【正文】 ..........................................................33第 4 章 功能簡(jiǎn)介 35 智能熱水器具的功能 ...........................................................................................35第 5 章 總結(jié) 38附錄 程序 41第 1 章 緒論 單片機(jī)是一種與我們生活息息相關(guān)的控制器，它存在于許多地方，例如：電子手表、掌上游戲機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、錄音筆、電視機(jī)遙控器等等。單片機(jī)主要由中央處理器、內(nèi)存、輸入/輸出設(shè)備組成，它就好像是一臺(tái)小型電腦，它能夠執(zhí)行人們對(duì)它編寫的程序，從而發(fā)出各種不同的控制命令，與外部電路結(jié)合后，便可以完成各種各樣的功能。通過(guò)單片機(jī)人們的生活將會(huì)變得更加方便、快捷。 家用電熱水器的現(xiàn)狀目前市場(chǎng)上熱水器品種主要有電熱水器、太陽(yáng)能熱水器、燃?xì)鉄崴鳌Ｎ覀兊纳铍姛崴魇且环N可供浴室、洗手間及廚房使用，按照人們的需要的溫度，提供溫水的家用電器。市場(chǎng)上傳統(tǒng)的機(jī)械式電熱水器控制精度低、可靠性差，甚至存在一定的危險(xiǎn)隱患。隨著社會(huì)的發(fā)展、人們生活質(zhì)量的提高，人們對(duì)電熱水器的要求越來(lái)越趨向于智能化和數(shù)字化，這種老式而簡(jiǎn)單的電熱水器已經(jīng)不能夠滿足人們的需要了。而智能化家用電熱水器正是適應(yīng)現(xiàn)代化智能家用電器趨勢(shì)而出現(xiàn)。它能提供用戶方便快捷的數(shù)字化輸入方式，并且能精確的采集和控制環(huán)境中的水溫，將其提供給用戶，因此備受人們的關(guān)注。 TX1C 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板簡(jiǎn)介XT1C 單片機(jī)開(kāi)發(fā)板是哈爾濱市天祥電子綜合多年開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，在原 TX1B 基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出的多功能 51 單片機(jī)開(kāi)發(fā)平臺(tái)。該開(kāi)發(fā)板集常用的單片機(jī)外圍資源、串口和 USB 口兩種調(diào)試下載接口于一身，完全兼容 ATMEL 公司的 51 單片機(jī)，除此之外還有很多特點(diǎn)，如：無(wú)法解密、低功耗、高速、高可靠、強(qiáng)抗靜電、強(qiáng)抗干擾等。TX 系列單片機(jī)開(kāi)發(fā)板可完全作為各種 51 單片機(jī)的開(kāi)發(fā)板，用匯編語(yǔ)言或者 C 語(yǔ)言對(duì)其進(jìn)行編程。當(dāng)用 STC 公司的單片機(jī)時(shí)，直接用產(chǎn)品套件附帶的串口線將開(kāi)發(fā)板與計(jì)算機(jī)串口相連，按照 STC 單片機(jī)下載操作教程便可以下載程序，而且下載速度比起其他下載工具要快的多。本文將使用 TX1C 開(kāi)發(fā)板完成數(shù)字化電熱水器的設(shè)計(jì)。 2第 2 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件的組成部分系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件原理結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 所示。系統(tǒng)以高性價(jià)比的 AT89C51 單片機(jī)為核心，由鍵盤輸入、DS18B20 溫度采集、數(shù)碼管顯示電路、電源時(shí)鐘復(fù)位電路、雙向可控硅驅(qū)動(dòng)電路 MOC304雙向可控硅 TLC336A 組成加熱器控制電路。 圖 系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件原理結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)硬件各部分的簡(jiǎn)介這里 AT89C51 為總控制器。單片機(jī)的 P0 口連接 74HC573 鎖存器，這樣可以節(jié)約單片機(jī)端口，即可多次操作 P0 口，使其既能控制數(shù)碼管的片選，又能控制數(shù)碼管的位選，從而節(jié)省的單片機(jī)的外部接口，擴(kuò)展了功能。鍵盤的輸入由 P3 口完成在第 4 章節(jié)中會(huì)具體介紹如何實(shí)現(xiàn)。時(shí)鐘復(fù)位電路見(jiàn)圖 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 時(shí)鐘復(fù)位電路 3溫度采集芯片由 DS18B20 芯片完成，DS18B20 的 2 號(hào)接口接在單片機(jī)的 P2^2 口，按協(xié)議傳送以兩個(gè)字節(jié)為一組的溫度數(shù)據(jù)，第 3 章會(huì)介紹具體實(shí)現(xiàn)方法。加熱模塊見(jiàn)圖 所示，MOC3041 芯片的 2 號(hào)接口連接單片機(jī)的 P2^2 口。當(dāng)需要加熱時(shí)，P2^2接口送出低電平，即可觸發(fā)加熱器工作。圖 加熱模塊 數(shù)碼管顯示 數(shù)碼管簡(jiǎn)介單片機(jī)系統(tǒng)中常用的顯示器有：發(fā)光二極管 LED(Light Emitting Diode)顯示器、液晶 CD(Liquid Crystal Display)顯示器、CRT 顯示器等。LED、LCD 顯示器有兩種顯示結(jié)構(gòu)：段顯示（7 段、米字型等）和點(diǎn)陣顯示（588 點(diǎn)陣等）。使用 LED 顯示器時(shí)，要注意區(qū)分這兩種不同的接法。為了顯示數(shù)字或字符，必須對(duì)數(shù)字或字符進(jìn)行編碼。七段數(shù)碼管加上一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，共計(jì) 8 段。因此為 LED 顯示器提供的編碼正好是一個(gè)字節(jié)。本設(shè)計(jì)采用的 TXC1 實(shí)驗(yàn)板是采用共陰 LED 顯示器，根據(jù)電路連接圖 顯示十六進(jìn)制數(shù)的編碼見(jiàn)表 所示。表 十六進(jìn)制數(shù)的編碼十 六 進(jìn) 制 編 碼 數(shù) 碼 管 顯 數(shù)值十 六 進(jìn) 制 編碼數(shù) 碼 管 顯 數(shù)值十 六 進(jìn) 制 編碼數(shù) 碼 管 顯 數(shù)值0x3f 0 0x7d 6 0x39 C0x06 1 0x07 7 0x5e D0x5b 2 0x7f 8 0x79 E 40x4f 3 0x6f 9 0x71 F0x66 4 0x77 A 0x00 無(wú) 顯 示0x6d 5 0x7c B 數(shù)碼管的實(shí)現(xiàn)方法數(shù)碼管的顯示由 P0 口完成控制。有兩點(diǎn)需要注意，第一點(diǎn)是要哪一個(gè)數(shù)碼管亮，第二點(diǎn)是亮的數(shù)碼管顯示什么數(shù)字。所以數(shù)碼管有位選和段選之分，位選在程序中用 wei 表示，單片機(jī)上是 P2^7 端口，即對(duì)位選操作時(shí)使 P2^7 呈現(xiàn)高電平，這時(shí) P0 的八個(gè)端口對(duì)數(shù)碼管的操作決定了那幾個(gè)數(shù)碼管亮，P0 操作完成后使 P2^7 呈現(xiàn)低電平，這樣位選就已鎖定。段選在程序中由 duan 表示，單片機(jī)上是P2^6 端口，與位選相同，操作時(shí)使 P2^6 呈現(xiàn)高電平，這時(shí) P0 的八個(gè)端口對(duì)數(shù)碼管的操作決定了亮的幾個(gè)數(shù)碼管顯示什么數(shù)字，P0 操作完成后使 P2^6 呈現(xiàn)低電平，這樣段選就已鎖定。見(jiàn)圖 所示由于單片機(jī)僅僅起到控制的作用，其輸出電流十分小，所以 P0 端需要接上拉電阻與 5V 電源，通過(guò)電壓的變化控制 5V 電源點(diǎn)亮，想要圖中 a 端由電流通過(guò)時(shí)，即給 P0^0 一個(gè)低電平，觸發(fā)上拉電阻兩端間的電勢(shì)差，這樣就能促使電流流向 a 點(diǎn)，從而使 a 端對(duì)應(yīng)的 LED 燈點(diǎn)亮。圖 單片機(jī)與數(shù)碼管的硬件連接首先選擇位選，再選擇段選。uchar code table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f, 50x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef,0x00,0x08,0x88}。可以直接設(shè)置數(shù)碼管顯示各數(shù)字的十六進(jìn)制，即 P0 口應(yīng)賦的十六進(jìn)制，以便操作。如以上數(shù)組，使用時(shí)僅僅將需要的數(shù)組中的其中一個(gè)賦予 P0 口，這樣可以方便直觀得使數(shù)碼管顯示需要的數(shù)字。選擇位選與選擇片選的過(guò)程相當(dāng)快時(shí)，顯示在人眼中就是一排易于識(shí)別的十進(jìn)制數(shù)字，這就是數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示。 鎖存器與數(shù)碼管顯示方法在這里先介紹 74HC573 芯片，這是一個(gè)鎖存器芯片，連接方法見(jiàn)圖 所示， P2^P2^6 分別控制位選和段選的 L 端，例如：當(dāng) P2^7（程序中的全局變量 wei）賦高電平時(shí)，74HC573 輸入端口的值將直接輸送給 74HC573 芯片的輸出端，當(dāng)輸入端變化時(shí)，輸出端也變化。P2^7 賦低電平時(shí), 74HC573 芯片將記住最近一次 L 端口是高電平時(shí)芯片輸入端的 8 位，并將其輸出，當(dāng)輸入端變化時(shí)，輸出端不變化。在這里就可以利用鎖存器的特性使 P2^7 起到控制那個(gè)數(shù)碼管亮的作用，使 P2^6 控制數(shù)碼管亮什么樣的數(shù)字作用。圖 74HC573 芯片的連接以下數(shù)碼管顯示部分程序。P0=0xff。wei=1。P0=srtemp。//wein 打開(kāi)后 是低電平亮wei=0。srtemp=_crol_(srtemp,1)。P0=0x00。duan=1。P0=table[dis[i]]。duan=0。 6delay(1)。duan=1。P0=0x00。duan=0。要注意的是位選（程序中的 wei 變量） ，位選是低電平時(shí)選擇該數(shù)碼管亮。在顯示時(shí)容易出現(xiàn)不需要亮的 LED 管微微發(fā)亮的問(wèn)題，這是因?yàn)樗x擇的位選和段選都是通過(guò)P0 賦的值，如果先選擇位選的 8 位值，P0 口不還原成 0x00，就會(huì)導(dǎo)致段選打開(kāi)后，還未賦予段選 P0口需要的數(shù)值之前，這段時(shí)間內(nèi) P0 口將剛才位選的 8 位值賦予了段選鎖存器，這樣就會(huì)在極短的時(shí)間內(nèi)，一些不需要的 LED 燈點(diǎn)亮，在單片機(jī)上就是由 LED 燈微微亮的情況，所以在這里注意每次 P0對(duì)位選賦值以前，都應(yīng)該保證 P0 口為 0x00。 鍵盤輸入設(shè)計(jì) 鍵盤輸入方法本設(shè)計(jì)中使用的是矩陣式鍵盤，見(jiàn)圖 所示。圖 矩陣式鍵盤S10 到 S19 分別代表數(shù)字 0 到 9。S20 代表確認(rèn)數(shù)字，按下后即可確認(rèn)要輸入數(shù)字的某一位。左側(cè)鍵盤的引腳由上至下分別是 P3^0 到 P3^7，第一行暫時(shí)不用，從第二行開(kāi)始使用，每一行如P3^1 都與 P3^ P3^ P3^6 、P3^7，他們是線與的關(guān)系。因此可以如此操作，對(duì)圖中第二行、第三行、第四行諸行進(jìn)行掃描。掃描第一行時(shí) P3 口賦值為 0xfd，即為 P3^1 口賦“0” ，P3 的其他口賦“1” ，當(dāng)?shù)诙袥](méi)有按鍵按下時(shí) P3^ P3^ P3^6 、P3^7 將都是高電平“1” ，一旦有按鍵按下時(shí)，由于線與關(guān)系，P3^ P3^ P3^6 、P3^7 必定有一個(gè)為“0” ，它們之中那一個(gè)為“0”依次代表 S10 到 S13哪個(gè)鍵被按下。依次循環(huán)掃描三行即可時(shí)時(shí)檢測(cè)是否有鍵按下。 鍵盤輸入的抖動(dòng)與去抖的方法 7在 節(jié)中談到了如何實(shí)現(xiàn)鍵盤的掃描，但是理論與實(shí)際還是有一定的差距，當(dāng)按下鍵盤到檢測(cè)到有電壓變化，這段時(shí)間在實(shí)際中是存在一定的時(shí)間誤差的，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)到的范圍，但這期間單片機(jī)很有可能已經(jīng)完成檢測(cè)，見(jiàn)圖 所示。圖 抖動(dòng)示意圖如果不去除抖動(dòng)的話，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=tempamp。0xf0。while(temp!=0xf0)上述程序是兩個(gè) while 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)中書寫。 DS18B20 溫度采集 DS18B20 技術(shù)性能與應(yīng)用范圍 8圖 DS18B20 的 外 形 及 管 腳 圖DS18B20 是 一 種 可 組 網(wǎng) 數(shù) 字 溫 度 傳 感 器 芯 片 ， 具 有 耐 磨 耐 碰 ， 體 積 小 ， 使 用 方 便 ， 封 裝 形 式多 樣 ， 適 用 于 各 種 狹 小 空 間 設(shè) 備 數(shù) 字 測(cè) 溫 和 控 制 領(lǐng) 域 。獨(dú) 特 的 單 線 接 口 方 式 ， DS18B20 在 與 微 處 理 器 連 接 時(shí) 僅 需 要 一 條 口 線 即 可 實(shí) 現(xiàn) 微 處 理 器 與DS18B20 的 雙 向 通 訊 。 測(cè) 溫 范 圍 － 55℃ ～ ＋ 125℃ ， 固 有 測(cè) 溫 分 辨 率 ℃ 。 支 持 多 點(diǎn) 組 網(wǎng) 功 能 ，多 個(gè) DS18B20 可 以 并 聯(lián) 在 唯 一 的 三 線 上 ， 最 多 只 能 并 聯(lián) 8 個(gè) ， 如 果 數(shù) 量 過(guò) 多 ， 會(huì) 使 供 電 電 源 電壓 過(guò) 低