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1、- I - 双路床单位消毒器的设计双路床单位消毒器的设计 摘摘 要要 当前,科学技术的进步使人们对健康的要求将变得更加高,这就迫切需要引入先 进的臭氧消毒技术来跟踪这种变化。双路床单位消毒器作为最新消毒器械,其产生对 于生产,生活有着重要的意义。该器械产生的臭氧浓度可调,适用各种床单位;可利 用左右通道同时处理相邻两张病床;可适用于公共场所的器件及空气灭菌消毒;消毒 时间数码直观显示,时间可随意设定。 本设计完成的是采用臭氧消毒的双路医用设备,包括空气压缩机及臭氧发生器, 臭氧发生器的出气端同时还连接有电磁阀,该电磁阀和外接的空气发生器配合构成臭 氧浓度调节装置,其主要包括空气压缩机的控制开关
2、,通过相位控制实现对臭氧发生 量的控制以产生不同的浓度,以及臭氧发生的时间可调。 双路床单位消毒器可为各类用户尽可能经济地提供可靠而合乎标准要求的臭氧浓 度,以随时满足不同的杀菌要求。将其应用于各个公共场所,可满足人们对健康的需 求,同时也有利于国家卫生工作的顺利开展。 关键词:关键词:臭氧 ;床单位消毒器 ;AT89C52;电磁阀 双路床单位消毒器的设计 - II - Design of Double- road- bed -sheet Disinfecting Machine Abstract At present, the health requirements of people wi
3、ll become more with the progress in science and technology. There is an urgent need to introduce advanced ozone disinfection technology to track these changes. As the latest disinfect apparatus, the double -road -bed - sheet has been included in appointed disinfecting method .Its creation plays an i
4、mportant role in our production and life. The ozone density of that apparatus applied various bed sheet is adjustable. It can make use of or so passage to handle two sickbeds in the meaning. It could be applied as machine as air germ disinfectant in the public place. The time of disinfectant is mani
5、fested visually, time can be set at will. What this thesis completion double -road -medical equipments, a kind of practical new medical bed ozone disinfecting machine, including the air compressor and ozone of road conjunction. The vent of ozone links electromagnetism valve, which matches with circu
6、mscribe of air occurrence and has composed ozone-density-regulating device. The device mainly including the control switch of the air compression controlling the quantity of ozone occurrence is adjustable. Dual-bed unit sterilizer provides the ozone concentration as possible for a variety of users i
7、n order to be ready at all times to meet different requirements sterilization. It will be applied to all public places. People can meet the health needs and it also can be conducive to the countrys public health work smoothly. Keyword: The ozone ;bed -sheet - disinfecting machine ;AT89C52 ;electroma
8、gnetism valve - III - 目目 录录 引引 言言.1 第第 1 章章绪论绪论.2 1.1 双路床单位消毒器的来源和意义 2 1.2 双路床单位消毒器的发展和现状 2 1.3 双路床单位消毒器的基本原理 3 1.4 双路床单位消毒器的主要特点 3 第第 2 章章 总体设计方案论述总体设计方案论述.5 2.1 双路床单位消毒器的方案论述 5 2.2 双路床单位消毒器的硬件框图 5 第第 3 章章 硬件部分设计硬件部分设计.7 3.1 单片机结构 7 3.1.1 AT89C52 芯片介绍7 3.1.2X5045 芯片介绍10 3.1.2X5045 与单片机接口电路的设计11 3.2
9、 显示部分设计 11 3.2.1 LED 数码管简介11 3.2.2 LED 数码管驱动电路设计12 3.2.3 指示灯电路设计.14 3.3 键盘部分设计 15 3.3.1 键盘设计概述.15 3.3.2 键盘操作.16 3.4 控制部分设计 17 3.4.1 继电器控制.17 3.4.2 浓度控制.18 3.4.3 蜂鸣器报警.22 第第 4 章章软件部分设计软件部分设计.24 4.1 总体设计思路 24 4.2 主程序的设计 24 4.3 中断服务程序的设计 25 4.3.1 LED 数码管的动态显示25 4.3.2 倒计时软件设计.27 4.3.3 相位控制软件的设计.30 4.3.4
10、 过零检测程序设计.30 结论与展望结论与展望.33 致致 谢谢.34 参考文献参考文献.35 附录附录 A 附加原理图附加原理图.36 附录附录 B 引用的外文文献以及译文引用的外文文献以及译文.38 附录附录 C 主要参考文献题录与摘要主要参考文献题录与摘要.41 附录附录 D 部分源程序清单部分源程序清单.43 双路床单位消毒器的设计 - IV - 插图清单插图清单 图 1-1 双路床单位消毒器的组成框图.3 图 2-1 双路床单位消毒器的硬件框图.6 图 3-1 AT89C52 引脚结构图7 图 3-2 X5045 引脚结构图.10 图 3-3 AT89C52 与 X5045 的接口电
11、路.11 图 3-4 LED 显示电路12 图 3-5 LED 数码管驱动电路13 图 3-6 ULN2803 管脚连接图13 图 3-7 74HC245 引脚结构图 14 图 3-8 74HC164 引脚分布图 14 图 3-9 指示灯硬件连接图.15 图 3-10 按键接口电路.16 图 3-11 是直流继电器的接口电路图.18 图 3-12 双向晶闸管型触发电路.19 图 3-13 不同控制角时负载电压波形.21 图 3-14 过零检测电路.21 图 3-15 检测电压波形.22 图 3-16 音乐接口电路.23 图 4-1 主程序流程图.24 图 4-2 动态显示程序流程图.27 图
12、4-3 控制程序流程图.28 图 4-4 第一路床单位消毒子程序流程图.29 图 4-5 相位控制流程图.30 图 4-6 过零检测程序流程图.31 - V - 插表清单插表清单 表 3-1 定时/计数器工作方式控制寄存器 TMOD 7 表 3-2 工作方式选择.8 表 3-3 LED 显示器显示段码的对应关系12 表 3-4 74HC245 的功能表 14 - 1 - 引引 言言 日常生活中的细菌病毒不仅可直接成为传染病的传播媒介,还可污染其它媒介传 播疾病。随着人们对健康的要求变得更加高,这就迫切需要引入新的技术来跟踪这种 变化。本文正是基于这种要求而进行双路床单位消毒器问题的研究。 以往
13、的消毒器设计中常采用紫外线灯照射和化学试剂熏蒸的方法对洁净区进行灭 菌消毒。但在实践中发现这些方法虽然容易操作但消毒效果差,灭菌时间相对较长, 臭氧浓度无法调节。随着科学技术的发展,这些不足已随着臭氧技术的发展而逐一解 决。在近几年的设计中已利用臭氧消毒对洁净区进行消毒处理,并通过实际使用的情 况证明了臭氧的高效、高洁净及操作简便的优点。 本设计采用臭氧消毒,不但可有效预防与控制各类病毒的发生和流行,对防止其 他传染病的传播也有十分重要的意义。双路床单位消毒器还可以为各类用户提供可靠 而合乎标准要求的臭氧浓度,以随时满足不同的杀菌要求。其在医院、宾馆、实验室、 办公室及会议室等公共场所都可以应
14、用,完全能够满足人们生产生活的需要。 鉴于双路床单位消毒器的性质,本设计重点介绍了臭氧产生的不同机理及浓度的 调节特性,分析了消毒器的组成结构以及控制原理,对所用交流电压调节以及PWM调 节进行了详细的描述。本文还对臭氧产生的不同方法进行分析。通过比较,采用了电 晕高压放电法产生臭氧,它是由高压电晕介质阻挡放电,通过高能离子把氧气离解成 氧原子,氧原子再和氧分子结合形成臭氧。 为保障设计的精度,文中对臭氧浓度进行了设定。鉴于当前医疗水平不断提高, 希望这篇论文能为医疗消毒事业的发展有一定的作用。 双路床单位消毒器的设计 - 2 - 第第 1 章章 绪论绪论 1.1 双路床单位消毒器的来源和意义
15、 在日常生活中,细菌病毒不仅可直接成为传染病的传播媒介,还可污染其它媒介 传播疾病。双路床单位消毒器不但可有效预防与控制各类病毒的发生和流行,对防止 其他传染病的传播也有十分重要的意义。 在以往的消毒器设计中常采用紫外线灯照射和化学试剂熏蒸的方法对洁净区进行 灭菌消毒。但在实践中发现紫外线存在照射不到的“阴影区”,随着使用时间增加, 其灭菌能力不断减退;化学熏蒸灭菌时间相对较长,消毒结束后需对洁净区及设备再 次清洁,易形成二次污染。而且实验证明,经过以上方法消毒的床位,在治疗过程中, 由于人的活动,空气中的细菌总数会达到消毒结束时的9倍多。 随着科学技术的发展,这些不足已随着臭氧技术的发展而逐
16、一解决。在近几年的 设计中已利用臭氧消毒对洁净区进行消毒处理,并通过实际使用的情况证明了臭氧的 高效、高洁净及操作简便的优点。 当前,科学技术的进步使人们对健康的要求将变得更加高,这就迫切需要引入新 的技术来跟踪这种变化。市场的发展需要先进的臭氧消毒技术,本文正是基于这种要 求而进行双路床单位消毒器问题的研究。 1.2 双路床单位消毒器的发展和现状 双路床单位消毒器是随着臭氧技术的逐步发展而发展起来的,来源于医用卫生保 健,现已成为消毒系统必不可少的一部分,也成为卫生安全及预防疾病中必不可少的 手段之一,经过几十年的发展已经取得了巨大的进步。消毒器的发展是从传统不可控 制到可控应用逐步发展的过
17、程,也是从一般手动调节臭氧浓度到自动化、智能化逐步 转变的过程。 早在1840年,人类从自然界中就发现了臭氧。到了1845年,科学家们利用纯氧同电 火花作用人工制得臭氧。1857年,人类研制首台臭氧发生器。 随着健康卫生的需要, 1886年,臭氧开始用作杀菌剂试验。 1898年,出现新的原型板式臭氧发生器, 并用于 规模化水处理厂中。目前,臭氧已广泛用于各类消毒。 目前国内市场上可见到各种各样的消毒柜,有红外线型的,紫外线型的,也有臭 氧型的。红外线型的耗电量大,使用费用高;紫外线型的只能对紫外线照到的地方有 杀菌作用,作用面积小,效果差;而臭氧型的则是靠弥漫在餐具周围的臭氧气体进行 杀菌,耗
18、电少,杀菌效果好,弥补了红外线型与紫外线型消毒柜的不足。自从发现臭 氧以来,科学家们对其进行了大量的研究,发现臭氧为已知最强的氧化剂之一,具有 奇特的强氧化、高效消毒、催化等作用。100多年来,各发达国家已普及臭氧技术,并 为保护人类健康和自我保健做出了积极的贡献。 双路床单位消毒器中的臭氧发生器是把氧气转化成臭氧的装置。 臭氧的发生技 术主要是通过自然界产生臭氧的方法模拟而来的,大致有光化学法、电化学法和电晕 放电法三种。本设计采用电晕高压放电法产生臭氧。 安全卫生是我国的基本国策, 臭氧技术产品开发是杀菌消毒、提高人民生活保障的 重要手段。要大力推广臭氧技术与成果, 努力开发我国的消毒器材
19、产业。 - 3 - 1.3 双路床单位消毒器的基本原理 在双路床单位消毒器设计中是以臭氧发生器与电磁阀控制系统相配合使用的。首 先根据净化空间及洁净级别计算选用合适的臭氧发生器,连接空气压缩机,利用电磁 阀作为控制臭氧供应的开关,使臭氧迅速、均匀地扩散到每一个床位。从而达到对洁 净区的微生物进行有效的杀菌。同时,相位控制实现对浓度控制的效果。 如图1-1是双路床单位消毒器的结构框图,由于采用电晕高压放电法产生臭氧,空 气压缩机将经过的空气压缩,在高压的状态下送入臭氧发生器,使其产生臭氧进行消 毒。四个继电器分别控制空气压缩机、三路电磁阀。注臭氧时,先打开电磁阀,再打 开空气压缩机,臭氧发生器。
20、保持时,先关臭氧发生器,空气压缩机,再关电磁阀。 在以往消毒器的基础上,利用左边的一路,垂直和水平方向各有一个单向电磁阀。 1. 在保持原来一路送臭氧气体时,新增加的水平单向电磁阀处于关闭状态,新增 加的垂直单向电磁阀处于打开状态。 2. 在用于室内空气消毒时,新增加的垂直状态的单向电磁阀处于关闭状态,新增 加的水平状态的单向电磁阀则处于打开状态。 下面就分章节介绍总体方案的设计思路以及各个模块的设计过程。 图1-1 双路床单位消毒器的组成框图 1.4 双路床单位消毒器的主要特点 传统的消毒器一般采用化学法、电解法、紫外线照射法等方法产生,远远不能满 足人们生活的需要,而本设计双路床单位消毒器
21、具有如下优势,可以达到理想的消毒 杀菌效果。 1、传统的消毒器不论消毒要求如何,臭氧浓度始终是一个不变量,结果造成消毒 双路床单位消毒器的设计 - 4 - 效果大打折扣,有的根本没有达到消毒作用的状况。所以,本机着重解决所产生的臭 氧是一个可变的又可以选择的臭氧浓度变量,每立方米分为三个档,即: 300mg,600 mg,900 mg,采用晶闸管调节电源电流的方式予以实现。 2、本设计选择可靠、体积小、重量轻的陶瓷臭氧管部件,10年正常使用无损坏。 3、以空气源为原料,通过电磁式无油润滑空气压缩机以70L/min的恒定排气量流 过臭氧发生器,并产生上述浓度的臭氧,输送到被罩内,对床单位物品进行
22、杀菌消毒。 4、被罩(体积为900L)在15分钟内充满臭氧气体并保持30分钟,可使得杀菌更彻 底,然后释放袋内气体,前提要求被罩的结构可靠,牢固,使用方便。 5、该机设置两条管路,可分别对其中的一路或两路床单位进行消毒。 6、消毒时间设置包括:注氧时间:一路床单位为15分钟; 两路床单位为30分钟。 保持时间: 全部为30分钟。 7、面板采用薄膜结构型式,设计合理,操作方便,美观大方。 双路床单位消毒器是一个完整的系统,它本身有内部结构系统,它与外界原料的 联系又形成它的外在系统,只有系统整体的统一,才能有高质量的杀菌效果,才能为 使用者提供最佳的实用性产品。 - 5 - 第第2章章 总体设计
23、方案论述总体设计方案论述 本论文完成的是采用臭氧消毒双路医用设备,一种实用新型医用的床单位臭氧消 毒器,包括空气压缩机及管路连接的臭氧发生器,臭氧发生器的进气端同时还管路连 接有流量调节的电磁阀,该电磁阀经双向晶闸管触发电路,由相位控制技术配合构成 臭氧浓度调节装置。调节部分主要包括空气压缩机的控制开关,通过相位控制实现对 臭氧发生量的控制以产生不同的浓度,以及臭氧发生的时间可调。本设计要求所产生 的臭氧浓度可变又可以选择的。 2.1 双路床单位消毒器的方案论述 双路床单位消毒器中的臭氧发生器是把氧气转化成臭氧的装置。本设计采用电晕 高压放电法产生臭氧。这是目前世界上最经济、最常用的方法,它是
24、由高压电晕介质 阻挡放电,通过高能离子把氧气离解成氧原子,氧原子再和氧分子结合形成臭氧。 本设计用 AT89C52 组成一个最小的单片机系统。为使成本最低,结构最简单,故 使用单片机内部的振荡器、上电复位和看门狗电路。在电路中还有的 SM08021LED 数 码管。 继电器所采用的是电磁式直流接触器。继电器动作时,对电源有一定的干扰,为 了提高单片机系统的可靠性,在单片机和继电器之间都用光电耦合器隔离。在本设计 中,采用了 TLP521-4 光耦。继电器采用 5V 控制,270V/10A 的型号,电路设计加入 反向二极管和 0.33UF/380V 电容,起到保护作用。继电器的动作由单片机 AT
25、89C52 的 P2.4 P2.7 口控制。当口线输出低电压时,继电器吸合;输出高电压时,继电器释放。 本设计中采用双向晶闸管型触发电路。不需要另外的触发电源,使用双向晶闸管 的工作电源作为触发电源。触发信号通常经脉冲变压器或光电耦合器隔离后,加到晶 闸管上。 本设计中要求臭氧浓度可调。因此使用相位控制调节臭氧发生器的电源,达到调 节臭氧浓度的目的。 2.2 双路床单位消毒器的硬件框图 如下图所示,双路床单位消毒器由以下板块组成,下面就分章节从单片机系统, 显示系统,键盘系统,控制系统四个板块分别介绍总体方案的设计思路以及各个模块 的设计过程。 双路床单位消毒器的设计 - 6 - 图2-1 双
26、路床单位消毒器的硬件框图 - 7 - 第第3章章 硬件部分设计硬件部分设计 3.1 单片机结构 对于一个简单的单片机应用系统,单片机是系统的核心部分,用来实现数据的接 收以及输出控制。在设计中选用单片机 AT89C52 与 X5045 一起构成最小应用系统。 X5045 确保单片机永不死机。下面就详细介绍该芯片的一些性能指标以及在设计中的 应用。 3.1.1 AT89C52 芯片介绍 AT89C52 是 ATMEL 公司的产品,是带 8K 字节 FLASH 可编程、可擦除、只读存 储器的低电压,高性能 CMOS 8 位微处理器。由于将多功能 8 位 CPU 和闪速存储器组 合在单个芯片中,AT
27、MEL 的 AT89C52 是一种高效微控制器,为很多嵌入式控制系统 提供了一种灵活性高且价廉的方案。AT89C52 的引脚结构如图 3-1 所示。 图3-1 AT89C52引脚结构图 在本设计中,需要用到定时/计数器的相关知识,下面就此进行介绍。 表3-1 定时/计数器工作方式控制寄存器TMOD 位序B7B6B5B4B3B2B1B0 位符号GATEC/TM1M0GAT E C/TM1M0 定时/计数 1定时/计数 2 EA/VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P
28、13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE/P 30 TXD 11 RXD 10 双路床单位消毒器的设计 - 8 - 1. 定时/计数器方式选择寄存器(TMOD)是一个专用寄存器,用于控制两个定时计数器 的工作方式,TMOD 可以用字节传送指令设置其内容,但不能位寻址,各位的定义如 表 3-1。 2. 定时/计数器的四种工作方式 (1)
29、. 工作方式 0 定时器/计数器的工作方式 0 称之为 13 位定时/计数方式。它由 TL(1/0)的低 5 位和 TH(0/1)的 8 位构成 13 位的计数器,此时 TL(1/0)的高 3 位未用。 M1M0:定时/计数器一共有四种工作方式,就是用 M1M0 来控制的,2 位正好是 四种组合,对 T0、T1 要分别设定各控制字。 表3-2 工作方式选择 M1 M0操作方式功能描述 0 0方式 013 位定时器 0 1方式 116 位定时/计数器 1 0方式 2具有自动重装的 8 位定时/计数器 1 1方式 3定时 0 分 2 个 8 位定时器, C/T:当 C/T=0 就是用作定时器;当
30、C/T=1 就是用作计数器。 GATE:当 GATE=0,开关的打开、合上只取决于 TR1,只要 TR1 是 1,开关就合 上,计数脉冲得以畅通无阻,而如果 TR1 等于 0 则开关打开,计数脉冲无法通过,因 此定时/计数是否工作,只取决于 TR1。 当 GATE=1,在此种情况下,计数脉冲通路上的开关不仅要由 TR1 来控制,而且还 要受到 INT1 引脚的控制,只有 TR1 为 1,且 INT1 引脚也是高电平,开关才合上,计 数脉冲才得以通过。 在设计中,T0 主要用于四位 LED 数码管的动态扫描,每隔 1ms 扫描一位。在下面 的章节中将会详细介绍。 (2). 工作方式 1 工作方式
31、 1 是 16 位的定时/计数方式,将 M1M0 设为 01 即可,其它特性与工作方式 0 相同。 在设计中,T1 主要用于双路床单位消毒器在注入臭氧以及保持的时间定时。 (3). 工作方式 2 这种工作方式是自动再装入预置数的工作方式。此时 M1M0=10。自动重装时 TH0(1)赋初值(预置数) 。定时器就是为了提供一个时间基准。计数溢出后重新装 入预置数,再开始计数,而且中间不要任何延迟。 在设计中,T2 主要用于臭氧浓度相位调节,此内容将会在下面的章节中详细介绍。 (4). 工作方式 3 - 9 - 这种工作方式之下,定时/计数器 0 被拆成 2 个独立的定时/计数器来用。其中, TL
32、0 可以构成 8 位的定时器或计数器的工作方式,而 TH0 则只能作为定时器来用。 AT89C52 共有 4 组 8 位 I/O 口(P0、P1、P2 或 P3),用于对外部数据的传输。在本 设计中所需口线的功能如下。 P0 口:既可以作为通用的 I/O 口进行数据的输入输出,又可以作为单片机系统的 地址/数据线使用。在实际应用中,其绝大多数作为单片机系统的地址/数据线使用。当 P0 口作为输出口使用时,由锁存器和驱动电路构成数据输出通路。因为输出电路是漏 极开路电路,必须外接上拉电阻才能有高电平输出。在本设计中,P0 口作为输出口线 使用,用于接 LED 数码显示的段选以及驱动显示灯。 P1
33、 口:准双向口。只传送数据,所以不需要多路转换开关 MUX;输出电路有上 拉电阻,其与场效应管共同组成输出驱动电路。当 P1 口作为输出口使用时,已能对外 提供推拉电流负载,外电路无需再接上拉电阻。当 P1 口作为输入口使用时,应先向其 锁存器写入“1” ,使输出驱动电路的 FET 截止。在本设计中,P1 口用于外部键盘按钮 的输入口线使用。其中 P1.7 口用于看门狗电路芯片的片选输入口线。 P2 口:准双向口。只作为地址线使用而不作为数据线使用。当 P2 口作为高位地 址线使用时,多路转换开关应倒向“地址”端。P2 口也可以作为通用 I/O 口使用,这 时多路转换开关倒向锁存器 Q 端。在
34、本设计中,P2.0 口用于驱动音乐芯片。P2.1 口用 于 74HC164 的数据输出。P2.2 口用于 74HC164 的时钟控制。P2.3 口产生正弦波。P2.4 口用于控制空气压缩机。P2.5 口用于一路电磁阀控制。P2.6 口用于二路电磁阀控制。 P2.7 口用于输入空气的控制。 P3 口:可以作为通用的 I/O 口使用,但在实际应用中它的第二功能信号更为重要。 对于输出的第二功能信号引脚,当作为通用 I/O 口使用时,电路中的“第二输出功能” 信号线应保持高电平。当输出第二功能信号时,该锁存器应预先置“1” ,从而实现第 二功能信号的输出;对于第二功能为输入信号的引脚,输入的信号就从
35、缓冲器的输出 端取得。输出电路的锁存器输出和“第二功能输出信号”线都应保持高电平。在本设 计中, P3 口的分布为, P3.4-P3.7 口用于 LED 数码显示的位选。P3.3 口作为外部中断输 入,用于零点检测。而 P3.0 口, P3.1 口,P3.2 口用于看门狗的设置口线。 AT89C52 具备较完善的中断功能,有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个 串行中断,可满足不同的控制要求,并具有 2 级的优先级别选择。在本设计中,需要 用到外部中断。下面就此进行介绍。 外中断是由外部信号引起的,共有 2 个中断源,即外部中断“0”和外部中断“1” 。 它们的外部中断请求信号分别由引脚 I
36、NT0(P3.2)和 INT1(P3.3)引入。 外部中断请求有两种信号方式,即电平方式和脉冲方式,可通过设置有关控制位 进行定义。在本设计中,采用的是脉冲方式的中断请求。在这种方式下,脉冲的后沿 负跳变有效,CPU 在两个相邻机器周期对中断请求引入端进行的采样中,如前一次为 高电平,后一次为低电平,即为有效中断请求。因此在这种中断请求信号方式下,中 断请求信号的高电平状态和低电平状态都应至少维持一个机器周期,以确保电平变化 能被单片机采样到。 双路床单位消毒器的设计 - 10 - 在本设计中,用到了外部中断 1。它是指定时器控制寄存器(TCON) 。该寄存器 用于保存外部中断请求以及定时器的
37、计数溢出。 定时器的 IT0 和 IT1外中断请求触发方式控制位 IT0(IT1)=1脉冲触发方式,后沿负跳有效。 IT0(IT1)=0电平触发方式,低电平有效。 此位由软件置“1”或清“0” 。 3.1.2 X5045 芯片介绍 在一个单片机应用系统中,所谓的“看门狗”是指在系统设计中通过软件或硬件 方式在一定的周期内监控单片机或其他CPU的运行情况。如果在规定的时间内没有收 到来自单片机或其他CPU的触发信号,则系统会强制复位,以保证系统在受到干扰时 仍能够维持正常的工作状态。 这里,以专用芯片X5045作为外部看门狗的电路。 X5045芯片可以通过编程对指定的块进行锁定,以防止由于误操作
38、等原因破坏保存 的数据。CPU 每隔一段时间(可编程设定)向X5045发一个触发信号,否则它将使系 统复位,以保证系统不会死机。X5045的引脚结构如图3-4所示。 CS 1 SO 2 WP 3 VSS 4 SI 5 SCK 6 RES 7 VCC 8 图3-2 X5045引脚结构图 1. X5045 引脚功能说明: (1) CS:芯片选择输入,看门狗复位输入; (2) S0:串行输出; (3) SI:串行输入; (4) SCK:串行时钟输入; (5) WP:写保护输入; (6) VSS:地; (7) VCC:电源电压; (8) RESET:复位输出; 2. X5045 的工作原理: X504
39、5 除了作为看门狗芯片使用外,另外一个基本的功能就是作为 E2PROM 数据 存 储器使用,内部包含 5128 的串行 E2PROM 可以保证系统在掉电后仍可维持重要数据 - 11 - 不变。芯片内部有一个位指令移位寄存器,该寄存器可以通过 SI 来访问。数据在 SCK 的上升沿与时钟同步输入。在整个工作期内,CS 必须是低电平且 WP 必须是高电平。 如果在看门狗定时器预置的溢出时间内没有总线活动,通常指 CS 引脚电平变化,那么 X5045 将提供复位信号输出以保证系统的可靠运行。X5045 内部有一个“写使能”锁 存器,在执行写操作之前该锁存器必须被置位,在写周期完成之后该锁存器自动复位
40、。 X5045 还有一个状态寄存器,用来提供 X5045 状态信息以及设置块保护和看门狗的定 时周期。 X5045在与单片机构成控制系统时,其读写操作过程通过软件来实现,这在后面的 软件设计中将做详细介绍。 3.1.2 X5045 与单片机接口电路的设计 X5045与单片机相连可以保证系统可靠稳定的工作,同时对单片机有保护作用。其 接口电路如图3-3所示。 图3-3 AT89C52与X5045的接口电路 其中,AT89C52为主器件,X5045为从器件。主器件在总线上产生时钟脉冲、寻址 信号、数据信号等,而从器件则相应接收数据、产生数据。X5045与AT89C52的P1.7与 片选信号/CS相
41、连,P3.0与串行输出SO相连,P3.1与串行时钟输入SCK相连,P3.2与串 行输入SI相连。数据的传送与存储由软件来控制。 3.2 显示部分设计 3.2.1 LED 数码管简介 在单片机系统中,常用 LED 数码管来显示各种数字或符号。由于它具有价钱低 廉,性能稳定,显示清晰,亮度高,使用电压低,寿命长等特点,所以应用非常广泛。 LED 数码管的结构简单,分为七段和八段两种形式,也有共阳和共阴之分。以 八段共阳管为例,它有 8 个发光二极管(比七段多一个发光二极管,用来显示 SP,即 点),每个发光二极管的阳极连在一起。这样一个 LED 数码管就有 1 根位选线和 8 根 段选线,要想显示
42、一个数值,就要分别对它们的高低电平来加以控制。一般的显示电 路由多个数码管构成,N 个数码管可以构成 N 位 LED 显示器,共有 N 根位选线和 8N 根段选线。 双路床单位消毒器的设计 - 12 - 依据位选线和段选线的连接方式的不同,MCS-51 系列单片机对 LED 显示管的显 示主要有静态显示和动态显示两种方式,本文主要讨论 4 位共阳八段 LED 数码显示管。 本设计中采用 LED 数码显示器共阳极连接。共阳极接法是把七个发光二极管的阳 极连在一起构成公共阳极,使用时阳极接+5V 电源,每个发光二极管的阴极通过电阻 与输入端连接,阴极输入低电平时,发光二极管点亮,输入高电平则不亮。
43、为了显示 字符,要为 LED 显示器提供显示段码,组成一个“8”字形字符的七段,加上一个小 数点位共八段,所以提供给 LED 显示器的显示段码为 1 个字节,对应关系如表 3-3。 表3-3 LED显示器显示段码的对应关系 段码位D7D6D5D4D3D2D1D0 显示段dpgfedcba 多位 LED 数码显示器一般采用软件程序进行译码,由于各位数码管的显示段码是 并联的,所以在同一时刻只能显示同一种字符,要在同一时刻显示不同的字符,从电 路上看是办不到的,只有利用人眼对视觉的残留效应。采用动态扫描的方法,逐个地 循环点亮各位数码管,每位显示 1ms 左右看起来好象在同时显示不同的字符一样。在
44、 设计中,这 4 个 LED 显示的是一个变化物理量的 4 位数。只要根据这四位数找到对应 的段码,按照相应的软件就可以显示出 4 位数。LED 显示电路如图 3-4。 图3-4 LED显示电路 3.2.2 LED 数码管驱动电路设计 由于 AT89C52 需要用+5V 直流电压供电,每个并行口引脚输出最大电压不超过 5V,因此,从 AT89C52 单片机输出的信号不足以控制 LED 数码管,所以必须加上驱 动电路(即 ULN2803)。显示驱动系统中将 AT89C52 的 P0 口与驱动芯片 74HC245 的 8 个引脚相连,经驱动放大后输出到 SM08021 数码管段选端。P34-37
45、口分别与驱动电路 接口芯片 ULN2803 的 8 个引脚相连,经 ULN2803 驱动放大后输出到 SM08021 数码管 的位选端。硬件连接如图 3-5 所示。 - 13 - 图3-5 LED数码管驱动电路 ULN2803 作为显示驱动芯片,驱动 4 位高亮红色共阳数码管,确保上电误操作的 发生,显示加臭氧和保持时的倒计时。 图3-6 ULN2803管脚连接图 ULN2803 管脚连接图如图 3-6。它的内部结构是达林顿的,专门用来驱动继电器 的芯片,在芯片内部有一个线圈反电动势的二极管。ULN2803 的输出端允许通过 IC 电流 200mA,饱和压降 VCE 约 1V 左右,耐压 BV
46、CEO 约为 36V。采用集电极开路 输出,输出电流大,故可以直接驱动继电器或固体继电器(SSR)等外接控制器件,也可 直接驱动低压灯泡。ULN2803 驱动 8 个继电器。 LED 的段选采用低电平驱动。74HC245 为 8 双向总线收发器,当 74HC245 输出 低电平时 LED 点亮。其中 74HC245 的功能表如表 3-4 所示。 双路床单位消毒器的设计 - 14 - 表3-4 74HC245的功能表 输入操作 E DIR LL数据由 B 到 A LH数据由 A 到 B HXAB 之间隔离 74HC245 输入为低电平。信号从单片机 AT89C52 到 LED 数码管显示模块。
47、74HC245 芯片如图 3-7 所示。 图3-7 74HC245引脚结构图 3.2.3 指示灯电路设计 利用 74HC164 芯片的串入并出的功能,和单片机进行串行通讯,并行输出口直接 驱动指示灯。这个方案可以扩展单片机的 I/O 口,降低单片机的资源需求,而且芯片 的安装方法非常灵活,可以减少显示面板的连接导线的数量,提高系统的可靠性,成 本方面也具有较大的优势,在按键和显示驱动电路中得到广泛应用。 74HC164 为 8 位移位寄存器,串行输入,并行输出。74HC164 的引脚分布如图 3- 8 所示。 图3-8 74HC164引脚分布图 - 15 - 74HC164 兼容 TTL 电平
48、,最高工作时钟频率 20MHz,扇出系数 10,散耗功率为 500mW,输出电流 Io 为 25mA,可以直接驱动发光二极管显示器件。 在本设计中,单片机为 74HC164 提供时钟输入和数据输入信号,控制显示内容。 硬件连接如图 3-9。 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 一一一1 一一一2 300ML 600ML 900ML 一一1 一一2 R9 100R A 1 B 2 Q0 3 Q1 4 Q2 5 Q3 6 Q4 10 Q5 11 Q6 12 Q7 13 CLK 8 MR 9 U6 74HC164 P22 VCC VCC P21 VCC R10 100R R11 100R R1
49、2 100R R13 100R R14 100R R15 100R D8 一一2 R20 100R 图3-9 指示灯硬件连接图 3.3 键盘部分设计 3.3.1 键盘设计概述 在单片机应用中,人机交互对话最通用的方法就是通过键盘进行的。操作者通过键 盘向系统发送各种指令或置入必要的数据信息。因此键盘模块设计的好坏,直接关系 到系统的可靠性和稳定性。 本设计用 AT89C52 组成一个最小的单片机系统。为使成本最低,结构最简单,故 使用单片机内部的振荡器、上电复位和看门狗电路。在电路中还有的 SM08021LED 数 码管,这种数码管可以显示 2 个字符,使用简单,要通过驱动电路与单片机相连,数 据输入方式是串行的,亮度可以进行控制,功耗小,可靠性高。 本应用中使用了 2 个 SM08021LED 数码管,可以显示 4 个字符,所有的显示器都 使用串行方式连接。为了简化电路,降低成本,将所有的段选线并连在一起,有一个 8 位 I/O 口控制。第一片驱动芯片 74HC245 和单片机的 P0 口的连接,数据输出口和 2 片 SM08021LED 数码管的段选口连接。而第二片驱动芯片 ULN2803 和单片机的 P34- P37 口的连接,数据输出口和 2 片 SM08021LED 数码管的位选口连接。按键可直接通 过上拉电阻连接到 AT89C5
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