基于AT89C51單片機(jī)電烤箱的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).doc

XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) I 基于單片機(jī)的電烤箱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生 XXX 指導(dǎo)教師 XX 內(nèi)容摘要 隨著社會(huì)的不斷發(fā)展 人們改造自然的能力也在不斷的提高 機(jī)器的誕 生 為我們減少了部分或者全部的腦力勞動(dòng)和體力勞動(dòng) 電子技術(shù)的誕生更是帶來了 翻天覆地的變化 機(jī)電控制系統(tǒng)成為機(jī)械技術(shù)與微電子技術(shù)集成的共性關(guān)鍵技術(shù) 人 們通過它可以使機(jī)械完全按照自己的意愿來執(zhí)行 隨著機(jī)電控制技術(shù)的發(fā)展 主要體現(xiàn)出了單片機(jī)和 PLC 兩種控制方式 本設(shè)計(jì)采 用單片機(jī)控制 單片機(jī)在日常生活中的運(yùn)用越來越廣泛 溫度控制在工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常 遇到 從石油化工到電力生產(chǎn) 從冶金到建材 從食品到機(jī)械都要對(duì)溫度進(jìn)行控制 甚 至在有些產(chǎn)品生產(chǎn)過程中溫度的控制直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量 單片機(jī)溫度控制無論是 現(xiàn)在還是未來都會(huì)起到重要作用 本文介紹了以 AT89C51 單片機(jī)為核心的電烤箱溫度控制系統(tǒng) 電烤箱的溫度控制 系統(tǒng)有兩個(gè)部分組成 硬件部分和軟件部分 其中硬件部分包括 單片機(jī)電路 傳感 器電路 放大器電路 轉(zhuǎn)換器電路 以及鍵盤和顯示電路 軟件部分包括 主程序 運(yùn)算控制程序 以及各功能實(shí)現(xiàn)模塊的程序 文章最后對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行了總結(jié) 對(duì)溫度 控制系統(tǒng)的發(fā)展提出了幾點(diǎn)建議 關(guān)鍵詞 單片機(jī) 溫度 電烤箱 控制 XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) II Single chipSingle chip basedbased onon thethe oven soven s temperaturetemperature controlcontrol systemsystem designdesign Abstract Abstract With the continuous development of society people s ability to transform nature of the advance has been The birth of the machine for us to reduce some or all of the mental and physical The birth of electronic technology has brought even more earth shaking changes Electrical and mechanical engineering control systems become integrated with the microelectronic technology common key technologies People can make through its machinery in full accordance with the wishes of their own to implement With the development of electrical and mechanical control techniques mainly reflecting the two types of single chip computer and PLC control The design uses a single chip control Single chip microcomputer use in their daily lives more and more widely Temperature control in industrial production are often encountered Chemicals from oil to electricity production Or even some products in the production process control of temperature directly affects the quality of the product Single chip temperature control both now and will play an important role in the future This paper introduces the AT89C51 single chip microcomputer as the core of the oven temperature control system Hardware components which include Single chip circuit sensor circuit amplifier circuit converter circuit as well as the keyboard and display circuit Software include the main program operator control procedures as well as the realization of the functional modules of the program Finally Keywords Keywords Microcontroller Temperature Electric ovens Control XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) III 目 錄 前 言 1 1 概 述 1 1 1 技術(shù)指標(biāo) 1 1 2 控制方案 2 2 硬件部分設(shè)計(jì) 2 2 1 單片機(jī)電路設(shè)計(jì) 2 2 1 1 中央處理器 CPU 2 2 1 2 運(yùn)算器 3 2 1 3 AT89C51 單片機(jī)引腳功能 4 2 1 4 引腳功能 5 2 1 5 控制線 6 2 1 6 AT89C51 單片機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) 6 2 1 7 AT89C51 單片機(jī)的并行 I O 端口 6 2 1 8 AT89C51 單片機(jī)時(shí)鐘電路及時(shí)序 7 2 1 9 復(fù)位電路 7 2 1 10 AT89C51 單片機(jī)的指令系統(tǒng) 8 2 2 傳感器電路設(shè)計(jì) 8 2 2 1 傳感器概述 8 2 2 2 傳感器的基本特性 9 2 2 3 熱電阻的測(cè)量電路及應(yīng)用 10 2 3 A D 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 11 2 3 1 逐次逼近型 A D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809 11 XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) IV 2 4 放大器電路設(shè)計(jì) 14 2 4 1 交流放大器電路 14 2 4 2 直流放大器電路 17 2 4 3 運(yùn)算放大器電路 17 2 4 4 集成運(yùn)算放大器概述 18 2 5 鍵盤及顯示電路的設(shè)計(jì) 18 2 5 1 鍵盤接口電路 18 2 5 2 LED 顯示器接口電路 20 2 6 抗干擾電路設(shè)計(jì) 21 2 6 1 電磁干擾的形成因素 22 2 6 2 干擾的分類 22 2 6 3 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)電磁干擾控制的一般方法 22 2 6 4 硬件抗干擾措施 22 3 軟件部分設(shè)計(jì) 23 3 1 工作流程 23 3 2 功能模塊 24 3 3 資源分配 24 3 4 功能軟件設(shè)計(jì) 24 3 4 1 鍵盤管理模塊 24 3 4 2 顯示模塊 27 3 4 3 溫度檢測(cè)模塊 29 3 4 4 溫度控制模塊 30 3 4 5 溫度越限報(bào)警模塊 32 3 4 6 主程序和中斷服務(wù)子程序 33 XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) V 4 結(jié) 論 35 附 錄 37 參考文獻(xiàn) 38 XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 基于單片機(jī)的電烤箱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 前 言 隨著社會(huì)的不斷發(fā)展 人們對(duì)機(jī)械的應(yīng)用也越來越廣 進(jìn)而人們對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的控 制要求亦越來越高 機(jī)電控制實(shí)現(xiàn)了以電氣來控制機(jī)械 單片機(jī)的出現(xiàn)使機(jī)電控制技 術(shù)突飛猛進(jìn) 單片機(jī)出現(xiàn)的歷史并不長 但發(fā)展迅猛 自 1975 年美國德克斯儀器公司首次推出 8 位單片機(jī) TMS 1000 后才開始快速發(fā)展 1976 年 9 月 美國 Intel 公司首次推出 MCS 48 系列 8 位單片機(jī)以后 單片機(jī)發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的階段 1983 年 Intel 公司推出的 MCS 96 系列 1987 年 Intel 公司又推出的 80C96 等位 16 位單片機(jī) 近年來各個(gè)計(jì)算 機(jī)生產(chǎn)廠家已進(jìn)入更高性能的 32 位單片機(jī)研制 生產(chǎn)階段 單片機(jī)發(fā)展之快 品種之 多 其中最常用的主要有 AT89 系列單片機(jī) AVR 單片機(jī) Motorola 公司的 M68HC08 系 列單片機(jī)以及 PIC 單片機(jī) 隨著社會(huì)的發(fā)展 單片機(jī)的特點(diǎn)體現(xiàn)在體積小 可靠性高 使用方便等方面 根據(jù)溫度控制的特點(diǎn) 本次設(shè)計(jì)采用 AT89C51 單片機(jī)為控制核心 采用數(shù)字 PID 控制算法 實(shí)現(xiàn)對(duì)電烤箱的溫度的控制 通過本次設(shè)計(jì)進(jìn)一步詳細(xì)說明單片機(jī)控制系 統(tǒng)在社會(huì)生活中的應(yīng)用 為以后進(jìn)一步應(yīng)用單片機(jī)系統(tǒng)提供幫助 1 概 述 溫度控制是工業(yè)生產(chǎn)過程中經(jīng)常遇到的控制 有些工藝過程對(duì)其溫度的控制效果 直接影響著產(chǎn)品質(zhì)量 因而設(shè)計(jì)一種較為理想的溫度控制系統(tǒng)是非常有價(jià)值的 根據(jù) 溫度變化快慢的特點(diǎn) 并且控制精度不易掌握等特點(diǎn) 本文電烤箱的溫度控制為模型 設(shè)計(jì)了以 AT89C51 單片機(jī)為檢測(cè)控制中心的溫度控制系統(tǒng) 溫度控制采用 PID 數(shù)字控 制算法 顯示采用 3 位 LED 靜態(tài)顯示 該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單 控制算法新穎 控制精度高 有較強(qiáng)的通用性 1 1 技術(shù)指標(biāo) 電烤箱的具體指標(biāo)如下 a 電烤箱由 2 千瓦電爐加熱 最高溫度為 500 b 電烤箱溫度可預(yù)置 烤干過程恒溫控制 溫度控制誤差小于或者等于 2 c 預(yù)置時(shí)顯示設(shè)定溫度 烤干時(shí)顯示實(shí)時(shí)溫度 顯示精確到 1 d 溫度超出預(yù)置溫度 5 時(shí)發(fā)聲報(bào)警 XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 e 對(duì)升降溫過程的線性是沒有要求的 1 2 控制方案 產(chǎn)品的工藝不同 控制溫度的精度也不同 因而所采用的控制算法也不同 就溫 度控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)的特性來講 基本上都是具有純滯后的一階環(huán)節(jié) 當(dāng)系統(tǒng)精度及溫 控的線性性能要求較高時(shí) 多采用 PID 算法來實(shí)現(xiàn)溫度的控制 本系統(tǒng)是一個(gè)典型的閉環(huán)控制系統(tǒng) 從技術(shù)指標(biāo)可以看出 系統(tǒng)對(duì)控制精度的要 求不高 對(duì)升降溫過程的線性也沒有要求 因此 系統(tǒng)采用最簡單的通斷控制方式 當(dāng)烘干箱溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)斷開加熱電爐 當(dāng)溫度降到低于某值時(shí)接通電爐開始加熱 從而保持恒溫的控制 2 硬件部分設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的硬件部分包括單片機(jī)電路 A D 轉(zhuǎn)換器 放大器 傳感器 鍵盤及顯示電路 五大部分 其各部分連接關(guān)系如圖 2 1 所示 圖 2 1 電烤箱溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 2 1 單片機(jī)電路設(shè)計(jì) 隨著社會(huì)發(fā)展 單片機(jī)以其體積小 可靠性高 使用方便的特點(diǎn)在社會(huì)生活中達(dá) 到廣泛應(yīng)用 根據(jù)溫度控制特點(diǎn) 本次設(shè)計(jì)采用 AT89C51 以下對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)介紹 AT89C51 單片機(jī)是美國 Intel 公司的 8 位高檔單片機(jī)的系列 也是目前應(yīng)用最為廣 泛的一種單片機(jī)系列 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡化框圖如下所示 AT89C51 系列單片機(jī)主要有 CPU 存儲(chǔ)器 I O 接口電路及時(shí)鐘電路等部分組成 2 1 1 中央處理器 CPU A D XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 中央處理器 CPU 是單片機(jī)的核心 是計(jì)算機(jī)的控制指揮的中心 同一般微機(jī)的 CPU 類似 AT89C51 單片機(jī)內(nèi)部 CPU 包括控制器和運(yùn)算器 如圖 2 1 2 1 2 1 2 運(yùn)算器 AT89C51 運(yùn)算器電路以算術(shù)邏輯單元 ALU 為核心 有累加器 ACC 寄存器 B 暫存 器 1 暫存器 2 程序狀態(tài)寄存器 PSW 和布爾處理機(jī)共同組成 它主要完成數(shù)據(jù)的算術(shù) 運(yùn)算 邏輯運(yùn)算 位變量處理和數(shù)據(jù)傳輸操作 運(yùn)算結(jié)果的狀態(tài)由程序寄存器 PSW 保 存 A 算術(shù)邏輯單元 ALU 與累加器 ACC 寄存器 B 算術(shù)邏輯單元 ALU 不但能完成 8 位二進(jìn)制的加 減 乘 除等算數(shù)的運(yùn)算 而且 還能對(duì) 8 位變量進(jìn)行邏輯 與 或 異或 循環(huán)位移等邏輯的運(yùn)算 累加器 ACC 簡 稱累加器 A 為一個(gè) 8 位寄存器 它是 CPU 中使用最頻繁寄存器 專門存放操作數(shù)或運(yùn) 算結(jié)果 圖 2 1 2 1 AT89C51 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡化框圖 B 程序狀態(tài)寄存器 程序狀態(tài)寄存器 PSW 是一個(gè) 8 位的狀態(tài)寄存器 用于存放標(biāo)志的寄存器 用于存 放指令執(zhí)行后的狀態(tài) 以供程序查詢和判別 PSW 各位的狀態(tài)通常是在指令執(zhí)行的過程 中自動(dòng)設(shè)置 但可以由用戶根據(jù)需要指令加以改變 狀態(tài)寄存器共有進(jìn)位標(biāo)志位 CY 輔助進(jìn)位標(biāo)志位 或稱半進(jìn)位 AC 用戶自定義標(biāo)志位 F0 工作寄存器組選擇位 RS1 RS0 溢出標(biāo)志位 OV 奇偶標(biāo)志位 P XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 C 控制器 控制部件是單片機(jī)的神經(jīng)中樞 它包括程序計(jì)數(shù)器 PC 指令寄存器 IR 指令譯碼 器 ID 數(shù)據(jù)指針 DPTR 堆棧指針 SP 緩沖器和定時(shí)器控制電路 它先以主振頻率為基 準(zhǔn)發(fā)出 CPU 的時(shí)序?qū)χ噶钸M(jìn)行譯碼 然后發(fā)出各種控制信號(hào) 完成一系列定時(shí)控制微 操作 用來協(xié)調(diào)單片機(jī)各部分的正常工作 2 1 3 AT89C51 單片機(jī)引腳功能 AT89C51 系列單片機(jī)的封裝形式有兩種 一種是雙列直插方式的封裝 另一種是方 形的封裝 AT89C51 單片機(jī) 40 個(gè)引腳及總線結(jié)構(gòu)圖如下所示 其 CMOS 工藝制造的低地 功耗芯片也有采用方形的封裝 但為 44 個(gè)引腳 其中 4 個(gè)引腳是不使用的 由于 at89C51 單片機(jī)是高性能的單片機(jī) 同時(shí)受到引腳數(shù)目的限制 所以有部分引腳具有第 二功能 如圖 2 1 3 1 單片機(jī)引腳圖 a 主電源引腳 主電源引腳兩根 VCC 接 5V 電源正端 VSS 接 5V 電源地端 b 外接晶體引腳兩根 XTAL1 接外部石英體和微調(diào)電源一端 XTAL2 接外部晶體和微調(diào)電容另一端 其中 對(duì)用外部時(shí)鐘時(shí) 對(duì)于 HMOS 單片機(jī) XTAL1 腳接地 XTAL2 腳作為外部振蕩 信號(hào)輸入端 對(duì) CHMOS 單片機(jī) XTAL1 腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端 XTAL2 腳空不接 XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 圖 2 1 3 1 單片機(jī)引腳圖 2 1 4 引腳功能 I O 引腳共 32 根 A PO 口 P0 0 P0 7 統(tǒng)稱為 PO 口是 8 位雙向 I O 口線 P0 口即可作為地址 數(shù)據(jù) 總線使用 又可作為通用的 I O 口線 在不接片外存儲(chǔ)器與不擴(kuò)展 I O 口時(shí) 可作為 準(zhǔn)雙向輸入 輸出口 在接有片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)展 I O 時(shí) P0 口分時(shí)復(fù)用為低 8 位地址總 線和雙向數(shù)據(jù)的總線 B P1 口 P1 0 P1 7 統(tǒng)稱為 P1 口 是 8 位準(zhǔn)雙向 I O 口線 P1 口作為通用 I O 口使用 C P2 口 P2 0 P2 7 統(tǒng)稱為 P2 口 是 8 位準(zhǔn)雙向 I O 口線 P2 口即可作為通用 的 I O 口使用 也可作為片外存儲(chǔ)器的高 8 位地址線 與 P0 口組成 16 位片外存儲(chǔ)器 單元地址 P3 口的第二功能如下表所示 P3 口的第二功能 P3 0 RXD 串行口輸入 P3 1 TXD 串行口輸出 P3 2 0IM 外部中斷 0 輸入 P3 3 1IM 外部中斷 1 輸入 XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 P3 4 T0 定時(shí) 計(jì)數(shù)器 0 計(jì)數(shù)輸入 P3 5 T1 定時(shí) 計(jì)數(shù)器 1 輸入 P3 6 WR 片外 RAM 寫選通信號(hào) 輸出 P3 7 RD 片外 RAM 讀選通信號(hào) 輸出 2 1 5 控制線 控制線共四根 A ALE PROG 地址鎖存有效信號(hào)輸出率 B PSEN 片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端低電平有效 C RST VPD 復(fù)位信號(hào)備用電源輸入信號(hào) D EA VPP 片外程序存儲(chǔ)器選用端 2 1 6 AT89C51 單片機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) AT89C51 單片機(jī)的存儲(chǔ)器物理結(jié)構(gòu)上分為片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 片外 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和片外程序存儲(chǔ)器等 4 個(gè)存儲(chǔ)空間 2 1 7 AT89C51 單片機(jī)的并行 I O 端口 AT89C51 單片機(jī)有 4 個(gè) 8 位并行 I O 端口 P0 P1 P2 P3 每個(gè)端口都各有 8 條 I O 口線 每條 I O 口線都獨(dú)立地用作輸入輸出 在具有片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器的系統(tǒng)中 P2 口送出高 8 位地址 P0 口分時(shí)送出低 8 位地址和 8 位數(shù)據(jù) 各端口的功能不同 結(jié)構(gòu)上也有差異 但是每個(gè)端口的 8 位結(jié)構(gòu)是完全相同的 如圖 2 1 7 1 I O 口位結(jié)構(gòu)圖所示 a P0 口 P0 口是一個(gè)三態(tài)雙向口 可作為地址 數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用口 也可作為通用 I O 接口 b P1 口 P1 口為準(zhǔn)雙向口 它在結(jié)構(gòu)上與 P0 口的區(qū)別在與輸出驅(qū)動(dòng)部分 其輸 出驅(qū)動(dòng)部分由場(chǎng)效應(yīng)管 V1 與內(nèi)部上拉電阻組成 當(dāng)某位輸出高電平時(shí) 可以提供上拉 電流負(fù)載 不必像 P0 口上那樣需要外接上拉電阻 c P2 口 P2 口也為準(zhǔn)雙向口 其具有通用 I O 接口或高 8 位地址總線輸出兩種功 能 所以其輸出驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)比 P1 口輸出驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)多了一個(gè)輸出模擬轉(zhuǎn)換開關(guān) MUX 和反相 器 3 d P3 口 P3 口的輸出驅(qū)動(dòng)由與非門 3 和 V1 組成 比 P0 P1 P2 口結(jié)構(gòu)多了一個(gè)緩 沖器 4 P3 口除了可為通用準(zhǔn)雙向 I O 接口外 每一根線還具有第二功能 XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 圖 2 1 7 1 I O 口位結(jié)構(gòu)圖 2 1 8 AT89C51 單片機(jī)時(shí)鐘電路及時(shí)序 a 時(shí)鐘電路 AT89C51 單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常有兩種方式產(chǎn)生 一種是內(nèi)部的方式 一種是外部 的方式 圖 2 1 8 1 2 1 8 2 所示 b 時(shí)序 AT89C51 單片機(jī)指令字節(jié)數(shù)和機(jī)器周期數(shù)可分為六類 即單字節(jié)單機(jī)器周期指令 單字節(jié)雙機(jī)器周期指令 單字節(jié)四機(jī)器周期指令 雙字節(jié)單機(jī)器指令 雙字節(jié)雙機(jī)器 周期指令和三字節(jié)雙機(jī)器周期指令 圖 2 1 8 1 內(nèi)部方式時(shí)鐘電路 圖 2 1 8 2 外部方式時(shí)鐘電路 2 1 9 復(fù)位電路 復(fù)位是通過某種方式 使單片機(jī)內(nèi)各寄存器的值變?yōu)槌踔禒顟B(tài)操作 AT89C51 單片 XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 機(jī)在時(shí)鐘電路工作以后 在 RST VPD 端持續(xù)給出兩個(gè)機(jī)器周期的高電平就可以完成復(fù) 位操作 復(fù)位分為上電復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式 AT89C51 單片機(jī)復(fù)位狀態(tài)如下所 示 寄存器 復(fù)位狀態(tài) 寄存器 復(fù)位狀態(tài) PC 0000H ACC 00H B 00H PSW 00H SP 07H DPTR 0000H P0 P1 OFFH IP XXX00000B IE 0XX00000B TMOD 00H TCON 00H TL0 TL1 00H TH0 TH1 00H SCON 00H SBUF 不定 PCON 0XXX0000B 2 1 10 AT89C51 單片機(jī)的指令系統(tǒng) 控制計(jì)算機(jī)與操作指令是一組二進(jìn)制編碼 稱之為機(jī)器語言 計(jì)算機(jī)只能識(shí)別和 執(zhí)行機(jī)器語言指令 AT89C51 單片機(jī)指令與指令系統(tǒng)共有 111 條指令 從功能上可分成 數(shù)據(jù)傳輸類指令 算術(shù)運(yùn)算指令 邏輯運(yùn)算和移位指令 程序控制轉(zhuǎn)移類指令和位操 作指令五大類 2 2 傳感器電路設(shè)計(jì) 2 2 1 傳感器概述 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn) 傳感器定義是 能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定得規(guī)律轉(zhuǎn)換成可 用輸出信號(hào)器件或裝置 傳感器一般由敏感元件 轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路三部分組成 其組成框圖如 2 2 1 1 所示 圖 2 2 1 1 傳感器組成框圖 敏感元件 它是直接感受被測(cè)量并輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系某一種量的元件 轉(zhuǎn)換元件 敏感元件的輸出就是它的輸入 它把輸入轉(zhuǎn)換成電路參量 轉(zhuǎn)換電路 上述電路參數(shù)接入轉(zhuǎn)換電路 便可轉(zhuǎn)換成電量輸出 傳感器按其工作原理可分為物理傳感器 化學(xué)傳感器 生物傳感器 XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 物理傳感器是利用某些變換元件的物理性質(zhì) 及某些動(dòng)作功能材料的特殊物理性 能制成的傳感器 化學(xué)傳感器是利用電化反應(yīng)的原理 把無機(jī)和有機(jī)化學(xué)物質(zhì)成分 濃度等轉(zhuǎn)換為 電信號(hào)傳感器 生物傳感器是一種利用生物活性物質(zhì)的選擇性來識(shí)別和測(cè)定生物化學(xué)物質(zhì)傳感器 隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步的需要 推動(dòng)著傳感器技術(shù)的迅速發(fā)展 目前傳感 器技術(shù)的發(fā)展方向主要有開發(fā)新型傳感器 開發(fā)新材料 采用新工藝 集成化多功能 化與智能化等幾個(gè)方面 2 2 2 傳感器的基本特性 根據(jù)被測(cè)量的變化狀態(tài) 可以把傳感器輸入量分為靜態(tài)量和動(dòng)態(tài)量兩大類 靜態(tài) 量指?jìng)鞲衅鞯妮斎肓课怀绦驙顟B(tài)信號(hào)或變化及其緩慢的準(zhǔn)靜態(tài)信號(hào) 動(dòng)態(tài)量指?jìng)鞲衅?的輸入量為周期信號(hào) 瞬變信號(hào)或隨機(jī)信號(hào)等時(shí)間變化的信號(hào) 其中 傳感器的靜態(tài) 特性是指?jìng)鞲衅髟诒粶y(cè)量處于穩(wěn)定狀態(tài)下的輸出輸入關(guān)系 傳感器的靜態(tài)特性是在靜 態(tài)標(biāo)準(zhǔn)工作條件測(cè)定的 衡量傳感器靜態(tài)靜態(tài)特性的主要技術(shù)指標(biāo)有量程 線性度 遲滯 重復(fù)性 靈敏度 漂移 傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鲗?duì)隨時(shí)間變化的輸入量 的響應(yīng)特性 A 傳感器的技術(shù)性能指標(biāo)及改善性能途徑 傳感器技術(shù)性能指標(biāo) 傳感器動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) 量程指標(biāo) 包括測(cè)量范圍 過載能力 靈敏度指標(biāo) 包括靈敏度 分辨力 滿量程輸出 輸出輸入阻抗 A 精度有關(guān)指標(biāo) 包括精度 誤差 重復(fù)性 線性 滯后 靈敏度誤差 閥值 穩(wěn)定性 漂移 B 動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) 包括固有頻率阻尼系數(shù) 時(shí)間常數(shù) 頻響范圍 頻率特性 臨 界頻率 臨界速度 穩(wěn)定時(shí)間 C 環(huán)境參數(shù)指標(biāo) a 溫度指標(biāo)包括工作溫度范圍 溫度誤差 溫度漂移 溫度系數(shù) 熱滯后 b 抗沖擊振動(dòng)指標(biāo) 包括各向沖擊振動(dòng)的頻率 振幅 加速度 沖擊振動(dòng)引入的 誤差 c 其他環(huán)境參數(shù) 包括抗潮濕 抗介質(zhì)腐蝕能力 抗電磁場(chǎng)干擾能力 XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 C 可靠性指標(biāo) 包括工作壽命 平均故障時(shí)間 保險(xiǎn)期 疲勞性能 絕緣電阻耐壓弧性能 D 其他指標(biāo) a 使用方面 包括供電方式 電壓幅度與穩(wěn)定性功能 各項(xiàng)分布參數(shù) b 結(jié)構(gòu)方面 名手外形尺寸質(zhì)量 殼體材質(zhì) 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) c 要裝連接方面 包括安裝方式 饋成 電纜 改善傳感器性能的技術(shù)途經(jīng) a 差動(dòng)技術(shù) b 平均技術(shù) c 零示法和微差法 d 閉環(huán)技術(shù) e 屏蔽隔離子干擾抑制 f 補(bǔ)償修正技術(shù) g 穩(wěn)定性處理 根據(jù)本設(shè)計(jì)要求選用熱電式傳感器 將被測(cè)量變化轉(zhuǎn)換成熱生電動(dòng)勢(shì)傳感器稱熱電式傳感器 熱電式傳感器可將溫度 及溫度相關(guān)的信號(hào)轉(zhuǎn)化為電量輸出 熱電式傳感器有熱電阻 熱敏電阻 熱電效方式 等各種類型 根據(jù)電烤箱特點(diǎn)采用熱電阻傳感器 熱電阻利用金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度升高而增大的特性來來進(jìn)行了溫度測(cè)量的 常用測(cè)量范圍為 20 C 150 C 隨著其技術(shù)的發(fā)展 其測(cè)溫范圍也不斷擴(kuò)大 低 溫已可測(cè)量 1K 3K 高溫則可測(cè)量 1000 C 1300 C 熱電阻力傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)有 A 測(cè)量精度高 熱電阻材料電阻溫度特性穩(wěn)定 重復(fù)性好 不存在熱電偶參比端 誤差問題 B 測(cè)量范圍較寬 尤其在低溫的方面 C 易于在自動(dòng)測(cè)量或遠(yuǎn)距離測(cè)量中的使用 常用的熱電陰材料有鉑 銅 鎳 鐵等 2 2 3 熱電阻的測(cè)量電路及應(yīng)用 熱電阻常用接入電橋使用引出線有兩 三線式和四線式三種形式 采用兩線式接 法時(shí) 如圖 2 2 3 1 所示 Rt 的接法 引出的導(dǎo)線接于電橋的一個(gè)臂上 當(dāng)由于環(huán)境溫 度或通以電流引起導(dǎo)成溫度變化時(shí) 將產(chǎn)生附加的電阻 引起測(cè)量誤差 所以 當(dāng)熱 電阻值較小時(shí) 常采用三線式 四線式接法 以消除接線電阻和引線電阻影響 三線式接法是將兩條具有相同溫度特性的導(dǎo)成接于相鄰兩橋臂上 此時(shí)由于附加 電阻引起電阻變化是相同的 根據(jù)電橋特性 電橋輸出將互相抵消 XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 圖 2 2 3 1 熱電阻傳感器的接線方式 四線式接法 R2 R3 為固定電阻 R1 可調(diào) 熱電阻 Rt 通過電阻為 r1 r2 r3 r4 的四要導(dǎo)線和電橋連接 r1 r4 分別串聯(lián)在相鄰兩橋臂內(nèi) r2 r3 與電源去路串聯(lián) 將開關(guān)接通 調(diào)節(jié) R1 使電橋平衡 則 R1 r1 Rt r4 再將開關(guān)接通 B 重新調(diào)整 R1 使電橋達(dá)到新的平衡 則 R1 r1 Rt r1 兩式相加得 Rt 2 11RR 四線式測(cè)量方法比較麻煩 一般用于精度要求較高的場(chǎng)合 2 3 A D 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 2 3 1 逐次逼近型 A D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809 a ADC0809 的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) 如圖 2 3 1 1 如圖 多路開關(guān)可達(dá)通訊員 89 模擬通道 允許 8 路模擬量分時(shí)輸入 共用一個(gè) A D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換 地址鎖存與譯碼電路完成對(duì) A B C 三個(gè)地址供進(jìn)行鎖存和譯碼 其譯碼輸出用于通道的選擇 8 位 A D 轉(zhuǎn)換器是逐次逼近式 由控制時(shí)序電路 逐次逼近寄存器 樹狀開關(guān)以及 其 256R 電阻下型網(wǎng)絡(luò)等組成 輸出鎖存器用于存放和輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量 b ADC0809 的引腳及各引腳功能 XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 圖 2 3 1 1 ADC0809 內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖 ADC0809 的引腳入各引腳雙引直插式封裝 其引腳排列見圖 2 3 1 2 所示 各引腳功能如下 A INT 2NO 8 咱模擬量輸入引腳 ADC0809 對(duì)輸入模擬量的要求主要有二信號(hào) 的單極性 電壓范圍 0 5V 若信號(hào)過小還需要進(jìn)行放大 另外 在 A D 轉(zhuǎn)換的過種中 模擬量輸入值不應(yīng)變化太快 因此 對(duì)變化速度快模擬量在輸入前應(yīng)增加采樣保持電 路 B A B C 地址線 A 為低位地址 C 為高位地址用于對(duì)模擬通道進(jìn)行的選擇 C ALE 地址鎖存允許信號(hào) 在對(duì)應(yīng) ALE 跳轉(zhuǎn) A B C 地址狀態(tài)送入地址的鎖 存器中 XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 圖 2 3 1 2 ADC0809 引腳功能圖 D Vref 參考電壓正端參考電壓用來與輸入模擬信號(hào)進(jìn)行比較 作為逐次逼近的 基準(zhǔn) 其曲型值為 5V Vref 5V Vref 0 D START 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào) START 上跳轉(zhuǎn)時(shí) 所有內(nèi)部寄存器清 0 START 下跳轉(zhuǎn)時(shí) 開始進(jìn)行 A D 轉(zhuǎn)換 在 A D 轉(zhuǎn)換期間 START 應(yīng)保持低電平 E DT D0 數(shù)據(jù)輸出線 其為三態(tài)緩沖輸出形式 可以和單片機(jī)數(shù)據(jù)線直接相連 F DE 輸出允許信號(hào) ADC0809 的內(nèi)部設(shè)有時(shí)鐘電路 所需時(shí)鐘 信號(hào)由外界提 供 因此有時(shí)鐘信號(hào)的引腳 通常使用頻率為 500KHZ 時(shí)鐘信號(hào) I Vcc 5 電源 2 3 2 AT89C51 單片機(jī)與 ADC0809 接口 A 8 路模擬通道選擇 A B C 分別接地址鎖存器提供的低三位地址 只要把三位地址寫入 0809 中的地 址鎖存器就實(shí)現(xiàn)了模擬通道選擇 對(duì)系統(tǒng)來說 地址鎖存器是一個(gè)輸出口 為了把三 位地址寫入 還要提供口地址 B 數(shù)據(jù)的傳輸方式 定時(shí)傳輸方式 查詢方式 中斷方式 2 4 放大器電路設(shè)計(jì) 傳感器是將待測(cè)物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的輸出 但其輸出的信號(hào)通常的都 很小 需要進(jìn)行放大 傳感器信號(hào)的放大 根據(jù)具體情況可采用分立元件放大器 晶 XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 體管放大器 和集成元件放大器 運(yùn)算放大器 2 4 1 交流放大器電路 a 共發(fā)射極放大電路 A 工作點(diǎn)不穩(wěn)定狀態(tài) 靜態(tài)工作點(diǎn) Ec Ib Rb IcIb UceEcIcRc 交流等效電路 R fzRcRfz 圖 2 4 1 1 工作點(diǎn)不穩(wěn)定狀態(tài)放大電路 輸入電阻 rsr rbe 當(dāng) rbe Rb 時(shí) 輸出電阻 rsc Rce Rc rsc 放大倍數(shù) K R fz rbc 此放大器特點(diǎn) 放大倍數(shù)大 B 工作點(diǎn)穩(wěn)定狀態(tài) a 靜態(tài)工作點(diǎn) 由 1 2 11 12Re1 Ue R Ube RR 2 1 EeUeUbe Rc 交流等效電路 R fz1 Rc1 rbe R fz2 Rc2 Rfz 輸入電阻 rsr rbe2 當(dāng) rbe1 R1 R2 時(shí) 輸出電阻 rsc Rc 放大倍數(shù) K 當(dāng) RC1 rb2 時(shí) Usc Usr 1 2 2 1 R fz Rbe 此放大電路特點(diǎn) 放大倍數(shù)大 工作點(diǎn)穩(wěn)定 XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 b 靜態(tài)工作點(diǎn) Ub Ua Ub Ube 1 12 EcRb RbRb Ie Uce Ec Ic Re Rc Re Ue 交流等效電路 R fz Rc Rfz 輸入電阻 rsr rbe 當(dāng) rbe Rb1 Rb2 輸出電阻 rsc Rc 放大倍數(shù) K R fz rbe 圖 2 4 1 2 工作點(diǎn)穩(wěn)定狀態(tài) a 類放大器電路 此放大電路特點(diǎn) rsr 較大 K 1 且與晶體管參數(shù)幾乎無關(guān) 圖 2 4 1 3 工作點(diǎn)穩(wěn)定狀態(tài) b 類放大器電路 C 靜態(tài)工作點(diǎn) Ub Uc 同左 但 Ie Uce Ec Ic Rc Re RF Re Uc RF 交流等效電路 R fz Rc Rfz XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 輸入電阻 12 srbbFberRRRr 輸出電阻 當(dāng)時(shí) bbe sc Rr r eR bbeRr 放大倍數(shù) 當(dāng) fzR K RF beRFr 此放大電路特點(diǎn) 大 小 srrscr1K 圖 2 4 1 4 工作點(diǎn)穩(wěn)定狀態(tài) c 類放大器電路 A V 共集電極放大電路 靜態(tài)工作點(diǎn) c bcbceccc bc E III UEI R RR 交流等效電路 輸入電阻 fzcfzRRR srbfzrRR 放大倍數(shù) 1 1 fz befz R K rR XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 圖 2 4 1 5 共集電極放大器電路 B 反饋 凡是引入反饋以后使放大鏡器的放大倍數(shù)減小的稱為負(fù)反饋 反之凡是引反饋以 后使放大倍數(shù)增大的稱為正反饋贈(zèng) 其中換反饋有電壓串聯(lián)負(fù)反饋贈(zèng) 電流串聯(lián)負(fù)反 饋贈(zèng) 電壓并聯(lián)負(fù)反饋贈(zèng) 電流并聯(lián)的負(fù)反饋 2 4 2 直流放大器電路 將緩慢直流量信號(hào)進(jìn)行廣大器件稱直流放大器 它與前述交流放大器的區(qū)別是交 流放大器級(jí)與級(jí)之間加了三個(gè)隔離的直電流電容 即耦合電容 而直流放大器級(jí)與級(jí) 之間沒有這個(gè)電路 故直流放大器又稱直接耦合放大器 2 4 3 運(yùn)算放大器電路 A 概述 在直流差動(dòng)放大器的輸入端子輸出端之間跨接各種網(wǎng)絡(luò) 如電阻 R1 電容 C 等 使構(gòu)成用來實(shí)現(xiàn)信號(hào)組合和運(yùn)算的運(yùn)算放大器 運(yùn)算放大器通常是由放大電路組成 輸入級(jí) 第一級(jí) 由晶體管 T1 和 T2 組成差動(dòng)放大鏡電路 T3 和 T4 是 T1 和 T2 的有源 負(fù)載 T9 是恒流源 第二級(jí)放大電路由晶體管 T5 和 T6 組成 T10 是恒流源 T6 的有 源負(fù)載 為了獲得輸出阻抗 輸出級(jí) 第三級(jí) 由晶體管 T7 和 T8 組成 采用互補(bǔ)對(duì) 稱放大電路 運(yùn)算放大器是一種具有高放大倍數(shù) 深度負(fù)反饋的直流放大器 便于實(shí)現(xiàn)信號(hào)的 組合和運(yùn)算 有很大靈活性 尤其在線性固體組件出現(xiàn)后 有具有體積小 質(zhì)量輕等 優(yōu)點(diǎn) 所以在實(shí)際中應(yīng)用固體組件運(yùn)算放大器所組成的電路是多種多樣的 理想運(yùn)算放大器的特性 a 開環(huán)增益 Ad 無限大 b 輸入阻抗無限大 c 輸出阻抗 Z 為 0 XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 圖 2 4 3 1 運(yùn)算放大器電路圖 d 輸入電壓的失調(diào)電壓 rf 為 e 帶寬無限大 f 上述 a e 的特性不隨環(huán)境溫度 的變化而變化 B 運(yùn)算放大器的典型電路 a 反饋型號(hào)放大電路 b 加法放大電路 c 減法放大電路 d 積分電路 e 對(duì)數(shù)放大 電路 f 乘法器電路 g 除法器電路 h 比較器電路 i 整流器電路 j 限頻器電路 k 數(shù)據(jù) 放大器電路 l 弱電流放大器 m 電荷放大器電路 2 4 4 集成運(yùn)算放大器概述 在信號(hào)放大 信號(hào)的運(yùn)算 加 法 乘 除 對(duì)數(shù) 反對(duì)數(shù) 平方 開方 信號(hào) 的處理 濾波 調(diào)制 以及波形的產(chǎn)生和變換的單元中 運(yùn)算放大器是它們的核心部 分 由多級(jí)直接耦合放大電路組成 主要有 總體 偏置電路 單位增益轉(zhuǎn)換 電平 轉(zhuǎn)移 恒流反饋 消振補(bǔ)償?shù)冉M成 主要參數(shù)有 差模開環(huán)增益 或差模開環(huán)放大倍 數(shù) AUD 共模開環(huán)增益 AUC 共模抑制比 KCMR 輸入失調(diào)電壓 Vi0 失調(diào)電壓溫度系數(shù) aUi0 dUi0 dT 輸入失調(diào)電流 Ii0 I1 I 失調(diào)電流溫度系數(shù) aI10 dI10 dT 單位增益 寬帶 fBWG 轉(zhuǎn)換速率 Sr 以及其他參數(shù) 本次設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)際情況采用多級(jí)交流放大電路 接線圖見附圖 2 5 鍵盤及顯示電路的設(shè)計(jì) 2 5 1 鍵盤接口電路 A 鍵盤的工作原理 a 按鍵的確認(rèn) 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中 按鍵都是以開關(guān)狀態(tài)來設(shè)置控制功能或能入數(shù)據(jù)的 鍵的 半合與否 反映在電壓上就是呈高電平或低電平 如果高電平表示斷開的話 那么低 XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 電平就是表示閉合 所以通過電平的高代狀態(tài)的檢測(cè) 使可以克認(rèn)按鍵接下與否 b 按鍵的抖動(dòng)處理 當(dāng)按鍵被迫按下或釋放時(shí) 通常伴隨有一定的時(shí)間的觸點(diǎn)機(jī)械抖動(dòng) 然后其獨(dú)占 才穩(wěn)定下來 抖動(dòng)時(shí)間一般為 5 10ms 在使用過程 必須去抖措施 去抖有硬件和軟 件兩種方法 硬件方法通常采用通過 RS 觸發(fā)器連接按鍵除抖 軟件方法采用昝方法除 抖 其過程是在檢測(cè)到有按鍵按下時(shí) 進(jìn)行一個(gè) 10ms 左右的昝程序后 若該鍵仍保持 閉合狀態(tài) 則確認(rèn)該鍵處于討債狀態(tài) 同理 在檢測(cè)到該鍵釋放后 也應(yīng)珠步驟進(jìn)行 確認(rèn) 從而可消除抖動(dòng)的影響 B 獨(dú)立工按鍵 獨(dú)立式按鍵是直接用 I O 口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路 其特點(diǎn)是每個(gè)按鍵單獨(dú)占用 一根 I O 口線 每個(gè)按鍵的工作不會(huì)其他 I O 口線的狀態(tài) C 矩陣式按鍵 單片機(jī)系統(tǒng)中 若使用按鍵分明 通常采用矩陣式 也稱行列式 鍵盤 如圖 2 5 1 1 所示 一個(gè) 4 4 的行列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個(gè)含有 16 個(gè)按鍵的鍵盤 在矩陣式鍵盤中 行列 式分別連接到按鍵開關(guān)的兩端 行式通過二伴電阻接到 5V 上 當(dāng)無鍵按下時(shí) 行式于 高電平狀態(tài) 當(dāng)有鍵按下時(shí) 行列式將貫通 此時(shí) 圖 2 5 1 1 矩陣式鍵盤結(jié)構(gòu) 行線電平 將由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定 這是識(shí)別按鍵是否按下的關(guān)鍵 然而 矩陣鍵盤中的行線 列線和多個(gè)鍵相邊 各按鍵按下與否均影響該鍵反在行線 和死線的電平 各按鍵間將相互影響 因此必須將行線 列線信號(hào)配合起來作適應(yīng)處 理 才能確定閉合鍵的位置 其中 矩陣式鍵盤有以下幾種工作方式 a 編程掃描方式 XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 編程掃描是 CPU 完成其他工作的空余時(shí)間 調(diào)用鍵盤掃描子程序來響應(yīng)鍵盤輸入 的要求 在執(zhí)行鍵功能程序時(shí) CPU 不再響應(yīng)鍵輸入要求 直到 CPU 重新掃描鍵盤為止 鍵盤掃描程序一般應(yīng)飫以下內(nèi)容 a 差別有無鍵按下降鍵盤掃描取得閉合鍵的行 列值 b 用計(jì)算法或查表法得到鍵值 c 判斷閉合鍵是否釋放 如釋放則繼續(xù)等待 d 將閉合鍵鍵號(hào)保存 同時(shí)轉(zhuǎn)去執(zhí)行該執(zhí)行該閉合鍵的功能 b 定時(shí)掃描方式 定時(shí)掃描方式就是每隔一段時(shí)間對(duì)鍵盤掃描一次 它利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器產(chǎn) 生一定時(shí)間定時(shí) 當(dāng)定時(shí)時(shí)間到就產(chǎn)生定時(shí)溢出中斷 CPU 響應(yīng)中斷后對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描 c 中斷掃描方式 為提高 CPU 工作效率 可采用中斷掃描工作方式其工作過和如下 當(dāng)無鍵接下時(shí) CPU 處理自己的工作 當(dāng)有鍵接下時(shí)產(chǎn)生中斷請(qǐng)求 CPU 轉(zhuǎn)去執(zhí)行鍵盤掃描子程序 并 識(shí)別鍵號(hào) 2 5 2 LED 顯示器接口電路 常用 LED 顯示器有 LED 狀態(tài)顯示器 俗稱發(fā)光二極管 LED 七段顯示器 俗稱數(shù)碼 管和 LED 十六段顯示器 發(fā)光二極管可顯示兩種狀態(tài) 用于系統(tǒng)的顯示 數(shù)碼管用于 數(shù)字的顯示 LED 十六段的顯示器 用于字符顯示 A 數(shù)碼管結(jié)構(gòu) 數(shù)碼管由 8 個(gè)發(fā)光二極管 以下簡稱字段 構(gòu)成 通過不同組合可用來顯示數(shù)字 0 9 字符 A F 及小數(shù)點(diǎn) 數(shù)碼管又分為共陰極和共陽極兩種結(jié)構(gòu) B 數(shù)碼管工作原理 共陽極數(shù)碼管 8 個(gè)發(fā)光二級(jí)管的陽極 二極管正端 連接在一起 通常會(huì)共陽極 接高電平 1 一般接電源 1 當(dāng)某個(gè)陰極接低電平時(shí) 則該數(shù)碼管導(dǎo)通并點(diǎn)亮 共陰極數(shù) 碼管 8 個(gè)發(fā)光二極管的陰極 二極管負(fù)端 連接在一起 公共陰極接低電平 一般接 地 當(dāng)某個(gè)陽極接高電平 則該數(shù)碼管并點(diǎn)亮 C 靜態(tài)顯示接口 靜態(tài)顯示是指數(shù)碼管顯示某一字符時(shí) 相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定導(dǎo)通或恒定截止 這種顯示方式各位數(shù)碼管相互獨(dú)立 公共端恒定接地 共陰極 獲接正電源 共陽極 每個(gè)數(shù)碼管的 8 個(gè)字段分別與一個(gè) 8 位 I O 地址相連 I O 口只要有斷碼輸出 相應(yīng)字 符即顯示出來并保持不變直動(dòng) I O 口輸出新的端碼采用靜態(tài)顯示的方式 較小的電流 XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 即可獲得較大亮度 且占用 CPU 時(shí)間少編程簡單 顯示 便于檢測(cè)和控制 但其占用 口線多 硬件電路復(fù)雜 成本高 只適合于顯示位數(shù)較少場(chǎng)合 D 動(dòng)態(tài)顯示接口 動(dòng)態(tài)顯示是一位一位地輪流點(diǎn)亮各位數(shù)碼管 這種逐位點(diǎn)亮顯示方式稱為位掃描 通常各位數(shù)碼管的段選線相應(yīng)并聯(lián)在一起由 8 位 I O 口控制 各位選線 公共陰極或 陽極 有另外 I O 口線控制 動(dòng)態(tài)方式顯示時(shí) 各數(shù)碼管分時(shí)輪流選通 要使穩(wěn)定顯 示 必須采用掃描方式 即在某一時(shí)刻只選通一位數(shù)碼管 并送出相應(yīng)端碼 在另一 位數(shù)碼管并送出相應(yīng)的端碼 依此規(guī)律循環(huán) 即可使各位數(shù)碼管顯示將要顯示字符 雖然這些字符是在不同時(shí)刻分別顯示 但由于人眼存在視覺暫留效應(yīng) 只要每位顯示 間隔足夠短就可以給人以同時(shí)顯示的感覺 圖 2 5 2 1 數(shù)碼管與單片機(jī)接口 2 6 抗干擾電路設(shè)計(jì) 隨著強(qiáng)電弱電設(shè)備在通信計(jì)算機(jī)自動(dòng)化等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用 處于同一工作環(huán)境各 種電子電氣電路因距離過近而相互影響 耦合 形成電磁干擾 EMI 電磁干擾已成為 現(xiàn)代電子電氣工程設(shè)計(jì)和研究人員在設(shè)計(jì)過程中必須考慮問題 一方面 這是由于當(dāng) 前電子技術(shù)正朝著高速 高靈敏度 高集程度方面的發(fā)展 增加了現(xiàn)代電子設(shè)備內(nèi)部 產(chǎn)生電磁干擾的可能性 另一方面 使用隨著自動(dòng)化技術(shù)裝備的廣泛使用 形成了電 子設(shè)備和大功率強(qiáng)電設(shè)備在同一場(chǎng)合共存和使用的局面 惡化了電子電路工作的外部 電磁環(huán)境 因此 電磁干擾已成為許多電子設(shè)備與系統(tǒng)在環(huán)境正常操作運(yùn)行主要障礙 之一 XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 2 6 1 電磁干擾的形成因素 電池干擾由電磁干擾源發(fā)射經(jīng)過耦合途徑傳輸?shù)奖桓蓴_設(shè)備 敏感設(shè)備 因此形 成電磁干擾的要素有 電磁干擾源 傳輸通到 敏感設(shè)備 2 6 2 干擾的分類 A 按干擾源分為自然干擾和人為干擾 B 按噪聲波形及性質(zhì)分為持續(xù)正弦波干擾和浪涌脈沖波形干擾以及脈沖列干擾 C 按干擾傳輸系統(tǒng)的方式分為共模干擾 差模干擾 傳導(dǎo)耦合 感應(yīng)耦合和輻射 耦合 2 6 3 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)電磁干擾控制的一般方法 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)干擾源分為內(nèi)部干擾源和外部干擾源 其中內(nèi)部干擾源主要來自 于印制電路板的布局及布線 單片機(jī)系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)主要包括以下四個(gè)方面的內(nèi)容 A 精心選擇元器件 元器件是構(gòu)成部件或系統(tǒng)的基礎(chǔ) 要選擇集成度高 抗干擾能力強(qiáng)功耗小電子器 件 B 元部件要精密調(diào)整 元器件的精密度是保證系統(tǒng)完成設(shè)定功能重要保證 因此在使用前或經(jīng)過一段運(yùn) 行時(shí)間之后 都應(yīng)該對(duì)元器件及部件進(jìn)行精確調(diào)整 如 A D 芯片的調(diào)零及滿量程調(diào)整 C 采用硬件抗干擾技術(shù) 硬件抗干擾技術(shù)是設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)首選的抗干擾措施 它能有效抑制干擾源 阻斷干 擾傳輸通道 只要合理地布置與選擇有關(guān)的參數(shù) 硬件抗干擾措施就能抑制系統(tǒng)的絕 大部分干擾 常用的硬件抗干擾技術(shù)措施有 吸收技術(shù) 去耦技術(shù) 屏蔽技術(shù) 接地 技術(shù) 隔離技術(shù)以及印制電路板布線技術(shù) D 采用軟件抗干擾技術(shù) 軟件抗干擾方法具有簡單 靈活方便 耗費(fèi)硬件資源少的特點(diǎn) 在微機(jī)測(cè)控系統(tǒng) 中獲得了廣泛應(yīng)用 常用的軟件抗干擾技術(shù)有 數(shù)字濾波 信息傳輸過程的自動(dòng)檢驗(yàn) 系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視與發(fā)生故障時(shí)的自動(dòng)恢復(fù) 本次設(shè)計(jì)采用硬件抗干擾技術(shù)中的屏蔽技術(shù) 通過合理的硬件抗干擾措施 可以消除絕大部分電磁干擾 應(yīng)用硬件抗干擾措施 是經(jīng)常采用的一種方法 下面做詳細(xì)介紹 XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 2 6 4 硬件抗干擾措施 A 屏蔽技術(shù) 屏蔽技術(shù)能有效地抑制通過自由空間傳播的電磁干擾 通過應(yīng)用屏蔽技術(shù) 可以 限制系統(tǒng)內(nèi)部的輻射電磁能對(duì)外部元件和裝置干擾 同時(shí)也防止來自系統(tǒng)外部輻射干 擾進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)部 屏蔽接地其原理可分為電場(chǎng)屏蔽 磁場(chǎng)屏蔽和電磁場(chǎng)屏蔽 屏蔽分析一般采用兩種方法 一種是應(yīng)用電路理論 另一種是應(yīng)用場(chǎng)理論 B 接地技術(shù) 實(shí)踐證明 良好的接地可以在很大程度上抑制系統(tǒng)內(nèi)部噪聲耦合 防止外部干擾 的侵入 提高系統(tǒng)的抗干擾能力 反之若接地處理得不好 會(huì)導(dǎo)致噪聲耦合 形成嚴(yán) 重干擾 電氣設(shè)備中的 地 通常有兩種含義 一種是 大地 另一種是 工作基準(zhǔn)地 所謂 大地 這里是指電氣設(shè)備的金屬外殼 線路等通過通過接地線 接地極與 地球大地的相連接 這種接地可以保證設(shè)備和人身安全 提供靜電的屏蔽 通路降低 電磁感應(yīng)噪聲 工作基準(zhǔn)地 是指信號(hào)回答的基準(zhǔn)導(dǎo)體 如控制電源的零電位 稱 系統(tǒng)地 這是的所謂接地是指將各單元 裝置內(nèi)部各部分電路信號(hào)返回線與 基準(zhǔn)導(dǎo)體之間的連接 這種接地的目的是為各部分提供穩(wěn)定的基準(zhǔn)電位 對(duì)這種接地 的要求時(shí)盡量減小接地回路中的公共阻抗壓降 以減少系統(tǒng)中干擾信號(hào)公共阻抗的耦 合 電氣設(shè)備接地的目的有三個(gè) 其一是為各電路的工作提供基準(zhǔn)電位 其二是為了 安全 其三是為了抑制干擾 根據(jù)電氣設(shè)備回路性質(zhì)和接地目的 可將接地方式分為三類 安全接地 工作接 地和屏蔽接地 此外電磁干擾源硬件控制技術(shù)還有濾波技術(shù) 隔離技術(shù) 電路平衡結(jié)構(gòu) 雙絞線 抗干擾接地 信號(hào)線間的抑制 漏電干擾防止措施 3 軟件部分設(shè)計(jì) 3 1 工作流程 烤箱在上電復(fù)位后先處于停止加熱的狀態(tài) 這時(shí)可以用 1 鍵設(shè)定預(yù)置溫度 顯示器顯示預(yù)定溫度 溫度設(shè)定好后就可以按啟動(dòng)鍵啟動(dòng)系統(tǒng)工作了 溫度檢測(cè)系統(tǒng) XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 不斷定時(shí)檢測(cè)當(dāng)前溫度 并送往顯示器顯示 達(dá)到預(yù)定值后停止加熱并顯示當(dāng)前溫度 當(dāng)溫度下降到下限 比預(yù)定值低 2 時(shí)再啟動(dòng)加熱 這樣不斷重復(fù)上述過程 使溫度 保持在預(yù)定溫度范圍之內(nèi) 啟動(dòng)后不能再修改預(yù)置溫度 必須按復(fù)位 停止鍵回到停止 加熱狀態(tài)再重新設(shè)定的預(yù)置溫度 3 2 功能模塊 根據(jù)上面對(duì)工作流程的分析 系統(tǒng)軟件可以分為以下幾個(gè)功能模塊 a 鍵盤管理 監(jiān)測(cè)鍵盤輸入 接收溫度預(yù)置 啟動(dòng)系統(tǒng)工作 b 顯示 顯示設(shè)置溫度及當(dāng)前溫度 c 溫度檢測(cè)及溫度值變換 完成 A D 轉(zhuǎn)換及數(shù)字濾波 d 溫度控制 根據(jù)檢測(cè)到的溫度控制電爐工作 e 報(bào)警 當(dāng)預(yù)置溫度或當(dāng)前爐溫越限時(shí)報(bào)警 3 3 資源分配 為了便于閱讀程序 首先給出單片機(jī)資源分配情況 如表 3 4 1 1 所示 程序存儲(chǔ)器 EPROM2764 的地址范圍為 0000H 1FFFH I O 口 P1 0 P1 3 鍵盤輸入 P1 6 P1 7 報(bào)警控制和電爐控制 A D 轉(zhuǎn) 換器 ADC0809 通道 0 7 的地址為 7FF8H 7FFFH 使用通道 0 3 4 功能軟件設(shè)計(jì) 3 4 1 鍵盤管理模塊 上電或復(fù)位后系統(tǒng)處于鍵盤管理狀態(tài) 其功能是監(jiān)測(cè)鍵盤輸入 接收溫度預(yù)置和 啟動(dòng)鍵 程序設(shè)有預(yù)置溫度合法檢測(cè)報(bào)警 當(dāng)預(yù)置溫度超過 500 時(shí)會(huì)報(bào)警并將溫度設(shè) 定在 500 鍵盤管理子程序流程圖如圖所示 鍵盤管理子程序 KIN KIN ACAL CHK 預(yù)置溫度合法性檢測(cè) MOV BT1 ST1 MOV BT0 ST0 預(yù)置溫度送顯示緩沖區(qū) ACALL DISP 二次調(diào)用顯示子程序延時(shí)去抖 ACALL KEY 再檢測(cè)有無鍵按下 XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 表 3 4 1 1 溫度控制軟件數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分配表 地址功能名稱初始發(fā)值 50H 51H 當(dāng)前檢測(cè)溫度 高 位在前 TEMP1TEMP000H 52H 53H 預(yù)置溫度 高位在 前 ST1ST000H 54H 56H BCD 碼顯示緩沖區(qū) 百位 十位 個(gè)位 T100T10T00H 57H 58H 二進(jìn)制顯示緩沖區(qū) 高位在前 BT1BT000H 59H 7FH 堆棧區(qū) PSW 5 報(bào)