婷美就是你單片機(jī)實(shí)現(xiàn)家用電熱水器設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、 . . . 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)畢業(yè)生： 雅 婷 專(zhuān) 業(yè)： 自 動(dòng) 化 學(xué) 號(hào)：090711013指導(dǎo)老師： 輝 所屬系（部）： 信 息 系 二0一三年五月理工大學(xué)學(xué)院52 / 52摘要4Abstract5第1章 緒 論71.1 選題目的和意義71.2 國(guó)外發(fā)展情況81.3 本設(shè)計(jì)研究的容和所做的工作8第2 章 方案論證92.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)92.1.1 系統(tǒng)的工作流程92.1.2 家用電熱水器系統(tǒng)組成框圖92.2 硬件方案論證102. 2.2溫度檢測(cè)傳感器的選擇112.2.3 傳感器輸出的放大電路的選擇112.2.4 驅(qū)動(dòng)與加熱控制電路的選擇122.2.5 電源電路的選擇122.2.6 顯示器的

2、選擇122.2.7 鍵盤(pán)的選擇13第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)133.1單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展原則143.2 單片機(jī)晶振電路153.3 電源電路183.4 鍵盤(pán)接口電路213.4.1 獨(dú)立式按鍵輸入設(shè)計(jì)213.4.2 鍵盤(pán)輸入的抖動(dòng)與去抖的方法223.5 溫度傳感器與放大電路設(shè)計(jì)233.6 溫度檢測(cè)電路233.6.1 溫度檢測(cè)電路設(shè)計(jì)233.6.2 過(guò)零檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)243.7 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)253.8 報(bào)警電路263.9 顯示電路的設(shè)計(jì)263.10 時(shí)鐘復(fù)位電路27第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)274.1 主程序流程圖274.2 顯示掃描子程序294.3 加熱控制子程序294.4 按鍵掃描處理子程序314.5 溫度

3、檢測(cè)子程序32第5章 單片機(jī)系統(tǒng)的硬件調(diào)試345.1 單片機(jī)系統(tǒng)等的硬件調(diào)試方法345.2 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件調(diào)試技巧 35第6章 系統(tǒng)軟件控制程序編制和調(diào)試37第7章 硬件和軟件綜合調(diào)試與性能分析47總 結(jié) 與 展 望49參 考 文 獻(xiàn)50單片機(jī)實(shí)現(xiàn)家用電熱水器設(shè)計(jì)摘要隨著人們生活水平的不斷提高，單片機(jī)控制無(wú)疑是人們追求的目標(biāo)之一，它所給人帶來(lái)的方便也是不可否定的，其中家用電熱水器就是一個(gè)典型的例子，但人們對(duì)它的要求越來(lái)越高，要為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設(shè)施就需要從數(shù)單片機(jī)技術(shù)入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展。 單片機(jī) AT89C51具有功能強(qiáng)，體積小

4、，功耗低，價(jià)格便宜，工作可靠，使用方便等特點(diǎn)。所以在本設(shè)計(jì)中采用單片機(jī) AT89C51作為控制器來(lái)控制電路。 本系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，輔以鍵盤(pán)，顯示電路，利用熱敏電阻對(duì)熱水器出口溫度進(jìn)行檢測(cè)，將溫度轉(zhuǎn)換成頻率，并將其反饋到單片機(jī)，用單片機(jī)測(cè)出頻率大小，從而間接測(cè)出溫度值，溫度 /溫度轉(zhuǎn)換電路簡(jiǎn)單可靠，成本低廉。對(duì)于加熱功率的控制，本文采用了雙向可控硅控制，單片機(jī)通過(guò)光耦給可控硅觸發(fā)信號(hào)，控制可控硅的導(dǎo)通角，從而控制電熱絲的有效加熱功率。為了在關(guān)機(jī)和超溫保護(hù)的狀態(tài)下能可靠地關(guān)斷加熱電源，電路中加入了繼電器來(lái)控制加熱電源。其中串聯(lián)在繼電器線圈回路的熔絲為 105時(shí)，熱保險(xiǎn)絲會(huì)熔斷，防止加熱管干燒。與

5、電熱絲并聯(lián)的 LED發(fā)光管用來(lái)指示電熱絲的工作狀態(tài)。關(guān)鍵字：?jiǎn)纹瑱C(jī) 溫度 雙向可控硅 繼電器Abstract As people living standard rise ceaselessly, the single-chip microcomputer control is undoubtedly one of the goals of the people to pursue, it brings convenience is not negative, household electric water heater is a typical example of it, but the

6、 demand is higher and higher to modern work, scientific research, and provide a better life, the more convenient facilities need from several single-chip microcomputer, all toward digital control system, intelligent control direction. SCM AT89C51 has strong function, small volume, low power consumpt

7、ion, low price and reliable, easy to use. So in this design USES AT89C51 microcontroller as the controller to control circuit. This system based on singlechip, with the keyboard, using thermistors display circuit of water heater, will exit temperature, temperature and frequency convert their feedbac

8、k to measure frequency with single-chip microcontroller, size and indirect measure temperature, temperature/temperature circuit is simple, reliable, low cost. For heating power control, this paper adopts a two-way thyristor controlled by single chip computer controlled light-coupler to control thyri

9、stor trigger signal, the conduction angles, and the effective control of heating heating power. In order to protect the shutdown and overtemperature condition can be reliably shut off the power circuit joined to control the heating power. Relays, One of the series in relays for welding wire coil loo

10、p 105 °c, heat fuses will fuse, prevent heat pipe up. In parallel with the electric wire LED to work instructions resistanse wire working condition. Key words: SCM temperature bidirectional thyristor relays 第1章 緒 論1.1 選題目的和意義熱水器是一種可供浴室，洗手間與廚房使用的家用電器。目前市場(chǎng)上熱水器主要品種有：電熱水器、太陽(yáng)能熱水器、燃?xì)鉄崴?；就中?guó)的具體情況而言,太陽(yáng)

11、能熱水器作為一種綠色環(huán)?？稍偕茉?，其開(kāi)發(fā)和利用，因順應(yīng)中國(guó)的能源與環(huán)保政策，日益受到重視。加上日漸顯現(xiàn)的全球能源危機(jī)，進(jìn)一步加劇了太陽(yáng)能熱水器行業(yè)的發(fā)展。盡管前景光明，可因?yàn)樘?yáng)能熱水器的能源利用率較低與它對(duì)建筑的諸多要求，使用受天氣原因的限制 ,使用圍狹窄，導(dǎo)致太陽(yáng)能熱水器行業(yè)的發(fā)展目前還存在很多障礙；燃?xì)鉄崴饔捎谝允?、天然氣為燃?而燃料供應(yīng)量又難，且國(guó)家對(duì)其使用年限有規(guī)定，適合在低氣價(jià)地區(qū)使用。以滿(mǎn)足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的需求，且不利于環(huán)境；隨著人們生活水平的不斷提高和電網(wǎng)供電能力的加強(qiáng)，越來(lái)越多的家庭選用電熱水器，電熱水器使用安全、衛(wèi)生、又無(wú)污染。今后幾年我國(guó)電熱水器市場(chǎng)將呈現(xiàn)強(qiáng)勁增長(zhǎng)勢(shì)

12、頭，其產(chǎn)品質(zhì)量、技術(shù)水平、服務(wù)規(guī)將不斷提升，價(jià)格也會(huì)下降。而且全國(guó)電網(wǎng)的改造、電的普與、電價(jià)的大幅度下調(diào)，以與用電設(shè)施的改善，均為電熱水器的迅速普與提供了便利的條件。尤其三峽工程的建設(shè)、核電站的建設(shè)，更是為電熱水器的推廣和普與起到了助推劑的作用。電熱水器對(duì)安裝的要求也比較簡(jiǎn)單，它不受空間限制，可以因地制宜，可隱藏在壁柜中、陽(yáng)臺(tái)上，不外露、不占地。家用電熱水器的問(wèn)世是家用電熱水器具領(lǐng)域一次新的進(jìn)步，它具有使用安全、衛(wèi)生、不受水壓限制，隨時(shí)可供熱水，水溫易調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了其它熱水器的不足，屬傳統(tǒng)型熱水器的替代產(chǎn)品，是家庭、公用住宅、小型飯店、賓館理想的配套服務(wù)設(shè)施。隨著氣價(jià)的上漲，電價(jià)的不斷下降

13、。因此電熱水器越來(lái)越受到消費(fèi)者的青睞。相信今后幾年中我國(guó)電熱水器市場(chǎng)仍將會(huì)呈現(xiàn)強(qiáng)勁增長(zhǎng)勢(shì)頭。1.2 國(guó)外發(fā)展情況家用電熱水器在國(guó)外使用相當(dāng)廣泛，尤其是在歐美和東南亞地區(qū)。當(dāng)前，熱水器已經(jīng)成為日常生活中不可缺少的家用電器，設(shè)計(jì)制造更實(shí)用、更方便、更安全、更節(jié)能的熱水器是產(chǎn)品設(shè)計(jì)師和生產(chǎn)廠家不斷追求的目標(biāo)，它具有體積小，使用安全，安裝方便等。前些年，家用電熱水器產(chǎn)品在國(guó)市場(chǎng)上曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)一段時(shí)間，由于當(dāng)時(shí)國(guó)電力條件不成熟，對(duì)大功率的電產(chǎn)品一般無(wú)常使用，也沒(méi)有好技術(shù)來(lái)保證其質(zhì)量與安全，種種因素限制了其在國(guó)的發(fā)展。近幾年來(lái)，隨著人們生活水平的不斷提高，國(guó)家電網(wǎng)改造和相關(guān)規(guī)定的出臺(tái)，電力工業(yè)迅速發(fā)展，預(yù)示

14、了家用電熱水器產(chǎn)品在國(guó)的廣泛前景。根據(jù)國(guó)家住宅設(shè)計(jì)規(guī)（ GF500%-1999）現(xiàn)有商品住房的電器線路導(dǎo)線必須采用銅芯線，每套住宅進(jìn)線截面積不小于 10mm2,分支引線不得小于 2.5m2，電表規(guī)格不得小于 20（40）A，所以現(xiàn)購(gòu)新標(biāo)準(zhǔn)住宅用戶(hù)，都有條件使用上述這種安全、家用電熱水器，確保產(chǎn)品萬(wàn)無(wú)一失，安全系數(shù)達(dá) 100%，通過(guò)檢測(cè)，快熱式家用電熱水器比傳統(tǒng)的熱水器可節(jié)省 40%的能耗，用多少熱水加熱多少，沒(méi)有熱水用不完時(shí)的浪費(fèi)和使用中途熱水供應(yīng)不足的現(xiàn)象，熱水利用率 100%，因?yàn)樗炔恍枰崆邦A(yù)熱，也不需保溫，省去了大量的額外開(kāi)支，給用戶(hù)帶來(lái)真正的實(shí)惠。即熱式產(chǎn)品作為新型環(huán)保產(chǎn)品在我國(guó)廣

15、泛使用已是大勢(shì)所趨，符合現(xiàn)代消費(fèi)潮流。一切跡象都在預(yù)示著快熱式家用電熱水器的春天就要來(lái)臨了。 1.3 本設(shè)計(jì)研究的容和所做的工作（1）用 2位數(shù)碼管顯示出水溫度，能顯示設(shè)定功率檔位。（2）溫度測(cè)試顯示圍為 00-99，精度為± 1。（3）設(shè)置 3個(gè)功率檔位指示燈，功率不同，顯示亮的燈不同。（4）設(shè)置 3個(gè)輕觸按鈕，分別為電源開(kāi)關(guān)鍵、 “+”鍵和“ -”鍵。后兩者控制功率大小。（5）出水溫度超過(guò) 65時(shí)停止加熱，并蜂鳴報(bào)警，溫度降至 45以下時(shí)恢復(fù)。（6）膽溫度超過(guò) 105時(shí)停止加熱，防止干燒。第2 章 方案論證2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1.1 系統(tǒng)的工作流程（1）接通電源（2）開(kāi)啟電熱

16、水器（3）調(diào)節(jié)水量。 （4）調(diào)節(jié)功率（5）檢測(cè)出水溫度，判斷是否繼續(xù)加熱.。（6）排水。2.1.2 家用電熱水器系統(tǒng)組成框圖圖2-1-2 家用電熱水器系統(tǒng)組成框圖2.1.3 系統(tǒng)控制算法的設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)測(cè)試后建立的溫度/頻率表是0100c溫度所對(duì)應(yīng)的頻率值。它是一個(gè)頻率對(duì)應(yīng)于溫度遞減的非線性函數(shù)，在c語(yǔ)言中用一個(gè)一維數(shù)組b101來(lái)表示，下標(biāo)為溫度，數(shù)組元素為頻率值。計(jì)算溫度采用高效、準(zhǔn)確的二分查找法。過(guò)程如下：1）先給定查找的溫度最大值Tm和最小值Ti，即確定查找的圍，根據(jù)已有的溫度表默認(rèn)最大值Tm=100，最小值Ti=0。2）假定測(cè)的溫度Te為最大值與最小值的中間值，即T e=（Tm+Ti）/2

17、3）將實(shí)際測(cè)的頻率值T0rig與假定溫度Te在表格中對(duì)應(yīng)的頻率Tabtemp相比較，如果相等，那么假定溫度就是當(dāng)前實(shí)際溫度，即完成查找。4）若T0rig> Tabtemp，說(shuō)明實(shí)際溫度應(yīng)該在Ti與Te之間，則修改查找圍，令Tm=Te；同理，若T0rig<Tabtemp，說(shuō)明實(shí)際溫度應(yīng)該在Te與Tm之間，則令Ti=Te；5）檢查查找圍，若Tm-Ti<=1,則判斷T0rig更接近于最大值對(duì)應(yīng)的頻率TabTm還是最小值對(duì)應(yīng)的頻率TabTi，實(shí)際溫度值取頻率更接近的那個(gè)值既完成找。6）若Tm-Ti.>1則重復(fù)第2），3），4），5）步，直到查找完成。溫度檢測(cè)程序完成溫度計(jì)算后，

18、便刷新系統(tǒng)當(dāng)前溫度寄存器，并判斷有無(wú)超溫、置位或清除相應(yīng)的標(biāo)志位。2.2 硬件方案論證 對(duì)于家用電熱水器來(lái)說(shuō)，硬件系統(tǒng)是它的最基本的框架，是系統(tǒng)的所有功能的叢礎(chǔ)。硬件的選擇和所選硬件的性能對(duì)系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)以與系統(tǒng)的精度都有直接的影響，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成功與否很大程度上取決于硬件系統(tǒng)的設(shè)汁。本系統(tǒng)硬件方案論證包括單片機(jī)、溫度檢測(cè)傳感器、加熱控制驅(qū)動(dòng)電路、電源電路、與鍵盤(pán)和顯示電路的選擇。2.2.1 單片機(jī)的選擇方案一：我們知道8031芯片部無(wú)ROM，需要外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器,由此造成電路焊接的困難，況且使用8031還需要另外購(gòu)買(mǎi)其他的芯片，如A/D轉(zhuǎn)換與定時(shí)/計(jì)數(shù)器（PWM）等芯片，從而造成成本較高，不實(shí)用

19、。方案二：因?yàn)?9C51芯片部有ROM，且片ROM全部采用Flash ROM，它能于3V的超低壓工作，與MCS-51系列單片機(jī)完全兼容，由于89c51單片機(jī)成本低廉且工作可靠，采用12MH z的晶振， 需所以我們選擇89C51作為系統(tǒng)微處理器。2. 2.2溫度檢測(cè)傳感器的選擇 溫度檢測(cè)的方法很多，有熱點(diǎn)阻，熱電偶，熱敏電阻，還有專(zhuān)門(mén)的集成測(cè)溫傳感器等。方案一： 熱電式傳感器是將溫度變化轉(zhuǎn)化為電量變化的裝置，它利用敏感元件的電磁參數(shù)隨溫度變化而變化的特性來(lái)達(dá)到測(cè)量目的。通常把被測(cè)溫度的變化轉(zhuǎn)換為敏感元件的電阻變化、電勢(shì)的變化，再經(jīng)過(guò)相應(yīng)的測(cè)量電路輸出電壓或電流，然后由這些參數(shù)的變化來(lái)檢測(cè)對(duì)象的溫

20、度變化。熱敏電阻具有靈敏度高、體積小、較穩(wěn)定、制作簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)、易于維護(hù)、動(dòng)態(tài)特性好等優(yōu)點(diǎn)。但有變化率非線性，不適合測(cè)量高溫區(qū)等缺點(diǎn)。方案二：溫度/頻率轉(zhuǎn)化測(cè)溫法，直接將溫度信息轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)，用單片機(jī)測(cè)出頻率的大小，從而間接測(cè)出溫度值。方案三： 集成測(cè)溫傳感器如：DS18B20，直接將溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳送給單片機(jī)。這種方法比較先進(jìn)，本設(shè)計(jì)采用此方法。2.2.3傳感器輸出的放大電路的選擇方案一：運(yùn)算放大器LM324帶有真差動(dòng)輸入的四運(yùn)算放大器。該四放大器可以工作在低到3伏或者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場(chǎng)合中采用外

21、部偏置元件的必要性。它的性能特點(diǎn)是短跑保護(hù)輸出、真差動(dòng)輸入級(jí)、底偏置電流為最大100mA、每封裝含四個(gè)運(yùn)算放大器、具有部補(bǔ)償?shù)墓δ?、共模圍擴(kuò)展到負(fù)電源、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列、輸入端具有靜電保護(hù)功能。但用在本電路中接線較復(fù)雜，且價(jià)格昂貴所以不用。方案二： 采用74LS04作為輸出放大電路的選擇，它還可以作為驅(qū)動(dòng)電路使用，74ls04是TTL電平反相器，使用較經(jīng)濟(jì)且性能也很理想，所以在本方案中采用。2.2.4驅(qū)動(dòng)與加熱控制電路的選擇方案一： 若干不同功率的電熱絲組合而成。但需要幾組電熱絲和繼電器，成本增高且工作可靠性降低，所以不用。方案二： 通過(guò)一個(gè)繼電器驅(qū)動(dòng)，采用可控硅控制功率，能經(jīng)受較高的功率，

22、所以可以設(shè)置較多的檔位，成本大大降低可靠性較高，而且電路簡(jiǎn)單，所以本方案采用。2.2.5電源電路的選擇方案一： 采用干電池，使用方便，安全可靠，但價(jià)格昂貴，且使用時(shí)間較短，所以不采用。方案二： 市電整流成+5v電壓，由于89c51對(duì)電源要求不甚嚴(yán)格，市電來(lái)源方便，且經(jīng)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓也較可靠，較經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。 本設(shè)計(jì)中采用了線性工作狀態(tài)的線性集成穩(wěn)壓電源。2.2.6 顯示器的選擇LED數(shù)碼管顯示器可分為兩種顯示方式：靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示。方案一：LED數(shù)碼管靜態(tài)顯示，多片七段譯碼器驅(qū)動(dòng)顯示，這不僅增加了成本，還需要占用單片機(jī)多個(gè)I/O口，也給電路的焊接帶來(lái)一定的困難，因此不選用這種方案作為顯示模塊，所以排

23、除此方案。方案二：LED數(shù)碼管顯示器動(dòng)態(tài)顯示方式下，將所有位的段選線并聯(lián)在起，由位選線控制哪位接收字段碼。采用動(dòng)態(tài)掃描顯示，也就是在顯示過(guò)中，輪流向各位送出字形碼和相應(yīng)的字位選擇，同一時(shí)刻只有一位顯示，其他各位熄滅。利用顯示器的余暉和人眼的視覺(jué)暫留現(xiàn)象，只要每一位顯示足夠短，則人看到的就是無(wú)為數(shù)碼管同時(shí)顯示。在動(dòng)態(tài)顯示方式下電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，以采用。2.2.7 鍵盤(pán)的選擇方案一： 鍵盤(pán)選用行列式鍵盤(pán)，行列式鍵盤(pán)的接口方法，直接接口于單片機(jī)的I/O口上。鍵盤(pán)設(shè)置在行、列線的交點(diǎn)上，行、列線分別連接到按鍵開(kāi)關(guān)的兩端。行線通過(guò)上拉電阻接5V，被拉在高電平狀態(tài)。但線路較復(fù)雜，價(jià)格較昂貴。不適用。方案二：獨(dú)

24、立式按鍵是指直接用輸入端口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路，常用于需要少量幾個(gè)按鍵的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。每個(gè)獨(dú)立式按鍵單獨(dú)占用一根輸入端口線，各鍵的工作狀態(tài)不會(huì)相互影響。采用輕觸式獨(dú)立小按鈕，即實(shí)用又方便，因?yàn)楸倦娐穼?duì)鍵盤(pán)的要求不高，所以采用這種方案。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)家用電熱水器控制系統(tǒng)電路（圖3） 由八部分電路組成：電源電路、按鍵輸入電路、溫度檢測(cè)電路、復(fù)位電路、 LED數(shù)碼管與顯示電路、報(bào)警電路和加熱控制電路。 圖3 家用電熱水器控制系統(tǒng)電路圖控制器采用成本低廉且工作可靠的 89C51或其兼容系列的單片機(jī)，采用 12MHz的晶振。 3.1單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展原則一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)包含兩部分容

25、：一是系統(tǒng)擴(kuò)展，即單片機(jī)部的功能單元，如 ROM、RAM、I/O、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等不能滿(mǎn)足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時(shí)，必須在片外進(jìn)行擴(kuò)展，選擇適當(dāng)?shù)男酒?，設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路。二是系統(tǒng)的配置，即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤(pán)、顯示器、打印機(jī)、 A/D、D/A轉(zhuǎn)換器等，要設(shè)計(jì)合適的接口電路。系統(tǒng)的擴(kuò)展和配置應(yīng)遵循以下原則： （1）盡可能選擇典型電路，并符合單片機(jī)常規(guī)用法。為硬件系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化打下良好的基礎(chǔ)。 （2）系統(tǒng)擴(kuò)展與外圍設(shè)備的配置水平應(yīng)充分滿(mǎn)足應(yīng)用系統(tǒng)的功能要求，并留有適當(dāng)余地，以便進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。 （3）硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合應(yīng)用軟件方案一并考慮。硬件結(jié)構(gòu)與軟件方案會(huì)產(chǎn)生相互影響，考慮的

26、原則是：軟件能實(shí)現(xiàn)的功能盡可能由軟件實(shí)殃，以簡(jiǎn)化硬件結(jié)構(gòu)。但必須注意，由軟件實(shí)現(xiàn)的硬件功能，一般響應(yīng)時(shí)間比硬件實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)，且占用 CPU時(shí)間。 （4）系統(tǒng)中的相關(guān)器件要盡可能做到性能匹配。如選用 CMOS芯片單片機(jī)構(gòu)成低功耗系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)中所有芯片都應(yīng)盡可能選擇低功耗產(chǎn)品。 （5）可靠性與抗干擾設(shè)計(jì)是硬件設(shè)計(jì)必不可少的一部分，它包括芯片、器件選擇、去耦濾波、印刷電路板布線、通道隔離等。 （6）單片機(jī)外圍電路較多時(shí)，必須考慮其驅(qū)動(dòng)能力。驅(qū)動(dòng)能力不足時(shí)，系統(tǒng)工作不可靠，可通過(guò)增設(shè)線驅(qū)動(dòng)器增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力或減少芯片功耗來(lái)降低總線負(fù)載。 （7）盡量朝“單片”方向設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)。系統(tǒng)器件越多，器件之間相互干擾也越強(qiáng)

27、，功耗也增大，也不可避免地降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。隨著單片機(jī)片集成的功能越來(lái)越強(qiáng)，真正的片上系統(tǒng) SoC已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)，如 ST公司新近推出的 PSD32××系列產(chǎn)品在一塊芯片上集成了 80C32核、大容量 FLASH存儲(chǔ)器、SRAM、A/D、I/O、兩個(gè)串口、看門(mén)狗、上電復(fù)位電路等。3.2 單片機(jī)晶振電路在整個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)中，CPU既是運(yùn)算處理中心，又是控制中心，是控制系統(tǒng)中最關(guān)鍵的器件。此系統(tǒng)控制方案簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)量也不大，因此選用AT89C51作為控制系統(tǒng)的主機(jī)。AT89C51有40引腳雙列直插（DIP）形式。其與80C51引腳結(jié)構(gòu)基本一樣，其邏輯引腳圖如圖3-2。圖3-2

28、AT89C51邏輯引腳圖各引腳功能敘述如下：1電源和晶振VCC運(yùn)行和程序校驗(yàn)時(shí)加+5VGND接地XTAL1輸入到振蕩器的反向放大器XTAL2反向放大器的輸出，輸入到部時(shí)鐘發(fā)生器（當(dāng)使用外部振蕩器時(shí)，XTAL1接地，XTAL2接收振蕩器信號(hào)）RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)

29、存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。2I/O（4個(gè)口，32根）P0口8位、漏極開(kāi)路的雙向I/O口。當(dāng)使用片外存儲(chǔ)器（ROM、RAM）時(shí)，作地址和數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用。在程序校驗(yàn)期間，輸出指令字節(jié)（需加外部上拉電路）。P0口（作為總線時(shí)）能驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。P1口8位、準(zhǔn)雙向I/O口。在編程/校驗(yàn)期間，用于輸入低位字節(jié)地址。P1口可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載。對(duì)于80C51，P1.0T2，是定時(shí)器的計(jì)數(shù)端且位輸入；P1.1T2EX，是定時(shí)器的外部輸入端。這時(shí)，讀兩個(gè)特殊輸

30、入引腳的輸出鎖存器應(yīng)由程序置1。P2口8位、準(zhǔn)雙向I/O口。當(dāng)使用片外存儲(chǔ)器（ROM與RAM）時(shí)，輸出高8位地址。在編程/校驗(yàn)期間，接收高位字節(jié)地址。P2口可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載。P3口8位、準(zhǔn)雙向I/O口，具有部上拉電路。P3口提供各種替代功能。在提供這些功能時(shí)，其輸出鎖存器應(yīng)由程序置1。P3口可以輸入/輸出4個(gè)LSTTL負(fù)載。3串行口P3.0RXD（串行輸入口），輸入。P3.1TXD（串行輸出口），輸出。4中斷P3.2INT0外部中斷0，輸入。P3.3INT1外部中斷1，輸入。5定時(shí)器/計(jì)數(shù)器P3.4T0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0的外部輸入，輸入。P3.5T1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1的外部輸入，輸入。6

31、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器選通P3.6WR低電平有效，輸出，片外存儲(chǔ)器寫(xiě)選通。P3.7RD低電平有效，輸出，片外存儲(chǔ)器讀選通。7控制線(共4根)輸入：RST復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。EA/Vpp片外程序存儲(chǔ)器訪問(wèn)允許信號(hào)，低電平有效。在編程時(shí)，其上施加21V的編程電壓。注意：在加密方式1時(shí)，EA將部鎖定為RESET；當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，此間部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。輸入、輸出：ALE/PROG地址鎖存允許信號(hào)，輸出。ALE以1/6的振蕩頻率穩(wěn)定速率輸出，可用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘或用于定時(shí)。在EPROM編程期間，作輸入

32、，輸入編程脈沖（PROG）。ALE可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。注意：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。輸出：PSEN片外程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)，低電平有效。在從片外程序存儲(chǔ)器

33、取址期間，在每個(gè)機(jī)器周期中，當(dāng)PSEN有效時(shí)，程序存儲(chǔ)器的容被送上P0口（數(shù)據(jù)總線）。PSEN可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。3.3 電源電路電源電路按元件類(lèi)型可分為電子管穩(wěn)壓電路、三極管穩(wěn)壓電路、可控硅穩(wěn)壓電路、集成穩(wěn)壓電路等。根據(jù)調(diào)整元件與連接方法，可分為并聯(lián)型和串聯(lián)型；根據(jù)調(diào)整元件工作狀態(tài)不同，可分為線性和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路。本設(shè)計(jì)中采用了線性工作狀態(tài)的線性集成穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流濾波電路與穩(wěn)壓電路所組成，設(shè)計(jì)框圖：電源變壓器整流濾波電路穩(wěn)壓電路輸入電壓U1輸出電壓U2圖3-3 直流穩(wěn)壓電源各部分簡(jiǎn)介：（1）電源變壓器電源變壓器作用是將電網(wǎng)220V的交流電壓V1變換成整流濾

34、波電路所需的交流電壓V2。變壓器副邊與原邊的功率比P2/P1=，式中為變壓器的效率。（2）整流濾波電路整流電路將交流電壓變成單向脈動(dòng)的直流電壓。濾波電路用來(lái)濾除整流后單向脈動(dòng)電壓中的交流成份，合之成為平滑的直流電壓。常用的整流電路有全波整流電路、半波整流電路、橋式整流電路與倍壓整流電路。小功率直流電源因功率比較小，通常采用單相交流供電。由于橋式整流電路克服了半波整流的缺點(diǎn)，在橋式整流電路中，由于每?jī)芍欢O管只導(dǎo)通半個(gè)周期，故流過(guò)每個(gè)二極管的平均電流僅為負(fù)載電流的一半，與半波整流電路相比較，其輸出電壓提高，脈動(dòng)成分減少。整流電路將交流電變?yōu)槊}動(dòng)直流電，但其中含有大量的交流成分（稱(chēng)為紋波電壓）。為

35、了獲得平滑的直流電壓，應(yīng)在整流電路的后面加接濾波電路，以濾去交流成分。濾波電路常見(jiàn)的有電容濾波電路、電感濾波電路與型濾波電路。本設(shè)計(jì)采用電容濾波電路。電容濾波電路主要利用電容兩端電壓不能突變的特性，使負(fù)載電壓波形平滑，故電容應(yīng)與負(fù)載并聯(lián)。橋式整流電路帶電阻負(fù)載時(shí)的輸出直流電壓U0=0.9V，接上電容濾波后，空載時(shí)的輸出直流電壓U0=UC=U2。所以，接上負(fù)載時(shí)的橋式整流電容濾波電路的輸出電壓介于上述兩者之間，其大小與放電時(shí)間常數(shù)RLC有關(guān)，RLC越大，U0越大。（3）穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)輸入交流電源電壓波動(dòng)、負(fù)載和溫度變化時(shí)，維持輸出直流電壓的穩(wěn)定。由于三端式穩(wěn)壓器只有三個(gè)引出端子，具有

36、應(yīng)用時(shí)外接元件少、使用方便、性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用。三端式穩(wěn)壓器有兩種，一種稱(chēng)為固定輸出三端穩(wěn)壓器，另一種稱(chēng)為可調(diào)輸出三端穩(wěn)壓器。它們的基本組成與工作原理都一樣，均采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。（4）三端固定輸出集成穩(wěn)壓器通用產(chǎn)品有CW7800T系列和CW7900系列。正壓系列：CW7800系列，該系列穩(wěn)壓塊有過(guò)流、過(guò)熱和調(diào)整管工作保護(hù)，以防過(guò)載而損壞。一般不需要接元件即可工作，有時(shí)為改善性能也會(huì)加少量元件。負(fù)壓系列：CW7900系列與CW7800系列相比，除了輸出電壓極性、引腳定義不同外，其它特點(diǎn)都一樣。 (5)穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)分為兩種：一是特性指標(biāo)，包括允許的輸入電壓、輸出電壓、輸

37、出電流與輸出電壓調(diào)節(jié)圍等；另一種是質(zhì)量指標(biāo)，用來(lái)衡量輸出直流電壓的穩(wěn)定程度，包括穩(wěn)壓系數(shù)（或電壓調(diào)整流器率）、輸出電阻、溫度系數(shù)與紋波電壓等。（6）電路目的：給單片機(jī)與其他控制電路提供電源。電源設(shè)計(jì)是電路設(shè)計(jì)很重要關(guān)節(jié)。它的穩(wěn)定與否涉與到電路是否能穩(wěn)定工作。按要求需要一個(gè)+5V電壓，一個(gè)+12V左右可調(diào)電壓。于是采用可調(diào)壓芯片LM317，它是穩(wěn)壓芯片。LM317是三端穩(wěn)壓集成電路，最大輸出電流為2.2A，輸出電壓圍為1.25V37V。它具有輸出電壓可變、藏保護(hù)功能、體積小、性?xún)r(jià)比高、工作穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。用它制作輸出電壓可變穩(wěn)壓電源，調(diào)節(jié)可變電阻R2，便可從LM317輸出端獲得UO(可變輸出電壓

38、)。從電路中可以看出，LM317的輸出電壓(也就是穩(wěn)壓電源的輸出電壓)U0為兩個(gè)電壓之和，也就是R1兩端電壓與R2兩端電壓之和。而IR2實(shí)際上是兩路電流之和，一路是經(jīng)R1流向R2的電流IRI，其大小為URI/Rl。因URI為恒定電壓1.25V，Rl是一個(gè)固定電阻，小于240歐姆。所以IRl是一個(gè)恒定的電流。另一路是LM317調(diào)整端流出的電流ID，ID的平均值是50A左右，最大值一般不超過(guò)100A。而且在LM317穩(wěn)定工作時(shí)，ID的值基本上是一個(gè)恒定的值。調(diào)節(jié)R2阻值即可調(diào)節(jié)LM317輸出電壓UO。既然ID和IRl對(duì)調(diào)節(jié)輸出電壓UO都起到了一定作用，并且IR1是由R1提供，IRI大小也沒(méi)有任何限

39、制，LM317輸出電壓服從1.25+IDR2=UO關(guān)系。 可調(diào)穩(wěn)壓電路原理圖如圖3-3-1所示。圖3-3-1 可調(diào)穩(wěn)壓電路原理圖+5V電壓也是利用三端穩(wěn)壓集成電路得到的，采用7805芯片。其用法和LM317差別不大，如下圖所示。LM7805的1端是電源的輸入端，3端是輸出端，2端是接地端。圖3-3-2 7805三端穩(wěn)壓電源電路3.4 鍵盤(pán)接口電路3.4.1 獨(dú)立式按鍵輸入設(shè)計(jì)AT89C51P1.0P1.1P1.2ABC+5V圖3-4-1 獨(dú)立式按鍵本畢業(yè)設(shè)計(jì)的按鍵采用獨(dú)立式按鍵，是直接用I/O口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路，其特點(diǎn)是每個(gè)按鍵單獨(dú)占用一根I/O口線，每個(gè)按鍵的工作不會(huì)影響其它I/O口線的

40、狀態(tài)。獨(dú)立式按鍵的典型應(yīng)用如圖： 圖3-4-2 七段數(shù)碼管按鍵輸入均采用低電平有效，此外，上拉電阻保證了按鍵斷開(kāi)時(shí)，I/O口線有確定的高電平。當(dāng)I/O口線部有上拉電阻時(shí)，外電路不可接上拉電阻。獨(dú)立式按鍵的軟件常采用查詢(xún)式結(jié)構(gòu)。先逐位查詢(xún)每根I/O口線的輸入狀態(tài)，如某一根I/O口線輸入為低電平，則可確認(rèn)該I/O口線所對(duì)應(yīng)的按鍵已按下，然后，再轉(zhuǎn)向該鍵的功能處理程序，具體編程見(jiàn)程序清單。3.4.2 鍵盤(pán)輸入的抖動(dòng)與去抖的方法鍵盤(pán)掃描，從按下鍵盤(pán)到檢測(cè)到有電壓變化，這段時(shí)間在實(shí)際中存在一定的時(shí)間誤差，經(jīng)過(guò)這段時(shí)間誤差后電壓才會(huì)達(dá)到單片能夠檢測(cè)到的圍，但這期間單片機(jī)很有可能已經(jīng)完成檢測(cè)，見(jiàn)圖3-4-3

41、所示。圖3-4-3 抖動(dòng)示意圖如果不去除抖動(dòng)的話(huà)，人們手指按下的瞬間單片機(jī)已經(jīng)開(kāi)始檢測(cè)，這時(shí)電壓還未降到穩(wěn)定閉合狀態(tài)所以不能檢測(cè)到按下，同理不管是按下，還是是松手都會(huì)有這樣的情況出現(xiàn)，不利于操作，所以應(yīng)該加入去抖操作，圖中右側(cè)是硬件去除抖動(dòng)，除了硬件去抖以外還可以利用軟件去抖。在本設(shè)計(jì)中采用軟件去抖的方法，原理是檢測(cè)兩次，第一次檢測(cè)到低電平時(shí)延時(shí)一段時(shí)間，再檢測(cè)一次，如果還能檢測(cè)到低電平，則說(shuō)明確實(shí)有鍵按下。具體程序如下： while(temp!=0xf0)delay(5);P3=0xfd;temp=P3;temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0)上述程序是兩個(gè)w

42、hile循環(huán)之間的嵌套，第一個(gè)while（）語(yǔ)句判斷有鍵按下后，延時(shí)一段時(shí)間再進(jìn)行判斷，如果第二次判斷也認(rèn)為由鍵按下，則可以確認(rèn)的確由鍵盤(pán)操作，并不是抖動(dòng)。具體按下后的操作可以在后一個(gè)while循環(huán)中書(shū)寫(xiě)。3.5 溫度傳感器與放大電路設(shè)計(jì)溫度/頻率變換電路由多諧振蕩器組成，R24是一個(gè)熱敏電阻，當(dāng)溫度變化是引起它的阻值變化，因而電流發(fā)生變化，從而振蕩器的輸出頻率發(fā)生變化，所以通過(guò)頻率值可以求得溫度值。它的電路如圖3-5所示：圖3-5 溫度傳感器與放大電路3.6 溫度檢測(cè)電路3.6.1 溫度檢測(cè)電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用溫度傳感器DS18B20采集電熱水器的實(shí)時(shí)溫度, 提供給AT89C51GND9DQ8

43、VDD7DS18B20P3.3AT89C51VCCR5.7KVCC的P3.2口作為數(shù)據(jù)輸入。在本次設(shè)計(jì)中我們所控的對(duì)象為水溫。 其電路原理框圖如下：圖3-6-1 溫度檢測(cè)電路DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有3引腳TO92小體積封裝形式；溫度測(cè)量圍為55125,可編程為9位12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率可達(dá)0.0625，被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出，支持3V5.5V的電壓圍，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便；其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)到3根或2根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信，占用

44、微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。以上特點(diǎn)使DS18B20非常適用于遠(yuǎn)距離多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)。分辨率設(shè)定，與用戶(hù)設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在EEPROM中，掉電后依然保存。DS18B20使電壓、特性有更多的選擇，讓我們可以構(gòu)建適合自己的經(jīng)濟(jì)的測(cè)溫系統(tǒng)。如圖2所示DS18B20的2腳DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端；1腳GND為電源地；3腳VDD為外接供電電源輸入端。當(dāng)傳感器工作時(shí)，如果水溫超過(guò)60，將溫度傳給單片機(jī)，蜂鳴器報(bào)警，并斷電；如果水溫低于30，熱水器開(kāi)始工作，加熱指示燈亮。3.6.2 過(guò)零檢測(cè)電路的設(shè)計(jì) 此電路應(yīng)用三極管的通斷來(lái)引發(fā)輸出脈沖的有無(wú)，每當(dāng)三極管接通時(shí)電路輸出一個(gè)正的脈沖，

45、而當(dāng)三級(jí)管截止時(shí)不輸出脈沖，以此來(lái)控制雙向晶閘管的導(dǎo)通。它的電路如圖3-6-2所示：圖3-6-2過(guò)零檢測(cè)電路3.7 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)加熱控制驅(qū)動(dòng)電路：通過(guò)光耦二極管來(lái)控制加熱絲的導(dǎo)通，而加熱電阻通過(guò)發(fā)光二極管來(lái)顯示加熱于否，當(dāng)加熱時(shí)二極管發(fā)光，而不加熱時(shí)二極管不發(fā)光，其中利用熱繼電器來(lái)控制電路的通斷，當(dāng)通電時(shí)它的常開(kāi)觸頭閉合，電路接通，電熱絲加熱，否則電路斷開(kāi)。它的熔斷絲選為110度的熱保險(xiǎn)絲，控制加熱溫度。電路如圖3-7所示：圖3-7 加熱控制驅(qū)動(dòng)電路圖3.8 報(bào)警電路熱水器工作環(huán)境潮濕，為了保證使用者安全，控制器應(yīng)具備漏電檢測(cè)功能。在正常情況下，流過(guò)磁環(huán)的電流大小相等，方向相反，磁環(huán)檢測(cè)線圈

46、無(wú)感應(yīng)電流信號(hào)，漏電檢測(cè)集成電路輸出低電平。當(dāng)出現(xiàn)漏電電流時(shí)，由于流過(guò)磁環(huán)的電流不平衡，于是磁環(huán)檢測(cè)線圈感應(yīng)出漏電信號(hào)，經(jīng)集成電路M54123L放大輸出高電平，經(jīng)三極管倒相后輸出至單片機(jī)。單片機(jī)接收到漏電信號(hào)，則停止加熱、保溫與鍵盤(pán)操作，結(jié)束程序并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，蜂鳴器連續(xù)嗚響。在漏電保護(hù)與自檢不合格情況下，只有關(guān)閉電源與排除故障后，重新接通電源才能工作。報(bào)警電路，電路圖如圖3-8所示：R6R3R4U1BELLD1YELLOWQ1NPN-12VP2.0(A8)21AT89C51圖3-8 報(bào)警電路3.9 顯示電路的設(shè)計(jì)數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計(jì)是采用雙向共陽(yáng)極串行接口電路，用來(lái)顯示加熱檔位，直觀性更強(qiáng)。

47、它的電路圖如圖3-9所示：圖3-9 顯示電路3.10 時(shí)鐘復(fù)位電路時(shí)鐘復(fù)位電路見(jiàn)圖3-10所示，RET連接單片機(jī)的RESET接口，主要完成單片機(jī)的復(fù)位功能。圖3-10 時(shí)鐘復(fù)位電路第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 單片機(jī)家用電熱水器的設(shè)計(jì)主要包括主程序、顯示掃描、按鍵掃描子程序、加熱控制子程序和溫度檢測(cè)子程序。要想實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)計(jì)的功能軟件的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，應(yīng)認(rèn)真考慮。4.1 主程序流程圖系統(tǒng)在上電復(fù)位后，先對(duì)溫度寄存器、檔位寄存器賦默認(rèn)值，并進(jìn)行清除超溫標(biāo)志，設(shè)置定時(shí)器與中斷系統(tǒng)的工作方式等初始化工作。由于51系統(tǒng)單片機(jī)沒(méi)有停機(jī)指令，所以可以利用主程序設(shè)置死循環(huán)反復(fù)運(yùn)行各個(gè)任務(wù)。把有實(shí)時(shí)要求的子程序（顯示掃描、

48、按鍵掃描、加熱控制）約占用5msCPU時(shí)間，運(yùn)行測(cè)溫子程序的時(shí)間間隔為0.5s，那么循環(huán)次數(shù)應(yīng)為100次。 主程序流程圖如圖 4-1所示：圖 4-1 主程序流程圖4.2 顯示掃描子程序顯示掃描子程序完成兩位共陽(yáng)數(shù)碼管的掃描顯示任務(wù)。下圖即為顯示掃描子程序流程圖如圖4-2所示：圖4-2 顯示掃描子程序4.3 加熱控制子程序 加熱控制程序根據(jù)用戶(hù)設(shè)定的加熱檔位和系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)，決定是否加熱和控制加熱的功率并點(diǎn)亮相應(yīng)的指示燈，若有超溫標(biāo)志，還應(yīng)打開(kāi)蜂鳴器報(bào)警。圖4-3所示為加熱控制程序流程圖。加熱控制程序通過(guò)控制繼電器的通斷來(lái)決定是否給電熱絲通過(guò)加熱，而加熱的功率大小則由雙向可控硅的導(dǎo)通角決定。系統(tǒng)

49、程序利用外中斷INT1檢測(cè)市電的過(guò)零點(diǎn)，檢測(cè)到過(guò)零點(diǎn)后，立即根據(jù)設(shè)定的加熱檔位給定時(shí)器T1賦一個(gè)延時(shí)參數(shù)，并打開(kāi)定時(shí)器T1，允許其中斷。當(dāng)定時(shí)器T1計(jì)滿(mǎn)益出后觸發(fā)中斷，T1中斷程序就會(huì)給可控硅發(fā)一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，使其導(dǎo)通。圖4-3-1和4-3-2所示分別為過(guò)零檢測(cè)程序流程圖和可控硅觸發(fā)信號(hào)控制程序流程圖。 圖4-3 加熱控制程序流程圖圖4-3-1 過(guò)零檢測(cè)程序流程圖圖4-3-2 可控硅觸發(fā)信號(hào)控制程序流程圖4.4 按鍵掃描處理子程序按鍵掃描子程序負(fù)責(zé)逐個(gè)掃描檔位+鍵、-鍵和開(kāi)關(guān)鍵是否被按下，若有鍵被按下，則作出相應(yīng)處理。按鍵掃描處理子程序流程圖如4-4所示：圖4-4 按鍵掃描處理子程序流程圖4.5

50、 溫度檢測(cè)子程序 溫度檢測(cè)程序的基本原理就是將溫度/頻率轉(zhuǎn)換電路測(cè)得的頻率與事先建立好的溫度/頻率表進(jìn)行比較，查找出與該頻率相應(yīng)的溫度值。在實(shí)驗(yàn)測(cè)試后建立的溫度/頻率表是0100溫度所對(duì)應(yīng)的頻率值。它是一個(gè)頻率對(duì)應(yīng)于溫度遞減的非線性函數(shù)，在C語(yǔ)言中用一個(gè)一維數(shù)組Tab101來(lái)表示，下標(biāo)為溫度，數(shù)組元素為頻率值。計(jì)算溫度的方法采用高效、準(zhǔn)確的二分法查表，查表的過(guò)程如下： （一）先給定查找的溫度最大值Tmax和最小值Tmin，即查找的圍，根據(jù)已有的溫度表默認(rèn)最大值Tmax=100，最小值Tmin=0。（二）假定測(cè)得溫度Temp為最大值與最小值餓中間值，即Temp=（Tmax+Tmin）/2。（三）

51、將實(shí)際測(cè)得的頻率值T0rig與假定溫度Temp在表格中對(duì)應(yīng)的頻率Tabtemp相比較，如果相等，那么假定溫度就是當(dāng)前實(shí)際溫度，即完成查找。（四）若T0rigTabtemp，說(shuō)明實(shí)際溫度應(yīng)該在Tmin與Temp之間（因?yàn)檫f減函數(shù)特性），則修改查找圍，令Tmax=Temp；同理，若T0rigTabtemp，說(shuō)明實(shí)際溫度應(yīng)該在Temp與Tmax之間，則令Tmin=Temp；（五）檢測(cè)查找圍，若Tmax-Tmin1，則判斷T0rig更接近最大值對(duì)應(yīng)的頻率TabTmax還是最小值對(duì)應(yīng)的頻率TabTmin，實(shí)際溫度值取頻率更接近的那個(gè)值即完成查找。（六）若Tmax-Tmin1，則重復(fù)以上步驟、直到完成查找

52、。溫度檢測(cè)程序完成溫度計(jì)算后，便刷新系統(tǒng)當(dāng)前溫度寄存器，并判斷有無(wú)超溫、置位或清除相應(yīng)的標(biāo)志位。圖4-5所示為溫度檢測(cè)程序流程圖。單片機(jī)使用外中斷INT0和計(jì)時(shí)器T0檢測(cè)輸入頻率的大小。為了減少測(cè)量的系統(tǒng)誤差相對(duì)值和隨機(jī)誤差對(duì)測(cè)量精度的影響，程序中取100個(gè)方波周期的和作為檢測(cè)結(jié)果。程序中使用靜態(tài)變量px0count進(jìn)行外中斷的計(jì)數(shù)，在測(cè)量開(kāi)始時(shí)，給px0count賦值2是為了讓頻率測(cè)量有準(zhǔn)確的起點(diǎn)。另外，為了區(qū)分測(cè)頻的開(kāi)始和結(jié)束，還使用了測(cè)頻開(kāi)始標(biāo)志位T0tst和測(cè)頻完成標(biāo)志位Testok.圖4-5-1所示為頻率測(cè)試程序流程圖。圖4-5 溫度檢測(cè)子程序流程圖圖4-5-1頻率測(cè)試程序流程圖第5

53、章 單片機(jī)系統(tǒng)的硬件調(diào)試5.1 單片機(jī)系統(tǒng)等的硬件調(diào)試方法1.焊接的順序問(wèn)題。焊接的順序很重要，按功能劃分的器件進(jìn)行焊接，順序是：功能部件的焊接-調(diào)試(OK)-另一功能部件的焊接，這樣容易找到問(wèn)題的所在。如果在調(diào)試按功能劃分的器件上出現(xiàn)問(wèn)題，可以按以下步驟進(jìn)行： 1）檢查原理圖連接是否正確 2）檢查原理圖與PCB圖是否一致 3）檢查原理圖與器件的DATASHEET上引腳是否一致 4）用萬(wàn)用表檢查是否有虛焊，引腳短路現(xiàn)象 5）查詢(xún)器件的DATASHEET，分析一下時(shí)序是否一致，同時(shí)分析一下命令字是否正確 6）有條件的可以用示波器。通過(guò)示波器對(duì)SRAM各個(gè)引腳進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)無(wú)信號(hào)的線，找到問(wèn)題所在

54、。 7）飛線。用別的的口線進(jìn)行控制，看看能不能對(duì)其進(jìn)行正常操作，多試驗(yàn)，找到問(wèn)題所在。3、多觀察，多思考。在調(diào)試過(guò)程中，對(duì)于出現(xiàn)的任何現(xiàn)象都不要放過(guò)，問(wèn)題的解決就是從一些小的現(xiàn)象入手的。4、有可能的情況下，最好焊兩塊板子以上，這樣才好有個(gè)比較，硬件上很小的問(wèn)題有很多時(shí)候是很難發(fā)現(xiàn)的。5、軟件的調(diào)試要和硬件配合進(jìn)行，往往問(wèn)題可能不是硬件上的。5.2 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件調(diào)試技巧 在單片機(jī)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，從硬件設(shè)計(jì)到軟件設(shè)計(jì)幾乎是開(kāi)發(fā)者針對(duì)本系統(tǒng)特點(diǎn)親自完成的。這樣雖然可以降低系統(tǒng)成本，提高系統(tǒng)的適應(yīng)性，但是每個(gè)系統(tǒng)的調(diào)試占去了總開(kāi)發(fā)時(shí)間的23，可見(jiàn)調(diào)試的工作量比較大。單片機(jī)系統(tǒng)的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試是不能分開(kāi)的，許多硬件錯(cuò)誤是在軟件調(diào)試中被發(fā)現(xiàn)和糾正的。但通常是先排除明顯的硬件故障以后，再和軟件結(jié)合起來(lái)調(diào)試以進(jìn)一步排除故障?？梢?jiàn)硬件的調(diào)試是基礎(chǔ)，如果硬件調(diào)試不通過(guò)，軟件設(shè)計(jì)則是無(wú)從做起。本節(jié)討論硬件調(diào)試的技巧。當(dāng)硬件設(shè)計(jì)從布線到焊接安裝完成之后，就開(kāi)始進(jìn)入硬件調(diào)試階段，調(diào)試大體分為以下幾步。 1.硬件靜態(tài)的調(diào)試  （1） 排除邏輯故障這類(lèi)故障往往由于設(shè)計(jì)和加工制板過(guò)程中工藝性錯(cuò)誤所造成的。主要包括錯(cuò)線、開(kāi)路、短路。排除的方法是首先