【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 件設(shè)計(jì) 控制器原理框圖 根據(jù)設(shè)計(jì)思想，系統(tǒng)的硬件接口電路應(yīng)包括：控制器實(shí)時(shí)時(shí)鐘接口電路，蓄水箱溫度和水位檢測(cè)接 口電路、按鍵電路，顯示電路以及電輔助加熱電路等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 31 所示： 圖 31 控制器系統(tǒng)框圖 單片機(jī)外圍電路 根據(jù)控制要求，由于本系統(tǒng)運(yùn)算量不是很大， 沒(méi)有太多的中間數(shù)據(jù)需要處理、保存，因此不再外擴(kuò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。僅使用單片機(jī)內(nèi)部 RAM 已完全能夠滿足要求。因此采用 本系 統(tǒng)采用 Atmel 公司的單片機(jī) AT89S52 作為 熱水器控制器系統(tǒng)的控制 中心環(huán)節(jié) 。主要從以下特點(diǎn)考慮： 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 是一種低功耗 ， 高性能 CMOS 工藝的 8 位微控制器 ， 具有 8K在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)提供高靈活，超有效的解決方案。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8K 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O口線，看門(mén)狗定時(shí)器， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外， AT89S52 可降至 0KHZ 靜態(tài)邏輯操作，支持2 種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)停止工作，直到一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 有 40 個(gè)引腳， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出 （ I/O） 端口，同時(shí)內(nèi)含8 個(gè)中斷口， 3 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ， 2 個(gè)全雙工串行通信口， 2 個(gè)讀寫(xiě)口線。 AT89S52 可以 按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其通用的微處理器和 Flash 存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，可反復(fù)擦寫(xiě)的 Flash 存儲(chǔ)器可有效地降低開(kāi)發(fā)成本。 晶振電路 單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩方式和外部震蕩方式。本設(shè)計(jì)中，在引腳 XTAL1 和 XTAL2 端外接石英晶體振蕩器，就構(gòu)成了內(nèi)部震蕩方式。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自己震蕩器，并產(chǎn)生震蕩時(shí)鐘脈沖。晶振通常選用 6MHz， 12MHz 或24MHz。本設(shè)計(jì)選用 12MHz 晶振。如圖 32 所示，電容 C2， C3 起穩(wěn)定震蕩頻率，快速起震的作用。電容值通常為 530pF。內(nèi)部震蕩方式所得的時(shí)鐘信號(hào)比較穩(wěn)定，實(shí)用電路中使用最多。 上電復(fù)位電路 設(shè)計(jì)中用的是上電復(fù)位，是指單片機(jī)只要一上電，便自動(dòng)的進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。圖 33 是上電復(fù)位電路。當(dāng)采用的晶體頻率為 12MHZ 時(shí)，可采取 C=10uF， R=8。2KΩ[2]。 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 圖 32 晶振電路 圖 33 上電復(fù)位電路 控制器時(shí)鐘接口電路設(shè)計(jì) 為了給用戶提供方便，本設(shè)計(jì)加入一種時(shí)間芯片，它可以為用戶提供準(zhǔn)確的時(shí)間及日期。具有良好的使用性質(zhì)。 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 本系統(tǒng)采用美國(guó) DALLAS 半 導(dǎo)體公司最新推出的時(shí)鐘芯片 DS12887，該芯片采用 CMOS 技術(shù)，把時(shí)鐘芯片所需的晶振和電池以及相關(guān)的電路集成到芯片內(nèi)部，并與 MC146818 管腳完全兼容。 DS12887 芯片具有微功耗、外圍接口簡(jiǎn)單、精度高，工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，完全能夠滿足設(shè)計(jì)需要。 DS12887 時(shí)鐘芯片簡(jiǎn)介 美國(guó)達(dá)拉斯半導(dǎo)體公司 (Dallas)最新推出 DS12887 的串行接口實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，采用 CMOS 技術(shù)制成，具有內(nèi)部晶振和時(shí)鐘芯片備份鋰電池，同時(shí)它與目前 IBMAT 計(jì)算機(jī)常用的時(shí)鐘芯片 MC146818B 和 DS1287 管腳兼容，可直接替換。它所提供的世紀(jì)字節(jié)在位置 32h，世紀(jì)寄存器 32h 到 2021 年 1 月 1日從 19 遞增到 20。采用 DS12887 芯片設(shè)計(jì)的時(shí)鐘電路不需任何外圍電路和器件，并具有良好的微機(jī)接口。 DS12887 芯片具有微功耗，外圍接口簡(jiǎn)單，精度高，工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于各種需要較高精度的實(shí)時(shí)時(shí)鐘系統(tǒng)。美國(guó) Dallas 公司推出兩款數(shù)字時(shí)鐘芯片 DS12887/DS12C887，兩款時(shí)鐘芯片都將在 1999 年 12 月 31 日 23 時(shí) 59 分 59 秒時(shí)順利地跳到 2021 年 1 月 1 日零時(shí)，并能實(shí) 2021 年 2 月 29 日的閏 年提示，是時(shí)鐘芯片 DS1287 的增強(qiáng)型品種，結(jié)構(gòu)上相當(dāng)于 MC146818B 的改進(jìn)型。芯片都采用 24 引腳雙列直插式封裝，其引腳接口邏輯和內(nèi)部操作方式與 MC146818 基本一致，所不同的是DS12887/DS12C887 芯片的晶體振蕩器、振蕩電路、充電電路和可充電鋰電池等一起封裝在芯片的上方，組成一個(gè)加厚的集成電路模塊，因此， DS12887/ DS12C887 時(shí)鐘芯片無(wú)需 MC146818 的電源電位檢測(cè)端 ( PS)，電路通電時(shí)其充電電路便自動(dòng)對(duì)可充電電池充電，充足一次電可供芯片時(shí)鐘運(yùn)行半年之久，正常工作 時(shí)可保證時(shí)鐘數(shù)據(jù)十年內(nèi)不會(huì)丟失。此外，片內(nèi)通用的 RAM 為MC146818 的兩倍以上。 DS12887/DS12C887 內(nèi)部有專門(mén)的接口電路，從而使得外部電路的時(shí)序要求十分簡(jiǎn)單，使它與各種微處理器的接口大大簡(jiǎn)化。使用時(shí)無(wú)需外圍電路元件，只要選擇引腳 MOT 電平，即可和不同計(jì)算機(jī)總線連接。 主要技術(shù)特點(diǎn) 1. DS12887/DS12C887 具有下列主要技術(shù)特點(diǎn)： (1) 具有完備的時(shí)鐘、鬧鐘及到 2100 年的日歷功能，可選擇 12 小時(shí)制或24 小時(shí)制計(jì)時(shí)，有 AM 和 PM、星期、夏令時(shí)間操作，閏年自動(dòng)補(bǔ)償?shù)裙δ堋? 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 (2) 具有可編程選擇的周期性中斷方式和多頻率輸出的方波發(fā)生器功能。 (3) DS12887 內(nèi)部有 14 個(gè)時(shí)鐘控制寄存器，包括 10 個(gè)時(shí)標(biāo)寄存器， 4 個(gè)狀態(tài)寄存器和 114bit 作掉電保護(hù)用的低功耗 RAM。 (4) 由于該芯片具有多種周期中斷速率時(shí)鐘中斷功能，因此可以滿足各種不同的待機(jī)要求，最長(zhǎng)可達(dá) 24 小時(shí)，使用非常方便。 (5) 時(shí)標(biāo)可選擇二進(jìn)制或 BCD 碼表示。 (6) 工作電壓： + ～ 、工作電流： 7～ 15mA。 (7) 工作溫度范圍： 0～ 70176。C。 2. DS12887 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及管腳說(shuō)明 DS12887/DS12C887 為 24 引腳芯片，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 34 所示 。 圖 34 DS18B20 內(nèi)部框圖 其中： MOT： 計(jì)算機(jī)總線選擇端 ； SQW： 方波輸出 ， 速率和是否輸出由專用寄存器 A、 B 的預(yù)置參數(shù)決定 ； AD0～ AD7： 地址 /數(shù)據(jù) (雙向 )總線 ， 由 AS 的下降沿鎖存 8 位地址 ； R/W： 讀 /寫(xiě)數(shù)據(jù) ； AS： 地址鎖存信號(hào)端 ； DS： 數(shù)據(jù)讀信號(hào)端 ； CS： 選通信號(hào)端 ， 低電平有效 ； IRQ： 中斷申請(qǐng) ， 由專用寄存器決定 ；RESET： 復(fù)位端 ； NC： 空引腳。 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 DS12887 內(nèi)部由振蕩電路，分頻電路，周期中斷 /方波選擇電路， 14 字節(jié)時(shí)鐘和控制單元， 114 字節(jié)用戶非易失 RAM，十進(jìn)制 /二進(jìn)制計(jì)加器，總線接口電路，電源開(kāi)關(guān)寫(xiě)保護(hù)單元和內(nèi)部鋰電池等部分組成。 DS12887 管腳分配如圖 35 所示。 圖 35 管腳分配圖 VCC： 直流電源 + 5V 電壓。當(dāng) 5V電壓在正常范圍內(nèi)時(shí) ， 數(shù)據(jù)可讀寫(xiě) ； 當(dāng)VCC 低于 4。 25V， 讀寫(xiě)被禁止 ， 計(jì)時(shí)功能仍繼續(xù) ； 當(dāng) VCC 下降到 3V 以下時(shí)，RAM 和計(jì)時(shí)器供電被切換到內(nèi)部鋰電池。 MOT(模式選擇 )： MOT 管腳接到 VCC 時(shí) ， 選擇 MOTOROLA 時(shí)序 ， 當(dāng)接到 GND 時(shí) ， 選擇 INTEL 時(shí)序。 SQW(方波信號(hào)輸 出 )： SQW 管腳能從實(shí)時(shí)時(shí)鐘內(nèi)部 15 級(jí)分頻器的 13 個(gè)抽頭中選擇一個(gè)作為輸出信號(hào) ， 其輸出頻率可通過(guò)對(duì)寄存器 A 編程改變。 AD0 —AD7(雙向地址 / 數(shù)據(jù)復(fù)用線 )： 總線接口 ， 可與 MOTOROLA 微機(jī)系列和INTEL 微機(jī)系列接口。 AS (地址選通輸入 )： 用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)分離 ， 在 AD/ ALE 的下降沿把地址鎖入 DS12887。 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 DS(數(shù)據(jù)選通或讀輸入 )： DS/ RD 管腳有兩種操作模式，取決于 MOT 管腳的電平，當(dāng)使用 MOTORO2LA 時(shí)序時(shí)， DS 是一正脈沖，出現(xiàn)在總線周期的后段，稱為數(shù)據(jù)選通；在讀周期， DS 指 示 DS12887 驅(qū)動(dòng)雙向總線的時(shí)刻 ； 在寫(xiě)周期， DS 的后沿使 DS12887 鎖存寫(xiě)數(shù)據(jù)。選擇 INTEL 時(shí)序時(shí)， DS 稱作 (RD)，RD 與典型存貯器的允許信號(hào) (OE) 的定義相同。 R/W(讀 / 寫(xiě)輸入 ) ： R/ W 管腳也有兩種操作模式。選 MOTOROLA 時(shí)序時(shí)， R/W 是一電平信號(hào)，指示當(dāng)前周期是讀或?qū)懼芷冢?DS 為高電平時(shí)， R/ W高電平指示讀周期， R/W 信號(hào)是一低電平信號(hào)，稱為 WR。在此模式下， R/ W管腳與通用 RAM 的寫(xiě)允許信號(hào) (WE) 的含義相同。 CS(片選輸入 )：在訪問(wèn)DS12887 的總 線周期內(nèi)片選信號(hào)必須保持為低。 IRQ(中斷申請(qǐng)輸入 )：低電平有效，可作微處理的中斷輸入。沒(méi)有中斷的條件滿足時(shí)， IRQ 處于高阻態(tài)。 IRQ線是漏極開(kāi)中輸入，要求外接上接電阻。 RESET(復(fù)位輸出 )：當(dāng)該腳保持低電平時(shí)間大于 200ms，保證 DS12887 有效復(fù)位。 3. DS12887/ DS12C887 內(nèi)部寄存器的功能 因 DS12887 和 DS12C887 結(jié)構(gòu)功能上類似，現(xiàn)以 DS12887 為例說(shuō)明如下：CPU 通過(guò)讀 DS12887 的內(nèi)部時(shí)標(biāo)寄存器得到當(dāng)前的時(shí)間和日歷，也可通過(guò)選擇二進(jìn)制碼或 BCD 碼初始化芯片 的 10 個(gè)時(shí)標(biāo)寄存器。其 114bit 非易失性靜態(tài)RAM 可供用戶使用，對(duì)于沒(méi)有 RAM 的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，可在主機(jī)掉電時(shí)來(lái)保存一些重要的數(shù)據(jù)。 DS12887 的 4 個(gè)狀態(tài)寄存器用來(lái)控制和指 DS12887 模塊的當(dāng)前工作狀態(tài)，除數(shù)據(jù)更新周期外，程序可隨時(shí)讀寫(xiě)這 4 個(gè)寄存器，各寄存器的功能和作用如下。 寄存器 A 各位不受復(fù)位的影響， UIP 位為只讀位，其它各位均可讀寫(xiě)。寄存器的控制字的格式如下表 31 所列： 表 31 DS12887 控制寄存器 A 各布爾位定義： BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0 UIP DV2 DV1 DV0 RS3 RS2 RS1 RS0 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 (1) IP 位：更新周期標(biāo)志位。該位為 “1”時(shí)，表示芯片正處于或即將開(kāi)始更新周期，此時(shí)程序不準(zhǔn)讀寫(xiě)時(shí)標(biāo)寄存器；該位為 “0”時(shí)，表示至少在 244μs 后才開(kāi)始更新周期，此時(shí)程序可讀芯片內(nèi)時(shí)標(biāo)寄存器。該位是只讀位。 (2)DV0 、 DV1 、 DV2 ：芯片內(nèi)部振蕩器 RTC 控制位。當(dāng)芯片解除復(fù)位狀態(tài)，并將 010 寫(xiě)入 DV0、 DV DV2 后，另一個(gè)更新周期將在 500ms 后開(kāi)始。 因此，在程序初始化時(shí)可用這三位精確地 使芯片在設(shè)定的時(shí)間開(kāi)始工作。這與 MC146818 不同的是， DS12887 固定使用 32 768Hz 的內(nèi)部晶體，所以，DV0 =“0”， DV1 =“1”， DV2 =“0”，即只有一種 010 的組合選擇即可啟動(dòng) RTC。 (3)RS RS RS RS0：周期中斷可編程方波輸出速率選擇位。各種不同的組合可以產(chǎn)生不同的輸出。程序可以通過(guò)設(shè)置寄存器 B的 SQWF 和 PIE 位控制是否允許周期中斷和方波輸出。其寄存器 A 輸出速率選擇位如表 35（見(jiàn)17 頁(yè)） 所列。 寄存器 B 的控制字的格式如表 33 所列。 表 32 DS12887 控制寄存器 B 各布爾位定義 BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0 SET PIE ALE UIE SQWE DW 24/21 DSE (a) SET 位：當(dāng)該位為 “0”時(shí)，芯片處于正常工作狀態(tài)，每秒產(chǎn)生一個(gè)更新周期來(lái)更新時(shí)標(biāo)寄存器為 “1”時(shí)，芯片停止工作，程序在此期間可初始化芯片的各個(gè)時(shí)標(biāo)寄存器。 (b)PIE、 AIE、 UIE 位：分別為周期中斷、報(bào)警中斷、更新周期結(jié)束中斷允許位。各位為 “1”時(shí)，允許芯片發(fā)相應(yīng)的中斷。 (c)SQWE 位：方波輸出允 許位。 SQWE“1”，按寄存器 A 輸出速率選擇位所確定的頻率輸出方波 ； SQWE =“0”，腳 SQW 保持低電平。 (d) DM 位：時(shí)標(biāo)寄存器用十進(jìn)制 BCD 碼表示或用二進(jìn)制表示格式選擇位。 DM =“0”時(shí)，為十進(jìn)制 BCD 碼 ； DM =“1”時(shí)，為二進(jìn)制碼。 (e) 24/ 12 位： 24/ 12 小時(shí)模式設(shè)置位。 24/12 位 =“1”時(shí)，為 24 小時(shí)工作模式 ；