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机电一体化课程设计-中国地质大学 - 图文(2)

来源:网络收集 时间:2018-12-26 下载这篇文档 手机版
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AT89C51单片机共有40个管脚,介绍如下:

①4个8位的并行输入/输出口线:P0.0-P0.7/P1.0-P1.7/P2.0-P2.7/P3.0-P3.7 ②地址锁存控制信号ALE,用于控制把P0口输出的低8位地址送入锁存器锁存起来,以实现低位地址和数据的分时传送。

③外部程序存储器读选通信号PSEN,Z在读外部ROM时有效,实现外部ROM单元的读操作;

④访问程序存储器控制信号EA,当为低电平时,对ROM的读操作是针对外部程序存储器的;当信号为高电平时,对ROM的读操作是从内部程序存储器开始,并可延续至外部程序存储器。

⑤复位信号RST,用于完成单片机的复位操作;

⑥外界晶体引线端XTAL1和XTAL2,当使用芯片内部时钟时,用于外接石英晶体谐振器和微调电容;当使用外部时钟时,用于接入外部时钟脉冲信号;

图2 单片机电路

2、单片机复位电路

单片机复位方式采用上电加按键手动复位。当按下复位按键后,复位端通过51Ω电阻与+5V电源接通,电容迅速放电,使RST引脚为高电平;当复位按键弹起后,+5V电源通过2KΩ电阻对22uF电容重新充电,RST引脚端出现复位正脉冲。其持续时间取决于RC电路的时间常数。

电路原理图如下图所示:

图3 复位电路

3、传感器选择

压力传感器

在本课题的设计中,选用应变式压力传感器,其型号为AK-1C-2应变式压力传感器,特点如下:

①外壳和膜片一体结构,体积小,平膜片感压; ②性能稳定可靠,量程范围广;

③不锈钢材料,耐腐蚀,安装使用方便;

④连接螺纹:M20×1.5 (可提供用户要求的各种机械连接方式,最小外形尺寸?10);

⑤适用于各种动态、静态、一般腐蚀气体、液体的压力测量。

图4 压力传感器

为了减小系统的复杂程度,选用数字式温度传感器,传感器型号为DS18B20,其特点为:独特的单线接口方式,DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯;测量温度范围为-55 ℃至+125 ℃ 。华氏相当于是-67华氏度到257华氏度 -10 ℃至+85 ℃范围内精度为±0.5℃;电压范围为3.0 V至5.5 V 无需备用电源;在使用中不需要任何外围元件,测量结果以9-12位数字量方式串行传送;因为每一个DS18B20的包含一个独特的序号,多个DS18B20可以同时存在于一条总线。这使得温度传感器放置在许多不同的地方。它的用途很多,包括空调环境控制,感测建筑物内温设备或机器,并进行过程监测和控制。

DS18B20内部结构主要由四部分组成:64位光刻ROM,温度传感器,非挥发的温度报警触发器TH和TL,告诉暂存器。

图5 温度传感器

CPU对DS18B20的访问流程是:先对DS18B20初始化,再进行ROM操作命令,最后才能对存储器操作,数据操作。DS18B20每一步操作都要遵循严

格的工作时序和通信协议。如主机控制DS18B20完成温度转换这一过程,根据DS18B20的通信协议,须经三个步骤:每一次读写之前都要对DS18B20进行复位,复位成功后发送一条ROM指令,最后发送RAM指令,这样才能对DS18B20进行预订的操作。

DS18B20的供电方式有两种:寄生电源供电方式和外部电源供电方式;在此次的设计中,采用外部电源供电方式。DS18B20与单片机连接的电路图如下所示: 引脚VCC外接5V的电源,引脚GND接地,中间引脚直接与单片机的P2。2口相接,进行数据传输。

4、变压电源

图6 变压电源

由于电路电压为5V,故需把220V交流变成低压直流,由四个组成部分:降压—整流—滤波—稳压。

5、油压、油温检测及放大电路

放大电路的作用是将压力传感器采集到的信号进行放大,再传输到ADC0809内,电路图如下:压力传感器的应变电阻为桥式连接,从传感器输出端取出的电流要变换为差动电压输出,因此,要采用阻抗高、仅放大差动电压的放大电路,在本次设计中,采用通用运放LM324构成测量放大器。

图7 检测及放大电路

以油压检测及放大电路为例,插座J外接一应变式压力、检测传感器,插座上的1、2脚将控制板中的+6V及-6V电源引出向传感器供电,3、4脚为传感器输出的差动信号。三个运算放大器组成差动放大电路,对传感器输出信号进行放大,其中R36用于调节零点,R37用于调整放大倍数。油温检测系统采用相同系统,两套系统分别接在AD0809的P0.1和P0.6两个输口。

6、A/D转换

图8 AD转换电路

ADC0809是典型的8位8通道逐次逼近式A/D转换器,CMOS工艺,可实现8

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