基于單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功率放大環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)部分_課程設(shè)計(jì)任務(wù)書

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　溫度控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，如鋼鐵廠、化工廠、火電廠等鍋爐的溫度控制系統(tǒng)，電焊機(jī)的溫度控制系統(tǒng)等。溫度控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然己經(jīng)十分廣泛，但從國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器來講，總體發(fā)展水平仍然不高，同日本、美國(guó)、德國(guó)等先

2、進(jìn)國(guó)家相比，仍然有著較大的差距。成熟的溫控產(chǎn)品主要以“點(diǎn)位”控制及常規(guī)的PID控制器為主，它們只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制，而用于較高控制場(chǎng)合的智能化、自適應(yīng)控制儀表，國(guó)內(nèi)技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并廣泛應(yīng)用的控制儀表較少.隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及加入WTO，我國(guó)政府及企業(yè)對(duì)此都非常重視，對(duì)相關(guān)企業(yè)資源進(jìn)行了重組，相繼建立了一些國(guó)家，企業(yè)的研發(fā)中心，開展創(chuàng)新性研究，使我國(guó)儀表工業(yè)得到了迅速的發(fā)展。音頻放大電路主要以單相橋式整流及三端集成穩(wěn)壓器

3、為主。完成將輸入220v，50Hz的市電，輸出為穩(wěn)定的±5V的直流電。在電子電路設(shè)計(jì)中,很多系統(tǒng)需要對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行放大,以提高其帶負(fù)載能力,驅(qū)動(dòng)后級(jí)電路,因此就要對(duì)信號(hào)進(jìn)行功率放大。功率放大器的主要性能指標(biāo)有輸出功率及效率。目前，溫度控制器產(chǎn)品從模擬、集成溫度控制器發(fā)展到智能數(shù)碼溫度控制器。智能溫控器（數(shù)字溫控器）是微電子技術(shù)、</p><p>　　關(guān)鍵詞：溫度控制系統(tǒng), Proteus, PID, 功

4、率放大電路</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要1</b></p><p>　　第一章 功率放大環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)3</p><p>　　1.1、固態(tài)繼電器3</p><p><b>　　1.2、三極管6</b>

5、</p><p>　　1.3、RC回路7</p><p>　　1.4、功率放大環(huán)節(jié)電路8</p><p>　　第二章 溫度控制的總體設(shè)計(jì)和思路9</p><p>　　2.1、溫度控制方框圖9</p><p>　　2.2、AT89S52單片機(jī)的結(jié)構(gòu)10</p><p>　　2.3、溫度傳

6、感器的選擇11</p><p>　　2.4、溫度采集電路12</p><p>　　2.5、數(shù)碼管溫度顯示電路13</p><p>　　2.6、 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示13</p><p>　　2.7、電源5V總體設(shè)計(jì)14</p><p>　　1.6、電路總體設(shè)計(jì)圖14</p><p>　　2

7、.8、 DS18B20初始化15</p><p>　　2.9、 系統(tǒng)流程圖17</p><p><b>　　第三章 調(diào)試18</b></p><p>　　第四章 結(jié)束語19</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)20</b></p><p>　　第一章 功率放大環(huán)節(jié)設(shè)

8、計(jì)</p><p>　　功率放大電路通常作為多級(jí)放大電路的輸出級(jí)。在很多電子設(shè)備中，要求放大電路的輸出級(jí)能夠帶動(dòng)某種負(fù)載，例如驅(qū)動(dòng)儀表，使指針偏轉(zhuǎn)；驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，使之發(fā)聲；或驅(qū)動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)等?？傊?，要求放大電路有足夠大的輸出功率。這樣的放大電路統(tǒng)稱為功率放大電路。</p><p><b>　　1.1、固態(tài)繼電器</b></p><p&g

9、t;　　固態(tài)繼電器(Solid State Relays,縮寫SSR)是一種無觸點(diǎn)電子開關(guān)，由分立元器件、膜固定電阻網(wǎng)絡(luò)和芯片，采用混合工藝組裝來實(shí)現(xiàn)控制回路(輸入電路)與負(fù)載回路(輸出電路)的電隔離及信號(hào)耦合，由固態(tài)器件實(shí)現(xiàn)負(fù)載的通斷切換功能，內(nèi)部無任何可動(dòng)部件。盡管市場(chǎng)上的固態(tài)繼電器型號(hào)規(guī)格繁多，但它們的工作原理基本上是相似的。主要由輸入(控制)電路，驅(qū)動(dòng)電路和輸出(負(fù)載)電路三部分組成。</p><p>　

10、　固態(tài)繼電器的輸入電路是為輸入控制信號(hào)提供一個(gè)回路，使之成為固態(tài)繼電器的觸發(fā)信號(hào)源。固態(tài)繼電器的輸入電路多為直流輸入，個(gè)別的為交流輸入。直流輸入電路又分為阻性輸入和恒流輸入。阻性輸入電路的輸入控制電流隨輸入電壓呈線性的正向變化。恒流輸入電路，在輸入電壓達(dá)到一定值時(shí)，電流不再隨電壓的升高而明顯增大，這種繼電器可適用于相當(dāng)寬的輸入電壓范圍。</p><p>　　固態(tài)繼電器的驅(qū)動(dòng)電路可以包括隔離耦合電路、功能電路和觸發(fā)

11、電路三部分。隔離耦合電路，目前多采用光電耦合器和高頻變壓器兩種電路形式。常用的光電耦合器有光－三極管、光－雙向可控硅、光－二極管陣列(光－伏)等。高頻變壓器耦合，是在一定的輸入電壓下，形成約10MHz的自激振蕩，通過變壓器磁芯將高頻信號(hào)傳遞到變壓器次級(jí)。功能電路可包括檢波整流、過零、加速、保護(hù)、顯示等各種功能電路。觸發(fā)電路的作用是給輸出器件提供觸發(fā)信號(hào)固態(tài)繼電器的輸出電路是在觸發(fā)信號(hào)的控制下，實(shí)現(xiàn)固態(tài)繼電器的通斷切換。輸出電路主要由輸出

12、器件(芯片)和起瞬態(tài)抑制作用的吸收回路組成，有時(shí)還包括反饋電路。目前，各種固態(tài)繼電器使用的輸出器件主要有晶體三極管(Transistor)、單向可控硅(Thyristor或SCR)、雙向可控硅(Triac)、MOS場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)、絕緣柵型雙極晶體管(IGBT)等。 固態(tài)繼電器原理 固態(tài)繼電器(Solidstate Relay, SSR)是一種由固態(tài)電子組件組成的新型無觸點(diǎn)開關(guān)，利用電子組件（如開關(guān)三極管、雙向可控硅等半導(dǎo)體組件

13、）的開關(guān)特性，達(dá)到無觸點(diǎn)、無火花、而能接通和斷開電路的目的，因此</p><p>　　圖1 固態(tài)繼電器內(nèi)部電路圖</p><p>　　要指出的是所謂“過零”并非真的必須是電源電壓波形的零處，而一般是指在10～25V或-(10～25)V區(qū)域內(nèi)進(jìn)行觸發(fā)，如圖2所示。圖中交流電壓分三個(gè)區(qū)域，Ⅰ區(qū)為-10V～+10V范圍，稱為死區(qū)，在此區(qū)域中加入輸入信號(hào)時(shí)不能使SSR導(dǎo)通。Ⅱ區(qū)為10～25V和

14、-(10～25)V范圍，稱為響應(yīng)區(qū)，在此區(qū)域內(nèi)只要加入輸入信號(hào)，SSR立即導(dǎo)通。Ⅲ區(qū)為幅值大于25V的范圍，稱為抑制區(qū)在此區(qū)域內(nèi)加入輸入信號(hào)，SSR的導(dǎo)通被抑制</p><p><b>　　圖2 波形圖</b></p><p>　　當(dāng)輸入端未加電壓信號(hào)時(shí)，光耦合器的光敏晶體管因未接收光而截止，V1飽和，V3和V4因無觸發(fā)電壓而截止，此時(shí)SSR關(guān)閉。當(dāng)加入輸入信號(hào)時(shí)，光

15、耦合器中的發(fā)光二極管發(fā)光，光敏晶體管飽和，使V1截止。此時(shí)若V3兩端電壓在-(10～25)V或10～25V范圍內(nèi)時(shí)，只要適當(dāng)選擇分壓電阻R4和R5，就可使V2截止，這樣使V3觸發(fā)導(dǎo)通，從而使V 4的控制極上得到從R6→UR→V 3→UR→R7或反方向的觸發(fā)脈沖，而使V4導(dǎo)通，使負(fù)載接通交流電源。而若交流電壓波形在圖2中的Ⅲ區(qū)內(nèi)時(shí)，則因V2飽和而抑制V3和V4的導(dǎo)通，而使SSR被抑制，從而實(shí)現(xiàn)了過零觸發(fā)控制。由于10～25V幅值與電源電壓

16、幅值相比可近似看作“零”。因此，一般就將過零電壓粗略地定義為0～±25V，即認(rèn)為在此區(qū)域內(nèi)，只要加入輸入信號(hào)，過零觸發(fā)型AC—SSR都能導(dǎo)通</p><p>　　當(dāng)輸入端電壓信號(hào)撤除后，光耦合器中的光敏晶體管截止，V1飽和，V3截止，但此時(shí)V4仍保持導(dǎo)通，直到負(fù)載電流隨電源電壓減小到小于雙向晶閘管的維持電流時(shí)，SSR才轉(zhuǎn)為截止。 SSR的輸出端器件可分為雙向晶閘管和兩只單向晶閘管反并聯(lián)形式。若負(fù)載為

17、電動(dòng)機(jī)一類的感性負(fù)載，則其靜態(tài)電壓上升率dv/dt是一個(gè)重要參數(shù)。由于單向晶閘管靜態(tài)電壓上升率(200V/μs)大大高于雙向晶閘管的換向指標(biāo)(10V/μs)，因此若采用兩只大功率單向晶閘管反并聯(lián)代替雙向晶閘管，一方面可提高輸出功率；另一方面也可提高耐浪涌電流的沖擊能力，這種SSR稱為增強(qiáng)型SSR。</p><p><b>　　1.2、三極管</b></p><p>　

18、　晶體三極管（以下簡(jiǎn)稱三極管）按材料分有兩種：鍺管和硅管。而每一種又有NPN和PNP兩種結(jié)構(gòu)形式，但使用最多的是硅NPN和鍺PNP兩種三極管，（其中，N表示在高純度硅中加入磷，是指取代一些硅原子，在電壓刺激下產(chǎn)生自由電子導(dǎo)電，而p是加入硼取代硅，產(chǎn)生大量空穴利于導(dǎo)電）。兩者除了電源極性不同外，其工作原理都是相同的，下面僅介紹NPN硅管的電流放大原理?！?duì)于NPN管，它是由2塊N型半導(dǎo)體中間夾著一塊P型半導(dǎo)體所組成，發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間形成的

19、PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)，而集電區(qū)與基區(qū)形成的PN結(jié)稱為集電結(jié)，三條引線分別稱為發(fā)射極e、基極b和集電極c。</p><p>　　當(dāng)b點(diǎn)電位高于e點(diǎn)電位零點(diǎn)幾伏時(shí)，發(fā)射結(jié)處于正偏狀態(tài)，而C點(diǎn)電位高于b點(diǎn)電位幾伏時(shí)，集電結(jié)處于反偏狀態(tài)，集電極電源Ec要高于基極電源Ebo。在制造三極管時(shí)，有意識(shí)地使發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子濃度大于基區(qū)的，同時(shí)基區(qū)做得很薄，而且，要嚴(yán)格控制雜質(zhì)含量，這樣，一旦接通電源后，由于發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)的多數(shù)

20、載流子（電子）及基區(qū)的多數(shù)載流子（空穴）很容易地越過發(fā)射結(jié)互相向?qū)Ψ綌U(kuò)散，但因前者的濃度基大于后者，所以通過發(fā)射結(jié)的電流基本上是電子流，這股電子流稱為發(fā)射極電流了。由于基區(qū)很薄，加上集電結(jié)的反偏，注入基區(qū)的電子大部分越過集電結(jié)進(jìn)入集電區(qū)而形成集電極電流Ic，只剩下很少（1-10%）的電子在基區(qū)的空穴進(jìn)行復(fù)合，被復(fù)合掉的基區(qū)空穴由基極電源Eb重新補(bǔ)給，從而形成了基極電流Ibo.根據(jù)電流連續(xù)性原理得：Ie=Ib+Ic，這就是說，在基極補(bǔ)充一

21、個(gè)很小的Ib，就可以在集電極上得到一個(gè)較大的Ic，這就是所謂電流放大作用，Ic與Ib是維持一定的比例關(guān)系，即：β1=Ic/Ib 式中：β1--稱為直流放大倍數(shù)，集電極電流的變化量△Ic與基極電流的變化量△Ib之比為：β= △Ic/△Ib。式中β--稱為交流電流放大倍</p><p><b>　　1.3、RC回路</b></p><p>　　RC吸收回路的作用，一是為了

22、對(duì)感性器件在電流瞬變時(shí)的自感電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行鉗位，二是抑制電路中因dV/dt對(duì)器件所引起的沖擊，在感性負(fù)載中，開關(guān)器件關(guān)斷的瞬間，如果此時(shí)感性負(fù)載的磁通不為零，根據(jù)愣次定律便會(huì)產(chǎn)生一個(gè)自感電動(dòng)勢(shì)，對(duì)外界辭放磁場(chǎng)儲(chǔ)能，為簡(jiǎn)單起見，一般都采用RC吸收回路，將這部份能量以熱能的方式消耗掉。</p><p>　　設(shè)計(jì)RC吸收回路參數(shù)，需要先確定磁場(chǎng)儲(chǔ)能的大小，這分幾種情況：</p><p>　　1、電機(jī)

23、、繼電器等，它的勵(lì)磁電感與主回路串聯(lián)，磁場(chǎng)儲(chǔ)能需要全部由RC回路處理，開關(guān)器件關(guān)斷的瞬間，RC回路的初始電流等于關(guān)斷前的工作電流；2、工頻變壓器、正激變壓器，它的勵(lì)磁電感與主回路并聯(lián)，勵(lì)磁電流遠(yuǎn)小于工作電流。雖然磁場(chǎng)儲(chǔ)能也需要全部由RC回路處理，但是開關(guān)器件關(guān)斷的瞬間，RC回路的初始電流遠(yuǎn)小于關(guān)斷前的工作電流。3、反激變壓器，磁場(chǎng)儲(chǔ)能由兩部份辭放，其中大部份是通過互感向二次側(cè)提供能量，只有漏感部份要通過RC回路處理，</p&g

24、t;<p>　　以上三種情況，需要測(cè)量勵(lì)磁電感，互感及漏感值，再求得RC回路的初始電流值。</p><p>　　R的取值，以開關(guān)所能承受的瞬時(shí)反壓，比初始電流值；此值過小則動(dòng)態(tài)功耗過大，引值過大則達(dá)不到保護(hù)開關(guān)的作用；</p><p>　　C的取值，則需要滿足在鉗位電平下能夠儲(chǔ)存磁能的一半，且滿足一定的dV/dt</p><p>　　1.4、功率放大環(huán)

25、節(jié)電路</p><p>　　我們給單片機(jī)設(shè)置一個(gè)固定的溫度范圍，當(dāng)溫度傳感器測(cè)量的溫度高于我們?cè)O(shè)置的最高數(shù)值時(shí)，這時(shí)單片機(jī)指令控制P3.2口產(chǎn)生一個(gè)高電平信號(hào)送給固態(tài)繼電器，是繼電器的產(chǎn)開開關(guān)閉合，使開關(guān)打開通電。控制一個(gè)降溫裝置的開啟（本設(shè)計(jì)中考慮到成本和技術(shù)問題，采用電風(fēng)扇進(jìn)行降溫控制）。相反，當(dāng)溫度傳感器測(cè)量的溫度低于設(shè)置的最低數(shù)值的時(shí)候，這時(shí)單片機(jī)又控制P3.3口產(chǎn)生一個(gè)高電平送給繼電器，使開關(guān)打開從而控

26、制升問裝置進(jìn)行加熱（本系統(tǒng)采用電熱絲進(jìn)行加熱）。通過一個(gè)升溫和一個(gè)降溫裝置，就能實(shí)現(xiàn)溫度的調(diào)節(jié)。只要通過程序，將我們所要達(dá)到的溫度控制在一個(gè)恒溫狀態(tài)下。</p><p>　　控制電路的原理圖如5.7所示,繼電器的正極接電源電壓,負(fù)極接三極管的集電極,之所以采用三極管,就是繼電器一般是需要驅(qū)動(dòng)電壓的。而單片機(jī)的管腳不能提供最后高的電壓，這樣就會(huì)導(dǎo)致即使單片機(jī)送出了高電平也無法將繼電器開關(guān)打開。當(dāng)接上三極管后就能將輸

27、入信號(hào)的發(fā)送到繼電器當(dāng)中，驅(qū)動(dòng)開關(guān)使溫度調(diào)節(jié)器改變溫度。</p><p>　　圖3 溫度控制電路</p><p>　　如圖所示為穩(wěn)定的阻性負(fù)載，為了防止輸入電壓超過額定值，需設(shè)置一限流電阻Rx；當(dāng)負(fù)載為非穩(wěn)定性負(fù)載或感性負(fù)載時(shí)，在輸出回路中還應(yīng)附加一個(gè)瞬態(tài)抑制電路，如圖4.5b所示，目的是保護(hù)固態(tài)繼電器。通常措施是在繼電器輸出端加裝RC吸收回路(例如：R=150 Ω，C=0.5 μF或

28、R=39 Ω，C=0.1 μF)，它可以有效的抑制加至繼電器的瞬態(tài)電壓和電壓指數(shù)上升率dv/dt。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，建議用戶根據(jù)負(fù)載的有關(guān)參數(shù)和環(huán)境條件，認(rèn)真計(jì)算和試驗(yàn)RC回路的選值。 另一個(gè)常用的措施是在繼電器輸出端接入具有特定鉗位電壓的電壓控制器件，如雙向穩(wěn)壓二極管或壓敏電阻(MOV)。壓敏電阻電流值應(yīng)按下式計(jì)算：Imov=(Vmax-Vmov)/ZS其中ZS為負(fù)載阻抗、電源阻抗以及線路阻抗之和，Vmax、Vmov分別為

29、最高瞬態(tài)電壓、壓敏電阻的標(biāo)稱電壓，對(duì)于常規(guī)的220V和380V的交流電源，推薦的壓敏電阻的標(biāo)稱電壓值分別為440-470V和760-810V。</p><p>　　在交流感性負(fù)載上并聯(lián)RC電路或電容，也可抑制加至SSR輸出端的瞬態(tài)電壓和電壓指數(shù)上升率。</p><p>　　(a) (b)</p><p&

30、gt;　　圖4 繼電器結(jié)構(gòu)連接圖</p><p>　　第二章 溫度控制的總體設(shè)計(jì)和思路</p><p>　　2.1、溫度控制方框圖</p><p>　　單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)采用的裝置有單片機(jī)、溫度傳感器和溫度調(diào)節(jié)設(shè)備組成起結(jié)構(gòu)硬件結(jié)構(gòu)圖所示。</p><p>　　圖5 溫度控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　

31、2.2、AT89S52單片機(jī)的結(jié)構(gòu)</p><p>　　AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈

32、活、超有效的解決方案。 </p><p>　　AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/

33、計(jì)數(shù)器、串口、中斷 </p><p>　　繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 </p><p>　　AT89S52的結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。由于它的廣泛使用使得市面價(jià)格較8155、8255、8279要低，所以說用它是很經(jīng)濟(jì)的.該芯片具有如下功能：①有1個(gè)專用

34、的鍵盤/顯示接口；②有1個(gè)全雙工異步串行通信接口；③有2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。這樣，1個(gè)89S52，承擔(dān)了3個(gè)專用接口芯片的工作；不僅使成本大大下降，而且優(yōu)化了硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)，給用戶帶來許多方便。89S52有40個(gè)引腳，有32個(gè)輸入端口（I/O），有2個(gè)讀寫口線，可以反復(fù)插除。所以可以降低成本。 </p><p>　　2.3、溫度傳感器的選擇</p><p>　　DS18B20原理與特

35、性本系統(tǒng)采用了DS18B20單總線可編程溫度傳感器,來實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的采集和轉(zhuǎn)換，大大簡(jiǎn)化了電路的復(fù)雜度，以及算法的要求。首先先來介紹一下DS18B20這塊傳感器的特性及其功能: DSl8B20的管腳及特點(diǎn) DS18B20可編程溫度傳感器有3個(gè)管腳。內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。</p><p>　　圖6 DS18B20的外形及管腳圖<

36、/p><p>　　GND為接地線，DQ為數(shù)據(jù)輸入輸出接口，通過一個(gè)較弱的上拉電阻與單片機(jī)相連。VDD為電源接口，既可由數(shù)據(jù)線提供電源，又可由外部提供電源，范圍3．O～5．5 V。本文使用外部電源供電。</p><p>　　主要特點(diǎn)有： 1. 用戶可自設(shè)定報(bào)警上下限溫度值。 2. 不需要外部組件，能測(cè)量－55～+125℃ 范圍內(nèi)的溫度。 3. －10℃ ～+85℃ 范圍內(nèi)的測(cè)溫準(zhǔn)確度為±

37、;0．5℃ 。 4. 通過編程可實(shí)現(xiàn)9～l2位的數(shù)字讀數(shù)方式，可在至多750 ms內(nèi)將溫度轉(zhuǎn)換成12 位的數(shù)字，測(cè)溫分辨率可達(dá)0．0625℃ 。 5. 獨(dú)特的單總線接口方式，與微處理器連接時(shí)僅需要一條線即可實(shí)現(xiàn)與微處理器雙向通訊。6. 測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以"一線總線"串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力。7. 負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。8

38、. DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫。</p><p>　　2.4、溫度采集電路</p><p>　　數(shù)據(jù)采集電路如圖5.1所示, 由溫度傳感器DS18B20采集被控對(duì)象的實(shí)時(shí)溫度,提供給AT89S52的P3.1口作為數(shù)據(jù)輸入。在本次設(shè)計(jì)中我們所控的對(duì)象為所處室溫。當(dāng)然作為改進(jìn)我們可以把傳感器與電路板分離，由數(shù)據(jù)線相連進(jìn)行

39、通訊，便于測(cè)量多種對(duì)象。</p><p>　　圖7 單片機(jī)2051與溫度傳感器DS18B20的連接圖</p><p>　　2.5、數(shù)碼管溫度顯示電路</p><p>　　數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個(gè)“8”可分為1位、2位、

40、4位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極

41、管的陽極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陽極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。</p><p>　　2.6、 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示</p><p>　　單片機(jī)AT89S52輸出8個(gè)高低電平信號(hào)每個(gè)數(shù)碼管的8個(gè)段分別連接P0.0-P0.7口上當(dāng)某個(gè)數(shù)碼管的公共端為“0”時(shí)，那么這個(gè)數(shù)碼管被選中，這時(shí)此數(shù)碼管的哪段為”1“則哪段就被點(diǎn)亮初學(xué)者可以利用本實(shí)驗(yàn)板自帶的仿真器功能來單步執(zhí)行，來觀察數(shù)碼管

42、的工作原理，由于I/O資源有限，一個(gè)51單片機(jī)只有32個(gè)I/O所以只能將8個(gè)數(shù)碼管以動(dòng)態(tài)掃描的方式來顯示，何為動(dòng)態(tài)掃描呢？ 動(dòng)態(tài)掃描的連接方式是將8個(gè)數(shù)碼管的8個(gè)段用相同的I/O來控制，即第一個(gè)數(shù)碼管的”a“段由P0.0控制第二個(gè)數(shù)碼管的”a“段也是由P0.0來控制的而8個(gè)數(shù)碼管的公共端則是由不同的I/O來控制，即第一個(gè)數(shù)碼管的公共端由P2.4控制而第二個(gè)數(shù)碼管的公共端有P2.5控制  動(dòng)態(tài)掃描的控制原理是

43、：將第一個(gè)數(shù)碼管要顯示的內(nèi)容顯示出來，然后立刻將第二個(gè)數(shù)碼管的內(nèi)容顯示出來，一次把第8個(gè)數(shù)碼管的內(nèi)容顯示出來由于單片機(jī)的工作速度非常快，所以當(dāng)顯示第8個(gè)數(shù)碼管的時(shí)候第一個(gè)數(shù)碼管的內(nèi)容還沒有完全消失，這時(shí)立刻重復(fù)上面的過程，就實(shí)現(xiàn)了數(shù)碼管的。數(shù)碼關(guān)分共陽極數(shù)碼管，還有就是共陰極數(shù)碼管，我們就采用共陰來使用。單片機(jī)各個(gè)口的電壓輸出的都為高電平。共陰</p><p>　　2.7、電源5V總體設(shè)計(jì)</p>

44、<p>　　電源模塊為系統(tǒng)板上其它模塊提供＋5V電源，電源輸入有兩種方式，一種為交直流電源從電源插座輸入，輸入的電壓要求，直流輸入應(yīng)大于7.5V，交流輸入應(yīng)大于5V，通過7805三端穩(wěn)壓器得到5V的直流電源供給系統(tǒng)其它模塊工作，另一種為從USB接口獲?。?V電源，只要用相應(yīng)配套的USB線從電腦主機(jī)獲?。?V直流電源，在電源模塊中加有保護(hù)電路，即電路中有短路，不會(huì)對(duì)7805三端穩(wěn)壓器及電腦主機(jī)電源有損害。其電路原理圖如圖5所示&

45、lt;/p><p><b>　　圖 8 電源設(shè)計(jì)圖</b></p><p>　　1.6、電路總體設(shè)計(jì)圖</p><p>　　圖 9 電源總體設(shè)計(jì)圖</p><p>　　2.8、 DS18B20初始化</p><p>　　DS18B20的一線工作協(xié)議流程是：初始化→ROM操作指令→存儲(chǔ)器操作指令→數(shù)

46、據(jù)傳輸。其工作時(shí)序包括初始化時(shí)序、寫時(shí)序和讀時(shí)序。故主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個(gè)步驟：每一次讀寫之前都要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，DS18B20收到信號(hào)后等待16～60微秒左右，后發(fā)出60～240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。</p><p&

47、gt;　　DS18B20的單線協(xié)議和命令</p><p>　　DS18B20有嚴(yán)格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)的傳輸?shù)恼_性和完整性</p><p>　　主機(jī)操作單線器件DS18B20必須遵循下面的順序.</p><p><b>　　1.初始化</b></p><p>　　單線總線上的所有操作均從初始化開始。初始化過程如下：

48、主機(jī)通過拉低單線480us以上，產(chǎn)生復(fù)位脈沖，然后釋放該線，進(jìn)入Rx接收模式主機(jī)釋放總線時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)上升沿。單線期間DS18B20檢測(cè)到改上升沿后，延時(shí)15-60us，通過拉低總線60-240us來產(chǎn)生應(yīng)答脈沖。主機(jī)棘手到從機(jī)的應(yīng)答脈沖后，說明有單線器件在線。</p><p><b>　　2.ROM操作命令</b></p><p>　　一旦總線主機(jī)檢測(cè)到應(yīng)答脈沖，便

49、可以發(fā)起ROM操作命令。工有5位ROM操作命令。</p><p><b>　　3.內(nèi)存操作命令</b></p><p>　　在成功執(zhí)行了ROM操作命令之后，才可以使用內(nèi)存操作命令。主機(jī)可以提供6種內(nèi)存操作命令。</p><p><b>　　4.數(shù)據(jù)處理</b></p><p>　　DS18B20要有

50、嚴(yán)格的時(shí)序來保證數(shù)據(jù)的完整性。在單線DQ上，存在復(fù)位脈沖、應(yīng)答脈沖、寫“0”、寫“1”、讀“0”和讀“1”幾種信號(hào)類型。其中，出來映帶脈沖之外，均由主機(jī)產(chǎn)生。數(shù)據(jù)位的讀和寫則是通過使用讀、寫時(shí)隙實(shí)現(xiàn)的。</p><p>　　首先來看寫時(shí)隙。當(dāng)主機(jī)將數(shù)據(jù)從高電平來至低電平時(shí)，產(chǎn)生寫時(shí)隙。有2種類型的寫時(shí)隙：寫“1”和寫“0”。所有寫時(shí)隙必須在60us以上，各個(gè)寫時(shí)隙之間必須保證最段1us的恢復(fù)時(shí)間。DS18B20在

51、DQ線變低后的15-60us的窗口對(duì)DQ線進(jìn)行采樣，如果為高電平，就寫“1”；如果為低電平就寫“0”。對(duì)于主機(jī)產(chǎn)生寫“1”時(shí)隙的情況，數(shù)據(jù)線必須先被拉低，然后釋放，在寫時(shí)隙開始后的15us，允許DQ線來至高電平。讀主機(jī)產(chǎn)生寫“0”時(shí)隙的情況，DQ線必須被拉至低電平且至少保持低電平60us。</p><p>　　再來看讀時(shí)隙。當(dāng)主機(jī)從DS18B20讀數(shù)據(jù)時(shí)，把數(shù)據(jù)線從高電平來至低電平，產(chǎn)生讀時(shí)隙。數(shù)據(jù)線DQ必須保持

52、低電平至少1us，來自DS18B20的輸出數(shù)據(jù)在讀時(shí)隙下降沿之后15us內(nèi)有效。因此，在此15us內(nèi)，主機(jī)必須停止將DQ引腳置低。在讀時(shí)隙結(jié)束時(shí)，DQ引腳將通過外部上拉電阻拉回來至高電平。所有的讀時(shí)隙最短必須持續(xù)60us，各個(gè)讀時(shí)隙之間必須保證延時(shí)到最段1us的恢復(fù)時(shí)間。</p><p>　　所以的讀寫時(shí)隙至少需要60us，且每?jī)蓚€(gè)獨(dú)立的時(shí)隙之間至少需要1us的恢復(fù)時(shí)間。在寫時(shí)隙中，主機(jī)將在拉低中線15us內(nèi)釋放

53、總線，并向DS18B20寫“1”。若主機(jī)拉低總線后能保持至少60us的低電平，則向單總線期間寫“0”。DS18B20僅在主機(jī)發(fā)生讀時(shí)隙時(shí)才向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，所以，當(dāng)主機(jī)向DS18B20發(fā)生讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時(shí)隙，以便DS18B20能傳輸數(shù)據(jù)。</p><p>　　2.9、 系統(tǒng)流程圖</p><p>　　系統(tǒng)流程圖如圖所示：</p><p>　　圖10 系

54、統(tǒng)流程圖</p><p><b>　　第三章 調(diào)試</b></p><p>　　本電路簡(jiǎn)單高效，失真小，輸出穩(wěn)定，達(dá)到了設(shè)計(jì)目的和要求，但在電路的整個(gè)設(shè)計(jì)過程中存在很多問題,在使用電容時(shí)更要小心因?yàn)殡娙莸拇?lián)與并聯(lián)正好與電阻的相反。如果不多加小心也許會(huì)走很多彎路。檢查穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)電路，確定其準(zhǔn)確無誤，輸入220V電源，檢測(cè)輸出電源大小是否接近5V電源。將電路聯(lián)接好，

55、在運(yùn)算放大器同相輸入端加入一0～10v的直流電壓，觀察輸出穩(wěn)壓值的變化情況。將上述各部分電路調(diào)節(jié)器試好后，將整個(gè)系統(tǒng)連接起來進(jìn)行通調(diào)。檢查整體電路有無錯(cuò)誤，檢查無誤后接通電源，運(yùn)行正常停止運(yùn)行，關(guān)閉計(jì)算機(jī)關(guān)閉電源，結(jié)束。 </p><p><b>　　第四章 結(jié)束語</b></p><p>　　通過本次課程設(shè)計(jì)，使我加深了對(duì)Proteus、單片

56、機(jī)AT89C51、穩(wěn)壓直流電源設(shè)計(jì)的理解，還有經(jīng)過在網(wǎng)上查找資料以及到圖書館學(xué)習(xí)，也使我更好的理解和認(rèn)識(shí)了關(guān)于電源設(shè)計(jì)原理和實(shí)際中的應(yīng)用過程。在課程設(shè)計(jì)過程中我們互相討論，請(qǐng)教老師，在不斷的調(diào)試各自的程序中，發(fā)現(xiàn)了很多各自的問題并進(jìn)行研究解決。我們?cè)囍貌煌脑O(shè)計(jì)方法來實(shí)現(xiàn)我們的課題，這樣不僅可以拓寬我們的思路，還可以使我們的設(shè)計(jì)成果更加嚴(yán)謹(jǐn)。本次課程設(shè)計(jì)可以為我以后工作打下一定的基礎(chǔ)，感謝本次課程設(shè)計(jì)，感謝我的指導(dǎo)老師！</p&

57、gt;<p>　　通過各方面的努力，最終設(shè)計(jì)出了自己較為滿意的系統(tǒng)。雖然這兩周過得很辛苦，但是自己付出的努力得到了回報(bào)，那種成就感是任何事物都無法代替的。還有在設(shè)計(jì)過程中，我們積累的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)我們以后的學(xué)習(xí)和工作會(huì)有莫大的幫助。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 《集成電路音響放大器》 徐治邦 編著 新時(shí)代出版社 1

58、984.1</p><p>　　[2] 《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》 主編:童詩白 華成英 高等教育出版社 2000.3</p><p>　　[3] 《基于PROTEUS的電路及單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真》 周潤(rùn)景 張麗娜 編著 </p><p>　　北京航空航天大學(xué)出版社 2006.05.01</p><p>　　[4] 《實(shí)用電路300例》 武

59、義偉 汪河 編著 電子工業(yè)出版社 1983.9</p><p>　　[5] 《實(shí)用電路手冊(cè)》 楊寶清 編著 機(jī)械工業(yè)出版社 1985.6</p><p>　　[6] 《高穩(wěn)定度電源》 倪本來 編著 人民郵電出版社 1982.12</p><p>　　[7] 《模擬集成電路設(shè)計(jì)》 David A.Johns ＆ Ken Martin著 機(jī)械工業(yè)出版社2005.11