【文章內(nèi)容簡介】 方案一：采用矩陣式鍵盤，其優(yōu)點是可以按鍵多，適合于要求使用多按鍵的場合，如計算器，電子密碼鎖等。缺點是占用較多的 I/O 口，軟件編程復(fù)雜，鍵盤掃描時間較長。 方案二：采用獨立式按鍵，其優(yōu)點是響應(yīng)速度快，接口簡單，易于編程，使用方便 。 本設(shè)計需要按鍵不多，故通過上述兩個方案的比較，本設(shè)計采用方案二，使用獨立式按鍵。 共設(shè)置四個按鍵，第一個按鍵為復(fù)位鍵，第二個按鍵為設(shè)置鍵，第三個按鍵為加一鍵。第四個按鍵為減一鍵。當(dāng) P13 口為低電平時，則鍵 K1 按下，為高電平時，表示無鍵按下。同理，當(dāng) P14 口為低電平時，則鍵 K2 按下，為高電平時，表示無鍵按下。當(dāng) P15 口為低電平時，則鍵 K3 按下，為高電平時，表示無鍵按下。當(dāng) P16 口為低電平時，則鍵 K4 按下，為高電平時，表示無鍵按下。鍵盤連接如圖 26： 學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 11 圖 26 鍵盤連接 顯示電路 方案一： LCD1602 液晶顯示，具有字符發(fā)生器 ROM 可顯示 192 種字符，具有64 個字節(jié)的自定義字符 RAM，但是不能顯示漢字，只能顯示 ASCII 碼且只能顯示顯示兩行。 方案二： 12864 是 128*64 點陣 液晶模塊的點陣數(shù)簡稱，其是一種具有內(nèi)部含國際一級、二級簡體中文字庫的顯示模塊，分辨率為 128*64，內(nèi)置 8192個 16*16點漢字和 128個 16*8 點 ASCII字符集。利用該模塊靈活的接口 方式和簡單、方便的操作指令，可顯示 8*4 行 16*16 點陣的漢字，也可顯示圖形。低電壓低功耗是其又一顯著特點。 方案三：數(shù)碼管顯示，數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，其驅(qū)動方式分別為靜態(tài)驅(qū)動和動態(tài)驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動編程簡單，顯示亮度高，但占用的 I/O端口多，在實際應(yīng)用時必須增加譯碼器，是硬件電路更復(fù)雜。針對數(shù)碼管，其顯示單調(diào)且不具備數(shù)據(jù)的直觀性。 比較上面三種方案，本系統(tǒng)采用 LCD1602 進行顯示。 表 22 LCD1602 主要技術(shù)參數(shù) 顯示容量 16*2個字符 芯片工作電壓 — 工作電流 () 模塊最佳工作電壓 字符尺寸 *（ WXH） mm 學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 12 表 23 LCD160 接口信號說明 編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 Data I/O 2 VDD 電源正級 10 D3 Data I/O 3 VL 液晶顯示偏壓信號 11 D4 Data I/O 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇端 12 D5 Data I/O 5 R/W 讀 /寫選擇端 13 D6 Data I/O 6 E 使能信號 14 D7 Data I/O 7 D0 Data I/O 15 BLA 背光級正極 8 D1 Data I/O 16 BLK 背光級負(fù)極 LCD1602 結(jié)構(gòu)如圖 27 所示，由圖可知， LCD1602 的 8 個輸入端 DB0DB7口與單片機的 8 個 P0 口相連。 P10 口接 R/S（數(shù)據(jù) /命令選擇端）， P11 口接 R/W（讀/寫選擇端）， P12 口接 E（使能信號）。 圖 27 LCD1602 液晶顯示 溫度檢測電路的設(shè)計 由于 DS18B20 只有一個串行接口，與單片機與單片機的連接電路和很簡單，只需與單片機的一個 I/O端口連接即可。其連 接圖如圖 7所示， DS18B20 的 I/O屬學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 13 于漏極開路輸出，外接上拉電阻后常態(tài)下成高電平。該器件內(nèi)含有寄生電源，其供電方式可以選擇寄生電源方式，也可以選擇外部電源。為方便起見，采用寄生電源供電。且最大特點就是不需要 A/D轉(zhuǎn)換電路，使硬件電路變得簡單。溫度檢測電路如下圖 28： 圖 28 溫度檢測電路 報警電路設(shè)計 在微型計算機控制系統(tǒng)中，為了安全生產(chǎn)，對于一些重要的參數(shù)或系統(tǒng)部位，都設(shè)有緊急狀態(tài)報警系統(tǒng)，一邊提醒操作人員注意，或采取緊急措施。其方法就是把計算機采集的數(shù)據(jù)記過計算機進行數(shù)據(jù)處理、數(shù)字濾 波，標(biāo)度變換以后，與該參數(shù)上下限給定值進行比較，如果高于上限值（或低于下限值）則進行報警。否則就作為正常的采樣值進行顯示和控制。 本設(shè)計采用蜂鳴報警電路。蜂鳴報警接口電路的設(shè)計只需購買市售的壓電式蜂鳴器， 然后通過 STC89C52的 1根線經(jīng)驅(qū)動器蜂鳴音發(fā)聲。如圖 29所示，當(dāng)輸出為“ 0”時，晶體管導(dǎo)通，壓電蜂鳴器兩端獲得 +5V電壓而鳴叫；當(dāng)輸出高電平為“ 1”時，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。 圖 29 報警電路 學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 14 單片機與 PC機的通信接口 利用 STC89C51單片機的標(biāo)準(zhǔn)串行接口，通過簡單的外圍接 口電路，可以方便的實現(xiàn)單片機與 PC機之間的數(shù)據(jù)通信。在設(shè)計硬件接口電路時，應(yīng)充分考慮到電路的電氣特性、邏輯電平以及驅(qū)動能力的匹配問題，若匹配得不好，將會導(dǎo)致通信失敗。 串行通信接口標(biāo)準(zhǔn) RS232C Pc機上均帶有標(biāo)準(zhǔn)的 RS一 232C接口。 Rs一 232C是由 EIA(美國電子工業(yè)協(xié)會 )于1969年正式公布的、在異步串行通信中應(yīng)用最為廣泛的標(biāo)準(zhǔn)總線接口，適合于短距離通信或帶調(diào)制解調(diào)器的通信應(yīng)用場合。采用 RS一 232C標(biāo)準(zhǔn)進行數(shù)據(jù)傳輸時，最大傳輸速率為 20k bit／ s，最大距離為 15 m。它們之間具 有相關(guān)性，適當(dāng)降低傳輸速率就可加大傳輸距離，反之，適當(dāng)減少傳輸距離就可提高傳輸速率。 RS232C與 TTL邏輯電平的轉(zhuǎn)換 由于 Pc機串行口使用的是 RS一 232C 邏輯電平，而 AT89C51單片機串行口的輸入輸出均為 ITL 電平，因此當(dāng) Pc機與單片機通信時必須進行電平轉(zhuǎn)換。本文使用雙向電平轉(zhuǎn)換集成芯片。此方法的優(yōu)點是：只需單一 +5 V電源供電，可靠性高，無需增加程序設(shè)計的復(fù)雜性。 如前所述，本文采用 MAX232作為 PC機與單片機的串行通信接口芯片。硬件連接時，可從 MAX232中的 2路發(fā)送器和接收器中 任選一路，只要注意發(fā)送與接收的引 腳對應(yīng)關(guān)系即可。接口電路如圖 210所示。 圖 210 通訊接線圖 學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 15 電源電路的設(shè)計 電源電路的設(shè)計： 方案一：采用干電池進行供電，優(yōu)點是無需進行電路設(shè)計，適合在沒有電的情況系使用，缺點是本設(shè)計需要用到的為 5V 電壓，而干電池每節(jié) ，采用 電壓可能會使系統(tǒng)運行不穩(wěn)定。 方案二：采用 USB 供電，優(yōu)點是電路簡單，使用方便。缺點是供電電壓有時不穩(wěn)定，對系統(tǒng)運行造成影響。 方案三：采用直流 12V 電壓 ,經(jīng)過穩(wěn)壓電路后，得到穩(wěn)定的 +5V 電壓。 通過三個方案的比較，本 設(shè)計采用方案三。 原理圖如圖 211 所示，由圖可知，通過變壓器和整流橋，然后在經(jīng)過穩(wěn)壓電路成為輸出為 +5V 的直流電。 圖 211 電源系統(tǒng)連接圖 模式選擇電路的設(shè)計 本文中采用四個發(fā)光二級管串接四個電阻組成模式選擇電路。來顯示系統(tǒng)工作的狀態(tài)：加熱、保溫、低功率或復(fù)位這四個不同的狀態(tài)。電路如圖 212所示。當(dāng) P2 P2 P25 或 P26口為“ 1”時，發(fā)光二級管導(dǎo)通，此時顯示控制器的工作狀態(tài)是加熱、保溫、低功率還是不工作。 學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 16 圖 212 模式選擇電路 加熱控制電路的設(shè)計 本文采用繼 電器控制的小電流電路，用來控制加熱電路，用以改變電路的電流以及功率，從而實現(xiàn)電路的低功率加熱、保溫、速效加熱等。設(shè)計電路如圖 213所示。①當(dāng) P2 P22均為“ 0”時，加熱棒 D D9工作，此時可實現(xiàn)速熱的功能。② P21為“ 0”， P22 為“ 1”時，加熱棒 D8 工作， D9不工作，工作狀態(tài)為一根加熱棒加熱。③ P21為“ 1”， P22為“ 0”時，加熱棒 D8工作， D9不工作，工作狀態(tài)為一根加熱棒加熱。④ P2 P22均為“ 1”時，加熱棒 D8和 D9均不工作。 圖 213 加熱控制電路 學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 17 3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 基于 單片機的家用電熱水器的設(shè)計主要包括主程序、顯示掃描、按鍵掃描子程序、加熱控制子程序和溫度檢測子程序。要想實現(xiàn)預(yù)設(shè)計的功能軟件的設(shè)計至關(guān)重要，應(yīng)認(rèn)真考慮。 設(shè)計思想 根據(jù)實際需要，單片機軟程序有若干模塊組成：初始化模塊、 LCD顯示模塊、時鐘模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊。其中有些模塊還包括子模塊，使用時，下一級模塊被高一級模塊調(diào)用，各部分既相互獨立又相互聯(lián)系。 程序設(shè)計及流程圖 初始化模塊 程序初始化如圖 31所示。系統(tǒng)開始運行后進行各子程序的初始化這部分實現(xiàn)的功能包括各種 I/O口輸入輸出狀態(tài)的設(shè)定、寄存器的初始化、中斷使能等。 開 始初 始 化開 中 斷顯 示鍵 盤溫 度 采 集加 熱 控 制 31 程序初始化流程圖 學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 18 溫度采集模塊 DS18B20是數(shù)字型溫度傳感器，單片機可直接采集其數(shù)據(jù)，經(jīng)過特定程序的處理即可應(yīng)用。 溫度采集模塊如圖 32所示。 開 始初 始 化 D S 1 8 B 2 0發(fā) R O M 命 令 （ 為 O C C H ）發(fā) 溫 度 轉(zhuǎn) 換 指 令 （ 4 4 H ）轉(zhuǎn) 換 完 成 （ D Q = 1 ）讀 取 轉(zhuǎn) 換 后 的 低 字 節(jié) 并 保 存讀 取 轉(zhuǎn) 換 后 的 高 字 節(jié) 并 保 存溫 度 處 理退 出轉(zhuǎn) 換 完 成 （ D Q = 1 ）YN 圖 32 溫度采集模塊 控制按鍵設(shè)計子程序流程圖 學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 19 按鍵設(shè)置一共有四個按鍵，功能分別為：復(fù)位鍵、設(shè)置鍵、加一鍵、減一按鍵。按鍵處理子程序流程圖如圖 33所所示。 Y開 始按 鍵 掃 描是 否 有 鍵 按 下延 時 1 0 m s 去抖 動調(diào) 用 鍵 盤 處理 子 程 序退 出NNY提 取 鍵 值按 鍵 是 否 有 變 化 33 按鍵處理子程序流程圖 加熱控制模塊設(shè)計子程序流程圖 本設(shè)計利用連個繼電器控制加熱模塊的通斷，加熱控制模塊設(shè)計子程序流程圖如圖 34所示。 學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 20 保 溫 標(biāo) 志 位 = 1斷 開 兩 個 加熱 棒斷 開 一 個 加熱 棒閉 合 一 個 加熱 棒閉 合 兩 個 加熱 棒溫 度 設(shè) 置 值 下 限溫 度 設(shè) 置 值 上 限保 溫 標(biāo) 志 位= 1開 始結(jié) 束溫 度 設(shè) 置 值 上 限YNNNNYYY 34 加熱控制模塊設(shè)計子程序流程圖 學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 21 4 調(diào)試部分 整個溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計包括軟件設(shè)計。這一章的主要內(nèi)容是將軟件設(shè)計部分通過 proteus軟件進行仿真，將系統(tǒng)的設(shè)計功能通過仿真模擬體現(xiàn)出直觀的效果。 proteus 簡介 Proteus 軟件 是英國 Lab center electronics 公司出版的 EDA 工具軟件 。它不僅具有其它 EDA 工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。 Proteus 是世界上著名的 EDA 工具 (仿真軟件 )，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到 PCB 設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、 PCB 設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺。在編譯方面，它也支持 IAR、 Keil 和 MPLAB 等多種 編譯器 。 在此次畢業(yè)設(shè)計中，利用仿 真軟件 proteus 來進行再一次的繪圖和仿真。 軟件功能特點 1）實現(xiàn)了單片機仿真和 SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、 RS232動態(tài)仿真、 I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和 LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。 2）支持主流單片機系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機類型有： 68000 系列、 8051系列、 AVR 系列、 PIC12 系列、 PIC16 系列、 PIC18 系列、 Z80 系列、 HC11 系列以及各種外圍芯片。 3）提 供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點等調(diào)試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如 Keil C51 uVision2等軟件。 4）具有強大的原理圖繪制功能。總之，該軟件是一款集單片機和 SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強大。本章介紹 Proteus ISIS軟件的工作環(huán)境和一些基本操作。 仿真結(jié)果 學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 22 打開已經(jīng)設(shè)計好的電路圖文件，運行仿真。首先，液晶屏顯示的設(shè)定水溫 (設(shè)置一個最高溫和一個最低 水溫 )。如仿真圖圖 41 和 4