【正文】 溫度控制部分硬件設(shè)計 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 15 隨著鉛酸蓄 電池的 廣泛應(yīng)用，人們對蓄電池容量檢測的精度越來越高 。2 ℃ 范圍較為精確，且規(guī)定電池、水浴之間的距離，使之在反應(yīng)過程中不會相互影響。 2℃的要求。 所以對水浴溫度必須經(jīng)行精確的控制，本設(shè)計通過單片機(jī)控制雙向可控硅的導(dǎo)通 角來控制加熱器的電壓，從而實現(xiàn)對水浴為溫度的精確控制。 MOC3051 系列光電可控硅驅(qū)動器是美國摩托羅拉公司推出的器件，該器件的顯著特點是大大加強(qiáng)了靜態(tài) dv/dt 能力。該系列可以用來驅(qū)動工作電壓為 220V 的交流雙向可控硅。 ECI N I N +Q3M O C 3 0 5 1C1加熱器R21 0 k Q4T R I A CV C CV2P 1 . 2R3R5R4 圖 溫度輸出控制電路 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 16 ECI N I N +Q2T I L 1 1 7ECI N I N +Q1T I L 1 1 7R1200kG N DV1TAT C 4 5 8 4I N T 1 圖 過零檢測電路 圖中 MOC3051 是用以可靠驅(qū)動可控硅并實現(xiàn)強(qiáng)弱電的隔離，單片機(jī)的 負(fù)責(zé)驅(qū)動光耦。如圖 所示，在加熱回路中，可控硅的導(dǎo)通角變化會改變加熱器端的電壓， V2 是外供交流 220V 電源的接入口。這樣使得交流電壓過零時，無論是從正電壓變?yōu)樨?fù)電壓還是從負(fù)電壓變?yōu)檎妷?，都能夠在光耦的輸出?C上得到一個正向的階躍信號。單片機(jī)由此信號獲得每個正弦周期內(nèi)的二個過零點。在每個交流電壓的過零點，通過過零檢測電路給單片機(jī)外部中斷引腳發(fā)出中斷信號，單片機(jī)獲得控制周期的起點信號，控制可控硅關(guān)斷，并啟動定時器。假設(shè)定時器的定時時間為 T，則在交流電壓的一個正弦周期 20ms 內(nèi)。 而定時時間 T 卻是由水浴溫度和標(biāo)準(zhǔn)溫度的差值決定的。設(shè)計用的 AT89C51 和 DS18B20 的供電電壓均為 5V，另外反相放大器的供電電壓為 12V，所以本設(shè)計基于 LM7805 和LM7812 實現(xiàn) 5V 和 12V 的電源模塊。 電源電路可分為三大塊：變壓部分、安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 17 整流濾波部分、穩(wěn)壓部分 。然后再送去整流和濾波 。濾波電路常見的有電容濾波電路、電感濾波電路。穩(wěn)壓電路中我使用的是“三端固定輸出集成穩(wěn)壓器”，穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)輸入交流電源電壓波動、負(fù)載和溫 度變化時，維持輸出直流電壓的穩(wěn)定。 圖 是用三端式穩(wěn)壓器 LM7812 構(gòu)成的單電源電壓輸出串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的實驗電路圖。濾波電容 C C2 一般選取幾百～幾千微法。輸出端電容 C4( F)用以濾除輸出端的高頻信號，改善電路的暫態(tài)響應(yīng)。 1234D2B R I D G E 1C5100C7100T2T R A N S 1C60. 33C80. 1GNDV i n + 12VL2L M 781212VA C 220VG N D 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 18 圖 基于 LM7805 的穩(wěn)壓電源電路 恒流放電電路的設(shè)計 為了檢測蓄電池的容量，需要對電池進(jìn)行大電流放電，并且要保持電流的基本恒定。因此要在放電回路中加入恒流放電裝置，補(bǔ)償降低的電壓，使電流基本恒定。 Q5與 Q6三極管構(gòu)成調(diào)整環(huán)節(jié)。電壓隨著放電時間的延長而減小。該電壓與基準(zhǔn)電壓比較并經(jīng)放大環(huán)節(jié)放大后，經(jīng)控制調(diào)整環(huán)節(jié)使電路電流恒定。由于 AR3為反相放大器，因此，輸出電壓 Ub必然升高，從而使 Us升高，保證了放電電流的恒定。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 19 由于檢查不同種類的蓄電池時，要求放電電流的大小不同，因此電路的放電電流值必須是可調(diào)的，該電路節(jié)基準(zhǔn)電壓 E是由單片機(jī) 8位的 DA轉(zhuǎn)換器 DAC0832，在 經(jīng)過同相放大器放大作為基準(zhǔn)電壓，所以通過單片機(jī)調(diào)節(jié)基準(zhǔn)電壓 E，則改變了 Us與 E的比較值，從而就改變了恒流放電的電流值。 蓄電池的終止電壓為 ， Ia為 ，取 Ra=2Ω。 Rm： 1k， Rn： 2k。 MCS51單片機(jī)的并行口有 P0、 P P2 和 P3，由于 P0口是地址 /數(shù)據(jù)總線口， P2口是高 8位地址線， P3口具有第二功能，這樣，真正可以作為雙 向 I/O口應(yīng)用的就只有 P1 口了。 由于 MCS51單片機(jī)的外部 RAM 和 I/O 口是統(tǒng)一編址的，因此，可以把單片機(jī)外部 64K 字節(jié) RAM空間的一部分作為擴(kuò)展外圍 I/O口的地址空間。用于 P0口擴(kuò)展的專用芯片很多。 本設(shè)計采用的是 8155 經(jīng)行的擴(kuò)展 ，如圖 所示。所謂動態(tài)顯 示，就是單片機(jī)定時地對顯示器件掃描。但由于人的視覺暫留現(xiàn)象，所以，仍感覺到所有的器件都在“同時”顯示。動態(tài)顯示的亮度與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點亮?xí)r間和間隔時間的比例有關(guān)。 8155的 PA PA PA6口作為掃描口，由于單片機(jī) I/O口的驅(qū)動能力有限，所以要通過三極管 9015經(jīng)行電流放大，然后接顯示器公共端，同時起著開關(guān)控制的作用；經(jīng)過 IO的擴(kuò)展 8155芯片的 B口作為段數(shù)據(jù)口。用戶可以通過鍵盤向 CPU 輸入數(shù)據(jù)、地址和命令。顯示按鍵信息 省下了很多的 I/O 端口為他用 相反 獨立式按鍵雖編程簡單 但占用 I/O 口資源較多 不適合在按鍵較多的場合應(yīng)用。 矩陣式鍵盤又稱行列鍵盤 它是用 N 條 I/O 線作為行線 N 條 I/O 線作為列線組成的鍵盤。這樣鍵盤上按鍵的個數(shù)就為 N*N 個。 最常見的鍵盤布局如圖 般由 16個按鍵組成 在單片機(jī)中正好可以用一個 P 口實現(xiàn) 16個按鍵功能 這也是在單片機(jī)系統(tǒng)中最常用的形式 本設(shè)計就采用這個鍵盤模式。把單片機(jī)的 擴(kuò)展芯片 8155 的 A口 連接到“ 4*4行列式鍵盤 ”其中 PA0PA3 作為行 線 ， PC0PC3 作為列 線 ， 把 8155 的 PB 端口連接到共陰極“靜態(tài)數(shù)碼顯示模塊”區(qū)域中對應(yīng)的 a 到 g 端口上 系統(tǒng)首先通過 CPU 對全部鍵盤進(jìn)行掃描 ， 即把第一根行線置為“ 0”狀態(tài) 其余行線置于“ 1”狀態(tài) 讀入輸入緩沖器的狀態(tài) ， 若其狀態(tài)全為“ 1”表明該行無鍵按下 ， 再將第二根行線置為“ 0”狀態(tài) 同樣讀入輸入緩沖器的狀態(tài)如其狀態(tài)也全為“ 1” 則置第一根行線置為“ 0”狀態(tài) 以此類推 。 圖 鍵盤布局 P A 0P A 1P A 2P A 3P A 4P A 5P A 6P A 7P B 0P B 1P B 2P B 3P B 4P B 5P B 6P B 7P C 0P C 1P C 2P C 3P C 4P C 5A D 0A D 1A D 2A D 3A D 4A D 5A D 6A D 7CERDWRI O / MA L ET M R O U TT M R I NR E S E TV c c Vss8155S0S W P BS2S W P BS5S W P BS1S W P BS3S W P BS7S W P BS9S W P BS4S W P BS8S W P BSCS W P BSAS W P BS6S W P BSBS W P BSDS W P BSES W P BSFS W P BRq5 . 1 kRx5 . 1 kRy5 . 1 kRz5 . 1 k+ 5 V 圖 鍵盤硬件電路圖 按鍵功能說明： 09：數(shù)字鍵； A：設(shè)置； B： 確定； C：容量顯示切換； D：溫度顯示切換； E：電壓顯示切換； 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 23 F：電流顯示切換。當(dāng)蓄電池的的放電電壓達(dá)到 ， 如圖 ， 單片機(jī)的 ，經(jīng)過三極管 9015驅(qū)動蜂鳴器經(jīng)行報警。通信的基本方式分為并行通信和串行通信兩種。使用一條數(shù)據(jù)線，將數(shù)據(jù)一位一位地依次傳輸，每一位數(shù)據(jù)占據(jù)一個固定的時間長度。計算機(jī)和終端 之 間的數(shù)據(jù)傳輸 通常是靠電纜或信道上 的電壓或者電流 變化實現(xiàn)的。 串行通信又可以分為異步通信和同步通信。這里的 信息幀 與異步通信中的字符幀不同，通常含有若干個數(shù)據(jù)字符。字符幀由發(fā)送端逐幀發(fā)送，通過傳輸線被接收設(shè)備逐幀接收。 由于 AT89C51 單片機(jī)的 RXD 和 TXD 引腳為 TTL 電平。必須實行電平轉(zhuǎn)換， 232 電平轉(zhuǎn)換采用 MAX232 芯 片把 TTL 電平轉(zhuǎn)換為 RS232 電平格式，可用于單品機(jī)與微機(jī)通信，具體電路原理如圖 所示。 AT89C51單片機(jī)內(nèi)無 A/D轉(zhuǎn)換器，要外接 A/D，這里選用 8位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC0809。 ADC0809 是采樣頻率為 8 位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模 數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。 ： (1)8 路 8 位 A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率 8 位。 (3)轉(zhuǎn)換時間為 100μs 。 (5)模擬輸入電壓范圍 0～＋ 5V，不需零點和滿刻度校準(zhǔn)。 (7)低功耗，約 15mW。此地址經(jīng)譯碼選通 8 路 模擬輸入之一到比較器。下降沿啟動 A/D 轉(zhuǎn)換，之后 EOC 輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 25 正在進(jìn)行。當(dāng) OE 輸入高電平時，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。 IN0 輸入第一路蓄電池的電壓信號， IN1 輸入第一路蓄電池的電流信號， IN2 輸入第二路蓄電池的電壓信號， IN3 輸入第二路蓄電池的電流信號， IN4 輸入第三 路蓄電池的電壓信號， IN5 輸入第三路蓄電池的電流信號， IN6 輸入第四路蓄電池的電壓信號， IN7 輸入第 ,四路蓄電池的電流信號。 I N 2I N 1I N 0A D D AA D D BA D D CA L ED7D6D5D4D0V r e f ( )D2I N 3I N 4I N 5I N 6I N 7S T A R TE O CD3OEC L O C KV c cV r e f ( + )G N DD1A D C 0 8 0 9P 1 . 0P 1 . 1P 1 . 2P 1 . 3P 1 . 4P 1 . 5P 1 . 6P 1 . 7R S T / V p dP 3 . 0 ( R X D )P 3 . 1 ( T X D )P 3 . 2 ( I N T 0 )P 3 . 3 ( I N T 1 )P 3 . 4 ( T 0 )P 3 . 5 ( T 1 )P 3 . 6 ( W R )P 3 . 7 ( R D )X T A L 2X T A L 1V s sV c cP 0 . 0P 0 . 1P 0 . 2P 0 . 3P 0 . 4P 0 . 5P 0 . 6P 0 . 7E A / V p pA L E / P R O GP S E NP 2 . 7P 2 . 6P 2 . 5P 2 . 4P 2 . 3P 2 . 2P 2 . 1P 2 . 0A T 8 9 C 5 1UcN O TUaN O RUbN O R+ 5 VG N DU 1I 1U 2 I 2U 3I 3U 4I 4Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7EGD7D6D5D4D3D2D1D0L S 17 4 L S 3 7 3DC1Ua7 4 L S 7 4 D 圖 ADC0809 與 AT89C51 的接口電路 ADC0809 作為單片機(jī)的一個外部擴(kuò)展并行 I/O 口，口地址為 BFFFH。 OE為高電平時，打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)量輸送到數(shù)據(jù)總線上，同時啟動下一次轉(zhuǎn)換。芯片內(nèi)有兩級輸入寄存器，使之具備雙緩沖、單緩沖和直通三種輸入方式，以便適于各種電路的需要 (如要求多路 D/A 異步輸入、同步轉(zhuǎn)換等 )，本設(shè)計采用 雙緩沖 連接方式，接線圖如圖 所示。若需要相應(yīng)的模擬電壓信號，可通過一個高輸入阻抗的線性運算放大器實現(xiàn)。 (1)DI7～ DI0 ： 8位的數(shù)據(jù)輸入端， DI7 為最高位。 (3)IOUT2 ：模擬電流輸出端 2， IOUT2 與 IOUT1 的和為一個常數(shù)，即 IOUT1＋ IOUT2＝常數(shù)。 (5)VREF ：參考電壓輸入端，此端可接一個正電壓，也可接一個負(fù)電壓，它決定 0 至 255 的數(shù)字量轉(zhuǎn)化出來的模擬量電壓值的幅度， VREF 范圍為 (+10～10)V。 (6)Vcc ：芯片供電電壓，范圍為 (+5~ 15)V。 (8)DGND ：數(shù)