基于單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功率放大環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)部分課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)

1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué) 院專(zhuān) 業(yè)學(xué)生班級(jí)學(xué)號(hào)課程設(shè)計(jì)題目基于單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-功率放大環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)要求與任務(wù):1） 構(gòu)成單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)2） 功率放大環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)3） 實(shí)驗(yàn)調(diào)試4） THFCS-1現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)5） 撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告工作計(jì)劃與進(jìn)度安排:1） 第12天，查閱文獻(xiàn)，構(gòu)成單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)2） 第34天，功率放大環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)3） 第56，實(shí)驗(yàn)調(diào)試4） 第79天，THFCS-1現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)5） 第10天，撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告指導(dǎo)教師： 201 年 月 日專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人：201 年 月 日學(xué)院教學(xué)副院長(zhǎng)：201 年 月 日摘 要溫度控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，如鋼鐵廠、化工廠、火電廠等鍋

2、爐的溫度控制系統(tǒng)，電焊機(jī)的溫度控制系統(tǒng)等。溫度控制系統(tǒng)在國(guó)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然己經(jīng)十分廣泛，但從國(guó)生產(chǎn)的溫度控制器來(lái)講，總體發(fā)展水平仍然不高，同日本、美國(guó)、德國(guó)等先進(jìn)國(guó)家相比，仍然有著較大的差距。成熟的溫控產(chǎn)品主要以“點(diǎn)位”控制與常規(guī)的PID控制器為主，它們只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制，而用于較高控制場(chǎng)合的智能化、自適應(yīng)控制儀表，國(guó)技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并廣泛應(yīng)用的控制儀表較少.隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與加入WTO，我國(guó)政府與企業(yè)對(duì)此都非常重視，對(duì)相關(guān)企業(yè)資源進(jìn)行了重組，相繼建立了一些國(guó)家，企業(yè)的研發(fā)中心，開(kāi)展創(chuàng)新性研究，使我國(guó)儀表工業(yè)得到了迅速的發(fā)展。音頻放大電路主要以單相橋式整流與三端集成穩(wěn)壓器

3、為主。完成將輸入220v，50Hz的市電，輸出為穩(wěn)定的±5V的直流電。在電子電路設(shè)計(jì)中,很多系統(tǒng)需要對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行放大,以提高其帶負(fù)載能力,驅(qū)動(dòng)后級(jí)電路,因此就要對(duì)信號(hào)進(jìn)行功率放大。功率放大器的主要性能指標(biāo)有輸出功率與效率。目前，溫度控制器產(chǎn)品從模擬、集成溫度控制器發(fā)展到智能數(shù)碼溫度控制器。智能溫控器（數(shù)字溫控器）是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)的結(jié)合，特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)與相關(guān)的溫度控制量，適配各種控制器，并且它是在硬件的基礎(chǔ)上通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能的，其智能化程度也取決于軟件的開(kāi)發(fā)水平，現(xiàn)階段正朝著高精度高質(zhì)量的方向發(fā)展,相信以我國(guó)的實(shí)力，溫控技術(shù)在不久的將來(lái)一定會(huì)為于世界

4、前列。關(guān)鍵詞：溫度控制系統(tǒng), Proteus, PID,功率放大電路目 錄摘 要1第一章 功率放大環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)31.1、固態(tài)繼電器31.2、三極管61.3、RC回路71.4、功率放大環(huán)節(jié)電路8第二章 溫度控制的總體設(shè)計(jì)和思路92.1、溫度控制方框圖92.2、AT89S52單片機(jī)的結(jié)構(gòu)102.3、溫度傳感器的選擇112.4、溫度采集電路122.5、數(shù)碼管溫度顯示電路132.6、 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示132.7、電源5V總體設(shè)計(jì)141.6、電路總體設(shè)計(jì)圖142.8、 DS18B20初始化152.9、 系統(tǒng)流程圖17第三章 調(diào)試18第四章 結(jié)束語(yǔ)19參考文獻(xiàn)2022 / 22第一章 功率放大環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)功率放大電

5、路通常作為多級(jí)放大電路的輸出級(jí)。在很多電子設(shè)備中，要求放大電路的輸出級(jí)能夠帶動(dòng)某種負(fù)載，例如驅(qū)動(dòng)儀表，使指針偏轉(zhuǎn)；驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，使之發(fā)聲；或驅(qū)動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)等?？傊?，要求放大電路有足夠大的輸出功率。這樣的放大電路統(tǒng)稱(chēng)為功率放大電路。1.1、固態(tài)繼電器固態(tài)繼電器(Solid State Relays,縮寫(xiě)SSR)是一種無(wú)觸點(diǎn)電子開(kāi)關(guān)，由分立元器件、膜固定電阻網(wǎng)絡(luò)和芯片，采用混合工藝組裝來(lái)實(shí)現(xiàn)控制回路(輸入電路)與負(fù)載回路(輸出電路)的電隔離與信號(hào)耦合，由固態(tài)器件實(shí)現(xiàn)負(fù)載的通斷切換功能，部無(wú)任何可動(dòng)部件。盡管市場(chǎng)上的固態(tài)繼電器型號(hào)規(guī)格繁多，但它們的工作原理基本上是相似的。主要由輸入(控制

6、)電路，驅(qū)動(dòng)電路和輸出(負(fù)載)電路三部分組成。固態(tài)繼電器的輸入電路是為輸入控制信號(hào)提供一個(gè)回路，使之成為固態(tài)繼電器的觸發(fā)信號(hào)源。固態(tài)繼電器的輸入電路多為直流輸入，個(gè)別的為交流輸入。直流輸入電路又分為阻性輸入和恒流輸入。阻性輸入電路的輸入控制電流隨輸入電壓呈線性的正向變化。恒流輸入電路，在輸入電壓達(dá)到一定值時(shí)，電流不再隨電壓的升高而明顯增大，這種繼電器可適用于相當(dāng)寬的輸入電壓圍。固態(tài)繼電器的驅(qū)動(dòng)電路可以包括隔離耦合電路、功能電路和觸發(fā)電路三部分。隔離耦合電路，目前多采用光電耦合器和高頻變壓器兩種電路形式。常用的光電耦合器有光三極管、光雙向可控硅、光二極管陣列(光伏)等。高頻變壓器耦合，是在一定的

7、輸入電壓下，形成約10MHz的自激振蕩，通過(guò)變壓器磁芯將高頻信號(hào)傳遞到變壓器次級(jí)。功能電路可包括檢波整流、過(guò)零、加速、保護(hù)、顯示等各種功能電路。觸發(fā)電路的作用是給輸出器件提供觸發(fā)信號(hào)固態(tài)繼電器的輸出電路是在觸發(fā)信號(hào)的控制下，實(shí)現(xiàn)固態(tài)繼電器的通斷切換。輸出電路主要由輸出器件(芯片)和起瞬態(tài)抑制作用的吸收回路組成，有時(shí)還包括反饋電路。目前，各種固態(tài)繼電器使用的輸出器件主要有晶體三極管(Transistor)、單向可控硅(Thyristor或SCR)、雙向可控硅(Triac)、MOS場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)、絕緣柵型雙極晶體管(IGBT)等。 固態(tài)繼電器原理 固態(tài)繼電器(Solidstate Rel

8、ay, SSR)是一種由固態(tài)電子組件組成的新型無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，利用電子組件（如開(kāi)關(guān)三極管、雙向可控硅等半導(dǎo)體組件）的開(kāi)關(guān)特性，達(dá)到無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)火花、而能接通和斷開(kāi)電路的目的，因此又被稱(chēng)為“無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)”。相對(duì)于以往的“線圈簧片觸點(diǎn)式”繼電器(Electromechanical Relay, EMR)，SSR沒(méi)有任何可動(dòng)的機(jī)械零件，工作中也沒(méi)有任何機(jī)械動(dòng)作，具有超越EMR的優(yōu)勢(shì)，如反應(yīng)快、可靠度高、壽命長(zhǎng)（SSR的開(kāi)關(guān)次數(shù)可達(dá)108"109次，比一般EMR的106高出百倍）、無(wú)動(dòng)作噪聲、耐震、耐機(jī)械沖擊、具有良好的防潮防霉防腐特性。這些特點(diǎn)使SSR在軍事、化工、和各種工業(yè)民用電控設(shè)備中均有廣泛

9、應(yīng)用。固態(tài)繼電器的控制信號(hào)所需的功率極低，因此可以用弱信號(hào)控制強(qiáng)電流。同時(shí)交流型的SSR采用過(guò)零觸發(fā)技術(shù)，使SSR可以安全地用在計(jì)算機(jī)輸出接口，不會(huì)像EMR那樣產(chǎn)生一系列對(duì)計(jì)算機(jī)的干擾，甚至?xí)?dǎo)致嚴(yán)重當(dāng)機(jī)。比較常用的是DIP封裝的型式?？刂齐妷汉拓?fù)載電壓按使用場(chǎng)合可以分成交流和直流兩大類(lèi)，因此會(huì)有DC-AC、DC-DC、AC-AC、AC-DC四種型式，它們分別在交流或直流電源上做負(fù)載的開(kāi)關(guān)，不能混用. 按負(fù)載電源的類(lèi)型不同可將SSR分為交流固態(tài)繼電器(ACSSR)和直流固態(tài)繼電器(DCSSR)。ACSSR是以雙向晶閘管作為開(kāi)關(guān)器件，用來(lái)接通或斷開(kāi)交流負(fù)載電源的固態(tài)繼電器。ACSSR的控制觸發(fā)方

10、式不同，又可分為過(guò)零觸發(fā)型和隨機(jī)導(dǎo)通型兩種。過(guò)零觸發(fā)型ACSSR是當(dāng)控制信號(hào)輸入后，在交流電源經(jīng)過(guò)零電壓附近時(shí)導(dǎo)通，故干擾很小。隨機(jī)導(dǎo)通型ACSSR則是在交流電源的任一相位上導(dǎo)通或關(guān)斷，因此在導(dǎo)通瞬間可能產(chǎn)生較大的干擾。 12 工作原理 過(guò)零觸發(fā)型ACSSR為四端器件，其部電路如圖1所示。1、2為輸入端，3、4為輸出端。R0為限流電阻，光耦合器將輸入與輸出電路在電氣上隔離開(kāi)，V1構(gòu)成反相器，R4、R5、V2和晶閘管V3組成過(guò)零檢測(cè)電路，UR為雙向整流橋，由V3和UR用以獲得使雙向晶閘管V4開(kāi)啟的雙向觸發(fā)脈沖，R3、R7為分流電阻，分別用來(lái)保護(hù)V3和V4，R8和C組成浪涌吸收網(wǎng)絡(luò)，以吸收電源中帶

11、有的尖峰電壓或浪涌電流，防止對(duì)開(kāi)關(guān)電路產(chǎn)生沖擊或干擾。圖1 固態(tài)繼電器部電路圖要指出的是所謂“過(guò)零”并非真的必須是電源電壓波形的零處，而一般是指在1025V或-(1025)V區(qū)域進(jìn)行觸發(fā)，如圖2所示。圖流電壓分三個(gè)區(qū)域，區(qū)為-10V+10V圍，稱(chēng)為死區(qū)，在此區(qū)域中加入輸入信號(hào)時(shí)不能使SSR導(dǎo)通。區(qū)為1025V和-(1025)V圍，稱(chēng)為響應(yīng)區(qū)，在此區(qū)域只要加入輸入信號(hào)，SSR立即導(dǎo)通。區(qū)為幅值大于25V的圍，稱(chēng)為抑制區(qū)在此區(qū)域加入輸入信號(hào)，SSR的導(dǎo)通被抑制圖2 波形圖當(dāng)輸入端未加電壓信號(hào)時(shí)，光耦合器的光敏晶體管因未接收光而截止，V1飽和，V3和V4因無(wú)觸發(fā)電壓而截止，此時(shí)SSR關(guān)閉。當(dāng)加入輸入

12、信號(hào)時(shí)，光耦合器中的發(fā)光二極管發(fā)光，光敏晶體管飽和，使V1截止。此時(shí)若V3兩端電壓在-(1025)V或1025V圍時(shí)，只要適當(dāng)選擇分壓電阻R4和R5，就可使V2截止，這樣使V3觸發(fā)導(dǎo)通，從而使V 4的控制極上得到從R6URV 3URR7或反方向的觸發(fā)脈沖，而使V4導(dǎo)通，使負(fù)載接通交流電源。而若交流電壓波形在圖2中的區(qū)時(shí)，則因V2飽和而抑制V3和V4的導(dǎo)通，而使SSR被抑制，從而實(shí)現(xiàn)了過(guò)零觸發(fā)控制。由于1025V幅值與電源電壓幅值相比可近似看作“零”。因此，一般就將過(guò)零電壓粗略地定義為0±25V，即認(rèn)為在此區(qū)域，只要加入輸入信號(hào)，過(guò)零觸發(fā)型ACSSR都能導(dǎo)通當(dāng)輸入端電壓信號(hào)撤除后，光耦

13、合器中的光敏晶體管截止，V1飽和，V3截止，但此時(shí)V4仍保持導(dǎo)通，直到負(fù)載電流隨電源電壓減小到小于雙向晶閘管的維持電流時(shí)，SSR才轉(zhuǎn)為截止。 SSR的輸出端器件可分為雙向晶閘管和兩只單向晶閘管反并聯(lián)形式。若負(fù)載為電動(dòng)機(jī)一類(lèi)的感性負(fù)載，則其靜態(tài)電壓上升率dv/dt是一個(gè)重要參數(shù)。由于單向晶閘管靜態(tài)電壓上升率(200V/s)大大高于雙向晶閘管的換向指標(biāo)(10V/s)，因此若采用兩只大功率單向晶閘管反并聯(lián)代替雙向晶閘管，一方面可提高輸出功率；另一方面也可提高耐浪涌電流的沖擊能力，這種SSR稱(chēng)為增強(qiáng)型SSR。1.2、三極管晶體三極管（以下簡(jiǎn)稱(chēng)三極管）按材料分有兩種：鍺管和硅管。而每一種又有NPN和PN

14、P兩種結(jié)構(gòu)形式，但使用最多的是硅NPN和鍺PNP兩種三極管，（其中，N表示在高純度硅中加入磷，是指取代一些硅原子，在電壓刺激下產(chǎn)生自由電子導(dǎo)電，而p是加入硼取代硅，產(chǎn)生大量空穴利于導(dǎo)電）。兩者除了電源極性不同外，其工作原理都是一樣的，下面僅介紹NPN硅管的電流放大原理。對(duì)于NPN管，它是由2塊N型半導(dǎo)體中間夾著一塊P型半導(dǎo)體所組成，發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間形成的PN結(jié)稱(chēng)為發(fā)射結(jié)，而集電區(qū)與基區(qū)形成的PN結(jié)稱(chēng)為集電結(jié)，三條引線分別稱(chēng)為發(fā)射極e、基極b和集電極c。當(dāng)b點(diǎn)電位高于e點(diǎn)電位零點(diǎn)幾伏時(shí)，發(fā)射結(jié)處于正偏狀態(tài)，而C點(diǎn)電位高于b點(diǎn)電位幾伏時(shí)，集電結(jié)處于反偏狀態(tài)，集電極電源Ec要高于基極電源Ebo。在制

15、造三極管時(shí)，有意識(shí)地使發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子濃度大于基區(qū)的，同時(shí)基區(qū)做得很薄，而且，要嚴(yán)格控制雜質(zhì)含量，這樣，一旦接通電源后，由于發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子（電子）與基區(qū)的多數(shù)載流子（空穴）很容易地越過(guò)發(fā)射結(jié)互相向?qū)Ψ綌U(kuò)散，但因前者的濃度基大于后者，所以通過(guò)發(fā)射結(jié)的電流基本上是電子流，這股電子流稱(chēng)為發(fā)射極電流了。由于基區(qū)很薄，加上集電結(jié)的反偏，注入基區(qū)的電子大部分越過(guò)集電結(jié)進(jìn)入集電區(qū)而形成集電極電流Ic，只剩下很少（1-10%）的電子在基區(qū)的空穴進(jìn)行復(fù)合，被復(fù)合掉的基區(qū)空穴由基極電源Eb重新補(bǔ)給，從而形成了基極電流Ibo.根據(jù)電流連續(xù)性原理得：Ie=Ib+Ic，這就是說(shuō)，在基極補(bǔ)充一個(gè)很小的I

16、b，就可以在集電極上得到一個(gè)較大的Ic，這就是所謂電流放大作用，Ic與Ib是維持一定的比例關(guān)系，即：1=Ic/Ib 式中：1-稱(chēng)為直流放大倍數(shù)，集電極電流的變化量Ic與基極電流的變化量Ib之比為：= Ic/Ib。式中-稱(chēng)為交流電流放大倍數(shù)，由于低頻時(shí)1和的數(shù)值相差不大，所以有時(shí)為了方便起見(jiàn)，對(duì)兩者不作嚴(yán)格區(qū)分，值約為幾十至一百多。三極管是一種電流放大器件，但在實(shí)際使用中常常利用三極管的電流放大作用，通過(guò)電阻轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷悍糯笞饔谩?.3、RC回路RC吸收回路的作用，一是為了對(duì)感性器件在電流瞬變時(shí)的自感電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行鉗位，二是抑制電路中因dV/dt對(duì)器件所引起的沖擊，在感性負(fù)載中，開(kāi)關(guān)器件關(guān)斷的瞬間，如

17、果此時(shí)感性負(fù)載的磁通不為零，根據(jù)愣次定律便會(huì)產(chǎn)生一個(gè)自感電動(dòng)勢(shì)，對(duì)外界辭放磁場(chǎng)儲(chǔ)能，為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，一般都采用RC吸收回路，將這部份能量以熱能的方式消耗掉。設(shè)計(jì)RC吸收回路參數(shù)，需要先確定磁場(chǎng)儲(chǔ)能的大小，這分幾種情況：1、電機(jī)、繼電器等，它的勵(lì)磁電感與主回路串聯(lián)，磁場(chǎng)儲(chǔ)能需要全部由RC回路處理，開(kāi)關(guān)器件關(guān)斷的瞬間，RC回路的初始電流等于關(guān)斷前的工作電流；2、工頻變壓器、正激變壓器，它的勵(lì)磁電感與主回路并聯(lián)，勵(lì)磁電流遠(yuǎn)小于工作電流。雖然磁場(chǎng)儲(chǔ)能也需要全部由RC回路處理，但是開(kāi)關(guān)器件關(guān)斷的瞬間，RC回路的初始電流遠(yuǎn)小于關(guān)斷前的工作電流。3、反激變壓器，磁場(chǎng)儲(chǔ)能由兩部份辭放，其部份是通過(guò)互感向二次側(cè)提供

18、能量，只有漏感部份要通過(guò)RC回路處理，以上三種情況，需要測(cè)量勵(lì)磁電感，互感與漏感值，再求得RC回路的初始電流值。R的取值，以開(kāi)關(guān)所能承受的瞬時(shí)反壓，比初始電流值；此值過(guò)小則動(dòng)態(tài)功耗過(guò)大，引值過(guò)大則達(dá)不到保護(hù)開(kāi)關(guān)的作用；C的取值，則需要滿足在鉗位電平下能夠儲(chǔ)存磁能的一半，且滿足一定的dV/dt1.4、功率放大環(huán)節(jié)電路我們給單片機(jī)設(shè)置一個(gè)固定的溫度圍，當(dāng)溫度傳感器測(cè)量的溫度高于我們?cè)O(shè)置的最高數(shù)值時(shí)，這時(shí)單片機(jī)指令控制P3.2口產(chǎn)生一個(gè)高電平信號(hào)送給固態(tài)繼電器，是繼電器的產(chǎn)開(kāi)開(kāi)關(guān)閉合，使開(kāi)關(guān)打開(kāi)通電。控制一個(gè)降溫裝置的開(kāi)啟（本設(shè)計(jì)中考慮到成本和技術(shù)問(wèn)題，采用電風(fēng)扇進(jìn)行降溫控制）。相反，當(dāng)溫度傳感器測(cè)

19、量的溫度低于設(shè)置的最低數(shù)值的時(shí)候，這時(shí)單片機(jī)又控制P3.3口產(chǎn)生一個(gè)高電平送給繼電器，使開(kāi)關(guān)打開(kāi)從而控制升問(wèn)裝置進(jìn)行加熱（本系統(tǒng)采用電熱絲進(jìn)行加熱）。通過(guò)一個(gè)升溫和一個(gè)降溫裝置，就能實(shí)現(xiàn)溫度的調(diào)節(jié)。只要通過(guò)程序，將我們所要達(dá)到的溫度控制在一個(gè)恒溫狀態(tài)下?？刂齐娐返脑韴D如5.7所示,繼電器的正極接電源電壓,負(fù)極接三極管的集電極,之所以采用三極管,就是繼電器一般是需要驅(qū)動(dòng)電壓的。而單片機(jī)的管腳不能提供最后高的電壓，這樣就會(huì)導(dǎo)致即使單片機(jī)送出了高電平也無(wú)法將繼電器開(kāi)關(guān)打開(kāi)。當(dāng)接上三極管后就能將輸入信號(hào)的發(fā)送到繼電器當(dāng)中，驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)使溫度調(diào)節(jié)器改變溫度。圖3 溫度控制電路如圖所示為穩(wěn)定的阻性負(fù)載，為了

20、防止輸入電壓超過(guò)額定值，需設(shè)置一限流電阻Rx；當(dāng)負(fù)載為非穩(wěn)定性負(fù)載或感性負(fù)載時(shí)，在輸出回路中還應(yīng)附加一個(gè)瞬態(tài)抑制電路，如圖4.5b所示，目的是保護(hù)固態(tài)繼電器。通常措施是在繼電器輸出端加裝RC吸收回路(例如：R=150 ，C=0.5 F或R=39 ，C=0.1 F)，它可以有效的抑制加至繼電器的瞬態(tài)電壓和電壓指數(shù)上升率dv/dt。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，建議用戶根據(jù)負(fù)載的有關(guān)參數(shù)和環(huán)境條件，認(rèn)真計(jì)算和試驗(yàn)RC回路的選值。 另一個(gè)常用的措施是在繼電器輸出端接入具有特定鉗位電壓的電壓控制器件，如雙向穩(wěn)壓二極管或壓敏電阻(MOV)。壓敏電阻電流值應(yīng)按下式計(jì)算：Imov=(Vmax-Vmov)/ZS其中ZS為負(fù)載

21、阻抗、電源阻抗以與線路阻抗之和，Vmax、Vmov分別為最高瞬態(tài)電壓、壓敏電阻的標(biāo)稱(chēng)電壓，對(duì)于常規(guī)的220V和380V的交流電源，推薦的壓敏電阻的標(biāo)稱(chēng)電壓值分別為440-470V和760-810V。在交流感性負(fù)載上并聯(lián)RC電路或電容，也可抑制加至SSR輸出端的瞬態(tài)電壓和電壓指數(shù)上升率。(a) (b)圖4 繼電器結(jié)構(gòu)連接圖第二章 溫度控制的總體設(shè)計(jì)和思路2.1、溫度控制方框圖單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)采用的裝置有單片機(jī)、溫度傳感器和溫度調(diào)節(jié)設(shè)備組成起結(jié)構(gòu)硬件結(jié)構(gòu)圖所示。數(shù)據(jù)顯示溫度采集AT89S52單片機(jī)溫度控制鍵盤(pán)圖5 溫度控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖2.2、AT89S52單片機(jī)的結(jié)構(gòu)AT89S52是一種低功耗

22、、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門(mén)狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片晶振與時(shí)鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz

23、靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。AT89S52的結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。由于它的廣泛使用使得市面價(jià)格較8155、8255、8279要低，所以說(shuō)用它是很經(jīng)濟(jì)的.該芯片具有如下功能：有1個(gè)專(zhuān)用的鍵盤(pán)/顯示接口；有1個(gè)全雙工異步串行通信接口；有2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。這樣，1個(gè)89S52，承擔(dān)了3個(gè)專(zhuān)用接口芯片的工作；不僅使成本大大下降，而且優(yōu)化了硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)，給用戶帶來(lái)許多方便。89S52有40個(gè)引腳，有32個(gè)輸入端

24、口（I/O），有2個(gè)讀寫(xiě)口線，可以反復(fù)插除。所以可以降低成本。 2.3、溫度傳感器的選擇DS18B20原理與特性本系統(tǒng)采用了DS18B20單總線可編程溫度傳感器,來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的采集和轉(zhuǎn)換，大大簡(jiǎn)化了電路的復(fù)雜度，以與算法的要求。首先先來(lái)介紹一下DS18B20這塊傳感器的特性與其功能: DSl8B20的管腳與特點(diǎn) DS18B20可編程溫度傳感器有3個(gè)管腳。部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。圖6 DS18B20的外形與管腳圖GND為接地線，DQ為數(shù)據(jù)輸入輸出接口，通過(guò)一個(gè)較弱的上拉電阻與單片機(jī)相連。VDD為電源接口，既可由數(shù)據(jù)線提供

25、電源，又可由外部提供電源，圍3O55 V。本文使用外部電源供電。主要特點(diǎn)有： 1. 用戶可自設(shè)定報(bào)警上下限溫度值。 2. 不需要外部組件，能測(cè)量55+125 圍的溫度。 3. 10 +85 圍的測(cè)溫準(zhǔn)確度為±05 。 4. 通過(guò)編程可實(shí)現(xiàn)9l2位的數(shù)字讀數(shù)方式，可在至多750 ms將溫度轉(zhuǎn)換成12 位的數(shù)字，測(cè)溫分辨率可達(dá)00625 。 5. 獨(dú)特的單總線接口方式，與微處理器連接時(shí)僅需要一條線即可實(shí)現(xiàn)與微處理器雙向通訊。6. 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。7.負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)

26、，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。8.DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫。2.4、溫度采集電路數(shù)據(jù)采集電路如圖5.1所示, 由溫度傳感器DS18B20采集被控對(duì)象的實(shí)時(shí)溫度,提供給AT89S52的P3.1口作為數(shù)據(jù)輸入。在本次設(shè)計(jì)中我們所控的對(duì)象為所處室溫。當(dāng)然作為改進(jìn)我們可以把傳感器與電路板分離，由數(shù)據(jù)線相連進(jìn)行通訊，便于測(cè)量多種對(duì)象。圖7 單片機(jī)2051與溫度傳感器DS18B20的連接圖2.5、數(shù)碼管溫度顯示電路數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段

27、數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個(gè)“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起形成公共陽(yáng)極(COM)的數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陽(yáng)極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不

28、亮。2.6、數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示單片機(jī)AT89S52輸出8個(gè)高低電平信號(hào)每個(gè)數(shù)碼管的8個(gè)段分別連接P0.0-P0.7口上當(dāng)某個(gè)數(shù)碼管的公共端為“0”時(shí)，那么這個(gè)數(shù)碼管被選中，這時(shí)此數(shù)碼管的哪段為”1“則哪段就被點(diǎn)亮初學(xué)者可以利用本實(shí)驗(yàn)板自帶的仿真器功能來(lái)單步執(zhí)行，來(lái)觀察數(shù)碼管的工作原理，由于I/O資源有限，一個(gè)51單片機(jī)只有32個(gè)I/O所以只能將8個(gè)數(shù)碼管以動(dòng)態(tài)掃描的方式來(lái)顯示，何為動(dòng)態(tài)掃描呢？ 動(dòng)態(tài)掃描的連接方式是將8個(gè)數(shù)碼管的8個(gè)段用一樣的I/O來(lái)控制，即第一個(gè)數(shù)碼管的”a“段由P0.0控制第二個(gè)數(shù)碼管的”a“段也是由P0.0來(lái)控制的而8個(gè)數(shù)碼管的公共端則是由不同的I/O來(lái)控制，即第一

29、個(gè)數(shù)碼管的公共端由P2.4控制而第二個(gè)數(shù)碼管的公共端有P2.5控制  動(dòng)態(tài)掃描的控制原理是：將第一個(gè)數(shù)碼管要顯示的容顯示出來(lái)，然后立刻將第二個(gè)數(shù)碼管的容顯示出來(lái)，一次把第8個(gè)數(shù)碼管的容顯示出來(lái)由于單片機(jī)的工作速度非?？欤援?dāng)顯示第8個(gè)數(shù)碼管的時(shí)候第一個(gè)數(shù)碼管的容還沒(méi)有完全消失，這時(shí)立刻重復(fù)上面的過(guò)程，就實(shí)現(xiàn)了數(shù)碼管的。數(shù)碼關(guān)分共陽(yáng)極數(shù)碼管，還有就是共陰極數(shù)碼管，我們就采用共陰來(lái)使用。單片機(jī)各個(gè)口的電壓輸出的都為高電平。共陰就通過(guò)控制陽(yáng)極，即可控制LED顯示。2.7、電源5V總體設(shè)計(jì)電源模塊為系統(tǒng)板上其它模塊提供5V電源，電源輸入有兩種方式，一種為交直流電源從電源插座輸入，

30、輸入的電壓要求，直流輸入應(yīng)大于7.5V，交流輸入應(yīng)大于5V，通過(guò)7805三端穩(wěn)壓器得到5V的直流電源供給系統(tǒng)其它模塊工作，另一種為從USB接口獲取5V電源，只要用相應(yīng)配套的USB線從電腦主機(jī)獲取5V直流電源，在電源模塊中加有保護(hù)電路，即電路中有短路，不會(huì)對(duì)7805三端穩(wěn)壓器與電腦主機(jī)電源有損害。其電路原理圖如圖5所示圖 8 電源設(shè)計(jì)圖1.6、電路總體設(shè)計(jì)圖圖 9 電源總體設(shè)計(jì)圖2.8、DS18B20初始化DS18B20的一線工作協(xié)議流程是：初始化ROM操作指令存儲(chǔ)器操作指令數(shù)據(jù)傳輸。其工作時(shí)序包括初始化時(shí)序、寫(xiě)時(shí)序和讀時(shí)序。故主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：每一次讀寫(xiě)之前都

31、要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。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1660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。DS18B20的單線協(xié)議和命令DS18B20有嚴(yán)格的通信協(xié)議來(lái)保證各位數(shù)據(jù)的傳輸?shù)恼_性和完整性主機(jī)操作單線器件DS18B20必須遵循下面的順序.1.初始化單線總線上的所有操作均從初始化開(kāi)始。初始化過(guò)程如下：主機(jī)通過(guò)拉低單線480us以上，產(chǎn)生復(fù)位脈沖，然后釋放該線，進(jìn)入Rx接收模式主機(jī)釋放總線時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)上升沿。單

32、線期間DS18B20檢測(cè)到改上升沿后，延時(shí)15-60us，通過(guò)拉低總線60-240us來(lái)產(chǎn)生應(yīng)答脈沖。主機(jī)棘手到從機(jī)的應(yīng)答脈沖后，說(shuō)明有單線器件在線。2.ROM操作命令一旦總線主機(jī)檢測(cè)到應(yīng)答脈沖，便可以發(fā)起ROM操作命令。工有5位ROM操作命令。3.存操作命令在成功執(zhí)行了ROM操作命令之后，才可以使用存操作命令。主機(jī)可以提供6種存操作命令。4.數(shù)據(jù)處理DS18B20要有嚴(yán)格的時(shí)序來(lái)保證數(shù)據(jù)的完整性。在單線DQ上，存在復(fù)位脈沖、應(yīng)答脈沖、寫(xiě)“0”、寫(xiě)“1”、讀“0”和讀“1”幾種信號(hào)類(lèi)型。其中，出來(lái)映帶脈沖之外，均由主機(jī)產(chǎn)生。數(shù)據(jù)位的讀和寫(xiě)則是通過(guò)使用讀、寫(xiě)時(shí)隙實(shí)現(xiàn)的。首先來(lái)看寫(xiě)時(shí)隙。當(dāng)主機(jī)將數(shù)

33、據(jù)從高電平來(lái)至低電平時(shí)，產(chǎn)生寫(xiě)時(shí)隙。有2種類(lèi)型的寫(xiě)時(shí)隙：寫(xiě)“1”和寫(xiě)“0”。所有寫(xiě)時(shí)隙必須在60us以上，各個(gè)寫(xiě)時(shí)隙之間必須保證最段1us的恢復(fù)時(shí)間。DS18B20在DQ線變低后的15-60us的窗口對(duì)DQ線進(jìn)行采樣，如果為高電平，就寫(xiě)“1”；如果為低電平就寫(xiě)“0”。對(duì)于主機(jī)產(chǎn)生寫(xiě)“1”時(shí)隙的情況，數(shù)據(jù)線必須先被拉低，然后釋放，在寫(xiě)時(shí)隙開(kāi)始后的15us，允許DQ線來(lái)至高電平。讀主機(jī)產(chǎn)生寫(xiě)“0”時(shí)隙的情況，DQ線必須被拉至低電平且至少保持低電平60us。再來(lái)看讀時(shí)隙。當(dāng)主機(jī)從DS18B20讀數(shù)據(jù)時(shí)，把數(shù)據(jù)線從高電平來(lái)至低電平，產(chǎn)生讀時(shí)隙。數(shù)據(jù)線DQ必須保持低電平至少1us，來(lái)自DS18B20的輸出數(shù)據(jù)在讀時(shí)隙下降沿之后15us有效。因此，在此15us，主機(jī)必須停止將DQ引腳置低。在讀時(shí)隙結(jié)束時(shí)，DQ引腳將通過(guò)外部上拉電阻拉回來(lái)至高電平。所有的讀時(shí)隙最短必須持續(xù)60us，各個(gè)讀時(shí)隙之間必須保證延時(shí)到最段1us的恢復(fù)時(shí)間。所以的讀寫(xiě)時(shí)隙至少需要60us，且每?jī)蓚€(gè)獨(dú)立的時(shí)隙之間至少需要1us的恢復(fù)時(shí)間。