【文章內(nèi)容簡介】 直接輸出字型碼控制數(shù)碼管的顯示內(nèi)容。本設計出于對片選的需要，采用 I/O 口直接輸出字型碼的方式進行顯示。 LED 動態(tài)顯示原理及與單片機的連接 由于本設計最高要顯示 100℃（出于小數(shù)位的溫度對人們使用影響不大的考慮，不顯示小數(shù)位），故需要三個 LED，顯示位數(shù)較多時，采用動態(tài)顯示方式比較節(jié)省 I/O 口，硬件電路也較靜態(tài)顯示簡單。 動態(tài)掃描方法是用其接 口電路把所有數(shù)碼管的 7 個筆劃段 a～ g 同名端連在一起 ,而每一個數(shù)碼管的公共極 COM 各自獨立地受 I/O 線控制，用作片選信號位。 CPU 向字段輸出口送出字形碼時，所有數(shù)碼管接收到相同的字形碼。但究竟是哪個數(shù)碼管亮，則取決于 COM 端， COM 端與單片機的 I/O 口相連接，由單片機輸出位碼到 I/O 控制何時哪一位數(shù)碼管亮。 動態(tài)掃描用分時的方法輪流控制各個數(shù)碼管的 COM 端，使各個數(shù)碼管輪流點亮。在輪流點亮數(shù)碼管的掃描過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間極為短暫。但由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù) 據(jù)。 LED 與 AT89C51 的連接圖見圖 27： 圖 2 7 LED 與單片機的連接圖 LED與單片機的連接按上圖示一一對應，采用串行連接，由于每段發(fā)光二極管需 5～10mA 的驅動電流才能正常發(fā)光，故采用 300 歐的限流電阻控制電流的大小。 用 P0 口作為 LED 數(shù)碼輸出口，由 P2 口的 ， ， 發(fā)出片選信號以實現(xiàn)動態(tài)掃描。 13 按鍵模塊 在一些智能化儀表中，人機接口通常是 LED 顯示和小型鍵盤。 LED 顯示器在上一節(jié)已經(jīng)介紹過，至于鍵盤，其常見的工作方式 有兩種：一是直接使用系統(tǒng)中的 CPU對鍵盤進行檢測，為鍵盤的及時響應， CPU需要頻繁的執(zhí)行動態(tài)掃描程序；二是采用專用的顯示、鍵盤芯片，如 827 SAA1064 等。結合本系統(tǒng)的具體情況， CPU的工作強度并不大，故采用第一種方式進行鍵盤設計，其價格低廉，使用方便，能較充分的利用資源。 本設計采用中斷方式來檢測鍵盤是否被按下，使用了三個按鍵 A、 B、 C，第一次按下 A 鍵，表示開始調(diào)整溫度設定值，同時將溫度顯示值初始化為 80℃，設置完溫度設定值后再按下 A 鍵，表示溫度設定完成； B、 C 鍵用于數(shù)值調(diào)整，每按 B 鍵一下，數(shù)值加 1，每按 C 一下，數(shù)值減 1，在調(diào)整狀態(tài)下 B、 C 鍵允許連擊。 基于單片機的按鍵電路如圖 28 所示： 圖 2 8 按鍵電路與單片機的連接 飲水機水溫控制系統(tǒng)設計 14 將 P1 口用作鍵盤控制接口， S S S3 分別對應 A、 B、 C 鍵，連接到單片機的、 、 。工作時，按下 A 鍵開始調(diào)整設定值，同時給 CPU 一個中斷信號，對LED 顯示器進行初始化，然后按 B 或 C 鍵調(diào)整數(shù)值，完成后再按下 A 鍵，中斷返回。 電源模塊 電源提供整個系統(tǒng)的能源，一個穩(wěn)定的電源模塊是系統(tǒng)能夠正常工作的基礎， 電源的設計是十分關鍵的 。 系統(tǒng)供電整體框架 需要供電的部分有：單片機、測溫模塊、顯示模塊和按鍵模塊。它們都需要直流電壓供電，供電電壓為 5V ，但考慮到電壓的波動及損耗，本設計選用 總的電源，穩(wěn)壓后為各模塊供電。 如圖 29 給出了系統(tǒng)供電的結構圖： 電池 7 . 2 V穩(wěn)壓 5VL M 1 1 1 7單片機 按鍵模塊顯示模塊測溫模塊穩(wěn)壓 5V78L05 圖 2 9 系統(tǒng)供電結構圖 穩(wěn)壓電路的設計 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的設計首先選定輸入電壓和穩(wěn)壓二極管 ,然后確定限流電阻 R。 （ 1）輸入電壓 ui 的確定 :考慮電路電壓的變化 ,ui 可按下 式選擇： Ui = (2~3)Uo （ 2）穩(wěn)壓管的選取 :穩(wěn)壓管的參數(shù)可按下式選?。? Uz = Uo Izmax = (2~3)Iomax 15 （ 3）限流電阻的確定 :當輸入電壓 Ui 上升 10%,且負載電流為零時 ,流過穩(wěn)壓管的電流不超過穩(wěn)壓管的最大允許電流 Izmax。 根據(jù)以上要求，并結合使用情況，選擇了 78L05 作為 5V 電壓的穩(wěn)壓芯片，它是一款壓差輸出 800mA 電流時壓差只有 的三端穩(wěn)壓器，輸出規(guī)格有 、 、 等規(guī)格，在這里我們選用 規(guī)格的。穩(wěn)壓設計電路如圖 210 所示： Vin1GND2Vout378L051000pFC1100pFCPUGNDVCCS1 圖 2 10 穩(wěn)壓供電電路 圖中開關 S1 用來控制整個系統(tǒng)的開啟或停止。穩(wěn)壓后，電路右端連接各個系統(tǒng)模塊，為它們提供穩(wěn)定的電源，保證系統(tǒng)平穩(wěn)、良好運行。 PWM 控制模塊 PWM 即脈寬調(diào)制，脈寬調(diào)制波是一種可用程序來控制波形、占空比、周期、相位的波形。 根據(jù)測溫電路測得的溫度 與設定值的差值 ，發(fā)出不同占空比的 PWM 脈沖信號。這個脈沖是一種方波，在一個周期內(nèi)，此方波信號的高電平時段 占整個周期的比例，我們稱之為占空比。 如圖 211 所示 。如果 PWM 的方波脈沖信號的占空比可以做到多種級別，那么 加熱的速度 也可以做到多種級別。 圖 2 11 PWM 波形圖 飲水機水溫控制系統(tǒng)設計 16 圖 211 顯示了三種不同的 PWM 信號。圖 a 是一個占空比為 10%的 PWM 輸出，即在信號周期中， 10％的時間通，其余 90％的時間斷。圖 b 和圖 c 顯示的分別是占空比為 50%和 90%的 PWM 輸出。這三種 PWM 輸出編碼的分別是強度為滿度值的 10%、50%和 90%的三種不同模擬信號值。例如，假設供電電源為 9V，占空比為 10%，則對應的是一個幅度為 的模擬信號。 AT89C51 單片機具有兩個定時器 T0 和 T1，通過控制定時器初值可以實現(xiàn)輸出不同占空比的脈沖波形。如果單片機的時鐘頻率為 f（ 12MHz），定時器 /計數(shù)器為 N位，則定時器的定時初值和定時時間之間的關系為： 102 6)( ???? f Nt T wn 式中 wT—— 定時器的定時初值； N—— 一個機器周期的時鐘數(shù)。 若 T0 工作模式 0，初始值為 0，則定時時間 mst 102 613 ????? ? PWM 控制電路如圖 212 所示： 圖 2 12 PWM 控制電路 圖中 MOC3041 為光耦元件， 輸入的電信號驅動發(fā)光二極管（ LED），使之發(fā)出一定波長的光，被光探測器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進一步放大后輸出。這就完成了電—光 —電的轉換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號傳輸具有單向性等特點，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。 當 PWM輸入高電平信號時，光電耦合器 MOC3041 工作 ，置點 A 處為高電平，即雙向可控硅 BA B 17 的觸發(fā)極為高電平，可控硅導通，加熱器開始加熱；當 PWM 輸入低電平信號時，光耦不工作，雙向可控硅不會導通，加熱器處于冷卻狀態(tài)。 擴展電路 (1)擴展一個揚聲器，用于水開報警和恒溫值報警。其電路如圖 213 所示： SpeakerNPNRVCCGND 圖 2 13 揚聲器電路 由上圖可知，用 P1 口的 來實現(xiàn)報警功能。當 傳來高電位信號時， NPN導通，揚聲器報警。 (2)擴展兩個指示燈，當水處于加熱狀態(tài)時紅燈亮，處于保溫狀態(tài)時綠燈亮。其電路圖類似于 圖 213，只需將 speaker 換為 LED，然后接口分別連接到 和 。 飲水機水溫控制系統(tǒng)設計 18 第三章 軟件部分設計 系統(tǒng)的軟件設計是建立在硬件設計基礎之上的，軟件賦予了硬件靈魂，使得系統(tǒng)能夠按照我們期望的要求工作。 系統(tǒng)中的軟件部分應該完成系統(tǒng)初始化、控制過程的實現(xiàn)等功能，是一個控制系統(tǒng)的核心部分，軟件設計的好壞直接影響到系統(tǒng)的性能。單片機系統(tǒng)需要接收測溫模塊電路的信號、溫度設定值的信號，采用編程方法實現(xiàn) PWM 的電壓控制從而高效的實現(xiàn)加熱功能。 系統(tǒng)整體結構流程 根據(jù)本設計的 功能要求，該系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)初始化、溫度保持、按鍵中斷和溫度預設調(diào)整幾個部分。其整體結構流程見圖 31： 19 開始系統(tǒng)初始化加熱水沸否？ 溫度保持狀態(tài)（默認保持在 80 度）A 鍵按下否？溫度預設調(diào)整狀態(tài)A 鍵再次按下否？中斷開始中斷返回設定值送單片機結束YNYNNY實時監(jiān)測水溫 并顯示 飲水機水溫控制系統(tǒng)設計 20 圖 3 1 系統(tǒng)整體結構流程 圖中初始化部分包括： （ 1） LED 初始化： 系統(tǒng)啟動時，三個 LED 均初始化為 0，以指示系統(tǒng)開始工作。 MOV P0, 00H （ 2）中斷設置初始化： 定時器 T0 的設置為： MOV TMOD, 00H ； T0 工作方式 0 MOV TH， 0E0H MOV TL， 18H ； T0 初值，定時時間為 1ms 外部中斷 1（ INTI1）的設置為： MOV TCON， 04H ；外部有負跳變時，申請中斷 中斷設置： MOV IP， 02H ； IP 初始化，優(yōu)先定時器 T0 MOV IE， 82H ； IE 初始化，開中斷，允許 T0 中斷響應 測溫部分結構流程 DS18B20 的測溫部分結構流程如圖 32 所示： 21 開始 與設定值比較（ 0050H ） = （ 0051H ）？調(diào) P W M 模塊加熱YN實時測溫狀態(tài)將值送 0050H初始化（ 0050H ） （ 0051H ）？N不執(zhí)行操作進行冷卻Y讀取數(shù)據(jù) L E D 顯示 圖 3 2 測溫部分流程圖 圖中 0050H 用于存放 DS18B20 側得的溫度數(shù)值， 0051H 存放溫度預設值。 與 DS18B20 的所有通訊都是由一個單片機的復位脈沖和一個 DS18B20 的應答脈沖開始的。單片機先發(fā)一個復位脈沖，保持低電平時間最少 480μs，最多不能超過 960μs。然后，單片機釋放總線，等待 DS18B20 的應答脈沖。 DS18B20 在接受到復位脈沖后等待 15～ 60μs 才發(fā)出應答脈沖。應答脈沖能保持 60～ 240μs。單片機從發(fā)送完復位脈沖到再次控制總線至少要等待 480 μs。 (1)圖中初始化部分代碼如下： RESET:CLR DQ 。發(fā)送復位脈沖 MOV R7,33 。延時 497us 飲水機水溫控制系統(tǒng)設計 22 LCALL DELAY1 SETB DQ MOV R7,4 。延時 62us LCALL DELAY1 CLR FLAG 。DS18B20 應答標志 JB DQ,RET1 。判斷 DS18B20 應答 LCALL DELAY1 SETB DQ RET1: RET (2)DS18B20 WRITE 子程序 ： 寫時隙需要 15～ 75 μs，且在 2 次獨立的寫時隙之間至少需要 1μs 的恢復時間。寫時隙起始于單片機拉低總線。以要把單片機 A 中的數(shù)據(jù)發(fā)給 DS18B20 為例，程序代碼如下： WR18B20:CLR C 。發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù) MOV R1, 8 WR1: CLR DQ 。產(chǎn)生寫信號 MOV R7, 1 LCALL DELAY17us 。延時 17us RRC A MOV DQ, C 。發(fā)送一位數(shù)據(jù)給 DS18B20 MOV R7, 1 LCALL DELAY17us 。延時 17us SETB DQ NOP DJNZ R1, WR1 。字節(jié)是否發(fā)送完 SETB DQ RET (3)DS18B20 READ 子程序 讀時隙需 15～ 60 μs，且在 2 次獨立的讀時隙之間至少需要 1 μs 的恢復時間。讀時隙起始于單片機拉低總線至少 1 μs。 DSl8B20 在讀時隙開始 15μs 后開始采樣總線電平。以單片機讀取 2 B 的數(shù)據(jù)為例。程序代碼如下： RD18B20:CLR C