【正文】 V S S8D A C 8 4 2 0 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 單片機 的選擇 目前單片機種類很多，如何選擇性價比最低、開發(fā)容易、開發(fā)周期最短的產(chǎn)品，是工程師考慮的主要問題之一。 本畢業(yè)設(shè)計采用的單片機為 AT89S52。 AT89S52有 40 個引腳， 32 個外部雙向輸入 /輸出 (I/O)端口，同時內(nèi)含 2 個外部中斷， 3 個16 位可編程定時 /計數(shù)器， 2 個全雙工串行通信口， 2 個讀寫端口， AT89S52 可以按常規(guī)方法進行編程也可以在線編程。為了下載及存儲記錄數(shù)據(jù)的方便采取 AT89S52 的單片機。 主要功能特性：兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 、 8k 可反復(fù)擦寫 (1000 次） Flash ROM 、 32 個雙向 I/O 口 、 256x8bit 內(nèi)部 RAM、 3 個 16 位可編程定時 /計數(shù)器中斷、時鐘頻率 024MHz、 2 個串行中斷、可編程 UART 串行通道、 2 個外部中斷源、共 6 個中斷源 、 2 個讀寫中斷口線、 3 級加密位、低功耗空閑和掉電模式。 圖 AT89S52的單片機實物圖 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 8255 擴展 I/O 口的設(shè)計 由于本設(shè)計的單片機 I/O 接口不夠用，所以進行 I/O 擴展。 8255 是 Intel 公司生產(chǎn)的可編程并行 I/O 接口芯片，有 3 個 8 位并行 I/O 口。 其各口功能可由軟件 選擇，使用靈活，通用性強。 8255 作為主機與外設(shè)的連接芯片，必須提 供與主機相連的 3 個 總線接口 ，即數(shù)據(jù)線、 地址線 、控制線接口。由于 8255 可編程 ,所以必須具有邏輯控制部分，因而 8255 內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為 3 個部分：與 CPU 連接部分、與外設(shè)連接部分、控制部分。由于8255 具有 3 個通道 A、 B、 C，所以只要兩根 地址線 就能尋址 A、 B、 C 口及 控制寄存器 ，故地址線為兩根 A0～ A1。各信號的 引腳 編號如下： （ 1） 數(shù)據(jù)總線 DB：編號為 D0～ D7，用于 8255 與 CPU 傳 送 8 位數(shù)據(jù)。 （ 3） 控制總線 CB： 片選信號 、 復(fù)位信號 RST、寫信號、讀信號。 2）與 外設(shè)接口 部分 根據(jù)定義， 8255 有 3 個通道 A、 B、 C 與 外設(shè) 連接，每個通道又有 8 根線與外設(shè)連接，所以 8255 可以用 24 根線與外設(shè)連接，若進行開關(guān)量控制，則 8255可同時控制 24 路開關(guān)。 （ 2） B 口：編號為 PB0～ PB7，用于 8255 向外設(shè)輸入輸出 8 位并行數(shù)據(jù)。 3）控制器 8255 將 3 個通道分為兩組，即 PA0～ PA7 與 PC4～ PC7 組成 A 組， PB0～ PB7與 PC0～ PC3 組成 B 組。 （ 2） B 組控制器：控制 B 口與下 C 口的輸入與輸出。 圖 8255擴展 I/O口電路圖 電源電路的設(shè)計 本設(shè)計需要三個電源，分別為 177。所以使用 CW790 CW780CW7815 三端固定正集成穩(wěn)壓器，使電源參輸出電壓穩(wěn)定在 177。該器件內(nèi)部設(shè)置有過熱保護和調(diào)整管安全工作區(qū)保護電路。 工作原理：如圖所示電路為輸出電壓 +5V、輸出電流 的穩(wěn)壓電源。 220V 交流電通過電源變壓器變換成交流低壓，再經(jīng)過橋式整流電路 D1 和濾波電容 C1 的整流和濾波，在固定式三端穩(wěn)壓器 LM7805 的 Vin 和 GND 兩端形成一個并不十分穩(wěn)定的直流電壓。 5V 和 15V 電源電路工作原理同上。三端穩(wěn)壓器是一種標準化、系列化的通用線性穩(wěn)壓電源集成電路，以其體積小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用簡捷方便等特點，成為目前穩(wěn)壓電源中應(yīng)用最為廣泛的一種單片式集成穩(wěn)壓器件 在穩(wěn)壓輸出方面效果極佳。 圖 電源電路圖 晶振電路的設(shè)計 晶體振蕩器，簡稱晶振。由于晶體自身的特性致使這兩個頻率的距離相當?shù)慕咏?，在這個極窄的頻率范圍內(nèi)，晶振等效為一個電感，所以只要晶振的兩端并聯(lián)上合適的電容它就會組成并聯(lián)諧振電路。 一 般的晶振振蕩電路都是在一個反相放大器的 兩端接入晶振，再有兩個電容分別接到晶振的兩端，每個電容的另一端再接到地，這兩個電容串聯(lián)的容量值就應(yīng)該等于負載電容，請注意一般 IC 的引腳都有等效輸入電容，這個不能忽略。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 2 4 J u n 2 0 1 3 S h e e t o f F i l e : C : \ U s e r s \ A d m i n i s t r a t o r \ D e s k t o p \ 2 2 完成電路 . D D BD r a w n B y :C20 . 0 1 u FC30 . 0 1 u FR 1 10 . 5 K+ 5 VC41 0 0 u FC12 2 0 0 u FV i n1GND2V o u t37 8 0 55V 電源電路D4T21234D3~ 2 2 0 V ~ 9 VC90 . 3 3 u FC 1 00 . 1 u FR 3 01 . 5 K+ 1 5 VC 1 11 0 0 u FC84 7 0 u FV i n1GND2V o u t37 8 1 51 5V 電源電路D2T11234D1~ 2 2 0 V ~ 1 8 VC 1 30 . 0 1 u FC 1 40 . 0 1 u FR 3 10 . 5 K 5 VC 1 51 0 0 u FC 1 22 2 0 0 u FV i n1GND2V o u t37 9 0 5 5 V 電源電路D6T31234D5~ 2 2 0 V ~ 9 V 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 振蕩器直接應(yīng)用于電路中，諧振器工作時一般需要提供 電壓來維持工作。 RR 的大小直接影響電路 的性能，也是各商家競爭的一個重要參數(shù)。本設(shè)計晶振頻率為 。晶振電路如圖 所示。而單片機復(fù)位電路設(shè)計的好壞，直接影響到整個系統(tǒng)工作的可靠性。 AT89S52 單片機在啟動運行時或者出現(xiàn)死機時需要復(fù)位，使 CPU 及其他功能部件處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。當 RST 從高電平變?yōu)榈碗娖?以后，單片機從 0000H 地址開始重新執(zhí)行程序。按鍵的時間決定了復(fù)位的時間。 圖 復(fù)位電路圖 溫度檢測電路的設(shè)計 由于退火爐的溫度檢測需要檢測退火爐內(nèi)平均溫度，所以前端熱電偶檢測電路選擇熱電偶平均溫度測溫電路。輸入放大 器的兩端毫伏值為三個熱電偶輸出熱電動勢的平均值，即 E=（ E1+E2+E3)/3，如三個熱電偶均工作在特性曲線的線性部分時，則代表各點溫度的算術(shù)平均值，為此，每個熱電偶需要串聯(lián)較大電阻。熱電偶檢測來的平均溫度經(jīng)過之后的濾波電路進入儀用放大器進行放大，放大后的信號為傳入 A/D 轉(zhuǎn)換器進行模 /數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后送入單片機。 儀用放大器 由 3 個運算放大器排成兩級：一個由兩運放組成的前置放大器，后面跟一個差分放大器。差分放大器抑制共模噪聲， 而且 能在需要時提供一定的附加增益。 原理分析： 在第一級電路中， V1,V2 分別加到 A1 和 A2 的同向端， R10 和兩個 R11 組成的反饋網(wǎng)絡(luò)，引入了負反饋，兩運放 A A2 的兩輸入端形成虛短和虛斷 211 VVVR ?? （ 31） 11RVR = 34212VVRR?? （ 32） 1 2 3 4 5 6 7 8ABCD87654321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eA3D a t e : 2 1 J u n 2 0 1 3 S h e e t o f F i l e : C : \ U s e r s \ A dm i n i s t ra t or \ D e s k t o p \ 2 1 完成電路 副本 . D D BD ra w n B y :C72 2 u FR S TR 1 80 . 1 KR 1 9 1K+ 5 VR E S E T 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 故得 ?? 43 VV2112RRR? *VR1= 2 1212(1 ) * ( )R VVR?? （ 33） 由求差電路關(guān)系可得： 4 4 20 3 4 1 23 3 12* ( ) * ( 1 ) * ( )R R RV V V V VR R R? ? ? ? ? ? ? （ 34） 所以電路的電壓增益為： 0 4 21 2 3 12* ( 1 )v V R RA V V R R? ? ? ?? （ 35） 具體計算過程如下： 放大倍數(shù)，如以下公式： fFPF RRRRK ??? )21( 1 （ 36） pFRK112? （ 37） fFF R?2 （ 38） 取 R1=， Rp=， RF=10K， Rf=2K，可得 KF=125， KF1=21， KF2=5。 圖 溫度檢測電路圖 1 2 3 4 5 6 7 8ABCD87654321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eA3D a t e : 2 1 J u n 2 0 1 3 S h e e t o f F i l e : C : \ U s e r s \ A dm i n i s t r a t or \ D e s k t o p \ 2 1 完成電路 副本 . D D BD r a w n B y :Rs2KC60 . 1 u FC52 . 2 u FR p 11 0 0 KRp0 . 4 7 KRf2KR24 . 7 KR14 . 7 KR 1 41 0 KRF1 0 KR 1 32K+ 5 V 5 V+ 5 V 5 V+ 5 V 5 VAR5 1KR c u 1K R7 1KR6 1K+ 5 VR 1 01KR31KR41K567U 1 BL M 3 2 4567U 2 BL M 3 2 4567U 3 BL M 3 2 4V1V2V3V4V p 3V n 3V 3 V 4V R p = V 1 V 2DE 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 I/V 轉(zhuǎn)換 電路的設(shè)計 本次畢業(yè)設(shè)計需要對天燃氣和空氣進行配比，保證 3:2 的 理想比例，所以需要對氣體流量進行檢測來達到實時監(jiān)控。 工作原理：轉(zhuǎn)換器用于將輸入電流信號轉(zhuǎn)換為與之成線性關(guān)系的輸出電壓信號。 根據(jù)節(jié)點方程可知： （ 39） 51 RUuRuR uu fNNfNO ???? （ 310） 故有 ffSffo URRRIRRRRu5511 ????????? ??? （ 311） 若取 ??200R 、 ?? kR 181 、 ?? kR 435 、 ?? kRf ，調(diào)整 Rp 使 VUf ? ，則當輸入電流20mA~4IS時，可求得 B 點輸出電壓為5V~0uo ?。 圖 I/V轉(zhuǎn)換電路圖 RIuu SPN ??1 2 3 4 5 6 7 8ABCD87654321DCBAT i t l