太陽能熱水器控制畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、中 華 人 民 共 和 國 教 育 部畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)論文題目： 太陽能熱水器中央控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)學(xué) 生 ： 指導(dǎo)教師： 學(xué) 院 ：專 業(yè) ：2007 年 6 月齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 PAGE 5摘 要當(dāng)今計(jì)算機(jī)技術(shù)在飛速發(fā)展，微機(jī)應(yīng)用日益普及深入，微機(jī)在通信自動(dòng)化、工業(yè)自動(dòng)控制、電子測量、信息管理和信息系統(tǒng)等方面得到廣泛的應(yīng)用。嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)， 軟、硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能，可靠性，成本，體積，功效等嚴(yán)格要求的專業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。其最初應(yīng)用是基于單片機(jī)的。單片機(jī)小巧靈活，成本低，易于產(chǎn)品化。它面向控制，能針對性的解決從簡單到復(fù)雜的各種控制任務(wù)

2、。目前，國內(nèi)的太陽能熱水器還處于研發(fā)階段，這種控制器只具有溫 度和水位的顯示功能，不具有溫度控制功能。由于加熱時(shí)間不能控制而 導(dǎo)致過燒，從而浪費(fèi)大量電能。本設(shè)計(jì)是以89c51 單片機(jī)為檢測控制中心，采用 ds12887 實(shí)時(shí)時(shí)鐘，實(shí)現(xiàn)了溫度，水位，時(shí)間三種參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示功能。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；太陽能熱水器；智能控制；水位；溫度；時(shí)間；The Design and realization of the Solar-powered water heaters central controllerAbstractToday the computer technology is developed qu

3、ickly.The microcomputer is increasingly used widely.目錄摘要Abstract第 1 章 緒 論,1 HYPERLINK l _TOC_250016 1.1目前太陽能熱水器的研發(fā)面臨的問題 ,1第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 ,2 HYPERLINK l _TOC_250015 2.1系統(tǒng)任務(wù)和功能 ,22.2 AT89C51功能和特點(diǎn) ,3 HYPERLINK l _TOC_250014 2.3通用四運(yùn)算放大器 LM324,52.3.1 LM324作反相交流放大器 ,62.3.2 LM324作測溫電路 ,62.4 DS18B20數(shù)字式溫度傳感器 ,

4、7 HYPERLINK l _TOC_250013 2.4.1 DS18B20 與單片機(jī)的典型接口設(shè)計(jì) ,82.5鎖存器 LM373 ,10 HYPERLINK l _TOC_250012 2.6 I/O接口電路 8255A,11第三章 太陽能熱水器中央控制器的硬件設(shè)計(jì),143.1前端的模擬電路設(shè)計(jì) ,143.1.1溫度傳感器的選用 ,163.1.2 DS18B20與單片機(jī)的典型接口 ,163.2 8255A與單片機(jī)的典型接口設(shè)計(jì) ,17 HYPERLINK l _TOC_250011 3.2.1 ADC0809與 89C51 單片機(jī)的接口設(shè)計(jì) ,17 HYPERLINK l _TOC_250

5、010 3.3鍵盤和顯示器接口設(shè)計(jì) ,183.3.1鍵盤工作原理 ,18 HYPERLINK l _TOC_250009 3.3.2 LED顯示器工作原理 ,203.3.3接口芯片的選擇及其原理 ,20 HYPERLINK l _TOC_250008 3.4單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì) ,22 HYPERLINK l _TOC_250007 3.5單片機(jī)時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) ,24 HYPERLINK l _TOC_250006 3.6系統(tǒng)原理綜述 ,25第四章 太陽能熱水器中央控制器的軟件設(shè)計(jì),27 HYPERLINK l _TOC_250005 4.1系統(tǒng)總體軟件設(shè)計(jì) ,27 HYPERLINK l _

6、TOC_250004 4.2數(shù)據(jù)采集軟件設(shè)計(jì) ,27 HYPERLINK l _TOC_250003 4.2.1中斷服務(wù)子程序 ,27 HYPERLINK l _TOC_250002 4.2.2水位檢測子程序 ,29 HYPERLINK l _TOC_250001 4.3顯示和鍵盤軟件設(shè)計(jì) ,304.3.1動(dòng)態(tài)顯示子程序設(shè)計(jì) ,30 HYPERLINK l _TOC_250000 4.3.2鍵盤子程序設(shè)計(jì) ,32第五章 抗干擾技術(shù)設(shè)計(jì) ,345.1主要抗干擾技術(shù) ,345.2提高系統(tǒng)抗干擾能力的主要方法,34第六章 結(jié)論 ,37參考文獻(xiàn)附錄致謝齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 PAGE 1太陽

7、能熱水器中央控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)第一章 緒論當(dāng)今計(jì)算機(jī)技術(shù)在飛速發(fā)展，微機(jī)應(yīng)用日益普及深入，微機(jī)在通信自動(dòng)化、工業(yè)自動(dòng)控制、電子測量、信息管理和信息系統(tǒng)等方面得到廣泛的應(yīng)用。嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)， 軟、硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能，可靠性，成本，體積，功效等嚴(yán)格要求的專業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。其最初應(yīng)用是基于單片機(jī)的。單片機(jī)小巧靈活，成本低，易于產(chǎn)品化。它面向控制，能針對性的解決從簡單到復(fù)雜的各種控制任務(wù)。單片機(jī)具有體積小，功耗低，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，近年來還開發(fā)了一些以單片機(jī)母片為核，在片中嵌入更多的專用型單片機(jī)，因此單片機(jī)在計(jì)算機(jī)控制領(lǐng)域中應(yīng)用越來越廣泛。單片機(jī)的應(yīng)用意義不

8、僅限于它的廣泛及所帶來的巨大的經(jīng)濟(jì)效益。更重要的是在于單片機(jī)的應(yīng)用正是從根本上改變著傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能使用單片機(jī)通過軟件的方法實(shí)現(xiàn)。這種以軟件取代硬件并提高系統(tǒng)性能的控制技術(shù)，稱之為微控制技術(shù)。微控制技術(shù)標(biāo)志著一種全新概念的出現(xiàn)，是對傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。隨著單片機(jī)應(yīng)用的推廣和普及，微控制技術(shù)必將不斷發(fā)展，日益完善。作為目前炙手可熱的太陽能熱水器，以其智能化和人工化為其顯著特點(diǎn)。其中就是以單片機(jī)為中央處理器核心，完成了諸多的功能，發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。1.1目前太陽能熱水器的研發(fā)面臨的問題太陽能熱水器使用方便，節(jié)能，無污染

9、，普及推廣迅速。目前市場 上太陽能熱水器的控制系統(tǒng)大部分都存在著或多或少的缺點(diǎn): 功能單一、操作復(fù)雜、控制不方便等。隨著人們生活水平的提高和電子技術(shù)的 發(fā)展, 這樣的太陽能熱水器控制系統(tǒng)越來越不適應(yīng)人們的生活需求, 開發(fā)一種控制方便 , 操作靈活的太陽能熱水器的控制系統(tǒng) , 已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。本文設(shè)計(jì)了一種以單片機(jī) AT89C51為核心, 顯示直觀 , 操作方便 ,齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 PAGE 13控制靈活的控制器。第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)隨著計(jì)算機(jī)在各種智能控制系統(tǒng)應(yīng)用中的不斷深入與蓬勃發(fā)展,單片機(jī)更以其小巧的外形、較高的性價(jià)比、靈活的控制方式廣泛地應(yīng)用 在這一領(lǐng)域。文章所介紹

10、的太陽能熱水器自動(dòng)控制系統(tǒng),將低價(jià)位的單片機(jī)引入太陽能熱水器中 ,以單片機(jī)作為核心部件 , 實(shí)時(shí)采集溫度和水位數(shù)據(jù),并設(shè)置報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)水位不符合某一標(biāo)準(zhǔn)時(shí)發(fā)出報(bào)警信號，還 有定時(shí)提醒加水的電路。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多重功能的有機(jī)結(jié)合和智能控制。系統(tǒng)任務(wù)和功能多點(diǎn)水溫水位輸入及顯示功能。輔助能源加熱控制功能 :定時(shí)加熱、自動(dòng)加熱控制。上水控制功能 :自動(dòng)上水、定溫上水控制。報(bào)警控制功能 :高、低溫及高、低水位報(bào)警控制。檢測控制功能 :手動(dòng)輸出檢查。圖一系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖AT89C51 結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)AT89C51是MCS- 51單片機(jī)的基礎(chǔ)上精心設(shè)計(jì)， 由美國ATMEL 公司生產(chǎn)的高性能八位單片機(jī)。 內(nèi)置2KBEP

11、ROM 的20腳AT89C2051以及內(nèi)置1KBEPROM 的20腳AT89C1051。AT89C51是一種低損耗、高性能、 CMOS八位微處理器，片內(nèi)有 4K字節(jié)的在線可重復(fù)編程快擦快寫程度存儲(chǔ)器，能重復(fù)寫入擦除解1000次，數(shù)據(jù)保存時(shí)間為十年。 它與MCS-51系列單片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容， 不僅可完全代替 MCS-51系列單片機(jī)， 而且能使系統(tǒng)具有許多MCS-51系列產(chǎn)品沒有的功能。 AT89C51 可構(gòu)成真正的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積，增加系統(tǒng)的可靠性，降低了系統(tǒng)成本。只要程序長 度小于 4KB ，四個(gè)I/O 口全部提供給用戶。 可用5V 電壓編程， 而且擦寫時(shí)間僅需

12、10ms，僅為87C51的擦除時(shí)間的百分之一，與 87C51的12V電壓擦寫相比，不易損壞器件，沒有兩種電源的要求，改寫時(shí)不拔下芯片，適合許多嵌入式控制領(lǐng)域。 工作電壓范圍寬 2. 7V6V ，全靜態(tài)工作， 工作頻率寬，在 0Hz24MHz 內(nèi)，比 8751及87C51等51系列的 6MHz 12MHz 更具有靈活性， 系統(tǒng)能快能慢。 AT89C51芯片提供三級程序存儲(chǔ)器加密， 提供了方便靈活而可靠的硬加密手段，能完全保證程序或系統(tǒng)不被仿制。另外， AT89C51還具有 MCS51系列單片機(jī)的所有優(yōu)點(diǎn)。 1283 8位內(nèi)部RAM ，32位雙向輸入輸出線，兩個(gè)十六位定時(shí) /計(jì)時(shí)器， 5個(gè)中斷源，

13、 兩級中斷優(yōu)先級，一個(gè)全雙工異步串行口及時(shí)鐘發(fā)生器等 5。AT89C51 結(jié)構(gòu)和功能： 1特點(diǎn)：2 AT89C51 與MCS51系列的單片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容；2片內(nèi)有 4K字節(jié)在線可重復(fù)編程快擦寫程序存儲(chǔ)器；2全靜態(tài)工作，工作范圍：0Hz24MHz ；2三級程序存儲(chǔ)器加密；2 1283 8位內(nèi)部 RAM；2 32位雙向輸入輸出線；2兩個(gè)十六位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器；2五個(gè)中斷源，兩級中斷優(yōu)先級；2一個(gè)全雙工的異步串行口；2間歇和掉電工作方式。2管腳功能：AT89C51單片機(jī)為 40引腳芯片如圖 2-2所示。I/O口線： P0、P1、P2、P3共四個(gè)口 P0口是三態(tài)雙向口，通稱數(shù)據(jù)總線口，

14、因?yàn)橹挥性摽谀苤苯佑糜趯ν獠看鎯?chǔ)器的讀/寫操作。P0口也用以輸出外部存儲(chǔ)器的低 8位地址。由于是分時(shí)輸出，故應(yīng)在外部加鎖存器將此地址數(shù)據(jù)鎖存，地址鎖存信號用ALE 的P1口是專門供用戶使用的I/O口，是準(zhǔn)雙向口。 P2口是從系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)作高 8位地址線用。不擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器時(shí)， P2口也可以作為用戶 I/O口線使用， P2口也是準(zhǔn)雙向口。P3口是雙功能口，該口的每一位均可獨(dú)立地定義為第一I/O功能或第二I/O功能。作為第一功能使用時(shí)操作同 P1 口。P3口的第二功能如表 2-1 所示?？刂瓶诰€： PSEN (片外取控制 )、ALE(地址鎖存控制 )、EA (片外儲(chǔ)器選擇 )、RESET (復(fù)位控制

15、 )。電源及時(shí)鐘 :V CC、GND、XTAL1 、XTAL2 。AT89C51有間歇和掉電兩種工作模式。間歇模式是由軟件來設(shè)置 的，當(dāng)外圍器件仍然處于工作狀態(tài)時(shí)，CPU可根據(jù)工作情況適時(shí)地進(jìn)入睡眠狀態(tài)，內(nèi)部 RAM 和所有特殊的寄存器值將保持不變。這種狀態(tài)可被任何一個(gè)中斷所終止或通過硬件復(fù)位。掉電模式是 VCC電壓低于電源下限，振蕩器停振， CPU停止執(zhí)行指令。 該芯片內(nèi) RAM 和特殊功能寄存器值保持不變，直到掉電模式被終止。只有V CC電壓恢復(fù)到正常工作范圍而且在振蕩器穩(wěn)定振蕩后，通過硬件復(fù)位掉電模式可被終止。P1.0140VCCP1.1239P0.0P1.2338P0.1P1.3437

16、P0.2P1.4536P0.3P1.5635P0.4INT 0 INT1T0T1WR RDXTAL118XTAL219EA/ VPPP1.6734P0.5P1.7833P0.6RST/VPD989C5132P0.7RXDP3.01031TXDP3.11130ALE/ PROGP3.21229PSEP3.31328P2.7P3.41427P2.6P3.51526P2.5P3.61625P2.4P3.71724P2.3N23P2.222P2.1GND2021圖2-2 AT89C51 管腳圖P2.0P3.1TXD串行輸出口P3. 2INT0外部中斷 0輸入P3. 3INT1外部中斷 1輸入P3. 4

17、T0定時(shí)/計(jì)時(shí)器 0外部輸入P3. 5T1定時(shí)/計(jì)時(shí)器 0外部輸入P3. 6WD外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通P3. 7RD外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通中斷源表2-2中斷優(yōu)先級及入口地址優(yōu)先級人口地址外部中斷 010003H定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器 T02000BH外部中斷 130013H定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器 T04001BH串行口中斷50023HP3.0表 2-1 P3雙功能口功能表第一功能標(biāo)記RXD第二功能串行輸入口89C51 單片機(jī)的中斷系統(tǒng)有 5 個(gè)中斷請求源，用戶可以用軟件屏蔽所有的中斷請求， 也可以用軟件使 CPU 接收中斷請求， 每一中斷源可用軟件獨(dú)立地控制為開中斷或關(guān)中斷。 當(dāng)所有中斷源設(shè)為開中斷時(shí)， 89

18、C51中的中斷源優(yōu)先級如表2-2 所示：通用四運(yùn)算放大器 LM324LM324 是四運(yùn)放集成電路 ,它采用 14 腳雙列直插塑料封裝 ,外形如圖所示。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器 , 除電源共用外 ,四組運(yùn)放相互獨(dú)立。每一組運(yùn)算放大器可用圖 2.1 所示的符號來表示 ,它有5 個(gè)引出腳 ,其中“ +、”“-”為兩個(gè)信號輸入端 , “ V+、”“V-”為正、負(fù)電源端, “Vo為”輸出端。兩個(gè)信號輸入端中 ,Vi- （ -）為反相輸入端 ,表示運(yùn)放輸出端 Vo 的信號與該輸入端的位相反 ;Vi+（ +）為同相輸入端 ,表示運(yùn)放輸出端 Vo 的信號與該輸入端的相位相同。 LM324 的

19、引腳排列見圖 2.2（圖表 2.1）（ 圖 表 2.2）2.3.1 LM324作反相交流放大器電路見附圖 2.11。此放大器可代替晶體管進(jìn)行交流放大,可用于擴(kuò)音機(jī)前置放大等。電路無需調(diào)試。放大器采用單電源供電, 由 R1、R2 組成 1/2V+偏置,C1 是消振電容。（圖 2.11）放大器電壓放大倍數(shù) Av 僅由外接電阻 Ri、Rf 決定： Av=-Rf/Ri 。負(fù)號表示輸出信號與輸入信號相位相反。按圖中所給數(shù)值 , Av=-10 。此電路輸入電阻為 Ri。一般情況下先取 Ri 與信號源內(nèi)阻相等 ,然后根據(jù)要求的放大倍數(shù)在選定 Rf。Co 和 Ci 為耦合電容。2.3.2 LM324應(yīng)用作測溫

20、電路感溫探頭采用一只硅三極管 3DG6，把它接成二極管形式。 硅晶體管發(fā)射結(jié)電壓的溫度系數(shù)約為 -2.5mV/，即溫度每上升 1 度，發(fā)射結(jié)電壓變會(huì)下降 2.5mV。運(yùn)放 A1 連接成同相直流放大形式，溫度越高，晶體管 BG1 壓降越小，運(yùn)放 A1 同相輸入端的電壓就越低，輸出端的電壓也越低。圖 2.21這是一個(gè)線性放大過程。 在 A1 輸出端接上測量或處理電路， 便可對溫度進(jìn)行指示或進(jìn)行其它自動(dòng)控制。2.4 DS18B20 數(shù)字式溫度傳感器DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器3.3 所示，主要由4 部分組成： 64 位 ROM 、溫度傳感3.4 所示， DQ 為數(shù)字信號輸入T

21、H 和 TL 、配置寄存器。 DS18B20 的管腳排列如圖/輸出端； GND 為電源地； VDD 為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地，見圖3.9）。存儲(chǔ)和控制邏輯溫度傳感器64 位 ROM和一線端口高溫觸發(fā)器高速存儲(chǔ)器低溫觸發(fā)器供電方式8 位 CRC生成器配置寄存器圖 3.3 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 3.4 DS18B20 封裝形式2.41 DS18B20 與單片機(jī)的典型接口設(shè)計(jì)DS18B20、 DS1822“一線總線”數(shù)字化溫度傳感器是DALLAS最新單線數(shù)字溫度傳感器， 同 DS1820一樣， DS18B20也 支持“一線總線” 接口，測量溫度范圍為 - 55C+125C，

22、在- 10+85C范圍內(nèi) , 精度為0.5 C。DS1822的精度較差為 2C 。現(xiàn)場溫度直接以“一線總線” 的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場 溫度測量，與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持3V5.5V 的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。DS18B20可以程序設(shè)定 912 位的分辨率， 精度為 0.5 C。可選更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍。分辨率設(shè)定，及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在 EEPROM中，掉電后依然保存。 DS18B20的性能是新一代產(chǎn)品中最好的！性能價(jià)格比也非常出色！DS1822 與 DS18B20軟件兼容，是DS18B2

23、0的簡化版本。省略了存儲(chǔ)用戶定義報(bào)警溫度、分辨率參數(shù)的EEPRO，M精度降低為 2C，適用于對性能要求不高，成本控制嚴(yán)格的 應(yīng)用，是經(jīng)濟(jì)型產(chǎn)品。繼“一線總線”的早期產(chǎn)品后，DS1820開辟了溫度傳感器技術(shù)的新概念。 DS18B20和 DS1822使電壓、特性及封裝有更多的選擇，讓我們可以構(gòu)建適合自己的經(jīng)濟(jì)的測溫系統(tǒng)。光刻 ROM中的 64 位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該 DS18B20的地址序列碼。 64 位光刻 ROM的排列是：開始 8 位（ 28H）是產(chǎn)品類型標(biāo)號，接著的48 位是該 DS18B20自身的序列號，最后 8 位是前面 56 位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（ CRC=X8+X5

24、+X4）+1。光刻 ROM的作用是使每一個(gè) DS18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18B20的目的。DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以 12 位轉(zhuǎn)化為例 : 用 16 位符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以 0.0625 /LSB 形式表達(dá)，其中 S 為符號位。這是 12 位轉(zhuǎn)化后得到的 12 位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在 18B20 的兩個(gè) 8 比特的RAM中，二進(jìn)制中的前面 5 位是符號位，如果測得的溫度大于0， 這 5 位為 0，只要將測到的數(shù)值乘于 0.062 可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于0，這 5 位為 1，測到的數(shù)值 需要取反加 1 再乘于 0.0625

25、即可得到實(shí)際溫度。DS1820使用中注意事項(xiàng)DS1820雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題：較小的硬件開銷需要相對復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于DS1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對DS1820進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫時(shí)序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。在使用PL/M、C 等高級語言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí)，對DS1820操作部分最好采用匯編語 言實(shí)現(xiàn)。在 DS1820的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS1820數(shù)量問題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè)DS1820，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)單總線上所掛 DS1820超過 8

26、個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng) 問題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意。連接 DS1820的總線電纜是有長度限制的。試驗(yàn)中，當(dāng)采用普通信號電纜傳輸長度超過50m時(shí)，讀取的測溫?cái)?shù)據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)， 正常通訊距離可達(dá) 150m，當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離進(jìn)一步加長。這種情 況主要是由總線分布電容使信號波形產(chǎn)生畸變造成的。因此，在用DS1820進(jìn)行長距離測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。在 DS1820測溫程序設(shè)計(jì)中，向 DS1820發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后， 程序總要等待 DS1820的返回信號，一旦某個(gè) DS1

27、820接觸不好或斷線， 當(dāng)程序讀該 DS1820時(shí)，將沒有返回信號，程序進(jìn)入死循環(huán)。這一點(diǎn)在進(jìn)行 DS1820硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予一定的重視。測溫電纜線建議采用屏蔽 4 芯雙絞線，其中一對線接地線與信號線， 另一組接 VCC和地線，屏蔽層在源端單點(diǎn)接地。例如+125的數(shù)字輸出為 07D0H，+25.0625的數(shù)字輸出為 0191H，- 25.0625 的數(shù)字輸出為 FF6FH， - 55的數(shù)字輸出為 FC90H。鎖存器 74LS37374LS373是一種 8D鎖存器， 具有三態(tài)驅(qū)動(dòng)輸出， 其引腳電路圖如下：OELEDnQnLHHHLHLLLLLLLLHHH33Z引腳圖中 Dn 輸入端；

28、 Qn 輸出端； OE、 LE 為控制端，該片如何工作由功能表定，表中 L 為低電平、 H為高電平、 Z 為高阻抗（相當(dāng)開路） 3為任意電平，一般將 OE 接低電平， LE 接 ALE就能正常工作。I/O接口電路 8255A(1 ）總線接口部分/CS 片選線A1、A0 端口選擇線（選片內(nèi)四個(gè)端口寄存器）/RD 讀信號線輸入/WR 寫信號線）內(nèi)部邏輯部分外設(shè)接口部分可由編程決定三個(gè)端口的功能輸入輸出其它8 位鎖存沖/緩8 位鎖存沖/緩8 位鎖存沖/緩A 口8 位鎖存 雙向B 口8 位鎖存C口8 位鎖存可分成兩組分別作 A 口、B 口的選通聯(lián)絡(luò)線2、8255A的端口操作A1A0選中00PA口01P

29、B口10PC口11控制寄存器二、8255A的工作方式及方式選擇1、8255A的工作方式（ 1）方式 0 基本輸入 / 輸出方式A口、B 口、C口均有此方式，無選通，是單片機(jī)與外部設(shè)備之間的直接數(shù)據(jù)通道。（ 2）方式 1 僅 PA口、PB口有此方式， PC口中若干位作聯(lián)絡(luò)信號線。各聯(lián)絡(luò)信號線的意義：/STB IBF輸入選通信號，外設(shè)發(fā)來。輸入緩沖器滿信號，發(fā)給外設(shè)（通知外設(shè)數(shù)據(jù)未被取走，暫不能接收新數(shù)據(jù)）INTR INTE /OBF /ACK 中斷請求信號，外部設(shè)備發(fā)給單片機(jī)中斷允許信號輸出緩沖器滿信號，發(fā)給外設(shè)（單片機(jī)將數(shù)據(jù)已送到指定口，外部設(shè)備可以取走） 外設(shè)響應(yīng)信號，由外部設(shè)備發(fā)來（數(shù)據(jù)已

30、送到外部設(shè)備）（ 3）方式 3 雙向方式僅 PA口有此方式。 PC3 PC7作聯(lián)絡(luò)線此時(shí)， PB口可以是方式 0；也可以是方式 1（PC0 PC1作聯(lián)絡(luò)線）。2、8255A的方式控制字用編程方法向 8255A 的控制口寫控制字，可決定它的工作方式。有兩個(gè)控制字：（1）方式選擇控制字“1”方式控制標(biāo)志位D6、D5決定 A 組的工作方式， 0 0 方式 00 1 方式 11 3方式 2D4 A 口的傳輸方向， 1 入， 0 出。D3 PC7 PC4 的傳輸方向， 1 入， 0 出。D2 決定 B 組的工作方式， 0 方式 0， 1 方式 1。D1 B 口的傳輸方向， 1 入， 0 出。D0 PC3

31、 PC0 傳輸方向， 1 入， 0 出。（2）PC口置位/ 復(fù)位控制字“0” 標(biāo)志位。D6、D5 不使用位。D3、D2、D1 位選擇位， 000 111分別對應(yīng) PC7 PC0。D0 位狀態(tài)位， 1 置位， 0 復(fù)位。齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 PAGE 15太陽能熱水器中央控制器的硬件設(shè)計(jì)前端模擬電路設(shè)計(jì)現(xiàn)代傳感器在原理與結(jié)構(gòu)上千差萬別，如何根據(jù)具體的測量目的、測量對象以及測量環(huán)境合理地選用傳感器，是在進(jìn)行某個(gè)量的測量時(shí)首先要解決的問題。當(dāng)傳感器確定之后，與之相配套的測量方法和測量設(shè)備也就可以確定了。測量結(jié)果的成敗，在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。根據(jù)測量對象與測量環(huán)境確定傳感

32、器的類型要進(jìn)行個(gè)具體的測量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器， 這需要分析多方面的因素之后才能確定。 因?yàn)椋词故菧y量同一物理量， 也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù)被測量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題：量程的大小；被測位置對傳感器體積的要求；測量方式為接觸式還是非接觸式；信號的引出方法，有線或是非接觸測量；傳感器的來源，國產(chǎn)還是進(jìn)口，價(jià)格能否承受，還是自行研制。靈敏度的選擇通常，在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。因?yàn)橹挥徐`敏度高時(shí)，與被測量變化對應(yīng)的輸出信號的值才比較大，有利于信號處理。但要注意的是，傳感器的靈敏度高，與被測量

33、無關(guān)的外界噪聲也容易混入，也會(huì)被放大系統(tǒng)放大，影響測量精度。因此，要求傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比，盡減少從外界引入的串?dāng)_信號。頻率響應(yīng)特性傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測量的頻率范圍，必須在允許頻率 范圍內(nèi)保持不失真的測量條件，實(shí)際上傳感器的響應(yīng)總有定延遲，希 望延遲時(shí)間越短越好。 傳感器的頻率響應(yīng)高， 可測的信號頻率范圍就寬， 而由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響，機(jī)械系統(tǒng)的慣性較大，因有頻率低的傳感 器可測信號的頻率較低。線性范圍傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。以理論上講，在此范圍內(nèi)，靈敏度保持定值。傳感器的線性范圍越寬，則其量程越大， 并且能保證一定的測量精度。在選擇傳感器時(shí)，當(dāng)傳感器的

34、種類確定以后首先要看其量程是否滿足要求。但實(shí)際上，任何傳感器都不能保證絕對的線性，其線性度也是相對的。當(dāng)所要求測量精度比較低時(shí)，在一定的范圍內(nèi)，可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性的，這會(huì)給測量帶來極大的方便。穩(wěn)定性傳感器使用一段時(shí)間后，其性能保持不變化的能力稱為穩(wěn)定性。影響傳感器長期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身結(jié)構(gòu)外，主要是傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，傳感器必須要有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。在選擇傳感器之前，應(yīng)對其使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，并根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇合適的傳感器， 或采取適當(dāng)?shù)拇胧?減小環(huán)境的影響。精度精度是傳感器的一個(gè)重要的性能指標(biāo)，它是關(guān)系到整個(gè)測量系統(tǒng)測量精度的

35、一個(gè)重要環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，其價(jià)格越昂貴，因此，傳感器的精度只要滿足整個(gè)測量系統(tǒng)的精度要求就可以，不必選得過高。這樣就可以在滿足同一測量目的的諸多傳感器中選擇比較便宜和簡單 的傳感器。如果測量目的是定性分析的，選用重復(fù)精度高的傳感器即可，不宜 選用絕對量值精度高的； 如果是為了定量分析， 必須獲得精確的測量值， 就需選用精度等級能滿足要求的傳感器。對某些特殊使用場合，無法選到合適的傳感器，則需自行設(shè)計(jì)制造傳感器。自制傳感器的性能應(yīng)滿足使用要求 11。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)以采集溫度為例，通過選用不同的傳感器及其相應(yīng)傳感器的放大電路，可實(shí)現(xiàn)多路采集不同的測量數(shù)據(jù)如溫度、濕度、壓力等數(shù)據(jù)。溫度傳感器選用本

36、系統(tǒng)采用接觸式溫度傳感器 D S18B20。DS18B20、 DS1822 “一線齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 PAGE 33總線”數(shù)字化溫度傳感器是DALLAS 最新單線數(shù)字溫度傳感器，同DS1820 一樣， DS18B20 也 支持“一線總線 ”接口，測量溫度范圍為-55 C+125C，在-10+85 C 范圍內(nèi),精度為 0.5 C。DS1822 的精度較差為2 C ?，F(xiàn)場溫度直接以 “一線總線 ”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，與前一代產(chǎn)品不同， 新的產(chǎn)品支持 3V5.5V 的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。D

37、S18B20 與單片機(jī)的典型接口設(shè)計(jì)可以采用外接電源與寄生電源供電（就是供電電源從數(shù)據(jù)線上得到）：圖 3.8外接電源供電圖 3.9 寄生電源供電3.28255A 與單片機(jī)的接口電路設(shè)計(jì)錯(cuò)誤 !3.2.1ADC0809 與 89C51 單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)用單片機(jī)控制 A/D 轉(zhuǎn)換器時(shí)，多采用查詢和中斷控制兩種方法。查詢法是在單片機(jī)把啟動(dòng)命令送到ADC 之后，執(zhí)行別的程序，同時(shí)對 ADC 的狀態(tài)進(jìn)行查詢，以檢查 ADC 變換是否已經(jīng)結(jié)束，如查詢到變換已結(jié)束，則讀入轉(zhuǎn)換完畢的數(shù)據(jù)。中斷控制法是在啟動(dòng)信號送入A/D 轉(zhuǎn)換器時(shí)之后，單片機(jī)執(zhí)行別的程序。當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換器變換結(jié)束并向單片機(jī)發(fā)出中斷請求信號時(shí)

38、，單片機(jī)響應(yīng)此中斷請求，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，讀入轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，并進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)處理，然后返回原程序14 。這種方法單片機(jī)無需進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)間的管理， CPU 效率高，所以特別適合于變換時(shí)間較長的 A/D 轉(zhuǎn)換器時(shí) 14 。本系統(tǒng)就是采用中斷控制法。 89C51 與 ADC0809 接口電路圖如圖 3-3 所示。將 ADC0809 作為外擴(kuò)的并行 I/O 口，由 P2.7 和 WR 端的脈沖同時(shí) 有效時(shí)啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換，通道選擇端與 A、B、C 分別與地址線 A0、A1、A2 相連。其端口地址為 7FF8H 7FFFH。A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束后，EOC 向 89C51 的 INT1 端輸入一個(gè)高電平，既向單片

39、機(jī)產(chǎn)生一個(gè)外部中斷1 信號。.AT89C51ALE2 5 61G74LS373OE 113478 13 14 17 18CLK ADD A ADD B ADD CREF(+) REF(-)ADC0809P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7WR P2.7RD INT1174LS02112-82-72-62-52-42-32-22-1START ALEOEEOCINi圖 3-3 ADC0809 與 89C51 的中斷方式原理圖1鍵盤和顯示器接口設(shè)計(jì)鍵盤工作原理 3鍵盤在單片機(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。鍵盤

40、輸入應(yīng)解決的問題鍵盤輸入的特點(diǎn)鍵盤的實(shí)質(zhì)是一組開關(guān)的集合。通常按鍵所用開關(guān)為機(jī)械彈性開關(guān)，均利用了機(jī)械觸點(diǎn)的合、斷。一個(gè)電壓信號通過機(jī)械觸點(diǎn)的斷開、閉合過程，由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一個(gè)按鍵開關(guān)在閉合時(shí)不會(huì)馬上穩(wěn)定地接通，在斷開時(shí)也不會(huì)一下斷開。因而，在閉合和斷開的瞬間均伴隨著一連串的抖動(dòng)，抖動(dòng)時(shí)間的長短由按鍵的機(jī)械特性決定，一般為510ms。消除按鍵抖動(dòng)硬件消除抖動(dòng)一般采用雙穩(wěn)態(tài)消抖電路。軟件消除按鍵抖動(dòng)。 如果按鍵較多硬件電路將無法勝任，因此常采用軟件的方法進(jìn)行消抖。在第一次檢測到有鍵按下時(shí)，執(zhí)行一段延時(shí)10ms 子程序后再按確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)， 如果保持閉合狀態(tài)電平則確認(rèn)為真

41、正有鍵按下，從而消除了抖動(dòng)的影響。鍵盤接口的工作原理常見的鍵盤接口分為獨(dú)立式鍵盤接口和矩陣式鍵盤接口兩種。本系統(tǒng)采用矩陣式鍵盤接口。矩陣式鍵盤接口是適用于按鍵數(shù)量較多的場合，它由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上。矩陣式4*4 鍵盤如圖 3-4 所示。從圖中可以看出，在按鍵數(shù)量較多的場合，矩陣鍵盤與獨(dú)立式按鍵相比，要節(jié)省很多I/O 口線。+5V012345678910111213141512312344圖 3-4 矩陣式 4*4 鍵盤原理圖矩陣式鍵盤接口的工作原理按鍵設(shè)置在行、列線的交叉點(diǎn)上，行、列線分別連接開關(guān)的兩端。行線通過上拉電阻接到正 +5V。平時(shí)無按鍵時(shí)，行線處于高電平狀態(tài)，

42、而當(dāng)有按鍵按下時(shí)，行線電平狀態(tài)鍵由此行線相連的列電平?jīng)Q定。列線如果為低電平， 這行線電平為低； 列線電平如果為高， 則行線電平也高。這是識(shí)別矩陣鍵盤按鍵是否被按下的關(guān)鍵所在。由于矩陣鍵盤中行、列線為多鍵共用，各按鍵均影響該鍵所在的電平。因此各按鍵彼此間互相發(fā)生影響，所以必須將行、列線信號配合起來并作適當(dāng)?shù)奶幚恚拍艽_定閉合鍵的位置。按鍵的識(shí)別方法按鍵識(shí)別的方法主要有掃描法、線反轉(zhuǎn)法和鍵盤編碼。由于本系統(tǒng)按鍵較多所以采用鍵盤編碼的方法。LED 顯示器工作原理LED 顯示器有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)顯示兩種方式。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（或供陽極）連接在一起并接地 (或+

43、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)槿绱耍?靜態(tài)顯示的亮度比較高。LED 動(dòng)態(tài)顯示在多位 LED 顯示時(shí)，為簡化硬件電路， 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。而各共陽極或共陰極分別由相應(yīng)得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。鍵盤/顯示電路系統(tǒng)鍵盤顯示接口采用8279 芯片，用硬件完成鍵盤與顯示器掃描4。鍵

44、盤由 0-9 數(shù)字鍵，報(bào)警值設(shè)定鍵，時(shí)鐘設(shè)定鍵，左位移鍵，確認(rèn) 鍵，運(yùn)行鍵等組成，采用43 4 鍵盤。用戶可以通過鍵盤完成人機(jī)接口的各種操作。鍵盤以中斷方式工作。當(dāng)有按鍵時(shí)，8279 申請中斷 CPU 響應(yīng)中斷后轉(zhuǎn)入鍵盤監(jiān)控處理程序。 顯示器采用 4 個(gè) LED 數(shù)碼管，系統(tǒng)檢測數(shù)據(jù)經(jīng) AT89C51 單片機(jī)處理后通過 I/O 口送到驅(qū)動(dòng)電路，LED 顯示甲烷氣體現(xiàn)場濃度。8279 與單片機(jī) AT89C51 的硬件接口電路圖如圖 3-13 所示。8279 芯片外接 43 8 鍵盤和 4 位顯示器，工作于 4 位顯示和鍵盤輸入工作方式， 均為編碼掃描，其組成可分為三個(gè)部分：B 74LS Y 1A

45、 138(2)Y 2Y0YYYYYYYYYYYYYYYYP2.7CSCLK A 0OUTA 3OUTA 0OUTB 374LS 06ALEAB 074LS373a b c d e f g.OUTB 0共 陽 4位 LED 顯 示P0.7D7AT89C51RDWR INT0RST8279BD SL 2SL 1SL 0E3YP0.0D0C 74LS .7B 138(1) .RDAY0WR IRQRESETY7CY3CNTLSHIFTRL 3RL 2RL 1RL 0圖 3-6 8279 與單片機(jī) AT89C51 的硬件接口電路圖1顯示接口： 由 4 個(gè) 7 段 LED 顯示器組成。 SL0-SL2

46、經(jīng) 74LS138(1)譯碼低四位掃描控制位選口，顯示字符的段選碼由8279 芯片的一個(gè) 4位輸出口 OUB 0-3 同步輸出實(shí)現(xiàn)， 并且經(jīng) 74LS06 非門輪流驅(qū)動(dòng) 7 段 LED顯示器。消隱顯示信號輸出BD 線與 74LS138(1)的使能端 E3 相連，當(dāng)顯示功換時(shí) , BD 輸出低電平關(guān)閉 74LS138(1)，從而達(dá)到顯示消隱的目的。2鍵盤接口： 16 個(gè)鍵排成 4 行 4 列的矩陣。 8279 工作于鍵盤輸入方式， 4 根列掃描線由 SL0-SL7 經(jīng) 74LS138(2)譯碼獲得，只用其中的四根， 4 根行信號線由 RL0，RL1， RL2，RL 3 引入。由于 8279 的輸

47、入線RL0-RL 7 內(nèi)部有上位電阻，當(dāng)無鍵按下時(shí)均為高電平，而當(dāng)有鍵按下時(shí) 則被鍵盤上的按鍵拉成低電平，該鍵的行、列號信息被讀人FIFO RAM 緩沖器中。同時(shí) 8279 的中斷請求信號 IRQ 為高電平，可向 CPU 申請中斷，讀取鍵值代碼。38279 與 AT89C51 的接口：在硬件連線圖中，單片機(jī)AT89C51的 P2.7 腳經(jīng)反向器接片選信號CS。8279 的 A 0 端用于控制讀寫命令 /狀態(tài)和數(shù)據(jù)， A0 與地址鎖存器 74LS373 輸出的最低位地址線 AB 0 相接， 所以 8279 的數(shù)據(jù)口地址為 8FFEH，命令/狀態(tài)口地址為 8FFFH。8279 的CNTL 、SHI

48、FT 引腳接地。單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。其主要功能是把程序計(jì)數(shù)器PC 值初始化為 0000H，使單片機(jī)從 0000H 單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需要按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)單片機(jī)。RST 引腳是復(fù)位信號的輸入端， 高電平有效， 其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù) 24 個(gè)震蕩周期（即兩個(gè)機(jī)器周期）以上。若使頻率為6MH Z 的晶振，則復(fù)位信號持續(xù)時(shí)間超過 4s 才能完成復(fù)位操作。復(fù)位操作由上電復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)為兩種方式。上電自動(dòng)復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的，其電路如 圖 3-7 所示。只要電源 V CC 的

49、上電時(shí)間不超過 1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位，即接通電源就完成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。按鍵手動(dòng)復(fù)位分為電平方式和脈沖方式兩種。其中，電平復(fù)位是復(fù) 位端通過電阻與 Vcc 電源接通而實(shí)現(xiàn)的。脈沖復(fù)位是利用RC 微分電路產(chǎn)生的正脈沖來實(shí)現(xiàn)的。在計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)中，為了保證微處理器穩(wěn)定而可靠地運(yùn)行，需要配置電壓監(jiān)控電路；為了實(shí)現(xiàn)掉電數(shù)據(jù)保護(hù)，需備用電池及切換電路； 為了使微處理器盡快擺脫因干擾而陷入的死循環(huán)，需要配置看門狗電 路，將完成這些功能的電路集成在一起的芯片中稱為微處理器監(jiān)控器。C 10fRRVcc RST80C51圖 3-7 單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位電路在單片機(jī)系統(tǒng)中，為了擺脫“死循環(huán)”通常采用“看門狗

50、技術(shù)”也就是程序監(jiān)控技術(shù)。 “看門狗”技術(shù)就是不斷監(jiān)視程序循環(huán)運(yùn)行時(shí)間，若發(fā)現(xiàn)時(shí)間超過已知的循環(huán)設(shè)定時(shí)間，則認(rèn)為系統(tǒng)陷入了“死循環(huán)”， 然后強(qiáng)迫程序即 PC 返回到 0000H，在 0000H 處安排一段出錯(cuò)處理程序，使系統(tǒng)進(jìn)入正常工作。 “看門狗”技術(shù)可由硬件實(shí)現(xiàn)，可由軟件實(shí)現(xiàn)， 也可由兩者結(jié)合實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)采用微處理器監(jiān)控器MAX690A 完成硬件“看門狗”電路。MAX690A 是美國 MAXIM公司的產(chǎn)品，具有以下功能：(1)在微處理器上電、掉電及低壓供電時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位輸出信號。 (2)具有備用電池切換電路，備用電池可供給其他低功耗邏輯電路。(3) 具有看門狗電路，該電路的觸發(fā)脈沖時(shí)間間

51、隔超過1.6s 時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位輸出。 (4)可用于低電壓檢測。MAX690A 的主要電氣參數(shù)為：2工作電壓Vcc(1.2 5.5V)；2靜態(tài)電流 200A ；2備用電池方式靜態(tài)電流50A ；2復(fù)位脈沖寬度TRS為 200ms；2看門狗定時(shí)時(shí)間為1.6s；2復(fù)位門限電平 4.65V 。MAX690A 與 89C51 單片機(jī)的接口電路如圖3-8 所示：U11P102P003938P113P12P01P02374P135P146P157P0336P0435P053433P16+5V1312INT1 INT089C51P20 P212122231514T1P22P232425R1R21MAX690

52、A61A231T0EA/VPP24P25 P262627281K1KVoutVbatt19P272VccRESET774F041U2A18X1X28P17P06P07323GNDWDI639RESET2RXD1011R341KPFIPEOU35+5VA74F321217RD 16WRTXDALE/P3029PSEN3.6VR41K74F04+ C110uF S1BT2備用電源圖 3-8 MAX690A與 89C51 的接口電路本電路有復(fù)位電路和看門狗電路功能， R1、R2 選取說明如下：R1R1R21.25V4.5V13.6（ 3-1）當(dāng) R1=1k ，R2=2.6 k，使+5V 電壓跌落到

53、4.5V，PFI 的輸出電壓低于 1.25V 時(shí)， PFO 輸出高電平作為單片機(jī)的中斷信號。單片機(jī)正常工作時(shí)，P1.0 口定期(小于 1.6 s)改變 WDI 輸入端的電平， 使看門狗電路不發(fā)出復(fù)位電路。 當(dāng)出現(xiàn) “死機(jī)”，單片機(jī)將不能定期改變 WDI 電平， 看門狗電路便會(huì)在 1.6 s后產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號， 使單片機(jī)復(fù)位，待經(jīng)過 200ms 復(fù)位脈沖寬后，單片機(jī)復(fù)位結(jié)束，程序從0000H 開始重新執(zhí)行，保證了系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。單片機(jī)時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生 89C51 單片機(jī)工作時(shí)所必需的時(shí)鐘信號。 89C51 單片機(jī)本身就是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為保證同步方式的實(shí)現(xiàn)， 89C51 單

54、片機(jī)應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號控制下，嚴(yán)格地按時(shí)序執(zhí)行工作。因此時(shí)鐘電路是計(jì)算機(jī)的心臟，它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏。時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時(shí)鐘電路有兩種方式，一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，另一種為外部時(shí)鐘方式。本系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式。89C51 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。反相放大器的輸入端為XTAL1 ，輸出端為 XTAL2 ，分別是 89C51 的 19 腳和 18 腳。在 XTAL1 和 XTAL2 兩端跨接石英晶體及兩個(gè)電容就可以構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。89C51 內(nèi)部時(shí)鐘方式的振蕩電路如圖 3-9 所示。晶體的

55、振蕩頻率范圍通常在1.2MHz 到 24MHz 之間。晶體的頻率越高，則系統(tǒng)的頻率越高單片機(jī)的運(yùn)行速度越快。本系統(tǒng)選擇振蕩頻率為 24MHz 的石英晶體。89C51XTAL1C1晶振C2XTAL2至內(nèi)部時(shí)鐘電路圖 3-9 AT89C51 內(nèi)部時(shí)鐘方式電路系統(tǒng)原理綜述系統(tǒng)硬件原理如原理圖（附）所示。通過原理圖，我們可以分析出系統(tǒng)的原理，于是系統(tǒng)主要原理如下：溫度的測量通過溫度傳感器輸出正比于不同溫度的電壓值來實(shí)現(xiàn)， 在和 8255A 接口相連的 pc 中，通過二極管分別顯示四個(gè)不同的水位情況。通過兩個(gè)按鍵 s2 和 s3 來實(shí)現(xiàn)加熱和加水的功能，當(dāng) s2 按下時(shí)，就觸發(fā)外部中斷 0，進(jìn)入中斷子程

56、序，執(zhí)行加熱功能。當(dāng) s3 按下時(shí)，就出發(fā)了外部中斷 1 進(jìn)入中斷子程序，執(zhí)行手動(dòng)加水功能。單片機(jī)通過 P0 口用一個(gè) 8255A 擴(kuò)展芯片實(shí)現(xiàn) 8 位 LED 顯示， Po 口和 373 相連鎖存地址信號， P2.0P2.3和水位檢測傳感器接口電路連 接， P2.6 和 P2.7 分別接有加水繼電器和加熱繼電器。作為8255A 的 PC 口接有 6 個(gè)二極管，分別用來顯示水位 1、2、3、4 狀態(tài)，還有加水狀態(tài)和加熱狀態(tài)的提示信號。再通過接口電路8255A 反映到顯示屏上。單片機(jī)其余 I/O 口線安排：2 VCC：接+5V 電源。2 GND：接地。2 RST：接 MAX690A 的 RESE

57、T。2 P3.0(ALE)：與 8255H 的 ALE 腳相連提供時(shí)鐘信號。2 XTAL1 、XTAL2 ：通過晶振實(shí)現(xiàn)單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘。2 PSEN：允許程序存儲(chǔ)器輸出控制端。2 EA：內(nèi)外程序存儲(chǔ)器選擇控制端。2 P1.7：接 MAX960 的 WDI 端。2 RD：接 8255H 的 RD 端。2 WR：接 8255H 的 WR 端。太陽能熱水器中央控制器的軟件設(shè)計(jì)在完成太陽能熱水器中央控制器的硬件設(shè)計(jì)后，要達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求，用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，就需要進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。同時(shí)運(yùn)用軟件設(shè)計(jì)可以相對地簡化硬件結(jié)構(gòu)，有效地降低設(shè)計(jì)成本并提高系統(tǒng)的性能。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，軟件設(shè)計(jì)應(yīng)具備以下功能：2對水

58、的溫度數(shù)據(jù)的讀入；2對數(shù)碼管顯示子程序的實(shí)現(xiàn)；2通過鍵盤輸入實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集；2將數(shù)據(jù)存入 EPROM中實(shí)現(xiàn)掉電保護(hù)；2將采集到的數(shù)據(jù)通過LED 顯示。系統(tǒng)總體軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)主要是完成由 89C51 為核心控制器來實(shí)現(xiàn)對太陽能熱水器水位和水溫的檢測，并在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候報(bào)警，并把溫度數(shù)據(jù)體現(xiàn)在8 位數(shù)碼管上。主程序首先完成對串口，定時(shí)器，中斷源的初始化設(shè)置，初始運(yùn)行參數(shù)，開中斷，然后循環(huán)讀取鍵盤狀態(tài)，檢測系統(tǒng)是否漏電。一旦檢測到系統(tǒng)漏電，立即進(jìn)行聲音和顯示報(bào)警，并切斷所有執(zhí)行機(jī)構(gòu)電源； 若系統(tǒng)不漏電，則根據(jù)存儲(chǔ)的鍵盤狀態(tài)和檢測的水溫，水位等狀態(tài)信號進(jìn)行相應(yīng)的處理并等待中斷服務(wù)程序的執(zhí)行。其主要的軟件原理

59、圖如圖1 和 2。系統(tǒng)正?？刂茣r(shí)，首先顯示水溫和水位，若檢測到水流開關(guān)打開用水時(shí)，自動(dòng)斷開上水閥和電加熱體電源， 即實(shí)現(xiàn)水電聯(lián)動(dòng)， 用水停電。當(dāng)檢測到水位過低時(shí)， 控制單片機(jī)在 8255A 的 PC3口的二極管提示加水， 然后手動(dòng)加水。達(dá)到最高水位時(shí)同樣提醒停止加水。在水位超過第二檔時(shí)，將檢測到的實(shí)際水溫和設(shè)置水溫進(jìn)行比較，若實(shí)際水溫低于設(shè)置水溫時(shí)，則加熱體通電進(jìn)行輔助電加熱；若水溫高于設(shè)置水溫時(shí)，切斷加熱體電源；若檢測到水位低檔，不管溫度設(shè)置高低，總是停止加熱，防止加熱體干燒，在加熱功能中將最高水溫控制在適當(dāng)?shù)臏囟龋瑴貢r(shí)停止加熱并報(bào)警。圖一系統(tǒng)主程序流程圖數(shù)據(jù)采集軟件設(shè)計(jì)中斷服務(wù)子程序開始

60、關(guān)中斷保護(hù)現(xiàn)場，關(guān)閉電磁閥將 P3 口的內(nèi)容讀入水位寄存器SW1中，其地址位 0A0H將 SW1 中的內(nèi)容進(jìn)行處理，得出水位檢測結(jié)果入 SW2調(diào)用水位處理子程序置 P3.4 口為第二功能啟動(dòng)計(jì)數(shù)器 T0 并延時(shí)從計(jì)數(shù)器 T0中讀取 V/F的轉(zhuǎn)換結(jié)果，并存入 WD 中調(diào)用溫度算法子程序調(diào)顯示子程序恢復(fù)現(xiàn)場開中斷中斷返回水位檢測子程序開始現(xiàn)場保護(hù)取水位結(jié)果是高水位是次高水是中水位是低水位顯示指針偏移量置為 00H顯示指針偏移量置為 01H顯示指針偏移量置為 02H顯示指針偏移量為 03H無水位顯示指針偏移量置為 04H啟動(dòng)電磁閥顯示緩沖區(qū)地址偏移顯示段碼地址將顯示內(nèi)容放入寄存器wx 中恢復(fù)現(xiàn)場返回