机电工程系《综合课程设计》指导书

1、综合课程设计指导书机电工程系2015年1月目录一、 本课程设计的地位和作用2二、课程设计的目的2三、课程设计的要求2四、课程设计的具体步骤3五、课程设计报告要求4六、课程设计课题6设计实例一：单片机恒温箱温度控制系统的设计10设计实例二：小型SBR废水处理 PLC电气控制系统课程设计.17一、 本课程设计的地位和作用综合课程设计是电路分析、模拟电子技术、数字电子技术、自动检测技术、自动控制原理、电力电子技术、单片机、PLC等课程之后的一门综合性的设计课程，目的在于加深学生对自动控制系统的组成、工作原理等基本理论和基本知识的理解，让学生初步掌握自动控制系统分析和设计的基本方法和仿真调试步骤，强化

2、学生所学专业知识的实用性、应用性和系统性， 使学生树立系统和全面的观点，从整体上把握自动控制系统的设计、构成、实现等各个环节，提高学生的创新意识和实践能力。二、课程设计的目的1加深对所学理论知识的理解，并能将其熟练应用，做到理论知识与实际应用相结合；2学会简单的自动控制系统设计步骤，通过查寻资料、方案比较，以及设计计算及调试等环节，进一步提高多门学科知识的综合应用能力；3培养学生具有初步的系统分析能力、系统集成能力，能在系统的层面上看待问题、解决问题。4培养独立进行实验，包括电路布局、安装、调试和排除故障的能力。5培养书写综合设计实验报告的能力。对本次课程设计， 原则上指导老师只给出大致的设计

3、要求，在设计思路上不框定和约束同学们的思维， 所以同学们可以发挥自己的创造性，并力求设计方案凝练可行、思路独特、效果良好。三、课程设计的要求1在接受设计任务后，应根据设计要求和应完成的设计内容进度计划，确定各阶段应完成的工作量，妥善安排时间。2在方案确定过程中应主动提出问题，以取得指导数师的帮助，同时要广泛讨论，依据充分。在具体设计过程中要多思考，尤其是主要参数，要经过计算论证。3所有电气图样的绘制必须符合国家有关规定的标准，包括线条、图型符号、项目代号、回路标号、技术要求、标题栏、元器件明细表以及图样的折叠和装订。4说明书要求文字通顺、简练，字迹端正、整洁。5应在规定的时间内完成所有的设计任

4、务。四、课程设计的具体步骤综合课程设计的一般设计方法和步骤是：分析设计任务和性能指标， 选择总体方案，设计单元电路及接口，选择器件，计算参数，画总体电路图。进行仿真试验和性能测试。实际设计过程中往往反复进行以上各步骤，才能达到设计要求，需要灵活掌握。1. 总体方案选择设计的第一步就是选择总体方案，就是根据提出的设计任务要求及性能指标，在系统的高度上，给出一个解决方案。首先决定控制方式，采用开环控制还是闭环控制； 采用恒值控制、 随动控制还是程序控制。 然后用若干系统单元组成一个整体，来实现设计任务提出的各项要求和技术指标。此阶段要明确各单元的功能及接口要求，并画出系统结构图。设计过程中，往往有

5、多种方案可以选择，应针对任务要求，查阅资料，权衡各方案的优缺点，从中选优。2. 系统单元的设计常见的系统单元有电源单元、信息采集单元、放大单元、控制单元、驱动单元、执行单元、显示单元、通信单元等。虽然它们的功能不尽相同，但设计的方法和步骤却相似。2.1设计系统单元的一般方法和步骤A. 根据系统单元功能要求和接口要求，确定各单元电路的性能指标。B. 拟定出各单元电路的要求后，对它们进行设计。C.单元电路设计应采用符合的实用性和经济性的原则。2.2元器件的选择针对系统单元设计， 在搭建单元电路时， 对于特定功能单元选择主要集成块的余地较小。 比如时钟电路选 555，转换电路选 0809，译码及显示

6、驱动电路也都相对固定。但由于电路参数要求不同，还需要通过选择参数来确定集成块型号。一个电路设计， 单用一门课程内容是不够的， 往往同时掺有线性电路元件和集成块，因此还需对相应内容熟悉， 比如运算放大器的种类和基本用法， 集成比较器和集成稳压电路的特性和用法。 总之，构建单元电路时， 选择器件的电平标准和电流特性很重要。 普通的门电路、时序逻辑电路、 组合逻辑电路、 脉冲产生电路、数模和模数转换电路、 采样和存储电路等， 参数选择恰当可以发挥其性能并节约设计成本。单元电路设计过程中， 阻容元件的选择也很关键。 它们的种类繁多， 性能各异。优选的电阻和电容辅助于数字电路的设计可以使其功能多样化、完

7、整化。3. 电路仿真与调整首先进行系统单元部分仿真与测试， 发现问题及时调整。 所有系统单元均经过仿真测试后， 再进行系统集成仿真与测试， 此时主要测试各个系统单元的接口是否正常，各个单元配合到一起能否正常工作。 仿真测试时要逐个将系统单元增加到系统中，边增加系统单元边仿真测试。 集成测试中各系统单元的输入输出逻辑关系与它们之间的正确传递决定了系统集成的成败。4. 衡量设计的标准工作稳定可靠；能达到预定的性能指标，并留有适当的余量；电路简单，成本低，功耗低；器件数目少，集成体积小，便于生产和维护。五、课程设计报告要求课程设计报告应包括以下内容：1封面2摘要3目录4设计任务及其具体要求。5总体设

8、计方案及系统功能结构图。6系统单元设计（含各系统单元功能，输入、输出信号，系统单元原理图及其原理阐述，所选用的集成电路器件等。有的需要进行验证计算。）。7整机电路图（电路图应用标准逻辑符号绘制，电路图中应标明接线引出端名称、元件编号等）。8器件清单。9. 仿真调试结果及改进措施。10. 总结与体会。11主要参考文献六、课程设计课题1. 单相数显电量表： 最大电流 30A，计量误差 <1%,有过流保护和停电数据保存功能。不要求电量卡部分。2. 交流电流变送器： 检测范围 AC：0-50A，输出 DC：0-5V， 4-20mA，供电DC：24V3. 速度里程表： 能显示电动车当前速度和总里程

9、， 可以分段统计平均、 最大速度和段里程。4. 超声波测距系统： 测量距离 100mm2m，测量精度 <5mm。5. 电动车有刷电机控制器： 电机 180W， 36V，要求有过流保护、欠压保护功能。附加定速巡航功能，允许取消。6. 温度控制仪： 温度控制范围 100-200 ，温度传感器为 PT100，加热元件功率 1000W。要求控制精度± 1。7. 液位测量仪： 能测量液位的深度（高度） ，量程 0-100cm，误差 <1%。要求适用于不同密度的液体测量。8. 直流数控电源： 输出 1.5-15V ，最大电流 1A，步进电压 0.1V。有过流和短路保护。9. 数字电子

10、称： 称重范围： 0-5Kg，误差 <1%，要求输入单价，根据称重可以计算出总价，具有总价累加功能。10.LED 点阵电子屏： 设计一个 163 32 点阵 LED电子显示屏，内容可以滚动显示。11. 停车场车位控制： 在出入口处设置传感器，检测车辆的出入情况。实时显示停车场空余车位数，空余车位数为 0，则不允许车辆进入。12. 病床呼叫系统： 每一层楼有一护士站，每一护士站均有该层楼病人紧急呼叫与处理完毕的重置按钮。共有 10 个病房，每间病房 3 个床位。每个床位均有紧急呼叫按钮及重置按钮。 病人按下紧急呼叫按钮， 护士站显示病房紧急呼叫并闪烁指示灯。 按下护士处理按钮以取消闪烁情况

11、， 再依病房紧急呼叫顺序处理病房紧急事故， 若事故处理妥当后， 病房紧急闪烁指示灯和病床上的紧急指示灯方町被重置。13. 自助洗车机控制设计： 设计投币 100 元自助洗车机。有 3 个投币孔，分别为 5 元、 10 元及 50 元 3 种，当投币合计 100 元或超过时，按启动开关洗车机才会动作，启动灯亮起。 7 段数码管会显示投币金额（用 BCD码），当投币超过 100 元时，可按退币按钮，这时 7 段数码管会退回零， 表示找回余额（退币选作）。洗车机动作流程按规定的流程进行。14. 机械手臂搬运加工流程控制： 工作物由输送带 A 送到加工位置，然后由机械手臂将加工物送至工作台 1 的位置

12、进行第一步骤加工。 当第一步骤加工完成后，机械手臂将工作物夹起再送至工作台 2 进行第二步骤加工； 当第二步骤加工完成后，机械手臂将工作物放到输送带 B 送走，然后由 7 段数码管显示加工完成的数量。15. 自动售货机的控制设计： 售货共有 3 种饮料供选择，分别为汽水（4 元）、花茶（ 6 元）和咖啡（ 10 元），自动售货机有 3 个投币孔，分别为 1 元、 5 元和10 元。投币总额或当前值显示在 7 段数码管上。投币值等于或大于货物金额时，货物可选。按下对应按钮，则相对应的指示灯开始闪烁， 3s 后自动停止，表示饮料已经掉出。 如投币总额超过销售价格， 将可由退币钮找回余额， 退回金额

13、如果大于 10 元，则先退 10 元再退 1。16. 全自动洗衣机：1. 按下启动按扭及水位选择开关， 2. 注水直到高（中、 低）水位，关水， 3.2s 后开始洗涤， 4. 洗涤时，正转 30s，停 2s，然后反转 30s，停2s，5. 如此循环 5 次，总共 320s 后开始排水，排空后脱水 30s， 6. 开始清洗，重复 2-5 ，清洗两遍， 7. 清洗完成，报警 3 秒并自动停机。 8. 若按下停车按扭，可手动排水（不脱水）和手动脱水（不计数） 。17. 电子计算器设计： 由按键输入的数值显示在 7 段数码管上，但只限 4 位数。按加、减、乘、除键时，第一次输入的值被存放在缓冲区中，

14、当做被加、减、乘、除数，且加、减、乘、除相对的运算指示灯会亮。接着输入一个数，之后若是按下“ =”键，则此加、减、乘、除数被存放于另一个缓冲区中，与刚才输入的数做运算，且相对应的运算指示灯熄灭。将运算结果显示在7 段数码管上。18. 自动喷泉的 PLC控制： 有 16 个彩灯代表 16 个喷头，有 4 个选择按钮，采用 S7-200PLC进行控制，实现四种以上的自动喷泉花样。19. 交通信号灯控制系统 : 在南北向与东西向交错的路口上，各设置红、黄、绿三种信号灯，以控制车辆和行人的通行。 1. 南北方向通车时绿灯亮 25s，然后黄灯亮警告 5s 后红灯亮 30s，如此循环； 2. 东西向则是先

15、红灯 30s, 然后绿灯亮 25s 后黄灯亮 5s，如此循环； 3. 用数码进行 30s 的时间递减显示。20. 装瓶流水线的 PLC控制：有 A1 A10 选瓶、装瓶、盖盖、贴签、传送、成品入库生产线操作工序，用 10 盏灯来模拟；并有启动 / 停止、移位、复位按钮进行操作。采用 S7-200PLC进行控制，实现手动， 自动等四种以上的装瓶流水线工序控制。21. 数字频率计： 设计一个以单片机为核心的频率测量装置。使用单片机的定时器 / 计数器的定时和计数功能，外部扩展6 位 LED数码管，要求累计每秒进入单片机的外部脉冲个数，用LED数码管显示出来。被测频率fx<1000Hz，采用测

16、周法； fx>=1000Hz，采用测频法。22. 基于单片机的多路数据采集 : 设计八路模拟信号自动采集与数据处理系统；以单片机作为下位机， 能够完成模拟电压信号采集和 A/D 转换，用三位数码管进行显示，要求对通道号和测量值进行显示。23. 小型机器人关节角控制 : 研究关节控制原理；设计关节控制方案；完成硬件电路并搜集实验数据。24. 智能定时抢答器设计： 几个选手，谁先按下自己手中的按钮， LED 显示器 SM就会显示相对应的选手号码。开始按钮开启之后，才可以抢答。25. 燃气热水器恒温控制系统设计： 在了解燃气热水器结构的基础上，完成燃气热水器水温嵌入式调节控制系统的设计。水温调

17、节范围20-60 。26. 火灾报警及灭火控制系统设计： 1、设计一个由单片机控制的室内火灾自动报警控制器； 2、采用感烟传感器和感温传感器，能对室内的烟雾及温度的突变进行报警； 3、有火灾发生时，产生声、光报警信号； 4、如火灾报警 10s 后不解除，则控制启动灭火装置。27. 自动门控制系统设计： 1、有人来时（进门或出门）开门。当人走到离门不远的时候时，安装在门 上侧的热释红外线传感器信号检测装置检测到有人时，将启动电动机带动传动链 开门。 2 、无人时关门延迟，当热释收发装置没有检测到有人在离门 1m的范围内， 将延迟 1 秒启动电动机带动传动链关门。 3 、关门中途来人，立即开门。当

18、启动电动机带动传动链关门时，感应探头 突然检测到在离门 1m的范围内有人，则立即停止电动机关门， 启动电动机带动 传动链开门。28. 电阻测量仪： 可以测试 11M 的电阻，测量误差小于 1%。LCD屏显示。29. 可预约电饭锅控制系统设计： 可预约工作时间，可选择蒸熟饭后是保温还是断电。具有过压检测保护功能。30. 光伏发电光照自动跟踪系统设计： 设计一个能够检测并指示点光源位置的模拟光伏发电太阳光自动跟踪系统。31. 基于单片机的多功能智能小车设计： 设计一个用单片机控制的智能小车，具有循迹和避障功能。32. 单片机脉搏测量仪： 利用光电传感器作为变换原件，把采集到的用于检测脉搏跳动的红外

19、光转换成电信号，放大后用单片机进行显示。设计实例一：单片机恒温箱温度控制系统的设计设计要求 ：本温度控制系统为以单片机为核心，实现了对温度实时监测和控制，实现了控制的智能化。 设计恒温箱温度控制系统，配有温度传感器， 采用 DS18B20数字温度传感器，无需数模拟数字转换，可直接与单片机进行数字传输，采用了PID 控制技术，可以使温度保持在要求的一个恒定范围内，配有键盘，用于输入设定温度；配有数码管LED用来显示温度。技术参数和设计任务 ：1、利用单片机实现对温度的控制，实现保持恒温箱在最高温度为110。2、可预置恒温箱温度，烘干过程恒温控制，温度控制误差小于±2。3、预置时显示设定

20、温度，恒温时显示实时温度，采用PID 算法显示精确到0.1 。4、温度超出预置温度± 5时发出声音报警。5、对升、降温过程没有线性要求。6、温度检测部分采用DS18B20数字温度传感器，无需数模拟数字转换，可直接与单片机进行数字传输7、人机对话部分由键盘、显示和报警三部分组成，实现对温度的显示、报警。一、总体设计方案1、系统原理选用 AT89C2051单片机为中央处理器， 通过温度传感器 DS18B20对恒温箱进行温度采集，将采集到的信号传送给单片机， 在由单片机对数据进行处理控制显示器，并比较采集温度与设定温度是否一致，然后驱动恒温箱的加热或制冷。2、系统总结构图总体设计应该是全面

21、考虑系统的总体目标， 进行硬件初步选型， 然后确定一个系统的草案， 同时考虑软硬件实现的可行性。 总体方案经过反复推敲， 确定了以美国 Atmel 公司推出的 51 系列单片机为温度智能控制系统的核心，并选择低功耗和低成本的存储器、数码显示器等元件，总体方案如下图：恒输入部温度传感器温箱AT89C显示部2051驱动控制加热上位 PC制冷图 1 系统总体框图二、硬件各单元设计1、单片机最小系统电路单片机选用 Atmel 公司的单片机芯片AT89C2051, 完全可以满足本系统中要求的采集、控制和数据处理的需要。单片机的选择在整个系统设计中至关重要，该单片机与 MCS-51系列单片机高度兼容、低功

22、耗、可以在接近零频率下工作等诸多优点，而广泛应用于各类计算机系统、工业控制、消费类产品中。AT89C2051是 AT89系列单片机中的一种精简产品。 它是将 AT89C51的 P0 口、P2 口、 EA/Vpp、 ALE/PROG、PSEN口线省去后，形成的一种仅20 引脚的单片机，相当于早期 Intel8031的最小应用系统。 这对于一些不太复杂的控制场合，仅有一片 AT89C2051就足够了，是真正意义上的“单片机” 。 AT89C2051为很多规模不太大的嵌入式控制系统提供了一种极佳的选择方案，使传统的51 系列单片机的体积、功耗大、可选模式少等诸多弱点不复存在。该型号单片机包括:（ 1

23、）一个 8 位的微处理器 (CPU)。（ 2）片内有 2K 字节的程序存储器 (ROM)和 128/256 字节 RAM。（ 3） 15 条可编程双向 I/O 口线。（ 4）两个 16 位定时器 / 计数器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制。（ 5）五个中断源的中断控制系统。（ 6）一个全双工 UATR(通用异步接收发送器 ) 的串行 I/0 口，用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信。（ 7）片内含模拟比较器。（ 8）低功耗的闲置和掉电模式。+5V10uF33pF2R11KY112MHz1RST33pFR210K

24、+5V*1RSTVcc202(RXD)P3.0P1.7193(TXD)P3.1P1.6184XTAL2P1.5175XTAL1P1.4166(INT0)P3.2P1.3157(INT1)P3.3P1.2148(T0)P3.4P1.1(AIN1)139(T1)P3.5P1.0(AIN0)1210GNDP3.711AT89C2051图 2 最小系统电路AT89C2051是一个 20脚的双列直插封装 (DIP) 芯片。最小系统电路包括晶体振荡电路和手动复位电路，如图2。本设计使用一片 AT89C2051就代替了原来的 8031、 EPROM2732和地址锁存器74LS373，因为 AT89C2051

25、内部的 2KBEPROM和128B的RAM，对智能化温度传感器测试系统已能满足设计要求，而且降低了成本，结构设计也较精巧。2、温度传感器采用数字温度传感器DS18B20,与传统的热敏电阻相比,他能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现912位的数字值读数方式。可以分别在 93.75ms和 750ms内完成 9位和 12位的数字量 ,并且从 DS18B20读出的信息或写入 DS18B20的信息仅需要一根口线 ( 单线接口 ) 读写 , 温度变换功率来源于数据总线 , 总线本身也可以向所挂接的 DS18B20供电 , 而无需额外电源。因而使用 DS18B20可使系统结构更趋简单 ,

26、 可靠性更高，成本更低。测量温度范围为55 +125。C，在一 10 +85。C范围内，精度为± 0.5 。DS1822的精度较差为± 2。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。其引脚分布如图 3所示图3 DS18B20引脚图(1) 引脚功能如下 :NC(1 、2 、 6 、7 、8脚) : 空引脚 , 悬空不使用。VDD(3脚): 可选电源脚 , 电源电压范围 35.5V 。DQ(4脚): 数据输入 / 输出脚 , 漏极开路 , 常态下高电平。(2) DS18B20 测温原理DS18B20的测温原理如图 4所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受

27、温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器 1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变， 所产生的信号作为计数器 2的脉冲输入。计数器 1和温度寄存器被预置在 -55 所对应的一个基数值。 计数器 1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数， 当计数器 1的预置值减到 0时，温度寄存器的值将加 1，计数器 1 的预置将重新被装入，计数器 1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器 2 计数到 0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。 DS18B20在正常使

28、用时的测温分辨率为0.5 ，如果要更高的精度， 则在对 DS18B20测温原理进行详细分析的基础上，采取直接读取 DS18B20内部暂存寄存器的方法，将DS18B20的测温分辨率提高到0.1 0.01 。斜率累加器预置比较低温度系数晶振计数器1预置LSB置位/加1请除=0高温度系数晶振温度寄存器计数器2停止=0图 4 测温原理图(3) DS18B20 与单片机接口电路P1.3口和 DSl8B20的引脚 DQ连接 , 作为单一数据线。 U2即为温度传感芯片 DSl8B20, 本设计虽然只使用了一片 DSl8B20 , 但由于不存在远程温度测量的考虑 , 所以为了简单起见 , 采用外部供电的方式

29、, 如图 2.6 所示。测温电缆采用屏蔽 4芯双绞线 , 其中一对线接地线与信号线 , 另一对接 VCC和地线 , 屏蔽层在电源源端单点接地。U1+5V1RSTVCC202(RXD)P3.0P1.719U23(TXD)P3.1P1.618R151NCNC84XTAL2P1.5174.7K2NCNC75XTAL1P1.4163VDDNC66(INT0)P3.2P1.3154DQGND57(INT1)P3.3P1.214DS18B208(T0)P3.4P1.1(AIN1)139(T1)P3.5P1.0(AIN0)1210GNDP3.711AT89C2051图5 DS18B20与单片机接口电路3、

30、键盘显示电路LED与控制器的连接有并行和串行方式。由于串行方式占用较少接口，因此得到广泛应用。显示电路中选用 MAX7219作为 LED驱动芯片。 MAX7219是一个高集成化的串行输入 / 输出的共阴极 LED驱动显示器。每片可驱动 8位7段加小数点的共阴极数码管。片内包括 BCD译码器、多路扫描控制器、字和位驱动器和 83 8静态RAM。外部只需要一个电阻设置所有 LED显示器字段电流。 MAX7219和控制器只需要三根导线连接， 每位显示数字有一个地址由控制器写入。 允许使用者选择每位是 BCD译码或不译码。使用者还可以选择停机模式、数字亮度控制、从 18位选择扫描位数和对所有 LED显

31、示器的测试模式。(1) 引脚功能MAX7219 是24引脚芯片，它的引脚排列如图2.7 所示。各引脚功能如下：1) DIN(1 脚): 串行数据输入端，当 CLK为上升沿时数据被载入 16位内部移位寄存器。2) CLK （ 13脚）：串行时钟脉冲输入端，最大工作频率可达 10MHz。3) LOAD（12脚）：片选端，当 LOAD为低电平时，芯片接收来自 DIN的数据，接收完毕， LOAD回到高电平，接收的数据将被锁定。4) DIG0DIG7（ 2、3、 5、 6、7、8、10、11脚）：吸收显示器共阴极电流的位驱动线，最大值可达 500mA。图 6 MAX7219引脚图5) SEGA SEGG

32、、SEGDP（14、 15、 16、17、 20、 21、22、 23脚）：驱动显示器 7段及小数点的输出电流，一般为40mA，可编程调整。6) ISET （18脚）：硬件亮度调节端。7) DOUT（24脚）：串行数据输出端； V，正电源。8) GND（ 9脚）：接地。(2)MAX7219与单片机和 LED及键盘的接口电路1）MAX7219的3个输入端 DIN、CLK和LOAD与单片机的三个 I/O 口连接，DIG0DIG7分别与八个共阴极 LED的公共端连接， SEGASEGG、SEGDP分别与每个 LED七段动和小数点驱动端相连。电路图如图7所示。2）键盘功能介绍采用独立式按键设计，如图上

33、图所示。由于只有四个按键，因此按键接口电路的设计比较简单， 单片机 P1.4 P1.7 端口设定为输入状态， 平时通过电阻上拉到 Vcc，按键按下时，对应的端口的电平被拉到低电平。这样就可以通过查询P1的高 4位来判断有门有按键按下按键各接一根输入线，一根输入线的按键工作状态不会影响其他输入线上的工作状态。通过读 I/O 口，判断各 I/O 口的电平状态，即可识别出按下的按键。4个按键定如下：A、P1.4:S1 功能键，按此键则开始键盘控制。B、P1.5:S2 加，按此键则温度设定加1度。C、P1.6:S3 减，按此键则温度设定减1度。D、P1.7:S4 发送，按此键将传感器的温度传送到上位机

34、。DS0a10a10aDPYA1b 9b9baA6c 8c 8Od 5cfbd5dgG.e 4e4If2eecDf2fdg3g3dpDp 7gDp 7dpDp y Amber-CA+5VR5R5R5R55.1 K5.1 K5.1 K5.1 K1U120RSTVCC2(RXD)P3.0P1. 719S43(TXD)P3.1P1. 618S34XTAL2P1. 517S25XTAL1P1. 416S16(INT0 )P3.2P1. 315U27141(INT1 )P3.3P1. 2DINV+1 2LOAD8131 3(T0)P3.4P1.1(AIN1 )CLKISETDIG0 2DIG0SEG A

35、912DIG1 1 1(T1)P3.5P1.0(AIN0 )DIG1SEG BDIG2 6DIG2SEG C1 011DIG3 7GNDP3. 7DIG3SEG DDIG4 3AT89 C2 051DIG4SEG EDIG5 0DIG5SEG FDIG6 5DIG6SEG GDIG7 8DIG72 4DOUTSEG DP9GND4GNDMAX7 21 9 CNGDS7aDPYAbaAcfb7dgGIeecDf dg dpd pDp y Amber-CA+5V1 9R11 89.5 K1 4a1 6b2 0c2 3d2 1e1 5f1 7g2 2DP16图7 MAX7219与单片机和 LED及键

36、盘的接口电路4、 驱动控制电路(1) 热电制冷介绍热电制冷原理：半导体热电偶由 N型半导体和 P型半导体组成。当电流的极性如图 8 所示时，电子从电源负极出发，经连接片、 P型半导体、连接片、 N型半导体，最后回到电源正极。 N型材料有多余的电子，有负温差电势。 P型材料电子不足，有温差电势 ; 当电子从 P型穿过结点至 N型时，其能量必然增加，而且增加的能量相当于结点所消耗的能量。这一点可用温差降低来证明。相反，当电子从 N型流至 P型材料时，结点的温度就会升高。直接接触的热电偶电路在实际的引用中不可用，所以用图 8的连接方式来代替，实验证明，在温差电路中引入铜连接片和导线，不会改变电路的特

37、性。简单地说当一块 N型半导体材料和一块 P型半导体材料联结成电偶对时，在这个电路中接通直流电流后，就能产生能量的转移，电流由 N型元件流向 P型元件的接头吸收能量，成为冷端 ; 由 P型元件流向 N型元件的接头释放热量，成为热端。吸收和放热的大小是通过电流的大小以及半导体材料 N、 P的元件对数来决定。图8 半导体制冷原理图(2) 驱动控制电路光耦合双向可控硅驱动器是一种单片机输出与双向可控硅之间较理想的接口器件，它由入和输出两部分组成， 输入部分为砷化镓发光二极管， 该二极管在 5mA15mA正向电流作用下发出足够强度的红外光，触发输出部分。连接电路如图9 所示。输出部分为硅光敏双向可控硅

38、，在红外线作用下可双向导通。光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种“电- 光- 电”转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入部分，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等。在光电耦合器输入端加电信号使发光源发光，光的强度取决于激励电流的大小，此光照射到封装在一起的受光器上后，因光电效应而产生了光电流，由受光器输出端引出，这样就实现了“电 - 光 - 电”转换。在光电耦合器的内部，由于发光管和受光器之间的耦合电容很小，使用共模输入电压通过极间耦合电容对输出电流的影响很小，因而共模抑

39、制比很高。在发光二极管上提供一个偏置电流，再把信号电压通过电阻耦合到发光二极管上，这样光电晶体管接收到的是在偏置电流上增、减变化的光信号，其输出电流将随输入的信号电压作线性变化。光电耦合器也可工作在开关状态，传输脉冲信号。在传输脉冲信号是，输入信号和输出信号之间存在一定的延时，不同结构的光电耦合器输入、输出延时时间相差很大。+5VR9U9R1010k360制冷系统8AOpto TRIACR12接P3.42R113.9kV1330Q1220V7407Triac+5VC11R150.11uFU9R1610k加热系统360接9A2Opto TRIACR18P3.5R173.9kV17407330Q2

40、220VTriacC120.01uF图9加热降温驱动控制电路5、看门狗和上位机通信电路(1) 串口通信功能实现在实际的工作中，计算机的CPU与外部设备之间常常要进行信息交换，一台计算机与其他计算机之间也往往要交换信息，所有这些信息交换均可称为通信。串行通信是指 : 数据是一位一位按顺序传送的通信方式。它的突出优点是只需一对传输线 ( 利用电话线就可以作为传输线) ，这样就大大降低了成本，特别适用与远距离通信 ; 其缺点是传送速度低。(2)MAX232与单片机接口电路设计图 10为MAX232与单片机接口电路；通过它可以把单片机和计算机连接起来，实现远程通讯功能。(3) 看门狗与电源监控芯片介绍由于工业现场对控制系统可能造成很强的干扰，为保证控制器在任何干扰条件下都能正常工作，就必须对单片机的运行进行监控，避免死机、程序跑飞或进入死循环。采用看门狗电路则可以大大提高整个系统的抗干扰能力态。本系统选用 MAX813L，该芯片能够监控电源电压、 电池故障和微控制器的工作状态。MAX813L引脚功能如下：1)MR(1脚) ：手动复位输入，低电平有效。2)PRI(4 脚 ) 、PFO(5脚) ：分别