微機控制技術課程設計報告-電熱水壺系統設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 三態(tài)門處于導通狀態(tài),允許 1Q~8Q 輸出到 OUT1~OUT8,當 OE 端為高電平時,輸出三態(tài)門斷開,輸出線 OUT1~OUT8 稱為數據打入線,當74LS373 用作地址鎖存器時,首先應使三態(tài)門的使能信號 OE 為低電平,這時,當 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 G 端從高電平返回到低電平(下降沿)微機控制技術課程設計（論文）9時,輸入端(1D~8D)的數據鎖入 1Q~8Q 的 8 位鎖存器中。當用 74LS373 作為地址鎖存器時,它們的鎖存控制端 G 和 STB 可直接與單片機的鎖存控制信號端 ALE 相連,在 ALE 下降沿進行地址鎖存。 8255 輸出口擴展 8255 的引腳介紹8255 是可編程 RAM/IO 擴展器，片內有 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/計數器。還有地址鎖存器和多路轉換的地址/數據總線，可直接與 MCS51 單片微機相連接。因此還是 MCS51 應用系統最適用的擴展器件。圖 8255 的引腳圖AD0—AD7：三態(tài)地址/數據總線。連接 CPU 的底 8 位地址/數據總線。IO/M：RAM/IO 口選擇信號輸入端。CS：片選信號輸入端，8255 為 CS，低電平有效。RD：讀選通信號輸入端。低電平有效。WR：寫選通信號輸入段。低電平有效。RESET：復位信號輸入段。高電平有效，并初始化 3 個 I/O 口為輸入方式。PA0—PA7：A 口的 I/O 線、I/O 方向由命令字編程設定。PB0—PB7：B 口的 I/O 線、I/O 方向由命令字編程設定。PC0—PC7：C 口的 I/O 線，或 A 口和 B 口的狀態(tài)控制信號線。由命令字編程設定。Vcc：+5V 電源線。Vss: 接地線。8255 片內 256*8 位靜態(tài) RAM，在速度上與 MCS51 完全匹配。當 IO/M=0 時，CPU 對 8255 的RAM 進行讀寫，尋址范圍為 00H—0FFH。 8255 與 8051 的外部接口電路微機控制技術課程設計（論文）10圖 242 8255 與 8051 的外部接口電路由上圖可以看出 8051 通過地址鎖存器與 8255 相連， 8255 的片選信號 CS 及口地址選擇線A0、A1 分別由 8051 的 、 經地址鎖存器 74LS373 后提供。故 8255 的 A、B、C 口及控制口地址分別為 FF7CH、FF7DH、FF7EH、FF7FH。8255 的復位端與 8051 的復位端相連，都接到 8051 的復位電路上。必須根據外圍設備的類型選擇 8255 的操作方式，并在初始化程序中把相應控制字寫入操作口。8255 的編程如下：各端口地址是：A 口地址：FF7CH B 口地址：FF7DH C 口地址：FF7EH 控制口地址：FF7FH8255 的工作方式可由 CPU 寫入一個控制字到 8255 控制字寄存器來選擇。方式控制字共有八位，D7 位為置方式標志，有效為 1，假設要求 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。 單片機的抗干擾電路 光電隔離抗干擾的簡介單片機測控系統的開關信號，往往是通過芯片給出的低壓電流如 TTL 電平信號，這種電平信號一般不能直接驅動外設，而需經接口轉換等手段處理后才能用于驅動設備開啟或關閉，如不加隔離可能會串到測控系統中造成系統誤動作或損壞：因此在接口處理中亦應包括隔離技術。在開關量輸出通道中，為防止現場強電磁干擾或工頻電壓會通過輸出通道反串到測控系統，一般需采取通道隔離技術。最常見的隔離器件是光電隔離器。因為光信號的傳送不受電場、磁場的干擾，可以有效地隔離電信號。工程上常用的隔離方法有光電隔離器、變壓器、繼電器和集成組件等，而光電隔離器有獨特優(yōu)點得到廣泛應用。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/光敏復合晶體管、微機控制技術課程設計（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——電這種轉換，利用“光”這一環(huán)節(jié)完成隔離功能。 光電隔離器的原理電路圖 251 光電隔離器的原理電路在圖示的電路中，它是 GaAs 紅外發(fā)光二極管和光敏三極管組成。當發(fā)光二極管有正向電流通過時，即產生人眼看不見的紅外光，其光譜范圍為 700—1000nm。光敏三極管接收光以后便導通。而當該電流撤去時，發(fā)光二極管熄滅，三極管截止。利用這種特性即可達到開關控制的目的。由于該器件是通過電——光——電這種轉換來實現對輸出設備進行控制的，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構有關。 光電隔離的電路在一般微機控制系統中，由于大都采用 TTL 電平，不能直接驅動發(fā)光二極管，所以通常加一個驅動區(qū)，如 7406 和 7407 等。圖 252 光電隔離的電路當輸出 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狀態(tài)，VO 端輸出高電平；而當輸出控制電平為高電平時，7406 輸出為低電平，發(fā)光二極管導通，光電隔離器處于導通狀態(tài)，VO 端輸出低電平。需要注意的是光電隔離器的輸入輸出端兩個電源必須單獨供電，即用于驅動發(fā)光管的電源與驅動光敏管的電源不應是共地的電源，對于隔離后的輸出通道必須單獨供電，如上圖所示；否則，如果使用同一電源（或共地的兩個電源）外部干擾信號可能通過電源串到系統中來，當然，這里講的單獨供電，可以是單獨使用不同的電源，也可用 DCDC 變換的方法往輸出端提供一個與光電輸入端隔離的電源。如果從通斷功能來看，光電隔離器其實是一隔離開關。利用光電隔離器也可完成電平轉換，微機控制技術課程設計（論文）12其轉換后的輸出電平與其供電電壓值有關，而與光隔輸入端無關。圖 總電路框圖 鍵盤及顯示電路 鍵盤輸入特點按鍵所用開關為機械彈性開關，均利用了機械觸點的合、斷。一個電壓信號通過機械的斷開、閉合過程。 圖 鍵盤抖動波形圖由于機械觸點的彈性作用，一個按鍵開關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。因而，在閉合和斷開的瞬間均伴隨著一連串的抖動，抖動時間的長短由按鍵的機械特性決定，一般為 5~10ms，這是一個很重要的時間參數，在很多場合都要用到。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。按鍵的閉合與否，反應在電壓的上就是呈現出高電平或低電平，所以通過電平的高低狀態(tài)的檢測，便可確認按鍵按下沒有。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。 按鍵接口電路的消抖措施微機控制技術課程設計（論文）13消除按鍵抖動影響通常有硬件、軟件兩種方法。本系統采用雙穩(wěn)態(tài)消抖的硬件消抖方法。雙穩(wěn)態(tài)消抖的原理：圖 雙穩(wěn)態(tài)消抖電路原理圖圖 中用兩個與非門構成一個 RS 觸發(fā)器，當按鍵為按下時，輸出為 1，當按鍵按下時，輸出為 0。此時即使由于按鍵的機械性能使按鍵因彈性抖動而產生瞬間不閉合，只要按鍵不返回原始狀態(tài)，雙穩(wěn)態(tài)電路的狀態(tài)不會發(fā)生改變，輸出保持為 0，不會產生抖動的波形。這一點很容易通過分析 RS 觸發(fā)器的工作過程得到驗證。設按鍵首先處于 a 位置，此時 RS 觸發(fā)器的與非門輸出端 OUT1 為高電平 1，與非門 2 的輸出端 OUT2 為 0，此輸出引入到與非門 1 的一個輸入端，會把與非門 1 鎖住，使其固定輸出為 1。如果此時按下按鍵，即使按鍵在 a 位置因彈性而產生瞬間抖動，形成一連串的抖動波形，即與非門 1 輸入端出現了一連串的高和低電平，由于與非門 2 的輸入端在按鍵沒有到達 b 位置時始終是 0，所以無論與非門 1 輸入端的信號電平怎么變化，與非門 1 輸出端 OUT1 的輸出恒為 1。當按鍵到達 b 時，一旦與非門 2 的輸出端呈現低電平時，RS 觸發(fā)器將出現狀態(tài)的翻轉，此時，OUT2 端輸出為 1，OUT1 端輸出為 0，OUT1 又引回與非門 2 的一個輸入端，鎖住與非門 2，保證其輸出恒為 1，這樣即使按鍵出現抖動，也不會影響 OUT2 的輸出，因此 OUT1 的輸出也恒為 0。同樣，在松開按鍵的過程中，只要一接通 a，輸出為 1，在接通 a 的過程中，即使產生了彈性抖動，只要按鍵不與按鍵 b 發(fā)生接觸，RS 觸發(fā)器的輸出將保持不變。通過以上分析，可知，如果在按鍵信號輸入端加上一個 RS 觸發(fā)器就可以剔除按鍵抖動產生的干擾。 矩陣鍵盤的概述1)矩陣鍵盤的工作原理：按鍵設置在行、列線交點上，行、列線分別連接到按鍵開關的兩端。行線通過上拉電阻接到+5V 上。平時無按鍵動作時，行線處于高電平狀態(tài)，而當有按鍵按下時，行線電平狀態(tài)將由與此行線相連的列線電平決定。列線電平如果為低,則行線電平為低，列微機控制技術課程設計（論文）14線電平如果為高，則行線電平亦為高。矩陣鍵盤中行、列線為多用鍵共用，各按鍵均影響該鍵所在行和列的電平。因此個按鍵彼此將相互發(fā)生影響，所以必須將、列線信號配合起來并作適當的處理，才能確定閉合鍵的位置。2)按鍵的識別方法矩陣鍵盤按鍵的識別方法分兩步進行：第一步，識別鍵盤有無鍵被按下；第二步，如果有鍵被按下，識別出具體的按鍵。識別鍵盤有無鍵按下的方法是讓所有列線均置為 0 電平，檢查各行線電平是否有變化，如果有變化，則說明有鍵被按下，如果沒有變化，則說明無鍵被按下（實際編程時應考慮按鍵抖動的影響，通常總是采用軟件延時的方法進行消抖處理） 。識別具體按鍵的方法是（亦稱為掃描法）：逐行置零電平，其余各列置為高電平，檢查各行線電平的變化，如果某行電平由高電平變?yōu)榱汶娖剑瑒t可確定此行此列交叉點處的按鍵被按下。3)鍵盤的工作方式單片機應用系統中，鍵盤掃描只是 CPU 的工作內容之一。CPU 在忙于各項工作任務時,如何兼顧鍵盤的輸入，取決于鍵盤的工作方式。鍵盤的工作方式的選取應根據實際應用系統中 CPU工作的忙，又要不過多占用 CPU 的工作時間。通常，鍵盤工作方式有三種，即：編程掃描、定時掃描和中斷掃描。CPU 對鍵盤的掃描采用程序控制方式，一旦進入鍵掃描狀態(tài),則反復地掃描鍵盤，等待用戶從鍵盤上輸入命令或數據。而在執(zhí)行鍵入命令或處理輸入數據過程中，CPU 將不再響應鍵入要求，直到 CPU 返回重新掃描鍵盤為止。由圖 264 可見鍵盤采用編程掃描方式工作，PB 口輸出逐行掃描信號，PA 口輸入 8 位列信號，均為低電平有效。8255A 的 A0、A1 上，CS 與 相接，WR、RD 分別與 8051 的 WR、RD 相連。 LED 顯示原理及顯示方式1)LED 顯示器結構LED 顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件。在單片機應用系統中通常使用的是 7 段LED。這種顯示塊有共陰極和共陽極兩種。圖 LED 顯示器引腳圖共陰極 LED 顯示塊的發(fā)光二極管陰極共地。當某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮；共陽極 LED 顯示塊的發(fā)光二極管陽極并接。微機控制技術課程設計（論文）15通常的 7 段 LED 顯示塊中有 8 個發(fā)光二極管，故也有人叫做 8 段顯示器。其中 7 個發(fā)光二極管構成 7 筆字型“8” 。7 段顯示塊與單片機接口非常容易。只要將一個 8 位并行輸出口語顯示塊的發(fā)光二極管因交相聯即可。8 位并行輸出口輸出不同的字節(jié)數據即可獲得不同的數字或字符，通常將控制發(fā)光二極管的 8 位字節(jié)數據成為段選碼。共陽極于共陰極的段選碼互為補數。2)LED 顯示器的顯示方式在單片機應用系統中使用 LED 顯示塊構成 N 位 LED 顯示器。N 根 LED 顯示器由 N 根位選線和8*N 根段選線。根據顯示方式不同，為選線與段選線的連接方法不同。段選線控制字符選擇，為選線控制顯示位的亮、暗。LED 顯示器由靜態(tài)現實與動態(tài)顯示兩種方式。3)LED 動態(tài)顯示方式的原理在多位 LED 顯示時，為了簡化電路，降低成本，將所有位的段選線并聯在疫區(qū)，由一個 8位 I/O 口控制，形成段選線的多路復用，而共陰極點火供養(yǎng)幾點分別由相應的 I/O 口線控制，實現各位的分時選通。8 位 LED 動態(tài)顯示電路只需要兩個 8 位 I/O 口。其中一個控制段選碼，另一個控制位選。由于所有位的段選碼皆由一個 I/O 控制，因此，在每個瞬間，8 位 LED 只可能顯示相同的字幅。要向每位顯示不同的字符，必須采用掃描顯示方法。即在每一瞬間只使某一位顯示相應字符。在此瞬間，段選控制輸出相應字符段選碼，位選控制 I/O 口在該顯示位送入選通電平（共陰極送低電平、共陽極送高電平）以保證該位顯示相應字符。如此輪流，使每位顯示該位應顯示字符，并保持延時一段時間，以保存視覺暫留效果。動態(tài)顯示方式需要較大的驅動電流，所以一般都是通過驅動器來驅動 LED 的。現實的亮度同驅動電流大小、電亮時間和關斷時間有關，調整電流大小和時間參數（掃描頻率） ，可以控制LED 顯示亮度并穩(wěn)定顯示。 系統應用對于顯示部分，從 8255 輸出的顯示信息經 74LS373 鎖存緩沖，用來對 LED 的各段進行段選，各位 LED 顯示器采用共陰極接法，通過控制陰極的電位來實現各位的選通。通過 8255 的掃描輸出經 2022 來實現位選，用來顯示設定的溫度值和當前的溫度值，以便進行調節(jié)。鍵盤部分采用13 鍵盤矩陣，列回復信號送