【文章內(nèi)容簡介】 12MHZ。 此設計單片機時鐘電路如圖 4示 : 10 圖 4 單片機的時鐘電路 單片機的復位電路 系統(tǒng)開始運行和重新啟動靠復位電路來實現(xiàn)，復位使 CPU 和 其它部件處于一個確定的初始狀態(tài)，從這個狀態(tài)開始工作。 此設計單片機的復位電路如圖 5示 : 圖 5 單片機的復位電路 11 在單片機運行期間，利用按鍵也可以完成復位操作。單片機復位操作使單片機進入初始化狀態(tài)。復位后，程序計數(shù)器 PC=0000H，因此，程序從 0000H 地址單元開始執(zhí)行。運行中的復位操作不會改變片內(nèi) RAM 的內(nèi)容。復位是靠外部電路實現(xiàn)的。 所謂最小系統(tǒng)，是指一個真正可用的單片機最小配置系統(tǒng) ,其作用主要是為了保證單片機系統(tǒng)能正常工作 。對于單片機內(nèi)部資源已能滿足系統(tǒng)需要的，可直接采用 最小系統(tǒng)。 51 型片內(nèi)有 4K的 ROM/EPROM，因此，只需要外接晶體振蕩器和復位電路就可構成最小系統(tǒng)。 本設計的單片機最小系統(tǒng) 如圖 6示。 圖 6 單片機最小系統(tǒng) 在外部振蕩電路中，單片機的 X1和 X2 管腳分別接至由 晶振和兩個 22PF 電容構成的振蕩電路兩側，為電路提供正常的時鐘脈沖。在復位電路中，單片機 RESET 管腳一方面經(jīng) 10uF 的電容接至電源正極，實現(xiàn)上電自動復位，另一方面經(jīng)開關 S接電源。其主要功能是把 PC初始化為 0000H，是單片機從 0000H單元開始執(zhí)行程序，除了進入系統(tǒng)的初始化之 外，當由于程序出錯或者操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為了擺脫困境，也需要按復位鍵重新啟動，因此，復位 12 電路是單片機系統(tǒng)中不可缺少的一部分 [10]。 溫度采集模塊 溫度由 DALLAS 公司生產(chǎn)的數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 采集。 DS18B20 測溫范圍為 55℃～ +125℃，測溫分辨率可達 ℃，被測溫度用符號擴展的 16位補碼形式串行輸出。 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。 DS18B20 內(nèi)部有一個 9 字節(jié)的高速存儲器用于 存儲溫度值。其中前兩個字節(jié)是測得的溫度數(shù)據(jù) —— 第 1 字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低八位，第 2字節(jié)是溫度的高八位；第 3 和第 4 字節(jié)是溫度上限 TH 與溫度下限 TL 的易失性拷貝，第 5 字節(jié)是結構寄存器的易失性拷貝，這三個字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復位時被刷新；第 8 這三個字節(jié)用于內(nèi)部計算；第 9 個字節(jié)是冗余檢驗字節(jié)，可用來保證通信的正確性。當溫度轉換命令發(fā)出后，經(jīng)轉換所得的溫度值以二字節(jié)補碼形式存放在此存儲器的第 1和第 2個字節(jié)。單片機可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時低位在前，高位在后，其中高 5位是符號位，中間 7位是整數(shù)位，最低 4 位是小數(shù)位。 DS18B20 最大的特點是單總線數(shù)據(jù)傳輸方式，因此對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴格的時序要求。時序包括：初始化時序、讀時序、寫時序。每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從單片機啟動寫時序開始，如果要求 DS18B20 回送數(shù)據(jù)，在進行寫命令后，單片機需啟動讀時序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先 [11]。 繼電器介紹 本設計是用單片機控制繼電器達到以弱控強的電路，下面再來介紹一下單片機和強電之間的橋梁 電磁繼電器。 電磁繼電器是有觸點電繼電器是有觸點電繼電器的一種。它是利用電磁效應實現(xiàn)電路開、關 控制作用的原件，廣泛應用在電子設備、儀器儀表及自動化設備中。在各種自動設備中，都要求用一個低電壓電路提控制一個高電壓的電器電路。這樣不僅可以為電子線路和電器電路提供良好的電隔離，還可以保護電子電路和人員安全。 首先看看繼電器的驅(qū)動 ，如圖 7所示： 13 圖 7 繼電器的驅(qū)動 這是典型的繼電器驅(qū)動電路圖，這樣的電路圖在網(wǎng)絡上隨處可以搜到，并且標準教科書上一般也是這樣的電路圖。 單片機是一個弱電器件，一般情況下他們大都工作在 5V甚至更低。驅(qū)動電流在ｍ A 級以下。而要把它用于一些大功率場合，比如控制電動機，顯然是不行的。所 以，就要有一個環(huán)節(jié)來銜接，這個環(huán)節(jié)就是所謂的“功率驅(qū)動”。繼電器驅(qū)動就是一個典型的、的功率驅(qū)動環(huán)節(jié)。在這里，繼電器驅(qū)動含有兩個意思：一是對繼電器進行驅(qū)動，因為繼電器本身對于單片機來說就是一個功率器件：還有就是繼電器去驅(qū)動其他負載，比如繼電器可以驅(qū)動中間繼電器，可以直接驅(qū)動接觸器，所以，繼電器驅(qū)動就是單片機與其他大功率負載接口。 鍵盤及顯示電路 鍵盤輸入特點 （ 1） 由于機械觸點的彈性作用，一個按鍵開關在閉合時不會馬上穩(wěn)定地接通，在斷開時也不會一下斷開。因而，在閉合和斷開的瞬間均伴隨著一連串的抖 動，抖動時間的長短由按鍵的機械特性決定，一般為 5~10ms，為了確保按鍵的狀態(tài)，必須消除按鍵抖動的影響，這也是按鍵抗干擾的主要的一個方面。 （ 2） 消除按鍵抖動影響通常有硬件、軟件兩種方法 。 本論文采用 軟件 消抖方法。 軟件 消抖方法 即檢測出鍵閉合后執(zhí)行一個延時程序， 5ms～ 10ms 的延時，讓 14 前沿抖動消失后再一次檢測鍵的狀態(tài)，如果仍保持閉合狀態(tài)電平，則確認為真正有鍵按下。當檢測到按鍵釋放后，也要給 5ms～ 10ms 的延時，待后沿抖動消失后才能轉入該鍵的處理程序。 顯示器說明 現(xiàn)在的字符型液晶模 塊已經(jīng)是單片機應用設計中最常用的信息顯示器件了。1602 型 LCD 顯示模塊具有體積小，功耗低，顯示內(nèi)容豐富等特點。 1602 型 LCD可以顯示 2行 16 個字符，有 8位數(shù)據(jù)總線 D0~ D7和 RS， R/W， EN三個控制端口，工作電壓為 5V，并且具有字符對比度調(diào)節(jié)和背光功能 [6]。 1602 型 LCD 的接口信號說明如表 1 示。 表 1 型 LCD 的接口信號說明 1602 型 LCD 的主要技術參數(shù)如表 2 示 。 表 2 型 LCD 的主要技術參數(shù) 顯示容量 16X2 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 用 直接訪問方式 即 微處理器把液晶顯示模塊當做存儲器或 I/O 設備直接掛在總線上，模塊 8位數(shù)據(jù)總線與微處理器的數(shù)據(jù)總線相連，用讀操作或?qū)懖僮餍盘柵c地址信號共同產(chǎn)生控制信號 [3]。 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 電源正極 10 D3 Data I/O 3 V0 液晶顯示偏壓 信號 11 D4 Data I/O 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇端（ H/L） 12 D5 Data I/O 5 R/W 讀寫選擇端（ H/L） 13 D6 Data I/O 6 E 使能信號 14 D7 Data I/O 7 D0 Data I/O 15 BLA 背光源正極 8 D1 Data I/O 16 BLK 背光源負極 15 讀狀態(tài)：輸入： RS=L， RW=L， E=H 輸出： D0~D7=狀態(tài)字 讀數(shù)據(jù)：輸入： RS=H， RW=H， E=H 輸出：無 寫指令：輸入： RS=L， RW=L， D0~D7=指令碼， E=高脈沖 輸出： D0~D7=數(shù)據(jù) 寫數(shù)據(jù)：輸入： RS=H， RW=L， D0~D7=數(shù)據(jù)， E=高脈沖 輸出：無 其具體電路如圖 8所示： 圖 8 電路原理圖 加熱電路和報警裝置 加熱電路 電熱器件由雙向可控硅 KS控制， KS由光電耦合器 4N25和晶體管 9013觸發(fā)。單片機 8051 的 端輸出的觸發(fā)信號，經(jīng) 7407 后，送到光電耦合器 4N25。 端輸出高電平時， 4N25 沒有電流輸入，晶體管 T截止，雙向晶閘管 KS 關斷，電熱器不加熱。當 端輸出低電平時， 7407 輸出低電平， 4N25 的輸入電流約為18mА ， 輸出端的電流大 ，經(jīng)晶體管 9013 放大后，雙向可控硅門極的電流可達 200 mА ，雙向可控硅導通，電熱器加熱。電阻 3R 的作用是限制觸發(fā)電流，當雙向可控硅 KS 的功率較小時， 3R 的值可由 30Ω 改為 100Ω [8]。 16 C 100. 1u f1234D6B R ID G E 112U 16 A74 07Q3T R IA CQ290 13U 154N 25T2T R A N S 5R810 0KR 1710 0KR 1510 0KR 16R E S 15 VP20IN T12J2C O N 2C 1233 00 ufR?R E S 2vc c 圖 9 加熱電路圖 過零檢測電路由變壓器 B的其中一個繞組 3L 和電容器 2C 組成。 3L 產(chǎn)生 的交流電壓，通過 2C 交連到 INT0 和 INT1 端。 INT0 是過零檢測端，它可對過零的上升信號檢測而產(chǎn)生中斷； INT1 也是過零檢測端，它可對過零的下降信號檢測而產(chǎn)生中斷。把 INTO 和 INT1 產(chǎn)生的中斷綜合處理，即可得到電源電壓過零的時刻。 選用不同的電熱器件，啟動的過程也不一樣。對于電阻率不隨溫度變化的電熱器件，可以直接啟動，即在電壓過零時觸發(fā)雙向可控硅 KS。對于電阻率隨溫度變化的電熱器件，通常使用降壓啟動方式，即開始通電時，電壓逐漸上升，使電熱器的工作電流在 KS 允許的范圍以內(nèi)。過一定的時間后，電熱器件的工作電壓才達到額定電壓。 報警裝置 首先通過按鍵對要達到的溫度進行設定，通過加熱裝置對水進行加熱，當加熱溫度達到或超過設定值時，將加熱信號送到 8051 中，通過微處理器處理后，輸出到 P1 口 報警，并通過三極管驅(qū)動揚聲器或蜂鳴器報警。 如 圖 10所示 : 17 圖 10 報警裝置的硬件電路圖 整體電路設計 整體電路包含電源電路、顯示電路、 傳感器電路、 鍵盤電路、 單片機控制電路 組成。其整體電路原理圖如圖 11 所示： 圖 11 整體設計原理圖 18 單片機的軟件設計 總的程序設計框圖 本系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)沒有高難度的技巧和算法，但作為一個實用系統(tǒng)，對其可靠性有較高的要求。單片機的 I/O 口方向是可編程的，在程序中應正確設置其方向，保證單片機的正常工作。關于詳細程序清單在此省略，圖 12 給出了主程序流程圖，顯示部分控制是通過定時器中斷來實現(xiàn)的 [9]。 圖 12 主程序流程圖 include include define uint unsigned int define uchar unsigned char 開始 初始化 獲取溫度 報警 與溫度上限比較 轉換并顯示 Y 19 ///////1602 液晶控制接口 ///////////////// sbit rs=P2^6。 sbit en=P2^7。 //////////////////////////////////////// sbit jian_ce=P3^3。//缺 水檢測端口 ////////按鍵 //////////////////////////// sbit key1=P3^4。 sbit key2=P3^5。 sbit key3=P3^6。 ////////////////////////// sbit beep=P2^0。 //蜂鳴器接口 /////////////////////////////// sbit DQ=P2^2。//溫度傳感器接口 /////////////////////////////// sbit jdq=P1^2。//繼電器接口 uint wen_du。 uint shang,xia。 uchar num。 bit auto_flag。//自動狀態(tài) bit auto_ok。//自動加熱 ok bit mode_flag。//手動模式 bit mode_ok。//手動加熱 ok 讀出溫度子程序 讀出溫度子程序的主要功能是讀出 RAM 中的 9 字節(jié)，在讀出時需進行 CRC校驗，校驗有錯時不進行溫度數(shù)據(jù)的改寫。其程序流程圖如圖 13 示 ： 20 圖 13 讀溫 度流程圖 /**************讀取 ds18b20 當前溫度 ************/ void deal_with() { uint temp1,temp2。 uchar a=0。 uchar b=0。 uchar t=0。 Init_DS18B20()。