粮库圈围式温度单片机监控装置设计.doc

本科生毕业设计本科生毕业设计 粮库圈围式温度单片机监控装置设计 The Granary Enclosure type Temperature Supervisory Control Devices Design Based on MCU 学生姓名陈润浩 所在专业电气工程及其自动化 所在班级电气 1062 申请学位工学学士 指导教师刘丹职称副教授 副指导教师职称 答辩时间2010 年 6 月 12 日 目目 录录 设计总说明 I INTRODUCTIONINTRODUCTION II 第 1 章 绪论 4 第 2 章 总体方案设计 5 2 1 总体方案选择 5 2 2 总体设计流程 6 2 2 1 总体设计方框图 6 2 2 2 电阻 频率 温度转换流程 6 2 2 3 总体方案性能指标 6 第 3 章 硬件设计 7 3 1 单片机电路设计 7 3 2 测温电路设计 11 3 2 1 555 时基集成电路 12 3 2 2 热敏电阻串联回路 14 3 3 多路选择电路设计 15 3 4 温度报警电路设计 17 3 4 1 LM386 元件简介 18 3 5 显示电路设计 19 3 5 1 LED 显示器结构原理 20 3 5 2 LED 显示器显示方式 21 3 5 3 LED 显示方式选择 21 3 6 串行口通信电路设计 22 3 6 1 串口通讯 22 3 6 2 串口通信接口电路设计 24 3 7 排气扇电路设计 26 3 8 电源电路设计 26 第 4 章 软件设计 28 4 1 整体程序的设计分析 28 4 2 主程序模块 28 4 3 温度查询 显示程序模块 33 4 4 低温处理程序模块 53 4 5 高温处理程序模块 53 4 6 串口通信程序模块 54 4 7 报警程序模块 55 4 8 延时子程序模块 57 第 5 章 相关实验 58 结束语 64 鸣 谢 65 参考文献 66 附录 1 电路图 1 67 附录 2 电路图 2 68 附录 3 元件清单 69 设计总说明 粮食产业是安定天下的产业 粮食的收购 储藏是关系国计民生的大事 过去 由于检测手段 不完善 我国每年有数十亿斤的粮食在储藏 运输过程中霉烂变质 造成巨额损失 导致粮食变坏 的主要原因是粮食的水分含量过高 水分过高必然引起粮食霉变 生虫和其它生化变化 致使粮食 温度升高 因此 温度 水分是安全储粮的重要依据 其准确 自动检测对于粮食的安全储藏具有 重大意义 随着时代的进步和发展 单片机技术已经普及到我们的生活 工作 科研等各个领域 已经成 为一种比较成熟的技术 然而目前大多测温电路 都是运用数字传感器的单点测量 本设计介绍一 种基于单片机控制的 利用单片机的计算和查表功能对热敏电阻温度非线性特性进行线性化处理 可以消除硬件参数随温度变化而引起的测量误差 且成本相对便宜 利于维护 本设计的研究之初 存在着两种方案 一是以温度传感器作为媒介 温度传感器的电流输出信 号经 I V 变换电路变换成伏级的电压信号 因而无需对信号进行中间放大 可直接将此电压信号 送人 A D 转换器进行转换 这样一方面简化了系统设计 另一方面又避免了小信号传送易受干扰 的缺点 二是以热敏电阻作为测温传感器 利用频率 阻值与温度的关系 先用公式计算出任意温 度值所对应的频率段 再经由所测频率值查找正确的温度 本设计导师刘丹老师认为以热敏电阻作为测温媒介不仅经济价值实在 便于大规模运用 同时 硬件电路较为简单 固有电阻大 无需误差补偿 造价低 经济效益好 测量精度高 具有极高的 实际生活价值 最重要的是目前测温设计电路主要是以温度传感器与 AD 转换为主 该技术已趋于 成熟 不具备多大的设计价值 所以刘丹老师要求本设计采用的是热敏电阻测温方式 本设计设计标准是 热敏电阻串联分布四圈 测温范围 0 50 温度误差不大于 1 0 温度显示同时显示热敏电阻圈 及其对应的温度 本单片机温度检测系统利用热敏电阻采样环境温度 将热敏电阻经由 555 振荡电路所发出的脉 冲在单片机上实现计数 然后经单片机简单处理 转换为七段显示码 最终由接口电路输出 驱动 数码显示管 并能将所采集的温度数据发送给 PC 机 本设计在多点温度监控系统的设计中 充分发挥了单片机的计算与线性化的作用 应用 555 时 基电路的电阻 频率特性 以十分简单的电路得到高精度的温度测量效果 本设计的创新点是 本 测量系统的设计巧妙地将热敏电阻的温度 电阻变化应用于 555 时基电路 不需要单片机的 A D 转 换 而是直接采用频率采样法 简化了电路 又提高了测量的精度 由于热敏电阻的灵敏度高 电 阻值大 热敏电阻可以直接使用普通导线 测量距离达 200 米左右 这是其他传感器难以实现的 由于只用四个 555 时基电路 使集成电路的离散性影响降到最低 并且大大降低了硬件的成本 关键词 热敏电阻 单片机 粮库 INTRODUCTIONINTRODUCTION Food industry are the industry maintaining social stability The purchase and the preserve of grain are related to the national economy and the people s livelihood In the past because the examination method was imperfect our country had lost many grain every year The main reason causing grain bad is the excessively high moisture The excessively high moisture content inevitably causes the grain mildewed the fresh insects and other biochemistry changes and then causes grain temperate elevating Therefore the temperature and the moisture content are important basis security of grain storage Its accuracy and automatically detected for storing food safety is of vital importance As progress and development of the times singlechip technology has been popularized in our lives work research and other fields and has become a relatively mature technology But now most of temperature measurement circuits are a single point measurement by using digital sensors This design introduces a singlechip based control The use of singlechip computer and the use of look up table function to linearize the nonlinear characteristics of thermistor can eliminate the measurement error causing by the hardware parameters change with temperature meaningwhile the cost is relatively cheap and it is easy to maintain In the beginning of the study design there are two options One is a medium temperature sensor the current output signal of the temperature sensor transforms into a Voltage level voltage signal by the I V converter Therefore there is no need for intermediate amplification of the signal and this voltage signal can be directly conveyed into A D converter for conversion In this way on the one hand it simplifies the system design On the other hand it avoid the disadvantage by using small signal transfer Second taking the thermistor as a temperature sensor and using relationship between frequency resistance and temperature firstly use a formula to calculate the frequency band corresponding to any temperature value and then find the correct temperature by the frequency value measured The teachers of design associate professor Liu and he thinks that taking thermistor temperature as media to investigate the temperature is not only pratical economic value and is easy to use large scale While the hardware circuit is relatively simple the inherent resistance is large without the need to extend the lead when the error compensation low cost good economic returns high accuracy a very high value in real life The most importantly the temperature measurement circuit design mainly is based on temperature sensor and AD converter and the technology is becoming mature without much design value So associate professor Liu s requirements of this design of is using thermistor temperature measurement methods The criteria of the design thermistor distribute four rings in series Temperature range 0 50 The error of temperature is less than 1 0 and temperature display also displays thermal resistance circle and the corresponding temperature The single chip thermistor temperature sensing system uses the thermistor to sample the ambient temperature and the pulses issued by thermistor through the 555 pulse oscillator circuit realizes counting in the single chip and then converted to seven segment display codes by the singlechip simple processing Finally output from the interface circuit drive the digital display tubes And temperature data collected can send to the PC In the design the design of multi point temperature monitoring system the singlechip fully play the functions in calculation and linearization Applying the resistance frequency characteristics of 555 time base circuit system get high accuracy in temperature measurement effect by the very simple circuits The innovations of this design are the measuring system skillfully applies the thermistor temperature resistance change to 555 time base circuit use frequency sampling in singlechip A D converter not only simplifying the circuit but also improving the measurement accuracy As the high sensitivity and large resistance of thermal resistance ordinary wire can be used directly as thermal resistance measuring distances up to 200 meters It is difficult to realize by the other sensors because use only four 555 time base circuit the discreteness impact of integrated circuit minimize and hardware costs greatly reduce KEYWORDS Temperature sensor MCU Grain depot 粮库圈围式温度单片机监控装置设计粮库圈围式温度单片机监控装置设计 电气工程及其自动化 200611631202 陈润浩 指导教师 刘丹 第 1 章 绪论 现代社会 在工业生产 农业活动以至于人们的日常生活 温度已成为一个影响非常关键 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 与此同时很多工艺 生产 活动都要依靠温度来实现或者与温度相关 因此温度是经常需要测试 的参数 检测温度的器件是温度传感器 温度传感器是应用系统与现实世界的纽带 其种类最多 应用最广 发展最快 这就需要正确的选择相应的温度传感器 多点温度检测在现代化工农业领 域得到广泛的应用 如粮库 程控交换机室 大型温室等场合都需要大范围集散分布监测点对 温度进行监控 在现代社会中 许多情况下需要温度测量 用来测量温度的传感器种类很多 热敏电阻器 就是其中之一 热敏电阻灵敏度高 稳定性好 体积小 电阻值大等特点 已广泛于温度测量和 控制领域 在所有被动式温度传感器中 热敏电阻的灵敏度 即温度每变化一度时电阻的变化 最高 在温室大棚内 温度测量精度一般在 0 5 1 C 左右 在这种情况下 热敏电阻的引线 长度在 100 200 米 对测量造成的误差可以忽略不计 使测量系统的电路简单 使用方便 1 本设计介绍一种基于单片机控制的四个圈范围的热敏电阻温度测量系统 是基于热敏电阻 的高电阻的特性 应用单片机进行频率法的温度测量 具有电路设计简单 测量精度高的特点 单片机的使用 使测量过程中的非线性化校正 变得更加方便 实用 本粮库温度单片机测控 装置设计系统是利用热敏电阻这类温度传感器对温度进行大范围的采样 采样所得温度是局部 范围的平均温度 然后将热敏电阻电路经由单片机 T0 口计数所测得的频率值进行对比 查找适 合的频率段 然后经单片机输出 转换为七段显示码 最终由接口电路输出 驱动两个数码显 示管 并能将数据发送到 PC 机上 粮食仓库一般的温度属于常温 故此本设计测量的温度为 0 50 测量基本单位 1 C 精度还算较高 本设计采用型号为 mfh103 3950 的热敏电阻进行的温度监控 用一个 74LS153 对由 555 振荡电路组成的四圈热敏电阻电路进行选择 74LS153 另一端接单片机 AT89C51 的 T0 端 对热敏电阻电路发出的脉冲进行计数 再经单片机 AT89C51 进行数据 处理 通过频率 温度转换得出被测温度平均值 并保存数据 以备发送给 PC 机 并将数据送 往两个七段显示器显示温度 同时若温度高于 50 或低于 0 则响报警器 本设计目前还存在一些问题 那就是在测量的精度上还不够精确 测量的点不够多 测量 的灵活性不够 需要进一步的改进 第 2 章 总体方案设计 图 2 1 设计原理图 图 2 1 中 555 时基集成电路 是一个典型的无稳态多谐振荡器 AT89C51 单片机 0 01uF 为抗干扰滤波电容 f 是频率信号输出 f 1 442695041 C1 R0 2 Rt 从上式可以看出 当 C1 R1 为固定值时 555 时基电路的输出频率 f 仅仅与热敏电阻 Rt 有关 而热敏电阻的阻值 Rt 与测量的温度有关 因此 需要测量的温度由 Rt 热敏电阻转换成 电阻值 通过 555 时基电路转换成频率信号 单片机通过 P3 4 T0 口 对频率进行测量 就 可以计算出测量的温度值 2 2 1 总体方案选择 方案 1 使用集成温度传感器 例如电流型传感器 AD590 经外接电阻后输出电压信号 进 行 A D 转换后 就可以利用单片机进行数据处理 然后显示出来 达到测量温度的目的 而且 AD590 为电流型传感器 电流不会受到电压降和感应电压的影响 所以适合于用来实现远距离测 量 但硬件电路复杂 不仅线路复杂 难以消除硬件元器件参数随温度变化而引起温度测量误 差 且成本相对较高 而且不便大范围测量 经济效益差 方案 2 由于本设计是测温电路 可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应 再将其随 被测温度变化的电阻阻值变化 经公式得出热敏电阻的温度 频率关系 利用温度频率法进行测 量 只需要用单片机对频率进行计数 就可以得到相应温度值 在经过简单的数据的理 将数 据输出到显示电路上 就可以将被测温度显示出来 且硬件电路较为简单 而且便于大范围测 量 变化率较大 固有电阻大 无需延长导线时的误差补偿 造价低经济效益好 测量精度高 具有极高的实际生活价值 从以上两个方案对比可知 方案 2 的硬件电路简单 而且适合大范围测量 所以选择方案 2 2 2 总体设计流程 本温度检测系统利用高精度热敏电阻温度传感器采样环境温度 利用热敏电阻阻值与频率 的关系实现脉冲计数 首先利用单片机 T0 口读入脉冲值 再经单片机加工处理 转查询相应的 七段显示码 最终由接口电路输出 驱动数码显示管 并能向 PC 机发送温度数据 2 2 1 总体设计方框图 图 2 2 总体设计方框图 2 2 2 电阻 频率 温度转换流程 2 2 3 总体方案性能指标 1 热敏电阻串联分布四圈 2 测温范围 0 C 50 C 3 温度误差不大于 1 0 4 温度显示同时显示热敏电阻圈 及其对应的温度 图 2 3 电阻 频率 温度转换流程图 5 采用 AT89C51 片机 具有远程通讯功能 第 3 章 硬件设计 3 1 单片机电路设计 单片机 T0 端检测 555 与热敏电阻组成的回路所发出的脉冲 单片机 T1 定时 当定时结束 计数也随之结束 然后进入程序计算出温度值 经过处理后得到所测量的温度值 再经单片机 加工处理 转换为七段显示码 最终由接口电路输出 驱动数码显示管 并将温度值通过单片 机的串口发送到 PC 机 本设计选用单片机 AT89C51 选定晶振频率为 12MHz AT89C51 是美国 ATMEL 公司生产的低电压 高性能 CMOS8 位单片机 片内含 4k bytes 的可反复擦写的只读程序存储器 PEROM 和 128 bytes 的随机存取数据存储器 RAM 器件 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 CPU 和 Flash 存储单元 功能强大 AT89C51 单片机可为您提供许多高性 价比的应用场合 可灵活应用于各种控制领域 AT89C51 是一种带 4K 字节闪存可编程可擦除只读存储器 FPEROM Flash Programmable and Erasable Read Only Memory 的低电压 高性能 CMOS 8 位微处理器 俗称单片机 AT89C2051 是一种带 2K 字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机 单片机的可擦除只读存 储器可以反复擦除 100 次 该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造 与工业标 准的 MCS 51 指令集和输出管脚相兼容 由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片 中 ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器 AT89C2051 是它的一种精简版本 AT89C 单片 机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案 3 1 主要性能参数 与 MCS 51 产品指令系统完全兼容 4k 字节可重擦写 Flash 闪速存储器 1000 次擦写周期 全静态操作 0Hz 24MHz 三级加密程序存储器 128 8 字节内部 RAM 32 个可编程 I O 口线 2 个 16 位定时 计数器 6 个中断源 可编程串行 UART 通道 低功耗空闲和掉电模式片内振荡器和时钟电路 片内振荡器和时钟电路 2 管脚说明 VCC 供电电压 GND 接地 P0 口口 P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I O 口 每脚可吸收 8TTL 门电流 当 P1 口的 管脚第一次写 1 时 被定义为高阻输入 P0 能够用于外部程序数据存储器 它可以被定义为数 据 地址的第八位 在 FIASH 编程时 P0 口作为原码输入口 当 FIASH 进行校验时 P0 输出 原码 此时 P0 外部必须被拉高 4 P1 口口 P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I O 口 P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流 P1 口管脚写入 1 后 被内部上拉为高 可用作输入 P1 口被外部下拉为低电平 时 将输出电流 这是由于内部上拉的缘故 在 FLASH 编程和校验时 P1 口作为第八位地址 接收 P2 口口 P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I O 口 P2 口缓冲器可接收 输出 4 个 TTL 门电流 当 P2 口被写 1 时 其管脚被内部上拉电阻拉高 且作为输入 并因此作为输入 时 P2 口的管脚被外部拉低 将输出电流 这是由于内部上拉的缘故 P2 口当用于外部程序存 储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时 P2 口输出地址的高八位 在给出地址 1 时 它 利用内部上拉优势 当对外部八位地址数据存储器进行读写时 P2 口输出其特殊功能寄存器的 内容 P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号 图 3 1 AT89C51 芯片引脚分布图 P3 口口 P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I O 口 可接收输出 4 个 TTL 门电流 当 P3 口写入 1 后 它们被内部上拉为高电平 并用作输入 作为输入 由于外部下拉为低电平 P3 口将输出电流 ILL 这是由于上拉的缘故 P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口 如表 3 1 所示 表 3 1 特殊功能口 端口引脚 第二功能 P3 0RXD 串行输入口 P3 1TXD 串行输入口 P3 2INT0 外中断 0 P3 3INT1 外中断 1 P3 4T0 定时 计数 0 外部输入 P3 5T1 定时 计数 1 外部输入 P3 6WR 外部数据存储器写选通 P3 7RD 外部数据存储器读选通 RST 复位输入 当振荡器复位器件时 要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间 ALE PROG 当访问外部存储器时 地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字 节 在 FLASH 编程期间 此引脚用于输入编程脉冲 在平时 ALE 端以不变的频率周期输出 正脉冲信号 此频率为振荡器频率的 1 6 因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的 然 而要注意的是 每当用作外部数据存储器时 将跳过一个 ALE 脉冲 如想禁止 ALE 的输出可 在 SFR8EH 地址上置 0 此时 ALE 只有在执行 MOVX MOVC 指令是 ALE 才起作用 另外 该引脚被略微拉高 如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止 置位无效 PSEN 外部程序存储器的选通信号 在由外部程序存储器取指期间 每个机器周期两 次 PSEN 有效 但在访问外部数据存储器时 这两次有效的 PSEN 信号将不出现 EA VPP 当 EA 保持低电平时 则在此期间外部程序存储器 0000H FFFFH 不管 是否有内部程序存储器 注意加密方式 1 时 EA 将内部锁定为 RESET 当 EA 端保持高电平 时 此间内部程序存储器 在 FLASH 编程期间 此引脚也用于施加 12V 编程电源 VPP XTAL1 反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入 XTAL2 来自反向振荡器的输出 3 振荡器特性 XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出 该反向放大器可以配置为片内振 荡器 石晶振荡和陶瓷振荡均可采用 如采用外部时钟源驱动器件 XTAL2 应不接 有余输入 至内部时钟信号要通过一个二分频触发器 因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求 但必须保 证脉冲的高低电平要求的宽度 AT89C5l 中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器 引脚 XTAL1 和 XTAL2 分 别是该放大器的输入端和输出端 这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一 起构成自激振荡器 振荡电路参见图 3 2 外接石英晶体 或陶瓷谐振器 及电容 C1 C2 接在 放大器的反馈回路中构成并联振荡电路 对外接电容 C1 C2 虽然没有十分严格的要求 但电容 容量的大小会轻微影响振荡频率的高低 振荡器工作的稳定性 起振的难易程序及温度稳定性 如果使用石英晶体 我们推荐电容使用 30pF 10pF 而如使用陶瓷谐振器建议选择 40pF 10F 用户也可以采用外部时钟 采用外部时钟的电路如图 3 2 右图所示 这种情况下 外部时钟脉冲接到 XTAL1 端 即内部时钟发生器的输入端 XTAL2 则悬空 图 3 2 AT89C51 振荡电路 由于外部时钟信号是通过一个2分频触发器后作为内部时钟信号的 所以对外部时钟信号的 占空比没有特殊要求 但最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的 要求 4 空闲节电模式 AT89C51 有两种可用软件编程的省电模式 它们是空闲模式和掉电工作模式 这两种方式 是控制专用寄存器PCON 即电源控制寄存器 中的PD PCON 1 和IDL PCON 0 位来实现 的 PD 是掉电模式 当PD 1 时 激活掉电工作模式 单片机进入掉电工作状态 IDL是空闲 等待方式 当IDL 1 激活空闲工作模式 单片机进入睡眠状态 如需同时进入两种工作模式 即PD和IDL同时为1 则先激活掉电模式 在空闲工作模式状态 CPU保持睡眠状态而所有片内的外设仍保持激活状态 这种方式由 软件产生 此时 片内RAM和所有特殊功能寄存器的内容保持不变 空闲模式可由任何允许的 中断请求或硬件复位终止 5 终止空闲工作模式的方法有两种 其一是任何一条被允许中断的事件被激活 IDL PCON 0 被硬件清除 即刻终止空闲工作模式 程序会首先响应中断 6 进入中断服务 程序 执行完中断服务程序并紧随RETI 中断返回 指令后 下一条要执行的指令就是使单片 机进入空闲模式那条指令后面的一条指令 其二是通过硬件复位也可将空闲工作模式终止 需要注意的是 当由硬件复位来终止空闲 工作模式时 CPU 通常是从激活空闲模式那条指令的下一条指令开始继续执行程序的 要完成 内部复位操作 硬件复位脉冲要保持两个机器周期 24个时钟周期 有效 在这种情况下 内 部禁止CPU访问片内RAM 而允许访问其它端口 为了避免可能对端口产生意外写入 激活空 闲模式的那条指令后一条指令不应是一条对端口或外部存储器的写入指令 5 掉电模式 在掉电模式下 振荡器停止工作 进入掉电模式的指令是最后一条被执行的指令 片内 RAM 和特殊功能寄存器的内容在终止掉电模式前被冻结 退出掉电模式的唯一方法是硬件复位 7 复位后将重新定义全部特殊功能寄存器但不改变 RAM 中的内容 在 Vcc 恢复到正常工作电平 前 复位应无效 且必须保持一定时间以使振荡器重启动并稳定工作 6 芯片擦除 利用控制信号的正确组合并保持 ALE PROG 引脚 10ms 的低电平脉冲宽度即可将 PEROM 阵列 4K 字节 和三个加密位整片擦除 代阵列在片擦除操作中将任何非空单元写入 1 这 步骤需再编程之前进行 8 3 2 测温电路设计 本电路主要包括 3 个基本电路 NE555 时基集成电路 热敏电阻串联回路 74LS153 数据 选择电路 如图 3 3 所示 图 3 3 测温电路图 3 2 1 555 时基集成电路 1 555 时基集成电路概况 555 时基集成电路是数字集成电路 是由 21 个晶体三极管 4 个晶体二极管和 16 个电阻组 成的定时器 有分压器 比较器 触发器和放电器等功能的电路 它具有成本低 易使用 适 应面广 驱动电流大和一定的负载能力 在电子制作中只需经过简单调试 就可以做成多种实 用的各种小电路 远远优于三极管电路 555 时基电路国内外的型号很多 如国外产品有 NE555 LM555 A555 和 CA555 等 国内 型号有 5GI555 SL555 和 FX555 等 它们的内部结构和管脚序号都相同 因此 可以直接互相 代换 但要注意 并不是所有的带 555 数字的集成块都是时基集成电路 如 MMV555 AD555 和 AHD555 等都不是时基集成电路 本设计所采用的是 NE555 时基电路 常见的 555 时基集成电路为塑料双列直插式封装 见图 3 4 正面印有 555 字样 左下角 为脚 1 管脚号按逆时针方向排列 图 3 4 NE555 封装图 555 时基集成电路各引脚功能描述 脚 1 是公共地端为负极 脚 2 为低触发端 TR 低于 1 3 电源电压以下时即导通 脚 3 是输出端 V 电流可达 2000mA 脚 4 是强制复位端 MR 不用可与电源正极相连或悬空 脚 5 是用来调节比较器的基准电压 简称控制端 VC 不用时可悬空 或通过 0 01 F 容器 接地 脚 6 为高触发端 TH 也称阈值端 高于 2 3 电源电压发上时即截止 脚 7 是放电端 DIS 脚 8 是电源正极 VC 555 时基集成电路的主要参数 电源电压 4 5 16V 输出驱动电流为 200 毫安 作定时器使用时 定时精度为 1 作振荡使用时 输出的脉冲的最高频率可达 500 千赫 使用时 驱动电流若大于 5 毫安电 流时 在脚 3 输出端加装扩展电流的电路 如加一三极管放大 2 NE555 介绍 NE555 是属于 555 系列的计时 IC 的其中的一种型号 555 系列 IC 的接脚功能及运用都 是相容的 只是型号不同的因其价格不同其稳定度 省电 可产生的振荡频率也不大相同 而 555 是一个用途很广且相当普遍的计时 IC 只需少数的电阻和电容 便可产生数位电路所 需的各种不同频率之脉波讯号 NE555 的特点有 1 只需简单的电阻器 电容器 即可完成特定的振荡延时作用 其延时范围极广 可由 几微秒至几小时之久 2 它的操作电源范围极大 可与 TTL CMOS 等逻辑闸配合 也就是它的输出准位及输入 触发准位 均能与这些逻辑系列的高 低态组合 3 其输出端的供给电流大 可直接推动多种自动控制的负载 4 它的计时精确度高 温度稳定度佳 且价格便宜 NE555 引脚位配置说明下 Pin 1 接地 地线 或共同接地 通常被连接到电路共同接地 Pin 2 触发点 这个脚位是触发 NE555 使其启动它的时间周期 触发信号上缘电压须 大于 2 3 VCC 下缘须低于 1 3 VCC Pin 3 输出 当时间周期开始 555 的输出输出脚位 移至比电源电压少 1 7 伏的高电 位 周期的结束输出回到 O 伏左右的低电位 于高电位时的最大输出电流大约200 mA Pin 4 重置 一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位 它通常被接到正电源或忽略不用 Pin 5 控制 这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压 当计时器经营在稳定或 振荡的运作方式下 这输入能用来改变或调整输出频率 Pin 6 重置锁定 Pin 6 重置锁定并使输出呈低态 当这个接脚的电压从 1 3 VCC 电压以下移至 2 3 VCC 以上时启动这个动作 Pin 7 放电 这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力 当输出为ON 时为 LOW 对地为低阻抗 当输出为 OFF 时为 HIGH 对地为高阻抗 Pin 8 V 这是 555 个计时器 IC 的正电源电压端 供应电压的范围是 4 5 伏特 最 小值 至 16 伏特 最大值 参数功能特性 供应电压 4 5 18V 供应电流 3 6ma 输出电流 225ma max 上升 下降时间 100ns NE555 的相关应用 NE555 的作用范围很广 但一般多应用于单稳态多谐振荡器 Monostable Mutlivibrator 及无稳态多谐振荡器 Astable Multivibrator 3 2 2 热敏电阻串联回路 1 热敏电阻测温电路选择 方案 1 热敏电阻测温电路采用并联方式 即采用多圈并联的测温回路 这种测温方式可 以实现大范围 多点测温 是极为理想的测温方法 但是在监控方面较为困难 难以实时监控 出现问题的回路 方案 2 热敏电阻测温电路采用串联方式 即采用多圈且一圈多个电阻进行测温 同时每 一圈的电阻个数保持一致 这样的方式可以简化软件设计的难度 同时本设计所采用的测温回 路是一种圆圈式的回路 这种方式同样可以实现大范围测温 较热敏电阻并联测温法更为优越 的是 串联法可以实现实时监控 当有热敏电阻回路出现问题时 可以第一时间发现 从以上两个方案对比可知 方案 2 更加优越 所以选择方案 2 2 热敏电阻简介 热敏电阻是开发早 种类多 发展较成熟的敏感元器件 热敏电阻由半导体陶瓷材料组成 利用的原理是温度引起电阻变化 若电子和空穴的浓度分别为 n p 迁移率分别为 n p 则半导体的电导为 q n n p p 因为 n p n p 都是依赖温度 T 的函数 所以 电导是温度的函数 因此可由测量电导而推算出温度的高低 并能做出电阻 温度特性曲线 这 就是半导体热敏电阻的工作原理 热敏电阻包括正温度系数 PTC 和负温度系数 NTC 热敏电阻 以及临界温度热敏电阻 CTR 热敏电阻的主要特点是 灵敏度较高 其电阻温度系数要比金属大 10 100 倍以上 能检 测出 10 6 的温度变化 工作温度范围宽 常温器件适用于 55 315 高温器件适用温度 高于 315 目前最高可达到 2000 低温器件适用于 273 55 体积小 能够测量其他 温度计无法测量的空隙 腔体及生物体内血管的温度 使用方便 电阻值可在 0 1 100k 间 任意选择 易加工成复杂的形状 可大批量生产 稳定性好 过载能力强 NTC 热敏电阻 NTC Negative Temperature Coeff1Cient 是指随温度上升电阻呈指数关系减小 具有负 温度系数的热敏电阻现象和材料 NTC 热敏电阻器的发展经历了漫长的阶段 1834 年 科学家首次发现了硫化银有负温度系 数的特性 1930 年 科学家发现氧化亚铜 氧化铜也具有负温度系数的性能 并将之成功地运用 在航空仪器的温度补偿电路中 随后 由于晶体管技术的不断发展 热敏电阻器的研究取得重 大进展 1960 年研制出了 N1C 热敏电阻器 NTC 热敏电阻器广泛用于测温 控温 温度补偿等 方面 它的测量范围一般为 10 300 也可做到 200 10 甚至可用于 300 1200 环境 中作测温用 mfh103 3950 热敏电阻 表 3 2 mfh103 3950 热敏电阻 R T F 对照表 温度 T 电阻 R K 频率 F Hz 温度 T 电阻 R K 频率 F Hz 032 5030215 225269 5718736 767 130 9026226 240279 1642768 800 229 3896241 255288 7760801 840 327 9590256 265298 4063841 870 426 6058266 278308 0541871 910 525 3254279 290317 7184911 950 624 1135291 305327 3985951 990 722 9661306 320337 0935991 1023 821 8795321 335346 80261024 1080 920 8502336 355356 52511081 1120 1019 8747356 370366 26041121 1170 1118 9502371 390376 00771171 1221 1218 0735391 410385 76661222 1279 1317 2421411 430395 53631280 1330 1416 4534431 450405 31641331 1380 1515 7049451 470415 10641381 1440 1614 9944471 490424 90571441 1500 1714 3198491 511434 71401501 1535 18 19 13 6792 13 0705 512 540 541 565 44 45 4 5307 4 3554 1536 1620 1621 1680 2012 4922566 585464 18781681 1791 2111 9425586 620474 02751792 1830 2211 4198621 645483 87421831 1900 2310 9227646 675493 72751901 1960 2410 4499676 705503 58701961 2047 2510 0000706 735 3 3 多路选择电路设计 74ls153 是常用的双 4 选 1 数据选择器 多路选择器 在各种数字电路和单片机系统的显示 系统中经常用到 一下我给大家介绍一下这个元件的一些参数与应用技术等资料 1 74ls153 引脚图 如图 3 5 所示 图 3 5 74ls153 引脚图 74LS153 里面有两个地址码共用的 4 选 1 数据选择器 通过输入不同的地址码 B A 可以 控制输出 Y 选择 4 个输入数据 D0 D3 中的一个 2 双 4 选 1 数据选择器 74LS153 逻辑功能表 如表 3 3 表 3 3 74LS153 逻辑功能表 输入输出 1E2EBA1Y2Y 11XX00 0100D00 0101D10 0110D20 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 D3 0 0 0 0 0 D4 D5 D6 D7 3 74ls153 逻辑图 图 3 6 74ls153 逻辑图 3 4 温度报警电路设计 蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器 本文介绍如何用单片机驱动蜂鸣器 他广泛应用 于计算机 打印机 复印机 报警器 电话机等电子产品中作发声器件 蜂鸣器主要分为压电 式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型 电磁式蜂鸣器由振荡器 电磁线圈 磁铁 振动膜片及外 壳等组成 接通电源后 振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈 使电磁线圈产生磁场 振 动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下 周期性地振动发声 压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器 压电蜂鸣片 阻抗匹配器及共鸣箱 外壳等组成 多谐振荡器由晶体管或集成电路构成 当接 通电源后 1 5 15V 直流工作电压 多谐振荡器起振 输出 1 5 2 5kHZ 的音频信号 阻抗匹 配器推动压电蜂鸣片发声 本设计所采用的报警方式是用单片机 P2 7 输出 1KHz 和 500Hz 的音频信号驱动扬声器输出 报警器声音 作报警信号 报警器报警方式为 1KHz 信号响 100ms 500Hz 信号响 200ms 进行 报警时发出滴 滴 滴的声音 报警时间一到就停止响报警信号 如图 3 7 所示 图 3 7 报警电路图 3 4 1 LM386 元件简介 LM386 是专为低损耗电源所设计的功率放大器集成电路 它的内建增益为 20 透过 pin 1 和 pin8 脚位间电容的搭配 LM386 可使用电池为供应电源 输入电压范围可由 4V 12V 无作动 时仅消耗 4mA 电流 且失真低 LM386 是一种音频集成功放 具有自身功耗低 电压增益可调整 电源电压范围大 外接元件少和总谐波失真小等优点 广泛应用于录音机和收音机之中 LM386 是美国国家半导体公司生产的音频功率放大 器 主要应用于低电压消费类产品 为使 外围元件最少 电压增益内置为 20 但在 1 脚和 8 脚之间增加一只外接电阻和电容 便可将电压 增益调为任意值 直至 200 输