【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 220V交流電變?yōu)?V的交流電，然后經(jīng)過(guò)橋式整流將其變?yōu)橹绷麟?，通過(guò)R2和R3進(jìn)行分壓，從而實(shí)現(xiàn)過(guò)壓保護(hù)。 過(guò)壓保護(hù)電路圖 溫度檢測(cè)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(gè)熱敏電阻，當(dāng)溫度變化時(shí)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(guò)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(cè)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(yáng)極串行接口電路，用來(lái)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(dòng)電路的設(shè)計(jì)。 報(bào)警器驅(qū)動(dòng)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(cè)（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(shí)復(fù)用，在程序設(shè)計(jì)時(shí)要相應(yīng)地分配好各任務(wù)的CPU占用時(shí)間。對(duì)于以上幾個(gè)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(duì)而言有實(shí)時(shí)要求，而溫度檢測(cè)任務(wù)則可用定時(shí)(～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(duì)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(shí)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(méi)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(gè)任務(wù)。把有實(shí)時(shí)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(shí)間，然后根據(jù)溫度檢測(cè)定時(shí)的間隔時(shí)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(shí)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(shí)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(yáng)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(gè)掃描檔位“+”鍵、“”鍵和開(kāi)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(kāi)蜂鳴器報(bào)警。這將在加熱控制中介紹其處理過(guò)程。本設(shè)計(jì)所采用的按鍵開(kāi)關(guān)為機(jī)械彈性開(kāi)關(guān)，當(dāng)機(jī)械觸點(diǎn)斷開(kāi)、閉合時(shí)，由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)在閉合時(shí)不會(huì)馬上穩(wěn)定地接通，在斷開(kāi)時(shí)也不會(huì)一下子斷開(kāi)。因而在閉合及斷開(kāi)的瞬間均伴隨有一連串的抖動(dòng)，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(kāi) 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(cè)i=0？刷新顯示溫度開(kāi) 始賦位選初值清除位選送顯示段碼選通并延時(shí)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(kāi) 始“+”鍵按下？“”鍵按下？開(kāi)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(kāi)機(jī)，恢復(fù)工作等待開(kāi)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(kāi) 始有超溫標(biāo)志？斷開(kāi)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(guò)控制繼電器的通斷來(lái)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(cè)市電的過(guò)零點(diǎn)，檢測(cè)到過(guò)零點(diǎn)后，立即根據(jù)設(shè)定的加熱檔位給定時(shí)器T1賦一個(gè)延時(shí)參數(shù)，并打開(kāi)定時(shí)器T1，允許其中斷。當(dāng)定時(shí)器T1計(jì)數(shù)溢出后觸發(fā)中斷，T1中斷程序就會(huì)給可控硅發(fā)一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，使其導(dǎo)通。根據(jù)設(shè)定檔位給定時(shí)器T1賦延時(shí)參數(shù)允許定時(shí)器T1中斷打開(kāi)定時(shí)器T1結(jié) 束開(kāi)始（T1中斷）結(jié)束可控硅導(dǎo)通信號(hào)輸出可控硅導(dǎo)通信號(hào)延時(shí)，保證導(dǎo)通信號(hào)有足夠的寬度關(guān)閉定時(shí)器T1中斷終止定時(shí)器運(yùn)行結(jié) 束開(kāi)始（過(guò)零信號(hào)） 過(guò)零檢測(cè)程序流程圖 可控硅觸發(fā)信號(hào)控制程序流程圖 溫度檢測(cè)程序的設(shè)計(jì)溫度檢測(cè)程序的基本原理就是將溫度/頻率轉(zhuǎn)換電路測(cè)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(cè)試后建立的溫度/頻率表是0～100℃溫度所對(duì)應(yīng)的頻率值。它是一個(gè)頻率對(duì)應(yīng)于溫度遞減的非線性函數(shù)，在C語(yǔ)言中用一個(gè)一維數(shù)組Tab[101]來(lái)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(guò)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(shuō)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(shuō)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(duì)應(yīng)的頻率Tab[Tmax]還是最小值對(duì)應(yīng)的頻率Tab[Tmin]，實(shí)際溫度值取頻率更接近的那個(gè)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(cè)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(wú)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(cè)輸入頻率的大小。為了減少測(cè)量的系統(tǒng)誤差相對(duì)值和隨機(jī)誤差對(duì)測(cè)量精度的影響，程序中取100個(gè)方波周期的和作為測(cè)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(cè)量開(kāi)始時(shí)，給px0count賦值2是為了讓頻率測(cè)量有準(zhǔn)確的起點(diǎn)。另外，為了區(qū)分測(cè)頻的開(kāi)始和結(jié)束，還使用了測(cè)頻開(kāi)始標(biāo)志位T0tst和測(cè)頻完成標(biāo)志位Testok。開(kāi) 始打開(kāi)測(cè)頻外中斷等待測(cè)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(cè)程序流程圖開(kāi)始（X0中斷）px0count==0？？是起點(diǎn)？清除測(cè)頻起點(diǎn)標(biāo)志px0count=100計(jì)時(shí)器T0清0啟動(dòng)計(jì)時(shí)器T0停止計(jì)時(shí)器T0停止測(cè)頻外中斷置位測(cè)頻完成標(biāo)志結(jié) 束YYNN 頻率測(cè)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(duì)電路進(jìn)行簡(jiǎn)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(duì)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(kāi)，而且采用發(fā)光二極管來(lái)及時(shí)的檢測(cè)電路的加熱情況。而設(shè)計(jì)的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)還在于它采用了溫度/頻率檢測(cè)電路，通過(guò)電路頻率的變化及時(shí)的反映當(dāng)時(shí)的溫度變化，這樣就避免了因?yàn)闊崦綦娮璧淖兓荒芗皶r(shí)的傳給單片機(jī)而帶來(lái)的滯后問(wèn)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(lái)的干擾，而且完全不涉及非線性造成的溫度過(guò)高時(shí)造成的錯(cuò)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(yáng)數(shù)碼管來(lái)反應(yīng)功率檔位，通過(guò)它們的亮滅數(shù)量輸出加熱功率，及時(shí)的提醒使用者當(dāng)時(shí)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(lái)調(diào)節(jié)功率的檔位，其中按“+”按鈕時(shí)逐漸增加功率檔位，而按“”按鈕時(shí)逐漸減小功率檔位，還有一個(gè)是控制電源開(kāi)關(guān)的通斷，即總開(kāi)關(guān)。設(shè)計(jì)中還采用報(bào)警器來(lái)及時(shí)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(shí)有限，而且以前還沒(méi)有接觸過(guò)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(shū)籍，再加上我們學(xué)習(xí)了一些理論知識(shí)，開(kāi)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(duì)一些生疏的知識(shí)有了溫習(xí)與鞏固，對(duì)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(lái)沒(méi)有機(jī)會(huì)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(guò)這一次畢業(yè)設(shè)計(jì)終于可以使我通過(guò)自己的努力與導(dǎo)師及同學(xué)的幫助親自完成了一個(gè)設(shè)計(jì)，雖然成果難免有不足之處，但終究是親自動(dòng)手去做的，收益是可想而知的。 致謝時(shí)光荏苒，四年的大學(xué)時(shí)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(guò)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(lì)我解決問(wèn)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(shí)以及對(duì)我的關(guān)懷與鼓勵(lì)。最后感謝對(duì)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(jiǎn)單的話語(yǔ)根本無(wú)法表達(dá)對(duì)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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