【文章內(nèi)容簡介】 )A / D 轉(zhuǎn)換器的設(shè)計和單片機接口 。 (3)電源按鈕 ,顯示部分的設(shè)計 。 (4)總體設(shè)計 。 太陽能熱水器控制器設(shè)計 4 2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 系統(tǒng)設(shè)計思路 根據(jù)題目要求 ， 本系統(tǒng)可分為 :單片機最小系統(tǒng)模塊、溫度檢測模塊、水位檢測模塊、關(guān)鍵控制模塊 ， 顯示模塊 ,電源模塊 ,報警檢測、數(shù)據(jù)存儲和 A / D 轉(zhuǎn)換等。通過使用單片機控制和水位檢測模塊的模擬信號通過 A / D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)存儲到 LED顯示屏。按鈕使用直接 I / O 端口線電路 組成的一個關(guān)鍵是分離 。顯示模塊選擇使用六個普通陽極 LED 數(shù)碼管距離的實時動態(tài)顯示 ， 報警當缺水或水位太高 ， 返回信號開始工作。 系統(tǒng)的設(shè)計要求 具體的功能 說明 如下 ： (1)使用 220V/ 50HZ 的力量 ； (2)水 位 溫度顯示 ： 溫度與動態(tài)數(shù)碼管顯示溫度范圍 0 99℃ ， 精度 177。2 ℃ ； (3)水位顯示 ： 該系統(tǒng)使用的水位檢測電路可以檢測水位三個 ， 50%， 80%，100%； 使用發(fā)光二極管來顯示當前水平 ， 當水位超過這些網(wǎng)站時 ， 相應(yīng)的發(fā)光二極管 (LED)。 (4)水位設(shè)置 ： 可以設(shè)置水位 50%， 80%， 100%。按 “水”， 此時數(shù)碼管顯示的水 ， 如顯示 50， 解釋是 50%，“ 水位 ” 按鈕的 LED 燈 ， 在 “ 周日下午 ” 或 “ ∨ ”鍵調(diào)整水位設(shè)置。 (5)手動 加 水 ： 在手動操作狀態(tài) ， 可以設(shè)置在前面板上按 “ 加水 ” 操作手動加水后 ， 在任何時候 ， 如果水低于預(yù)設(shè)水平 ， 以及水預(yù)設(shè)水平 ； 如果水達到預(yù)設(shè)水平 ： 原來水的基礎(chǔ)上加上一個 ， 如果已經(jīng)注滿水 ， 然后手動停止加水。 (6)迫使 加 水 ： 水位傳感器系統(tǒng)故障 ,根據(jù) “ 上 水 ” 按鈕完成義務(wù)加水 ， 嗶嗶的聲音將會出現(xiàn)在那一刻 ， 留意是否 溢出。 方案論證 太陽能作為能源利用的一種方式 ， 易于使用的優(yōu)勢 ， 安全、經(jīng)濟、節(jié)能 和環(huán)保 ， 廣泛使用。本設(shè)計主要研究水溫控制系統(tǒng) ， 現(xiàn)有的方案相對比較常用的如下 手動式 ： 首先在使用手動調(diào)整機械閥、熱水和冷水混合比 ， 溫度合適后再使用 ， 但在使用過程中 ， 經(jīng)常把一段時間的寒冷和熱水 ， 混合 ,然后將出現(xiàn)冷熱的現(xiàn) 5 象 ， 造成資源的浪費 ， 和壓力的變化 ， 都需要手動調(diào)整 ， 這樣的操作既復(fù)雜又不方便 ， 也使游泳者的皮膚很不舒服。 加熱 式： 當用于手動調(diào)整太陽能熱水器水箱的水溫 ,出口溫度。當水箱的溫度很低 ， 輔助電加熱方式加熱水所需的溫度 ， 當水箱的溫度過高 ， 或兌冷水或無能為力。在許多情況下 ， 這并不是必要的 ， 造成水資源的浪費。 由控制器和智能類型 ： 選擇合理 設(shè)備 ， 檢查和控制相應(yīng)的檢測和控制 裝置 ,將水溫加熱到所需的溫度和保持它。 太陽能熱水器一般可以自動加熱水溫在陽光明媚的一天 ， 即使在陰天的情況下 ， 太陽能熱水器內(nèi)部熱管將水溫加熱到用戶所需的溫度 ， 保溫時間不長。 總體設(shè)計 依據(jù)該設(shè)計所要實現(xiàn) 的功能，選擇適當?shù)脑骷?適合 的芯片來設(shè)計系統(tǒng)，了 解各器件的原理和功能。太陽能熱水器控制器設(shè)計，就要有溫度采集器件， 按照相關(guān)參數(shù)范疇 選 用 了 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器，采集到的數(shù)據(jù)為數(shù)字量，能夠 直接送入單片機 系統(tǒng)解決 ，電路簡 略 ，數(shù)字溫度傳感器 比模擬溫度傳感器測量結(jié)果 準 確。 想 要顯示水位量就要 采用 水 位檢測傳感器，這個信號就要由傳感器來檢測，這里的水位檢測傳感器選用 模擬 量的傳感器，模擬量不能直接進入單片機轉(zhuǎn)化，要變?yōu)槎M制的數(shù)字量才能送進 單片機進行處理，這就 需 要進行 A/D 轉(zhuǎn)換，把采集到的水位信號轉(zhuǎn)換成為數(shù)字量。 A/D 轉(zhuǎn)換的器件選 型 為 ADC0809 轉(zhuǎn)換芯片，電路簡單、方便。 方案選擇實現(xiàn) 通過對太陽能熱水器控制要求、設(shè)計任務(wù)和系統(tǒng)需要實現(xiàn)的功能，綜合成本等各因素考慮設(shè)計出如下的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示，系統(tǒng)硬件原理圖見附錄A。 圖 系統(tǒng)框圖 太陽能熱水器控制器設(shè)計 6 控制系統(tǒng)采用 AT89C51 單片機作為核心控制器 ,通過當前溫度 DS18B20 溫度傳感器 ， 單片機的解決方案后 ， 在 LED 顯示屏顯示當前溫度價值。另一種方法是水箱水位高、低水位檢測傳感器的測量 ， 并通過光根據(jù)水位變化 ， 系統(tǒng)工作時 ，單片機相比 ,在設(shè)定溫度與當前溫度擬合 ： 當當前的溫度小于設(shè)置值將被關(guān)閉繼電器開關(guān) ， 打開加熱器部分 ， 自動控制的水 ， 當水位低于低水文件將自動關(guān)閉設(shè)備的繼電器開關(guān) ， 開始水設(shè)備。水位達到高水位阻塞會自動斷開開關(guān) ， 停止 加 水。 7 3 硬件電路設(shè)計 熱水 器的水控制系統(tǒng)硬件電路主要包括幾個方面 ： 單片機最小系統(tǒng)、電源電路、 溫度檢測電路、水位檢測電路、顯示電路、控制電路和 A / D 轉(zhuǎn)換電路等。 單片機 的選擇 AT89C51 單片機 AT89C51 單片機是 ATMEL 公司生產(chǎn)的一款運行電壓低，工作性能很高的 CMOS 8 位單片機。芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)造中還含有一個 8KB 的可以進行成百上千次反復(fù)編寫程序或者是刪除程序的 PEROM。不但如此單片機內(nèi)部還包含有一個 256B 的片內(nèi) RAM。 AT89C51 單片機的生產(chǎn)技術(shù)使用的是 ATMEL 公司的較為成熟的技術(shù)。使用 ATMEL 公司技術(shù)生產(chǎn)出來的單片機的精度都很高，而且它的存儲也很方便快捷。 AT89C51 的主要性能參數(shù)： (1） AT89C51 與 MCS51 系列單片機的編程指令代碼以及管腳的各個功能都是一樣的。 (2)內(nèi)部還有可以對字節(jié)（ KB）進行很多次的編寫或者是刪除的高速存儲器（ FLASH存儲器）。 (3） 對于程序的編寫或是刪除的次數(shù)可以達到上千次。 (4） 全靜態(tài)邏輯操作：零赫茲（ HZ）～二十四兆赫茲 (MHZ)的多級對所編寫程序保護、保密的存儲。 (5） 由于內(nèi)部特殊的構(gòu)造為程序員提供了一個 256*8KB 的內(nèi)部隨機存儲單元 （ RAM）以及三十二個可以對端口編寫程序的 I/0 口。 (6）三個十六位的定時器／計數(shù)器（ T0、 T T2）。 (7）八個中斷地址區(qū)。 (8） AT89C51 的異步串行通道還可以對其進行程序的編寫。 (9） 運行時對于電流電壓的消耗非常的低。 AT89C51 提供以下標準功能： AT89C51 可下降到零赫茲的全靜態(tài)邏輯操作。當整個在不工作的情況下單片機就會停止工作，雖然單片機已經(jīng)停止工作了，但是它內(nèi)部的存儲區(qū)間、定時（計數(shù)器）以及處于通信的端口和中斷任然是在工作狀態(tài)的。當單片機的系統(tǒng)在正常工時由于各種各樣的原因突然 斷電時它內(nèi)部的 RAM中的程序或者是其他數(shù)據(jù)并不會因為突然間的失電而變得一無所有，他會保存的很完整。當外部晶體振蕩電路不發(fā)生震蕩時并且整個系統(tǒng)中的太陽能熱水器控制器設(shè)計 8 其他電路元部件也一樣不工作時單片機的工作會一直進行到下一個硬件電路中的復(fù)位點為止才會停止工作的。 中斷系統(tǒng)：中斷系統(tǒng)的作用主要是對外部或內(nèi)部的終端請求進行管理與處理。 AT89C51 有 6 個 中斷源 ：兩個是受外部影響 的中斷 INT0 和 INT1。另外的三個中斷受內(nèi)部定時器（ 定時器 0、 2）控制以及一個串行的中斷。單片機的這些中斷的任何一個中斷源頭都受特殊 寄存器 IE 或者置位 按鍵控制，即可以使這些中斷源是不是有效。當任一一個中斷源有效時這個中斷被允許，無效時這個中斷源不被允許中斷。特別的 IE中還有總的控制位就相當于一個總開關(guān)，這個總開關(guān)控制所有的中斷。 IE 寄存器的第 7 位是不可以使用的。在 AT89C51 中 IE 寄存器第 6 位也是不可以使用的。所以通常程序員在編寫程序是不可以給這些位寫入“ 1”。 三個定時器中的第三個定時器的觸發(fā)通常是由寄存器 TF2 和 EXF2 經(jīng)過一個或門來使得第三個定時器觸發(fā)。當單片機在運行程序的過程中進入中斷命令后，這些代表位置能有外部的按鍵來 清“ 0”。在實際應(yīng)用中，允許 中斷的命令程序 需要確定是不是 TF2或者 EXF2 把中斷激活的。 TF0 和 TF1 分別是第一個 定時器 和第二個定時器的標志位。在當計數(shù)器計數(shù)多出來的那一個周期的 S5P2 被置位。 表 中斷允許 控制寄存器 （ IE） （ MSB）（ LSB） 中斷允許控制位 =1，允許中斷 ； 中斷允許控制位 =0，禁止中斷 AT89C51 單片機的介紹 AT89C51 單片機的基本結(jié)構(gòu)如圖所示 表 9 由 ， 89C51 單片機主要由以下部分組成： （ 1） CPU 系統(tǒng) 8位 CPU 和閃爍存儲器；時鐘電路；總線控制邏輯。 （ 2）存儲器系統(tǒng) 4KB 的程序存儲器（ ROM/EPROM/Flash）； 128KB 數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）。 （ 3） I/O 口和其他動能單元 4 個并行 I/O 口； 2 個 16 位定時 /計數(shù)器； ,2 個全雙工串行通信口；中斷系統(tǒng)（ 5 個中斷源 AT89C51 單片機的引腳 [8] AT89C51 單片機的引腳功能如下所示： VCC： +5V 的電源電壓端口引腳。 GND: +5V 的電源電壓的負極端口引腳，也就是一般所說的接地端口。 P0 口： (～ )單片機的 P0 口總共有八位，是一個八位的漏極開路型的端口，這八位端口不但可以作為輸入端口，也可以作為輸出端口。也就是說這八位數(shù)據(jù)端口是雙向的 。一般的這八位數(shù)據(jù)端口還可以作為地址 /數(shù)據(jù)總線的復(fù)用端口。 P1 口： (～ ) 單片機的 P1口總共有八位，是一個八位的漏極開路型的端口，這八位端口不但可以作為輸入端口，也可以作為輸出端口。 P1口和 P0口不一樣的地方就是在 P1口所對應(yīng)的單片機內(nèi)部中還有相應(yīng)的一組使得電平信號為高電平的上拉電阻。單片機內(nèi)部和 P1口對應(yīng)的還有四個 TTL類型的邏輯門電路是由單片機的 P1口的輸出驅(qū)動。 P2 口：（ ～ ）片機的 P2 口總共有八位。是一個八位的漏極開路型的端口，這八位端口不但可以作為輸入端口，也可以 作為輸出端口。 P2口和 P0口不一樣的地方就是在 P1口所對應(yīng)的單片機內(nèi)部中還有相應(yīng)的一組使得電平信號為高電平的上拉電阻。太陽能熱水器控制器設(shè)計 10 單片機內(nèi)部和 P2口對應(yīng)的還有四個 TTL類型的邏輯門電路是由單片機的 P2口的輸出驅(qū)動。也就是說 P2 端口和 P1 端口的功能幾乎是一樣的。 P3 口：（ ～ ）單片機的 P3 口和其他三個口都不一樣。 P3是具有兩種功能的端口，如果把 P3 口當做和其他 I/O 端口一樣使用時，它其功能與 P1端口同。但常用其第二功能， ～ 每個端口都有 4個 TTL邏輯門電路供它驅(qū)動。 P1 口 引腳 號第二功能： T2（定時器 /計數(shù)器 T2 的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出 T2EX（定時器 /計數(shù)器 T2 的捕捉 /重載觸發(fā)信號和方向控制） MOSI（在 系統(tǒng)編程 用） MISO（在系統(tǒng)編程用） SCK（在系統(tǒng)編程用） P3 口端口 引腳 第二功能： RXD(串行輸入口 ) TXD(串行輸出口 ) INTO(外中斷 0) INT1(外中斷 1) TO(定時 /計數(shù)器 0) T1(定時 /計數(shù)器 1) WR(外部數(shù)據(jù) 存儲器 寫選通 ) RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 ) 此外， P3 口還接收一些用于 FLASH 閃存 編程和程序校驗 的 控制信號 。 圖 AT89C51 的引腳排列 11 AT89C51 單片機的最小系統(tǒng)介紹 最小系統(tǒng)指能滿足要求的最小配置系統(tǒng)。由于 MCS51 系列單片機內(nèi)部沒有集成時鐘電路所需的晶體振蕩器和復(fù)位電路，因此最小系統(tǒng)必須外接這些部件。這幾種芯片都有片內(nèi) 4KB 程序存儲器， 8051 內(nèi)部為 ROM，如果系統(tǒng)處理的工作不太復(fù)雜，程序加數(shù)據(jù)不超過 4KB，那么這個芯片只要外接晶 體振蕩器和復(fù)位電路就可以構(gòu)成最小系統(tǒng)，其主要特征包括有 4KB 內(nèi)部程序存儲器 (地址是 0000H～ 0FFFH)，引腳要接高電平；有128B 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器 (地址是 00H～ 7FH)；因為沒有用到外部程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，所以 P0～ P3 口可以全部作為 I/O 接口。 單片機最小系統(tǒng)由晶振電路和復(fù)位電路構(gòu)成，最小系統(tǒng)電路如圖 所示。 圖 單片機最小系統(tǒng) AT89C51 單片機的時鐘電路 單片機 AT89C52 的第 18 和第 19 管腳為其外部硬件晶振電路的接口，它的管腳名稱分別是 XTAL1 以及 XTAL2。它所相應(yīng)的單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)是一個反向的放大電路的信號流入端 /信號流出端，它可以接收頻率的范圍很廣泛具體的是 ~12MHz。第 19 管腳也就是所謂的 XTAL2 和他相對應(yīng)的單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)又是帶時間規(guī)律的高低電平信號的流入端。當這個內(nèi)部反相器和外部的元件電路構(gòu)建成如圖 310 所示的 Pierce 振蕩器。如果圖