【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 a表2—1單片機(jī)端口對(duì)應(yīng)數(shù)碼管端口表下圖所示為共陽(yáng)極LED所顯示的不同字符的字段碼，測(cè)量范圍為0~99℃，當(dāng)溫度超出范圍時(shí)，顯示器均顯示F。顯示字符共陰極字段碼0C0H1F9H2A4H33DH499H592H682H7F8H8FFH998HF8EH表2—2共陽(yáng)極數(shù)碼管顯示對(duì)應(yīng)二進(jìn)制表3）N位LED顯示器。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，實(shí)際使用的LED顯示器有多個(gè)，N位LED顯示器的顯示要從兩個(gè)方面來(lái)控制：其一是控制N位的字段顯示（即顯示什么字符）；其二是控制字位（即哪一位到哪一位亮）。由LED的顯示原理可知，要使某N位LED顯示器的某一位顯示某個(gè)字符，就必須將此字符轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的字段碼來(lái)控制該位的8個(gè)段，同時(shí)，該位的字位線也要控制有效，這要通過(guò)一定接口來(lái)實(shí)現(xiàn)。LED顯示器有兩種顯示方式，即靜態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)顯示方式。N位LED顯示器有N根字位選線（簡(jiǎn)稱(chēng)：“位選線”）和N*8根字段選線（簡(jiǎn)稱(chēng)：“段選線”）。根據(jù)顯示方式不同，位選線和段選線的連接方式也不同。各種字符的字段碼的獲取方法有兩種：即軟件譯碼和硬件譯碼法。目前通常所用的各種型號(hào)的單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)或?qū)嶒?yàn)裝置普遍采用軟件譯碼。當(dāng)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的LED顯示器位數(shù)較多時(shí)，為了簡(jiǎn)化電路降低成本，本設(shè)計(jì)采用動(dòng)態(tài)顯示的方式。動(dòng)態(tài)顯示方式的接口電路的連接方法是：將所有LED位的段選線（a ~ dp）同名并聯(lián)，即所有a段并聯(lián)，所有b段并聯(lián)。依次類(lèi)推，然后由一個(gè)8位I/O接口來(lái)控制各個(gè)段，而所有位的位選線則由另外一個(gè)相應(yīng)的I/O接口線來(lái)控制。這樣用兩個(gè)8位I/O接口就能控制8位LED顯示器。LED顯示器是由電流型控制器件，其工作電流為2mA~20mA，使用時(shí)須加限流電阻。本設(shè)計(jì)中限流電阻選用1K。動(dòng)態(tài)掃描顯示控制方式就是逐個(gè)地循環(huán)點(diǎn)亮各位顯示器，即在某一瞬間，只讓某一位的位選線處于選通狀態(tài)（共陽(yáng)極的為高電平，共陰極的為低電平）其它各位的位選線處于段開(kāi)狀態(tài)，同時(shí)段選線上輸出相應(yīng)位要顯示字符的字段碼。這樣在每一個(gè)瞬間，8位LED中只有選通的那一位LED顯示出字符，而其它7位則是熄滅的。同樣，在下一瞬間，只顯示下1位LED。如此繼續(xù)下去，等8位LED都顯示完畢后，在循環(huán)進(jìn)行。雖然這些字符是在不同的瞬時(shí)輪流點(diǎn)亮的，但由于人眼的視覺(jué)殘留效應(yīng)，看到的是8位穩(wěn)定顯示的字符，與靜態(tài)顯示的效果完全一樣。所以為了簡(jiǎn)化電路、降低成本，此系統(tǒng)中采用動(dòng)態(tài)顯示方式。用單片機(jī)延時(shí)不但不準(zhǔn)確而且還會(huì)浪費(fèi)單片機(jī)的處理其他信息的時(shí)間。當(dāng)引入時(shí)鐘芯片后將為整個(gè)系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，使整個(gè)系統(tǒng)有更準(zhǔn)確，更智能的處理信息。下面將介紹DS1302的相關(guān)信息：① DS1302 簡(jiǎn)介：DS1302是美國(guó)DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，附加31字節(jié)靜態(tài)RAM，采用SPI三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)和RAM數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)時(shí)鐘可提供秒、分、時(shí)、日、星期、月和年，一個(gè)月小與31天時(shí)可以自動(dòng)調(diào)整，且具有閏年補(bǔ)償功能。～。采用雙電源供電（主電源和備用電源），可設(shè)置備用電源充電方式，提供了對(duì)后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。DS1302的外部引腳分配如圖2—5所示及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。DS1302用于數(shù)據(jù)記錄，特別是對(duì)某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)點(diǎn)的記錄上，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時(shí)間同時(shí)記錄，因此廣泛應(yīng)用于測(cè)量系統(tǒng)中。② DS1302 引腳排布圖及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2—5 DS1302 引腳排布圖圖2—5 DS1302的內(nèi)部結(jié)構(gòu)③ 各引腳的功能Vcc1：主電源；Vcc2：備份電源。當(dāng)Vcc2Vcc1+，由Vcc2向DS1302供電，當(dāng)Vcc2 Vcc1時(shí)，由Vcc1向DS1302供電。SCLK：串行時(shí)鐘，輸入，控制數(shù)據(jù)的輸入與輸出；I/O：三線接口時(shí)的雙向數(shù)據(jù)線；CE：輸入信號(hào)，在讀、寫(xiě)數(shù)據(jù)期間，必須為高。該引腳有兩個(gè)功能：第一，CE開(kāi)始控制字訪問(wèn)移位寄存器的控制邏輯；其次，CE提供結(jié)束單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ā＂?DS1302有下列幾組寄存器：DS1302有關(guān)日歷、時(shí)間的寄存器共有12個(gè)，其中有7個(gè)寄存器（讀時(shí)81h～8Dh，寫(xiě)時(shí)80h～8Ch），存放的數(shù)據(jù)格式為BCD碼形式，如表2—3所示。表2—3單片機(jī)讀取寄存器表小時(shí)寄存器（85h、84h）的位7用于定義DS1302是運(yùn)行于12小時(shí)模式還是24小時(shí)模式。當(dāng)為高時(shí)，選擇12小時(shí)模式。在12小時(shí)模式時(shí)，位5是，當(dāng)為1時(shí)，表示PM。在24小時(shí)模式時(shí)，位5是第二個(gè)10小時(shí)位。秒寄存器（81h、80h）的位7定義為時(shí)鐘暫停標(biāo)志（CH）。當(dāng)該位置為1時(shí)，時(shí)鐘振蕩器停止，DS1302處于低功耗狀態(tài)；當(dāng)該位置為0時(shí)，時(shí)鐘開(kāi)始運(yùn)行。控制寄存器（8Fh、8Eh）的位7是寫(xiě)保護(hù)位（WP），其它7位均置為0。在任何的對(duì)時(shí)鐘和RAM的寫(xiě)操作之前，WP位必須為0。當(dāng)WP位為1時(shí)，寫(xiě)保護(hù)位防止對(duì)任一寄存器的寫(xiě)操作⑤ DS1302的工作模式寄存器DS1302中附加31字節(jié)靜態(tài)RAM的地址如表2—4所示表2—4單片機(jī)讀取RAM表⑥ DS1302的工作模式寄存器所謂突發(fā)模式是指一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)和RAM數(shù)據(jù)。突發(fā)模式寄存器如表2—4所示。表2—5單片機(jī)讀取RAM表⑦ 讀寫(xiě)時(shí)序說(shuō)明DS1302是SPI總線驅(qū)動(dòng)方式。它不僅要向寄存器寫(xiě)入控制字，還需要讀取相應(yīng)寄存器的數(shù)據(jù)。要想與DS1302通信，首先要先了解DS1302的控制字。DS1302的控制字如表2—6。表2—6 DS1302的控制字控制字的最高有效位（位7）必須是邏輯1，如果它為0，則不能把數(shù)據(jù)寫(xiě)入到DS1302中。位6：如果為0，則表示存取日歷時(shí)鐘數(shù)據(jù)，為1表示存取RAM數(shù)據(jù)；位5至位1（A4～A0）：指示操作單元的地址；位0（最低有效位）：如為0，表示要進(jìn)行寫(xiě)操作，為1表示進(jìn)行讀操作。控制字總是從最低位開(kāi)始輸出。在控制字指令輸入后的下一個(gè)SCLK時(shí)鐘的上升沿時(shí)，數(shù)據(jù)被寫(xiě)入DS1302，數(shù)據(jù)輸入從最低位（0位）開(kāi)始。同樣，在緊跟8位的控制字指令后的下一個(gè)SCLK脈沖的下降沿，讀出DS1302數(shù)據(jù)，讀出的數(shù)據(jù)也是從最低位到最高位。數(shù)據(jù)讀寫(xiě)時(shí)序如圖2—6。圖2—6 數(shù)據(jù)讀寫(xiě)時(shí)序⑧本系統(tǒng)除了用到了以上原件，還主要用到了像電阻、電容、晶振、按鍵、蜂鳴器、二極管、三極管、固態(tài)繼電器、5V直流電源等原件，在此章不再一一介紹。詳細(xì)應(yīng)用將在下一章表述。在軟件設(shè)計(jì)方面主要注意下列問(wèn)題：1． 軟件控制系統(tǒng)進(jìn)行溫度顯示、液位顯示時(shí)同時(shí)能進(jìn)行輔助電加熱溫度控制，輔助電加熱時(shí)間控制、預(yù)約控制等功能。但在輔助電加熱溫度控制，輔助電加熱時(shí)間控制、預(yù)約控制功能沖突（同時(shí)被設(shè)定）時(shí)，優(yōu)先完成輔助電加熱溫度控制。2． 輔助電加熱控制方面，當(dāng)溫度達(dá)到上限設(shè)定值時(shí)停止加熱，并通過(guò)一聲長(zhǎng)響提示。3． 輔助電加熱時(shí)間控制方面，從零時(shí)間開(kāi)始加熱直至加熱時(shí)間到并通過(guò)一聲長(zhǎng)響提示。4． 預(yù)約控制方面，可設(shè)定一天內(nèi)的加熱時(shí)機(jī)以及何時(shí)停止，停止加熱時(shí)間必須在看是加熱時(shí)間之后。5． 當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)始工作，咱運(yùn)行加熱功能時(shí)，如果溫度在3分鐘內(nèi)沒(méi)有變化，則判斷加熱器損壞。用聲光報(bào)警器報(bào)警提示。這樣軟件設(shè)計(jì)的流程如下：系統(tǒng)初始化讀取溫度信息讀取按鍵信息讀取時(shí)間信息顯示溫度水位 是否有功能鍵按下 否 執(zhí)行相應(yīng)按鍵功能并顯示溫度水位 是聲光提示信息并顯示溫度水位是否達(dá)到要求 是 否 圖2—7 程序總體流程圖在第四章將重點(diǎn)介紹軟件的詳細(xì)過(guò)程 系統(tǒng)溫度采集電路硬件設(shè)計(jì)方案溫度采集選用DS18B20溫度芯片，其外部電路簡(jiǎn)單，硬件連接好后可用硅膠將其封裝好，直接放在太陽(yáng)能熱水器的水箱內(nèi)，這樣就可以直接測(cè)出水箱內(nèi)的實(shí)時(shí)溫度。根據(jù)芯片資料數(shù)據(jù)端口已入470歐姆的上拉電阻，使數(shù)據(jù)傳輸更準(zhǔn)確，具體電路入圖：圖3—1 溫度采集電路圖 系統(tǒng)時(shí)間采集電路硬件設(shè)計(jì)方案時(shí)間采集選用DS1302時(shí)間芯片，同樣，它的外部電路簡(jiǎn)單，這里選用32768HZ的時(shí)鐘晶振。30pF的陶瓷電容協(xié)助晶振起振。其他部分根據(jù)DS1302的說(shuō)明書(shū)搭建外部電路如：圖3—2時(shí)間采集電路圖圖3—2 時(shí)間采集電路圖 系統(tǒng)水位采集電路硬件設(shè)計(jì)方案圖3—3 水位采集電路圖水位采集電路圖如圖3—3，從左邊起，整個(gè)系統(tǒng)的地線接在水箱的底部，然后向右第一端選在水箱內(nèi)，注意不能碰到水箱壁，檢測(cè)水位為20%。向右第二端與第一根相同，長(zhǎng)度比第一根短一些，檢測(cè)水位為50%。向右第三端與第二根相同，長(zhǎng)度比第二根短一些，檢測(cè)水位為80%。向右第四端與第三根相同，長(zhǎng)度比第三根短一些，檢測(cè)水位為100%。純水是不能導(dǎo)電的，但在太陽(yáng)能熱水器中存的水含有大量無(wú)機(jī)鹽，也就會(huì)有一些導(dǎo)電粒子，這樣，這四根檢測(cè)水位線接470K的上拉電阻，當(dāng)水位小于20%時(shí)，這四根檢測(cè)線均為高電平，但當(dāng)水位高于20%小于50%時(shí)第一根檢測(cè)線為低電平，其他為高電平。同理當(dāng)水位達(dá)到100%時(shí)四更檢測(cè)線就全部變?yōu)榈碗娖健＿@樣單片機(jī)就能很好的了解到水箱的水位。 系統(tǒng)單片機(jī)及按鍵電路硬件設(shè)計(jì)方案圖3—4單片機(jī)及按鍵硬件電路圖單片機(jī)系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，其硬件電路如圖3—4單片機(jī)及按鍵硬件電路圖。51單片機(jī)小系統(tǒng)包括時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、電源等，在這里就不再一一介紹。按鍵設(shè)了6個(gè)其主要作用分別是：整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)位、輔助電加熱溫度控制，輔助電加熱時(shí)間控制、預(yù)約控制、數(shù)值增加、數(shù)值減少。 系統(tǒng)數(shù)碼管顯示電路硬件設(shè)計(jì)方案圖3—5數(shù)碼管顯示硬件電路圖數(shù)碼管顯示電路主要由六位數(shù)碼管組成，按照傳統(tǒng)操控?cái)?shù)碼管的電路搭建，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的實(shí)時(shí)顯示、對(duì)水位顯示、對(duì)運(yùn)行時(shí)的參數(shù)進(jìn)行顯示。R1~8電阻主要起限流作用。 系統(tǒng)報(bào)警及水位水溫控制電路硬件設(shè)計(jì)方案圖3—6報(bào)警及水位控制電路圖報(bào)警提示電路實(shí)現(xiàn)報(bào)警和提示功能，主要包括聲響、燈光報(bào)警提示。水位水溫控制電路主要是控制加熱器和水閥。上水沒(méi)有自吸功能，主要靠供水水源壓力大于水重力時(shí)，進(jìn)行自動(dòng)上水?？刂崎y和加熱器電源選用市電供電。 系統(tǒng)單片機(jī)讀取按鍵信息軟件方案單片機(jī)讀取按鍵信息操作主要由以下方面組成： 單片機(jī)讀取按鍵信息操作按鍵需要兩次才能執(zhí)行相應(yīng)程序，比如：要想太陽(yáng)能熱水器溫度達(dá)到50度，首先按下溫度設(shè)定的按鈕，再按下加按鈕（減按鈕）設(shè)定溫度達(dá)到50度。在一次按壓溫度設(shè)定按鈕，進(jìn)行確認(rèn)，這樣加熱程序才能運(yùn)行，若在設(shè)定溫度控制按鈕時(shí)按下了不相關(guān)按鈕，則開(kāi)始運(yùn)行剛剛按壓的按鈕對(duì)應(yīng)功能的程序。 總復(fù)位按鈕用于清除所有用戶信息，系統(tǒng)整體復(fù)位功能。 在沒(méi)有按下任何功能按鈕而同事按下加按鈕和減按鈕時(shí)，自動(dòng)上水功能取消，再次同時(shí)按下，自動(dòng)上水功能恢復(fù)。（流程圖中不再體現(xiàn)） 當(dāng)設(shè)定好某項(xiàng)功能，且功能正在運(yùn)行時(shí)，要想立即取消，必須按下總復(fù)位按鈕，或者改變?cè)O(shè)定的溫度使設(shè)定溫度等于或低于實(shí)時(shí)溫度。聲光提示信息完成后，整個(gè)過(guò)程結(jié)束。初始化判斷是否有按鍵按下 否運(yùn)行其它程序按下了第一個(gè)按鍵按下了第三個(gè)按鍵按下了第二個(gè)按鍵 是按下了第四個(gè)按鍵按下了第五個(gè)按鍵溫度控制位加1 時(shí)間控制位加1預(yù)設(shè)定控制位加1相關(guān)設(shè)定參數(shù)自加相關(guān)設(shè)定參數(shù)自減溫度相關(guān)參數(shù)運(yùn)行時(shí)間相關(guān)參數(shù)運(yùn)行預(yù)設(shè)相關(guān)參數(shù)運(yùn)行設(shè)定成功開(kāi)始運(yùn)行相關(guān)程序存入變量運(yùn)行其他程序圖4—1單片機(jī)讀取按鍵信息流程圖初始化 系統(tǒng)單片機(jī)讀取處理芯片信息軟件方案讀取DS1302時(shí)間芯片信息讀取DS18B20芯片信息讀取水位信息判斷水位是否合理 是上水閥打開(kāi)上水 否判斷是否有設(shè)定值