【正文】 ICCAVR 是 ATMEL 公司推薦的第三方 C 編譯器用于程序開發(fā)的 C 語言工具。 圖 41 Keil μVision2 的界面 如圖 41 所示， Keil μVision2 是以 Windows 為基礎(chǔ)的單片機(jī)程序開發(fā)環(huán)境，具有一般 Windows 應(yīng)用軟件的界面風(fēng)格，用戶可以根據(jù)自己的習(xí)慣和熟悉程度使用。目標(biāo)文件可由LIB51 創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng) L51 連接定位生成絕對目標(biāo)文件 （ .ABS） 。開發(fā)人員可 用 IDE 本身或其它 編輯器 編輯 C 或匯編源文件。運(yùn)行 Keil 軟件需要 WIN9 NT、 WIN20xx、 WINXP 等操作系統(tǒng)。 At89S52 單片機(jī)的編譯環(huán)境 At89S52 單片機(jī)的編譯環(huán)境為 Keil 軟件， Keil C51 是 美國 Keil Software公司出品的 51 系列兼容 單片機(jī) C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， C 語 言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。目前的 C 語言編譯器編譯效率很高，可達(dá)到最優(yōu)匯編程序的 倍 倍，軟件采用模塊化程序設(shè)計(jì)，利于程序的調(diào)試和維護(hù)， C 語言在這些方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)點(diǎn) ，因此選用 C 語言。系統(tǒng)軟件編程語言采用 C 語言， C 語言是一種結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言，它兼顧了多種高級語言的特點(diǎn)，并具有匯編語言的功能。 第 4 章 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì) 23 第 4章 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì) 程序語言的選擇 本系統(tǒng)涉及的計(jì)算、處理工作很多。 主要介紹了工業(yè)電磁制動器控制部分電路和信號部分電路的原理及設(shè)計(jì)。 上位機(jī)軟件如圖 312 所示 。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一個(gè) 25 個(gè)腳的 DB25 連接器，對連接器的每個(gè)引腳的信號內(nèi)容加以規(guī)定，還對各種信號的電平加以規(guī)定。 RS232 接口是 1970 年由美國電子工業(yè)協(xié)會（ EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)。 LED LED2 為信號指示燈， R4 R47 為限流電 阻。 MAX232 芯片是美信公司專為 RS232 標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片，使用 +5V 單電源供電。 單片機(jī)與 PC機(jī)通信 電路 圖 311 單片機(jī)與 PC 機(jī)通信電路 單片機(jī)通信使用的電平為 TTL 電平即高電平 1 為 3V～ 5V，低電平 0為 0V 而與計(jì)算機(jī)通信時(shí)的電平為 232 電平即高電平 1 為 3V～ 25V,低電平0 為 3V～ 25V。硬件上面沒有 SPI 的單片機(jī)也可以控制本模塊，用普通單片機(jī) IO 口模擬 SPI 不需要單片機(jī)真正的串口介入， 只需要普通的單片機(jī) IO 口就可以了，當(dāng)然用串口也可以。除電源 VCC 和接地端，其余腳都可以直接和普通的 5V 單片機(jī) IO 口直接相連，無需電平轉(zhuǎn)換。 如圖 310 所示，電源側(cè)接電壓 范圍為 至 之間，不能再這個(gè)區(qū)間之外，超過 將會燒毀模塊。 ⑼ 工作于 Enhanced ShockBurst 具有 Automatic packet handling, Auto packet transaction handling 具有可選的內(nèi)置包應(yīng)答機(jī)制，極大的降低丟包率。 ⑺ 內(nèi)置專門穩(wěn)壓電路，使用各種電源包括 DC/DC 開關(guān)電源均有很好的通信效果 。 ⑸ 內(nèi)置 天線，體積小巧 34mm X 17mm。 ⑶ 126 頻道，滿足多點(diǎn)通信和跳頻通信需要。其主要特點(diǎn)如下： ⑴ 全球開放 ISM 頻段免許可證使用 。 nrf24L01 是一款工作在 世界通用 ISM 頻段的單片無線收發(fā)器芯片。 START1SWPBSTOP1SWPBVCC10KR6Res110KR7 Res1 圖 39 按鍵部分電路的設(shè)計(jì) 如圖 39 所示，按鍵部分采用 獨(dú)立 按鍵 的形式 ，上拉電阻 R6 和 R7 保證了按鍵在未按下時(shí)使單片機(jī)的 與 口保持高電平狀態(tài)，當(dāng)按鍵按下時(shí)將 I/O 口狀態(tài)變?yōu)榈碗娖健?1 20 為 12864 的背光電源。 15腳 PSB 為并口串口選擇端，當(dāng)輸入高點(diǎn)平時(shí)為并口操作方式，輸入低電平時(shí)為串口操作方式，在本次設(shè)計(jì)中應(yīng)使用并口操作故直接將 15 腳解電源。 6 腳 E 為使能信號，在單片機(jī)向 12864 寫數(shù)據(jù) /指令時(shí)需要將使能信號從低拉到高再拉低，數(shù)據(jù) /指令才能寫入。 4 腳 R/S（ CS）為數(shù)據(jù) /指令選擇端或串行操作的片選端，高電平為寫數(shù)據(jù)，低電平為寫指令。 如圖 38 所示， 液晶 LCM12864 的 1 腳為電源地、 2 腳為電源正極。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)用到的是 12864 液晶， 12864 的意思是由 128 列、 32 行組成，即共有 128*32 個(gè)點(diǎn)來顯示各種圖形，可以通過程序控制這些點(diǎn)中的任一個(gè)點(diǎn)顯示或不顯示。液晶顯示器的主要原理是以電流刺激液晶分子產(chǎn)生點(diǎn)、線、面并配合背部燈管構(gòu)成畫面。 如圖 37 所示， DS18B20 的電路非常簡單， 1 腳接地， 3 腳接 VCC， 2腳接一個(gè) 的上拉電阻，然后接到單片機(jī)的 I/O 口 。 ⑻ 負(fù)壓特性。 ⑹ 可編程分辨率為 9~12 位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為 ℃ ， ℃ ，℃ 可實(shí)現(xiàn)高精度測溫。 ⑸ 測溫范圍 55℃ ~+125℃ ，在 10℃ ~+85℃ 時(shí)精度為 177。 ⑶ 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測溫。 DS18B20 溫度傳感器特性： ⑴ 適應(yīng)電壓范圍寬，電壓范圍在 , 在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。 晶閘管溫度 監(jiān)測 電路的設(shè)計(jì) 晶閘管屬于功率器件 ， 當(dāng)有較 大的電流流過的時(shí)候，芯片會產(chǎn)生一定的熱量，當(dāng)流過的電流過大時(shí)芯片會發(fā)熱嚴(yán)重，這時(shí)候就需要采取一定的措施， 防止 芯片因溫度過高 而燒毀。當(dāng)單片機(jī)超過 秒未向 MAX813L 的看門狗輸入端發(fā)脈沖信號， MAX813L 內(nèi)部的定時(shí)器將會強(qiáng)制將 WDO 拉到低電平，這個(gè)低電平通過 MR 產(chǎn)生復(fù)位信號。在軟件的編制中，每次程序的循環(huán)通過對 At89S52 單片機(jī)的 引腳進(jìn)行 位操作第 3 章 系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì) 17 向 MAX813L 的看門狗輸入端輸入一個(gè)負(fù)脈沖。當(dāng)此腳的電壓低于 時(shí)，即電源電壓低于額定值時(shí)， PFO 將產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號，可以用于向 CPU發(fā)出中斷，使 CPU 完成應(yīng)急處理。當(dāng)微處理器經(jīng)過 秒仍然沒有二次觸發(fā)看門狗輸入端 WDI，那么， WDO 就會輸出一個(gè)負(fù)脈沖，這個(gè)負(fù)脈沖作用于 MR 端，通過復(fù)位信號產(chǎn)生器強(qiáng)制產(chǎn)生 RESET 信號。 MR 端對TTL/CMOS 兼 容，因此，它可以由外部的邏輯電路去驅(qū)動。 將 WDO 接到微處理器的非屏蔽中斷輸入端 NMI，當(dāng)電源電壓 Vcc 低于復(fù)位的門限電平時(shí)，無論看門狗計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值是否到， WDO 端都將被拉至低電平，產(chǎn)生非屏蔽中斷，同時(shí) RESET 信號也同時(shí)產(chǎn)生，因此，非屏蔽中斷將會被 RESET 信號所覆蓋。目前監(jiān)控電路在工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)和微處理器中已得到廣泛地應(yīng)用，它可以有效的防止程序的 “跑飛 ”，并自動將系統(tǒng)恢復(fù)正常工作狀態(tài)。其原理與 At89S52 類似，因此這里就不在詳細(xì)敘述。 ⑽ 一個(gè) SPI 串行端口 。 ⑻ 低功耗空閑和掉電模式 。 ⑹ 10 位 6 路 (8 路為 TQFP 與 MLF 封裝 )ADC。 ⑷ 32 個(gè)通用工作寄存器三級加密程序存儲器 。 ⑵ 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器。通過將 8 位 RISC CPU 與系統(tǒng)內(nèi)可編程的 Flash 集成在一個(gè)芯片內(nèi)使ATmega8 成為一個(gè)功能強(qiáng)大的單片機(jī)，為許多嵌入式控制應(yīng)用提供了靈活而低成本的解決方案。 Atmega8 單片機(jī) 是基于增強(qiáng)的 AVR RISC 結(jié)構(gòu)的低功耗 8 位 CMOS 微控制器。因此，在MOC3041 的輸出回路中加入 2R 和 1C 組成的 RC 回路，降低電壓上升率dtdv ，使 dtdv 在允許的范圍內(nèi)。 1R 的大小由下式計(jì)算 1 /ppR V I? ，式中 pV 為工作電壓的峰值， pI 為MOC3041 輸出端的最大的允許電流。 TF29V1234D2BRIDGE1IN13OUT2GNDU3 LM7805CTC2104C3104C12200uFGNDC4220uF5V~220VTF29VU4KPC357NT1234D5BRIDGE1GND100KR5Res1510R4Res1~220VVCC單片機(jī)外部中斷 0燕山大學(xué)本科生畢 業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 如圖 34 所示， 當(dāng)單片機(jī)的 IO 口輸出低電平時(shí)， MOC3041 的輸入端有電流輸入，輸出端的雙向晶閘管導(dǎo)通，觸發(fā)外部的雙向晶閘管 VR 導(dǎo)通；當(dāng)單片機(jī)的 IO 口輸出高電平時(shí) ， MOC3041 輸出端的雙向晶閘管關(guān)斷，外部雙向晶閘管 VR 也關(guān)斷。 光耦合器觸發(fā)晶閘管電路的設(shè)計(jì) 在要求觸發(fā)脈沖較寬的晶閘管控制系統(tǒng)中，常用光耦合器組成晶閘管觸發(fā)電路。 變壓器 TF2 的作用 是將 220V 交流電變?yōu)?9V 交流電，目的是方便信號的提取 。 此設(shè)計(jì)需要注意的是電阻 R5 的選取，其阻值不能太小，否則輸出的脈沖波形的幅值會比較小，無法觸發(fā)單片機(jī)的中斷。 C C3 為陶瓷 電容，容值較小， 作用在于旁路頻率較高的波動電壓。 但當(dāng)穩(wěn)壓管溫度過高時(shí)，穩(wěn)壓性能將變差，甚至損壞。如果能夠提供足夠的散熱片，它就能夠提供大于 的輸出電流。 LM7805 是三端正電源穩(wěn)壓電路， 使用方便，電子 制作中經(jīng)常采用， 它的封裝形式為 TO220,它有固定的電壓輸出，應(yīng)用非常廣泛。另一種為開關(guān)電源，其優(yōu)點(diǎn)為壓差小，損耗??；缺點(diǎn)為穩(wěn)壓后的諧波比較多，容易產(chǎn)生噪聲。 電源電路的設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)中系統(tǒng)需要提供 5V 電源為單片機(jī)、 MOC304 P52LCM12864 等 器件 供電， 為了防止供電出現(xiàn)問題，決定直接取用市電作為供電電源，變壓器 TF 將 220V 交流電轉(zhuǎn)換為 9V 交流電，通過整流橋和電容進(jìn)行整流和濾波后再經(jīng)過穩(wěn)壓芯片 ,得到穩(wěn)定的 5V 電壓。通常情況濾波電容都是一個(gè)瓷片電容和一個(gè)電解質(zhì)電容，瓷片電容是過濾低頻雜波，電解質(zhì)電容是過濾高頻雜波。當(dāng)按鍵開關(guān)按下時(shí)單片機(jī) RESET 引腳直接接到 VCC，實(shí)現(xiàn) 按鍵復(fù)位。 ⑾ 低功耗空閑和掉電模式 。 ⑼ 三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 。 ⑺ 三級加密程序存儲器 。 ⑸ 片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 FLASH 存儲單元 。 ⑶ 采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn) 。其片上資源非常豐富： ⑴ 8k bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器 。確定晶閘管的觸發(fā)方案，并分析了晶閘管的諧波公害，及其抑制方法。確定了工業(yè)電磁制動器的控制方案，決定采用可編程數(shù)字器件作為主控芯片。 合理設(shè)置無功補(bǔ)償裝置中 的 電感 L 和電容 C，使其能在某次頻率產(chǎn)生諧振，從而濾除該頻率的諧波。在工業(yè)電磁制動器運(yùn)行的電網(wǎng)中加入 LC 無源濾波器能有效的抑制諧波電流對電網(wǎng)的危 害。將諧振點(diǎn)調(diào)整至某特征諧波頻率，即可濾去某一高次諧波。 ?u 2 t?i 2 i21I dO 圖 21 整流變壓器次級電壓和電流波形 諧波的抑制對策 1 LC 無源濾波器 利用 LC 電路串聯(lián)諧振特點(diǎn)抑制向電網(wǎng)注入的諧波電流。其諧波產(chǎn)生第 2 章 系統(tǒng)方案的選擇與論證 9 原因與帶電感性負(fù)載的單相橋式整流電路相似。因?yàn)榘窗踩珮?biāo)準(zhǔn)規(guī)定，零線不能裝設(shè)保護(hù)裝置，所以可能使零線因過熱而損壞。電網(wǎng)接變流裝置之后 ，功率因數(shù)必然降低，導(dǎo)致網(wǎng)側(cè)輸入電流有效值增大，使得熔斷器、斷路器及傳輸線的規(guī)格及電源濾波器的容量增大。這些電磁干擾信號一方面會污染電網(wǎng)，通過電網(wǎng)干擾其他用電設(shè)備；另一方面通過傳輸線的傳導(dǎo)或經(jīng)過空間進(jìn)行輻射而對電子設(shè)備的正常工作造成威脅。 電力 公害的分類： 1 諧波公害：會使電網(wǎng)供電電壓波形畸變，供電質(zhì)量降低，產(chǎn)生網(wǎng)側(cè)過電壓和過電流，使供用電系統(tǒng)的能量損耗增加，供用電設(shè)備的壽命縮短。在高頻開關(guān)器件大量應(yīng)用電力電子裝置中，由于高電壓和大電流脈沖的前后沿很陡峭，會產(chǎn)生頻段很寬的電磁干擾信號，這些電磁信號是嚴(yán)重的電磁干擾源，對電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行和其他設(shè)備構(gòu)成相當(dāng)大的危害。 由于脈沖變壓器的體積較大，價(jià)格較貴，控制復(fù)雜，從經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性的角度考慮決定采用光耦器件 MOC3041 作為晶閘管的觸發(fā)元件。一般晶閘管導(dǎo)通時(shí)間為 6us，故觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)有 6us 以上，一般取 2050us。 觸發(fā)脈沖的寬度 由單片機(jī)設(shè)定。 由于鐵磁材料具有磁滯和剩磁特性，在單向脈沖電壓 作用下，鐵心中的磁感應(yīng)強(qiáng)度 cB 是在剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度 rB 和未飽和時(shí)最大磁感應(yīng)強(qiáng)度 mB 之間變化。這也是確定脈沖變壓器鐵心截面積的基本條件。因而它們的電磁過程各有特點(diǎn)，計(jì)算方法也不相同。脈沖變壓器在結(jié)構(gòu)上與普通變壓器相似，但其工作情況卻有很