基于avr單片機(jī)水溫自動(dòng)控制系統(tǒng)

1、<p>　　長 春 工 業(yè) 大 學(xué)</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)、畢業(yè)論文</b></p><p>　　題 目 基于AVR單片機(jī)水溫控制系統(tǒng) </p><p>　　學(xué) 院 人文信息學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 電氣工程及其自動(dòng)化070921班</p&

2、gt;<p>　　指導(dǎo)教師 李 巖 </p><p>　　姓 名 熊福龍 </p><p><b>　　2011年6月3日</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　

3、本文介紹了基于AVR單片機(jī)的自動(dòng)水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)過程。該系統(tǒng)具有設(shè)定、實(shí)時(shí)顯示以及于上位機(jī)通信功能。設(shè)定精度0.1℃、控溫精度0.2℃、控溫范圍30~100℃。而且還具有顯示溫度曲線及打印功能。</p><p>　　本系統(tǒng)采用ATmgea16單片機(jī)為主控制器，溫度采集方面采用DS1820高精度數(shù)字傳感器，單總線接口簡單，線性良好。功率輸出部分采用GTJ3-10A固態(tài)繼電器，電路經(jīng)濟(jì)可靠，采用PWM控制可控

4、性好精度高?？刂扑惴ú捎肞ID算法是系統(tǒng)具有快速響應(yīng)和較小的超調(diào)。該系統(tǒng)通過實(shí)驗(yàn)證明具有很高的可靠性和穩(wěn)定性。實(shí)現(xiàn)溫度的設(shè)定，并對溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集顯示及打印。</p><p>　　關(guān)鍵詞：溫度控制 ATmega16單片機(jī) PID算法 PWM</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This paper i

5、ntroduces the design and realization of the automotive water temperature control system basing on AVR. It has the function of setting, display signal in real time and upper communication. Set the precision be on 0.1℃、an

6、d precision of temperature control is 0.2℃、range of temperature control is 30~100℃. And it also has the paint and show temperature curve functions.</p><p>　　This system adopt ATmgea16 SCM as a main controlle

7、r, Temperature collection adopt DS1820 high precision numeral sensor. Single bus interface is simply and good linearity. It use GTJ3-10A solid-state relay in the part of power output, the circuits are economic and reliab

8、le. The controllability and precision is well under the control of PWM. It makes system with quick response and lower over swing while using PID arithmetic as the control arithmetic. After the validation of experiment, t

9、his system</p><p>　　Keywords：Temperature Control ATmega16 Single Chip Computer </p><p>　　PID Arithmetic PWM</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第1章 概 述1<

10、;/p><p>　　1.1 課題研究目的和意義1</p><p>　　1.2 溫度控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3 溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展方向2</p><p>　　1.4 題目要求3</p><p>　　第2章 方案論證4</p><p>　　2.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

11、設(shè)計(jì)方案4</p><p>　　2.2 主控單元的論證4</p><p>　　2.3 溫度采集單元的論證5</p><p>　　2.4 功率輸出單元的論證5</p><p>　　2.5 鍵盤顯示單元的論證6</p><p>　　第3章 硬件設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.1

12、 主控單元的設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.1.1 ATmega16單片機(jī)介紹8</p><p>　　3.1.2 ATmega16產(chǎn)品特性9</p><p>　　3.1.3 ATmega16 引腳功能11</p><p>　　3.1.4 ATmega16 內(nèi)核介紹12</p><p>　　3.1.5

13、 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.2 溫度采集單元設(shè)計(jì)17</p><p>　　3.2.1 DS18B20的特點(diǎn)17</p><p>　　3.2.2 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)17</p><p>　　3.2.3 引腳說明18</p><p>　　3.2.4 測溫操作18</

14、p><p>　　3.3 功率輸出單元20</p><p>　　3.3.1 固態(tài)繼電器的結(jié)構(gòu)原理20</p><p>　　3.3.2 固態(tài)繼電器的應(yīng)用特性21</p><p>　　3.4 鍵盤與顯示單元22</p><p>　　3.4.1 HD7279A的主要特點(diǎn)如下：23</p><

15、p>　　3.4.2 引腳說明23</p><p>　　3.4.3 數(shù)碼顯示電路24</p><p>　　3.4.4 控制指令和接口時(shí)序24</p><p>　　3.4.5 HD7279A的應(yīng)用以及鍵盤顯示單元26</p><p>　　3.5 通信單元27</p><p>　　3.5.1 MA

16、X232資料簡介27</p><p>　　3.5.2 主要特點(diǎn)27</p><p>　　3.5.3 MAX232應(yīng)用電路，注意電容接法。28</p><p>　　3.5.4 ISP的工作原理29</p><p>　　3.5.5 ISP的優(yōu)點(diǎn)29</p><p>　　3.5.6 ISP端口29<

17、;/p><p>　　3.5.7 打印電路30</p><p>　　第4章 軟件設(shè)計(jì)31</p><p>　　4.1 PID控制算法32</p><p>　　4.1.1 PID控制規(guī)律及其基本作用32</p><p>　　4.1.2 比例調(diào)節(jié)器（P）33</p><p>　　4.1

18、.3 比例積分調(diào)節(jié)器（PI）33</p><p>　　4.1.4 比例積分微分調(diào)節(jié)器（PID）33</p><p>　　4.2 PWM的控制方法34</p><p>　　4.3 流程圖35</p><p><b>　　總 結(jié)38</b></p><p><b>　　致

19、 謝39</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)40</b></p><p><b>　　附錄142</b></p><p><b>　　附錄243</b></p><p><b>　　第1章 概 述</b></p&g

20、t;<p>　　1.1 課題研究目的和意義</p><p>　　溫度控制是無論是在工業(yè)生產(chǎn)過程中，還是在日常生活中都起著非常重要的作用，過低的溫度或過高的溫度都會(huì)使水資源失去應(yīng)有的作用，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)該掌握好對水溫的控制，把身邊的水資源好好地利用起來。</p><p>　　在現(xiàn)代冶金、石油、化工及電力生產(chǎn)過程中，溫

21、度是極為重要而又普遍的熱工參數(shù)之一。在環(huán)境惡劣或溫度較高等場合下，為了保證生產(chǎn)過程正常安全地進(jìn)行，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，以及減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)約能源，要求對加熱爐爐溫進(jìn)行測、顯示、控制，使之達(dá)到工藝標(biāo)準(zhǔn)，以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)的爐溫控制系統(tǒng)，可以同時(shí)采集多個(gè)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過通訊口送至上位機(jī)進(jìn)行顯示和控制。那么無論是哪種控制，我們都希望水溫控制系統(tǒng)能夠有很高的精確度（起碼是在滿足我們要求的范圍內(nèi)），幫助我們實(shí)現(xiàn)我們想要的控制，解決身邊的

22、問題。</p><p>　　在計(jì)算機(jī)沒有發(fā)明之前，這些控制都是我們難以想象的。而當(dāng)今，隨著電 子行業(yè)的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)的不斷改進(jìn)，而且計(jì)算機(jī)和傳感器的價(jià)格也日益降低，可靠性逐步提高，用信息技術(shù)來實(shí)現(xiàn)水溫控制并提高控制的精確度不僅是可以達(dá)到的而且是容易實(shí)現(xiàn)的。用高新技術(shù)來解決工業(yè)生產(chǎn)問題，

23、 排除生活用水問題實(shí)施對水溫的控制已成為我們電子行業(yè)的任務(wù)，以此來加強(qiáng)工業(yè)化建設(shè)，提高人民的生活水平。</p><p>　　1.2 溫度控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀</p><p>　　溫度控制系統(tǒng)在國內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然已經(jīng)十分廣泛但從國內(nèi)

24、生產(chǎn)的溫度</p><p>　　控制器來講總體發(fā)展水平仍然不高，同國外的日本美國德國等先進(jìn)國家相比仍然有著較大的差距目前我國在這方面總體技術(shù)水平處于20世紀(jì)80年代中后期水平成熟</p><p>　　產(chǎn)品主要以“點(diǎn)位”控制及常規(guī)的PID控制器為主，它只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制難于控制滯后復(fù)雜時(shí)變溫度系統(tǒng)控制，即是說適應(yīng)于較高控制場合的智能化自適應(yīng)控制儀表國內(nèi)技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并廣泛

25、應(yīng)用的控制儀表較少備。 現(xiàn)有的一些溫度控制設(shè)備，如HA168 型的溫度控制棒，結(jié)構(gòu)比較簡單，一般采取的是開關(guān)式的控制，即當(dāng)測量溫度低于設(shè)定溫度時(shí)進(jìn)行加熱，其結(jié)果是飼養(yǎng)水域內(nèi)溫度不均，控溫效果不理想。目前，國外也開發(fā)出了一些基于單片式計(jì)算機(jī)的溫度控制設(shè)備，但是價(jià)格比較高，且目前其操作系統(tǒng)均為英文，普及性不強(qiáng)。</p><p>　　1.3 溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展方向</p><p>　　

26、由于工業(yè)過程控制的需要，特別是在微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，以及自動(dòng)控制理論和設(shè)計(jì)方法發(fā)展的推動(dòng)下，國外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化自適應(yīng)參數(shù)自整定等方面取得成果。在這方面以日本、美國、德國、瑞典等國技術(shù)領(lǐng)先，并且都生產(chǎn)出了一批商品化的性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器儀表，目前，國外溫度控制系統(tǒng)及儀表正朝著高精度智能化、小型化等方面快速發(fā)展。 溫度控制不好就可能引起生產(chǎn)安全，產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量等一系列問題。盡管溫度控制很重要，但

27、是要控制好溫度常常會(huì)遇到意想不到的困難。由于溫度控制具有工況復(fù)雜、參數(shù)多變、運(yùn)行慣性大、控制滯后等特點(diǎn),它對控制調(diào)節(jié)器要求較高。 模糊邏輯控制（FLC）是人工智能領(lǐng)域中形成最早、應(yīng)用最廣的一個(gè)重要分支，適用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜且難以用傳統(tǒng)理論建立模型的問題。目前FLC已經(jīng)成功地應(yīng)用與各種溫度控制上。 模糊控制與一般的自動(dòng)控制的根本區(qū)別是，不需要建立精確的數(shù)學(xué)模型，而是運(yùn)用模糊理論將人的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、思維推理，其控制過程的方法與策略是由

28、所謂模糊控制器來實(shí)現(xiàn)。對于多變量、非線性和時(shí)變的大系統(tǒng)，系統(tǒng)的復(fù)雜性和控制技術(shù)的精確性形成了尖銳的矛盾。模糊控制對那些難</p><p>　　典的自動(dòng)控制，而是擴(kuò)展了一般的自動(dòng)控制。在一些實(shí)際過程中，人們也常把模糊</p><p>　　控制與一般的自動(dòng)控制結(jié)合在一起應(yīng)用，并且已研制出神經(jīng)模糊網(wǎng)絡(luò)的家電產(chǎn)品，</p><p>　　將模糊控制技術(shù)與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)

29、等人工智能中一些新技術(shù)相結(jié)合，向著</p><p>　　更高層次的研究和應(yīng)用發(fā)展。 采用模糊控制其優(yōu)點(diǎn)是不需要粗確知道被控對象的數(shù)學(xué)模型，而且適用于有較大滯后特性的控制對象。缺點(diǎn)是靜態(tài)誤差不易控制，因含有大量專家經(jīng)驗(yàn)，實(shí)際實(shí)現(xiàn)比較困難。 模糊控制比傳統(tǒng)的PID 控制等方法, 在強(qiáng)時(shí)變、大時(shí)滯、非線性系統(tǒng)中的控制效果有著明顯的優(yōu)勢。將模糊控制技術(shù)應(yīng)用于家電產(chǎn)品在國外已是很普遍的現(xiàn)象。單片機(jī)是家用電器

30、常用的控制器件, 把二者結(jié)合起來, 可使控制器的性能指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)的目的。基于模糊控制技術(shù)的單片機(jī)控制的電熱水器, 是對傳統(tǒng)的電熱水器開關(guān)控制的改造, 具有達(dá)到設(shè)定溫度的時(shí)間短、穩(wěn)態(tài)溫度波動(dòng)小、反應(yīng)靈敏、抗干擾能力強(qiáng)、節(jié)省電能等優(yōu)點(diǎn)，將成為以后發(fā)展的主流。</p><p><b>　　1.4 題目要求</b></p><p>　　設(shè)計(jì)利用AVR單片機(jī)，通過外圍電路，對

31、1升水進(jìn)行溫度控制。</p><p><b>　　技術(shù)參數(shù)：</b></p><p>　　1.設(shè)定精度0.1℃，控溫精度0.2℃。</p><p>　　2.控溫范圍30-100℃。</p><p>　　3.系統(tǒng)具有設(shè)定和實(shí)時(shí)顯示功能。</p><p>　　4.上位機(jī)通信及打印等功能。</p&

32、gt;<p>　　5.根據(jù)設(shè)計(jì)要求自動(dòng)水溫控制系統(tǒng)應(yīng)該由：主控制單元、溫度采集單元、功率輸出單元、實(shí)時(shí)顯示單元、通信單元及打印單元組成。</p><p><b>　　第2章 方案論證</b></p><p>　　2.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案</p><p>　　此方案采用ATmega16單片機(jī)最小系統(tǒng)板（自制）實(shí)現(xiàn)，對外圍電路

33、來說，比較簡單，并且軟件采用PID算法實(shí)現(xiàn)較為簡單。溫度的數(shù)據(jù)采集采用DS18B20采集，直接轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，不需要額外的AD轉(zhuǎn)換電路，完全滿足所需溫度數(shù)據(jù)精度。溫度控制采用固態(tài)繼電器SSR直接控制電加熱器的通斷進(jìn)行水溫的控制，滿足控制精度。顯示模塊采用HD7279A顯示，較為直觀。另外，AVR單片機(jī)使用JTAG來實(shí)現(xiàn)軟硬件調(diào)試非常方便。</p><p>　　圖2-1 硬件框圖</p><p

34、>　　2.2 主控單元的論證</p><p>　　方案一：采用ATmega16</p><p>　　1.AVR單片機(jī)的I/O口是真正的I/O口，能正確反映I/O口輸入/輸出的</p><p>　　真實(shí)情況。工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，具有大電流(灌電流)10～40mA，可直接驅(qū)動(dòng)可控硅SCR或繼電器，節(jié)省了外圍驅(qū)動(dòng)器件。</p><p>　　2.AV

35、R單片機(jī)內(nèi)帶模擬比較器，I/O口可用作A/D轉(zhuǎn)換，可組成廉價(jià)的A/D轉(zhuǎn)換器。ATmega16具有8路10位A/D。</p><p>　　3.部分AVR單片機(jī)可組成零外設(shè)元件單片機(jī)系統(tǒng)，使該類單片機(jī)無外加元器件即可工作，簡單方便，成本又低。</p><p>　　4.AVR單片機(jī)可重設(shè)置啟動(dòng)復(fù)位,以提高單片機(jī)工作的可靠性。有看門狗定時(shí)器實(shí)行安全保護(hù),可防止程序走亂(飛),提高了產(chǎn)品的抗干擾能力

36、。</p><p>　　方案二：采用89C51</p><p>　　89C51只支持并行寫入，同時(shí)需要VPP高壓。89C51系列在低于4.8V和高于5.3V的時(shí)候則無法正常工作。89C51工作頻率范圍最高只支持到24M?？垢蓴_需外接看門狗計(jì)時(shí)器單元電路。價(jià)格也比較高。</p><p><b>　　綜上我選擇方案一。</b></p>

37、<p>　　2.3 溫度采集單元的論證</p><p>　　方案一：采用溫度傳感器DS18B20</p><p>　　美國DALLAS公司的產(chǎn)品可編程單總線數(shù)字式溫度傳感器DS18B20可實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫度信號(hào)的采集，有很多優(yōu)點(diǎn)：如直接輸出數(shù)字信號(hào)，故省去了后繼的信號(hào)放大及模數(shù)轉(zhuǎn)換部分，外圍電路簡單，成本低;單總線接口，只有一根信號(hào)線作為單總線與CPU連接，且每一只都有自己唯一的6

38、4位系列號(hào)存儲(chǔ)在其內(nèi)部的ROM存儲(chǔ)器中，故在一根信號(hào)線上可以掛接多個(gè)DS18B20,便于多點(diǎn)測量且易于擴(kuò)展。</p><p>　　方案二：采用溫度傳感器AD590</p><p>　　AD590需要模擬轉(zhuǎn)數(shù)字電路，成本高，精度低，測溫點(diǎn)數(shù)量少，電路繁多，對線阻有要求。</p><p><b>　　綜上我選擇方案一。</b></p>

39、<p>　　2.4 功率輸出單元的論證</p><p>　　方案一：采用固態(tài)繼電器</p><p><b>　　固態(tài)繼電器的優(yōu)點(diǎn)：</b></p><p>　?。?）高壽命，高可靠，SSR沒有機(jī)械零部件，有固體器件完成觸點(diǎn)功能，由于沒有運(yùn)動(dòng)的零部件，因此能在高沖擊，振動(dòng)的環(huán)境下工作，由于組成固態(tài)繼電器的元器件的固有特性，決定了固態(tài)

40、繼電器的壽命長，可靠性高。</p><p>　?。?）靈敏度高，控制功率小，電磁兼容性好，固態(tài)繼電器的輸入電壓范圍較寬，驅(qū)動(dòng)功率低，可與大多數(shù)邏輯集成電路兼容不需加緩沖器或驅(qū)動(dòng)器。</p><p>　?。?）快速轉(zhuǎn)換，固態(tài)繼電器因?yàn)椴捎霉腆w其間，所以切換速度可從幾毫秒至幾微妙。</p><p>　　（4）電磁干擾小，固態(tài)繼電器沒有輸入"線圈"，沒

41、有觸點(diǎn)燃弧和回跳，因而減少了電磁干擾。大多數(shù)交流輸出固態(tài)繼電器是一個(gè)零電壓開關(guān)，在零電壓處導(dǎo)通，零電流處關(guān)斷，減少了電流波形的突然中斷，從而減少了開關(guān)順效應(yīng)。</p><p><b>　　方案二：采用晶閘管</b></p><p>　　晶閘管又叫可控硅(Silicon Controlled Rectifier, SCR)。自從20世紀(jì)50年代問世以來已經(jīng)發(fā)展成了一個(gè)大

42、的家族，它的主要成員有單向晶閘管、雙向晶閘管、光控晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管、可關(guān)斷晶閘管、快速晶閘管，等等。今天大家使用的是單向晶閘管，也就是人們常說的普通晶閘管，它是由四層半導(dǎo)體材料組成的，有三個(gè)PN結(jié)，對外有三個(gè)電極：第一層P型半導(dǎo)體引出的電極叫陽極A，第三層P型半導(dǎo)體引出的電極叫控制極G，第四層N型半導(dǎo)體引出的電極叫陰極K。從晶閘管的電路符號(hào)可以看到，它和二極管一樣是一種單方向?qū)щ姷钠骷?，關(guān)鍵是多了一個(gè)控制極G，這就使它具有與二極管完全

43、不同的工作特性。</p><p>　　固態(tài)繼電器就是通過光電耦合器隔離并觸發(fā)可控硅，就算選擇可控硅也要通過隔離元件進(jìn)行隔離才行，兩個(gè)并沒有響應(yīng)速度的可比較性，用單片機(jī)信號(hào)來控制，肯定是選擇固態(tài)繼電器，強(qiáng)電和控制信號(hào)間隔離。</p><p><b>　　綜上選擇方案一。</b></p><p>　　2.5 鍵盤顯示單元的論證</p>

44、<p>　　方案一：采用HD7279A</p><p>　　HD7279A是一種智能鍵盤和LED專用控制芯片，它帶有串行接口，可同時(shí)</p><p>　　驅(qū)動(dòng)8位共陰極數(shù)碼管或64只獨(dú)立LED。文中詳述了該芯片的工作原理。</p><p>　　工作時(shí)序及控制指令，給出了HD7279A與CPU的實(shí)際接口電路及設(shè)計(jì)程序，</p><p&

45、gt;　　同時(shí)指出了實(shí)際應(yīng)用中的一些注意事項(xiàng)。</p><p>　　方案二：采用ZLG9A</p><p>　　ZLG9A具有片選信號(hào)，可方便地實(shí)現(xiàn)多于8位的顯示，或多于64鍵的鍵盤接口，儀器儀表工業(yè)控制器，條形顯示器，控制面板串行接口無需外圍元件，可直接驅(qū)動(dòng)LED各位獨(dú)立控制譯碼及消隱和閃爍屬性循環(huán)左移/循環(huán)右移指令具有段尋址指令方便控制獨(dú)立LED64鍵盤控制器內(nèi)含去抖動(dòng)電路。</

46、p><p>　　HD7279A和微處理器之間采用串行接口，其接口和外圍電路比較簡單，且占用口線少，加之它具有較高的性能價(jià)格比，因此，在微型控制器。智能儀表?？刂泼姘搴图矣秒娖鞯阮I(lǐng)域獲得了日益廣泛的應(yīng)用。</p><p><b>　　綜上選擇方案一。</b></p><p><b>　　第3章 硬件設(shè)計(jì)</b></p&g

47、t;<p>　　3.1 主控單元的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1.1 ATmega16單片機(jī)介紹</p><p>　　ATmega16是基于增強(qiáng)的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8 位CMOS微控制器。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間，ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1 MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。 </p>&

48、lt;p>　　ATmega16 AVR 內(nèi)核具有豐富的指令集和32 個(gè)通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與算邏單元(ALU) 相連接，使得一條指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)訪問兩個(gè)獨(dú)立的寄存器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的CISC 微控制器最高至10 倍的數(shù)據(jù)吞吐率。 </p><p>　　ATmega16 有如下特點(diǎn):16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash(具有同時(shí)讀寫的能力，即RWW)，512

49、 字節(jié)EEPROM，1K 字節(jié)SRAM，32 個(gè)通用I/O 口線，32 個(gè)通用工作寄存器，用于邊界掃描的JTAG 接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器(T/C),片內(nèi)/外中斷，可編程串行USART，有起始條件檢測器的通用串行接口，8路10位具有可選差分輸入級(jí)可編程增益(TQFP 封裝) 的ADC ，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器，一個(gè)SPI 串行端口，以及六個(gè)可以通過軟件進(jìn)行選擇的省電模式。 </

50、p><p>　　工作于空閑模式時(shí)CPU 停止工作，而USART、兩線接口、A/D 轉(zhuǎn)換器、SRAM、T/C、SPI 端口以及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電模式時(shí)晶體振蕩器停止振蕩，所有功能除了中斷和硬件復(fù)位之外都停止工作；在省電模式下，異步定時(shí)器繼續(xù)運(yùn)行，允許用戶保持一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)，而其余功能模塊處于休眠狀態(tài)； ADC 噪聲抑制模式時(shí)終止CPU 和除了異步定時(shí)器與ADC 以外所有I/O 模塊的工作，以降低ADC 轉(zhuǎn)換時(shí)的開關(guān)噪

51、聲； Standby 模式下只有晶體或諧振振</p><p>　　蕩器運(yùn)行，其余功能模塊處于休眠狀態(tài)，使得器件只消耗極少的電流，同時(shí)具有快速啟動(dòng)能力；擴(kuò)展Standby 模式下則允許振蕩器和異步定時(shí)器繼續(xù)工作。 </p><p>　　本芯片是以Atmel 高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)生產(chǎn)的。片內(nèi)ISP Flash 允許程序存儲(chǔ)器通過ISP 串行接口，或者通用編程器進(jìn)行編程，也可以通過運(yùn)行于AV

52、R 內(nèi)核之中的引導(dǎo)程序進(jìn)行編程。引導(dǎo)程序可以使用任意接口將應(yīng)用程序下載到應(yīng)用Flash存儲(chǔ)區(qū)(ApplicationFlash Memory)。在更新應(yīng)用Flash存儲(chǔ)區(qū)時(shí)引導(dǎo)Flash區(qū)(Boot Flash Memory)的程序繼續(xù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了RWW 操作。 通過將8 位RISC CPU 與系統(tǒng)內(nèi)可編程的Flash 集成在一個(gè)芯片內(nèi)， ATmega16 成為一個(gè)功能強(qiáng)大的單片機(jī)，為許多嵌入式控制應(yīng)用提供了靈活而低成本的解決方案。AT

53、mega16 具有一整套的編程與系統(tǒng)開發(fā)工具，包括：C 語言 編譯器、宏匯編、 程序調(diào)試器/ 軟件仿真器、仿真器及評(píng)估板。</p><p>　　3.1.2 ATmega16產(chǎn)品特性</p><p>　　高性能、低功耗的8位AVR微處理器</p><p>　　1.先進(jìn)的RISC 結(jié)構(gòu) </p><p><b>　　2.131條指令

54、</b></p><p>　　3.大多數(shù)指令執(zhí)行時(shí)間為單個(gè)時(shí)鐘周期 </p><p>　　4.32個(gè)8位通用工作寄存器 </p><p><b>　　5.全靜態(tài)工作 </b></p><p>　　6.工作于16MHz時(shí)性能高達(dá)16MIPS </p><p>　　7.只需兩個(gè)時(shí)鐘周期的硬

55、件乘法器 </p><p>　　8.非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器16K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash，擦寫壽命: 10,000次。具有獨(dú)立鎖定位的可選Boot代碼區(qū)，通過片上Boot程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程，真正的同時(shí)讀寫操作 </p><p>　　9.512 字節(jié)的EEPROM，擦寫壽命: 100,000次 </p><p>　　10.1K字節(jié)的片內(nèi)SRAM </p&

56、gt;<p>　　11.可以對鎖定位進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)用戶程序的加密 </p><p>　　12.JTAG 接口( 與IEEE 1149.1 標(biāo)準(zhǔn)兼容) 符合JTAG 標(biāo)準(zhǔn)的邊界掃描</p><p><b>　　功能 </b></p><p>　　13.支持?jǐn)U展的片內(nèi)調(diào)試功能,通過JTAG 接口實(shí)現(xiàn)對Flash、EEPROM、熔<

57、;/p><p>　　絲位和鎖定位的編程 </p><p><b>　　14.外設(shè)特點(diǎn) </b></p><p>　　(1)兩個(gè)具有獨(dú)立預(yù)分頻器和比較器功能的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 </p><p>　　(2)一個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 </p><p>　　(3)具有獨(dú)立振

58、蕩器的實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器RTC </p><p>　　(4)四通道PWM 8路10位ADC，8個(gè)單端通道，2個(gè)具有可編程增益 （1x, 10x, 或200x）的差分通道 </p><p>　　(5)面向字節(jié)的兩線接口 </p><p>　　(6)兩個(gè)可編程的串行USART </p><p>　　(7)可工作于主機(jī)/ 從機(jī)模式的SPI 串行接口 &

59、lt;/p><p>　　(8)具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器 </p><p>　　(9)片內(nèi)模擬比較器 </p><p>　　15.特殊的處理器特點(diǎn) </p><p>　　(1)上電復(fù)位以及可編程的掉電檢測 </p><p>　　(2)片內(nèi)經(jīng)過標(biāo)定的RC振蕩器 </p><p>　　(3)

60、片內(nèi)/片外中斷源 </p><p>　　(4)6種睡眠模式: 空閑模式、ADC 噪聲抑制模式、省電模式、掉電 模式、Standby 模式以及擴(kuò)展的Standby模式 </p><p>　　16.I/O和封裝 </p><p>　　(1)32個(gè)可編程的I/O口 </p><p>　　(2)40引腳PDIP封裝, 44引腳TQFP封裝,

61、與44引腳MLF封裝 </p><p><b>　　工作電壓: </b></p><p>　　ATmega16L：2.7 - 5.5V </p><p>　　ATmega16：4.5 - 5.5V </p><p><b>　　速度等級(jí) </b></p><p>　　8MHz

62、 ATmega16L </p><p>　　0-16MHz ATmega16 </p><p>　　ATmega16L在1MHz, 3V, 25°C時(shí)的功耗 </p><p>　　正常模式: 1.1 mA </p><p>　　空閑模式: 0.35 mA </p><p>　　掉電模式: < 1 μA

63、</p><p>　　3.1.3 ATmega16 引腳功能</p><p>　　圖3-1 AVR單片機(jī)管腳圖</p><p><b>　　VCC 電源正 </b></p><p><b>　　GND 電源地 </b></p><p>　　端口A(PA7..PA0) 端口

64、A 做為A/D 轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端。端口A 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口A 處于高阻狀態(tài)。 </p><p>　　端口B(PB7..PB0) 端口B 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動(dòng)特性，

65、可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口B 處于高阻狀態(tài)。 </p><p>　　端口B 也可以用做其他不同的特殊功能。 </p><p>　　端口C(PC7..PC0) 端口C 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉</p><p>　　電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動(dòng)

66、特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)</p><p>　　位過程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口C 處于高阻狀態(tài)。如果JTAG接口使能，即使復(fù)位出現(xiàn)引腳 PC5(TDI)、 PC3(TMS)與 PC2(TCK)的上拉電阻被激活。端口C 也可以用做其他不同的特殊功能. </p><p>　　端口D(PD7..PD0) 端口D 為8

67、 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口D 處于高阻狀態(tài)。端口D 也可以用做其他不同的特殊功能. </p><p>　　RESET 復(fù)位輸入引腳。持續(xù)時(shí)間超過最小門限時(shí)間的低電平將引起系統(tǒng)復(fù)位。門限時(shí)間見P36Table 15。持續(xù)時(shí)間小于門限間

68、的脈沖不能保證可靠復(fù)位。 </p><p>　　XTAL1 反向振蕩放大器與片內(nèi)時(shí)鐘操作電路的輸入端。 </p><p>　　XTAL2 反向振蕩放大器的輸出端。 </p><p>　　AVCC AVCC是端口A與A/D轉(zhuǎn)換器的電源。不使用ADC時(shí)，該引腳應(yīng)直接與VCC連接。使用ADC時(shí)應(yīng)通過一個(gè)低通濾波器與VCC 連接。 </p><p>

69、　　AREF A/D 的模擬基準(zhǔn)輸入引腳。</p><p>　　3.1.4 ATmega16 內(nèi)核介紹</p><p>　　為了獲得最高的性能以及并行性， AVR 采用了Harvard 結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)立的數(shù)據(jù)和程序總線。程序存儲(chǔ)器里的指令通過一級(jí)流水線運(yùn)行。CPU 在執(zhí)行一條指令的同時(shí)讀取下一條指令( 在本文稱為預(yù)取)。這個(gè)概念實(shí)現(xiàn)了指令的單時(shí)鐘周期運(yùn)行。程序存儲(chǔ)器是可以在線編程的FLAS

70、H。 </p><p>　　快速訪問寄存器文件包括32 個(gè)8 位通用工作寄存器，訪問時(shí)間為一個(gè)時(shí)鐘周期。從而實(shí)現(xiàn)了單時(shí)鐘周期的ALU 操作。在典型的ALU 操作中，兩個(gè)位于寄存器文件中的操作數(shù)同時(shí)被訪問，然后執(zhí)行運(yùn)算，結(jié)果再被送回到寄存器文件。整個(gè)過程僅需一個(gè)時(shí)鐘周期。 </p><p>　　寄存器文件里有6 個(gè)寄存器可以用作3 個(gè)16 位的間接尋址寄存器指針</p><

71、;p>　　以尋址數(shù)據(jù)空間，實(shí)現(xiàn)高效的地址運(yùn)算。其中一個(gè)指針還可以作為程序存儲(chǔ)器查詢表的地址指針。這些附加的功能寄存器即為16 位的X、Y、Z 寄存器。 </p><p>　　ALU支持寄存器之間以及寄存器和常數(shù)之間的算術(shù)和邏輯運(yùn)算。ALU也可</p><p>　　以執(zhí)行單寄存器操作。運(yùn)算完成之后狀態(tài)寄存器的內(nèi)容得到更新以反映操作結(jié)果。 </p><p>　　程

72、序流程通過有/ 無條件的跳轉(zhuǎn)指令和調(diào)用指令來控制，從而直接尋址整個(gè)地址空間。大多數(shù)指令長度為16 位，亦即每個(gè)程序存儲(chǔ)器地址都包含一條16 位或32 位的指令。 </p><p>　　程序存儲(chǔ)器空間分為兩個(gè)區(qū)：引導(dǎo)程序區(qū)(Boot 區(qū)) 和應(yīng)用程序區(qū)。這兩個(gè)都有專門的鎖定位以實(shí)現(xiàn)讀和讀/ 寫保護(hù)。用于寫應(yīng)用程序區(qū)的SPM 指令必須位于引導(dǎo)程序區(qū)。 </p><p>　　在中斷和調(diào)用子程序時(shí)

73、返回地址的程序計(jì)數(shù)器(PC) 保存于堆棧之中。堆棧位于通用數(shù)據(jù)SRAM，因此其深度僅受限于SRAM 的大小。在復(fù)位例程里用戶首先要初始化堆棧指針SP。這個(gè)指針位于I/O 空間，可以進(jìn)行讀寫訪問。數(shù)據(jù)SRAM 可以通過5 種不同的尋址模式進(jìn)行訪問。 </p><p>　　AVR 存儲(chǔ)器空間為線性的平面結(jié)構(gòu)。 </p><p>　　AVR有一個(gè)靈活的中斷模塊?？刂萍拇嫫魑挥贗/O空間。狀態(tài)寄存

74、器里有全局中斷使能位。每個(gè)中斷在中斷向量表里都有獨(dú)立的中斷向量。各個(gè)中斷的優(yōu)先級(jí)與其在中斷向量表的位置有關(guān)，中斷向量地址越低，優(yōu)先級(jí)越高。 </p><p>　　I/O 存儲(chǔ)器空間包含64 個(gè)可以直接尋址的地址，作為CPU 外設(shè)的控制寄存器、SPI，以及其他I/O 功能。映射到數(shù)據(jù)空間即為寄存器文件之后的地址0x20 - 0x5F。</p><p>　　3.1.5 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)&l

75、t;/p><p>　　基本的AVR硬件線路，包括以下幾部分：</p><p><b>　　●復(fù)位線路。</b></p><p><b>　　●晶振線路。</b></p><p><b>　　●ISP下載接口。</b></p><p>　　●JTAG仿真接口。

76、</p><p><b>　　●電源。</b></p><p>　　(1)復(fù)位線路的設(shè)計(jì)</p><p>　　Mega16已經(jīng)內(nèi)置了上電復(fù)位設(shè)計(jì)。并且在熔絲位里，可以控制復(fù)位時(shí)的額外</p><p>　　時(shí)間，故AVR外部的復(fù)位線路在上電時(shí)，可以設(shè)計(jì)得很簡單：直接拉一只10K的電</p><p>

77、　　阻到VCC即可(R6)。</p><p>　　為了可靠，再加上一只0.1uF的電容(C0)以消除干擾、雜波。</p><p>　　D3(1N4148)的作用有兩個(gè)：作用一是將復(fù)位輸入的最高電壓鉗在Vcc+0.5V 左右，另一作用是系統(tǒng)斷電時(shí)，將R1(10K)電阻短路，讓C0快速放電，讓下一次來電時(shí)，能產(chǎn)生有效的復(fù)位。</p><p>　　當(dāng)AVR在工作時(shí)，按下S

78、0開關(guān)時(shí)，復(fù)位腳變成低電平，觸發(fā)AVR芯片復(fù)位。</p><p>　　重要說明：實(shí)際應(yīng)用時(shí)，如果你不需要復(fù)位按鈕，復(fù)位腳可以不接任何的零件，AVR芯片也能穩(wěn)定工作。即這部分不需要任何的外圍零件。</p><p>　　圖3-2 復(fù)位電路設(shè)計(jì)</p><p>　?。?）晶振電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　Mega16已經(jīng)內(nèi)置RC振蕩線路，可以產(chǎn)

79、生1M、2M、4M、8M的振蕩頻率。不過，</p><p>　　內(nèi)置的畢竟是RC振蕩，在一些要求較高的場合，比如要與RS232通信需要比較精確的波特率時(shí)，建議使用外部的晶振線路。</p><p>　　早期的90S系列，晶振兩端均需要接22pF左右的電容。Mega系列實(shí)際使用時(shí)，這兩只小電容不接也能正常工作。不過為了線路的規(guī)范化，我們?nèi)越ㄗh接上。</p><p>　　

80、重要說明：實(shí)際應(yīng)用時(shí)，如果你不需要太高精度的頻率，可以使用內(nèi)部RC振</p><p>　　蕩。即這部分不需要任何的外圍零件。</p><p>　　圖3-3 晶振電路設(shè)計(jì)</p><p>　　(3)JTAG仿真接口設(shè)計(jì)</p><p>　　仿真接口也是使用雙排2＊5插座。需要一只10K的上拉電阻。</p><p>　　

81、重要說明：實(shí)際應(yīng)用時(shí)，如果你不想使用JTAG仿真，并且不想受四只10K的上拉電阻的影響，可以將JP1－JP4斷開。</p><p>　　圖3-4 JTAG方針接口</p><p>　　(4)ISP下載接口設(shè)計(jì)</p><p>　　ISP下載接口，不需要任何的外圍零件。使用雙排2＊5插座。由于沒有外圍零件，故（MOSI）、（MISO）、（SCK）、復(fù)位腳仍可以正常使

82、用，不受ISP的干擾。</p><p>　　RST連接倒RESET ，為了 減小圖片大小這里沒有畫出，你可以從本頁頂上的那個(gè)圖片看出來。</p><p>　　重要說明：實(shí)際應(yīng)用時(shí)，如果你想簡化零件，可以不焊接2＊5座。但在PCB設(shè)計(jì)時(shí)最好保留這個(gè)空位，以便以后升級(jí)AVR內(nèi)的軟件。</p><p>　　圖3-5 JTAG方針接口設(shè)計(jì)圖</p><

83、p><b>　　(5)電源設(shè)計(jì)</b></p><p>　　AVR單片機(jī)最常用的是5V與3.3V兩種電壓。本線路以轉(zhuǎn)換成5V直流電壓，電路需要變壓器把220交流電壓轉(zhuǎn)換成28V交流電，再通過整流器，把交流電轉(zhuǎn)化成直流電，通過7809和7805三端正電源穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)化成直流5V。電源如圖3-6。</p><p>　　圖3-6 電源電路設(shè)計(jì)圖</p>

84、<p>　　3.2 溫度采集單元設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.1 DS18B20的特點(diǎn)</p><p>　　DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一個(gè)線式數(shù)字溫度傳感器，具有3引腳TO－92小體積封裝形式；溫度測量范圍為－55℃～＋125℃,可編程為9位～12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達(dá)0.0625℃，被測溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可在遠(yuǎn)端

85、引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)到3根或2根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信，占用微</p><p>　　處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。以上特點(diǎn)使DS18B20非常適用于遠(yuǎn)距離多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)。</p><p>　　3.2.2 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3

86、-7所示，主要由4部分組成：64位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。DS18B20的管腳排列如圖3-8所示，DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）。</p><p>　　ROM中的64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼，每個(gè)DS18B20的64位序列號(hào)均不相同。64位ROM的排的循環(huán)冗余校

87、驗(yàn)碼（CRC=X8＋X5＋X4＋1）。ROM的作用是使每一個(gè)DS18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18B20的目的。</p><p>　　圖3-7 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖3-8 DS18B20的管腳排列</p><p>　　3.2.3 引腳說明</p><p>　　表3-1 DS18B

88、20的引腳說明表</p><p>　　3.2.4 測溫操作</p><p>　　DS18B20通過一種片上溫度測量技術(shù)來測量溫度。圖3-9示出了溫度測量電路的方框圖。</p><p>　　圖3-9 溫度傳感器測量電路圖</p><p>　　DS18B20是這樣測溫的：用一個(gè)高溫度系數(shù)的振蕩器確定一個(gè)門周期，內(nèi)部計(jì)數(shù)器在這個(gè)門周期內(nèi)對一個(gè)低

89、溫度系數(shù)的振蕩器的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)來得到溫度值。計(jì)數(shù)器被預(yù)置到對應(yīng)于-55℃的一個(gè)值。如果計(jì)數(shù)器在門周期結(jié)束前到達(dá)0，則溫度寄存器（同樣被預(yù)置到-55℃）的值增加，表明所測溫度大于-55℃。同時(shí)，計(jì)數(shù)器被復(fù)位到一個(gè)值，這個(gè)值由斜坡式累加器電路確定，斜坡式累加器電路用來補(bǔ)償感溫振蕩器的拋物線特性。然后計(jì)數(shù)器又開始計(jì)數(shù)直到0，如果門周期仍未結(jié)束，將重復(fù)這一過程。斜坡式累加器用來補(bǔ)償感溫振蕩器的非線性，以期在測溫時(shí)獲得比較高的分辨力。這是通過改變

90、計(jì)數(shù)器對溫度每增加一度所需計(jì)數(shù)的數(shù)值來實(shí)現(xiàn)的。因此，要想獲得所需的分辨力，必須同時(shí)知道在給定溫度下計(jì)數(shù)器的值和每一度的計(jì)數(shù)值。</p><p>　　圖3-10 DS18B20的電路圖</p><p>　　3.3 功率輸出單元</p><p>　　固態(tài)繼電器（SSR）是一種全電子電路組合的元件，它依靠半導(dǎo)體器件和電子元件的電、磁和光特性來完成其隔離和切換功能。 &

91、lt;/p><p>　　固態(tài)繼電器與傳統(tǒng)的電磁繼電器（EMR）相比，是一種沒有機(jī)械、不含運(yùn)動(dòng)零部件的繼電器，但具有與電磁繼電器本質(zhì)上相同功能。</p><p>　　固態(tài)繼電器按其工作性質(zhì)分直流輸入-交流輸出型、直流輸入-支流輸出型、交流輸入-交流輸出型、交流輸入-直流輸出型。</p><p>　　按其結(jié)構(gòu)分機(jī)架安裝型（面板安裝）、線路板安裝型。</p>&

92、lt;p>　　3.3.1 固態(tài)繼電器的結(jié)構(gòu)原理</p><p>　　固態(tài)繼電器通常是一個(gè)四端組件，兩個(gè)為輸入端，兩個(gè)為輸出端。下圖為其結(jié)構(gòu)框圖它至少由三個(gè)部件組成，即輸入電路、隔離部分和輸出電路。</p><p>　　圖3-11 固態(tài)繼電器的結(jié)構(gòu)原理圖</p><p>　　固態(tài)繼電器有許多類型可供用戶選擇：按品種分有軍用、民用、I/O模塊；按輸出功能分有直

93、流型、過零型、非過零型；按隔離方式有光隔離和變壓器隔離；按封裝結(jié)構(gòu)形式分有塑封型和金屬殼全密封型故態(tài)繼電器，以及各種特殊用途的故態(tài)繼電器。</p><p>　　3.3.2 固態(tài)繼電器的應(yīng)用特性</p><p>　　由于固態(tài)繼電器是由固態(tài)元件組成的無觸電開關(guān)器件。這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了它比電磁繼電器電器工作可靠，壽命長，對外干擾小，能與邏輯電路兼容，抗干擾能力強(qiáng)，開關(guān)速度快，使用方便。但在使用

94、時(shí)考慮其應(yīng)用特性：</p><p>　?。?）根據(jù)產(chǎn)品的功能不同，輸出電路可接交流或直流。對交流負(fù)載的控制有過零和非過零控制功能。</p><p>　?。?）由于固態(tài)繼電器是一種電子開關(guān)，故有一定的通態(tài)壓降和斷態(tài)電流，其數(shù)值與產(chǎn)品規(guī)格有關(guān)。</p><p>　?。?）負(fù)載短路易造成SSR的損壞，應(yīng)特別注意避免。</p><p>　　（4）必須

95、考慮瞬態(tài)過電壓和斷態(tài)dv/dt對SSR的影響。部分SSR產(chǎn)品內(nèi)部已含</p><p><b>　　有瞬態(tài)抑制網(wǎng)路。</b></p><p>　　圖3-12 固態(tài)繼電器</p><p>　　控制波形固態(tài)繼電器不僅實(shí)現(xiàn)了小信號(hào)對大電流功率負(fù)載的開關(guān)控制，而且具</p><p>　　有隔離功能。其典型應(yīng)用狀態(tài)如下：</

96、p><p>　　如果采用集成電路門輸出驅(qū)動(dòng)時(shí)，由于目前國產(chǎn)的SSR要求有0.5mA至20mA</p><p>　　的驅(qū)動(dòng)電流，最小工作電壓可達(dá)3V。對于一般TTL電路，如54/74、54H/74H和54S/74S等系列的門輸出可直接驅(qū)動(dòng)，而對CMOS電路邏輯信號(hào)則應(yīng)再加緩沖驅(qū)動(dòng)器，SSR通常都采用邏輯1輸入驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　利用固態(tài)繼電器器來控制加熱爐加溫。&

97、lt;/p><p>　　接在I/O口上的光電耦合器的通斷來控制加熱爐是否加溫。若I/O口給低電</p><p>　　平，則固態(tài)繼電器工作。則有加熱爐的電路導(dǎo)通，加熱爐開始加溫。若I/O口給高電平，固態(tài)繼電器不工作，不能構(gòu)成通路，這時(shí)，在加熱爐的回路中，出現(xiàn)斷點(diǎn)，加熱爐沒有通上電源，所以不用加溫。</p><p>　　圖3-13 光電耦合器引腳圖</p>

98、<p>　　在PB3（TC0）口的輸出端需連接一個(gè)光電耦合器，起到隔離和控制的作用。光電耦合器引腳如上圖所示。</p><p>　　光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號(hào)的一種電——光——電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏二極管、光敏三極管等等。光電耦合器的

99、種類較多，常見有光電二極管型、光電三極管型、光敏電阻型、光控晶閘管型、光電達(dá)林頓型、集成電路型等。</p><p>　　圖3-14 固態(tài)繼電器的電路圖</p><p>　　3.4 鍵盤與顯示單元</p><p>　　HA7279A是一種智能鍵盤和LED專用控制芯片，它帶有串行接口，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)８位共陰極式數(shù)碼管或64只獨(dú)立LED。文中詳述了該芯片的工作原理。工作時(shí)

100、序</p><p>　　及控制指令，給出了HD7279A與CPU的實(shí)際接口電路及設(shè)計(jì)程序，同時(shí)指出了實(shí)際應(yīng)用中的一些注意事項(xiàng)。</p><p>　　HD7279A是比高公司生產(chǎn)的單片具有串行接口。可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰極式數(shù)碼管(或64只獨(dú)立LED)的智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片，該芯片同時(shí)可連接多達(dá)64鍵的鍵盤矩陣，一片即可完成LED顯示及鍵盤接口的全部功能。HD7279A和微處理器之間采用串行接口，其

101、接口和外圍電路比較簡單，且占用口線少，加之它具有較高的性能價(jià)格比，因此，在微型控制器。智能儀表?？刂泼姘搴图矣秒娖鞯阮I(lǐng)域獲得了日益廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　3.4.1 HD7279A的主要特點(diǎn)如下：</p><p>　?。?）帶有串行接口，無需外圍元件便可直接驅(qū)動(dòng)LED。</p><p>　　（2）各位可獨(dú)立控制譯碼或非譯碼。消隱和閃爍等屬性。</p

102、><p>　?。?）具有(循環(huán))左移/(循環(huán))右移指令。</p><p>　　（4）具有段尋址指令，可方便地用來控制獨(dú)立的ＬＥＤ顯示管。</p><p>　?。?）64個(gè)鍵的鍵盤控制器內(nèi)含去抖動(dòng)電路。</p><p>　　3.4.2 引腳說明</p><p>　　HD7279A一共有28個(gè)引腳，各引腳的主要功能如下：&l

103、t;/p><p>　　●RESET：復(fù)位端。當(dāng)該引腳是低電平變成高電平，并保持25ms后，復(fù)位過程結(jié)束。通常，該端接＋5V電源；</p><p>　　●DIG0～DIG7：8個(gè)LED管的位驅(qū)動(dòng)輸出端；</p><p>　　●SA～SG：LED數(shù)碼管的A段～G段的輸出端；</p><p>　　●DP：小數(shù)點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)輸出端；</p>&l

104、t;p>　　●RC：外接振蕩元件連接端，其中電阻的典型值為1.5KΩ電容的典型值為15PF。</p><p>　　HD7279A與微處理器僅需4條接口線，其中CS為片選信號(hào)(低電平有效)。DATA為串行數(shù)據(jù)端，當(dāng)向HD7279A發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，DATA為輸入端；當(dāng)HD7279A輸出鍵盤代碼時(shí)，DATA為輸出端。CLK為數(shù)據(jù)串行傳送的同步時(shí)鐘輸入端，時(shí)鐘的上升沿可</p><p>　　表

105、示數(shù)據(jù)有效。KEY為按鍵信號(hào)輸出端，該端在無鍵按下時(shí)為高電平；而在有鍵按</p><p>　　下時(shí)變?yōu)榈碗娖?，并一直保持到按鍵釋放為止。</p><p>　　3.4.3 數(shù)碼顯示電路</p><p>　　7279A的硬件電路如圖3-17所示，它共有28個(gè)引腳。RC引腳用于連接HD7279A的外接振蕩元件，其典型值為R=1.5kΩ,C=15pF。RESET為復(fù)位端。

106、該端由低電平變成高電平并保持25ms即復(fù)位結(jié)束。通常，該端接+5V即可。DIG0～DIG7分別為8個(gè)LED管的位驅(qū)動(dòng)輸出端。SA～SG分別為LED數(shù)碼管的A段～G段的輸出端。DP為小數(shù)點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)輸出端。HD7279A片內(nèi)具有驅(qū)動(dòng)電路，它可以直接驅(qū)動(dòng)1英吋或以</p><p>　　下的LED數(shù)碼管，使外圍電路變得簡單可靠。DIG0～DIG7和SA～SG同時(shí)還分別是64個(gè)鍵盤列線和行線端口，完成對鍵盤的監(jiān)視、譯碼和鍵碼

107、的識(shí)別。在8*8陣列</p><p>　　中每個(gè)鍵的鍵碼是用十六進(jìn)制表示的，可用鍵盤數(shù)據(jù)指令讀出，其范圍是00H～3FH。HD7279的與微處理器僅需4條接口線，其中CS為片選信號(hào)（低電平有效）。當(dāng)微處理器訪問HD7279A（讀鍵號(hào)或?qū)懼噶睿r(shí)，應(yīng)將片選端置為低電平。DATA為串行數(shù)據(jù)端，當(dāng)向HD7279A發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，DATA為輸入端；當(dāng)HD7279A輸出鍵盤代碼時(shí)，</p><p>　　

108、DATA為輸出端。CLK為數(shù)據(jù)串行傳送的同步時(shí)鐘輸入端，時(shí)鐘的上升沿就表示數(shù)據(jù)有效。KEY為按鍵信號(hào)輸出端，在無鍵按下時(shí)為高電平；而有鍵按下時(shí)此引腳變?yōu)榈碗娖讲⑶乙恢北３值芥I釋放為止。</p><p>　　3.4.4 控制指令和接口時(shí)序</p><p>　　一．HD7279A指令系統(tǒng)由6條純指令、7條帶數(shù)據(jù)指令和1條讀鍵盤指令組成。6條純指令為：</p><p>

109、　　(1)復(fù)位指令。指令代碼為A4H，其功能為清除所有顯示，包括字符消隱屬性和閃爍屬性。</p><p>　　(2)測試指令。指令代碼為BFH，其功能為將所有的LED點(diǎn)亮并閃爍，可用于自檢。</p><p>　　(3)左移指令。指令代碼為A1H，其功能為將所有的顯示左移1位，移位后，</p><p>　　最右位空（無顯示），不改變消隱和閃爍屬性。</p>

110、<p>　　(4)右移指令。指令代碼為A0H，其功能與左移指令相似，只是方向相反。</p><p>　　(5)循環(huán)左移指令。指令代碼為A3H，其功能為將所有的顯示循環(huán)左移1位。移位后，最左位內(nèi)容移至最右位，不改變消隱和閃爍屬性。</p><p>　　(6)循環(huán)右移指令。指令代碼為A2H，其功能與循環(huán)左移指令相似，只是方向相反。</p><p><

111、b>　　二．指令時(shí)序</b></p><p>　?。?）純指令時(shí)序：微處理器發(fā)出8個(gè)CLK脈沖，向HD7279A傳送8位指令。DATA引腳為高阻狀態(tài)，如圖3-15所示。</p><p>　　圖3-15 純指令時(shí)序</p><p>　?。?）帶數(shù)據(jù)指令時(shí)序：微處理器發(fā)出16個(gè)CLK脈沖，前8個(gè)向HD7279A傳送8位指令；后8個(gè)向HD7279A傳送

112、8位數(shù)據(jù)。DATA引腳為高阻狀態(tài)，如圖3-16所示。</p><p>　　圖3-16 帶數(shù)據(jù)指令時(shí)序</p><p>　?。?）讀鍵盤指令時(shí)序：微處理器發(fā)出16個(gè)CLK脈沖，前8個(gè)向HD7279A傳送</p><p>　　8位指令，DATA引腳為高阻狀態(tài)；后8個(gè)由HD7279A向微處理器返回8位按鍵代碼，DATA引腳為輸出狀態(tài)。在最后1個(gè)CLK脈沖的下降沿DATA

113、引腳恢復(fù)高阻狀態(tài)，如圖3-17所示。</p><p>　　圖3-17 讀鍵盤指令時(shí)序</p><p>　　3.4.5 HD7279A的應(yīng)用以及鍵盤顯示單元</p><p>　　HD7279A的典型電路，使用時(shí)HD7279A應(yīng)連接共陰極數(shù)碼管，無需用到的鍵盤和數(shù)碼管可以不連接。如果不用鍵盤，則電路圖中連接到鍵盤的8只10ｋΩ電阻和8只100ｋΩ下拉電阻均可以省去。