【正文】 ....................................................245 總結(jié) ................................................................................................................................25致 謝 ..............................................................................................................................26參考文獻(xiàn) ..............................................................................................................................27附錄一 ..................................................................................................................................28附錄二 ..................................................................................................................................29微機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)（論文）11 引言 熱水壺工作原理單片機(jī)控制熱水壺的硬件構(gòu)成包括 8051 芯片、8255 芯片、地址鎖存器等組成的單片機(jī)控制電路、溫度檢測電路、A/D 轉(zhuǎn)換電路、光電隔離電路、鍵盤及顯示電路和溫度加熱電路。 熱水壺的工作情況對于常規(guī)的電熱水壺，只要接通電源，就開始加熱，直到水沸騰后通過蒸汽來產(chǎn)生聲音報(bào)警。2)當(dāng)只需要加熱到沸點(diǎn)以下某一溫度時，不能及時給出聲音報(bào)警信號。針對以上不足，在本設(shè)計(jì)方案中，用 MC51 單片機(jī)作為控制芯片，管理整個電熱水壺的工作情況，構(gòu)成了一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，而且增加了三個按鍵和六位數(shù)碼管顯示。上電復(fù)位后，設(shè)置溫度初值為 20 度，每按一下按鍵，溫度設(shè)置值就會增加 1 度，整個溫度設(shè)置值在 20—100 度之間循環(huán)。當(dāng)每次電源接通后，只有按鍵按下過之后，電熱水壺才開始加熱，這樣，可以防止電源誤接通時電熱水壺一直加熱，引發(fā)事故。4)三位數(shù)碼管在設(shè)置溫度操作時顯示當(dāng)前設(shè)置的溫度，另三位數(shù)碼管其余時間實(shí)時顯示電熱水壺中水的實(shí)際溫度。整個系統(tǒng)的關(guān)鍵電路是單片機(jī)控制電路，是整個控制的核心，完成信號的輸入和輸出的轉(zhuǎn)換，即可將溫度檢測電路采樣的輸入的信號通過 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809 進(jìn)行處理加工后輸出到顯示器進(jìn)行顯示，并可以通過鍵盤對溫度進(jìn)行控制，如此同時當(dāng)水加熱超過指定的溫度以后，蜂鳴器工作報(bào)警。 溫度檢測電路和 A/D 轉(zhuǎn)換器的電路 AD590 溫度傳感器的概念A(yù)D590 是一種二端式的集成溫度傳感器。2)電壓為+4~+30V，由于 AD590 是一種恒流源形式的溫度傳感器，只需在其二端加上一定工作電壓則其輸出電流隨溫度變化而變化， ，即溫度每變化 1℃，其輸出電流變化 1μA；它以熱力微機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)（論文）3學(xué)溫標(biāo)零點(diǎn)作為零輸出點(diǎn)，因此在 25℃時，其輸出電流為 。由于 AD590 是一種電流型的溫度傳感器，因此具有較強(qiáng)的抗干擾能力，適用于計(jì)算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)距離溫度測量和控制，遠(yuǎn)距離信號傳遞時，可采用一般的雙絞線來完成，其電阻比較大，因此不需要精密電源對其供電，長導(dǎo)線上的壓降一般不影響測量精度；不需要溫度補(bǔ)償和專門的線性電路。電壓經(jīng)過四個二極管兩兩導(dǎo)通整流濾波后，再經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)換芯片 7805 就可以將原來交流 220V 的電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓為+5V，即可以得到報(bào)警電路和溫度檢測電路所需要的電壓值。圖 溫度檢測電路當(dāng)傳感器 AD590 所處溫區(qū)發(fā)生 1℃的溫度變化時，流過其所在回路的電流即產(chǎn)生 1μA 的變化，則其輸出電壓的變化為： CmVKCAV??????/10*/10?微機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)（論文）4在本系統(tǒng)中通過溫度集成器 AD590 對外部55~+150℃范圍內(nèi)的溫度進(jìn)行采樣，在 AD590 的兩端分別接地和接電源，得到一定的壓差，因此會得到相應(yīng)的工作電壓，其輸出電流會隨溫度變化而變化。 A/D 轉(zhuǎn)換器電路原理和電路接口圖A/D 轉(zhuǎn)換一般都設(shè)置在前向通道中，它將外界輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)總線能接受的數(shù)字量。要選擇好的 A/D轉(zhuǎn)換器芯片，選擇 A/D 轉(zhuǎn)換芯片的原則從轉(zhuǎn)換精度、轉(zhuǎn)換速度、模擬信號輸入通道數(shù)以及成本、供貨來源等全面考慮。一般來說，A/D 轉(zhuǎn)換芯片輸入的模擬電壓都有規(guī)定的要求，如 0~+5V，0~+10V，0~+2V 等，因此要考慮到傳感器輸出信號與之匹配。其主要原理為：將一待轉(zhuǎn)換的模擬輸入信號 U1n 與一個推測信號 Ur 相比較，根據(jù)推測信號大于還是小于輸入信號來決定增大還是減少該推測信號相等時，向 D/A 轉(zhuǎn)換器輸入的數(shù)字就是對應(yīng)模擬輸入量的數(shù)字量。若模擬輸入信號 U1n 小于推測信號 U1，則比較器輸出為零，并使該位清零；若模擬輸入信號 U1n 大于推測信號 U1，比較器輸出為 1，并使該位保持位 1。此時，D/A 轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸入即為對應(yīng)模擬輸入信號的數(shù)字量，將此數(shù)字輸入就完成了 A/D 轉(zhuǎn)換過程。雙列直插 28 引腳封裝。ADC0809 引腳功能說明如下：IN0——IN7：8 路輸入通道的模擬量輸入端。 ALE： 地址鎖存允許。START：為啟動控制輸入端。EOC： 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出端，高電平有效。COLCK：時鐘輸入端。微機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)（論文）5D0——D7：8 位數(shù)字輸出段。GND：接地端。ADC0809 轉(zhuǎn)換器將信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，再將數(shù)字信號傳入 8051 進(jìn)行微處理，通過 LED 顯示溫度。通道地址 A，B，C 由數(shù)據(jù)總線 DB0，DB2，DB2 提供。 單片機(jī) 8051 芯片介紹和主要電路 MCS51 單片微機(jī) 8051 內(nèi)部部件和接口電路MCS5 單片微機(jī) 8051 內(nèi)部包含如下部件：8 位 CPU振蕩器和時鐘電路4K/8K 字節(jié)的程序存貯器?？蓪ぶ吠獠砍绦虼尜A器和數(shù)據(jù)存貯器，各 64K 字節(jié)。32 線并行 I/O 口。2/3 個 16 位定時器/計(jì)數(shù)器。微機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)（論文）6具有位尋址功能，有較強(qiáng)的布爾處理能力。這些引腳構(gòu)成了 MCS51 單片機(jī)片外三總線結(jié)構(gòu)：1)地址總線（AB）：地址總線寬度為 16 位，因此，其外部存儲器直接尋址為 64K 字節(jié)，16位地址總線由 P0 口經(jīng)地址鎖存器提供低 8 位地址（A0~A7） ；P0 口直接提供高 8 位地址（A8~A15） ?？刂瓶偩€（CB）：由四根獨(dú)立控制線 RESET、EA、ALE、Error!組成。MCS51 單片機(jī)芯片內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這是 MCS51 單片機(jī)的內(nèi)部時鐘方式。 單片機(jī)的復(fù)位電路1)復(fù)位電路的復(fù)位類型微機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)（論文）7通常單片機(jī)復(fù)位操作有上電復(fù)位、信號復(fù)位、運(yùn)行監(jiān)視復(fù)位。2)主要復(fù)位電路（1）上電復(fù)位和開關(guān)復(fù)位組合電路：在單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，經(jīng)常會使用上電復(fù)位和手動復(fù)位，最常用的上電復(fù)位和開關(guān)復(fù)位組合電路為：圖 234 上電復(fù)位和開關(guān)復(fù)位組合電路在這兩種簡單復(fù)位電路中，干擾容易串人復(fù)位端，在大多數(shù)情況下，不會造成單片機(jī)錯誤復(fù)位，但會引起內(nèi)部某些寄存器錯誤復(fù)位。如果應(yīng)用現(xiàn)場干擾嚴(yán)重，或整個系統(tǒng)干擾嚴(yán)重，引起單片機(jī)復(fù)位，可采用屏蔽的辦法解決，如加屏蔽網(wǎng)或移動位置等。圖 抗干擾上電復(fù)位 中斷優(yōu)先級8051 單片機(jī)提供了 5 個中斷源，其中兩個為中斷源，由 INT0、INT1 輸入；I/O 設(shè)置中斷請求信號，或掉電故障等異常事件中斷請求信號都可作為外部中斷源連 INT0、INT1。這些中斷請求源分別由 MCS51 的特殊功能寄存器 TCON 和 SCON 的相應(yīng)位鎖存。為了實(shí)現(xiàn)這些規(guī)定，中斷系統(tǒng)中設(shè)有兩個不可尋址的優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器，其中一個用來指出正在服務(wù)于高優(yōu)先級中斷，并阻止其他所有中斷的響應(yīng)。當(dāng)同時接受到幾個優(yōu)先級相同的中斷請求時，則由內(nèi)部查詢次序來確定響應(yīng)哪一個中斷請求。處理器響應(yīng)中斷時，先置相應(yīng)的優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器（該觸發(fā)器指出 CPU 開始處理的中斷優(yōu)先級別）然后執(zhí)行一個硬件子程序的調(diào)用使控制轉(zhuǎn)移查詢次序如下：1)IE0 （外中斷 INT0） 最高優(yōu)先級 0003H2)TF0 （定時器 0 溢出中斷） 000BH3)IE 1 （外中斷 INT1） 0013H4)TF1 （定時器 1 溢出中斷） 001BH5)RI+TI （串行口中斷） 0023H6)TF2+EXF2 （定時器 2 溢出中斷） 最低優(yōu)先級 002BH這種“同級內(nèi)的優(yōu)先級” ，僅用來解決相同優(yōu)先級中斷源同時請求中斷的情況，而不能中斷正在執(zhí)行的同優(yōu)先級的中斷。通常,地址鎖存器可使用帶三態(tài)緩沖輸出的八 D 鎖存器 74LS373 或 8282，也可以使用帶清除端的八 D 鎖存器 74LS273，地址鎖存信號為 ALE。圖 74LS373 的結(jié)構(gòu)圖當(dāng)三態(tài)門的使能信號線 OE 為低電平時,三態(tài)門處于導(dǎo)通狀態(tài),允許 1Q~8Q 輸出到 OUT1~OUT8,當(dāng) OE 端為高電平時,輸出三態(tài)門斷開,輸出線 OUT1~OUT8 稱為數(shù)據(jù)打入線,當(dāng)74LS373 用作地址鎖存器時,首先應(yīng)使三態(tài)門的使能信號 OE 為低電平,這時,當(dāng) G 輸入端為高電平時,鎖存器輸出(1Q~8Q)狀態(tài)和輸入端(1D~8D)狀態(tài)相同,當(dāng) G 端從高電平返回到低電平(下降沿)微機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)（論文）9時,輸入端(1D~8D)的數(shù)據(jù)鎖入 1Q~8Q 的 8 位鎖存器中。 8255 輸出口擴(kuò)展 8255 的引腳介紹8255 是可編程 RAM/IO 擴(kuò)展器，片內(nèi)有 256*8 位靜態(tài) RAM，2 個 8 位和 1 個 6 位可編程并行I/O 接口，以及 1 個 14 位可編程定時器/計(jì)數(shù)器。因此還是 MCS51 應(yīng)用系統(tǒng)最適用的擴(kuò)展器件。連接 CPU 的底 8 位地址/數(shù)據(jù)總線。CS：片選信號輸入端，8255 為 CS，低電平有效。低電平有效。低電平有效。高電平有效，并初始化 3 個 I/O 口為輸入方式。PB0—PB7：B 口的 I/O 線、I/O 方向由命令字編程設(shè)定。由命令字編程設(shè)定。Vss: 接地線。當(dāng) IO/M=0 時，CPU 對 8255 的RAM 進(jìn)行讀寫，尋址范圍為 00H—0FFH。故 8255 的 A、B、C 口及控制口地址分別為 FF7CH、FF7DH、FF7EH、FF7FH。必須根據(jù)外圍設(shè)備的類型選擇 8255 的操作方式，并在初始化程序中把相應(yīng)控制字寫入操作口。方式控制字共有八位，D7 位為置方式標(biāo)志，有效為 1，假設(shè)要求 8255 工作方式 0，且 A 口作為輸出，B 口作為輸出，C 口作為輸入，則可得控制字為 81H。在開關(guān)量輸出通道中，為防止現(xiàn)場強(qiáng)電磁干擾或工頻電壓會通過輸出通道反串到測控系統(tǒng)，一般需采取通道隔離技術(shù)。因?yàn)楣庑盘柕膫魉筒皇茈妶?、磁場的干擾，可以有效地隔離電信號。光電隔離器的種類繁多，常用的有發(fā)光二極管/光敏三極管、發(fā)光二極管/光敏復(fù)合晶體管、微機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)（論文）11發(fā)光二極管/光敏電阻，發(fā)光二極管/光觸發(fā)可控硅等，但從其隔離方法這一角度來看，都是一樣的，即都通過電——光——電這種轉(zhuǎn)換，利用“光”這一環(huán)節(jié)完成隔離功能。當(dāng)發(fā)光二極管有正向電流通過時，即產(chǎn)生人眼看不見的紅外光，其光譜范圍為 700—1000nm。而當(dāng)該電流撤去時，發(fā)光二極管熄滅，三極管截止。由于該器件是通過電——光——電這種轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)對輸出設(shè)備進(jìn)行控制的，彼此之間沒有電氣連接，因而起到隔離作用，隔離電壓與光電隔離器的結(jié)構(gòu)有關(guān)。圖 252 光電隔離的電路當(dāng)輸出 TTL 電平為低電平時，7406 輸出為高電平，發(fā)光二極管截止，光電隔離器處于截止?fàn)顟B(tài)，VO 端輸出高電平；而當(dāng)輸出控制電平為高電平時，7406 輸出為低電平，發(fā)光二極管導(dǎo)通，光電隔離器處于導(dǎo)通狀態(tài)，VO 端輸出低電平。如果從通斷功能來看，光電隔離器其實(shí)是一隔離開關(guān)。圖 總電路框圖 鍵盤及顯示電路 鍵盤輸入特點(diǎn)按鍵所用開關(guān)為機(jī)械彈性開關(guān)，均利用了機(jī)械觸點(diǎn)的合、斷。 圖 鍵盤抖動波形圖由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一個按鍵開關(guān)在閉合時不會馬上穩(wěn)定地接通，在斷開時也不會一下斷開。按鍵的穩(wěn)定閉合時間由操作人員的按鍵動作持續(xù)時間決定，一般為十分之幾秒到幾秒時間。為了確保按鍵的狀態(tài)，必須消除按鍵抖動的影響，這也是按鍵抗干擾的主要的一個方面。本系統(tǒng)采用雙穩(wěn)態(tài)消抖的硬件消抖方法。此時即使由于按鍵的機(jī)械性能使按鍵因彈性抖動而產(chǎn)生瞬間不閉合，只要按鍵不返回原始狀態(tài)，雙穩(wěn)態(tài)電路的狀態(tài)不