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正文內(nèi)容

畢業(yè)論文:基于單片機at89s52的水溫控制系統(tǒng)(編輯修改稿)

2024-12-22 18:42 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 阻 RL上便可得到與 T 成正比的輸出電壓。由于利用了恒流特性,所以輸出信號不受電源電壓和導線電阻的影響。圖 32中的電阻 R 是在硅板上形成的薄膜電阻,該電阻已用激光修正了其電阻值,因而在基準溫度下可得到 1μA / K的 I值。 圖 33 AD590內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 上圖 33所示是 AD590的內(nèi)部電路,圖中的 T1~ T4相當于圖 33中的 T T2,而 T9, T11相當于圖 32中的 T T4。 R R6是薄膜工藝制成的低溫度系數(shù)電阻,供出廠前調(diào)整之用。 T T8, T10為對稱的 Wilson電路,用來提高阻抗。 T T12和 T10為啟動電路,其中 T5為恒定偏置二極管。 T6可用來防止電源反接時損壞電路,同時也可使左右兩支路對稱。 R1, R2為發(fā)射極反饋電阻,可用于進一步提高阻抗。 T1~ T4是為熱效應而設計的連接方式。而 C1和 R4則可用來防止寄生振蕩。該電路的設計使得 T9, T10, T11三者的發(fā)射極電流相等,并同為整個電路總電流 I的 1/ 3。 T9和 T11的發(fā)射結(jié)面積比為 8: 1, T10和 T11的發(fā)射結(jié)面積相等。 T9和 T11的發(fā)射結(jié)電壓互相反極性串聯(lián)后加在電阻 R5和 R6上,因此可以寫出: ΔUBE =( R6- 2 R5) I/ 3 R6上只有 T9的發(fā)射極電流,而 R5上除了來自 T10的發(fā)射極電流外,還有來自 T11的發(fā)射極電流,所以 R5上的壓降是 R5的 2/ 3。 根據(jù)上式不難看出,要想改變 ΔUBE ,可以在調(diào)整 R5后再調(diào)整 R6,而增大 R5的效果和減小 R6是一樣的,其結(jié)果都會使 ΔUBE 減小,不過,改變 R5對 ΔUBE 的影響更為顯著,因為它前面的系數(shù)較大。實際上就是利用激光修正 R5以進行粗調(diào),修正 R6以實現(xiàn)細調(diào),最終使其在 250℃ 之下使總電流 I達到 1μA / K。 信號轉(zhuǎn)換部分 電流 電壓轉(zhuǎn)換及放大電路 由于 AD590輸出的是 模擬電流信號且輸出的電流極小,因此需要加上放大電路與電流電壓轉(zhuǎn)換電路,然后才能輸入模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器。本設計采用的放大器運放為 LM324,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下 圖 34。 其中一個作為電壓跟隨器,隔離后級電路對 AD590的影響,從而使 采集到的溫度更加精確 ,一個與電阻構(gòu)成基準電壓使輸出更加穩(wěn)定,另一個構(gòu)成差分電路輸出電壓信號 ,如下圖 35所示 。 圖 34 LM324結(jié)構(gòu)圖 321411M1L M 3 2 4321411M2L M 3 2 4321411R11 0 0 KR21 0 0 KR51 0 0 KR41 0 KR V 11 0 KR V 25 0 KAD590R31 0 0 KO UT P UT 圖 35 溫度采集及轉(zhuǎn)換電路 前邊的 Lm324 隔斷作用,避免后邊電路對前邊電路造成影響 后邊的兩個放大作用 模 /數(shù)轉(zhuǎn)換電路 本設計要求 測量溫度為 40~ 90℃ 范圍內(nèi),靜差達到小于 1℃的要求,則應要求 ADC的分辨率 高一些才能保持精度。設系統(tǒng)精度為 ℃,以 ℃作為 ADC的區(qū)分要 求則 ADC能夠區(qū)分 (9040)/=500個分度,故本設計采用 12位串行輸入 ADS7818可以滿足要求,下圖 36為其外圍電路。 R11kR21kC11 0 0 nC21 0 0 nC31 0 0 nC41nFC51nFA D 7 8 1 8CC T 0 0 1V RE F+ I N I NG ND+ V C CCL KDA T ACO N VI NP UTCL KDC 右邊三個接口連接單片機 圖 36 A/D轉(zhuǎn)換電路 單片機控制部分 單片機時鐘電路 時鐘是單片機的心臟, 單片機各功能部件的運行都是以時鐘頻率為基準,有 條不紊地一拍一拍地工作。因此,時鐘頻率直接影響單片機的速度,時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機系統(tǒng)穩(wěn)定性,常用的時鐘電路有兩種方式,一種是內(nèi)部時鐘方式,另一種是外部時鐘方式。此設計選用外部時鐘方式如下圖 37: M C 13 0 p FM C 23 0 p FM Z 1F RE Q = 1 2 M H z 圖 37 單片機時鐘電路 判斷 單片機芯片及時鐘系統(tǒng)是否正常工作有一個簡單的方法,就是用萬用表測量單片機晶振引腳( 1 19)的對地電壓,以正常工作的單片機用數(shù)字萬用表測量為例: 18 腳對地約為 , 19腳對地約為 。 單片機復位電路 復位是單 片機的初始化操作 ,只需給 89S52的復位引腳 RST加上大于 2個機器周期(即24個時鐘振蕩周期)的高電平就可得 89S52復位,復位時, PC初始化為 0000H,使 89S52從 OUT單元開始執(zhí)行程序。 除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外由于程序運行出錯或操作錯誤而使系統(tǒng)進入死鎖狀態(tài),為擺脫死鎖狀態(tài),也需按復位鍵使得 RST腳為高電平,使 89S52重 新啟動。 在系統(tǒng)中,有時會顯示系統(tǒng)不正常,也為了調(diào)試方便,我們需要設計一個復位電路,在 系統(tǒng)中,復位電路主要完成系統(tǒng)的上電復位和系統(tǒng)運行過程中的用戶按鍵 復位功能。復位電路可有簡單的 RC電路構(gòu)成。本系統(tǒng)采用如下所示。工作原理是:上電瞬間, RC電路充電, RESET引腳出現(xiàn)正脈沖,只要 RESET保持 10ms以上的高電平,就能使單片機有效復位 ,如圖 38所示。 R E S E T3 0 P FC30 .0 1 UR14 K 7R24 K 75V 圖 38 單片機復位電路 對于懷疑是復位電路故障而不能正常工作的單片機也可以采用模擬復位的方法來判斷,單片機正常工作時第 9引腳對低電壓為 0,可以用導線短時間和 +5V連接一下,模擬一下上電復位,如果單片機能正常工作了,說明這個復位電路沒有問題。 單片機鍵盤與顯 示電路 單片機鍵盤電路采用 矩陣鍵盤,但只用其中的四個鍵,分別為十位加,十位減,個位加,個位減 。在單片機系統(tǒng)中,常常用數(shù)碼管作顯示器,一般的顯示器為 4位或 8位。本系統(tǒng)使用數(shù)碼管顯示溫度。溫度的顯示 有兩種,一種為設定溫度需兩位數(shù)碼顯示。一種為檢測到的溫度,需要三 位數(shù)碼管。 數(shù)碼管顯示電路有靜態(tài)和動態(tài)顯示兩種。本設計采用的屬于數(shù)碼管靜態(tài)顯示方式,共陽極數(shù)碼管用 74HC595驅(qū)動 。也可用動態(tài)掃描的方式,但此時數(shù)碼管需要三極管驅(qū)動, 就會占用較多的單片機端口,而前者只占用單片機 3個 I/O口,節(jié)省了很大部分的資源,所以顯 示電路用 74HC595驅(qū)動的靜態(tài)顯示方式。 數(shù)碼管 七段碼如下所示: 顯示 字符 共陽極段碼 顯示 字符 共陽極段碼 0 0xc0 5 0x92 1 0xf9 6 0x82 2 0xa4 7 0xf8 3 0xb0 8 0x80 4 0x99 9 0x90 表 31 共陽極數(shù)碼管段碼表 靜態(tài)顯示方式亮度大,很容易做到顯示不閃爍。它的優(yōu)點是 CPU不必繁忙的為顯示服務,因而主程序可不必掃描顯示器,軟件設計較簡單,從而使單片機有更多的時間處理其他事務。 電源電路部分 在該系統(tǒng)中 需要用到 +5V和 +15V的直流穩(wěn)壓電源,在我們生活中一般都是使用 220V的交流電,為獲得高質(zhì)量的直流穩(wěn)壓電源,這就需要我們進行電壓轉(zhuǎn)化。其轉(zhuǎn)化如下 圖39。 220V 輸出 圖 39 直流穩(wěn)壓電路框圖 這里的濾波是為了濾去外界電源輸入帶來的一些不穩(wěn)定因素,比如說紋波的影響,而用一個大電容和一個小電容的組合,是為了分別濾去低頻或高頻的紋波。電源部分電路如下圖: 從變壓器輸出的交流電壓經(jīng)過整流、濾波后產(chǎn)生的不穩(wěn)定直流電壓,從穩(wěn)壓器的輸入端 輸入,在穩(wěn)壓器 的輸出端就可得到穩(wěn)定的直流電壓輸出。正常工作時穩(wěn)壓器的輸入、輸出電壓差為 23V,電容用來實現(xiàn)頻率補償。圖中 C1可防止由于輸入引線較長而的電感效應而產(chǎn)生的自激。 C2用來 減少由于負載電流瞬時變化而引起的高頻干擾。電解電容用來進一步減小 低頻干擾 ,如下圖 310。 整流 濾波 穩(wěn)壓 濾波 C20. 01 uC10. 33 uC547 00 uC847 00 uVI1VO3GND2U178 0 5R130 0B R 1B 80 C 10 0 0D1D I O D E LE DT R 1T R A N 2P 2 S+ 5 V 圖 310 直流穩(wěn)壓電源電路圖 執(zhí)行部分電路 該部分電路主要解決弱電對強電的控制以及弱電與強電的隔離。 C10 .0 1 u fR13 0 0R21 5 0R33 3 0R439U2Z e r oC r o ssi n g1264U1M O C30 4 1L1加熱絲+ 5 VP W M2 2 0 V 圖 311 執(zhí)行部分電路 在上 圖 311所示中, MOC3041 是具有雙向晶閘管輸出的光電隔離器, U2 是功率雙向晶閘管 ,加熱絲是負載,在 MOC3041 內(nèi)部集成了發(fā)光二極管、過零檢測電路和一個小功率雙向晶閘管。當單片機 PWM 輸出為 低電平“ 0” 時, MOC4031 中的 發(fā)光 二極管導通,發(fā)光二極管發(fā)光,由于過零檢測電路的同步作用,內(nèi)部的雙向晶閘管在過零后馬上導通,從而使功率雙向晶閘管 U2 導通,負載中有電流 通過,反之當 PWM 輸出為高電平“ 1”時, U2 截止 ,負載中沒有電流通過。由于加熱絲屬于電感元件,故需在電路中接入一個 的電容來校正零電位。 第四章 水溫控制系統(tǒng)軟件電路設計 系統(tǒng)采用單片機作為控制單元 ,在系統(tǒng)硬件電路設計完成后,系統(tǒng)還要軟件
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