程序就能够对每一个像素返回一个颜色值和一条新的光线。着色内核也可以将前一次着色程序的输出当作本次着色程序的输入。这就使得能够在跟踪连续的光线的时候合并这些连续的镜面反射的颜色。同Carr等人的程序不同，本文所采用的程序不存在浮点精度太低的问题，因为Ceforce 7300在整个管线中支持真正的32位浮点操作。3．加速结构的实现和比较3.1均匀栅格均匀栅格是第一个在GPU上实现的加速结构。Purcell给出了很多选择均匀栅格作为加速结构的理由，但是Purcell没有详细的说明为什么均匀网格对于硬件实现而言比其它的加速结构要更加的简单。当在探讨了均匀栅格的一些主要特性的时候，更加清晰的知道了均匀栅格为什么会成为一个好的GPU机速结构。首先，只用使用简单的算术运算，就能够对于每个体素的遍历在常量时间能被定位和存取。这就消除了对树的遍历的需要，以及重复的纹理查找工作，而纹理查找是相当耗时的。其次，体素的遍历是通过递增算术运算来完成的。这就消除了对堆栈的需要，使得我们能够从光线的起始点开始，以距离递增的顺序访问体素成为可能。再其次，由于对于体素的访问是沿着光线，以距离递增的方式遍历的，所以，一旦在一个被访问的体素中报道发现有一个交点，就可以停止这条光线对体素的遍历过程，从而提高整个遍历过程的速度。最后，用于遍历的代码非常适合用向量编写，而向量形式的编码风格又非常适合GPU的指令集。然而，均匀栅格的缺点就是由于它是空间细分结构的一种特殊情况，多个体素可能包含相同三角形的多个引用。由于无法使用mailbox技术，这就意味着需要对于相同的光线和三角形之间进行不止一次的相交测试。3.2 KD-tree最近，Havran等人对基于CPU的光线跟踪算法的加速结构进行了比较，得出的结论是对于众多不同类型的测试场景，平均而言，KD-tree是最快的。所以，有必要考察一下对于基于KD-tree的GPU光线跟踪算法，是否也会有相似的结论。就像均匀栅格一样，KD-tree也是一种空间细分结构。同均匀网格不同的是，KD-tree利用一个二叉树将场景表示成一个层次结构。在二叉树中，我们将内部节点和叶子节点区分开。叶子节点用来表示体素和与之相关的保存在该体素内的三角形的引用。一个内部节点用来表示空间区域的某个部分。所以，内部节点包含一个分裂面的两个子树的引用，而叶子节点只包含一个三角形列表。KD-tree的创建过程从上而下，根据一个评价函数，通过放置一个分离平面，递归的将场景分离成两个体素。我们能够以递归的方式遍历KD-tree，但是由于GPU没有堆栈结构，所以无法应用递归的策略。取而代之的是，我们能够通过记住我们沿着光线前进了多远来向上或者向下遍历树。这种策略消除了需要堆栈的限制，使得用CPU来完成对KD-tree结构的遍历成为可能。当使用GPU对KD-tree进行遍历的时候，KD-tree像均匀栅格那样被表示成一个纹理的集合。这就意味着有一个保存树数据的纹理，一个保存三角形列表的纹理，和一个保存实际的三角形数据的纹理。GPU的遍历首先调用一个初始化内核，然后按照需要，多次调用合并后的遍历和求交内核。3.3 包围体层次(BVH)给定一些随机的光线，通过计算遍历包围体层次的平均花费，就可以测量出该包围体层次的质量。迄今为止，还没有构建最优的包围体层次的算法，也就是说，如何准确的测量一个包围体层次的平均遍历时间还不是很明显。Goldsmith和Salmon提出了一个评价函数，通常被称为表面积启发式函数。他们通过父节点和孩子节点的表面积之比来形式化的表述这个关系，此评价函数如下所示：此处，hit(n)是光线击中节点n的情况，Sn是节点n的表面积，c和p分别表示父节点和孩子节点。这个评价函数给出了，当用一条随机的光线同层次结构求交的时候，成本上的估计。由于没有最优的方法去有效的构造一个最优的BVH，提出了不同的构造技巧。下面，将列出比较通用的方法。在实践中，对于包围体应用的最广泛的就是轴对齐包围盒(AABB)。AABB易于实现，并且同光线的求交测试非常快。大多数有关BVH的论文在描述BVH的创建的时候，通常分别以Kay和Kajiya，或者Goldsmith和Salmon这两种基本的想法为基础。Kay和Kajiaya建议以自上而下递归的方式进行BVH的创建。Goldsmith和Salmon提出了一个更加复杂的自底向上的构造方式。Goldsmith和Salmon指出，BVH的质量同作为输入传人的三角形的顺序有关。因此，他们建议在构造BVH之前，随机打乱三角形的顺序。下述算法就是利用Kay/Kajiya的思想创建某个场景的包围体层次的方法：4．结束语本文成功的在GPU上实现了用于光线跟踪算法中的各种加速结构，并对这些加速结构在GPU上的加速效果进行了比较。均匀栅格作为第一个在CPU上实现的光线跟踪器的加速结构，也被证明是最慢的，除非是只包含一个单独的物体的场景的情况。均匀栅格不适合几何体的密度非常高的场景。另外，对于均匀栅格的CPU上的遍历表示，也需要大量的数据。Foley和Sugerman认为，对于大多数场景，KD-tree的效率要比均匀栅格高。但是，在KD-tree的遍历过程中，无论是重置阶段还是回退阶段，片元程序都非常的复杂，但这种复杂性也使得其能够在场景的几何体的密度改变的时候做出适当的调整。本文实现的BVH被证明在加速效果上要超过均匀栅格和KD-tree，在现阶段，BVH是在GPU上实现的最快的加速结构。并且在GPU上实现BVH加速结构要比实现其他加速结构更加的简单。参考文献：[1]Randima Femado编，姚勇，王小琴译．GPU精粹一实时图形编程的技术，技巧和技艺[M]．北京：人民邮电出版社，2006.[2] Matt Pharr编著，龚敏敏译.GPU精粹2-高性能图形芯片和通用计算编程技巧[M].北京：清华大学出版社．[3]昊恩华，柳有权．基于图形处理器(GPU)的通用计算叨．计算机辅助设计与图形学学报，2004，16(5): 601-[4] Philip J.Schneider，David H.Eberly著，周长发译，计算机图形学几何工具算法详解[M].北京：电子工业出版社，2005.[5] Martin Christen. Implementing ray tracing on GPU. Master´sthesis, University of Applied Sciences Basel,
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