【正文】 數(shù)理與信息工程學(xué)院《單片機(jī)原理及應(yīng)用》期末課程設(shè)計(jì)——基于單片機(jī)的電熱水壺控制系統(tǒng) 數(shù)理與信息工程學(xué)院《單片機(jī)原理及應(yīng)用》期末課程設(shè)計(jì)題 目： 基于單片機(jī)的電熱水壺控制系統(tǒng) 專 業(yè)： 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 班 級(jí)： 計(jì)算機(jī)072班 姓 名： 朱 妍 學(xué) 號(hào)： 07220121 指導(dǎo)老師： 余 水 寶 成 績(jī)： ( )目 錄第1節(jié) 引 言……………………………………………………………………………3 熱水壺的工作情況……………………………………………………………3第2節(jié) 電熱水壺控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)………………………………………………4 MCS51單片機(jī)控制的總體介紹……………………………………………4 溫度檢測(cè)電路和A/D轉(zhuǎn)換器的電路…………………………………………4 AD590溫度傳感器的概念……………………………………………4 溫度檢測(cè)電路…………………………………………………………5 A/D轉(zhuǎn)換器電路原理和電路接口圖…………………………………6 單片機(jī)8051芯片介紹和主要電路……………………………………………8 MCS51單片微機(jī)8051內(nèi)部部件和接口電路………………………8 振蕩電路和時(shí)鐘電路…………………………………………………9 單片機(jī)的復(fù)位電路……………………………………………………9 中斷優(yōu)先級(jí)……………………………………………………………10 74LS373地址鎖存器芯片介紹………………………………………11 8255輸出口擴(kuò)展……………………………………………………………12 8255的引腳介紹………………………………………………………12 8255與8051外部接口電路…………………………………………13 單片機(jī)的抗干擾電路…………………………………………………………13 光電隔離抗干擾的簡(jiǎn)介………………………………………………13 光電隔離器的原理電路………………………………………………14 光電隔離的電路………………………………………………………14 鍵盤(pán)及顯示電路………………………………………………………………15 鍵盤(pán)輸入特點(diǎn)…………………………………………………………15 按鍵接口電路的消抖措施……………………………………………16 矩陣鍵盤(pán)的概述………………………………………………………17 LED顯示原理及顯示方式……………………………………………17 系統(tǒng)應(yīng)用………………………………………………………………19 加熱電路和報(bào)警裝置…………………………………………………………20 加熱電路………………………………………………………………20 報(bào)警裝置………………………………………………………………20第3節(jié) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)…………………………………………………………………23 總的程序設(shè)計(jì)框圖……………………………………………………………23 8255的程序設(shè)計(jì)………………………………………………………………23 8255的程序的初始化…………………………………………………23 對(duì)端口C的置位/復(fù)位………………………………………………23 鍵盤(pán)和顯示接口電路程序設(shè)計(jì)………………………………………………24 鍵盤(pán)和顯示器的程序設(shè)計(jì)……………………………………………24 鍵盤(pán)掃描子程序………………………………………………………25第4節(jié) 結(jié)束語(yǔ)…………………………………………………………………………29參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………………30基于單片機(jī)的電熱水壺控制系統(tǒng)數(shù)理與信息工程學(xué)院 07計(jì)算機(jī)非師范 朱妍指導(dǎo)教師：余水寶 第1節(jié) 引 言 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)介紹了MCS51系列單片機(jī)為控制芯片，對(duì)電熱水壺工作進(jìn)行控制的方法。通過(guò)電加熱電路對(duì)水進(jìn)行加熱，并對(duì)水的溫度進(jìn)行采樣，采樣信號(hào)通過(guò)ADC0809將數(shù)字量送入單片機(jī)系統(tǒng)，經(jīng)微機(jī)處理后，結(jié)合鍵盤(pán)控制實(shí)現(xiàn)LED顯示，并可實(shí)現(xiàn)對(duì)水的溫度的控制和超過(guò)水溫的報(bào)警系統(tǒng)。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，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)控制器控制溫度，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。 熱水壺的工作情況對(duì)于常規(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。第2節(jié) 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：圖11 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221 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，其線性電流輸出為，即溫度每變化1℃，其輸出電流變化1μA；它以熱力學(xué)溫標(biāo)零點(diǎn)作為零輸出點(diǎn)，因此在25℃時(shí)。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)償和專門(mén)的線性電路。 溫度檢測(cè)電路圖222 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223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：AD590的輸出電流值說(shuō)明如下：其輸出電流是以絕對(duì)溫度零度(273℃)為基準(zhǔn),每增加1℃,它會(huì)增加1μA輸出電流,因此在室溫25℃時(shí),其輸出電流。的值為Io乘上10K,以室溫25℃而言,輸出值為測(cè)Vo時(shí),不可分出任何電流,否則量測(cè)值會(huì)不準(zhǔn)。AD590的輸出電流(T為攝氏溫度),因此量測(cè)的電壓 。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