【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 51 單片機(jī)的家用電熱水器設(shè)計(jì) Design of Household Electric Water Heater Based on the 51series singlechip 摘 要 隨著社會(huì)的發(fā)展 ， 人類科技的進(jìn)步，各行各業(yè)都在使自己的產(chǎn)品智能化、數(shù)字化， 因老式的熱水器使 用煤氣或天然氣對(duì)水進(jìn)行燃燒加熱，用手動(dòng)的方式調(diào)節(jié)溫度，不僅不能夠精確的確定使用者需要的水溫，而且還存在一定的危險(xiǎn)性。 電熱水器是一種可供浴室、洗手間及廚房使用的家用電器，隨著人們生活質(zhì)量的提 高，現(xiàn)代的家用電熱水器已經(jīng)摒棄了以前的做法，而采用一種更加精確 、安全的實(shí)施方案。 C 語(yǔ)言對(duì)單片機(jī)編程有諸多優(yōu)點(diǎn)， 例 如：便于移植、句法檢查時(shí)錯(cuò)誤少、堅(jiān)固性好、頭文件種類諸多，能夠方便快捷使用各種函數(shù)等。 本文 采用 AT 89C 52 單片機(jī)作為控制器 ， 使用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)程序 ,設(shè)計(jì)了一款智能家用電熱水器。使用陣型鍵盤(pán)輸入溫度，溫度可以精確到 攝氏度 ，并使用LED 燈顯示，能夠精確提供 用戶所需溫度 的溫水 。采用 DS18B20 采集溫度，使用LED 燈顯示，精確的顯示出采集的水溫。當(dāng)所需溫度高于當(dāng)前采集的水溫時(shí)，使用 MOC3041 芯片觸發(fā)加熱，當(dāng)所需溫度低于當(dāng)前采集的水溫時(shí)，則停止加熱?；緦?shí)現(xiàn)了智能控制功能。 關(guān)鍵詞 ： 單片機(jī)； C 語(yǔ)言； 采集；智能 ；家用電熱水器 1 目 錄 第 1 章 緒論 ................................................................................................................. 1 家用電熱水器的現(xiàn)狀 ............................................................................. 1 TX1C 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板簡(jiǎn)介 ............................................................. 1 第 2 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ................................................................................................. 2 系統(tǒng)硬件的組成部分 ............................................................................. 2 系統(tǒng)硬件各部分的簡(jiǎn)介 ......................................................................... 2 數(shù)碼管顯示 ............................................................................................. 3 數(shù)碼管簡(jiǎn)介 .................................................................................. 3 數(shù) 碼管的實(shí)現(xiàn)方法 ...................................................................... 4 鎖存器與數(shù)碼管顯示方法 .......................................................... 6 鍵盤(pán)輸入設(shè)計(jì) ......................................................................................... 7 鍵盤(pán)輸入方法 .............................................................................. 7 鍵盤(pán)輸入的抖動(dòng)與去抖的方法 .................................................. 8 DS18B20 溫度采集 ................................................................................. 9 DS18B20 技術(shù)性能與應(yīng)用范圍 .................................................. 9 DS18B20 的初始化與讀寫(xiě)操作 ................................................ 10 DS18B20 的指令與格式 ............................................................ 12 DS18B20 寄生電源供電方式 .................................................... 15 DS18B20 改進(jìn)的寄生電源供電方式 ........................................ 16 DS18B20 外部電源供電方式 .................................................... 17 DS18B20 寄生電源供 電方式 .................................................... 18 第 3 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ............................................................................................... 20 鍵盤(pán)輸入的程序 ................................................................................... 20 DS18B20 溫度傳感器設(shè)計(jì) ................................................................... 21 主函數(shù)的分析 ....................................................................................... 25 顯示函數(shù)的分析 ................................................................................... 26 中斷加熱子函數(shù)的分析 ....................................................................... 33 2 第 4 章 功能簡(jiǎn)介與成品圖片 ................................................................................... 35 智能熱水器具的功能 ........................................................................... 35 成品圖片 ............................................................................................... 35 第 5 章 總結(jié)與展望 ..................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 附錄 程序 ................................................................................................................... 37 1 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(xiě)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 我們的生活 電熱水器是一種可供浴室、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(pán)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(pán)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。 3 圖 時(shí)鐘復(fù)位電路 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（ 5 88 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， 4 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L(zhǎng)ED 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 C 0x06 1 0x07 7 0x5e D 0x5b 2 0x7f 8 0x79 E 0x4f 3 0x6f 9 0x71 F 0x66 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