微电脑温度控制系统.doc

南 昌 工 程 学 院毕 业 设 计 (论 文) 信息工程学院 系（院） 电子信息工程 专业毕业设计（论文）题目 微电脑温度控制系统（硬件） 学生姓名 谢 德 磊 班 级 06 级 学 号 2006100121 指导教师 谭 文 群 完成日期 2010 年 6 月 17 日微电脑温度控制系统（硬件） microcomputer temperature control system总计 毕业设计（论文） 37 页 表 格 2 个 插 图 25 副南昌工程学院毕业设计论文南 昌 工 程 学 院毕业设计（论文）任务书一、毕业设计(论文)题目： 微电脑温度控制系统二、毕业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求： (1)、温度范围25150； （2）、温控精度0.5； （3）、编制监控程序实现温控功能； （4）、采用89C2051作主控CPU,4位LED显示； （5）、温度设置采用直接键入法。三、毕业设计(论文)工作内容及完成时间： 3月4日至4月3日：查找资料、方案论证、撰写开题报告、英文资料翻译；4月4日至5月5日：硬件电路的设计、制作与调试；5月6日至5月25日：系统硬件、软件联机调试；5月26日至6月23日：撰写论文、答辩。四、主 要参考资料： 1何立民 单片机应用技术选编 北京航空航天技术大学出版社 1995 2陆坤等 电子技术设计 电子科技大学出版社 1997 3康华光 电子技术基础 高等教育出版社 1983 4王福瑞等 单片机微机测控系统设计大全 北航出版社 1996 5Uyless Black. ATM: Foundation for Broadband Networks. 1998 信息工程学院 院 电子信息 专业 2 班学生： 谢德磊 日期： 自 2010 年 3 月 4 日至 2010 年 6 月 23 日指导教师： 谭文群 助理指导教师(并指出所负责的部分)：教研室： 教研室主任： 南昌工程学院毕业设计论文摘要 温度控制在工业生产中运用的非常广泛，其控制过程中存在着很大的时滞性和很强的干扰。采用一般的控制方法如PID控制，都不能很好地满足要求。而基于AT89C2051单片机的温度控制策略可以很容易的解决这些问题。 以AT89C2051单片机为基础，结合温度传感变送器、A/D转换器、LED显示器、固态继电器等，组成一个基于AT89C2051单片机的温度控制系统。 在此系统中，温度传感变送器获得温度的感应电压，转变成1-5V的标准电压信号，再由A/D转换器转换成数字信号进入单片机内部。单片机将给定的温度与测量温度的相比较，得出偏差量执行器由开关频率较高的固态继电器开关担任，采用模拟的PWM控制方法，改变同一个周期中电子开关的闭合时间，达到控制的目的。关键词：温度控制 单片机 测量变送 Abstract Temperature control is used widely in industry production, with large lag and big disturb. Tradition control method for example PID control method cant meet the request. AT89C2051 MCU can easily meet these requests. Using the AT89C2051 single chip computer as the Fuzzy controller, with temperature measure and adjust-convection instrument, A/D transformer, LED displayer, solid switch and so on, form a Temperature control systemic based on AT89C2051 MCU. In such system, temperature measure and adjust-convection instrument measures the temperature and changed into normative 15 voltage signals, the A/D transformer transform the analog signals into digital signals, and introduce into the single chip computer. And the single chip computer educes the control value which based on the difference between the initialization and the measure value. Solid switch with high frequencies used as a executor and use a analog PWM converter, to change the close time in a decided periods, which aimed at control the temperature. Keywords: Temperature control; Single chip microcomputer,;measure and adjust-convection 南昌工程学院本科毕业设计论文目录摘要IAbstract第一章 绪 论11.1微电脑温度控制系统的发展11.2课题的意义及内容21.3 研究思路和技术方法2第二章 硬件设计32.1 设计方案的总体概述32.1.1 总体设计思路32.1.2方案的论证与比较62.2各模块电路的设计62.2.1微处理控制器92.2.2温度测量电路122.2.3 A/D转换电路122.2.4键盘输入部分132.2.5输出控制电路172.2.7显示电路18第三章 软件系统213.1程序结构设计213.2采样值调整程序233.3滤波程序设计233.4采样程序设计243.5键处理比较程序设计263.6控制比较程序273.7输出控制程序设计283.8显示程序设计29第四章 软硬件调试314.1显示电路及显示程序的调试314.2温度采样的调试314.3键盘硬件及键处理程序的调试324.4控制输出调试324.5整机调试33结 论34致 谢35参考文献36附 录37第一章 绪 论 单片机是70年代中期发展起来的一种大规模集成电路芯片，是CPU、RAM、ROM、IO接口和中断系统集成于同一硅片的器件。单片机发展迅速，各类产品不断涌现，出现了许多好性能新兴机种，现已成为工厂自动化和各控制领域的支柱产业之一。由于生产工艺和设计能力的不断提高，单片机也在向着更高集成化、更多位多功能，更强化处理控制问题的能力、更快的运算速度、更廉价低功耗、更兼容开发和更好的软件固有化的方向发展。 单片机是所有微处理机中性价比最高的一种，随着种类的不断增加，功能不断加强，其应用领域也迅速扩大。单片机在智能仪表、实时控制、机电一体化、办公机械、家用电器等方面都有相当的应用领域。当前，8位单片机主要用于工业控制，如温度、压力、流量、计量和机械加工的测量和控制场合；高效能的16位单片机（如MCS-96、MK-68200）可用在更复杂的计算机网络。 AT89系列单片机是常用的控制芯片，在智能仪器仪、工业检测控制、机电一体化等方面取得了令人瞩目的成果，用其作为温度控制系统的实例也很多。使用AT89系列单片机能够实现温度全程的自动控制，而且AT89系列单片机易于学习，掌握，性能价格比高。1.1微电脑温度控制系统的发展 温度测控系统是工艺加工过程中普遍使用的系统装置。由于传统的温控装置体积较大，成本高且输出控制又不稳定，因此已不再适应现代生产力下的复杂温度环境。目前，国内外都是采用微电脑系统来实现温度的控制，这样就提高了控制的精度，减小了温度控制中出现的系统误差。 近年来，随着单片机应用体系结构的规范化和简单化，单片机“单片”应用已成为其发展趋势。本课题中就采用了这种价格低廉，功能性强的AT89C2051芯片，它在许多需要真正的“单片”微控制器的应用中发挥了很好的效用。 同时，工业过程控制中，由于传感器的非线性输出和同种传感器的输出存在一定的分散性，测量结果会产生一定的误差，为此，对传感器的特性进行校正和补偿已成为国内外一直研究的课题。以往许多仪器对此问题大多采用运放构成的非线性转换电路，致使温漂大，调整困难，精度也不高。因此目前在智能仪器中均广泛采用软件代替硬件进行线性修正。 本微电脑控制系统正是朝体积小，性能价格比高，测量精度准确的研究思路进行设计的。它消除了人为误差，减少了系统的误差，能够达到较满意的实验效果。 1.2课题的意义及内容 温度控制是自动控制经常讨论的课题之一，它代表了一类自动控制的方法，而且其应用十分广泛，可以说在生产生活中无处不在，例如锅炉，电冰箱等。而由温度控制带来的时滞效应难题始终困扰着实际应用。随着科学技术的高速发展，温度控制系统得到了很大的进步，其应用的领域也不断的扩大。使用89系列单片机设计温度控制系统，可以即时、精确的反映温度变化。完成诸如升温到特定温度、降温到特定温度、在温度点保持恒温等多种控制方式，可以应用到空调、锅炉、电热器一类的设备上。温度、压力，流量和液位是四种最常见的过程变量。其中温度是一个非常重要的过程变量，因为它直接影响燃烧、化学反应、发酵、烘烤、煅烧、蒸馏、浓度、挤压成形，结晶以及空气流动等物理和化学过程。温度控制不好就可能引起生产安全，质量和产量等一系列问题。目前，在很多场合下，温度已成为非常关键的因素，许多物理特性的变化都直接反映在温度的升降上，因此对温度的监测的意义越来越大。 1.3 研究思路和技术方法 整个设计可以分为硬件和软件两大部分，本设计中首先确定了该控制系统的硬件设计部分，包括温度检测电路、温度控制电路、外围电路、和一些接口电路（如：A/D转换、移位寄存器接口等）。其次是软件设计部分，在这里采用模块化结构，主要模块有：中断服务程序、控制比较程序、控制输出程序、采样程序、键输入程序、滤波程序、显示程序等。在温度采样电路的设计中用到了传感器技术，在本次设计中，通过对各种传感器的比较，最终确定测温传感器选用的是铂热电阻。在炉温控制输出电路的设计中，采用了可控硅触发技术。另外根据单片机的接口及功能特性选配了A/D转换电路、译码显示电路及复位电路等 5第二章 硬件设计2.1 设计方案的总体概述2.1.1 总体设计思路 根据设计要求，先分析，查找相关的设计元件了解其工作原理及内部结构，确定选用哪些元件来设计电路，绘制相应的电路原理图，确定软件设计流程图，并结合软件进行调试，最后完成设计并撰写论文。2.1.2方案的论证与比较根据系统基本要求，将本系统划分为如下几个部分*温度测量电路*A/D转换电路*键盘输入部分*控制处理电路*显示电路*微处理器其结构框图如图2.189C2051单片机放大电阻炉传感器A/D转换器控制电路光报警键盘显示图2.1系统结构框图 工作流程为：传感器部分将模拟输入量温度转换成电量值。由于R-V转换后的输出电压很微弱，所以采用运算放大电路使输出电压扩大到05V。A/D转换电路主要是将模拟信号转化为与温度相对应的数字量，每当采样周期到达，即可将炉温值与键盘设定值比较，然后通过比较结果去改变可控硅在固定控制周期内的导通时间，从而达到控制炉温的目的。 各部分电路的选取方案分析如下： 1温度传感器的选取，由于传感器能将各种物理量、化学量和生物量等信号转变为电信号，使得人们可以利用计算机实现自动测量、信息处理和自动控制，但是它们都不同程度地存在温漂和非线性等影响因素。传感器主要用于测量和控制系统，它的性能好坏直接影响系统的性能。根据设计总要求：我们要用到A/D转换的部分所以我们要选择模拟的温度传感器，温度控制范围为25150、最小区分温度为0.5，温度传感器是检测温度的器件，其种类最多，应用最广，发展最快。众所周知，日常使用的材料及电子元件大部分特性都随温度而变化，最常用的热电阻和热电偶两类产品。热电偶具有构造简单、适用温度范围广、使用方便、承受热、机械冲击能力强以及响应速度快快特点，常用于高温区域、振动冲击大等恶劣环境以及适合于微小结构测温场合；但其信号输出灵敏度比较低，容易受到环境干扰信号和前置放大器温度漂移的影响，因此不适合测量微小的温度变化。导体的电阻值随温度变化而改变，通过测量其阻值推算出被测物体的温度，利用此原理构成的传感器就是电阻温度传感器。金属铂(Pt)的电阻值随温度变化而线性变化，并且具有很好的重现性和稳定性，利用铂的此种物理特性制成的传感器称为铂电阻温度传感器，通常使用的铂电阻温度传感器零度阻值为100，电阻变化率为0. 3851。铂电阻温度传感器精度高、稳定性好、应用温度范围广、是中低温区(-200650)最常用的一种温度检测器，可达到设计的要求，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成各种标准温度计（涵盖国家和世界基准温度）供计量和校准使用。 综上所述的种种特点，所以测温传感器我们选择铂热电阻 2单片机的选取，根据毕业设计（论文）任务书中的设计要求我选用了AT89系列的兼容机89C51，在此我们采用AT89C2051单片机实现。AT89C2051是由美国ATMEL公司生产的一种低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含2K bytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），期间采用ATMEL公司的高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大。其主要特点为采用Flash存贮器技术，降低了制造成本，其软件、硬件与MCS-51完全兼容，可以很快被中国广大用户接受，其程序的电可擦写特性，使得开发与试验比较容易。这对于在网上查找相关资料和在图书馆查找相资料也是非常方便的。 3A/D转换芯片的选取，在本设计中，A/D转换是要把一路模拟信输入转换为八路数字信号输出。德州仪器公司(TI)推出的TLC0831/2是广泛应用的8位A/D转换器。TLC0831是单通道输入；TLC0832是双通道输入，并且可以软件配置成单端或差分输入。串行输出可以方便的和标准的移位寄存器及微处理器接口。TLC0831可以外接高精度基准以提高转换精度，TLC0832的基准输入在片内与VCC连接。TLC0831/2的操作非常类似TLC0834/8（更多输入通道），为以后升级提供便利。产品特性：8位转换结果，简单的微处理器接口，单通道或多通道可配置单端及差分输入，转换时间在Flock=250KHz时为32us，5V供电时输入范围：05V，全部非校准误差：1LSB，单5V供电：工作温度范围：070，输入输出完全兼容TTL和CMOS电路。与ADC0809相比，TLC0831把模拟信号转换成一组8位的数字信的A/D转换器，而ADC0809为8个模拟选择开关来转换成对应的数字信号的A/D转换器，在设计中我们只用到一个模拟信号，所以我们选用TLC0831作为模数转换芯片。 4控制电路的选取，控制电阻炉的温度，只需控制发热电流的大小而不必考虑其流向控温所用可控硅电路的任务是通过调压来实现交流调功。通常，由可控硅实现交流调压的途径有两条：一是改变电压波形的导通角，称之为调相；另一个是波形不变而改变其电压波出现的次数，常称脉冲调功。就触发方式而言，前者为移相触发，后者为过零触发。移相触发方式调功实际上是控制可控硅的导通角，达到调节功率的目的。但此方法最大的缺点是：大电流的切入造成对电网的冲击，不归正的脉冲负载电流引起电网波形的畸变及对其它设备的中频干扰，输出的线性范围窄而线性度又不好，只能靠反馈来改善，增加了电路复杂性。为此，人们研究了各种避免电压瞬时大幅度下降和抑制高次谐波的方法，过零触发方式很好的解决了此类问题。它把可控硅导通的起始点限制在电源电压过零，从而大大降低了谐波分量，而且炉子功率越大，优点越突出。加之其输出的线性也好，故本系统硬件采用过零触发方式。 5LED显示电路的选取，由于AT89C2051是一种高性能低价位单片机，但因其引脚少，只有15根I/0口线，去掉信号输入、信号输出和按键输入以及复位电路等常规接口线外，一般所剩只有三至五根I/0口线，给系统设计尤其是LED显示接口电路的设计带来一定难度。2051余下的并行I/0口线不足8根，数据并行输出已不可能，但可以考虑串行输出的方法，所以这里我们选用采用串入并出移位寄存器74LS164圆满地解决了这一问题。由于显示的位数只有四位，所以在这里我们采用静态显示来实现。2.2各模块电路的设计2.2.1微处理控制器 AT89C2051是由美国ATMEL公司生产的一种低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含2K bytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和128bytes的随机存取数据存储器( RAM)，期间采用ATMEL公司的高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大。作为一种小型测控系统或便携式智能仪器仪表的核心器件，其性能价格比优于MCS-51系列。AT89C2051单片机可为您提供许多高性价比的应用场合。 功能特性概述： AT89C2051提供以下标准功能：2k字Flash闪速存储器，128字节内部RAM，15个I/O口线，两个16位定时计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，内置一个精密比较器，片内震荡器及时钟电路。同时，AT89C2051可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但震荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。主要性能参数：与MCS-51产品指令系统完全兼容2k字节可重擦写闪速存储器1000次擦写周期2.7V-6V的工作电压范围全静态操作：OHz-24MHz两级加密程序存储器128x8字节内部RAM15个的可编程I/O口线2个16位定时计数器6个中断源可变成串行UART通道可直接驱动LED输出端口内置一个模拟比较器低功耗空闲和掉电模式89C2051引脚图如图2.2图 2.2 89C2051引脚图89C2051共有20条引脚，芯片引脚功能简介如下： Vcc:电源引脚（20脚） GND:接地 P1口：它是一个8位准双向I/O口，P1.2P1.7内置了上拉电阻，而P1.O和P1.1却没有，需要外加上拉电阻,P1口的每个引脚的输出缓冲器具有20mA的输出驱动能力，可直接点亮LED显示器与其它51系列的单片机一样，当P1口的引脚作为输入线使用时，应当先对其写1。 P3口：其P3口是一个具有7位的准双向多功能口(P3.OP3.5及P3.7)每一个端口同P1口一样，具有20mA的驱动能力，当其作为输入口使用时，也应先对它们置1，其第二功能如下： P3.0-RXD串行输入口 P3.1-TXD串行输入口 P3.2-外部中断INTO输入口 P3.3-外部中断INT1输入口 P3.4-计数器输入口 P3.5-计数器输入口 P3口还接收一些用于Flash闪速存储器和程序校验的控制信号。 RST:复位输入。RST引脚一旦变成两个机器周期以上高电平，所有的I/O口者都将复位到“1”（高电平）状态，当振荡器正在工作时，持续两个机器周期以上的高电平便可完成复位，每个机器周期为12个震荡时钟周期。 XTAL1:输入到震荡的反相放大器，接外部晶体的一个引脚。在单片机的内部，它是构成片内振荡器的反放大器的输入端。当采用外部振荡器时，该引脚接收振荡器的信号，即把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。 XTAL2:反相放大器的输出，输入到内部时钟发生器，接外部晶体的另一个引脚。在单片机内部，它是上述振荡器的反相放大器的输出端。采用外部振荡器时，此引脚应悬浮不连接。 本系统硬件电路占用IO口线情况如下： 温度采集电路：P1.4P1.6，P3.5(T1) 键盘电路：P1.0P1.3 控制输出电路：P1.7 串行显示电路：P3.0(RXD)，P3.1(TXD) 由于AT89C2051片内RAM为128字节，片内Flash PEROM为2k字节，所以可寻址范围仅在OOOH7FFH，本系统复位电路采用上电自动复位和手动复位电路，其震荡器震荡频率fs=6MHz.2.2.2温度测量电路 工业控制系统中，温度是一种模拟量，因此温度采样后一定要将其转变为电量参数。目前，非电量转化为电量的测量均采用传感器技术。铂的物理，化学性能非常稳定，尤其是耐氧化能力很强且在很多温度范围内（1200以下）均可保持上述特性，因此从稳定性、一致性、易标定等因素考虑，测温传感器优先选择铂热电阻。通常使用的铂电阻温度传感器零度阻值为100，电阻变化率为0.385I。铂电阻温度传感器精度高，稳定性好，应用温度范围广，是中低温区（-200650）最常用的一种温度检测器，不仅广泛应用于工业测温，而且被制成各种标准温度计（涵盖国家和世界基准温度）供计量和校准使用。 铂电阻的温度系数TCR 按IEC751国际标准，温度系数TCR=0.003851，Pt100(R0=100)、Pt1000 (R0=1000)为统一设计型铂电阻。TCR=（R100-RO）(R0100)其中温度电阻特性曲线如图2.3电阻 300 250 200 150 100 50 -200 -100 0 100 200 300 400 500 600 700 温度0C图2.3温度电阻曲线图-200t0 Rt= R0I+At+Bt2+C(t-100) t30t850 Rt=R0(l+At+Bt2)Rt在t时的电阻值R0在0时的电阻值铂电阻传感器的稳定性 铂电阻传感器有良好的长期稳定性，典型实验数据为：在400时持续300小时，0时的最大温度漂移为0.02。 利用铂热电阻的阻值随温度而变化的特性，即可将温度变化转换为电阻。但实际应用中还要将电阻转化为电压。用反相放大器电路（如图2.4）虽然也可将电阻转化为电压，但电路流经传感器的电流手运放负载能力的限制，且不能实现O以下输出OV电压的要求，其输出电压为：V0=(Rx/R)*V。图2.4反相放大电路 为解决此问题，通常采用惠斯登电桥法。现简单介绍一下电桥测温原理：由图2.5可知，V0=VA-VB=Rt*VD/(R+RT)-RP*VD(RP+R)。由于铂电阻 RT=R0(1+At+Bt2)，其中R0为100欧姆，A,B的值分别为A=3.96847*10-3,B=5.847*10-7所以从电桥输出的信号很微弱的，只有毫伏级。这样，桥路的输出端还应加一级运放电路，以使输出电压A/D转换器的输入范围。这里我们选用斩波稳零运放ICL7650，其内部有一个震荡频率为200HZ的振荡器，在这个振荡器的控制下运放分节拍工作，每个震荡周期分为两个节拍，第一拍将输入失调采集并存于一个电容器中 ，第二个节拍采样的放大信号，并将此刻的失调相抵消，所以运放总的失调的温漂很小，最适合与电桥信号的放大，其放大倍数K=1+(R2/R1),同时为得到好的响应，运放输出端负载电阻应大于10k。图2.5电桥测温电路2.2.3 A/D转换电路TLC0831/TLC0831C/ TLC0831I是TI公司生产的八位逐次逼近式AD转换器，它有一个差分输入通道，串行输出配置为与标准移位寄存器或微处理器兼容的Microwire总线接口，极性设置固定，不需寻址。其内部有一采样数据比较器将输入的模拟信号微分比较后转换为数字信号。模拟电压的差分输入方式有利于抑制共模信号和减少或消除转换的偏移误差，而且电压基准输入可调，使得小范围模拟电压信号转化时的分辨率更高。由于标准移位寄存器或微处理器将时间变化的数字信号分配到串口输出，当IN-接地时为单端工作，此时IN+为输入，也可将信号差分后输入到N+与N-之间，此时器件处于双端工作状态。其特点如下：（1）8位分辨率；（2）单通道差输入；（3）5V的电源提供05V可调基准电压；（4）输入和输出可与TTL和CMOS电平兼容；（5）时钟频率为250KHz下，转换时间为32uS；（6）总失调误差为1LSB；（7）提供DIP8封装。TLC0831的管脚排列及功能说明如下：图2.6 TLC0831的引脚图表1，TLC0831的引脚引脚号符号功能1CS片选端（低电平有效）2IN+差模输入正端3IN-差模输入负端4GND地5REF输入基准电压6DO串行数据输出端7CLK串行时钟信号端8Vcc电源图2.7 TLC0831的时序图2.2.4键盘输入部分键盘的输入部分主要作用是用键盘设定温度以及温度的上下限设定。温度的上下限设定包括四个按键。(1)模式切换键：进行模式之间的切换，模式包括设置上限模式、设置温度下限模式，每次按下该键就在返两种模式之间切换。(2)温度上下限增加键：增加温度上下限的值。(3)温度上下限减少键：减少温度上下限的值。(1)温控开关键：是温控与非温控之间的切换键。它用于设置,是否进行温度控制即是否让越界的温度值触发加热器的启动或停止。温度上下限设置模块模块如图2.8。图2.8 温度上下限设置模块2.2.5输出控制电路 在炉温控制输出电路的设计中，采用了可控硅触发技术。控制炉温只需控制发热电流的大小而不必考虑其流向。控温所用可控硅电路的任务是通过调压来 实现交流调功。通常，用可控硅实现交流功率调节的触发方式有两种：过零触发，移相触发。移相触发方式调功实际上是控制可控硅的导通角，达到调节功率的目的。但此方法最大的缺点是：大电流的切入造成对电网的冲击，不归正的脉冲负载电流引起电网波形的畸变及对其它设备的中频干扰，输出的线性范围窄而线性度又不好，只能靠反馈来改善，增加了电路复杂性。 为此，人们研究了各种避免电压瞬时大幅度下降和抑制高次谐波的方法，过零触发方式很好的解决了此类问题。它把可控硅导通的起始点限制在电源电压过零，从而大大降低了谐波分量，而且炉子功率越大，优点越突出。加之其输出的线性也好，故本系统硬件采用过零触发方式。本电路设计采用带有光电耦合器组成的可控硅过零触发电路（见图2.9）。图2.9可控硅过零触发电路系统使用了新型器件光隔离光耦合过零触发双向可控硅驱动器MOC3081系列，其具有体积小、功耗小、无噪声等优点，在不增加任何辅助电路的条件下可直接与微处理器的PI0接口。图2.10 MOC3081引脚布局MOC3081主要参数：隔离电压 7500 Vrms通道数 1输出类型 AC, Triac,零交叉峰值阻态电压 (VDRM) 800 V图2.11 可控硅输出电路的波形图由图2.11可知，当加到可控硅驱动器MOC8031的砷化镓二极管LED的电流IFT=0时，电源压加在功率可控硅和可控硅驱动器的阳极与阴极之间，若在二极管LED中引入足够的电流IFT，则可控硅驱动器处在导通状态，向功率可控硅提供一个触发电流，使功率可控硅导通，这里只需单片机给P1.7口一低电平就可控制可控硅的导通，不必输出脉冲。它通过施密特触发器的整形，使三极管导通，给二极管LED通以一定的电流。功率可控硅一旦导通，其阳极和阴极之间的压降将降低，这将导致可控硅驱动器的输出电流降低，甚至降到低于它的维持电流，迫使可控硅驱动器进入关断状态。由于可控硅驱动器中过零触发电路的作用，当电源电压降至零伏附近时，过零触发电路产生一电流信号，如图2.11波形所示，这种情况每半个周期出现一次，所以可控硅驱动器的实际工作周期是很短的，只有几微秒，若IFT仍存在，则功率可控硅在每半个周期内被重新触发一次，所以功率可控硅导通，直到IFT=O时，有可控硅的特性可知，这对功率可控硅不是立即关断，而是当电源电压OV附近，功率可控硅电流才为零，才被关断。应用电路中有关元件功能如下： Rs、Cs：为吸收回路，因为若负载为感性，功率可控硅通，断时会产生较大的反电势，可能引起功率可控硅的损坏，吸收回路起保护作用。另一方面，有了吸收回路后，功率可控硅通、断过程中电源电压的变化率du/dt受到Rs， Cs的限制，Rs可抑制功率可控硅通，断时形成的浪涌电流和Cs随负载L可能产生的震荡。 R：限流电阻，用来限制可控硅驱动器的电流。RG：为晶闸管的门极电阻，对功率可控硅的结电容因电源电压变化率du/dt所引起的充电电流进行分流，从而起到增大功率可控硅承受du/dt的能力。另外，RG还有抑制噪声的作用，一般取值在3005002.2.6报警电路报警电路由一个三极管和蜂呜器组成。当温度值在设定的范围时，单片机AT89C51的P3.7口高电平引脚始终保持高电平当所采集的温度越限时，P3.7口便由高电平改为低电平，使三极管导通从而发山蜂鸣声进行报警来提醒操作人员实施相应的捕施。如图2.12所示图2.12 光报警模块2.2.7显示电路这部分硬件设计利用AT89C2051的串行口和移位寄存器74LS164作为四位静态显示的驱动接口，其所需显示的字符的各字段连续通过电流，从而使显示的字段连续发光。由于显示位数只有四位，故采用静态显示，在发光二极管导通电流一定的情况下显示器的亮度大，显示稳定。74LS164是一个串行输入并行输出的移位寄存器。并带有清除端。其中：Q0Q7并行输出端A，B串行输入端，MR清除端，为0时,输出清零CP为时钟输入端 最高时钟频率可高达36Mhz 功耗：10mW/bit 工作温度： 0C to 70C Vcc最高电压：7V 输入最高电压：7V 最大输出驱动能力： 高电平：0.4mA 低电平：8mA图2.13 74LS164引脚图表2，74LS164逻辑符合表 图2.14 7段数码管引脚图 7段共阳极数码管内部结构系统在运行过程中，仅在需要更新显示内容时CPU才执行一次显示更新子程序，这样大大节省了CPU的时间，提高了CPU的工作效率。其串行口工作在方式0，数据由RXD串行的输出，TXD输出移位脉冲，使外部的移位寄存器移位，完成一个字节的输出，此时