飲水機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

/書(shū)目書(shū)目 11前言 11.1設(shè)計(jì)的目的及意義 11.2國(guó)內(nèi)外發(fā)呈現(xiàn)狀及探討概況 11.3設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)和參數(shù) 21.4設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 22總體方案設(shè)計(jì) 32.1方案比較 32.2方案論證 42.3方案選擇 43單元模塊電路設(shè)計(jì) 53.1電路組成及工作原理 53.2模塊電路的設(shè)計(jì) 6信號(hào)采集及放大模塊設(shè)計(jì) 63.2.2單片機(jī)最小系統(tǒng) 7模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 8人機(jī)交互界面設(shè)計(jì) 9水位探測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 10加熱限制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 11電源電路的設(shè)計(jì) 123.3電路參數(shù)的計(jì)算及元器件的選擇 133.4特殊器件的介紹 143.4.1STC89C52單片機(jī)的介紹 14ICL7135模數(shù)轉(zhuǎn)換器的介紹 163.4.3LCD1602液晶顯示屏的介紹 183.4.4TL084運(yùn)算放大器介紹 194系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 214.1系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) 214.2按鍵處理子程序設(shè)計(jì) 224.3溫度檢測(cè)子程序設(shè)計(jì) 235系統(tǒng)調(diào)試 245.1硬件調(diào)試 245.2軟件調(diào)試 246系統(tǒng)功能和指標(biāo)參數(shù) 256.1系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)的功能 256.2系統(tǒng)指標(biāo)參數(shù)測(cè)試 257結(jié)論 268總結(jié)和體會(huì) 279參考文獻(xiàn) 28附錄一相關(guān)設(shè)計(jì)圖 29A飲水機(jī)溫控系統(tǒng)電路圖 29B飲水機(jī)溫控系統(tǒng)PCB圖 301前言1.1設(shè)計(jì)的目的及意義隨著電子技術(shù)的發(fā)展，特殊是大規(guī)模集成電路的產(chǎn)生，給人們的生活帶來(lái)了根本性的變更，假如說(shuō)微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)使現(xiàn)代的科學(xué)探討得到了質(zhì)的飛躍，那么單片機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)則是給現(xiàn)代工業(yè)限制領(lǐng)域帶來(lái)了一次新的革命。單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域也越來(lái)越廣泛，特殊是在工業(yè)限制和儀器儀表智能化中扮演著極其重要的角色。過(guò)去經(jīng)常接受模擬電路、數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的電路系統(tǒng)，現(xiàn)在相當(dāng)大一部分可以用單片機(jī)予以實(shí)現(xiàn)，傳統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)方法已演化成為軟件和硬件相結(jié)合的設(shè)計(jì)方法。在實(shí)際應(yīng)用中，單片機(jī)經(jīng)常要和各種傳感器相結(jié)合組成確定的應(yīng)用系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)檢測(cè)和限制。單片機(jī)在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越廣泛，在許多電子產(chǎn)品中也用到了溫度檢測(cè)和溫度限制。目前廣泛運(yùn)用的飲水機(jī)，具有價(jià)格低廉，制造簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。但是隨著用戶(hù)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)用，這些飲水機(jī)功能單一、能耗較大、長(zhǎng)時(shí)間飲用飲水機(jī)的水對(duì)健康不利等缺點(diǎn)慢慢暴露出來(lái)。此次設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的溫度限制系統(tǒng)。整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程將使我鞏固所學(xué)的本專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)理論、專(zhuān)業(yè)學(xué)問(wèn)和基本技能，增加綜合運(yùn)用所學(xué)學(xué)問(wèn)和技術(shù)獨(dú)立分析問(wèn)題解決問(wèn)題的實(shí)力；對(duì)飲水機(jī)的工作原理、元器件選擇及電子儀器的常用設(shè)計(jì)方法等有比較深化的了解；進(jìn)而駕馭應(yīng)用單片機(jī)進(jìn)行電子線(xiàn)路設(shè)計(jì)的基本思想和方法。本設(shè)計(jì)完全面對(duì)實(shí)際的思想可以使我全面的了解電子設(shè)計(jì)的基本過(guò)程和基本工藝，并且對(duì)飲水健康的考慮也使得此次設(shè)計(jì)變的更加有意義。1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)呈現(xiàn)狀及探討概況當(dāng)今社會(huì)，隨著科技的進(jìn)步，電子技術(shù)得到了飛速的發(fā)展和應(yīng)用，數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也有了很大的進(jìn)步，如今運(yùn)行速度快、在功能更加強(qiáng)大的基礎(chǔ)上更加便于運(yùn)用攜帶也成了發(fā)展的方向。60年頭以來(lái)，在半導(dǎo)體器件和計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，智能限制變的越來(lái)越簡(jiǎn)潔，70年頭單片機(jī)產(chǎn)生使世界進(jìn)入高智能，高效率，以及高牢靠性的電子時(shí)代。目前飲水機(jī)的限制方式可分為一般限制型、智能感應(yīng)型和微電腦限制型三類(lèi)。一般限制型飲水機(jī)其加熱和制冷均自動(dòng)恒溫限制，是目前用戶(hù)運(yùn)用最多的機(jī)型，并且其價(jià)位適中一般為首選。因而，本文在此基礎(chǔ)上，做了一些改造使其更為人性化，比如說(shuō)加熱溫度設(shè)置使能夠滿(mǎn)足用戶(hù)的各種溫度需求，還有防干燒措施和實(shí)時(shí)顯示溫度等現(xiàn)如今單片機(jī)的發(fā)展日新月異，各種新功能，新器件，新思想不斷涌現(xiàn)。在國(guó)內(nèi)外照舊以做嵌入式限制內(nèi)核為主，而本文也是接受這樣的一種智能限制思想來(lái)實(shí)現(xiàn)飲水機(jī)的智能限制的，從而實(shí)現(xiàn)飲水機(jī)溫度可控，節(jié)能，可視化等設(shè)計(jì)指標(biāo)。1.3設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)1.能檢測(cè)飲水機(jī)加熱體中的水量和水溫并能用LCD液晶顯示屏實(shí)時(shí)顯示水溫。2.水量低于設(shè)定值時(shí)禁止加熱，防止干燒。3.能夠通過(guò)鍵盤(pán)隨意設(shè)定飲水機(jī)的加熱溫度，同時(shí)設(shè)定兩個(gè)快捷加熱鍵，溫水鍵可以把水加熱到60度，開(kāi)水鍵可以把水加熱到100度并實(shí)時(shí)顯示水溫。4.系統(tǒng)自動(dòng)比較水溫順系統(tǒng)設(shè)定溫度，當(dāng)水溫低于設(shè)定溫度10攝氏度時(shí)，加熱器起先加熱，當(dāng)水溫達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，加熱器停止工作。但當(dāng)用戶(hù)重新設(shè)定了飲水機(jī)的加熱溫度后無(wú)論水溫是否低于設(shè)定溫度10攝氏度飲水機(jī)都將水溫加熱到設(shè)定值。1.4設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容1.方案比較及論證，查閱相關(guān)資料，找到設(shè)計(jì)電路的基本思路。2.駕馭基本測(cè)量原理。3.依據(jù)需求和系統(tǒng)的功能，逐級(jí)劃分模塊，明確各模塊之間的數(shù)據(jù)流傳遞關(guān)系。理解工作原理，繪制原理框圖及單元電路設(shè)計(jì)。4.確定軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，選擇設(shè)計(jì)語(yǔ)言，完成模塊功能設(shè)計(jì)，并分別調(diào)試通過(guò)。5.軟硬件聯(lián)調(diào)，將各模塊有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，組成一個(gè)完善的系統(tǒng)。6.繪電路原理圖、PCB圖，列元件明細(xì)表，整理及分析有關(guān)數(shù)據(jù)。2總體方案設(shè)計(jì)通過(guò)查閱大量相關(guān)技術(shù)資料，并結(jié)合自己的實(shí)際學(xué)問(wèn)，我主要提出了兩種技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。下面我將首先對(duì)這兩種方案的組成框圖和實(shí)現(xiàn)原理分別進(jìn)行說(shuō)明，并分析比較它們的特點(diǎn)，然后闡述我最終選擇方案的緣由。2.1方案比較方案一是運(yùn)用簡(jiǎn)易的溫控系統(tǒng)，這也是現(xiàn)在絕大多數(shù)低端飲水機(jī)接受的溫度限制系統(tǒng)，它一般運(yùn)用像“紐扣”大小的“溫度繼電器”，內(nèi)部是由雙金屬片制成的溫度敏感“開(kāi)關(guān)”，溫度到達(dá)確定值時(shí)會(huì)斷開(kāi)電路，飲水機(jī)停止加熱。當(dāng)溫度降低的時(shí)候雙金屬片閉合，電路接通，飲水機(jī)起先加熱，元件一般裝在金屬“水膽”外壁上。另外還設(shè)有一個(gè)100攝氏度的溫度繼電器，斷電后須要手動(dòng)開(kāi)啟，此溫度繼電器主要用來(lái)防止加熱體干燒。方案二是經(jīng)過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)要求的分析我們可以基本確定下設(shè)計(jì)方案的雛形，即以單片機(jī)為核心，外圍圍繞溫度傳感器，調(diào)理電路，AD轉(zhuǎn)換器，水位探測(cè)器，加熱限制器，鍵盤(pán)電路和顯示電路等。通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)對(duì)各硬件的限制和通信，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱器的限制，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。在此我們可以選用高性?xún)r(jià)比的STC89C52單片機(jī)，完全可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求并能節(jié)約設(shè)計(jì)成本。我們選用防水型的溫度傳感器LM35DZ，首先此款傳感器的溫度怒測(cè)試范圍是0~100攝氏度，對(duì)于測(cè)試水溫來(lái)說(shuō)剛好能滿(mǎn)足要求，這也提高了溫度的測(cè)量精度。再次，LM35DZ具有特殊高的市場(chǎng)普及率，有各種各樣的封裝形式所以適合我們的選用。水位監(jiān)測(cè)由于這里只須要定性的測(cè)量不須要定量測(cè)量，所以我們干脆接受一根金屬棒接于單片機(jī)的的一個(gè)引腳來(lái)推斷飲水機(jī)是否有足夠的水位。圖2.1方案二的原理框圖2.2方案論證首先兩種方案都是可行的，且都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，下面就分別介紹：第一種方案接受溫度繼電器，溫度繼電器成本低廉，易更換，且完全實(shí)現(xiàn)了硬件限制無(wú)需軟件設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)流程。由于純硬件的設(shè)計(jì)必定缺乏智能性，不能設(shè)定加熱水溫，人機(jī)交互方面欠缺。另一方面限制精度差，一般有上下2~3度的誤差。另外飲水機(jī)一般都是有兩個(gè)溫度繼電器，一個(gè)是限制熱水溫度的，或許在90左右度，是自動(dòng)斷電自動(dòng)復(fù)位的，另一個(gè)是極限溫度限制器，或許在100左右度，斷電后是手動(dòng)復(fù)位的，此溫度繼電器主要用來(lái)防止加熱體干燒。這種限制方式簡(jiǎn)潔，溫度繼電器可以干脆參和加熱限制。但此方法智能限制水平較低不能體現(xiàn)出設(shè)計(jì)的核心思想方案二的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了高精度，溫度顯示，運(yùn)用了LCD1602低功率液晶顯示，并帶有鍵盤(pán)限制，防干燒處理，人機(jī)交互方面做得比較好。另一方面，目前單片機(jī)技術(shù)比較成熟，功能也比較強(qiáng)大，被測(cè)信號(hào)經(jīng)放大整形后送入單片機(jī)，由單片機(jī)對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行處理并依據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)關(guān)系顯示溫度和限制飲水機(jī)的加熱方式。單片機(jī)限制適合于功能比較簡(jiǎn)潔的限制系統(tǒng),而且其具有成本低,功耗低,體積小算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng),技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)。但其缺點(diǎn)是外圍電路比較困難,編程困難。運(yùn)用這種方案會(huì)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)確定的難度。2.3方案選擇基于實(shí)現(xiàn)了高精度，加熱溫度設(shè)定，溫度顯示，低功率，防干燒處理，綜合以上二種方案，最終選擇了方案二。3單元模塊電路設(shè)計(jì)本節(jié)主要介紹系統(tǒng)各單元模塊的詳細(xì)功能、電路結(jié)構(gòu)、工作原理、以及各個(gè)單元模塊之間的連接關(guān)系；同時(shí)本節(jié)也會(huì)對(duì)相關(guān)電路中的參數(shù)計(jì)算、元器件選擇、以及核心器件進(jìn)行必要說(shuō)明。3.1電路組成及工作原理家用飲水機(jī)溫度限制系統(tǒng)由溫度采集電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換器，水位探測(cè)器，LCD顯示電路，鍵盤(pán)電路，加熱限制器等組成。單片機(jī)：完成監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集過(guò)程、采集方式的限制。是整個(gè)系統(tǒng)的核心處理器，單片機(jī)首先把通過(guò)傳感器測(cè)到的現(xiàn)場(chǎng)溫度和預(yù)先設(shè)置的溫度進(jìn)行比較，假如大于或小于預(yù)先設(shè)置值，就輸出信號(hào)去限制加熱器的工作，從而實(shí)現(xiàn)溫度限制和此同時(shí)將溫度數(shù)據(jù)傳輸給LCD顯示器，并對(duì)水位探測(cè)器的反饋信號(hào)進(jìn)行處理從而實(shí)現(xiàn)防止干燒的發(fā)生。溫度傳感器：溫度傳感器將加熱體中的溫度采集，經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換變換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)供單片機(jī)運(yùn)用，在設(shè)計(jì)過(guò)程中盡量接受集成模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的傳感器，這樣一來(lái)可以極大的削減設(shè)計(jì)工作量，并且牢靠性也將會(huì)有比較大的提高，這種傳感器在實(shí)際生產(chǎn)中有這很廣泛的應(yīng)用。水位探測(cè)器：水位探測(cè)器主要是用來(lái)防止加熱體干燒，在設(shè)計(jì)過(guò)程中可以依據(jù)需求將其簡(jiǎn)化成能定性測(cè)量水位是否足夠即可，在這里我們要盡量的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。鍵盤(pán)電路：鍵盤(pán)電路用來(lái)設(shè)置加熱溫度，和單片機(jī)通信，加熱模式限制信號(hào)傳送給單片機(jī)供其和溫度傳感器所供應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較確定是否接著或停止加熱。顯示電路：實(shí)時(shí)顯示加熱體內(nèi)水溫順設(shè)定溫度，指示燈顯示飲水機(jī)的工作狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生干燒的時(shí)候LCD顯示警告，指示燈全亮，提示用戶(hù)飲水機(jī)須要加水了。加熱限制器：弱電低壓信號(hào)驅(qū)動(dòng)強(qiáng)電220V電流對(duì)加熱體內(nèi)水進(jìn)行加熱限制，是整個(gè)設(shè)計(jì)的和加熱體相結(jié)合的重要模塊，設(shè)計(jì)方案要遵循平安牢靠的要求。電路系統(tǒng)框圖如下。單單片機(jī)數(shù)據(jù)采集電路ADC4*4鍵盤(pán)電路水位探測(cè)電路LCD顯示電路加熱限制器圖3.1系統(tǒng)框圖從圖3.1的系統(tǒng)框圖可以看的出溫度傳感器信號(hào)，鍵盤(pán)電路信號(hào)，水深探測(cè)器信號(hào)均為飲水機(jī)溫控系統(tǒng)的輸入信號(hào)而顯示電路信號(hào)，加熱限制信號(hào)則為飲水機(jī)溫控系統(tǒng)的輸出信號(hào)。系統(tǒng)框圖也充分的體現(xiàn)出了單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的核心部件的這一理念。全部的外圍的設(shè)備圍繞單片機(jī)作為單片機(jī)的功能模塊和單片機(jī)進(jìn)行信息交換和通信。核心部件單片機(jī)對(duì)全部的外圍設(shè)備數(shù)字溫度傳感器、鍵盤(pán)電路、水位探測(cè)器等器件反饋的信息在軟件的設(shè)定下進(jìn)行綜合分析，發(fā)出指令信號(hào)限制加熱限制器和LCD顯示器的工作狀態(tài)。設(shè)計(jì)框圖作為整個(gè)設(shè)計(jì)方案的靈魂將自始至終的指導(dǎo)設(shè)計(jì)的全過(guò)程，在以后的設(shè)計(jì)中將完全依據(jù)框圖所列的模塊進(jìn)行分模塊設(shè)計(jì)。這樣一來(lái)使整個(gè)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化為六部分，各部分又可以單獨(dú)的進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣一來(lái)通過(guò)對(duì)各個(gè)模塊的多種方案進(jìn)行分析比較確定最佳選擇并將其作為最終選擇，最終將各模塊的最佳方案進(jìn)行組合得到我們的最終設(shè)計(jì)方案。3.2模塊電路的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)主要分為6個(gè)單元模塊，它們分別是：信號(hào)采集及放大模塊、單片機(jī)最小系統(tǒng)、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、人機(jī)交互界面模塊、水位探測(cè)模塊、加熱限制模塊。各單元模塊功能及相關(guān)電路的詳細(xì)說(shuō)明如下。3.2.1信號(hào)采集及放大模塊設(shè)計(jì)從以下幾方面進(jìn)行說(shuō)明：1、該模塊的詳細(xì)功能是將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)并將電信號(hào)進(jìn)行處理。2、該模塊的組成：防水型LM35DZ溫度傳感器、TL084組成的儀用放大器、低通濾波器。3、工作原理：LM35DZ溫度傳感器的輸出電壓會(huì)隨溫度的變更而變更從而能將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再通過(guò)儀用放大器對(duì)采集到的電信號(hào)進(jìn)行放大，最終通過(guò)低通濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波處理。4、模塊的結(jié)構(gòu)框圖儀用放大器飲水機(jī)加熱箱溫度信號(hào)溫度傳感器儀用放大器飲水機(jī)加熱箱溫度信號(hào)溫度傳感器圖3.2信號(hào)采集及放大模塊結(jié)構(gòu)框圖5、模塊的詳細(xì)電路圖3.1.2信號(hào)采集及處理模塊電路圖3.2.2單片機(jī)最小系統(tǒng)主限制電路是以單片機(jī)為核心的限制電路。我們?cè)谶@里選用STC89C52單片機(jī)。單片機(jī)芯片工作時(shí)，必需加一個(gè)最小系統(tǒng)。最小系統(tǒng)中主要包括復(fù)位電路和時(shí)鐘電路兩大部分。單片機(jī)最小系統(tǒng)的電路圖如下。圖3.3單片機(jī)最小系統(tǒng)1、復(fù)位電路單片機(jī)復(fù)位電路就好比電腦的重啟部分，當(dāng)電腦在運(yùn)用中出現(xiàn)死機(jī)，按下重啟按鈕電腦內(nèi)部的程序從頭起先執(zhí)行。單片機(jī)也一樣，當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行中，受到環(huán)境干擾出現(xiàn)程序跑飛的時(shí)候，按下復(fù)位按鈕內(nèi)部的程序自動(dòng)從頭起先執(zhí)行。常用的復(fù)位電路有四種方式：（1）上電復(fù)位電路（2）按鍵復(fù)位電路（3）脈沖復(fù)位電路（4）兼有上電復(fù)位和按鍵復(fù)位的電路。由于考慮到結(jié)構(gòu)和成本等緣由，確定選用兼有上電復(fù)位和按鍵復(fù)位的電路。該復(fù)位電路工作原理為：在通電瞬間，在RC電路充電過(guò)程中，RST端出現(xiàn)正脈沖，保證RST引腳出現(xiàn)10ms以上穩(wěn)定的高電平，從而使單片機(jī)復(fù)位。在電路圖中，電容的的大小是10uF，電阻的大小是10k。所以依據(jù)公式，可以算出電容充電到電源電壓的0.7倍(單片機(jī)的電源是5V，所以充電到0.7倍即為3.5V)，須要的時(shí)間是10K*10UF=0.1S。也就是說(shuō)在電腦啟動(dòng)的0.1S內(nèi)，電容兩端的電壓時(shí)在0~3.5V增加。這個(gè)時(shí)候10K電阻兩端的電壓為從5~1.5V削減(串聯(lián)電路各處電壓之和為總電壓)。所以在0.1S內(nèi)，RST引腳所接收到的電壓是5V~1.5V。在5V正常工作的51單片機(jī)中小于1.5V的電壓信號(hào)為低電平信號(hào)，而大于1.5V的電壓信號(hào)為高電平信號(hào)。所以在開(kāi)機(jī)0.1S內(nèi)，單片機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位。2、時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作時(shí)所必需的時(shí)鐘信號(hào)。在MCS－51單片機(jī)片內(nèi)有一個(gè)高增益的反相放大器，反相放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2，由該放大器構(gòu)成的振蕩電路和時(shí)鐘電路一起構(gòu)成了單片機(jī)的時(shí)鐘方式。依據(jù)硬件電路的不同，單片機(jī)的時(shí)鐘連接方式可分為內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。本設(shè)計(jì)為了簡(jiǎn)化電路，運(yùn)用內(nèi)部方式，須在XTAL1和XTAL2引腳兩端跨接石英晶體振蕩器和兩個(gè)微調(diào)電容構(gòu)成振蕩電路，通常C1和C2一般取30pF，晶振的頻率取值在1.2MHz～12MHz之間。對(duì)于外接時(shí)鐘電路，要求XTAL1接地，XTAL2腳接外部時(shí)鐘，對(duì)于外部時(shí)鐘信號(hào)并無(wú)特殊要求，只要保證確定的脈沖寬度，時(shí)鐘頻率低于12MHz即可3.2.3模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)從以下幾方面進(jìn)行說(shuō)明：1、該模塊的詳細(xì)功能是當(dāng)有信號(hào)輸入的時(shí)候?qū)⒛M信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再將數(shù)字信號(hào)送給單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理產(chǎn)生顯示電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并接受鍵盤(pán)的輸入信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的限制。2、該模塊的組成：ICL7135轉(zhuǎn)換電路、74HC74組成的時(shí)鐘分頻電路。3、工作原理：STC89C52的端口P3.2、P3.4、P3.5、ALE限制ICL7135的模數(shù)轉(zhuǎn)換并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過(guò)串行輸入到單片機(jī)。單片機(jī)對(duì)被測(cè)量信號(hào)進(jìn)行處理并依據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)和限制信號(hào)關(guān)系譯碼顯示出水溫。ICL7135為AD轉(zhuǎn)換芯片，將輸入模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。單片機(jī)的ALE引腳經(jīng)分頻電路四分頻后給ICL7135正常工作供應(yīng)時(shí)鐘信號(hào)。4、模塊的結(jié)構(gòu)框圖經(jīng)放大處理的信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換器STC89C52經(jīng)放大處理的信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換器STC89C52圖3.4模數(shù)轉(zhuǎn)換電路結(jié)構(gòu)方框圖5、模塊由AD轉(zhuǎn)換電路和時(shí)鐘分頻電路兩部分組成，如下圖。圖3.5AD轉(zhuǎn)換電路圖圖3.6時(shí)鐘分頻電路圖3.2.4人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)該模塊的詳細(xì)功能：實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)限制和溫度顯示，利用鍵盤(pán)給STC89C52供應(yīng)限制信號(hào)，讓單片機(jī)執(zhí)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理和輸出，以驅(qū)動(dòng)LCD液晶顯示屏顯示、加熱器的工作方式和指示燈的亮滅。當(dāng)鍵盤(pán)有輸入信號(hào)時(shí)，單片機(jī)依據(jù)不同的信號(hào)執(zhí)行不同的操作包括顯示加熱溫度、開(kāi)啟加熱、關(guān)閉加熱和指示燈的亮滅。LCD液晶顯示屏收到單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)后進(jìn)行顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)。模塊的詳細(xì)電路圖如下，其中J4為4*4矩陣鍵盤(pán)的接口，J3為L(zhǎng)CD1602的接口。D7~D10分別為開(kāi)水加熱指示燈、溫水加熱指示燈、停止加熱指示燈和模擬加熱限制器工作狀態(tài)的指示燈。圖3.7人機(jī)交互界面模塊電路圖3.2.4水位探測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在飲水機(jī)加熱體中無(wú)水或水量極少的狀況下接著對(duì)其加熱將會(huì)產(chǎn)生干燒這種現(xiàn)象。飲水的干燒是特殊緊急的。依據(jù)用戶(hù)的反饋，飲水機(jī)干燒輕則產(chǎn)生異味影響飲水機(jī)的正常運(yùn)用，嚴(yán)峻甚至可能損壞電線(xiàn)的外層塑膠皮引發(fā)短路進(jìn)而可能引起火災(zāi)。所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中防干燒系統(tǒng)顯得尤為重要。下面我們來(lái)探討運(yùn)用較多的幾種防干燒設(shè)計(jì)方案。第一種方案：飲水機(jī)加熱體可以設(shè)計(jì)為排水口的位置高于發(fā)熱管，就算怎么燒也無(wú)所謂，因?yàn)槔锩娴囊后w始終沒(méi)排完（排水口的位置始終高于發(fā)熱管），而且內(nèi)膽是密封的，水蒸汽無(wú)處排，再且，當(dāng)加熱到確定溫度時(shí)，電路會(huì)自動(dòng)停止加熱，所以相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)不會(huì)燒干。這種方法設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔可行，但假如出現(xiàn)這種狀況會(huì)反復(fù)加熱奢侈能源。其次種方案：假如不考慮成本的話(huà)可以接受“液位開(kāi)關(guān)”來(lái)檢測(cè)水位，“液壓開(kāi)關(guān)”就是用來(lái)限制液位的開(kāi)關(guān)。從形式上主要分為接觸式和非接觸式。非接觸式的如電容式液位開(kāi)關(guān)；接觸式的例如：浮球式液位開(kāi)關(guān)；電極式液位開(kāi)關(guān)，電子式液位開(kāi)關(guān)電容式液位開(kāi)關(guān)也可以接受接觸式方法實(shí)現(xiàn)。工業(yè)市場(chǎng)上有許多飲水機(jī)專(zhuān)用的“液壓開(kāi)關(guān)”，所以假如選用“液壓開(kāi)關(guān)”也是一種不錯(cuò)的選擇。第三種方案：另外一些低端的飲水機(jī)一般會(huì)接受“突跳式溫控器”，該種溫控器是雙金屬片溫控器的新型產(chǎn)品，主要作為各種電熱產(chǎn)品具過(guò)酷愛(ài)惜時(shí)，通常和熱熔斷器串接運(yùn)用，突跳式溫控器作為一級(jí)愛(ài)惜。熱熔斷器則在突跳式溫控器失效導(dǎo)致電熱元件超溫時(shí)，作為二級(jí)愛(ài)惜，有效地防止燒壞電熱元件以及由此而引起的火災(zāi)事故。所以將突跳式溫控器運(yùn)用到飲水機(jī)中可以簡(jiǎn)潔的實(shí)現(xiàn)防止干燒的目的。以上我們介紹了多種在實(shí)際中運(yùn)用較多的防干燒方案，它們?cè)诂F(xiàn)實(shí)工業(yè)設(shè)計(jì)中均有廣泛的運(yùn)用，在本次設(shè)計(jì)中我們考慮到我們定性測(cè)量要求以及便利和單片機(jī)相連接以及水的導(dǎo)電性等各種因素，我們將接受另外的一種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱體內(nèi)水位的定性檢測(cè)。系統(tǒng)接受一根不銹鋼水位探測(cè)棒作為探測(cè)器，探測(cè)棒一端和單片機(jī)的P0.7口相連，另一端浸入飲水機(jī)的加熱體中。當(dāng)加熱體中水量達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定值時(shí)，探測(cè)棒浸入水中，由于水具有導(dǎo)電性，且加熱體接地，從而使輸入到單片機(jī)P0.7口的信號(hào)為低電平；當(dāng)加熱體中水量不足時(shí)，探測(cè)棒懸空，使輸入到單片機(jī)P0.7口的信號(hào)為高電平。單片機(jī)依據(jù)水位探測(cè)器的輸入信號(hào)執(zhí)行相應(yīng)操作，可有效地防止飲水機(jī)“干燒”。這種設(shè)計(jì)和單片機(jī)的連接及其的簡(jiǎn)潔并且可以將加熱體中缺水的信號(hào)通過(guò)單片機(jī)顯示到LCD顯示模塊和指示燈上，便利用戶(hù)剛好發(fā)覺(jué)缺水信息并剛好解決。下圖為模擬水位探測(cè)系統(tǒng)電路圖。此時(shí)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，P0.7為高電平，探測(cè)棒懸空飲水機(jī)處于干燒狀態(tài)。當(dāng)開(kāi)關(guān)按下的時(shí)候P0.7為低電平，探測(cè)棒浸入水中，飲水機(jī)復(fù)原正常工作狀態(tài)。圖3.8模擬水位探測(cè)系統(tǒng)電路圖3.2.5加熱限制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的中連接加熱器體的加熱限制器將接受固態(tài)繼電器，選用了9012三極管和固態(tài)繼電器實(shí)現(xiàn)了弱電對(duì)強(qiáng)電的限制。9012PNP型三極管應(yīng)用廣泛，在收音機(jī)等常用家電中可以經(jīng)常望見(jiàn)它的身影。9012三極管在此作為開(kāi)關(guān)量環(huán)節(jié)，起到了放大電流的作用，和固態(tài)繼電器結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)的作用。和此對(duì)應(yīng)所選用的固態(tài)繼電器是百特公司的產(chǎn)品，該型號(hào)的固態(tài)繼電器是直流輸入限制，溝通過(guò)零導(dǎo)通，過(guò)零關(guān)斷輸出型無(wú)觸點(diǎn)繼電器。它常用和限制電路的導(dǎo)通和斷開(kāi)，是限制一般家用電器，如電動(dòng)機(jī)、加熱器、白熾燈的首選器件。加熱限制系統(tǒng)的詳細(xì)電路圖如下。其中三極管的導(dǎo)通關(guān)閉由單片機(jī)的P0.3引腳限制圖3.9加熱限制系統(tǒng)電路圖3.2.6電源電路的設(shè)計(jì)電源是整個(gè)系統(tǒng)的能量來(lái)源，它干脆關(guān)系到系統(tǒng)能否正常運(yùn)行。由于ICL7135的供電電源為±5V，其它都為+5V供電，因此電路中選用LM7805和LM7809兩種穩(wěn)壓芯片，LM7805和LM7809是普遍運(yùn)用的穩(wěn)壓芯片。下圖為電源電路的電路圖，該電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、調(diào)整便利、輸出電壓穩(wěn)定性強(qiáng)、水紋小和輸出電流大的特點(diǎn)。圖3.10電源電路電路圖3.3電路參數(shù)的計(jì)算及元器件的選擇由于本設(shè)計(jì)中用到的芯片和元件較多，不行能一一介紹，下面僅對(duì)溫度傳感器、主控芯片和限制繼電器的選擇做介紹。其他器件完全依據(jù)設(shè)計(jì)要求選取。1、溫度傳感器的選擇由于飲水機(jī)水溫的溫度范圍一般都在0~100攝氏度之間，所以溫度傳感器選擇防水型的LM35DZ。LM35是由NationalSemiconductor所生產(chǎn)的溫度傳感器，其輸出電壓和攝氏溫標(biāo)呈線(xiàn)性關(guān)系，0攝氏度時(shí)輸出為0V，每上升1℃，輸出電壓增加10mV。

LM35

有多種不同封裝型式，本設(shè)計(jì)中選用防水型的探頭封裝。在常溫下，LM35

不須要額外的校準(zhǔn)，就可以干脆和AD轉(zhuǎn)換器相連測(cè)量溫度。2、主控芯片的選擇在本設(shè)計(jì)中，單片機(jī)只須要鍵盤(pán)掃描、對(duì)AD轉(zhuǎn)換器的時(shí)鐘計(jì)數(shù)和一些簡(jiǎn)潔的推斷限制。對(duì)單片機(jī)的性能要求并不高，所以我們選擇高性?xún)r(jià)比的STC89C52就已經(jīng)能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的須要了。3、加熱限制器的選擇考慮到限制系統(tǒng)的供電電壓為+5V的直流電源，加熱器為市電220V，50Hz溝通電源供電。所以我們選用百特公司的P系列直流限制溝通隨機(jī)固態(tài)繼電器P0342-14B。P0342-14B的輸入限制電壓為直流電壓3~14V，額定通斷電壓為28~420V的溝通電壓。完全能夠滿(mǎn)足系統(tǒng)的要求。P0342-14B的輸入限制參數(shù)如下表。表3.1P0342-14B的輸入限制參數(shù)輸入限制電壓(Vdc)輸入限制電流(mA)牢靠接通限制電壓(Vdc)牢靠關(guān)斷限制電壓(Vdc)3~146-443.01.0P0342-14B的輸出限制參數(shù)如下表。表3.2P0342-14B的輸出限制參數(shù)額定通斷電壓(Vac)額定通斷電流(Aac)開(kāi)通時(shí)間(ms)關(guān)斷時(shí)間(ms)通態(tài)壓降(Vac)斷態(tài)漏電流(mA)瞬態(tài)電壓(Vac)28-4203<0.01<10≤1.5≤0.04850P0342-14B的一般電氣參數(shù)如下表。表3.3P0342-14B的一般電氣參數(shù)介質(zhì)耐壓(Vac)絕緣電阻(MΩ)工作溫度(℃)頻率范圍(Hz)≥2500100-30~8045~703.4特殊器件的介紹本系統(tǒng)中主要運(yùn)用了STC89C52、ICL7135模數(shù)轉(zhuǎn)換器、LCD1602液晶顯示器、TL084運(yùn)算放大器下面就器件的功能特點(diǎn)、主要參數(shù)和運(yùn)用方法作相應(yīng)說(shuō)明。3.4.1STC89C52單片機(jī)的介紹1、芯片STC89C52簡(jiǎn)介STC89C52是STC公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。STC89C52運(yùn)用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了許多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有敏捷的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式限制應(yīng)用系統(tǒng)供應(yīng)高靈敏、超有效的解決方案。STC89C52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷接著工作。掉電愛(ài)惜方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。功能強(qiáng)大STC89C52單片機(jī)可為您供應(yīng)許多高性?xún)r(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈敏應(yīng)用于各種限制領(lǐng)域由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，STC的STC89C52是一種高效微限制器。STC89C52單片機(jī)為許多嵌入式限制系統(tǒng)供應(yīng)了一種靈敏性高且價(jià)廉的方案。外形及引腳排列如下圖所示：圖3.11ADC0809引腳及實(shí)物2、STC89C52的內(nèi)部結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖。圖3.12STC89C52的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖3、主要功能特性STC89C52的主要功能特性如表3.4所示。表3.4AT89C51功能特性兼容MCS-51指令系統(tǒng)8k可反復(fù)擦寫(xiě)（>1000次)FlashROM32個(gè)雙向I/O口4.5-5.5V工作電壓3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率0-24MHz可編程串行通道512x8bit內(nèi)部RAM2個(gè)外部中斷源3個(gè)內(nèi)部中斷源低功耗空閑和省電模式數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年靈敏的ISP字節(jié)和分頁(yè)編程雙數(shù)據(jù)寄存器指針片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定3、引腳功能說(shuō)明圖3.11中單片機(jī)各引腳功能如下：VCC/GND：電源/接地引腳。Port0：P0是一個(gè)8位漏極開(kāi)路型雙向I/O端口，端口置1(對(duì)端口寫(xiě)1)時(shí)作高阻抗輸入端；P0還可以用作總線(xiàn)方式下的地址數(shù)據(jù)復(fù)用管腳，用來(lái)操作外部存儲(chǔ)器。在這種工作模式下，P0口具有內(nèi)部上拉作用。對(duì)內(nèi)部Flash程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接收指令字節(jié)、校驗(yàn)程序、輸出指令字節(jié)時(shí)，要求外接上拉電阻。Port1：P1是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0端口，輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL。端口置1時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用；另外，P1.0、P1.1可以分別被用作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入(P1.0/T2)和觸發(fā)輸入(P1.1/T2EX)；對(duì)內(nèi)部Flash程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接收低8位地址信息。Port2：P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0端口；輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL。端口置1時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用；P2口在存取外部存儲(chǔ)器時(shí)，可作為高位地址輸出；內(nèi)部Flash程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接收高8位地址和限制信息。Port3：P3是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0端口，輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL。端口置1時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。P3引腳功能復(fù)用如表3.5所示。表3.5P3引腳功能復(fù)用表P3.0串行通訊輸入(RXD)P3.1串行通訊輸出(TXD)P3.2外部中斷0(INT0)P3.3外部中斷1(INT1)P3.4定時(shí)器0輸入(T0)P3.5定時(shí)器1輸入(T1)P3.6外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通WRP3.7外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通RDRST：在振蕩器運(yùn)行時(shí)，有兩個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)振蕩周期)以上的高電平出現(xiàn)在此管腳時(shí)，將使單片機(jī)復(fù)位。只要這個(gè)管腳保持高電平，51芯片便循環(huán)復(fù)位。復(fù)位后P0—P3口均置1，管腳表現(xiàn)為高電平，程序計(jì)數(shù)器和特殊功能寄存器SFR全部清零。當(dāng)復(fù)位腳由高電平變?yōu)榈碗娖匠?，芯片為ROM的00H處起先運(yùn)行程序；XTAL1、XTAL2：XTAL1是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端，XTAL2則是輸出端，運(yùn)用外部振蕩器時(shí)，外部振蕩信號(hào)應(yīng)干脆加到XTAL1，而XTAL2懸空。內(nèi)部方式時(shí)，時(shí)鐘發(fā)生器對(duì)振蕩脈沖二分頻，如晶振為12MHz，時(shí)鐘頻率就為6MHz。晶振的頻率可以在1MHz至24MHz內(nèi)選擇，電容取22PF左右。ALE/PROG：訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE(地址鎖存允許)的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)，即使不訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器，ALE端仍以不變的頻率輸出脈沖信號(hào)(此頻率是振蕩器頻率的1/6)，在訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，出現(xiàn)一個(gè)ALE脈沖；PSEN：該引腳是外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)輸出端。當(dāng)STC89C52由外部程序存儲(chǔ)器取指令或常數(shù)時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期輸出2個(gè)脈沖，即兩次有效。但訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將不會(huì)有脈沖輸出；EA/Vpp：外部訪(fǎng)問(wèn)允許端。當(dāng)該引腳訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，應(yīng)輸入低電平。要使STC89C52只訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器(地址為0000H-FFFFH)，這時(shí)該引腳必需保持低電平；ICL7135模數(shù)轉(zhuǎn)換器的介紹1、ICL7135概述ICI7135是4位雙積分A/D轉(zhuǎn)換芯片,可以轉(zhuǎn)換輸出±20000個(gè)數(shù)字量,有STB選通限制的BCD碼輸出,和微機(jī)接口特殊便利.ICL7135具有精度高(相當(dāng)于14位A/D轉(zhuǎn)換),價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn).其轉(zhuǎn)換速度和時(shí)鐘頻率相關(guān),每個(gè)轉(zhuǎn)換周期均有:自校準(zhǔn)(調(diào)零),正向積分(被測(cè)模擬電壓積分),反向積分(基準(zhǔn)電壓積分)和過(guò)零檢測(cè)四個(gè)階段組成,其中自校準(zhǔn)時(shí)間為10001個(gè)脈沖,正向積分時(shí)間為10000個(gè)脈沖,反向積分直至電壓到零為止(最大不超過(guò)20001個(gè)脈沖).故設(shè)計(jì)者可以接受從正向積分起先計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù),到反向積分為零時(shí)停止計(jì)數(shù).將計(jì)數(shù)的脈沖個(gè)數(shù)減10000,即得到對(duì)應(yīng)的模擬量.圖3.13給出了ICL7135時(shí)序,由圖可見(jiàn),當(dāng)BUSY變高時(shí)起先正向積分,反向積分到零時(shí)BUSY變低,所以BUSY可以用于限制計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)/停止.

圖3.13ICL7135工作時(shí)序圖2、芯片接口說(shuō)明集成電路的引腳圖如下。圖3.14ICL7135引腳圖ICL7135的各引腳的功能見(jiàn)下表。表3.6ICL7135引腳功能表V+、V-電源輸入端，雙電源供電，典型值±5V，極限值±9VAC、DGND模擬地和數(shù)字地，典型應(yīng)用中兩點(diǎn)相連接地REF參考電壓輸入,REF的地為AGND引腳,典型值1VINHI、INLO模擬輸入正負(fù),當(dāng)模擬信號(hào)輸入為單端對(duì)地時(shí),模擬輸入負(fù)INLO干脆和AC相連CLKIN時(shí)鐘信號(hào)輸入REFC+、REFC-外接參考電容正負(fù)，典型值1μFBUFFO緩沖放大器輸出端,典型外接積分電阻INTO積分器輸出端,典型外接積分電容AZIN自校零端LOW欠量程信號(hào)輸出端,當(dāng)輸入信號(hào)小于量程的10%時(shí),輸出高電平HIGH過(guò)量程信號(hào)輸出端,當(dāng)輸入信號(hào)超過(guò)量程時(shí),輸出高電平STOR數(shù)據(jù)輸出選通信號(hào)(負(fù)脈沖),寬度為時(shí)鐘脈沖寬度的一半,每次A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí),該端輸出5個(gè)負(fù)脈沖,分別選通由高到低的BCD碼數(shù)據(jù),該端用于將轉(zhuǎn)換結(jié)果打到并行I/O接口R/H自動(dòng)轉(zhuǎn)換/停頓限制輸入POL極性信號(hào)輸出,高電平表示極性為正BUSY忙信號(hào)輸出,高電平有效.正向積分起先時(shí)自動(dòng)變高,反向積分結(jié)束時(shí)自動(dòng)變低B8～B1BCD碼輸出.B8為高位,對(duì)應(yīng)BCD碼D5～D1萬(wàn)、千、百、十、個(gè)位選通3.4.3LCD1602液晶顯示屏的介紹1、LCD1602液晶顯示屏概述LCD1602液晶也叫LCD1602字符型液晶，它是一種特地用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。它由若干個(gè)5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫仫@示圖形。市面上字符液晶大多數(shù)是基于HD44780液晶芯片的，限制原理是完全相同的，因此基于HD44780寫(xiě)的限制程序可以很便利地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫(xiě)、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫(xiě)的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái)，我們就能看到字母“A”。低電壓低功耗是其顯著特點(diǎn)。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案和同類(lèi)型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡(jiǎn)潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。2、LCD1602液晶顯示屏并行接口工作讀寫(xiě)時(shí)序圖圖3.15LCD1602液晶顯示屏讀操作時(shí)序圖圖3.16LCD1602液晶顯示屏寫(xiě)操作時(shí)序圖3.4.4TL084運(yùn)算放大器介紹TL084是一種常用的J—FET的四輸入運(yùn)算放大器，高電壓的J—FET和雙極晶體電路在一個(gè)單片tegrated回路范圍，這種器件具有高轉(zhuǎn)化率，低輸入偏置和偏置電流，低失調(diào)電壓溫度系數(shù)，并具有輸出短路愛(ài)惜，內(nèi)部頻率補(bǔ)償，鎖存的自由操作等功能。圖3.17TL084的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)硬件和軟件是單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的兩個(gè)重要組成部分，本設(shè)計(jì)為了充分體現(xiàn)裝置的智能化以及減小硬件電路的體積，軟件部分設(shè)計(jì)的重要性就顯得尤為突出了，所以軟件設(shè)計(jì)工作在整個(gè)設(shè)計(jì)中是特殊重要的、其工作量也是比較大的。單片機(jī)在推廣應(yīng)用的初期，主要運(yùn)用匯編語(yǔ)言，這是因?yàn)楫?dāng)時(shí)的開(kāi)發(fā)工具只能支持匯編語(yǔ)言。隨著硬件技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)開(kāi)發(fā)工具的功能也有很大的提高，對(duì)于51單片機(jī)，有四種語(yǔ)言支持，即匯編語(yǔ)言、PL/M語(yǔ)言、C語(yǔ)言和BASIC語(yǔ)言。C語(yǔ)言是一種通用的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，其代碼效率高、數(shù)據(jù)類(lèi)型及運(yùn)算符豐富，并具有良好的程序結(jié)構(gòu)，適用兼容于各種應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)和調(diào)試。在擬訂軟件總體設(shè)計(jì)方案時(shí)，由于實(shí)際單片機(jī)限制系統(tǒng)的功能困難、信息量大和程序較長(zhǎng)，這就須要選擇合理的切合實(shí)際的程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。常用的設(shè)計(jì)方法有三種：1、模塊化的程序設(shè)計(jì)；2、自頂向下逐步求精程序設(shè)計(jì)；3、結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)。在本設(shè)計(jì)中接受第一種方法，既模塊化程序設(shè)計(jì)，它的設(shè)計(jì)思路是把一個(gè)困難應(yīng)用程序整體功能規(guī)劃成若干相對(duì)獨(dú)立的程序模塊，各模塊可以單獨(dú)設(shè)計(jì)、編程、調(diào)試，然后把功能相關(guān)的模塊通過(guò)連接程序連在一起調(diào)試，最終各模塊在主程序限制下進(jìn)行總體調(diào)試，最成為可完成設(shè)計(jì)要求，具有運(yùn)用價(jià)值的程序。繪制流程圖是單片機(jī)程序編寫(xiě)前最重要的工作，流程圖就是用各種符號(hào)圖形箭頭把程序的流向及過(guò)程用圖形表示出來(lái)。通常我們的程序就是依據(jù)流程圖的指向接受適當(dāng)?shù)闹噶顏?lái)編寫(xiě)的。下面幾節(jié)就是本次設(shè)計(jì)中的軟件流程圖。繪制流程圖時(shí)首先畫(huà)出簡(jiǎn)潔的功能流程圖粗框圖再對(duì)功能流程圖進(jìn)行擴(kuò)充和詳細(xì)化即對(duì)存儲(chǔ)器標(biāo)記位等單元做詳細(xì)的支配和說(shuō)明把功能圖上的每一個(gè)粗框圖轉(zhuǎn)化為詳細(xì)的存儲(chǔ)器或地址單元從而繪制出詳細(xì)的程序流程圖即細(xì)框圖。在本次的設(shè)計(jì)中系統(tǒng)軟件主要包括主程序、按鍵處理子程序和溫度檢測(cè)子程序。4.1系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)上電復(fù)位后首先進(jìn)行初始化處理，包括顯示初始化，變量初始化賦值，中斷的設(shè)置和開(kāi)啟。初始化完畢后進(jìn)入循環(huán)檢測(cè)程序，依次進(jìn)行按鍵檢測(cè)、推斷是否應(yīng)當(dāng)加熱、水量檢測(cè)、獲得溫度數(shù)據(jù)并顯示。主程序的流程圖如下。起先起先系統(tǒng)初始化按鍵檢測(cè)推斷是否應(yīng)當(dāng)加熱是否有足夠水量停止加熱NY獲得溫度數(shù)據(jù)并顯示圖4.1主程序流程圖4.2按鍵處理子程序設(shè)計(jì)當(dāng)主程序檢測(cè)到有鍵按下時(shí)，首先推斷哪一個(gè)鍵按下，也即獲得鍵值，獲得鍵值之后，就轉(zhuǎn)到按鍵數(shù)據(jù)處理子程序進(jìn)行按鍵推斷并執(zhí)行相應(yīng)的操作。當(dāng)按下數(shù)字鍵后表示正在設(shè)置加熱溫度，第一個(gè)數(shù)字鍵表示百位，依次類(lèi)推總共5位數(shù)據(jù)，始終到百分位，加熱溫度值設(shè)定完畢。按下開(kāi)水加熱鍵后，加熱溫度設(shè)定溫度值干脆變?yōu)?00攝氏度，當(dāng)按下溫水加熱鍵后，加熱溫度干脆變?yōu)?0攝氏度，這兩個(gè)快捷鍵是為了用戶(hù)設(shè)定的便利。當(dāng)按下起先按鈕后，系統(tǒng)推斷溫度設(shè)定值和目前溫度的差值來(lái)推斷是否應(yīng)當(dāng)加熱。當(dāng)按下關(guān)閉鍵后系統(tǒng)停止加熱。按鍵處理子程序流程圖如圖所示。有鍵按下有鍵按下獲得鍵值對(duì)鍵值進(jìn)行推斷處理圖4.2按鍵處理子程序流程圖4.3溫度檢測(cè)子程序設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中對(duì)溫度的檢測(cè)實(shí)質(zhì)是獲得ICL7135轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，由測(cè)得的電壓值來(lái)反推飲水機(jī)加熱箱的水溫，為后續(xù)的推斷和限制供應(yīng)參考。ICL7135在滿(mǎn)電壓輸入時(shí),BUSY寬度為正向積分10000個(gè)CP脈沖,反向積分20001個(gè)CP脈沖。在BUSY高電平期間,計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值減去10000(2710H)，就是被測(cè)電壓的數(shù)值。由于溫度為緩變變量，所以為了增加單片機(jī)的處理速度，在主程序中并不是沒(méi)一次循環(huán)都進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集。這里用到了T1定時(shí)器計(jì)時(shí)，每1秒進(jìn)行一次溫度采集。溫度檢測(cè)子程序流程圖如下。1秒定時(shí)到1秒定時(shí)到Busy位是否為高？YNBusy位是否為低？YN開(kāi)啟T0計(jì)數(shù)器對(duì)ICL7135的時(shí)鐘輸入端計(jì)數(shù)Busy位是否為高？YN關(guān)閉T0計(jì)數(shù)器將采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為溫度值顯示水溫返回主程序圖4.3溫度檢測(cè)子程序流程圖5系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試包括軟件調(diào)試和硬件調(diào)試兩部分，下面就從這兩方面介紹系統(tǒng)的調(diào)試過(guò)程。5.1硬件調(diào)試硬件調(diào)試包括電源電路的調(diào)試、單片機(jī)最小系統(tǒng)的調(diào)試、AD轉(zhuǎn)換模塊的調(diào)試和儀表放大器的調(diào)試。由于系統(tǒng)電路相對(duì)較困難，所以在硬件焊接的過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)一些小的錯(cuò)誤，而這些小的錯(cuò)誤卻會(huì)讓系統(tǒng)癱瘓不能工作。假如我們一次性將硬件焊接好然后驗(yàn)證系統(tǒng)的功能，這樣無(wú)疑可以節(jié)約許多時(shí)間，調(diào)試步驟也比較簡(jiǎn)潔，但當(dāng)焊接出現(xiàn)的錯(cuò)誤的時(shí)候，對(duì)錯(cuò)誤的查找工作就變得特殊艱難。對(duì)于大系統(tǒng)必需接受模塊化的調(diào)試方法，將系統(tǒng)分成若干個(gè)模塊，對(duì)每一個(gè)模塊進(jìn)行調(diào)試，這樣出現(xiàn)錯(cuò)誤的時(shí)候就能很簡(jiǎn)潔的檢查出錯(cuò)誤出在哪里。從表面上看這樣做降低了調(diào)試效率，其實(shí)這樣做效率更高。焊接時(shí)，首先焊接電源部分，完成后給電源通電，在不帶負(fù)載狀況下檢測(cè)電源是否正常供電；其次步：焊接單片機(jī)最小系統(tǒng)，確認(rèn)焊接無(wú)誤后，給單片機(jī)芯片上電，并下載簡(jiǎn)潔測(cè)試程序，看是否能正常工作。第三步：斷開(kāi)電源，焊接AD轉(zhuǎn)換模塊電路，先焊接主芯片ICL7135，在一次焊接外圍器件，確認(rèn)焊接完畢后，檢查無(wú)誤后通電，用電位器向ICL7135的模擬信號(hào)輸入端輸入一個(gè)小電壓信號(hào)，將AD轉(zhuǎn)換的程序下載到單片機(jī)中，看AD轉(zhuǎn)換模塊能否正常工作。最終調(diào)試儀表放大器模塊，首先焊接TL084，再焊接四周的電阻、電容等小器件，焊接完后測(cè)試儀表放大器能否正常工作，假如能正常工作在看放大系數(shù)和計(jì)算值是否吻合，假如有出入再看誤差是否在正常范圍內(nèi)，假如誤差太大，就要細(xì)致檢查元器件是不是用錯(cuò)了。其他部特別部電路逐個(gè)焊接，同樣依據(jù)以上原則。全部模塊焊接調(diào)試完畢后就可以下載程序，測(cè)試系統(tǒng)的整體功能了，再依據(jù)調(diào)試結(jié)果做一些微調(diào)。5.2軟件調(diào)試由于系統(tǒng)帶有LCD顯示屏和LED指示燈，這使得軟件調(diào)試簡(jiǎn)潔進(jìn)行。當(dāng)軟件邏輯出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候能夠從LCD顯示屏和LED指示燈的狀態(tài)看出問(wèn)題出在哪里。即便如此，軟件設(shè)計(jì)中仍接受分步調(diào)試的方式。首先調(diào)試LCD1602顯示屏的顯示是否正常，只有LCD1602顯示正常了，后面的調(diào)試才能順當(dāng)?shù)倪M(jìn)行。再調(diào)試數(shù)據(jù)采集的程序，看顯示的數(shù)據(jù)和實(shí)際輸入值的誤差。最終調(diào)試按鍵檢測(cè)程序能否變更變更加熱溫度的設(shè)定值和限制加熱器的開(kāi)啟和關(guān)閉。6系統(tǒng)功能和指標(biāo)參數(shù)6.1系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)的功能家用飲水機(jī)溫度限制系統(tǒng)能檢測(cè)飲水機(jī)加熱體中的水量和水溫并能用LCD液晶顯示屏實(shí)時(shí)顯示水溫。當(dāng)水量低于設(shè)定值時(shí)禁止加熱，防止干燒，此時(shí)3個(gè)指示燈全亮，提示用戶(hù)加水。能夠通過(guò)鍵盤(pán)隨意設(shè)定飲水機(jī)的加熱溫度，同時(shí)設(shè)定兩個(gè)快捷加熱鍵，溫水鍵可以把水加熱到60度，開(kāi)水鍵可以把水加熱到100度并實(shí)時(shí)顯示水溫，便利用戶(hù)快速的設(shè)定加熱溫度，提高用戶(hù)體驗(yàn)。系統(tǒng)自動(dòng)比較水溫順系統(tǒng)設(shè)定溫度，當(dāng)水溫低于設(shè)定溫度10攝氏度時(shí)，加熱器起先加熱，此時(shí)假如設(shè)定溫度大于60攝氏度則開(kāi)水加熱指示燈亮，假如設(shè)定溫度小于等于60攝氏度則溫水加熱指示燈亮。當(dāng)水溫達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，加熱器停止工作，停止加熱指示燈亮。但當(dāng)用戶(hù)重新設(shè)定了飲水機(jī)的加熱溫度后無(wú)論水溫是否低于設(shè)定溫度10攝氏度飲水機(jī)都將水溫加熱到設(shè)定值。6.2系統(tǒng)指標(biāo)參數(shù)測(cè)試輸出顯示測(cè)試：在對(duì)AD轉(zhuǎn)換的測(cè)試中，我