是以 stc89c52 单片机为核心的色谱分析仪色谱柱柱箱温度智能控制系统。

温度信号由温度传感芯器芯片 ds1302 采集，并以数字信号的方式发送到单片机。文中分芯片介绍、硬件设计和软件设计三部分，分别介绍了该控制系统的硬件部分包括：stc89c52 单片机、温度传感器 ds1802、时钟芯片 ds1302、锁存器芯片 74hc573、数码显示电路、继电器控制加热电路以及矩阵键盘。单片机通过对键盘输入信号、温度采集信号、时钟信号等的相应处理，从而实现色谱分析仪色谱柱柱箱温度智能定时控制的目的。软件部分主要包括：系统主程序，初始化、键盘扫描、数据采集、数据处理、控制、显示、报警等子程序。

【关键词】色谱分析仪 温度控制 单片机 继电控制 智能电网

河南城建学院本科毕业设计（论文）abstract abstract the purpose of this design is to provide a best temperature environment for the work of chromatographic column, so chromatographic analyzer can get the most accurate test results in the best working state, and ensure the normal operation of the power grid which lay the foundation of chip microcontroller stc89c52 is the core of chromatographic column box of chromatographic analyzer, and this is an temperature-intelligent control ature signal can be collected by the temperature sensor chip ds1302, and sent to the single chip microcontroller by the way of digital paper introduce three parts which are the chip and the design of hardware and software, and introduce the hardware of control system respectively which includes single chip microcomputer stc89c52, the temperature sensor ds1802, clock chip ds1302, latches chip 74 hc573, digital display circuit, relay control circuit for heating and the matrix h the corresponding processing, such as inputting signal to keyboard, gathering temperature signals and the clock signal, scm could realize the purpose that the chromatographic column box of chromatographic analyzer can be temperature-intelligent timing re mainly includes the main program of system and the subprogram of initialization, keyboard scanning, data collection, data processing, controlling, displaying, alarming and so ds: chromatographic analyzer，temperature control，singlechip，relay control，smart grid

河南城建学院本科毕业设计（论文）目录 目录 摘要…………………………………………………………………………………i abstract……………………………………………………………………………ii 第 1 章 引言…………………………………………………………………………1 1.1 课题介绍……………………………………………………………………1 1.2 论文结构……………………………………………………………………2 第 2 章 元器件介绍…………………………………………………………………3 2.1 r 型变压器…………………………………………………………………3 2.2 三端稳压集成电路 7805……………………………………………………4 2.3 整流桥………………………………………………………………………6 2.4 锁存器 74hc573……………………………………………………………7 2.5 数码管……………………………………………………………………9 2.6 时钟芯片…………………………………………………………………11 2.7 蜂鸣器……………………………………………………………………15 2.8 固态继电器………………………………………………………………16 2.9 单片机概述………………………………………………………………19 第 3 章 系统组成……………………………………………………………………23 3.1 供电模块…………………………………………………………………23 3.2 晶振模块…………………………………………………………………23 3.3 复位模块……………………………………………………………………24 3.4 mcu 最小模块………………………………………………………………24 3.5 显示模块…………………………………………………………………25 3.6 指示报警模块……………………………………………………………26 3.7 键盘模块…………………………………………………………………26 3.8 继电器模块………………………………………………………………28 3.9 时钟模块…………………………………………………………………28 3.10 温度传感器模块…………………………………………………………28 第 4 章 系统及程序结构……………………………………………………………29 4.1 系统结构…………………………………………………………………29 4.2 程序结构…………………………………………………………………31 4.3 系统运作过程描述………………………………………………………32 总结…………………………………………………………………………………33 致谢…………………………………………………………………………………34 参考文献……………………………………………………………………………35

河南城建学院本科毕业设计（论文）目录 附录一………………………………………………………………………………36 附录二………………………………………………………………………………37 附录三………………………………………………………………………………40

河南城建学院本科毕业设计（论文）第 1 章 引言 第 1 章 引言 1.1 课题介绍 1.1.1 课题的目的和意义 智能电网是我国电网发展的一个方向，为此政府投入了大量的物力和财力。智能电网的主要部分是智能监控系统，而智能监控系统又分为智能检测和智能控制两大块。

变压器的检测也是只能检测的重要组成部分。变压器的正常运行对变压器绝缘油的成分有很高的要求。为了确保变压器的正常运行，就必须对变压器绝缘油进行实时的检测。色谱分析仪正式致力于这一点而产生的一款对变压器绝缘油的成分及成分变化进行实时检测的高精密仪器。

为确保分析结果的精确度，我们必须保证色谱分析仪的核心部分色谱柱工作于它的最佳状态温度环境下。为此，对色谱柱柱箱的温度控制就显得尤为重要。

本设计的目的就是为色谱柱的工作提供一个最佳的温度环境，以便于色谱分析仪在最佳工作状态下得出最精确的检测结果，从而为保证电网的正常运行奠定基础。

1.1.2 国内外研究综述 ① 国外温度测控系统研究 国外对温度控制技术研究较早 [1]，始于 20 世纪 70 年代。先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制 [2]。80 年代末出现了分布式控制系统 [3]。目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统 [4]。现在世界各国的温度测控技术发展很快 [5]，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化 [6]、无人化的方向发展 [7]。

② 国内温度测控系统研究 我国对于温度测控技术的研究较晚，始于 20 世纪 80 年代 [8]。我国工程技术人员在吸收发达国家温度测控技术的基础上，才掌握了温度室内微机控制技术，该技术仅限于对温度的单项环境因子的控制 [9]。我国温度测控设施计算机应用，在总体上正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展[10]。在技术上，以单片机控制的单参数单回路系统居多 [11]，尚无真正意义上的多参数综合控制系统 [12]，与发达国家相比，存在较大差距 [13]。我国温度测量控制现状还远远没有达到工厂化的程度 [14]，生产实际中仍然有许多问题困扰着我们，存在着装备配套能力差，产业化程度低，环境控制水平落后，软硬件资源不能共享和可靠性差等缺点 [15]。

河南城建学院本科毕业设计（论文）第 1 章 引言 1.1.3 设计所用的方法 ① 通过对单片机、自动控制理论、传感器等的学习研究基于单片机的温度检测与控制系统。

② 硬件电路以 at89s52 单片机为微处理器，设计温度信号采样电路，键盘及显示电路，温度控制电路，报警电路，时钟信号电路。

③ 由键盘电路输入设定温度信号给单片机，温度信号采集电路采集现场温度信号给单片机，单片机根据输入与反馈信号的偏差进行计算，输出控制信号给温度控制电路，实现温度控制。显示电路实现现场温度的实时监控。

1.2 论文结构 在开始论文的编辑之前，我的设计已经基本成熟，功能也都能较好的实现了。根据设计过程中自己查阅资料，进行设计的全过程，我把论文的结构做了一下的构建。

第一章是论文的引言，在这里我对有关色谱分析温度控制在国内外的一些发展情况和前景以及我针对这个设计的思路流程做了一个简单的介绍。第二章里，我安排的是设计中用到的主要芯片和元器件的功能原理以及参数和引脚等的介绍。以便在读到我的具体设计之前能够对我所用的元器件有充分的了解。第三章就步入正题，开始了系统的各个模块的硬件设计的介绍。在最后一章里，我对系统的结构关系和程序流程做了一个简单介绍。

河南城建学院本科毕业设计（论文）第 2 章 元器件介绍 第 2 章 元器件介绍 2.1 r 型变压器 r 型变压器以新颖、独特的结构，优异的电磁性能正得到越来越多的电子行业的青睐。特别适用于医疗设备、显示设备、音响设备、办公设备。本系统采用 r 型变压器作为供电模块变压器。

2.1.1 r 型变压器介绍 r 型变压器是干式变压器产品中的一枝新秀。其铁芯系采用宽窄不一的优质取向冷轧硅钢带卷制成腰圆形，而且截面呈圆形，不用切割即可绕制。因此，由此制造的变压器无噪声、漏磁小、空载电流小、铁损低、效率高；并且由于线圈是圆柱形，每圈的铜线长度短，所以，内阻小，铜耗低，温升低，过载波动小，爆发力比环形变压器还好；另外，初、次级线圈采用阻燃pbt 工程塑料制成的骨架分别绕制，从而抗电强度高，阻燃性好。

图 2.1 r 型变压器 2.1.2 r 型变压器性能 r 型变压器可以用作所有电器的电源变压器或隔离变压器。它具有效率高、体积小、重量轻等特点。

r 型铁芯所用的材料是高牌号冷轧取向性硅钢片，铁芯卷绕好后，经过退火处理，使硅钢片的分子结构重新排列。

河南城建学院本科毕业设计（论文）第 2 章 元器件介绍 r 型变压器体积小，重量轻。是用无切割铁芯卷绕，使用日本新日铁公司生产的取向性高牌号硅钢片，因而体积小。重量轻(比 ei 型变压器小 30%、轻 40%、薄 40%)。

由于铁芯无切割，铁损很小，加之采用高品质的材料和紧凑结构，使铁芯与绕组之间的距离降到最小，故效率可达 90%以上。

r 型变压器的铁芯没有磁隙且绕线均衡，因而漏磁小。无需设计任何防反漏磁措施。

由于 r 型变压器是用无切割铁芯卷绕，使用日本新日铁公 司生产的取向性高牌号硅钢片制成，具有均匀圆形截面和连续的绕线，电阻损耗和产热都很低，且由于没有切割，磁致伸缩应力就很容易被吸收，因而保证了应用无噪音。

r 型变压器设计合合理，因而具有铁损低，产热少，励磁电流小和能耗省的特点。

由于它独特的设计，将初级与次级的骨架分开，绝缘性能优良，由阻燃材料制成的互相分离的骨架可以满足任何国家的标准。

2.1.3 变压器的组成 变压器组成部件包括器身(铁芯、绕组、绝缘、引线)、变压器油、油箱和冷却装置、调压装置、保护装置(吸湿器、安全气道、气体继电器、储油柜及测温装置等)和出线套管。

2.2 三端稳压集成电路 7805 图 2.2 7805 管脚图 2.2.1 7805 介绍 电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的 78 ×× 系列和负电压输出的 79××系列。顾名思义，三端 ic 是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。它的样子象是普通的三极管，to-220 的标准封装，也有 9013 样子的 to-92 封装。

河南城建学院本科毕业设计（论文）第 2 章 元器件介绍 用 78/79 系列三端稳压 ic 来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压 ic 型号中的 78 或 79 后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如 7806 表示输出电压为正 6v，7909 表示输出电压为负9v。

因为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用。

2.2.2 注意事项 在实际应用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器（当然小功率的条件下不用）。当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。

当制作中需要一个能输出 1.5a 以上电流的稳压电源，通常采用几块三端稳压电路并联起来，使其最大输出电流为 n 个 1.5a，但应用时需注意：并联使用的集成稳压电路应采用同一厂家、同一批号的产品，以保证参数的一致。另外在输出电流上留有一定的余量，以避免个别集成稳压电路失效时导致其他电路的连锁烧毁。

在 78 **、79 ** 系列三端稳压器中最常应用的是 to-220 和 to-202 两种封装。这两种封装的图形以及引脚序号、引脚功能如附图所示。

此外，还应注意，散热片总是和接地脚相连。这样在 78**系列中，散热片和②脚连接，而在 79**系列中，散热片却和①脚连接。

2.2.3 7805 典型应用电路 78xx 系列集成稳压器的典型应用电路如下图所示，这是一个输出正 5v直流电压的稳压电源电路。ic 采用集成稳压器 7805，c1、c2 分别为输入端和输出端滤波电容，rl 为负载电阻。当输出电流较大时，7805 应配上散热板。

图 2.3 7805 典型应用电路 1234d?t?trans132vvgndinoutu478l05c5c6+c4vccgnd

河南城建学院本科毕业设计（论文）第 2 章 元器件介绍 2.2.4 7805 的输入电压范围 78**系列的稳压集成块的极限输入电压是 36v，最低输入电压比输出电压高 3-4v。还要考虑输出与输入间压差带来的功率损耗，所以一般输入为9-15v 之间。7v 的电压要想输出 5v，则需要使用低压差的稳压集成块。也可以使用 3 只普通的整流二极管降压，也能得到 5v 的较为稳定的电压，二极管的允许电流大于你需要的电流即可。

2.2.5 7805 的参数 参数 符号 测试条件 最小值 典型值 最大值 单位 输出电压 vo tj=25℃ 4.8 5.0 5.2 v 5.0ma<1o<1.0a,po<15w vi=7.5v to 20v 4.75 5.00 5.25 v 线性调整率 △vo tj=25℃,vi=7.5v to 25v 4.0 100 mv tj=25℃,vi=8v to 12v 1.6 50 mv 负载调整率 △vo tj=25℃,lo=5.0ma to 1.5a 9 100 mv tj=25℃,lo=250ma to 750ma 4 50 mv 静态电流 iq tj=25℃ 5.0 8 ma 静态电流变化率 △iq lo=5ma to 1.0a 0.03 0.5 ma vi=8v to 25v 0.3 0.8 ma 输出电压温漂 △vo/△t lo=5ma 0.8 mv/ ℃ 输出噪音电压 vn f=10hz to 100khz,ta=25℃ 42 μv 纹波抑制比 rr f=120hz,vi=8v to 18v 62 73 db 输入输出电压差 vo lo=1.0a,tj=25℃ 2 v 输出阻抗 ro f=1khz 15 mω 短路电流 1sc vi=35v,ta=25℃ 230 ma 峰值电流 1pk tj=25℃ 2.2 a 表 2.1 7805 参数 2.3 整流桥 2.3.1 整流桥介绍 整流桥就是将整流管封在一个壳内了.分全桥和半桥.全桥是将连接好的桥式整流电路的四个二极管封在一起.半桥是将两个二极管桥式整流的一半封在一

河南城建学院本科毕业设计（论文）第 2 章 元器件介绍 起,用两个半桥可组成一个桥式整流电路,一个半桥也可以组成变压器带中心抽头的全波整流电路, 选择整流桥要考虑整流电路和工作电压。

2.3.2 整流桥原理 在整流桥的每个工作周期内，同一时间只有两个二极管进行工作，通过二极管的单向导通功能，把交流电转换成单向的直流脉动电压。其内部结构原理如图 2.4。

图 2.4 整流桥 2.4 锁存器 74hc573 2.4.1 74hc573 介绍 八进制三态非反转透明锁存器 74hc573 是一种高性能硅门 cmos 器件。sl74hc573 跟 ls/al573 的管脚一样。输入是和标准 cmos 输出兼容的；加上拉电阻，他们能和 ls/alsttl 输出兼容。

当锁存使能端 le 为高时，这些器件的锁存对于数据是透明的（也就是说输出同步）。当锁存使能变低时，符合建立时间和保持时间的数据会被锁存。

2.4.2 74hc573 特性及引脚 ①参数及特性 输出能直接接到 cmos，nmos 和 ttl 接口上。

工作电压范围：2.0v~6.0v。

输入电流：1.0ua。

具有 cmos 器件的高噪声抵抗特性。

②引脚

河南城建学院本科毕业设计（论文）第 2 章 元器件介绍 oe-1 20 vcc 1d—2 19—1q 2d—3 18—2q 3d—4 17—3q 4d—5 16—4q 5d—6 15—5q 6d—7 14—6q 7d—8 13—7q 8d—9 12—8q gnd 10 11 le 表 2.2 74hc573 对应引脚 表 2.3 引脚说明 图 2.5 74hc573 封装图 1 脚三态允许控制端低电平有效 1d~8d 为数据输入端 1q~8q 为数据输出端 le 为锁存控制端

河南城建学院本科毕业设计（论文）第 2 章 元器件介绍 2.5 数码管 2.5.1 数码管介绍 数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为 1 位、2 位、4 位等等数码管。

按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(com)的数码管，共阳数码管在应用时应将公共极 com 接到+5v，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(com)的数码管，共阴数码管在应用时应将公共极 com 接到地线 gnd 上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。

2.5.2 数码管结构 led 数码管（led segment displays）是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。led 数码管常用段数一般为 7 段有的另加一个小数点，还有一种是类似于 3 位“+1”型。位数有半位，1，2，3，4，5，6，8，10 位等等....，led 数码管根据 led 的接法不同分为共阴和共阳两类，了解 led 的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。图 2 是共阴和共阳极数码管的内部电路，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。颜色有红，绿，蓝，黄等几种。led 数码管广泛用于仪表，时钟，车站，家电等场合。选用时要注意产品尺寸颜色，功耗，亮度，波长等。下面将介绍常用 led 数码管内部引脚图片。

图 2.6（a）是一个 7 段两位带小数点 10 引脚的 led 数码管。图 2.6（b）引脚定义，每一笔划都是对应一个字母表示 dp 是小数点（a）两位七段数码管（b）七段数码管引脚定义 图 2.6 七段数码管

河南城建学院本科毕业设计（论文）第 2 章 元器件介绍 2.5.3 数码管驱动方式 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，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。

① 静态显示驱动 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 端口多，如驱动 5 个数码管静态显示则需要 5×8=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），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。

② 动态显示驱动 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，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通 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 1～2ms，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。

2.5.4 数码管应用范围 数码管是一类显示屏通过对其不同的管脚输入相对的电流会使其发亮，从而显示出数字能够显示 时间、日期、温度等所有可用数字表示的参数。

由于它的价格便宜使用简单在电器特别是家电领域应用极为广泛，空调、热水器、冰箱等等。绝大多数热水器用的都是数码管，其他家电也用液晶屏与荧光屏。

2.5.5 数码管常见问题 ① 显示效果 由于发光二极管基本上属于电流敏感器件，其正向压降的分散性很大，并且还与温度有关，为了保证数码管具有良好的亮度均匀度，就需要使其具

河南城建学院本科毕业设计（论文）第 2 章 元器件介绍 有恒定的工作电流，且不能受温度及其它因素的影响。另外，当温度变化时驱动芯片还要能够自动调节输出电流的大小以实现色差平衡温度补偿。

② 安全性 即使是短时间的电流过载也可能对发光管造成永久性的损坏，采用恒流驱动电路后可防止 由于电流故障所引起的数码管的大面积损坏。

另外，我们所采用的超大规模集成电路还具有级联延时开关特性，可防止反向尖峰电压对发光二极管的损害。

超大规模集成电路还具有热保护功能，当任何一片的温度超过一定值时可自动关断，并且可在控制室内看到故障显示。

2.6 时钟芯片 2.6.1 时钟芯片 ds1302 介绍 ds1302 是美国 dallas 公司推出一种高性能，低功耗的实时时钟芯片，附加 31 字节静态ram，采用 sbi 三线接口与 cpu 进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和 ram 数据。实时时钟可提供一次性秒分时日星期月和年，一个月小于三十一天时可以自动调节，且具有闰年补偿功能。工作电压宽达 2.5~5.5v。采用双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电方式，提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。ds1302的内部结构如图 2.7 所示以及外部引脚分配如图 2.8 所示。ds1302 用于数据记录，特别是对于某些有特殊意义的数据点的记录上，能实现数据与出现该数据的时间的同时记录。因此广泛应用与测试系统上。

图 2.7 ds1302 内部结构

河南城建学院本科毕业设计（论文）第 2 章 元器件介绍 图 2.8 ds1302 外部引脚图 2.6.2 ds1302 引脚功能 vcc1：主电源；vcc2：备份电源。当 vcc2>vcc1+0.2v 时，由 vcc2 向 dsi302供电，当 vcc2

sclk:串行时钟，输入，控制数据的输入和输出。

i/o:三线接口时双向数据线。

ce:输入信号，在读、写数据期间，必须为高。该引脚有两个功能：第一，ce 开始控制字访问移位寄存器的控制逻辑；其次，ce 提供结束单字节或多字节数据传输的方法。

2.6.3 ds1302 内部寄存器 ①ds1302 有关日历、时间的寄存器共有 12 个，其中有 7 个寄存器（读时81h~8dh，写时 80h~8ch），存放的数据格式为 bcd 码形式，如表 2.4。

表 2.4 ds1302 有关日历、时间的寄存器 小时寄存器（85h、84h）的位7用于定义ds1302是运行于12小时模式还是24小时模式。当为高时，选择12小时模式。在12小时模式时，位5为0表示am，为1时，表示pm。在24小时模式时，位5是第二个10小时位。

vcc21x12x23gnd4rst5i/o6sclk7vcc8u6ds1302

河南城建学院本科毕业设计（论文）第 2 章 元器件介绍 秒寄存器（81h、80h）的位7定义为时钟暂停标志（ch）。当该位置为1时，时钟振荡器停止，ds1302处于低功耗状态；当该位置为0时，时钟开始运行。

控制寄存器（8fh、8eh）的位 7 是写保护位（wp），其它 7 位均置为 0。在任何的对时钟和 ram 的写操作之前，wp 位必须为 0。当 wp 位为 1 时，写保护位防止对任一寄存器的写操作。

表 2.5 读写地址 ②ds1302有关ram的地址 ds1302 中附加 31 字节静态 ram 的地址如图 4 所示。

③ds1302的工作模式寄存器 所谓突发模式是指一次传送多个字节的时钟信号和 ram 数据。突发模式寄存器如表 2.6。

表 2.6 突发模式寄存器 ④此外，ds1302还有充电寄存器等。

2.6.4 ds1302 读写时序 ds1302是spi总线驱动方式。它不仅要向寄存器写入控制字，还需要读取相应寄存器的数据。

要想与 ds1302 通信，首先要先了解 ds1302 的控制字。ds1302 的控制字如表 2.7。

表 2.7 控制字（即地址及命令字节）

河南城建学院本科毕业设计（论文）第 2 章 元器件介绍 控制字的最高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入到ds1302中。

位6：如果为0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取ram数据； 位5至位1（a4～a0）：指示操作单元的地址； 位0（最低有效位）：如为0，表示要进行写操作，为1表示进行读操作。

控制字总是从最低位开始输出。在控制字指令输入后的下一个 sclk 时钟的上升沿时，数据被写入 ds1302，数据输入从最低位（0 位）开始。同样，在紧跟 8 位的控制字指令后的下一个 sclk 脉冲的下降沿，读出 ds1302 的数据，读出的数据也是从最低位到最高位。数据读写时序如图 2.7。

图 2.7 数据读写时序 2.6.5 电路原理图 电路原理图如图 8，ds1302 与单片机的连接也仅需要 3 条线：ce 引脚、sclk串行时钟引脚、i/o 串行数据引脚，vcc2 为备用电源，外接 32.768khz 晶振，为芯片提供计时脉冲。

图 2.8 ds1302 连接图 vcc21x12x23gnd4rst5i/o6sclk7vcc8u6ds1302vccy2sclkcei/o

河南城建学院本科毕业设计（论文）第 2 章 元器件介绍 2.7 蜂鸣器 2.7.1 蜂鸣器介绍 蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。蜂鸣器在电路中用字母“h”或“ha”（旧标准用“fm”、“lb”、“jd”等）表示。

图 2.9 蜂鸣器 2.7.2 蜂鸣器驱动模块 在单片机应用的设计上，很多方案都会用到蜂鸣器，大部分都是使用蜂鸣器来做提示或报警，比如按键按下、开始工作、工作结束或是故障等等。这里对单片机在蜂鸣器驱动上的应用作一下描述。

由于蜂鸣器的工作电流一般比较大，以致于单片机的 i/o 口是无法直接驱动的，所以要利用放大电路来驱动，一般使用三极管来放大电流就可以了。

图 2.10 蜂鸣器驱动电路 u5bellqpnpr5vccfm

河南城建学院本科毕业设计（论文）第 2 章 元器件介绍 2.8 固态继电器 2.8.1 固态继电器简介 固态继电器是具有隔离功能的无触点电子开关，在开关过程中无机械接触部件，因此固态继电器除具有与电磁继电器一样的功能外，还具有逻辑电路兼容，耐振耐机械冲击，安装位置无限制，具有良好的防潮防霉防腐蚀性能，在防爆和防止臭氧污染方面的性能也极佳，输入功率小，灵敏度高，控制功率小，电磁兼容性好，噪声低和工作频率高等特点。固态继电器专用的固态继电器可以具有短路保护，过载保护和过热保护功能，与组合逻辑固化封装就可以实现用户需要的智能模块，直接用于控制系统中。固态继电器目前已广泛应用于计算机外围接口设备、恒温系统、调温、电炉加温控制、电机控制、数控机械，遥控系统、工业自动化装置；信号灯、调光、闪烁器、照明舞台灯光控制系统；仪器仪表、医疗器械、复印机、自动洗衣机；自动消防，保安系统，以及作为电网功率因素补偿的电力电容的切换开关等等，另外在化工、煤矿等需防爆、防潮、防腐蚀场合中都有大量使用。

2.8.2 固态继电器基本组成 固态继电器由三部分组成：输入电路，隔离（耦合）和输出电路。

① 输入电路 按输入电压的不同类别，输入电路可分为直流输入电路，交流输入电路和交直流输入电路三种。有些输入控制电路还具有与 ttl/cmos 兼容，正负逻辑控制和反相等功能，可以方便的与 ttl,mos 逻辑电路连接。

对于控制电压固定的控制信号，采用阻性输入电路。控制电流保证在大于5ma。对于大的变化范围的控制信号（如 3~32v）则采用恒流电路，保证在整个电压变化范围内电流在大于 5ma 可靠工作。

② 隔离（耦合）固态继电器的输入与输出电路的隔离和耦合方式有光电耦合和变压器耦合两种：光电耦合通常使用光电二极管—光电三极管，光电二极管—双向光控可控硅，光伏电池，实现控制侧与负载侧隔离控制；高频变压器耦合是利用输入的控制信号产生的自激高频信号经耦合到次级，经检波整流，逻辑电路处理形成驱动信号。

2.8.3 固态继电器工作原理 它是用半导体器件代替传统电接点作为切换装置的具有继电器特性的无触点开关器件，单相 ssr 为四端有源器件，其中两个输入控制端，两个输出端，输入输出间为光隔离，输入端加上直流或脉冲信号到一定电流值后，输出端就能从断态转变成通态。

河南城建学院本科毕业设计（论文）第 2 章 元器件介绍 交流固态继电器按开关方式分有电压过零导通型（简称过零型）和随机导通型（简称随机型）按输出开关元件分有双向可控硅输出型（普通型）和单向可控硅反并联型（增强型）按安装方式分有印刷线路板上用的针插式（自然冷却，不必带散热器）和固定在金属底板上的装置式（靠散热器冷却）另外输入端又有宽范围输入（dc3~32v）的恒流源型和串电阻限流型等。

ssr 固态继电器以触发形式，可分为零压型（z）和调相型（p）两种。

在输入端施加合适的控制信号 in 时，p 型 ssr 立即导通。当 in 撤销后，负载电流低于双向可控硅维持电流时（交流换向），ssr 关断。z 型 ssr 内部包括过零检测电路，在施加输入信号 in 时，只有当负载电源电压达到过零区时，ssr 才能导通，并有可能造成电源半个周期的最大延时。z 型 ssr 关断条件同 p 型，但由于负载工作电流近似正弦波，高次谐波干扰小，所以应用广泛。北京灵通电子公司的 ssr 由于采用输出器件不同，有普通型（s，采用双向可控硅元件）和增强型（hs，采用单向可控硅元件）之分。当加有感性负载时，在输入信号截止 t1之前，双向可控硅导通，电流滞后电源电压 90o（纯感时）。t1 时刻，输入控制信号撤销，双向可控硅在小于维持电流时关断（t2），可控硅将承受电压上升率dv/dt 很高的反向电压。这个电压将通过双向可控硅内部的结电容，正反馈到栅极。如果超过双向可控硅换向 dv/dt 指标（典型值 10v/ s，将引起换向恢复时间长甚至失败。单向可控硅（增强型 ssr）由于处在单极性工作状态，此时只受静态电压上升率所限制（典型值 200v/s），因此 增强型固态继电器 hs 系列比普通型 ssr 的换向 dv/dt 指标提高了 5~20 倍。由于采用两只大功率单向可控硅反并联，改变了电流分配和导热条件，提高了 ssr 输出功率。增强型 ssr 在大功率应用场合，无论是感性负载还是阻性负载，耐电压、耐电流冲击及产品的可靠性，均超过普通固态继电器。

2.8.4 固态继电器技术参数 输入电压范围 在环境温度 25o c 下，固态继电器能够工作的输入电压范围。

输入电流 在输入电压范围内某一特定电压对应的输入电流值。

接通电压 在输入端加该电压或大于该电压值时，输出端确保导通。

关断电压 在输入端加该电压或小于该电压值时，输出端确保关断。

河南城建学院本科毕业设计（论文）第 2 章 元器件介绍 反极性电压 能够加在继电器输入端上，而不应起永久性破坏的最大允许反向电压。

额定输出电流 环境 25"c 时的最大稳态工作电流。

额定输出电压 能够承受的最大负载工作电压。

输出电压降 当继电器处于导通时，在额定输出电流下测得的输出端电压。

输出漏电流 当继电器处于关断状态施加额定输出电压时，流经负载的电流值。

接通时间 当继电器接通时，加输入电压到接通电压开始至输出达到其电压最终变化的90%为止之间的时间间隔。

关断时间 当继电器关断时，切除输入电压到关断电压开始至输出达到其电压最终变化的 10%为止之间的时间间隔。

过零电压 对交流过零型固态继电器，输入端加入额定电压，能使继电器输出端导通的最大起始电压。

最大浪涌电压 继电器能承受的而不致造成永久性损坏的非重复浪涌（或过载）电流。

电器系统峰值 在继电器工作状态继电器输出端能够承受的最大迭加的瞬时峰值击穿电压。

电压指数上升率 dv/dt 继电器的输出元件能够承受的不使其导通的电压上升率。

工作温度 继电器按规范安装或不安装散热板时，其正常工作的环境温度范围。

2.8.5 固态继电器优缺点 ①优点（1）高寿命，高可靠：固态继电器没有机械零部件，有固体器件完成触点功能，由于没有运动的零部件，因此能在高冲击，振动的环境下工作，由于组成固态继电器的元器件的固有特性，决定了固态继电器的寿命长，可靠性高。

（2）灵敏度高，控制功率小，电磁兼容性好：固态继电器的输入电压范围较宽，驱动功率低，可与大多数逻辑集成电路兼容不需加缓冲器或驱动器。

河南城建学院本科毕业设计（论文）第 2 章 元器件介绍（3）快速转换：固态继电器因为采用固体器件，所以切换速度可从几毫秒至几微妙。

（4）电磁干扰小：固态继电器没有输入“线圈”，没有触点燃弧和回跳，因而减少了电磁干扰。大多数交流输出固态继电器是一个零电压开关，在零电压处导通，零电流处关断，减少了电流波形的突然中断，从而减少了开关瞬态效应。

②缺点（1）导通后的管压降大，可控硅或双相控硅的正向降压可达 1~2v，大功率晶体管的饱和压降也在 1~2v 之间，一般功率场效应管的导通电阻也较机械触点的接触电阻大。

（2）半导体器件关断后仍可有数微安至数毫安的漏电流，因此不能实现理想的电隔离。

（3）由于管压降大，导通后的功耗和发热量也大，大功率固态继电器的体积远远大于同容量的电磁继电器，成本也较高。

（4）电子元器件的温度特性和电子线路的抗干扰能力较差，耐辐射能力也较差，如不采取有效措施，则工作可靠性低。

（5）固态继电器对过载有较大的敏感性，必须用快速熔断器或 rc 阻尼电路对其进行过载保护。固态继电器的负载与环境温度明显有关，温度升高，负载能力将迅速下降。

（6）主要不足是存在通态压降（需相应散热措施），有断态漏电流，交直流不能通用，触点组数少，另外过电流、过电压及电压上升率、电流上升率等指标差。

2.9 单片机概述 stc89c52 作为普通 51 单片机已经广泛应用于各种产品中，其接口简单，方便使用，功能强大，因此本系统采用 stc89c52 单片机作为主控制芯片。

2.9.1 stc89c52 功能特点介绍 stc89c52 是一种低功耗、高性能 cmos8 位微控制器，具有 8k 在系统可编程 flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 cpu 和在系统可编程 flash，使得 stc89c52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

具有以下标准功能：

8k 字节 flash，512 字节 ram，32 位 i/o 口线，看门狗定时器，内置 4kb eeprom，max810 复位电路，三个 16 位 定时器/计数器，一个 6向量 2 级中断结构，全双工串行口。另外 stc89x52 可降至 0hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，cpu 停止工作，允许 ram、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，ram 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率

河南城建学院本科毕业设计（论文）第 2 章 元器件介绍 35mhz，6t/12t 可选。

2.9.2 与 atml 的对比 stc89c52rc 单片机: 8k 字节程序存储空间； 512 字节数据存储空间； 内带 4k 字节 eeprom 存储空间;可直接使用串口下载； at89s52 单片机: 8k 字节程序存储空间； 256 字节数据存储空间； 没有内带 eeprom 存储空间。

2.9.3 引脚功能及管脚电压 stc89c52 为 8 位通用微处理器，采用工业标准的 c51 内核，在内部功能及管脚排布上与通用的 8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主 ic 内部寄存器、数据 ram 及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号 ir 的接收解码及与主板 cpu 通信等。主要管脚有：xtal1（19 脚）和 xtal2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12mhz 晶振。rst/vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。vcc（40 脚）和 vss（20 脚）为供电端口，分别接+5v 电源的正负端。p0~p3 为可编程通用 i/o 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，p0 端口（32~39 脚）被定义为 n1 功能控制端口，分别与 n1 的相应功能管脚相连接，13 脚定义为 ir输入端，10 脚和 11 脚定义为 i2c 总线控制端口，分别连接 n1 的 sdas（18 脚）和 scls（19 脚）端口，12 脚、27 脚及 28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板 cpu 的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。

① p0 口 p0 口是一组 8 位漏极开路型双向 i/o 口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的 方式驱动 8 个 ttl 逻辑门电路，对端口 p0 写“1”时，可作为高阻抗输入端用。

在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低 8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。

在 flash 编程时，p0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。

② p1 口 p1 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 i/o 口，p1 的输出缓冲级可驱动

河南城建学院本科毕业设计（论文）第 2 章 元器件介绍（吸收或输出电流）4 个 ttl 逻辑 门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉 电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(iil)。

与 at89c51 不同之处是，p1.0 和 p1.1 还可分别作为定时/计数器 2 的外部计数输入（p1.0/t2）和输入（p1.1/t2ex），flash 编程和程序校验期间，p1 接收低 8 位地址。

表.p1.0 和 p1.1 的第二功能 引脚号 功能特性 p1.0 t2，时钟输出 p1.1 t2ex（定时/计数器 2）表 2.8 p1.0 和 p1.1 的第二功能 ③ p2 口 p2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 i/o 口，p2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 ttl 逻辑 门电路。对端口 p2 写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(iil)。

在访问外部程序存储器或16 位地址的外部数据存储器（例如执行movx @dptr 指令）时，p2 口送出高 8 位地址数据。在访问 8 位地址的外部数据存储器（如执行 movx @ri 指令）时，p2 口输出 p2 锁存器的内容。

flash 编程或校验时，p2 亦接收高位地址和一些控制信号。

④ p3 口 p3 口是一组带有内部上拉电阻的 8 位双向 i/o 口。p3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 ttl 逻 辑门电路。对 p3 口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的 p3 口将用上拉电阻输出电流（iil）。

p3 口除了作为一般的 i/o 口线外，更重要的用途是它的第二功能 p3 口还接收一些用于 flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。

⑤ rst 复位输入。当振荡器工作时，rst 引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。

⑥ ale/prog

河南城建学院本科毕业设计（论文）第 2 章 元器件介绍 当访问外部程序存储器或数据存储器时，ale（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节。一般情况下，ale 仍以时钟振荡频率的 1/6 输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个 ale 脉冲。

对 flash 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（prog）。

如有必要，可通过对特殊功能寄存器（sfr）区中的 8eh 单元的 d0 位置位，可禁止 ale 操作。该位置位后，只有一条 movx 和 movc 指令才能将 ale 激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置 ale 禁止位无效。

⑦ psen 程序储存允许（psen）输出是外部程序存储器的读选通信号，当 stc89c52 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次 psen 有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次 psen 信号。

⑧ ea/vpp 外部访问允许。欲使 cpu 仅访问外部程序存储器（地址为 0000h—ffffh），ea 端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位 lb1 被编程，复位时内部会锁存 ea 端状态。

如 ea 端为高电平（接 vcc 端），cpu 则执行内部程序存储器中的指令。

flash 存储器编程时，该引脚加上+12v 的编程允许电源 vpp，当然这必须是该器件是使用 12v 编程电压 vpp。

⑨ xtal1 振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。

⑩ xtal2 振荡器反相放大器的输出端。

图 2.11 stc89c52 管脚图 ea/vpp31x119x218reset9rd/p3717wr/p3616p32/int012p33/int113p34/t014p35/t115p101p112p123p134p145p156p167p178p0039p0138p0237p0336p0435p0534p0633p0732p2021p2122p2223p2324p2425p2526p2627p2728psen29ale/p...

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