【文章內容簡介】 TAL1：反向振蕩器的輸入。 XTAL2：反向振蕩器的輸出。 表 P3 口引腳第二功能 端口引腳 第二功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） INT0（外部中斷 0） INT1（外部中 斷 1） T0（定時 /計數(shù)器 0） T1（定時 /計數(shù)器 1） WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） 單片機工作系統(tǒng)設計 單片機必須在具備晶振電路和復位電路后才能保證其正常運行。晶振電路也稱時鐘電路，該電路是給單片機提供穩(wěn)定的時鐘源，復位電路的功能是重置單片機，使其總起始地址開始工作，從程序代碼的起始端開始運行。下面將對時鐘電路和復位電路進行詳細介紹。 （ 1） 時鐘電路 設計 圖 時鐘電路 在使用 51 系列單片機開發(fā)系統(tǒng)時 ， 晶 振電路主要由兩部分組成：石英晶體30pF C21230pF C1XTAL1XTAL2 燕京理工學院畢業(yè)設計（論文 ） 13 和瓷片電容。適石英晶體一般選擇為 12MHz 或 ；匹配的瓷片電容是20~30pf 之間，這個大小的電容可以很好的抑制干擾，使時鐘電路穩(wěn)定工作。如圖 所示為本次設計的時鐘電路，選用 的晶振，其晶振兩腳與單片機的時鐘輸入引腳 XTAL1 和 XTAL2 相連，并在兩端分別連接 30pf 瓷片電容 C1，C2的一端，瓷片電容的另一端直接接地 [9]。 （ 2）復位電路設計 若系統(tǒng)在運行時，受環(huán)境干擾單片機內代碼執(zhí)行時跑飛或需要從新執(zhí)行代碼時，這時需要將單片機復位，從頭 執(zhí)行程序代碼，這就需要設置復位電路。STC89C51 單片機在 RST 引腳上施加兩個機器周期以上的時間就會完成復位，代碼將從最開始地址從新執(zhí)行。在系統(tǒng)上電時，也要對單片機進行復位，為了方便，無需每次上電都通過操作按鍵進行復位，復位電路中設置了上電復位。 圖 為本設計的復位電路。該電路即可實現(xiàn)上電復位，又能實現(xiàn)手動復位。系統(tǒng)在得電開始運行前，由于電容 C3 充電， RST引腳上為高電平，高電平持續(xù)時間是電容充電時間，充電時間大于兩個機械周期則上電復位；單片機在正常工作時，按下復位按鍵 S1，則 RSE 引腳直接接在 +5V 電源上，松手后恢復低電平，實現(xiàn)手動復位 。 S1 10uFC3+5V10KR3RST 圖 復位電路 燕京理工學院畢業(yè)設計（論文 ） 14 第 溫濕度傳感器電路 DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器它經常被用來測量環(huán)境的溫濕度，之所以使用它是確保設計的產品測量數(shù)據(jù)的可靠性和準確性， DHT11 具有質量好、響應快、抗干擾能力強、性價比好等優(yōu)點。另外，他還具有超小體積，低功耗，以及信號傳輸間隔長 度能夠 達到 20米以上 的特點。 在非常精確的濕度校準實驗室校準每個DHT11 傳感器 都要進行再次校準 ，用來確保 DHT11 溫濕度模塊的測量準確性以及可靠性 ，傳感器的接口方式采用單線串行接口， 之所以使用這樣的設計方式是為了 使系統(tǒng)變得簡單快捷并且 單排針 4 針組件產品 ， 連接方便，可根據(jù)用戶要求提供特殊包裝格式 [3]。 的工作特點： ?相對濕度和溫度測量 ?全部校準，數(shù)字輸出 ?卓越的長期穩(wěn)定性 ?無需額外部件 ?超長的信號傳輸距離 ?超低能耗 ?4 引腳安裝 ?完全互換 應用領域 ?暖通空調 ?氣象站 ?家電 ?濕度調節(jié)器 ?醫(yī)療 ?除濕器 ?測試及檢測設備 ?汽車 ?數(shù)據(jù)記錄器 ? 消費品 ?自動控制 3. DHT11 數(shù)字傳感器電源引腳以及串行接口 電源電壓：工作電壓是 3V到 ，工作時候需要先等待一秒鐘，其目的是確保不穩(wěn)定狀態(tài)器件不發(fā)送任何的指令 [3]。 燕京理工學院畢業(yè)設計（論文 ） 15 串行接口： DATA 用于微處理器與 DHT11 之間的通信和同步，本設計采取使用單總線數(shù)據(jù)形式，一次通訊市場大約為 4ms，其中數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分，詳細格式在下面說明，此時小數(shù)部分用來以后擴充，現(xiàn)在讀取出為零。操作流程為一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為 40bit，先出高位。數(shù)據(jù)格式： 8bit 濕度整數(shù)數(shù)據(jù) +8bit濕度小數(shù) 數(shù)據(jù) +8bit 溫度整數(shù)數(shù)據(jù) +8bit 溫度小數(shù)數(shù)據(jù) +8bit 校驗和數(shù)據(jù)傳送正確時校驗和數(shù)據(jù)等于“ 8bit 濕度整數(shù)數(shù)據(jù) +8bit 濕度小數(shù)數(shù)據(jù) +8 bit 溫度整數(shù)數(shù)據(jù) +8bit 溫度小數(shù)數(shù)據(jù)”所得最后數(shù)據(jù)的末 8位 [3]。用戶 MCU 發(fā)送一次信號之后， DHT11 將從低功耗模式轉換到高速形式， 等候主機開始信號完畢后， DHT11再發(fā)送相對應的信號，同時送出 40bit 的數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次信號采集，再次選擇讀取部分數(shù)據(jù) [3]。在這個模式下， DHT11 接收到開始信號后觸發(fā)一次溫濕度采集，假如沒有接收到主機發(fā)送開始信號， DHT11 不會自動開始溫濕度采集。采集數(shù)據(jù)后轉換為低速模式，過程如圖 （ 1）所示： 圖 通訊過程（ 1） 總線處于空閑模式的時候電平為高電平 ， 主機會把總線拉低等待 DHT11 的響應，這時候 的總線需要 的時間 超過 18ms，這樣做是為了保證 DHT11 可以啟動信號檢測。當 DHT11 接收主機信號開始后， 就開始發(fā)送 80μ s低電平相應信號， 等待 20 ~ 40μs ， 才開始 閱讀 DHT11 響應信號 。主 機 開始發(fā)送信號后，可以切換到輸入 模式或者輸出高電平模式，通過總線將上 拉電阻 ，進程如圖 （ 2）所示： 燕京理工學院畢業(yè)設計（論文 ） 16 圖 通訊過程（ 2） 當總線為一種低水平的響應信號時候， DHT11 發(fā)送響應信號后，再 把總線拉高 80us，開始發(fā)送數(shù)據(jù)，每一位數(shù)據(jù) 都是以 50us低水平時隙 開始的 ， 高電平的長短表明了數(shù)據(jù)位是 0 還是 1。（如圖 0信號表示方法，圖 1信號表示方法） 讀高水平的響應信號，如果 DHT11 沒有響應，請檢查線路是否正常。 最后一個 bit 數(shù)據(jù)傳送完成后， DHT11 將會拉低總線 50μ s，然后總線 的上拉電阻將會進入空閑階段。 圖 數(shù)字 0 信號表示方法 數(shù)字 1信號表示方法 圖 數(shù)字 1 信號表示方法 燕京理工學院畢業(yè)設計（論文 ） 17 DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器它經常被用來測量環(huán)境的溫濕度，使用它的原因是因為它能夠確保設計的產品測量數(shù)據(jù)的可靠性和準確性，它還具有超小體積，低功耗，以及信號傳輸間隔長 度能夠 達到 20米以上 的特點。 在非常精確的濕度校準實驗室校準每個 DHT11 傳感器 都要進行再次校準 ，用來確保 DHT11 溫濕度模塊的測量準確性以及可靠性 。 產品為單排針 4 針組裝，方便連接，特殊包裝格式可根據(jù)用戶要求提供。 接口說明如圖 DHT11 典型應用電路所示： 圖 DHT11 典型應用電路 第 光敏檢測電路 系統(tǒng)光強檢測通過光敏電阻來實現(xiàn)，在外邊天氣光強不同時，光敏電阻的阻值會發(fā)生變化。 光敏電阻 還可以叫做 光導管 ，制作中常用的材料有： 硫化鎘 ，另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等。 這些材料具有很強的光特性，在一定波長的光照下，其產生的阻值立即發(fā)生變化。這種現(xiàn)象是產生的原因是由于光照會產生載流子，而這些載流子將會參與導電，使光敏電阻的阻值迅速的下降 [11]。 光強檢測電路如圖 所示。光敏電阻與 47K 電阻串聯(lián)，當光強較弱時，光敏電阻阻值較高，這時光敏電阻上端輸出電壓較高；當光強較強時，光敏電阻阻值較低，這時光敏電阻 上端輸出電壓較低；光敏電阻上端輸出電壓為 V；輸出電壓 V是隨光強變化的模擬量信號，需要進行電路處理才能被 I/O 口讀取 [12]。 如圖所示，輸出的電壓信號 V通過兩個電壓比較器與兩個閾值相比較得到兩個電平信號，當電壓信號 V高于高閾值時，才認為光線較強；在電壓信號 V低于第閾值時，才認為光線較弱。有效防止了使用一個閾值時，電壓 V在閾值附近時，電平信號震蕩的問題。 電壓信號 V分別輸入至兩個電壓比較器的負輸入端和正輸入端， R7 和 R10兩個電位器分別為電壓比較器提供一個可調的上限和下限電壓閾值，然后在電壓 燕京理工學院畢業(yè)設計（論文 ） 18 比較器輸出端上拉一 個 電阻，電路即可正常工作。當電壓比較器的正輸入端電壓大于負輸入端時，輸出高電平；當電壓比較器的正輸入端電壓小于負輸入端時，輸出低電平。電壓比較器輸出的電平信號送至單片機的 I/O 口， I/O 口通過掃描即可獲知外部的光線強弱。 圖 光敏檢測電路 其中 GL5528 電阻的各項參數(shù)是： 最大電壓（ Vdc）： 150 最大功耗（ mW）： 100 環(huán)境溫度（176。 C）： 30 +70 光譜峰值（ nm）： 540 亮電阻（ 10Lux）（ KΩ） :1020 暗電阻（ MΩ） :1 100λ 10： 響應時間（ ms）：上升： 20 下降： 30 R 2010kQ69013R 21gua ngm i nR 19104V C CP 1. 0 燕京理工學院畢業(yè)設計（論文 ） 19 第 直流電機驅動電路 L298N 基本參 數(shù) （ 1）類型 ： 半橋； （ 2）輸入類型 ： 非反相； （ 3）輸出數(shù) ： 4； （ 4）電流 輸出 /通道 ： 2A； （ 5）電流 峰值輸出 ： 3A； （ 6）電源電壓 ： V ~ 46 V； （ 7）工作溫度 ： 25176。C ~ 130176。C ； （ 8）安裝類型 ： 通孔； （ 9）封裝 /外殼 ： Multiwatt15（垂直，彎曲和錯列引線）； （ 10）供應商設備封裝 ： 15Multiwatt； （ 11）包裝 ：管件。 L298N 簡介 L298 是 由 SGS 公司 設計生產的 ， 其封裝 是 采用 15腳 Multiwatt 封裝，其內部都 配置了 4 通道邏輯驅動電路?？梢?作為一個 兩相步進電機 ，或者 兩個小型直流電機 的驅動器 ，使用極為方便。 L298N 芯片可以 作為一個四相電機和 兩個二相電機 的驅動器 ， 其控制電機的最大供電電壓可達到 50V， 輸出控制電機的電壓隨著輸入的電壓的變化而變化，可以通過調節(jié)輸入的電壓來改變電機的控制電壓 ； 控制引腳 可以直接 連接在 單片機的 I/O 上，可直接通過編程來改變 I/O 口輸出電平來控 制 L298N 的工作模式 ；并且所需的外圍輔助器件非常少 ， 控制極為方便 [14]。 L298N 的邏輯電源 VSS 可接入的范圍為直流 4． 5～ 7 V，其邏輯控制口可接受 TTL 電平信號。芯片第 4 引 腳 VS可直接與電機的供電 電源 連接 ， 其電機的供電電源 VS 是在 ＋ 2． 5～ 50 V之間。最大 可輸出 2． 5 A 供驅動 電流， 可以直接用來 驅動 阻性或 感性負載。 L298 芯片上的 OUT1， OUT2 是一組直流電機的接口，OUT3， OUT4 是另一組 ，本設計我們通過它 來 驅動 一個小型直流電機 。 5 和 7 以及10和 12 腳 接入單片機的 I/O 口，通過輸出不同的電 平信號來控制直流電機的轉 燕京理工學院畢業(yè)設計（論文 ） 20 向 。 ENA 和 ENB 為控制的使能端，也接入單片機的 I/O口 ， 可同過 I/O 輸出 PWM來控制 電機的啟動和 、 停止 和轉速 。表 是 L298N 功能邏輯圖。 表 L298N 功能邏輯圖 ENA(ENB) IN1(IN3) IN2(IN4) 電機運行情況 H H L 正轉 H L H 反轉 L X X 停止 電機驅動電路 本系統(tǒng)中，需要 對一個電機進行方向和速度 控制， 將 IN IN2 和 ENA 分別連到單片機的 I/O 口 、 、 上，通過改變 I/O 口的電平狀態(tài) ，實現(xiàn)電機的方向和速度控制 。芯片 供電電源 VSS 接 +5V邏輯電平 ， 電機的 動力 電源 VS與也 接 +5V輸入， ISENA 和 ISENB 分別接地。芯片輸出端口接電機兩端，為了保護芯片，防止電流回流，在 OUT1， OUT2 兩端分別接上 續(xù)流 二極管 1N4007。為了濾除電機 干擾，在電源上加入了一個 100UF 和一個 104 進行濾波 [9]。具體電路如圖 所示。 IN15IN27IN310IN412ENA6ENB11GND8VSS9VS4OUT12OUT23OUT313OUT414ISENA1ISENB15L298NGNDGNDD11N4007D31N4007D21N4007D41N4007MB1