【導(dǎo)讀】本文的主要目的是介紹觸摸式取暖器其溫控電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。統(tǒng)的機(jī)械按鍵開關(guān)或者彈觸開關(guān)進(jìn)行相關(guān)的操作。操作，軟件實(shí)現(xiàn)需要用到STTOOLSET提供的相關(guān)軟件開發(fā)環(huán)境。上有相應(yīng)的接收器。同時(shí)配置了溫度傳感器，其利用了熱敏電阻的性質(zhì)，用來對溫度。的采集，測量的溫度數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換成模擬信號，然后內(nèi)核將此信號再轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，時(shí)鐘模塊實(shí)現(xiàn)了日期時(shí)間的實(shí)時(shí)更新與調(diào)節(jié)，這些信息均能通過LED顯示屏顯示出來，多電子產(chǎn)品必不可少的一部分。在電源電路的設(shè)計(jì)上，需要全面考慮各元器件的額定。電壓，已確保整個(gè)裝置的安全，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)流、穩(wěn)壓、低功耗、安全節(jié)能。由于使用不當(dāng)或者產(chǎn)品本身問題，也存在著較多的問題。該產(chǎn)品的出現(xiàn)，以其自身獨(dú)

　　

【正文】 輸距離 比 較小 ，大約在 20cm 之間 。 因此， 一個(gè) IrDA 紅外器件的功 能 可以清楚的從上面所描述的三種方法中區(qū)分開來 。 圖 39 紅外傳輸?shù)幕灸Ｐ蛨D IrDA 器件的構(gòu)成 與簡介 紅外 發(fā)送器 件一般都 是 由 鎵、 砷 等材料制成的 具有 紅外發(fā)射 功能的 二極管， 它 的發(fā)射強(qiáng)度 受其發(fā)射角度和 能夠通過的 LED 電流 的影響，與通過的電流成正比、 發(fā)射角度 成反比 ；紅外傳輸距離 與 發(fā)射強(qiáng)度 的平方成正比，強(qiáng)度 越大， 發(fā)射距離也就 越遠(yuǎn)。計(jì)算機(jī)信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 16 有 一些生產(chǎn)廠家也會將紅外驅(qū)動電路 內(nèi)置 在 紅外發(fā)送器件 中，如圖 310 所示： 圖 310 內(nèi)置驅(qū)動 電路 的紅外發(fā)射器 紅外 光敏 接收管是紅外檢測器件的主要 組成部分 ， 紅外檢測器件 有 內(nèi)置 放大器的（圖 311） ，有獨(dú)立接收管 裝置 的， 也 有 包含調(diào)制解調(diào) 器與集成放大器的。 若 紅外檢測器件內(nèi)部 包含 放大 器 與解調(diào) 器 的通常還 內(nèi)置 帶 通濾波器，這 種 器件 通 常 應(yīng) 用于固定載波頻率。紅 外 檢測器件 的好壞衡量標(biāo)準(zhǔn) 主要是 其 接收 信號的 靈敏度， 它的傳輸距離與靈敏度成正比， 靈敏度越高， 產(chǎn)生的 誤碼率 也就 會 越低。 圖 311 內(nèi)部集成 放大器的紅外檢測器件 紅外收發(fā)器件 （圖 312）包含 發(fā)射 器 與接收 器 。 一般情況下 ， 它的 發(fā)射部分 配置了 驅(qū)動器，接收部分 包含一個(gè) 放大器， 而 且 在 內(nèi)部 還 集成 了關(guān)斷 控制邏輯。關(guān)斷控制邏輯 通過 關(guān)斷 來控制信號的 接收，避免 了 引入干擾 信號 ； 當(dāng) 不 進(jìn)行 紅外 信號 傳輸時(shí)，相關(guān)的 引腳接 收到命 令 傳后給 該控制邏輯 ， 將 器件電源 的 供 給關(guān)斷 ， 從而 降 低功耗 。在 使用 過程中必須 在 發(fā)光二極管的 引腳 處 接入 合適阻值 的限流電阻。 很多的 紅外收發(fā)器 配置 有屏蔽層 ， 該層 能夠 通過串聯(lián)一 個(gè) 磁珠 之后 再接地 ，而 不 需 要直接接地， 這樣避免了 引入 了 干擾 而 影響 收發(fā)器的 接收靈敏度。 計(jì)算機(jī)信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 17 圖 312（ a） 紅外發(fā)射電路圖 圖 312（ b） 紅外接收電路 /解碼器件 紅外的 編 /解碼，即 為 實(shí)現(xiàn) 紅外信號的 調(diào)制 /解調(diào)。 如十六分之三編 /解碼 ， 就是將一個(gè)有效數(shù)字位時(shí)間段， 平均的 等分 為 16 個(gè) 小 的 時(shí)間段， 用在 連續(xù) 3 個(gè)小 的 時(shí)間段內(nèi)有無脈沖 來 表示調(diào)制解調(diào)信息。紅外編 /解碼器件， 一般 要使用自 帶 的振蕩電路 或者 從外部 線路 接入時(shí)鐘進(jìn)行調(diào)制解調(diào)。 圖 313 紅外信號經(jīng)過調(diào)制 /解調(diào)發(fā)出 紅外接口器件 用以完成 紅外傳輸系統(tǒng)與 PC 機(jī) 、 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 或 微控制器 之間 的連接。設(shè)計(jì)中經(jīng)常使用 到 UART 串行異步收發(fā)器件、 USB 接口轉(zhuǎn)換器 件等。 USB 接口器件，用以完成 紅外收發(fā) 器件 與 PC 機(jī) 之間 的 USB 口 連接。 紅外通信的傳輸 速率 通常 在 到 4Mbps 之間 ，內(nèi) 部包括 紅外編 /解碼器 以及 4KB 的 先進(jìn)先出 緩存 裝置，它有20 或 28 引 腳 的 封裝， 能夠 直接 和 標(biāo)準(zhǔn)的 紅外 收發(fā)器件 相聯(lián)。 紅外遙控 電路 的設(shè)計(jì) 通過以上的對紅外通信相關(guān)知識的學(xué)習(xí)，我們?yōu)樵摦a(chǎn)品設(shè)計(jì)的通信電路如圖 314所示： 計(jì)算機(jī)信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 18 圖 314 紅外遙控 模塊原理圖 單片機(jī)自身本不包含紅外通信機(jī)制接口，但是它可以通過單片機(jī)的串行接口以及片外紅外發(fā)射和接收電路來實(shí)現(xiàn)紅外通信，本設(shè)計(jì)采用 IR38S 一體化 紅外接收頭來設(shè)置電路板上的紅外接收器， VOUT 腳接至單片機(jī) URAT 腳，進(jìn)行信號的傳輸，它將接收到的紅外遙控器的脈沖進(jìn)行幅度調(diào)制轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)放大電路的控制進(jìn)行處理后傳至單片機(jī)。另外，通過 VCC 給芯片提供 5V 電源， GND 接地處理。 LED 顯示器 TM1668 概述 顯示屏是機(jī)器與外界交流的窗口，通過它用戶可以得知當(dāng)前機(jī)器所處的工作狀態(tài)，所以在很多電子產(chǎn)品上都安裝了顯示屏，其中 LED 顯示屏作為一種低成本、 方便開發(fā)而被大范圍 應(yīng)用。 LED 技術(shù) 就 是通過控制半導(dǎo)體二極管 發(fā)光 ，根據(jù)發(fā)光二極管的亮 /滅來顯示圖像、文字、動畫 等信息。 本產(chǎn)品用到了 TM1668 顯示驅(qū)動芯片 （ 圖 315） ，它是一種自帶鍵盤掃描接口，內(nèi)置 映射型發(fā)光二極管的顯示器驅(qū)動控制芯片。內(nèi)部集成有數(shù)據(jù)鎖存器、 單片機(jī) 數(shù)字接口、鍵盤掃描接口、 LED 高壓驅(qū)動器以及 八 級灰度調(diào)度電路、內(nèi)置低電壓復(fù)位電路及上電復(fù)位電路、內(nèi)部 RC 振蕩等電路。通過軟件設(shè)置來實(shí)現(xiàn)芯片的段位，可根據(jù)不同的 LED 數(shù)碼顯示屏來適當(dāng)?shù)倪x取 13*4 或 10*7 的段位 進(jìn)行配置，同時(shí)也可以在不同的顯示場合根據(jù)需求調(diào)節(jié) LED 灰度，用來實(shí)現(xiàn)降低功耗的要求。 計(jì)算機(jī)信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 19 圖 315 TM1668 內(nèi)部功能框圖 TM1668 特性 說明 ? 采用功率 CMOS 工藝 ? 10 段 *7 位 ~13 段 *4 位的顯示模式 ? 占空比 8 級可調(diào)的灰度調(diào)節(jié)電路 ? 鍵掃描（ 10*2bit） ? 串行接口（ CLK、 DIO、 STB） ? 內(nèi)置 RC 振蕩方式（頻率為 450KHZ 左右） ? 內(nèi)置上電復(fù)位電路 ? 具有 SOP2 SDIP2 SSOP2 SKDIP24 的封裝形式 該芯片的管腳定義如圖 316 所示： 圖 316 TM1668 的管腳定義圖 主要應(yīng)用 由于 TM1668 性價(jià)比較高，通常被應(yīng)用在 DVD、 家庭影院等電子用品 的顯示屏驅(qū)動。廚衛(wèi)用電器也有較多的應(yīng)用，如電磁爐、微波爐、太陽能熱水 器等的狀態(tài)和溫度顯示，另外工業(yè)儀器、儀表的顯示也應(yīng)用較多。 計(jì)算機(jī)信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 20 顯示電路的設(shè)計(jì) 圖 317 LED 顯示電路原理圖 給予 TM1668 的 VDD 加 5V 的邏輯電源電壓， DIN、 CLK 、 nCS腳分別與時(shí)鐘的 SDA、 SCL、 nCS 相連并接至單片機(jī)，其中 DIN 腳在時(shí)鐘上升沿時(shí)將串行數(shù)據(jù)從低位開始輸入； CLK 端口也連到單片機(jī)，在上升沿時(shí)讀取串行數(shù)據(jù)、下降沿時(shí)進(jìn)行輸出數(shù)據(jù)； nCS為片選，也直接連至單片機(jī)，在上升或下降沿初始化串行接口，隨后等待接收指令。 SEG1~SEG10 為段輸出，也用作鍵的掃描，它們分別接至八段數(shù)碼顯 示管和發(fā)光二極管， GRID1~GRID7 均為位輸出、 N 管開漏輸出，也直接連至八段數(shù)碼顯示管和發(fā)光二極管，他們共同實(shí)現(xiàn)顯示功能； GND 則直接接地。 特別注意， TM1668 是共陰數(shù)碼管驅(qū)動芯片，如果驅(qū)動共陽的數(shù)碼管，則需要變通連線的方式，在設(shè)計(jì)中要會靈活的運(yùn)用。 實(shí)時(shí)時(shí)鐘 HYM1302 概述 HYM1302（圖 318）是一款低功耗、高性能的、內(nèi)置 RAM、可慢速充電的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片。它包含了 31 字節(jié)的非易失性靜態(tài) RAM 以及實(shí)時(shí)時(shí)鐘 /日歷。 它與微處理芯片之間進(jìn)行通信 經(jīng)由一個(gè)簡單的串行接口 完成 。 計(jì)算機(jī)信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 21 圖 318 HYM1302 內(nèi)部框圖 實(shí)時(shí)時(shí)鐘（日歷）可以對從秒至年的時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)，對于月的天數(shù)小于 31 的，在月末的時(shí)候進(jìn)行自動日期調(diào)整，閏年的時(shí)候進(jìn)行自動校正。時(shí)鐘方式可以根據(jù)用戶需求自己選定 24 小時(shí)格式或區(qū)分 AM/PM（上午 /下午）的 12 小時(shí)格式。 31 字節(jié)的非易失性靜態(tài) RAM 可以用來保存一些臨時(shí)的重要數(shù)據(jù)。 HYM1302 使用的同步串行通信，簡化了它與微處理芯片的通信機(jī)制。 時(shí)鐘與 RAM 之間的通信僅需三根線：復(fù)位線、 I/O 數(shù)據(jù)線以及 SCLK 串行時(shí)鐘。數(shù)據(jù)以一個(gè)字節(jié)每次的單字節(jié)形式或多達(dá) 31 字節(jié)的多字節(jié)形式進(jìn)行傳輸。 HYM1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘可以在非常低的功耗下正常工作，即使小于 1μW 的功率消耗也能保存時(shí)鐘信息和數(shù)據(jù)。 HYM1302 特點(diǎn) ? 對秒、分、時(shí)、日、周、月、年進(jìn)行精確計(jì)數(shù)且能判斷是否為閏年 ? 配置暫存高速數(shù)據(jù)的 31 字節(jié)非易失性 RAM ? 低功耗：電壓 時(shí)功耗小于 300nA ? 以單字節(jié)或多字節(jié)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送 ? 與單片機(jī)之間的互相通信僅需簡單的三線接口 ? TTL 兼容（ VCC=5V） ? 工業(yè)溫度控制范圍大（ 40℃ ~+85℃ ） ? 能完全可兼容 DALLAS 的實(shí)時(shí)時(shí)鐘 ? 封裝形式： SOP8 和 DIP8（引腳如圖 319） 圖 319 HYM1302 引腳圖 計(jì)算機(jī)信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 22 表 33 HYM1302 芯片 引腳功能表 管腳序號 符號 功能 1 VCC2 主用電源 2 X1 晶體 3 X2 晶體 4 GND 接地 5 RST 復(fù)位 6 I/O 數(shù)據(jù)輸入 /輸出 7 SCLK 串行時(shí)鐘輸入 8 VCC1 備用電源 HYM1302 應(yīng)用 ? 儀表等，如：電子手表、電度表、 IC 卡水表 ? 移動電話、電腦 ? 電視機(jī)、播放器 ? 稅控機(jī) 時(shí)鐘模塊的電路設(shè)計(jì) 除了在顯示模塊中介紹到的 SCK、 SDA、 nCS 與顯示驅(qū)動器 TM1668 對應(yīng)的相連接外，時(shí)鐘模塊采用了雙電源系統(tǒng)，在 VCC 提供主電源外， VBAT 腳連接一個(gè) 可 充 放電鋰電池，如 Lir2032，它的額定電壓是 ，充滿 電 后電壓可 最高 達(dá)到 ，放電終止電壓為 。把該鋰電池作為 一個(gè)備份電源，它保證了在 突發(fā)情況下或者沒有主電源供電時(shí)而 保存時(shí)間信息及數(shù)據(jù)， 并 不斷更新時(shí)間信息。 其電路設(shè)計(jì)原理圖如圖 320所示： 計(jì)算機(jī)信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 23 圖 320 時(shí)鐘模塊電路原理圖 當(dāng) 有效信號被 復(fù)位引腳接收到 之 后，在 SCK 同步脈沖信號 的控制下 移位寄存器單元就 從數(shù)據(jù)接口上 以 串行 的形式 接收 8 位指令字節(jié)，然后將 接收到的指令字節(jié) 轉(zhuǎn)換 為并 行的，再 送至指令譯碼單元。 OSCI、 OSCO 引腳 都 直接連接 一個(gè) 的晶振，其負(fù)載電容量應(yīng)為 6pF。 溫度傳感器 溫度傳感器 概述 溫度傳感器 就是能夠感應(yīng) 溫度并 將溫度信號轉(zhuǎn)換為 可用輸出信號的傳感 裝置 ， 溫度測量儀的核心就是由 它的組成， 其種類繁 多。按照測量方式可以 將其 分為接觸式 與非接觸式兩大 種 類，按照 構(gòu)成材料 以及 電子元件特點(diǎn) 又將其 可分為熱電阻和熱電偶兩大類。 圖 321 溫度傳感器 電阻傳感器的原理就是 根據(jù) 金屬隨溫度的變化，其阻值也 會 隨之發(fā)生 增或減的 變計(jì)算機(jī)信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 24 化，對于不同的金屬，電阻值隨溫度的變化也 不盡相同。有 的阻值與溫度變化成正比，隨 溫度 的 升高而 升高； 也有 的與溫度成反比， 隨溫度升高而降低。取暖器的熱敏電阻感應(yīng)到溫度的變化，自身阻值發(fā)生了變化， 隨之 電路電壓也 會 發(fā)生變化， 從而根據(jù)該原理 控制 取暖器的 加熱過程。 NTC 溫度傳感器的 特性與應(yīng)用 溫度傳感器 主要 應(yīng) 用 在工 業(yè) 控 制和 電子產(chǎn)品 ，由于 它 主要 還是一個(gè)元件，需要和相關(guān)的信號處理 ，液晶 顯示、 單片機(jī) 控制 相 結(jié)合起來 ，用于 檢測 在各種場合下的 溫度參數(shù)， 適 用范圍相當(dāng)?shù)膹V泛，只要是需要檢測溫度參數(shù)的（如：溫度計(jì)、溫度記錄儀、溫度報(bào)警器等等）都 涉及的 到。 本設(shè)計(jì)中采用了 NTC 負(fù)溫度系數(shù)的電阻傳感器，即線性化輸出的熱敏元件，它在通用工作電流條件下，元 器 件的電壓值隨 著 溫度 的變化 呈 現(xiàn)出 線性變化， 因此把非電量完成 了到電量的線性轉(zhuǎn)變。 該溫度傳感器的突出 特點(diǎn) 就 是在 正常 溫度范圍內(nèi) T— V關(guān)系為 一 條 直線，對于二次開發(fā)測溫、測控電路的設(shè)計(jì) 可以很方便的實(shí)現(xiàn) ，從而簡化儀表的設(shè)計(jì)和調(diào)試。 將傳感器置于 零度的環(huán)境 ，在通以 100μA工作電流 的條件下，傳感器上有一個(gè)基準(zhǔn)電壓值，即零點(diǎn)電壓，該值 V（ 0）由出 廠 時(shí)設(shè)定，由于傳感器的溫度系數(shù) S 相同，則只需要知道基準(zhǔn)電壓 V（ 0），即不必對傳感器進(jìn)行分度就可以求得任何溫 度 下 的傳感器的電壓值。其計(jì)算公式為： V（ T） =V（ 0） +S*T 例如，基準(zhǔn)電壓 V（ 0） =500mV，溫度系數(shù) S=3mV/℃ ，則在 20℃ 時(shí)，傳感器的輸出電壓 V(20)=5003*20=440（ mV） ，這就是該傳感器優(yōu)于其他溫度傳感器的主要原因。同時(shí)該傳感器測量精度并不高，但是在取暖器的設(shè)備中無需過于精確的值， 它仍具有很高的 利用價(jià)值。 因此，本設(shè)計(jì)中使用了 3950/10K 的 NTC 溫度傳感器，在 25 度時(shí)，電阻值為 10K，利用它進(jìn)行溫度的采集，傳給單片機(jī)經(jīng)過信號處理， 然后 在顯示屏上進(jìn)行顯示出來，以供用戶進(jìn)行預(yù)期 溫度的設(shè)定 。 蜂鳴器模塊 蜂鳴器是 一種 常見的 一體化結(jié)構(gòu)的電子 發(fā)聲 裝備 ， 由 直流電壓 對其 供 電，它被應(yīng)用到很多的單片機(jī)的設(shè)計(jì)方案上，用它來做提