【文章內(nèi)容簡介】 220V交流電變?yōu)?V的交流電，然后經(jīng)過橋式整流將其變?yōu)橹绷麟?，通過R2和R3進(jìn)行分壓，從而實(shí)現(xiàn)過壓保護(hù)。 過壓保護(hù)電路圖 溫度檢測電路的設(shè)計(jì)，溫度/頻率變換電路是利用反相器組成的RC多諧振蕩器，其中的R24是一個熱敏電阻，當(dāng)溫度變化時引起熱敏電阻的阻值變化，因而電流發(fā)生變化，從而改變了振蕩器輸出的方波頻率。所以通過頻率值可以間接求得溫度值。該頻率的估算可用如下公式： f≈ （）。 溫度檢測電路圖 數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計(jì)數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計(jì)是采用雙向共陽極串行接口電路，用來顯示加熱檔位，直觀性更強(qiáng),亦可大大減少電源的功耗。 數(shù)碼管顯示電路圖 報(bào)警器驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)。 報(bào)警器驅(qū)動電路圖3 快熱式電熱水器的軟件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的軟件設(shè)計(jì)部分即為系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)。按快熱式熱水器的功能，系統(tǒng)程序必須實(shí)現(xiàn)顯示掃描、按鍵掃描處理、加熱控制和溫度檢測（包括超溫報(bào)警）4項(xiàng)任務(wù)。51系列單片機(jī)實(shí)現(xiàn)多任務(wù)運(yùn)行的方法就是分時復(fù)用，在程序設(shè)計(jì)時要相應(yīng)地分配好各任務(wù)的CPU占用時間。對于以上幾個任務(wù)稍加分析可以看出，顯示掃描、按鍵掃描和加熱控制任務(wù)相對而言有實(shí)時要求，而溫度檢測任務(wù)則可用定時(～1s)實(shí)現(xiàn)。 主程序的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)在上電復(fù)位后，先對溫度寄存器、檔位寄存器賦默認(rèn)值，并進(jìn)行清除超溫標(biāo)志，設(shè)置定時器及中斷系統(tǒng)的工作方式等初始化工作。由于51系列單片機(jī)沒有停機(jī)指令，所以可以利用主程序設(shè)置死循環(huán)反復(fù)運(yùn)行各個任務(wù)。把有實(shí)時要求的子程序（顯示掃描、按鍵掃描、加熱控制）放在最內(nèi)層的循環(huán)中，計(jì)算其運(yùn)行一次占用的CPU時間，然后根據(jù)溫度檢測定時的間隔時間，計(jì)算出該循環(huán)的循環(huán)次數(shù)。本例中每運(yùn)行一次有實(shí)時要求的子程序（即顯示掃描、按鍵掃描、加熱控制）約占用5 ms CPU時間，那么循環(huán)次數(shù)應(yīng)為100次。 顯示掃描子程序的設(shè)計(jì)顯示掃描子程序完成兩位共陽數(shù)碼管的掃描顯示任務(wù)。按鍵掃描處理子程序負(fù)責(zé)逐個掃描檔位“+”鍵、“”鍵和開關(guān)鍵是否被按下，若有鍵按下，則作出相應(yīng)處理。具體根據(jù)用戶設(shè)定的加熱檔位和系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)，決定是否加熱和控制加熱的功率并點(diǎn)亮相應(yīng)的指示燈。若有超溫標(biāo)志，還應(yīng)打開蜂鳴器報(bào)警。這將在加熱控制中介紹其處理過程。本設(shè)計(jì)所采用的按鍵開關(guān)為機(jī)械彈性開關(guān)，當(dāng)機(jī)械觸點(diǎn)斷開、閉合時，由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一個按鍵開關(guān)在閉合時不會馬上穩(wěn)定地接通，在斷開時也不會一下子斷開。因而在閉合及斷開的瞬間均伴隨有一連串的抖動，為了不產(chǎn)生這種現(xiàn)象，保證系統(tǒng)的可靠性，所以采取了按鍵消抖的措施[6]。開 始i=1按鍵掃描若有鍵按下i=6顯示掃描加熱控制完成100次循環(huán)溫度檢測i=0？刷新顯示溫度開 始賦位選初值清除位選送顯示段碼選通并延時2ms改變位選字消 隱完成2位掃描結(jié) 束系統(tǒng)初始化NYNYNY 主程序流程圖 顯示掃描子程序流程圖開 始“+”鍵按下？“”鍵按下？開關(guān)鍵按下？發(fā)按鍵音、消抖加熱檔位加1返回值1返回值2加熱檔位減1發(fā)按鍵音、消抖返回值0開機(jī)，恢復(fù)工作等待開關(guān)鍵再次按下關(guān)機(jī)，停止輸出發(fā)按鍵音、消抖結(jié) 束YNYNNY 按鍵掃描子程序流程圖開 始有超溫標(biāo)志？斷開繼電器關(guān)閉可控硅蜂鳴報(bào)警接通繼電器關(guān)閉蜂鳴器加熱檔位外中斷控制加熱2指示燈亮外中斷控制加熱1指示燈亮不加熱指示燈不亮全功率加熱指示燈全亮結(jié) 束YN 加熱控制程序流程圖 加熱和控制程序流程圖的設(shè)計(jì)加熱控制程序通過控制繼電器的通斷來決定是否給電熱絲通電加熱，而加熱的功率大小則由雙向可控硅的導(dǎo)通角決定。系統(tǒng)程序利用外中斷INT1檢測市電的過零點(diǎn)，檢測到過零點(diǎn)后，立即根據(jù)設(shè)定的加熱檔位給定時器T1賦一個延時參數(shù)，并打開定時器T1，允許其中斷。當(dāng)定時器T1計(jì)數(shù)溢出后觸發(fā)中斷，T1中斷程序就會給可控硅發(fā)一個觸發(fā)信號，使其導(dǎo)通。根據(jù)設(shè)定檔位給定時器T1賦延時參數(shù)允許定時器T1中斷打開定時器T1結(jié) 束開始（T1中斷）結(jié)束可控硅導(dǎo)通信號輸出可控硅導(dǎo)通信號延時，保證導(dǎo)通信號有足夠的寬度關(guān)閉定時器T1中斷終止定時器運(yùn)行結(jié) 束開始（過零信號） 過零檢測程序流程圖 可控硅觸發(fā)信號控制程序流程圖 溫度檢測程序的設(shè)計(jì)溫度檢測程序的基本原理就是將溫度/頻率轉(zhuǎn)換電路測得的頻率與事先建立好的溫度/頻率表進(jìn)行比較，查找出與該頻率相應(yīng)的溫度值。在實(shí)驗(yàn)測試后建立的溫度/頻率表是0～100℃溫度所對應(yīng)的頻率值。它是一個頻率對應(yīng)于溫度遞減的非線性函數(shù)，在C語言中用一個一維數(shù)組Tab[101]來表示，下標(biāo)為溫度，數(shù)組元素為頻率值。計(jì)算溫度采用高效、準(zhǔn)確的二分查找法。查表的過程如下：，即確定查找的范圍，根據(jù)已有的溫度表默認(rèn)最大值Tmax=100，最小值Tmin=0。，即Temp=(Tmax+Tmin)/2。[temp]相比較，如果相等，那么假定溫度就是當(dāng)前實(shí)際溫度，即完成查找。 Tab[temp]，說明實(shí)際溫度應(yīng)該在Tmin與Temp之間（因?yàn)檫f減函數(shù)特性），則修改查找范圍，令Tmax=Temp；同理，若 T0rigTab[temp]，說明實(shí)際溫度應(yīng)該在Temp與Tmax之間，則令Tmin=Temp。，若TmaxTmin=1，則判斷T0rig更接近于最大值對應(yīng)的頻率Tab[Tmax]還是最小值對應(yīng)的頻率Tab[Tmin]，實(shí)際溫度值取頻率更接近的那個值既完成查找。1,則重復(fù)第2，3，4，5步驟，直到查找完成。 溫度檢測程序完成溫度計(jì)算后，便刷新系統(tǒng)當(dāng)前溫度寄存器，并判斷有無超溫、置位或消除相應(yīng)的標(biāo)志位[7]。單片機(jī)使用外中斷INT0和計(jì)數(shù)器T0檢測輸入頻率的大小。為了減少測量的系統(tǒng)誤差相對值和隨機(jī)誤差對測量精度的影響，程序中取100個方波周期的和作為測量結(jié)果。程序中使用靜態(tài)變量px0count進(jìn)行外中斷的計(jì)數(shù)，在測量開始時，給px0count賦值2是為了讓頻率測量有準(zhǔn)確的起點(diǎn)。另外，為了區(qū)分測頻的開始和結(jié)束，還使用了測頻開始標(biāo)志位T0tst和測頻完成標(biāo)志位Testok。開 始打開測頻外中斷等待測試完成Tmin=0，Tmax=100Temp=(Tmin+Tmax)/2T0rig==Tab[temp]?T0rigTab[temp]?Tmax=TempTmin=TempTmaxTmin=1?T0rig接近Tab[max]?Temp=TmaxTemp=TminTemp65?Temp45?刷新當(dāng)前寄存器清除超溫標(biāo)志置位超溫標(biāo)志結(jié) 束NYYNNYYNYNNY 溫度檢測程序流程圖開始（X0中斷）px0count==0？？是起點(diǎn)？清除測頻起點(diǎn)標(biāo)志px0count=100計(jì)時器T0清0啟動計(jì)時器T0停止計(jì)時器T0停止測頻外中斷置位測頻完成標(biāo)志結(jié) 束YYNN 頻率測試程序流程圖結(jié)論本次設(shè)計(jì)的快熱式家用電熱水器采用51系列單片機(jī)對電路進(jìn)行簡單的控制，系統(tǒng)的穩(wěn)定性比較高。本方案著重體現(xiàn)在速度之快上，它采用雙向晶閘管（即可控硅）對加熱電路進(jìn)行控制，這樣系統(tǒng)的可靠性就大大增強(qiáng)，因?yàn)榫чl管能夠根據(jù)門極電壓可靠的接通和斷開，而且采用發(fā)光二極管來及時的檢測電路的加熱情況。而設(shè)計(jì)的另一個優(yōu)勢還在于它采用了溫度/頻率檢測電路，通過電路頻率的變化及時的反映當(dāng)時的溫度變化，這樣就避免了因?yàn)闊崦綦娮璧淖兓荒芗皶r的傳給單片機(jī)而帶來的滯后問題。頻率的變化受到外界的干擾要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電阻變化所帶來的干擾，而且完全不涉及非線性造成的溫度過高時造成的錯誤，因此準(zhǔn)確性，可靠性都得到了大大提高。在設(shè)計(jì)中還采用了兩位共陽數(shù)碼管來反應(yīng)功率檔位，通過它們的亮滅數(shù)量輸出加熱功率，及時的提醒使用者當(dāng)時的水溫變化情況，更加清晰，也能減少功耗。而在設(shè)計(jì)中還采用了輕觸式按鈕來調(diào)節(jié)功率的檔位，其中按“+”按鈕時逐漸增加功率檔位，而按“”按鈕時逐漸減小功率檔位，還有一個是控制電源開關(guān)的通斷，即總開關(guān)。設(shè)計(jì)中還采用報(bào)警器來及時的反應(yīng)溫度是否超標(biāo)，提示操作者是否繼續(xù)加熱熱水器。盡管這次設(shè)計(jì)中我還不能做到盡善盡美，一些內(nèi)容還是有待于進(jìn)一步的研究，因?yàn)楫吘刮覀兊闹R有限，而且以前還沒有接觸過單片機(jī)的具體設(shè)計(jì)與深入研究，但為了這次論文設(shè)計(jì)，我還是看了不少資料，特別是很多有關(guān)單片機(jī)設(shè)計(jì)的書籍，再加上我們學(xué)習(xí)了一些理論知識，開拓了我的視野，使我親身了解到了單片機(jī)的用處是如此的廣泛。在設(shè)計(jì)中我遇到了很多困難，讓我對一些生疏的知識有了溫習(xí)與鞏固，對其有了更加深刻的了解，比如二分查找算法。在本次課程設(shè)計(jì)中，我真正了解到實(shí)踐與理論相結(jié)合的重要性，以前總是在頭腦中產(chǎn)生一些想法，卻從來沒有機(jī)會去認(rèn)真的研究它，以至于不知道結(jié)果是成功還是失敗，但通過這一次畢業(yè)設(shè)計(jì)終于可以使我通過自己的努力與導(dǎo)師及同學(xué)的幫助親自完成了一個設(shè)計(jì)，雖然成果難免有不足之處，但終究是親自動手去做的，收益是可想而知的。 致謝時光荏苒，四年的大學(xué)時光即將結(jié)束，在這里，我首先要感謝我的導(dǎo)師赫健老師，本文在大綱的確定，初稿的完成以及最終定稿，都有賴于赫健老師的悉心指導(dǎo)。在設(shè)計(jì)過程中，赫健老師一直給我很大的幫助，幫我分析遇到的困難，支持、鼓勵我解決問題的信心，使我的設(shè)計(jì)得以順利完成。此外，我還要感謝電信學(xué)院的各位老師，感謝他們傳授我知識以及對我的關(guān)懷與鼓勵。最后感謝對我有幫助的同學(xué)，謝謝他們給我的照顧與關(guān)心。我深深的知道，幾句簡單的話語根本無法表達(dá)對你們的感激之情，只有在心里默默的祝福我的老師、同學(xué)們，祝你們一生幸福安康！參考文獻(xiàn)[1]郇玉龍,趙寧,[EB/OL]. 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