【正文】 1 目 錄 摘 要 ??????????????????????????????????? 3 前 言 ??????????????????????????????????? 5 第一章 熱水壺控制系統(tǒng)總體概述 ??????????????????????? 6 熱水壺的工作情況 ?????????????????????????? 6 MCS51 單片機控制的總體介紹 ???????????????????? 7 第二章 電熱水壺控制系統(tǒng)的硬件設計 ???????????? ????????? 8 溫度檢測電路和 A/D 轉換器的電路 ??????????????????? 8 單片機 8051 芯片介紹和主要電路 ??????????????????? 12 8255 輸出口擴展 ??????????????????????????? 17 單片機的抗干擾電路 ????????????????????????? 19 鍵盤及顯示電路 ??????????????????????????? 21 加熱電路和報警裝置 ????? ???????????????????? 26 第三章 單片機的軟件設計 ?????????????????????????? 28 總的程序設計框圖 ?????????????????????????? 28 8255 的程序設計 ??????????????????????????? 29 鍵盤和顯示接口電路程序設計 ????????????????????? 30 結 論 ??????????????????????????????????? 35 致 謝 ????? ?????????????????????????????? 36 參考文獻 ?????????????????????????????????? 37 2 摘 要 本論文設計介紹了 MCS51 系列單片機為控制芯片，對電熱水壺工作進行控制的方法。通過電加熱電路對水進行加熱，并對水的溫度進行采樣，采樣信號通過 ADC0809 將數(shù)字量送入單片機系統(tǒng)，經(jīng)微機處理后，結合鍵盤控制實現(xiàn) LED 顯示，并可實現(xiàn)對水的溫度的控制和超過水溫的報警系統(tǒng)。 單片機控制熱水壺的硬件構成包括 8051 芯片、 8255 芯片、地址鎖存器等組成的單片機控制電路、溫度檢測電路、 A/D 轉換電路、光電隔離電路、鍵盤及顯示電路和溫度加熱電路。整個系統(tǒng)的關鍵電路是單片機控制電路，完成信號的輸入和輸出的轉換，即可將溫度檢測電路采樣的輸入信號通過 A/D 轉換器 ADC0809 進行處理加工后輸出到顯示器進行顯示，并可以通過控制器控制溫度，同時當水加熱超過指定的溫度以后，蜂鳴器工作報警。 關鍵字 ： 單片機；溫度控制；控制器。 3 ABSTRACT The thesis introducts the method of use the series of MCS51 onechip puter which is the control chip to control the work of kettle heat with electric energy. Through electric heated circle, the water will be heated, then sample the temperature of the water. The sampling signal will set the mimic to the system of single chip puter through ADC0809, after is processed by the puter and controlled by the keyboard, it will be showed by LED monitor, at the same time, the system can control the temperature beyond the setting, the system of alarm will run. The hardware of the onechip puter controls the thermos which includes 8051 chips, 8255 chips, onechip puter control circuit that address latch ,etc. make up temperaturemeasure circuit , circuit is changes by A/D, lightelectricity and isolation circuit, keyboard and shows circuit、 temperature heated circuit .The key circuit of the whole system is a control circuit of onechip puter, finish the input and output of the signal conversion, can measure temperature sampled signal of input circuit which will deal with after processing then set to display and show to go on to outputting through A/D converter ADC0809, and can control the temperature through the keyboard, after heating and exceeding designated temperature in water, at the same time, the buzzer is sound so as to alarm. Key word: Onechip puter。 Temperature control。 Controller. 4 前 言 Intel 公司在 MCS48 系列單片微機的基礎上，采用 HMOS 技術，研制出了 8 位高檔的MCS51 系列產品微機。 該微機型在性能上有了很大的改進和提高：片內程序存貯器容量擴大了一倍，外部程序存貯器的尋址空間擴大到 64K 字節(jié)。片內數(shù)據(jù)存貯器擴大了一倍，外部數(shù)據(jù)存貯器的空間達到 64K 字節(jié)。并行 I/O 口線增加到 32，且可進行位處理。 MCS51 設有兩個 16 位的定時器 /計數(shù)器，且可程序設定多種工作方式。設有一個全雙工串行 I/O 口，可程序設定 4 種工作方式，設有 4 個 8 位的通用工作寄存器區(qū)，可適應多級中斷和子 程序嵌套的情況，這樣可避免寄存器內容進行棧保護操作，提高了中斷響應速度，加速了子程序的調用，設有兩個內部中斷源和兩個外部中斷源，一個串行口中斷源，可程序設定中斷優(yōu)先級，堆棧位置可允許設定，深度可在允許范圍內選用。 MCS51 指令系統(tǒng)增強了加，減，乘，除，比較，堆棧操作，因而運算功能大大加強。所設置的靈活的跳轉指令，不僅能充分滿足了實際應用的需要，而且可盡量減少程序存貯空間的占用， MCS51 內部設有可直接進行位尋址的存貯器、位處理指令、位處理累加和運算器等，因而為一種功能極強的位處理機。這為控制方面的應用和 邏輯運算提供了很大方便。 從以上可見， MCS51 系列單片微機具有很強的功能，使用范圍廣，既可構成功能很強的復雜系統(tǒng)，也可組成較簡單的應用系統(tǒng)。 目前，單片機在家電，工業(yè)生產等領域的應用非常廣泛，為了適應不同產品對單片機的不同要求，半導體生產廠家生產出了各種規(guī)格的單片機。本文介紹了一種以 MCS51 系列單片機為控制芯片，對電熱水壺工作進行控制的方法。 溫度檢測電路由熱電偶、運算放大器，溫度傳感器 AD590 等組成，直接輸出電流（ 1μA/K）經(jīng)運算放大器 LM358 進行 I/V 轉化后，可得到電壓輸出，輸出電壓為 100mV/℃，經(jīng)A/D 轉換通道送到微處理器中。 A/D 轉換一般都設置在前向通道中，它將外界輸入的模擬信號轉換成計算機數(shù)據(jù)總線能接受的數(shù)字量。工程上常用的隔離方法有光電隔離器、變壓器、繼電器和集成組件等，而光電隔離器有獨特優(yōu)點得到廣泛應用。由于該器件是通過電 —— 光 —— 電這種轉換來實現(xiàn)對輸出設備進行控制的，彼此之間沒有電氣連接，因而起到隔離作用，隔離電壓與光電隔離器的結構有關。 經(jīng)實際運行表明，該方案安全、可靠，完全能夠滿足實際需要。 5 1 熱水壺控制系統(tǒng)總體概述 熱水壺的工作情況 對于常規(guī) 的電熱水壺，只要接通電源，就開始加熱，直到水沸騰后通過蒸汽來產生聲音報警。這種設計有下面幾個方面的不足： 1. 如水壺中沒水，電源誤接通時也會一直加熱，容易引起事故。 2. 當只需要加熱到沸點以下某一溫度時，不能及時給出聲音報警信號。 3. 當水加熱沸騰后不能自動停止工作。 針對以上不足，在本設計方案中，用 MC51 單片機作為控制芯片，管理整個電熱水壺的工作情況，構成了一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，而且增加了三個按鍵和六位數(shù)碼管顯示。它的工作情況和常規(guī)的熱水壺相比，有下面幾個方面的特點： 1. 有三個按鍵，可用來設置希望加熱到的溫度即報警的溫 度。上電復位后，設置溫度初值為 20 度，每按一下按鍵，溫度設置值就會增加 1 度，整個溫度設置值在 20— 100 度之間循環(huán)。 2. 這個按鍵還具有啟動電熱水壺開始工作的作用。當每次電源接通后，只有按鍵按下過之后，電熱水壺才開始加熱，這樣，可以防止電源誤接通時電熱水壺一直加熱，引發(fā)事故。 3. 當加熱到設置溫度時，單片機會控制停止加熱，并通過蜂鳴器給出聲音提示。 4. 三位數(shù)碼管在設置溫度操作時顯示當前設置的溫度，另三位數(shù)碼管其余時間實時顯示電熱水壺中水的實際溫度。 6 MCS51 單片機控制 的總體介紹 硬件設計的總電路連接框圖如下圖： 圖 11 硬件設計的總電路連接框圖 單片機控制熱水壺的硬件構成包括 8051 芯片、 8255 芯片、地址鎖存器等組成的單片機控制電路、溫度檢測電路、 A/D 轉換電路、光電隔離電路、鍵盤及顯示電路和溫度加熱電路。整個系統(tǒng)的關鍵電路是單片機控制電路，是整個控制的核心，完成信號的輸入和輸出的轉換，即可將溫度檢測電路采樣的輸入的信號通過 A/D 轉換器 ADC0809 進行處理加工后輸出到顯示器進行顯示，并可以通過鍵盤對溫度進行控制，如此同時當水 加熱超過指定的溫度以后，蜂鳴器工作報警。并對其中部分電路編制子程序，以及相應的軟件設計。 7 2 電熱水壺控制系統(tǒng)的硬件設計 溫度檢測電路和 A/D轉換器的電路 AD590 溫度傳感器的概念 AD590 是一種二端式的集成溫度傳感器。 圖 211 AD590引腳圖 其主要技術參數(shù)有： 1. 測溫范圍為 55~+150℃。 2. 工作電壓為 +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，其線性電流輸出為 1μ A/。 K，即溫度每變化 1℃，其輸出電流變化 1μ A；它以熱力學溫標零點作為零輸出點，因此在 25℃時，其輸出電流為 A。 3. 精度：經(jīng)過激光平衡調整， AD590 的校準精度可達 +和 ℃，全溫區(qū)范圍線性度可達 +和 ℃（ AD590M）當其在 10℃溫區(qū)范圍內校正后測量，精度可達 +和 ℃，在全溫區(qū)范圍內（ 55~+145℃）使用，精度也可高達 +、 1℃。 由于 AD590 是一種電流型的溫度傳感器，因此具有較強的抗干擾能力，適用于計算機進行遠距離溫度測量和 控制，遠距離信號傳遞時，可采用一般的雙絞線來完成，其電阻比較大，因此不需要精密電源對其供電，長導線上的壓降一般不影響測量精度；不需要溫度補償和專門的線性電路。 8 溫度檢測電路 圖 212 電源轉換電路 在介紹溫度檢測電路之前，首先要說明一下電源轉換電路。電壓經(jīng)過四個二極管兩兩導通整流濾波后，再經(jīng)過電壓轉換芯片 7805 就可以將原來交流 220V的電壓轉換成直流電壓為+5V，即可以得到報警電路和溫度檢測電路所需要的電壓值。 溫度檢測電路由溫度傳感器 AD590 等組成，直接輸出電流 1μ A/K，輸出電壓為100mV/℃，經(jīng)運算放大器 LM358 進行 I/V轉化后，再經(jīng) A/D 轉換通道送到微處理器中， RR R2 用于相互配合調節(jié)溫度測量