基于單片機stc89c52溫度控制系統的設計畢業設計說明書(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 傳感器與單片機的連接，其接口電路如圖 4所示。 顯示電路 led數碼管（ LED Segment Displays）由多個 發光二極管 封裝在一起組成“ 8”字型的器件，引線已在內部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。數碼管實際上是由七個發光管組成 8字形構成的，加上小數點就是 8個。這些段分別由字母 a,b,c,d,e,f,g,dp來表示。 當數碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會發亮，以形成我們眼睛看到的 2 個 8數碼管字樣了。如：顯示一 個“ 2”字，那么應當是 a亮 b亮 g亮 e亮 d亮 f不亮 c不亮 dp不亮。 LED數碼管有一般亮和超亮等不同之分，也有 、 1寸等不同的尺寸。小尺寸數碼管的顯示筆畫常用一個發光二極管組成，而大尺寸的數碼管由二個或多個發光二極管組成，一般情況下，單個發光二極管的管壓降為 ，電流不超過 30mA。發光二極管的陽極連接到一起連接到電源正極的稱為共陽數碼管，發光二極管的陰極連接到一起連接到電源負極的稱為共陰數碼管。 常用 LED數碼管顯示的數字和字符是 0、 A、 B、 C、D、 E、 F。透 過分時輪流控制各個 LED數碼管的 COM端，就使各個數碼管輪流受控顯示，這就是動態驅動。每位元數碼管的點亮時間為 1～ 2ms，由于人的視覺暫留現象及發光二極體的余輝效應，盡管實際上各位數碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩定的顯示資料，不會有閃爍感，動態顯示的效果和靜態顯示是一樣的，能夠節省大量的 I/O口，而且功耗更低。 LED數碼管要正常顯示，就要用驅動電路來驅動數碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數字，因此根據 LED數碼管的驅動方式的不同，可以分為靜態式和動態式兩類。 靜態顯示 靜態 驅動也稱直流驅動。靜態驅動是指每個數碼管的每一個段碼都由一個單片機的 I/O端口進行驅動，或者使用如 BCD碼二 十進制譯碼器譯碼進行驅動。靜態驅動的優點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用 I/O端口多，如驅動 5個數碼管靜態顯示則需要 5 8=40根 I/O端口來驅動，要知道一個 89S51單片機可用的 I/O端口才 32個呢：），實際應用時必須增加譯碼驅動器進行驅動，增加了硬件電路的復雜性。 動態顯示 LED數碼管動態顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態驅動是將所有數碼管的 8個顯示筆劃 a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數碼管的公共極 COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的 I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，單片機對位選通 COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數碼管的的 COM端，就使各個數碼管輪流受控顯示，這就是動態驅動。在輪流顯示過程中，每位數碼管的點亮時間為 1～ 2ms，由于人的視覺暫留現象及發光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數碼管并非同時點亮，但只 要掃描的速度足夠快，給人的印象 就是一組穩定的顯示數據，不會有閃爍感，動態顯示的效果和靜態顯示是一樣的，能夠節省大量的 I/O端口，而且功耗更低。 本系統利用動態顯示溫度值，其原理接線圖如下圖所示。 鍵盤接口電路電路 鍵盤接口電路是單片機系統設計非常重要的一環，作為人機交互界面里最常用的輸入設備。我們可以通過鍵盤輸入數據或命令來實現簡單的人機通信。在設計鍵盤電路與程序前，我們需要了解鍵盤和組成鍵盤的按鍵的一些知識。是觸點式開關按鍵，如機械式開關、導電橡膠式開關等；另一類是無觸點式開關按鍵，如電氣式按鍵，磁感應按鍵等。 前者造價低，后者壽命長。目前，微機系統中最常見的是觸點式開關按鍵（如本學習板上所采用按鍵）。一般來說，按鍵按照結構原理可分為兩類，一類是觸點式開關按鍵，如機械式開關、導電橡膠式開關等；另一類是無觸點式開關按鍵，如電氣式按鍵，磁感應按鍵等。前者造價低，后者壽命長。目前，微機系統中最常見的是觸點式開關按鍵（如本學習板上所采用按鍵）。 按鍵按照接口原理又可分為編碼鍵盤與非編碼鍵盤兩類，這兩類鍵盤的主要區別是識別鍵符及給出相應鍵碼的方法。編碼鍵盤主要是用硬件來實現對鍵的識別， 非編碼鍵盤主要是由軟件來實現鍵盤的識別。 全編碼鍵盤由專門的芯片實現識鍵及輸出相應的編碼，一般還具有去抖動和多鍵、竄鍵等保護電路，這種鍵盤使用方便，硬件開銷大，一般的小型嵌入式應用系統較少采用。非編碼鍵盤按連接方式可分為獨立式和矩陣式兩種，其它工作都主要由軟件完成。由于其經濟實用，較多地應用于單片機系統中（本學習板也采用非編碼鍵盤）。 在單片機應用系統中，通常使用機械觸點式按鍵開關，其主要功能是把機械上的通斷轉換成為電氣上的邏輯關系。也就是說，它能提供標準的 TTL邏輯電平，以便與通用數字系統的邏輯電平相容。此外，除了復位按鍵有專門的復位電路 及專一的復位功能外，其它按鍵都是以開關狀態來設置控制功能或輸入數據。當所設置的功能鍵或數字鍵按下時，計算機應用系統應完成該按鍵所設定的功能。因此，鍵信息輸入是與軟件結構密切相關的過程。 對于一組鍵或一個鍵盤，通過接口電路與單片機相連。單片機可以采用查詢或中斷方式了解有無按鍵輸入并檢查是哪一個按鍵按下，若有鍵按下則跳至相應的鍵盤處理程序處去執行，若無鍵按下則繼續執行其他程序機械式按鍵再按下或釋放時，由于機械彈性作用的影響，通常伴隨有一定時間的觸點機械抖動，然后其觸點才穩定下來。其抖動過程如圖1(a)所示，抖動 時間的長短與開關的機械特性有關，一般為 5～ 10 ms。從圖中可以看出，在觸點抖動期間檢測按鍵的通與斷狀態，可能導致判斷出錯。即按鍵一次按下或釋放被錯誤地認為是多次操作，這種情況是不允許出現的。為了克服按鍵觸點機械抖動所致的檢測誤判，必須采取去抖動措施，可從硬件、軟件兩方面予以考慮。一般來說，在鍵數較 /O口線浪費較大。對于比較復雜的系統或按鍵比較多的場合，可以用到矩陣鍵盤，圖 2(b)中所示的為 4 4的矩陣式鍵盤，其他矩陣式鍵盤的設計方法類似。 4 4的矩陣式鍵盤由 4根行線和 4根列線交叉構成，按鍵位于行列的交叉 點上，這樣就構成了 16個按鍵。其中交叉點的行列線是不連接的，當按鍵按下的時候，此交叉點處的行線和列線導通。圖 2(b) 行線通過上拉電阻接到 VCC上。當無鍵按下時，行線處于高電平狀態；當有鍵按下時，行、列線在交點導通，此時，行線電平將由與此行線相連的列線電平決定。這是識別按鍵是否按下的關鍵。然而，矩陣鍵盤中的每條行線與 4條列線相交，交點的按鍵按下與否均影響該鍵所在行線和列線的電平，各按鍵間將相互影響，鍵分析時必須將行線、列線信號配合起來作 適當處理，才能確定閉合鍵的位置。 值得注意的是本文介紹的矩陣鍵盤，在傳統 的矩陣鍵盤的輸出端加了一個四輸入與門芯片 74HC21。當四路輸入有一個為低電平的時候，輸出為低電平。將 74HC21的輸出端接到單片機的外部中斷 0（ P32管腳）上，這樣在實時性要求較高的情況下，設 P00~P03為全低等待按鍵觸發，當任何一個按鍵按下的情況下，系統都會進入中斷服務程序，提高了鍵盤響應時間，在系統實時性要求較高的情況下非常實用。 原理圖如下圖所示： 溫度控制電路 一般要校核轉向輪本設計是用單片機控制繼電器達到以弱控強的電路，下面再來介紹一下單片機和強電之間的橋 梁 電磁繼電器。 電磁繼電器是有觸點電繼電器的一種。它是利用電磁效應實現電路開、關控制作用的元件，廣泛應用在電子設備、儀器儀表及自動化設備中。在各種自動控制設備中，都要求用一個低壓電路提控制一個高壓的電氣電路。這樣不僅可以為電子線路和電氣電路提供良好的電隔離，還可以保護電子電路和人員安全。 首先看看繼電器的驅動 這是典型的繼電器驅動電路圖，這樣的圖在網絡上隨處可以搜到，并且標準教科書上一般也是這樣的電路圖。 單片機是一個弱電器件，一般情況下它們大都工作在 5V甚至更低。驅動電流在 mA級以下。而要 把它用于一些大功率場合，比如控制電動機，顯然是不行的。所以， 就要有一個環節來銜接，這個環節就是所謂的“功率驅動”。繼電器驅動就是一個典型的、簡單的功率驅動環節。在這里，繼電器驅動含有兩個意思 :一是對繼電器進行驅動，因為繼電器本身對于單片機來說就是一個功率器件：還有就是繼電器去驅動其他負載，比如繼電器可以驅動中間繼電器，可以直接驅動接觸器，所以，繼電器驅動就是單片機與其他大功率負載接口。這個很重要，因為，一直讓我們的電氣工程師 (我指的是那些沒有學習過相應的電子技術的 )感到迷惑不解的是 :一個小小的芯片，怎么會有 如此強大的威力來控制像電動機這樣強大的東西？ 怎么樣理解這個電路圖？ 要理解這個電路，其實也比較容易。那么請您按照我的思路來，應該沒有問題 : 首先的，里面的三極管很重要。三極管是電子電路里很重要的一個元件。怎么樣理解三極管呢？ 簡單的來說三極管有兩個作用一個是放大作用，一個是開關作用。 (嚴格來講開關作用是放大作用的極限情況，不過沒關系，把兩者分開，更便于理解它的工作原理 )。在這里，我們只了解它跟本電路有關的開關作用 首先把三極管想成一個水龍頭 上面的 VCC就是水池，繼電器是一個水輪機，下面的 GND是比水池低的任何一點。剛才說過，三極管就是水龍頭，它的把手就是那個帶有電阻的引腳。 現在，單片機的某一個需要控制這個繼電器電路的輸出引腳就是一只“手”，當單片機的這個引腳輸出低電平的時候，就像“手”在打開三極管“水龍頭”，水就從上往下流，繼電器“水輪機”就開始轉起來了。反之，如果是輸出高電平， 手”就開始關“水龍頭”，繼電器”水輪機”因為沒有水流下來，就會停止。 這就是三極管的開關作用簡單的理解和記憶就是：三極管是一個開關器件，其實你真的可以將它看成是一個開關，只不過它不是用手來控制，而是用電壓 (電流 )來控制的，因此，三極管有些時候也被稱做電子開關 (與機械開關相區別 )。圖上還有一個東西，是保護二極管，如果不需要深入理解的話，你大可不必追就為什么有它存在， 原理圖如下圖所示： 串口通信電路 一般要校核轉向輪智能儀表是隨著 80年代初單片機技術的成熟而發展起來的，現在世界儀表市場基本被智能儀表所壟斷。究其原因就是企業信息化的需要，企業在儀表選型時其中的一個必要條件就是要具有聯網 通信接口 。最初是數據 模擬信號 輸出簡單過程量，后來儀表接口是 RS232接口，這種接口可以實現點對點的通信方式，但這種方式不能實現聯網功能。隨后出現的 RS485解決了這個問題。 1. RS485的電氣特性：采用差分信號負邏輯，邏輯 0”以兩線間的電壓差為 +(2~6)V表示；邏輯 1以兩線間的電壓差為 (2~6)V表示。接口信號電平比 RS232C降低了，就不易損壞接口電路的芯片， 且 該電平與 TTL電平 兼容，可方便與 TTL電路 連接。 2. RS485的數據最高傳輸速率為 10Mbps。 3. RS485接口是采用平衡 驅動器 和差分 ,接收器的組合，抗共模干擾能力增強，即抗 噪聲干擾 性好。 4. RS485最大的通信距離約為 1219m，最大 傳輸速率 為 10Mbps，傳 輸速率與傳輸距離成反比，在 100KpbS的傳輸速率下，才可以達到最大的通信距離，如果需傳輸更長的距離，需要加 485中繼器。 RS485總線一般最大支持 32個 節點 ，如果使用特制的 485芯片，可以達到 128個或者 256個節點，最大的可以支持到 400個節點。 RS485 接口組成的 半雙工 網絡，一般是兩線制（以前有 四線制接法，只能實現 點對點 的通信方式，現很少采用），多采用屏蔽雙絞線傳輸。這種接線方式為 總線 式拓撲結構在同一總線上最多可以掛接 32個結點。在 RS485通信網絡中一般采用的是主從通信方式，即一個 主機 帶 多個從機。很多情況下，連接 RS485通信鏈路時只是簡單地用一對雙絞線將各個接口的“ A”、“ B”端連接起來。 RS485接口連接器采用 DB9的 9芯插頭座，與智能終端 RS485接口采用 DB9（孔），與鍵盤連接的鍵盤接口 RS485采用 DB9（針）。 另有一個問題是信號地，上述連接方法在許多場合是能正常工作的，但卻埋下了很大的隱患，這有二個原因： (1)共模干擾問題： RS485接口采用差分方式傳輸信號，并不需要相對于某個參照點來檢測信號，系統只需檢測兩線之間的電位差就可以了。但人們往往忽視了收發器有一定的共 模電壓范圍， RS485收發器共模電壓范圍為 7～ +12V，只有滿足上述條件，整個網絡才能正常工作。當網絡線路中共模電壓超出此范圍時就會影響通信的穩定可靠，甚至損壞接口。 (2)EMI(電磁兼容性 )問題：發送驅動器輸出信號中的共模部分需要一個返回通路，如沒有一個低阻的返回通道（信號地），信號中的共模部分就會以輻射的形式返回源端，整個總線就會像一個巨大的天線向外輻射電磁波。 由于 PC機默認的只帶有 RS232接口，有兩種方法可以得到 PC上位機的 RS485電路：（ 1）通過 RS232/RS485轉換電路將 PC機串口 RS232信號轉換成 RS485信號，對于情況比較復雜的