【文章內(nèi)容簡介】 在負(fù)載電源上電或繼電器切換時(shí)，加大繼電器輸出端的瞬變電壓峰值，增大 SSR 誤導(dǎo)通的可能性，所以，對具體應(yīng)用電路應(yīng)先進(jìn)行試驗(yàn)，選用合適的 RC參數(shù)，甚至有時(shí)不用 RC吸收電路更有利。對于容性負(fù)載引起的浪涌電流可用感性元件抑制，如在電路中引入磁干擾濾波器、扼流 13 圈等，以限制快速上升的峰值電流。另外，如果輸出端電流上升變化率 (di/dt)很大，可以在輸出端串聯(lián)一個(gè)具有高磁導(dǎo)率的軟化磁芯的電感器加以限制。 (a) (b) 圖 (2)多功能控制電路 圖 為多組輸出電路，當(dāng)輸入為“ 0”時(shí)，三極管 BG 截止， SSR SSRSSR3 的輸入端無輸入電壓，各自的輸出端斷開；當(dāng)輸入為“ 1”時(shí)，三極管 BG導(dǎo)通， SSR SSR SSR3 的輸入端有輸入電壓，各自的輸出端接通，因而達(dá)到了由一個(gè)輸入端口控制多個(gè)輸出端“通”、“斷”的目的。 圖 為單刀雙擲控制電路，當(dāng)輸入 為“ 0”時(shí)，三極管 BG 截止， SSR1輸入端無輸入電壓，輸出端斷開，此時(shí) A點(diǎn)電壓加到 SSR2 的輸入端上 (UAUDW 應(yīng)使 SSR2 輸出端可靠接通 )， SSR2 的輸出端接通；當(dāng)輸入為“ 1”時(shí)，三極管 BG導(dǎo)通， SSR1 輸入端有輸入電壓，輸出端接通，此時(shí) A點(diǎn)雖有電壓，但 UAUDW 的電壓值已不能使 SSR2 的輸出端接通而處于斷開狀態(tài)，因而達(dá)到了“單刀雙擲控制電路”的功能 (注意：選擇穩(wěn)壓二極管 DW的穩(wěn)壓值時(shí)，應(yīng)保證在導(dǎo)通的 SSR1“ +”端的電壓不會使 SSR2 導(dǎo)通，同時(shí)又要兼顧到 SSR1 截止時(shí)期“ +”端的電壓能使 SSR2 導(dǎo)通 )。 14 5 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 溫度采集電路 數(shù)據(jù)采集電路如圖 所示 , 由溫度傳感器 DS18B20 采集被控對象的實(shí)時(shí)溫度 ,提供給 AT89S52的 。在本次設(shè)計(jì)中我們所控的對象為所處室溫。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，便于測量多種對 象。 圖 2051與溫度傳感器 DS18B20的連接圖 15 數(shù)碼管溫度顯示電路 數(shù)碼管的分類 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極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極 (COM)的數(shù)碼管。共陽數(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)光二極管的陽極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陽極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。 數(shù)碼管的驅(qū)動方式 ① 靜態(tài)顯示驅(qū)動：靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的 I/O 端口進(jìn)行驅(qū)動，或者使用如 BCD 碼二 十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點(diǎn)是編程簡單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用 I/O 端口多，如驅(qū)動 5 個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要 58 ＝ 40 根 I/O 端口來驅(qū)動，要知道一個(gè) 89S51 單片機(jī)可用的 I/O 端口才 32 個(gè)呢：），實(shí) 際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動器進(jìn)行驅(qū)動，增加了硬件電路的復(fù)雜性。 ② 動態(tài)顯示驅(qū)動：數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的 8個(gè)顯示筆劃 a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極 COM 增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的 I/O 線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機(jī)對位選通 COM 端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的 數(shù)碼管就不會亮。通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的 COM 端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為 1～ 2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O 端口，而且功耗更低。 恒流驅(qū)動與非恒流驅(qū)動對數(shù)碼管的影響 16 顯示效果： 由于發(fā)光二極管基本上屬于電流敏感器件，其正向壓降的分散性很大， 并且還與溫度有關(guān)，為了保證數(shù)碼管具有良好的亮度均勻度，就需要使其具有恒定的工作電流，且不能受溫度及其它因素的影響。另外，當(dāng)溫度變化時(shí)驅(qū)動芯片還要能夠自動調(diào)節(jié)輸出電流 的大小以實(shí)現(xiàn)色差平衡溫度補(bǔ)償。 安全性： 即使是短時(shí)間的電流過載也可能對發(fā)光管造成永久性的損壞，采用恒流驅(qū)動電路后可防止 由于電流故障所引起的數(shù)碼管的大面積損壞。 另外，我們所采用的超大規(guī)模集成電路還具有級聯(lián)延時(shí)開關(guān)特性，可防止反向尖峰電壓對發(fā)光二極管的損害。 超大規(guī)模集成電路還具有熱保護(hù)功能，當(dāng)任何一片的溫度超過一定值時(shí)可自動關(guān)斷， 并且可在控制室內(nèi)看到故障顯示。 圖 數(shù)碼管顯示電路 17 單片機(jī)接口電路 P0 口的上拉電阻原理 當(dāng) TTL 電路驅(qū)動 COMS 電路時(shí)，如果 TTL 電路輸出的高電平低于 COMS 電路的最低高電平（一般為 ） 這時(shí)就需要在 TTL 的輸出端接上拉電阻，以提高輸出高電平的值。 OC 門電路必須加上拉電阻，才能使用。 為加大輸出引腳的驅(qū)動能力，有的單片機(jī)管腳上也常使用上拉電阻。 在 COMS 芯片上，為了防止靜電造成損壞，不用的管腳不能懸空，一般接上拉電阻產(chǎn)生降低輸入阻抗，提供泄荷通路。 芯片的管腳加上拉電阻來提高輸出電平，從而提高芯片輸入信號的噪聲容限增強(qiáng)抗干擾能力。 提高總線的抗電磁干擾能力。管腳懸空就比較容易接受外界的電磁干擾。 長線傳輸中電阻不匹配容易引起反射波干擾，加上下拉電阻是電阻匹配，有效的抑制反射波干擾。 上拉電阻阻值的選擇原則包括 : 從節(jié)約功耗及芯片的灌電流能力考慮應(yīng)當(dāng)足夠大；電阻大，電流小。 從確保足夠的驅(qū)動電流考慮應(yīng)當(dāng)足夠??；電阻小，電流大。 對于高速電路，過大的上拉電阻可能邊沿變平緩。 綜合考慮以上三點(diǎn) ,通常在 1k 到 10k 之間選取。對下拉電阻也有類似道理 對上拉電阻和下拉電阻的選擇應(yīng)結(jié)合開關(guān)管特性和下級電路的輸入特性進(jìn)行設(shè)定，主要需要考慮以下幾個(gè)因素： 1． 驅(qū)動能力與功耗的平衡。以上拉電阻為例，一般地說，上拉電阻越小，驅(qū)動能力越強(qiáng)，但功耗越大，設(shè)計(jì)是應(yīng)注意兩者之間的均衡。 2． 下級電路的驅(qū)動需求。同樣以上拉電阻為例，當(dāng)輸出高電平時(shí)，開關(guān)管斷開，上拉電阻應(yīng)適當(dāng)選擇以能夠向下級電路提供足夠的電流。 3． 高低電平的設(shè)定。不同電路 的高低電平的門檻電平會有不同，電阻應(yīng)適當(dāng)設(shè)定以確保能輸出正確的電平。以上拉電阻為例，當(dāng)輸出低電平時(shí)，開關(guān)管導(dǎo)通，上拉電阻和開關(guān)管導(dǎo)通電阻分壓值應(yīng)確保在零電平門檻之下。 4． 頻率特性。以上拉電阻為例，上拉電阻和開關(guān)管漏源級之間的電容和下級電路之間的輸入電容會形成 RC 延遲，電阻越大，延遲越大。上拉電阻的設(shè)定應(yīng)考慮電路在這方面的需求。下拉電阻的設(shè)定的原則和上拉電阻是一樣的。 OC 門輸出高電平時(shí)是一個(gè)高阻態(tài)，其上拉電流要由上拉電阻來提供，設(shè)輸入端每端口不 18 大于 100uA,設(shè)輸出口驅(qū)動電流約 500uA，標(biāo)準(zhǔn)工作電壓是 5V，輸入口的高低電平門限為 (低于此值為低電平 )； 2V(高電平門限值 )。選上拉電阻時(shí)： 500uA x = 即選大于 時(shí)輸出端能下拉至 以下，此為最小阻值，再小就拉不下來了。如果輸出口驅(qū)動電流較大，則阻值可減小，保證下拉時(shí)能低于 即可。當(dāng)輸出高電平時(shí)，忽略管子的漏電流，兩輸入口需 200uA， 200uA x15K=3V 即上拉電阻壓降為 3V，輸出口可達(dá)到 2V，此阻值為最大阻值，再大就拉不到 2V 了。選 10K 可用。 COMS 門的可參考 74HC 系列設(shè)計(jì)時(shí)管子的漏電流不可忽略， IO 口實(shí) 際電流在不同電平下也是不同的，上述僅僅是原理，一句話概括為：輸出高電平時(shí)要喂飽后面的輸入口，輸出低電平不要把輸出口喂撐了（否則多余的電流喂給了級聯(lián)的輸入口，高于低電平門限值就不可靠了） 上拉電阻的選擇 我們在此設(shè)計(jì)中原則的是用 P0 口來驅(qū)動數(shù)碼管的顯示 ,所以我們所通過上述原理。 如果是驅(qū)動 led，那么用 1K 左右的就行了。如果希望亮度大一些，電阻可減小，最小不要小于 200 歐姆，否則電流太大；如果希望亮度小一些，電阻可增大，增加到多少，主要看亮度情況，以亮度合適為準(zhǔn)，一般來說超過 3K 以上時(shí)，亮度就很弱 了，但是對于超高亮度的 LED，有時(shí)候電阻為 10K時(shí)覺得亮度還能夠用。通常就用 1k 的 。其具體的連接電路圖如圖 所示： 19 圖 單片機(jī)電源及下載線電路 7805 是我們最常用到的穩(wěn)壓芯片了，他的使用方便，用很簡單的電路即可以輸入一個(gè)直流穩(wěn)壓電源 ,他的輸出電壓恰好為 5v，剛好是 51 系列單片機(jī)運(yùn)行所需的電壓，介紹一下他的 3個(gè)引腳以及用它來構(gòu)成的穩(wěn)壓電路的資料。其中 1接整流器輸出的 +電壓， 2 為公共地 (也就是負(fù)極 )， 3 就是我們需要的正 5V 輸出電壓了 。 圖 7085引腳圖 20 圖 7085電源原理圖 本次用的下載線電路是以一塊 74LS373 芯片為主的電路。原理圖如圖 。 該電路在原理圖上只有一個(gè)下載口的體現(xiàn)，只要把下載線接到下載口就可以把程序下載到單片機(jī)中了。 圖 溫度控制電路 溫度控制分為高、低溫控制。設(shè)計(jì)所要達(dá)到的效果就是，我們給單片機(jī)設(shè)置一個(gè)固定的溫度范圍，當(dāng)溫度傳感器測量的溫度高于我們設(shè)置的最高數(shù)值時(shí)，這時(shí)單片機(jī)指令控制 口產(chǎn)生一個(gè)高電平信號送給固態(tài)繼電器 ，是繼電器的產(chǎn)開開關(guān)閉合，使開關(guān)打開通電?？刂埔粋€(gè)降溫裝置的開啟（本設(shè)計(jì)中考慮到成本和技術(shù)問題，采用電風(fēng)扇進(jìn)行降溫控制）。相反，當(dāng)溫度傳感器測量的溫度低于設(shè)置的最低數(shù)值的時(shí)候，這時(shí)單片機(jī)又控制 口產(chǎn)生一個(gè)高電平送給繼電器，使開關(guān)打開從而控制升問裝置進(jìn)行加熱（本系統(tǒng)采用電熱絲進(jìn)行加熱）。通過一個(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。 控制電路的原理圖如 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，這樣就會導(dǎo)致即使單片機(jī)送出了高電平也無法將繼電器 21 開關(guān)打開。當(dāng)接上三極管后就能將輸入信號的發(fā)送到繼電器當(dāng)中，驅(qū)動開關(guān)使溫度調(diào)節(jié)器改變溫度。 圖 繼電器的選擇上，我們選擇 北京科通繼電器總廠生產(chǎn)的 GX10F 繼電器為例，列出輸入、輸出參數(shù)，詳見表 ，根據(jù)輸入電壓參數(shù)值大小，可確定工作電壓大小。如采用 TTL 或 CMOS 等邏輯電平控制時(shí)，最好采用有足夠帶載能力的低電平驅(qū)動，并盡可能使“ 0”電平低于 V。如在噪聲很強(qiáng)的環(huán)境下工作，不能選用通、斷 電壓值相差小的產(chǎn)品，必需選用通、斷電壓值相差大的產(chǎn)品， (如選接通電壓為 8 V 或 12 V 的產(chǎn)品 )這樣不會因噪聲干擾而造成控制失靈 。我們在這選擇 12V 的繼電器作為我們使用的器件。使用的具體元件參數(shù)如下表 22 表 型 號 SSR1DDP 輸入?yún)?shù) 控制方式 332DC 輸入電流 大于 5mA 工作指示 / 通斷時(shí)間 ≤ 10ms 可靠關(guān)斷電壓 小于 VDC 輸出參數(shù) 輸出電壓 直流 5110VDC 有高的 200VDC 300VDC 額定工作 電流 . 通態(tài)壓降 ≤ 最小導(dǎo)通電流 50mA 斷態(tài)漏電流 小于 10mA 性能參數(shù) 介質(zhì)耐壓 2500VAC， 1 分鐘 絕緣電壓 ≥2500V 絕緣電阻 ≥100MΩ 工作溫度 — 35～ 75 ℃ 電源頻率 50/60HZ 散熱條件 / 負(fù)載電流安全系數(shù) 阻性