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1、目 录摘要 11 前言 12 室温控制系统的概述 13 室温控制系统方案的选择 1 3.1 单片机的选择 1 3.2 温度传感器的选择 1 3.3 显示器的选择 2 3.4 通信协议的选择 24 室温控制系统硬件电路的设计 2 4.1 采集终端电路设计 3 4.1.1 单片机最小系统电路 3 4.1.2 温度传感器电路 4 4.1.3 显示电路 4 4.1.4 按键接口电路电路 4 4.1.5 温度控制电路 4 4.1.6 串口通信电路 4 4.2 控制终端电路设计 4 4.2.1 单片机最小系统电路 3 4.2.2 显示电路 4 4.2.3 按键接口电路电路 4 4.2.4 串口通信电路 4
2、5 室温控制系统软件的设计 5 5.1 采集终端软件设计 3 5.1.1 温度检测程序 3 5.1.2 温度预设程序 4 5.1.3 温度显示程序 4 5.1.4 温度控制程序 4 5.1.5 串口通信程序 4 5.2 控制终端软件设计 3 5.2.1 温度显示程序 3 5.2.2 温度预设程序 4 5.2.3 温度查询程序 4 5.2.4 串口通信程序 4结论 6总结与体会 6致谢词 6参考文献 6附录A 使用说明书 6附录B 系统原理图 6附录C 系统仿真图 6附录D 系统相关程序 6摘 要本设计以AT89S51单片机为核心的温度控制系统的工作原理和设计方法。温度信号由温度芯片DS18B2
3、0采集，并以数字信号的方式传送给单片机。文中介绍了该控制系统的硬件部分，包括：温度检测电路、温度控制电路、PC机与单片机串口通讯电路和一些接口电路 。单片机通过对信号进行相应处理，从而实现温度控制的目的。文中还着重介绍了软件设计部分，在这里采用模块化结构，主要模块有：数码管显示程序、键盘扫描及按键处理程序、温度信号处理程序、继电器控制程序、超温报警程序。【关键词】AT89S51单片机 DS18B20温度芯片 温度控制 串口通讯AbstractThis design take at89S51 monolithic integrated circuit as core temperature co
4、ntrol systems principle of work and design method. The temperature signal by the temperature chip DS18B20 gathering, and transmits by digital signals way for the monolithic integrated circuit. In the article introduced this control systems hardware part, including: Temperature examination electric c
5、ircuit, temperature-control circuit, PC machine and monolithic integrated circuit serial port communication channel and some interface circuit. The monolithic integrated circuit through carries on corresponding processing to the signal, thus realizes the temperature control goal. In the article also
6、 emphatically introduced the software design part, uses the modular structure in here, the main module includes: Nixietube display sequence, keyboard scanning and pressed key disposal procedure, temperature signal processing procedure, black-white control procedure, excess temperature warning proced
7、ure.【Key words】AT89S51 Monolithic Integrated Circuit ；DS18B20 Temperature Chip；Temperature Control；Serial Port Communication1前言工业控制是计算机的一个重要应用领域，计算机控制系统正是为了适应这一领域的需要而发展起来的一门专业技术，它主要研究如何将计算机技术、通过信息技术和自动控制理论应用于工业生产过程，并设计出所需要的计算机控制系统。随着微机测量和控制技术的迅速发展与广泛应用，以单片机为核心的温度采集与控制系统的研发与应用在很大程度上提高了生产生活中对温度的控制水平。本
8、设计就是基于单片机STC89C52温度控制系统的设计，通过本次课程实践，我们更加的明确了单片机的广泛用途和使用方法，以及其工作的原理。2室温控制系统的概述 室温控制系统广泛应用于社会生活的各个领域 ,如家电、汽车、材料、电力电子等 ,常用的控制电路根据应用场合和所要求的性能指标有所不同 , 在工业企业中,如何提高温度控制对象的运行性能一直以来都是控制人员和现场技术人员努力解决的问题。这类控制对象惯性大,滞后现象严重,存在很多不确定的因素,难以建立精确的数学模型,从而导致控制系统性能不佳,甚至出现控制不稳定、失控现象。传统的继电器调温电路简单实用 ,但由于继电器动作频繁 ,可能会因触点不良而影响
9、正常工作。控制领域还大量采用传统的PID控制方式,但PID控制对象的模型难以建立,并且当扰动因素不明确时,参数调整不便仍是普遍存在的问题。而采用数字温度传感器DS18B20，因其内部集成了A/D转换器，使得电路结构更加简单，而且减少了温度测量转换时的精度损失，使得测量温度更加精确。数字温度传感器DS18B20只用一个引脚即可与单片机进行通信，大大减少了接线的麻烦，使得单片机更加具有扩展性。由于DS18B20芯片的小型化，更加可以通过单跳数据线就可以和主电路连接，故可以把数字温度传感器DS18B20做成探头，探入到狭小的地方，增加了实用性。更能串接多个数字温度传感器DS18B20进行范围的温度检
10、测。3室温控制系统方案的选择3.1 控制器的选择 在本次将要设计的控制系统中，微机控制器无疑使最核心的部分，它的性能将直接关系到是整个控制系统控制功能的实现，运行处理的速度，能力以及控制的精度等问题。因此，选择一款恰当的控制器对于设计者来说是非常重要及必要的。 方案一：采用ARM内核的单片机，这类微处理器的特点是：功耗低，体积小，性能高。它处理能力和控制精度方面都有很高成就，执行速度快，执行效率高，如今的智能手机和平板电脑大多都有此类芯片的参与。因此，该类芯片适用于对控制精度和处理问题能力有着高要求的场合。 方案二:采用STC51系列单片机，该系列单片机是深圳宏晶科技在国内推广的新型51内核单
11、片机，其性能相对于传统51单片机有了很大的提升，同时保留了51单片机编程简单易学的特点。它的主要特点是：低功耗，高性能，编程简单控制，在生活中使用非常广泛。 对以上两种方案进行比较，结合室温控制系统的控制要求，选择方案二，使用STC89C52单片机。它拥有8K的系统可编程flash存储器，32个通用I/O口，简单易操作等特点，以及其响应速度和控制精度等方面的要求都符合本次控制系统的设计要求。3.2 温度传感器的选择 由于是室温控制器，因此，温度传感器也是该系统中不可或缺的元件之一。温度的采集和传输室这个系统控制的系统，牵制整个控制系统后续动作。方案一：采用热敏电阻式温度传感器。其特点是自身的电
12、阻值随温度变化而变化。适用于-100-300间的温度检测。但其测量不精准，并且要将所测信号经放大及A/D转换才能传给单片机。方案二：采用热电偶温度传感器。热电偶的测温范围，测温精度都很高，并且其已经实现系列化。标准化，因此在测温领域运用广泛。在工程测温中，需要对其冷端进行温度补偿。方案三：采用DS18B20数字传感器。DS16B20是ALLAS公司生产的一款单总线数字温度传感器。其因接口电路简单，测温以及工作温度范围广等优点，而得到广泛的运用。 由于热敏电阻温度传感器和热电偶温度传感器都需要将所测信息进行放大处理，然后在通过A/D转换后在传给单片机，过程较为复杂，加上三种温度传感器的优缺点进行
13、比较后，选择操作较简单的DS18B20作为此次温度控制系统的测温元件，即选择方案三。3.3 显示器的选择 显示是温度控制系统中的另一个重要的环节。它作为人机交流的一个平台，可以让用户更好的了解所测温度情况，以及根据自身要求对控制系统进行更恰当的命令。 方案一：采用四位一体的共阳极数码管。它的显示亮度高，响应的速度快，接线简单。但是只能显示数字和相应的字母。不过其性价比高，是非常常用显示器件。 方案二：采用LCM1602液晶显示器。LCM是将LCD、驱动以及控制电路组合成的模块。可以显示两行数据，数据类型为字符，即可以显示数字，也可以显示字母。用于对显示要求较高的场合。 对以上的两种显示方案的比
14、较。因为本此设计的系统分为数据采集终端和控制终端，对两个模块的显示要求不同，因此采用不同的显示方案。在数据采集终端，只需要显示温度值即可，数码管就能满足，故数据采集终端采用方案一。而控制终端需要显示多个数据采集终端回馈的情况，因此LCM1602符合这一要求，所以控制终端选择方案二。3.4 通信协议的选择 因为这次要设计的温度控制系统有多个数据采集终端，所以用串行通信更合适，在此选择RS485串行通信方式。这种通信方式可以实现多点通信，是半双工的双线通信协议，抗干扰能力非常高。4室温控制系统硬件电路的设计室温控制系统由多个数据采集终端及控制终端组成，控制终端与数据采集终端利用RS485总线通信，
15、进行信息的交流。室温控制系统的总设计构想是，控制终端与数据采集终端之间采用主从式多机通信方式，即控制终端为主机，数据采集终端为从机，控制终端能发送信息给每一个采集终端或指定的数据采集终端，各数据终端发送的信息只能被控制终端接收，而数据采集终端之间不能互相通信。主从式室温控制系统连接框图如图8.1所示。 TXD RXD 89C52 控制终端 8TXD RXD 89C52N# 数据终端TXD RXD 89C522# 数据终端 TXD RXD 89C521# 数据终端 图4.1系统控制框图 4.1 采集终端电路设计 设计的室温控制系统中，数据采集终端使用STC89C52单片机作为微处理机，温度传感器
16、选择的是DS18B20，温度值是通过4位一体的共阳极数码管来完成显示，加热和制冷设备的运行是运用继电器的开断加以控制，而与控制终端的信息交流则是利用RS485总线方式实现。数据采集终端的系统框图如图4.2所示。 显示模块 数码管 测温模块 DS18B20 8 9 C 5 2 键盘模块 通信模块 RS485 继电器 控制终端 加热制冷 设备 图4.2数据采集终端系统框图4.1.1 单片机最小系统电路 目前，51系列单片机在工业检测领域中得到了广泛的应用，因此我们可以在许多单片机应用领域中，配接各种类型的语音接口，构成具有合成语音输出能力的综合应用系统，以增强人机对话的功能。STC89C52单片机
17、是深圳宏晶科技有限公司生产的一种单片机，在一小块芯片上集成了一个微型计算机的各个组成部分。每一个单片机包括：一个8位的微型处理器CPU；一个512K的片内数据存储器RAM；4K片内程序存储器；四个8位并行的I/O接口P0-P3，每个接口既可以输入，也可以输出；两个定时器/记数器；五个中断源的中断控制系统；一个全双工UART的串行I/O口；片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接。最高允许振荡频率是12MHZ。以上各个部分通过内部总线相连接。2.STC89C52单片机时序 STC89C52单片机的一个执器周期由6个状态(s1s6)组成，每个状态又持续2个震荡周期，分为P1和P2两个
18、节拍。这样，一个机器周期由12个振荡周期组成。若采用12MHz的晶体振荡器，则每个机器周期为1us，每个状态周期为16us；在一数情况下，算术和逻辑操作发生在N期间，而内部寄存器到寄存器的传输发生在P2期间。对于单周期指令，当指令操作码读人指令寄存器时，使从S1P2开始执行指令。如果是双字节指令，则在同一机器周期的s4读人第二字节。若为单字节指令，则在51期间仍进行读，但所读入的字节操作码被忽略，且程序计数据也不加1。在加结束时完成指令操作。多数STC89C52指令周期为12个机器周期，只有乘法和除法指令需要两个以上机器周期的指令，它们需4个机器周期。 对于双字节单机器指令，通常是在一个机器周
19、期内从程序存储器中读人两个字节，但Movx指令例外，Movx指令是访问外部数据存储器的单字节双机器周期指令，在执行Movx指令期间，外部数据存储器被访问且被选通时跳过两次取指操作。3.STC89C52单片机引脚介绍STC89C52单片机的40个引脚中有2个专用于主电源引脚，2个外接晶振的引脚，4个控制或与其它电源复用的引脚，以及32条输入输出I/O引脚。下面按引脚功能分为4个部分叙述个引脚的功能。（1）电源引脚Vcc和VssVcc（40脚）：接+5V电源正端；Vss（20脚）：接+5V电源正端。（2）外接晶振引脚XTAL1和XTAL2XTAL1（19脚）：接外部石英晶体的一端。在单片机内部，它
20、是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该引脚接地；对于CHOMS单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端。XTAL2（18脚）：接外部晶体的另一端。在单片机内部，接至片内振荡器的反相放大器的输出端。当采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端。对于CHMOS芯片，该引脚悬空不接。（3）控制信号或与其它电源复用引脚 控制信号或与其它电源复用引脚有RST/VPD、ALE/P、PSEN和EA/VPP等4种形式。（A）RST/VPD（9脚）：RST即为RESET，VPD为备用电源，所以该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。当单片机振荡器工作时
21、，该引脚上出现持续两个机器周期的高电平，就可实现复位操作，使单片机复位到初始状态。当VCC发生故障，降低到低电平规定值或掉电时，该引脚可接上备用电源VPD（+5V）为内部RAM供电，以保证RAM中的数据不丢失。（B）ALE/ P （30脚）：当访问外部存储器时，ALE（允许地址锁存信号）以每机器周期两次的信号输出，用于锁存出现在P0口的低（C）PSEN(29脚):片外程序存储器读选通输出端,低电平有效。当从外部程序存储器读取指令或常数期间，每个机器周期PESN两次有效，以通过数据总线口读回指令或常数。当访问外部数据存储器期间，PESN信号将不出现。（D）EA/Vpp（31脚）：EA为访问外部程
22、序储器控制信号，低电平有效。当EA端保持高电平时，单片机访问片内程序存储器4KB（MS52子系列为8KB）。若超出该范围时，自动转去执行外部程序存储器的程序。当EA端保持低电平时，无论片内有无程序存储器，均只访问外部程序存储器。对于片内含有EPROM的单片机，在EPROM编程期间，该引脚用于接21V的编程电源Vpp。 （4）输入/输出（I/O）引脚P0口、P1口、P2口及P3口(A).P0口（39脚22脚）：P0.0P0.7统称为P0口。当不接外部存储器与不扩展I/O接口时，它可作为准双向8位输入/输出接口。当接有外部程序存储器或扩展I/O口时，P0口为地址/数据分时复用口。它分时提供8位双向
23、数据总线。对于片内含有EPROM的单片机，当EPROM编程时，从P0口输入指令字节，而当检验程序时，则输出指令字节。(B).P1口（1脚8脚）：P1.0P1.7统称为P1口，可作为准双向I/O接口使用。对于MCS52子系列单片机，P1.0和P1.1还有第2功能：P1.0口用作定时器/计数器2的计数脉冲输入端T2；P1.1用作定时器/计数器2的外部控制端T2EX。对于EPROM编程和进行程序校验时，P0口接收输入的低8位地址。(C).P2口（21脚28脚）：P2.0P2.7统称为P2口，一般可作为准双向I/O接口。当接有外部程序存储器或扩展I/O接口且寻址范围超过256个字节时，P2口用于高8位
24、地址总线送出高8位地址。对于EPROM编程和进行程序校验时，P2口接收输入的8位地址。(D).P3口（10脚17脚）：P3.0P3.7统称为P3口。它为双功能口，可以作为一般的准双向I/O接口，也可以将每1位用于第2功能，而且P3口的每一条引脚均可独立定义为第1功能的输入输出或第2功能。P3口的第2功能见下表 表1 单片机P3.0管脚含义引脚第2功能P3.0RXD（串行口输入端0）P3.1TXD（串行口输出端）P3.2INT0（部中断0请求输入端，低电平有效）P3.3INT1（中断1请求输入端，低电平有效）P3.4T0（时器/计数器0计数脉冲端）P3.5T1（时器/计数器1数脉冲端）P3.6W
25、R（部数据存储器写选通信号输出端，低电平有效）P3.7RD（部数据存储器读选通信号输出端，低电平有效）综上所述，MCS51系列单片机的引脚作用可归纳为以下两点：1).单片机功能多，引脚数少，因而许多引脚具有第2功能；2).单片机对外呈3总线形式，由P2、P0口组成16位地址总线；由P0口分时复用作为数据总线。在课题设计的温度控制系统设计中，控制核心是STC89C52单片机，该单片机为51系列增强型8位单片机，它有32个I/O口，片内含4K FLASH工艺的程序存储器，便于用电的方式瞬间擦除和改写，而且价格便宜，其外部晶振为11.0592MHz，一个指令周期为1S。使用该单片机完全可以完成设计任
26、务，其最小系统主要包括：复位电路和震荡电路电路。复位操作完成单片机片内电路的初始化，是单片机从一种确定的状态开始工作。将单片机的复位引脚RST保持两个机械周期的高电平能使单片机复位。复位操作通常有两种基本形式：上电复位和按钮复位。这两种形式在本系统中都有采用，以方便系统的操作。手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平（图1）。一般采用的办法是在RST端和正电源Vcc之间接一个按钮。当人为按下按钮时，则Vcc的+5V电平就会直接加到RST端。手动按钮复位的电路如所示。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，完全能够满足复位的时间要求。这是一个上电复位电路，原理是突然给电后，
27、VCC对电容充电，充电的过程中，复位信号电压随着充电时间而逐渐变低，直到电容充满时，复位信号电压完全降到0V，而电阻R2决定了电容充电的时间，R2越大则充电时间长，复位信号从VCC回落到0V的时间也长，而复位引脚在给2.5V以上时处于复位状态，而在2.5V以下则才正常工作，89S51的典型复位时间需要1ms，可长不可短，所以R2的值是由已知条件1ms，和电容22uF决定，T=RC/2，R=2T/C，可以负责的告诉你，你不需要仔细计算这里的复位时间，因为可长不可短，典型电路是C=10uF，R2=10k，电容可以大于这个值，电阻也可以大于这个值，但是不能再小，会不保险。另外R1的电阻起的作用是，当
28、你按下强制复位按钮后，电容通过R1放电，为了让按键按下后有一段延时才能复位，为了让按键跟可靠。 单片机的时钟信号由内部震荡电路得到，即引脚XTAL1和XTAL2外接晶振体振荡器，构成内部振荡电路。电容C1，C2起稳定振荡频率，快速起振的作用，电容值一般在5pF-30pF。由于本系统要采用串口通信，晶振使用11.0592MHZ。晶振电路中如何选择电容C1，C2?(1):因为每一种晶振都有各自的特性，所以最好按制造厂商所提供的数值选择外部元器件。(2):在许可范围内，C1，C2值越低越好。C值偏大虽有利于振荡器的稳定，但将会增加起振时间。(3):应使C2值大于C1值，这样可使上电时，加快晶振起振。
29、4.1.2 温度传感器电路 采用一线制数字温度传感器DS18B20来作为本课题的温度传感器。传感器输出信号进4.7K的上拉电阻直接接到单片机的P1.0引脚上。DS18B20温度传感器是美国达拉斯(DALLAS)半导体公司推出的应用单总线技术的数字温度传感器。该器件将半导体温敏器件、A/D转换器、存储器等做在一个很小的集成电路芯片上。本设计中温度传感器之所以选择单线数字器件DS18B20，是在经过多方面比较和考虑后决定的，主要有以下几方面的原因：（1）系统的特性：测温范围为-55+125 ，测温精度为士0.5；温度转换精度912位可变，能够直接将温度转换值以16位二进制数码的方式串行输出；12位
30、精度转换的最大时间为750ms；可以通过数据线供电，具有超低功耗工作方式。（2）系统成本：由于计算机技术和微电子技术的发展，新型大规模集成电路功能越来越强大，体积越来越小，而价格也越来越低。一支DS18B20的体积与普通三极管相差无几，价格只有十元人民币左右。（3）系统复杂度：由于DS18B20是单总线器件，微处理器与其接口时仅需占用1个I/O端口且一条总线上可以挂接几十个DS18B20，测温时无需任何外部元件，因此，与模拟传感器相比，可以大大减少接线的数量，降低系统的复杂度，减少工程的施工量。（4）系统的调试和维护：由于引线的减少，使得系统接口大为简化，给系统的调试带来方便。同时因为DS18
31、B20是全数字元器件，故障率很低，抗干扰性强，因此，减少了系统的日常维护工作。DS18B20温度传感器只有三根外引线：单线数据传输总线端口DQ ，外供电源线VDD，共用地线GND。DS18B20有两种供电方式：一种为数据线供电方式，此时VDD接地，它是通过内部电容在空闲时从数据线获取能量，来完成温度转换，相应的完成温度转换的时间较长。这种情况下，用单片机的一个I/O口来完成对DS18B20总线的上拉。另一种是外部供电方式(VDD接+5V)，相应的完成温度测量的时间较短。 DS18B20的工作电流约为1mA，VCC一般为5V，则电阻R=5V/1mA=5K，目前用的电阻一般不是可调电阻，只是固定阻
32、值，市场上有的就那么几个型号，跟5V接近的有4.7K、5.1K的，所以就选4.7K，或者相近的电阻。 在本设计中采用外部供电方式实现DS18B20传感器与单片机的连接，其接口电路如图4所示。4.1.3 显示电路 led数码管（LED Segment Displays）由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。数码管实际上是由七个发光管组成8字形构成的，加上小数点就是8个。这些段分别由字母a,b,c,d,e,f,g,dp来表示。当数码管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发亮，以形成我们眼睛看到的2个8数码管字样了。如：显示一个“2”
33、字，那么应当是a亮b亮g亮e亮d亮f不亮c不亮dp不亮。LED数码管有一般亮和超亮等不同之分，也有0.5寸、1寸等不同的尺寸。小尺寸数码管的显示笔画常用一个发光二极管组成，而大尺寸的数码管由二个或多个发光二极管组成，一般情况下，单个发光二极管的管压降为1.8V左右，电流不超过30mA。发光二极管的阳极连接到一起连接到电源正极的称为共阳数码管，发光二极管的阴极连接到一起连接到电源负极的称为共阴数码管。常用LED数码管显示的数字和字符是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。透过分时轮流控制各个LED数码管的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。每位元数码管
34、的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极体的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示资料，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O口，而且功耗更低。LED数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据LED数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。静态显示静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端
35、口多，如驱动5个数码管静态显示则需要58=40根I/O端口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个呢：），实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。动态显示LED数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管
36、的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。本系统利用动态显示温度值，其原理接线图如下图所示。4.1.4 键盘接口电路电路 键盘接口电路是单片机系统设计非常重要的一环，作为人机交互界面里最常用的输入设备。我们可以通过键盘输入数据或命令来实现简单的人机通信。在设计键盘电路与程序前，我们需要了解键盘和组成键盘的按键
37、的一些知识。是触点式开关按键，如机械式开关、导电橡胶式开关等；另一类是无触点式开关按键，如电气式按键，磁感应按键等。前者造价低，后者寿命长。目前，微机系统中最常见的是触点式开关按键（如本学习板上所采用按键）。一般来说，按键按照结构原理可分为两类，一类是触点式开关按键，如机械式开关、导电橡胶式开关等；另一类是无触点式开关按键，如电气式按键，磁感应按键等。前者造价低，后者寿命长。目前，微机系统中最常见的是触点式开关按键（如本学习板上所采用按键）。按键按照接口原理又可分为编码键盘与非编码键盘两类，这两类键盘的主要区别是识别键符及给出相应键码的方法。编码键盘主要是用硬件来实现对键的识别，非编码键盘主要
38、是由软件来实现键盘的识别。全编码键盘由专门的芯片实现识键及输出相应的编码，一般还具有去抖动和多键、窜键等保护电路，这种键盘使用方便，硬件开销大，一般的小型嵌入式应用系统较少采用。非编码键盘按连接方式可分为独立式和矩阵式两种，其它工作都主要由软件完成。由于其经济实用，较多地应用于单片机系统中（本学习板也采用非编码键盘）。 在单片机应用系统中，通常使用机械触点式按键开关，其主要功能是把机械上的通断转换成为电气上的逻辑关系。也就是说，它能提供标准的TTL逻辑电平，以便与通用数字系统的逻辑电平相容。此外，除了复位按键有专门的复位电路及专一的复位功能外，其它按键都是以开关状态来设置控制功能或输入数据。当
39、所设置的功能键或数字键按下时，计算机应用系统应完成该按键所设定的功能。因此，键信息输入是与软件结构密切相关的过程。对于一组键或一个键盘，通过接口电路与单片机相连。单片机可以采用查询或中断方式了解有无按键输入并检查是哪一个按键按下，若有键按下则跳至相应的键盘处理程序处去执行，若无键按下则继续执行其他程序机械式按键再按下或释放时，由于机械弹性作用的影响，通常伴随有一定时间的触点机械抖动，然后其触点才稳定下来。其抖动过程如图1(a)所示，抖动时间的长短与开关的机械特性有关，一般为510ms。从图中可以看出，在触点抖动期间检测按键的通与断状态，可能导致判断出错。即按键一次按下或释放被错误地认为是多次操
40、作，这种情况是不允许出现的。为了克服按键触点机械抖动所致的检测误判，必须采取去抖动措施，可从硬件、软件两方面予以考虑。一般来说，在键数较/O口线浪费较大。对于比较复杂的系统或按键比较多的场合，可以用到矩阵键盘，图2(b)中所示的为44的矩阵式键盘，其他矩阵式键盘的设计方法类似。44的矩阵式键盘由4根行线和4根列线交叉构成，按键位于行列的交叉点上，这样就构成了16个按键。其中交叉点的行列线是不连接的，当按键按下的时候，此交叉点处的行线和列线导通。图2(b)行线通过上拉电阻接到VCC上。当无键按下时，行线处于高电平状态；当有键按下时，行、列线在交点导通，此时，行线电平将由与此行线相连的列线电平决定
41、。这是识别按键是否按下的关键。然而，矩阵键盘中的每条行线与4条列线相交，交点的按键按下与否均影响该键所在行线和列线的电平，各按键间将相互影响，键分析时必须将行线、列线信号配合起来作适当处理，才能确定闭合键的位置。值得注意的是本文介绍的矩阵键盘，在传统的矩阵键盘的输出端加了一个四输入与门芯片74HC21。当四路输入有一个为低电平的时候，输出为低电平。将74HC21的输出端接到单片机的外部中断0（P32管脚）上，这样在实时性要求较高的情况下，设P00P03为全低等待按键触发，当任何一个按键按下的情况下，系统都会进入中断服务程序，提高了键盘响应时间，在系统实时性要求较高的情况下非常实用。原理图如下图
42、所示：4.1.5 温度控制电路 一般要校核转向轮本设计是用单片机控制继电器达到以弱控强的电路，下面再来介绍一下单片机和强电之间的桥梁-电磁继电器。电磁继电器是有触点电继电器的一种。它是利用电磁效应实现电路开、关控制作用的元件，广泛应用在电子设备、仪器仪表及自动化设备中。在各种自动控制设备中，都要求用一个低压电路提控制一个高压的电气电路。这样不仅可以为电子线路和电气电路提供良好的电隔离，还可以保护电子电路和人员安全。首先看看继电器的驱动这是典型的继电器驱动电路图，这样的图在网络上随处可以搜到，并且标准教科书上一般也是这样的电路图。单片机是一个弱电器件，一般情况下它们大都工作在5V甚至更低。驱动电
43、流在mA级以下。而要把它用于一些大功率场合，比如控制电动机，显然是不行的。所以，就要有一个环节来衔接，这个环节就是所谓的“功率驱动”。继电器驱动就是一个典型的、简单的功率驱动环节。在这里，继电器驱动含有两个意思:一是对继电器进行驱动，因为继电器本身对于单片机来说就是一个功率器件：还有就是继电器去驱动其他负载，比如继电器可以驱动中间继电器，可以直接驱动接触器，所以，继电器驱动就是单片机与其他大功率负载接口。这个很重要，因为，一直让我们的电气工程师(我指的是那些没有学习过相应的电子技术的)感到迷惑不解的是:一个小小的芯片，怎么会有如此强大的威力来控制像电动机这样强大的东西？怎么样理解这个电路图？要理解这个电路，其实也比较容易。那么请您按照我的思路来，应该没有问题:首先的，里面的三极管很重要。三极管是
