【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 作為一個(gè)輸出端口來(lái)使用的。 電源電路的設(shè)計(jì) 電源是各種電子設(shè)備必不可少的組成部分，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到電子設(shè)備的技術(shù) 指標(biāo)以及能否安全可靠的工作。目前常用的直流穩(wěn)壓電源分線(xiàn)性電源和開(kāi)關(guān)電源兩大類(lèi)。隨著集成電路飛速發(fā)展，穩(wěn)壓電路也迅速實(shí)現(xiàn)集成化，市場(chǎng)上已有大量生產(chǎn)各種型號(hào)的單片機(jī)集成穩(wěn)壓電路。它和分立的晶體管電路比較，具有很多突出的優(yōu)點(diǎn)，主要體現(xiàn)在體積小、重量輕、耗電省、可靠性高、運(yùn)行速度快，且調(diào)試方便、使用靈活，易于進(jìn)行大量自動(dòng)化生產(chǎn)。 電源的作用 各種電子電路都要求用穩(wěn)定的直流電源供電，由整流濾波電路可輸出較為平滑的直流電壓，但當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載改變時(shí)，將會(huì)引起輸出端電壓改變而不穩(wěn)定。為了獲得穩(wěn)定的 輸出電壓，濾波電路的輸出電壓還應(yīng)該經(jīng)穩(wěn)壓電路進(jìn)行穩(wěn)壓。 電源的組成 電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路組成。 畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 12 電源變壓器：將電網(wǎng)提供的 220V 交流電壓轉(zhuǎn)換成為各種電路設(shè)備所需的交流電壓。 整流電路：利用單向?qū)щ娖骷⒔涣麟娹D(zhuǎn)換成脈動(dòng)直流電路。 濾波電路：利用儲(chǔ)能元件（電感或電容）把脈動(dòng)直流電轉(zhuǎn)換成比較平坦的直流電。 穩(wěn)壓電源：利用電路的調(diào)整作用使輸出電壓穩(wěn)定的過(guò)程稱(chēng)為穩(wěn)壓。 變壓器容量、整流二極管的計(jì)算與選擇 據(jù)整流原理，因?yàn)?U0= 則可以得到 U2=U0/=5v/≈ .在考慮到變壓器、繞組損耗（壓降）和整流二極管的壓降，在工程中必須再在上述基礎(chǔ)上增加 5%，即 U2=*(1+5%)≈ ,整流二極管的承受最大的反向電壓 UD1=21/2U2≈ 因?yàn)榉€(wěn)壓器的最大電流是 3A，所以流過(guò)二極管的最大電流 ID1=1/2Ii==。D2 中的四個(gè)二極管的耐壓值至少應(yīng)該為 ,允許流過(guò)的最大電流為 . 由于變壓器輸入的電壓是 220V,而副線(xiàn)圈輸出的電壓時(shí) 12V，故有 N=U1/U2=220/12= 由 于線(xiàn)圈匝數(shù)比只能為一個(gè)整數(shù)，因此匝數(shù)比取 18。變壓器副邊的有效值： I2=*=： S=UI=*=. 穩(wěn)壓器的選用 集成穩(wěn)壓器是指將不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓的集成電路。由于集成穩(wěn)壓器具有穩(wěn)壓精度高、工作穩(wěn)定可靠、外圍電路簡(jiǎn)單、體積小、重量輕等顯著優(yōu)點(diǎn)，在各種電源電路中得到了普遍的應(yīng)用。常用的集成穩(wěn)壓器有：金屬圓形封裝、金屬菱形封裝、塑料封裝、帶散熱板塑封、扁平式封裝、雙列直插式封裝等。在電子制作中應(yīng)用的較多的是三端固定輸出穩(wěn) 壓器。 78XX 系列集成穩(wěn)壓器是常用的固定正輸出電壓的集成穩(wěn)壓器，輸出電壓有 5V、 6V、 9V、 12V、 15V、 18V、 24V等規(guī)格，最大輸出電流為 。它的工作原理：取樣電路將輸出電壓按比例取出，送入比較放大器與基準(zhǔn)電 畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 13 壓進(jìn)行比較，差值被放大后去控制調(diào)整管，以使輸出電壓保持穩(wěn)定。它的內(nèi)部含有限流保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)和過(guò)壓保護(hù)電路，采用了噪聲低、溫度飄逸小的基準(zhǔn)電壓源，工作穩(wěn)定可靠。 78XX 系列集成穩(wěn)壓器為三端器件，一腳為輸入端，一腳為接地端，一腳為輸出端，使用十分方便。 在此設(shè)計(jì)中我選用的是 78XX系列中的 7805，它能夠提供多種固定的輸出電壓，應(yīng)用范圍廣。內(nèi)含過(guò)流、過(guò)熱和過(guò)載保護(hù)電路。帶散熱片時(shí)，輸出電流可達(dá) 1A，雖然是固定穩(wěn)壓電路，但使用外接元件，可獲得不同的電壓和電流。在本設(shè)計(jì)中就是利用它把 12V 的直流電壓變成 5V 的穩(wěn)定電壓給單片機(jī)提供電源，以確保正常工作。 電源工作原理 整個(gè)電源電路如圖 2 所示，控 制電路采用變壓器降壓、晶體二極管整流等方法獲得工作電源。當(dāng)電源插頭 J1插入 220V 交流電 ,T1 開(kāi)始對(duì) 220V 交流電進(jìn)行降壓，從次級(jí)輸出 12V 左右的低壓交流電，從而適應(yīng)電路的使用要求。整流硅對(duì)次級(jí)輸出的 交流電進(jìn)行橋式整流，再由 E C2進(jìn)行濾波，已形成較平滑的直流電，送給三端集成正輸出穩(wěn)壓器 7805 進(jìn)行穩(wěn)壓調(diào)整。經(jīng) 7805 穩(wěn)壓作用后輸出+5V 的直流電壓，經(jīng) E C3 濾波后輸出紋波很低的 +5V 電壓，作為單片機(jī)的工作電源，以保證單片機(jī)工作時(shí)的穩(wěn)定和可靠。 圖 2 豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)的 電源電路 溫度檢測(cè)電路的設(shè)計(jì) 當(dāng)豆?jié){機(jī)正常工作時(shí)，需要先加熱到 80度左右的溫度，然后停止加熱繼續(xù)下一步的工作，所以這就需要一個(gè)溫度傳感器來(lái)檢測(cè)水溫，這里我選用的是 DS18B20 智能溫度傳感器，選擇它是因?yàn)樗臏y(cè)溫系統(tǒng) 簡(jiǎn)單，測(cè)溫 畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 14 精度高，連接方便，占用口線(xiàn)少，轉(zhuǎn)換速度快，與微處理器的接口簡(jiǎn)單，給硬件設(shè)計(jì)工作帶來(lái)了極大的方便，能有效地降低成本。 溫度傳感器 DS18B20 簡(jiǎn)介 DS18B20是美國(guó) DALLAS半導(dǎo)體公司繼 DS1820之后最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器。 與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比 ，他能夠直接讀出被測(cè)溫度并且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn) 9～ 12位的數(shù)字值讀數(shù)方式?？梢苑謩e在 ms和 750 ms內(nèi)完成 9位和 12 位的數(shù)字量，并且從 DS18B20 讀出的信息或?qū)懭?DS18B20 的信息僅需要一 根口線(xiàn)（單線(xiàn)接口）讀寫(xiě) ,溫度變換功率來(lái)源于數(shù)據(jù)總線(xiàn)，總線(xiàn)本身也可以向所掛接的 DS18B20 供電，而無(wú)需額外電源。因而使用 DS18B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡(jiǎn)單，可靠性更高。他在測(cè)溫精度、轉(zhuǎn)換時(shí)間、傳輸距離、分辨率等方面較 DS1820 有了很大的改進(jìn)，給用戶(hù)帶來(lái)了更方便的使用和更令人滿(mǎn)意的效果。 （ 1） DS18B20 的特性 獨(dú)特的單線(xiàn)接口，只需一個(gè)接口引腳即可通信 多點(diǎn)能力使分布式溫度檢測(cè)應(yīng)用得以簡(jiǎn)化 不需要外部元件 可用數(shù)據(jù)線(xiàn)供電 不需要備份電源 測(cè)量范圍從 55℃至 +125℃，增量值為 ℃。 以九位數(shù)字值方式讀出溫度 在一秒（經(jīng)典值）內(nèi)把溫度變換為數(shù)字 用戶(hù)可以定義的，非易失性的溫度變換為數(shù)字 告警搜索命令識(shí)別和尋址溫度在編定的極限之外的器件（溫度警告情況） 應(yīng)用范圍包括恒溫控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品，溫度計(jì)或任何熱敏系統(tǒng) （ 2） DS18B20 的引腳功能 DS18B20 的引腳圖如圖 3所示： 1． GND 為電源地 2． DQ為數(shù)字信號(hào)輸入 /輸出端 畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 15 3． VDD 為外接供電電源 圖 3 溫度傳感器 DS18B20的引腳圖 溫度傳感器 DS18B20 的測(cè)溫原理 下面介紹 51 單片機(jī) AT89C52 與溫度傳感器芯片 DS18B20 構(gòu)成的測(cè)溫系統(tǒng)的測(cè)溫原理。如圖 4 所示， 圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器 1，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器 2 的脈沖輸入，圖中還隱含著計(jì)數(shù)門(mén)，當(dāng)計(jì)數(shù)門(mén)打開(kāi)時(shí)， DS18B20 就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩產(chǎn)生的時(shí) 鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量。計(jì)數(shù)門(mén)的開(kāi)啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來(lái)決定，每次測(cè)量前，首先將 55 ℃所對(duì)應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在 55 ℃ 所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器 1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值減到0 時(shí)溫度寄存器的值將加 1，減法計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器 1重新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器2 計(jì)數(shù)到 0 時(shí) ，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。 斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程中的非線(xiàn)性，其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)門(mén)仍未關(guān)閉就重復(fù) 上述過(guò)程，直至溫度寄存器值達(dá)到被測(cè)溫度值，這就是 DS18B20 的測(cè)溫原理。 另外，由于 DS18B20 單線(xiàn)通信功能是分時(shí)完成的，他有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫(xiě)時(shí)序很重要。系統(tǒng)對(duì) DS18B20 的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議 畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 16 為：初始化 DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖）→發(fā) ROM 功能命令→發(fā)存儲(chǔ)器操作命令→處理數(shù)據(jù)。 DS18B20 與單片機(jī) AT89C52的接口設(shè)計(jì) DS18B20 與單片機(jī) AT89C52 的接口設(shè)計(jì)如圖 4 所示， 口接單線(xiàn)總線(xiàn)為保證在有效的 DS18B20 時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個(gè) MOSFET 管和AT89C52 的 來(lái)完成對(duì)總線(xiàn)的上拉。當(dāng) DS18B20 處于寫(xiě)存儲(chǔ)器操作和溫度A/D 變換操作時(shí)，總線(xiàn)上必須有強(qiáng)的上拉，上拉開(kāi)啟時(shí)間最大為 10 μ s。采用寄生電源供電方式是 VDD 和 GND 端均接地。由于單線(xiàn)制只有一根線(xiàn)，因此發(fā)送接收口必須是三態(tài)的。主機(jī)控制 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò) 3 個(gè)步驟：初始化、 ROM 操作指令、存儲(chǔ)器操作指令。假設(shè)單片機(jī)系統(tǒng)所用的晶振頻率為 12 MHz，根據(jù) DS18B20 的初始化時(shí)序、寫(xiě)時(shí)序和讀時(shí)序，分別編寫(xiě) 3 個(gè)子程序：INIT 為初始化子程序， WRITE 為寫(xiě)（命令或數(shù) 據(jù)）子程序， READ 為讀數(shù)據(jù)子程序，所有的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)均由最低位開(kāi)始，實(shí)際在實(shí)驗(yàn)中不用這種方式，只要在數(shù)據(jù)線(xiàn)上加一個(gè)上拉電阻 kΩ ,另外 2 個(gè)腳分別接電源和地。 圖 4 溫度傳感器 DS18B20 與單片機(jī) AT89C52 的連接圖 加熱及磨漿電路的設(shè)計(jì) 加熱電路的作用是通過(guò)加熱管把磨成粉沫的黃豆煮熟，本設(shè)計(jì)使用的加熱器的功率為 800W；磨漿電路的作用是通過(guò)電機(jī)把黃豆攪拌成粉沫，電機(jī)選用的是單相串勵(lì)電機(jī)，由于串勵(lì)電動(dòng)機(jī)具有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、過(guò)載能力強(qiáng)、調(diào)速方便、體積 畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 17 小、重量輕等很多優(yōu)點(diǎn)，在家用電器中普遍使用。 但是串勵(lì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速很高，為了避免其連續(xù)工作容易造成損壞，本設(shè)計(jì)采用的是間歇性打漿的方式。 單片機(jī) 輸出電流經(jīng)三極管放大，來(lái)驅(qū)動(dòng)繼電器閉合，使加熱管發(fā)熱把豆?jié){ 煮熟。同理，繼電器閉合使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)把黃豆 攪碎。 加熱及磨漿電路的工作原理如圖 5 所示， 加