【正文】 1 前 言 溫度控制是無論是在工業(yè)生產(chǎn)過程中，還是在日常生活中都起著非常重要的作用，過低的溫度或過高的溫度都會(huì)使水資源失去應(yīng)有的作用，從而造成水資源的巨大浪費(fèi)。特別是在當(dāng)前全球水資源極度缺乏的情況下，我們更應(yīng)該掌握好對(duì)水溫的控制，把身邊的水資源好好地利用起來。 本次設(shè)計(jì)為一個(gè)基于單片機(jī)的飲水機(jī)的溫度控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)檢測(cè)飲水機(jī)水箱的水溫，并且可以通過數(shù)碼管顯示飲水機(jī)水箱水溫度數(shù)，可以通過鍵盤或開關(guān)選擇制冷或加熱，可以人為設(shè)置水的溫度的上下限，如加熱，當(dāng)溫度在設(shè)定的范圍內(nèi)時(shí)正常工作，當(dāng)?shù)?于水溫下限時(shí)控制加熱器加熱；如制冷，當(dāng)溫度高于水溫上限時(shí)控制壓縮機(jī)制冷，溫度檢測(cè)范圍 0~95℃，精度 177。 1℃，當(dāng)溫度超過設(shè)定值時(shí)具有示警功能。 2 第 1章 電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖 所示，由主控器 AT89C5時(shí)鐘電路和復(fù)位電路三部分組成。單片機(jī) AT89C51 作為核心控制器控制著整個(gè)系統(tǒng)的工作，而時(shí)鐘電路負(fù)責(zé)產(chǎn)生單片機(jī)工作所必需的時(shí)鐘信號(hào)，復(fù)位電路使得單片機(jī)能夠正常、有序、穩(wěn)定地工作。 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單 片機(jī)選擇 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃存可編程可擦除 只 讀 存 儲(chǔ) 器（ FPEROM— Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電 3 壓、高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱 單片機(jī) 。 AT89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 1000 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工 業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL的 AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051 是它的一種精簡(jiǎn)版本。 AT89C 單片機(jī)為很多 嵌入式控制系統(tǒng) 提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 其管腳圖如圖 所示。 圖 AT89C51 管腳圖 AT89C51 的管腳說明： VCC：供電電壓。 本設(shè)計(jì)供電 電壓為 +5V。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏 極 開路雙向 I/O 口，每 個(gè)管 腳可吸收 8 個(gè) 4 TTL 門電流。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 “ 1” 時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0 口能夠 作為 外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的 低 八位。在 Flash編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) Flash 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí)P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4 個(gè) TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 “ 1” 后，被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入， P1 口被外 部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為 低 八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個(gè) 帶 內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “ 1” 時(shí)，其管腳被上拉電阻拉高，且作為輸入。 P2 口的管腳被外部 下 拉 為 低 電平時(shí) ，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故 。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “ 1” 時(shí)，它利用內(nèi)部上拉 電阻 ，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口 輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 Flash 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4個(gè) TTL 門電流。當(dāng) P3 口寫入 “ 1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流 ， 這是由于上拉的緣故 。 RST：復(fù)位輸入 端 。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存于鎖存地址的 低 位字節(jié)。在 FLASH編程期間， 該 引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)， ALE 端 口 以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的 5 脈沖或用于定時(shí)目的。然而 ， 要注意的是：每當(dāng) 其 用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出 ， 可 將 SFR8EH 地址置 0。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令 時(shí) ALE 才起作用。 PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指 令 期間，每個(gè)機(jī)器周 期 /PSEN 兩次有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA： /EA 功能為內(nèi)外程序存儲(chǔ)器選擇控制端。 當(dāng) /EA 保持低電 平時(shí)，單片機(jī)訪問 外部程序存儲(chǔ)器。 當(dāng) /EA 端保持高電平時(shí)， 單片機(jī)訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器 。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入 端 。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出 端 。 鑒于 AT89C51 單片機(jī)所具有的特性及本設(shè)計(jì)控制的復(fù)雜性和兼顧顯示、報(bào)警、鍵盤控制等較高要求，本設(shè)計(jì)選用 AT89C51 單片機(jī)作為中心控制器。 時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生 AT89C51 單片機(jī)工作時(shí)所必需的時(shí)鐘信號(hào)。其電路與 AT89C51 的連接如圖 所示。 AT89C51 單片機(jī)本身就是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證 同步工作方式的實(shí)現(xiàn)， AT89C51 單片機(jī)應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下，嚴(yán)格按時(shí)序執(zhí)行指令進(jìn)行工作，而時(shí)序所研究的是指令執(zhí)行中各個(gè)信號(hào)的關(guān)系。在執(zhí)行指令時(shí)， CPU 首先要到指令存儲(chǔ)器中取出需要執(zhí)行的指令操作碼，然后譯碼，并由時(shí)序電路產(chǎn)生一系列控制信號(hào)去完成指令所規(guī)定的操作。 CPU 發(fā)出的時(shí)序信號(hào)有兩種，一是用于片內(nèi)對(duì)各個(gè)功能部件的控制。另一種是對(duì)片外存儲(chǔ)器或 I/O 口的控制，這種時(shí)序?qū)τ诜治?、設(shè)計(jì)硬件接口電路至關(guān)重要。這也是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)者最關(guān)心的問題。 時(shí)鐘是單片機(jī)的心臟，單片機(jī)各個(gè)功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘頻率為基 6 準(zhǔn) ，有條不紊地工作。因此，時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 AT89C51 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反相放大器的輸入端為芯片引腳 X1，輸出引腳 X2。這兩個(gè)引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。 雖然 AT89C51 有內(nèi)部振蕩電路，但要形成時(shí)鐘，必須外接元件。外接晶體以及 X1 和 X2 構(gòu)成并聯(lián)諧振電路。電容的大小會(huì)影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。除使用晶體振蕩器外，如對(duì)時(shí)鐘頻率要求不高， 還可以用陶瓷振蕩器來代替。電路中的電容容值通常選擇為 30PF 左右，本電路選擇的是 20PF，這并不影響系統(tǒng)的工作和控制的結(jié)果。晶體的振蕩的頻率的范圍通常是在 到 12MHＺ 之間。晶體的頻率越高，則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率就越高，單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。但反過來運(yùn)行速度越快對(duì)存儲(chǔ)器的速度要求就越高，對(duì)印刷電路板的工藝要求也高。 AT89C51 單片機(jī)常選擇振蕩頻率 6MHＺ 或 12MHＺ 的石英晶體，隨著集成電路制造工藝技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)的時(shí)鐘頻率也在逐步提高，現(xiàn)在的高速單片機(jī)芯片的時(shí)鐘頻率已經(jīng)達(dá)到 40MHＺ ?？紤]到本設(shè) 計(jì)所用的各種器件對(duì)時(shí)鐘頻率的要求及整體電路的簡(jiǎn)潔性，本設(shè)計(jì)選用的是振蕩頻率為 6MHＺ 的石英晶體。 復(fù)位電路 AT89C51 的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。 單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì)的好壞，直接影響到整個(gè)系統(tǒng)工作的可靠性。許多用戶在設(shè)計(jì)完單片機(jī)系統(tǒng)，并在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試成功后，在現(xiàn)場(chǎng)卻出現(xiàn)了 “ 死機(jī) ” 、 “ 程序走飛 ” 等現(xiàn)象，這主要是單片機(jī)的復(fù)位電路設(shè)計(jì)不可靠引起的。 因此選用一個(gè)適合本系統(tǒng)的復(fù)位電路極其重要。 7 常用的復(fù)位電路有四種方式：（ 1）上電復(fù)位電路（ 2）按鍵復(fù)位電路（ 3）脈沖復(fù)位電路（ 4）兼有上電復(fù)位與按鍵復(fù) 位的電路。 由于考慮到結(jié)構(gòu)和成本等原因，在很多設(shè)計(jì)里面，復(fù)位電路通常采用上電復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種。根據(jù)本系統(tǒng)的特性，決定選用最簡(jiǎn)單的上電復(fù)位電路。 上電復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的。只要 Vcc的上升時(shí)間不超過 10ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。當(dāng)時(shí)鐘頻率選用 6MHＺ ，電容 C選用 22?F，電阻 R選用 1K?。 該復(fù)位電路工