【文章內容簡介】 下限時，單片機發(fā)出信號驅動電機反傳將通風口或草簾關閉。 溫度采集電路 溫度采集電路整體分析 該部分電路由兩個溫度傳感器 DS18B20 和一個電阻組成， DS18B20 將溫度采集后將采集到的溫度以數字信號的形式傳給單片機。 電源 P80C51 晶振電路 復位電路 鍵盤電路 外控電路 報警電路 LED 顯示電路 溫度采集電路 6 圖 22 溫度采集電路 溫度傳感器 DS18B20 功能分析 DSl8B20是最新型的數字化溫度傳感器， 是單總線器件家族中的一員。它使用一種片內專有的溫度測量技術測溫。利用高低溫度系數振蕩器記錄由當時環(huán)境溫度所確定的計數值，以此確定當時當地的溫度。特點如下： (1)一 10℃至 +85℃范圍內保證測溫精度：177。 ℃。 (2)一 55℃至 +125℃的寬工作范圍。 (3)+ +。 (4)可根據實際情況采用本地供電或通過 I／ O線供電。 (5)用戶可選的 9 至 12 位分辨率，可編程選擇。 (6)2字節(jié) EERROM，存儲上下限報警溫度設定值。 (7)封裝形式有 T0— 92， 150Mil SO和倒裝芯 片 (177。 ℃精度 ) (8)體積小，價格低，使用靈活。 (9)無需任何外圍硬件。 (10)16位二進制溫度數據格式 (兩個字節(jié) )，負溫度采用補碼表示。 這些 特點使系統(tǒng)設計更靈活、方便，適合構建大型的溫度測量系統(tǒng)。單總線數字傳輸 方式 ， 也 大大提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。 主機與 DSl 8820交換數據，主要靠 CPU按照 1一 wire單總線協(xié)議在單總線上產生復位時序和讀寫時序來實現。其中包含復位脈沖、響應脈沖，寫 1寫 0、讀 1讀 0時序。只有響應脈沖由 DSl8820發(fā)出，其余都由主機 (程序 )發(fā)出。時序要求具體介紹如下： (1)復位時序：主機發(fā)出一個寬度為 480～ 960181。s的負脈沖之后，再發(fā)出 15～60181。s的正脈沖， DSl8820則會發(fā)出一個 60～ 240181。s的響應負脈沖，復位時序結束。 (2)寫時間片：即寫一位二進制信息，周期至少為 61181。s，且含至少 1181。s的恢復時間。主機啟動寫時序之后的 15～ 60181。s之間， DSl8820自動采樣數據線，低電平為 0，高電平為 1。主機寫 0時，持續(xù)低電平 60～ 120181。s之間。寫 1時，要在啟動后第二章 硬件電路的設計 7 15181。s之內使數據線變?yōu)楦唠娖健? (3)讀時間片：即讀一位二進制信息， 對于 DS18B20的讀時隙是從主機把單線拉低之后，在 15秒之內就得釋放單總線，以讓 DS18B20把數據傳輸到單總線上。DS18B20在完成一個讀時隙過程，至少需要 60181。s才能完成 [11]。 圖 24 讀 /寫時序 P80C51 單片機各引腳簡介 圖 25 P80C51 單片機 （ 1）電源引腳： Vcc（ 40 引腳）和 Vss（ 20 引腳）分別用作供電電源（ +5V）和地線。 8 （ 2）時鐘電路引腳： XTAL1（ 19 引腳）和 XTAL2（ 18 引腳）分別用作晶體振蕩電路反相器的輸入端和輸出端。在使用內部振蕩電路時，這兩個引腳端用來外接石英晶體和微調電容， 振蕩頻率為晶體振蕩頻率，振蕩信號送入內部時鐘電路產生時鐘脈沖信號。當使用外部時鐘時，用于接外部時鐘脈沖信號。 （ 3）控制信號引腳：該類主要包括以下 4 個引腳。 ① EA /Vpp（ 31 引腳）：外部程序存儲器地址允許輸入端 /固化變成電壓輸入端。當 EA 引腳接高電平時， CPU 只訪問單片機內部的 ROM/EPROM 并執(zhí)行內部程序存儲器中的指令，但當 PC（程序計數器）的值超過 0FFFH 時，將自動轉去執(zhí)行單片機外部程序存儲器內的程序。當輸入信號 EA 引腳接低電平（接地）時，CPU 只訪問外部 ROM/EPROM 并執(zhí)行外部程序存儲器中的指令，而不管單片機內部是否有程序存儲器。 此引腳的第二功能 Vpp 是在對 8751 片內 EPROM 固化編程時，作為施加較高編程電壓（一般為 21V）的輸入端。 ② RST（ 9 腳）：復位信號輸入端，高電平有效。當輸入的復位信號為延時2 個機器周期以上的高電平是則實現復位操作。 ③ ALE（ 30 腳）：地址所存允許信號端。在系統(tǒng)擴展時， ALE 用于控制把P0 口輸出的低 8 位地址送入鎖存器鎖存起來，以實現低 8 位地址和數據的分時傳送。在不訪問外部存儲器時，由于 ALE 是以六分之一晶振頻率的固定頻率輸出的正脈沖，因此它可作為外部時鐘或外部定時脈沖使用。 ④ PSEN (29 腳 )：程序存儲器允許輸出信號端，低電平有效。訪問片外程序存儲器時，此端定時輸出負脈沖作為讀片外存儲器的選通信號，此引腳接單片機外部 EPROM 的 OE 端， PSEN 端有效時，允許讀出片外 EPROM 中的指令碼 [12]。 （ 4）輸入 /輸出端口： P0 口（ ~， 39~32 腳）是一個 8 位漏極開路的雙向 I/O 端口。其第二功能是訪問外部存儲器時，分時提供低 8 位地址線和 8位雙向數據總線。 P1 口（ ~， 1~8 腳）是一個帶有內部上拉電阻的 8 位準雙向 I/O 端口，一般用作 I/O 端口。 P2 口（ ~， 21~28 腳）是一個帶有內部上拉電阻的 8 位準雙向 I/O 端口。當訪問外部存儲器時 P2 口輸出高 8 位地址。 P3 口（ ~， 10~17 腳）是一個帶有內部上拉電阻的 8 位準雙向 I/O端口， P3 口的每個口線還有第二功能，如表 22。 第二章 硬件電路的設計 9 表 21 P3口線的第二功能 口線 第二功能 信號名稱 RXD 串行數據接收 TXD 串行數據發(fā)送 0INT 外部中斷 0請求輸入端 1INT 外部中斷 1請求輸入端 T0 定時 /計時器 0計數輸入端 T1 定時 /計時器 1計數輸入端 WR 外部 RAM寫選通 RD 外部 RAM讀選通 晶振電路 晶振 電路是利用 80C51 內部的一個高增益反向放大器，把一個由晶體振蕩器和兩個電容器組成的自激振蕩電路接與 XTAL1 和 XTAL2 之間，把振蕩器發(fā)出的脈沖直接送如內部時鐘電路。時鐘帶你路產生的振蕩脈沖經過觸發(fā)器進行二分頻之后，成為單片機的時鐘脈沖信號 ， 如圖 24 所示 。 圖 26 晶振電路 晶體振蕩器可以使石英晶體或陶瓷結構，振蕩頻率范圍是 ~12MHz。對于石英晶體振蕩器，電容器 C C2 在 30PF 左右；對于陶瓷振蕩器， CC1 在 47PF 左右 [11]。 該晶振電路中，晶振 XTAL 的晶振頻率為 6MHz。 復位電路 51 系列單片機的 RST 引腳是復位信號的輸入端，復位信號時高電平有效，其有效時間應持續(xù) 24 個振蕩周期（即 2 個機器周期）以上。若使用頻率為 6MHz的晶振，則復位信號持續(xù)時間應超過 4181。s 才能完成復位操作。復位操作有上電自動復位和按鍵手動復位兩種方式。 如圖 26 所示 ，為 按鍵手動復位。按鍵電平復位是通過使復位端經電阻與 10 VCC 電源接通實現的 [12]。 圖 27 復位電路 按鍵電路 鍵盤是一組按鍵的集合，它是最常用的單片機輸入設備。操作 人員可以通過鍵盤輸入數據或命令，實現簡單的人機對話。 用于計算機系統(tǒng)的鍵盤按其譯碼形式的不同可以分為兩類：一類是有專用的硬件來識別鍵盤上閉合鍵的編碼鍵盤，如 BCD 碼鍵盤、 ASCII 碼鍵盤等；另一類是由軟件來識別鍵盤上閉合鍵的非編碼鍵盤。鍵盤按照其連接形式不同又可以分為獨立式和行列式（矩陣式）兩類。每一類都有編碼鍵盤和分編碼鍵盤之分。在以單片機為核心的測控系統(tǒng)及智能化儀器中，用得最多的是分編碼鍵盤。下面我給大家介紹一下它的原理： ⑴獨立式非編碼鍵盤：獨立式鍵盤是各按鍵相互獨立地接通一條輸入數據線。當任何一個鍵 被按下時，與之相連的輸入數據線變?yōu)椤?0”（低電平），而平時該線為“ 1”（高電平）。由于鍵在任何時刻都具有穩(wěn)定的狀態(tài)，因此在查詢方式下，利用單片機的位處理指令可十分方便地識別被按下的鍵。這種鍵盤結構的優(yōu)點是電路簡單、編程容易；缺點是當鍵數較多時，要占用較多的 I/O 線。 ⑵行列式分編碼鍵盤：為減少鍵盤與單片機的接口中占用 I/O 線的數目，當鍵數較多時，通常將鍵盤排列成行列矩陣式，如圖 28 所示。該圖中，每一水平線（行線）與垂直線（列線）的交叉處都不相通，而是通過一個按鍵連通。在這種行列矩陣結構下，只需 N 條行線和 M 條列線，即可租成 NXM 個按鍵的鍵盤。 第二章 硬件電路的設計 11 圖 28 按鍵電路 為了實現鍵盤的數據輸入功能和命令處理功能，每個鍵都有其處理程序。為此每個鍵都對應一個碼 —— 鍵碼。 CPU 就根據識別到的鍵碼來執(zhí)行相應的鍵處理程序。為了得到被按鍵的鍵碼，有專門的按鍵識別方法，常用的按鍵識別方法有兩種：一種是較常用的逐行（或逐列）掃描查詢法，另一種是速度較高的線反轉法 [12]。 報警電路 蜂鳴器是一種一體化結構的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應用于計算機、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設備、電話機、定時器等電子 產品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。 1．壓電式蜂鳴器壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、 外殼等組成。 有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構成。當接通電源后 (～ 15V直流工作電壓 )，多諧振蕩器起振。輸出 ～，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)聲。 2．電磁式蜂鳴器電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產生磁場。振 動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性的振動發(fā)聲。 蜂鳴器報警電路如圖 29所示 。 12 圖 29 報警電路 當溫度傳感器 DS18B20采集的溫度高于（或低于）溫度上下限時，單片機將發(fā)出信號驅動蜂鳴器發(fā)出聲音進行報警。 顯示電路 LED 是由若干個發(fā)光二極管組成的現實字段的顯示器。當二極管導通時相應的一個點或一個筆畫發(fā)光，利用這一特性就能設計出現實各種字符的顯示器。常用的氣短 LED 顯示器由 7 個發(fā)光二極管組成，排列成 8 字形狀，因此也稱之為七段 LED 顯示器。顯示器中還有一個圓點型發(fā)光二極管，以 DP 表示。 通過七段發(fā)光二極管暗亮的不同組合，可以顯示多種數字、字母以及其他字符 ，如圖 210 所示 。 圖 210 顯示電路 LED 顯示器中的發(fā)光二極管共有兩種連接方法 —— 共陽極接法和共陰極接法。在共陽極接法中，發(fā)光二極管的陽極連在一起構成公共陽極。使用時公共陽極接 +5V，這樣陰極端輸入低電平的段對應的發(fā)光二極管就被點亮，而輸入高電平的則不亮。每段所需電流一般為 5~15ma，實際電流視具體的 LED 數碼顯示器而定。在共陰極接法中，發(fā)光二極管的陰極連在一起構成公共陰極。使用時，公共陰極接地，這樣陽極端輸入 高電平的段對應的 發(fā)光二極管就被導通點亮，而輸入低電平的則不亮 [12]。 第二章 硬件電路的設計 13 外控電路 圖 211 外控電路 單片機將信號輸出，通過 ULN2021A 來驅動繼電器 SSR40DD，從而再通過繼電器驅動電機正反轉。 ULN2021A 介紹 ULN2021 內部還集成了一個消線圈反電動勢的二極管，可用來驅動繼電器。它是雙列 16 腳封裝 ,NPN 晶體管矩陣 ,最大驅動電壓 =50V,電流 =500mA,輸入電壓 =5V,適用于 TTL COMS,由達林頓管組成驅動電路。 ULN 是集成達林頓管 IC,內部還集成了一個消線圈反電動勢 的二極管 ,它的輸出端允許通過電流為 200mA，飽和壓降 VCE 約 1V 左右，耐壓 BVCEO 約為 36V。用戶輸出口的外接負載可根據以上參數估算。采用集電極開路輸出，輸出電流大，故可直接驅動繼電器或固體繼電器，也可直接驅動低壓燈泡。通常單片機驅動 ULN2021 時，上拉 2K 的電阻較為合適，同時， COM 引腳應該懸空或接電源 [13]。 繼電器 SSR40DD 簡介 (1)繼電器的作用 ： 繼電器是具有隔離功能的自動開關元件，廣泛應用于遙控、遙測、通訊、自動控制、 機電一體化 及電力電子設備中，是最重要的控制元件 之一。 (2)繼電器主要技術參數： 1)額定工作電壓 是指繼電器正常工作時線圈所需要的電壓。根據繼電器的型號不同，可以是交流電壓，也可以是直流電壓。 2)吸合電流 是指繼電器能夠產生吸合動作的最小電流。在正常使用時，給定的電流必須略大于吸合 電流，這樣繼電器才能穩(wěn)定地工作。而對于線圈所加的工作 14 電壓，一般不要超過額定工作電壓的 倍，否則會產生較大的電流而把線圈燒毀。 （ 3） SSR40DD 優(yōu)點