【正文】 在社會生活中的應(yīng)用。1 概 述溫度控制是工業(yè)生產(chǎn)過程中經(jīng)常遇到的控制，有些工藝過程對其溫度的控制效果直接影響著產(chǎn)品質(zhì)量，因而設(shè)計一種較為理想的溫度控制系統(tǒng)是非常有價值的。溫度控制采用 PID 數(shù)字控制算法，顯示采用 3 位 LED 靜態(tài)顯示。 技術(shù)指標(biāo)電烤箱的具體指標(biāo)如下： 2 千瓦電爐加熱，最高溫度為 500℃。2℃。177?？萍即髮W(xué)畢業(yè)設(shè)計2。就溫度控制系統(tǒng)的動態(tài)的特性來講，基本上都是具有純滯后的一階環(huán)節(jié)，當(dāng)系統(tǒng)精度及溫控的線性性能要求較高時，多采用 PID 算法來實現(xiàn)溫度的控制。從技術(shù)指標(biāo)可以看出，系統(tǒng)對控制精度的要求不高，對升降溫過程的線性也沒有要求，因此，系統(tǒng)采用最簡單的通斷控制方式，當(dāng)烘干箱溫度達(dá)到設(shè)定值時斷開加熱電爐，當(dāng)溫度降到低于某值時接通電爐開始加熱，從而保持恒溫的控制。其各部分連接關(guān)系如圖 21 所示。根據(jù)溫度控制特點，本次設(shè)計采用 AT89C51。AT89C51 單片機是美國 Intel 公司的 8 位高檔單片機的系列。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡化框圖如下所示。 中央處理器 CPU214。187。206。182。207。202。188。197。201。210。177。190。A/D170。187。247。228。205。247。200。231。185。241。 199。182。198。 191。191。185。181。185。198。 181。194。200。187。182。187。178。206。182。188。178。178。206。182。191。214。178?？萍即髮W(xué)畢業(yè)設(shè)計3中央處理器 CPU 是單片機的核心。同一般微機的 CPU類似。如圖 運算器AT89C51 運算器電路以算術(shù)邏輯單元 ALU 為核心。它主要完成數(shù)據(jù)的算術(shù)運算、邏輯運算、位變量處理和數(shù)據(jù)傳輸操作。A. 算術(shù)邏輯單元 ALU 與累加器 ACC、寄存器 B算術(shù)邏輯單元 ALU 不但能完成 8 位二進制的加、減、乘、除等算數(shù)的運算。累加器 ACC(簡稱累加器 A) 為一個 8 位寄存器，它是 CPU 中使用最頻繁寄存器。圖 AT89C51 單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡化框圖B．程序狀態(tài)寄存器程序狀態(tài)寄存器 PSW 是一個 8 位的狀態(tài)寄存器。用于存放指令執(zhí)行后的狀態(tài)，以供程序查詢和判別。但可以由用戶根據(jù)需要指令加以改變。它包括程序計數(shù)器 PC、指令寄存器 IR、指令譯碼器 ID、數(shù)據(jù)指針 DPTR、堆棧指針 SP、緩沖器和定時器控制電路。完成一系列定時控制微操作。 AT89C51 單片機引腳功能AT89C51 系列單片機的封裝形式有兩種：一種是雙列直插方式的封裝；另一種是方形的封裝。其 CMOS 工藝制造的低地功耗芯片也有采用方形的封裝。由于at89C51 單片機是高性能的單片機。如圖 單片機引腳圖。XTAL1:接外部石英體和微調(diào)電源一端。其中，對用外部時鐘時，對于 HMOS 單片機,XTAL1 腳接地，XTAL2 腳作為外部振蕩信號輸入端?？萍即髮W(xué)畢業(yè)設(shè)計5圖 單片機引腳圖 引腳功能I\O 引腳共 32 根。P0 口即可作為地址/數(shù)據(jù)總線使用，又可作為通用的 I/O 口線。在接有片外存儲器或擴展 I/O 時，P0 口分時復(fù)用為低 8 位地址總線和雙向數(shù)據(jù)的總線。是 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線。C．P2 口： 統(tǒng)稱為 P2 口。P2 口即可作為通用的 I/O 口使用。與 P0 口組成 16 位片外存儲器單元地址。A：ALE/PROG 地址鎖存有效信號輸出率。C：RST/VPD 復(fù)位信號備用電源輸入信號。 AT89C51 單片機的存儲器結(jié)構(gòu)AT89C51 單片機的存儲器物理結(jié)構(gòu)上分為片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器、片內(nèi)程序存儲器、片外數(shù)據(jù)存儲器和片外程序存儲器等 4 個存儲空間。各端口的功能不同，結(jié)構(gòu)上也有差異，但是每個端口的 8 位結(jié)構(gòu)是完全相同的。 口，P0 口是一個三態(tài)雙向口，可作為地址/數(shù)據(jù)分時復(fù)用口，也可作為通用I/O 接口。其輸出驅(qū)動部分由場效應(yīng)管 V1 與內(nèi)部上拉電阻組成，當(dāng)某位輸出高電平時，可以提供上拉電流負(fù)載，不必像 P0 口上那樣需要外接上拉電阻。其具有通用 I/O 接口或高 8 位地址總線輸出兩種功能，所以其輸出驅(qū)動結(jié)構(gòu)比 P1 口輸出驅(qū)動結(jié)構(gòu)多了一個輸出模擬轉(zhuǎn)換開關(guān) MUX 和反相器 3。P3 口除了可為通用準(zhǔn)雙向 I/O 接口外，每一根線還具有第二功能。圖 、 所示。即單字節(jié)單機器周期指令、單字節(jié)雙機器周期指令、單字節(jié)四機器周期指令、雙字節(jié)單機器指令、雙字節(jié)雙機器周期指令和三字節(jié)雙機器周期指令。復(fù)位分為上電復(fù)位和按鍵手動復(fù)位兩種方式。計算機只能識別和執(zhí)行機器語言指令。 傳感器電路設(shè)計 傳感器概述根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，傳感器定義是：能感受規(guī)定的被測量并按照一定得規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號器件或裝置。其組成框圖如 所示。轉(zhuǎn)換元件：敏感元件的輸出就是它的輸入，它把輸入轉(zhuǎn)換成電路參量。傳感器按其工作原理可分為物理傳感器、化學(xué)傳感器、生物傳感器。化學(xué)傳感器是利用電化反應(yīng)的原理，把無機和有機化學(xué)物質(zhì)成分。生物傳感器是一種利用生物活性物質(zhì)的選擇性來識別和測定生物化學(xué)物質(zhì)傳感器。目前傳感器技術(shù)的發(fā)展方向主要有開發(fā)新型傳感器、開發(fā)新材料、采用新工藝、集成化多功能化與智能化等幾個方面。靜態(tài)量指傳感器的輸入量位程序狀態(tài)信號或變化及其緩慢的準(zhǔn)靜態(tài)信號；動態(tài)量指傳感器的輸入量為周期信號、瞬變信號或隨機信號等時間變化的信號。傳感器的靜態(tài)特性是在靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)工作條件測定的。傳感器的動態(tài)特性是指傳感器對隨時間變化的輸入量的響應(yīng)特性。靈敏度指標(biāo)：包括靈敏度、分辨力、滿量程輸出、輸出輸入阻抗。B. 動態(tài)性能指標(biāo)：包括固有頻率阻尼系數(shù)、時間常數(shù)、頻響范圍、頻率特性、臨界頻率、臨界速度、穩(wěn)定時間。：包括各向沖擊振動的頻率、振幅、加速度、沖擊振動引入的誤差?？萍即髮W(xué)畢業(yè)設(shè)計10：包括工作壽命，平均故障時間、保險期、疲勞性能、絕緣電阻耐壓弧性能。b．結(jié)構(gòu)方面：名手外形尺寸質(zhì)量、殼體材質(zhì)、結(jié)構(gòu)特點。改善傳感器性能的技術(shù)途經(jīng)：a．差動技術(shù) 。將被測量變化轉(zhuǎn)換成熱生電動勢傳感器稱熱電式傳感器、熱電式傳感器可將溫度及溫度相關(guān)的信號轉(zhuǎn)化為電量輸出、熱電式傳感器有熱電阻、熱敏電阻、熱電效方式等各種類型。熱電阻利用金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度升高而增大的特性來來進行了溫度測量的，常用測量范圍為20。C。C ~+1300。 熱電阻的測量電路及應(yīng)用熱電阻常用接入電橋使用引出線有兩、三線式和四線式三種形式。三線式接法是將兩條具有相同溫度特性的導(dǎo)成接于相鄰兩橋臂上，此時由于附加電阻引起電阻變化是相同的，根據(jù)電橋特性，電橋輸出將互相抵消。1R?四線式測量方法比較麻煩，一般用于精度要求較高的場合。地址鎖存與譯碼電路完成對 A、B、C 三個地址供進行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道的選擇。另外，在 A/D 轉(zhuǎn)換的過種中，模擬量輸入值不應(yīng)變化太快，因此，對變化速度快模擬量在輸入前應(yīng)增加采樣保持電路。C、ALE：地址鎖存允許信號，在對應(yīng) ALE 跳轉(zhuǎn)，A、B、C 地址狀態(tài)送入地址的鎖存器中。START 上跳轉(zhuǎn)時，所有內(nèi)部寄存器清 0；START 下跳轉(zhuǎn)時，開始進行 A/D 轉(zhuǎn)換；在 A/D轉(zhuǎn)換期間，START 應(yīng)保持低電平。F、DE：輸出允許信號，ADC0809 的內(nèi)部設(shè)有時鐘電路，所需時鐘，信號由外界提供，因此有時鐘信號的引腳。I、Vcc：+5 電源 AT89C51 單片機與 ADC0809 接口 路模擬通道選擇:A、B、C 分別接地址鎖存器提供的低三位地址。對系統(tǒng)來說，地址鎖存器是一個輸出口，為了把三位地址寫入，還要提供口地址。 放大器電路設(shè)計傳感器是將待測物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)換成電信號的輸出。傳感器信號的放大，根據(jù)具體情況可采用分立元件放大器（晶科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計14體管放大器）和集成元件放大器（運算放大器） 。= fzb???此放大器特點：放大倍數(shù)大。fz1=Rc1//rbe，R39。= ≈ （當(dāng) RC1rb2 時）Uscr12?Rfzbe?此放大電路特點：放大倍數(shù)大，工作點穩(wěn)定。fz=Rc//Rfz輸入電阻： rsr=rbe（當(dāng) rbe〈〈Rb1//Rb2）輸出電阻： rsc≈Rc放大倍數(shù)： K39。圖 工作點穩(wěn)定狀態(tài) b 類放大器電路C．靜態(tài)工作點： Ub 、Uc 同左，但 Ie= ，Uce≈EcIc（Rc+Re+RF）ReUcF?交流等效電路： R39。靜態(tài)工作點： ,cbbcecEIIUEIRR?????交流等效電路： 輸入電阻 /fzcfz? srbf放大倍數(shù)： (1)fzbeKR??科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計17圖 共集電極放大器電路B. 反饋凡是引入反饋以后使放大鏡器的放大倍數(shù)減小的稱為負(fù)反饋。其中換反饋有電壓串聯(lián)負(fù)反饋贈，電流串聯(lián)負(fù)反饋贈，電壓并聯(lián)負(fù)反饋贈，電流并聯(lián)的負(fù)反饋。它與前述交流放大器的區(qū)別是交流放大器級與級之間加了三個隔離的直電流電容（即耦合電容）而直流放大器級與級之間沒有這個電路，故直流放大器又稱直接耦合放大器 運算放大器電路在直流差動放大器的輸入端子輸出端之間跨接各種網(wǎng)絡(luò)（如電阻 R電容 C 等） ，使構(gòu)成用來實現(xiàn)信號組合和運算的運算放大器，運算放大器通常是由放大電路組成，輸入級（第一級）由晶體管 T1 和 T2 組成差動放大鏡電路 T3 和 T4 是 T1 和 T2 的有源負(fù)載。運算放大器是一種具有高放大倍數(shù)，深度負(fù)反饋的直流放大器。有很大靈活性，尤其在線性固體組件出現(xiàn)后，有具有體積小，質(zhì)量輕等優(yōu)點，所以在實際中應(yīng)用固體組件運算放大器所組成的電路是多種多樣的。 集成運算放大器概述在信號放大，信號的運算（加、法、乘、除、對數(shù)、反對數(shù)、平方、開方） ，信號的處理（濾波、調(diào)制）以及波形的產(chǎn)生和變換的單元中，運算放大器是它們的核心部分， 由多級直接耦合放大電路組成，主要有，總體，偏置電路、單位增益轉(zhuǎn)換、電平轉(zhuǎn)移、恒流反饋、消振補償?shù)冉M成，主要參數(shù)有：差模開環(huán)增益（或差模開環(huán)放大倍數(shù)）AUD、共模開環(huán)增益 AUC、共模抑制比 KCMR、輸入失調(diào)電壓 Vi0 失調(diào)電壓溫度系數(shù)aUi0=dUi0/dT\輸入失調(diào)電流 Ii0=I1I，失調(diào)電流溫度系數(shù) aI10=dI10/dT，單位增益寬帶 fBWG、轉(zhuǎn)換速率 Sr 以及其他參數(shù)。接線圖見附圖。：當(dāng)按鍵被迫按下或釋放時，通常伴隨有一定的時間的觸點機械抖動，然后其獨占才穩(wěn)定下來，抖動時間一般為 5~10ms，在使用過程，必須去抖措施。B. 獨立工按鍵：獨立式按鍵是直接用 I/O 口線構(gòu)成的單個按鍵電路，其特點是每個按鍵單獨占用一根 I/O 口線，每個按鍵的工作不會其他 I/O 口線的狀態(tài)C. 矩陣式按鍵：單片機系統(tǒng)中，若使用按鍵分明，通常采用矩陣式（也稱行列式）鍵盤，如圖 所示：一個 4*4 的行列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個含有 16 個按鍵的鍵盤。其中，矩陣式鍵盤有以下幾種工作方式：：科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計20編程掃描是 CPU 完成其他工作的空余時間，調(diào)用鍵盤掃描子程序來響應(yīng)鍵盤輸入的要求，在執(zhí)行鍵功能程序時，CPU 不再響應(yīng)鍵輸入要求，直到 CPU 重新掃描鍵盤為止。：定時掃描方式就是每隔一段時間對鍵盤掃描一次，它利用單片機內(nèi)部的定時器產(chǎn)生一定時間定時，當(dāng)定時時間到就產(chǎn)生定時溢出中斷，CPU 響應(yīng)中斷后對鍵盤進行掃描。 LED 顯示器接口電路常用 LED 顯示器有 LED 狀態(tài)顯示器（俗稱發(fā)光二極管）LED 七段顯示器（俗稱數(shù)碼管和 LED 十六段顯示器，發(fā)光二極管可顯示兩種狀態(tài)，用于系統(tǒng)的顯示；數(shù)碼管用于數(shù)字的顯示；LED 十六段的顯示器，用于字符顯示）A．?dāng)?shù)碼管結(jié)構(gòu)：數(shù)碼管由 8 個發(fā)光二極管（以下簡稱字段）構(gòu)成，通過不同組合可用來顯示數(shù)字 AF 及小數(shù)點“.” 。B. 數(shù)碼管工作原理:共陽極數(shù)碼管 8 個發(fā)光二級管的陽極（二極管正端）連接在一起。共陰極數(shù)碼管 8 個發(fā)光二極管的陰極（二極管負(fù)端）連接在一起。C. 靜態(tài)顯示接口:靜態(tài)顯示是指數(shù)碼管顯示某一字符時，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定導(dǎo)通或恒定截止。較小的電流科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計21即可獲得較大亮度。D. 動態(tài)顯示接口:動態(tài)顯示是一位一位地輪流點亮各位數(shù)碼管。通常各位數(shù)碼管的段選線相應(yīng)并聯(lián)在一起由 8 位 I/O 口控制。動態(tài)方式顯示時，各數(shù)碼管分時輪流選通，要使穩(wěn)定顯示，必須采用掃描方式，即在某一時刻只選通一位數(shù)碼管。依此規(guī)律循環(huán)，即可使各位數(shù)碼管顯示將要顯示字符。圖 數(shù)碼管與單片機接口 抗干擾電路設(shè)計隨著強電弱電設(shè)備在通信計算機自動化等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。一方面，這是由于當(dāng)前電子技術(shù)正朝著高速、高靈敏度、高集程度方面的發(fā)展，增加了現(xiàn)代電子設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生電磁干擾的可能性；另一方面，使用隨著自動化技術(shù)裝備的廣泛使用，形成了電子設(shè)備和大功率強電設(shè)備在同一場合共存和使用的局面，惡化了電子電路工作的外部電磁環(huán)境?？萍即髮W(xué)畢業(yè)設(shè)計22 電磁干擾的形成因素電池干擾由電磁干擾源發(fā)射經(jīng)過耦合途徑傳輸?shù)奖桓蓴_設(shè)備（敏感設(shè)備）因此形成電磁干擾的要素有：電磁干擾源、傳輸通到、敏感設(shè)備。 單片機應(yīng)用系統(tǒng)電磁干擾控制的一般方法單片機應(yīng)用系統(tǒng)干擾源分為內(nèi)部干擾源和外部干擾源。單片機系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)主要包括以下四個方面的內(nèi)容：：元器件是構(gòu)成部件或系統(tǒng)的基礎(chǔ)。：元器件的精密度是保證系統(tǒng)完成設(shè)定功能重要保證。如 A/D 芯片的調(diào)零及滿量程調(diào)整。硬件抗干擾措施就能抑制系統(tǒng)的絕大部分干擾。：軟件抗干擾方法具有簡單、靈活方便、耗費硬件資源少的特點。常用的軟件抗干擾技術(shù)有：數(shù)字濾波、信息傳輸過程的自動檢驗，系統(tǒng)運行狀態(tài)監(jiān)視與發(fā)生故障時的自動恢復(fù)。通過合理的硬件抗干擾措施，可以消除絕大部分電磁干擾。下面做詳細(xì)介紹。屏蔽接地其原理可分為電場屏蔽、磁場屏蔽和電磁場屏蔽。另一種是應(yīng)用場理論.：實踐證明：良好的接地可以在很大程度上抑制系統(tǒng)內(nèi)部噪聲耦合。反之若接地處理得不好，會導(dǎo)致噪聲耦合，形成嚴(yán)重干擾。所謂“大地”這里是指電氣設(shè)備的金屬外殼，線路等通過通過接地線、接地極與地球大地的相連接。通路降低電磁感應(yīng)噪聲。稱“系統(tǒng)地“這是的所謂接地是指將各單元