課程設(shè)計(jì)（論文）基于AT89S51單片機(jī)的豆?jié){機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于at89s51單片機(jī)的豆?jié){機(jī)設(shè)計(jì) 專(zhuān)業(yè)： 自動(dòng)化0801 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 完成時(shí)間： 2021年7月8日 - 21 -目 錄第一章 緒論.11.1引言.11.2原理 .1第二章 設(shè)計(jì)方案 .22.1 設(shè)計(jì)思路.22.2 方案設(shè)計(jì).2第三章 豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)的功能分析.33.1 控制系統(tǒng)的硬件分析.33.2 控制系統(tǒng)的軟件分析.3第4章 豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì).44.1 電源電路設(shè)計(jì).4 4.1.1 電源的作用 .4 4.1.2 電源的組成.4 4.1.3 電源工作原理.44.2 單片機(jī)的選用.5 4.2.1 單片機(jī)的簡(jiǎn)介.54.3 溫度檢測(cè)電路的設(shè)計(jì).6 4.3.1 ntc熱敏電阻

2、溫度傳感器簡(jiǎn)介.6 4.3.2 adc0809簡(jiǎn)介.7 4.3.3放大器lm324簡(jiǎn)介.9 4.3.4 四分頻電路設(shè)計(jì).11 4.3.5 ntc熱敏電阻與單片機(jī)at89c51的接口設(shè)計(jì).114.4 加熱及打漿電路的設(shè)計(jì).124.5防干燒及防溢出電路的設(shè)計(jì).134.6 報(bào)警電路的設(shè)計(jì).134.7 復(fù)位電路的設(shè)計(jì).144.8 時(shí)鐘電路及按鍵設(shè)計(jì).15第五章 豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì).16附錄 豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)程序清單.17第一章 緒論1.1 引言豆?jié){機(jī)是一種新型的家用飲用機(jī)，以黃豆為原料，直接加工成熟的熱豆?jié){機(jī)。若在黃豆中配以芝麻、花生、杏仁等佐料，或者通過(guò)改變打漿、加熱的時(shí)間，可以做出不同種類(lèi)的豆

3、漿飲料。豆?jié){機(jī)由粉碎黃豆的電機(jī)、豆?jié){機(jī)加熱器和控制電路三大部分組成。用單片機(jī)研制的全自動(dòng)豆?jié){機(jī)的控制系統(tǒng)，當(dāng)放入適量泡好的黃豆，加入適量的冷水，把豆?jié){機(jī)的電源插頭插入220v交流電源，豆?jié){機(jī)指示燈亮起，按下按鈕，先對(duì)豆?jié){機(jī)進(jìn)行水位檢測(cè)，符合要求后電加熱管開(kāi)始對(duì)水進(jìn)行加熱，當(dāng)水溫達(dá)到80左右，豆?jié){機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)電機(jī)開(kāi)始打漿，打漿電機(jī)按間歇方式打漿。打漿過(guò)后，開(kāi)始對(duì)豆?jié){加熱，豆?jié){溫度達(dá)到一定值時(shí)豆?jié){上溢，當(dāng)豆?jié){沫接觸到防溢電極時(shí)，停止加熱。然后間歇加熱，最后進(jìn)行豆?jié){的防溢延煮后發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。若缺水，則關(guān)閉加熱器和電機(jī)，并發(fā)出報(bào)警聲，直到關(guān)閉電源，加水后才能繼續(xù)使用。只要按下啟動(dòng)按鍵并選擇功能后，豆

4、漿機(jī)就開(kāi)始工作，一會(huì)兒就能喝到美味又營(yíng)養(yǎng)的豆?jié){。整個(gè)過(guò)程由單片機(jī)全自動(dòng)控制，讓你用起來(lái)更加的方便、更加的安全。1.2 原理本設(shè)計(jì)原理如圖1所示 at89c51 溫度傳感器防溢電路放干燒電路時(shí)鐘電路按鍵加熱電路電機(jī)聲光報(bào)警復(fù)位電路控制系統(tǒng)首先通過(guò)電源電路對(duì)系統(tǒng)供電，其中溫度傳感器、防溢電路、放干燒電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、按鍵、均是輸入部分，聲光報(bào)警、電機(jī)、加熱電路均是輸出部分。通電后，單片機(jī)啟動(dòng)加熱器加熱，加熱到80時(shí)停止加熱，然后啟動(dòng)電機(jī)，電機(jī)通過(guò)旋轉(zhuǎn)打豆，打豆完成之后，又通過(guò)加熱器加熱。其中復(fù)位電路是復(fù)位系統(tǒng)的，按鍵為工作功能選擇鍵。第二章 設(shè)計(jì)方案2.1 設(shè)計(jì)思路由于以前的豆?jié){機(jī)，磨漿要

5、過(guò)濾豆渣，豆?jié){熬煮也要自己動(dòng)手，還要特別注意豆?jié){溢鍋的問(wèn)題，程序繁瑣麻煩，給人們帶來(lái)不便，針對(duì)這些情況擬定開(kāi)發(fā)家用豆?jié){機(jī)全自動(dòng)控制電路裝置。家用豆?jié){機(jī)全自動(dòng)控制裝置是在單片機(jī)的程序控制下進(jìn)行工作的。打漿時(shí)，插上電源插頭，接通電源, 直接按“啟動(dòng)”鍵，控制電路控制豆?jié){機(jī)工作。先給黃豆加熱，并由傳感器檢測(cè)溫度，當(dāng)溫度達(dá)到80度左右時(shí)，停止加熱。啟動(dòng)磨漿電機(jī)開(kāi)始磨漿，運(yùn)轉(zhuǎn)20秒后停止轉(zhuǎn)運(yùn)，間歇10秒后再啟動(dòng)打漿電機(jī)，如此循環(huán)進(jìn)行打漿6次或者4次。磨漿完后，開(kāi)始對(duì)豆?jié){加熱，豆?jié){溫度達(dá)到一定值時(shí)，豆?jié){上溢。豆?jié){加工自動(dòng)進(jìn)入防溢延煮程序，豆?jié){加工完成后發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。2.2 方案設(shè)計(jì)單片機(jī)加熱電路防干燒

6、、防溢電路打漿電路溫度傳感器報(bào)警電路電源電路 方案設(shè)計(jì)框圖方案如圖所示, 由單片機(jī)、電源電路、溫度傳感器、放干燒電路電路、防溢電路、打漿電路、加熱電路、報(bào)警電路等組成。先將黃豆放入豆?jié){的攪拌器濾網(wǎng)內(nèi),攪拌壺內(nèi)倒入適量的水,裝好攪拌機(jī)。接上電源，蜂鳴器長(zhǎng)鳴一聲，提示已接通電源，指示燈led亮，處于待命狀態(tài)。按下全自動(dòng)啟動(dòng)鍵，開(kāi)始加熱，溫度達(dá)到80度時(shí)，停止加熱；攪拌馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)，將黃豆粉碎，豆?jié){過(guò)濾，然后馬達(dá)停轉(zhuǎn)，又開(kāi)始加熱，直到豆?jié){沸騰煮熟，停止加熱，發(fā)出報(bào)警聲，提示豆?jié){已做好。若豆?jié){較長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)喝而變涼，按下再加熱鍵heat，加熱至沸騰后，停止加熱，發(fā)出報(bào)警聲。若缺水，則關(guān)閉加熱器和馬達(dá)，并發(fā)出急

7、促的報(bào)警聲,直到關(guān)閉電源，加好水后才能工作。 選擇這種方案的原因是：(1)加工方式是全自動(dòng)。（2）粉碎黃豆前加熱可以提高工作效率；縮短粉碎后加熱至豆?jié){沸騰時(shí)間，防止粉碎后煮漿時(shí)間過(guò)長(zhǎng)所易造成的糊鍋現(xiàn)象。第三章 豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)的功能分析3.1 控制系統(tǒng)的硬件分析豆?jié){機(jī)的控制系統(tǒng)以單片機(jī)at89c51為控制核心，結(jié)合控制傳感器，加熱及打漿電路，防干燒電路及防溢電路，聲光報(bào)警等控制，達(dá)到只要啟動(dòng)豆?jié){機(jī)以后，所有的控制過(guò)程都實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化的目的。硬件上豆?jié){機(jī)的控制系統(tǒng)首先需要有一個(gè)單片機(jī)芯片作為控制核心來(lái)控制它的工作過(guò)程，開(kāi)始時(shí)需要把水加熱到80，這久需要一個(gè)溫度傳感器，這里采用ntc熱敏電阻溫度傳感

8、器，因?yàn)樗`敏度高、反應(yīng)快，只是因?yàn)樵摐囟葌鞲衅鞑捎媚M量測(cè)量過(guò)，需要a/d轉(zhuǎn)換。由于豆?jié){機(jī)需要使用防干燒電極防止出現(xiàn)干燒情況，所以這里采用一個(gè)探針來(lái)代替?zhèn)鞲衅?。給豆?jié){機(jī)加熱完畢后，需要啟動(dòng)電機(jī)開(kāi)始打漿，這里選用單相串勵(lì)電機(jī)，因?yàn)榇畡?lì)電機(jī)具有機(jī)動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、過(guò)載能力強(qiáng)、體積小、重量輕等很多優(yōu)點(diǎn)，并且改類(lèi)型電機(jī)在家用電器使用很普遍。當(dāng)打完漿后，需要對(duì)豆?jié){再次加熱，這里就用到防溢的裝置，與防干燒裝置一樣，沸騰溢出裝置同樣采用探針來(lái)替代了傳感器。對(duì)豆?jié){防溢延煮后，預(yù)示著豆?jié){加工完成了，最后發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，這里選用一個(gè)報(bào)警器和發(fā)光二極管。3.2 控制系統(tǒng)的軟件分析軟件上就是對(duì)單片機(jī)的編程，在編程前需要畫(huà)

9、出一個(gè)流程圖，根據(jù)豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求及目的，即插上電源、按下啟動(dòng)按鈕并且選擇功能后，如果選擇功能一（干豆），且沒(méi)有出現(xiàn)水位過(guò)低的情況，先延時(shí)2秒，然后啟動(dòng)加熱裝置對(duì)水加熱，（1）當(dāng)水溫達(dá)到了80左右，豆?jié){機(jī)停止加熱。啟動(dòng)電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)打漿，先預(yù)打豆8秒然后停5秒，然后自動(dòng)加熱掛泡，停止加熱10秒;（2） 進(jìn)入打漿共6次，每次10秒，間隔6秒。（3） 停10秒后，再加熱到掛泡，如此循環(huán)3次。（4） 停10秒后，繼續(xù)（2）循環(huán)。（5） 停止10秒后，再加熱到掛泡，如此循環(huán)6次。 完成后蜂鳴器提示音1秒一聲，連續(xù)一分鐘后轉(zhuǎn)至每間隔10秒蜂鳴器滴一聲提示音，表示工作結(jié)束。 如果選擇功能二（濕豆），

10、并且沒(méi)有出現(xiàn)水位過(guò)低的情況，就啟動(dòng)加熱裝置對(duì)水加熱，（1）水溫達(dá)到了80左右，第一次預(yù)打豆8秒然后停5秒，然后自動(dòng)加熱掛泡，停止加熱10秒。（2） 進(jìn)入打豆10秒，然后停6秒，如此循環(huán)6次。（3） 停10秒后，再加熱到掛泡，如此循環(huán)9次，完成后蜂鳴器提示音1秒一聲，連續(xù)一分鐘后轉(zhuǎn)至每間隔10秒蜂鳴器滴一聲提示音，表示工作進(jìn)程結(jié)束。按照上述對(duì)豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)的要求，完成豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程圖后，對(duì)單片機(jī)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)的編程來(lái)配合硬件的設(shè)計(jì)以至于完成整個(gè)豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)的電源電路第四章 豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)4.1 電源電路設(shè)計(jì)電源是各種電子設(shè)備必不可少的組成部分，其性能的優(yōu)

11、劣直接關(guān)系到電子設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)以及能否安全可靠的工作。目前常用的直流穩(wěn)壓電源分線性電源和開(kāi)關(guān)電源兩大類(lèi)。隨著集成電路飛速發(fā)展，穩(wěn)壓電路也迅速實(shí)現(xiàn)集成化市場(chǎng)上已有大量生產(chǎn)各種型號(hào)的單片機(jī)集成穩(wěn)壓電路。它和分立晶體管電路比較，具有很多突出的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在體積小、重量輕、耗電省、可靠性高、運(yùn)行速度快，且調(diào)試方便、使用靈活，易于進(jìn)行大量自動(dòng)化生產(chǎn)。4.1.1 電源的作用各種電子電路都要求用穩(wěn)定的直流電源供電，由整流濾波電路可輸出較為平滑的直流電壓，但當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載改變時(shí)，將會(huì)引起輸出端電壓改變而不穩(wěn)定。為了獲得穩(wěn)定的輸出電壓，濾波電路的輸出電壓還應(yīng)該經(jīng)穩(wěn)穩(wěn)壓電路進(jìn)行穩(wěn)壓。4.1.2 電源的組成電

12、源由電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路組成。4.1.3 電源工作原理整個(gè)電源電路如圖4.1所示，控制電路采用變壓器降壓、晶體二極管整流等方法獲得工作電源。當(dāng)電源接入220v交流電，tr1開(kāi)始對(duì)220v交流電進(jìn)行降壓，從次級(jí)輸出12v左右的低壓交流電，從而適應(yīng)電路的使用要求。整流硅對(duì)次級(jí)輸出的交流電進(jìn)行橋式整流，再由e2、c2進(jìn)行濾波，已形成較平滑的直流電，送給三端集成正輸出穩(wěn)壓器78l05進(jìn)行穩(wěn)壓調(diào)整。經(jīng)78l05穩(wěn)壓作用后輸出+5v的直流電壓，經(jīng)e3、c3濾波后輸出紋波很低的+5v電壓，作為單片機(jī)的工作電源，以保證單片機(jī)工作時(shí)的穩(wěn)定和可靠。4.2 單片機(jī)的選用 市面上的單片機(jī)很多，本設(shè)

13、計(jì)采用at89c51。at89c51是美國(guó)atmel公司生產(chǎn)的低電壓，高性能cmos8位單片機(jī)，片內(nèi)含4kbytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器（perom）和128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram），器件采atmel 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（cpu）和flash存儲(chǔ)單元功能強(qiáng)大的at89c51單片機(jī)可適用于提高許多高性?xún)r(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。4.2.1 單片機(jī)的簡(jiǎn)介（1）主要性能參數(shù)：兼容mcs-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容4k字節(jié)可重擦寫(xiě)flash閃速存儲(chǔ)器1000次擦寫(xiě)周期全靜態(tài)操作：0hz-24mh

14、z128×8字節(jié)內(nèi)部ram32個(gè)可編程i/o口線2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器6個(gè)中斷源可編程串行uart通道低耗空閑和掉電模式（2）引腳功能引腳如圖4.2所示4.3 溫度檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)當(dāng)豆?jié){機(jī)正常工作時(shí)，需要先加熱到80左右的溫度，然后停止加熱繼續(xù)下一步的工作，所以這就需要一個(gè)溫度傳感器來(lái)檢測(cè)水溫，這里我選用的是ntc熱敏電阻溫度傳感器，選擇它是靈敏度高、反應(yīng)迅速；電阻值和b值精度高、一致性互換性好；采用雙層密封工藝，具有良好的絕緣密封性和抗機(jī)械碰撞、抗折彎能力、穩(wěn)定性好、可靠性高。4.3.1 ntc熱敏電阻溫度傳感器簡(jiǎn)介熱敏電阻傳感器是對(duì)溫度敏感的電阻器的總稱(chēng)，是半導(dǎo)體測(cè)溫元件。按溫度系

15、數(shù)分為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻(n tc)和正溫度系數(shù)熱敏電阻(pic)兩大類(lèi)。nic熱敏電阻以mf為其型號(hào)，pic熱敏電阻以mz為其型號(hào)。負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻大多是由mn（錳）、ni（鎳）、co（鈷）、fe(鐵）、cu（銅）等金屬氧化物經(jīng)過(guò)燒結(jié)而成的半導(dǎo)體材料制成，具有很高的靈敏度和良好的性能，被大量作為溫度傳感器使用。ntc負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻傳感器是溫度下降時(shí)它的電阻值會(huì)升高。在所有被動(dòng)式溫度傳感器中，熱敏電阻的靈敏度（即溫度每變化1。c日寸電阻的變化）最高，但熱敏電阻的電阻膃度曲線是非線性的。表4.2中數(shù)據(jù)是對(duì)vishay - dale熱敏電阻系列測(cè)得的nic熱敏電阻器性能參數(shù)。表 4.2從數(shù)據(jù)

16、可以看出：25時(shí)阻值為10的電阻，在0c寸電阻為28.1，60時(shí)電阻為4.086。與此類(lèi)似，25時(shí)電阻為5的熱敏電阻在0時(shí)電阻則為14.050。其中電阻值以一個(gè)比率形式給出(r。/r2)，該比率表示當(dāng)前溫度下的阻值與25時(shí)的阻值之比，通常同一系列的熱敏電阻器具有類(lèi)似的特性和相同電阻溫度曲線。熱敏電阻傳感器的測(cè)溫接口電路4.3.2 adc0809簡(jiǎn)介adc0809是一種典型的a/d轉(zhuǎn)換器。它是采用主次逼近方法的8位8通道a/d轉(zhuǎn)換器。+5v單電源供電。轉(zhuǎn)換時(shí)間在100us左右。adc0809為28引腳，雙列直插芯片，其引腳如圖4.3所示。各引腳功能如下：in0-in7:8路模擬量輸入端；d7-d

17、0：8位數(shù)字量輸出端口；start:a/d轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)輸入端；ale：地址鎖存允許信號(hào)，高電平有效；eoc：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，高電平有效；oe：輸出允許控制信號(hào)，高電平有效；clk：時(shí)鐘信號(hào)輸入端；a、b、c：轉(zhuǎn)換通道的地址； vref(-)：參考電源的負(fù)端；vref(+)：參考電源的正端；ad0809 的邏輯結(jié)構(gòu)：adc0809 是8 位逐次逼近型a/d轉(zhuǎn)換器。它由一個(gè)8路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存譯碼 器、一個(gè)a/d 轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開(kāi)關(guān)可選通8個(gè)模擬通道， 允許8 路模擬量分時(shí)輸入，共用a/d 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存a/d 轉(zhuǎn)換完 的數(shù)字量，當(dāng)oe 端為高電平時(shí)

18、，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。 ad0809 的工作原理：n0in7：8 條模擬量輸入通道。adc0809 對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是05v，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放 大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過(guò)程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。地址輸入和控制線：4條 ale 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ale 線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將a， b，c 三 條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。a，b 和c 為地址輸入線，用于選通in0in7 上的一路模擬量輸 入。通道選擇表如表4.3所示。cba選擇的通道0

19、00in0001in1010in2011in3100in4101in5110in6111in7表4.3數(shù)字量輸出及控制線:11條 st 為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。當(dāng)st 上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行a/d 轉(zhuǎn) 換；在轉(zhuǎn)換期間，st 應(yīng)保持低電平。eoc 為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng)eoc 為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn) 換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行a/d 轉(zhuǎn)換。oe為輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。oe1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；oe0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。d7d0 為數(shù)字量輸出線。clk為時(shí)鐘輸入信號(hào)線。因adc0809的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)必須由外界提供，常使用頻

20、率為500khz，vref（），vref（）為參考電壓輸入。 adc0809 應(yīng)用說(shuō)明： adc0809 內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與at89s51 單片機(jī)直接相連。 初始化時(shí)，使st 和oe信號(hào)全為低電平。 送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到a，b，c 端口上。 在st 端給出一個(gè)至少有100ns 寬的正脈沖信號(hào)。 是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)eoc 信號(hào)來(lái)判斷。 當(dāng)eoc變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，這時(shí)給oe 為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。圖4.44.3.3放大器lm324簡(jiǎn)介lm324是四運(yùn)放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝，外形如圖所示。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放

21、相互獨(dú)立。每一組運(yùn)算放大器可用圖4.6所示的符號(hào)來(lái)表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“v+”、“v-”為正、負(fù)電源端，“vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端vo的信號(hào)與該輸入端的相位相反；vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。lm324的引腳排列見(jiàn)圖4.5。 圖4.5 圖4.6由于lm324四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。下面介紹其應(yīng)用實(shí)例。同相交流放大器同相交流放大器的特點(diǎn)是輸入阻抗高。其中的r1、r2組成1/2v+分壓電路，通過(guò)

22、r3對(duì)運(yùn)放進(jìn)行偏置。此電路可將輸入交流信號(hào)分成三路輸出，三路信號(hào)可分別用作指示、控制、分析等用途。而對(duì)信號(hào)源的影響極小。因運(yùn)放ai輸入電阻高，運(yùn)放a1-a4均把輸出端直接接到負(fù)輸入端，信號(hào)輸入至正輸入端，相當(dāng)于同相放大狀態(tài)時(shí)rf=0的情況，故各放大器電壓放大倍數(shù)均為1，與分立元件組成的射極跟隨器作用相同。 電路的電壓放大倍數(shù)av也僅由外接電阻決定：av=1+rf/r4，電路輸入電阻為r3。r4的阻值范圍為幾千歐姆到幾十千歐姆。圖4.7為典型的同相交流放大器線路。 圖4.7測(cè)溫電路感溫探頭采用一只硅三極管3dg6，把它接成二極管形式。硅晶體管發(fā)射結(jié)電壓的溫度系數(shù)約為-2.5mv/，即溫度每上升1

23、度，發(fā)射結(jié)電壓變會(huì)下降2.5mv。運(yùn)放a1連接成同相直流放大形式，溫度越高，晶體管bg1壓降越小，運(yùn)放a1同相輸入端的電壓就越低，輸出端的電壓也越低。這是一個(gè)線性放大過(guò)程。在a1輸出端接上測(cè)量或處理電路，便可對(duì)溫度進(jìn)行指示或進(jìn)行其它自動(dòng)控制。圖3.8為典型的測(cè)溫電路。圖4.8比較器當(dāng)去掉運(yùn)放的反饋電阻時(shí),或者說(shuō)反饋電阻趨于無(wú)窮大時(shí)(即開(kāi)環(huán)狀態(tài)),理論上認(rèn)為運(yùn)放的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)也為無(wú)窮大(實(shí)際上是很大,如lm324運(yùn)放開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)為100db，既10萬(wàn)倍)。此時(shí)運(yùn)放便形成一個(gè)電壓比較器，其輸出如不是高電平（v+），就是低電平（v-或接地）。當(dāng)正輸入端電壓高于負(fù)輸入端電壓時(shí)，運(yùn)放輸出低電平。圖4.9

24、為比較器接線電路。 圖4.9使用兩個(gè)運(yùn)放組成一個(gè)電壓上下限比較器，電阻r1、r1組成分壓電路，為運(yùn)放a1設(shè)定比較電平u1；電阻r2、r2組成分壓電路，為運(yùn)放a2設(shè)定比較電平u2。輸入電壓u1同時(shí)加到a1的正輸入端和a2的負(fù)輸入端之間，當(dāng)ui>u1時(shí)，運(yùn)放a1輸出高電平；當(dāng)ui<u2時(shí)，運(yùn)放a2輸出高電平。運(yùn)放a1、a2只要有一個(gè)輸出高電平，晶體管bg1就會(huì)導(dǎo)通，發(fā)光二極管led就會(huì)點(diǎn)亮。若選擇u1>u2，則當(dāng)輸入電壓ui越出u2，u1區(qū)間范圍時(shí)，led點(diǎn)亮，這便是一個(gè)電壓雙限指示器。若選擇u2 > u1，則當(dāng)輸入電壓在u2，u1區(qū)間范圍時(shí)，led點(diǎn)亮，這是一個(gè)“窗口”電

25、壓指示器。此電路與各類(lèi)傳感器配合使用，稍加變通，便可用于各種物理量的雙限檢測(cè)、短路、斷路報(bào)警等。4.3.4 四分頻電路設(shè)計(jì)四分頻電路通過(guò)兩個(gè)74ls74實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入脈沖的四分頻，它的接線如圖4.10 圖 4.10引腳：11端與3端為原時(shí)鐘輸入端；5端與9端為變換后的時(shí)鐘輸出端；2端與6端聯(lián)接，8端與12端聯(lián)接；7端接電源負(fù)極、14端接電源正極；分頻：1，2，3，4，5，6為一組，8，9，10，11，12，13為一組；如果要得到四分頻，原時(shí)鐘需接3端并且5端接11端，9端為四分頻輸出端；或者是原時(shí)鐘接11端。4.3.5 ntc熱敏電阻與單片機(jī)at89c51的接口設(shè)計(jì)溫度傳感器與單片機(jī)at89c51

26、的接口設(shè)計(jì)如圖4.11所示。熱敏電阻的變化電壓通過(guò)adc0809轉(zhuǎn)換后送給單片機(jī)，完成溫度檢測(cè)過(guò)程。ad0809的add a、add b、add c口接地。msb口接單片機(jī)p0口，gnd口、vref（-）口接地，vcc、vref（+）口接+5v，in0口接放大器的輸出口。clock口接四分頻脈沖輸出口、四分頻輸入口接單片機(jī)ale口，oe口通過(guò)或非門(mén)接單片機(jī)p2.0口及rd口，ale、start口均通過(guò)或非門(mén)接單片機(jī)p2.0口、wr口，eoc口通過(guò)非門(mén)接int1口。圖4.11 溫度傳感器與單片機(jī)at89c51的連接圖4.4 加熱及打漿電路的設(shè)計(jì)加熱電路的作用是通過(guò)加熱管把磨成粉末的黃豆煮熟，本設(shè)

27、計(jì)使用的加熱器的功率為800w;磨漿電路的作用是通過(guò)電機(jī)把黃豆攪拌成粉沫，電機(jī)選用的是單相串勵(lì)電機(jī)，由于單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)具有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、過(guò)載能力強(qiáng)、調(diào)速方便、體積小、重量輕等很多優(yōu)點(diǎn)，在家用電器中普遍使用。單片機(jī)輸出電流經(jīng)三極管放大，來(lái)驅(qū)動(dòng)繼電器閉合，使加熱管發(fā)熱把豆?jié){煮熟。同理，繼電器閉合使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)把黃豆攪碎。加熱及打漿電路的工作原理如圖4.12所示，加熱及磨漿電路由繼電器rl1、rl2，三極管q1、q2，電阻r14、r15以及二極管dl、d2，單片機(jī)at89c51。當(dāng)單片機(jī)工作時(shí)，賦給pl.l一個(gè)高電平，使三極管q2飽和導(dǎo)通，電流流過(guò)繼電器rl2，使觸點(diǎn)閉合，于是加熱管通電開(kāi)始對(duì)水加熱，當(dāng)溫

28、度達(dá)到80度時(shí)，ntc溫度傳感器將溫度信號(hào)傳給單片機(jī)，單片機(jī)檢測(cè)到這個(gè)信號(hào)后，使p1.1腳變?yōu)榈碗娖?，三極管q2截止，繼電器觸點(diǎn)斷開(kāi)，電阻停止加熱。加熱結(jié)束后，單片機(jī)p1.0腳變?yōu)楦唠娖剑谷龢O管rl1飽和導(dǎo)通，從而讓繼電器觸點(diǎn)閉合，于是電機(jī)通電開(kāi)始打漿，在系統(tǒng)程序得控制下，電機(jī)進(jìn)行打漿。電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)20秒或者15秒后，單片機(jī)p1.0腳變?yōu)榈碗娖剑谷龢O管q1截止，繼電器觸點(diǎn)斷開(kāi)，電機(jī)停止打漿，問(wèn)歇10秒后，單片機(jī)p1.0腳又恢復(fù)為高電平，從而繼續(xù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作，如此循環(huán)6次或4次后打漿結(jié)束。圖4.124.5防干燒及防溢出電路的設(shè)計(jì)防干燒及防溢出電路的作用是以傳感器作為信息采集系統(tǒng)的前端單元來(lái)控制自

29、動(dòng)豆?jié){機(jī)缺水時(shí)干燒及沸騰溢出等問(wèn)題。這單采用探針作為傳感器來(lái)檢測(cè)水位及沸騰溢出，然后通過(guò)比較器輸出高低電平，這樣就可以通過(guò)單片機(jī)檢測(cè)比較器輸出電平的高低來(lái)檢測(cè)水位及沸騰時(shí)的溢出狀態(tài)。水位檢測(cè)及沸騰溢出電路的原理如圖4.13所示，k1，k2分別是水位檢測(cè)傳感器和沸騰溢出傳感器，為了減少成本，這單采用探針來(lái)代替這兩個(gè)傳感器，使用中將接控制電路的公共點(diǎn)“地”，探針?lè)謩e通過(guò)傳輸。單片機(jī)的p3.2，p1.3端連接。正常工作時(shí)，kl被水淹沒(méi)，它和地之問(wèn)的電阻較小，與r13共同對(duì)+5v分壓，u+得到比u-低的電平，比較器輸出低電平。缺水時(shí)，kl露出水面，它的電阻很大，r13共同對(duì)+5v分壓，u+得到比u-高

30、的電壓，比較器輸出高電平，通過(guò)非門(mén)后輸出低電平產(chǎn)生下降沿。用軟件檢測(cè)比較器的電平變化，便知是否缺水。圖4.13用同樣的方法檢測(cè)豆?jié){是否沸騰溢出。豆?jié){沸騰之前，電極k2遠(yuǎn)離水而，它和地之間的電阻很大，與r9共同對(duì)+5v分壓，u+得到比u-高的電壓，比較器輸出高電平。豆?jié){沸騰時(shí)，泡沫淹沒(méi)k2，電阻小，與r14共同對(duì)+5v分壓，u+得到比u-低的電壓，比較器輸出低電平。用軟件檢測(cè)比較器的輸出電平，便知豆?jié){是否沸騰溢出。4.6 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)報(bào)警電路的作州是通過(guò)蜂嗚器發(fā)出聲音信號(hào)，提醒豆?jié){已經(jīng)煮好了。聲音信號(hào)電流從單片機(jī)的p1.5腳輸入到蜂鳴器lsl發(fā)出聲音。報(bào)警電路如圖4.12所示，報(bào)警電路由單片機(jī)

31、at89c51與蜂鳴器ls1、發(fā)光二極管組成。通過(guò)事先編寫(xiě)的程序，在單片機(jī)的控制下，系統(tǒng)開(kāi)始工作，當(dāng)加熱完成后，單片機(jī)p1.4、p1.5腳自動(dòng)輸出一個(gè)高低平，使蜂鳴器、發(fā)光二極管通電導(dǎo)通，于是蜂鳴器ls1發(fā)出報(bào)警，提醒豆?jié){加熱完成。圖4.12豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)的報(bào)警電路4.7 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)一般的復(fù)位電路干擾易串入復(fù)位端，雖然在大多數(shù)情況下不會(huì)造成單片機(jī)的錯(cuò)誤復(fù)位，但喲可能引起內(nèi)部某些寄存器錯(cuò)誤復(fù)位。在應(yīng)用系統(tǒng)中，為了保證復(fù)位鼎爐可靠地工作，常將rc電路在接斯密特電路后再接入單片機(jī)復(fù)位端及外圍電路復(fù)位端。如圖4.13所示圖4.13 復(fù)位電路4.8 時(shí)鐘電路及按鍵設(shè)計(jì)該單片機(jī)控制系統(tǒng)采用內(nèi)部方式產(chǎn)生

32、。內(nèi)部時(shí)鐘電路如圖4.14所示。外接晶體以及電容c1、c2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中，內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生自激振蕩，一般晶振可在212mhz之間任選。對(duì)外接電容值雖然沒(méi)有嚴(yán)格的要求，但電容的大小多少會(huì)影響振蕩頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。外接晶體時(shí)，c1和c2通常選30pf左右；外接陶瓷諧振器時(shí)，c1、c2的典型值為47pf。圖4.14 時(shí)鐘電路及按鍵電路按鍵電路是通過(guò)+5v和兩個(gè)接在p1.6口、p1.7口連接形成通路，按鍵按下時(shí)，p1.6口（或p1.7口）產(chǎn)生高電平，單片機(jī)通過(guò)軟件檢測(cè)電平就可以知道是什么功能。第五章 豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)

33、硬件圖 附錄 豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)程序清單 org 0000h ajmp main org 0003h ajmp fgs main:setb it0 ;選擇邊緣觸發(fā)方式 setb ex0 ;允許外部中斷0 setb ea ;cpu允許中斷 ;*功能選擇程序* gnxe:jnb p1.6,gn1 干豆豆?jié){ jnb p1.7,gn2 ;濕豆豆?jié){ ;*富纖豆?jié){工作程序* gn1: setb p1.1 ;啟動(dòng)加熱 mov r1,#1eh ;設(shè)置循環(huán)30次（延時(shí)30分鐘） acall aa0 ;調(diào)用 mov b,30h ;從30h中取溫度值 mov a,#50h ;設(shè)定溫度為80度 div ab ;比較a、b

34、大小，商存于a中 cjne a,#00h,dj1 djnz r1,gn1 ;*打漿程序* dj1:clr p1.1 ;停止加熱 mov r0,#6 ;循環(huán)六次 setb p1.0 ;啟動(dòng)打漿 acall bb clr p1.0 acall dd djnz r0,dj1 ;*煮漿程序* zj1:setb p1.1 ;啟動(dòng)加熱 mov r1,#1eh ;設(shè)置循環(huán)30次（延時(shí)30分鐘） acall aa0 ;調(diào)用 jnb p1.3,fyyz1 djnz r1,zj1 ;*防溢延煮程序* fyyz1: clr p1.1 ;停止加熱 acall aa0 ;等待一分鐘 setb p1.1 ;啟動(dòng)加熱 mo

35、v r1,#8 ;設(shè)置循環(huán)8次（防溢延煮8分鐘） acall aa0 ;調(diào)用 jb p1.3,fyyz1 djnz r1,fyyz1 acall bj ajmp main ;*濃香豆?jié){工作程序* gn2:setb p1.1 ;啟動(dòng)加熱 mov r1,#1eh ;設(shè)置循環(huán)30次（延時(shí)30分鐘） acall aa0 ;調(diào)用 mov b,30h ;從30h中取溫度值 mov a,#50h ;設(shè)定溫度為80度 div ab ;比較a、b大小，商存于a中 cjne a,#00h,dj2 djnz r1,gn2 ;*打漿程序* dj2:clr p1.1 ;停止加熱 mov r0,#4 ;循環(huán)四次 setb p1.0 ;啟動(dòng)打漿 acall c