畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)的激光器溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文激光器溫度控制設(shè)計(jì)摘要溫度是日常生活中無(wú)時(shí)不在的物理量，溫度的控制在各個(gè)領(lǐng)域都有積極的意義。很多行業(yè)中都有大量的用電加熱設(shè)備，如用于熱處理的加熱爐，用于融化金屬的坩鍋電阻爐及各種不同用途的溫度箱等，采用單片機(jī)對(duì)它們進(jìn)行控制不僅具有控制方便、簡(jiǎn)單、靈活性大等特點(diǎn)，而且還可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，智能化溫度控制技術(shù)正被廣泛地采用本文主要從硬件和軟件兩方面介紹了綠光激光器的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，簡(jiǎn)單說(shuō)明如何實(shí)現(xiàn)對(duì)激光器溫度的控制，并對(duì)硬件原理圖和程序框圖作了簡(jiǎn)潔的描述。還介紹了在激光器溫度控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)中的一些主要技術(shù)關(guān)鍵環(huán)

2、節(jié),該系統(tǒng)主要以mcs-51單片機(jī)為核心,由溫度檢測(cè)電路, 顯示電路, 控制電路等構(gòu)成。用mcs-51單片機(jī)設(shè)計(jì)的激光器溫度檢測(cè)電路是本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，是整個(gè)單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中不可缺少的一部分，該系統(tǒng)對(duì)溫度進(jìn)行了實(shí)時(shí)采集與檢測(cè)。通過(guò)溫度傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)激光器的溫度采集，通過(guò)七段數(shù)碼管來(lái)顯示激光器的溫度，通過(guò)小型風(fēng)機(jī)以及加熱器來(lái)控制激光器的溫度的升降，本設(shè)計(jì)介紹的激光器溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)的主要內(nèi)容包括：系統(tǒng)方案、元器件選擇、系統(tǒng)理論分析、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)調(diào)試及主要技術(shù)性能參數(shù)。關(guān)鍵詞單片機(jī)；溫度傳感器；激光器；溫度控制the design of temperature control

3、for laser component abstractthe temperature is constantly in the daily life of physical and temperature controls in various fields have a positive meaning. a lot of businesses have a lot of power heating equipment, such as that used for the heat treatment furnace, for melting metal crucible resistan

4、ce heaters and the various uses of temperature bins, scm using their right to control not only easy to control, simple, such as the characteristics of flexibility, but can also significantly increase the temperature was charged with the technical indicators, which can greatly enhance the quality of

5、the products. therefore, intelligent temperature control technology is being widely adoptedthe design of laser components temperature control system is introduced from hardware and software, and simply explains how to achieve the temperature control. the hardware principle and software case fig are

6、described. some important techniques in a design scheme of the hardware and the software of the laser components temperature control by single-chip microcomputer are introduced. the system mostly takes 8051 single-chip microcomputer as a core， it is structured by temperature testing circuit, display

7、 circuit, control circuit and so on.the main content of this design is temperature testing circuit that uses at89c51 single-chip microcomputer .it is a part of the whole design that cannot be lacked. the system is used to collect and control laser components temperature in real time. through the led

8、 to display the number of the laser component. the temperature automatic control system is based on single-chip microcomputer is described in the article including system scheme，parts of an apparatus choice, theoretical analysis，the design of hardware and software, system testing，and the main techni

9、cal performance parameterskeywords microcontroller; temperature sensor; laser component; temperature control- ii -目錄摘要iabstractii第1章 緒論11.1 課題研究的目的與意義11.2國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)綜述11.3論文研究?jī)?nèi)容2第2章 總體方案32.1 基本設(shè)計(jì)思路32.2 具體設(shè)計(jì)考慮32.2.1 電路的基本設(shè)計(jì)方案32.2.2 各器件的功能42.3 本章小結(jié)4第3章 硬件設(shè)計(jì)53.1 單片機(jī)的選取53.1.1 at89c51的主要特性63.1.2 at89c51的引腳功能73

10、.2 傳感器的選取93.2.1 ds18b20的性能特點(diǎn)93.2.2 ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)103.2.3 ds18b20的工作原理113.2.4 ds18b20的測(cè)溫原理133.3 串口的選取153.3.1 串口通信的工作原理153.3.2 max232概述163.4 電路中數(shù)碼管的選取173.5 74ls47的簡(jiǎn)介183.6 控制電路的設(shè)計(jì)193.6.1 加熱控制電路設(shè)計(jì)193.6.2 繼電器的選用203.6.3 降溫控制電路設(shè)計(jì)213.7 電源電路設(shè)計(jì)223.8 本章小結(jié)23第4章 軟件設(shè)計(jì)244.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的整體思路244.2 程序功能244.3 系統(tǒng)程序流程圖254.4 本章小

11、結(jié)26第5章 系統(tǒng)調(diào)試、故障分析與結(jié)果275.1 硬件調(diào)試與故障分析275.1.1 硬件調(diào)試275.1.2 故障分析285.2 本章小結(jié)29結(jié)論30致謝31參考文獻(xiàn)32附錄a33附錄b34附錄c40第1章 緒論1.1 課題研究的目的與意義近年來(lái)，隨著激光顯示技術(shù)的不斷發(fā)展，激光顯示正在越來(lái)越受到關(guān)注。激光顯示技術(shù)在圖像質(zhì)量、產(chǎn)品壽命、節(jié)能、環(huán)保、易于實(shí)現(xiàn)大屏幕等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，被譽(yù)為“人類視覺(jué)史上的革命”，有望成為下一代顯示技術(shù)的主流。面對(duì)目前我國(guó)平板顯示產(chǎn)業(yè)核心關(guān)鍵技術(shù)缺失的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，前瞻性地發(fā)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的激光顯示技術(shù)是實(shí)現(xiàn)顯示產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和跨越式發(fā)展的必由之路。可以預(yù)見(jiàn)激光顯示技

12、術(shù)將在公共信息大屏幕、數(shù)碼影院、家庭影院以及便攜式投影等領(lǐng)域具有極大的發(fā)展空間和廣闊的應(yīng)用前景，這將會(huì)是一個(gè)極其巨大的市場(chǎng)。 光源采用創(chuàng)新設(shè)計(jì)的準(zhǔn)隨機(jī)相位rgb激光光源，采用一體化封裝技術(shù)，有效減小光源體積，同時(shí)有效提高光源壽命及可靠性，采用準(zhǔn)隨機(jī)調(diào)制技術(shù)，無(wú)需增加外圍消散斑部件，從根本上消除了激光顯示存在散斑的缺點(diǎn)1。在本設(shè)計(jì)中我主要研究了rgb激光光源中綠光激光器的溫度控制設(shè)計(jì)，任務(wù)是使其控制在所設(shè)定的溫度范圍內(nèi)。1.2國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)綜述激光顯示技術(shù)是繼黑白顯示、標(biāo)準(zhǔn)彩色顯示和數(shù)字顯示后的下一代顯示技術(shù)。激光顯示能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)顯示所達(dá)到的所有先進(jìn)技術(shù)指標(biāo)，如大屏幕、高分辨率、數(shù)字化等，同時(shí)由于激光

13、顯示使用激光作為光源，激光的光譜是線譜,本身顯現(xiàn)的顏色即為光譜色，且激光具有波長(zhǎng)可選擇和高光譜亮度的特點(diǎn)，因此用紅、綠、藍(lán)三色激光器作為光源的三基色所構(gòu)成的三角形色域空間更大, 且具有很高的色飽和度，其色域覆蓋率可達(dá)熒光粉的2倍以上，可以覆蓋人眼所能識(shí)別色彩空間的90以上，遠(yuǎn)高于目前crt電視、液晶電視、等離子電視30%左右的覆蓋范圍，因此激光顯示可以獲得更高的飽和度、更豐富的顏色和更逼真的視覺(jué)效果，將徹底突破前3代顯示技術(shù)中色域空間的不足，實(shí)現(xiàn)最完美色彩還原，使人們通過(guò)顯示終端看到我們最真實(shí)、最絢麗的世界。而激光顯示中最核心的器件為rgb激光器1。隨著電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，微機(jī)測(cè)量

14、和控制技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。利用微機(jī)對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)控的技術(shù)，也便隨之而生，并得到日益發(fā)展和完善，越來(lái)越顯示出其優(yōu)越性。目前, 單片微機(jī)已普遍地作用于生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制領(lǐng)域中。單片機(jī)以其體積小、價(jià)格低廉、可用其構(gòu)成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的智能控制單元和可靠性高等特點(diǎn), 受到廣大工程技術(shù)人員的重視。溫度是生產(chǎn)過(guò)程中最常見(jiàn)的物理量, 許多生產(chǎn)過(guò)程是以溫度作為其被控參數(shù)的。因此,溫度控制系統(tǒng)是典型的控制系統(tǒng)2。1.3論文研究?jī)?nèi)容在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開(kāi)關(guān)量都是常用的主要被控參數(shù)。例如：在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、造紙行業(yè)、機(jī)械制造和食品加工等諸多領(lǐng)域中3。

15、采用mcs-51單片機(jī)來(lái)對(duì)激光器溫度進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。因此，單片機(jī)對(duì)溫度的控制問(wèn)題是一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到的問(wèn)題。在本設(shè)計(jì)中我主要研究了rgb激光光源中綠光激光器的溫度控制設(shè)計(jì)，任務(wù)是使其控制在所設(shè)定的溫度范圍內(nèi)。系統(tǒng)需實(shí)現(xiàn)如下功能和指標(biāo)：1.溫度給定值在32左右并且現(xiàn)場(chǎng)可調(diào)；2.溫度控制誤差±2；3.實(shí)時(shí)顯示溫度值；4.用風(fēng)機(jī)和加熱器來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度的控制；5.控制參數(shù)可在線修改。第2章 總體方案2.1 基本設(shè)計(jì)思路首先進(jìn)行主控制電路設(shè)計(jì)及元件的選擇。本次設(shè)計(jì)選用at89c51單

16、片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)電路控制、運(yùn)算等功能；選用溫度傳感器作為溫度采集單元來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的采集。確立主電路元件后，再根據(jù)設(shè)計(jì)要求指標(biāo)進(jìn)行其它控制電路的設(shè)計(jì)及元器件的選擇。此溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用加溫和降溫兩方面來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度的穩(wěn)定，分別通過(guò)單片機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電路。當(dāng)繼電器由主電路驅(qū)動(dòng)后，分別控制所帶控制電路動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)加溫和降溫功能，達(dá)到溫控目的。此外，控制電路設(shè)計(jì)完畢后再進(jìn)行其它電路設(shè)計(jì)。顯示電路設(shè)計(jì)，通過(guò)單片機(jī)操作，將溫度以十進(jìn)制方式顯示出來(lái)。電源電路，分別設(shè)計(jì)了5v電源用于主電路的電源要求，及12v電源用于帶動(dòng)加熱及風(fēng)機(jī)控制電路。溫度控制系統(tǒng)就是將測(cè)得的實(shí)時(shí)溫度送到單片機(jī)里與設(shè)定溫度比較并進(jìn)行相關(guān)轉(zhuǎn)化，從而控制

17、執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)整溫度。當(dāng)該系統(tǒng)接入電源后，數(shù)碼管直接顯示由溫度傳感器測(cè)得的當(dāng)前溫度。系統(tǒng)自行將由溫度傳感器測(cè)得的當(dāng)前溫送到實(shí)時(shí)溫度顯示器。當(dāng)實(shí)測(cè)溫度低于設(shè)定溫度下限值時(shí)，由單片機(jī)控制加熱驅(qū)動(dòng)得電，加熱器加熱，加熱指示燈亮，同時(shí)，風(fēng)機(jī)控制為停止工作狀態(tài)，風(fēng)機(jī)動(dòng)作指示燈滅。當(dāng)實(shí)測(cè)溫度高于設(shè)定溫度上限值時(shí)，電熱器停止加熱，加熱指示燈滅，單片機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到降溫控制口，調(diào)動(dòng)風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制，此時(shí)風(fēng)機(jī)動(dòng)作指示燈亮。2.2 具體設(shè)計(jì)考慮2.2.1 電路的基本設(shè)計(jì)方案方案一：測(cè)溫電路的設(shè)計(jì)，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將被測(cè)溫度變化的電壓或電流采集過(guò)來(lái)，進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在

18、顯示電路上，就可以將被測(cè)溫度顯示出來(lái)，這種設(shè)計(jì)需要用到a/d轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。方案二：考慮使用溫度傳感器，結(jié)合單片機(jī)電路設(shè)計(jì)，采用一只溫度傳感器，直接讀取被測(cè)溫度值，之后進(jìn)行轉(zhuǎn)換，依次完成設(shè)計(jì)要求。比較以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡(jiǎn)單，軟件設(shè)計(jì)容易實(shí)現(xiàn)，故實(shí)際設(shè)計(jì)中擬采用方案二。在本系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)由三部分組成:1. 控制部分主芯片采用單片機(jī)；2. 顯示部分采用2位led數(shù)碼管以動(dòng)態(tài)掃描方式實(shí)現(xiàn)溫度顯示；3. 溫度采集部分采用溫度傳感器。 單片機(jī)顯示模塊控制模塊指示燈溫度傳感器pc圖2-1溫度控制電路總體方案2.2.2 各器件的功能1.單片機(jī)的功能：將溫度傳感器測(cè)得的

19、溫度與設(shè)定溫度比較從而輸出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)控制電路，控制加熱模塊及風(fēng)機(jī)控制模塊在設(shè)計(jì)要求內(nèi)進(jìn)行動(dòng)作。將由溫度傳感器測(cè)得的溫度進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理由p0口輸出顯示3。2.溫度傳感器的功能采集實(shí)時(shí)溫度并通過(guò)單片機(jī)將溫度進(jìn)行處理轉(zhuǎn)換。3.數(shù)碼管的功能兩位顯示將溫度傳感器測(cè)得的實(shí)時(shí)溫度顯示出來(lái)。4.加熱器及驅(qū)動(dòng)的功能由單片機(jī)控制串口控制加熱驅(qū)動(dòng)的動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)加熱器進(jìn)行加熱。5.風(fēng)機(jī)控制及驅(qū)動(dòng)的功能由單片機(jī)控制風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)，調(diào)動(dòng)風(fēng)機(jī)進(jìn)行降溫控制。2.3 本章小結(jié)根據(jù)功能和指標(biāo)要求，本系統(tǒng)從元件開(kāi)始設(shè)計(jì)，選用單片機(jī)為主控機(jī)。為激光器的溫度傳感器，通過(guò)擴(kuò)展必要的外圍接口電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)激光器溫度的測(cè)量和控制。簡(jiǎn)述了在本設(shè)

20、計(jì)中的思路及電路與各器件的功能。第3章 硬件設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)的選取在此設(shè)計(jì)中我采用了atmel的at89c51單片機(jī)，是由于它是一種高效微控制器，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。單片機(jī)的最小系統(tǒng)是指能使單片機(jī)正常工作的由最少的器件構(gòu)成的系統(tǒng)，一般由單片機(jī)、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路組成。     單片機(jī)的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)分三部分如下：1 電源與接地端at89c51單片機(jī)的40腳為電源端，20腳為接地端。要使at89c51工作，就必須給40腳接+5v電源，20腳接地。2 復(fù)位電路計(jì)算機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)都需要復(fù)位，使中央處理器cpu和系統(tǒng)中的其它部件處

21、于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。那么，作為一個(gè)溫度系統(tǒng)，同樣也需要一個(gè)復(fù)位使系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中遇到特別情況是可以得以復(fù)位，重新開(kāi)始工作。at89c51單片機(jī)有一個(gè)復(fù)位引腳ret，當(dāng)振蕩起振后，該引腳上出現(xiàn)2個(gè)以上的機(jī)器周期（24個(gè)時(shí)鐘周期）的高電平，使器件復(fù)位，rst保持高電平at89c51保持復(fù)位狀態(tài)。此時(shí)的ale、psen、p0、p1、p2、p3端都輸出高電平。rst變?yōu)榈碗娖胶螅顺鰪?fù)位狀態(tài)，cpu從初始狀態(tài)開(kāi)始工作。為了使得單片機(jī)能更好的達(dá)到工作要求，在本次設(shè)計(jì)中運(yùn)用了上電復(fù)位和人工復(fù)位。電路如圖3-1所示；復(fù)位只需要給單片機(jī)一定時(shí)間的高電平，在單片機(jī)正常工作時(shí)復(fù)位腳應(yīng)為低電

22、平。所以上電復(fù)位采用的是rc充放電路，只要把充放時(shí)間選擇的合理，如上圖所示c1和r3構(gòu)成上電復(fù)位；當(dāng)電源電壓加入的瞬間，電容通過(guò)電阻充電，這時(shí)就會(huì)在rst端出現(xiàn)高電平，電容的負(fù)極是接在rst端口，電容充滿后rst端口就為低電平，這時(shí)單片機(jī)可以工作。所以，在ret端和正5v端加電容，在rst端和gnd之間加電阻。rc時(shí)間常數(shù)越大，上電時(shí)rst保持高電平的時(shí)間越長(zhǎng)。當(dāng)振蕩頻率為12mhz時(shí)，c1為10uf，r3值為8.2k。人工復(fù)位就是有人工來(lái)控制的，如上圖3-1中并聯(lián)在上電復(fù)位電路的電容端。一端接高電平一端接rst端，只要把按鈕按下后rst端為高電平，當(dāng)松開(kāi)按鈕后電路就為低電平。在人工按下按鈕的

23、時(shí)間應(yīng)大于兩個(gè)機(jī)器周期時(shí)間，使用了12mhz的晶振，它的機(jī)器周期為1m所以只要在rst端的高電平達(dá)到2m以上就可以復(fù)位。在按鈕按下的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于2m可以使得電路進(jìn)行人工復(fù)位。3、 時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路控制的是系統(tǒng)的工作節(jié)奏的，它給單片機(jī)時(shí)鐘脈沖信號(hào)，像人體內(nèi)的心臟在跳動(dòng)一樣，是非常重要的環(huán)節(jié)。可以采用外部振蕩或內(nèi)部振蕩，本次采用外接石英晶體及電容c3、c4構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。外接電容c3、c4雖然沒(méi)有嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，一般電容為20pf-30pf。圖3-2中y1為12mhz晶振，c3、c4為30pf

24、瓷片電容。晶振主要是決定所產(chǎn)生的時(shí)鐘單片機(jī)的時(shí)鐘電路由一個(gè)12mhz的晶振和兩個(gè)30pf的小電容組成，它們決定了單片機(jī)的工作時(shí)間精度為1s。復(fù)位電路選擇10f的電容和8.2k的電阻組成。由電容串聯(lián)電阻構(gòu)成，由圖并結(jié)合“電容電壓不能突變”的性質(zhì),可以知道,當(dāng)系統(tǒng)一上電,rst腳將會(huì)出現(xiàn)高電平,并且這個(gè)高電平持續(xù)的時(shí)間由電路的rc值來(lái)決定。典型的51單片機(jī)當(dāng)rst腳的高電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上就將復(fù)位，所以適當(dāng)組合rc的取值就可以保證可靠的復(fù)位。一般說(shuō)來(lái)c 取10f,r3取8.2k，原理圖如圖3-1所示。圖3-1復(fù)位電路原理圖圖3-2時(shí)鐘模塊電路圖電容c3、c4的作用有兩個(gè)：其一是使振蕩器起振，其

25、二是對(duì)振蕩器的頻率f起微調(diào)作用。3.1.1 at89c51的主要特性at89c51的主要特性如下： 1. 壽命達(dá)1000寫(xiě)/擦循環(huán)2. 數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年3. 全靜態(tài)工作：0mhz24mhz4. 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定5. 128×8位內(nèi)部ram6. 32個(gè)可編程i/o線7. 2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器8. 6個(gè)中斷源9. 可編程串行通道10. 低功耗閑置和掉電模式11. 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路3.1.2 at89c51的引腳功能at89c51引腳排列如圖3-3所示，引腳功能如下： 圖3-3 at89c51的引腳排列vcc（40）：5vgnd（20）：接地p0口：p0口是一組8位漏極開(kāi)路雙

26、向i/o口，即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口時(shí)，每一個(gè)管腳都能夠驅(qū)動(dòng)8個(gè)ttl電路。當(dāng)“1”被寫(xiě)入p0口時(shí)，每個(gè)管腳都能夠作為高阻抗輸入端。p0口還能夠在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，轉(zhuǎn)換地址和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，并在這時(shí)激活內(nèi)部的上拉電阻。p0口在閃爍編程時(shí)，p0口接收指令，在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令，需要接電阻。p1口：p1口一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)ttl電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作為輸入口。因?yàn)閮?nèi)部有電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)輸出一個(gè)電流。閃爍編程時(shí)和程序校驗(yàn)時(shí)，p1口接收低8位地址。p2口：p2口是一個(gè)內(nèi)部帶有上

27、拉電阻的8位雙向i/o口，p2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)ttl電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的電阻把端口拉到高電平，此時(shí)，可作為輸入口。因?yàn)閮?nèi)部有電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，p2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，p2口線上的內(nèi)容在整個(gè)運(yùn)行期間不變。閃爍編程或校驗(yàn)時(shí)，p2口接收高位地址和其它控制信號(hào)。p3口：p3口是一組帶有內(nèi)部電阻的8位雙向i/o口，p3口輸出緩沖故可驅(qū)動(dòng)4個(gè)ttl電路。對(duì)p3口寫(xiě)如“1”時(shí)，它們被內(nèi)部電阻拉到高電平并可作為輸入端時(shí)，被外部拉低的p3口將用電阻輸出電流。p3口除了作為一般的i

28、/o口外，更重要的用途是它的第二功能p3.0- rxd（串行輸入口）p3.1- txd（串行輸出口）p3.2 -/int0（外部中斷0）p3.3 -/int1（外部中斷1）p3.4 -t0（計(jì)時(shí)器0外部輸入）p3.5 -t1（計(jì)時(shí)器1外部輸入）p3.6- /wr（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）p3.7- /rd（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）p3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)rst：復(fù)位輸入。當(dāng)震蕩器工作時(shí)，ret引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ale/：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ale輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，ale以時(shí)鐘震蕩頻率的1/16

29、輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ale脈沖時(shí)，閃爍存儲(chǔ)器編程時(shí)，這個(gè)引腳還用于輸入編程脈沖。如果必要，可對(duì)特殊寄存器區(qū)中的8eh單元的d0位置禁止ale操作。這個(gè)位置后只有一條movx和movc指令ale才會(huì)被應(yīng)用。此外，這個(gè)引腳會(huì)微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ale無(wú)效。psen：程序儲(chǔ)存允許輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)at89c51由外部程序存儲(chǔ)器讀取指令時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次psen 有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的psen 信號(hào)不出現(xiàn)。ea/vpp：外部訪問(wèn)允許。欲使

30、中央處理器僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器，ea端必須保持低電平。需要注意的是：如果加密位lbi被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存ea端狀態(tài)。如ea端為高電平，cpu則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。閃爍存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12v的編程允許電壓vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12v編程電壓vpp。xtal1：震蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。xtal2：震蕩器反相放大器的輸出端 5 。3.2 傳感器的選取ds18b20溫度傳感器是美國(guó)dallas半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比，它能直接讀出被測(cè)溫。這一部分主要完成對(duì)溫度信號(hào)的采集和轉(zhuǎn)換工作，由ds18b20數(shù)字

31、溫度傳感器及其與單片機(jī)的接口部分組成。數(shù)字溫度傳感器ds18b20把采集到的溫度通過(guò)數(shù)據(jù)引腳傳到單片機(jī)的p2.2口，單片機(jī)接受溫度并存儲(chǔ)。此部分只用到ds18b20和單片機(jī)，硬件很簡(jiǎn)單3.2.1 ds18b20的性能特點(diǎn)1. 適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5v，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。2.獨(dú)特的單線接口方式，ds18b20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與ds18b20的雙向通訊。3. ds18b20支持多網(wǎng)點(diǎn)組合功能，多個(gè)ds18b20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。4. ds18b20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極

32、管的集成電路內(nèi)。5. 測(cè)溫范圍55125，在-10+85時(shí)精度為±0.5。6. 可編程的分辨率為912位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫。7. 在9位分辨率時(shí)最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。8. 測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以"一線總線"串行傳送給cpu，同時(shí)可傳送crc校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力。9. 負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作3.2.2 ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)ds18b20采用3腳pr35封裝，如

33、圖3-4所示。 圖3-4 ds18b20封裝主要由四部分組成：1. 64位光刻rom2. 溫度傳感器3. 非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器th和tl4. 配置寄存器此溫度傳感器的三個(gè)端口是: dq,為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端；gnd,為電源地；vcc,為外接供電電源輸入端。ds18b20屬于單線雙向通訊的傳感器,所以對(duì)溫度的監(jiān)測(cè)部分就是通過(guò)at89c51單片機(jī)進(jìn)行程序指令操作,由dq口進(jìn)行溫度的讀寫(xiě),將測(cè)得的當(dāng)時(shí)溫度不斷的傳送給單片機(jī),單片機(jī)將測(cè)得的溫度進(jìn)行數(shù)碼轉(zhuǎn)換提供給顯示和控制電路。所以將dq端與單片機(jī)的p2.2口相連接，在i/o線上接一上拉電阻，以防止電流不足的問(wèn)題。通過(guò)p2.2口，將溫度傳感器測(cè)得的

34、溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送以及指令的控制。ds18b20的電源端vcc接+5v電源，采用外部電源供電方式，通過(guò)at89c51的p2.2口對(duì)其進(jìn)行讀寫(xiě)操作。外部電源供電方式是ds18b20的最佳工作方式，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)。這樣連接也能很好的實(shí)現(xiàn)溫度的采集和運(yùn)算4。，圖3-5 單片機(jī)與溫度傳感器連接電路圖圖3-6 ds18b20原理圖3.2.3 ds18b20的工作原理根據(jù)ds18b20的通訊協(xié)議，主機(jī)控制ds18b20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：1. 每一次讀寫(xiě)之前都必須要對(duì)ds18b20進(jìn)行復(fù)位；2. 復(fù)位成功后發(fā)送一條rom指令；3. 最后發(fā)送ram指令，這樣才能對(duì)ds18b20進(jìn)行預(yù)定的

35、操作。復(fù)位要求主cpu將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，ds18b20收到信號(hào)后等待1560微秒左右后發(fā)出60240微秒的存在低脈沖，主cpu收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。其工作時(shí)序包括初始化時(shí)序、寫(xiě)時(shí)序和讀時(shí)序，具體工作方法如圖3-7，3-8，3-9所示。(1) 初始化時(shí)序 圖3-7 初始化時(shí)序 總線上的所有傳輸過(guò)程都是以初始化開(kāi)始的，主機(jī)響應(yīng)應(yīng)答脈沖。應(yīng)答脈沖使主機(jī)知道，總線上有從機(jī)設(shè)備，且準(zhǔn)備就緒。主機(jī)輸出低電平，保持低電平時(shí)間至少480us，以產(chǎn)生復(fù)位脈沖。接著主機(jī)釋放總線，10k上拉電阻將總線拉高，延時(shí)1560us，并進(jìn)入接受模式，以產(chǎn)生低電平應(yīng)答脈沖，若為低電平，再延時(shí)480us。(2)

36、 寫(xiě)時(shí)序 圖3-8 寫(xiě)時(shí)序 寫(xiě)時(shí)序包括寫(xiě)0時(shí)序和寫(xiě)1時(shí)序。所有寫(xiě)時(shí)序至少需要60us，且在2次獨(dú)立的寫(xiě)時(shí)序之間至少需要1us的恢復(fù)時(shí)間，都是以總線拉低開(kāi)始。寫(xiě)1時(shí)序，主機(jī)輸出低電平，延時(shí)2us，然后釋放總線，延時(shí)60us。寫(xiě)0時(shí)序，主機(jī)輸出低電平，延時(shí)60us，然后釋放總線，延時(shí)2us。(3) 讀時(shí)序 圖3-9 讀時(shí)序總線器件僅在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)序是，才向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，所以，在主機(jī)發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時(shí)序，以便從機(jī)能夠傳輸數(shù)據(jù)。所有讀時(shí)序至少需要60us，且在2次獨(dú)立的讀時(shí)序之間至少需要1us的恢復(fù)時(shí)間。每個(gè)讀時(shí)序都由主機(jī)發(fā)起，至少拉低總線1us。主機(jī)在讀時(shí)序期間必須釋放總線，并且在時(shí)

37、序起始后的15us之內(nèi)采樣總線狀態(tài)。主機(jī)輸出低電平延時(shí)2us，然后主機(jī)轉(zhuǎn)入輸入模式延時(shí)12us，然后讀取總線當(dāng)前電平，然后延時(shí)50us。53.2.4 ds18b20的測(cè)溫原理每一片dsl8b20在其rom中都存有其唯一的48位序列號(hào)，在出廠前已寫(xiě)入片內(nèi)rom 中。主機(jī)在進(jìn)入操作程序前必須用讀rom(33h)命令將該dsl8b20的序列號(hào)讀出。程序可以先跳過(guò)rom，啟動(dòng)所有dsl8b20進(jìn)行溫度變換，之后通過(guò)匹配rom，再逐一地讀回每個(gè)dsl8b20的溫度數(shù)據(jù)。ds18b20的測(cè)溫原理如圖3-10所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器1，高溫

38、度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計(jì)數(shù)門(mén)，當(dāng)計(jì)數(shù)門(mén)打開(kāi)時(shí)，ds18b20就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量。計(jì)數(shù)門(mén)的開(kāi)啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來(lái)決定，每次測(cè)量前，首先將+32 所對(duì)應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在+32 所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)溫度寄存器的值將加1，減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器1重新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0

39、時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。圖中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程中的非線性，其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)門(mén)仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過(guò)程，直至溫度寄存器值達(dá)到被測(cè)溫度值. 表31 rom操作命令指令約定代碼功 能讀rom33h讀ds18b20 rom中的編碼符合rom55h發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出64位rom編碼，訪問(wèn)單線總線上與該編碼相對(duì)應(yīng)的ds18b20 使之作出響應(yīng)，為下一步對(duì)該ds18b20的讀寫(xiě)作準(zhǔn)備搜索rom0f0h用于確定連接在同一總線上ds18b20的個(gè)數(shù)和識(shí)別64位rom地址，為操作各器件作好準(zhǔn)備跳過(guò)rom0cch忽略64位rom地

40、址，直接向ds18b20發(fā)溫度變換命令，適用于單片工作。警告索命令0ech執(zhí)行后，只有溫度超過(guò)設(shè)定值上限或者下限的片子才做出響應(yīng)溫度變換44h啟動(dòng)ds18b20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時(shí)間最長(zhǎng)為500ms，結(jié)果存入內(nèi)部9字節(jié)ram中讀暫存器0beh讀內(nèi)部ram中9字節(jié)的內(nèi)容寫(xiě)暫存器4eh發(fā)出向內(nèi)部ram的第3，4字節(jié)寫(xiě)上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟讀命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù)復(fù)制暫存器48h將e2pram中第3，4字節(jié)內(nèi)容復(fù)制到e2pram中重調(diào)e2pram0bbh將e2pram中內(nèi)容恢復(fù)到ram中的第3，4字節(jié)讀供電方式0b4h讀ds18b20的供電模式，寄生供電時(shí)ds18b20發(fā)送“0”，外接電源

41、供電ds18b20發(fā)送“1” 另外，由于ds18b20單線通信功能是分時(shí)完成的，他有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫(xiě)時(shí)序很重要。系統(tǒng)對(duì)ds18b20的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初始化ds18b20（發(fā)復(fù)位脈沖）發(fā)rom功能命令發(fā)存儲(chǔ)器操作命令處理數(shù)據(jù)。減法計(jì)數(shù)器1斜坡累加器減到0減法計(jì)數(shù)器2預(yù) 置低溫度系數(shù)振 蕩 器高溫度系數(shù)振 蕩 器計(jì)數(shù)比較器預(yù) 置溫度寄存器減到0圖3-10 測(cè)溫原理內(nèi)部裝置初始化ds18b20跳過(guò)rom匹配溫度變換延時(shí)1s跳過(guò)rom匹配讀暫存器轉(zhuǎn)換成顯示碼數(shù)碼管顯示圖3-11 ds18b20測(cè)溫流程3.3 串口的選取mcs-51系列內(nèi)部含有一個(gè)可編程全雙工串行通信接口，

42、具有uart（通用異步接收和發(fā)送器）的全部功能。該接口電路不僅能同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，也可作為一個(gè)同步移位寄存器使用?？蓸?gòu)成雙機(jī)或者多機(jī)通信系統(tǒng)。3.3.1 串口通信的工作原理在進(jìn)行異步通信時(shí)，數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收分別在各自的時(shí)鐘控制下進(jìn)行，但都必須與字符位數(shù)的波特率保持一致。mcs-51串行口的發(fā)送和接收時(shí)鐘可由兩種方式產(chǎn)生，一種是由主機(jī)頻率經(jīng)分頻后產(chǎn)生，另一種方式是由內(nèi)部定時(shí)器的溢出率經(jīng)16分頻后提供。1.收發(fā)過(guò)程發(fā)送和接收的過(guò)程如下：串行口的發(fā)送過(guò)程啟動(dòng)時(shí)由一條寫(xiě)發(fā)送緩沖器的指令把數(shù)據(jù)寫(xiě)入串行口的發(fā)送緩沖器sbuf中，再由硬件電路自動(dòng)在字符的始末加上起始位（低電平）、停止位（高電平）及其

43、他控制位（如奇偶位），然后在移位脈沖shift的控制下，低位在前，高位在后，從txd端（方式0除外）一位位地向外發(fā)送。 串行口的接收與否受制于允許接收位ren的狀態(tài)，當(dāng)ren被軟件置“1”后，允許接收器接收。接收端red一位位地接收數(shù)據(jù)，直到收到一個(gè)完整的字符數(shù)據(jù)后，控制電路進(jìn)行最后一次移位，自動(dòng)去掉起始位，使接收中斷標(biāo)志位r1置“1”，并向cpu申請(qǐng)中斷。cpu響應(yīng)中斷，把接收緩沖器sbuf的內(nèi)容讀入累加器。t1和r1是由硬件置位的，但需要用軟件復(fù)位。相關(guān)寄存器1. sbuf是兩個(gè)在物理上獨(dú)立的接收、發(fā)送緩沖器，可同時(shí)發(fā)送、接收數(shù)據(jù)。兩個(gè)緩沖器只用一個(gè)字節(jié)地址99h，可通過(guò)指令對(duì)sbuf的讀

44、寫(xiě)來(lái)區(qū)別是對(duì)接收緩沖器的操作還是對(duì)發(fā)送緩沖器的操作。串行口對(duì)外有兩條獨(dú)立的收發(fā)信號(hào)線rxd(p3.0)、txd(p3.1)，因此可以同時(shí)發(fā)送、接收數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)全雙工。2. scon寄存器用了控制串行口的工作方式和狀態(tài)，可按位尋址，其字節(jié)地址為98h。3. pcon中的smod用來(lái)控制波特率加倍。4. tmod設(shè)置定時(shí)器1的工作方式，用來(lái)產(chǎn)生波特率。5. 如果用到中斷，則還需要用到中斷相關(guān)的寄存器ie,ip等。工作方式mcs-51系列單片機(jī)有4中工作方式，可通過(guò)scon中的sm0,sm1的設(shè)置進(jìn)行選擇。3.3.2 max232概述max232芯片是美信公司專門(mén)為電腦的rs-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電

45、源電平轉(zhuǎn)換芯片,使用+5v單電源供電。如圖3-12所示：主要特點(diǎn)：1、符合所有的rs-232c技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 2、只需要單一 +5v電源供電 3、片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力，能夠產(chǎn)生+10v和-10v電壓v+、v- 4、功耗低，典型供電電流5ma 5、內(nèi)部集成2個(gè)rs-232c驅(qū)動(dòng)器 6、內(nèi)部集成2個(gè)rs-232c接收器圖3-12串行通信電路3.4 電路中數(shù)碼管的選取數(shù)碼管有共陽(yáng)極和共陰極兩種。設(shè)計(jì)顯示電路，先考慮的是數(shù)碼管的選用。圖3-13 共陽(yáng)極數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖3-14共陰極數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中選擇了共陽(yáng)極七段顯示數(shù)碼管。共陽(yáng)極數(shù)碼管參照其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖可以看出其公共端為二極

46、管的正極，那么控制一個(gè)數(shù)碼管它是否工作就有此公共端來(lái)決定。有此可以來(lái)設(shè)計(jì)數(shù)碼管的顯示。74ls47的輸入信號(hào)選擇由p0.0p0.7口輸入。根據(jù)74ls47 的功能將輸入的信號(hào)譯碼為七段顯示輸入在顯示的端口。我們所使用的數(shù)碼管是由發(fā)光二極管組成，一般具有二極管的特色，逆向偏壓時(shí)，led不發(fā)光；順向時(shí)將發(fā)光。順向是led兩端有1.7v左右的壓降（比二極管大）。通過(guò)led順向電流越大，led將越亮，但led的壽命將縮減，因此電流以10ma20ma為宜。所以外電路的限流電阻要承受的壓降為3.3v。如果希望流過(guò)的電流限制為10ma，則電阻為330，如想要更亮些可以選擇220的電阻。本電路選擇的是330的

47、電阻。6經(jīng)此設(shè)計(jì)，實(shí)時(shí)顯示電路就有如下圖3-15所示的連接。 圖3-15實(shí)時(shí)顯示電路3.5 74ls47的簡(jiǎn)介74ls47是bcd-7段數(shù)碼管譯碼器/驅(qū)動(dòng)器，74ls47的功能用于將bcd碼轉(zhuǎn)化成數(shù)碼塊中的數(shù)字,通過(guò)它解碼，可以直接把數(shù)字轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管的顯示數(shù)字，從而簡(jiǎn)化了程序，節(jié)約了單片機(jī)的i/o開(kāi)銷。因此是一個(gè)非常好的芯片。 674ls47管腳如圖3-16所示：圖3-16 74ls47管腳圖74ls47譯碼器原理：譯碼為編碼的逆過(guò)程。它將編碼時(shí)賦予代碼的含義“翻譯”過(guò)來(lái)。實(shí)現(xiàn)譯碼的邏輯電路成為譯碼器。譯碼器輸出與輸入代碼有唯一的對(duì)應(yīng)關(guān)系。74ls47是輸出低電平有效的七段字形譯碼器

48、，它在這里與數(shù)碼管配合使用，表3-2列出了74ls47的功能表，表示出了它與數(shù)碼管之間的關(guān)系。部分引腳功能如下：（1） 試燈輸入，是為了檢查數(shù)碼管各段是否能正常發(fā)光而設(shè)置的。當(dāng) =0時(shí)，無(wú)論輸入a ,b, c, d為何種狀態(tài)，譯碼器輸出均為低電平，若驅(qū)動(dòng)的數(shù)碼管正常，是顯示8。（2） 滅燈輸入，是為控制多位數(shù)碼管顯示的滅燈所設(shè)置的。當(dāng) =0時(shí)。不論輸入a ,b, c, d為何種狀態(tài)，譯碼器輸出均為高電平，使共陽(yáng)極7段數(shù)碼管熄滅。（3） 滅零輸入，它是為使不希望顯示的0熄滅而設(shè)定的。當(dāng)對(duì)每一位a= b =c =d=0時(shí)，本應(yīng)顯示0，但是在 =0作用下，使譯碼器輸出全1。其結(jié)果和加入滅燈信號(hào)的結(jié)果

49、一樣，將0熄滅。（4） 滅零輸出，它和滅燈輸入共用一端，兩者配合使用，可以實(shí)現(xiàn)多位數(shù)碼顯示的滅零控制。63.6   控制電路的設(shè)計(jì)3.6.1 加熱控制電路設(shè)計(jì) 作為小型的溫度控制系統(tǒng)選用較多的還是用加熱電阻加熱的方式。本次的溫度控制系統(tǒng)也選用加熱電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)，一方面用于一個(gè)設(shè)計(jì)課題的制作比較方便，另一方面，電阻加熱比較實(shí)際。加熱電阻一般為水泥電阻，其阻值較小，利用電阻的特性，也就是當(dāng)電阻兩段有一定的電壓或流過(guò)電阻的電流較大時(shí)就會(huì)使電阻發(fā)熱。由此可知，加熱電阻兩端的電壓和電流的大小也是決定電阻加熱快慢的一個(gè)因素。選擇加熱電阻大小為20，為了使其加熱速度快，就選用12v的電源供電

50、。表3-2  74ls47的功能表十進(jìn)數(shù)或功能輸入輸出備注dcbaabcdefg0hh0000h000000111hx0001h10001112hx0010h00100103hx0011h00001104hx0100h10011005hx0101h01001006hx0110h11000007hx0111h00011118hx1000h00000009hx1001h000110010hx1010h111001011hx1011h110011012hx1100h101110013hx1101h011010014hx1110h111000015hx1111h1111111xxxxxxl1

51、1111112hl0000l11111113lxxxxxh000000043.6.2 繼電器的選用單片機(jī)輸出端口的電壓一般為5v左右，若由單片機(jī)直接來(lái)將加熱電阻控制的話，加速度緩慢，不能立即實(shí)現(xiàn)溫度控制。所以，設(shè)計(jì)運(yùn)用繼電器作為驅(qū)動(dòng)控制，而由單片機(jī)來(lái)控制繼電器驅(qū)動(dòng)電路。繼電器相當(dāng)于一個(gè)用小電流或小電壓來(lái)控制的線圈，線圈吸合就能帶動(dòng)一個(gè)開(kāi)關(guān)由開(kāi)到合的狀態(tài)。設(shè)計(jì)選用5v小電流的繼電器，那么將加熱電阻接到其常開(kāi)觸電上，給繼電器的公共觸電加上大電壓，也就是12v電壓，當(dāng)繼電器線圈吸合時(shí)，常開(kāi)點(diǎn)就會(huì)下拉成閉合點(diǎn)，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合，那么加在公共觸點(diǎn)上的電壓就等同于在常開(kāi)點(diǎn)上，把加熱電阻的另一端接地，加熱電阻

52、上就得到了一個(gè)12v的電壓，電阻就可以迅速加熱，提高溫度。設(shè)計(jì)圖就如圖3-17所示的電路進(jìn)行連接。圖3-17 單片機(jī)控制加熱電路這里的繼電器驅(qū)動(dòng)則是通過(guò)用一個(gè)三極管作為開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。繼電器屬于感性器件，所以不能用單片機(jī)的i/o直接來(lái)控制，且要在三極管等控制器件上加反向保護(hù)電路。通過(guò)控制三極管的導(dǎo)通與截止來(lái)控制繼電器的線圈是否有一個(gè)閉合回路。給繼電器線圈的一端加上5v的電壓，另一端接進(jìn)一個(gè)三極管的集電極，發(fā)射極接地。對(duì)該三極管的基極加以控制就能使其工作在飽和截止?fàn)顟B(tài)，這兩個(gè)狀態(tài)就相當(dāng)于一個(gè)開(kāi)關(guān)的閉和與斷開(kāi)，三極管使繼電器更容易動(dòng)作。截止時(shí)繼電器線圈就處于開(kāi)路狀態(tài)，線圈不得電，不進(jìn)行操作。三極管飽

53、和時(shí)，將繼電器的一端接地，這樣就使線圈接入5v電源，同時(shí)也將此回路的電流提升了一點(diǎn)。由程序產(chǎn)生的停止或動(dòng)作信號(hào)由p2.0口輸出，通過(guò)上述設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)控制使繼電器開(kāi)關(guān)吸合控制加熱回路，從而達(dá)到控制加熱器加熱的效果。3.6.3 降溫控制電路設(shè)計(jì) 風(fēng)機(jī)選用的是額定為12v的小型直流風(fēng)機(jī)。這種小風(fēng)機(jī)兩端所加電壓小于12v時(shí)仍然可以工作，但轉(zhuǎn)速慢。風(fēng)機(jī)的控制與加熱控制相似，同樣是給風(fēng)機(jī)一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路。通過(guò)單片機(jī)控制口p2.1口控制三極管的導(dǎo)通與截止，來(lái)使繼電器的線圈兩端加上一個(gè)5v的電源，使常開(kāi)觸電點(diǎn)吸合，從而控制風(fēng)機(jī)回路的通斷，來(lái)實(shí)現(xiàn)降溫控制。設(shè)計(jì)為，由單片機(jī)程序判斷是否進(jìn)行降溫控制。當(dāng)判斷是降

54、溫控制時(shí)，程序給p2.1一個(gè)輸出信號(hào)，即高電平信號(hào)，使三極管飽和，繼電器動(dòng)作，風(fēng)機(jī)回路得電動(dòng)作，風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行降溫。根據(jù)設(shè)計(jì)降溫控制電路連接如圖3-18示：電路中，繼電器線圈兩端均反相并聯(lián)了一只二極管，它是用于保護(hù)集成塊的，切不可省去，否則在繼電器由吸合狀態(tài)轉(zhuǎn)為釋放時(shí)，由于電感的作用線圈上將產(chǎn)生較高的反電動(dòng)勢(shì)，極容易導(dǎo)致集成塊擊穿。并聯(lián)了二極管后，在繼電器由吸合變?yōu)獒尫诺乃查g，線圈將通過(guò)二極管形成短時(shí)間的續(xù)流回路，使線圈中的電流不致突變，從而避免了線圈中反電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生，確保了集成塊的安全。常常會(huì)遇到因?yàn)殡娫措妷旱陀谖想妷憾蛊洳荒苷９ぷ鞯那闆r，事實(shí)上，繼電器一旦吸合，便可在額定電壓的一半左

55、右可靠的工作。因此，可以在開(kāi)始時(shí)給繼電器一個(gè)電壓使其吸合，然后再讓其在較低的電源電壓下工作。繼電器是電子電路中常用的一種元件，一般在由晶體管、繼電器等元器件組成的電子開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路中，往往還要加上一些附加電路以改變繼電器的工作特性或起保護(hù)作用。圖3-18單片機(jī)控制風(fēng)機(jī)電路3.7 電源電路設(shè)計(jì)電路中用到兩個(gè)電源，一個(gè)是控制電路電源，用于給單片機(jī)及74ls47等作為工作電源，為5v電源。另一個(gè)則是用于給加熱器及風(fēng)機(jī)的電源，加熱器要工作快，就需足夠的電壓和電流，小電壓小電流工作的緩慢。風(fēng)機(jī)工作在額定范圍內(nèi)才能夠達(dá)到最佳工作狀態(tài)，過(guò)小的電壓電流則帶動(dòng)不了風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。所以，加熱及風(fēng)機(jī)電源選擇為12v電源.電源的設(shè)計(jì)思路是，首先，要求用220v的交流電來(lái)提供電壓，本系統(tǒng)需的電壓為直流5v和直流12v，那么首先要進(jìn)行變壓，再進(jìn)行整流，這樣就能得到需要的直流電。要滿足5v、12v的要求可以用穩(wěn)壓管實(shí)現(xiàn)圖3-19電路連接圖3.8 本章小結(jié)本章里詳細(xì)的介紹了各器件的功能以及使用原理，通過(guò)使用部分圖片圖標(biāo)更能清晰的表達(dá)設(shè)計(jì)內(nèi)容，使文章的內(nèi)容清晰明了，在此設(shè)計(jì)中我使用了ds18b20作為溫度傳感器，74ls47是bcd-7段數(shù)碼管譯碼器/驅(qū)動(dòng)器，風(fēng)機(jī)選用的是額定為12v的小型直流風(fēng)機(jī)，溫度控制系統(tǒng)也選用加熱電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)，選用5v小電流的繼電器，變壓，再進(jìn)行整流，這樣就能得到需要