【正文】 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令 JNB DQ,$ ACALL RESET_PULSE ACALL PRESENCE MOV A,0CCH 。為此，在這里我要對那些予以我?guī)椭?和支持 每一位老師和同學表示衷心的感謝。鑒于篇幅這里就不再介紹了。在正脈沖下降沿 U4:B 被 A 端再次觸發(fā)，使其暫穩(wěn)態(tài)過程不斷延續(xù)， QB 保持為高電平。上電后，由于電容 C12 兩端的電壓不能突變，所以 7432 的 1 腳輸入端的電壓迅速升至 VCC然后緩慢降低。因此，我們可以采用被動方式即檢測智能儀器與系統(tǒng)干擾的情況。造 成這種情況最主要的可能是 PC 值破壞后，跑飛程序訪問了 RAM 區(qū)和使用了有關(guān)寄存器，也可能因干擾非常嚴重直接破壞了寄存器和 RAM 區(qū)中的數(shù)據(jù)，通常后一種可能性較少發(fā)生。本設計就是不斷從數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、外設輸入信息，按程序規(guī)定的方式進行數(shù)據(jù)處理；得出結(jié)果后，一方面輸出顯示；另一方面向控制執(zhí)行的 I/O口輸出一定的控制信息。 單片機水溫控制電路設計 第 31 頁 第五章 本課程設計的拓展 通常，以微處理器，單片機為核心的智能儀器工作現(xiàn)場的環(huán)境比較惡劣，存在 著諸如電網(wǎng)波形畸變及各種電磁干擾，嚴重時，會使智能儀器正常工作的程序遭到破壞，發(fā)生人們習慣稱為的“程序跑飛”。溫度傳感器輸入到 口，單片機的輸出控制信號由 輸出。因此，適用于之后較小，負荷變化不大，被控量不允許有余差的控制系統(tǒng)，它是工程上使用最多、應用最廣泛的一種控制方法。但由于輸出控制量只有兩種狀態(tài)，使被控參數(shù)在兩個方向上變化的速率均為最大，因此容易引起反饋回路產(chǎn)生振蕩，對自動控制會產(chǎn)生十分不利的 影響，甚至會因為輸出開關(guān)的頻繁動作而不能滿足系統(tǒng)對控制精度的要求。具體連接如圖 326 所示。 其 關(guān)斷向晶閘管的負載電流為零時， SSR 關(guān)斷 。 （ 1） 以負載電源類 型分類：可分為直流型（ DCSSR）和交流型（ ACSSR）兩種。 （ 2） 高可靠性：由于其結(jié)構(gòu)上無可動接觸不見，且采用全塑密閉式封裝，所以SSR開關(guān)時無抖動和回跳現(xiàn)象，無機械噪聲，同時能耐潮、耐振、耐腐蝕；由于無觸點火花，可用在有依然易爆介質(zhì)的場合。這種干擾信號往往會導致系統(tǒng)的可靠性降低，具體表現(xiàn)有系統(tǒng)死機、 CPU 反復復位、控制失靈等，也就是常說的“程序的跑飛”。 DS18B20 溫度檢測子程序 :見附 錄 六 后向通道 的設計 為了實現(xiàn)水溫的 PID 控制，電路的 輸出不能是一個簡單的開關(guān)量，輸入電爐的功率必須連續(xù)可調(diào)。當采用普通型號電纜傳輸長度超過 50m 時，讀取的測溫數(shù)據(jù)將發(fā)生錯誤。在強上拉方式下可以解決電流供應不走的問題，因此也適合于多點測溫應用，缺點就是要多占用一根 I/O 口線進行強上拉切換。下面就是 DS18B20 幾個不同應用方式下的測溫電路圖： [1].DS18B20 寄生電源供電方式電路圖 如下圖 317 所示，在寄生電源供電方式下， DS18B20 從單總線信號線上汲取能量：在信號線 DQ 處于高電平器件把能量儲存到內(nèi)部電容里，在信號線處于低電平期間消耗電容上的電能工作，直到高電平到來再給節(jié)省電源（電容）充電。結(jié)果存入 9字節(jié) RAM 中。如表 38 ROM 指令表 （ a）、 RAM 指令表 (b) 單片機水溫控制電路設計 第 18 頁 表 38：（ a） ROM 指令表 指令 約定代碼 功能 讀 ROM 33H 讀 DS18B20 溫度傳感器 ROM 中的編碼（即 64位地址）。 R1和 R0 用來設置分辨率，如表 36 所示：（ DS18B20 出廠時被設置為 12位） 表 36:溫度分辨率設置表 R1 R0 分辨率 溫度最大轉(zhuǎn)換時間 0 0 9 位 Temperature Digital Output （ Binary） Digital Output (Hex) ＋ 125℃ 0000 0111 1101 0000 07D0H ＋ 85℃ 0000 0101 0101 0000 0550H ＋ ℃ 0000 0001 1001 0001 0191H ＋ ℃ 0000 0000 1010 0010 00A2H ＋ ℃ 0000 0000 0000 1000 0008H 0℃ 0000 0000 0000 0000 0000H － ℃ 1111 1111 1111 1000 FFF8H － ℃ 1111 1111 0101 1110 FF5EH － ℃ 1111 1110 0110 1111 FF6FH － 55 ℃ 1111 1100 1001 0000 FC90H 單片機水溫控制電路設計 第 17 頁 0 1 10 位 1 0 11 位 375ms 1 1 12 位 750ms 二 . 高速暫存存儲器 高速暫存存儲器由 9 個字節(jié)組成，其分配如表 37所示。 64為光刻 ROM 的排列是：開始八位（ 28H）是產(chǎn)品類型標號，接著的 48 位是該 DS18B20 自身的序列號，最后 8位是前面 56 位的循環(huán)冗余校驗碼 （ CRC=X8+X5+X4+1）。 DS18B20 工作原理 DS18B20 的讀寫時序和測溫原理與 DS1820 相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時的延時時間由 2s 減為 750ms?！??，F(xiàn)在，新一代的 DS18B20 體積更小、更經(jīng)濟、更靈活。 獨立式按鍵是指各按鍵相互獨立地接通一條輸入數(shù)據(jù)線，如圖 313 所示。 按鍵抖動會引起一次按鍵被誤讀多次。本設計使用非編碼鍵盤，下面主要介紹非編碼鍵盤的原理、接口技術(shù)和程序設計。如此循環(huán)下去就可以使各位顯示出將要顯示的字符。 如圖 39用 AT89C51 單片機控制 LED 動 態(tài)顯示方式接口。 表 31 顯示段與代碼位的對應關(guān)系表 代碼位 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 顯示段 dip g f e d c b a 按照表 31格式， 8 段 LED 顯示器的字型碼如表 32所示。這種顯示器有共陰極和共陽極兩種， 如圖 37 所示 。 圖 34 上電復位電路 圖 35 上電復位和開關(guān)復位 注： RST 與 Vss 之間的那個電阻在 NMOS 型單片機種需要接，但是在 CMOS 型單片機中不接。 AT89C51 單片內(nèi)部 中斷 中斷控制 外部中斷 CPU OSC E——A—— ALE P——S——E——N—— 程序存貯器 4K 字節(jié) ROM 總線 控制 P0 P1 P2 P3 數(shù)據(jù)存貯器 128字節(jié) RAM 4 8 I/O 口 TXD RXD 串行口 外部計 數(shù)脈沖 定時器 1 定時器 0 圖 32 AT89C51引腳 圖 單片機水溫控制電路設計 第 7 頁 允許的時鐘頻率的典型值 12MHZ，也可以是 6MHZ。繼電器所帶的負載為一個額定功率 300W，接 220V 交流電 的電爐。 報警部分就是當設定的門限溫度在 40～ 90℃之外，就要報警，用一個發(fā)光二極管表示?！?，這個精度已可以滿足普通型的環(huán)境溫度控制或測溫類消費產(chǎn)品的要求。 b) 軟、硬件功能劃分 為了簡化華電路硬、 降低硬件成本、提高電路靈活性和可靠性，有關(guān) PID 運算，輸入信號濾波及大部分控制過程都可由軟件來完成，硬件的主要功能是溫度信號的傳感，設定值的鍵入，數(shù)值的顯示及輸 出信號的轉(zhuǎn)換。 （ 7） 繼電器 接受單片機傳來的信號， 通過其驅(qū)動， 然后作出相應的操作來控制電爐工作與否。電路可以通過對實際溫度和門限溫度的差值的處理來控制繼電器進而控制電爐的開關(guān)，從而對水溫進行控制，使水溫保持在一定溫度上。 采用 MCS51 單片機對溫度進行控制，不僅具有控制方便、簡單和靈活等優(yōu)點，而且可以大幅度提高溫度控制的技術(shù)指標。本文正是介紹一個基于單片機的水溫控制電路來控制電爐內(nèi)的水溫。 （ 1） 電爐 接上 220V 交流電，由繼電器控制其開關(guān)，對水進行加熱。 相當于一個 由單片機控制的開關(guān)。 簡述 首先， 要選擇一個 CPU 控制芯片 。 這個傳感器 最大的 特點就是 能夠 從一根總線 直接輸出二進制的溫度信號 ，不需要 A/D 轉(zhuǎn)換和信號放大。 最后，控制部分的設計，這一部分主要就是繼電器的選擇。所以繼電器的要選用交流型（ ACSSR），耐壓在 220V 以上，電流為 以上。本設計采用 12MHZ。 其中電容一般為 10UF 的電解電容。共陰極 LED 顯示器的發(fā)光二極管的陰極連結(jié)在一起，通常此公共陰極接地。 表 32 8 段 LED 顯示器部分字型碼 顯示字符 共陰極段碼 共陽極段碼 顯示字符 共陰極段碼 共陽極段碼 0 3FH C0H 6 7DH 82H 1 06H F9H 7 07H F8H 2 5BH A4H 8 7FH 80H 3 4FH B0H 9 6FH 90H 4 66H 99H “滅” 00H 88H 5 6DH 92H ? ? ? 注：段碼是相對的，它由個字段在字節(jié)中所處的位決定。 圖 39 用 AT89C51 單片機控制 LED 動態(tài)顯示方式接口 其中 7407 是同 相 器集成塊，其 內(nèi)部 結(jié)構(gòu)如圖 310， 它是用來驅(qū)動共陰極數(shù)碼管的。雖然這些字符是不在同一時刻出現(xiàn)的，但由于 LED 顯示器的余輝和人眼的“視覺暫留”作用，只要每位顯示間隔足夠短，則可以造成“多位同時亮”的假象，達到同時顯示的效果。 一 .鍵盤工作原理 鍵盤中每個按鍵都是一個常開開關(guān)電路，如圖 311所示。為確保 CPU 對按鍵的一次閉合僅做一次處理，必須去除鍵抖動。這是最簡單的鍵盤結(jié)構(gòu)，該電路為查詢方式電路。使你可以充分發(fā)揮 “ 一線圖 312 鍵按下和釋放時的電壓波形 圖 313 獨立式鍵盤 單片機水溫控制電路設計 第 13 頁 總線 ” 的優(yōu)點。 （ 6）可編程的分辨率為 9～ 12 位，對應的可分辨溫度分別為 ℃ 、 ℃ 、℃ 和 ℃ ，可實現(xiàn)高精度測溫 。 DS18B20 測溫原理如圖 316所示。光刻 ROM 的作用是使每一個 DS18B20 都各不相同，這樣就 可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個 DS18B20 的目的。當溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補碼形式存放在高速暫存存儲器的第 0和第1個字節(jié)。 符合 ROM 55H 發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出 64位 ROM 編碼，訪問但總線上與該編碼相對應的 DS18B20 使之作出響應，為下一步對該 DS18B20 的讀寫作 準備。 讀暫存 器 55H 讀內(nèi)部 RAM 中 9字節(jié)的內(nèi)容。 獨特的寄生電源方式有三個好處： 1) 進行遠距離測溫時，無須本地電源； 2) 可以在沒有常規(guī)電源的條件下讀取 ROM； 3) 電路更加簡潔，僅適用一個 I/O 口實 現(xiàn)測溫。 圖 318 DS18B20 寄生電源強上拉供電方式電路圖 注意：在圖 317 和圖 318 寄生電源供電方式中， DS18B20 的 VDD 引腳必須接地 。當將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達 150m，當采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離進一步加長。一般來說改變輸入電爐的電壓平均值就可以改變電爐的輸出功率，而較簡單的調(diào)壓方法有相位控制調(diào)壓和通斷控制調(diào)壓法。因此對于大功率負載的控制，信號的隔離是電路設計中的一個非常重要的環(huán)節(jié)。 （ 3） 低電磁噪聲：交流型 SSR 在采用了過零觸發(fā)技術(shù)后，電路具有零電壓開啟、零電流關(guān)斷的特性，可使對外界和本系統(tǒng) 的射頻干擾減低到最低程度。直流型是用功率晶體管做開關(guān)器件；交流型則用雙向晶閘管做開關(guān)器件，分別用來接通和斷開直流或交流負載電源。 三 .固態(tài)繼電器的典型應用 圖 321 觸點控制 單片機水溫控制電路設計 第 24 頁 (1)觸點控制 最基本的驅(qū)動 —— 觸點控制，見圖 321。 本設計中繼電器是由單片圖 322 TTL驅(qū)動 SSR 圖 323 CMOS驅(qū)動 SSR 圖 325 DC— SSR驅(qū)動大功率高壓負載 圖 324 DC— SSR驅(qū)動大功率負載 圖 326 固態(tài)繼電器控制電路 單片機水溫控制電路設計 第 25 頁 機控制的所以它的供電電壓選擇 5V 直流電。因此，這種控制方案一般在大慣性系統(tǒng)對控制精度和動態(tài)特性要求不高的情況下采用。 d) 比例積分加微分控制（ PID 控制） 單片機水溫控制電路設計 第 26 頁 比例積分加微分控制的特點是微分的作用使控制器的輸出與偏差變化的速度成比例，它對克服對象的容量之后有顯著的效果。 軟件的設計 [12]如圖 327 所示