【正文】 附錄 31 附錄 附錄一： 整機(jī)電路圖 CS V C C DM O S I X C L KS C L KV S S AV S S AV S S DA M C A P O U TI N I N +V C C AV S S AP 2 .4P 2 .3P 2 .2C 1 21 u f+ 3 VL S 1YSM K 1M I CR S 1C 1 81 0 u fR 1 71 0 KR 1 91 0 KR 1 81 0 KR 2 01KC 1 72 2 0 u fC 1 40 . 1 u fC 1 50 . 1 u fC 1 64 . 7 u fC 1 32 2 u f+—G N DVSB Y PG A I NG A I N+ 5 vI S D 4 0 0 4L M 3 8 6C 1 91 0 u f23465781 附錄 32 XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51S2S4+5VR110kR210kR310k27.0DQ2VCC3GND1U2DS18B20+5VRL1240D10SSR220VBR12W06GTR1TRAN2P2S220V9VC1470ufC2100ufC30.33uFC40.1uFVI3VO1G N D2U378L05D1DIODE+5VR547 Ω/1000wS1C622uR4220ΩR61k復(fù)位電路鍵盤電路電源電路C530pfC730pfX1CRYSTAL12MHz時(shí)鐘電路1 2U4:A74F04執(zhí)行模塊電路數(shù)據(jù)采集模塊電路+5v1A021A141A261A382A0112A1132A2152A3171OE12OE191Y0181Y1161Y2141Y3122Y092Y172Y252Y33U674HC241+5VR710kR810kR910kR1010kR1110kR1210kR1310kR1410kamp。 DS18B20 是數(shù)字化溫度傳感器，其測(cè)得的溫度數(shù)據(jù)在器件內(nèi)部直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并將數(shù)字量出輸給控制器，大大簡(jiǎn)化了，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化過(guò)程， 提高了集成度，增強(qiáng)了系統(tǒng)功能，簡(jiǎn)化了電路。 圖 42 按鍵 模塊程序流程圖 數(shù)據(jù)采集模塊程序 流程圖 系統(tǒng) 上電后， 對(duì) DS18B20 發(fā)出搜索器件的序列號(hào) 命令，讀取 DS18B20 的序列號(hào)，之后 啟動(dòng) DS18B20 作溫度轉(zhuǎn)換并讀取溫度值。 圖 311 定時(shí)控制器 和復(fù)位電路圖 第三章 硬件單元電路設(shè)計(jì)及相關(guān)參數(shù) 24 主電源電路 由前面對(duì)各單元電路的描述可知 ，按鍵模塊、數(shù)據(jù)采集模、顯示模塊、執(zhí)行模塊和復(fù)位電路均需要外接 +5V 的直流電源 ， 而語(yǔ)音播報(bào)模塊需要提供 +3V左右的直流電源。內(nèi)部時(shí)鐘的特點(diǎn)是，時(shí)鐘電路由單片機(jī)自身內(nèi)置的 放大器與外部諧振構(gòu)成自激振蕩器電路， 完成時(shí)鐘信號(hào)提供，減少外圍電路，但缺點(diǎn)是 精度略 差；外部時(shí)鐘的第三章 硬件單元電路設(shè)計(jì)及相關(guān)參數(shù) 23 特點(diǎn)是精確度高，穩(wěn)定 好 ，但是會(huì) 大大 增加外圍電路。 下圖為 一種典型的交流型 SSR 的電路 原理圖 ，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 39所示。在 播放語(yǔ)音的部分 中，輸出端 OUT接 低電壓通用集成功率放大器 LM386M， 放大器用于 驅(qū)動(dòng) 揚(yáng)聲器 LS。 （ 10） 自動(dòng)靜噪（ AM CAP） 1μF 電容構(gòu)成內(nèi)部峰值檢測(cè)電路的一部分，檢測(cè)出的峰值電平與內(nèi)部設(shè)定的閾值作比較，決定自動(dòng)靜噪電路的工作與否。 圖 37 ISD4004外部引腳圖 引腳說(shuō)明： （ 1） 同相模擬輸入（ ANA IN+） 錄音信號(hào)的同相輸入端 （ 2） 反相模擬輸入（ ANA IN） 錄音信號(hào)的反相輸入端。 顯示模塊需要的器件有，兩片 8段 LED數(shù)碼管， 一個(gè) 8路三態(tài)反相驅(qū)動(dòng)器 74HC241， 兩個(gè)與非門 74LS01， 8個(gè) 10K電阻。 溫度傳感器 測(cè)量溫度的過(guò)程 實(shí)際上是 由 一只熱敏電阻 組成電路完成的 ，該熱敏電阻接入 一個(gè) 電橋中，基準(zhǔn)溫度下，電橋處于平衡狀態(tài) 。 每只 DS18B20 都可以設(shè)置成兩種供電方式，即 數(shù)據(jù)總線供電 （ 寄生電源供電） 和外部供電。 C 上限為 +125176。 數(shù)據(jù)采集模塊 數(shù)據(jù)采集模塊 采用的是美國(guó) Dallas 半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20，其特性是可以直接把溫度轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的數(shù)字量， 該溫度傳感器特備適合于各種計(jì)算機(jī)組成單線多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)。 端口引腳 第二功能 Rxd (串行輸入口 ) Txd(串行輸出口 ) ^int0 (外中斷 0) ^int1 (外中斷 1) t0 (定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0) t1 (定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1) ^WR (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 ) ^RD (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 ) 第三章 硬件單元電路設(shè)計(jì)及相關(guān)參數(shù) 12 XTAL2: 振蕩器反相放大器的輸出端。 單片機(jī) 掉電 后，能自動(dòng) 保存RAM 中的內(nèi)容，與此同時(shí)，振蕩器將停止提供時(shí)鐘 信號(hào)，在 下一個(gè)硬件復(fù)位 前，所有部件都會(huì)被禁止 。 內(nèi)部 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）為 128*8 字節(jié) 結(jié)論：基于以上對(duì)比，控制實(shí)現(xiàn)單元采用方案 2.第三章 硬件單元電路設(shè)計(jì)及相關(guān)參數(shù) 9 第三章 硬件 單元電路設(shè)計(jì)及相關(guān)參數(shù) 單片機(jī) AT89C51 模塊 AT89C51 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的高性能 8 位 CMOS 單片機(jī)， 單片機(jī) ROM 采用具有可快速擦寫功能的 只讀程序存儲(chǔ)器（ PEROM） ，容量為 4Kbytes，而 RAM為 128 bytes 大小的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器， ATMEL 公司的 在 8951 身上使用了高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù) ， 單片機(jī) 兼容標(biāo)準(zhǔn) 的 MCS51產(chǎn)品指令系統(tǒng)，片內(nèi) CPU為 通用 8 位中央處理器，并置有 flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大 。方案 2中使用的 ISD4004 語(yǔ)音芯片因其所特有直接模擬量存儲(chǔ)技術(shù)，大大簡(jiǎn)化了工作量，并且可以反復(fù)使用。 圖 22 由 PT1000和 HT9274構(gòu)成的測(cè)溫電路 方案對(duì)比：方案 1 應(yīng)用的是鉑電阻，鉑電阻線性好，但是需要進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，在一定程度上影響了數(shù)據(jù)精度，相比較而言，方案 2更為合適。數(shù)據(jù)采集模塊在很大程度上要求，具有高精度、高靈敏性，數(shù)據(jù)采集模塊的精度 影響到處理過(guò)程的誤差波動(dòng)，靈敏性影響到反饋的形成。 方案 2使用的 AT89C51 單片機(jī) ， 優(yōu)勢(shì)在于 軟件編程自由度大，可用編程實(shí)現(xiàn)各種控制算法和邏輯控制 。 （ 3）電路可以采用集成電路也可以采用分立式電路 （ 4）用十進(jìn)制數(shù)碼顯示水的實(shí)際溫度 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 （ 1）給出電路設(shè)計(jì)總體框圖 （ 2）給出單元電路的設(shè)計(jì)與計(jì)算，并分析單元電路的工作原理 （ 3）將單元電路進(jìn)行級(jí)聯(lián)形成總體電路，并分析工作原理 第二章 系統(tǒng)總體框圖和方案對(duì)比論證 3 第二章 系統(tǒng)總體框圖和 方案對(duì)比論證 總體方案的對(duì)比論證 本設(shè)計(jì)的目標(biāo)是具有語(yǔ)音播報(bào)功能的水溫控制系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集芯片將使用 DS18B20，DS18B20 突出的特點(diǎn)是無(wú)需數(shù)模裝換，可以直接接入單片機(jī)，減少信號(hào)失真，而軟件部分程序設(shè)計(jì)將十分簡(jiǎn)單。通過(guò)控制介質(zhì)， 來(lái)保證產(chǎn)品的質(zhì)量或者用來(lái)生產(chǎn)不同的產(chǎn)品，例如芯片制造，對(duì)溫度、濕度的要求就極其嚴(yán)格；在紡織領(lǐng)域， 不同溫度的水處理過(guò)的紡織線，在性質(zhì)上具有極大的差別，具體表現(xiàn)在絲線的韌度、彈性 有很大不同。 之后將根據(jù)設(shè)計(jì)要就進(jìn)行軟件程序的設(shè)計(jì)。依靠以上設(shè)計(jì)，系統(tǒng)將高效、穩(wěn)定 地 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理、輸出，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音播報(bào)、溫度控制與恒定。本文將從溫度控制中應(yīng)用最為廣泛的水溫控制系統(tǒng)為例，將較為先進(jìn)集成芯片用到系統(tǒng)中以實(shí)現(xiàn)多種功能。實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前溫度 主要設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)與參數(shù) 基本要求 控制對(duì)象為 1 升 凈水，水溫可以在一定范圍內(nèi)由人工設(shè)定，并能在環(huán)境溫度降低時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，以保持設(shè)定的溫度基本不變。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，有以下方案可供選擇： 方案 1：以十六位單片機(jī) SPCE061A 為核心 ， 采用常見(jiàn)的分立式設(shè)計(jì)完成外圍電路功能 。 系統(tǒng)框圖 如 圖 所示。 方案 2：采用集成式的設(shè)計(jì) ,由 DS18B20 數(shù)字化溫度傳感器 獨(dú)立 完成數(shù)據(jù)采集工作 。該語(yǔ)音芯片內(nèi)部自帶濾波功率放大器，直接連接擴(kuò)音器也不會(huì)影響音質(zhì)。 圖 24 固態(tài)繼電器 方案比較：方案設(shè)計(jì)要求中并沒(méi)有對(duì)加熱裝置的使用做出明確要求，但是控制對(duì)象明確為 1L 水，加熱非常簡(jiǎn)單，普通的 1Kw 電爐就可以勝任。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擦鞋周期長(zhǎng) ,最高 可達(dá) 1000 次 低功耗空閑和掉電模式 功能特性概述 : AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 內(nèi)含 兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu) ,其 向量 數(shù)為 5， 通信口 為串行全雙工通信，帶有內(nèi)部 時(shí)鐘電路 ，但是精度較低 。 ALE/PROG： ALE（地址所存允許） 引腳有兩個(gè)作用， 當(dāng) CPU 訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，輸出脈沖 信號(hào)，用于 低 8位字節(jié)地址的 鎖 存 ；當(dāng) CPU 對(duì)flash 存 儲(chǔ)器進(jìn)行編程時(shí)，該引腳可以完成 編程脈沖（ ^PROG） 信號(hào)的 輸入 。 從硬件電路來(lái)看，正常第三章 硬件單元電路設(shè)計(jì)及相關(guān)參數(shù) 13 情況下， 直流 電源、電阻、單片機(jī)構(gòu)成通路，單片機(jī)與按鍵單元連接的引腳始終處于低 電平狀態(tài)， 只有當(dāng)某個(gè) 按鍵按下的時(shí)候 ， 才會(huì)有 高 電平信號(hào)輸入對(duì)應(yīng)引腳 。 在最大分辨率下 ,工作周期為 750毫秒 在本設(shè)計(jì)中，采 用不銹鋼封裝式的 DS18B20， 為保證測(cè)溫精度 ,需要用傳感器對(duì)被測(cè)試對(duì)象 (1L水 )進(jìn)行直接接觸式測(cè)溫