【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 片機(jī)連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器是把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通常的模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將一個(gè)輸入電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為一個(gè)輸出的數(shù)字信號(hào)。本畢業(yè)設(shè)計(jì)采用的轉(zhuǎn)換器為ADC0809。ADC0809由一個(gè)8路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。IN0－IN7為8條模擬量輸入通道，ADC0809對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是0－5V，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。 數(shù)字量輸出及控制線：11條ST為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。當(dāng)ST上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST應(yīng)保持低電平。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng)EOC為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE＝1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE＝0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7－D0為數(shù)字量輸出線。 CLK為時(shí)鐘輸入信號(hào)線。因ADC0809的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZ，VREF（＋），VREF（－）為參考電壓輸入。地址輸入和控制線：4條ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A，B和C為地址輸入線，用于選通IN0－IN7上的一路模擬量輸入。：CBA選擇的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7ADC0809應(yīng)用說明：1) ADC0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與AT89S51單片機(jī)直接相連2) 初始化時(shí)，使ST和OE信號(hào)全為低電平3) 送要轉(zhuǎn)換的那一通道的地址到A，B，C端口上4) 在ST端給出一個(gè)至少有100ns寬的正脈沖信號(hào)5) 是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)EOC信號(hào)來判斷6) 當(dāng)EOC變?yōu)楦唠娖?，這時(shí)給OE為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了： ADC0809與單片機(jī)連接1. 水位檢測(cè)電路水位檢測(cè)為三個(gè)并聯(lián)的不同阻值的電阻，電路的電極電流較小(幾個(gè)微安)，電腐蝕小，適用水電阻變化范圍大(幾K一100K歐)。某電阻所在水位未到達(dá)，電阻截止；水位到達(dá)，電阻導(dǎo)通，組成并聯(lián)電路。將不同阻值所分得的電壓經(jīng)PTB1轉(zhuǎn)換后，可判斷出水位信息（高、中、低、干燒）。：2. 水溫檢測(cè)電路DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有3引腳TO－92小體積封裝形式；溫度測(cè)量范圍為－55℃～＋125℃,可編程為9位～12位A/D轉(zhuǎn)換精度，℃，被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出，支持3V～，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便；其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)到3根或2根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。以上特點(diǎn)使DS18B20非常適用于遠(yuǎn)距離多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)。分辨率設(shè)定，及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在EEPROM中，掉電后依然保存。： DS18B20與單片機(jī)連接1) 2腳DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端2) 1腳GND為電源地3) 3腳VDD為外接供電電源輸入端本畢業(yè)設(shè)計(jì)顯示電路采用六位共陽(yáng)極LED數(shù)碼管來顯示測(cè)量得到的溫度值和水位值。LED數(shù)碼管能在低電壓下工作，而且體積小、重量輕、使用壽命長(zhǎng)，因此本文選用此數(shù)碼管作為顯示器件。一個(gè)LED數(shù)碼管只能顯示一位的字符，如果字符位數(shù)不止一位，可以用幾個(gè)數(shù)碼管組成，但要控制多位的顯示電路需要有字段控制和字位控制，字段控制是指控制所要顯示的字符是什么，控制電路應(yīng)將字符的七段碼通過輸出口連接到LED的a～g引腳，是某些段點(diǎn)亮，某些段處于熄滅狀態(tài)。字位控制是指控制在多位顯示器中，哪幾位發(fā)光或那幾位不發(fā)光，字位控制則需要通過字位碼作用于LED數(shù)碼管的公共引腳，是某一位或某幾位的數(shù)碼管可以發(fā)光。數(shù)碼管顯示電路分為動(dòng)態(tài)顯示和靜態(tài)顯示。 靜態(tài)顯示方式是指每一個(gè)數(shù)碼管的字段控制是獨(dú)立的，每一個(gè)數(shù)碼管都需要配置一個(gè)8位輸出口來輸出該字位的七段碼。因此需要顯示多位時(shí)需要多個(gè)輸出口，通常片內(nèi)并口不夠用，需要在片外擴(kuò)展。動(dòng)態(tài)顯示又稱為掃描顯示方式，這樣在某一時(shí)刻某一位數(shù)碼管就會(huì)被點(diǎn)亮，并顯示出相應(yīng)的字符。下一時(shí)刻改變所顯示的字位和字段碼，點(diǎn)亮另一個(gè)數(shù)碼管，顯示另一個(gè)字符。最后一次掃描輪流點(diǎn)亮其他數(shù)碼管，只要掃描速度快，利用人眼的視覺殘留效應(yīng)，會(huì)使人感覺到幾位數(shù)碼管都在穩(wěn)定的顯示。本文采用的是動(dòng)態(tài)循環(huán)顯示水溫和水量，： LED數(shù)碼管電路采用AT89C51單片機(jī)作為核心控制器控制水量和溫度，用戶可用鍵盤電路設(shè)定要用水的時(shí)間，在用水的前半小時(shí)，溫度傳感器檢測(cè)實(shí)際水箱中的水溫，并用此和用戶設(shè)定的水溫進(jìn)行比較，來加熱水。熱水器可以在非用水時(shí)段根據(jù)水量檢測(cè)器所測(cè)得的水量與用戶測(cè)定的水量進(jìn)行比較，來開啟進(jìn)水閥門，確定進(jìn)水的多少。：為了達(dá)到節(jié)能的目的，本文采用靈活的時(shí)間調(diào)控設(shè)計(jì)，用戶可根據(jù)自己用水的時(shí)間來提前預(yù)定加熱，在非用水時(shí)段，熱水器斷電，達(dá)到節(jié)能的目的。在硬件上的設(shè)計(jì)是采用PCF8563時(shí)鐘芯片。PCF8563是PHILIPS 公司推出的一款工業(yè)級(jí)內(nèi)含I2C 總線接口功能的具有極低功耗的多功能時(shí)鐘/日歷芯片。PCF8563有16個(gè)8位寄存器，其中包括：可自動(dòng)增量的地址寄存器、（帶有一個(gè)內(nèi)部集成電容）、分頻器（用于給實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC提供源時(shí)鐘）、可編程時(shí)鐘輸出、定時(shí)器、報(bào)警器、掉電檢測(cè)器和400kHz的I2C總線接口。所有16個(gè)寄存器設(shè)計(jì)成可尋址的8位并行寄存器，但不是所有位都有用。PCF8563的主要功能：1) 寬電壓范圍 ~， 復(fù)位電壓標(biāo)準(zhǔn)值Vlow=2) 超低功耗：典型值為 (VDD=,Tamb=25℃)。3) 可編程時(shí)鐘輸出頻率為： 、1024Hz 、32Hz 、1Hz4) 四種報(bào)警功能和定時(shí)器功能5) 內(nèi)含復(fù)位電路、振蕩器電容和掉電檢測(cè)電路6) 開漏中斷輸出7) 400kHz I2C總線(VDD=~)，其從地址讀 0A3H。寫 0A2H： PCF8563與單片機(jī)連接第4章 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)由主程序，鍵盤掃描子程序及若干功能模塊子程序組成。其中主控制器子程序包括A/D轉(zhuǎn)換子程序（水位），鍵盤處理及顯示子程序，加熱控制子程序（使用輸出比較功能），報(bào)警子程序等組成。主程序要先初始化系統(tǒng)的工作參數(shù)，主要是單片機(jī)的定時(shí)器， A/D轉(zhuǎn)換、端口、鍵中斷等的工作模式參數(shù)設(shè)定，之后系統(tǒng)主程序循環(huán)調(diào)用各個(gè)功能模塊子程序，對(duì)相關(guān)事件的處理依靠標(biāo)志位和判斷標(biāo)志位實(shí)現(xiàn)。 主程序流程框圖主程序在熱水器開始運(yùn)行時(shí)，先掃描是否有鍵盤輸入。若無鍵盤輸入，則按事先熱水器內(nèi)預(yù)置的溫度、時(shí)間、水量開始工作。若有鍵盤輸入，則按照輸入的數(shù)值進(jìn)行水量、溫度、加熱時(shí)間的設(shè)定，并且循環(huán)此操作，不斷地根據(jù)用戶的需求來進(jìn)行數(shù)據(jù)的設(shè)定。：開始按默認(rèn)值運(yùn)行鍵盤按下了嗎？判定是溫度鍵還是時(shí)間鍵按新的設(shè)定溫度/時(shí)間值運(yùn)行鍵盤按下了嗎？NYYN 主程序流程圖 溫度鍵盤掃描子程序當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到在溫度模式下時(shí)檢測(cè)是加一鍵還是減一鍵，若是加一鍵，則從預(yù)置溫度的基礎(chǔ)上加一。若是減一鍵，則在預(yù)置溫度的基礎(chǔ)上減一。并按新的設(shè)定值進(jìn)行溫度的加熱，并且繼續(xù)循環(huán)掃描，根據(jù)用戶不同的需求來進(jìn)行不同的溫度加熱。開始按鍵掃描有溫度鍵按下嗎？按下溫度+鍵嗎？預(yù)置溫度加一預(yù)置溫度減一YNYNY按下溫度—鍵嗎？N 溫度鍵盤掃描子程序流程圖 預(yù)置時(shí)間鍵盤掃描子程序當(dāng)模式鍵切換到時(shí)間設(shè)定模式下時(shí)，進(jìn)行加熱時(shí)間的設(shè)定。加熱時(shí)間可根據(jù)用戶自己用水的時(shí)間不同，來自由的設(shè)定。分別有加減鍵。當(dāng)加鍵按下時(shí)時(shí)間加五分鐘，當(dāng)有減鍵按下時(shí)溫度減五分鐘。系統(tǒng)來根據(jù)用戶設(shè)定的時(shí)間來進(jìn)行自動(dòng)加熱，系統(tǒng)循環(huán)此操作來判斷用戶設(shè)定的時(shí)間。：開始按鍵掃描有時(shí)間鍵按下嗎？按下時(shí)間+鍵嗎？按下時(shí)間－鍵嗎？預(yù)置時(shí)間加五預(yù)置時(shí)間減五YNYYNN 時(shí)間鍵盤掃描子程序流程圖 顯示子程序流程圖系統(tǒng)在開始時(shí)首先進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)，確定所選用的寄存器，將代碼送入所確定的寄存器，系統(tǒng)判斷是否顯示完全，如果沒有顯示完全，則繼續(xù)執(zhí)行上訴操作。若顯示完全，則送入顯示管進(jìn)行顯示。之后恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，顯示結(jié)束。：開始現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)確定寄存器將代碼送入P1口將代碼送入P2口調(diào)延判斷顯示完了嗎？恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)結(jié)束NY 顯示子程序流程圖 運(yùn)行程序流程框圖系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，首先檢查水位是否低于設(shè)定值，若低于則進(jìn)行進(jìn)水。再進(jìn)行溫度的檢測(cè)，若溫度低于設(shè)定值，則進(jìn)行加熱。并且循環(huán)檢測(cè)，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，停止加熱，系統(tǒng)斷電。：開始水位低于設(shè)定值嗎？水溫低于設(shè)定值嗎？水溫高于設(shè)定值嗎？進(jìn)水通電加熱斷電NNNYYY 節(jié)能系統(tǒng)程序流程圖本文的節(jié)能功能體現(xiàn)在，可根據(jù)不同用戶用水時(shí)間的不同來設(shè)計(jì)。具有較高的靈活性。在系統(tǒng)開始時(shí)，按事先設(shè)定的時(shí)間運(yùn)行，并且系統(tǒng)檢測(cè)是否進(jìn)行了，新的設(shè)定，若有則按照新的時(shí)間進(jìn)行加熱，若沒有則繼續(xù)按照原始設(shè)定時(shí)間進(jìn)行加熱。：開始設(shè)定時(shí)間是否有時(shí)間鍵按下按新的時(shí)間操作NY 節(jié)能系統(tǒng)流程圖第5章 結(jié)論本課題的設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的熱水器節(jié)能控制系統(tǒng)，這是電子技術(shù)在人們生活的應(yīng)用，也是節(jié)能環(huán)保與生活相容的成果。文章從硬件和軟件兩方面進(jìn)行了介紹。 在硬件方面的設(shè)計(jì)主要是對(duì)硬件個(gè)部分電路的設(shè)計(jì)，包括水溫檢測(cè)電路、水位檢測(cè)模塊、加熱電路、鍵盤電路、報(bào)警電路、電源電路、時(shí)間控制電路等。并詳細(xì)分析了各個(gè)模塊的組成及作用，介紹了所用主要芯片的特性及用法，簡(jiǎn)述了模塊設(shè)計(jì)時(shí)的注意事項(xiàng)。軟件部分包括每個(gè)部分程序流程圖如主程序流程圖、溫度鍵盤掃描子程序流程圖、時(shí)間鍵盤掃描子程序流程圖、顯示子程序流程圖、運(yùn)行程序流程圖、節(jié)能系統(tǒng)流程圖等，使得系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)思路清晰的呈現(xiàn)在讀者面前，簡(jiǎn)單易懂。但是由于個(gè)人水平能力有限，論文設(shè)計(jì)上存在許多不足之處，有待于進(jìn)一步的改進(jìn)。 在科技高速發(fā)展的今天，電熱水器已經(jīng)走進(jìn)千家萬戶，隨著節(jié)能環(huán)保的深入人心，用戶對(duì)系統(tǒng)的節(jié)能要求越來越高?；趩纹瑱C(jī)的熱水器節(jié)能控制系統(tǒng)，具有好控制、功能強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn)。無論在提高產(chǎn)品質(zhì)量還是產(chǎn)品數(shù)量，節(jié)約能源還是改善勞動(dòng)條件等方面都顯示出無比的優(yōu)越性。目前由于需求量大，所以熱水器市場(chǎng)潛力巨大，人們對(duì)于熱水器的要求也越來越高，這就要求設(shè)計(jì)者們有更高的專業(yè)和技術(shù)水平，能夠提出更多好的建議和新的課題，將人們的需要變成現(xiàn)實(shí)，設(shè)計(jì)出更節(jié)能、更人性化的熱水器。因此，設(shè)計(jì)出熱水器節(jié)能控制系統(tǒng)有很強(qiáng)的實(shí)用性。參考文獻(xiàn)[1] ?應(yīng)用?:電子工業(yè)出版社,1999[2] :高等教育出版社,2004,8[3] :東北大學(xué)出版社,2001,12[4] :哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,1989[5] :航空工業(yè)出版社,1994[6] ,2006,28(5) :160162[7] ,2005,24(12):52～54[8] ,10(4):278280[9] :北京航空航天大學(xué)出版社,1990[10] ,2003(6):153156[11] 徐惠民,:北京郵電大學(xué)出版社,1996：8088[12] :北京航空航天大學(xué)出版社,2005:3336[13] :北京航空航天大學(xué)出版社,2001:7176[14] [J].西安:科技大學(xué),2008: 4547 [15] [D].:6974[16] :中國(guó)電力出版社,2004:10.[17] [M].北京:電子工業(yè)出版社,2005:3035.[18] :北京航空航天大學(xué)出版社,2003:5060.[19] Dreamtech Software Team, Programming for Embedded SystemsCracking the Code, Hungry Minds[J]. :3342[20] Predictive Energy Balance for Solar Hot Water Systems, Centre for Sustainabl