【文章內(nèi)容簡介】 CB）：由 P3 口的第二功能狀態(tài)和 4 根獨立控制線 RESET、 EA、 ALE、 PSEN 組成。 時鐘電路 時鐘電路用于產(chǎn)生單片機工作所需的時鐘信號。單片機在時鐘信號控制下，各種部件之間協(xié)調(diào)一直工作，時鐘信號控制計算機的工作節(jié)奏。 單片機的時鐘時序就是微處理器在執(zhí)行指令時所需控制信號的時間順序。 通常采用振蕩電路能產(chǎn)出非常精確地正弦波，然后通過變換電路形成方波，這種方波在數(shù)字電路中作為觸發(fā)器的時鐘信號。 51 單片機的時鐘信號通常有兩種產(chǎn)生方式：一種是內(nèi)部時鐘方式；一種是外部時鐘方式。 在單片機的 XTAL1 和 XTAL2 兩個引腳間，接一只晶振及兩只電容就構(gòu)成了單片機的時鐘電路，如圖 所示。 電路中的器件選擇可以通過計算和實驗確定，也可以參考一些典型電路的參數(shù)。電路中，電容器 C1 和 C2 對振蕩頻率有微調(diào)作用，通常的取值范圍 30100PF；石英晶體選擇 6MHz 或 12MHz都可以。其結(jié)果只是機器周期時間不同，影響計數(shù)器的計數(shù)初值。 紅外自動水龍頭 19 圖 復(fù)位電路 復(fù)位的目的是使單片機或系統(tǒng)中的其他部件處于某種確定的初始狀態(tài)。 復(fù)位是單片機進入工作狀態(tài)的初始化 操作，是使 CPU 和系統(tǒng)中其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。另外，當(dāng)程序運行錯誤或由于錯誤操作而使單片機進入鎖死狀態(tài)時，也可以通過復(fù)位進行重新啟動。復(fù)位后，單片機內(nèi)部寄存器的初始化。 MCS— 51 系列單片機的 RST 引腳的復(fù)位信號的引入端，復(fù)位信號為高電平有效，其所需時間在兩個機器周期（ 24 個振蕩周期）以上。 復(fù)位以后，單片機內(nèi)各部件恢復(fù)到初始狀態(tài)，單片機從 ROM的 0000H 開始執(zhí)行程序。 單片機的復(fù)位方式有：上電復(fù)位電路、改進后的上電復(fù)位、上電和手動復(fù)位電路。圖 是 51 系列單片機常用的上電復(fù)位和手動復(fù)位組合電路，只要 GND 上升時間不超過 1ms，它們都能很好地工作。阻容器件的參考值如圖中所示，即 R1=1kΩ， R2=200Ω， C3=22μ F。 RET 按鍵可以選擇專門的復(fù)位按鍵，也可以選擇輕觸開關(guān)。 紅外自動水龍頭 20 圖 復(fù)位電路 控制部件是單片機的神經(jīng)中樞，它包括時鐘電路、復(fù)位電路、指令寄存器、譯碼以及信息傳送控制部件。它以主振頻率為基準發(fā)出 CPU 的時序，對指令進行譯碼，然后發(fā)出各種控制信號，完成一系列定時控制的微操作，用來控制單片機各部分的運行。其中有一些控制信號線能簡化應(yīng)用系統(tǒng)外圍控制邏輯，如控制地址鎖存的地址鎖存信號 ALE，控制片外程序存儲器運行的片內(nèi)外存儲器選擇信號 EA，以及片外取 指信號 PSEN。 紅外自動水龍頭 21 圖 單片機正常工作時的部分引腳圖 輸入電路設(shè)計 輸入電路是整個方案的主要組成部分，它要完成的任務(wù)是紅外線的發(fā)射及接受。具體說來它包括兩部分： 555 集成紅外線發(fā)射電路、紅外線接收放大電路。如下圖：單片機5 5 5 集 成 電 路紅 外 發(fā) 射 電 路紅 外 接 收 電 路 圖 該部分電路的原理框圖 紅外自動水龍頭 22 紅外線發(fā)射電路 紅外線發(fā)射管 紅外線二極管因為紅外線二極管正常工作，需要一個固定的頻率激發(fā)。在眾多類型的振蕩器中，其中由 555 定時器構(gòu)成的多諧振蕩器就是其中的代表。發(fā)光元件的種類很多，依光譜大致可分為紅外線發(fā)光元件及可見光的發(fā)光元 件。在方案中，所要介紹的紅外線發(fā)光元件，是以砷化鎵 (GaAs)的紅外線發(fā)光二極管 （也稱紅外線發(fā)射二極管）為主體，分別敘述其基本特性及應(yīng)用電路。 常用的紅外發(fā)光二極管（如 TLN104），其外形和發(fā)光二極管LED 相似，發(fā)出紅外光近紅外線約 ，管壓降約 ，工作電流 60mA，發(fā)射功率≥ 25mW。為了適應(yīng)不同的工作電壓，回路中常串有限流電阻。 發(fā)射紅外線去控制相應(yīng)的受控裝置時，其控制的距離與發(fā)射功率成正比。紅外線二極管常有三種驅(qū)動方式：交流、直流、脈動。因二極管存在死區(qū)電壓 UON ，所以在交流驅(qū)動時應(yīng)加上略大于死區(qū)電壓的著正向偏置電壓。如果使用直流驅(qū)動的話就不再考慮這個問題。當(dāng)紅外發(fā)光二極管工作在脈動直流驅(qū)動下，紅外發(fā)射的有效傳送距離與脈沖的峰值電流 IP 成正比，只需盡量提高峰值 IP ，就能提高紅外光的發(fā)射距離。提高的方法，是減小脈沖占空比，即壓縮脈沖的寬度 T。 相比較前兩者驅(qū)動方式，采用脈沖驅(qū)動的優(yōu)勢： 1，顯著增加了作用距離； 2，降低了電源消耗； 3，提高抗干擾能力。 用紅外發(fā)光二極管發(fā)射紅外線去控制受控裝置時，受控裝置中均有相應(yīng)的紅外光一電轉(zhuǎn)換元件，如紅外按收二極管，光電三極管等。實用中已有紅外發(fā)射和接收配對的二極管。 555 定時器 555 是美國 Sigics 公司 1972 年研制的用于取代機械式定時器的中規(guī)模集成電路因輸入端設(shè)計有三 個 5kΩ的電阻而得名。 紅外自動水龍頭 23 圖 36 555 定時器內(nèi)部原理圖 555 定時器的內(nèi)部電路框圖和外引腳排列圖分別如圖它內(nèi)部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個 RS 觸發(fā)器，一個放電管 T 及功率輸出級。它提供兩個基準電壓 VCC /3 和 2VCC /3 兩個比較器 C1 和 C2 各有一個輸入端連接到三個電阻 R 組成的分壓器上，比較器的輸出接到 RS 觸發(fā)器上。此外還有輸出級和放電管。輸出級的驅(qū)動電流可達 200mA。 比較器 C1 和 C2 的參考電壓分別為 UA 和 UB，根據(jù) C1 和C2 的另一個輸入端 —— 觸發(fā)輸入和閾值輸入，可判斷出 RS 觸發(fā)器的輸出狀態(tài)。當(dāng)復(fù)位端為低電平時， RS 觸發(fā)器被強制復(fù)位。若無需復(fù)位操作，復(fù)位端應(yīng)接高電平。 555 定時器的電源電壓范圍寬，可在 工作。 555 定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。 555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制 RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng) 5 腳懸空時，則電壓比較器 A1 的反相輸入端的電壓為 紅外自動水龍頭 24 2VCC /3， A2 的同相輸入端的電壓為 VCC /3。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于 VCC /3，則比較器 A2 的輸出為 1，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓 大于 2VCC/3，同時 TR 端的電壓大于 VCC /3，則 A1 的輸出為 1，A2 的輸出為 0，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平。 參數(shù)功能特性： ?供應(yīng)電壓 ?供應(yīng)電流 36mA ?輸出電流 225mA (max) ?上升 /下降時間 100 ns 紅外線頻率的設(shè)定 紅光的波長范圍為 m～ m，比紅光波長還長的光叫紅外線。紅外線發(fā)射器就是利用波長 m～ m 之間的近紅外線來傳送信號的。紅外線的特點是不 干擾其他電器設(shè)備工作，也不會影響周邊環(huán)境。 555 當(dāng)做定時器時，其輸出頻率 f 大小是由 R R C4 決定的。 CRRf )221( ?? = 12*1 0 0 0)1 3 0 0 0*29 1 0 0( ?? E ?? HZ 紅外自動水龍頭 25 DC7R4Q3GND1VCC8TR2TH6TH6R19 .1 KR21 3 KC41 0 0 0 pR3 R4 R5D3L E D 圖 37 紅外頻率的設(shè)定示意圖 紅外線接收電路 本電路主要任務(wù)是把接收到的微弱紅外信號，進行放大，然后送入單片機中。 發(fā)射與接收的方式有兩種，其一是直射式，其二是反射式。直射式指發(fā)光管和接收管安放在發(fā) 射與受控物的兩端，相距一定的距離。反射式指發(fā)光管和接收管并列一起，平時接收管始終無光照，只在發(fā)光管發(fā)出的紅外光遇到反射物時，接收管收到反射回來的紅外線才工作。 紅外自動水龍頭 26 R41 0 0 K ΩR51 2 0 KR81KC60 .1 μ p3274 圖 38 紅外線接收示意圖 接收元件是 HP3FR2S 光敏二極管，暗電流 ?? ? ，光電流 ?? ?20 ，峰值波長 ?940 m。由于紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率較小，紅外接收二極管收到的信號較弱，所以接收端就要增加高增益放大電路。信號經(jīng)過放大后才 能送到單片機。如圖集成運放器1458 構(gòu)成的并聯(lián)電壓負反饋。它除了放大信號外，還能穩(wěn)定輸出電壓。反饋電流為 RUIfOf.. ?? 輸入電流為 RUI ii 1.. ? 紅外自動水龍頭 27 利用 .. IIif ?的關(guān)系得 RUfO.? =RUi1. ...UUAiouf? RRf1?? 120?? X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427V s s20V c c40R 1 11 2 0 K3274 圖 39 信號放大原理圖 當(dāng)信號被放大到 120 倍后，將能作為單片機外部中斷 0 的激發(fā)信號。此外，放大器還要把該信號送入單片機 腳。當(dāng)外部中斷產(chǎn)生后，單片機進入中斷子程序中并關(guān)閉中斷，此時 腳負紅外自動水龍頭 28 責(zé)外部信號的接入。通過判斷 腳的電平高低，就能知道紅外線探測范圍內(nèi)有沒有人。 輸出電路設(shè)計 輸出電路是整個方案的“動作元件”，它將前兩個電路的最終數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)計要求。輸出電路包括：動作信號放大電路、電磁閥工作電路、強弱隔離電路。單片機控制方式屬于弱電控制，無法直接驅(qū)動電磁閥，必須采用驅(qū)動放大電路對動作信號處理。電磁閥工作電壓范圍： 220V、 50 赫茲，單片機工作電壓為直流 5V。因此本方案中要用到變壓器（變壓，隔離）和橋式整流電路（交流變直流）。而電磁閥能否準確到位動作，將關(guān)系到整個設(shè)計的成敗。電磁閥正常工作的必要的一個條件是：在額定電壓下工作。 圖 310 普通常用的水龍頭 結(jié)構(gòu)圖 電磁閥 普通水龍頭由人工實現(xiàn)了水流量的控制，了解其工作狀態(tài)，紅外自動水龍頭 29 有助于我們理解電磁閥的工作原理，以加深對控制技術(shù)的領(lǐng)悟。 通過圖 310，可以初步了解到普通水龍頭的工作原理。普通水龍頭的結(jié)構(gòu)分為：閥體、閥桿、閥芯三大部分，閥桿下部有一節(jié)為螺旋狀，與閥體螺旋槽相匹配，能使閥桿作上下導(dǎo)向運動，閥桿與閥體上部還有壓蓋，其下壓有盤根，防止水從閥桿處泄漏，而閥芯與閥桿之間一般是活套連接，即閥桿頂頭部分中間有孔，閥芯在加工時留有約 1 厘米左右的桿（比閥桿上的孔徑略?。┡c之匹配，這樣會使閥芯活動靈 活，閥芯底部有一塊橡皮，與閥體的密封面匹配。