基于單片機(jī)的智能溫度控制系統(tǒng)

1、溫度是生產(chǎn)生活中常見的指標(biāo)，同時也是生產(chǎn)生活中重要的影響因素，直接關(guān)系著生產(chǎn)效率，生產(chǎn)安全，生活質(zhì)量。因此我們常常通過來控制溫度來達(dá)到各種目的。讓溫度在期望值范圍波動，對于不同的超溫或者差溫做出適合的動作。智能控制系統(tǒng)是某些具有仿人智能的工程控制和信息處理系統(tǒng)。智能可定義為：能有效的獲取、傳遞、處理、再生和利用信息，從而在任意給定的環(huán)境下成功的達(dá)到目的。智能溫度控制系統(tǒng)就是在無人的情況下根據(jù)設(shè)定情況對外界溫度信息做出及時的合理的決策并且顯示當(dāng)前溫度與設(shè)定溫度。本設(shè)計介紹了以高性能cmos8位機(jī)AT89S51單片機(jī)為核心的溫度控制系統(tǒng)。溫度信號由溫度傳感器DS18B20采集，并反饋給單片機(jī)，然后

2、通過單片機(jī)發(fā)出信號控制之流電機(jī)轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)速。文中介紹了該控制系統(tǒng)的硬件部分包括：溫度檢測電路、PWM控制電路、LCD顯示電路和一些接口電路。單片機(jī)通過對信號進(jìn)行相應(yīng)處理，從而實現(xiàn)溫度控制的目的。文中還著重介紹了軟件設(shè)計部分，在這里采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要模塊有：LCD顯示程序、鍵盤掃描及按鍵處理程序、驅(qū)動控制電機(jī)程序。關(guān)鍵詞：AT89C51溫度傳感器智能控制直流電機(jī)AbstractThetemperatureisacommonindexinproductionandliving,meanwhileitalsohasaimportantinfluenceonproductionandliving,dir

3、ectlyimpactstheproductionefficiency,productionsafetyandqualityoflife.Toachievedifferentaims,weoftendoitbycontrollingthetemperaturetoachieve.Letthetemperaturefluctuatearoundexpectations,appropriateactionwillbetakenwhenitisbeyondorbelowthesetvalue.Intelligentcontrolsystemisacertainengineeringofhuman-s

4、imulatedintelligentcontrolandinformationprocessingsystems.Intelligencecanbedefinedas:effectiveacquisition,transmission,processing,regeneration,andtheuseofinformation,soastosucceedinanygivenenvironmentachievinggoals.Intelligenttemperaturecontrolsystemwillmaketimelyandreasonabledecisionanddisplaythecu

5、rrenttemperatureandsettingtemperatureaccordingtotheoutsideandsettemperature,intheabsenceofpersonThisdesignintroducesakindoftemperaturecontrolsystembasedonhighperformancecmos8SCMAT89S51.TemperaturesignalwillbeacquisitedbytemperaturesensorDS18B20,andfeedbacktotheSCM,thentheSCMwillsendasignaltocontrolt

6、hemotorspeedanddirection.Thispaperintroducesthehardwarepartofthecontrolsystem,including:temperaturedetectioncircuit,PWMcontrolcircuit,LCDdisplaycircuitandetc.SCMtheisgoingtoachievethepurposeoftemperaturecontrolthroughprocessingsignal.Thepaperalsointroducesthesoftwaredesignpart,hereusingthemodularstr

7、ucture,mainmodulesinclude:LCDdisplayprogram,keyboardscanningandprocessingprogram,drivemotorcontrol.Keywords:AT89C51TemperatuesensorIntelligentcontrolDC-motorII摘要IAbstractII目錄III第1章緒論11.1 系統(tǒng)背景11.2 系統(tǒng)來源及現(xiàn)狀11.2.1 系統(tǒng)來源11.2.2 溫度控制的國內(nèi)外現(xiàn)狀21.3 溫度控制技術(shù)發(fā)展的趨勢31.4 本章小結(jié)4第2章系統(tǒng)方案設(shè)計論證52.1 系統(tǒng)設(shè)計的主要要求及技術(shù)指標(biāo)52.2 系統(tǒng)的總體方案設(shè)

8、計和工作原理簡述52.2.1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計52.2.2 系統(tǒng)工作原理簡述6第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計73.1 系統(tǒng)模塊電路組成73.2 溫度采集電路設(shè)計73.2.1 溫度傳感器方案論證73.2.2 DS18B20的內(nèi)部機(jī)構(gòu)83.2.3 3DS18B20的電路連接113.3 設(shè)定按鍵電路設(shè)計123.3.1 設(shè)定按鍵原理及技術(shù)特點123.3.3 設(shè)定按鍵的電路連接133.4 單片機(jī)選型143.5 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計163.5.1 時鐘電路173.5.2 復(fù)位電路173.6 控制電路設(shè)計193.6.1 直流驅(qū)動器選型193.6.2 直流電動機(jī)調(diào)節(jié)方案論證213.7 溫度顯示電路223.7.1 液晶顯木器

9、223.7.2 液晶顯示電路的連接233.8 電源電路設(shè)計24iii3.8.1 5V開關(guān)電源穩(wěn)壓器電路243.8.2 其他電源穩(wěn)壓器電路243.9 本章小結(jié)25第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計264.1 主程序設(shè)計264.2 各部分子程序284.2.1 溫度采集模塊284.2.2 設(shè)定控制溫度模塊294.2.3 電機(jī)轉(zhuǎn)向設(shè)計304.2.4 電機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)計304.3 LCD顯示模塊314.4 本章小結(jié)32第5章系統(tǒng)調(diào)試335.1 單片機(jī)調(diào)試工具335.2 軟件調(diào)試345.3 本章小結(jié)35第6章結(jié)論36致談日37參考文獻(xiàn)38附錄A39附錄B40附錄C48附錄D49IV第1章緒論第1章緒論1.1 系統(tǒng)背景溫度是控制

10、系統(tǒng)中的重要參數(shù)，在很多工作環(huán)境下要求溫度能控制在一定范圍，以保障器械的穩(wěn)定運(yùn)行，人員的舒適程度，生產(chǎn)的溫度要求。不同的場合對溫度控制的要求亦各不相同，例如在一些大眾場合，對溫度控制的精度要求并非很高，只要維持在一定范圍即可，而在一些特殊場合，例如鍋爐的反應(yīng)，農(nóng)業(yè)保溫箱，發(fā)酵過程控制。對溫度的控制精度要求比較高，溫度稍有偏差，及要求做出相應(yīng)的動作。諸如此類，生活中幾乎處處充滿著溫度控制的例子，我們的家庭中使用空調(diào)來到達(dá)冬暖夏涼的效果，我們的農(nóng)場里通過溫度控制達(dá)到恒溫保產(chǎn)的效果。所謂智能控制系統(tǒng)即在某些場合能夠具智能的工程控制和信息處理系統(tǒng)，它與各類精密的傳感器的發(fā)展緊密聯(lián)系。智能控制是一門新興

11、的交叉前沿學(xué)科，它具有非常寬廣的應(yīng)用領(lǐng)域。我們可以這么認(rèn)為智能：能夠有效的獲取信息、解決和分析決策并且能夠自主的處理問題，從而在任意給定的環(huán)境下成功的達(dá)到目的的能力。它的應(yīng)用范圍遠(yuǎn)比控制理論廣泛，如包括判斷、理解、推理、預(yù)測、識別、規(guī)劃、決策、學(xué)習(xí)和問題求解等。智能控制系統(tǒng)在溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用提高了人力的投入，能及時的對環(huán)境溫度的變化做出相應(yīng)的決策。智能溫度控制系統(tǒng)就是在無人的情況下根據(jù)設(shè)定情況對外界溫度信息做出及時的合理的決策并且顯示當(dāng)前溫度與設(shè)定溫度。1.2 系統(tǒng)來源及現(xiàn)狀1.2.1 系統(tǒng)來源溫度控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和社會生活的各個領(lǐng)域，如家電中的溫度控制大學(xué)中我第一次做的課程設(shè)計

12、是脈沖調(diào)頻調(diào)寬，后來的科研實踐中初次嘗試PWM調(diào)速，這次在閱讀了一些文獻(xiàn)與參考資料之后，準(zhǔn)備在以往的基礎(chǔ)上繼續(xù)加深加入更多的東西，通過簡單的模擬達(dá)到日后更加深入的學(xué)習(xí)。溫度控制的過程包括1測量溫度，2將測量值與設(shè)定溫度進(jìn)行比較，3通過變化值做出相應(yīng)的動作。對于獲取溫度的傳感器，我們簡稱其溫度傳感器即能感受溫度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器。其種類也比較多，主要有接觸式溫度傳感器和非接觸式傳感器，熱電阻和熱電偶等等。但這次選用DS18B20,因其內(nèi)部集成了A/D轉(zhuǎn)換器，使得電路結(jié)構(gòu)更加簡單，測量溫度更加精確。數(shù)字溫度傳感器DS18B20只用一個引腳即可與單片機(jī)進(jìn)行通信，大大減少了接線的麻煩，使得單

13、片機(jī)更加具有擴(kuò)展性。我采用5V直流電機(jī)來進(jìn)行模擬，眾所周知，直流電機(jī)即可正轉(zhuǎn)有可反轉(zhuǎn)，并且可以通過PWM調(diào)速。對于此次的設(shè)計具有較強(qiáng)的直觀性的模擬。我們用正轉(zhuǎn)來代表空氣壓縮，即代表制冷，對于不同的正溫差，電機(jī)的轉(zhuǎn)速將不同。我們用反轉(zhuǎn)來代表制熱，對于不同的負(fù)溫差，電機(jī)的轉(zhuǎn)速也將不同。這樣我們就在主觀形式上進(jìn)行了比較貼近的模擬，在客觀實際中也是合理可行的。1.2.2 溫度控制的國內(nèi)外現(xiàn)狀溫度控制技術(shù)按照控制目標(biāo)的不同可分為兩類：動態(tài)溫度跟蹤與恒值溫度控制。動態(tài)溫度跟蹤實現(xiàn)的控制目標(biāo)是使被控對象的溫度值按預(yù)先設(shè)定好的曲線進(jìn)行變化。從工業(yè)溫度控制器的發(fā)展過程來看，溫度控制技術(shù)大致可分以下幾種：1定值開

14、關(guān)法，1.2.3 PID線性溫度控制法，3智能溫度控制法。生活中我們與溫度控制可以說緊密相連，其中空調(diào)便是我們常見的東西，空調(diào)也稱作空氣調(diào)節(jié)器，是通過設(shè)定溫度與工作模式，采集周圍的溫度，然后判斷是否應(yīng)該全速或者半速壓縮空氣制冷或者吹熱風(fēng)?？梢哉f這是此次本設(shè)計的靈感來源之一。智能溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史：1971年，著名的美籍華裔科學(xué)家傅京孫教授最早公開指出了一個嶄新的研究領(lǐng)域，并提出了相應(yīng)的概念，這就是智能控制系統(tǒng)(IntelligentControlSystems)01985年8月，IEEE在美國紐約召開了第一界智能控制學(xué)術(shù)討論會，智能控制原理和智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)這一提法成為這次會議的主要議題。

15、在過去的20多年里，智能控制理論發(fā)展迅猛，出現(xiàn)了大量新穎的控制理論。國內(nèi)外實例：甘肅大學(xué)的趙紫靜研究了一種基于PID溫度控制技術(shù)的X射線發(fā)生器。這種發(fā)生器需要將其精度控制在土0.5C左右，才能保證器件輸出的X射線波長不發(fā)生超出要求的飄移，否則，X射線波長的超范圍飄移將使整個設(shè)備難以正常使。武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院的賈靜云等將模糊PID溫度控制技術(shù)運(yùn)用在煙氣加熱爐爐溫控制系統(tǒng)中，使得煙氣加熱爐的運(yùn)行狀況和維護(hù)條件得到了明顯的改善，提高了噴煤比和設(shè)備開機(jī)率，降低了能耗和設(shè)備故障次數(shù)，很大程度地提高了生產(chǎn)效率。在智能溫度控的分支下，目前，國內(nèi)在溫室自動控制方面的研究已經(jīng)實現(xiàn)了在一定面積內(nèi)對各種

16、環(huán)境因子的綜合控制。1996年，江蘇理工大學(xué)研制成功了一套溫室環(huán)境控制設(shè)備，通過對溫室內(nèi)部溫度、濕度、光照及CO2濃度的監(jiān)控，在150m2溫室內(nèi)實現(xiàn)了溫度、濕度、光照、CO2濃度的綜合控制英國的Hamid等將PID控制器應(yīng)用到冰箱的溫度控制中，通過使用MATLAB/Simulink軟件仿真和誤差分析圖的方式與傳統(tǒng)的ON-OFF控制做了細(xì)致的比較。結(jié)果表明，PID控制無論是在精度和控制性能方面都優(yōu)于ON-OFF控制。日本KomatsuElectronics公司的KazuhiroMimura對基于PID控制與現(xiàn)代控制理論相結(jié)合的離子化熱水器溫度控制開展了研究，結(jié)果證明這樣的溫度控制方法能夠使用比傳

17、統(tǒng)控制系統(tǒng)更少的溫度傳感器，進(jìn)而降低成本，提高了公司效益。第1章緒論1.3 溫度控制技術(shù)發(fā)展的趨勢目前，我國在恒溫控制技術(shù)這方面總體處于發(fā)達(dá)國家20世紀(jì)80年代中后期的水平，但是我們也有成熟的產(chǎn)品，主要在“點位”控制及常規(guī)的PID控制其上，不過它只能適應(yīng)一般的溫度控制系統(tǒng)，難于控制滯后、復(fù)雜、時變的溫控系統(tǒng)。在較高端的智能控制方面還比較欠缺。因此，我國總體在智能溫度控制方面或者器械上仍與國外有較大差別。除此之外，溫度控制系統(tǒng)在各種場合出現(xiàn)頻率越來越高。在室內(nèi)，最具典型代表的便是空調(diào)，變頻一一變頻空調(diào)自身省電、舒適的特性，令其日益受到華南消費(fèi)者的喜愛在空調(diào)能效升級導(dǎo)致定速空調(diào)節(jié)能補(bǔ)貼大幅減少的背

18、景下，變頻空調(diào)銷量出現(xiàn)成倍增長，品牌結(jié)構(gòu)也發(fā)生了巨大變化。一線品牌紛紛領(lǐng)軍變頻空調(diào)領(lǐng)域，美的、格力、海信、志高、奧克斯等表現(xiàn)突出。在室外，溫度控制廣泛用于農(nóng)業(yè)和工業(yè)。其他任何行業(yè)相比，溫度對于農(nóng)業(yè)更加重對糧食生產(chǎn)、糧食安全、生計來源有著重要作用，正是由于溫度控制系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)中的發(fā)展讓我們能夠在冬天依然能夠平常到美味的西瓜。更多的產(chǎn)品在不可能的季節(jié)將出現(xiàn)，反季食品將不再稀奇。在養(yǎng)殖上，控制恒溫，讓生產(chǎn)效率得到提高，農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)周期大大縮短，農(nóng)產(chǎn)品的種類更加豐富。溫度控制在未來，形式將更加多變，將與更多的東西結(jié)合。例如1PID控制；2神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制（人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前主要的、也是重要的一種人工智能技術(shù)

19、，是一種采用數(shù)理模型的方法模擬生物神經(jīng)細(xì)胞結(jié)構(gòu)及對信息的記憶和處理而構(gòu)成的信息處理方法）；3模糊控制（模糊控制是基于模糊邏輯的描述一個過程的控制算法，主要嵌入操作人員的經(jīng)驗和直覺知識。它適用于不易取得精確數(shù)學(xué)模型和數(shù)學(xué)模型不確定或經(jīng)常變化的對象。）4模糊控制與PID結(jié)合5模糊控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合6模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法三者結(jié)合1.4 本章小結(jié)本課題在研究分析了什么事溫度控制，為什么要進(jìn)行溫度控制，簡介了溫度控制的實例，研究意義、以及國內(nèi)溫度控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀。在此基礎(chǔ)上，對器件的選擇、單片機(jī)控制，驅(qū)動電機(jī)正反轉(zhuǎn)及原理進(jìn)行設(shè)計；通過分析對比，設(shè)計出了一種簡單易行的控制系統(tǒng)。使我們所要看到的東西，

20、所想達(dá)到的功能得到顯而易見卻又不太失真的效果。本課題研究的溫度控制系統(tǒng)，采用溫度傳感器、LCD顯示器、溫度設(shè)定按鍵鍵盤、PWM調(diào)速等技術(shù)對模擬控制器直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)以及轉(zhuǎn)速進(jìn)行了調(diào)節(jié)，對于時時溫度能夠清楚的體現(xiàn)，對于設(shè)定溫度應(yīng)靈活可變，這樣才能達(dá)到調(diào)節(jié)控制的目的。使得此設(shè)計進(jìn)一步的完善，更加合理。為日后的進(jìn)一步研究做良好的鋪墊。第2章系統(tǒng)方案設(shè)計論證第2章系統(tǒng)方案設(shè)計論證2.1 系統(tǒng)設(shè)計的主要要求及技術(shù)指標(biāo)本設(shè)計要求用大學(xué)所學(xué)知識，計一種基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)與之前個人的課程設(shè)計經(jīng)歷，將更多的要求指標(biāo)，實現(xiàn)較完整較溫度控制系統(tǒng)。這個系統(tǒng)中包含溫度顯示模塊，直流電機(jī)驅(qū)動模塊，溫度傳感器模塊以及

21、設(shè)定鍵盤模塊。本課題設(shè)利用溫度傳感器DS18B20將數(shù)據(jù)返回顯示當(dāng)前溫度和設(shè)定溫度，將采集到的溫度的值與初始值比較，這個初始值有軟件設(shè)定，但是設(shè)定的值可加可減，其中加減有力口”鍵和減”鍵控制。對于不同的溫差，充當(dāng)模擬裝置的電機(jī)做出不同的反應(yīng)。直流電機(jī)在比較值的正負(fù)1度不轉(zhuǎn)，高于比較值2度時緩慢正轉(zhuǎn)，高于比較值4度時半速正轉(zhuǎn)，高于比較值6度時全速正轉(zhuǎn)，低于比較值2度時緩慢反轉(zhuǎn)，低于比較值4度時半速反轉(zhuǎn)，低于比較值六度時，全速反轉(zhuǎn)。隨著自動化控制以及計算機(jī)管理系統(tǒng)的日益廣泛以及單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，采用小型化，精確化，價格更加低廉的產(chǎn)品作出的產(chǎn)品無疑將更加適應(yīng)市場。這次的課程設(shè)計的技術(shù)特點主要如下，采

22、用高性能的單片機(jī)AT89C51,它有4個8位并行I/O接口(P0P3),兩個16位的定時器/計數(shù)器，五個中斷源、兩個優(yōu)先級的中斷控制系統(tǒng)，可尋址片外64KB的RAM;溫度傳感器是內(nèi)部集成數(shù)模轉(zhuǎn)換的DS18B20可到達(dá)最高12位分辨率，精度可達(dá)±0.5攝氏度，檢測溫度范圍為-55C+125C,本設(shè)計通過AT89C51單片機(jī)驅(qū)動數(shù)字溫度傳感器DS18B20,進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)采集、讀取、處理，并通過LCD顯示出來。整個系統(tǒng)具有靈活操控性，可以有不同的溫度比較值，儀器界面友好、開放、靈活、直觀、模擬性強(qiáng)、操作簡單；儀器界面根據(jù)需要自由定義和制造；充分發(fā)揮計算機(jī)的能力，有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力；控制迅

23、速、準(zhǔn)確、精度高、范圍廣，且硬件電路設(shè)計簡單；研制周期短，具有良好的性價比2.2 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計和工作原理簡述2.2.1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計本課題分為溫度采集電路，顯示電路，設(shè)定鍵盤，以及控制電路。這些部分相互依存，牽一發(fā)動全身，正是各個部分的聯(lián)合運(yùn)作使得整個系統(tǒng)在設(shè)定完之后能夠在無人的情況下運(yùn)行，體現(xiàn)智能控制的所在?？梢栽诠ぷ鳝h(huán)境惡劣的情況下，減少一線工作人員的工作壓力，保障工人的人身安全以及對時時情況作出正確的反應(yīng)。系統(tǒng)總體方案設(shè)計，如下圖2.2.1所示。鍵盤傳感器單片機(jī)直流電機(jī)圖2.2.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計框架圖2.2.2 系統(tǒng)工作原理簡述該系統(tǒng)采用以高性能的CMOS8位機(jī)AT89C51

24、為核心，通過常見的溫度傳感器DS18B20進(jìn)行溫度傳感采集，將采集的溫度信息反饋給單片機(jī)。通過比較由程序設(shè)定的初始值但是可由加減鍵盤控制的設(shè)定溫度產(chǎn)生不同的信號（PWM脈沖寬度調(diào)制信號），送到直流電機(jī)的驅(qū)動器中，讓直流驅(qū)動器去驅(qū)動直流電機(jī)的具體動作例如起停，轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)速。具體的轉(zhuǎn)向及轉(zhuǎn)速與實際溫度與設(shè)定溫度的溫差決定，具體的比較范圍可以有程序改變靈活多變，適應(yīng)性強(qiáng)。在此為具體說明采用一些特定值以作說明。這個初始值有軟件設(shè)定，假設(shè)可以設(shè)為35度，但是該設(shè)定的值可加可減，其中加減有力口“鍵和減”鍵控制。對于不同的溫差，充當(dāng)模擬裝置的電機(jī)做出不同的反應(yīng)。直流電機(jī)在比較值的正負(fù)1度不轉(zhuǎn)，高于比較值2度時

25、緩慢正轉(zhuǎn)，高于比較值4度時半速正轉(zhuǎn)，高于比較值6度時全速正轉(zhuǎn)，低于比較值2度時緩慢反轉(zhuǎn)，低于比較值4度時半速反轉(zhuǎn)，低于比較值六度時，全速反轉(zhuǎn)第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計在前面兩章中我們對本設(shè)計的研究背景及意義，發(fā)展過程及趨勢，技術(shù)構(gòu)成及特點做了簡單的介紹，除此之外我們在了解了本設(shè)計的具體要求和技術(shù)指標(biāo)還進(jìn)一步探究了系統(tǒng)設(shè)計的原理，闡述了系統(tǒng)的總體方案設(shè)計。但是一個完整的系統(tǒng)，除了了解它研究的意義，整體的構(gòu)架，我們還要用具體的硬件讓其各種功能和要求得以實現(xiàn)。本章對系統(tǒng)硬件的設(shè)計做了簡要的介紹，主要介紹方式以總分的形式的展開，對各個模塊逐一介紹。3.1 系統(tǒng)模塊電路組成一般說來系統(tǒng)主要由主

26、電路，按鍵電路和控制電路組成。主電路包括溫度采集電路，設(shè)定鍵鍵盤電路，溫度顯示電路；控制電路主要指電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向控制電路。其中溫度顯示電路包括當(dāng)前溫度顯示與設(shè)定溫度顯示兩部分。(1)主電路：主要包括溫度采集電路(2)按鍵電路：主要設(shè)比較溫度設(shè)定電路(3)顯示電路：本次顯示器采用LCD顯示器a、當(dāng)前溫度顯示電路b、設(shè)定溫度顯示電路(4)控制電路：包括電機(jī)的選型，驅(qū)動，轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)速控制3.2 溫度采集電路設(shè)計在智能溫度控制系統(tǒng)中溫度采集是第一要素，能否及時正確的采集當(dāng)前的溫度對本次設(shè)計起著決定成敗的影響。溫度采集電路同時也牽連著其他模塊電路，采集的溫度需要顯示，初次之外，更重要的是通過單片機(jī)的判斷，發(fā)出

27、不同的PWM信號，控制直流電機(jī)做出相應(yīng)的動作。因此，可以很清晰的看到，溫度采集電路關(guān)聯(lián)著顯示電路和控制電路。3.2.1 溫度傳感器方案論證眾所周知，獲取溫度的傳感器，我們簡稱其溫度傳感器即能感受溫度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器。其種類也比較多，主要有接觸式溫度傳感器和非接觸式傳感器，熱電阻和熱電偶等等。選擇一種價格適中，精度較高，使用方便的傳感器，對于此次的設(shè)計起著決定成敗的作用。因此在下面，列出了兩種方案。方案一說到傳統(tǒng)的溫度傳感器我們通常能夠想到的就是熱敏電阻，可以用此類器件的感溫效應(yīng)，電信號將隨著外界溫度而變化，將采集到的電信號采集過來，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以送到單片機(jī)處進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，

28、同時可以將被測溫度在顯示電路上顯示出來，但是這種設(shè)計需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，比不可少的牽扯到電阻與溫度的對應(yīng)值的計算，整體電路比較復(fù)雜，精度不高，對采集的信號進(jìn)行放大時容易受溫度的影響出現(xiàn)較大的偏差。因此我們需要利用更高性能的溫度傳感器，在以前的課程設(shè)計中我使用過一種溫度傳感器DS18B20,它的主要特征：1全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換及輸出，2先進(jìn)的單總線數(shù)據(jù)通信，3最高12位分辨率，精度可達(dá)土0.5攝氏度，4最大工作周期為750毫秒，5檢測溫度范圍為-55C+125C。溫度傳感器DS18B20,集合了容易直接讀取被測溫度值，內(nèi)部集成AD轉(zhuǎn)換，電路簡單，精度高，軟硬件易實現(xiàn)等諸多優(yōu)點，而且使用單片機(jī)的接口

29、便于系統(tǒng)的再擴(kuò)展，滿足設(shè)計要求。綜上所述，兩種方案孰優(yōu)孰劣顯而易見，方案二，電路比較簡單，性能好，費(fèi)用較低，可靠性高，在硬件設(shè)計方面十分貼合此次設(shè)計要求，故采用了方案二。3.2.2 DS18B20的內(nèi)部機(jī)構(gòu)溫度傳感器是該模塊的關(guān)鍵器件，本次設(shè)計所采用的是美國Dallas半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的支持線總線”接口的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20O它的測溫范圍為-55C+125C,被測溫度用符號擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式用行輸出，在-10+85C范圍內(nèi)，精度為i0.5CoDS18B20采集到的實際溫度直接以先進(jìn)的單總線數(shù)據(jù)通信方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性，適合于各種環(huán)境下的實際溫度測量，如：工業(yè)控制、農(nóng)業(yè)

30、過程控制、簡易測溫類產(chǎn)品等。DS18B20可程序設(shè)定912位的分辨率，精度可達(dá)i0.5CoDS18B20具有內(nèi)置的EEPROM,可設(shè)定的分辨率及報警溫度都可存儲在其中，且掉電后仍然存在。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)由64bit閃速ROM、溫度感測器、溫度報警觸發(fā)器TH和TL（非易失性）、配置寄存器等4個數(shù)字器件組成，如圖3.2.1所示。圖3.2.1DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框架圖上一部分介紹了溫度傳感器DS18B20內(nèi)部框架圖，接下介紹它的工作原理，它測第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計量溫度是通過實際溫度影響振蕩器的頻率，如圖3.2.2所示圖3.2.2DS18B20工作原理圖DS18B20內(nèi)部有2個振蕩器，它們的溫度

31、系數(shù)不同，低溫度系數(shù)振蕩器輸出的時鐘脈沖信號在高溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的門周期內(nèi)進(jìn)計數(shù)。相對基數(shù)值-55C預(yù)置為計數(shù)初值，即高溫度系數(shù)振蕩器輸出的門周期結(jié)束前若計數(shù)器計數(shù)為零，表示測到的溫度高于-55C,預(yù)置了-55C的溫度寄存器具值加1,重復(fù)該步驟，直至高溫度系數(shù)振蕩器門周期結(jié)束，測到的溫度值將是溫度寄存器中的值。該值由單片機(jī)可以從讀發(fā)存儲器讀出，經(jīng)過取補(bǔ)計算和二進(jìn)制與十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換，得到真正的溫度值。在補(bǔ)償及修正溫度振蕩器的非線性上為產(chǎn)生分辨率更高的溫度測量值是用斜率累加器。通過改變溫度每升高1C,計數(shù)器須經(jīng)計數(shù)值實行補(bǔ)償。為獲得所需分辨率，必須知道該數(shù)值及在給定溫度處每1C的計數(shù)值通過以上介紹

32、我們得知了DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，工作原理，等相關(guān)信息。接下來我們將介紹它的具體管腳，它的管腳排列圖如圖3.2.3所示圖3.2.3DS18B20的管腳排列圖其中DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端；GND為供電電源端；VCC為電源輸入端。傳感器DS18B20可完成對溫度的感測，然后對獲得的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以12位處理為例：用16位符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以0.0625C/LSB形式表達(dá)，其中S為符號位。二進(jìn)制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于0,那么該5位為0,只要將感測的溫度乘于0.0625就是實際溫度；假如溫度小于零，符合位為1,測到的溫值需要取反再加1再乘于0.0625即可為實

33、際溫度值。例如+85C的數(shù)字輸出為0550H,+0.5C的數(shù)字輸出為0008H,-0.5C的數(shù)字輸出為FFF8H,具體的溫度與二進(jìn)制代碼和十六進(jìn)制代碼對照如下表3.2.1所示。表3.2.1溫度代碼對照溫度值二進(jìn)制數(shù)值輸出十六進(jìn)制數(shù)值輸出+125C000001111101000007D0h+85C00000101010100000550h+25.0625C00000001100100010191h+10.125C000000001010000000A2h+0.5C00000000000000000008h+0C00000000000000000000h-0.5C1111111111111000F

34、FF8h-10.125C1111111101011110FF5Eh-25.0625C1111111001101111FF5Eh-55C1111110010010000FC90h作為傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)存儲器也是十分重要，接下來我們將介紹DS18B20的存儲器，溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的E2RAM,后者放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH、TL和結(jié)構(gòu)寄存器，DS18B20的溫度寄存器格式如圖3.2.4所示（其中S代表符號位）。Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit08421050.250.1250.0625LSByteBit15Bit14Bi

35、t13Bit12Bit11Bit10Bit9Bit8SSSSS643216MSByte圖3.2.4DS18B20溫度寄存器格式圖DS18B20暫存存儲器包含了9個連續(xù)字節(jié)，前兩個字節(jié)是測得的溫度信息，第一個字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低八位（LSB）,第二個字節(jié)是溫度的高八位（MSB）。第三個和第四個字節(jié)是關(guān)于限值信息，高溫限值（TH）和低溫限值（TL）用于設(shè)置高溫報警和低溫報警，TH、TL為易失性拷貝。第三、第四和第五個字節(jié)是結(jié)構(gòu)寄存器的易失性拷貝，這三個字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復(fù)位時都會被刷新。第六、七、八個字節(jié)用于內(nèi)10第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計部計算。第九個字節(jié)是冗余檢驗字節(jié)(CRC)。如下表3.2,2所

36、示表3.2.2DS18B20暫存存儲器地址分布表寄存器內(nèi)容字節(jié)地址溫度最低數(shù)字位(LSB)0溫度最高數(shù)字位(MSB)1高溫限值(TH)2低溫PM值(TL)3保留4保留5計數(shù)剩余值6每度計數(shù)值7循環(huán)冗余校驗碼(CRC)校驗8根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，單片機(jī)控制DS18B20完成轉(zhuǎn)換溫度值必須經(jīng)歷以下三個步驟：1、每次讀或?qū)懼跋纫M(jìn)行對DS18B20復(fù)位，2、復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，3、，想要對對DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作還要發(fā)送RAM指令。綜上所述我們在DS18B20這一節(jié)中簡介了內(nèi)部結(jié)構(gòu)框架，工作原理，及它的管腳圖。同時我們還介紹了溫度測量后的溫度與二進(jìn)制和十六進(jìn)制數(shù)值之間的關(guān)系

37、。才外它的RAM結(jié)構(gòu)我們也做了相關(guān)介紹。最后我們給出了DS18B20的寄存器的地址分布表。通過這些介紹我們能夠大概了解到DS18B20的內(nèi)部構(gòu)成，在有了一個清晰的內(nèi)部原理后，我們才能更清楚的將DS18B20用于電路連接，為接下來介紹DS18B20的電路連接做了良好的鋪墊。3.2 .3DS18B20的電路連接通過以上對DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)介紹，我們可知DS18B20有三個管腳：GND為接地端，DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端，VCC為供電電源端，DS18B20對電源的要求范圍比較大可在3.8-5.5V之間，并不會有太多的影響。在硬件使用上，DS18B20與單片機(jī)的連接方法可以有兩種，第一種是VCC接

38、外部電源，GND接地，DQ是與單片機(jī)的I/O線相連，本設(shè)計正是用的是此方法；第二種是用寄生電源供電，此時VCC單片機(jī)I/O相接、GND接地，I/O接單片機(jī)I/O。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，I/O口線要接大小約為10KQ的上拉電阻。本系統(tǒng)中DS18B20的DQ口與單片機(jī)的P1.2口連接，GND接地。與單片機(jī)的連接原理圖如下圖3,2,5所示。11圖3.2.5DS18B20與單片機(jī)的連接原理圖3.3 設(shè)定按鍵電路設(shè)計鍵盤是一組按鍵的集合，鍵是一組常開型開關(guān)，平時鍵的兩個觸點處于斷開的狀態(tài)，按下鍵時他們才閉合，鍵盤分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤。按鍵的識別由專用的硬件譯碼實現(xiàn)，并能產(chǎn)生鍵盤編號或鍵值的

39、稱為編碼鍵盤，如BCD嗎鍵盤等，而缺少這種鍵盤編碼的電路要靠自編的軟件識別的鍵盤稱為非編碼鍵盤。在單片機(jī)組成的電路系統(tǒng)及智能化儀器中，用的更多的是非編碼鍵盤。在介紹完溫度傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，工作原理和與單片機(jī)電路連接后。我們便可以獲得實時溫度。但是在溫度控制系統(tǒng)中我們需要一個控制溫度參考值。對于不同的工作環(huán)境控制溫度往往是不同的，對于同一套系統(tǒng)，我們需要能夠靈活加減控制溫度的功能。3.3.1 設(shè)定按鍵原理及技術(shù)特點鍵盤在單片機(jī)系統(tǒng)中也是不可或缺的模塊之一，在本系統(tǒng)中也不例外，鍵盤在本系統(tǒng)中框架圖如下圖3.3.1所示。圖3.3.1鍵盤在系統(tǒng)中的框架圖通過按鍵來改變設(shè)定參數(shù)值是常用的方法，在本設(shè)計中

40、，亦采用非編碼鍵盤，由于不同環(huán)境下的溫度控制需要不同的控制參數(shù)，這個參數(shù)剛開始的時候可由軟件寫入單片機(jī)。當(dāng)按鍵未被按下即斷開的時候，輸入為高電平，按下鍵盤時，輸入為低電平判斷此類按鍵的原理框架圖如下圖3.3.2所示。12第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計圖3.3.2按鍵原理框架圖值得注意的是通常所用的按鍵開關(guān)為機(jī)械彈性開關(guān)，當(dāng)機(jī)械觸點斷開和閉合時，電壓信號波形將抖動將如下圖3.3.3所示。由于機(jī)械點的彈性作用，一個按鍵開關(guān)在接通閉合時不會立刻穩(wěn)定的，在打開時也不會馬上斷開，因而在閉合及斷開時的瞬間都伴有一小段的抖動。按鍵的機(jī)械特性決定抖動時間的長短，一般為5-10mSo這種抖動對于人來說是感覺不到的，但對單片

41、機(jī)來說則是完全能都感應(yīng)到的，因為單片機(jī)的處理速度在微妙級別以上。假如不對按鍵進(jìn)行消除抖動的話，如果鍵盤輸入一個1,實際已經(jīng)輸入了多個1,其結(jié)果是認(rèn)為輸入了若干次的1,而非理論上的一次。這樣就大大影響了實驗的結(jié)果。因此通過延時程序必須進(jìn)行消抖圖3.3.3按鍵輸入抖動波形圖3.3.3 設(shè)定按鍵的電路連接通過以上的介紹，我們看到了在本設(shè)計中鍵盤在該系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)，按鍵加減的原理，通過這些介紹，為接下來的電路連接做了很好的鋪墊。設(shè)定按鍵的電路連接圖如圖3.3.4所示。其中S2鍵為增加設(shè)定控制溫度鍵，每按一下，設(shè)定控制溫度值增加1,S2鍵為減少設(shè)定控制溫度鍵，每按一下，設(shè)定控制溫度值減1。13P1.0/T

42、2kJP1.1/T2EX-OS30S2AT89C51圖3.3.4設(shè)定按鍵的電路連接圖3.4 單片機(jī)選型單片機(jī)我們采用AT89C51,它有40個管腳，分成兩排，每一排各有20個腳，其中左下角標(biāo)有箭頭的為第1腳，然后按逆時針方向依次為第2腳、第3腳第40腳。在40個管腳中，其中有32個腳可用于各種控制，比如控制溫度傳感器、控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)、控制設(shè)定按鍵，設(shè)定溫度顯示等，這32個腳叫做單片機(jī)的“端口”。具引腳圖如圖3.4.1。圖3.4.1AT89C51引腳圖14第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計相較于INTEL公司的8051它本身帶有一定的優(yōu)點。AT89C51是一種4字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存貯器(FPEROM

43、-FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，也就是我們常說的單片機(jī)。該器件的制造技術(shù)是ATMEL高密度非易失存儲器，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51命令集合和管腳輸出分布相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在一個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高性能的微控制器，AT89C51單片機(jī)為許多嵌入式開發(fā)系統(tǒng)提供了一種靈活高校且經(jīng)濟(jì)的方案。AT89C51芯片實物圖如3.4.2所示圖3.4.2AT89C51芯片實物圖AT89C51的技術(shù)特點： 與MCS-51兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器壽命：1000寫/擦循環(huán)

44、數(shù)據(jù)持續(xù)時間：10年 靜態(tài)工作頻率：0Hz-24Hz 存儲器可鎖定三級程序 內(nèi)部RAM達(dá)到128*8位 可編程I/O口32個 兩個定時器/計數(shù)器均為16位 5個中斷源平行通道能夠編程閑置時低功耗，含有掉電模式片內(nèi)含有振蕩器以及時鐘電路管腳說明：1 .VCC:供電電壓；2 .GND:接地端；3 .P0口：P0為一個三態(tài)雙向口，可作為地址/數(shù)據(jù)分時復(fù)用口，也可作為通用I/O接口。在單片機(jī)需要外擴(kuò)程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、并行I/O接口時，通常作為16位地址總線的低8位和8位數(shù)據(jù)總線信號接口。當(dāng)P0口作為地址/數(shù)據(jù)分時復(fù)用總線時，可分為兩種情況：一種是從P0口輸出地址或數(shù)據(jù)，另一種是從P0口輸入數(shù)據(jù)。

45、由于15是分時使用，用ALE地址鎖存信號將低8位地址鎖存在與P0口相連接的外部8位鎖存器中，形成16位地址信號的低8位，然后P0再作為數(shù)據(jù)口使用。4 .P1:P1是專門供用戶使用的I/O口，是準(zhǔn)雙向口。輸出端無需接上拉電阻。P1口只有通用I/O接口一種功能。5 .P2口：P2口也是準(zhǔn)雙向口。但一般作為擴(kuò)展系統(tǒng)的地址總線，輸出高8位地址。與P0口一起組成16位地址總線，供系統(tǒng)擴(kuò)展時使用。如果沒有系統(tǒng)擴(kuò)展，P2口也可以作為用戶I/O線使用，其工作原理與P1相同，負(fù)載能力也與P1相同。6 .P3口:P3口是雙功能口，也是準(zhǔn)雙向口，P3口除作為通用I/O口外，還有第二種功能，作為第一功能使用時，P3的

46、結(jié)構(gòu)與操作與P1相同。P3作為第二功能時為用行口、外部中斷、定時器工作。如下表3.4.1所示：表3.4.1P3口的第二功能弓1腳第二功能信號名稱P3.0RXD串行數(shù)據(jù)接收P3.1TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送P3.2INTO外部中斷0請求P3.3INT1外部中斷1請求P3.4T0定時器/計數(shù)器0計數(shù)輸入P3.5T1定時器/計數(shù)器1計數(shù)輸入P3.6WR外部RAM寫選通P3.7RD外部RAM讀選通P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。7 .RST:復(fù)位信號。當(dāng)輸入的復(fù)位信號延續(xù)兩個機(jī)器周期以上高電平時即為有效，用于完成單片機(jī)的復(fù)位操作。8 .ALE/PROG:當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電

47、平用于鎖存地址的地9 .PSEN:外部程序存儲器的選通信號。單片機(jī)訪問片外ROM時PSEN有效（低電平）,以實現(xiàn)片外ROM單元的讀操作。10 .EA/VPP：當(dāng)EA為低電平時，對rom的讀操作限定在片外程序存儲器；當(dāng)EA為高電平時，對ROM的讀操作是從片內(nèi)程序存儲器開始的，并可延續(xù)至片外程序存儲器。11 .時鐘線：XTAL1和XTAL2外接晶體引線端。當(dāng)使用芯片內(nèi)部時鐘時，此二引線端用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時鐘時，用于接外部時鐘脈沖信號。3.5 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計單片機(jī)的最小系統(tǒng)，簡單來說，就是組成單片機(jī)系統(tǒng)必須的部分。比如一個應(yīng)用系統(tǒng)不能沒有單片機(jī)芯片，不能沒有電源，不能沒有產(chǎn)

48、生時鐘的晶體振蕩器，一般還16第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計需要能使單片機(jī)復(fù)位的電路等。3.5.1 時鐘電路時鐘電路是計算機(jī)的心臟，用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需的時鐘信號，它控制著計算機(jī)的工作節(jié)奏。MCS-51單片機(jī)允許的時鐘頻率是因型號而異的典型值為12MHz。MCS-51內(nèi)部都有一高增益?zhèn)€反相放大器，XTAL1為其芯片管腳的輸入端，XTAL2為輸出端引腳，在芯片的外部的晶體振蕩器和微調(diào)電容通過這兩個引腳連接，形成反饋電路。就構(gòu)成了一個穩(wěn)定的自激振蕩器，產(chǎn)生時鐘送至單片機(jī)內(nèi)部的各個部件。AT89C51是屬于CMOS8位微處理器，它的時鐘電路在結(jié)構(gòu)上有別于NMOS型的單片機(jī)。圖3.5.1為CMOS型單片機(jī)時鐘電

49、路框圖。電容C1和C2的作用有兩個：其一是使振蕩器XTAL1起振，其二是對振蕩器的頻率f起微調(diào)作用（C1、C2大，f變?。?其值一般取22pF左右。CS130pfXTAL12MHZXTAL2CS2AT89C5130pf圖3.5.1CMOS型單片機(jī)時鐘電路框圖3.5.2 復(fù)位電路復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。單片機(jī)系統(tǒng)在上電運(yùn)行時，都需要先復(fù)位，起作用是使CPU和系統(tǒng)中其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，從這個狀態(tài)開始工作。因而，復(fù)位是一個很重要的操作方式。但單片機(jī)本身是不能自動進(jìn)行復(fù)位的。必須配合相應(yīng)的外部復(fù)位電路才能實現(xiàn)。本設(shè)計使用上電+按鍵復(fù)位。RST是單片機(jī)一個復(fù)位引腳，它是復(fù)位信號的輸入端，

50、當(dāng)振蕩器起振后該引腳上出現(xiàn)24個時鐘周期（即2個機(jī)器周期）以上的高電平，只要RST保持高電平就能使器件復(fù)位，單片機(jī)復(fù)位狀態(tài)亦可保持。止匕時ALE、PSEN、P0、P1、P2、P3口均為高電平。復(fù)位退出在RST成為低電平后，CPU從初始狀態(tài)進(jìn)入工作。對于按鍵復(fù)位，復(fù)位鍵按下后，復(fù)位端通過的小電阻51Q與VCC電源接通，迅速放電，使RST引腳為高電平，復(fù)位按鍵彈起后，電源VCC通過對10仙麗新充電，RST引腳端出現(xiàn)復(fù)位正脈沖，其持續(xù)時間取決與RC的時間常數(shù)。單片機(jī)可靠復(fù)位的時間要大于2個機(jī)器周期如果采用12MHz的晶振則復(fù)位時間要大于2微妙。上電復(fù)位電路對電容的充電時間：t=3RC=3X10X10

51、-6X8.2*103=0.246秒可以保證單片機(jī)的正常復(fù)位復(fù)位電路如下圖3.5.2所示:17VCCVCCC110FS1R28.2KQRSTAT89C51GND圖3.5.2復(fù)位電路圖單片機(jī)最小系統(tǒng)很簡單，就是能使單片機(jī)工作的最少的器件構(gòu)成的系統(tǒng)。最小系統(tǒng)雖然簡單，但是卻是大多數(shù)控制系統(tǒng)所必不可少的關(guān)鍵部分。分三個部分：1.晶振,晶振的大小由單片機(jī)時鐘周期要求而決定，用于計時，與兩個電容并聯(lián)使用，電容大小由你的晶振決定，一般用22pF2.復(fù)位電路，用于復(fù)位回到最初狀態(tài)3.電源，用于供電，一般使用5v穩(wěn)壓電源，可以由USB口提供，也可使用母頭，電池等4.燒制程序的口。最小系統(tǒng)圖如圖3.5.3所示VC

52、C,IlS1R151QC1丁10戶R28.2KCEARSTCS130pfXTII12PXTAL1XL1HXTAL2CS230pfAT89C51圖3.5.3單片機(jī)最小系統(tǒng)圖18第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計3.6前文介紹了溫度傳感器的選擇，溫度傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；發(fā)射電路中控制溫度的設(shè)定，單片機(jī)的選型，以及單片機(jī)的時鐘電路和最小系統(tǒng)。接下來我們要介紹控制電路。這次的控制電路采用直流電機(jī)，鑒于直流電機(jī)的特性。我們需要用直流驅(qū)動器驅(qū)動直流電機(jī)。由于本設(shè)計使用的直流電機(jī)是一種模擬器，故采用玩具車上的小直流電動機(jī)。也是常用的5V直流電機(jī)，5V電機(jī)的參數(shù)：轉(zhuǎn)速可以從5rpm-21000rp,電流可以從0.03A-0.5

53、A,力矩在700g/cm-2.4g/cm。故使用的直流驅(qū)動方案可如下。3.6.1 直流驅(qū)動器選型方案一：采用繼電器對電動機(jī)的開和關(guān)進(jìn)行有效控制，通過切換開關(guān)來改變電機(jī)的速率。這個方案的優(yōu)點是電路簡單，實現(xiàn)起來比較容易；缺點是繼電器的響應(yīng)速度慢、機(jī)械結(jié)構(gòu)容易損壞、壽命較短。方案二：采用DSP芯片，配以電機(jī)控制所需要的外圍功能電路，通過數(shù)控電壓源調(diào)節(jié)電機(jī)運(yùn)行速度，實現(xiàn)控制物體的運(yùn)動軌跡。該方案優(yōu)點是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、使用便捷、可靠性提高。但系統(tǒng)軟硬件復(fù)雜、成本高。方案三：采用專用芯片L298。L298是一個具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動芯片，它響應(yīng)頻率高，且還帶有控制使能端。用該芯片作為電機(jī)驅(qū)動，操作

54、方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。L298為SGS-THOMSONMicroelectronics所出產(chǎn)的雙全橋直流電機(jī)專用驅(qū)動芯片(DualFull-BridgeDriver),內(nèi)部包含4信道邏輯驅(qū)動電路，是一種二相和四相電機(jī)的專用驅(qū)動器，可同時驅(qū)動2個二相或1個四相電機(jī)，內(nèi)含二個H-Bridge的高電壓、雙全橋式大電流驅(qū)動器，接收標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯信號，6V、24A以下的步進(jìn)電機(jī)能夠被驅(qū)動，且電壓輸出可以直接通過電源來調(diào)節(jié)；模擬時序信號在此芯片可直接由單片機(jī)的I/O端口來提供。L29的接腳如圖3.6.1所示，Pin1和Pin15可與電流偵測用電阻連接來控制負(fù)載的電路；2個步進(jìn)電機(jī)分別接在OUTl、OU

55、T2和OUT3、OUT4之間；電機(jī)的正反轉(zhuǎn)輸入控制input1input4的電位來控制；Enable為使能端用來控制電機(jī)停轉(zhuǎn)。L298的邏輯功能如下表3.6.1表3.6.1L298的邏輯功能IN1IN2ENA電機(jī)狀態(tài)XX0停止101順時針011逆時針000停止110停止19方案四：雖然L298功能強(qiáng)大，驅(qū)動穩(wěn)定，但是對于本次設(shè)計出綽有余，問題最大的是L298的芯片非常難焊接，不適合用在萬用板上，因此采用L298的簡化芯片L9110用L9110內(nèi)含H橋。這使L9110具有L298相同驅(qū)動直流電機(jī)的功能；L9110的特點是1寬泛的電壓范圍：2.5V-12V;2每個輸出通道具有持續(xù)輸出800mA;3

56、飽和壓降較低；4兼容TTL/CMOS輸出電平，可直接連適用于感性負(fù)載的內(nèi)置鉗位二極管，；5單片之中集成了控制和驅(qū)動；具有管腳高壓保護(hù)的功能；6工作溫度：0c-80C。其管腳圖如下圖3.6.1所示GNDIBIAGND0A匚VCC匚VCC匚OB匚圖3.6.1L9110管腳圖(1) L9110的管腳定義如下表3.6.2所示表3.6.2L9110的管腳定義表序號符號功能1OAA路輸出管腳2VCC電源電壓3VCC電源電壓4OBB路輸出管腳5GND地線6IAA路輸入管腳7舊B路輸入管腳8GND地線(2) H橋的連接電路電路得名于“H橋驅(qū)動電路”是因為它的形狀酷似大寫英文字母Ho4個三極管組成H的4條腿，而電機(jī)就是H中的橫杠。根據(jù)對三極管不同的導(dǎo)通