电热水壶系统设计

微机控制技术课程设计（论文）

组件等，而光电隔离器有独特优点得到广泛应用。

光电隔离器的种类繁多，常用的有发光二极管/光敏三极管、发光二极管/光敏复合晶体管、发光二极管/光敏电阻，发光二极管/光触发可控硅等，但从其隔离方法这一角度来看，都是一样的，即都通过电——光——电这种转换，利用“光”这一环节完成隔离功能。 2.5.2 光电隔离器的原理电路

图2-5-1光电隔离器的原理电路

在图示的电路中，它是GaAs红外发光二极管和光敏三极管组成。当发光二极管有正向电流通过时，即产生人眼看不见的红外光，其光谱范围为700—1000nm。光敏三极管接收光以后便导通。而当该电流撤去时，发光二极管熄灭，三极管截止。利用这种特性即可达到开关控制的目的。由于该器件是通过电——光——电这种转换来实现对输出设备进行控制的，彼此之间没有电气连接，因而起到隔离作用，隔离电压与光电隔离器的结构有关。 2.5.3 光电隔离的电路

在一般微机控制系统中，由于大都采用TTL电平，不能直接驱动发光二极管，所以通常加一个驱动区，如7406和7407等。

图2-5-2光电隔离的电路

当输出TTL电平为低电平时，7406输出为高电平，发光二极管截止，光电隔离器处于截止状态，VO端输出高电平；而当输出控制电平为高电平时，7406输出为低电平，发光二极管导通，光电隔离器处于导通状态，VO端输出低电平。

需要注意的是光电隔离器的输入输出端两个电源必须单独供电，即用于驱动发光管的电源与驱动光敏管的电源不应是共地的电源，对于隔离后的输出通道必须单独供电，如上图所示；否则，如果使用同一电源（或共地的两个电源）外部干扰信号可能通过电源串到系统中来，当然，这里

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讲的单独供电，可以是单独使用不同的电源，也可用DC-DC变换的方法往输出端提供一个与光电输入端隔离的电源。

如果从通断功能来看，光电隔离器其实是一隔离开关。利用光电隔离器也可完成电平转换，其转换后的输出电平与其供电电压值有关，而与光隔输入端无关。

图2.5.3总电路框图

2.6 键盘及显示电路 2.6.1 键盘输入特点

按键所用开关为机械弹性开关，均利用了机械触点的合、断。一个电压信号通过机械的断开、闭合过程。

图2.6.1 键盘抖动波形图

由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通，在断开时也不会一下断开。因而，在闭合和断开的瞬间均伴随着一连串的抖动，抖动时间的长短由按键的机械特性决定，一般为5~10ms，这是一个很重要的时间参数，在很多场合都要用到。

按键的稳定闭合时间由操作人员的按键动作持续时间决定，一般为十分之几秒到几秒时间。 按键的闭合与否，反应在电压的上就是呈现出高电平或低电平，所以通过电平的高低状态的检测，便可确认按键按下没有。为了确保按键的状态，必须消除按键抖动的影响，这也是按键抗干扰的

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主要的一个方面。

2.6.2 按键接口电路的消抖措施

消除按键抖动影响通常有硬件、软件两种方法。本系统采用双稳态消抖的硬件消抖方法。 双稳态消抖的原理：

图2.6.2双稳态消抖电路原理图

图2.6.2中用两个与非门构成一个RS触发器，当按键为按下时，输出为1，当按键按下时，输出为0。此时即使由于按键的机械性能使按键因弹性抖动而产生瞬间不闭合，只要按键不返回原始状态，双稳态电路的状态不会发生改变，输出保持为0，不会产生抖动的波形。这一点很容易通过分析RS触发器的工作过程得到验证。

设按键首先处于a位置，此时RS触发器的与非门输出端OUT1为高电平1，与非门2的输出端OUT2为0，此输出引入到与非门1的一个输入端，会把与非门1锁住，使其固定输出为1。如果此时按下按键，即使按键在a位置因弹性而产生瞬间抖动，形成一连串的抖动波形，即与非门1输入端出现了一连串的高和低电平，由于与非门2的输入端在按键没有到达b位置时始终是0，所以无论与非门1输入端的信号电平怎么变化，与非门1输出端OUT1的输出恒为1。当按键到达b时，一旦与非门2的输出端呈现低电平时，RS触发器将出现状态的翻转，此时，OUT2端输出为1，OUT1端输出为0，OUT1又引回与非门2的一个输入端，锁住与非门2，保证其输出恒为1，这样即使按键出现抖动，也不会影响OUT2的输出，因此OUT1的输出也恒为0。同样，在松开按键的过程中，只要一接通a，输出为1，在接通a的过程中，即使产生了弹性抖动，只要按键不与按键b发生接触，RS触发器的输出将保持不变。通过以上分析，可知，如果在按键信号输入端加上一个RS触发器就可以剔除按键抖动产生的干扰。 2.6.3 矩阵键盘的概述

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1)矩阵键盘的工作原理：按键设置在行、列线交点上，行、列线分别连接到按键开关的两端。行线通过上拉电阻接到+5V上。平时无按键动作时，行线处于高电平状态，而当有按键按下时，行线电平状态将由与此行线相连的列线电平决定。列线电平如果为低,则行线电平为低，列线电平如果为高，则行线电平亦为高。这一点是识别矩阵键盘按键是否被按下的关键所在.由于矩阵键盘中行、列线为多用键共用，各按键均影响该键所在行和列的电平。因此个按键彼此将相互发生影响，所以必须将、列线信号配合起来并作适当的处理，才能确定闭合键的位置。

2)按键的识别方法

矩阵键盘按键的识别方法分两步进行：第一步，识别键盘有无键被按下；第二步，如果有键被按下，识别出具体的按键。识别键盘有无键按下的方法是让所有列线均置为0电平，检查各行线电平是否有变化，如果有变化，则说明有键被按下，如果没有变化，则说明无键被按下（实际编程时应考虑按键抖动的影响，通常总是采用软件延时的方法进行消抖处理）。

识别具体按键的方法是（亦称为扫描法）：逐行置零电平，其余各列置为高电平，检查各行线电平的变化，如果某行电平由高电平变为零电平，则可确定此行此列交叉点处的按键被按下。

3)键盘的工作方式

单片机应用系统中，键盘扫描只是CPU的工作内容之一。CPU在忙于各项工作任务时,如何兼顾键盘的输入，取决于键盘的工作方式。键盘的工作方式的选取应根据实际应用系统中CPU工作的忙，闲情况而定.其原则是既要保证能及时响应按键操作，又要不过多占用CPU的工作时间。通常，键盘工作方式有三种，即：编程扫描、定时扫描和中断扫描。

CPU对键盘的扫描采用程序控制方式，一旦进入键扫描状态,则反复地扫描键盘，等待用户从键盘上输入命令或数据。而在执行键入命令或处理输入数据过程中，CPU将不再响应键入要求，直到CPU返回重新扫描键盘为止。

由图2-6-4可见键盘采用编程扫描方式工作，PB口输出逐行扫描信号，PA口输入8位列信号，均为低电平有效。8255A的A0、A1上，CS与P2.7相接，WR、RD分别与8051的WR、RD相连。 2.6.4 LED显示原理及显示方式

1)LED显示器结构

LED显示块是由发光二极管显示字段的显示器件。在单片机应用系统中通常使用的是7段LED。这种显示块有共阴极和共阳极两种。

图2.6.4 LED显示器引脚图

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