基于單片機(jī)的電熱水壺控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、 PAGE36 / NUMPAGES41基于單片機(jī)的電熱水壺控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要本論文設(shè)計(jì)介紹了MCS-51系列單片機(jī)為控制芯片，對(duì)電熱水壺工作進(jìn)行控制的方法。通過(guò)電加熱電路對(duì)水進(jìn)行加熱，并對(duì)水的溫度進(jìn)行采樣，采樣信號(hào)通過(guò)ADC0809將數(shù)字量送入單片機(jī)系統(tǒng)，經(jīng)微機(jī)處理后，結(jié)合鍵盤(pán)控制實(shí)現(xiàn)LED顯示，并可實(shí)現(xiàn)對(duì)水的溫度的控制和超過(guò)水溫的報(bào)警系統(tǒng)。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(cè)電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、光電隔離電路、鍵盤(pán)與顯示電路和溫度加熱電路。整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵電路是單片機(jī)控制電路，完成信號(hào)的輸入和輸出的轉(zhuǎn)換，即可將溫度檢測(cè)電路采樣的

2、輸入信號(hào)通過(guò)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(guò)控制器控制溫度，同時(shí)當(dāng)水加熱超過(guò)指定的溫度以后，蜂鳴器工作報(bào)警。關(guān)鍵字 ：?jiǎn)纹瑱C(jī)；溫度控制；控制器Based on the single chip microcomputer control systemdesign of electric heating kettleAbstractThe thesisintroducts the method of use the series of MCS-51 one-chip computer which is the control chip to control

3、the work of kettle heat with electric energy. Through electric heated circle, the water will be heated, then sample the temperature of the water. The sampling signal will set the mimic to the system of single chip computer through ADC0809, after is processed by the computer and controlled by the key

4、board, it will be showed by LED monitor, at the same time, thesystem can control the temperature beyond the setting, the system of alarm will run.The hardware of the one-chip computer controls the thermos which includes 8051 chips, 8255 chips, one-chip computer control circuit that address latch,etc

5、. make up temperature-measure circuit , circuit is changes by A/D, light-electricity and isolation circuit, keyboard and shows circuit、temperature heated circuit .The key circuit of the whole system is a control circuit of one-chip computer, finish the input and output of the signal conversion, can

6、measure temperature sampled signal of input circuit which will deal with after processing then set to display and show to go on to outputting through A/D converter ADC0809, and can control the temperature through the keyboard, after heating and exceeding designated temperature in water, at the same

7、time, the buzzer is sound so as to alarm.Key words: one-chip computer; temperature control; controller目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc324369039摘要 PAGEREF _Toc324369039 h IHYPERLINK l _Toc324369040Abstract PAGEREF _Toc324369040 h IIHYPERLINK l _Toc3243690411 緒論1HYPERLINK l _Toc3243690421.1 電熱水壺選題

8、目的1HYPERLINK l _Toc3243690431.2 電熱水壺的研究意義1HYPERLINK l _Toc3243690441.3 電熱水壺的發(fā)展現(xiàn)狀1HYPERLINK l _Toc3243690451.4 電熱水壺的設(shè)計(jì)方法 PAGEREF _Toc324369045 h 2HYPERLINK l _Toc3243690462 熱水壺控制系統(tǒng)總體概述3HYPERLINK l _Toc3243690472.1 熱水壺的設(shè)計(jì)方案3HYPERLINK l _Toc3243690482.2 MCS-51單片機(jī)控制系統(tǒng)的總體介紹3HYPERLINK l _Toc3243690482.3總體

9、方案論證4HYPERLINK l _Toc3243690493 電熱水壺控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)5HYPERLINK l _Toc3243690503.1 溫度檢測(cè)電路和A/D轉(zhuǎn)換器的電路5HYPERLINK l _Toc3243690513.1.1 AD590溫度傳感器概述5HYPERLINK l _Toc3243690523.1.2 溫度檢測(cè)電路6HYPERLINK l _Toc3243690533.1.3 A/D轉(zhuǎn)換器電路原理和電路接口圖7HYPERLINK l _Toc3243690543.2 單片機(jī)8051芯片介紹和主要電路9HYPERLINK l _Toc3243690553.2.1 M

10、CS-51單片微機(jī)8051引腳介紹和接口電路9HYPERLINK l _Toc3243690563.2.2 振蕩電路和時(shí)鐘電路11HYPERLINK l _Toc3243690573.2.3 單片機(jī)的復(fù)位電路12HYPERLINK l _Toc3243690583.2.4 中斷優(yōu)先級(jí)13HYPERLINK l _Toc3243690593.2.5 74LS373地址鎖存器芯片介紹14HYPERLINK l _Toc3243690603.3 8255輸出口擴(kuò)展15HYPERLINK l _Toc3243690613.3.1 8255的引腳介紹15HYPERLINK l _Toc324369062

11、3.3.2 8255與8051的外部接口電路16HYPERLINK l _Toc3243690633.4 單片機(jī)的抗干擾電路17HYPERLINK l _Toc3243690643.4.1光電隔離抗干擾的簡(jiǎn)介17HYPERLINK l _Toc3243690643.4.2 光電隔離器的原理電路18HYPERLINK l _Toc3243690653.4.3 光電隔離的電路18HYPERLINK l _Toc3243690663.5 鍵盤(pán)與顯示電路19HYPERLINK l _Toc3243690673.5.1 鍵盤(pán)輸入特點(diǎn)19HYPERLINK l _Toc3243690683.5.2 按鍵接

12、口電路的消抖措施20HYPERLINK l _Toc3243690693.5.3 矩陣鍵盤(pán)的概述21HYPERLINK l _Toc3243690703.5.4 LED顯示原理與顯示方式22HYPERLINK l _Toc3243690713.5.5 系統(tǒng)應(yīng)用24HYPERLINK l _Toc3243690723.6 加熱電路和報(bào)警裝置24HYPERLINK l _Toc3243690733.6.1 加熱電路24HYPERLINK l _Toc3243690743.6.2 報(bào)警裝置25HYPERLINK l _Toc3243690754 單片機(jī)的軟件設(shè)計(jì)26HYPERLINK l _Toc3

13、243690764.1 總的程序設(shè)計(jì)框圖26HYPERLINK l _Toc3243690774.2 8255的程序設(shè)計(jì)26HYPERLINK l _Toc3243690784.2.1 8255的程序的初始化26HYPERLINK l _Toc3243690794.2.2 對(duì)端口C的置位/復(fù)位27HYPERLINK l _Toc3243690804.3 鍵盤(pán)和顯示接口電路程序設(shè)計(jì)27HYPERLINK l _Toc3243690814.3.1 鍵盤(pán)和顯示器的程序設(shè)計(jì)27HYPERLINK l _Toc324369083結(jié)論29HYPERLINK l _Toc324369084致30HYPERL

14、INK l _Toc324369084參考文獻(xiàn)31HYPERLINK l _Toc324369084附錄32基于單片機(jī)的電熱水壺控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1 緒論1.1 電熱水壺選題目的由于以前的電熱水壺沒(méi)有水溫控制控制系統(tǒng)，接通電源就一直加熱。電熱水壺長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)無(wú)人看管很危險(xiǎn)容易發(fā)生火災(zāi)還造成電能的浪費(fèi)。對(duì)于常規(guī)的電熱水壺，只要接通電源，就開(kāi)始加熱，直到水沸騰后通過(guò)蒸汽來(lái)產(chǎn)生聲音報(bào)警。如水壺中沒(méi)水，電源誤接通時(shí)也會(huì)一直加熱，容易引起事故。當(dāng)只需要加熱到沸點(diǎn)以下某一溫度時(shí)，不能與時(shí)給出聲音報(bào)警信號(hào)。沒(méi)有水溫控制系統(tǒng)的電熱水壺加熱開(kāi)水時(shí)水加熱沸騰后不能自動(dòng)停止工作，需要人的看管，使用起來(lái)很不方便。一旦忘記就

15、有發(fā)生水壺?zé)蔁龎牡目赡?，?yán)重的話(huà)還有可能發(fā)生火災(zāi)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。使人們用起來(lái)很不方便，近幾年帶溫控系統(tǒng)的電熱水壺發(fā)展很快，所以研究基于單片機(jī)電熱水壺水溫控制系統(tǒng)這個(gè)課題1。1.2 電熱水壺的研究意義選擇基于單片機(jī)電熱水壺水溫控制系統(tǒng)這個(gè)課題，可以更好的讓我認(rèn)識(shí)帶溫控的電熱水壺的發(fā)展，知道電熱水壺的發(fā)展現(xiàn)狀。隨著微機(jī)測(cè)量和控制技術(shù)的迅速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，以單片機(jī)為核心的溫度采集與控制系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用在很大程度上提高了生產(chǎn)生活中對(duì)溫度的控制水平。以與各種新技術(shù)應(yīng)用在電熱水壺上。溫度控制是無(wú)論是在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，還是在日常生活中都起著非常重要的作用，過(guò)低的溫度或過(guò)高的溫度都會(huì)使水資源失去應(yīng)有的作

16、用，從而造成水資源的巨大浪費(fèi)。特別是在當(dāng)前全球水資源極度缺乏的情況下，我們更應(yīng)該掌握好對(duì)水溫的控制，把身邊的水資源好好地利用起來(lái)。此外，電熱水壺已經(jīng)走進(jìn)千家萬(wàn)戶(hù)，做這樣一個(gè)設(shè)計(jì)，不僅可以檢驗(yàn)自己的專(zhuān)業(yè)課理論水平和動(dòng)手實(shí)踐能力，其產(chǎn)品也具有一定的市場(chǎng)前景2。1.3 電熱水壺的發(fā)展現(xiàn)狀電熱水壺在我國(guó)已有二三十年的歷史，直到近幾年，電熱水壺才經(jīng)歷了較大的更新?lián)Q代，采用集溫控、防干燒、超溫保護(hù)等功能于一體的加熱裝置，產(chǎn)品安全性大大提高，且使用方便性也進(jìn)一步提高。由于需求旺盛，電熱水壺產(chǎn)品也出現(xiàn)了很多新的型式，例如壺身和電源底座可以相互分離，壺身可360度旋轉(zhuǎn)，可以從任意方向取放的無(wú)線(xiàn)水壺；無(wú)線(xiàn)水壺中又

17、有發(fā)熱管為隱藏式，加熱方式為電磁渦流式，以與功能上更加貼近喝茶使用的泡茶壺等新型產(chǎn)品。近些年，電水壺廠家將自己列為水家電產(chǎn)品廠家，之所以在行業(yè)中有這樣的轉(zhuǎn)變，不僅因?yàn)殡娝畨貜S家生產(chǎn)的產(chǎn)品切切實(shí)實(shí)與水有關(guān)的產(chǎn)品，還有一個(gè)重要原因是，電水壺廠家不單單將水加熱，還有將水進(jìn)行過(guò)濾。之所以把這個(gè)功能加進(jìn)來(lái)，是因?yàn)榭紤]到現(xiàn)在的水污染問(wèn)題比較嚴(yán)重，自來(lái)水里存在著除不掉的重金屬、農(nóng)藥等殘留物，與漂白粉本身的味道。還有北方地下比較硬，容易結(jié)水垢，帶有；凈水功能的電水壺是在里面加了一個(gè)濾芯，可將其中的重金屬，農(nóng)藥殘留物濾掉，讓消費(fèi)者能夠飲用到更加健康的水。從功能上來(lái)看，帶有凈水功能的電水壺可以避免飲水機(jī)最為頭痛的

18、二次污染司題。1.4 電熱水壺的設(shè)計(jì)方法MCS-51系列單片微機(jī)具有很強(qiáng)的功能，使用圍廣，既可構(gòu)成功能很強(qiáng)的復(fù)雜系統(tǒng)，也可組成較簡(jiǎn)單的應(yīng)用系統(tǒng)3。目前，單片機(jī)在家電，工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，為了適應(yīng)不同產(chǎn)品對(duì)單片機(jī)的不同要求，半導(dǎo)體生產(chǎn)廠家生產(chǎn)出了各種規(guī)格的單片機(jī)。本文介紹了一種以MCS-51系列單片機(jī)為控制芯片，對(duì)電熱水壺工作進(jìn)行控制的方法。溫度檢測(cè)電路由熱電偶、運(yùn)算放大器，溫度傳感器AD590等組成，直接輸出電流（1A/K）經(jīng)運(yùn)算放大器LM358進(jìn)行I/V轉(zhuǎn)化后，可得到電壓輸出，輸出電壓為100mV/，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換通道送到微處理器中。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

19、擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)總線(xiàn)能接受的數(shù)字量。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(dú)特優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用4。由于該器件是通過(guò)電光電這種轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出設(shè)備進(jìn)行控制的，彼此之間沒(méi)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)。2 熱水壺控制系統(tǒng)總體概述2.1 熱水壺的設(shè)計(jì)方案對(duì)于常規(guī)的電熱水壺，只要接通電源，就開(kāi)始加熱，直到水沸騰后通過(guò)蒸汽來(lái)產(chǎn)生聲音報(bào)警5。這種設(shè)計(jì)有下面幾個(gè)方面的不足：（1） 如水壺中沒(méi)水，電源誤接通時(shí)也會(huì)一直加熱，容易引起事故。（2） 當(dāng)只需要加熱到沸點(diǎn)以下某一溫度時(shí)，不能與時(shí)給出聲音報(bào)警信號(hào)。（3）當(dāng)水加熱沸騰后不能自動(dòng)停止工

20、作。針對(duì)以上不足，在本設(shè)計(jì)方案中，用MC-51單片機(jī)作為控制芯片，管理整個(gè)電熱水壺的工作情況，構(gòu)成了一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，而且增加了三個(gè)按鍵和六位數(shù)碼管顯示。它的工作情況和常規(guī)的熱水壺相比，有下面幾個(gè)方面的特點(diǎn)6：（1） 有三個(gè)按鍵，可用來(lái)設(shè)置希望加熱到的溫度即報(bào)警的溫度。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(huì)增加1度，整個(gè)溫度設(shè)置值在20100度之間循環(huán)。（2） 這個(gè)按鍵還具有啟動(dòng)電熱水壺開(kāi)始工作的作用。當(dāng)每次電源接通后，只有按鍵按下過(guò)之后，電熱水壺才開(kāi)始加熱，這樣，可以防止電源誤接通時(shí)電熱水壺一直加熱，引發(fā)事故。（3） 當(dāng)加熱到設(shè)置溫度時(shí)，單片機(jī)會(huì)控制停止加熱，并通過(guò)蜂

21、鳴器給出聲音提示。（4） 三位數(shù)碼管在設(shè)置溫度操作時(shí)顯示當(dāng)前設(shè)置的溫度，另三位數(shù)碼管其余時(shí)間實(shí)時(shí)顯示電熱水壺中水的實(shí)際溫度。2.2 MCS-51單片機(jī)控制系統(tǒng)的總體介紹單片機(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(cè)電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、光電隔離電路、鍵盤(pán)與顯示電路和溫度加熱電路。整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵電路是單片機(jī)控制電路，是整個(gè)控制的核心，完成信號(hào)的輸入和輸出的轉(zhuǎn)換，即可將溫度檢測(cè)電路采樣的輸入的信號(hào)通過(guò)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(guò)鍵盤(pán)對(duì)溫度進(jìn)行控制，如此同時(shí)當(dāng)水加熱超過(guò)指定的溫度以后，蜂鳴器工作報(bào)警，并

22、對(duì)其中部分電路編制子程序，以與相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)，硬件設(shè)計(jì)的總電路連接框圖如下圖2-1所示。圖2-1 硬件設(shè)計(jì)的總電路連接框圖2.3 總體方案論證本題目是設(shè)計(jì)制作一個(gè)水溫控制系統(tǒng)，要求能在20-100圍設(shè)定控制水溫，并具有較好的快速性和較小的超調(diào)，以與LED顯示等功能。根據(jù)題目的要求，我們提出了以下的兩種方案：方案1：此方案是采用傳統(tǒng)的二位模擬控制方法，選用模擬電路，用電位器設(shè)定給定值，采用上下限比較電路將反饋的溫度值與給定的溫度值比較后，決定加熱或者不加熱。由于采用模擬控制方式，系統(tǒng)受環(huán)境的影響大，不能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法使控制精度做得教高，而且不能用數(shù)碼顯示和鍵盤(pán)設(shè)定。方案2：采用單片機(jī)8051

23、為核心。采用了溫度傳感器AD590采集溫度變化信號(hào)，A/D采樣芯片將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并通過(guò)單片機(jī)處理后去控制溫度，使其達(dá)到穩(wěn)定。使用單片機(jī)具有編程靈活，控制簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，使系統(tǒng)能簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)溫度的控制與顯示，并且通過(guò)軟件編程能實(shí)現(xiàn)各種控制算法使系統(tǒng)還具有控制精度高的特點(diǎn)。比較上述兩種方案，方案2明顯的改善了方案1缺點(diǎn)，并具有控制簡(jiǎn)單、控制溫度精度高的特點(diǎn)，因此本設(shè)計(jì)電路采用方案2。3 電熱水壺控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1 溫度檢測(cè)電路和A/D轉(zhuǎn)換器的電路3.1.1 AD590溫度傳感器概述AD590是一種二端式的集成溫度傳感器，引腳圖如圖3-1所示。圖3-1AD590引腳圖其主要技術(shù)參數(shù)有7：（1）

24、測(cè)溫圍為-55+150。（2） 工作電壓為+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，其線(xiàn)性電流輸出為1A/，即溫度每變化1，其輸出電流變化1A；它以熱力學(xué)溫標(biāo)零點(diǎn)作為零輸出點(diǎn)，因此在25時(shí)，其輸出電流為298.2A。（3） 精度：經(jīng)過(guò)激光平衡調(diào)整，AD590的校準(zhǔn)精度可達(dá)+和-0.5，全溫區(qū)圍線(xiàn)性度可達(dá)+和-0.3（AD590M）當(dāng)其在10溫區(qū)圍校正后測(cè)量，精度可達(dá)+和-0.1，在全溫區(qū)圍（-55+145）使用，精度也可高達(dá)+-1。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

25、度測(cè)量和控制，遠(yuǎn)距離信號(hào)傳遞時(shí)，可采用一般的雙絞線(xiàn)來(lái)完成，其電阻比較大，因此不需要精密電源對(duì)其供電，長(zhǎng)導(dǎo)線(xiàn)上的壓降一般不影響測(cè)量精度；不需要溫度補(bǔ)償和專(zhuān)門(mén)的線(xiàn)性電路。3.1.2 溫度檢測(cè)電路在介紹溫度檢測(cè)電路之前，首先要說(shuō)明一下電源轉(zhuǎn)換電路。電壓經(jīng)過(guò)四個(gè)二極管兩兩導(dǎo)通整流濾波后，再經(jīng)過(guò)電壓轉(zhuǎn)換芯片7805就可以將原來(lái)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(cè)電路所需要的電壓值，電源轉(zhuǎn)換電路如圖3-2所示5。圖3-2 電源轉(zhuǎn)換電路溫度檢測(cè)電路由溫度傳感器AD590等組成，直接輸出電流1A/K，輸出電壓為100mV/，經(jīng)運(yùn)算放大器LM358進(jìn)行I/V轉(zhuǎn)化后，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)

26、換通道送到微處理器中，R6、R5、R2用于相互配合調(diào)節(jié)溫度測(cè)量的滿(mǎn)刻度值，溫度檢測(cè)電路如圖3-3所示。圖3-3 溫度檢測(cè)電路當(dāng)傳感器AD590所處溫區(qū)發(fā)生1的溫度變化時(shí)，流過(guò)其所在回路的電流即產(chǎn)生1A的變化，則其輸出電壓的變化為： V0=1A/*100K=100mV/ （3-1）AD590的輸出電流值說(shuō)明如下：其輸出電流是以絕對(duì)溫度零度(-273)為基準(zhǔn),每增加1,它會(huì)增加1A輸出電流,因此在室溫25時(shí),其輸出電流Io=(273+25)=298A。Vo的值為Io乘上10K,以室溫25而言,輸出值為2.98V(10K298A)。量測(cè)Vo時(shí),不可分出任何電流,否則量測(cè)值會(huì)不準(zhǔn)。AD590的輸出電流

27、I=(273+T)A(T為攝氏溫度),因此量測(cè)的電壓V為(273+T)A 10K= (2.73+T/100)V8。在本論文過(guò)溫度集成器AD590對(duì)外部-55+150圍的溫度進(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(huì)得到相應(yīng)的工作電壓，其輸出電流會(huì)隨溫度變化而變化。電流1A/K其輸出電壓為100mV/，經(jīng)運(yùn)算放大器LM358進(jìn)行I/V轉(zhuǎn)化后，再送入A/D轉(zhuǎn)換電路中進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，經(jīng)過(guò)微處理器處理即可送到LED顯示器顯示溫度。3.1.3 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(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)總線(xiàn)能接受的數(shù)字量。在前向通道必須

28、配置A/D轉(zhuǎn)換電路時(shí)，首先考慮的是能否選用帶有A/D的單片機(jī)，本論文中無(wú)法選擇單片機(jī)片有A/D部件，則必須在前向通道中配置A/D接口。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(hào)輸入通道數(shù)以與成本、供貨來(lái)源等全面考慮。選擇不同的A/D轉(zhuǎn)換芯片，與單片機(jī)的接口電路要求不同，必須依芯片對(duì)控制電路的要求設(shè)置，接口電路必須滿(mǎn)足這些要求。一般來(lái)說(shuō)，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(hào)與之匹配9。（1） A/D轉(zhuǎn)換器的引腳說(shuō)明：ADC0809是CMOS集成電路8位單片A/D轉(zhuǎn)換器，其引腳圖如圖3-4

29、所示。雙列直插28引腳封裝。片有8路模擬開(kāi)關(guān)、模擬開(kāi)關(guān)的地址鎖存與譯碼電路、比較器 、256R電阻T型網(wǎng)絡(luò)、樹(shù)狀電子開(kāi)關(guān)、逐次逼近寄存器SAR、三態(tài)輸出鎖存，緩沖器、控制與時(shí)序電路等。圖3-4ADC0809引腳圖IN0IN7：8路輸入通道的模擬量輸入端。A、B、C口：8路模擬開(kāi)關(guān)的三位地址輸入端，用來(lái)選擇8路模擬輸入的一路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。 ALE：地址鎖存允許。ALE有效將三位地址A、B、C鎖存到地址鎖存器中。START：為啟動(dòng)控制輸入端。它與ALE可以接在一起，當(dāng)通過(guò)程序加上一個(gè)正脈沖便立即開(kāi)始A/D轉(zhuǎn)換。EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出端，高電平有效。在此輸出端供給一個(gè)有效信號(hào)則打開(kāi)三態(tài)輸出鎖存緩

30、沖器，把轉(zhuǎn)換后的結(jié)果送至外部數(shù)據(jù)線(xiàn)。COLCK：時(shí)鐘輸入端。CLOCK為600kHZ時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間位100us。D0D7：8位數(shù)字輸出段。Vcc: 電源輸入端。GND：接地端。（2） A/D轉(zhuǎn)換的連接電路與應(yīng)用由圖3-5所示，可以看出ADC0809時(shí)鐘CLK由8051ALE信號(hào)提供，ALE信號(hào)頻率為f/6。用地址線(xiàn)低8位A0、A1、A2（P0.0P0.2）接0809的A、B、C三端用來(lái)對(duì)8路模擬通道進(jìn)行選擇。EOC經(jīng)非門(mén)與相接，0809與8051采用中斷方式聯(lián)絡(luò)，外部中斷1服務(wù)子程序讀A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，并啟動(dòng)下一次轉(zhuǎn)換。0809啟動(dòng)條件為，因此啟動(dòng)時(shí)，應(yīng)用寫(xiě)指令（使WR=1），并且要保證地址線(xiàn)P2

31、.6=0，其端口地址為DFFFH。ADC0809轉(zhuǎn)換器將信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，再將數(shù)字信號(hào)傳入8051進(jìn)行微處理，通過(guò)LED顯示溫度。在由于A/D0809具有鎖存的TTL三態(tài)輸出，它的八條數(shù)據(jù)線(xiàn)和8051的八條數(shù)據(jù)線(xiàn)相連，采用線(xiàn)性選址法，其口地址為DFFFH。通道地址A，B，C由數(shù)據(jù)總線(xiàn)DB0，DB2，DB2提供。A，B，C地址線(xiàn)上的信息由ALE上升沿打入地址鎖存器74LS373。圖3-5A/D轉(zhuǎn)換的連接電路3.2 單片機(jī)8051芯片介紹和主要電路3.2.1MCS-51單片機(jī)引腳介紹和接口電路單片機(jī)引腳圖與引腳功能如圖3-6所示。單片機(jī)的40個(gè)引腳大致可分為4類(lèi)：電源、時(shí)鐘、控制、和I/O引腳10

32、。電源：（1） VCC 芯片電源，接+5v；（2） VSS 接地端；時(shí)鐘：XTAL1、XTAL2 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。控制線(xiàn)：控制線(xiàn)共有4根（1） ALE/PROG：地址鎖存允許/片EPROM編程脈沖ALE功能：用來(lái)鎖存P0口送出的低98位地址PROG功能：片有EPROM芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖PSEN：外ROM讀選通信號(hào)（3） RST/VPD：復(fù) 位/備用電源RST（Reset）功能：復(fù)位信號(hào)輸入端VPD功能：在Vcc掉電情況下，接備用電源圖3-651單片機(jī)引腳圖與引腳功能（4） EA/Vpp：外ROM選擇/片EPROM編程電源EA功能：外ROM選擇端Vpp

33、功能：片有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，施加編程電源VppI/O線(xiàn)80C51共有4個(gè)8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32個(gè)引腳，P3口還具有第二功能，用于特殊信號(hào)輸入輸出和控制信號(hào)（屬控制總線(xiàn)）。單片機(jī)的片外總線(xiàn)結(jié)構(gòu)圖如圖3-7所示。圖3-7 單片機(jī)的片外總線(xiàn)結(jié)構(gòu)圖由上圖可以看到，單片機(jī)的引腳除了電源、復(fù)位、時(shí)鐘接入、用戶(hù)I/O口外，其余管腳都是為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展而設(shè)置的。這些引腳構(gòu)成了MCS-51單片機(jī)片外三總線(xiàn)結(jié)構(gòu)：（1） 地址總線(xiàn)（AB）：地址總線(xiàn)寬度為16位，因此，其外部存儲(chǔ)器直接尋址為64K字節(jié)，16位地址總線(xiàn)由P0口經(jīng)地址鎖存器提供低8位地址（A0A7）；P

34、0口直接提供高8位地址（A8A15）。（2） 數(shù)據(jù)總線(xiàn)（DB）：數(shù)據(jù)總線(xiàn)寬度為8位，由P0口提供?？刂瓶偩€(xiàn)（CB）：由四根獨(dú)立控制線(xiàn)RESET、EA、ALE、組成。3.2.2 振蕩電路和時(shí)鐘電路振蕩電路和單片機(jī)部的時(shí)鐘電路一起構(gòu)成了單片機(jī)的時(shí)鐘方式，根據(jù)硬件不同，連接方式分為部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。MCS-51單片機(jī)芯片部有一個(gè)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。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外晶體或瓷諧振器一起構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器，這是MCS-51單片機(jī)的部時(shí)鐘方式11。本論文中重點(diǎn)講到的是外部時(shí)鐘方式，外部時(shí)鐘方式電路圖如圖3-8所示。

35、圖3-8 外部時(shí)鐘方式電路圖由上圖我們可以看到引腳XTAL2就是部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。因此，只需將外部振蕩器的信號(hào)接至引腳XTAL2，而把部反相放大器的輸入端XTAL1引腳接地。通常接的外部信號(hào)一般為頻率低于12MHZ的方波信號(hào)。另外，由于XTAL2端的邏輯電平不是TTL的，故還需要接一個(gè)上拉電阻。3.2.3 單片機(jī)的復(fù)位電路（1）復(fù)位電路的復(fù)位類(lèi)型通常單片機(jī)復(fù)位操作有上電復(fù)位、信號(hào)復(fù)位、運(yùn)行監(jiān)視復(fù)位。在本論文里主要用到的是上電復(fù)位和開(kāi)關(guān)復(fù)位的組合。（2）主要復(fù)位電路上電復(fù)位和開(kāi)關(guān)復(fù)位組合電路：在單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)使用上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位，最常用的上電復(fù)位和開(kāi)關(guān)復(fù)位組合電路如圖3-9所

36、示：在這兩種簡(jiǎn)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(huì)造成單片機(jī)錯(cuò)誤復(fù)位，但會(huì)引起部某些寄存器錯(cuò)誤復(fù)位。這時(shí)可在復(fù)位引腳上接一個(gè)去耦電容。如果應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)干擾嚴(yán)重，或整個(gè)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(dòng)位置等。圖3-9 上電復(fù)位和開(kāi)關(guān)復(fù)位組合電路在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，為了保證復(fù)位電路可靠地工作，常將RC電路接施密特電路后再接入單片機(jī)復(fù)位端，特別適合于應(yīng)用系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)干擾大，電壓波動(dòng)大的工作環(huán)境，抗干擾上電復(fù)位如圖3-10所示。圖3-10 抗干擾上電復(fù)位3.2.4 中斷優(yōu)先級(jí)8051單片機(jī)提供了5個(gè)中斷源，其中兩個(gè)中斷源，由INT0、INT1輸入；I/O設(shè)置

37、中斷請(qǐng)求信號(hào)，或掉電故障等異常事件中斷請(qǐng)求信號(hào)都可作為外部中斷源連INT0、INT1。兩個(gè)為片的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器溢出時(shí)產(chǎn)生的中斷請(qǐng)求（用TF0、TF1做標(biāo)志）；另外一個(gè)為片串行口產(chǎn)生的中斷請(qǐng)求（TI或RI）。這些中斷請(qǐng)求源分別由MCS-51的特殊功能寄存器TCON和SCON的相應(yīng)位鎖存12。MCS-51的中斷具有兩級(jí)優(yōu)先級(jí)，每一個(gè)中斷源都可以通過(guò)對(duì)中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP中的相應(yīng)位置或清0，編程為兩級(jí)中斷中的任一級(jí)高優(yōu)先級(jí)和低優(yōu)先級(jí)，置1為高優(yōu)先級(jí)，清0為低優(yōu)先級(jí)。低優(yōu)先級(jí)可以被高優(yōu)先級(jí)所中斷，但不能被另一個(gè)低優(yōu)先級(jí)中斷所中斷。高優(yōu)先級(jí)中斷不能被任何中斷所中斷。為了實(shí)現(xiàn)這些規(guī)定，中斷系統(tǒng)中設(shè)有兩個(gè)不

38、可尋址的優(yōu)先級(jí)狀態(tài)觸發(fā)器，其中一個(gè)用來(lái)指出正在服務(wù)于高優(yōu)先級(jí)中斷，并阻止其他所有中斷的響應(yīng)。另一個(gè)則指出正在服務(wù)于 低優(yōu)先級(jí)中斷，并阻止除高優(yōu)先級(jí)中斷以外的其他中斷的響應(yīng)。當(dāng)同時(shí)接受到幾個(gè)優(yōu)先級(jí)一樣的中斷請(qǐng)求時(shí)，則由部查詢(xún)次序來(lái)確定響應(yīng)哪一個(gè)中斷請(qǐng)求。因此，在每一個(gè)中斷級(jí)中又有第二類(lèi)查詢(xún)次序的中斷優(yōu)先級(jí)結(jié)構(gòu)。處理器響應(yīng)中斷時(shí)，先置相應(yīng)的優(yōu)先級(jí)狀態(tài)觸發(fā)器（該觸發(fā)器指出CPU開(kāi)始處理的中斷優(yōu)先級(jí)別）然后執(zhí)行一個(gè)硬件子程序的調(diào)用使控制轉(zhuǎn)移查詢(xún)次序如下：（1） IE0 （外中斷INT0） 最高優(yōu)先級(jí) 0003H（2） TF0 （定時(shí)器0溢出中斷） 000BH（3） IE 1 （外中斷INT1） 001

39、3H（4） TF1 （定時(shí)器1溢出中斷） 001BH（5） RI+TI （串行口中斷） 0023H（6） TF2+EXF2 （定時(shí)器2溢出中斷） 最低優(yōu)先級(jí) 002BH這種“同級(jí)的優(yōu)先級(jí)”，僅用來(lái)解決一樣優(yōu)先級(jí)中斷源同時(shí)請(qǐng)求中斷的情況，而不能中斷正在執(zhí)行的同優(yōu)先級(jí)的中斷。3.2.5 74LS373地址鎖存器芯片介紹由于MCS-51單片機(jī)的P0口是分時(shí)復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)總線(xiàn),因此在進(jìn)行程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展時(shí)，必須利用地址鎖存器將地址信號(hào)從地址/數(shù)據(jù)總線(xiàn)中分離開(kāi)來(lái)。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(hào)為ALE。

40、但用的最多的是74LS373，其結(jié)構(gòu)圖如圖3-11所示：當(dāng)三態(tài)門(mén)的使能信號(hào)線(xiàn)OE為低電平時(shí),三態(tài)門(mén)處于導(dǎo)通狀態(tài),允許1Q8Q輸出到OUT1OUT8,當(dāng)OE端為高電平時(shí),輸出三態(tài)門(mén)斷開(kāi),輸出線(xiàn)OUT1OUT8處于浮空狀態(tài).G稱(chēng)為數(shù)據(jù)打入線(xiàn),當(dāng)74LS373用作地址鎖存器時(shí),首先應(yīng)使三態(tài)門(mén)的使能信號(hào)OE為低電平,這時(shí),當(dāng)G輸入端為高電平時(shí),鎖存器輸出(1Q8Q)狀態(tài)和輸入端(1D8D)狀態(tài)一樣,當(dāng)G端從高電平返回到低電平(下降沿)時(shí),輸入端(1D8D)的數(shù)據(jù)鎖入1Q8Q的8位鎖存器中。當(dāng)用74LS373作為地址鎖存器時(shí),它們的鎖存控制端G和STB可直接與單片機(jī)的鎖存控制信號(hào)端ALE相連,在ALE下

41、降沿進(jìn)行地址鎖存。圖3-11 74LS373的結(jié)構(gòu)圖3.3 8255輸出口擴(kuò)展3.3.1 8255的引腳介紹8255是可編程RAM/IO擴(kuò)展器，片有256*8位靜態(tài)RAM，2個(gè)8位和1個(gè)6位可編程并行I/O接口，以與1個(gè)14位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。還有地址鎖存器和多路轉(zhuǎn)換的地址/數(shù)據(jù)總線(xiàn)，可直接與MCS-51單片微機(jī)相連接13。因此還是MCS-51應(yīng)用系統(tǒng)最適用的擴(kuò)展器件，8255引腳圖如3-12所示。圖3-12 8255的引腳圖AD0AD7：三態(tài)地址/數(shù)據(jù)總線(xiàn)。連接CPU的底8位地址/數(shù)據(jù)總線(xiàn)。IO/M：RAM/IO口選擇信號(hào)輸入端。：片選信號(hào)輸入端，8255為CS，低電平有效。RD：讀選通

42、信號(hào)輸入端。低電平有效。WR：寫(xiě)選通信號(hào)輸入段。低電平有效。RESET：復(fù)位信號(hào)輸入段。高電平有效，并初始化3個(gè)I/O口為輸入方式。PA0PA7：A口的I/O線(xiàn)、I/O方向由命令字編程設(shè)定。PB0PB7：B口的I/O線(xiàn)、I/O方向由命令字編程設(shè)定。PC0PC7：C口的I/O線(xiàn)，或A口和B口的狀態(tài)控制信號(hào)線(xiàn)。由命令字編程設(shè)定。Vcc：+5V電源線(xiàn)。Vss: 接地線(xiàn)。8255片256*8位靜態(tài)RAM，在速度上與MCS-51完全匹配。當(dāng)IO/M=0時(shí)，CPU對(duì)8255的RAM進(jìn)行讀寫(xiě)，尋址圍為00H0FFH。3.3.2 8255與8051的外部接口電路8255與8051的外部接口電路如圖3-13所示

43、。由下圖可以看出8051通過(guò)地址鎖存器與8255相連， 8255的片選信號(hào)CS與口地址選擇線(xiàn)A0、A1分別由8051的P0.7、P0.0、P0.1經(jīng)地址鎖存器74LS373后提供。故8255的A、B、C口與控制口地址分別為FF7CH、FF7DH、FF7EH、FF7FH。8255的復(fù)位端與8051的復(fù)位端相連，都接到8051的復(fù)位電路上14。必須根據(jù)外圍設(shè)備的類(lèi)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(xiě)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(xiě)入一個(gè)控制字到825

44、5控制字寄存器來(lái)選擇。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。圖3-13 8255與8051的外部接口電路3.4 單片機(jī)的抗干擾電路3.4.1 光電隔離抗干擾的簡(jiǎn)介單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)信號(hào)，往往是通過(guò)芯片給出的低壓電流如TTL電平信號(hào)，這種電平信號(hào)一般不能直接驅(qū)動(dòng)外設(shè)，而需經(jīng)接口轉(zhuǎn)換等手段處理后才能用于驅(qū)動(dòng)設(shè)備開(kāi)啟或關(guān)閉，如不加隔離可能會(huì)串到測(cè)控系統(tǒng)中造成系統(tǒng)誤動(dòng)作或損壞：因此在接口處理中亦應(yīng)包括隔離技術(shù)。在開(kāi)關(guān)量輸出通道中，為防止現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)電磁干擾或工頻電壓會(huì)通過(guò)輸出通道反串到測(cè)控系統(tǒng)，一般需

45、采取通道隔離技術(shù)。最常見(jiàn)的隔離器件是光電隔離器。因?yàn)楣庑盘?hào)的傳送不受電場(chǎng)、磁場(chǎng)的干擾，可以有效地隔離電信號(hào)。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(dú)特優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。光電隔離器的種類(lèi)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、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(lái)看，都是一樣的，即都通過(guò)電光電這種轉(zhuǎn)換，利用“光”這一環(huán)節(jié)完成隔離功能。3.4.2 光電隔離器的原理電路光電隔離器的原理電路如圖3-14所示：圖3-14 光電隔離器的原理電路在上圖所示的電路中，它是GaAs紅外發(fā)光二極管和光敏三極管組成。

46、當(dāng)發(fā)光二極管有正向電流通過(guò)時(shí)，即產(chǎn)生人眼看不見(jiàn)的紅外光，其光譜圍為7001000nm。光敏三極管接收光以后便導(dǎo)通。而當(dāng)該電流撤去時(shí)，發(fā)光二極管熄滅，三極管截止。利用這種特性即可達(dá)到開(kāi)關(guān)控制的目的。由于該器件是通過(guò)電光電這種轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出設(shè)備進(jìn)行控制的，彼此之間沒(méi)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)。3.4.3 光電隔離的電路在一般微機(jī)控制系統(tǒng)中，由于大都采用TTL電平，不能直接驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管，所以通常加一個(gè)驅(qū)動(dòng)區(qū)，如7406和7407等。光電隔離的電路如圖3-15所示：圖3-15 光電隔離的電路當(dāng)輸出TTL電平為低電平時(shí)，7406輸出為高電平，發(fā)光二極管截止，光電隔離

47、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(shí)，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。需要注意的是光電隔離器的輸入輸出端兩個(gè)電源必須單獨(dú)供電，即用于驅(qū)動(dòng)發(fā)光管的電源與驅(qū)動(dòng)光敏管的電源不應(yīng)是共地的電源，對(duì)于隔離后的輸出通道必須單獨(dú)供電，如上圖所示；否則，如果使用同一電源（或共地的兩個(gè)電源）外部干擾信號(hào)可能通過(guò)電源串到系統(tǒng)中來(lái)，當(dāng)然，這里講的單獨(dú)供電，可以是單獨(dú)使用不同的電源，也可用DC-DC變換的方法往輸出端提供一個(gè)與光電輸入端隔離的電源。如果從通斷功能來(lái)看，光電隔離器其實(shí)是一隔離開(kāi)關(guān)。利用光電隔離器也可完成電平轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換后的輸出電平與其

48、供電電壓值有關(guān)，而與光隔輸入端無(wú)關(guān)，總電路框圖如圖3-16所示。圖3-16 總電路框圖3.5 鍵盤(pán)與顯示電路3.5.1 鍵盤(pán)輸入特點(diǎn)按鍵所用開(kāi)關(guān)為機(jī)械彈性開(kāi)關(guān)，均利用了機(jī)械觸點(diǎn)的合、斷。一個(gè)電壓信號(hào)通過(guò)機(jī)械的斷開(kāi)、閉合過(guò)程。由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)在閉合時(shí)不會(huì)馬上穩(wěn)定地接通，在斷開(kāi)時(shí)也不會(huì)一下斷開(kāi)。因而，在閉合和斷開(kāi)的瞬間均伴隨著一連串的抖動(dòng)，抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短由按鍵的機(jī)械特性決定，一般為510ms，這是一個(gè)很重要的時(shí)間參數(shù)，在很多場(chǎng)合都要用到。按鍵的穩(wěn)定閉合時(shí)間由操作人員的按鍵動(dòng)作持續(xù)時(shí)間決定，一般為十分之幾秒到幾秒時(shí)間。按鍵的閉合與否，反應(yīng)在電壓的上就是呈現(xiàn)出高電平或低電平，所以通

49、過(guò)電平的高低狀態(tài)的檢測(cè)，便可確認(rèn)按鍵按下沒(méi)有。為了確保按鍵的狀態(tài)，必須消除按鍵抖動(dòng)的影響，這也是按鍵抗干擾的主要的一個(gè)方面，鍵盤(pán)抖動(dòng)波形圖如圖3-17所示。圖3-17 鍵盤(pán)抖動(dòng)波形圖3.5.2 按鍵接口電路的消抖措施消除按鍵抖動(dòng)影響通常有硬件、軟件兩種方法。本論文采用雙穩(wěn)態(tài)消抖的硬件消抖方法，雙穩(wěn)態(tài)消抖的電路原理圖如3-18所示。圖3-18 雙穩(wěn)態(tài)消抖電路原理圖上圖中用兩個(gè)與非門(mén)構(gòu)成一個(gè)RS觸發(fā)器，當(dāng)按鍵為按下時(shí)，輸出為1，當(dāng)按鍵按下時(shí)，輸出為0。此時(shí)即使由于按鍵的機(jī)械性能使按鍵因彈性抖動(dòng)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)不會(huì)發(fā)生改變，輸出保持為0，不會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)的波形。

50、這一點(diǎn)很容易通過(guò)分析RS觸發(fā)器的工作過(guò)程得到驗(yàn)證。設(shè)按鍵首先處于a位置，此時(shí)RS觸發(fā)器的與非門(mén)輸出端OUT1為高電平1，與非門(mén)2的輸出端OUT2為0，此輸出引入到與非門(mén)1的一個(gè)輸入端，會(huì)把與非門(mén)1鎖住，使其固定輸出為1。如果此時(shí)按下按鍵，即使按鍵在a位置因彈性而產(chǎn)生瞬間抖動(dòng)，形成一連串的抖動(dòng)波形，即與非門(mén)1輸入端出現(xiàn)了一連串的高和低電平，由于與非門(mén)2的輸入端在按鍵沒(méi)有到達(dá)b位置時(shí)始終是0，所以無(wú)論與非門(mén)1輸入端的信號(hào)電平怎么變化，與非門(mén)1輸出端OUT1的輸出恒為1。當(dāng)按鍵到達(dá)b時(shí)，一旦與非門(mén)2的輸出端呈現(xiàn)低電平時(shí)，RS觸發(fā)器將出現(xiàn)狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)，此時(shí)，OUT2端輸出為1，OUT1端輸出為0，OUT

51、1又引回與非門(mén)2的一個(gè)輸入端，鎖住與非門(mén)2，保證其輸出恒為1，這樣即使按鍵出現(xiàn)抖動(dòng)，也不會(huì)影響OUT2的輸出，因此OUT1的輸出也恒為0。同樣，在松開(kāi)按鍵的過(guò)程中，只要一接通a，輸出為1，在接通a的過(guò)程中，即使產(chǎn)生了彈性抖動(dòng)，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(guò)以上分析，可知，如果在按鍵信號(hào)輸入端加上一個(gè)RS觸發(fā)器就可以剔除按鍵抖動(dòng)產(chǎn)生的干擾。3.5.3 矩陣鍵盤(pán)的概述（1） 矩陣鍵盤(pán)的工作原理按鍵設(shè)置在行、列線(xiàn)交點(diǎn)上，行、列線(xiàn)分別連接到按鍵開(kāi)關(guān)的兩端。行線(xiàn)通過(guò)上拉電阻接到+5V上。平時(shí)無(wú)按鍵動(dòng)作時(shí)，行線(xiàn)處于高電平狀態(tài)，而當(dāng)有按鍵按下時(shí)，行線(xiàn)電平狀態(tài)將由與此行線(xiàn)相連的列

52、線(xiàn)電平?jīng)Q定。列線(xiàn)電平如果為低,則行線(xiàn)電平為低，列線(xiàn)電平如果為高，則行線(xiàn)電平亦為高。這一點(diǎn)是識(shí)別矩陣鍵盤(pán)按鍵是否被按下的關(guān)鍵所在.由于矩陣鍵盤(pán)中行、列線(xiàn)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(gè)按鍵彼此將相互發(fā)生影響，所以必須將、列線(xiàn)信號(hào)配合起來(lái)并作適當(dāng)?shù)奶幚恚拍艽_定閉合鍵的位置。（2） 按鍵的識(shí)別方法矩陣鍵盤(pán)按鍵的識(shí)別方法分兩步進(jìn)行：第一步，識(shí)別鍵盤(pán)有無(wú)鍵被按下；第二步，如果有鍵被按下，識(shí)別出具體的按鍵。識(shí)別鍵盤(pán)有無(wú)鍵按下的方法是讓所有列線(xiàn)均置為0電平，檢查各行線(xiàn)電平是否有變化，如果有變化，則說(shuō)明有鍵被按下，如果沒(méi)有變化，則說(shuō)明無(wú)鍵被按下（實(shí)際編程時(shí)應(yīng)考慮按鍵抖動(dòng)的影響，通?？偸?/p>

53、采用軟件延時(shí)的方法進(jìn)行消抖處理）。識(shí)別具體按鍵的方法是（亦稱(chēng)為掃描法）：逐行置零電平，其余各列置為高電平，檢查各行線(xiàn)電平的變化，如果某行電平由高電平變?yōu)榱汶娖?，則可確定此行此列交叉點(diǎn)處的按鍵被按下。（3）鍵盤(pán)的工作方式單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，鍵盤(pán)掃描只是CPU的工作容之一。CPU在忙于各項(xiàng)工作任務(wù)時(shí),如何兼顧鍵盤(pán)的輸入，取決于鍵盤(pán)的工作方式。鍵盤(pán)的工作方式的選取應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中CPU工作的忙，閑情況而定.其原則是既要保證能與時(shí)響應(yīng)按鍵操作，又要不過(guò)多占用CPU的工作時(shí)間。通常，鍵盤(pán)工作方式有三種，即：編程掃描、定時(shí)掃描和中斷掃描。CPU對(duì)鍵盤(pán)的掃描采用程序控制方式，一旦進(jìn)入鍵掃描狀態(tài),則反復(fù)地掃

54、描鍵盤(pán)，等待用戶(hù)從鍵盤(pán)上輸入命令或數(shù)據(jù)。而在執(zhí)行鍵入命令或處理輸入數(shù)據(jù)過(guò)程中，CPU將不再響應(yīng)鍵入要求，直到CPU返回重新掃描鍵盤(pán)為止。附錄一可見(jiàn)鍵盤(pán)采用編程掃描方式工作，PB口輸出逐行掃描信號(hào)，PA口輸入8位列信號(hào)，均為低電平有效。8255A的A0、A1上，CS與P2.7相接，WR、RD分別與8051的WR、RD相連。3.5.4LED顯示原理與顯示方式（1）LED顯示器結(jié)構(gòu)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(jī)應(yīng)用系統(tǒng)常使用的是7段LED，這種顯示塊有共陰極和共陽(yáng)極兩種，LED顯示器引腳如圖3-19所示。共陰極LED顯示塊的發(fā)光二極管陰極共地。當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)

55、，發(fā)光二極管點(diǎn)亮；共陽(yáng)極LED顯示塊的發(fā)光二極管陽(yáng)極并接。通常的7段LED顯示塊中有8個(gè)發(fā)光二極管，故也有人叫做8段顯示器。其中7個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成7筆字型“8”。7段顯示塊與單片機(jī)接口非常容易，只要將一個(gè)8位并行輸出口語(yǔ)顯示塊的發(fā)光二極管因交相聯(lián)即可。8位并行輸出口輸出不同的字節(jié)數(shù)據(jù)即可獲得不同的數(shù)字或字符，通常將控制發(fā)光二極管的8位字節(jié)數(shù)據(jù)成為段選碼，共陽(yáng)極于共陰極的段選碼互為補(bǔ)數(shù)。圖3-19 LED顯示器引腳圖（2） LED顯示器的顯示方式在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用LED顯示塊構(gòu)成N位LED顯示器。N根LED顯示器由N根位選線(xiàn)和8*N根段選線(xiàn)。根據(jù)顯示方式不同，為選線(xiàn)與段選線(xiàn)的連接方法不同。段

56、選線(xiàn)控制字符選擇，為選線(xiàn)控制顯示位的亮、暗。LED顯示器由靜態(tài)現(xiàn)實(shí)與動(dòng)態(tài)顯示兩種方式。（3） LED動(dòng)態(tài)顯示方式的原理在多位LED顯示時(shí)，為了簡(jiǎn)化電路，降低成本，將所有位的段選線(xiàn)并聯(lián)在疫區(qū)，由一個(gè)8位I/O口控制，形成段選線(xiàn)的多路復(fù)用，而共陰極點(diǎn)火供養(yǎng)幾點(diǎn)分別由相應(yīng)的I/O口線(xiàn)控制，實(shí)現(xiàn)各位的分時(shí)選通。8位LED動(dòng)態(tài)顯示電路只需要兩個(gè)8位I/O口。其中一個(gè)控制段選碼，另一個(gè)控制位選。由于所有位的段選碼皆由一個(gè)I/O控制，因此，在每個(gè)瞬間，8位LED只可能顯示一樣的字幅。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(yīng)字符。在此瞬間，段選控制輸出相應(yīng)字符段選碼，位選控

57、制I/O口在該顯示位送入選通電平（共陰極送低電平、共陽(yáng)極送高電平）以保證該位顯示相應(yīng)字符。如此輪流，使每位顯示該位應(yīng)顯示字符，并保持延時(shí)一段時(shí)間，以保存視覺(jué)暫留效果。動(dòng)態(tài)顯示方式需要較大的驅(qū)動(dòng)電流，所以一般都是通過(guò)驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)LED的?，F(xiàn)實(shí)的亮度同驅(qū)動(dòng)電流大小、電亮?xí)r間和關(guān)斷時(shí)間有關(guān)，調(diào)整電流大小和時(shí)間參數(shù)（掃描頻率），可以控制LED顯示亮度并穩(wěn)定顯示。 當(dāng)LED選定后，要實(shí)測(cè)它工作點(diǎn)的正向壓降，以便正確的選用限流電阻；同時(shí)，電流密度影響LED的壽命，電流密度越大，發(fā)光亮度越高，對(duì)壽命的影響就越大，因此，LED的驅(qū)動(dòng)電流要有所限值，最大值不能超過(guò)最大正向電流。在實(shí)際運(yùn)用中，如果直接驅(qū)動(dòng)LED或

58、者LED驅(qū)動(dòng)器的輸出沒(méi)有加限流電阻，一般應(yīng)該串聯(lián)一個(gè)100的限流電阻。3.5.5 系統(tǒng)應(yīng)用對(duì)于顯示部分，從8255輸出的顯示信息經(jīng)74LS373鎖存緩沖，用來(lái)對(duì)LED的各段進(jìn)行段選，各位LED顯示器采用共陰極接法，通過(guò)控制陰極的電位來(lái)實(shí)現(xiàn)各位的選通。通過(guò)8255的掃描輸出經(jīng)2003來(lái)實(shí)現(xiàn)位選，用來(lái)顯示設(shè)定的溫度值和當(dāng)前的溫度值，以便進(jìn)行調(diào)節(jié)。鍵盤(pán)部分采用13鍵盤(pán)矩陣，列回復(fù)信號(hào)送至8255的PC0口，連接后仍作為列選擇線(xiàn)；行選擇線(xiàn)則是與顯示部分的位選線(xiàn)共用。初始時(shí)，將列選擇線(xiàn)置為高電平，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，列選擇線(xiàn)的電位取決于列選擇線(xiàn)，通過(guò)相應(yīng)行的電平狀態(tài)判斷有無(wú)按鍵按下，可以通過(guò)鍵盤(pán)的配合來(lái)調(diào)節(jié)

59、溫度的設(shè)定值。3.6 加熱電路和報(bào)警裝置3.6.1 加熱電路電熱器件由雙向可控硅KS控制，KS由光電耦合器 4N25和晶體管9013觸發(fā)，加熱電路圖如圖3-20所示。單片機(jī)8051的P2.0端輸出的觸發(fā)信號(hào)，經(jīng)7407后，送到光電耦合器4N25。P2.0端輸出高電平時(shí)，4N25沒(méi)有電流輸入，晶體管T截止，雙向晶閘管KS關(guān)斷，電熱器不加熱。當(dāng)P2.0端輸出低電平時(shí)，7407輸出低電平，4N25的輸入電流約為18m，輸出端的電流大3.6m，經(jīng)晶體管9013放大后，雙向可控硅門(mén)極的電流可達(dá)200 m，雙向可控硅導(dǎo)通，電熱器加熱。電阻R3的作用是限制觸發(fā)電流，當(dāng)雙向可控硅KS的功率較小時(shí)，R3的值可由

60、30改為100。過(guò)零檢測(cè)電路由變壓器B的其中一個(gè)繞組L3和電容器C2組成。L3產(chǎn)生2.5V的交流電壓，通過(guò)C2交連到INT0和INT1端。INT0是過(guò)零檢測(cè)端，它可對(duì)過(guò)零的上升信號(hào)檢測(cè)而產(chǎn)生中斷；INT1也是過(guò)零檢測(cè)端，它可對(duì)過(guò)零的下降信號(hào)檢測(cè)而產(chǎn)生中斷。把INTO和INT1產(chǎn)生的中斷綜合處理，即可得到電源電壓過(guò)零的時(shí)刻。選用不同的電熱器件，啟動(dòng)的過(guò)程也不一樣。對(duì)于電阻率不隨溫度變化的電熱器件，可以直接啟動(dòng)，即在電壓過(guò)零時(shí)觸發(fā)雙向可控硅KS。對(duì)于電阻率隨溫度變化的電熱器件，通常使用降壓?jiǎn)?dòng)方式，即開(kāi)始通電時(shí)，電壓逐漸上升，使電熱器的工作電流在KS允許的圍以。過(guò)一定的時(shí)間后，電熱器件的工作電壓才