智能家电基础

家用电器基础

与维修技术0.3单片机基础0.4家用电器的智能控制0.3单片机基础0.3.1概念微处理器（MPU），其功能相当于中央处理器(CPU)。第一代：(1971～1973年)Intel4004、8008；第二代：(1973～1978年)Intel8080/8085、MC6800、Z80；第三代：(1978～1981年)Intel8086、8088、MC6800；第四代：(1981～1989年)Intel80286、80386、80486，(1993年～)Intel80586(Pentium)、P6等。单片机是单片微型计算机的简称，它是将计算机的中央处理系统(CPU)、存储器（RAM和ROM）、I／O接口器、定时器／计数器以及串行通信接口器等功能电路集成在一块芯片上，组成一个完整的微型计算机，故名单片微型计算机(SingleChipMicrocomputer)，本质叫法应为微控制器（MCU）。0.3.2典型的单片机结构1.单片机的外部结构特性2.MCS-51系列存储容量型号片内程序存储器ROM片内数据存储器RAM80514KB128B8031无128B87514KBEPROM128B80C514KB128B80C31无128B3.单片机性能比较（1）CPU的位数：4/8/16/32；（2）片内RAM容量，ROM容量，EPROM容量；（3）寻址范围，片外扩展能力；（4）定时器/计数器数量及位数；（5）输入/输出接口线数；（6）中断源及个数；（7）工作频率；（8）其它附加功能：A/D转换器、比较器、驱动器、蜂鸣器接口、PWM输出等。4.单片机的指令系统（1）指令格式操作码[操作数]；[注释]操作码：助记符表示的字符串，规定了指令的操作功能。操作数：参与操作的数据或地址。操作数可以有0、1、2、3个，例如传送指令多数有两个操作数，写在左（前）面的称为目的操作数，写在右（后）面的称为源操作数，操作码与操作数间用空格分隔，操作数与操作数间用“，”号分隔。注释：该条指令说明，用“；”号分隔。如：MOVA，30H；30H单元的内容送累加器A（2）单片机的寻址方式

一般根据操作数的来源进行分类寻址方式特征及寻址空间指令格式示例立即寻址指令第二字节为操作数本身，ROM中的常数，立即数﹟dataMOVA,﹟40H；A←40H直接寻址指令第二、三字节为操作数的地址码direct,片内低128B单元、专用寄存器和RAM位地址MOVA,40H；A←（40H）寄存器寻址指令选定的工作寄存器R0～R7、A、B、DPTR、CY中的内容为操作数，加前缀@MOVA,Rn；A←Rn寄存器间接寻址指令指定的工作寄存器中的内容为操作数的地址，片内R0、R1，片外DPTR，堆栈SPMOVA,@Ri；A←(Ri)基址加变址寻址基址寄存器DPTR或PC和变址寄存器A的内容之和为操作数的地址，访问ROM中的某个字节MOVCA,@A+DPTR；A←((A)+DPTR)相对寻址指令第二字节为跳转地址的偏移量，值为-127～128，与PC当前内容之和为目的地址SJAMPrel；PC←PC+2+rel位寻址操作数为片内RAM20H～2FH及可位寻址的寄存器操作位的地址操作MOVC,bit；C←bit5.单片片机的控控制原理理在控制系系统中，，单片机机作为核核心器件件，具有有数据和和信息的的存储、、运算、、判断、、处理等等功能，，通过I/O口口可以输输入输出出数据和和信息，，在时钟钟控制下下，严格格按照固固定的程程序运行行。例如空调调的温度度控制，，由温度度传感器器将温度度变化转转换成电电信号，，放大后后通过I/O口口输入单单片机，，单片机机执行数数据处理理程序，，当判断断温度高高于设定定温度时时，向I/O口口输出控控制字。。如图所所示，当当P10口输出出为高电电平（““1”））时，继继电器吸吸合，启启动压缩缩机工作作。使P10=1，，执行SETBP10即即可；使使P10=0，，执行CLRP10即可可。0.4.1控制系统统的几个个概念1.控制系统统与控制制对象完成控制制任务需需要由若若干分工工明确的的单元协协同工作作，其中中任何部部分都不不能独立立完成工工作，这这些为完完成某项项控制任任务而相相互联系系在一起起的单元元构成一一个控制制系统，，简称为为系统。。为满足某某种要求求，设备备或过程程按照控控制规律律进行工工作，这这些设备备或过程程称为控控制对象象。如调调光台灯灯的控制制对象是是灯泡而而不是光光亮度，，电风扇扇的控制制对象是是电动机机而不是是风速等等等。0.4家家用用电器的的智能控控制2.输入入量与输输出量能够进入入系统对对控制对对象有影影响的作作用称为为输入量量。在控控制系统统中，随随输入量量发生变变化的物物理量称称为被控控制量或或输出量。在实际条条件下，，控制对对象可能能受许多多外部作作用，一一般只考考虑对输输出量有有重大影影响的有有限数目目的外部部作用。。在实际际分析系系统时，，只把这这些主要要的外部部作用，，作为输输入量。。从对控制制对象和和输出的的影响来来看，输输入量可可分为两两种不同同的类型型。一种类型型的输入入量是保保证控制制对象的的运行达达到所要要求的目目标，这这一类输输入量称称为控制量或或基准量量。另一类输输入量则则相反，，它妨碍碍达到目目标，这这类作用用称为扰扰动作用用或扰动量。控制实际际上就是是在控制制系统中中令输出出量按照照输入量量的要求求变化。。控制系统统按其结结构可分分为开环环控制系系统和闭闭环控制制系统。。还可以以将两者者结合起起来，组组成复合合控制系系统。系系统的结结构是由由所完成成的功能能决定的的。1.开环环控制系系统的结结构和特特点开环控制制系统如如图所示示，其输输出量不不影响输输入量。。0.4.2控控制系统统的类型型例如调光光台灯电电路中，，灯泡是是执行元元件，电电位器是是驱动元元件，基基准量是是人的感感觉和调调节。2.闭环环控制系系统的基基本结构构特点闭环控制制系统把把输出量量直接或或间接地地反馈到到比较环环节形成成闭环结结构，参参与系统统对输出出量的控控制。由于系统统是根据据负反馈馈原理按按偏差进进行控制制的，因因此，也也叫做反反馈控制制系统或或偏差控控制系统统。采样环节节：提取出与与输出量量的变化化规律相相同的采采样信号号，由反反馈通道道送入比比较环节节(反馈馈)。比较环节节：采样信号号与基准准输入量量进行比比较(相相减)，，驱动环节节：再利用比比较之后后得到的的偏差信信号控制制驱动环环节。改改变输出出给控制制对象(执行机机构)的的能量大大小，从从而抑制制内部或或外部扰扰动对输输出量的的影响，，维持输输出量的的稳定。。3.开环环与闭环环控制比比较0.4.3家家用电电器的一一般控制制1.温度度的开关关控制2.水箱箱供水的的闭环控控制3.程序序控制彩灯的顺顺序控制制CD4069六六反相器器0.4.4家家用电器器的智能能控制1.智能能控制系系统组成成（1）基基准输入入人人工事先先设定的的预期控控制目标标值。（2）数数据采集集用用传感器器检测控控制系统统输出量量，并转转换成单单片机能能够接收收的电信信号（数数字或模模拟）。。（3）驱驱动电路路将将单片机机输出的的弱信号号放大成成控制执执行器的的大功率率信号。。（4）执执行部分分执执行器即即控制对对象，如如电加热热器、电电动机、、灯泡等等。图示，R1恒流流，RP1下限限调节，，RP2上限调调节。2.几种种传感器器应用电电路（1）用用热敏晶晶体管检检测温度度的采样样电路（2）湿湿敏器件件的基本本应用电电路图示，电电阻分压压，加热热清洗。。（3）SnO2气敏传传感器图示，SA1或或SA2手动启启动排风风扇。（4）透透射式光光耦合器器制造烟烟雾报警警器图示，IC9561报报警声电电路。3.驱动动电路（1）开开关方式式的驱动动电路图示，固固态继电电器（SSR）），全固固态过零零型固态态继电器器（PSSR））。（2）晶晶闸管调调压控制制驱动电电路（过过零触发发）（3）调调频控制驱动动电路（4）显显示装置置驱动电电路4.家用用电器智智能控制制实例（1）洗洗衣机电电路单片机：：DJ2001为4位位。开关信号号接口：：工作设定定开关SB1～～SB4，盖开开关。输出接口口：模拟信号号接口：：A/D转转换。（2）电电饭锅电电路小结：1.单片机是是单片微微型计算算机的简简称，它它是将计计算机的的中央处处理系统统(CPU)、、存储器器（RAM和ROM））、I／／O接口口器、定定时器／／计数器器以及串串行通信信接口器器等功能能电路集集成在一一块芯片片上，组组成一个个完整的的微型计计算机。。2.各种种单片机机主要不不同有以以下几个个方面：：（1）CPU的的位数：：4/8/16/32；（2）片片内RAM容量量，ROM容量量，EPROM容量；；（3）寻寻址范围围，片外外扩展能能力；（4）定定时器/计数器器数量及及位数；；（5）输输入/输输出接口口线数；；（6））中断断源及及个数数；（7））工作作频率率；（8））其它它附加加功能能：A/D转换换器、、比较较器、、驱动动器、、蜂鸣鸣器接接口、、PWM输输出等等。3.在在控制制系统统中，，单片片机严严格按按照固固定的的程序序运行行。根根据输输入接接口的的输入入信息息通过过输出出接口口输出出“0”或或“1”控控制信信号，，控制制执行行元件件工作作。例如空空调的的温度度控制制，由由温度度传感感器将将温度度变化化转换换成电电信号号，放放大后后通过过I/O口口输入入单片片机，，单片片机执执行数数据处处理程程序，，当判判断温温度高高于设设定温温度时时，向向I/O口口输出出控制制字。。当输输出为为高电电平（（“1”））时，，继电电器吸吸合，，启动动压缩缩机工工作。。当输输出为为低电电平（（“0”））时，，继电电器释释放，，压缩缩机停停止工工作。。4.控控制制分开开环控控制和和闭环环控制制，闭闭环控控制由由基准准、采采样、、比较较、驱驱动、、执行行几个个环节节组成成。5.顺顺序控控制就就是按按时间间顺序序完成成各项项功能能。作业题题：1.什什么是是单片片机？？2.不不同单单片机机的主主要区区别是是什么么？3.以以洗衣衣机为为例说说明什什么叫叫顺序序控制制。4.画画图说说明用用MC-51单单片机机控制制灯泡泡亮灭灭的原原理。。0.5单单片片机与与家用用电器器的接接口电电路单片机机要接接受来来自家家用电电器的的各种种状态态信号号，同同时又又将控控制信信号送送出，，以驱驱动有有关部部件工工作，，因此此接口口非常常重要要。本本节重重点介介绍单单片机机与家家用电电器之之间的的输入、、输出出接口口，显显示接接口，，功率率驱动动接口口和磁磁控管管接口口电路的的工作作原理理。0.5.1输入信信号接接口1.开开关信信号接接口(1)门门或盖盖开关关接口口开关信信号主主要来来自电电冰箱箱、洗洗衣机机、微微波炉炉、电电烤箱箱等的的门开开关或或盖开开关，，其接接口电电路较较为简简单（（如图图所示示）。。当单单片机机μPD7566内内部有有上拉拉电阻阻时，，外部部电阻阻R可以不不接。。当单单片机机检测测到门门开关关或盖盖开关关闭合合时,输入入电平平为0，控控制家家用电电器工工作。。否则则，输输入电电平为为1，，家用用电器器停止止工作作。(2)过压压、过过流信信号接接口在家电电产品品中，，有时时需对对负载载能力力和输输出控控制电电路的的电压压进行行控制制，以以免引引起家家电产产品的的损坏坏。过过压信信号接接口的的原理理图如如图，，过流流信号号接口口与过过压信信号接接口的的差别别是过过流信信号接接口电电路用用电流流互感感器TB代替了了过压压信号号接口口的变变压器器T。。2.模拟信信号接接口(1)温度度信号号接口口在电热热器具具、制制冷空空调等等家电电产品品中，，一般般采用用热敏敏三极极管对对温度度进行行检测测。温温度信信号为为模拟拟信号号，需需要转转换为为数字字信号号才能能用单单片机机进行行处理理，因因此通通常要要选用用含有有A／／D转转换器器的单单片机机。某某些单单片机机中，，用比比较器器的输输入端端接收收检测测到的的模拟拟信号号，若若单片片机中中无A／D转换换和比比较器器时，，可用用定时时计数数器接接收模模拟温温度信信号，，但温温度检检测电电路需需有模模拟／／频率率转换换功能能。1)温温度度信号号的模模拟接接口电电路图中，，MTSl02为测测温三三极管管，比比较器器A1为阻抗抗匹配配器，，比较较器A2为一反反相放放大器器，这这样A2输出端端UOUT就可接接到单单片机机的A／D输入入端，，利用用单片片机内内部的的A／／D转转换器器将模模拟信信号转转换为为数字字信号号。对对于常常用的的单片片机pPD7566，其其接口口如左左图所所示。。对于于电冰冰箱、、空调调器的的控制制，可可利用用热敏敏电阻阻进行行测温温，热热敏电电阻直直接连连接在在pPD7566的的比较较器Cin0～Cin3输入端端,如如右图图所示示。2)温温度度信号号的频频率接接口温度信信号的的频率率接口口电路路如图图所示示，电电路中中，R4为限流流电阻阻，可可使VT2(MTSl02)集集电极极电流流为0.1mA，以以保证证其处处于较较好的的测温温状态态，脉脉冲发发生器器由电电阻R2、R3、电位位器RP1、RP2、电容容C1和单结结晶体体管VT1组成,脉冲冲频率率与RC回回路和和单结结晶体体管VT1的峰值值电压压有关关，MTSl02对对温度度检测测后，，将温温度值值转换换成一一定频频率的的脉冲冲，再再送入入单片片机的的I／／O接接口或或定时时计数数器。。此种种接口口电路路可在在电冰冰箱、、空调调器中中得到到应用用。(2)给定定信号号模拟拟接口口用电位位器RP选选定给给定值值,直直接送送入单单片机机的A/D输入入端,如左左图所所示。。(3)过流流信号号模拟拟接口口此接口口与开开关信信号输输入接接口中中的过过流信信号接接口相相似,如右右图所所示,图中中OP为运运算放放大器器。0.5.2输出信信号接接口1.开关信信号输输出接接口开关信信号接接口可可直接接驱动发光光二极极管、、继电电器、晶晶体管管或晶晶闸管管等，如如图所所示。。当单单片机μPD7566的的I／／O线线P90输出高高电平平时，，流经发光光二极极管VD的的电流极小小，不不能发发光，，当P90输出出低电电平时时，流流经VD的的电流流达10mA，，故VD发发光。。此端端口灌灌入电电流可可达15mA，，输出出电压压9V，具具有较较强的的负载载能力力。2.数字信信号输输出接接口(1)数数字显显示码码的输输出接接口单片机机I／／O线线直接接到LED显示示器的的阴极极，LED显示示器采采用共共阳极极方式式，如如图所所示。。这是是由于于单片片机的的I／／O线线可允允许10mA的的灌入入电流流，而而拉出出电流流仅5mA。(2)键盘盘扫描描码的的输出出接口口在键盘盘扫描描码的的输出出接口口电路路中，，Pl00～P102I/O线是是扫描描码的的输出出端，，P10～P13I／O线用用于接接收键键盘的的按键键信号号，如如图所所示。。(3)D／／A转转换的的数字字输出出接口口为进行行数字字／模模拟信信号的的转换换，一一般将将数字字送到到I／O接口口，而而在端端口外外加电电阻解解码网网络(T型型网络络)来来产生生模拟拟信号号。在在D／／A转转换的的数字字输出出接口口中，，Pl00用于输输出数数字的的最高高位，，P103用于输输出数数字的的最低低位。。如右右图所所示。。0.5.3功功率率驱动动接口口单片机机是微微电子子器件件，输输出的的信号号功率率很小小，要要驱动动大功功率的的加热热元件件(如如电饭饭锅中中的加加热元元件等等)和和电动动机(如洗洗衣机机中的的洗涤涤与脱脱水电电动机机，电电冰箱箱与空空调器器的压压缩机机电动动机等等)，，就需需要两两者相相互匹匹配的的中间间电路路，此此种电电路就就是功功率驱驱动接接口。。1.电动机机驱动动接口口(1)开关关控制制方式式在电冰冰箱与与空调调器中中，压压缩机机的工工作是是由电电动机机带动动的，，因负负载较较大，，在低低速运运行时时易烧烧坏电电动机机。因因而压压缩机机电动动机的的控制制采用用开关关方式式。在压缩缩机电电动机机的控控制接接口电电路中中，有有两种种控制制接口口电路路；直直接逻逻辑电电平耦耦合电电路和和光电电耦合合电路路，如如图所所示。。(2)调压控控制方方式空调器器中的的风扇电动动机、、落地扇等等，可可以利用调压控制制方式调节电动动机转速。此方方式的接口电路路如图所示。图图中，上面—种种是典型的电容容运转电动机调调速电路。主要由光电耦耦合器OC1、双向晶闸闸管VS，和和电动机M1组成。下面面一种接口同同上面一种基基本相同，但但电动机启动动电路不一样样：当VS2导通后，流流经电动机主主绕组电流较较大，在R7上产生较大大的压降，使使VS2导通通，副绕组得得电，这时电电机启动运行行。电动机启启动完成后，，主绕组电流流趋于稳定(比启动电流流小)，VS2截止，这这时只有主绕绕组参与运行行。2.加热器件驱动动接口在加热器件的的驱动接口中中，有以下三三种接口形式式：(1)最上面面一种接口形形式当I／O输出出低电平“0”时，双向向晶闸管VS1导通，加热丝丝通电加热，，当单片机输输出高电平““1”时，双双向晶闸VS1截止，加热丝丝停止加热。。(2)中间一一种接口形式式当单片机输出出高电平时，，晶体管VT1导通，触发VS2导通，加热丝丝加热，当单单片机输出低低电平时，VT1、VS2均截止，加热热丝停止加热热。(3)最下面面一种接口形形式单片机输出高高电平时，发发光二极管VD2无电流通过，，不发光，光光敏三极管VT2截止，双向晶晶闸管VS3导通，加热丝丝进行加热，，单片机输出出低电平时，，VT2导通，VS3截止，加热丝丝停止加热。。加热器件的驱驱动接口电路路0.5.4显示器接口当显示字形时时，a～g各各段相应段应应通过电流，，如显示“0”时，LED的a、b、d、e、、f段均应通通过电流，而而g段不能通通过电流。在家电产品(如洗衣机、、空调器等)中，有时需需显示有关状状态，如温度度、时间等。。现在广泛应应用的是发光光二极管显示示器(发光二二极管七段显显示器)。发光二极管显显示器有共阴阴极和共阳极极两种结构，，如图所示。。在不同的场场合可以选择择相应的结构构，以组成较较好的逻辑系系统。0.5.5磁控管接口磁控管是