毕业设计：基于单片机的工业电阻炉智能温度控制系统设计 - 图文(5)

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图3.5时钟振荡电路

单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，引脚XTAL1和引脚XTAL2分别是反相放大器的输入端和输出端，由这个放大器与作为反馈元件的片外晶体或陶瓷谐振器一起构成一个自己振荡器，这种方式形成的时钟信号称为内部时钟方式。系统的时钟电路设计是采用的内部方式，即利用芯片内部的振荡电路。内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为12MHz，时钟频率就为6MHz。晶振的频率可以在1MHz-24MHz内选择。电容取30PF左右。因此，此系统电路的晶体振荡器的值为12MHz，电容应尽可能的选择陶瓷电容，电容值为30μF。在焊接刷电路板时，晶体振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证震荡器稳定和可靠地工作。XTAL1是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到XTAL1，而XTAL2悬空。

3.4 复位电路

计算机在启动运行的时候都需要复位，使中央处理器CPU和系统中的其他部件都处于一个确定的初始状态，并且从这个初始状态开始工作。单片机的复位是靠外部电路实现的，MCS-51单片机有一个复位引脚RST，高电平有效。MCS-51单片机通常采用上电自动复位和按钮复位两种。复位电路的基本功能是系统上电时，RC电路充电，RST引脚出现正脉冲，提供复位信号直至系统电源稳定后，撤销复位信号，为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时，才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分合过程中引起的抖动而影响复位。RC复位电路可以实现上述基本功能[4]。调整RC常数会令对驱动能力产生影响。复位电路如下图3.6所示：

图3.6 复位电路图

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3.5 串口通信电路

串口通信的主要功能是完成单片机与上位机的通信，便于进行温度数据统计，为将来系统功能的扩展做好基础工作。

串行通信的主要功能是实现单片机与PC机的数据交换，当需要进行数据记录、数据统计、数据分析的时候，可以把数据发送给上位机，使用上位机进行数据处理，并且将数据处理的结果又发送给单片机[11]。这样可以大大提高系统数据处理速度，还可以方便的对单片机进行控制。计算机与外界的数据传送大部分都是串行的，其传送距离可以从几米到几千米。串行口通信原理图如图3.7所示：

图3.7串行口通信电路图

3.6 报警电路

报警电路实现的是当环境温度值超过系统设置的上限值或者小于系统设置的下限值时，都将通过I/O 口驱动蜂鸣器，进行蜂鸣器报警。而单片机I/O 口输出的电流无法直接驱动蜂鸣器，所以设计了蜂鸣器驱动电路，具体电路连接如图3.8所示：

图3.8报警电路图

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3.7 显示电路

电子设计中常用的输出显示设备有两种：数码管和LCD。

数码管是现在电子设计中普遍使用的一种显示设备，每个数码管由七个发光二极管按照一定的排列结构组成，根据七个发光二极管的正负极连接不同，又分为共阴极数码管和共阳极数码管两种，选择的数码管不同，程序设计上也有一定的差别。数码管显示的数据内容比较直观，通常显示从0到9中的任意一个数字，一个数码管可以显示一位，多个数码管就可以显示多位，在显示位数比较少的电路中，程序编写，外围电路设计都十分简单，但是当要显示的位数相对多的时候，数码管操作起来十分烦琐，显示的速度受到限制。

液晶显示屏具有体积小、功耗低、显示内容丰富等特点，用户可以根据自己的需求，显示自己所需要的、甚至是自己动手设计的图案。当需要显示的数据比较复杂的时候，它的优点就突现出来了，并且当硬件设计完成时，可以通过软件的修改来不断扩展系统显示能力。外围驱动电路设计比较简单，显示能力的扩展将不会涉及到硬件电路的修改，可扩展性很强。不足之处在于其价格比较昂贵，驱动程序编写比较复杂。

由于本设计所需要显示的内容比较简单，只包括现场温度值、温度限定值以及PID系数的显示，所以本系统的数据显示设备采用LED数码管。设计中采用4位共阴极LED静态显示方式，选用7段显示数码管。显示内容有温度值的千位、百位、十位、个位。由于单片机不能直接驱动数码管显示，所以必须在单片机与LED164之间加上74LS164，它的管脚图如图3.9所示。

图3.9 74LS164管脚图

A和B为74LS64的串行输入端；QA-QH为74LS64的并行输出端；CLK是串行时钟输入端；CLR是串行输出清零端；VCC：+5V；GND：接地端。

74LS164功能如表3.2所示。

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表3.2 74LS164功能表 输 入 清除 L H H H H L ↑ ↑ ↑ 时钟 A H L L B H QA L QA0 H L L 输 出 QB L QB0 QAn QAn QAn QH L QH0 QGn QGn QGn LED显示器的管脚如图3.10所示，其中a-g段用来显示数字或字符的笔画，dp显示小数点，9引脚作为公共地。一英寸以下的的LED数码管内，每一笔段含有一只LED发光二极管，导通压降为1.2-2.5V；一英寸及以上的LED数码管的每一笔段由多只LED发光二极管以串、并联方式连接而成，笔段导通电压与笔段内包含的LED发光二极管的数目、连接方式有关。在串联方式中，确定电源电压VCC时，每只LED工作电压通常以2.0V计算，例如4英寸7段LED数码显示器LC4141的每一笔段由四只LED发光二极管按串联方式连接而成，因此导通电压应在7-8V之间，电源电压VCC必须取9V以上。

图3.10 LED数码管显示器

数码管结构有共阴极和共阳极之分。本设计采用的是共阴极数码管。共阴极公共端接地，高电平有效（灯亮），共阴极数码管内部发光二极管的阴极(负极)都联在一起，此数码管阴极(负极)在外部只有一个引脚。

LED显示电路如下图3.11所示。图中的P11和P10分别连接到单片机的P1.1和P1.0引脚，作为时钟输入端和数据端口。

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图3.11LED显示电路

3.8 按键电路

按键是现阶段电子设计中最常用、最实用的输入设备。按键能够成为最普遍的输入设备，主要是其具备了以下几个优点：工作原理、硬件电路连接简单、操作实用性强、价格便宜，程序编写简单。缺点：机械抖动比较严重、外型不够美观。

按键部分实现的主要原理是单片机读取与按键相连接的I/O口状态，来判定按键是否按下，达到系统参数设置的目的。键盘在单片机应用系统中的作用是实现数据输入、命令输入，是人工干预的主要手段。

独立式按键就是按键相互独立，每个按键单独占用一根I/O口线，每根I/O口线的按键的工作状态，不会影响其他I/O口线上的工作状态。各按键开关均需要采用了上拉电阻，是为了保证在按键断开时，各I/O有确定的高电平。当输入口线内部已有上拉电阻，外电路的上拉电阻可省去。因此，通过检测输入线的电平状态就可以很容易判断是哪个按键被按下了。优点：电路配置灵活，软件结构简单。缺点：每个按键需占用一根

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