【文章內(nèi)容簡介】 頁 9）應(yīng)用范圍包括恒溫控制、工業(yè)系統(tǒng)、消費(fèi)類產(chǎn)品、溫度計(jì)或任何熱敏系 統(tǒng)。 如圖 (a)和 (b)為 DS18B20 的 寫 與 讀 操作： DS18B20 寫周期最少為 60 微秒，最長不超過 120 微秒。寫周期一開始作為主機(jī)先把總線拉低 1 微秒表示寫周期開始。隨后若主機(jī)想寫 0，則繼續(xù)拉低電平最少 60微秒直至寫周期結(jié)束，然后釋放總線為高電平。若主機(jī)想寫 1，在一開始拉低總線電平， 1 微秒后就釋放總線為高電平，一直到寫周期結(jié)束。而做為從機(jī)的 DS18B20 則在檢測(cè)到總線被拉底后等待 15 微秒然后從 15us 到 45us 開始對(duì)總線采樣，在采樣期內(nèi)總線為高電平則為 1，若采樣期內(nèi)總線為低電平則為 0。 對(duì)于讀數(shù)據(jù)操作時(shí)序也分為讀 0 時(shí)序和讀 1 時(shí)序兩個(gè)過程。讀時(shí)隙是從主機(jī)把單總線拉低之后，在 1 微秒之后就得釋放單總線為高電平，以讓 DS18B20 把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。 DS18B20 在檢測(cè)到總線被拉低 1 微秒后，便開始送出數(shù)據(jù)，若是要送出0 就把總線拉為低電平直到讀周期結(jié)束。若要送出 1 則釋放總線為高電平。主機(jī)在一開始拉低總線 1 微秒后釋放總線，然后在包括前面的拉低總線電平 1 微秒在內(nèi)的 15微秒時(shí)間內(nèi)完成對(duì)總線進(jìn)行采樣檢測(cè)，采樣期內(nèi)總線 為低電平則確認(rèn)為 0。采樣期內(nèi)總線為高電平則確認(rèn)為 1。完成一個(gè)讀時(shí)序過程，至少需要 60us 才能完成 圖 (a) DS18B20 寫數(shù)據(jù) 第 7 頁 共 32 頁 圖 (b) DS18B20 讀數(shù)據(jù) DS18B20 與單片機(jī)的連接如圖 所示 ： 圖 DS18B20 與單片機(jī)連接 時(shí)鐘 —— DS1302 由于系統(tǒng)在失電或者重啟系統(tǒng)之后，時(shí)鐘將會(huì)初始化，丟失時(shí)間，因此在系統(tǒng)中加入時(shí)鐘芯片 DS1302。 DS1302 是美國 DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，附加31 字節(jié)靜態(tài) RAM，采用 SPI 三線接口和單片機(jī)進(jìn)行通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)和 RAM 數(shù)據(jù)。 DS1302 所帶的實(shí)時(shí)時(shí)鐘可提供秒、分、時(shí)、日、星期、月和年，一個(gè)月小與 31 天時(shí)可以自動(dòng)調(diào)整，且具有閏年補(bǔ)償功能。工作電壓寬達(dá) ～ 。采用雙電源供電（主電源和備用電源），并且可以設(shè)置備用電源充電方式，提供對(duì)后備電源進(jìn)行充電的能力。 DS1302 多用于記錄數(shù)據(jù)，特別是對(duì)某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)點(diǎn)的記錄上，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù) 與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時(shí)間同時(shí)記錄，因此廣泛使用于單片機(jī)構(gòu)成的測(cè)控系統(tǒng)中。 如圖 所示為 DS1302 的引腳封裝和內(nèi)部結(jié)構(gòu)： 第 8 頁 共 32 頁 圖 DS1302 封裝和內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS1302 的各引腳 功能 介紹 ： Vcc2： 接 5V電源。當(dāng) Vcc2Vcc1+ 時(shí)，由 Vcc2 向 DS1302 供電，當(dāng) Vcc2 Vcc1 時(shí)，由 Vcc1 向 DS1302 供電； X X2： 外接晶振腳 一般接頻率為 的晶振 ； GND： 地 ； CE/RST： 復(fù)位腳 ； I/O： 數(shù)據(jù)輸入輸出口； SCLK： 串行時(shí)鐘輸入； Vcc1： 備用電池 接 入 端 。 DS1302 與單片機(jī)的接口如下圖 所示 ： 圖 DS1302 與單片機(jī)的連接圖 第 9 頁 共 32 頁 單片機(jī)選擇 ATC89C52 單片機(jī) AT89C52 是一個(gè)低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器和 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），器件采用ATMEL 公司 的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn) ，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲(chǔ)單元， AT89C52 單片機(jī)在電子行業(yè)中有著廣泛應(yīng)用。 現(xiàn)在市場(chǎng)上的單片機(jī) AT89C52 有 PDIP、 PQFP/TQFP 及 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同的產(chǎn)品需要。 如圖 所示為 AT89C52 單片機(jī)的引腳分部情況。單片機(jī) AT89C52 有 40 個(gè)引腳，32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含 2 個(gè)外中斷口， 3 個(gè) 16 位可 編程 定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2 個(gè)全雙工串行 通信 口， 2 個(gè)讀寫口線， AT89C52 可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程 ,但不可以在線編程。其將通用的微處理器和 Flash 存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash 存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。 主要性能與特性： 1）兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 2） 8k 可反復(fù)擦寫 （ 大于 1000 次 ） Flash ROM； 3） 32 個(gè)雙向 I/O 口； 4） 256 8bit 內(nèi)部 RAM； 5） 3 個(gè) 16 位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器中斷； 6）時(shí)鐘頻率 0～ 24MHz； 7） 2 個(gè)串行中斷，可編程 UART 串行通道； 8） 2 個(gè)外部中斷源，共 8 個(gè)中斷源； 9） 2 個(gè)讀寫中斷口線， 3 級(jí)加密位； 10）低功耗空閑和掉電模式，軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能； 11）有 PDIP、 PQFP、 TQFP 及 PLCC 等幾種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 第 10 頁 共 32 頁 圖 AT89C52 引腳分布 單片機(jī) AT89C52 采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 C51 內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的8XC52 相同，其主要用于會(huì)聚調(diào)整時(shí)的功能控制。功能包括對(duì)會(huì)聚主 IC 內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù) RAM 及外部接口等功能部件的初始化，會(huì)聚調(diào)整控制，會(huì)聚測(cè)試圖控制，紅外遙控信號(hào) IR 的接收解碼及與主板 CPU 通信等。 主要管腳有 XTAL1（ 19 腳 ） 和 XTAL2（ 18 腳 ） 為振蕩器輸入輸出口，外接 12MHz 晶振。 RST（ 9 腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。 Vcc（ 40 腳）和 Vss（ 20 腳）為供電端口， Vcc 接 +5V 電源的正 端。 P0～ P3 為可編程通用 I/O 腳，其功能用途由 軟件 定義 。 鍵盤設(shè)計(jì) 與 顯示電路 鍵盤是最常見的單片機(jī)系統(tǒng)輸入設(shè)備，是由若干個(gè)按鍵組成的開關(guān)矩陣 ，通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令，實(shí)現(xiàn)簡單的人機(jī)對(duì)話。鍵盤上閉合鍵的識(shí)別是有專用硬件實(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。 一般的講，鍵盤的接口必須解決下列問題： 1）決定是否有按鍵按下。 2）如果有鍵按下，決定是哪個(gè)被按下。 3）確定被按鍵的讀數(shù)。 4）反彈跳 —— 按鍵抖動(dòng)的消除。按鍵從最初按下到接觸穩(wěn)定要經(jīng)過數(shù)毫秒的彈跳時(shí)間，鍵松開時(shí)也有同樣的問題，如圖 所示。彈跳會(huì)引起一次按鍵多次讀數(shù)。第 11 頁 共 32 頁 消除彈跳的影響即可用硬件方法也可以用軟件方法。通常在鍵的個(gè)數(shù)較少時(shí)采用硬件措施，即用 RS 觸發(fā)器或單穩(wěn)態(tài)電路來消 除按鍵抖動(dòng)。鍵數(shù)較多時(shí)，常用軟件反彈跳，即采用軟件延時(shí)法。當(dāng)檢測(cè)到有鍵按下時(shí)，執(zhí)行一個(gè)數(shù)毫秒的延時(shí)子 程序，然后再判斷與該鍵對(duì)應(yīng)的電平信號(hào)是否仍然保持在閉合狀態(tài)， 如果是 ，則可確認(rèn)為有鍵按下。當(dāng)發(fā)現(xiàn)鍵松開后，也要經(jīng)毫秒延時(shí)，待后沿彈跳消失后再檢測(cè)下一次的按鍵操作。 圖 按鍵時(shí)的彈跳波形 5）不管一次按鍵持續(xù)的時(shí)間多長，僅采樣一個(gè)數(shù)據(jù)。 6) 處理同時(shí)按鍵，即同時(shí)有一個(gè)以上的按鍵情況。 非編碼鍵盤的控制方式 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中為了節(jié)省硬件，通常采用非編碼式鍵盤。在這種鍵盤結(jié)構(gòu)中，單片機(jī)對(duì)它的控制有三種方式：程序控制掃描方式、定時(shí)掃描方式、中斷掃描方式。 非編碼鍵盤接口設(shè)計(jì) 非編碼鍵盤的接口方法有很多種，如通過擴(kuò)展 I/O 接口，可編程 I/O 接口或?qū)Ｓ媒涌谛酒?如果使用的 單片機(jī)接口不夠，可以 采用可編程芯片 8155 拓展 控制鍵盤 。接口電路中， 8155 的 PC 口接鍵盤的行， PA 口接鍵盤的列。在 8155 初始化時(shí)，把PC 口設(shè)為輸入口， PA 口設(shè)為輸出口，然后利用前面介紹的非編碼鍵盤的行掃描法進(jìn)行按鍵的識(shí)別，即得到鍵值。 在本設(shè)計(jì)中用一個(gè) 2 2 的鍵盤就可以滿足系統(tǒng)需要。由于 單片機(jī) AT89C52 的 I/O接口比較多，所以對(duì)于 鍵盤接入不需要 添加拓展芯片，直接接到單片機(jī)的 I/O 端口即可，節(jié)省了硬件資源。 顯示設(shè)計(jì) 單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用中，常用的顯示器件就是 LED。這種器件具有陳本低廉、配置靈活、與單片機(jī)接口方便的特點(diǎn)。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，近年來，也開始出現(xiàn)配置簡易形式的 CRT 接口，以方便圖形顯示。 LED 顯示塊是由 發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件，也稱數(shù)碼管。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中通常用的是 7 段 LED。這種顯示塊有共陰極和共陽極 兩種，共陰極 LED 顯示塊第 12 頁 共 32 頁 的發(fā)光二極管陰極共地，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮；共陽極 LED 發(fā)光管的陰極低電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮。 LED 顯示塊與單片機(jī)接口非常容易，只要將一個(gè) 8 位并行輸出口與顯示塊的發(fā)光二極管引腳相連即可。 8 位并行輸出口輸出不同的字節(jié)數(shù)據(jù)可顯示不同的數(shù)字或字符。通常將控制發(fā)光二極管的 8 為字節(jié)數(shù)據(jù)稱為段選碼或字形選碼，公共極稱為位選線，共陽極和共陰極的段選碼互為補(bǔ)數(shù)。 LED 顯示有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種顯示方式。在顯示電路中使用 MC14543 構(gòu)成靜態(tài) LED 的驅(qū)動(dòng)接口電路，只要 單片機(jī)輸出端口給出相應(yīng) BCD 碼地址值，就會(huì)在相信的數(shù)碼管上顯示對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。 所獲得的水位信息顯示則可以 在測(cè)量電路中串聯(lián) 4 個(gè)發(fā)光二極管進(jìn)行 水位 信息的 顯示。 光電隔離 光電隔離的作用是將電信號(hào)進(jìn)行隔離和傳輸，以 “ 電 光 電 ” 的形式工作。所使用的光電耦合器件發(fā)光部分和受光部分不接觸，避免了輸出端和輸入端可能產(chǎn)生的反饋和干擾。具有耐用，可靠性高，響應(yīng)時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于信號(hào)傳輸電路中。本設(shè)計(jì)中使用的是摩托羅拉公司生產(chǎn)的 4N26 光電耦合器。 4N26 光電耦合器內(nèi)部是由發(fā)光二極管和一個(gè)光敏三極管構(gòu)成的，當(dāng)發(fā) 光二極管有電流時(shí)，二極管發(fā)光照射到光敏三極管的基極，使光敏三極管導(dǎo)通，從而接通電路。當(dāng)發(fā)光二極管無電流時(shí)，光敏三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，電路斷開。 4N26 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖 所示： 圖 光電耦合器 4N26 太陽能熱水器上水控制系統(tǒng) 上水電磁閥 的選用 電磁閥按原理可以簡單的分為 3 類： 1）分步直動(dòng)式電磁閥：這是一種直動(dòng)和先導(dǎo)式相結(jié)合的原理，當(dāng)出口與入口沒有壓力差時(shí)，線圈得電之后產(chǎn)生磁力，將先導(dǎo)小閥和主閥關(guān)閉件依次向上提起，閥門第 13 頁 共 32 頁 打開。當(dāng)出入口達(dá)到啟動(dòng)壓差時(shí)，通電后，主閥下腔壓力上升，上腔壓力下 降，從而利用壓差把主閥向上推開；斷電時(shí)，先導(dǎo)閥利用彈簧的彈力或介質(zhì)本身的壓力推動(dòng)關(guān)閉件，向下移動(dòng)，使閥門關(guān)閉。分步直動(dòng)式電磁閥可以在零壓差或真空、高壓時(shí)動(dòng)作，但是功率較大，必須要水平安裝。 2）直動(dòng)式電磁閥：通電時(shí)，線圈產(chǎn)生電磁力將關(guān)閉件從閥座上提起，閥門打開；斷電時(shí)，線圈失電，電磁力消失，彈簧把關(guān)閉件壓在閥座上，電磁閥關(guān)閉。直動(dòng)式電磁閥可以在真空、負(fù)壓、零壓的時(shí)候正常工作，但是通徑一般不超過 25mm。 3）先導(dǎo)式電磁閥：當(dāng)線圈通電之后，電磁力將先導(dǎo)孔打開，上腔室的壓力迅速下降，在關(guān)閉件周圍形成上低下高的壓 力差，流體流體壓力推動(dòng)關(guān)閉件向上移動(dòng)，打開閥門；斷電時(shí)，彈簧產(chǎn)生的壓力使得先導(dǎo)孔關(guān)閉，入口壓力通過旁通孔迅速使得腔室在關(guān)閥件周圍形成下低上高的壓力差，流體壓力推動(dòng)關(guān)閉件向下移動(dòng)，關(guān)閉閥門。其特點(diǎn)是流體壓力范圍上限較高，可以任意安裝但是必須滿足流體壓力差條件。 在選擇電磁的時(shí)候，還得考慮到電磁閥的適用性、可靠性，安全性，經(jīng)濟(jì)性，以及