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1、基于AT89S51單片機(jī)的豆?jié){機(jī)設(shè)計(jì) 專業(yè)： 自動(dòng)化0801 學(xué)生姓名： 段家駿 指導(dǎo)教師： 謝鵬華 完成時(shí)間： 2019年1月10日 - 20 -目 錄第一章 緒論.11.1引言.11.2原理 .1第二章 設(shè)計(jì)方案 .22.1 設(shè)計(jì)思路.22.2 方案設(shè)計(jì).2第三章 豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)的功能分析.33.1 控制系統(tǒng)的硬件分析.33.2 控制系統(tǒng)的軟件分析.3第4章 豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì).44.1 電源電路設(shè)計(jì).4 4.1.1 電源的作用 .4 4.1.2 電源的組成.4 4.1.3 電源工作原理.44.2 單片機(jī)的選用.5 4.2.1 單片機(jī)的簡(jiǎn)介.54.3 溫度檢測(cè)電路的設(shè)計(jì).6 4.3.

2、1 NTC熱敏電阻溫度傳感器簡(jiǎn)介.6 4.3.2 ADC0809簡(jiǎn)介.7 4.3.3放大器LM324簡(jiǎn)介.9 4.3.4 四分頻電路設(shè)計(jì).11 4.3.5 NTC熱敏電阻與單片機(jī)AT89C51的接口設(shè)計(jì).114.4 加熱及打漿電路的設(shè)計(jì).124.5防干燒及防溢出電路的設(shè)計(jì).134.6 報(bào)警電路的設(shè)計(jì).134.7 復(fù)位電路的設(shè)計(jì).144.8 時(shí)鐘電路及按鍵設(shè)計(jì).15第五章 豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì).16附錄 豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)程序清單.17第一章 緒論1.1 引言豆?jié){機(jī)是一種新型的家用飲用機(jī)，以黃豆為原料，直接加工成熟的熱豆?jié){機(jī)。若在黃豆中配以芝麻、花生、杏仁等佐料，或者通過(guò)改變打漿、加熱的時(shí)間，可

3、以做出不同種類的豆?jié){飲料。豆?jié){機(jī)由粉碎黃豆的電機(jī)、豆?jié){機(jī)加熱器和控制電路三大部分組成。用單片機(jī)研制的全自動(dòng)豆?jié){機(jī)的控制系統(tǒng)，當(dāng)放入適量泡好的黃豆，加入適量的冷水，把豆?jié){機(jī)的電源插頭插入220V交流電源，豆?jié){機(jī)指示燈亮起，按下按鈕，先對(duì)豆?jié){機(jī)進(jìn)行水位檢測(cè)，符合要求后電加熱管開(kāi)始對(duì)水進(jìn)行加熱，當(dāng)水溫達(dá)到80左右，豆?jié){機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)電機(jī)開(kāi)始打漿，打漿電機(jī)按間歇方式打漿。打漿過(guò)后，開(kāi)始對(duì)豆?jié){加熱，豆?jié){溫度達(dá)到一定值時(shí)豆?jié){上溢，當(dāng)豆?jié){沫接觸到防溢電極時(shí)，停止加熱。然后間歇加熱，最后進(jìn)行豆?jié){的防溢延煮后發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。若缺水，則關(guān)閉加熱器和電機(jī)，并發(fā)出報(bào)警聲，直到關(guān)閉電源，加水后才能繼續(xù)使用。只要按下啟動(dòng)按

4、鍵并選擇功能后，豆?jié){機(jī)就開(kāi)始工作，一會(huì)兒就能喝到美味又營(yíng)養(yǎng)的豆?jié){。整個(gè)過(guò)程由單片機(jī)全自動(dòng)控制，讓你用起來(lái)更加的方便、更加的安全。1.2 原理本設(shè)計(jì)原理如圖1所示 AT89C51 溫度傳感器防溢電路放干燒電路時(shí)鐘電路按鍵加熱電路電機(jī)聲光報(bào)警復(fù)位電路控制系統(tǒng)首先通過(guò)電源電路對(duì)系統(tǒng)供電，其中溫度傳感器、防溢電路、放干燒電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、按鍵、均是輸入部分，聲光報(bào)警、電機(jī)、加熱電路均是輸出部分。通電后，單片機(jī)啟動(dòng)加熱器加熱，加熱到80時(shí)停止加熱，然后啟動(dòng)電機(jī)，電機(jī)通過(guò)旋轉(zhuǎn)打豆，打豆完成之后，又通過(guò)加熱器加熱。其中復(fù)位電路是復(fù)位系統(tǒng)的，按鍵為工作功能選擇鍵。第二章 設(shè)計(jì)方案2.1 設(shè)計(jì)思路由于以

5、前的豆?jié){機(jī)，磨漿要過(guò)濾豆渣，豆?jié){熬煮也要自己動(dòng)手，還要特別注意豆?jié){溢鍋的問(wèn)題，程序繁瑣麻煩，給人們帶來(lái)不便，針對(duì)這些情況擬定開(kāi)發(fā)家用豆?jié){機(jī)全自動(dòng)控制電路裝置。家用豆?jié){機(jī)全自動(dòng)控制裝置是在單片機(jī)的程序控制下進(jìn)行工作的。打漿時(shí)，插上電源插頭，接通電源, 直接按“啟動(dòng)”鍵，控制電路控制豆?jié){機(jī)工作。先給黃豆加熱，并由傳感器檢測(cè)溫度，當(dāng)溫度達(dá)到80度左右時(shí)，停止加熱。啟動(dòng)磨漿電機(jī)開(kāi)始磨漿，運(yùn)轉(zhuǎn)20秒后停止轉(zhuǎn)運(yùn)，間歇10秒后再啟動(dòng)打漿電機(jī)，如此循環(huán)進(jìn)行打漿6次或者4次。磨漿完后，開(kāi)始對(duì)豆?jié){加熱，豆?jié){溫度達(dá)到一定值時(shí)，豆?jié){上溢。豆?jié){加工自動(dòng)進(jìn)入防溢延煮程序，豆?jié){加工完成后發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。2.2 方案設(shè)計(jì)單

6、片機(jī)加熱電路防干燒、防溢電路打漿電路溫度傳感器報(bào)警電路電源電路 方案設(shè)計(jì)框圖方案如圖所示, 由單片機(jī)、電源電路、溫度傳感器、放干燒電路電路、防溢電路、打漿電路、加熱電路、報(bào)警電路等組成。先將黃豆放入豆?jié){的攪拌器濾網(wǎng)內(nèi),攪拌壺內(nèi)倒入適量的水,裝好攪拌機(jī)。接上電源，蜂鳴器長(zhǎng)鳴一聲，提示已接通電源，指示燈LED亮，處于待命狀態(tài)。按下全自動(dòng)啟動(dòng)鍵，開(kāi)始加熱，溫度達(dá)到80度時(shí)，停止加熱；攪拌馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)，將黃豆粉碎，豆?jié){過(guò)濾，然后馬達(dá)停轉(zhuǎn)，又開(kāi)始加熱，直到豆?jié){沸騰煮熟，停止加熱，發(fā)出報(bào)警聲，提示豆?jié){已做好。若豆?jié){較長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)喝而變涼，按下再加熱鍵HEAT，加熱至沸騰后，停止加熱，發(fā)出報(bào)警聲。若缺水，則關(guān)閉加熱

7、器和馬達(dá)，并發(fā)出急促的報(bào)警聲,直到關(guān)閉電源，加好水后才能工作。 選擇這種方案的原因是：(1)加工方式是全自動(dòng)。（2）粉碎黃豆前加熱可以提高工作效率；縮短粉碎后加熱至豆?jié){沸騰時(shí)間，防止粉碎后煮漿時(shí)間過(guò)長(zhǎng)所易造成的糊鍋現(xiàn)象。第三章 豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)的功能分析3.1 控制系統(tǒng)的硬件分析豆?jié){機(jī)的控制系統(tǒng)以單片機(jī)AT89C51為控制核心，結(jié)合控制傳感器，加熱及打漿電路，防干燒電路及防溢電路，聲光報(bào)警等控制，達(dá)到只要啟動(dòng)豆?jié){機(jī)以后，所有的控制過(guò)程都實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化的目的。硬件上豆?jié){機(jī)的控制系統(tǒng)首先需要有一個(gè)單片機(jī)芯片作為控制核心來(lái)控制它的工作過(guò)程，開(kāi)始時(shí)需要把水加熱到80，這久需要一個(gè)溫度傳感器，這里采用NT

8、C熱敏電阻溫度傳感器，因?yàn)樗`敏度高、反應(yīng)快，只是因?yàn)樵摐囟葌鞲衅鞑捎媚M量測(cè)量過(guò)，需要A/D轉(zhuǎn)換。由于豆?jié){機(jī)需要使用防干燒電極防止出現(xiàn)干燒情況，所以這里采用一個(gè)探針來(lái)代替?zhèn)鞲衅?。給豆?jié){機(jī)加熱完畢后，需要啟動(dòng)電機(jī)開(kāi)始打漿，這里選用單相串勵(lì)電機(jī)，因?yàn)榇畡?lì)電機(jī)具有機(jī)動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、過(guò)載能力強(qiáng)、體積小、重量輕等很多優(yōu)點(diǎn)，并且改類型電機(jī)在家用電器使用很普遍。當(dāng)打完漿后，需要對(duì)豆?jié){再次加熱，這里就用到防溢的裝置，與防干燒裝置一樣，沸騰溢出裝置同樣采用探針來(lái)替代了傳感器。對(duì)豆?jié){防溢延煮后，預(yù)示著豆?jié){加工完成了，最后發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，這里選用一個(gè)報(bào)警器和發(fā)光二極管。3.2 控制系統(tǒng)的軟件分析軟件上就是對(duì)單片機(jī)的編

9、程，在編程前需要畫出一個(gè)流程圖，根據(jù)豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求及目的，即插上電源、按下啟動(dòng)按鈕并且選擇功能后，如果選擇功能一（干豆），且沒(méi)有出現(xiàn)水位過(guò)低的情況，先延時(shí)2秒，然后啟動(dòng)加熱裝置對(duì)水加熱，（1）當(dāng)水溫達(dá)到了80左右，豆?jié){機(jī)停止加熱。啟動(dòng)電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)打漿，先預(yù)打豆8秒然后停5秒，然后自動(dòng)加熱掛泡，停止加熱10秒;（2） 進(jìn)入打漿共6次，每次10秒，間隔6秒。（3） 停10秒后，再加熱到掛泡，如此循環(huán)3次。（4） 停10秒后，繼續(xù)（2）循環(huán)。（5） 停止10秒后，再加熱到掛泡，如此循環(huán)6次。 完成后蜂鳴器提示音1秒一聲，連續(xù)一分鐘后轉(zhuǎn)至每間隔10秒蜂鳴器滴一聲提示音，表示工作結(jié)束。 如果選

10、擇功能二（濕豆），并且沒(méi)有出現(xiàn)水位過(guò)低的情況，就啟動(dòng)加熱裝置對(duì)水加熱，（1）水溫達(dá)到了80左右，第一次預(yù)打豆8秒然后停5秒，然后自動(dòng)加熱掛泡，停止加熱10秒。（2） 進(jìn)入打豆10秒，然后停6秒，如此循環(huán)6次。（3） 停10秒后，再加熱到掛泡，如此循環(huán)9次，完成后蜂鳴器提示音1秒一聲，連續(xù)一分鐘后轉(zhuǎn)至每間隔10秒蜂鳴器滴一聲提示音，表示工作進(jìn)程結(jié)束。按照上述對(duì)豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)的要求，完成豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程圖后，對(duì)單片機(jī)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)的編程來(lái)配合硬件的設(shè)計(jì)以至于完成整個(gè)豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)的電源電路第四章 豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)4.1 電源電路設(shè)計(jì)電源是各種電子設(shè)備必不可少的組

11、成部分，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到電子設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)以及能否安全可靠的工作。目前常用的直流穩(wěn)壓電源分線性電源和開(kāi)關(guān)電源兩大類。隨著集成電路飛速發(fā)展，穩(wěn)壓電路也迅速實(shí)現(xiàn)集成化市場(chǎng)上已有大量生產(chǎn)各種型號(hào)的單片機(jī)集成穩(wěn)壓電路。它和分立晶體管電路比較，具有很多突出的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在體積小、重量輕、耗電省、可靠性高、運(yùn)行速度快，且調(diào)試方便、使用靈活，易于進(jìn)行大量自動(dòng)化生產(chǎn)。4.1.1 電源的作用各種電子電路都要求用穩(wěn)定的直流電源供電，由整流濾波電路可輸出較為平滑的直流電壓，但當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載改變時(shí)，將會(huì)引起輸出端電壓改變而不穩(wěn)定。為了獲得穩(wěn)定的輸出電壓，濾波電路的輸出電壓還應(yīng)該經(jīng)穩(wěn)穩(wěn)壓電路進(jìn)行穩(wěn)壓。4.1

12、.2 電源的組成電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路組成。4.1.3 電源工作原理整個(gè)電源電路如圖4.1所示，控制電路采用變壓器降壓、晶體二極管整流等方法獲得工作電源。當(dāng)電源接入220V交流電，TR1開(kāi)始對(duì)220V交流電進(jìn)行降壓，從次級(jí)輸出12V左右的低壓交流電，從而適應(yīng)電路的使用要求。整流硅對(duì)次級(jí)輸出的交流電進(jìn)行橋式整流，再由E2、C2進(jìn)行濾波，已形成較平滑的直流電，送給三端集成正輸出穩(wěn)壓器78L05進(jìn)行穩(wěn)壓調(diào)整。經(jīng)78L05穩(wěn)壓作用后輸出+5V的直流電壓，經(jīng)E3、C3濾波后輸出紋波很低的+5V電壓，作為單片機(jī)的工作電源，以保證單片機(jī)工作時(shí)的穩(wěn)定和可靠。4.2 單片機(jī)的選用 市面上

13、的單片機(jī)很多，本設(shè)計(jì)采用AT89C51。AT89C51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4Kbytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元功能強(qiáng)大的AT89C51單片機(jī)可適用于提高許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。4.2.1 單片機(jī)的簡(jiǎn)介（1）主要性能參數(shù)：兼容MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容4K字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲(chǔ)器1000次擦寫周期全靜態(tài)操作

14、：0Hz-24MHz1288字節(jié)內(nèi)部RAM32個(gè)可編程I/O口線2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器6個(gè)中斷源可編程串行UART通道低耗空閑和掉電模式（2）引腳功能引腳如圖4.2所示4.3 溫度檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)當(dāng)豆?jié){機(jī)正常工作時(shí)，需要先加熱到80左右的溫度，然后停止加熱繼續(xù)下一步的工作，所以這就需要一個(gè)溫度傳感器來(lái)檢測(cè)水溫，這里我選用的是NTC熱敏電阻溫度傳感器，選擇它是靈敏度高、反應(yīng)迅速；電阻值和B值精度高、一致性互換性好；采用雙層密封工藝，具有良好的絕緣密封性和抗機(jī)械碰撞、抗折彎能力、穩(wěn)定性好、可靠性高。4.3.1 NTC熱敏電阻溫度傳感器簡(jiǎn)介熱敏電阻傳感器是對(duì)溫度敏感的電阻器的總稱，是半導(dǎo)體測(cè)溫元件。按

15、溫度系數(shù)分為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻(N TC)和正溫度系數(shù)熱敏電阻(PIC)兩大類。NIC熱敏電阻以MF為其型號(hào)，PIC熱敏電阻以MZ為其型號(hào)。負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻大多是由Mn（錳）、Ni（鎳）、Co（鈷）、Fe(鐵）、Cu（銅）等金屬氧化物經(jīng)過(guò)燒結(jié)而成的半導(dǎo)體材料制成，具有很高的靈敏度和良好的性能，被大量作為溫度傳感器使用。NTC負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻傳感器是溫度下降時(shí)它的電阻值會(huì)升高。在所有被動(dòng)式溫度傳感器中，熱敏電阻的靈敏度（即溫度每變化1。c日寸電阻的變化）最高，但熱敏電阻的電阻膃度曲線是非線性的。表4.2中數(shù)據(jù)是對(duì)Vishay - Dale熱敏電阻系列測(cè)得的NIC熱敏電阻器性能參數(shù)。表 4.2

16、從數(shù)據(jù)可以看出：25時(shí)阻值為10的電阻，在0C寸電阻為28.1，60時(shí)電阻為4.086。與此類似，25時(shí)電阻為5的熱敏電阻在0時(shí)電阻則為14.050。其中電阻值以一個(gè)比率形式給出(R。/R2)，該比率表示當(dāng)前溫度下的阻值與25時(shí)的阻值之比，通常同一系列的熱敏電阻器具有類似的特性和相同電阻溫度曲線。熱敏電阻傳感器的測(cè)溫接口電路4.3.2 ADC0809簡(jiǎn)介ADC0809是一種典型的A/D轉(zhuǎn)換器。它是采用主次逼近方法的8位8通道A/D轉(zhuǎn)換器。+5V單電源供電。轉(zhuǎn)換時(shí)間在100us左右。ADC0809為28引腳，雙列直插芯片，其引腳如圖4.3所示。各引腳功能如下：IN0-IN7:8路模擬量輸入端；D

17、7-D0：8位數(shù)字量輸出端口；START:A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)輸入端；ALE：地址鎖存允許信號(hào)，高電平有效；EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，高電平有效；OE：輸出允許控制信號(hào)，高電平有效；CLK：時(shí)鐘信號(hào)輸入端；A、B、C：轉(zhuǎn)換通道的地址； VREF(-)：參考電源的負(fù)端；VREF(+)：參考電源的正端；AD0809 的邏輯結(jié)構(gòu)：ADC0809 是8 位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。它由一個(gè)8路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存譯碼 器、一個(gè)A/D 轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開(kāi)關(guān)可選通8個(gè)模擬通道， 允許8 路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D 轉(zhuǎn)換完 的數(shù)字量，當(dāng)OE 端為高

18、電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。 AD0809 的工作原理：N0IN7：8 條模擬量輸入通道。ADC0809 對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是05V，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放 大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過(guò)程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。地址輸入和控制線：4條 ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE 線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將A， B，C 三 條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A，B 和C 為地址輸入線，用于選通IN0IN7 上的一路模擬量輸 入。通道選擇表如表4.3所示。CBA選擇的

19、通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7表4.3數(shù)字量輸出及控制線:11條 ST 為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。當(dāng)ST 上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn) 換；在轉(zhuǎn)換期間，ST 應(yīng)保持低電平。EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng)EOC 為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn) 換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7D0 為數(shù)字量輸出線。CLK為時(shí)鐘輸入信號(hào)線。因ADC0809的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)必須由外界提供，常

20、使用頻率為500KHZ，VREF（），VREF（）為參考電壓輸入。 ADC0809 應(yīng)用說(shuō)明： ADC0809 內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與AT89S51 單片機(jī)直接相連。 初始化時(shí)，使ST 和OE信號(hào)全為低電平。 送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到A，B，C 端口上。 在ST 端給出一個(gè)至少有100ns 寬的正脈沖信號(hào)。 是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)EOC 信號(hào)來(lái)判斷。 當(dāng)EOC變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，這時(shí)給OE 為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。圖4.44.3.3放大器LM324簡(jiǎn)介L(zhǎng)M324是四運(yùn)放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝，外形如圖所示。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四

21、組運(yùn)放相互獨(dú)立。每一組運(yùn)算放大器可用圖4.6所示的符號(hào)來(lái)表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。LM324的引腳排列見(jiàn)圖4.5。 圖4.5 圖4.6由于LM324四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。下面介紹其應(yīng)用實(shí)例。同相交流放大器同相交流放大器的特點(diǎn)是輸入阻抗高。其中的R1、R2組成1/2V+分壓電路

22、，通過(guò)R3對(duì)運(yùn)放進(jìn)行偏置。此電路可將輸入交流信號(hào)分成三路輸出，三路信號(hào)可分別用作指示、控制、分析等用途。而對(duì)信號(hào)源的影響極小。因運(yùn)放Ai輸入電阻高，運(yùn)放A1-A4均把輸出端直接接到負(fù)輸入端，信號(hào)輸入至正輸入端，相當(dāng)于同相放大狀態(tài)時(shí)Rf=0的情況，故各放大器電壓放大倍數(shù)均為1，與分立元件組成的射極跟隨器作用相同。 電路的電壓放大倍數(shù)Av也僅由外接電阻決定：Av=1+Rf/R4，電路輸入電阻為R3。R4的阻值范圍為幾千歐姆到幾十千歐姆。圖4.7為典型的同相交流放大器線路。 圖4.7測(cè)溫電路感溫探頭采用一只硅三極管3DG6，把它接成二極管形式。硅晶體管發(fā)射結(jié)電壓的溫度系數(shù)約為-2.5mV/，即溫度每

23、上升1度，發(fā)射結(jié)電壓變會(huì)下降2.5mV。運(yùn)放A1連接成同相直流放大形式，溫度越高，晶體管BG1壓降越小，運(yùn)放A1同相輸入端的電壓就越低，輸出端的電壓也越低。這是一個(gè)線性放大過(guò)程。在A1輸出端接上測(cè)量或處理電路，便可對(duì)溫度進(jìn)行指示或進(jìn)行其它自動(dòng)控制。圖3.8為典型的測(cè)溫電路。圖4.8比較器當(dāng)去掉運(yùn)放的反饋電阻時(shí),或者說(shuō)反饋電阻趨于無(wú)窮大時(shí)(即開(kāi)環(huán)狀態(tài)),理論上認(rèn)為運(yùn)放的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)也為無(wú)窮大(實(shí)際上是很大,如LM324運(yùn)放開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)為100dB，既10萬(wàn)倍)。此時(shí)運(yùn)放便形成一個(gè)電壓比較器，其輸出如不是高電平（V+），就是低電平（V-或接地）。當(dāng)正輸入端電壓高于負(fù)輸入端電壓時(shí)，運(yùn)放輸出低電平。圖

24、4.9為比較器接線電路。 圖4.9使用兩個(gè)運(yùn)放組成一個(gè)電壓上下限比較器，電阻R1、R1組成分壓電路，為運(yùn)放A1設(shè)定比較電平U1；電阻R2、R2組成分壓電路，為運(yùn)放A2設(shè)定比較電平U2。輸入電壓U1同時(shí)加到A1的正輸入端和A2的負(fù)輸入端之間，當(dāng)UiU1時(shí)，運(yùn)放A1輸出高電平；當(dāng)UiU2，則當(dāng)輸入電壓Ui越出U2，U1區(qū)間范圍時(shí)，LED點(diǎn)亮，這便是一個(gè)電壓雙限指示器。若選擇U2 U1，則當(dāng)輸入電壓在U2，U1區(qū)間范圍時(shí)，LED點(diǎn)亮，這是一個(gè)“窗口”電壓指示器。此電路與各類傳感器配合使用，稍加變通，便可用于各種物理量的雙限檢測(cè)、短路、斷路報(bào)警等。4.3.4 四分頻電路設(shè)計(jì)四分頻電路通過(guò)兩個(gè)74LS7

25、4實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入脈沖的四分頻，它的接線如圖4.10 圖 4.10引腳：11端與3端為原時(shí)鐘輸入端；5端與9端為變換后的時(shí)鐘輸出端；2端與6端聯(lián)接，8端與12端聯(lián)接；7端接電源負(fù)極、14端接電源正極；分頻：1，2，3，4，5，6為一組，8，9，10，11，12，13為一組；如果要得到四分頻，原時(shí)鐘需接3端并且5端接11端，9端為四分頻輸出端；或者是原時(shí)鐘接11端。4.3.5 NTC熱敏電阻與單片機(jī)AT89C51的接口設(shè)計(jì)溫度傳感器與單片機(jī)AT89C51的接口設(shè)計(jì)如圖4.11所示。熱敏電阻的變化電壓通過(guò)ADC0809轉(zhuǎn)換后送給單片機(jī)，完成溫度檢測(cè)過(guò)程。AD0809的ADD A、ADD B、ADD C口

26、接地。MSB口接單片機(jī)P0口，GND口、VREF（-）口接地，VCC、VREF（+）口接+5V，IN0口接放大器的輸出口。CLOCK口接四分頻脈沖輸出口、四分頻輸入口接單片機(jī)ALE口，OE口通過(guò)或非門接單片機(jī)P2.0口及RD口，ALE、START口均通過(guò)或非門接單片機(jī)P2.0口、WR口，EOC口通過(guò)非門接INT1口。圖4.11 溫度傳感器與單片機(jī)AT89C51的連接圖4.4 加熱及打漿電路的設(shè)計(jì)加熱電路的作用是通過(guò)加熱管把磨成粉末的黃豆煮熟，本設(shè)計(jì)使用的加熱器的功率為800W;磨漿電路的作用是通過(guò)電機(jī)把黃豆攪拌成粉沫，電機(jī)選用的是單相串勵(lì)電機(jī)，由于單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)具有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、過(guò)載能力強(qiáng)、調(diào)速

27、方便、體積小、重量輕等很多優(yōu)點(diǎn)，在家用電器中普遍使用。單片機(jī)輸出電流經(jīng)三極管放大，來(lái)驅(qū)動(dòng)繼電器閉合，使加熱管發(fā)熱把豆?jié){煮熟。同理，繼電器閉合使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)把黃豆攪碎。加熱及打漿電路的工作原理如圖4.12所示，加熱及磨漿電路由繼電器RL1、RL2，三極管Q1、Q2，電阻R14、R15以及二極管Dl、D2，單片機(jī)AT89C51。當(dāng)單片機(jī)工作時(shí)，賦給Pl.l一個(gè)高電平，使三極管Q2飽和導(dǎo)通，電流流過(guò)繼電器RL2，使觸點(diǎn)閉合，于是加熱管通電開(kāi)始對(duì)水加熱，當(dāng)溫度達(dá)到80度時(shí)，NTC溫度傳感器將溫度信號(hào)傳給單片機(jī)，單片機(jī)檢測(cè)到這個(gè)信號(hào)后，使P1.1腳變?yōu)榈碗娖?，三極管Q2截止，繼電器觸點(diǎn)斷開(kāi)，電阻停止加熱。加

28、熱結(jié)束后，單片機(jī)P1.0腳變?yōu)楦唠娖剑谷龢O管RL1飽和導(dǎo)通，從而讓繼電器觸點(diǎn)閉合，于是電機(jī)通電開(kāi)始打漿，在系統(tǒng)程序得控制下，電機(jī)進(jìn)行打漿。電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)20秒或者15秒后，單片機(jī)P1.0腳變?yōu)榈碗娖?，使三極管Q1截止，繼電器觸點(diǎn)斷開(kāi)，電機(jī)停止打漿，問(wèn)歇10秒后，單片機(jī)P1.0腳又恢復(fù)為高電平，從而繼續(xù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作，如此循環(huán)6次或4次后打漿結(jié)束。圖4.124.5防干燒及防溢出電路的設(shè)計(jì)防干燒及防溢出電路的作用是以傳感器作為信息采集系統(tǒng)的前端單元來(lái)控制自動(dòng)豆?jié){機(jī)缺水時(shí)干燒及沸騰溢出等問(wèn)題。這單采用探針作為傳感器來(lái)檢測(cè)水位及沸騰溢出，然后通過(guò)比較器輸出高低電平，這樣就可以通過(guò)單片機(jī)檢測(cè)比較器輸出電平的高

29、低來(lái)檢測(cè)水位及沸騰時(shí)的溢出狀態(tài)。水位檢測(cè)及沸騰溢出電路的原理如圖4.13所示，K1，K2分別是水位檢測(cè)傳感器和沸騰溢出傳感器，為了減少成本，這單采用探針來(lái)代替這兩個(gè)傳感器，使用中將接控制電路的公共點(diǎn)“地”，探針?lè)謩e通過(guò)傳輸。單片機(jī)的P3.2，P1.3端連接。正常工作時(shí)，Kl被水淹沒(méi)，它和地之問(wèn)的電阻較小，與R13共同對(duì)+5V分壓，U+得到比U-低的電平，比較器輸出低電平。缺水時(shí)，Kl露出水面，它的電阻很大，R13共同對(duì)+5V分壓，U+得到比U-高的電壓，比較器輸出高電平，通過(guò)非門后輸出低電平產(chǎn)生下降沿。用軟件檢測(cè)比較器的電平變化，便知是否缺水。圖4.13用同樣的方法檢測(cè)豆?jié){是否沸騰溢出。豆?jié){沸

30、騰之前，電極K2遠(yuǎn)離水而，它和地之間的電阻很大，與R9共同對(duì)+5V分壓，U+得到比U-高的電壓，比較器輸出高電平。豆?jié){沸騰時(shí)，泡沫淹沒(méi)K2，電阻小，與R14共同對(duì)+5V分壓，U+得到比U-低的電壓，比較器輸出低電平。用軟件檢測(cè)比較器的輸出電平，便知豆?jié){是否沸騰溢出。4.6 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)報(bào)警電路的作州是通過(guò)蜂嗚器發(fā)出聲音信號(hào)，提醒豆?jié){已經(jīng)煮好了。聲音信號(hào)電流從單片機(jī)的P1.5腳輸入到蜂鳴器LSl發(fā)出聲音。報(bào)警電路如圖4.12所示，報(bào)警電路由單片機(jī)AT89C51與蜂鳴器LS1、發(fā)光二極管組成。通過(guò)事先編寫的程序，在單片機(jī)的控制下，系統(tǒng)開(kāi)始工作，當(dāng)加熱完成后，單片機(jī)P1.4、P1.5腳自動(dòng)輸出一個(gè)

31、高低平，使蜂鳴器、發(fā)光二極管通電導(dǎo)通，于是蜂鳴器LS1發(fā)出報(bào)警，提醒豆?jié){加熱完成。圖4.12豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)的報(bào)警電路4.7 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)一般的復(fù)位電路干擾易串入復(fù)位端，雖然在大多數(shù)情況下不會(huì)造成單片機(jī)的錯(cuò)誤復(fù)位，但喲可能引起內(nèi)部某些寄存器錯(cuò)誤復(fù)位。在應(yīng)用系統(tǒng)中，為了保證復(fù)位鼎爐可靠地工作，常將RC電路在接斯密特電路后再接入單片機(jī)復(fù)位端及外圍電路復(fù)位端。如圖4.13所示圖4.13 復(fù)位電路4.8 時(shí)鐘電路及按鍵設(shè)計(jì)該單片機(jī)控制系統(tǒng)采用內(nèi)部方式產(chǎn)生。內(nèi)部時(shí)鐘電路如圖4.14所示。外接晶體以及電容C1、C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中，內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生自激振蕩，一般晶振可在212MHz之

32、間任選。對(duì)外接電容值雖然沒(méi)有嚴(yán)格的要求，但電容的大小多少會(huì)影響振蕩頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。外接晶體時(shí)，C1和C2通常選30pF左右；外接陶瓷諧振器時(shí)，C1、C2的典型值為47pF。圖4.14 時(shí)鐘電路及按鍵電路按鍵電路是通過(guò)+5V和兩個(gè)接在P1.6口、P1.7口連接形成通路，按鍵按下時(shí)，P1.6口（或P1.7口）產(chǎn)生高電平，單片機(jī)通過(guò)軟件檢測(cè)電平就可以知道是什么功能。第五章 豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)硬件圖 附錄 豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)程序清單 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP FGS MAIN:SETB IT0 ;選擇

33、邊緣觸發(fā)方式 SETB EX0 ;允許外部中斷0 SETB EA ;CPU允許中斷 ;*功能選擇程序* GNXE:JNB P1.6,GN1 干豆豆?jié){ JNB P1.7,GN2 ;濕豆豆?jié){ ;*富纖豆?jié){工作程序* GN1: SETB P1.1 ;啟動(dòng)加熱 MOV R1,#1EH ;設(shè)置循環(huán)30次（延時(shí)30分鐘） ACALL AA0 ;調(diào)用 MOV B,30H ;從30H中取溫度值 MOV A,#50H ;設(shè)定溫度為80度 DIV AB ;比較A、B大小，商存于A中 CJNE A,#00H,DJ1 DJNZ R1,GN1 ;*打漿程序* DJ1:CLR P1.1 ;停止加熱 MOV R0,#6 ;

34、循環(huán)六次 SETB P1.0 ;啟動(dòng)打漿 ACALL BB CLR P1.0 ACALL DD DJNZ R0,DJ1 ;*煮漿程序* ZJ1:SETB P1.1 ;啟動(dòng)加熱 MOV R1,#1EH ;設(shè)置循環(huán)30次（延時(shí)30分鐘） ACALL AA0 ;調(diào)用 JNB P1.3,FYYZ1 DJNZ R1,ZJ1 ;*防溢延煮程序* FYYZ1: CLR P1.1 ;停止加熱 ACALL AA0 ;等待一分鐘 SETB P1.1 ;啟動(dòng)加熱 MOV R1,#8 ;設(shè)置循環(huán)8次（防溢延煮8分鐘） ACALL AA0 ;調(diào)用 JB P1.3,FYYZ1 DJNZ R1,FYYZ1 ACALL BJ

35、 AJMP MAIN ;*濃香豆?jié){工作程序* GN2:SETB P1.1 ;啟動(dòng)加熱 MOV R1,#1EH ;設(shè)置循環(huán)30次（延時(shí)30分鐘） ACALL AA0 ;調(diào)用 MOV B,30H ;從30H中取溫度值 MOV A,#50H ;設(shè)定溫度為80度 DIV AB ;比較A、B大小，商存于A中 CJNE A,#00H,DJ2 DJNZ R1,GN2 ;*打漿程序* DJ2:CLR P1.1 ;停止加熱 MOV R0,#4 ;循環(huán)四次 SETB P1.0 ;啟動(dòng)打漿 ACALL CC CLR P1.0 ACALL DD DJNZ R0,DJ2 ;*煮漿程序* ZJ2:SETB P1.1 ;啟

36、動(dòng)加熱 MOV R1,#1EH ;設(shè)置循環(huán)30次（延時(shí)30分鐘） ACALL AA0 ;調(diào)用 JB P1.3,FYYZ2 DJNZ R1,ZJ2 ;*防溢延煮程序* FYYZ2:CLR P1.1 ;停止加熱 ACALL AA0 ;等待一分鐘 SETB P1.1 ;啟動(dòng)加熱 MOV R1,#8 ;設(shè)置循環(huán)8次（防溢延煮8分鐘） ACALL AA0 ;調(diào)用 JNB P1.3,FYYZ2 DJNZ R1,FYYZ2 ACALL BJ AJMP MAIN ;*子程序清單* ;*溫度采集轉(zhuǎn)換程序* WDZH:MOV A,#00H ;設(shè)置通道地址 MOV DPTR,#0FEFFH ;設(shè)置ADC0809的口

37、地址 MOVX DPTR,A ;啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 ACALL DLT ;延時(shí)10us WAIT:JB P3.3,WAIT ;等待轉(zhuǎn)換結(jié)束 MOVX DPTR,A ;讀入轉(zhuǎn)換結(jié)果 MOV 30H,A RET DLT:MOV R5,#05H ;延時(shí)10us DJNZ R5,$ RET ;*報(bào)警提示程序* BJ:MOV R3,0FFH CLR P1.4 ;光報(bào)警 CLR P1.5 ;聲報(bào)警 ACALL EE CLR P1.4 CLR P1.5 ACALL EE DJNZ R0,BJ RET ;*延時(shí)程序* AA0:MOV R4,#3 ;延時(shí)一分鐘 AA:MOV R5,#200 AA1:MOV R6,#200

38、 AA2:MOV R7,#250 AA3:DJNZ R7,AA3 DJNZ R6,AA2 DJNZ R5,AA1 DJNZ R4,AA0 RET BB:MOV R5,#200 ;延時(shí)二十秒 BB1:MOV R6,#200 BB2:MOV R7,#250 BB3:DJNZ R7,BB3 DJNZ R6,BB2 DJNZ R5,BB1 RET CC:MOV R5,#150 ;延時(shí)十五秒 CC1:MOV R6,#200 CC2:MOV R7,#250 CC3:DJNZ R7,DD3 DJNZ R6,DD2 DJNZ R5,DD1 RET DD:MOV R5,#100 ;延時(shí)十秒 DD1:MOV R6,#200 DD2:MOV R7,#250 DD3:DJNZ R7,CC3 DJNZ R6,CC2 DJNZ R5,CC1 RET EE:MOV R5,#5 ;延時(shí)500ms EE1:MOV R6,#200 EE2:MOV R7,#250 EE3:DJNZ R7,EE3 DJNZ R6,EE2 DJNZ R5,EE1 RET ;*防干燒程序* FGS:CLR P1.0 CLR P1.1 ACALL BJ RETI END