【正文】 全球從推廣、應(yīng)用等最為成熟的國(guó)家。這些年涌現(xiàn)出了許多許多有自己特色的而且規(guī)模宏大的， 屬于我們自己的太陽(yáng)能企業(yè)。 我們擁有自己的學(xué)術(shù)中心，有我們自己的發(fā)展技術(shù)中心，可以說(shuō)我們已經(jīng)形成了一個(gè)體系，一個(gè)逐步完善與壯大的太陽(yáng)能發(fā)展利用的體系。當(dāng)然并不是只用我們能看到太陽(yáng)能的這 一巨大優(yōu)勢(shì)，全世界各國(guó)都在積極的發(fā)展這這一新興能源，并且也取得了一定的成果。我們并不能放松，還需要繼續(xù)加大力度。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文） 3 第二章 設(shè)計(jì)思路及仿真軟件 方案設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中的太陽(yáng)能熱水器 控制系統(tǒng) AT89C51 單片機(jī)為檢測(cè)控制中心單元， 不僅可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度以及水位這兩種系統(tǒng)參數(shù)的實(shí)時(shí)性的顯示功能，而且還可以根據(jù)用戶需求對(duì)時(shí)間、溫度以及其水位狀況實(shí)現(xiàn)與設(shè)定。該控制系統(tǒng)還能夠根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際的太陽(yáng)光照條件利用輔助加熱器即我們通常的電加熱器來(lái)使蓄水箱里面的水可以達(dá)到用戶預(yù)先設(shè)定好的設(shè)定溫度，這樣就可以實(shí)現(xiàn)全天候不間斷的 24 小時(shí)熱水供應(yīng) ?？傮w設(shè)計(jì)框圖如圖 21 所示。 圖 21 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 關(guān)于 Proteus Proteus 這款軟件 是 由 英國(guó) Labcenter electronics 公司出版的 一款 EDA 工具軟件 （該軟件 中國(guó) 總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。它 不但用有很多其他的 EDA 工具軟件 所擁有 的仿真功能， 而且這款軟件 還 可以 仿真單片機(jī)及外圍器件 ，這是其他一些 EDA軟件所不具有的 。它 可以說(shuō) 是目前 在單片機(jī)及其外圍器件的仿真工具中是最為方便快捷，MCS51 單片機(jī) 水箱 電源 鍵盤輸入 輔助加熱 LED 顯示 報(bào)警提示 溫度傳感器 電磁閥 液位傳感器 手動(dòng)排水 手動(dòng)上水 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文） 4 而且功能強(qiáng)大 的仿真 軟件 。雖然 在我國(guó)國(guó) 內(nèi) 的 推廣起步 比較晚 ，但 是這并不影響其深深地被廣大的 單片機(jī)愛好者 以及那些長(zhǎng)期以來(lái)一直在 從事單片機(jī) 這一相關(guān)行業(yè)的人士，還有那些長(zhǎng)期以來(lái)一直 致力于單片機(jī) 系統(tǒng)的 開發(fā)應(yīng)用的 那些 科技工作者 們他們 的青睞 與喜愛 。 他之所以如此廣受好評(píng)與歡迎與其自身的強(qiáng)大功能密不可分。不論是原理布圖亦或者是單片機(jī)其他外圍電路的一些協(xié)同仿真以及必不可少的代碼調(diào)試， Proteus 是 十分的完整與快捷 ， 它還可以非常方便的 一鍵切換到 PCB 的 設(shè)計(jì) 當(dāng)中 ， 從 真正 意義上 實(shí)現(xiàn)了 把電路仿真軟件、 PCB 設(shè)計(jì)軟件和模擬模型仿真軟件這三款軟件三合為一的強(qiáng)大的設(shè)計(jì)平臺(tái)。它的 處理器模型 可以說(shuō)是 支持 目前市場(chǎng)上幾乎所有常見的那些單片機(jī)。更為優(yōu)越的是他 在編譯方面，也 同樣強(qiáng)大 支持 了常見的多種編譯器 。 Proteus 軟件具有 原理布圖、 PCB 自動(dòng)或人工布線及 SPICE 仿真這些 其它 EDA 工具軟件（例： multisim）的功能。 并且有自身的突出特點(diǎn)：用戶完全能夠?qū)崟r(shí)的使用像 RAM，ROM，鍵盤，馬達(dá)等等這些器件，實(shí)現(xiàn)我們?cè)O(shè)計(jì)的電路的互動(dòng)仿真；可以仿真市場(chǎng)常見的主流 51 單片機(jī) 甚至可以在根據(jù)我們自己的原理圖實(shí)現(xiàn)原理圖的虛擬原型上編程，然后再配合適當(dāng)?shù)娘@示器進(jìn)行輸出，這樣我們就完全可以看到在其必 須要運(yùn)行以后才能看到的輸入輸出的效果。在 配合 系統(tǒng)自身配置 的虛擬邏輯分析儀、示波器等， Proteus 就 建立了 一個(gè)十分完善 的 功能強(qiáng)大的 電子 產(chǎn)品的 設(shè)計(jì) 與 開發(fā) 的 環(huán)境。 （ 1） 智能原理圖設(shè)計(jì)（ ISIS） 豐富的器件庫(kù)：超過(guò) 27000 種元器件，可方便地創(chuàng)建新元件； 支持 智能器件搜索：通過(guò)模糊搜索可以 方便快捷的找到我們要找的器件；支持 智能 連線； 支持總線結(jié)構(gòu)： 非常方便清晰的簡(jiǎn)化我們的設(shè)計(jì)中的復(fù)雜的線路 ； 支持高質(zhì)量圖紙的輸出 。 （ 2） 完善的電路仿真功能（ Prospice） ProSPICE 混合仿真 ； 超過(guò) 27000 個(gè)仿真器件 還可以自行設(shè)計(jì)我們需要的仿真器件 ,Labcenter 也在不斷地發(fā)布 這各種 新的仿真器件， 他還可以導(dǎo)入 第三方發(fā)布的仿真器件 以供我們的方便使用 ； 多樣的激勵(lì)源 ； 各種 虛擬儀器： 有 13 種虛擬儀器，操作效果十分清晰逼真 ； 仿真顯示： 它的 引腳的數(shù)字電平 是用不同顏色的色點(diǎn)來(lái)顯示 ， 而且 導(dǎo)線以不同顏色 還可以 表示其對(duì)地電壓大小，結(jié)合 各種我們所需的 動(dòng)態(tài)器內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文） 5 件（如電機(jī)、顯示器件、按鈕）的使用 那就使得我們的仿真效果更加清晰直觀 ； 高級(jí)圖形仿真功能（ ASF） ； （ 3）獨(dú)特的單片機(jī)協(xié)同仿真功能（ VSM） 支持主流的 CPU 類型 ， 而且 CPU 類型 將會(huì) 隨著 版的本升級(jí)繼續(xù)不斷的增加 ， 如即將支持 CORTEX、 DSP 處理器； 支持通用外設(shè)模型 ，其 COMPIM（ COM 口物理接口模型）還可以使仿真電路通過(guò) PC 機(jī)串口和外部電路實(shí)現(xiàn)雙向 異步串行通訊 ； 實(shí)時(shí)仿真 ：支持幾乎所有的主流仿真 ； 編譯及 其 調(diào)試： 支持單片機(jī) 中最為原始普遍的 匯編語(yǔ)言仿真， 其 內(nèi) 部本身就 帶有 8051 等 的匯編編譯器， 還 可以與 我們熟悉的 IAR， KEIL 其他 第三方集成編譯環(huán)境（如 IAR、 Keil 和 Hitech） 相互結(jié)合 ，進(jìn)行高級(jí)語(yǔ)言 像 C 語(yǔ)言， C++等 的源碼級(jí)仿真 以及 調(diào)試 的工作 ； （ 4）實(shí)用的 PCB 設(shè)計(jì)平臺(tái) 原理圖到 PCB 的快速通道： 當(dāng)我們把自己的 原理圖設(shè)計(jì) 好 后， 我們非常方便的就可以 一鍵可進(jìn)入 ARES 的 PCB 設(shè)計(jì)環(huán)境， 這樣我們就能夠完美的 實(shí)現(xiàn) 各個(gè)產(chǎn)品的概念及實(shí)際產(chǎn)品的設(shè)計(jì) ； 強(qiáng)大的布線 功能： 無(wú)需我們自己動(dòng)手不僅支持自動(dòng)布局還支持器件自動(dòng)布線 ；支持 各個(gè)不同引腳之間的交換或者不同門之間的交換，這樣就使的 PCB 的設(shè)計(jì)更加的合理更清晰 ； PCB 設(shè)計(jì)功能： 最多可設(shè) 計(jì) 16 個(gè)銅箔層， 2 個(gè)絲印層， 4 個(gè)機(jī)械層（含板邊），靈活的布線策略供用戶設(shè)置，自動(dòng)設(shè)計(jì)規(guī)則檢查， 3D 可視化預(yù)覽； 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文） 6 Proteus 有著豐富的資源： 1． Proteus 給我們 提供 了的元器件資源十分豐富，有超過(guò)三十個(gè)可供我們選擇的元件庫(kù)，除此之外更有遠(yuǎn)超過(guò)幾千種的豐富元件來(lái)支持我們?cè)O(shè)計(jì)中 的 不同選擇數(shù)字模擬，交流直流可謂是應(yīng)有盡有，給我們的設(shè)計(jì)帶來(lái)了極大的方便 。 2． Proteus 可提供的 各種 仿真儀表資源 ： 他不僅給我們提供了豐富的元器件資源同時(shí)也提供了各種儀表等仿真元件像十分常見的 示波器、邏輯分析儀 等等亦或者 是像 SPI 調(diào)試器、 I2C 調(diào)試器 這些高端的調(diào)試器或者各種主流 信號(hào)發(fā)生器 ， 模式發(fā)生器 ；還有所有交直流電壓電流等儀表 。 我們實(shí)現(xiàn)了同一儀器可以方便的在同一電路中隨便的移動(dòng)調(diào)換使用 。 3． Proteus 還 超越我們想像的給我們 提供了一個(gè) 十分強(qiáng)大的功能那就是 圖形顯示功能， 我們這樣就 可以 隨意的 將線路上 各種不斷 變化 著 的信號(hào)，以 清晰直觀的 圖形的方式 非常直觀動(dòng)感的呈現(xiàn)在我們面前 ， 這一功能咋看和示波器有些相似但是卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)的超過(guò)示波器，它的功能更加完善 。 所有 這些虛擬儀器儀表 都很完美的 具有 了我們 理想的參數(shù)指標(biāo)，例如極高的輸入阻抗、極低 的輸出阻抗。這些都盡可能減少了儀器對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。 4． Proteus 可提供的調(diào)試手段 Proteus 在電路的信號(hào)測(cè)試中擁有這非常豐富的測(cè)試信號(hào) 。 所有 這些測(cè)試信號(hào) 不但包括了 包括模擬信號(hào) 而且還有 數(shù)字信號(hào)。 電路仿真 在 PROTEUS 繪制好原理圖后，調(diào)入已編譯好的目標(biāo)代碼文件： *.HEX， 我們可以在 PROTEUS 的原理圖中 非常直觀的 看到 我們所 模擬 出的那些實(shí)際物體的 運(yùn)行狀態(tài)和過(guò)程。 PROTEUS 是單片機(jī)課堂教學(xué)的先進(jìn)助手。 PROTEUS 不 但把一些非常枯燥無(wú)聊的單片機(jī)實(shí)例改變的非常形象，而且還把內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文） 7 許多 實(shí)力運(yùn)行的過(guò)程更加直觀的呈現(xiàn)在我們面前，是我們更加容易接受。雖然 前者我們 可 以理解為 在 一定 程度上 的實(shí)現(xiàn) 實(shí)物演示 所帶來(lái)的直觀 實(shí)驗(yàn)的效果， 可是 后者卻 是 我們一般的 實(shí)物演示實(shí)驗(yàn) 所非常不容易 達(dá)到的 那種效果 效果。 他雖然提供很多新的東西但是 它的元器件 包括它的 連接線路等卻和 我們以前常見的 傳統(tǒng) 意義 的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)硬件 還能狗非常好的一一 對(duì)應(yīng)。這 就是說(shuō) 在 某些 程度上 已經(jīng) 替代了 我們 傳統(tǒng) 意義上的那些 的單片機(jī)實(shí)驗(yàn) 所能狗帶來(lái)的 教學(xué)功能 。 我們現(xiàn)在的學(xué)生為了在將來(lái)很好的走向就業(yè)，我們就要提高我們的實(shí)際動(dòng)手能力， 課程設(shè)計(jì) 或者是 畢業(yè)設(shè)計(jì) 這就是我們 提高我們實(shí)際能力的一個(gè)十分重要平臺(tái)或者是環(huán)節(jié)。在我們?cè)盒５膶?shí)際實(shí)驗(yàn)室中資源或許并不能滿足我們的需求這時(shí)PROTEUS 就成為我們最好的選擇。 現(xiàn)今科學(xué)技術(shù)發(fā)展十分迅猛 ， 我們改變很多與以往不同的想法，以便能更好的利用科技進(jìn)步所帶來(lái)的便捷， “計(jì)算機(jī)仿真技術(shù) ”或許以前我們并不熟悉，但是在今天他或許已經(jīng)是我們必不可少的做產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)的一個(gè)強(qiáng)大工具 。毫無(wú)疑問(wèn)我們 它選擇他是因?yàn)槲覀兛粗仄?設(shè)計(jì)靈活， 過(guò)程趣味化，以及 結(jié)果 更加直觀的諸多優(yōu)點(diǎn)。這樣就最大限度的縮短了我們的設(shè)計(jì)時(shí)間，提高了效率，同時(shí)也降低了過(guò)程中的損耗，甚至很大 程度的降低了我們?cè)O(shè)計(jì)中或制造中的風(fēng)險(xiǎn)。我們有理由相信 在單片機(jī)的外來(lái)的 開發(fā) 與 應(yīng)用 的過(guò)程 中 PROTEUS 也勢(shì)必將得到更好的推廣與發(fā)展 。 基本操作 選擇元件： P 按鈕 選擇要使用的元件 在 Pick Device 窗口雙擊相應(yīng)元件名稱，即可將元件添加到主界面左側(cè)的列表中 放置元件到繪圖區(qū) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文） 8 單擊列表中的元件，然后在右側(cè)的繪圖區(qū)單擊，即可將元件放置到繪圖區(qū)。（每單擊一次鼠標(biāo)就繪制一個(gè)元件，在繪圖區(qū)空白處單擊右鍵結(jié)束這種狀態(tài)） 刪除元件 右擊元件一次表示選中（被選中的元件呈紅色），選中后再一次右擊則是刪除。 移動(dòng)元件 右擊選中，然后用左鍵拖動(dòng)。 旋轉(zhuǎn)元件 左下角旋轉(zhuǎn)工具欄 元件連線 在引腳上鼠標(biāo)指針變成 X 狀，單擊，移動(dòng)到目的引腳，再次單擊。 刪除連線 同刪除元件 繪制電源和地 單擊工具欄上的左起第 8 個(gè)工具（ InterSheet Terminal），左側(cè)工具欄顯示TERMINALS，可在其中選擇 POWER 或 GROUND，像放置元件一樣放置到繪圖區(qū)。 目前 Proteus 的最新版為 ,ARM cortex 處理器被增加，在 中已經(jīng)增加DSP 系列（ TMS320）。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文） 9 第三章 太陽(yáng)能熱水器 控制系統(tǒng) 硬 件設(shè)計(jì) 在本章節(jié)中主要解決太陽(yáng)能熱水器硬件各單元模塊的功能以及要用到的元件。 各單元模塊功能及設(shè)計(jì) 硬件部分主要分為 AT89C51 外圍電路單元、 水位檢測(cè)及溫度檢測(cè)電路、 輔助加熱電路、 鍵盤輸入電路和 LED 顯示電路。 基于 AT89C51 單片機(jī)及其外圍電路單元 單片機(jī)系統(tǒng)由 AT89C51 和一定功能的外圍電路組成，包括為單片機(jī)提供復(fù)位的復(fù)位電路，提供單片機(jī)工作時(shí)所必須的時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)鐘電路，如圖 31 所示。 在單片機(jī)中， RST 引腳時(shí)復(fù)位信號(hào)輸入端， 復(fù)位信號(hào)為高電平時(shí)有效， 其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù) 24 個(gè)振蕩 周期以上才能完成復(fù)位操作。 復(fù)位電路極性電容 C3 的大小直接影響復(fù)位時(shí)間， 一般采用 10 至 30uF， 容值越大需要的復(fù)位時(shí)間越短， 在本設(shè)計(jì)中， 使用的是約為 12MH z 的石英晶體振蕩器，這時(shí)電容 C3 的大小選取 10uF,R1 和 R2 的大小分別是 200 和 和 1K，這樣就能進(jìn)行可靠的上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位操作，時(shí)鐘是單片機(jī)運(yùn)行的基礎(chǔ)，因此，時(shí)鐘的速度和穩(wěn)定性都直接影響單片機(jī)的工作。單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)一般來(lái)說(shuō)有常見的兩種電路方式：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。本設(shè)計(jì)我們采用其更為常見的內(nèi)部振蕩方式，在其引腳 XTAL1 和引腳 XTAL2 之間外接一個(gè)晶振和微調(diào)電 C C2， 這樣 與 AT89C51 單片機(jī)本身自帶一個(gè)高增益的反相放大器就可以順利的一起來(lái)構(gòu)成常見且很有用的自激振蕩器 ， 以此來(lái)產(chǎn) 生振蕩時(shí)鐘脈沖。 C1 和 C2 的作用主要是用來(lái)快速起振以及能夠很好的穩(wěn)定振蕩頻率 ，本設(shè)計(jì)中選取的是電容值大小 的兩個(gè)電容。晶振頻率的典型值為 6MHz、 12MHz 和 24MHz,，高可達(dá)到40MHz 。晶振的頻率越高， 系統(tǒng)時(shí)鐘頻率也越高， 單片機(jī)的運(yùn)行速度就越快， 本設(shè)計(jì)選取的是 12MHz。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文） 10 單片機(jī)是按照一定的時(shí)序?yàn)榛?準(zhǔn)來(lái)工作的，其基準(zhǔn)就是時(shí)鐘的振蕩的頻率，所有操作都是以時(shí)鐘頻率的倍數(shù)為最小單位來(lái)進(jìn)行的。時(shí)鐘周期是單片機(jī)的基本時(shí)間單位，晶振的振蕩的頻率為 12MHz 時(shí)，時(shí)鐘周期 時(shí)，為 1/12us=。機(jī)器周期是 CPU 完成一個(gè)基本操作所需要的時(shí)間。單片機(jī)中常把執(zhí)行一條指令的