【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 器降溫。 數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)采集電路主要由數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 采集水溫的溫度。溫度傳感器的單總線 1Wire 與單片機(jī)的 I／ O 連接， 是單片機(jī)的高位地址線。 P3 端口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I／ O，每個(gè)端口都有第二功能，其輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng) 吸收或 輸出電流 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對(duì)該端口寫“ 1”，可通過內(nèi)部上拉電阻將其端口拉至 高電平，此時(shí)可作為輸入口使用，這是因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某一引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。 如圖 所示：溫度傳感器 DS18B20 與單片機(jī)只有一根線連接即單總線或one_wire 總線。溫度傳感器 DS18B20 只有三個(gè)端口，電路連接很簡(jiǎn)單，一根電源線接電源，一根接地，一根數(shù)據(jù)時(shí)鐘線接單片機(jī)的 I/O,數(shù)據(jù)時(shí)鐘線必須接一個(gè)上拉電阻，防止數(shù)據(jù)、時(shí)鐘高阻懸掛，就會(huì)得不到準(zhǔn)確的溫度數(shù)字信號(hào)。 圖 溫度傳感器硬件電路示意圖 溫度控制控制執(zhí)行電路的設(shè) 計(jì) 由輸出來控制加熱器或制冷器，加熱器可以近似建立為具有滯后性的一階慣性環(huán)節(jié)數(shù)學(xué)模型。其傳遞函數(shù)形式為： G s K/（ Ts+1） ets 制冷器可以認(rèn)為是線形環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫的控制。為了實(shí)現(xiàn)強(qiáng)電和弱電的隔離，要選擇光電耦合器，使輸出信號(hào)要對(duì)繼電器進(jìn)行通斷控制，以便使電爐或風(fēng)扇電路導(dǎo)通，此外，當(dāng)實(shí)際溫度不在設(shè)定的范圍內(nèi)，報(bào)警電路將實(shí)時(shí)報(bào)警并作出相相應(yīng)的處理如（報(bào)警信號(hào)傳到單片機(jī)或人，單片機(jī)或人就會(huì)執(zhí)行相應(yīng)的操作），當(dāng)實(shí)際溫度低于設(shè)定的溫度時(shí)相應(yīng)黃色發(fā)光二極管點(diǎn)亮并且加熱器啟動(dòng)升溫；高于設(shè)定 的溫度時(shí)對(duì)應(yīng)紅色二極管亮并且制冷器啟動(dòng)降溫。 如圖 所示：繼電器的通斷通過單片機(jī)的 I/O 的輸出控制，從而控制加熱器、制冷器的啟停，來控制被測(cè)物體的溫度。 圖 溫度控制電路圖 如圖 所示：報(bào)警電路也是由單片機(jī)的 I/O 控制，當(dāng)實(shí)際溫度不在設(shè)定的范圍單片機(jī)就會(huì)執(zhí)行相應(yīng)的指令，進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警，提示溫度超過或低于設(shè)定的溫度，以便及時(shí)作出處理。 圖 報(bào)警電路圖 . 鍵盤設(shè)計(jì) 鍵盤是由若干個(gè)按鍵組成的開關(guān)矩陣，它具有最簡(jiǎn)單的單片機(jī)輸入設(shè)備， 通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的人機(jī)對(duì)話。鍵盤上閉 合建的識(shí)別是由專 用硬件實(shí)現(xiàn)的，稱為編碼鍵盤，靠軟件實(shí)現(xiàn)的稱為非編碼鍵盤。 鍵盤采用軟件查詢和外部中斷相結(jié)合的方法來設(shè)計(jì)，低電平有效。鍵盤還分為矩陣鍵盤和獨(dú)立鍵盤，使用矩陣鍵盤能大量的節(jié)約單片機(jī)的 I/O 資源，方便快捷。獨(dú)立鍵盤雖然占用了 I/O 資源，但是運(yùn)用靈活，很適用鍵盤少的電路。其按鍵的功能如下表所示： 表 21 鍵盤功能表 按鍵 鍵名 功能 KEY1 復(fù)位鍵 使系統(tǒng)復(fù)位 KEY2 KEY3 功能 切換鍵 切換當(dāng)前溫度和 設(shè)定溫度的顯示 界面 矩陣鍵盤 設(shè)定溫度鍵盤 設(shè) 定溫度的允許范圍 如圖 所示：矩陣鍵盤與單片機(jī)的 P1 口連接，采用軟件查詢的方式，用來設(shè)定溫度的允許范圍，也可以用來做狀態(tài)顯示切換功能鍵等，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的人機(jī)對(duì)話，鍵盤的輸入值被單片機(jī)讀入并通過中央處理器處理，送到顯示模塊進(jìn)行顯示。 圖 鍵盤電路圖 如圖 所示按鍵 KEY KEY11 分別與 （ INTO）、 （ INT1）相連，采用外部中斷方式，對(duì)溫度設(shè)定實(shí)時(shí)處理。 圖 獨(dú)立鍵盤電路圖 . 顯示電路設(shè)計(jì) 顯示電路采用了 LCD_1602 和數(shù)碼管的混合顯示，設(shè)定的溫度值范圍顯示在數(shù) 碼管上，一看就是知道被測(cè)物體正常時(shí)的溫度范圍是多少，同時(shí)當(dāng)前溫度顯示在液晶上，因此知道被測(cè)物體的當(dāng)前值是多少。 1 液晶的介紹 ①、 1602 型液晶接口信號(hào)說明 1602 型液晶接口信號(hào)說明如表 22 所示 編號(hào) 符號(hào) 引腳說明 編號(hào) 符號(hào) 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù)口 2 VDD 電源正極 10 D2 數(shù)據(jù)口 2 V0 液晶顯示器對(duì)比度調(diào)解端 11 D4 數(shù)據(jù)口 4 RS 數(shù)據(jù)命令選擇端 12 D5 數(shù)據(jù)口 5 R/W 讀寫選擇端（ H/L） 12 D6 數(shù)據(jù)口 6 E 使能信號(hào) 14 D7 數(shù)據(jù)口 7 D0 數(shù)據(jù)口 15 BLA 背光電源正極 8 D1 數(shù)據(jù)口 16 BKL 背光電源負(fù)極 ②、 基本操作時(shí)序 讀狀態(tài) 輸入： RS L, R/W H,E H 輸出： D0~D7 狀態(tài)字 讀數(shù)據(jù) 輸入： RS H, R/W H,E H 輸出：無 寫指令 輸入： RS L, R/W L,D0~D7 指令碼， E 高脈沖 輸出： D0~D7 數(shù)據(jù) 寫數(shù)據(jù) 輸入： RS H, R/W L, ,D0~D7 數(shù)據(jù)， E 高脈沖 輸出：無。 ③、寫操作時(shí)序 通過 RS 確定是寫數(shù)據(jù)還是寫命令。讀 /寫控制端設(shè)置為寫模式，即低電平。 將數(shù)據(jù)或命令送達(dá)數(shù)據(jù)線上，給 E 一個(gè)高脈沖將數(shù)據(jù)送入液晶控制器，完成寫操作。寫操作時(shí)序如下圖所示： 圖 29 1602 液晶寫操作時(shí)序圖 （ 2）液晶的電路設(shè)計(jì) 如圖 210 所示：液晶的數(shù)據(jù)線接 P0 口，而 RS、 RW、 E 分別接單片機(jī)的 、 口，通過單片機(jī)的控制顯示設(shè)定的溫度值或?qū)嶋H溫度值。 圖 210 1602 液晶電路顯示電路圖 （ 2）數(shù)碼管 LED 簡(jiǎn)介 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用的顯示器主要有發(fā)光二極管顯示器，簡(jiǎn)稱 LED；液晶顯示器，簡(jiǎn)稱 LCD。前者價(jià)廉，配置靈活，與單片機(jī)接口方便；后者可進(jìn)行圖形顯示，但接口復(fù)雜，成本較高。結(jié)合本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，在這里系統(tǒng)的顯示采用發(fā)光二極管作為顯示器件。 圖 數(shù)碼管 單片機(jī)中使用 7 段 LED 構(gòu)成字形“ 8”，另外，還與一個(gè)小數(shù)點(diǎn)發(fā)光二極管用以顯示數(shù)字、符號(hào)及小數(shù)點(diǎn)。這種顯示器有共陰極和共陽極兩種，如圖 所示 。發(fā)光二極管的陽極連在一起稱為共陽極顯示器，陰極連在一起的稱為共陰極顯示器。一位顯示器由八個(gè)發(fā)光二極管組成，其中， 7 個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成字形“ 8”的各個(gè)筆劃（段） ag,另一個(gè)小數(shù)點(diǎn)為 dp 發(fā)光二極管。當(dāng)在某段發(fā)光二極管施加一定的正向電壓是，該段筆劃即點(diǎn)亮；不加電壓則該段二極管不亮。為了保護(hù)各段 LED 不被損壞，需要外加限流電阻 . 如果要顯示某個(gè)字形，則應(yīng)使此字形的相應(yīng)段點(diǎn)亮，也即送一個(gè)不同的電平組合代表的數(shù)據(jù)來控制 LED 的顯示字形，此數(shù)據(jù)稱為字符的段碼。數(shù)據(jù)字位數(shù)與LED 段碼的關(guān)系如表所示。 表 23 數(shù)碼管各段 與輸出口各位的對(duì)應(yīng)關(guān)系 輸出口各位 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 數(shù)碼管各段 dp g f e d c b a 如使用共陽極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為 0 表示對(duì)應(yīng)字段亮，數(shù)據(jù)為 1 表示對(duì)應(yīng)字段暗；如使用共陰極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為 0 表示對(duì)應(yīng)字段暗，數(shù)據(jù)為 1 表示對(duì)應(yīng)字段亮。如要顯示“ 0”，共陽極數(shù)碼管的字型編碼應(yīng)為： 11000000B（即 C0H）；共陰極數(shù)碼管的字型編碼應(yīng)為： 00111111B（ 3FH）。依次類推，可求得數(shù)碼管字型編碼如表24 所示。 表 24 字型 共陽極 共陰極 dp g f e d c b a 字型碼 dp g f e d c b a 字型碼 0 1 1 0 0 0 0 0 0 C0H 0 0 1 1 1 1 1 1 3FH 1 1 1 1 1 1 0 0 1 F9H 0 0 0 0 0 1 1 0 06H 2 1 0 1 0 0 1 0 0 A4H 0 1 0 1 1 0 1 1 5BH 3 1 0 1 1 0 0 0 0 B0H 0 1 0 0 1 1 1 1 4FH 續(xù)表 23 4 1 0 0 1 1 0 0 1 99H 0 1 1 0 0 1 1 0 66H 5 1 0 0 1 0 0 1 0 92H 0 1 1 0 1 1 0 1 6DH 6 1 0 0 0 0 0 1 0 82H 0 1 1 1 1 1 0 1 7DH 7 1 1 1 1 1 0 0 0 F8H 0 0 0 0 0 1 1 1 07H 8 1 0 0 0 0 0 0 0 80H 0 1 1 1 1 1 1 1 7FH 9 1 0 0 1 0 0 0 0 90H 0 1 1 0 1 1 1 1 6FH A 1 0 0 0 1 0 0 0 88H 0 1 1 1 0 1 1 1 77H B 1 0 0 0 0 0 1 1 83H 0 1 1 1 1 1 0 0 7CH C 1 1 0 0 0 1 1 0 C6H 0 0 1 1 1 0 0 1 39H D 1 0 1 0 0 0 0 1 A1H 0 1 0 1 1 1 1 0 5EH E 1 0 0 0 0 1 1 0 86H 0 1 1 1 1 0 0 1 79H F 1 0 0 0 1 1 1 0 8EH 0 1 1 1 0 0 0 1 71H 滅 1 1 1 1 1 1 1 1 FFH 0 0 0 0 0 0 0 0 00H （ 4）數(shù)碼管的電路設(shè)計(jì) 數(shù)碼管用的是八位共陽的發(fā)光二極管 組成，只要賦予低電平對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管就點(diǎn)亮，八段發(fā)光二極管的亮暗組合就能組成 0~F 十六數(shù)字，利用數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)掃面就能清晰穩(wěn)定的顯示溫度的設(shè)定值，考慮到 I/O 不夠用，采用了 74ls138譯碼器和 74ls373 鎖存器的組合，從而大量的節(jié)約了單片機(jī) I/O 資源。 74LS373 內(nèi)有 8 個(gè)相同的 D 型 三態(tài)同相 鎖存器，由兩個(gè)控制端 11 腳 G 或EN； 1 腳 OUT、 CONT、 OE 控制。當(dāng) OE 接地時(shí)，若 G 為高電平， 74LS373 接收由PPU 輸出的地址信號(hào)如果 G 為低電平，則將地址信號(hào)鎖存。 74LS373 的輸出端O0~O7 可直接 與總線相連。當(dāng)三態(tài)允許控制端 OE 為低電平時(shí)， O0~O7 為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線。當(dāng) OE 為高電平時(shí)， O0~O7 呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動(dòng)總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。當(dāng)鎖存允許端LE 為高電平時(shí)， O 隨數(shù)據(jù) D 而變。當(dāng) LE 為低電平時(shí)， O 被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。 74ls138 是個(gè)三輸入 8 輸出的譯碼器， A0、 A A2 為地址端，選擇相應(yīng)的輸出端為低電平，例如：當(dāng)譯碼器的地址端為 0 0 0 時(shí)，輸出端 Y0 0；當(dāng)譯碼器的的地址端是 0 0 1 時(shí)，其輸出端 Y1 0；以此類推。 如圖 211 所示 ：數(shù)碼管的數(shù)據(jù)線利用鎖存器和液晶的數(shù)據(jù)線共用一個(gè) I/O即 P0 口；而數(shù)碼管的片選線則利用了 3― 8 譯碼器來選通， 38 譯碼器的地址線通過單機(jī)的 、 、 口來控制選擇數(shù)碼管的片選。只要控制這三個(gè)地址線就可以實(shí)現(xiàn)六個(gè)數(shù)碼管的位選加鎖存器的使能。如下圖所示： 圖 212 數(shù)碼管顯示電路圖 .制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 溫度控制系統(tǒng)硬件包括： 89C51 單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊、 A/D 轉(zhuǎn)換模塊、 D/A 轉(zhuǎn)換模塊、信號(hào)放大電路、溫控電路以及其它外圍電路。 （ 1）單片機(jī)的選擇 單片機(jī)的 CPU 為 Atmel 公司生產(chǎn)的 89C51。出廠所配晶振頻率為 ,每個(gè)機(jī)器周期為 ,用戶更換晶振以提高速度。存貯器為 64K,前 4K/8K20K在 CPU內(nèi)部 ,其它程序在 EPR0M27512中。數(shù)據(jù)存貯器為 32K 62256 ,地址為 8000―FFFFH。 I/O 擴(kuò)展 8155,片內(nèi) RAM 地址∶ 200O20FFH8155 命令口地址為∶ 2100HA口地址∶ 21O1H B 口地址： 2102H C 口地址 :2103H T 低八位∶ 2104H T 高八位 . （ 2）傳感器電路 數(shù)字溫度傳感器 DS18B20，它是一種能將外界溫度直接轉(zhuǎn)化成數(shù)字 信號(hào)的數(shù)字溫度傳感器。它使用范圍廣，運(yùn)用靈活，它的價(jià)格便宜，精確度較高，延滯性下，因而靈敏度很高， 而且它的線性很好。雖然其測(cè)量精度一般，但完全能滿足工業(yè)測(cè)溫要求，應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。 保護(hù)電路 保護(hù)電路的作用是對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行過溫保護(hù)，其電路如圖 213 所示。 圖 213 保護(hù)電路 驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制繼電器，斷開加熱電阻絲電源，保護(hù)溫控箱。電路中增加的達(dá)林頓管是一個(gè)電流驅(qū)動(dòng)型器件，能夠提高繼電器的勵(lì)磁電流。在繼電器兩端并聯(lián)了續(xù)流二極管，其作用是當(dāng)達(dá)林頓管由導(dǎo)通到關(guān)斷時(shí)，繼電器也由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷，由于繼電器是個(gè)感性負(fù)載，電 流不能突變，線圈兩端將產(chǎn)生很高的反向電勢(shì)，以繼續(xù)維持線圈中通過的電流。這個(gè)反向電勢(shì)一般很高，容易造成三極管的擊穿，加入續(xù)流二極管后，為反向電勢(shì)提供了放電回路，從而保護(hù)三極管不會(huì)被擊穿。 （ 4）串行通信接口電路 目前，廣泛使用的串行數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)有一，一與一三種。其中一是美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)正式公布的串口總線標(biāo)準(zhǔn)，也是目前最為常用的串行接口標(biāo)準(zhǔn)，用來實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間，計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)通訊。串行通信接口的基本任務(wù)是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)格式化。來自的是普通的并行數(shù)據(jù)，接口電路應(yīng)具有實(shí)現(xiàn)不同串行通信方式下的數(shù)據(jù)格式化的任 務(wù)。具體任務(wù)是： 進(jìn)行串 并轉(zhuǎn)換；