【正文】 規(guī)的電熱水壺，只要接通電源，就開(kāi)始加熱，直到水沸騰后通過(guò)蒸汽來(lái)產(chǎn)生聲音報(bào)警。這種設(shè)計(jì)有下面幾個(gè)方面的不足：1)如水壺中沒(méi)水，電源誤接通時(shí)也會(huì)一直加熱，容易引起事故。2)當(dāng)只需要加熱到沸點(diǎn)以下某一溫度時(shí)，不能及時(shí)給出聲音報(bào)警信號(hào)。3)當(dāng)水加熱沸騰后不能自動(dòng)停止工作。針對(duì)以上不足，在本設(shè)計(jì)方案中，用 MC51 單片機(jī)作為控制芯片，管理整個(gè)電熱水壺的工作情況，構(gòu)成了一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，而且增加了三個(gè)按鍵和六位數(shù)碼管顯示。它的工作情況和常規(guī)的熱水壺相比，有下面幾個(gè)方面的特點(diǎn)：1)有三個(gè)按鍵，可用來(lái)設(shè)置希望加熱到的溫度即報(bào)警的溫度。上電復(fù)位后，設(shè)置溫度初值為 20 度，每按一下按鍵，溫度設(shè)置值就會(huì)增加 1 度，整個(gè)溫度設(shè)置值在 20—100 度之間循環(huán)。2)這個(gè)按鍵還具有啟動(dòng)電熱水壺開(kāi)始工作的作用。當(dāng)每次電源接通后，只有按鍵按下過(guò)之后，電熱水壺才開(kāi)始加熱，這樣，可以防止電源誤接通時(shí)電熱水壺一直加熱，引發(fā)事故。3)當(dāng)加熱到設(shè)置溫度時(shí)，單片機(jī)會(huì)控制停止加熱，并通過(guò)蜂鳴器給出聲音提示。4)三位數(shù)碼管在設(shè)置溫度操作時(shí)顯示當(dāng)前設(shè)置的溫度，另三位數(shù)碼管其余時(shí)間實(shí)時(shí)顯示電熱水壺中水的實(shí)際溫度。2 電熱水壺控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) MCS51 單片機(jī)控制的總體介紹硬件設(shè)計(jì)的總電路連接框圖如下圖：微機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)（論文）28 0 5 1A D C0 8 0 98 2 5 5鍵盤(pán)和顯示電路報(bào)警電 路溫度測(cè)試電路加熱電路圖 硬件設(shè)計(jì)的總電路連接框圖單片機(jī)控制熱水壺的硬件構(gòu)成包括 8051 芯片、8255 芯片、地址鎖存器等組成的單片機(jī)控制電路、溫度檢測(cè)電路、A/D 轉(zhuǎn)換電路、光電隔離電路、鍵盤(pán)及顯示電路和溫度加熱電路。整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵電路是單片機(jī)控制電路，是整個(gè)控制的核心，完成信號(hào)的輸入和輸出的轉(zhuǎn)換，即可將溫度檢測(cè)電路采樣的輸入的信號(hào)通過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809 進(jìn)行處理加工后輸出到顯示器進(jìn)行顯示，并可以通過(guò)鍵盤(pán)對(duì)溫度進(jìn)行控制，如此同時(shí)當(dāng)水加熱超過(guò)指定的溫度以后，蜂鳴器工作報(bào)警。并對(duì)其中部分電路編制子程序，以及相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)。 溫度檢測(cè)電路和 A/D 轉(zhuǎn)換器的電路 AD590 溫度傳感器的概念A(yù)D590 是一種二端式的集成溫度傳感器。圖 AD590 引腳圖其主要技術(shù)參數(shù)有：1)范圍為55~+150℃。2)電壓為+4~+30V，由于 AD590 是一種恒流源形式的溫度傳感器，只需在其二端加上一定工作電壓則其輸出電流隨溫度變化而變化， ，即溫度每變化 1℃，其輸出電流變化 1μA；它以熱力微機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)（論文）3學(xué)溫標(biāo)零點(diǎn)作為零輸出點(diǎn)，因此在 25℃時(shí)，其輸出電流為 。3)經(jīng)過(guò)激光平衡調(diào)整，AD590 的校準(zhǔn)精度可達(dá)+℃，全溫區(qū)范圍線性度可達(dá)+℃（AD590M）當(dāng)其在 10℃溫區(qū)范圍內(nèi)校正后測(cè)量，精度可達(dá)+℃，在全溫區(qū)范圍內(nèi)（55~+145℃）使用，精度也可高達(dá)+、1℃。由于 AD590 是一種電流型的溫度傳感器，因此具有較強(qiáng)的抗干擾能力，適用于計(jì)算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)距離溫度測(cè)量和控制，遠(yuǎn)距離信號(hào)傳遞時(shí)，可采用一般的雙絞線來(lái)完成，其電阻比較大，因此不需要精密電源對(duì)其供電，長(zhǎng)導(dǎo)線上的壓降一般不影響測(cè)量精度；不需要溫度補(bǔ)償和專(zhuān)門(mén)的線性電路。 溫度檢測(cè)電路圖 電源轉(zhuǎn)換電路在介紹溫度檢測(cè)電路之前，首先要說(shuō)明一下電源轉(zhuǎn)換電路。電壓經(jīng)過(guò)四個(gè)二極管兩兩導(dǎo)通整流濾波后，再經(jīng)過(guò)電壓轉(zhuǎn)換芯片 7805 就可以將原來(lái)交流 220V 的電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓為+5V，即可以得到報(bào)警電路和溫度檢測(cè)電路所需要的電壓值。溫度檢測(cè)電路由溫度傳感器 AD590 等組成，直接輸出電流 1μA/K，輸出電壓為 100mV/℃，經(jīng)運(yùn)算放大器 LM358 進(jìn)行 I/V 轉(zhuǎn)化后，再經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換通道送到微處理器中，RRR2 用于相互配合調(diào)節(jié)溫度測(cè)量的滿刻度值。圖 溫度檢測(cè)電路當(dāng)傳感器 AD590 所處溫區(qū)發(fā)生 1℃的溫度變化時(shí)，流過(guò)其所在回路的電流即產(chǎn)生 1μA 的變化，則其輸出電壓的變化為： CmVKCAV??????/10*/10?微機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)（論文）4在本系統(tǒng)中通過(guò)溫度集成器 AD590 對(duì)外部55~+150℃范圍內(nèi)的溫度進(jìn)行采樣，在 AD590 的兩端分別接地和接電源，得到一定的壓差，因此會(huì)得到相應(yīng)的工作電壓，其輸出電流會(huì)隨溫度變化而變化。電流 1μA/K 其輸出電壓為 100mV/℃，經(jīng)運(yùn)算放大器 LM358 進(jìn)行 I/V 轉(zhuǎn)化后，再送入 A/D 轉(zhuǎn)換電路中進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，經(jīng)過(guò)微處理器處理即可送到 LED 顯示器顯示溫度。 A/D 轉(zhuǎn)換器電路原理和電路接口圖A/D 轉(zhuǎn)換一般都設(shè)置在前向通道中，它將外界輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)總線能接受的數(shù)字量。在前向通道必須配置 A/D 轉(zhuǎn)換電路時(shí)，首先考慮的是能否選用帶有 A/D 的單片機(jī)，本系統(tǒng)中無(wú)法選擇單片機(jī)片內(nèi)有 A/D 部件，則必須在前向通道中配置 A/D 接口。要選擇好的 A/D轉(zhuǎn)換器芯片，選擇 A/D 轉(zhuǎn)換芯片的原則從轉(zhuǎn)換精度、轉(zhuǎn)換速度、模擬信號(hào)輸入通道數(shù)以及成本、供貨來(lái)源等全面考慮。選擇不同的 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，與單片機(jī)的接口電路要求不同，必須依芯片對(duì)控制電路的要求設(shè)置，接口電路必須滿足這些要求。一般來(lái)說(shuō)，A/D 轉(zhuǎn)換芯片輸入的模擬電壓都有規(guī)定的要求，如 0~+5V，0~+10V，0~+2V 等，因此要考慮到傳感器輸出信號(hào)與之匹配。本系統(tǒng)中采用逐次逼近法 A/D 轉(zhuǎn)換器電路原理。其主要原理為：將一待轉(zhuǎn)換的模擬輸入信號(hào) U1n 與一個(gè)推測(cè)信號(hào) Ur 相比較，根據(jù)推測(cè)信號(hào)大于還是小于輸入信號(hào)來(lái)決定增大還是減少該推測(cè)信號(hào)相等時(shí)，向 D/A 轉(zhuǎn)換器輸入的數(shù)字就是對(duì)應(yīng)模擬輸入量的數(shù)字量。其“推測(cè)”值的算法如下：使二位進(jìn)制計(jì)數(shù)器中（輸出鎖存器）的每一位從最高位起依次置 1，每接一位時(shí)，都要進(jìn)行測(cè)試。若模擬輸入信號(hào) U1n 小于推測(cè)信號(hào) U1，則比較器輸出為零，并使該位清零；若模擬輸入信號(hào) U1n 大于推測(cè)信號(hào) U1，比較器輸出為 1，并使該位保持位 1。無(wú)論哪種情況，均應(yīng)繼續(xù)比較下一位，直到最末位為止。此時(shí)，D/A 轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸入即為對(duì)應(yīng)模擬輸入信號(hào)的數(shù)字量，將此數(shù)字輸入就完成了 A/D 轉(zhuǎn)換過(guò)程。1)A/D 轉(zhuǎn)換器的引腳說(shuō)明：ADC0809 是 CMOS 集成電路 8 位單片 A/D 轉(zhuǎn)換器。雙列直插 28 引腳封裝。片內(nèi)有 8 路模擬開(kāi)關(guān)、模擬開(kāi)關(guān)的地址鎖存與譯碼電路、比較器 、256R 電阻 T 型網(wǎng)絡(luò)、樹(shù)狀電子開(kāi)關(guān)、逐次逼近寄存器 SAR、三態(tài)輸出鎖存，緩沖器、控制與時(shí)序電路等。ADC0809 引腳功能說(shuō)明如下：IN0——IN7：8 路輸入通道的模擬量輸入端。A、B、C 口：8 路模擬開(kāi)關(guān)的三位地址輸入端，用來(lái)選擇 8 路模擬輸入的一路進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 ALE： 地址鎖存允許。ALE 有效將三位地址 A、B、C 鎖存到地址鎖存器中。START：為啟動(dòng)控制輸入端。它與 ALE 可以接在一起，當(dāng)通過(guò)程序加上一個(gè)正脈沖便立即開(kāi)始 A/D 轉(zhuǎn)換。EOC： 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出端，高電平有效。在此輸出端供給一個(gè)有效信號(hào)則打開(kāi)三態(tài)輸出鎖存緩沖器，把轉(zhuǎn)換后的結(jié)果送至外部數(shù)據(jù)線。COLCK：時(shí)鐘輸入端。CLOCK 為 600kHZ 時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間位 100us。微機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)（論文）5D0——D7：8 位數(shù)字輸出段。Vcc: 電源輸入端。GND：接地端。2)A/D 轉(zhuǎn)換的連接電路及應(yīng)用圖 A/D 轉(zhuǎn)換的連接電路啟動(dòng)時(shí)，應(yīng)用寫(xiě)指令（使Error!） ，并且要保證地址線 =0，其端口地址為DFFFH。ADC0809 轉(zhuǎn)換器將信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，再將數(shù)字信號(hào)傳入 8051 進(jìn)行微處理，通過(guò) LED 顯示溫度。在由于 A/D0809 具有鎖存的 TTL 三態(tài)輸出，它的八條數(shù)據(jù)線和 8051 的八條數(shù)據(jù)線相連，采用線性選址法，其口地址為 DFFFH。通道地址 A，B，C 由數(shù)據(jù)總線 DB0，DB2，DB2 提供。A，B，C 地址線上的信息由 ALE 上升沿打入地址鎖存器 74LS373。 單片機(jī) 8051 芯片介紹和主要電路 MCS51 單片微機(jī) 8051 內(nèi)部部件和接口電路MCS5 單片微機(jī) 8051 內(nèi)部包含如下部件：8 位 CPU振蕩器和時(shí)鐘電路4K/8K 字節(jié)的程序存貯器。128/256 字節(jié)的數(shù)據(jù)存貯器?？蓪ぶ吠獠砍绦虼尜A器和數(shù)據(jù)存貯器，各 64K 字節(jié)。二十多個(gè)特殊功能寄存器。32 線并行 I/O 口。1 個(gè)全雙工串行 I/O 口。2/3 個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。5/6 個(gè)中斷源，2 個(gè)優(yōu)先級(jí)。微機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)（論文）6具有位尋址功能，有較強(qiáng)的布爾處理能力。圖 8051 的引腳圖圖 單片機(jī)的片外總線結(jié)構(gòu)圖由圖 可以看到，單片機(jī)的引腳除了電源、復(fù)位、時(shí)鐘接入、用戶(hù) I/O 口外，其余管腳都是為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展而設(shè)置的。這些引腳構(gòu)成了 MCS51 單片機(jī)片外三總線結(jié)構(gòu)：1)地址總線（AB）：地址總線寬度為 16 位，因此，其外部存儲(chǔ)器直接尋址為 64K 字節(jié)，16位地址總線由 P0 口經(jīng)地址鎖存器提供低 8 位地址（A0~A7） ；P0 口直接提供高 8 位地址（A8~A15） 。2)數(shù)據(jù)總線（DB）：數(shù)據(jù)總線寬度為 8 位，由 P0 口提供?？刂瓶偩€（CB）：由四根獨(dú)立控制線 RESET、EA、ALE、Error!組成。 振蕩電路和時(shí)鐘電路振蕩電路和單片機(jī)內(nèi)部的時(shí)鐘電路一起構(gòu)成了單片機(jī)的時(shí)鐘方式，根據(jù)硬件不同，連接方式分為內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。MCS51 單片機(jī)芯片內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。這是 MCS51 單片機(jī)的內(nèi)部時(shí)鐘方式。本系統(tǒng)中重點(diǎn)講到的是外部時(shí)鐘方式。 單片機(jī)的復(fù)位電路1)復(fù)位電路的復(fù)位類(lèi)型微機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)（論文）7通常單片機(jī)復(fù)位操作有上電復(fù)位、信號(hào)復(fù)位、運(yùn)行監(jiān)視復(fù)位。在本系統(tǒng)里主要用到的是上電復(fù)位和開(kāi)關(guān)復(fù)位的組合。2)主要復(fù)位電路（1）上電復(fù)位和開(kāi)關(guān)復(fù)位組合電路：在單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)使用上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位，最常用的上電復(fù)位和開(kāi)關(guān)復(fù)位組合電路為：圖 234 上電復(fù)位和開(kāi)關(guān)復(fù)位組合電路在這兩種簡(jiǎn)單復(fù)位電路中，干擾容易串人復(fù)位端，在大多數(shù)情況下，不會(huì)造成單片機(jī)錯(cuò)誤復(fù)位，但會(huì)引起內(nèi)部某些寄存器錯(cuò)誤復(fù)位。這時(shí)可在復(fù)位引腳上接一個(gè)去耦電容。如果應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)干擾嚴(yán)重，或整個(gè)系統(tǒng)干擾嚴(yán)重，引起單片機(jī)復(fù)位，可采用屏蔽的辦法解決，如加屏蔽網(wǎng)或移動(dòng)位置等。（2）在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，為保證復(fù)位電路可靠地工作，常將 RC 電路接施密特電路后再接入單片機(jī)復(fù)位端，特別適合于應(yīng)用系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)干擾大，電壓波動(dòng)大的工作環(huán)境。圖 抗干擾上電復(fù)位 中斷優(yōu)先級(jí)8051 單片機(jī)提供了 5 個(gè)中斷源，其中兩個(gè)為中斷源，由 INT0、INT1 輸入；I/O 設(shè)置中斷請(qǐng)求信號(hào)，或掉電故障等異常事件中斷請(qǐng)求信號(hào)都可作為外部中斷源連 INT0、INT1。兩個(gè)為片內(nèi)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器溢出時(shí)產(chǎn)生的中斷請(qǐng)求（用 TF0、TF1 做標(biāo)志） ；另外一個(gè)為片內(nèi)串行口產(chǎn)生的中斷請(qǐng)求（TI 或 RI） 。這些中斷請(qǐng)求源分別由 MCS51 的特殊功能寄存器 TCON 和 SCON 的相應(yīng)位鎖存。微機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)（論文）8MCS51 的中斷具有兩級(jí)優(yōu)先級(jí)，每一個(gè)中斷源都可以通過(guò)對(duì)中斷優(yōu)先級(jí)寄存器 IP 中的相應(yīng)位置或清 0，高優(yōu)先級(jí)中斷不能被任何中斷所中斷。為了實(shí)現(xiàn)這些規(guī)定，中斷系統(tǒng)中設(shè)有兩個(gè)不可尋址的優(yōu)先級(jí)狀態(tài)觸發(fā)器，其中一個(gè)用來(lái)指出正在服務(wù)于高優(yōu)先級(jí)中斷，并阻止其他所有中斷的響應(yīng)。另一個(gè)則指出正在服務(wù)于 低優(yōu)先級(jí)中斷，并阻止除高優(yōu)先級(jí)中斷以外的其他中斷的響應(yīng)。當(dāng)同時(shí)接受到幾個(gè)優(yōu)先級(jí)相同的中斷請(qǐng)求時(shí)，則由內(nèi)部查詢(xún)次序來(lái)確定響應(yīng)哪一個(gè)中斷請(qǐng)求。因此，在每一個(gè)中斷級(jí)中又有第二類(lèi)查詢(xún)次序的中斷優(yōu)先級(jí)結(jié)構(gòu)。處理器響應(yīng)中斷時(shí)，先置相應(yīng)的優(yōu)先級(jí)狀態(tài)觸發(fā)器（該觸發(fā)器指出 CPU 開(kāi)始處理的中斷優(yōu)先級(jí)別）然后執(zhí)行一個(gè)硬件子程序的調(diào)用使控制轉(zhuǎn)移查詢(xún)次序如下：1)IE0 （外中斷 INT0） 最高優(yōu)先級(jí) 0003H2)TF0 （定時(shí)器 0 溢出中斷） 000BH3)IE 1 （外中斷 INT1） 0013H4)TF1 （定時(shí)器 1 溢出中斷） 001BH5)RI+TI （串行口中斷） 0023H6)TF2+EXF2 （定時(shí)器 2 溢出中斷） 最低優(yōu)先級(jí) 002BH這種“同級(jí)內(nèi)的優(yōu)先級(jí)” ，僅用來(lái)解決相同優(yōu)先級(jí)中斷源同時(shí)請(qǐng)求中斷的情況，而不能中斷正在執(zhí)行的同優(yōu)先級(jí)的中斷。 74LS373 地址鎖存器芯片介紹由于 MCS51 單片機(jī)的 P0 口是分時(shí)復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)總線,因此在進(jìn)行程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展時(shí)，必須利用地址鎖存器將地址信號(hào)從地址/數(shù)據(jù)總線中分離開(kāi)來(lái)。通常,地址鎖存器可使用帶三態(tài)緩沖輸出的八 D 鎖存器 74LS373 或 8282，也可以使用帶清除端的八 D 鎖存器 74LS273，地址鎖存信號(hào)為 ALE。但用的最多的是 74LS373。圖 74LS373 的結(jié)構(gòu)圖當(dāng)三態(tài)門(mén)的使能信號(hào)線 OE 為低電平時(shí),