【文章內(nèi)容簡介】 工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 8 圖 22 單片機(jī)引腳圖 AT89C51 單片機(jī)時(shí)鐘電路及時(shí)序 圖 23 AT89C51 單片機(jī)時(shí)鐘電路圖 ⑴ 時(shí)鐘周 期。 80C51 振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖頻率的倒數(shù)，是最基本最小的定時(shí)信號(hào)。 ⑵ 機(jī)器周期。 80C51 單片機(jī)工作的基本定時(shí)單位，簡稱機(jī)周。 機(jī)器周期是時(shí)鐘周期的 12 倍。 徐州工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 9 當(dāng)時(shí)鐘頻率為 12MHz時(shí)，機(jī)器周期為 1S； 當(dāng)時(shí)鐘頻率為 6MHz時(shí)，機(jī)器周期為 2S[3]。 AT89C51 單片機(jī)復(fù)位電路 圖 24 AT89C51 單片機(jī)復(fù)位電路圖 復(fù)位是通過某種方式，使單片機(jī)內(nèi)各寄存器的值變?yōu)槌跏紶顟B(tài)的操作 復(fù)位條件： RST 引腳保持 2 個(gè)機(jī)器周期以上的高電平。 溫度檢測電路設(shè)計(jì) 這部分包括溫 度傳感器，變送器和 A/D 轉(zhuǎn)換三部分。 溫度傳感器 定義：利用物質(zhì)各種物理性質(zhì)隨溫度變化的規(guī)律把溫度轉(zhuǎn)換為電量的傳感器。這些呈現(xiàn)規(guī)律性變化的物理性質(zhì)主要有體。溫度傳感器是 溫度測量儀表 的核心部分，品種繁多。按測量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類，按照 傳感器材料 及電子元件特性分為熱電阻和 熱電偶 兩類。 種類：目前， 國際電工委員會(huì) （ IEC）推薦了 8 種類型的熱電偶作為標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，即為 T 型、 E 型、 J 型、 K 型、 N 型、 B 型、 R 型和 S 型。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，溫度控制范圍為控制溫度范圍為 50～ 200℃連續(xù)可調(diào)。因此我們需要一種， 電阻溫度系數(shù) 要大而且穩(wěn)定，電阻值與溫度之間應(yīng)具有良好的線性關(guān)系。電阻率高，熱容量小，反應(yīng)速度快。在測溫范圍內(nèi)化學(xué)物理特性穩(wěn)定的熱電偶，通過查閱資料，品牌 :EL 型號(hào) :NTC 的熱敏電阻 符合我們的要求： (1)該產(chǎn)品為電烤箱專用溫度傳感器 (2)具有反應(yīng)速度快、性能穩(wěn)定、安裝方便等特點(diǎn)。 (3)芯片類型： NTC 熱敏電阻。 (4)電阻值范圍： R＝ 1K～ 2021KΩ。 徐州工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 10 (5)B 值范圍： 2800～ 5000K。（通常使用參數(shù)： R25℃＝ 50K177。 1％ B25／ 50＝ 3950177。 1％； (6)R25℃＝ 100K177。 1％ 、 B25／ 50＝ 3950177。 1％）。 (7)工作溫度范圍： 50～＋ 300℃。 (8)熱時(shí)間常數(shù)：＜ 10 秒。 (9)絕緣強(qiáng)度： DC500V、 100MΩ。 (10)耐電壓： AC1500V、 5mA、 5S。 變送器 傳感器 是能夠受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的 器件 或裝置的總稱，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。當(dāng)傳感器的輸出為規(guī)定的 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào) 時(shí)，則稱為變送器。 變送器將電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換成與溫度成正比的電壓，當(dāng)溫度在 50℃～ +300℃時(shí)變送器輸出 0~。 A/D 轉(zhuǎn)換 A/D轉(zhuǎn)換的基本概念： A/D轉(zhuǎn)換器是用來通過一定的電路將模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)?N位 數(shù)字量。 模擬量可以是電壓、電流 等電信號(hào)，也可以是壓力、溫度、濕度、位移 和 聲音等非電信號(hào)。但在 A/D 轉(zhuǎn)換前，輸入到 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)必須經(jīng)各種傳感器把各種物理量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。 A/D 轉(zhuǎn)換后，輸出的數(shù)字信號(hào)可以有 8 位、 10 位、 12 位、 14 位和 16 位等 。 )1( m i nm a x2l o g ??? a AAN 式（ ） 式中 N —— 表示 AD 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)； maxA —— 表示模擬量的最大值； minA —— 表示模擬量的最小值； a —— 表示轉(zhuǎn)換的精度 。 根據(jù)設(shè)計(jì) 所給定 的要求，模擬量的范圍是 50～ 200℃ ，轉(zhuǎn)換精度至少為 1℃ ，將數(shù)據(jù)帶入式（ ），可以計(jì)算得出 N 的值近似為 ，所以可以選擇 8 位的 AD轉(zhuǎn)換器。由于常用的 8 位分辨率的 AD 轉(zhuǎn)換芯片有 ADC080 ADC0832 等。 ADC0809 是并行 ADC，速度要比串行 ADC0832 快得多，而且市面上很容易 買到 ADC0809 芯片，所以該系統(tǒng)采用ADC0809 芯片作為模數(shù)轉(zhuǎn)換的芯片。 A/D 轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)： ⑴ 轉(zhuǎn)換精度。轉(zhuǎn)換精度通常用分辨率和量化誤差來描述。 ①分辨率表示輸出數(shù)字量變化一個(gè)相鄰數(shù)碼所需輸入模擬電壓的變化量。 N 為 A/D 轉(zhuǎn)換的位數(shù)， N 越大，分辨率越高，習(xí)慣上分辨率常以 A/D 轉(zhuǎn)換位數(shù) N 表示。 ②量化誤差。量化誤差是指零點(diǎn)和滿度校準(zhǔn)后，在整個(gè)轉(zhuǎn)換范圍內(nèi)的最大誤差。 徐州工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 11 ⑵ 轉(zhuǎn)換時(shí)間。指 A/D 轉(zhuǎn)換器完成一次 A/D 轉(zhuǎn)換所需時(shí)間。轉(zhuǎn)換時(shí)間越短，適應(yīng)輸入信號(hào)快速變化能力越強(qiáng)。 A/D 轉(zhuǎn)換器分類 按轉(zhuǎn)換 原理形式可分為逐次逼近式、雙積分式和 V/F 變換式； 按信號(hào)傳輸形式可分為并行 A/D 和串行 A/D。 圖 25 ADC0809 圖 圖 26 ADC0809 與 51 單片機(jī)連接圖 ADC0809 引腳功能和典型連接電路 ⑴ IN0～ IN7： 8 路模擬信號(hào)輸入端。 ⑵ C、 B、 A： 8 路模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換選擇端。 與低 8 位地址中 A0～ A2 連接。由 A0～ A2 地址 000～ 111 選擇 IN0～ IN7 八路 A/D 通徐州工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 12 道。 ⑶ CLK：外部時(shí)鐘輸入端。 時(shí)鐘頻率高， A/D 轉(zhuǎn)換速度快。允許范圍為 10～ 1280KHz 。 通常由 80C51 ALE 端直接或分頻后與 0809 CLK 端相連接。 ⑷ D0～ D7：數(shù)字量輸出端。 ⑸ OE： A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出允許控制端。 OE=1，允許將 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果從 D0～ D7 端輸出。通常由 80C51 的端與 0809 片選端（例如 ）通過或非門與 0809 OE 端相連接。 ⑹ ALE：地址鎖存允許信號(hào)輸入端。 0809 ALE 信號(hào)有效時(shí)將當(dāng)前轉(zhuǎn)換的通道地址鎖存。 ⑺ START：啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換信號(hào)輸入端。 當(dāng) START 端輸入一個(gè)正脈沖時(shí)，立即 啟動(dòng) 0809 進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 START 端與 ALE 端連在一起，由 80C51WR 與 0809 片選端（例如 ）通過或非門相連。 ⑻ EOC： A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出端，高電平有效。 ⑼ UREF（ +）、 UREF（ ）：正負(fù)基準(zhǔn)電壓輸入端。 ⑽ Vcc：正電源電壓（ +5V）。 GND：接地端。 A/D 轉(zhuǎn)換器件的選擇主要取決于溫度的控制精度，本系統(tǒng)要求溫度控制誤差 10%,采用 8 位A/D 轉(zhuǎn)換器，其最大量化誤差為 =，完全能滿足精度要求。這里采用 ADC0809 作為 A/D 轉(zhuǎn)換器。變送器輸出為 0~5V，則 A/D 轉(zhuǎn)換 對(duì)應(yīng)的數(shù)字量為 00H～ FFH,既 0～ 255,則轉(zhuǎn)換結(jié)果乘以（ 70/5150）為溫度值 [4]。 溫度控制電路設(shè)計(jì) 可控硅，是可控硅 整流 元件的簡稱：是一種具有三個(gè) PN 結(jié)的四層結(jié)構(gòu)的大功率半導(dǎo)體 器件 ，亦稱為晶閘管。具有體積小、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單、功能強(qiáng)等特點(diǎn)，是比較常用的半導(dǎo)體器件之一。該器 件被廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備和 電子產(chǎn)品 中，多用來作可控整流、逆變、變頻、調(diào)壓、無觸點(diǎn)開關(guān)等。 圖 27 可控硅等效圖解圖 徐州工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 13 可控硅是 P1N1P2N2 四層三端 結(jié)構(gòu)元件 ,共有三個(gè) PN 結(jié) ,分析原理時(shí) ,可以把它看作由一個(gè) PNP 管和一個(gè) NPN 管所組成當(dāng)在陽極和陰極之間加上一個(gè)正向電壓 Ea，又在控制極G 和 陰極 C 之間（相當(dāng) BG1 的基一射間）輸入一個(gè)正的觸發(fā)信號(hào)， BG1 將產(chǎn)生 基極 電流Ib1，經(jīng)放大， BG1 將有一個(gè)放大了β 1 倍的 集電極 電流 IC1。因?yàn)?BG1 集電極與 BG2 基極相連， IC1 又是 BG2 的基極 電流 Ib2。 BG2 又把比 Ib2（ Ib1）放大了β 2 的集電極電流IC2 送回 BG1 的基極放大。如此 循環(huán) 放大，直到 BG BG2 完全導(dǎo)通。實(shí)際這一過程是“一觸即發(fā)”的過程，對(duì)可控硅來說，觸發(fā)信號(hào)加入控制極，可控硅立即導(dǎo)通。導(dǎo)通的時(shí)間主要決定于可控硅的性能。 可控硅一經(jīng)觸發(fā)導(dǎo)通后，由于循環(huán)反饋的原因，流入 BG1 基極的電流已不只是初始的Ib1，而是經(jīng)過 BG BG2 放大后的電流（β 1*β 2*Ib1）這一電流 遠(yuǎn)大于 Ib1，足以保持BG1 的持續(xù)導(dǎo)通。此時(shí)觸發(fā)信號(hào)即使消失，可控硅仍保持導(dǎo)通狀態(tài)只有斷開 電源 Ea 或降低 Ea，使 BG BG2 中的集電極電流小于維持導(dǎo)通的最小值時(shí)，可控硅方可關(guān)斷。當(dāng)然，如果 Ea 極性反接， BG BG2 由于受到反向電壓作用將處于 截止?fàn)顟B(tài) 。這時(shí)，即使輸入觸發(fā)信號(hào)，可控硅也不能工作。反過 來， Ea 接成正向，而觸動(dòng)發(fā)信號(hào)是負(fù)的，可控硅也不能導(dǎo)通。另外，如果不加觸發(fā)信號(hào)，而正向 陽極 電壓大到超過一定值時(shí)，可控硅也會(huì)導(dǎo)通，但已屬于非正常工作情況了。 雙向可控硅又稱為雙向晶閘管：普通晶閘管 (VS)實(shí)質(zhì)上屬于直流控制器件。要控制交流負(fù)載，必須將兩只晶閘管反極性并聯(lián)，讓每只 SCR 控制一個(gè)半波，為此需兩套獨(dú)立的觸發(fā)電路，使用不夠方便。雙向晶閘管是在普通晶閘管的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的，它不僅能代替兩只反極性并聯(lián) 的晶閘管，而且僅需一個(gè)觸發(fā)電路，是目前比較理想的交流開關(guān)器件。 由于電阻絲是與 220V市電直接接通的，因此選擇采飛利浦公司的 BT138600E 雙向可控硅作為通斷元件。 該型號(hào)為四象限 /非絕緣型 /雙向可控硅， 電流 = （ A） 、 電壓 = 600（ V） 、 結(jié)溫 = 125（℃） 浪涌電流 ITSM = 65A(50Hz)/71A(60Hz) 正向耐壓 VDRM＞ 600V 反向耐壓 VRRM＞ 600V 觸發(fā)電流 IGT (I/II/III/IV)＜ 10/10/10/25mA 通態(tài)壓降 VTM ＜ (ITM=) 主要用于變頻電路，調(diào)光、調(diào)溫、調(diào)速電路，電扇、洗衣機(jī)、飲水機(jī)、 微波爐、空調(diào)等家用電器的控制電路。 光耦合器（ opticalcoupler，英文縮寫為 OC）亦稱光電隔離器或光電耦合器，簡稱光耦。它是以光為媒介來傳輸電 信號(hào) 的器件，通常把發(fā)光器（紅外線發(fā)光二極管 LED）與受光器（光敏半導(dǎo)體管）封裝在同一管殼內(nèi)。當(dāng)輸入端加電信號(hào)時(shí)發(fā)光器發(fā)出光線，受光器接受光線之后就產(chǎn) 生 光電流 ，從輸出端流出，從而實(shí)現(xiàn)了“電 — 光 — 電”轉(zhuǎn)換。以光為媒介把輸入端 信號(hào)耦合 到輸出端的光電耦合器，由于它具有體積小、壽命長、無觸點(diǎn)，抗干擾能徐州工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 14 力強(qiáng)，輸出和輸入之間絕緣，單向傳輸信號(hào)等優(yōu)點(diǎn)，在 數(shù)字電路 上獲得廣泛的應(yīng)用。 電烤箱控制采用可控硅來實(shí)現(xiàn)，雙向可控硅和電阻絲串接在交流 220V市電的回路中。單片機(jī)的 口通過光電隔離器和驅(qū)動(dòng)電路送到可控硅的控制端，由 口德高低電平來控制可控硅的導(dǎo)通與斷開，從而控制電阻絲的通電加熱時(shí)間。 圖 28 溫控硬件連接圖 鍵盤電路設(shè)計(jì) 鍵盤的工作原理：在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，按鍵都是由開關(guān)狀態(tài)來設(shè)置控制功能或輸入數(shù)據(jù)的，鍵盤的半合與否，反映在電壓上就是呈高電平或低電平，所以通過檢測電平的高低，便可確認(rèn)按鍵與否 徐州工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 15 圖 29 獨(dú)立式按鍵接口電路 鍵 盤的掃描控制方式： ⑴ 程序控制掃描方式 鍵處理程序固定在主程序的某個(gè)程序段。 特點(diǎn)：對(duì) CPU工作影響小，但應(yīng)考慮鍵盤處理程序的運(yùn)行間隔周期不能太長，否則會(huì)影響對(duì)鍵輸入響應(yīng)的及時(shí)性。 ⑵ 定時(shí)控制掃描方式 利用定時(shí) /計(jì)數(shù)器每隔一段時(shí)間產(chǎn)生定時(shí)中斷， CPU響應(yīng)中斷后對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描。 特點(diǎn)：與程序控制掃描方式的區(qū)別是，在掃描間隔時(shí)間內(nèi)，前者用 CPU工作程序填充，后者用定時(shí) /計(jì)數(shù)器定時(shí)控制。定時(shí)控制掃描方式也應(yīng)考慮定時(shí)時(shí)間不能太長，否則會(huì)影響對(duì)鍵輸入響應(yīng)的及時(shí)性。 ⑶ 中斷控制方式 中斷控制方式是利用外部中斷源，響應(yīng)鍵輸入信號(hào)。 特點(diǎn)：克服了前兩種控制方式可能產(chǎn)生的空掃描和不能及時(shí)響應(yīng)鍵輸入的缺點(diǎn)，既能及時(shí)處理鍵輸入，又能提高 CPU運(yùn)行效率，但要占用一個(gè)寶貴的中斷資源。 數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì) LED 數(shù)碼管分類： (1)按其內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為共陰型和共陽型； (2)按其外形尺寸有多種形式，使用較多的是 和 ； (3)按顯示顏色也有多種形式，主要有紅色和綠色； 徐州工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 16 正向壓降一般為 ～ 2V，額定電流為 10mA，最大電流為 40mA。 GNDabcdefgdpabcdefgdpVCC(a) (b) 圖 210 LED 數(shù)碼管 表 2