1、太原理工大學現代科技學院 課程設計 電烤箱的智能溫控儀表設計 本文介紹了以 STC89C51 單片機為核心的電烤箱溫度控制系統。電烤箱的溫度控制系統有兩個部分組成：硬件部分和軟件部分。其中硬件部分包括：單片機電路、傳感器電路、放大器電路、轉換器電路、以及鍵盤和顯示電路。軟件部分包括：主程序、運算控制程序、以及各功能實現模塊的程序，以如下設計為要求：電烤箱由 1kW 電加熱器加熱，最高溫度為 120C。電烤箱的溫度可以設置，電烤過程恒溫控制為設置的溫度，溫度控制誤差2C。可以實時顯示設置溫度和實際溫度，顯示精度為 1C。當實際溫度超出設置溫度5C 時發出報警采用 STC89C51 單片機和 11

2、MHz 的晶振；采用 AD590 溫度傳感器 。采用位式控制、并用晶閘管過零驅動 1000W 電加熱器（電源電壓為 AC220V） 。文章最后對本設計進行了總結。對溫度控制系統的發展提出了幾點建議。關鍵詞關鍵詞 ：單片機：單片機 ； 溫度溫度 ； 電烤箱電烤箱 ； 控制控制 太原理工大學現代科技學院 課程設計目目 錄錄前 言 .4第 1 章 概 述 .41.1 技術指標 .41.2 控制方案 .4第 2 章 電烤箱的智能溫控儀表硬件部分設計 .52.1 硬件部分 .52.2 單片機電路設計52.2.1 中央處理器 CPU.62.2.2 運算器 .62.2.3 STC89C51 單片機引腳功能.

3、72.2.4 引腳功能 .82.2.5 控制線 .92.2.6 STC89C51 單片機的存儲器結構.92.2.7 STC89C51 單片機的并行 I/O 端口.92.2.8 STC89C51 單片機時鐘電路及時序.102.2.9 復位電路 .112.2.10 STC89C51 單片機的指令系統.112.3 傳感器電路設計 .112.3.1 傳感器概述 .112.3.2 傳感器的基本特性 .122.3.3 熱電阻的測量電路及應用 .132.4 A/D 轉換電路設計.142.4.1 逐次逼近型 A/D 轉換器 ADC0809.142.5 放大器電路設計 .162.5.1 交流放大器電路 .162

4、.5.2 直流放大器電路 .202.5.3 運算放大器電路 .202.6 鍵盤及顯示電路的設計 .212.6.1 鍵盤接口電路 .212.6.2 LED 顯示器接口電路.222.7 抗干擾電路設計 .232.7.1 電磁干擾的形成因素 .242.7.2. 干擾的分類 .242.7.3 單片機應用系統電磁干擾控制的一般方法 .24太原理工大學現代科技學院 課程設計2.7.4 硬件抗干擾措施 .25第 3 章 軟件部分設計 .263.1 工作流程 .263.2 功能模塊 .263.3 資源分配 .263.4 功能軟件設計 .263.4.1 鍵盤管理模塊 .263.4.2 顯示模塊 .293.4.3

5、 溫度檢測模塊 .313.4.4 溫度控制模塊 .323.4.5 溫度越限報警模塊 .343.4.6 主程序和中斷服務子程序 .35第 4 章 結 論.37參考文獻 .37附錄 1 38 附錄 238 太原理工大學現代科技學院 課程設計前 言隨著社會的不斷發展，人們對機械的應用也越來越廣，進而人們對機械運動的控制要求亦越來越高。機電控制實現了以電氣來控制機械。單片機的出現使機電控制技術突飛猛進。單片機出現的歷史并不長，但發展迅猛。自 1975 年美國德克斯儀器公司首次推出 8 位單片機 TMS-1000 后才開始快速發展。1976 年 9 月，美國 Intel 公司首次推出 MCS-48 系列

6、 8 位單片機以后，單片機發展進入了一個新的階段。1983 年 Intel 公司推出的 MCS-96 系列、1987 年 Intel 公司又推出的 80C96 等位 16 位單片機。近年來各個計算機生產廠家已進入更高性能的 32 位單片機研制、生產階段。單片機發展之快、品種之多。其中最常用的主要有：AT89 系列單片機、AVR 單片機 Motorola 公司的 M68HC08 系列單片機以及 PIC 單片機。隨著社會的發展，單片機的特點體現在體積小、可靠性高、使用方便等方面。根據溫度控制的特點，本次設計采用 STC89C51 單片機為控制核心，采用位式控制算法并用晶閘管過零驅動 1000W 電

7、加熱器。實現對電烤箱的溫度的控制。通過本次設計進一步詳細說明單片機控制系統在社會生活中的應用。為以后進一步應用單片機系統提供幫助。第 1 章 概述溫度控制是工業生產過程中經常遇到的控制，有些工藝過程對其溫度的控制效果直接影響著產品質量，因而設計一種較為理想的溫度控制系統是非常有價值的。根據溫度變化快慢的特點，并且控制精度不易掌握等特點，本文電烤箱的溫度控制為模型，設計了以 STC89C51單片機為檢測控制中心的溫度控制系統。溫度控制顯示采用 3 位 LED 靜態顯示。該設計結構簡單，控制算法新穎，控制精度高，有較強的通用性。1.1 技術指標功能及技術指標：功能及技術指標：電烤箱由 1kW 電加

8、熱器加熱，最高溫度為 120C。電烤箱的溫度可以設置，電烤過程恒溫控制為設置的溫度，溫度控制誤差2C。可以實時顯示設置溫度和實際溫度，顯示精度為 1C。當實際溫度超出設置溫度5C 時發出報警采用 STC89C51 單片機和 11MHz 的晶振；采用 AD590 溫度傳感器 。采用位式控制、并用晶閘管過零驅動 1000W 電加熱器（電源電壓為 AC220V） 。太原理工大學現代科技學院 課程設計1.2 控制方案位式控制 位式控制就是通斷控制。如果設定值為 A，當系統的輸入值小于 A 或大于 A時，輸出的控制信號只有 0 和 1 兩種狀態，稱為二位式控制。舉個例子：假設 x 表示水箱的實際水位、A

9、 表示設定的水位控制高度，y 表示輸出的控制信號，則：當實際水位 x 低于設定的 A 時，y=1，水泵導通，水箱開始進水；當水位達到或超出了 A 時，y=0，水泵關斷，水箱停止進水。晶閘管過零驅動雙向晶閘管在單片機控制系統中，常作為功率驅動器件，特別適合做交流無觸點開關使用。雙向晶閘管接通的一般都是功率較大的電器，且連接在強電網絡中，因此對單片機的控制信號會造成較大的干擾。所以在一般情況下，都通過光電耦合器將單片機與雙向晶閘管隔離。另外，為了進一步減小雙向晶閘管觸發時產生的干擾，雙向晶閘管的觸發常采用過零觸發電路，也稱為過零驅動電路。過零觸發，就是在電壓為零或零附近的瞬間接通。由于采用了過零觸

10、發，所以在晶閘管的控制電路中，還需要有交流電的過零檢測電路。雙向晶閘管（也稱為雙向可控硅）過零觸發電路主要應用于單片機系統的交流負載控制電路，可以控制電爐等大功率交流設備。當過零檢測電路檢測到交流電壓過零時，便產生中斷請求，只要在中斷服務程序中通過單片機的 P1.0 引腳發出觸發脈沖，即可觸發雙向可控硅導通。第 2 章 電烤箱的智能溫控儀表硬件部分設計2.1 硬件部分系統的硬件部分包括單片機電路、A/D 轉換器、放大器、傳感器、鍵盤及顯示電路五大部分。其各部分連接關系如圖 2-1 所示。A/D太原理工大學現代科技學院 課程設計圖 2-1 電烤箱溫度控制系統結構2.2 單片機電路設計隨著社會發展

11、，單片機以其體積小、可靠性高、使用方便的特點在社會生活中達到廣泛應用。根據溫度控制特點，本次設計采用 STC89C51。以下對其進行詳細介紹。STC89C51 單片機是美國 Intel 公司的 8 位高檔單片機的系列。也是目前應用最為廣泛的一種單片機系列。其內部結構簡化框圖如下所示。STC89C51 系列單片機主要有 CPU、存儲器，IO 接口電路及時鐘電路等部分組成。2.2.1 中央處理器 CPU中央處理器 CPU 是單片機的核心。是計算機的控制指揮的中心。同一般微機的 CPU 類似。STC89C51 單片機內部 CPU 包括控制器和運算器。如圖 2.1.2-12.2.2 運算器STC89C

12、51 運算器電路以算術邏輯單元 ALU 為核心。有累加器 ACC、寄存器 B、暫存器 1、暫存器 2、程序狀態寄存器 PSW 和布爾處理機共同組成。它主要完成數據的算術運算、邏輯運算、位變量處理和數據傳輸操作。運算結果的狀態由程序寄存器 PSW 保存。A. 算術邏輯單元 ALU 與累加器 ACC、寄存器 B算術邏輯單元 ALU 不但能完成 8 位二進制的加、減、乘、除等算數的運算。而且還能對8 位變量進行邏輯“與” “或” “異或”循環位移等邏輯的運算。累加器 ACC(簡稱累加器 A) 為一個 8 位寄存器，它是 CPU 中使用最頻繁寄存器。專門存放操作數或運算結果。太原理工大學現代科技學院

13、課程設計圖 2.2.2-1 STC89C51 單片機內部結構簡化框圖2.2.3 STC89C51 單片機引腳功能STC89C51 系列單片機的封裝形式有兩種：一種是雙列直插方式的封裝；另一種是方形的封裝。STC89C51 單片機 40 個引腳及總線結構圖如下所示。其 CMOS 工藝制造的低地功耗芯片也有采用方形的封裝。但為 44 個引腳，其中 4 個引腳是不使用的。由于 STC89C51 單片機是高性能的單片機。同時受到引腳數目的限制，所以有部分引腳具有第二功能。如圖 2.1.3-1單片機引腳圖。a.主電源引腳主電源引腳兩根：VCC 接+5V 電源正端；VSS 接+5V 電源地端。b.外接晶體

14、引腳兩根XTAL1:接外部石英體和微調電源一端。XTAL2:接外部晶體和微調電容另一端。其中，對用外部時鐘時，對于 HMOS 單片機,XTAL1 腳接地，XTAL2 腳作為外部振蕩信號輸入端。對 CHMOS 單片機 XTAL1 腳作為外部振蕩信號的輸入端，XTAL2 腳空不接。 圖 2.2.3-1 單片機引腳圖太原理工大學現代科技學院 課程設計2.2.4 引腳功能IO 引腳共 32 根。APO 口：P0.0-P0.7 統稱為 PO 口是 8 位雙向 I/O 口線。P0 口即可作為地址/數據總線使用，又可作為通用的 I/O 口線。在不接片外存儲器與不擴展 I/O 口時，可作為準雙向輸入/輸出口。

15、在接有片外存儲器或擴展 I/O 時，P0 口分時復用為低 8 位地址總線和雙向數據的總線。BP1 口：P1.0-P1.7 統稱為 P1 口。是 8 位準雙向 I/O 口線。P1 口作為通用 I/O 口使用。CP2 口：P2.0-P2.7 統稱為 P2 口。是 8 位準雙向 I/O 口線。P2 口即可作為通用的 I/O口使用。也可作為片外存儲器的高 8 位地址線。與 P0 口組成 16 位片外存儲器單元地址。P3 口的第二功能如下表所示：P3 口的第二功能P3.0 RXD 串行口輸入P3.1 TXD 串行口輸出P3.2 0IM 外部中斷 0 輸入P3.3 1IM 外部中斷 1 輸入P3.4 T0

16、 定時/計數器 0 計數輸入P3.5 T1 定時/計數器 1 輸入P3.6 WR 片外 RAM 寫選通信號（輸出）P3.7 RD 片外 RAM 讀選通信號（輸出）2.2.5 控制線控制線共四根。A：ALE/PROG 地址鎖存有效信號輸出率。B：PSEN 片外程序存儲器讀選通信號輸出端低電平有效。C：RST/VPD 復位信號備用電源輸入信號。D：EA/VPP 片外程序存儲器選用端。太原理工大學現代科技學院 課程設計2.2.6 STC89C51 單片機的存儲器結構STC89C51 單片機的存儲器物理結構上分為片內數據存儲器、片內程序存儲器、片外數據存儲器和片外程序存儲器等 4 個存儲空間。2.2.

17、7 STC89C51 單片機的并行 I/O 端口STC89C51 單片機有 4 個 8 位并行 I/O 端口（P0、P1、P2、P3）每個端口都各有 8 條 I/O口線，每條 I/O 口線都獨立地用作輸入輸出，在具有片外擴展存儲器的系統中，P2 口送出高8 位地址，P0 口分時送出低 8 位地址和 8 位數據。各端口的功能不同，結構上也有差異，但是每個端口的 8 位結構是完全相同的。如圖 2.1.7-1 I/O 口位結構圖所示。a.P0 口，P0 口是一個三態雙向口，可作為地址/數據分時復用口，也可作為通用 I/O 接口。b.P1 口，P1 口為準雙向口，它在結構上與 P0 口的區別在與輸出驅

18、動部分。其輸出驅動部分由場效應管 V1 與內部上拉電阻組成，當某位輸出高電平時，可以提供上拉電流負載，不必像 P0 口上那樣需要外接上拉電阻。c.P2 口，P2 口也為準雙向口。其具有通用 I/O 接口或高 8 位地址總線輸出兩種功能，所以其輸出驅動結構比 P1 口輸出驅動結構多了一個輸出模擬轉換開關 MUX 和反相器 3。d.P3 口 P3 口的輸出驅動由與非門 3 和 V1 組成，比 P0、P1、P2 口結構多了一個緩沖器4。P3 口除了可為通用準雙向 I/O 接口外，每一根線還具有第二功能。 太原理工大學現代科技學院 課程設計 圖 2.2.7-1 I/O 口位結構圖2.2.8 STC89

19、C51 單片機時鐘電路及時序a.時鐘電路STC89C51 單片機的時鐘信號通常有兩種方式產生：一種是內部的方式，一種是外部的方式。圖 2.2.8-1、2.2.8-2 所示。b.時序STC89C51 單片機指令字節數和機器周期數可分為六類。即單字節單機器周期指令、單字節雙機器周期指令、單字節四機器周期指令、雙字節單機器指令、雙字節雙機器周期指令和三字節雙機器周期指令。圖 2.2.8-1 內部方式時鐘電路 圖 2.2.8-2 外部方式時鐘電路2.2.9 復位電路復位是通過某種方式，使單片機內各寄存器的值變為初值狀態操作，STC89C51 單片機在時鐘電路工作以后，在 RST/VPD 端持續給出兩個

20、機器周期的高電平就可以完成復位操作。復位分為上電復位和按鍵手動復位兩種方式。STC89C51 單片機復位狀態如下所示： 寄存器 復位狀態 寄存器 復位狀態 PC 0000H ACC 00H B 00H PSW 00H SP 07H DPTR 0000H P0-P1 OFFH IP XXX00000B IE 0XX00000B TMOD 00H太原理工大學現代科技學院 課程設計 TCON 00H TL0、TL1 00H TH0、TH1 00H SCON 00H SBUF 不定 PCON 0XXX0000B2.2.10 STC89C51 單片機的指令系統控制計算機與操作指令是一組二進制編碼，稱之為

21、機器語言。計算機只能識別和執行機器語言指令。STC89C51 單片機指令與指令系統共有 111 條指令，從功能上可分成數據傳輸類指令、算術運算指令、邏輯運算和移位指令、程序控制轉移類指令和位操作指令五大類。2.3 傳感器電路設計2.3.1 傳感器概述根據國家標準，傳感器定義是：能感受規定的被測量并按照一定得規律轉換成可用輸出信號器件或裝置。傳感器一般由敏感元件，轉換元件和轉換電路三部分組成。其組成框圖如 2.2.1-1 所示。圖 2.3.1-1 傳感器組成框圖敏感元件：它是直接感受被測量并輸出與被測量成確定關系某一種量的元件。轉換元件：敏感元件的輸出就是它的輸入，它把輸入轉換成電路參量。轉換電

22、路，上述電路參數接入轉換電路，便可轉換成電量輸出。傳感器按其工作原理可分為物理傳感器、化學傳感器、生物傳感器。物理傳感器是利用某些變換元件的物理性質，及某些動作功能材料的特殊物理性能制成的傳感器。化學傳感器是利用電化反應的原理，把無機和有機化學物質成分。濃度等轉換為電信號傳感器。生物傳感器是一種利用生物活性物質的選擇性來識別和測定生物化學物質傳感器。隨著科學技術發展和社會進步的需要，推動著傳感器技術的迅速發展。目前傳感器技術的發展方向主要有開發新型傳感器、開發新材料、采用新工藝、集成化多功能化與智能化等幾個方面。太原理工大學現代科技學院 課程設計2.3.2 傳感器的基本特性根據被測量的變化狀態

23、，可以把傳感器輸入量分為靜態量和動態量兩大類。靜態量指傳感器的輸入量位程序狀態信號或變化及其緩慢的準靜態信號；動態量指傳感器的輸入量為周期信號、瞬變信號或隨機信號等時間變化的信號。其中，傳感器的靜態特性是指傳感器在被測量處于穩定狀態下的輸出輸入關系。傳感器的靜態特性是在靜態標準工作條件測定的。衡量傳感器靜態靜態特性的主要技術指標有量程、線性度、遲滯、重復性、靈敏度、漂移。傳感器的動態特性是指傳感器對隨時間變化的輸入量的響應特性。A.傳感器的技術性能指標及改善性能途徑傳感器技術性能指標傳感器動態性能指標量程指標：包括測量范圍、過載能力。靈敏度指標：包括靈敏度、分辨力、滿量程輸出、輸出輸入阻抗。A

24、. 精度有關指標：包括精度（誤差） 、重復性、線性、滯后、靈敏度誤差、閥值穩定性、漂移。B. 動態性能指標：包括固有頻率阻尼系數、時間常數、頻響范圍、頻率特性、臨界頻率、臨界速度、穩定時間。C. 環境參數指標a.溫度指標包括工作溫度范圍、溫度誤差、溫度漂移、溫度系數、熱滯后。b.抗沖擊振動指標：包括各向沖擊振動的頻率、振幅、加速度、沖擊振動引入的誤差。c.其他環境參數：包括抗潮濕、抗介質腐蝕能力、抗電磁場干擾能力。C.可靠性指標：包括工作壽命，平均故障時間、保險期、疲勞性能、絕緣電阻耐壓弧性能。D其他指標：a使用方面：包括供電方式、電壓幅度與穩定性功能、各項分布參數。b結構方面：名手外形尺寸質

25、量、殼體材質、結構特點。c. 要裝連接方面：包括安裝方式、饋成、電纜。改善傳感器性能的技術途經：a差動技術 b.平均技術 c.零示法和微差法 d.閉環技術 e.屏蔽隔離子干擾抑制 f.補償修正技術 g.穩定性處理。太原理工大學現代科技學院 課程設計根據本設計要求選用熱電式傳感器。將被測量變化轉換成熱生電動勢傳感器稱熱電式傳感器、熱電式傳感器可將溫度及溫度相關的信號轉化為電量輸出、熱電式傳感器有熱電阻、熱敏電阻、熱電效方式等各種類型。根據電烤箱特點采用熱電阻傳感器。熱電阻利用金屬導體的電阻值隨溫度升高而增大的特性來來進行了溫度測量的，常用測量范圍為-20。C +150。C。隨著其技術的發展，其測

26、溫范圍也不斷擴大，低溫已可測量1K3K,高溫則可測量+1000。C +1300。C 熱電阻力傳感器的主要優點有：A.測量精度高，熱電阻材料電阻溫度特性穩定，重復性好， 不存在熱電偶參比端誤差問題；B.測量范圍較寬，尤其在低溫的方面；C.易于在自動測量或遠距離測量中的使用；常用的熱電陰材料有鉑、銅、鎳、鐵等。2.3.3 熱電阻的測量電路及應用熱電阻常用接入電橋使用引出線有兩、三線式和四線式三種形式。采用兩線式接法時（如圖 2.2.3-1 所示 Rt 的接法）引出的導線接于電橋的一個臂上，當由于環境溫度或通以電流引起導成溫度變化時，將產生附加的電阻、引起測量誤差，所以，當熱電阻值較小時，常采用三線

27、式、四線式接法，以消除接線電阻和引線電阻影響。三線式接法是將兩條具有相同溫度特性的導成接于相鄰兩橋臂上，此時由于附加電阻引起電阻變化是相同的，根據電橋特性，電橋輸出將互相抵消。 圖 2.3.3-1 熱電阻傳感器的接線方式四線式接法 R2=R3 為固定電阻，R1 可調，熱電阻 Rt,通過電阻為 r1、r2、r3、r4 的四要導線和電橋連接，r1、r4 分別串聯在相鄰兩橋臂內，r2、r3 與電源去路串聯，將開關接通，調節 R1 使電橋平衡，則：R1+r1=Rt+r4再將開關接通 B，重新調整 R1，使電橋達到新的平衡，則：太原理工大學現代科技學院 課程設計R1+r1=Rt+r1兩式相加得：Rt=2

28、 11RR 四線式測量方法比較麻煩，一般用于精度要求較高的場合。2.4 A/D 轉換電路設計2.4.1 逐次逼近型 A/D 轉換器 ADC0809a.ADC0809 的內部邏輯結構（如圖 2.3.1-1）如圖，多路開關可達通訊員 89 模擬通道，允許 8 路模擬量分時輸入，共用一個 A/D 轉換器進行轉換。地址鎖存與譯碼電路完成對 A、B、C 三個地址供進行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道的選擇。8 位 A/D 轉換器是逐次逼近式，由控制時序電路，逐次逼近寄存器，樹狀開關以及其256R 電阻下型網絡等組成輸出鎖存器用于存放和輸出轉換得到的數字量b.ADC0809 的引腳及各引腳功能圖 2.4.1

29、-1 ADC0809 內部邏輯結構圖ADC0809 的引腳入各引腳雙引直插式封裝，其引腳排列見圖 2.3.1-2 所示各引腳功能如下：太原理工大學現代科技學院 課程設計A、INT2NO：8 咱模擬量輸入引腳，ADC0809 對輸入模擬量的要求主要有二信號的單極性，電壓范圍 0+5V；若信號過小還需要進行放大。另外，在 A/D 轉換的過種中，模擬量輸入值不應變化太快，因此，對變化速度快模擬量在輸入前應增加采樣保持電路。B、A、B、C:地址線，A 為低位地址，C 為高位地址用于對模擬通道進行的選擇。C、ALE：地址鎖存允許信號，在對應 ALE 跳轉，A、B、C 地址狀態送入地址的鎖存器中。圖 2.

30、4.1-2 ADC0809 引腳功能圖D、Vref：參考電壓正端參考電壓用來與輸入模擬信號進行比較，作為逐次逼近的基準，其曲型值為+5V（Vref（+）=+5V，Vref(-)=0）D、START：轉換啟動信號。START 上跳轉時，所有內部寄存器清 0；START 下跳轉時，開始進行 A/D 轉換；在 A/D 轉換期間，START 應保持低電平。E、DTD0：數據輸出線，其為三態緩沖輸出形式，可以和單片機數據線直接相連。F、DE：輸出允許信號，ADC0809 的內部設有時鐘電路，所需時鐘，信號由外界提供，因此有時鐘信號的引腳。通常使用頻率為 500KHZ 時鐘信號。I、Vcc：+5 電源2.

31、4.2 STC89C51 單片機與 ADC0809 接口A.8 路模擬通道選擇:A、B、C 分別接地址鎖存器提供的低三位地址。只要把三位地址寫入 0809 中的地址鎖存器就實現了模擬通道選擇。對系統來說，地址鎖存器是一個輸出口，為了把三位地址寫入，還要提供口地址。太原理工大學現代科技學院 課程設計B.數據的傳輸方式：定時傳輸方式；查詢方式；中斷方式。2.5 放大器電路設計傳感器是將待測物理量或化學量轉換成電信號的輸出。但其輸出的信號通常的都很小，需要進行放大。傳感器信號的放大，根據具體情況可采用分立元件放大器（晶體管放大器）和集成元件放大器（運算放大器） 。2.5.1 交流放大器電路a.共發射

32、極放大電路A.工作點不穩定狀態靜態工作點： ，,EcIbRbIcIb UceEcIcRc交流等效電路： /R fzRcRfz圖 2.5.1-1 工作點不穩定狀態放大電路輸入電阻： rsrrbe（當 rbeRb 時）輸出電阻： rscRceRcrsc放大倍數： K=R fzrbc此放大器特點：放大倍數大。B.工作點穩定狀態a.靜態工作點： 由（）12 1112Re1Ue RUbeRR(2)1EeUeUbeRc交流等效電路： Rfz1=Rc1/rbe，Rfz2=Rc2/Rfz輸入電阻： rsrrbe2（當 rbe1R1/R2 時）太原理工大學現代科技學院 課程設計輸出電阻： rscRc放大倍數：

33、K= （當 RC1rb2 時）UscUsr1 2 21R fzRbe此放大電路特點：放大倍數大，工作點穩定。b.靜態工作點： Ub，Ua=Ub-Ube，112EcRbRbRb Ie=，UceEc-Ic（Re+Rc）ReUe交流等效電路： Rfz=Rc/Rfz輸入電阻： rsr=rbe（當 rbeRb1/Rb2）輸出電阻： rscRc放大倍數： K=R fzrbe圖 2.5.1-2 工作點穩定狀態 a 類放大器電路此放大電路特點： rsr 較大，|K|1 且與晶體管參數幾乎無關。圖 2.5.1-3 工作點穩定狀態 b 類放大器電路C靜態工作點： Ub 、Uc 同左，但 Ie=，UceEc-Ic（

34、Rc+Re+RF）ReUcRF太原理工大學現代科技學院 課程設計交流等效電路： Rfz=Rc/Rfz輸入電阻： 12/()srbbFberRRRr輸出電阻： （當時）bbescRrreRbbeRr放大倍數： （當）fzRKRF beRFr此放大電路特點： 大，小，srrscr1K 圖 2.5.1-4 工作點穩定狀態 c 類放大器電路A. V 共集電極放大電路。靜態工作點： ,cbcbcecccbcEIII UEI RRR交流等效電路： 輸入電阻 /fzcfzRRR /srbfzrRR放大倍數： (1)(1)fzbefzRKrR太原理工大學現代科技學院 課程設計圖 2.5.1-5 共集電極放大器

35、電路B. 反饋凡是引入反饋以后使放大鏡器的放大倍數減小的稱為負反饋。反之凡是引反饋以后使放大倍數增大的稱為正反饋贈。其中換反饋有電壓串聯負反饋贈，電流串聯負反饋贈，電壓并聯負反饋贈，電流并聯的負反饋。2.5.2 直流放大器電路將緩慢直流量信號進行廣大器件稱直流放大器。它與前述交流放大器的區別是交流放大器級與級之間加了三個隔離的直電流電容（即耦合電容）而直流放大器級與級之間沒有這個電路，故直流放大器又稱直接耦合放大器2.5.3 運算放大器電路A.概述在直流差動放大器的輸入端子輸出端之間跨接各種網絡（如電阻 R1、電容 C 等） ，使構成用來實現信號組合和運算的運算放大器，運算放大器通常是由放大電

36、路組成，輸入級（第一級）由晶體管 T1 和 T2 組成差動放大鏡電路 T3 和 T4 是 T1 和 T2 的有源負載。T9 是恒流源，第二級放大電路由晶體管 T5 和 T6 組成，T10 是恒流源（T6 的有源負載） ，為了獲得輸出阻抗，輸出級（第三級）由晶體管 T7 和 T8 組成，采用互補對稱放大電路。運算放大器是一種具有高放大倍數，深度負反饋的直流放大器。便于實現信號的組合和運算。有很大靈活性，尤其在線性固體組件出現后，有具有體積小，質量輕等優點，所以在實際中應用固體組件運算放大器所組成的電路是多種多樣的。 理想運算放大器的特性：a.開環增益 Ad 無限大；b.輸入阻抗無限大；c.輸出阻

37、抗 Z 為 0；太原理工大學現代科技學院 課程設計圖 2.5.3-1 運算放大器電路圖d.輸入電壓的失調電壓 rf 為；e.帶寬無限大；f.上述 ae 的特性不隨環境溫度的變化而變化；B.運算放大器的典型電路a.反饋型號放大電路 b.加法放大電路 c.減法放大電路 d.積分電路 e.對數放大電路 f.乘法器電路 g.除法器電路 h.比較器電路 i.整流器電路 j.限頻器電路 k.數據放大器電路 l.弱電流放大器 m.電荷放大器電路。2.6 鍵盤及顯示電路的設計2.6.1 鍵盤接口電路A. 鍵盤的工作原理：a.按鍵的確認：在單片機應用系統中，按鍵都是以開關狀態來設置控制功能或能入數據的，鍵的半合

38、與否，反映在電壓上就是呈高電平或低電平，如果高電平表示斷開的話，那么低電平就是表示閉合，所以通過電平的高代狀態的檢測，使可以克認按鍵接下與否。b.按鍵的抖動處理：當按鍵被迫按下或釋放時，通常伴隨有一定的時間的觸點機械抖動，然后其獨占才穩定下來，抖動時間一般為 510ms，在使用過程，必須去抖措施。去抖有硬件和軟件兩種方法，硬件方法通常采用通過 RS 觸發器連接按鍵除抖，軟件方法采用昝方法除抖，其過程是在檢測到有按鍵按下時，進行一個 10ms 左右的昝程序后，若該鍵仍保持閉合狀態，則確認該鍵處于太原理工大學現代科技學院 課程設計討債狀態，同理，在檢測到該鍵釋放后，也應珠步驟進行確認，從而可消除抖

39、動的影響。B. 獨立工按鍵：獨立式按鍵是直接用 I/O 口線構成的單個按鍵電路，其特點是每個按鍵單獨占用一根I/O 口線，每個按鍵的工作不會其他 I/O 口線的狀態C. 矩陣式按鍵：單片機系統中，若使用按鍵分明，通常采用矩陣式（也稱行列式）鍵盤，如圖 2.5.1-1所示：一個 4*4 的行列結構可以構成一個含有 16 個按鍵的鍵盤。在矩陣式鍵盤中，行列式分別連接到按鍵開關的兩端，行式通過二伴電阻接到+5V 上，當無鍵按下時，行式于高電平狀態，當有鍵按下時，行列式將貫通，此時圖 2.6.1-1 矩陣式鍵盤結構行線電平，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

40、行線，列線和多個鍵相邊，各按鍵按下與否均影響該鍵反在行線和死線的電平，各按鍵間將相互影響，因此必須將行線，列線信號配合起來作適應處理，才能確定閉合鍵的位置。其中，矩陣式鍵盤有以下幾種工作方式：a.編程掃描方式：編程掃描是 CPU 完成其他工作的空余時間，調用鍵盤掃描子程序來響應鍵盤輸入的要求，在執行鍵功能程序時，CPU 不再響應鍵輸入要求，直到 CPU 重新掃描鍵盤為止。鍵盤掃描程序一般應飫以下內容：a：差別有無鍵按下降鍵盤掃描取得閉合鍵的行、列值；b：用計算法或查表法得到鍵值；c:判斷閉合鍵是否釋放，如釋放則繼續等待；d：將閉合鍵鍵號保存，同時轉去執行該執行該閉合鍵的功能。b.定時掃描方式：

41、定時掃描方式就是每隔一段時間對鍵盤掃描一次，它利用單片機內部的定時器產生一定太原理工大學現代科技學院 課程設計時間定時，當定時時間到就產生定時溢出中斷，CPU 響應中斷后對鍵盤進行掃描。 c.中斷掃描方式：為提高 CPU 工作效率，可采用中斷掃描工作方式其工作過和如下：當無鍵接下時，CPU處理自己的工作，當有鍵接下時產生中斷請求，CPU 轉去執行鍵盤掃描子程序，并識別鍵號。2.6.2 LED 顯示器接口電路常用 LED 顯示器有 LED 狀態顯示器（俗稱發光二極管）LED 七段顯示器（俗稱數碼管和LED 十六段顯示器，發光二極管可顯示兩種狀態，用于系統的顯示；數碼管用于數字的顯示；LED 十六

42、段的顯示器，用于字符顯示）A數碼管結構：數碼管由 8 個發光二極管（以下簡稱字段）構成，通過不同組合可用來顯示數字 0-9.字符 A-F 及小數點“.” 。數碼管又分為共陰極和共陽極兩種結構。B. 數碼管工作原理:共陽極數碼管 8 個發光二級管的陽極（二極管正端）連接在一起。通常會共陽極接高電平 1,一般接電源 1,當某個陰極接低電平時，則該數碼管導通并點亮。共陰極數碼管 8 個發光二極管的陰極（二極管負端）連接在一起。公共陰極接低電平（一般接地）當某個陽極接高電平，則該數碼管并點亮。C. 靜態顯示接口:靜態顯示是指數碼管顯示某一字符時，相應的發光二極管恒定導通或恒定截止。這種顯示方式各位數碼

43、管相互獨立，公共端恒定接地（共陰極）獲接正電源（共陽極）每個數碼管的 8 個字段分別與一個 8 位 I/O 地址相連，I/O 口只要有斷碼輸出，相應字符即顯示出來并保持不變直動 I/O 口輸出新的端碼采用靜態顯示的方式。較小的電流即可獲得較大亮度。且占用 CPU 時間少編程簡單，顯示，便于檢測和控制，但其占用口線多，硬件電路復雜、成本高，只適合于顯示位數較少場合。D. 動態顯示接口:動態顯示是一位一位地輪流點亮各位數碼管。這種逐位點亮顯示方式稱為位掃描。通常各位數碼管的段選線相應并聯在一起由 8 位 I/O 口控制。各位選線（公共陰極或陽極）有另外 I/O 口線控制。動態方式顯示時，各數碼管分

44、時輪流選通，要使穩定顯示，必須采用掃描方式，即在某一時刻只選通一位數碼管。并送出相應端碼，在另一位數碼管并送出相應的端太原理工大學現代科技學院 課程設計碼。依此規律循環，即可使各位數碼管顯示將要顯示字符。雖然這些字符是在不同時刻分別顯示，但由于人眼存在視覺暫留效應，只要每位顯示間隔足夠短就可以給人以同時顯示的感覺。圖 2.6.2-1 數碼管與單片機接口2.7 抗干擾電路設計隨著強電弱電設備在通信計算機自動化等領域的廣泛應用。處于同一工作環境各種電子電氣電路因距離過近而相互影響（耦合）形成電磁干擾（EMI）電磁干擾已成為現代電子電氣工程設計和研究人員在設計過程中必須考慮問題。一方面，這是由于當前

45、電子技術正朝著高速、高靈敏度、高集程度方面的發展，增加了現代電子設備內部產生電磁干擾的可能性；另一方面，使用隨著自動化技術裝備的廣泛使用，形成了電子設備和大功率強電設備在同一場合共存和使用的局面，惡化了電子電路工作的外部電磁環境。因此，電磁干擾已成為許多電子設備與系統在環境正常操作運行主要障礙之一。2.7.1 電磁干擾的形成因素電池干擾由電磁干擾源發射經過耦合途徑傳輸到被干擾設備（敏感設備）因此形成電磁干擾的要素有：電磁干擾源、傳輸通到、敏感設備。2.7.2. 干擾的分類A.按干擾源分為自然干擾和人為干擾。B.按噪聲波形及性質分為持續正弦波干擾和浪涌脈沖波形干擾以及脈沖列干擾。C.按干擾傳輸系

46、統的方式分為共模干擾、差模干擾、傳導耦合、感應耦合和輻射耦合。太原理工大學現代科技學院 課程設計2.7.3 單片機應用系統電磁干擾控制的一般方法單片機應用系統干擾源分為內部干擾源和外部干擾源。其中內部干擾源主要來自于印制電路板的布局及布線。單片機系統的抗干擾技術主要包括以下四個方面的內容：A.精心選擇元器件：元器件是構成部件或系統的基礎。要選擇集成度高、抗干擾能力強功耗小電子器件。B.元部件要精密調整：元器件的精密度是保證系統完成設定功能重要保證。因此在使用前或經過一段運行時間之后，都應該對元器件及部件進行精確調整。如 A/D 芯片的調零及滿量程調整。C.采用硬件抗干擾技術：硬件抗干擾技術是設

47、計系統時首選的抗干擾措施，它能有效抑制干擾源，阻斷干擾傳輸通道，只要合理地布置與選擇有關的參數。硬件抗干擾措施就能抑制系統的絕大部分干擾。常用的硬件抗干擾技術措施有：吸收技術、去耦技術、屏蔽技術、接地技術、隔離技術以及印制電路板布線技術。D.采用軟件抗干擾技術：軟件抗干擾方法具有簡單、靈活方便、耗費硬件資源少的特點。在微機測控系統中獲得了廣泛應用。常用的軟件抗干擾技術有：數字濾波、信息傳輸過程的自動檢驗，系統運行狀態監視與發生故障時的自動恢復。本次設計采用硬件抗干擾技術中的屏蔽技術。通過合理的硬件抗干擾措施，可以消除絕大部分電磁干擾。應用硬件抗干擾措施是經常采用的一種方法。下面做詳細介紹。2.

48、7.4 硬件抗干擾措施A.屏蔽技術：屏蔽技術能有效地抑制通過自由空間傳播的電磁干擾，通過應用屏蔽技術，可以限制系統內部的輻射電磁能對外部元件和裝置干擾，同時也防止來自系統外部輻射干擾進入系統內部。屏蔽接地其原理可分為電場屏蔽、磁場屏蔽和電磁場屏蔽。屏蔽分析一般采用兩種方法：一種是應用電路理論。另一種是應用場理論.B.接地技術：太原理工大學現代科技學院 課程設計實踐證明：良好的接地可以在很大程度上抑制系統內部噪聲耦合。防止外部干擾的侵入，提高系統的抗干擾能力。反之若接地處理得不好，會導致噪聲耦合，形成嚴重干擾。電氣設備中的“地”通常有兩種含義：一種是”大地”.另一種是“工作基準地“。所謂“大地”

49、這里是指電氣設備的金屬外殼，線路等通過通過接地線、接地極與地球大地的相連接。這種接地可以保證設備和人身安全，提供靜電的屏蔽。通路降低電磁感應噪聲。“工作基準地“是指信號回答的基準導體（如控制電源的零電位） 。稱“系統地“這是的所謂接地是指將各單元，裝置內部各部分電路信號返回線與基準導體之間的連接。這種接地的目的是為各部分提供穩定的基準電位。對這種接地的要求時盡量減小接地回路中的公共阻抗壓降，以減少系統中干擾信號公共阻抗的耦合。電氣設備接地的目的有三個：其一是為各電路的工作提供基準電位；其二是為了安全；其三是為了抑制干擾。根據電氣設備回路性質和接地目的，可將接地方式分為三類：安全接地、工作接地和

50、屏蔽接地。此外電磁干擾源硬件控制技術還有濾波技術、隔離技術、電路平衡結構、雙絞線抗干擾接地、信號線間的抑制。漏電干擾防止措施。第三章 軟件部分設計3.1 工作流程烤箱在上電復位后先處于停止加熱的狀態，這時可以用“+1”鍵設定預置溫度，顯示器顯示預定溫度；溫度設定好后就可以按啟動鍵啟動系統工作了。溫度檢測系統不斷定時檢測當前溫度，并送往顯示器顯示，達到預定值后停止加熱并顯示當前溫度；當溫度下降到下限（比預定值低 2）時再啟動加熱。這樣不斷重復上述過程，使溫度保持在預定溫度范圍之內。啟動后不能再修改預置溫度，必須按復位/停止鍵回到停止加熱狀態再重新設定的預置溫度。3.2 功能模塊根據上面對工作流程

51、的分析，系統軟件可以分為以下幾個功能模塊：a.鍵盤管理：監測鍵盤輸入，接收溫度預置，啟動系統工作；b.顯示：顯示設置溫度及當前溫度；c.溫度檢測及溫度值變換：完成 A/D 轉換及數字濾波；d.溫度控制：根據檢測到的溫度控制電爐工作；太原理工大學現代科技學院 課程設計e.報警：當預置溫度或當前爐溫越限時報警。3.3 資源分配為了便于閱讀程序，首先給出單片機資源分配情況。如表 3.4.1-1 所示。程序存儲器：EPROM2764 的地址范圍為 0000H1FFFH。I/O 口：P1.0P1.3鍵盤輸入；P1.6、P1.7報警控制和電爐控制。A/D 轉換器ADC0809：通道 0 7 的地址為 7F

52、F8H7FFFH，使用通道 0。3.4 功能軟件設計3.4.1 鍵盤管理模塊上電或復位后系統處于鍵盤管理狀態，其功能是監測鍵盤輸入，接收溫度預置和啟動鍵。程序設有預置溫度合法檢測報警，當預置溫度超過 500時會報警并將溫度設定在 500。鍵盤管理子程序流程圖如圖所示。鍵盤管理子程序 KIN： KIN： ACAL CHK ；預置溫度合法性檢測 MOV BT1，ST1 MOV BT0，ST0 ；預置溫度送顯示緩沖區 ACALL DISP ；二次調用顯示子程序延時去抖 ACALL KEY ；再檢測有無鍵按下表 3.4.1-1 溫度控制軟件數據存儲器分配表地址功能名稱初始發值50H-51H當前檢測溫度

53、，高位在前TEMP1TEMP000H52H-53H預置溫度，高位在前ST1ST000H54H-56HBCD 碼顯示緩沖區，百位、十位、個位T100T10T00H57H-58H二進制顯示緩沖區，高位在前BT1BT000H太原理工大學現代科技學院 課程設計59H-7FH堆棧區PSW.5報警允許標志F0=0 時禁止報警;F0=1 時允許報警F00 LCALL DISP ；顯示預置溫度KIN0： ACALL KEY ；讀鍵值 JZ KIN0 ；無鍵閉合和重新檢測 ACALL DISP JZ KIN0 ；無鍵按下重新檢測 JB ACC.1，S10 MOV A，#100 ；百位鍵按下 AJMP SAP1.

54、10P1.20P1.30P1.00100A10A1AAAYNYNNYYYNNNYNY太原理工大學現代科技學院 課程設計 圖 3.4.1-1 鍵盤管理子程序流程圖S10： JB ACC.2，S1 MOV A，#10 ；十位鍵按下 AJMP SUMS1： JB ACC.3，S0 MOV A，#01 ；個位鍵按下SUM： ADD A，ST0 ；預置溫度按鍵+1 MOV ST0，A MOV A，#00H ADDC A，ST1 MOV ST1，AKIN1： ACALL KEY ；判斷閉合鍵釋放 JNZ KIN1 ；未釋放繼續判斷 AJMP KIN ；閉合鍵釋放繼續掃描鍵盤S0： JNB ACC.0，KI

55、N ；無鍵按下重新掃描鍵盤 RET ；啟動鍵按下返回KEY： MOV A，P1 ；讀鍵值子程序 CPL A ANL A，#0FH RET預置溫度合法性檢測子程序 CHK(用雙字節減法比較預置溫度是否大于 500(01F4H)：CHK： MOVA，#0F4H ；預置溫度上限低 8 位送 A CLRC SUBBA，ST0 ；低 8 位減，借位送 CY MOVA，#01H ；預置溫度上限高 8 位送 A太原理工大學現代科技學院 課程設計 SUBBA，ST1 ；高 8 位帶借位減 JC OUTA ；預置溫度越界，轉報警 MOVA，#00H ；預置溫度合法標志 RETOUTA： MOV ST1，#01H

56、 ；將 500 寫入預置溫度數據區 MOV ST0，#0F4H CLRP1.6 ；發報警信號 0.6 s ACALL D0.6s SETB P1.6 ；停止報警 RET3.4.2 顯示模塊顯示子程序功能是將顯示緩沖區 57H 和 58H 的二進制數據先轉換成三個 BCD 碼，分別存入百位、十位和個位顯示緩沖區（54H、55H 和 56H 單元） ，然后通過串口送出顯示。顯示子程序 DISP： DISP： ACALL HTB ；將顯示數據轉換為 BCD 碼 MOV SCON，#00H ；置串行口為方式 0 MOV R2，#03H ；顯示位數送 R2 MOV R0，#T100 ；顯示緩沖區首地址送 R0LD： MOV DPTR，#TAB ；指向字型碼表首地址 MOV A，R0 ；取顯示數據 MOVC A，A+DPTR ；查表 MOVSBUF，A ；