臭氧消毒柜电路设计.doc

河南城建学院本科毕业设计（论文） 摘要

摘 要

饭店、酒楼和家庭中，餐具器皿用毕，要进行消毒，才能保持清洁卫生，继续使用。传统的消毒方法，用将餐具器皿放在锅中蒸煮加热。温度上升到125度时，餐具器皿上的细菌和病毒，才会被彻底杀灭。这对耐高温的陶瓷、金属餐具器皿，无关紧要。然而，一些塑料、玻璃等材料制成餐具器皿，因耐不起高温，在高温蒸煮的过程中，易变形，甚至发生爆裂。有了臭氧消毒柜，这些问题就可以迎刃而解了。
常见的消毒柜有上下两层。上层采用电子臭氧消毒法，下层采用远红外高温加热消毒法。上层的消毒柜内，有一组电子升压电路，能形成6000伏以上的高压，使空气电离，产生臭氧。臭氧是一种强氧化剂和杀菌剂，它的原子结构很不稳定，极易逃逸出单个氧原子，充满在消毒柜中，四处飞舞。单个氧原子遇到餐具器皿上的细菌和病毒，就会立即进入它们的细胞内部，使它们迅速氧化，破坏他们的结构与氧化酶，将它们全部杀死，起到消毒作用。臭氧还能扩散到消毒柜的各个角落，将细菌和病毒赶尽杀绝，使消毒更加彻底。
基于AT89S52单片机消毒柜控制系统的设计，是以低功耗、高性能CMOS8位微处理器AT89S52为核心，借助实用的C语言，形成功能完善的控制软件，从技术应用层面上解决了消毒柜的消毒、加热、照明以及LED数码动态扫描显示和蜂鸣器呜叫等控制功能。给出了硬件的完整电路和软件的编写流程，便于实际应用。

关键词：AT89S52单片机，控制系统，控制软件
IV

Abstract

Hotels,restaurants and family,dishes with finish,want to undertake disinfection,can maintain clean sanitation,continue to use.The traditional disinfection methods,with will put the pot cooking dishes heating.The temperature rise to 125 degrees of dishes,
bacteria and viruses will be completely kill.The high temperature resistant ceramics,the metal dishes,irrelevant.However,some materials such as plastics,glass vessels,made by can't afford tableware of high temperature resistance,in high-temperature cooking process,changeful form,even burst.Have the ozone disinfection cabinet,these problems can be solved.
Common alexipharmic ark have fluctuation two layers.By electronic ozone disinfection law upper and lower used far infrared heating disinfection method.Upper disinfection cabinet,there is a group of electronic pressurization circuit,can form more than 6，000 volts， air pressure， generated ozone ionization. Ozone is a strong oxidizer and disinfectants， its atomic structure is very unstable and could easily escaping from the individual oxygen atoms， and filled in disinfection ark， flying around. Single oxygen atoms meet the dishes on bacteria and viruses， would immediately into their inside the cells， making them quickly oxidation， damage their structure and oxidase， killed them all， rise to disinfect role. Ozone can also spread to every corner of the alexipharmic ark， bacteria and viruses， make no more thoroughly disinfected.
The design of disinfection cabinet control system based on SCM AT89S52 counter disinfection control system design，it uses low power，high performance CMOS 8—bit microprocessors AT89S52 as the core，practical use of C language，a function of a sound control software，from a technical level to resolve the application disinfection cabinets’ disinfection，heating，lighting and LED digital display and dynamic scanning call buzzer，such as control functions．The article gives a complete circuit of the hardware and software in the preparation process，for practical applications．

Keywords：AT89S52single chip microcomputer，control system；control software
河南城建学院本科毕业设计（论文） 目录

目 录

摘 要 I
Abstract II
1 绪 论 1
2 设计方案的选择与论证 4
2.1 方案的选择与论证 4
2.1.1 方案一 利用数字电路和数码管实现 4
2.1.2 方案二 采用单片机和液晶显示电路实现 4
2.2 最终的方案选择 5
3 整体系统的实现 6
3.1单片机选择 6
3.2 系统组成及框图 7
4 系统硬件设计 9
4.1 电源电路设计 9
4.1.1 选择电源变压器 9
4.1.2 整流电路 10
4.1.3滤波电路 10
4.1.4 稳压电路 10
4.2 功率放大电路设计 11
4.3 振荡电路设计 14
4.3.1内部时钟方式 14
4.3.2 外部时钟方式 15
4.3.3 时钟信号的输出 16
4.4 显示电路设计 17
4.4.1 静态显示 18
4.4.2动态显示 19
4.5 参数设计及硬件介绍 21
5 系统软件设计 23
5.1 系统的主程序设计 23
5.2按键扫描与处理的程序设计 23
5.3 数码管显示和继电控制程序设计 26
5.4主要子功能程序设计 26
结 束 语 32
参考文献 33
致 谢 34
附录A整体电路设计图 35

河南城建学院本科毕业设计（论文） 1绪论

1 绪 论

臭氧是一种广谱、高效消毒剂，氧化作用极强，反应速度快，有很好的消毒、除臭作用。目前，臭氧的生产工艺和方法已比较成熟，最常用的是利用电晕放电法通过不同臭氧发生器和臭氧消毒机制造出臭氧。臭氧消毒机以空气为原料生产臭氧气体，能用于室内空气、水体等消毒。与其他的消毒方法相比，臭氧消毒具备无有害残留和二次污染，空气消毒浓度分布均匀，无死角，使用方便等优点。我国在臭氧的应用开发方面也取得了很大的成绩。如我国的大多数饮用水生产厂都采用了臭氧对水进行杀菌消毒和保鲜处理；一些饮用水器材，如饮水机、净水器等产品，都加装了臭氧功能；一些城市的小区供水也采用了臭氧处理自来水；有些医院和工厂也已采用臭氧处理污水；臭氧治疗疾病在我国也取得了一定的成功；采用臭氧在大面积库房内对果蔬进行保鲜更取得了很大的成功；日常生活使用的臭氧家电产品，在我国也已开发出很多品种，如臭氧洗衣机、果菜灭菌解毒机、除臭器、空气净化器、消毒柜等产品。臭氧的神奇功能，正越来越受到人类的重视。
臭氧消毒的特点：
①高效性：臭氧消毒不需要其他任何辅助材料和添加剂。消毒进行时臭氧发生装置产生一定量的臭氧，在相对密封的环境下，扩散均匀，包容性、通透性好，克服了紫外线杀菌存在的消毒死角的问题，达到全方位、快速、高效的消毒杀菌目的。另外，由于它的灭菌广谱性，既可以杀灭细菌繁殖体、芽胞、病毒、真菌和原虫孢体等多种微生物，还可以破坏肉毒杆菌和毒素及立克次氏体等，同时还具有很强的除霉、腥、臭等异味的功能。
②高洁性：臭氧在环境中可自然分解为氧，这是臭氧作为消毒灭菌剂的独特优点。臭氧利用空气中的氧气产生的，消毒氧化过程中，多余的氧原子（O）在30分钟后又结合成为分子氧（O2），不存在任何残留物质，解决了消毒剂消毒时，残留物的二次污染问题，同时省去了消毒结束后的再次清洁。
③方便性：臭氧杀菌设备一般安装在室内或中央空调系统、空气净化系统中，或者是灭菌设备中（如臭氧消毒灭菌柜、传递窗等）。可根据灭菌所需浓度及时间，自动设置臭氧灭菌设备的定时控制，操作使用方便。而甲醛、环氧乙酸熏蒸消毒时间长，而臭氧消毒可以天天定时开启使用。
④经济性：通过臭氧消毒灭菌在诸多制药行业GMP中的应用，以及医疗卫生单位的使用及运行比较，臭氧消毒方法与其他方法相比具有很大的经济效益和社会效益。
臭氧空气消毒适用的范围：
①家庭空气消毒。将臭氧发生装置移植于空调中，在空气出口处安装臭氧催化分解、吸附装置，这样既可以制冷制热，还可以利用室内循环风对空气进行消毒、净化，分解后的氧气和负离子可以使室内空气保持清新。另外，空气消毒用臭氧发生器也可在宾馆、饭店、商场、剧院等公共空间使用。
②制药行业的GMP验证空气消毒。洁净生产区的中央空调净化系统、臭氧灭菌柜、其他没有中央空调系统的生产用空间灭菌，我国相当一批制药企业就是使用臭氧作为主要的消毒和空气灭菌手段，如沈阳济世制药有限公司、大连珍奥药业有限公司、上海庆安药业有限公司、吉林敖东药业集团延吉股份有限公司、福建兴安药业有限公司等，臭氧作为空气消毒的主要手段为这些企业的GMP验证作出了重要的贡献。
③医院空气消毒。医院病房、门诊手术室、治疗室等，日本使用臭氧作为空气消毒的医院就有札幌自卫队医院、名古屋保健生大学等28所医院，使用臭氧技术处理食品、卫生保健的单位和医院达53家之多。
④军用空气消毒。西方国家已经研制出军用臭氧空气消毒产品，如在太空舱、潜水艇、坦克及其其他军用车船的舱体安装臭氧发生装置，净化空间环境，消毒杀菌。
综上所述，臭氧消毒代替化学试剂消毒灭菌，实现了洁净空间系统的节能，节约了消毒剂，减轻了劳动强度，同时由于消毒剂均为易燃易爆品，使用、贮存消毒剂涉及到消防、环保、防爆等诸多问题，改用臭氧灭菌后，这些问题均得以解决。由于采用臭氧消毒，可以避免化学药剂对洁净区、大气、药品、过滤器的二次污染问题，而且臭氧对空气过滤器有疏导作用，这样就会延长过滤器尤其是高效过滤器的使用寿命。
本设计采用52系列的单片机作为控制单元，那么我们将在52系列中选择一种既能满足设计要求又不浪费资源的芯片。下面我们将52系列常见的8031/8051 /8751等与89C51来进行对比从而做出选择：
8031片内不带程序存储器ROM，使用时用户需外接程序存储器和一片逻辑电路373，外接的程序存储器多为EPROM的2764系列。用户若想对写入的EPROM中的程序进行修改，必须先用一种特殊的紫外线灯将其照射擦除，之后再写入。写入到外接程序存储器的程序代码没有什么保密性可言。
8051片内有4K的ROM，无须外接存储器和74LS373，更能体现“单片”的简练。但是其4K的ROM是一次性写入的，不可修改。
8751与8051基本一样，但是8751片内有4K的EPROM，用户可以将自己编写的程序写入单片机的EPROM中进行现场实验与应用，EPROM的改写同样需要用紫外线灯照射一定时间擦除后可再写。
在众多的单片机中，ATMEL公司的AT89S52更为实用，因它不但和8051指令，管脚完全兼容，而且其片内的4K程序存储器是FLASH工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除，改写，一般专为ATMEL AT89SX做的编程器均带有这些功能。显而易见，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短了，再者，AT89S52目前的售价比8031还低，时常供应也很充足。
臭氧的杀菌解毒功效高，具有许多优点。随着人们生活水平的提高，以及臭氧技术的发展，臭氧应用会越来越广泛，并将逐渐成为保障人们身体健康的主要消毒剂。
3
河南城建学院本科毕业设计（论文） 2设计方案的选择与论证

2 设计方案的选择与论证

2.1 方案的选择与论证

臭氧消毒控制电路有多种方案，大体分为数字逻辑控制电路和单片机控制电路，下面详细介绍两种方案的优缺点。臭氧消毒主要实现的基本功能有：开始、消毒时间计时、蜂鸣报警和状态的显示等基本功能。因此，必须要有相关的输入模块、控制模块和显示模块等。
对于输入模块，有独立按键输入和矩阵式按键输入。前者的组键模式单一，适用于输入对象比较少的场合；后者的组键模式灵活，可用于输入更多的控制对象。对于控制模块，可通过数字芯片进行控制，也可通过单片机进行控制。显然，单片机控制方式无疑是最高效的。对于显示模块，有LED数码管显示和LCD液晶显示，与液晶相比，LED体积大，更耗电，并且显示的内容少。
2.1.1 方案一 利用数字电路和数码管实现
用石英晶体振荡器或555定时器产生稳定的校时信号，555定时器应用普遍，操作简单故选用555定时器来完成报警电路和脉冲。运用了555定时器及编码译码器等基本元件，此类元件价格便宜，应用简单，能实现较多的功能，是工程中的基本元件，学会运用此类元件对我们具有重大意义。
2.1.2 方案二 采用单片机和液晶显示电路实现
该方案以单片机为核心，作为控制模块，并以液晶作为显示模块，由单片机自带的时钟电路和相应的定时器来实现计时，用键盘来输入需要控制的对象。由单片机的相应口来接键盘，蜂鸣器接在未用的I/O口线上，液晶的数据线接在P0口相应的口线上。其特点有：
①算法灵活，控制功能强。不该表硬件即可该表控制算法及控制方式，从而提高系统的性能。容易实现较高级的控制。
②精度高、量程大。模拟调节器的精度通常为0.5%左右，而数字计算机的精度可通过过站字节不断提高。对于15位的有效字长单片机，精度可达到0.01%以上。单片机不存在模拟调节器零点漂移问题，比较容易解决非线形特性以及各种噪声干扰，通过重复测量可以有效的提高测量精度。
③控制效率高。一个主机可以多路复用，分时对通道进行测量采集和实时控制。
④可重复性强。单片机有数字继承电路组成，受温度、振动等环境条件变化的影响不大，因此通常不需要进行现场调整，同类产品互换性强。
⑤可集中操作显示。利用各种外部设备，可方便的进行打印、显示、记录、读出数据及表格，容易实现各种逻辑判断，越限报警等功能，可以随时进行参数在线修改，便于集中操作显示。
⑥容易实现整体优化。通过与上位计算机的通信，实现信息处理、生产管理、整体优化、实现现时控制和控制管理一体化提高自动化程度。

2.2 最终的方案选择

方案一的实现要用到多块数字芯片，数字电路的一个大的缺点就是，当信号改变时会在电路中产生冲击电流，对于数字芯片的稳定工作是一个很大的考验。这数字系统设计中，在工作频率很高时，需要很高的硬件来维持系统的稳定，且LED数码管显示比液晶更耗电，且体积较大，显示的位数也较少，综合考虑，选用方案二来实现本设计。
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河南城建学院本科毕业设计（论文） 3整体系统的实现

3 整体系统的实现

3.1单片机选择

单片机采用52系列单片机。以52系列的单片机作为控制单元，既能满足设计要求又不浪费资源。下面我们将常见的8031/8051/8751等与89S52来进行对比从而做出选择：
8031片内不带程序存储器ROM，使用时用户需外接程序存储器和一片逻辑电路373，外接的程序存储器多为EPROM的2764系列。用户若想对写入的EPROM中的程序进行修改，必须先用一种特殊的紫外线灯将其照射擦除，之后再写入。写入到外接程序存储器的程序代码没有什么保密性可言。
8051片内有4K的ROM，无须外接存储器和74LS373，更能体现“单片”的简练。但是其4K的ROM是一次性写入的，不可修改。
8751与8051基本一样，但是8751片内有4K的EPROM，用户可以将自己编写的程序写入单片机的EPROM中进行现场实验与应用，EPROM的改写同样需要用紫外线灯照射一定时间擦除后可再写。
在众多的单片机中，ATMEL公司的AT89S52更为实用，因它不但和8051指令，管脚完全兼容，而且其片内的4K程序存储器是FLASH工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写，再者，AT89S52目前的售价比8031还低，时常供应也很充足。
由ATMEL公司生产的AT89S52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。使用ATMEL公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在线系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8K字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，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，片内晶振及时钟电路。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。而且，它还具有一个看门狗（WDT）定时/计数器，如果程序没有正常工作，就会强制整个系统复位，还可以在程序陷入死循环的时候，让单片机复位而不用整个系统断电，从而保护你的硬件电路。
AT89S52有40个Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。其芯片有32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口。如图3.1所示：

图3.1 AT89S52单片机及其引脚图
以往消毒柜采用了PIC16C54单片机的控制，AT89S52单片机系统资源更丰富:内置RAM32 kB模块、内置8位动态数码显示模块、内置8×8点阵显示模块、4位静态数码显示模块、内置4路拨动开关、内置8位LED发光二极管、内置3路0～5V之间可调的电压、内置2路SPI和IC总线接口。该单片机不仅提供丰富的硬件资源，也提供良好的上位机控制软件，只要通过软件的功能操作就能实现：源代码的调试编译，查找与修改错误之处，在线代码下载等功能。基于以上优点，本文采用AT89S52单片机实现消毒柜的消毒、加热和照明的控制系统。

3.2 系统组成及框图

在消毒柜中采用AT89S52单片机的控制系统，其硬件由主控电路、按键电路、继电控制电路、工作指示灯、蜂鸣器、数码管显示电路以及电源电路等7个模块组成。软件部分采用比较流行且比较实用的C语言编程，实现通过按键设定不同消毒干燥程序、利用定时器实行不同环节的扫描定时、利用程序判断来启动对应继电器的工作、控制发光二极管指示不同的工作状态等功能，最后将软件程序和硬件电路相结合，实现软件对硬件的控制。如图3.2所示。

按键1
照明继电器
AT89S52单片机
控制器的软件功能
1. 通过按键设定不同消毒、干燥程序
2. 程序中经过判断启动对应继电器工作
3. 控制发光二极管指示不同工作状态

按键2

按键3
臭氧消毒继 电 器

工作指示
LED1
LED2
LED3
LED4

加热继电器

蜂鸣器

电源电路

图3.2 系统设计方框图
图3.2是系统设计方框图，图中：LED1，LED2为臭氧消毒指示灯；LED3，LED4为加热指示灯，开机时所有指示灯均熄灭。按键KEY1是演示按键，用于人为地减少软件中设置的消毒和加热的时间。按键KEY2是设定按键，按下KEY2则LED1亮，臭氧继电器吸合，开始工作；一段时间后，LED1熄灭，LED2点亮；再过一段时间后，LED2熄灭，LED3点亮，同时臭氧继电器释放，加热继电器吸合，臭氧消毒结束，进入加热干燥阶段。再一段时间后，LED3熄灭，LED4点亮，再经过一段时间后，LED4熄灭，加热继电器释放，整个消毒、热干燥过程结束。需要不同种类的消毒、加热干燥时，可以通过按键KEY2进行选择，每按1次KEY2，点亮的LED指示灯下移1位，只进行余下的消毒、干燥程序。按键KEY3是照明按键，用于控制消毒柜内的照明。
河南城建学院本科毕业设计（论文） 4系统硬件设计

4 系统硬件设计

在电子电路中，通常需要直流电源供电。直流稳压电源的设计，是根据稳压电源的输出电压Uo、输出电流I0、输出纹波电压Uop—P等性能指标要求，确定出变压器、集成稳压器、整流二极管和滤波电路中所用元器件的性能参数，从而合理地选择这些器件。
稳压电源设计分三个步骤：一是根据稳压电源的输出电压Uo、最大输出电流Iomax，确定集成稳压器的型号及电路结构形式。二是根据稳压器的输入电压UJ，确定电源变压器二次绕组电压的有效值U2；根据稳压电源的最大输出电流I，确定流过电源变压器二次绕组的电流I2和电源变压器二次绕组的功率P2；根据P2，查出变压器的效率。从而确定电源变压器原边的功率P1，然后根据所确定的参数，选择电源变压器。三是确定整流二极管的正向平均电流I、整流二极管承受的最大反向工作电压U和滤波电容的电容量和耐压值。根据所确定的参数 选择整流二极管和滤波电容。现就直流稳压电源的组成、各部分电路结构形式的选择及元器件参数的确定介绍如下：直流稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路组成。

4.1 电源电路设计

稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，下面详细介绍各部分电路。
4.1.1 选择电源变压器
电源变压器的作用是将来自电网的220V交流电压u1变换为整流电路所需要的交流电压u2。电源变压器的效为：

其中：是变压器副边的功率，是变压器原边的功率。一般小型变压器的效率如表4.1所示：

表4.1 小型变压器的效率
副边功率

效率
0.6
0.7
0.8
0.85
算出了副边功率P2后，可根据表1算出原边功率P2。由P1、P2及U2值即可选择电源变压器。
4.1.2 整流电路
整流电路的作用是将交流电压U2变换成单向脉动的直流电压U3，在直流稳压电源中常采用桥式整流电路。在整流电路中，每只二极管所承受的最大反向电压为：，流过每只二极管的平均电流为：ID=IR/2=0.45U2/R。其中：R为负载电阻；IR是流过负载电阻的电流；整流二极管的最大整流电流IF必须大于实际流过二极管的平均电流IDo；即IF>IDO=0.45U2／R；二极管的最大反向工作电压UR必须大于二极管实际所承受的最大反向峰值电压URM，由上述计算得到的URM和ID来选择整流二极管。
4.1.3滤波电路
经整流后的直流输出电压脉动性很大，不能直接使用。为了减少其交流成分，通常在整流电路后接有滤波电路。滤波电路主要任务是将整流后的单向脉动直流电压中的纹波滤除掉，使其变成平滑的直流电。在小功率电路中常采用电容滤波电路，将滤波电容C直接并联在负载RL两端，就可组成电容滤波电路。由于电容的储能作用，使得输出直流电压波形比较平滑，脉动成分降低，输出直流电压的平均值增大。采用电容滤波电路可以得到脉动性很小的直流电压，但输出电压受负载变动的影响较大，其主要用于要求负载电流较小，负载基本不变的场合。
假如RL为整流滤波电路的负载电阻，它为电容C提供放电通路，放电时间常数RC应满足：RC>（3-5）T/2。其中：T=20ms，是50Hz交流电压的周期，由此确定滤波电容的容量。滤波电容一般采用电解电容，使用时注意极性不能接反，电容器的耐压应大于它实际工作时所承受的最大电压。通常电容器的耐压取(1．5——2)V2。
4.1.4 稳压电路
稳压电路的作用是当外界因素(电网电压、负载、环境温度)发生变化时，能使输出直流电压不受影响，从而维持稳定的输出。稳压器类型很多，通常采用集成稳压器。在小功率稳压电源中，经常使用的是三端集成稳压器。稳压器使用时，要求输入电压UI与输出电压UO的电压差UI一UO≥2V。

4.2 功率放大电路设计

功率放大电路方框图如图4.1所示：
功率放大电路
负载

小信号

。

图4.1 功率放大电路方框图
在电子电路设计中，很多系统需要对输出信号进行放大，以提高其带负载能力，驱动后级电路，因此就要对信号进行功率放大。功率放大器的主要作用是输出足够大的功率，通常工作在大信号状态，放大电路三种基本组态如表4.2所示：
表4.2放大电路三种基本组态
组态
性能
共射组态
共集组态
共基组态

Ai
β
大，几十到一百以上
-（1+β)
大，几十到一百以上
-α
小于近于1
Au
大，十几到几百
小，近于等于1
大，数值同共射电路，但同相
Ri
中，几百欧到几千欧
大，几十千欧以上
小，几欧到几十欧
Ro
中，几十千欧到几百千欧
小，几欧到几十欧
大，几百千欧到几兆欧

功率放大电路按功放的工作状态不同可分为甲类、乙类、丙类和甲乙类。
①甲类
功放管在整个信号周期全导通，导通角为360度，静态工作点Q位置适中，如图4.2所示：

图4.2 甲类功放的工作状态
功放电路工作在甲类状态时，只要功放管不进入饱和区或截止区，非线性失真最小。但由于甲类功放静态工作点设置在负载线的中央，静态耗能很大。既无信号输入时，静态集电极电流很大，管耗很大。对音响功放电路来说，无声音时，功耗和管耗很大，是很不合理的。因此甲类功放电路的致命缺点是效率低，最大效率在理想情况下只有百分之五十。
②乙类
功放管在整个信号周期内只有半个周期导通，导通角为180度，静态工作点Q在截至区，如图4.3所示:

图4.3 乙类功放工作状态
功放管工作在乙类状态时，输出信号只有一半，失真严重。若两个功放管在正负半周期轮流工作，然后将两个半波拼接，失真严重的问题就明显解决了。乙类状态的最大优点是静态功耗为0。因其静态集电极电流为0，因此无信号输入时，功放管管耗为0。两个功放管拼接的乙类功放电路最大效率在理想情况下可达百分之七十八点五。
③丙类
功放管在整个信号周期内只有小半个周期导通，导通角为180度。丙类状态仅在高频功率放大电路中应用。
④甲乙类
由上可知，既要提高功放效率，又要减小非线性失真，这是一对矛盾。理想的选择是乙类状态，用两个功放管在正负半周轮流工作，输出两个半波信号组成一个完整信号。但由于三极管存在导通死区，在信号小于死区电压时，会产生截止失真，此种情况主要发生在两个功放管交替工作的瞬间，这种失真称为交越失真，如图4.4所示：

图4.4 交越失真波形图
解决这一问题的方法是给功放管设置一定静态偏流但这种静态偏置绝不是甲类状态中的偏置，Q点应设置在靠近截止区的边缘，一般，设置功放管静态集电极电流2——4毫安为宜。这种介于甲乙之间，成为甲乙类工作状态，因其偏向乙类，所以用乙类状态分析，如表4.3所示：

表4.3 各类功放工作特点
状态
一个信号周期内导通时间
工作特点
图示
甲类
整个周期内导通
失真小，静态电流大，管耗大，效率低

乙类
半个周期内导通
失真大，静态电流为零 ，管耗小，效率高

甲乙类
半个多周期内导通
失真大， 静态电流小 ，管耗小，效率较高

对于本设计，选用甲类功率放大器已经满足要求，同时还可以减少经济费用。

4.3 振荡电路设计

时钟电路是计算机的心脏，它控制着计算机的工作节奏。CPU就是通过复杂的时序电路完成不同的指令功能的。AT89S52的时钟信号可以由两种方式产生：一种是内部方式，利用芯片内部的振荡电路，产生时钟信号；另一种为外部方式，时钟信号由外部引入。单片机有HMOS型和CHMOS型，它们的时钟电路有一定区别， 在实际使用时应注意，下面分别介绍这两种方式。
4.3.1内部时钟方式
AT89S52内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别为此放大器的输入端和输出端，其频率范围为1.2一12MHz。该放大器与作为反馈元件的片外晶体或陶瓷谐振器（简称晶振）一起构成自激振荡器，HMOS型AT89S52片内振荡器电路如图4.5所示。

图4.5 内部振荡电路
AT89S52单片机虽然有内部振荡电路，但要形成时钟，必须外接元件，外接晶振（在频率稳定性要求不高而希望尽可能廉价时，可选用陶瓷谐振器以及电容C1和C2构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中这种方式称为内部时钟方式。如图所示对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小多少会影响振荡器频率的高低、振荡器的稳定性、起振的快速性和温度稳定性。如果振荡器已起振，则在XTAL2引脚上输出3V左右的正弦波。振荡频率fosc取决于晶振的频率.常用的晶振频率有6MHz、12MHz和11.0592MHz。电容C1和C2主要作用是帮助起振谐振，称其为谐振电容，其值的大小对振荡频率也有影响，因此常用调节C1和C2的容量大小对频率进行微调，电容容量一般在20pF一100pF之间选择，当时钟频率为12MHz时典型值为30pF，外接陶瓷谐振器时，C1和C2的典型值约47pF。
在设计印刷电路板时，晶体和电容尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证振荡器稳定和可靠地工作，此外，由于晶振高频振荡相当于一个内部干扰源，所以晶振外壳金属一般要良好地接地。
4.3.2 外部时钟方式
AT89S52的内部工作时钟也可以由外部振荡器提供，这时，对HMOS型芯片，外部振荡器的信号接至XTAL2，即内部时钟发生器的输出端，而内部反相放大器的输入端XTAL1应接地。在CHMOS电路中，因内部时钟发生器的信号取自反相放大器的输入端(即与非门的一个输人端)，故采用外部时钟源时，接线方式与HMOS型的有所不同：外部信号接至XTAL1，XTAL2不用，如图4.6所示：

图4.6 外部时钟方式振荡电路
对外部振荡器的信号没有特殊的要求，一般为0.5——12MHz的方波，方波的波形应尽量规范即上升沿、下降沿尽可能垂直。
用外部振荡器来激励微型计算机时，要把XTAL1接地并驱动XTAL2。由于内部时钟发生器是一个二分频的触发器，所以对外振荡信号的占空系数不作要求，然而必须注意到振荡频率的极限范围。时钟发生器把振荡频率加以二分频，给主机提供了一个双相信号，第一相信号在每一个时钟周期的前半部分有效，第二相信号则在时钟周期的后一半有效。
4.3.3 时钟信号的输出
在任何情况下，振荡器始终驱动内部发生器向主机提供时钟信号。当使用内部时钟方式时单片机可为外设或其他设备提供时钟信号，在实际应用中，最简单易行且效果良好的方法是从XTAL2引脚取出信号。由于晶振起振后，XTAL2引脚上已经可以输出0——3V的正弦波，由于该波驱动能力不强且不是方波，所以不能直接取用，但是可以将该信号经74LS14（施密特触发器）整形后使用。经过74LS14整形后，不仅波形变成方波，而且驱动能力也提高了。TTL电路输入低电平要求为0——0.8V，2V以上为高电平输入，所以XTAL2引脚0——3V的正弦波对74LS14来说是完全可行的。时钟信号的输出如图4.7所示。

图4.7 时钟信号输出图
如果使用CMOS工艺74HC14的，由于CMOS输入低电平为0——1.5V，高电平为3.5V以上，则要在XTAL2端增加一个上拉电阻。
单片机系统里都有晶振，在单片机系统里晶振作用非常大，全称叫晶体振荡器，他结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片接的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。
综上所述，选择内部时钟方式，如图4.8所示：

图4.8 内部时钟图

4.4 显示电路设计

7段数码管一般由8个发光二极管组成，其中由7个细长的发光二极管组成数字显示，另外一个圆形的发光二极管显示小数点。
当发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔画发光。控制相应的二极管导通，就能显示出各种字符，尽管显示的字符形状有些失真，能显示的数符数量也有限，但其控制简单，使有也方便。发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极数码管，阴极连在一起的称为共阴极数码管，如图4.9所示。

图4.9 数码管外形及其结构
发光二极管（LED是一种由磷化镓（GaP）等半导体材料制成的，能直接将电能转变成光能的发光显示器件。当其内部有电流通过时，它就会发光。
7段数码管每段的驱动电流和其他单个LED发光二极管一样，一般为5～10mA；正向电压随发光材料不同表现为1.8～2.5V不等。
7段数码管的显示方法可分为静态显示与动态显示，下面分别介绍。
4.4.1 静态显示
所谓静态显示，就是当显示某一字符时，相应段的发光二极管恒定地寻能可截止。这种显示方法为每一门都需要有一个8位输出口控制。对于52单片机，可以在并行口上扩展多片锁存74LS573作为静态显示器接口。
静态显示器的