【精品课件】鱼缸温度控制系统
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• 利用 G1、/(G2A)和/(G2B)可级联扩展成 24 线译码器；若外接一个反相器还可级联扩 展成 32 线译码器
• 作业：
– 写一个跑马灯程序，练习LED灯的控制 （D15~D22）以及（D24~D26）
系统结构框图设计
数码管显示
CH452
LED指示
MCU
加热电路
鱼缸
温度传感器 DS18B20
• 外部总线系统 • 外部总线扩展 • 外部总线的扩展方法
外部总线系统
外部总线扩展
• P0口扩展为地址/数据复用口 • P2口高位地址 • 也就是说16位地址总线AB15~AB0由P2口
和P0口锁存器构成 • 8位数据总线DB7~DB0由P0口构成 • 控制总线CB由输出控制线(RD#, WR#,
• 方案选择
– “热得快”
热得快的原理
• 结构组成
– 电热丝 – 金属管 – 绝缘材料（氧化镁粉） – 加热电路
• 核心
– 电热丝
加热电路的设计
• 核心部件
– 电热丝（热得快）
• 控制开关
控制开关
• 机械开关
– 机械操作完成开关控制
• 继电器
机械开关分类
• 旋转式波段开关 • 直键式波段开关 • 拨动式波段开关 • 拨码开关 • 按键开关 • 微动开关
PSEN#, ALE)以及输入控制线(EA#, INT0#, INT1#, RST, T0和T1)构成
外部总线扩展方法
• 线选法 • 译码法
开发板系统总线扩展
继电器和LED灯控制电路
SN74LS377
• 8位D触发器 • 当允许控制端G#为低电平时，时钟端(CP)
脉冲上升沿作用下，输出端Q与数据端D相 一致。当CP为高电平或者低电平时，D对Q 没影响。
138内部结构图
138真值表
138每个通道的使用
•
外设的系统总线挂载
作业
• 根据74LS138结构框图，写出Y0~Y7逻辑 表达式
• 试用两片3线-8线译码器74LS138组成4线16线译码器，将输入的4位二进制代码译成 16个独立的低电平信号。
74LS138的其他应用
• 若将选通端中的一个作为数据输入端时， 74LS138还可作数据分配器（原理图设计）
程序流程分析
• 程序流程图
开始 初始化
鱼缸温度控制系统
实验目的
• 掌握继电器的原理、使用方法 • 通过继电器的开关来控制对鱼缸水的加温
实验要求
• 使用温度传感器进行温度的采集 • 使用数码管显示采集到的温度 • 设定温度的范围，如果超出范围（温度范
围使用整数表示，两位），则对鱼缸的水 进行加热 • 使用LED等指示工作状态：加热和停止
• 举例（图）
继电器
• 继电器（Relay）定义：当输入量(激励量) 的变化达到规定要求时，在电气输出电路 中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电 器
• 继电器原理：通过改变输入到线圈上的电 压，来改变电磁场，进而控制电路的开和 关（电磁式）
继电器的特性
Y Ya
Fra Baidu bibliotek
Xb
Xa
X
• Xa——动作值 • Xb——释放值 • Ya——负载
• 当吸引的磁力大于簧片的弹力时，两触点 接触，此时接通簧片两端的电路，当吸引 的磁力小于簧片的弹力时，则两簧片分开， 簧片两端的电路断开
固态继电器
• 固态继电器（SSR,Solid State Relay）， 是无可动接点部分的继电器，在动作上与 有接点继电器相同，但是该继电器使用半 导体闸流管、晶闸管开关元件、二极管、 晶体管等开关元件。另外也使用名为光耦 合器的光半导体，使其输入输出绝缘。光 电耦合器的特点是用光的信号在绝缘空间 中进行传输，所以绝缘性更好，传动速度 也更快。
ULN2003D
• 达林顿管 • 作用：提高驱动能力，主要是为了驱动
MOTOR电路 • 后面的实验中具体介绍
• MCU总线电路
• 74LS138译码电路
74LS138
• 74LS138 ：3 －8 线译码器
74LS138工作原理
• 当一个选通端（G1）为高电平，另两个选 通端（/(G2A)和/(G2B)）为低电平时，可将 地址端（A、B、C）的二进制编码在一个 对应的输出端以低电平译出。
SSR的构成
固态继电器的特点
• 可以应对高速、高频开关 • 没有接触不良 • 发生干扰小 • 无动作音 • 接点无损耗
继电器开关的优点
• 继电器开关优点：
– 小电流控制大电流 – 低电压控制高电压 – 开合时间短 – 寿命长 – 输入输出隔离，抗干扰
继电器
开发板原理图设计
• 继电器电路
外部总线扩展
实验需求与设计分析
• 硬件分析
– 温度传感器 – 数码管 – LED灯 – 加热电路
• 系统设计分析
系统结构框图设计
数码管显示
CH452
LED指示
MCU
加热电路
鱼缸
温度传感器 DS18B20
加热方案的设计
• 常见的加热方案设计
– 化石燃料、生物燃料
• 固体酒精 • 煤气
– 电能加热
• 空调 • 热得快 • 电磁炉
• 组成
– 干簧管 – 线圈
干簧继电器
干簧管
• 用两片既导磁又导电的材料做成簧片，平 行地封入装有惰性其他的玻璃管中组成开 关元件。两簧片的端部重叠并留有一定间 隙以构成触点
干簧管工作原理
干簧管工作原理
• 当永久磁铁靠近干簧管或由绕在干簧管上 的线圈通电后形成磁场使簧片磁化，簧片 的触点部分就感应出极性相反的磁极，异 名的磁极相互吸引。
继电器触点
• 继电器模型
– 静触点（一个或多个） – 动触点（公共端）
A
C
B
• 触点的基本形式：
– 动合型（H型）线圈不通电时两触点是断开的 ，通电后，两个触点就闭合。以合字的拼音字 头“H”表示
– 动断型（D型）线圈不通电时两触点是闭合的 ，通电后两个触点就断开。用断字的拼音字头 “D”表示
– 转换型（Z型）这是触点组型。这种触点组共 有三个触点，即中间是动触点
开关模型
• 单刀单掷SPST • 双刀单掷DPST
单刀双掷SPDT 双刀双掷DPDT
继电器的分类
• 按照工作原理或结构特征分类
– 电磁继电器 – 固态继电器 – 温度继电器 – 舌簧继电器 – 时间继电器
电磁继电器
• 电磁继电器原型
电磁继电器的主要参数
• 工作电压（电流） • 吸合电压（电流） • 释放电压（电流） • 动作时间 • 返回时间 • 触点的开闭能力 • 灵敏度 • 寿命
• 作业：
– 写一个跑马灯程序，练习LED灯的控制 （D15~D22）以及（D24~D26）
系统结构框图设计
数码管显示
CH452
LED指示
MCU
加热电路
鱼缸
温度传感器 DS18B20
• 外部总线系统 • 外部总线扩展 • 外部总线的扩展方法
外部总线系统
外部总线扩展
• P0口扩展为地址/数据复用口 • P2口高位地址 • 也就是说16位地址总线AB15~AB0由P2口
和P0口锁存器构成 • 8位数据总线DB7~DB0由P0口构成 • 控制总线CB由输出控制线(RD#, WR#,
• 方案选择
– “热得快”
热得快的原理
• 结构组成
– 电热丝 – 金属管 – 绝缘材料（氧化镁粉） – 加热电路
• 核心
– 电热丝
加热电路的设计
• 核心部件
– 电热丝（热得快）
• 控制开关
控制开关
• 机械开关
– 机械操作完成开关控制
• 继电器
机械开关分类
• 旋转式波段开关 • 直键式波段开关 • 拨动式波段开关 • 拨码开关 • 按键开关 • 微动开关
PSEN#, ALE)以及输入控制线(EA#, INT0#, INT1#, RST, T0和T1)构成
外部总线扩展方法
• 线选法 • 译码法
开发板系统总线扩展
继电器和LED灯控制电路
SN74LS377
• 8位D触发器 • 当允许控制端G#为低电平时，时钟端(CP)
脉冲上升沿作用下，输出端Q与数据端D相 一致。当CP为高电平或者低电平时，D对Q 没影响。
138内部结构图
138真值表
138每个通道的使用
•
外设的系统总线挂载
作业
• 根据74LS138结构框图，写出Y0~Y7逻辑 表达式
• 试用两片3线-8线译码器74LS138组成4线16线译码器，将输入的4位二进制代码译成 16个独立的低电平信号。
74LS138的其他应用
• 若将选通端中的一个作为数据输入端时， 74LS138还可作数据分配器（原理图设计）
程序流程分析
• 程序流程图
开始 初始化
鱼缸温度控制系统
实验目的
• 掌握继电器的原理、使用方法 • 通过继电器的开关来控制对鱼缸水的加温
实验要求
• 使用温度传感器进行温度的采集 • 使用数码管显示采集到的温度 • 设定温度的范围，如果超出范围（温度范
围使用整数表示，两位），则对鱼缸的水 进行加热 • 使用LED等指示工作状态：加热和停止
• 举例（图）
继电器
• 继电器（Relay）定义：当输入量(激励量) 的变化达到规定要求时，在电气输出电路 中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电 器
• 继电器原理：通过改变输入到线圈上的电 压，来改变电磁场，进而控制电路的开和 关（电磁式）
继电器的特性
Y Ya
Fra Baidu bibliotek
Xb
Xa
X
• Xa——动作值 • Xb——释放值 • Ya——负载
• 当吸引的磁力大于簧片的弹力时，两触点 接触，此时接通簧片两端的电路，当吸引 的磁力小于簧片的弹力时，则两簧片分开， 簧片两端的电路断开
固态继电器
• 固态继电器（SSR,Solid State Relay）， 是无可动接点部分的继电器，在动作上与 有接点继电器相同，但是该继电器使用半 导体闸流管、晶闸管开关元件、二极管、 晶体管等开关元件。另外也使用名为光耦 合器的光半导体，使其输入输出绝缘。光 电耦合器的特点是用光的信号在绝缘空间 中进行传输，所以绝缘性更好，传动速度 也更快。
ULN2003D
• 达林顿管 • 作用：提高驱动能力，主要是为了驱动
MOTOR电路 • 后面的实验中具体介绍
• MCU总线电路
• 74LS138译码电路
74LS138
• 74LS138 ：3 －8 线译码器
74LS138工作原理
• 当一个选通端（G1）为高电平，另两个选 通端（/(G2A)和/(G2B)）为低电平时，可将 地址端（A、B、C）的二进制编码在一个 对应的输出端以低电平译出。
SSR的构成
固态继电器的特点
• 可以应对高速、高频开关 • 没有接触不良 • 发生干扰小 • 无动作音 • 接点无损耗
继电器开关的优点
• 继电器开关优点：
– 小电流控制大电流 – 低电压控制高电压 – 开合时间短 – 寿命长 – 输入输出隔离，抗干扰
继电器
开发板原理图设计
• 继电器电路
外部总线扩展
实验需求与设计分析
• 硬件分析
– 温度传感器 – 数码管 – LED灯 – 加热电路
• 系统设计分析
系统结构框图设计
数码管显示
CH452
LED指示
MCU
加热电路
鱼缸
温度传感器 DS18B20
加热方案的设计
• 常见的加热方案设计
– 化石燃料、生物燃料
• 固体酒精 • 煤气
– 电能加热
• 空调 • 热得快 • 电磁炉
• 组成
– 干簧管 – 线圈
干簧继电器
干簧管
• 用两片既导磁又导电的材料做成簧片，平 行地封入装有惰性其他的玻璃管中组成开 关元件。两簧片的端部重叠并留有一定间 隙以构成触点
干簧管工作原理
干簧管工作原理
• 当永久磁铁靠近干簧管或由绕在干簧管上 的线圈通电后形成磁场使簧片磁化，簧片 的触点部分就感应出极性相反的磁极，异 名的磁极相互吸引。
继电器触点
• 继电器模型
– 静触点（一个或多个） – 动触点（公共端）
A
C
B
• 触点的基本形式：
– 动合型（H型）线圈不通电时两触点是断开的 ，通电后，两个触点就闭合。以合字的拼音字 头“H”表示
– 动断型（D型）线圈不通电时两触点是闭合的 ，通电后两个触点就断开。用断字的拼音字头 “D”表示
– 转换型（Z型）这是触点组型。这种触点组共 有三个触点，即中间是动触点
开关模型
• 单刀单掷SPST • 双刀单掷DPST
单刀双掷SPDT 双刀双掷DPDT
继电器的分类
• 按照工作原理或结构特征分类
– 电磁继电器 – 固态继电器 – 温度继电器 – 舌簧继电器 – 时间继电器
电磁继电器
• 电磁继电器原型
电磁继电器的主要参数
• 工作电压（电流） • 吸合电压（电流） • 释放电压（电流） • 动作时间 • 返回时间 • 触点的开闭能力 • 灵敏度 • 寿命