基于單片機(jī)的太陽(yáng)能熱水器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、 PAGE51 / NUMPAGES59大學(xué)工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目 基于單片機(jī)的太陽(yáng)能 熱水器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)系 別 電力工程系 專 業(yè) 電氣工程與其自動(dòng)化 班 級(jí) 電本0824 姓 名 指導(dǎo)教師 下達(dá)日期2012年 2月20日設(shè)計(jì)時(shí)間自2012年 2月20日 至2012年5月25日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)一、設(shè)計(jì)題目：1、題目名稱 基于單片機(jī)的太陽(yáng)能熱水器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2、題目來(lái)源 自備二、目的和意義通過(guò)對(duì)一個(gè)基于單片機(jī)的能實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能熱水器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從而達(dá)到學(xué)習(xí)、了解單片機(jī)的各方面的應(yīng)用，太陽(yáng)能熱水器的工作原理與實(shí)現(xiàn)方法。系統(tǒng)由主控制器AT89C51、時(shí)鐘電路DS1302、顯示電

2、路、按鍵電路、和復(fù)位電路等部分構(gòu)成，能實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘（時(shí)、分、秒）顯示的功能與對(duì)溫度的顯示與控制等。三、原始資料太陽(yáng)能熱水器說(shuō)明書(shū)四、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)應(yīng)包括的容1、太陽(yáng)能熱水器的發(fā)展2、太陽(yáng)能熱水器的組成與工作原理3、控制系統(tǒng)的軟、硬件實(shí)現(xiàn)4、編寫(xiě)的控制程序等。五、設(shè)計(jì)應(yīng)完成的圖紙1、太陽(yáng)能熱水器控制系統(tǒng)的原理圖2、太陽(yáng)能熱水器控制系統(tǒng)的PCB圖六、主要參考資料1、太陽(yáng)能熱水器說(shuō)明書(shū)2、單片機(jī)原理、應(yīng)用與c51程序設(shè)計(jì) 清華大學(xué)七、進(jìn)度要求1、設(shè)計(jì)階段 第 1 周（ 2 月 20 日）至第14 周（ 5 月 26 日）共 14 周2、答辯日期 第 14 周（ 2012 年 5 月 26 日） 3、實(shí)習(xí)階段

3、 第 15 周（ 5 月 28 日）至第18 周（ 6 月 22 日）共 3 周八、其它要求針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)太陽(yáng)能熱水器的要求進(jìn)行控制系統(tǒng)方面的設(shè)計(jì)，主要包括水溫顯示、定時(shí)上水、防凍功能、恒溫控制、時(shí)鐘顯示的功能等?；趩纹瑱C(jī)的太陽(yáng)能熱水器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要太陽(yáng)能熱水器以其諸多的優(yōu)點(diǎn)受到人們的歡迎。本文結(jié)合實(shí)際太陽(yáng)能熱水器的具體應(yīng)用，在介紹太陽(yáng)能、單片機(jī)的特點(diǎn)基礎(chǔ)上，詳細(xì)描述了太陽(yáng)能熱水器的工作原理和設(shè)計(jì)方案。這里根據(jù)太陽(yáng)能熱水器對(duì)控制器的要求與特點(diǎn)，提出了一種基于單片機(jī)的太陽(yáng)能熱水器智能控制器的設(shè)計(jì)方法，給出了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與軟件實(shí)現(xiàn)方法。全文分三大部分。第一部分包括第一章，描述太陽(yáng)能的利用和前景發(fā)

4、展?fàn)顩r。第二部分包括第二章，描述太陽(yáng)能系統(tǒng)組成與工作原理。第三部分包括第三、四章硬件設(shè)計(jì)與電路原理和軟件設(shè)計(jì)，分別介紹了一般的太陽(yáng)能熱水器與循環(huán)系統(tǒng)、單片機(jī)發(fā)展和原理，這也是此款太陽(yáng)能熱水器的理論基礎(chǔ)和必要前提。關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能熱水器;實(shí)時(shí)時(shí)鐘;單片機(jī) Design of control system for Solar Water Heaterbased on SCMAbstractSolar Water Heater is popular with its pretty benefits, Based on authors real experience on Solar Water Hea

5、ter design, this article describes the working theory of this solar water hearer after introducing the characters of solar、Single Chip Microcomputer(SCM).According to the request and characteristic of Solar Water heater for the controller. Providing a design ofIntelligent Con- troller for Solar Wate

6、r heater based on SCM. Sum up a design way of the systems hardware and software. This article is divided into 3 parts. Part One is Chapter 1,including the use and perspective of solar energy. Part Two, including Chapter 2, describing the including and the theory of this solar water heater. Part thre

7、e, including Chapter 3,Chapter 4: the design of hardware and software、the theory of the circuit. Separately introducing common solar water heater and cycle system, the development and theory of Single ChipMicrocomputer(SCM),which are the basic theory and necessary precondition.Key Words：Solar Water

8、Heater；Real clock；Single Chip Microcomputer(SCM)目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc325575652摘要 PAGEREF _Toc325575652 h IHYPERLINK l _Toc325575655Abstract PAGEREF _Toc325575655 h IIHYPERLINK l _Toc325575656前言 PAGEREF _Toc325575656 h VHYPERLINK l _Toc325575659第1章緒論 PAGEREF _Toc325575659 h 1HYPERLINK

9、l _Toc3255756601.1 太陽(yáng)能熱水器的發(fā)展背景與意義 PAGEREF _Toc325575660 h 1HYPERLINK l _Toc3255756611.2 太陽(yáng)能熱水器的主要功能 PAGEREF _Toc325575661 h 2HYPERLINK l _Toc325575662第2章：太陽(yáng)能熱水器的組成與工作原理 PAGEREF _Toc325575662 h 4HYPERLINK l _Toc3255756632.1 太陽(yáng)能熱水器組成與原理 PAGEREF _Toc325575663 h 4HYPERLINK l _Toc3255756642.2 主要芯片的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

10、PAGEREF _Toc325575664 h 5HYPERLINK l _Toc3255756652.2.1 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) PAGEREF _Toc325575665 h 5HYPERLINK l _Toc3255756662.2.2 74HC595與74HC138介紹 PAGEREF _Toc325575666 h 7HYPERLINK l _Toc3255756672.2.3 DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc325575667 h 8HYPERLINK l _Toc325575668第3章：太陽(yáng)能熱水器硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc3255756

11、68 h 11HYPERLINK l _Toc3255756693.1 太陽(yáng)能控制器硬件結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc325575669 h 11HYPERLINK l _Toc3255756703.2 控制器實(shí)時(shí)時(shí)鐘接口電路 PAGEREF _Toc325575670 h 11HYPERLINK l _Toc3255756713.3 溫度檢測(cè)與A/D轉(zhuǎn)換 PAGEREF _Toc325575671 h 12HYPERLINK l _Toc3255756723.4 看門(mén)狗和復(fù)位接口電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc325575672 h 14HYPERLINK l _Toc325575673

12、3.5 鍵盤(pán)和顯示接口電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc325575673 h 15HYPERLINK l _Toc3255756743.5.1 鍵盤(pán)電路 PAGEREF _Toc325575674 h 15HYPERLINK l _Toc3255756753.5.2 顯示接口電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc325575675 h 16HYPERLINK l _Toc3255756763.6 水位傳感器 PAGEREF _Toc325575676 h 18HYPERLINK l _Toc325575677第4章：控制器的軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc325575677 h 20HYP

13、ERLINK l _Toc3255756784.1 主程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc325575678 h 20HYPERLINK l _Toc325575679結(jié)論 PAGEREF _Toc325575679 h 21HYPERLINK l _Toc325575680參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc325575680 h 22HYPERLINK l _Toc325575681附錄一 PCB元件材料 PAGEREF _Toc325575681 h 23HYPERLINK l _Toc325575682附錄二程序 PAGEREF _Toc325575682 h 24HYPERLINK l

14、_Toc325575683附錄三 NTC103F3950 溫度阻值對(duì)照表 PAGEREF _Toc325575683 h 32HYPERLINK l _Toc325575684附錄四原理圖與PCB圖 PAGEREF _Toc325575684 h 35HYPERLINK l _Toc325575685英文文獻(xiàn) PAGEREF _Toc325575685 h 37HYPERLINK l _Toc325575686中文翻譯 PAGEREF _Toc325575686 h 43HYPERLINK l _Toc325575687指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)表 PAGEREF _Toc325575687 h 47前 言

15、隨著微電子技術(shù)的高速發(fā)展，單片機(jī)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的個(gè)人領(lǐng)域得到了廣泛的運(yùn)用。單片機(jī)以體積小、功能全、性價(jià)比高等諸多優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)控制、家用電器、通信設(shè)備、信息處理、尖端武器等各種測(cè)控領(lǐng)域的應(yīng)用中獨(dú)占鰲頭，單片機(jī)開(kāi)發(fā)技術(shù)已成為電子信息、電氣、通信、自動(dòng)化、機(jī)電一體化等專業(yè)技術(shù)人員必須掌握的技術(shù)。太陽(yáng)能熱水器是以太陽(yáng)能作為能源進(jìn)行加熱的熱水器。一般家用太陽(yáng)能熱水器需要自動(dòng)或半自動(dòng)運(yùn)行，控制系統(tǒng)是不可少的，常用的控制器是自動(dòng)上水、水滿斷水并顯示水溫和水位，帶電輔助加熱的太陽(yáng)能熱水器還有漏電保護(hù)、防干燒等功能。目前市場(chǎng)上有手機(jī)短信控制的智能化太陽(yáng)能熱水器，具有水位水位查詢、故障報(bào)警、啟動(dòng)上水、關(guān)閉上水、啟動(dòng)電

16、加熱等功能，方便了用戶。其溫度控制部分是單片機(jī)實(shí)驗(yàn)中一個(gè)很常用的題目。因?yàn)樗泻芎玫拈_(kāi)放性和可發(fā)揮性，因此對(duì)作者的要求比較高，不僅考察了對(duì)單片機(jī)的掌握能力更加強(qiáng)調(diào)了對(duì)單片機(jī)擴(kuò)展的應(yīng)用。而且在操作的設(shè)計(jì)上要力求簡(jiǎn)潔，功能上盡量齊全，顯示界面也要出色。所以，對(duì)其溫度控制的設(shè)計(jì)是很有價(jià)值的。王濤二一二年五月第1章 緒論1.1 太陽(yáng)能熱水器的發(fā)展背景與意義目前，中國(guó)已成為世界上最大的太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)國(guó)，年產(chǎn)量約為世界各國(guó)之和，已有一百多家太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)廠。但是與之配套的太陽(yáng)能熱水器控制器卻一直處在研究與開(kāi)發(fā)階段，當(dāng)由于天氣原因而光強(qiáng)不足時(shí)，就會(huì)給熱水器用戶帶來(lái)不便；即使熱水器具有輔助加熱功能，由于加

17、熱時(shí)間不能控制而浪費(fèi)大量的電能。溫度控制采用模糊控制，控制器可以根據(jù)天氣情況利用輔助加熱裝置使蓄水箱的水溫在設(shè)定時(shí)間達(dá)到預(yù)先設(shè)定的溫度，從而達(dá)到24小時(shí)供應(yīng)熱水的目的。太陽(yáng)能熱水器是太陽(yáng)能利用中最常見(jiàn)的一種裝置，經(jīng)濟(jì)效益明顯，正在迅速的推廣應(yīng)用，太陽(yáng)能熱水器能夠?qū)⑻?yáng)輻射能轉(zhuǎn)換熱能，供生產(chǎn)和生活使用。它主要由平板集熱器、蓄水器和連接管道等部件組成，可分循環(huán)式、直流式和悶曬式。太陽(yáng)能熱水器環(huán)保、無(wú)污染，人們用著安全放心。利用太陽(yáng)的能源，大量節(jié)約現(xiàn)有的能源，是以后能源發(fā)展的趨勢(shì)。原有的燃?xì)鉄崴骱碗姛崴麟m然加熱速度比較快，但是所用的煤和氣都會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定的污染，而且會(huì)使室的空氣變得不清新，電熱

18、水器的功率較大，對(duì)長(zhǎng)期使用的一般家庭來(lái)說(shuō)必定會(huì)帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)困難，是一筆相當(dāng)大的開(kāi)銷。太陽(yáng)能熱水器安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)，帶有輔助加熱功能的熱水器可在全年的任何時(shí)候使用，設(shè)計(jì)一個(gè)控制器來(lái)幫助人們了解水的溫度和熱水器中水位的高低，使人們清楚的使用。先前國(guó)外大多數(shù)家庭使用的太陽(yáng)能熱水器只是純粹的太陽(yáng)能加熱問(wèn)題，還沒(méi)有其他的智能控制方面，在沒(méi)有太陽(yáng)的天氣中沒(méi)有足夠的能源使水箱中的水加到最熱。其次對(duì)太陽(yáng)能熱水器中的水位沒(méi)有記錄，使人們不能與時(shí)知道水箱中的水量，以便補(bǔ)充，缺乏自動(dòng)性。如今大多數(shù)的家庭太陽(yáng)能都裝有水位監(jiān)測(cè)和水溫測(cè)量、顯示的功能，使用更加方便。近年來(lái)，利用太陽(yáng)能和其它能源的結(jié)合，使得太陽(yáng)能熱水器更

19、加的完善，在任何天氣情況下都能使用到熱水。此款熱水器包括主、從兩大系統(tǒng)：主系統(tǒng)的特點(diǎn)是在晴好的天氣利用太能為熱水器加熱；從系統(tǒng)相當(dāng)于電熱水器，它在無(wú)光照的情況下利用電輔助加熱。它充分利用太陽(yáng)能的豐富的免費(fèi)的資源的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)考慮到在陰天與夜間無(wú)法利用太陽(yáng)能的缺點(diǎn)，充分發(fā)揮太陽(yáng)能熱水器和電熱水器的各自優(yōu)勢(shì)，這是世面上大部分熱水器所不能比擬的。當(dāng)今社會(huì)發(fā)展日新月異，人們衣食住行也在不斷的提高?，F(xiàn)有電熱型熱水器費(fèi)用昂貴與燃?xì)庑偷牟话踩?，且排放二氧化碳污染大氣，北方用煤氣取暖造成城市空氣環(huán)境污染，這些都是太陽(yáng)能熱水器良好的外部生存環(huán)境。太陽(yáng)能熱水器克服了上述缺點(diǎn)，他是綠色環(huán)保產(chǎn)品。它使用簡(jiǎn)單、方便。太

20、陽(yáng)能熱水器順著時(shí)代發(fā)展的要求，滿足人們對(duì)環(huán)保綠色產(chǎn)品的需求。在人類文明程度日益提高的今天，它是現(xiàn)代文明社會(huì)的最佳選擇。應(yīng)該注意到，集體單位對(duì)太陽(yáng)能熱水器的需用量很大。眾所周知，太陽(yáng)能是取之不盡，用之不竭，沒(méi)有污染的巨大能源。隨著世界上煤、石油、天然氣的存儲(chǔ)量日益減少，能源危機(jī)已日益增長(zhǎng)，環(huán)境污染的危機(jī)已威脅著生態(tài)平衡，太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用的課題已提到人類的面前。有人預(yù)測(cè)：二十一世紀(jì)太陽(yáng)能將由輔助能源上升為主要能源。但由于太陽(yáng)能的分散性、季節(jié)性和地區(qū)性又給太陽(yáng)能利用帶來(lái)重重困難，有些技術(shù)難點(diǎn)尚未突破，產(chǎn)品造價(jià)偏高，因而尚未被人們大規(guī)模使用。在太陽(yáng)能熱利用技術(shù)中，太陽(yáng)能熱水器是技術(shù)上比較成熟、造價(jià)比較低

21、廉的產(chǎn)品，同時(shí)給人民提供低耗能源、保護(hù)環(huán)境、絕對(duì)安全的熱水而受到人們的歡迎。世界各國(guó)的太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)發(fā)展也很快。例如：澳大利亞政府規(guī)定，在北部地區(qū)新建房屋一定要設(shè)置太陽(yáng)能熱水器，已經(jīng)有25的新住宅安裝了太陽(yáng)能熱水器。日本現(xiàn)在每年安裝太陽(yáng)能熱水器近50萬(wàn)臺(tái)，計(jì)劃今后普與率更高。有些國(guó)家法令規(guī)定所有新建筑物必須配備太陽(yáng)能熱水器。太陽(yáng)能熱水器的推廣應(yīng)用與經(jīng)濟(jì)效益據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，迄今全國(guó)太陽(yáng)能熱水器累計(jì)安裝使用總量已達(dá)到300萬(wàn)平方米以上。所以該控制器具有使用方便、性價(jià)比高、工作可靠、精度高等特點(diǎn)，為太陽(yáng)能熱水器的進(jìn)一步推廣具有積極的推動(dòng)作用。本設(shè)計(jì)主要利用單片機(jī)為核心，選擇熱敏電阻NTC10K，將檢

22、測(cè)的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)處理。通過(guò)LED數(shù)碼管來(lái)顯示溫度和水位。要經(jīng)過(guò)幾部分的設(shè)計(jì)來(lái)完成：（1）LED數(shù)碼管顯示部分設(shè)計(jì) （2）A/D轉(zhuǎn)換部分設(shè)計(jì)（3）溫度采集部分設(shè)計(jì)（4）控制加熱和上水電路設(shè)計(jì)從系統(tǒng)需要和研究容可以看出，本設(shè)計(jì)需要做的主要工作有：查閱相關(guān)資料，了解各部分功能原理。查閱元器件資料，掌握器件工作原理和硬件實(shí)現(xiàn)方法。1.2 太陽(yáng)能熱水器的主要功能圖1-1 運(yùn)行圖（1）數(shù)碼管水溫水位顯示：集熱器頂部溫度處顯示集熱器頂部溫度T1，集熱器底部溫度處顯示集熱器底部溫度T2，集熱器底部溫度處顯示儲(chǔ)熱水箱溫度T3，水箱溫度處顯示恒溫水箱溫度T4，水箱溫度處顯示用戶管路溫度T5，

23、按向下鍵一次集熱器頂部溫度處顯示溫度T6，時(shí)鐘處顯示實(shí)時(shí)時(shí)鐘，定時(shí)時(shí)間處顯示定時(shí)加熱時(shí)間和定時(shí)上水時(shí)間，狀態(tài)顯示區(qū)顯示各種外接負(fù)載的運(yùn)行狀態(tài)。（2）溫差循環(huán)：當(dāng)集熱器頂部溫度與儲(chǔ)熱水箱溫度之差T1-T37（可調(diào)）時(shí)，水泵P1打開(kāi)，進(jìn)行循環(huán)，當(dāng)T1-T340（可調(diào)）水位小于6格，且電磁閥E1不啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)泵P3，當(dāng)T390（可調(diào)）時(shí)，P1不啟動(dòng)（按泵循環(huán)按鍵可啟動(dòng)P1，5分鐘后停）；當(dāng)T125MHz；標(biāo)準(zhǔn)串行（ SPI ）接口；CMOS 串行輸出，可用于多個(gè)設(shè)備的級(jí)聯(lián)；低功耗： TA =25 時(shí)， Icc=4 A （ MAX ）三、管腳定義、說(shuō)明圖2-4 74HC595管腳圖表2-3 75C59

24、5管腳說(shuō)明管腳編號(hào)管腳名說(shuō)明1、2、3、4、5、6、7、15O0O7三態(tài)輸出管腳8 GND電源地9QH清零端10SRCLR移位寄存器清零端11SRCLK數(shù)據(jù)輸入時(shí)鐘線12RCLK輸出存儲(chǔ)器鎖存時(shí)鐘線13OE輸出使能14SER數(shù)據(jù)線16VCC電源端74HC138介紹概述與特點(diǎn)74HC138是一款高速CMOS器件，74HC138引腳兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。74HC138譯碼器可接受3位二進(jìn)制加權(quán)地址輸入（A0, A1和A2），并當(dāng)使能時(shí)，提供8個(gè)互斥的低有效輸出（Y0至Y7）。74HC138特有3個(gè)使能輸入端：兩個(gè)低有效（E1和E2）和一個(gè)高有效（E3）。除非E1和E2置低且E3

25、置高，否則74HC138將保持所有輸出為高。利用這種復(fù)合使能特性，僅需4片74HC138芯片和1個(gè)反相器，即可輕松實(shí)現(xiàn)并行擴(kuò)展，組合成為一個(gè)1-32（5線到32線）譯碼器。任選一個(gè)低有效使能輸入端作為數(shù)據(jù)輸入，而把其余的使能輸入端作為選通端，則74HC138亦可充當(dāng)一個(gè)8輸出多路分配器，未使用的使能輸入端必須保持綁定在各自合適的高有效或低有效狀態(tài)。74HC138與74HC238邏輯功能一致，只不過(guò)74HC138為反相輸出。CD74HC138 ，CD74HC238和CD74HCT138 ，CD74HCT238是高速硅柵CMOS解碼器，適合存地址解碼或數(shù)據(jù)路由應(yīng)用。74HC138 作用原理于高性能

26、的存貯譯碼或要求傳輸延遲時(shí)間短的HYPERLINK :/baike.baidu /view/4212135.htm數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，在高性能存貯器系統(tǒng)中，用這種譯碼器可以提高譯碼系統(tǒng)的效率。將快速賦能電路用于高速存貯器時(shí)，譯碼器的延遲時(shí)間和存貯器的賦能時(shí)間通常小于存貯器的典型存取時(shí)間，這就是說(shuō)由肖特基鉗位的系統(tǒng)譯碼器所引起的有效系統(tǒng)延遲可以忽略不計(jì)。HC138 按照三位二進(jìn)制輸入碼和賦能輸入條件，從8 個(gè)輸出端中譯出一個(gè)低電平輸出。兩個(gè)低電平有效的賦能輸入端和一個(gè)高電平有效的賦能輸入端減少了擴(kuò)展所需要的外接門(mén)或倒相器，擴(kuò)展成24 線譯碼器不需外接門(mén)；擴(kuò)展成32 線譯碼器，只需要接一個(gè)外接倒相器。在

27、解調(diào)器應(yīng)用中，賦能輸入端可用作數(shù)據(jù)輸入端。二、主要特性電壓 2.06.0V ；驅(qū)動(dòng)電流 5.2mA ；傳輸延遲 12ns5V；邏輯電平 CMOS；功耗考量 低功耗或電池供電應(yīng)用 ；封裝與引腳 SO16、SSOP16、DIP16、TSSOP16表2-4 74HC138管腳說(shuō)明管腳定義、說(shuō)明管腳編號(hào)管腳名說(shuō)明7、9、10、11、12、13、14、15Y0Y7輸出管腳1、2、3 A0A2輸入管腳4、5、6E1E3使能端8GND電源地16VCC電源圖2-5 74HC138管腳圖2.2.3 DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片簡(jiǎn)介實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路DS1302是DALLAS公司的一種具有涓細(xì)電流充電能力的電路，主要特點(diǎn)是

28、采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護(hù)電源提供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能。采用普通32.768kHz晶振。DS1302的結(jié)構(gòu)與工作原理DS1302 是美國(guó)DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為2.5V5.5V。采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的HYPERLINK :/baike.baidu /view/188811.htm時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。DS1302部有一個(gè)318的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級(jí)產(chǎn)品，與DS1202

29、兼容，但增加了主電源/后備電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對(duì)后備電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。 引腳功能與結(jié)構(gòu)表2-5 DS1302引腳功能表管腳編號(hào)管腳名說(shuō)明1Vcc2主電源2、3 X1、X2震蕩源，外接32768Hz晶振4GND電源地5RST復(fù)位/片選線6I/O串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端（雙向）7SCLK串行數(shù)據(jù)輸入端8Vcc1后備電源圖2-6 DS1302引腳圖DS1302的引腳排列,其中Vcc1為后備電源，Vcc2為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。當(dāng)Vcc2大于Vcc1+0.2V時(shí)，Vcc2給DS1302供電。當(dāng)Vcc2小于V

30、cc1時(shí)，DS1302由Vcc1供電。X1和X2是振蕩源，外接32.768kHz晶振。RST是復(fù)位/片選線，通過(guò)把RST輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來(lái)啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送。RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng)RST為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對(duì)DS1302進(jìn)行操作。如果在傳送過(guò)程中RST置為低電平，則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)，在Vcc2.0V之前，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時(shí)，才能將RST置為高電平。I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)，后面有詳細(xì)說(shuō)明。S

31、CLK為時(shí)鐘輸入端。 DS1302的控制字節(jié)DS1302 的控制字如圖2-7所示?？刂谱止?jié)的最高有效位(位7)必須是邏輯1，如果它為0，則不能把數(shù)據(jù)寫(xiě)入DS1302中，位6如果為0，則表示存取日歷時(shí)鐘數(shù)據(jù)，為1表示存取RAM數(shù)據(jù)；位5至位1指示操作單元的地址；最低有效位(位0)如為0表示要進(jìn)行寫(xiě)操作，為1表示進(jìn)行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開(kāi)始輸出。 圖2-7 DS1302控制字節(jié)圖數(shù)據(jù)輸入輸出(I/O)在控制指令字輸入后的下一個(gè)SCLK時(shí)鐘的上升沿時(shí)，數(shù)據(jù)被寫(xiě)入DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位0開(kāi)始。同樣，在緊跟8位的控制指令字后的下一個(gè)SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時(shí)

32、從低位0位到高位7。 DS1302的寄存器DS1302有12個(gè)寄存器，其中有7個(gè)寄存器與日歷、時(shí)鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為BCD碼形式,其日歷、時(shí)間寄存器與其控制字見(jiàn)表2-6。 表2-6 日歷、時(shí)間寄存器與其控制字寄存器名稱命令字取值圍各位容寫(xiě)操作 讀操作7 6 5 4 3 2 1 0 秒寄存器 80H 81H0059 CH 10SFC SEC 分寄存器 82H 83H0059 0 10MIN MIN時(shí)寄存器 84H 85H0112或002312/24 0 10 HR HR日寄存器 86H 87H0128，29，30，31 0 0 10 DATE DATE月寄存器 88H 89H0112 0 0

33、0 10M MONTH周寄存器 8AH 8BH0107 0 0 0 0 0 DAY年寄存器 8CH 8DH0099 10YEAR YEAR此外，DS1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時(shí)鐘突發(fā)寄存器與與RAM相關(guān)的寄存器等。時(shí)鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫(xiě)除充電寄存器外的所有寄存器容。 DS1302與RAM相關(guān)的寄存器分為兩類：一類是單個(gè)RAM單元，共31個(gè)，每個(gè)單元組態(tài)為一個(gè)8位的字節(jié)，其命令控制字為C0HFDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫(xiě)操作；另一類為突發(fā)方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性讀寫(xiě)所有的RAM的31個(gè)字節(jié)，命令控制字為FEH(寫(xiě))、FFH(讀)。第3章：太陽(yáng)能熱

34、水器硬件設(shè)計(jì)3.1 太陽(yáng)能控制器硬件結(jié)構(gòu)圖3-1 系統(tǒng)總體硬件框圖系統(tǒng)總體硬件框圖與工作原理：經(jīng)過(guò)對(duì)所要設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)的功能要求進(jìn)行分析，可以得到系統(tǒng)的總體硬件設(shè)計(jì)框圖，如圖3-1所示。由系統(tǒng)的總框圖可以看出該系統(tǒng)的工作原理為：?jiǎn)纹瑱C(jī)89C51作為控制核心并協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的工作，通過(guò)數(shù)字溫度傳感器檢測(cè)當(dāng)前水的溫度，數(shù)字信號(hào)直接送入單片機(jī)89C51，通過(guò)單片機(jī)的處理在LED數(shù)碼管上顯示當(dāng)前的溫度值。另外一路是在水箱中的水位傳感器測(cè)水的壓力從而得到水位的高低，水位傳感器輸出的是05V的模擬量，要經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換成為數(shù)字量再送入單片機(jī)89C51進(jìn)行處理，在LED數(shù)碼管上顯示水位值。3.2 控制器實(shí)時(shí)時(shí)鐘

35、接口電路為實(shí)現(xiàn)熱水器24小時(shí)供應(yīng)熱水的目的，控制器必須有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘來(lái)為系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的基準(zhǔn)時(shí)間；在軟件設(shè)計(jì)上則要實(shí)時(shí)地讀出當(dāng)前時(shí)間，同設(shè)定時(shí)間比較，以決定系統(tǒng)工作狀態(tài)。本系統(tǒng)采用美國(guó)DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路DS1302。它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為2.5V5.5V。采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的HYPERLINK :/baike.baidu /view/188811.htm時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。DS1302部有一個(gè)318的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302是D

36、S1202的升級(jí)產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后備電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對(duì)后備電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。3.3 溫度檢測(cè)與A/D轉(zhuǎn)換溫度檢測(cè)主要采用熱敏電阻NTC10K，并結(jié)合單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換功能，通過(guò)對(duì)電路中熱敏電阻兩端電壓的計(jì)算，求出其對(duì)應(yīng)的電阻阻值，通過(guò)NTC10K的溫度與對(duì)應(yīng)阻值表格（0-99）找出溫度。熱敏電阻NTC10K的測(cè)溫原理NTC（Negative Temperature CoeffiCient）是指隨溫度上升電阻呈指數(shù)關(guān)系減小、具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻現(xiàn)象和材料。該材料是利用錳、銅、硅、鈷、鐵、鎳、鋅等兩種或兩種以上的HYPERLINK :/baike.

37、baidu /view/1542649.htm金屬氧化物進(jìn)行充分混合、成型、燒結(jié)等工藝而成的HYPERLINK :/baike.baidu /view/4435596.htm半導(dǎo)體瓷，可制成具有負(fù)溫度系數(shù)（NTC）的熱敏電阻。其電阻率和材料常數(shù)隨材料成分比例、燒結(jié)氣氛、HYPERLINK :/baike.baidu /view/3155504.htm燒結(jié)溫度和結(jié)構(gòu)狀態(tài)不同而變化?，F(xiàn)在還出現(xiàn)了以碳化硅、HYPERLINK :/baike.baidu /view/2363913.htm硒化錫、氮化鉭等為代表的非氧化物系NTC熱敏電阻材料。 NTC熱敏半導(dǎo)瓷大多是尖晶石結(jié)構(gòu)或其他結(jié)構(gòu)的HYPERLI

38、NK :/baike.baidu /view/1880930.htm氧化物瓷，具有負(fù)的溫度系數(shù)，電阻值可近似表示為： Rt = RT *EXP(Bn*（1/T-1/T0) 式中RT、RT0分別為溫度T、T0時(shí)的電阻值，Bn為材料常數(shù)瓷晶粒本身由于溫度變化而使電阻率發(fā)生變化，這是由半導(dǎo)體特性決定的。 NTC的特性曲線如下圖3-2所示：圖3-2 NTC特性曲線圖二、單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換 單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換口在P1口（P1.7-P1.0），有8路10位高速A/D轉(zhuǎn)換器，速度可達(dá)250KHz（25萬(wàn)次/秒）。8路電壓輸入型A/D，可做溫度檢測(cè)、電池電壓檢測(cè)、按鍵掃描、頻譜檢測(cè)等。上電復(fù)位后P1口為弱上拉

39、型I/O口，用戶可以通過(guò)軟件設(shè)置將8路中的任何一路設(shè)置為A/D轉(zhuǎn)換，不需作為A/D試用的口可繼續(xù)作為I/O口使用。單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)如下圖3-3所示：圖3-3 單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)圖當(dāng)AUXR.1/ADRJ=0時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器格式如下：當(dāng)AUXR.1/ADRJ=1時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器格式如下： ADC（A/D轉(zhuǎn)換器）由多路選擇開(kāi)關(guān)、比較器、逐次比較寄存器、10位DAC、轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器(ADC_RES和ADC_RESL)以與ADC_CONTR構(gòu)成。是逐次比較型ADC。逐次比較型ADC由一個(gè)比較器和D/A轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，通過(guò)逐次比較邏輯，從最高位(MSB)開(kāi)始，順序地對(duì)每一輸入電

40、壓與置D/A轉(zhuǎn)換器輸出進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)多次比較，使轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量逐次逼近輸入模擬量對(duì)應(yīng)值。逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器具有速度高，功耗低等優(yōu)點(diǎn)。從上圖可看出，模擬多路開(kāi)關(guān)，將通過(guò)ADC0-7的模擬量輸入送給比較器。用數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的模擬量與本次輸入的模擬量通過(guò)比較器進(jìn)行比較，將比較結(jié)果保存到逐次比較器，并通過(guò)逐次比較寄存器輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果。A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，最終的轉(zhuǎn)換結(jié)果保存到ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器ADC_RES和ADC_RESL，同時(shí)，置位ADC控制寄存器ADC_CONTR中的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志位ADC_FLAG，以供程序查詢或發(fā)出申請(qǐng)中斷。模擬通道的選擇控制由ADC控制寄存器ADC_CONTR中的CHS

41、2CHS0確定。ADC的轉(zhuǎn)換速度由ADC控制寄存器中的SPEED1和SPEED0確定。在使用前，應(yīng)先給ADC上電，也就是置位ADC控制寄存器中的ADC_POWER位。ADC_POWER：ADC電源控制位。 0：關(guān)閉A/D轉(zhuǎn)換器電源；1：打開(kāi)A/D轉(zhuǎn)換器電源。建議進(jìn)入空閑模式前，將ADC電源關(guān)閉，即ADC_POWER=0。啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換前一定要確認(rèn)A/D電源已打開(kāi)，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后關(guān)閉A/D電源可降低功耗，也可不關(guān)閉。初次打開(kāi)部A/D轉(zhuǎn)換模擬電源，需適當(dāng)延時(shí)，等部模擬電源穩(wěn)定后，再啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。SPEED1，SPEED0：模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度控制位SPEED1SPEED0A/D轉(zhuǎn)換所需時(shí)間119

42、0個(gè)時(shí)鐘周期轉(zhuǎn)換一次，CPU工作頻率21MHz時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換速度約250KHz10180個(gè)時(shí)鐘周期轉(zhuǎn)換一次01360個(gè)時(shí)鐘周期轉(zhuǎn)換一次00540個(gè)時(shí)鐘周期轉(zhuǎn)換一次ADC_FLAG：模擬轉(zhuǎn)換器結(jié)束標(biāo)志位。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完成后，ADC_FLAG=1，要由軟件清0。不管是A/D轉(zhuǎn)換完成后由申請(qǐng)產(chǎn)生中斷，還是由軟件查詢?cè)摌?biāo)志位A/D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完成后，ADC_FLAG=1，一定要軟件清0。ADC_START：模擬轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換啟動(dòng)控制位。設(shè)置為1時(shí)，開(kāi)始轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束后為0。CHS2/CHS1/CHS0：模擬通道選擇。CHS2CHS1CHS0模擬輸入通道選擇000選擇P1.0作為A/D輸入來(lái)用

43、001選擇P1.1作為A/D輸入來(lái)用010選擇P1.2作為A/D輸入來(lái)用011選擇P1.3作為A/D輸入來(lái)用100選擇P1.4作為A/D輸入來(lái)用101選擇P1.5作為A/D輸入來(lái)用110選擇P1.6作為A/D輸入來(lái)用111選擇P1.7作為A/D輸入來(lái)用1）當(dāng)ADRJ=0時(shí)，如果取10位結(jié)果，則按下面公式計(jì)算：10-bit A/D Conversion Result：（ADC_RES7:0,ADC_RESL1:0）=1024Vin/Vcc2）當(dāng)ADRJ=0時(shí)，如果取8位結(jié)果，則按下面公式計(jì)算：8-bit A/D Conversion Result：（ADC_RES7:0)=256Vin/Vcc3

44、）當(dāng)ADRJ=1時(shí)，如果取10位結(jié)果，則按下面公式計(jì)算：10-bit A/D Conversion Result：（ADC_RES1:0,ADC_RESL7:0）=1024Vin/Vcc式中，Vin為模擬輸入通道輸入電壓，Vcc為單片機(jī)實(shí)際工作過(guò)電壓，用單片機(jī)工作電壓作為模擬參考電壓。3.4 看門(mén)狗和復(fù)位接口電路的設(shè)計(jì)在由單片機(jī)構(gòu)成的HYPERLINK :/baike.baidu /view/932916.htm微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，由于單片機(jī)的工作常常會(huì)受到來(lái)自外界電磁場(chǎng)的干擾，造成程序的跑飛，而陷入死循環(huán)，程序的正常運(yùn)行被打斷，由單片機(jī)控制的系統(tǒng)無(wú)法繼續(xù)工作，會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)的陷入停滯狀態(tài)，發(fā)生

45、不可預(yù)料的后果，所以出于對(duì)單片機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的考慮，便產(chǎn)生了一種專門(mén)用于監(jiān)測(cè)單片機(jī)程序運(yùn)行狀態(tài)的芯片，俗稱看門(mén)狗(watchdog)。看門(mén)狗，又叫 watchdog timer，是一個(gè)HYPERLINK :/baike.baidu /view/281961.htm定時(shí)器電路，一般有一個(gè)輸入，叫HYPERLINK :/baike.baidu /view/839305.htm喂狗(kicking the dog or service the dog），一個(gè)輸出到MCU的RST端，MCU正常工作的時(shí)候，每隔一段時(shí)間輸出一個(gè)信號(hào)到喂狗端，給 WDT 清零，如果超過(guò)規(guī)定的時(shí)間不喂狗，（一般在程序

46、跑飛時(shí)），WDT 定時(shí)超過(guò)，就會(huì)給出一個(gè)復(fù)位信號(hào)到MCU，使MCU復(fù)位，防止MCU死機(jī).?？撮T(mén)狗的作用就是防止程序發(fā)生死循環(huán)，或者說(shuō)程序跑飛。在工業(yè)控制、汽車(chē)電子、航空航天等需要高可靠性的系統(tǒng)中，為了防止系統(tǒng)在異常情況下，受到干擾，MCU/CPU程序跑飛，導(dǎo)致系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間異常工作，通常是引進(jìn)看門(mén)狗，如果MCU/CPU不在規(guī)定的時(shí)間按要求訪問(wèn)看門(mén)狗，就認(rèn)為MCU/CPU處于異常狀態(tài)，看門(mén)狗就會(huì)強(qiáng)迫MCU/CPU復(fù)位，使系統(tǒng)重新從頭開(kāi)始按規(guī)律執(zhí)行用戶程序。單片機(jī)AT89C51部也引進(jìn)此看門(mén)狗功能，使單片機(jī)系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)變得更加方便/簡(jiǎn)潔。工作原理在系統(tǒng)運(yùn)行以后也就啟動(dòng)了看門(mén)狗的HYPERLINK :

47、/baike.baidu /view/259701.htm計(jì)數(shù)器，看門(mén)狗就開(kāi)始自動(dòng)計(jì)數(shù)，如果到了一定的時(shí)間還不去清看門(mén)狗，那么看門(mén)狗計(jì)數(shù)器就會(huì)溢出從而引起看門(mén)狗中斷，造成系統(tǒng)復(fù)位。二、系統(tǒng)軟件看門(mén)狗的設(shè)計(jì)思路： 1、看門(mén)狗定時(shí)器T0的設(shè)置。在初始化程序塊中設(shè)置T0的工作方式，并開(kāi)啟中斷和計(jì)數(shù)功能。系統(tǒng)Fosc=12 MHz，T0為16位計(jì)數(shù)器，最大計(jì)數(shù)值為（2的16次方）-1=65 535，T0輸入計(jì)數(shù)頻率是Fosc/12，溢出周期為（65 535+1）/1=65 536（s）。 2、計(jì)算主控程序循環(huán)一次的耗時(shí)?？紤]系統(tǒng)各功能模塊與其循環(huán)次數(shù)，本系統(tǒng)主控制程序的運(yùn)行時(shí)間約為166 ms。系統(tǒng)設(shè)

48、置看門(mén)狗定時(shí)器T0定時(shí)30 ms(T0的初值為65 536-30 000=35 536）。主控程序的每次循環(huán)都將刷新T0的初值。如程序進(jìn)入死循環(huán)而T0的初值在30 ms未被刷新，這時(shí)看門(mén)狗定時(shí)器T0將溢出并申請(qǐng)中斷。 3、設(shè)計(jì)T0溢出所對(duì)應(yīng)的HYPERLINK :/baike.baidu /view/600257.htm中斷服務(wù)程序。此子程序只須一條指令，即在T0對(duì)應(yīng)的HYPERLINK :/baike.baidu /view/1909385.htm中斷向量地址(000BH）寫(xiě)入無(wú)條件轉(zhuǎn)移命令，把HYPERLINK :/baike.baidu /view/3314.htm計(jì)算機(jī)拖回整個(gè)程序的第

49、一行，對(duì)單片機(jī)重新進(jìn)行初始化并獲得正確的執(zhí)行順序3.5 鍵盤(pán)和顯示接口電路的設(shè)計(jì)3.5.1 鍵盤(pán)電路鍵盤(pán)在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中能實(shí)現(xiàn)向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等功能，是人工干預(yù)單片機(jī)的主要手段。一、鍵盤(pán)輸入應(yīng)解決的問(wèn)題：1鍵盤(pán)輸入的特點(diǎn)鍵盤(pán)的實(shí)質(zhì)是一組開(kāi)關(guān)的集合。通常按鍵所用開(kāi)關(guān)為機(jī)械彈性開(kāi)關(guān)，均利用了機(jī)械觸點(diǎn)的合、斷。一個(gè)電壓信號(hào)通過(guò)機(jī)械觸點(diǎn)的斷開(kāi)、閉合過(guò)程，由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)在閉合時(shí)不會(huì)馬上穩(wěn)定地接通，在斷開(kāi)時(shí)也不會(huì)一下斷開(kāi)。因而，在閉合和斷開(kāi)的瞬間均伴隨著一連串的抖動(dòng)，抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短由按鍵的機(jī)械特性決定，一般為510ms。2鍵盤(pán)接口的工作原理常見(jiàn)的鍵盤(pán)接口分為獨(dú)立式鍵盤(pán)接口

50、和矩陣式鍵盤(pán)接口兩種。矩陣式鍵盤(pán)接口是適用于按鍵數(shù)量較多的場(chǎng)合，它由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上。在按鍵數(shù)量較多的場(chǎng)合，矩陣鍵盤(pán)與獨(dú)立式按鍵相比，要節(jié)省很多I/O口線。由于本系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需的按鍵較少，為了編程簡(jiǎn)單、方便，所以采用獨(dú)立式鍵盤(pán)接口輸入。二、獨(dú)立式鍵盤(pán)電路P1.0- P1.7口作為按鍵的信號(hào)輸入端，鍵按下，就執(zhí)行該鍵的功能。當(dāng)按鈕按下后，電路與地接通時(shí)，I/O口與地面相連為低電平。按鈕沒(méi)有按下時(shí)，電路不與地面相接，I/O口與電壓高端相連為高電平。本設(shè)計(jì)中采用了共陰極接法。如圖3-4所示：圖3-4 采用共陰極接法的按鈕原理圖3.5.2顯示接口電路的設(shè)計(jì)一、LED顯示器有靜態(tài)和

51、動(dòng)態(tài)顯示兩種方式。（1）LED靜態(tài)顯示LED顯示器工作于靜態(tài)顯示方式時(shí)，各位的共陰極（或共陽(yáng)極）連接在一起并接地(或+5V)；每位的段選線（a-dp）分別與一個(gè)八位的鎖存器輸出相連。所以稱為靜態(tài)顯示。各個(gè)LED的顯示字符一經(jīng)確定，相應(yīng)鎖存器的輸出將維持不變，直到顯示另一個(gè)字符為止。也正是因?yàn)槿绱?，靜態(tài)顯示的亮度比較高。（2）LED動(dòng)態(tài)顯示在多位LED顯示時(shí)，為簡(jiǎn)化硬件電路，通常將所有的位的段選線相應(yīng)的并聯(lián)在一起，由一個(gè)8位I/O口控制，形成段選線的多路復(fù)用。而各共陽(yáng)極或共陰極分別由相應(yīng)的I/O線控制，實(shí)現(xiàn)各位的分時(shí)選通。由于動(dòng)態(tài)顯示所用接口管線較少，因此本系統(tǒng)采用LED顯示器的動(dòng)態(tài)顯示方式。二

52、、LED數(shù)碼管顯示原理 由單片機(jī)的定時(shí)器To做16位計(jì)數(shù)器（為便于數(shù)據(jù)處理，這里只用低8位計(jì)數(shù)值，即寄存器TL0中的值）。一邊記錄脈沖數(shù)量，一邊以厘米為單位由四位數(shù)碼管顯示出來(lái)。四位數(shù)碼管采用動(dòng)態(tài)掃描方式顯示。圖3-5 LED數(shù)碼管外形與引腳圖 LED數(shù)碼管由發(fā)光二極管作為顯示字段的數(shù)碼型顯示器件。圖3-5為L(zhǎng)ED數(shù)碼管外形和引腳圖，其中7只發(fā)光二極管分別對(duì)應(yīng)a-g筆段，構(gòu)成“日”字形，另一只發(fā)光二極管DP作為小數(shù)點(diǎn)，因此這種LED顯示器稱為八段數(shù)碼管。 共陽(yáng)極型LED數(shù)碼管，是將各段發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起，作為公共端com，應(yīng)接高電平。ag、Dp各筆段中，某筆段接低電平時(shí)發(fā)光，高電平時(shí)不發(fā)

53、光。為了節(jié)省單片機(jī)I/O口的數(shù)量，將各位數(shù)碼管的ag對(duì)應(yīng)筆畫(huà)并聯(lián)起來(lái)分別與74HC595的8位串行輸入相連，再與單片機(jī)的P2.0P2.2引腳連接。顯示時(shí)，由P2口并行輸出各位數(shù)字的筆段碼，并依次由74HC138來(lái)控制位選信號(hào)接通數(shù)碼管的公共端，輪流進(jìn)行，循環(huán)不止，由于循環(huán)的頻率較高（約50Hz），加上人眼的視覺(jué)暫留，既保證了各位數(shù)字的對(duì)應(yīng)顯示，又不會(huì)出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)掃描顯示。如圖3-6所示：圖3-6 LED數(shù)碼管與74HC595與74HC138的接線圖 三、LED顯示中的發(fā)光二極管根據(jù)其連接的方法有共陰極和共陽(yáng)極兩種結(jié)構(gòu)。（1） 共陰極結(jié)構(gòu)把各段發(fā)光二極管的陰極連接在一起構(gòu)成公共陰極。使

54、用時(shí)，公共陰極接地，根據(jù)要求需點(diǎn)亮發(fā)光二極管的陽(yáng)極輸入高電平，不需點(diǎn)亮的發(fā)光二極管的陽(yáng)極輸入低電平。（2）共陽(yáng)極結(jié)構(gòu)把各段發(fā)光二極管的陽(yáng)極連接在一起構(gòu)成公共陽(yáng)極。使用時(shí)，公共陽(yáng)極接+5V（或高電平），根據(jù)要求需要點(diǎn)亮發(fā)光二極管的陰極輸入低電平，不需點(diǎn)亮的發(fā)光二極管的陰極輸入高電平。如圖3-7所示：通過(guò)控制7個(gè)段的發(fā)光二極管的亮暗的不同組合，可以顯示多種數(shù)字、字母以與其他符號(hào)。圖3-7 采用共陰極接法的原理圖動(dòng)態(tài)掃描顯示控制方式就是逐個(gè)地循環(huán)點(diǎn)亮各位顯示器，即在某一瞬間，只讓某一位的位選線處于選通狀態(tài)（共陽(yáng)極的為高電平，共陰極的為低電平）其它各位的位選線處于斷開(kāi)狀態(tài)，同時(shí)段選線上輸出相應(yīng)位要顯示

55、字符的字段碼。這樣在每一個(gè)瞬間，8位LED中只有選通的那一位LED顯示出字符，而其它7位則是熄滅的。同樣，在下一瞬間，只顯示下1位LED。如此繼續(xù)下去，等8位LED都顯示完畢后，在循環(huán)進(jìn)行。雖然這些字符是在不同的瞬時(shí)輪流點(diǎn)亮的，但由于人眼的視覺(jué)殘留效應(yīng)，看到的是8位穩(wěn)定顯示的字符，與靜態(tài)顯示的效果完全一樣。所以為了簡(jiǎn)化電路、降低成本，此系統(tǒng)中采用動(dòng)態(tài)顯示方式。3.6水位傳感器水位傳感器由溫控器部分與水位控制部分組成，與其配套的還有電動(dòng)閥前的減壓裝置，與用于加熱的旋轉(zhuǎn)式消聲加熱器。容器的水位傳感器，將感受到的水位信號(hào)傳送到控制器，控制器的計(jì)算機(jī)將實(shí)測(cè)的水位信號(hào)與設(shè)定信號(hào)進(jìn)行比較，得出偏差，然后根

56、據(jù)偏差的性質(zhì)，向給水電動(dòng)閥發(fā)出開(kāi)關(guān)的指令，保證容器達(dá)到設(shè)定水位。進(jìn)水程序完成后，溫控部份的計(jì)算機(jī)向供給熱媒的電動(dòng)閥發(fā)出開(kāi)的指令，于是系統(tǒng)開(kāi)始對(duì)容器的水進(jìn)行加熱。到設(shè)定溫度時(shí)，控制器才發(fā)出關(guān)閥的命令，切斷熱源，系統(tǒng)進(jìn)入保溫狀態(tài)。程序編制過(guò)程中，確保系統(tǒng)在沒(méi)有達(dá)到安全水位的情況下，控制熱源的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥不開(kāi)閥，從而避免了熱量的損失與事故的發(fā)生。（1）用途：投入式水位傳感器適用于石油化工、水利、電力、制藥、供排水、環(huán)保等系統(tǒng)和行業(yè)的各種介質(zhì)的水位測(cè)量。精巧的結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單的調(diào)校和靈活的安裝方式為用戶輕松地使用提供了方便。 （2）工作原理：采用水壓壓力與該水的高度成比例的原理，當(dāng)水位傳感器投入到被測(cè)液體中某

57、一深度時(shí)，傳感器迎液面受到的壓力公式為： = gH + Po 式中： P ：變送器迎液面所受壓力 ：被測(cè)液體密度 g ：當(dāng)?shù)刂亓铀俣?Po ：液面上大氣壓 H ：變送器投入液體的深度 同時(shí)，通過(guò)導(dǎo)氣不銹鋼將液體的壓力引入到傳感器的正壓腔，再將液面上的大氣壓 Po 與傳感器的負(fù)壓腔相連，以抵消傳感器背面的 Po ，使傳感器測(cè)得壓力為：gH ，顯然 , 通過(guò)測(cè)取壓力 P ，可以得到液位高度。（3）功能特點(diǎn)：穩(wěn)定性好，滿度、零位長(zhǎng)期穩(wěn)定性可達(dá) 0.1%FS/ 年。在補(bǔ)償溫度 0 70 圍，溫度飄移低于 0.1%FS ，在整個(gè)允許工作溫度圍低于 0.3%FS 。具有反向保護(hù)、限流保護(hù)電路，在安裝時(shí)正

58、負(fù)極接反不會(huì)損壞變送器，異常時(shí)送器會(huì)自動(dòng)限流在 35MA 以。固態(tài)結(jié)構(gòu)，無(wú)可動(dòng)部件，高可靠性，使用壽命長(zhǎng)。直接投入、安裝方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)耐用。 （4）技術(shù)指標(biāo)：（本技術(shù)指標(biāo)參考HDP601S ）結(jié)構(gòu)配置：采用擴(kuò)散硅壓阻芯體,316全不銹鋼封焊,帶三位半數(shù)字顯示，可直接顯示現(xiàn)場(chǎng)水位 測(cè)量圍：100mmH2O100mH2O、500mmH2O500mH2O (水位高/深度) 綜合精度：0.2%FS、0.5%FS、1.0%FS 輸出信號(hào)(通訊輸出)： 420mA(二線制)、05V、15V、010V(三線制)、RS485、RS232現(xiàn)場(chǎng)顯示：HDP601-無(wú); HDP601S-LED三位半，0000

59、 - 1999 供電電壓：24DCV(936DCV) 介質(zhì)溫度:：085環(huán)境溫度：常溫(-2085) 負(fù)載電阻：電流輸出型：最大800；電壓輸出型：大于50K絕緣電阻：大于2000M (100VDC 密封等級(jí)：IP68 長(zhǎng)期穩(wěn)定性能: 0.1%FS/年 振動(dòng)影響： 在機(jī)械振動(dòng)頻率20Hz1000Hz，輸出變化小于0.1%FS 電氣接口(信號(hào)接口): 緊線防水螺母與五芯通氣電纜連接。 測(cè)量方式： 投入式，潛入式 （5）應(yīng)用圍：主要適用于水處理廠、工業(yè)水塔與儲(chǔ)水容器等的液位測(cè)量與控制。重型探頭，采用齊平式膜片易于清洗，可使用于河流、地下水位、水庫(kù)等特殊環(huán)境。（6）性能和優(yōu)點(diǎn)：其機(jī)械結(jié)構(gòu)對(duì)過(guò)載與腐蝕

60、性介質(zhì)具有高抵抗性。高精度、長(zhǎng)期穩(wěn)定的瓷電容和進(jìn)口擴(kuò)散硅測(cè)量單元。密封的電子模塊與雙濾波壓力補(bǔ)償系統(tǒng)可抵抗氣候現(xiàn)場(chǎng)變化的影響。電子模塊可輸出4-20mA信號(hào)并同時(shí)帶有過(guò)壓保護(hù)的模塊。選擇集成的溫度傳感器Pt100可同時(shí)進(jìn)行物位與溫度的測(cè)量。第4章：控制器的軟件設(shè)計(jì)4.1 主程序設(shè)計(jì)硬件電路是一切的基礎(chǔ)，在其基礎(chǔ)上軟件設(shè)計(jì)是關(guān)鍵的部分，它是單片機(jī)工作的重點(diǎn)，就是讓各部分協(xié)調(diào)工作的命令，軟件程序的重要性是毋庸置疑的，是整個(gè)控制系統(tǒng)的命脈，根據(jù)各部分編寫(xiě)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，才能使得相應(yīng)的芯片有其功能，所以程序設(shè)計(jì)是非常重要的。芯片的工作有著與自己對(duì)應(yīng)的時(shí)序圖，只有根據(jù)時(shí)序準(zhǔn)確的執(zhí)行命令才能達(dá)到想要的目的