基于AT89S51單片機(jī)的豆?jié){機(jī)設(shè)計(jì) 專業(yè)： 自動化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)的簡介.54.3 溫度檢測電路的設(shè)計(jì).6 4.3.1 NTC熱敏電阻溫度傳感器簡介.6 4.3.2 ADC0809簡介.7 4.3.3放大器LM324簡介.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，或者通過改變打漿、加熱的時(shí)間，可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，先對豆?jié){機(jī)進(jìn)行水位檢測，符合要求后電加熱管開始對水進(jìn)行加熱，當(dāng)水溫達(dá)到80左右，豆?jié){機(jī)進(jìn)行啟動電機(jī)開始打漿，打漿電機(jī)按間歇方式打漿。打漿過后，開始對豆?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。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。只要按下啟動按鍵并選擇功能后，豆?jié){機(jī)就開始工作，一會兒就能喝到美味又營養(yǎng)的豆?jié){。整個(gè)過程由單片機(jī)全自動控制，讓你用起來更加的方便、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)首先通過電源電路對系統(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)啟動加熱器加熱，加熱到80時(shí)停止加熱，然后啟動電機(jī)，電機(jī)通過旋轉(zhuǎn)打豆，打豆完成之后，又通過加熱器加熱。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)思路由于以前的豆?jié){機(jī)，磨漿要過濾豆渣，豆?jié){熬煮也要自己動手，還要特別注意豆?jié){溢鍋的問題，程序繁瑣麻煩，給人們帶來不便，針對這些情況擬定開發(fā)家用豆?jié){機(jī)全自動控制電路裝置。家用豆?jié){機(jī)全自動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”鍵，控制電路控制豆?jié){機(jī)工作。先給黃豆加熱，并由傳感器檢測溫度，當(dāng)溫度達(dá)到80度左右時(shí)，停止加熱。啟動磨漿電機(jī)開始磨漿，運(yùn)轉(zhuǎn)20秒后停止轉(zhuǎn)運(yùn)，間歇10秒后再啟動打漿電機(jī)，如此循環(huán)進(jìn)行打漿6次或者4次。磨漿完后，開始對豆?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。2.2 方案設(shè)計(jì)單片機(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)。按下全自動啟動鍵，開始加熱，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){過濾，然后馬達(dá)停轉(zhuǎn)，又開始加熱，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){較長時(shí)間沒喝而變涼，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。（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)間過長所易造成的糊鍋現(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)到只要啟動豆?jié){機(jī)以后，所有的控制過程都實(shí)現(xiàn)完全自動化的目的。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控制它的工作過程，開始時(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NTC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量測量過，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)探針來代替?zhèn)鞲衅?。給豆?jié){機(jī)加熱完畢后，需要啟動電機(jī)開始打漿，這里選用單相串勵(lì)電機(jī)，因?yàn)榇畡?lì)電機(jī)具有機(jī)動轉(zhuǎn)矩大、過載能力強(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替代了傳感器。對豆?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，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單片機(jī)的編程，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、按下啟動按鈕并且選擇功能后，如果選擇功能一（干豆），且沒有出現(xiàn)水位過低的情況，先延時(shí)2秒，然后啟動加熱裝置對水加熱，（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。 如果選擇功能二（濕豆），并且沒有出現(xiàn)水位過低的情況，就啟動加熱裝置對水加熱，（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，對單片機(jī)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)的編程來配合硬件的設(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)集成化市場上已有大量生產(chǎn)各種型號的單片機(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)電壓波動或負(fù)載改變時(shí)，將會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。4.1.2 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開始對220V交流電進(jìn)行降壓，從次級輸出12V左右的低壓交流電，從而適應(yīng)電路的使用要求。整流硅對次級輸出的交流電進(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 市面上的單片機(jī)很多，本設(shè)計(jì)采用AT89C51。AT89C51是美國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器（PEROM）和128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(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)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。4.2.1 單片機(jī)的簡介（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閃速存儲器1000次擦寫周期全靜態(tài)操作：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)溫度傳感器來檢測水溫，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介熱敏電阻傳感器是對溫度敏感的電阻器的總稱，是半導(dǎo)體測溫元件。按溫度系數(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，PIC熱敏電阻以MZ為其型號。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)它的電阻值會升高。在所有被動式溫度傳感器中，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Vishay - Dale熱敏電阻系列測得的NIC熱敏電阻器性能參數(shù)。表 4.2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溫接口電路4.3.2 ADC0809簡介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；D7-D0：8位數(shù)字量輸出端口；START:A/D轉(zhuǎn)換啟動信號輸入端；ALE：地址鎖存允許信號，高電平有效；EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，高電平有效；OE：輸出允許控制信號，高電平有效；CLK：時(shí)鐘信號輸入端；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 對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是05V，若信號太小，必須進(jìn)行放 大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(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)換啟動信號。當(dāng)ST 上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開始進(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。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，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)鐘輸入信號線。因ADC0809的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號必須由外界提供，常使用頻率為500KHZ，VREF（），VREF（）為參考電壓輸入。 ADC0809 應(yīng)用說明： 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。 是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)EOC 信號來判斷。 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簡介LM324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所示的符號來表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號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的信號與該輸入端的相位相同。LM324的引腳排列見圖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，通過R3對運(yùn)放進(jìn)行偏置。此電路可將輸入交流信號分成三路輸出，三路信號可分別用作指示、控制、分析等用途。而對信號源的影響極小。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/，即溫度每上升1度，發(fā)射結(jié)電壓變會下降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)線性放大過程。在A1輸出端接上測量或處理電路，便可對溫度進(jìn)行指示或進(jìn)行其它自動控制。圖3.8為典型的測溫電路。圖4.8比較器當(dāng)去掉運(yùn)放的反饋電阻時(shí),或者說反饋電阻趨于無窮大時(shí)(即開環(huán)狀態(tài)),理論上認(rèn)為運(yùn)放的開環(huán)放大倍數(shù)也為無窮大(實(shí)際上是很大,如LM324運(yùn)放開環(huán)放大倍數(shù)為100dB，既10萬倍)。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、短路、斷路報(bào)警等。4.3.4 四分頻電路設(shè)計(jì)四分頻電路通過兩個(gè)74LS74實(shí)現(xiàn)對輸入脈沖的四分頻，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ADC0809轉(zhuǎn)換后送給單片機(jī)，完成溫度檢測過程。AD0809的ADD A、ADD B、ADD C口接地。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口通過或非門接單片機(jī)P2.0口及RD口，ALE、START口均通過或非門接單片機(jī)P2.0口、WR口，EOC口通過非門接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)電動機(jī)具有起動轉(zhuǎn)矩大、過載能力強(qiáng)、調(diào)速方便、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，來驅(qū)動繼電器閉合，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，電流流過繼電器RL2，使觸點(diǎn)閉合，于是加熱管通電開始對水加熱，當(dāng)溫度達(dá)到80度時(shí)，NTC溫度傳感器將溫度信號傳給單片機(jī)，單片機(jī)檢測到這個(gè)信號后，使P1.1腳變?yōu)榈碗娖?，三極管Q2截止，繼電器觸點(diǎn)斷開，電阻停止加熱。加熱結(jié)束后，單片機(jī)P1.0腳變?yōu)楦唠娖?，使三極管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，電機(jī)停止打漿，問歇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)的前端單元來控制自動豆?jié){機(jī)缺水時(shí)干燒及沸騰溢出等問題。這單采用探針作為傳感器來檢測水位及沸騰溢出，然后通過比較器輸出高低電平，這樣就可以通過單片機(jī)檢測比較器輸出電平的高低來檢測水位及沸騰時(shí)的溢出狀態(tài)。水位檢測及沸騰溢出電路的原理如圖4.13所示，K1，K2分別是水位檢測傳感器和沸騰溢出傳感器，為了減少成本，這單采用探針來代替這兩個(gè)傳感器，使用中將接控制電路的公共點(diǎn)“地”，探針分別通過傳輸。單片機(jī)的P3.2，P1.3端連接。正常工作時(shí)，Kl被水淹沒，它和地之問的電阻較小，與R13共同對+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+5V分壓，U+得到比U-高的電壓，比較器輸出高電平，通過非門后輸出低電平產(chǎn)生下降沿。用軟件檢測比較器的電平變化，便知是否缺水。圖4.13用同樣的方法檢測豆?jié){是否沸騰溢出。豆?jié){沸騰之前，電極K2遠(yuǎn)離水而，它和地之間的電阻很大，與R9共同對+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K2，電阻小，與R14共同對+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蜂嗚器發(fā)出聲音信號，提醒豆?jié){已經(jīng)煮好了。聲音信號電流從單片機(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。通過事先編寫的程序，在單片機(jī)的控制下，系統(tǒng)開始工作，當(dāng)加熱完成后，單片機(jī)P1.4、P1.5腳自動輸出一個(gè)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之間任選。對外接電容值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小多少會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+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)通過軟件檢測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 ;循環(huán)六次 SETB P1.0 ;啟動打漿 ACALL BB CLR P1.0 ACALL DD DJNZ R0,DJ1 ;*煮漿程序* ZJ1:SETB P1.1 ;啟動加熱 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 AJMP MAIN ;*濃香豆?jié){工作程序* GN2:SETB P1.1 ;啟動加熱 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 ;啟動打漿 ACALL CC CLR P1.0 ACALL DD DJNZ R0,DJ2 ;*煮漿程序* ZJ2:SETB P1.1 ;啟動加熱 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的口地址 MOVX DPTR,A ;啟動轉(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 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