李静的论文

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洛阳理工学院毕业设计(论文)

目前,中国已成为世界上最大的太阳能热水器生产国,年产量约为世界各国之和。但是与之相配套的太阳能热水器控制器却一直处在研究与开发阶段。现在的这种控制器只具有温度和液位显示功能,而且为分段显示。他不具有温度控制功能,当由于天气原因而光强不足时,就会给热水器用户带来不便。鉴于国内太阳能热水器市场不断扩大,而与其相配套的控制器却急需改进的情况下,研制了这套太阳能热水器控制器。本文设计的太阳能热水器是以89C51单片机为检测控制核心,不仅实现了温度、水位两种参数的实时显示功能,而且具有温度设定与控制功能。控制器可以根据天气情况利用辅助加热装置使蓄水箱内的水温达到预先设定的温度,从而达到24小时供应热水的目的。实际应用结果表明,该控制器和以往的显示仪相比具有性价比高、温度控制与显示精度高、使用方便和性能稳定等优点,提高了我国太阳能应用领域控制水平,具有可观的经济效益和社会效益。
太阳能热水器因利用太阳能、无污染、使用方便、长期使用投入费用低等特点而备受人们青睐。本设计介绍了一种以89C51单片机为核心构成的太阳能热水器智能控制器的设计方法,给出了系统硬件设计及软件实现方法。本设计以单片机89C51为核心,将水温信号和水位开关检测信号经过处理后送入单片机,使数码管显示当前温度和指示灯指示当前水位值,另外一方面通过与温度设定值进行比较,根据结果发出相应的上水、加热指令,对热水器的温度和水位进行控。
关键词:太阳能热水器,单片机AT89C51,硬件设计,软件设计
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ABSTRACT
Atpresent,Chinahasbecometheworld'slargestproducerofsolarwaterheater,withanannualoutputofaroundandaroundtheworld.However,matchingwithsolarwaterheatercontrollerhasbeeninresearchanddevelopmentstage.Thecontrollernowonlydisplaythetemperatureandlevel,butalsoforthesub-display.Hedidnothaveatemperaturecontrolfunction,whenduetobadweatherandlackoflight,itwillbringinconveniencetothewaterheater.Inviewofdomesticsolarwaterheatermarketexpansion,anditsmatchingcontrollerisanurgentneedtoimprovethesituation,developedasetofsolarwaterheatercontroller.Inthispaper,solarwaterheaterisdesignedforthedetectionofsingle-chipcontrol89C51core,notonlyoftemperature,waterlevelinthetwoparametersinreal-timedisplayandtemperaturesettingandcontrolfunctions.Controlleraccordingtoweatherconditionscanmakeuseofauxiliaryheatingdevicesothatthetemperatureinsidethewatertoreachpre-settemperature,soastoachievea24-hourhotwatersupplypurposes.Practicalapplicationresultsshowthatthecontrollerandcomparedtothepreviousdisplayinstrumentwithhighperformance-priceratio,temperaturecontrolanddisplayhighprecision,easy-to-useandperformanceadvantagesofstability,improvedcontrolofourlevelofsolarenergyapplications,withconsiderableeconomicbenefitsandsocialbenefits.
Solarwaterheaterduetotheuseofsolarenergy,pollution-free,easytouse,long-termuseoflowinputcostsandhasbeenfavoredpeople.Introducedthedesignofasingle-chipmicrocomputer89C51asthecoreconsistingofsolarwaterheaterintelligentcontrollerdesignmethod,giventhesystemhardwaredesignandsoftwareimplementation.Thedesignofsingle-chipmicrocomputerasthecore89C51,willcomefromthetemperatureandwaterleveldetectionsensorsignalconditioning,A/Dtransformedintosingle-chip,ontheonehandthroughtheLEDdisplaysthecurrentvalueoftemperatureandwaterlevel,whileontheonehand,andthetemperatureandcomparethewaterlevelsettings,computing,accordingtoresultsissuedbytheShangShui,heatinginstructions,ofthewaterheatertocontroltemperatureandwaterlevel.
KEYWORDSSolarwaterheater,single-chip,hardwaredesign,softwaredesign


II

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.......................................................................................................................................................................I....................................................................................................................................................................III1绪论.....................................................................................................................................................................1
1.1太阳能热水器的概述...................................................11.2太阳能热水器的背景...................................................21.3太阳能热水器的研究现状................................................21.4本设计的主要任务及内容................................................21.5系统的主要功能........................................................3
2系统总体方案的设计.........................................................................................................................................4
2.1系统总体结构框图的设计...............................................42.2温度检测电路设计.....................................................4
2.2.1AD590的工作原理...............................................................................................................................7
2.3模拟/数字转换电路....................................................8
2.3.1TL2543的内部结构..............................................................................................................................92.3.2TLC2543的工作方式和输入通道的选择.........................................................................................102.3.3TLC2543的读写时序........................................................................................................................10
2.4单片机的控制系统....................................................12
2.4.1AT89C51的主要特性..........................................................................................................................132.4.2AT89C51的引脚说明..........................................................................................................................132.4.3振荡特性.............................................................................................................................................162.4.4最小系统应用电路.............................................................................................................................17
2.5键盘控制电路........................................................18
2.5.1按键的确认.........................................................................................................................................182.5.2重键与连击的处理.............................................................................................................................182.5.3按键防抖技术.....................................................................................................................................182.5.4本设计键盘的硬件连接......................................................................................................................192.5.5键盘扫描程序......................................................................................................................................19
2.6LED显示电路.........................................................20
2.6.1LED显示原理......................................................................................................................................20
2.7电源电路............................................................232.8加热控制电路设计.....................................................23
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2.9继电器...............................................................24
2.9.1继电器(relay)的工作原理和特性..................................................................................................242.9.2继电器(relay)的驱动电路设计......................................................................................................24
2.10报警电路设计.......................................................25
3系统软件设计.......................................................................................................................................26
3.1软件功能概述........................................................263.2主程序设计...........................................................273.3I/O口的说明.........................................................273.4系统存储器功能......................................................283.5中断程序.............................................................28
3.5.1定时器T0中断程序............................................................................................................................283.5.2定时器T1中断程序.........................................................................................................................30
3.6A/D转换及液位显示程序................................................313.7温度采集程序........................................................313.8温度显示程序........................................................32
第四章.软硬件调试.............................................................................................................................................34第五章.系统功能..................................................................................................................................................35
5.1系统能实现的功能.....................................................355.2系统功能测试.........................................................355.3系统功能分析.........................................................35
第六章.参考文献..................................................................................................................................................37...................................................................................................................................................................38附录一:总电路原理图.......................................................................................................................................39附录二:仿真电路图...........................................................................................................................................40附录三:C源程序...............................................................................................................................................43
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1绪论

1.1太阳能热水器的概述
随着社会不断的发展,人们对能源的需求在快速增长,导致不可再生能源的贮量日益减少,同时不可再生能源给全球性带来的污染和生态环境的破坏日益严重,开发利用新型高效能源的问题越来越受到世界各国的关注。太阳能作为一种取之不尽的清洁能源,经过了不断的开发、研究后,现在又进入了一个新的开发利用阶段,各种太阳能转换设备层出不穷,其中太阳能热水器就是其中的一种主要的转化设备,其核心部分是集热器,目前,太阳能热水器上使用的集热器有平板型、真空集热管和热管真空管三种类型。平板型集热器的价格相对较低,普通平板集热器的热效率受温度和环境温度的影响比较大,冬季不能正常使用。
真空集热管的热工性能非常优良,其热效率受周围环境温度的影响比较小,可在高温和低温环境下正常使用。真空集热管中的玻璃金属真空管的耐高温、压高、耐热冲击性能均好于全玻璃真空管,但玻璃与金属封接技术不完善,价位相对较高。全玻璃真空管的价格相对较低,其生产量和市场的需求量都在不断增加,但在直接加热水时,存在着炸管、结垢严重等问题。长期使用热效率会有所降低。
热管真空管的价格高于全玻璃真空管,但其具有单向导热和等温传热的特性,通过热管向周围散失的热量非常少。同时,管内封存的少量防冻工作液长期循环工作,管内不结垢、不冻结、不炸管、启动快、集热效率高,在置换破损的真空管时不影响系统正常运行,是目前值得积极研究推广使用的产品。集热器的性能和造价在一定程度上决定了太阳能热水器的推广和使用,决定了太阳能热水供应系统的形式。
最早出现的强迫循环方式是定时循环方式,即每隔一定时间启动循环水泵进行一次冷热水循环来采集太阳能,该方式能够加快太阳能的采集速度,但是每隔一定时间进行循环并不能准确跟踪太阳能的变化,当可利用的太阳能很少甚至没有时还会启动循环水泵,致使水泵做无用功,加大系统功耗。随后出现了定温循环方式,即在集热器的出口水温达到一设定值时进行循环来采集太阳能。随着计算机在各种智能控制系统应用中的不断深入与蓬勃发展,单片机更以其小巧的外形、较高的性价比、灵活的控制方式广泛地应用在这一领域。本设计所介绍的太阳能热水器自动控制系统,将低价位的单片机引太阳能热水器中,以单片机作为核心部件,实时采集温度和水位数据,进行温差跟踪循环充分利用太阳能进行加热,同时考虑到太阳能的间歇性自动进行能源转换,有效地启动一种辅助能源进行加热,通过智能控制达到全天候不间断提供热水。目前市场上太阳能热水器的控制系统大多存在功能单一、操作复杂、控制不方便等问题,很多控制器只具有温度和水位显示功能,不具有温度控制功能。即使热水器具有辅助加热功能,可能由于加热时间不能控制而产生过烧,从而浪费电能.鉴于此,本文以AT89C52单片机为检测控制核心,设计了一种太阳能热水器微控制器,不仅实现了时间、温度和水位参数的实时显示,而且具有时间设定、温度设定、水位设定与控制功能,停电后再来电时也不用重新设定。

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1.2太阳能热水器的背景
国外对太阳能热水器的研究始于20世纪50年代初,美国、瑞典、澳大利亚、日本等发达国家纷纷投入了大量人力、物力对太阳能热泵进行深入研究与开发,在各地实施了多项太阳能热泵示范工程,如宾馆、住宅、学校、医院、图书馆以及游泳馆等,取得了一定的经济效益和良好的社会效益。
目前,太阳能热水器的应用已比较普遍,在国外,许多国家通过政府补贴的式鼓励居民应用太阳能热水器,欧洲还采用了“工程项目法”等措施来加强太阳能热水器的推广。我国在没有政府补贴的情况下,太阳能热水器的销售和普及的速度也十分迅速,据统计,1999年我国销售的太阳能热水器的面积近300万平方米,其数量居世界首位,并且销售的产品都是国产产品,销售的区域主要在经济比较发达地区,而这些区域很多并非是太阳能资源丰富的地区。若能在全国范围内推广使用太阳能热水器,其节能潜力和环保效益将是十分巨大的。
随着技术的不断更新,将会有越来越多、越来越完善的太阳能热水器产品出现,太阳能热水供应系统也会越来越完善。太阳能技术的推广使用,节约了能源改善了环境、提高了人们的生活质量,为人类的文明和进步作出了巨大的贡献。

1.3太阳能热水器的研究现状
近年,我国部分地区严重的能源短缺推动了太阳能热水器的广泛使用,这项环保而节能的新型产品在市场上迅速得到发展,到2002年底,我国太阳能热水器的总产量已达到1000万平方米总产值110多亿元,总保有量高达4000万平方米。有关专家预测,在未来的10年中,太阳能热水器将以15%每年的速度增长,2010年将达到1亿平方米。
目前中国太阳能热水器品牌基本上分为三类:一是拥有全国销售网络的企业,如皇明等一两家;二是正处在由地方网络向全国过渡的企业,有华阳与清华阳光等几家;第三类是数量庞大的地方小太阳能热水器企业。有数字显示,这样的小太阳能热水器生产企业全国有3000多家。基本上每个省份都有近百家这样的小企业。这些间接导致了我国太阳能热水器行业整体技术水平的落后,在国际市场上缺乏竞争力。据权威部门统计,100亿的产业规模,年出口量仅1000美元左右,不及总量的1%
总体来看,我国太阳能热泵热水技术还处于发展阶段,太阳能热水器装置在我国尚难实现商品化,仍有许多问题需要解决。

1.4本设计的主要任务及内容
太阳能热水器因利用太阳能、无污染、使用方便、长期使用投入费用低等特点而备受人们青睐。本设计以AT89C51单片机为核心配合传感器、显示器件、电器、电加热、报警器等外围器件,采集热水器储水箱中的水位,水温信号,通过电加热器加热来控制储水箱的水位、温度,并完成水位、水温显示、水溢报警等功能。另配有键盘,可以实现设置温度功能。将来自温度和水位检测传感器的信号经过调理、A/D转化后送入单片机,一方面通过LED显示当前温度和水位值,另外一方面与温度和水位设定值进行比较、运算,根据结果发出相应的上水、加热指令,对热水器的温度和水位进行控制。
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本次设计的主要内容:
a温度、水位检测传感器的选择bA/D转换器与传感器及AT89C51的接口设计c键盘及显示部分的设计d)控制加热和上水电路设计e)软件设计f总体设计
从系统需要和研究内容可以看出,本设计需要做的主要工作有:查阅相关资料,了解各部分功能原理。查阅元器件资料,掌握器件工作原理和硬件实现方法。利用电脑仿真,对设计的电路进行模拟检测。
1.5系统的主要功能
太阳能热水器自动控制系统具有以下功能:
(1使用电源为220VAC,功耗小于5W
(2水温显示:水温用串行动态数码管显示,测温范围099℃;精度±0.1℃。
(3水位显示:本系统利用水位检测电路可以检测3个水位,分别为满水位的1050%、95,3个发光二极管来显示当前水位,当水位超过该水位点,相应发光二极管发亮。
(5自动上水:在自动控制状态,上电时自动检测水位,低于中位时自动上水,当温度高于80度自动上水,低于70度时上水停止。水位高于95%时上水停止且温度高于90度时开始报警,报警灯常亮。
(6自动加热:若后5分钟水温没有达到60,则电加热自动补温,加热到65度后自动停止加热。在加热状态,为保证使用安全,此时应禁止用,加热状态时红色发光二级管显示加热正在进行,待加热停止后方可用水。



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2系统总体方案的设计

2.1系统总体结构框图的设计
太阳能热水器控制器主要由温度水位数据采集模块、单片机控系统和键盘显示电路及继电器控制部分组成。太阳能热水器控制系统可以实现温度显示,温度设定,水位显示和控制等多种功能,其中对水位的检测、控制,实时水位灯指示、自动上水,超限报警是太阳能热水器控制的核心。本次设计选用的是AT89C51单片机作为核心控制器,组成热水器微控制系统。传感器采用的是感温电流源AD590温度传感器,用于检测水温,并负责将检测到的水温经差分放大电路LM324转换成05V的模拟信号,然后通过TL2543模数转换器把检测到的温度电压信号转换成数字信号,一方面由单片机AT89C51完成最终完成太阳能热水器控制器的控制功能,另一方面通过LED显示当前温度,另外一方面与温度和水位设定值进行比较、运算,根据结果发出相应的上水、加热指令,对热水器的温度和水位进行控制。系统框图如图2-1所示:
液位检测及显示
LED显示接口
A/DTL2543
AT89C51
温度数据采集
蜂鸣器
ULN2003继电器
温度设定按键

2-1太阳能热水器控制器系统框图

2.2温度检测电路设计
温度检测部分是实现温度智能控制的重要环节,只有准确地检测出温度,能通过软件实现辅助加热。其性能的好坏直接影响系统的性能,对于温度检测,目前比较理想的是集成温度传感器AD590因此温度传感器采用是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源AD590AD590温度传感器是一种已经IC化的温度感测器,它会将温度转换为电流,在单片机的各种课本中经常看到。规格如下:
单片集成两端感温电流源AD590的主要特性如下:
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1)流过器件的电流(uA)等于器件所处环境的热力学温度(开尔文)度数:Ir/T=1
2AD590的测温范围为—55~+150℃;
3AD590的电源电压范围为4~30V,电源电压可在4V6V范围变化,电流变化1mA,相当于温度变化1KAD590可以承受44V正向电压和20V向电压,因而器件即使反接也不会被损坏;4)输出电阻为710mΩ
5)精度高,AD590共有IJKLM五档,其中M档精度最高,AD590在—55~+150℃范围内,线性误差仅为±0.3℃。
具有体积小、重量轻、线形度好、性能稳定等优点、它的测量温度—50~+150度,满刻度范围误差为+-0.3,当电源电压早5~10V之间,稳定度为1%时,误差0.01度,完全合格。

AD590的管脚图及元件符号如2-2所示:
.
.
V+
AD590
.
V-
.
.


2-2AD590的管脚图及元件符号
它采用金属壳3脚封装,其中1脚位电源正端V+2脚为电流输出端I03脚为管壳,一般不用。AD590的输出电流值说明如下:
其输出电流是以绝对温度零度-273℃)为基准,每增加1℃,它会增加1μA输出电流,因此在室温25℃时,其输出电流Iout=273+25=298μA
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2-3AD590基本应用电路
AD590基本应用电路如2-3所示:注意事项:
aVo的值为Io乘上10K以室温25℃而言,输出值为10K×298μA=2.98Vb)测量Vo时,不可分出任何电流,否则测量值会不准。AD590实际应用电路如2-4所示:
R11
+5V
+12V
10K
+12V
U3A
R1210K
U1A
R145K+12V
IN-0
AD590
R1610K
LM741
R69K
R101K
-12V
U2A
LM741
LM741
R131K
-12V
-12V
R72K
R920K
R82K

+12V

2-4AD590实际应用图
电路分析:
AD590的输出电流I(273TAT为摄氏温度),因此测量的电压V273+TμA×10K=(2.73+T/100V。为了将电压测量出来又务须使输出电流I不分流出来,我们使用电压跟随器其输出电压V2等于输入电压V
由于一般电源供应较多的器件之后,电源是不稳定的,所以利用可变电阻分压,其输出电压V1需调整至2.73V
接下来我们使用差动放大器其输出Vo为(100K/10K)×(V2-V1=T/10如果现在为摄氏28℃,输出电压为2.8V,输出电压接A/D转换器,那么A/D换输出的数字量就和摄氏温度成线形比例关系。
AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。AD590测温范围为-55℃~+150℃,满足人们日常生产和生活中的温度范围。AD590电源电压可在4V6V范围变化,可以承受44V正向电压和20V反向电压,因而器件反接也不会被损坏。AD590产生的电流与绝对温度成正比,它有非常好的线性输出性能,温度每增加1℃,其电流增加1μA
AD590温度与电流的关系如表2-1所示:
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2-1AD590温度与电流的关系表
摄氏温度0-0.5-1-1.5-2-2.5-3-3.5
AD590电流
10KΩ电压
273.2μA2.732V272.7μA2.727V272.2μA2.722V271.7μA2.717V271.2μA2.712V270.7μA2.707V270.2μA2.702V269.7μA2.697V
为了提高精度,扩大测量范围,A/D转换前还要将信号加以放大并进行零点迁移,因而一个高稳定性的、高精度的放大电路是必须的,当温度变化时,AD590会产生电流变化,AD590的电流通过一个10kΩ的电阻时,这个电阻上的压降10mV即转换成10mV/K为了使此10kΩ电阻精确,可用一个9kΩ的电阻与一个2kΩ的电位器串联,然后通过调节电位器来获得精确的10kΩ。运算放大U3A被接成电压跟随器形式,以增加信号的输入阻抗,由运放U2A减去2.732做零位调整(即把绝对温度转成摄氏温度)最后由运放U1A反相并放大5倍输送给A/D转换器。具体硬件连接图图2-5所示。

2-5温度检测电路图
2.2.1AD590的工作原理
在被测温度一定时,AD590相当于一个恒流源,把它与5~30V的电流源相连,并在输出端串接一个1KΩ的恒值电阻。那么,此电阻上流过的电流将和被测温度成正比,这时电阻两端将会有1mV/K的电压信号。其基本电路如图2-3所示,


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它是利用Vbe特性的集成PN结传感器的感温部分核心电路。其中,T1T2起恒流作用,可用于使左右两支路的集成电极电流I1I2相等,T3T4是感温用的晶体管,两个管的材质和工艺完全相同,T3实质上是有n个晶体管并联而成,因而其结面积是T4n倍。T3T4的发射结电压Vbe3Vbe4经反极性串联后加在电阻R上,所以R上的端电压为Vbe。因此,电流I1
I1=Vbe/R=KT/qlm/R
对于AD590n=8,这样,电路的总电流将与热力学温度T成正比,将此电流引至负载电阻RL上便可得到与T成正比的输出电压。由于利用了恒流特性,所以输出信号不受电源电压和导线电阻的影响。2-3中的电阻R是在硅板上形成的薄膜电阻。该电阻已用激光修正了其电阻值,因而在基准温度下可得到1uA/KI值。图2-4所示是AD590的内部电路,图中的T1~T4相当于图2-3中的T1T2,而T9T11相当于图2-3中的T3T4R5R6是用薄膜工艺制成的低温度系数电阻,供出厂前调整之用。T7T8T10为对称的Wilson电路,用来提高阻抗。T5T12T10为启动电路,其中T5为恒定偏置二极管。T6用来防止电源反接时损坏电路,同时也可使左右两支路对称。R1R2为发射极反馈电阻,可用于进一步提高阻抗。T1~T4是为热效应而设计的连接方式。C1R4则可用来防止寄生振荡。该电路的设计使得T9T10T11三者的发射极电流相等,并同为整个电路总电流I1/3T9T11的发射结面积比为81T10T11的发射结面积相等。T9T11的发射结电压互相反极性串联后加在电R5R6上,因此可以写出
Vbe=R62R5I/3
R6上只有T9的发射极电流,而R5上除了来自T10的发射极电流外,还有来自T11的发射极电流,所以R6上的压降是R52/3
根据上式不难看出,要想改变△Vbe,可以在调整R5后再调整R6,而增大R5的效果同减小R6是一样的。其结果都会使△Vbe减小。不过,改变R5对△Vbe的影响更为显著,因为它前面的系数较大。实际上就是利用激光修正R5以进行粗调,修正R6以实现细调,最终使其在250℃之下使总电流I达到1uA/K

2.3模拟/数字转换电路
A/D转换是将传感器输入的模拟量转换成数字量送入单片机内。设计中应用的是A/D转换的中断方式,将转换结束标志信号接到单片机的中断引脚或允许中
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断的I/O接口的相应引脚上,当转换结束时,即提出中断申请,单片机响应后,在中断服务程序中读取数据,这种方式使A/D转换器与处理器的工作时间同时进行,因而节省机时,常用于实时性要求比较强或多参数的数据采集系统。
模拟/数字转换电路应用的主要芯片是TL2543TL2543简介:TL2543是德
州仪器公司生产的12位开关电容型逐级逼近模数转换器,最大转换时间10us,11个模拟输入通道,3路内置自测试方式,采样率为66ksps线性误差±1LSBmax有转换结束输出EOC,具有单级、双极性输出,可编程的MSBLSB前导,可编程输出数据长度。它具有三个控制输入端,采用简单三线SPI串行接口可方便的与微机进行连接,图2-6和图2-7分别是TLC2543的引脚排列图和内部结构图。


26TLC2543芯片引脚图

2.3.1TL2543的内部结构

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2-7TL2543内部逻辑结构

2.3.2TLC2543的工作方式和输入通道的选择
TLC2543是一个多通道和多工作方式的模数转换器件。2-6为其芯片引脚图,图2-7是它的内部结构图。其工作方式和输入通道的选择是通过向TLC2543的控制寄存器写入一个八位的控制字来实现的。这个八位控制字由四个部分组成:D7D6D5D4选择输入通道,D3D2选择输出数据长度,D1选择输出数据顺序,D0选择转换结果的极性。八位控制字的各位的含义如表2-2所示。主机以MSB为前导方式将控制字写入TLC2543的控制寄存器,每个数据位都是在CLOCK序列的上升沿被写入控制器。
2-2引脚功能说明
引脚号191112
1314151617181910
AIN0AIN10
REF-REF+/CSDATAOUTDATAINPUTCLOCKEOCGND
I/OIIIIOIIO

11个模拟信号输入端负基准电压(通常接GND正基准电压(通常接Vcc
片选输入端串行数据输出端串行数据输入端串行时钟输入端模数转换结束段电源接地端电源证端
20Vcc2.3.3TLC2543的读写时序
当片选信号/CS为高电平时,CLOCKDATA-IN被禁止、DATA-OUT为高阻状态,以便SPI总线上的其它器件让出总线。在片选信号/CS的下降沿,A/D转换结果的第一位数据出现在DATA-OUT引脚上,A/D转换结果的其他数据位在时钟信号CLOCK的下降沿被串行输出到DATA-OUT在片选信号/CS下降以后,时钟信CLOCK的前八个上升沿将八位控制字从DATA_IN引脚串行输入到TLC2543的控制寄存器。在片选信号/CS下降以后,经历8(12个或16时钟信号完成对A/D转换器的一次读写。本次写入的控制字在下一次转换中起输出数据长度为12位、以MSB为前导的作用。工作时序图如图2-8所示。
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2-2八位控制字






2-8TLC2543工作时序图
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本次读出的结果由上次输入的控制字决定,A/D转换可由/CS下降沿触发,也可由CLOCK信号触发。本系统采用的工作方式是CLOCK信号触发A/D转换,中(A11A10A9A8A0)为12位的A/D转换结果,B7B6B0为控制字。

2.4单片机的控制系统
单片机诞生于20世纪70年代末,经历了SCMMCUSOC三大阶段。第一阶段:SCM即单片微型计算机(SingleChipMicrocomputer)阶段,主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功,奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。第二阶段:MCU即微型控制器(MicroControllerUnit)阶段,不断扩展满足嵌入式应用时,对象系统要求的各种外围电路与接口电路,突显其对象的智能化控制能力。Intel逐渐变弱,Philips公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势成为最著名的厂家。将MCS-51从单片微型计算机迅速发展到微控制器。第三阶段:单片机是嵌入式系统的独立发展之路,寻求应用系统在芯片上的最大化是MCU阶段发展的重要因素。因此,专用单片机的发展自然形成了SOC化趋势。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展,基SOC的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此,对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。单片机的发展单片机作为微型计算机的一个重要分支,应用面很广,发展很快。自单片机诞生至今,已发展为上百种系列的近千个机种。
我们将8位单片机的推出作为起点,那单片机的发展历史大致可分为以下几个阶段:第一阶段(1976-1978):单片机的探索阶段。以Intel公司的MCS-48为代表。开始探索工控领域,MotorolaZilog等公司也参与了探索,都取得了满意的效果。第二阶段1978-1982单片机的完善阶段。Intel公司在MCS-48基础上推出了完善的、典型的单片机系列MCS-51。它有完善的外部总线、CPU外围功能单元集中的管理模式、具有工控特性的位地址空间及位操作方式、指令系统趋于丰富和完善,并且增加了许多突出控制功能的指令,这些都奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。第三阶段(1982-1990):8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段,也是单片机向微控制器发展的阶段。Intel公司推出的MCS-96系列单片机,将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中,体现了单片机的微控制器特征。随着MCS-51系列的广泛应用,许多电气厂商竞相使用80C51为内核,将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道A/D转换部件、可靠性技术等应用到单片机中,增强了外围电路功能,强化了智能控制的特征。第四阶段(1990-至今):微控制器的全面发展阶段。随着单片机在各个领域全面深入地发展和应用,出现了高速、
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大寻址范围、强运算能力的8/16/32位通用型单片机,以及小型廉价的专用型单片机。
在选择单片机时也应充分考虑其便利和实用,8031单片机最大缺点是需要外接EPROM,电路复杂,而且EPROM还是用紫外线进行擦除的,使用起来很不方便。在经过广泛的比较之后,确定采用ATMEL公司的AT89C51FLASH单片机。它不仅具有8031单片机的一切功能,还有许多功能是8031所没有的。其内部带有8KB可多次擦写的FLASH内部程序存储器,可用电擦除,十分方便。2.4.1AT89C51的主要特性
AT89C51单片机主要有以下一些特点:1)与MCS-51产品兼容;
2)具有8KB可改写的FLASH内部程序存储器,可进行1000次擦/写操作;3)全静态操作:0Hz24MHz4)三级程序存储器加密;5256字节内部RAM632条可编程I/O线;7316位定时/计数器;88个中断源;9)可编程串行口;
10)低功耗空闲和掉电方式。2.4.2AT89C51的引脚说明
AT89C51包括40个引脚,其引脚结构如图2-9所示。
P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7
1234567891011121314151617181920
4039383736353433323130292827262524232221
VCC
P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7
RST/VPD
RXDTXD
P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7
89C51
EA/VPP
ALE/PROG
INT0INT1
T0T1
PSEN
P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0
WRRD
XTAL1XTAL2GND

2-9AT89C51外部管脚排列图
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VCC:电源。GND:地。
P0口:P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口,每位能驱动8TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时,引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时,P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下,P0具有内部上拉电阻。在flash编程时,P0口也用来接收指令字节;在程序校验时,输出指令字节。程序校验时,需要外部上拉电阻。
P1口:P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P1输出缓冲器能驱动4TTL逻辑电平。对P1端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL。此外,P1.0P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入(P1.0/T2)和时器/计数器2的触发输入(P1.1/T2EX,具体如表2-3所示。在flash编程和校验时,P1口接收低8位地址字节。

2-3P1口部分引脚的第二功能表
引脚号P1.0P1.1P1.5P1.6P1.7
第二功能
T2(定时器/计数器T2的外部计数输入),时钟输出
T2EX(定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制)MOSI(在系统编程用)MISO(在系统编程用)SCK(在系统编程用)
P2口:P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2输出缓冲器
能驱动4TTL逻辑电平。对P2端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器(例如执行MOVX@DPTR)时,P2口送出高八位地址。在这种应用中,P2口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址(如MOVX@RI)访问外部数据存储器时,P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时,P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。
P3口:P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2输出缓冲器能驱动4TTL逻辑电平。对P3端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IILP3口亦作为AT89S52特殊功能(第二功能)使用,如表2-4所示。在flash编程和校验时,P3口也接收一些控制信号。
2-4P3口引脚第二功能表
引脚号
第二功能
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P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7
RXD(串行输入)TXD(串行输出)
INT0(外部中断0INT1(外部中断1
T0(定时器0外部输入)T1(定时器1外部输入)WR(外部数据存储器写选通RD(外部数据存储器写选通
RST:复位输入。晶振工作时,RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后,RST脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下,复位高电平有效。
ALE/PROG:地址锁存控制信号(ALE)是访问外部程序存储器时,锁存低8位地址的输出脉冲。在flash编程时,此引脚(PROG)也用作编程输入脉冲。在一般情况下,ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲,可用来作为外部定时器或时钟使用。然而,特别强调,在每次访问外部数据存储器时,ALE脉冲将会跳过。如果需要,通过将地址为8EHSFR的第0位置“1”,ALE操作将无效。这一位置1ALE仅在执行MOVXMOVC指令时有效。否则,ALE将被微弱拉高。这个ALE使能标志位(地址为8EHSFR的第0位)的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。
PSEN:外部程序存储器选通信号(PSEN)是外部程序存储器选通信号。当AT89C52从外部程序存储器执行外部代码时,PSEN在每个机器周期被激活两次,而在访问外部数据存储器时,PSEN将不被激活。
EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000HFFFFH的外部程序存储器读取指令,EA必须接GND。为了执行内部程序指令,EA应该接VCCflash编程期间,EA也接收12VPP电压。
XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。
XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。3AT89S51存储器
MCS-51器件又单独的程序存储器和数据存储器。外部程序存储器和数据存储器都可以64K寻址。
a)程序存储器
如果EA引脚接地,程序读取只从外部程序存储器开始。对于AT89S51,如EAVCC,程序读写先从内部存储器(地址为0000H1FFFH)开始,接着从外部寻址,寻址地址为:2000HFFFFH
b)数据存储器
AT89c51256字节片内数据存储器。128字节与特殊功能寄存器重叠。也就是说高128字节与特殊功能寄存器有相同的地址,而物理上是分开的。当一条指令访问高于7FH的地址时,寻址方式决定CPU访问高128字节RAM还是特殊功能寄存器空间。直接寻址方式访问特殊功能寄存器(SFR)。例如,下面的直接寻址指令访问0A0HP2口)存储单元。
MOV0A0H,#data
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使用间接寻址方式访问高128字节RAM例如,下面的间接寻址方式中,R0内容为0A0H访问的是地址0A0H的寄存器,而不是P2(它的地址也是0A0H
MOV@R0,#data
堆栈操作也是简介寻址方式。因此,128字节数据RAM也可用于堆栈空间。4)中断
AT89c516个中断源:两个外部中断INT0INT1三个定时中断(定时器012)和一个串行中断。每个中断都可以通过置位或清除特殊寄存器IE中的相关中断允许控制位分别使得中断源有效与无效。IE还包括一个中断允许总控制位EA,他能一次禁止所有中断,如表2-5所示。IE.6位是不可用的。对AT89c51IE.5位也是不能用的。用户软件不应给这些位为1。它们为AT89系列新产品预留。
定时器2可以被寄存器T2CON中的TF2EXF2的或逻辑触发。程序进入中断服务程序后,这些标志位都可以由硬件清0
定时器0和定时器1标志位TF0TF1在计数溢出的那个周期的S5P2被置位。它们的值一直到下一个周期被电路捕捉下来。然而,定时器2的标志位TF2在计数溢出的那个周期的S2P2被置位,在同一周期被电路捕捉下来。
2-5中断允许控制器功能表
符号EAET2ESET1EX1ET0EX0
位地址IE.7IE.6IE.5IE.4IE.3IE.2IE.1IE.0
功能
中断总允许控制位。EA=0,中断总禁止;EA=1,各中断由各自的控制为设定预留
定时器2中断允许控制位串行口中断允许控制位定时器1中断允许控制位外部中断1允许控制位定时器0中断允许控制位外部中断1允许控制位

2.4.3振荡特性
XTAL1XTAL2分别为反向放大器的输入和输出,该反向放大器可以配置为片内振荡器,石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件,XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器,因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求,但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。

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2.4.4最小系统应用电路
单片机的最小应用系统电路指的是它可以正常工作的最简单电路组成。AT89c51单片机的最小应用系统电路图如图2-10所示。该系统中包含4个电路部分。
104
u112345678
SB1
S3
1312151431
C5
12M
191891716R610k
P10P11P12P13P14P15P16P17INT1INT0T1T0EA/VPX1X2RESETRDWR
RXDTXDALE/PPSENat89c51
10113029
P00P01P02P03P04P05P06P07P20P21P22P23P24P25P26P27
39383736353433322122232425262728
abcdefghj1j2j3sound

SB3
SB2
C4SB4C6


2-10A89C51单片机最小应用系统电路
1)供电电路
引脚VCC(引脚40)接+5V电源,引脚GND(引脚20)接地线。为提高电路的抗干扰能力,一个0.1μF(器件标注为104的瓷片电容和一个10μF的电解电容通常被接在引脚VCC和接地线之间。2)程序存储器选择电路
如前所述,Atmel公司生产的8051兼容芯片具有多种容量的内部程序存储器的型号,因此在使用中不需要再扩展外部程序存储器,这样在单片机应用电路中引脚EA(引脚31)可以总是接高电平。
3)时钟电路
AT89C51芯片的时钟频率可以在033MHz范围。单片机内部有一个可以构成振荡器的放大电路。在这个放大电路的对外引脚XTAL2(引脚18)和XTAL1(引19)接上晶体和电容就可以构成单片机的时钟电路。图3-3所示的时钟电路由晶体CRY和电容C2C3组成。单片机的时钟频率取决于晶体CRY的频率,果采用面包板来组装单片机应用电路,晶体CRY的推荐值为12MHz以下。电容C2C3的取值范围为30pF50pF时钟电路采用晶体的目的是提高时钟频率的稳定性。
4)复位电路
对于AT89C51芯片,如果引脚RST(引脚9)保持24个时钟周期的高电平,单片机就可以完成复位。通常为了保证应用系统可靠地复位,复位电路应使引脚RST保持10ms以上的高电平。只要引脚RST保持高电平,单片机就循环复位。当引脚RST从高电平变为低电平时,单片机退出复位状态,从程序空间的0000H地址开始执行用户程序。
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复位电路由C1R1组成。当系统加电时,由于C1两端的电压不能突变,因此引脚RST为高电平,单片机进入复位状态。随着C1充电,它两端的电压上升,使得引脚RST上电压下降,最终使单片机退出复位状态。合理地选择C1R1的取值,系统就能可靠地复位。C1的推荐值是10μFR1的推荐值是10kΩ完成复位后,单片机不仅从程序空间的0000H地址开始执行用户程序,而且还影响一些特殊功能存储器的初始状态。
2.5键盘控制电路
键盘控制电路采用的是矩阵键盘的接口技术中的程控扫描法,这种键盘由行线和列线组成,按键设置在行,列结构的交叉点上,行列线分别连在按键开关的两端,列线通过上拉电阻接到正电源,以使无键按下时列线处于高电平状态。程控扫描法程控扫描是由程序控制键扫描的方法。程控扫描的任务如下:1)首先判断是否有键按下。其方法是使所有的行输出均为低电平,然后从端口读出入列值,如果没有键按下,则读入值为FFH
2)去除键抖动,若有键按下,则延时10~20ms,再一次判断有无键按下,如果此时有键按下,则认为键盘上有一个键处于稳定闭合期。
3若有键按下,则求出闭合键的键盘值。求值的方法是对键盘进行逐行扫描,先使P2.6=1然后读入列值,若等于FFH,则说明该行无键按下,对下一行进行扫描(令P2.6=0,如果不等于FFH,则说明该行有键有键按下,求出其键值。
2.5.1按键的确认
键盘实际上就是一组按键开关的集合,其中每一个按键就是一个开关量输入装置。键的闭合与否取决于机械弹性开关的状态。反应在电压上就是呈现高电平或低电平,所以可以通过检测电平的状态来判断按键是否已被按下。

2.5.2重键与连击的处理
实际按键操作中,若无意中同时或先后按下两个以上的键,系统确认哪个键的操作是有效的,完全由设计者的意志决定。如果视按下时间长为有效,或认为最先按下的键为当前键,也可以将最后释放的键视为当前键。通常是采用单键按下有效,多键同时按下无效的原则。针对重键的影响,编制程序时,可以将按键的释放作为按键的结束。

2.5.3按键防抖技术
多数键盘的按键均采用机械弹性开关。一个电信号通过机械触点的的闭合和断开的过程,完成高低电平的切换。由于机械触点的弹性作用,一个按键在闭合及断开的瞬间必然伴随有一连串的抖动。其波形如图2-11所示。抖动过程的长短由按键的机械特性决定,一般为1020ms
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键被按下
前沿抖动后沿抖动
2-11按键抖动信号波形



软件防抖电路
N个键则就需要N个防抖电路。因此,当键的个数比较多时,硬件防抖将无法胜任。在这种情况下,可以采用软件方法进行防抖。当第一次检测到有键按下时,先用软件延时,而后再确认该键电平是否仍维持闭合状态电平。若保持闭合状态电平,则确认该键已被按下,从而消除了抖动的影响。

2.5.4本设计键盘的硬件连接
一般具有人机对话的单片机系统少不了会有键盘。本设计采用三个按键,盘的实现方法是利用单片机I/O口读取口的电平高低来判断是否有按键按下。们将按键的一端接地,另一端接一个I/O口,程序开始时将此I/O口置于高电平平时无按键时I/O口保护高电平。当按键按下时,此I/O口与地短路迫使I/O口为低电平。按键释放后,与单片机连接的上拉电阻使I/O口仍然保持高电平。我们所要做的就是在程序中查询此I/O口的电平状态就可以了解我们是否有按键动作了。
按键分工,从左到右依次为123号按键,一号键模式键,二号三号键为加减键。

2.5.5键盘扫描程序
本设计中将键盘程序作为主程序的一部分,采用扫描方式读取方式读取键盘动作,实现程序如下:
ucharkbscan(void{
Ucharrecode;
If((KPORT&0X0F!=0X0F//若有键按下{
delay(2;//延时抖动if(KPORT&0XF0!=0xof//若有键按下{
recode=KPORT;//记录键值returnrecode//返回键值}
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根据读取的值,键盘处理程序进行相应动作,键盘数据处理程序不再叙述,见附录。
2.6LED显示电路

2.6.1LED显示原理
在单片机系统中,常用的显示器有发光二极管显、荧光管显示器、数码管显示和液晶显示。近年来,也开始使用简易的CRT接口,显示一些汉字及图形。发光二极管显示分为固定段显示和可以拼装的大型字段显示,此外还有共阳极和共阴极之分等。
三种显示器中,以荧光管显示器亮度极高,发光二极管次之,而液晶显示器最弱,为被动显示器,必须有外光源。由于LED显示具有显示清晰、亮度高、使用电压低、寿命长的特点,因此使用非常广泛。
LED结构和显示原理。LEDLightEmittingDiode)显示器是由发光二极管作为显示字段的显示器件,最常见的是由7段型发光二极管(ag7段)和1个圆点型发光二极管(常以dp表示,主要用来显示小数点)组成的LED示器,其排列形状如下图所示。这种LED显示器也可称为7段数码显示器(或8段数码显示器码管显示,由单片机的定时器T016位计数器码管显示,由单片机的定时器T016位计数器(为便于数据处理,这里只用低八位计数器,即寄存器TL0中的值)。一边记录脉冲数量,一边以厘米为单位由四位数码管显示出来。四位数码管采用动态扫描方式显示。
LED显示块是由发光二极管显示字段组成的显示器,有8段和字段之分。这种显示块有共阳极和共阴极两种。共阴极LED显示块的发光二极管的阴极连接在一起,通常此公共阴极接地,当某个发光二极管的阳极为高电平时,发光二极管点亮,相应的段被显示。同样,共阳极LED显示块的发光二极管的阳极连接在一起,通常此公共阳极接正电压。当某个发光二极管的阴极接低电平时,发光二极管点亮,相应的段被显示。
LED的显示方式:有LED静态显示方式和LED动态显示方式。aLED静态显示方式
LED显示器工作于静态显示方式时,各位的共阴极(或共阳极)连接在一起并接地(或+5V)每位的段选端分别与一8位的锁存输出相连。之所以称为静态显示,使由于显示器中的各位相互独立,而且各位的显示字符一经确定,相应的锁存器的输出将维持不变,直到显示为另一个字符为止,静态显示器的亮度较高。静态LED显示电路各位可独立显示,只要在该位的段选上保持段选码电平,该位就能保持相应的显示字符。由于每位分别由一个输出口控制段选码,所以在某一时间里,每位显示的字符可以各不相同。这种显示方式接口,编程容易,管理简单。但占用的口线资源较多。如果显示位数增多,静态显示无法时应,一般都采用动态显示方式。
bLED动态显示方式
动态扫描显示控制方式就是逐个地循环点亮各位显示器,即在某一瞬间,让某一位的位选线处于选通状态(共阳极的为高电平,共阴极的为低电平)其它各位的位选线处于段开状态,同时段选线上输出相应位要显示字符的字段码。样在每一个瞬间,8LED中只有选通的那一位LED显示出字符,而其它7位则
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是熄灭的。同样,在下一瞬间,只显示下1LED。如此继续下去,等8LED都显示完毕后,在循环进行。虽然这些字符是在不同的瞬时轮流点亮的,但由于人眼的视觉残留效应,看到的是8位稳定显示的字符,与静态显示的效果完全一样。所以为了简化电路、降低成本,此系统中采用动态显示方式。
h
g
fedcba
COM

2-13共阳极发光二极管连接图
h
g
fedcba
COM

2-14共阴极发光二极管连接图
LED数码管实际上是由8个发光二极管构成的,如图2-16所示。其中8发光二级管分别对应a-g笔端,构成“日”字形,另一只发光二极管DP作为小数点,因此这种LED显示器称为八段数码管。通过二极管的暗亮不同组合,就可以完成09的数字显示。LED数码管内部有两种不同的结构:一种是共阳极显示;一种是共阴极显示。
共阳极接法。把发光二极管的阳极连接在一起,使用时接+5V电压,这时阴极接低电平的段发光二极管就会导通点亮,而接高电平的则不点亮,为了节省单片机I/O口的数量,将各位数码管的a-g对应笔画并联起来分别与单片机的P0.0p0.6引脚连接。显示时由P0口输出各位数码管的笔段码,并由P2口的P2.4/P2.5/P2.6/P2.7输出高电平位选信号接通数码管的公共端,轮流进行,循环不止,由于循环的频率较高(50HZ,加上人眼的视觉暂留,既保障了各位数字的对应显示,又不会出现闪烁现象,实现实时的动态扫描显示。本系统需显示水温,测温范围在099°C,用四个八位LED数码管显示。所采用显示为双8LED共阳极显示,如图2-13所示:
共阴极接法。把各段发光二极管的阴极连接在一起构成公共阴极,在使用时共阴极接地,这时阳极接高电平的段发光二极管就会导通点亮,接低电平的则不点亮。LED共阴极接法如图2-14所示。8段数码管,再加上一个小数点,共计8位代码,由一个数据字节代码提供,各数据位的对应关系如表2-6所示。为了显示数字或字符,要为LED提供代码,由于这些代码是为了显示字型的,所以称之为字型码,如表2-7所示。
2-6数码管各数据位对应关系
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数据位显示段
D7h
D6g
D5f
D4e
D3d
D2c
D1b
D0a
2-7LED数码管的字型码
显示字型共阳极字型码共阴极字型码
0123456789ABCDEF
C0HF9HA4HB0H99H92H82HF8H80H90H88H83HC6HA1H86H8EH
3FH06H5BH4FH66H6DH7DH07H7FH6FH77H7CH39H5EH79H71H
图中的8LED分别与上面那个图中的A~DP各段相对应,通过控制各个LED的亮灭来显示数字。A

B

+5V
A
B
C
C
D
D
E
E
F
F
G
G
DP
DP


2-15LED的显示原理图
2-16LED
四个七段数码管以扫描方式进行温度显示,最左边的数码管显示符号。当温度为“-”时显示“-”号,温度不为负时显示黑码,即无任何内容显示,右边的数码管用于显示温度,三个七段数码管以左到右轮流显示,即扫描显示,扫描频率高于25/S。下面简单介绍一下七段LED,它的构成字型为“8”,另外还有一个数点发光二极管以显示数字,符号及小数点,这种显示器有共阴和共阳两种,如后图所示,发光二极管的阳极连在一起的(公共端K0)称为共阳极显示器,阴极连在一起的(公共端Ka称为共阴显示器。一位显示器由八个发光二极管组
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成,其中七个发光二极管构成字型“8”的各个笔划ag另外一个小数点为dp发光二极管。当在某段发光二极管上施加一定的正向电压时,该段笔画即亮,加电压则暗,为了保护各段LED不被损坏,需要外加限流电阻。
如下图2-17为单板机或仿真器中常用的一种并行4位动态显示电路,采用动态显示驱动电路。
104
9
9
9
abcdefgh
87654321
abcdefgh
RP0+5V
POT8
12345678
gfedcba
gfedcba
gfedcba
afe
gd
bcdp
afe
gd
bcdp
afe
gd
bcdp
gfedcba
abcdefgdp
VCC
12345678
abcdefgdp
VCC
12345678
abcdefgdp
VCC
12345678
abcdefgdp
9
VCCafe
gd
bcdp
9
87654321
j1j2j3
sound
DD39013
ds3
amberca
DD29013
ds2
amberca
DD19013
ds1
amberca
DD09013
ds0
amberca
R2033
+12V


2-17显示电路图

2.7电源电路
为了使单片机有一个稳定的工作环境,且各组件都正常的工作,特别制作了5V的直流稳压电源。电源电压器将220V的交流电压变为所需电压值,然后通过桥式整流电路将交流电压变成脉动的直流电压。由于其含有较大的纹波,必须通过滤波电路加以滤除,以得到平滑的直流电压最后通过稳压电路维持输出直流电压稳定。
本电路的特点是:电源输出稳定,具有较好的抗干扰能力。输出标准的5V流电压。给整个控制系统供电,电源电路如图2-18所示:

TF1
~12v
~220v
DIODE
C1
D0
DIODE
D2
DIODE
D1
220uf
DIODE
U0
+12V
D3
1
Vin+5V
2+5V
GND
C2C3
78L05
220uf
104
3


2.18电源电路图

2.8加热控制电路设计

加热器接220v交流电源,由双向晶闸管控制其电源的接入与断开电加热丝来
23

洛阳理工学院毕业设计(论文)
实现的。为了提高系统的抗干扰能力,使强电与弱电有效地分离,在设计中采用了光电隔离措施以保证电路可靠的工作。加热器控制电路如图2-19所示。当单片p2.2输出低电平“0”时,发光二极管发光,经光电隔离,给加热丝接通电源,电热丝加热;反之,当p2.2输出高电平“1”时,发光二极管不发光,晶闸管不导通,加热丝未接通电源,停止加热

2-19加热控制电路
2.9继电器

2.9.1继电器(relay)的工作原理和特性
继电器是一种电子控制器件,它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路),通常应用于自动控制电路中,它实际上是较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。
电磁继电器的工作原理和特性
电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压,线圈中就会流过一定的电流,从而产生电磁效应,衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯,从而带动衔铁的动触点与静触点(常开触点)吸合。当线圈断电后,电磁的吸力也随之消失,衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置,使动触点与原来的静触点(常闭触点)吸合。这样吸合、释放,从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点,称为“常开触点”;处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。

2.9.2继电器(relay)的驱动电路设计
在单片机控制系统中,需要用开关量去控制和驱动一些执行元件,如发光二极管、继电器、电磁阀、三极管等。但AT89C51单片机驱动能力有限,一般情况下需要加驱动接口电路,且用低电平驱动。本设计用ULN2003作为继电器的驱动模块。
ULN2003是高耐压、大电流、内部由七个硅NPN达林顿管组成的驱动芯片。ULN2003的每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻,5V的工作电压下它能与TTLCMOS电路直接相连,可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。ULN2003工作电压高,工作电流大,灌电流可达500mA,并且能够在关态时承受50V的电压,输出还可以在高负载电流并行运行。ULN2003的封装采DIP16ULN2003在各种控制电路中常用它作为驱动继电器的芯片,其芯片
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内部做了一个消线圈反电动势的二极管。ULN2003的输出端允许通过IC电流200mA,饱和压降VCE1V左右,耐压BVCEO约为36V。输出电流大,故可以直接驱动继电器或固体继电器(SSR等外接控制器件,也可直接驱动低压灯泡。
ULN2003可以驱动7个继电器,具有高电压输出特性,并带有共阴极的续流二极管使器件可用于开关型感性负载。每对达林顿管的额定集电极电流500mA达林顿对管还可并联使用以达到更高的输出电流能力。ULN2003中每对达林顿管的基极都串联有一个2.7kΩ的电阻,可直接与TTL5VCMOS器件连接。

2.10报警电路设计
当水满、水位较低时,对太阳能热水器使用都是不利的,通过外围硬件电路和软件设计可实现报警。本设计的蜂鸣器采用压电式蜂鸣器。这种蜂鸣器只需在两引线加310v直流电压就能产生较高频率的蜂鸣声响。非常适用于单片机控制系统,报警器接口电路如图5所示。当p2.1输出高电平“1”时,晶体管导通,发光二极管点亮,并为蜂鸣器提供足够大的工作电流,蜂鸣器得电而鸣叫;p2.1输出低电平“0”时,晶体管截止,二极管熄灭,蜂鸣器停止鸣响。对报警器的控制是通过三极管驱动直流蜂鸣器来实现的,通过控制p2.1输出高、低电平时间来控制蜂鸣器的接通和断开时间,从而发出不同长短的断续报警器。
上水、电加热、报警电路属于大功率驱动电路均采用驱动电路,需用开关控制外部电源的关断。温度显示是简单的三极管驱动电路,上水、出水、电加热由继电器控制并由ULN2003来驱动。蜂鸣器用的是三极管驱动电路。报警电路如下2.20所示:
104
DS4
1
2345678911121314
+5V
AIN0AIN1!CSAIN2D/OUTAIN3D/INAIN4CLKAIN5AIN6AIN7
AIN8EOCAIN9AIN10REF-REF+TL2543
15161718
19
sound
R533
DD4
speak

2.20报警电路
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洛阳理工学院毕业设计(论文)

3系统软件设计

3.1软件功能概述
在系统的硬件确定以后,功能完善的软件能够很好的指导和协调硬件的工作,可使系统发挥其最大的作用,并且便利以后的更新换代升级。
一个完整的系统都离不开对系统状态的监控,为了更好的协调软件、硬件各个部分正常工作,就必须对整个系统进行严密监控。在本系统中定时器T0中断服务程序担任液位数据读取、处理和输出显示任务,每隔一定的时间对A/D转换进行一次采样,并进行相应的处理,再经过发光二极管来实现液位的显示。而定时T1中断服务程序担任温度数据读取、处理和输出显示任务,并经LED显示。而主程序完成的任务相对简单,它只是完成系统初始化及检测是否有键按下等工作。若有键按下,则进入手动上水模式

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3.2主程序设计
开始初始化
N
扫描键盘,是否有按键
Y
调用键盘处理子程序读取水位信息和水
箱温度
调用显示子程序
显示水温时间

3-1系统总体流程图
在本系统中主程序完成的任务相对简单,它只是完成初始化等工作而进入按键查询等待方式。主程序的初始化主要包括:TL2543初始化、T0T1的初始化并启动T0按键查询主要是S1键,当功能键S1按下就转入手动上水子程序,每按一次上水一个档位。主程序流程图如图3.1所示。

3.3I/O口的说明
0.0~0.6分别用于输出7个字型码给显示器,同时,P0.0也作为缺水灯指示控制口,P0.1作为20%水位灯指示的控制口,P0.4作为50%水位灯指示的控制口,P0.5作为80%水位灯指示的控制口,P0.6作为100%水位灯指示的控制口。
P0.3口还作为水位设置的输入口,在软件中可查看该口的电平高低,以确认水位设置键是否被按下。
同理,P0.2口作为上水键的输入口,在软件中可查看该口的电平高低,以确认水位设置键是否被按下。
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P1.0作为显示器显示温度值十位的位选,P1.0=0时,显示器才能显示个位,否则不显示。
P1.7作为水位灯显示的位选,P1.7为高电平时,不显示水位灯,P1.7为低电平时,水位灯才能显示。
P1.3口用于控制低水压上水指示灯,当系统正处于低水压上水时,低水压上水指示灯闪亮,即P1.3先处于高电平1s,再处于低1s,重复一段时间。
P1.6口用于控制蜂鸣器,当系统处于缺水状态或低水压上水时,蜂鸣器都会鸣叫,即让P1.6处于高电平1s,低电平1s,重复一定时间,以实现蜂鸣。
P1.4口控制电磁阀,当系统需要上水或不上水时,即需通过软件使P1.4处于高低电平,将P1.41时,打开电磁阀上水,将P1.40时,关电磁阀。
P2.1P2.0口用于外接晶振,为单片机提供工作所需的脉冲。
P1.2口是定时/计数器T0的接口,用于对温度传感器,通过环形振荡器产生的方波进行计数,以求通过软件来计算出所测温度值。
P0.7口用于定时/计数器T1的接口,水位传感器通过环形振荡器后,产生的方波的频率(或周期),即可由T1的计数,与T0的定时来求得。

3.4系统存储器功能
本设计中将温度传感器所测出的温度值的个位放入内部RAM30H中,将十位放入内部RAM31H中,将计数器T1读取的计数值放入50H中,在测水位时,将T0计数器读取的计数值存入60H中,经软件计算后,所得的用于衡量水位高度的频率值放入20H中。
查表程序中的数据表格,十六进制数字形代码表如下:
.
TABLE+00H3FHTABLE+01HTABLE+02H.
.
TABLE+0FH
012...F

3.5中断程序

3.5.1定时器T0中断程序
T0定时时间为1S,即每隔1S执行一次T0中断服务程序。该程序完成的任
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务比较多,主要包括:1)温度信息的采集和显示;2)读取、显示和处理液位信息。至于完成哪项任务由标志位TW决定。T0中断服务程序流程图如图3.2所示:由于液位和温度均是变化比较缓慢的量,故只需每隔一定时间检测一次。
开始重装T0初值
T0c++
计时20
YT0c=0
Tw=0?
YTW=1
N
温度采集程序
TW=0
液位显示
A/D转换温度显示程序
返回

3-2T0中断程序流程图
在此选定1s检测一次,即1s进行一次A/D转换。由于本系统所用晶振为
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12MHZ,默认为12分频,故定时器每计时一次用时为12/11.0592μs,约为1μs因为定时器为16位定时器,故最多计时65536次,即计时65536μs=65.536ms,此处用定时器T0定时50ms,则当定时器定时20次,共定时20×50ms=1s,满足系统需求。T0定时50ms即计时50000次,则定时器初值为TH0=65536-50000/256=0x3c,TL0=(65536-50000%256=0xB0

3.5.2定时器T1中断程序
当停止上水和洗浴完毕时,关闭电磁阀12,开启电磁阀3,从而排空管道水,10s后关闭电磁阀。用T1来定时10S,其定时方式同T0,定时200次。T1中断程序的流程图如图3.3所示:

开始
重装T1初值T1c++
Y
T1计时200
T1c=0
N
Epflag=0排空管道存水
返回
3.3T1中断程序流程图


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3.6A/D转换及液位显示程序
A/D转换子程序主要完成A/D值的读取、处理及液位信息的显示。因为TL2543进行A/D转换的过程中/INTR=1,转换完成后/INTR=0,故启动A/D转换后要先检测/INTR,当/INTR为低电平时才进行A/D值读取操作。将读取得到的12位温度值,并经发光二极管显示。其流程图如图3.4所示,事先测得水满时的液位,用wlmax表示,且用十六进制表示,令wl=wlmax/5


AD


Y
N
ADIN>wl?

D1=ON
N
ADIN>wl*2?

D1D2=ON
N
ADIN>wl*3?

D1D2D3=ON
N
ADIN>wl*4?

D1D2D3D4D5=
D1D2D3D4=ON

3.4A/D转换及液位显示程序流程图

3.7温度采集程序
温度采集子程序的功能是对AD590进行初始化、查询温度采集和转换是否完成,并且完成对温度数据的处理以便送LED显示。其程序流图如图3.5所示:
31

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DS18B20DS18B20
Y
DS18B20
N
ROM





3.5温度采集程序


3.8温度显示程序
LED显示子程序主要完成温度值的显示,本系统采用数码管专用驱动芯片ULN2003驱动2位七段数码管用于温度值的显示,只需要把要显示的数据写入ULN2003RAM中即可,由于该芯片默认驱动8位数码管,必须写入8字节显示数据,而此系统只用低2位,只需把高6位置为随机数即可,故先通过ULN2003的控制位WR=0MODE=1使芯片工作于方式1写入控制字B*H即选择BCS码译码选择模式,然后使MODE=0使芯片工作于方式0,写入8字节数据即可完成温度值的LED显示。温度显示子程序流程图如图3.6所示:



32

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开始
MODE=1
写控制模式MODE=0
N
送温度值
8位完
Y
LED显示返回

3-6温度显示子程序




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第四章.软硬件调试

软件的调试在proteus上调试,仿真器提供的单步、断点、跟踪等功能的支持下对各子程序分别进行调试,将调试完的子程序连接起来再调试,逐步扩大调试范围。调试的过程一般是:
1测试程序输入条件或设定程序输入条件;2以单步,断点或跟踪方式运行程序;3检查程序运行结果;
4运行结果不正确时查找原因,修改程序,重复上述过程。调试问题:
1.刚开始调试的时候显示不准,理论字符跟实际不符合。原因可能是驱动电流
太小,所以后来加大了驱动电流,显示正常,问题解决。
2.调试过程中发现理论显示的字符与实际不符,甚至相反。检查程序,确认无
误。后来检查硬件电路,发现LED显示管焊反,重新焊接,显示正常,问题解决。
3.起初TL2543不能正常工作,不管输入什么信号输出都是高电平,后来经老师指导发现原理图有问题,并进行了修改这才使板子得以正常工作。
软件的调试主要通过KeiluVision3软件进行操作,对程序编写过程中的错误进行查找,找出错误,进行修改,然后再进行编译直至编译成功,生成HEX文件,才能下载到单片机里,继而实现相应功能。

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第五章.系统功能

5.1系统能实现的功能
本系统通过单片机控制各个电路模块以实现对温度,水位的检测及显示,个实现热水器的智能化控制。

5.2系统功能测试
设计前期通过KEIL软件和PROTEUS仿真软件的联调,对设计功能进行仿真,均达到了预期的设计效果,设计后期,硬件制作完毕后,将仿真成功后的程序通过单片机下载程序,写入单片机,再根据显示模块的各个端口连接方式,正确地将单片机跟显示模块连接,最后都实现了设计的功能。

5.3系统功能分析
该控制器和以往显示仪相比具有性能价格比高、温度控制与显示精度高、使用方便和性能稳定等优点。单片机控制系统具有低价、智能的优势,能够根据需求的不同而作相应的调整,更加个性化。同时,使用单片机控制系统能够节约能源,保护设备,延长设备的使用时间。该热水器具备以下特点:
1.结构简单、运行可靠、操作维护简便。
2.热源取之不尽用之不竭,不需要运输,节省燃料。3.无污染,不会对周围环境造成任何影响。
4.热水产量受季节、地区纬度、采热面积、采热器类型、环境温度、供水温度、风速、日照实际等因素影响较大。
5.该系统加装减压阀后可与锅炉配套使用,解决冬季用水。6.不用考虑玻璃盖的防冻装置。
7.该系统加装减压阀后可与锅炉配套使用,解决冬季用水。8.不用考虑玻璃盖的防冻装置。
该热水器装置置于浴室屋订占地面积较大,同时增加了建筑物的载荷。在试制和安装过程中我们体会到只有注意以下几个方面才能保证热水器的正常运行,第一是循环管道水流方向不允许有反坡现象,拐弯要和缓,管道内要清洁无阻塞。第二是冷水箱、热水箱、集热器及热水保温的相对位置及标高合理,
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符合水流规律,第三是补充给热水箱的水流不允许冲击,第四是电磁阀的选择及安装位置要合理,保证动作灵敏可靠。
总之,无论从市场或技术抑或价格的角度来说,此款热水器具有很大的优势。它市场前景广阔、技术先进、价格合理、高度智能化,方便省事,是当前市面上热水器的升级产品。它不但适合于城乡民宅需求,还适用于写字楼、餐饮、娱乐、商业服务浴室、理发店、旅馆、招待所、托儿所、敬老院及外贸出口等各种需求

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第六章.参考文献

[1]苏平.李晓荃.«单片机原理与接口技术»北京:电子工业出版社,2003[2]李广弟.«单片机基础»北京:北京航空航天大学出版社,1996[3]鲍小南.《单片机基础》杭州:浙江大学出版社,2002[4]治占友.«单片机外围电路设计»电子工业出版社,2001[5]刘力群.«单片机原理及应用»机械工业出版社,1996
[6]唐俊杰.高秦生.«微型计算机原理及应用»高等教育出版社,1998[7]何立民.单片机高级教程(第一版)北京:北京航天航空大学出版社,2001[8]郭天祥.51单片机C语言教程.北京:电子工业出版社,2009
[9]潘新民、王燕芳.微型计算机控制技术.北京:电子工业出版社,2006[10]胡润青.蓬勃发展的太阳能热水器产业.可再生能源.
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[12]唐德礼.鲍连升.太阳能热水器水温水位控制器.十堰职业技术学院学报,2002154.
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[16]LatticeDateBook.LATTICESEMICONDATEBOOKCORPORATION.1994.

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洛阳理工学院毕业设计(论文)



本次毕业设计是对所学知识的一次综合性运用。其中包括对模拟电子技术基础、和数字电子技术基础、单片机等知识的运用。从而完成了本次设计。在设计的过程中发现了自身知识的不足,也发现我们必须具备专业基础知识以外,才能成功的设计出一件合格的东西。这次课程设计收获很多,体会也很深刻,并且对我们所学的东西也产生了浓厚的兴趣。在设计过程中,也学会了很多新的东西,PROTEL软件绘制电路原理图和PCB图,以及一些仿真软件的应用,最典型的就是PROTEUS软件的应用,以及与KEIL软件的联合使用功能。当然最重要的是学到了关于基本电子设计的一些基本方法,同时也加深了对一些常用的电子元件的理解及其基本用法的掌握。除此之外,我觉得在这次设计的过程中,我发现团队精神的重要性,很多时候一个人的力量是有限的,一个人不可能什么都会,什么都能自己解决,还是有需要他人帮助的时候,我觉得人与人之间的相互帮助很有必要,这样不仅能帮助大家很快的解决问题,还能提高我们每个人的实际水平,也培养了我们的团队合作精神,这些能力对于我们今后的学习和工作都很有帮助。
由于时间关系,本次设计中还有不尽完善之处。希望在以后的学习生涯中不断的完善和改进。
在本次设计过程中遇到不少问题,在张伟民老师和同学的帮助和配合下才顺利的完成了本次毕业设计。
张伟民老师在我做设计的过程中,给予了我极大的帮助,不仅从知识方面引导了我的设计思路,同时,在人生观上也给了我们不少的启示。在此,我对老师表示深深的谢意。

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附录一:总电路原理图

U0
TF1
~12v
~220v
DIODE
C1
D0DIODE
D2DIODE
R1R2R3R4DS412345678911121314
+5V
AIN0
AIN1!CSAIN2D/OUTAIN3D/INAIN4CLKAIN5AIN6AIN7
AIN8EOCAIN9AIN10REF-REF+TL2543
15161718
SB1
S3
550550550550
LED1LED2LED3
LEDLEDLED
LED4
LED
123456781312151431
C5
R533
DD4
C4
SB4
1716R6
speak
R11100KU8C
9
8
10
LM124
R10100K
vcc
C6
10k
12M
19189
u1P10P11P12P13P14P15P16P17INT1INT0T1T0EA/VPX1X2RESETRDWR
RXDTXDALE/PPSENat89c51R1310KR1220K
D106V
R141.2K
+12V
j3j2j1
10113029
P00P01P02P03P04P05P06P07P20P21P22P23P24P25P26P27
39383736353433322122232425262728abcdefgh
9
9
9
+12V
D3
1
Vin
GND
+5V
2+5V
C2C3
D1
220uf
DIODE
78L05
220uf
104
3
abcdefgh
87654321
gf
gf
gf
dpdpdp
gf
RP0+5V
POT8
12345678
abcdefgdp
ba
ba
ba
afe
gd
bc
afe
gd
bc
afe
gd
bc
ba
VCC
12345678
abcdefgdp
VCC
12345678
abcdefgdp
VCC
12345678
abcdefgdp
9
VCCafe
gd
bcdp
87654321
dc
dc
dc
e
e
e
9

19
sound
SB3
SB2
j1j2j3sound
DD39013
ds3amberca
DD29013
ds2amberca
DD19013
ds1
ambercaDD0
9013
edc
ds0amberca
R2033
+12V
S1S2

12345678
u3D6Q6D5Q5D0Q0D2Q2D4Q4D3Q3D1Q1GND9
161514131211109ULN2003
D7DIODE
K1
J312


R16
R150.01k
D8K2DIODE
J2
R9R810K
10KU8B
6
7
5
LM124

12

0.01k
R7
2u9
1
9.1K
90132K
+5V
0.01kR17
D9DIODE
K3
J1
21

12
AD590



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洛阳理工学院毕业设计(论文)
附录二:仿真电路图
U2
19
XTAL1
D1
LED-RED
D2
LED-RED
18
XTAL2
9
RST
P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD
393837363534333221222324252627281011121314151617
Volts
LS1
+2.50
RV3
50%
293031
PSENALEEA
SOUNDER
+12v
1k
U1
12345678911121413
AIN0AIN1AIN2AIN3AIN4AIN5AIN6AIN7AIN8AIN9AIN10REF+REF-TLC2543
SDOSDICSCLKEOC
1617151819
AT89C51
SW1
SW-SPST
SW2
SW-SPST
RV2
R2
100k
11
12345678
P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7
U3:A
3
4
R1
10k
1
2
LM324
RV1
11%
1k
SW3
SW-SPST
49%
+11.0
Volts
1k
+2.47
Volts


U2
19
XTAL1
D1
LED-RED
D2
LED-RED
18
XTAL2
9
RST
P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD
393837363534333221222324252627281011121314151617
Volts
LS1
+2.50
RV3
50%
293031
PSENALEEA
SOUNDER
+12v
1k
U1
12345678911121413
AIN0AIN1AIN2AIN3AIN4AIN5AIN6AIN7AIN8AIN9AIN10REF+REF-TLC2543
SDOSDICSCLKEOC
1617151819
AT89C51
SW1
SW-SPST
SW2
SW-SPST
RV2
R2
100k
11
12345678
P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7
U3:A
3
4
R1
10k
1
2
LM324
RV1
11%
1k
SW3
SW-SPST
49%
+11.0
Volts
1k
+2.47
Volts


40

洛阳理工学院毕业设计(论文)
U2
19
XTAL1
D1
LED-RED
D2
LED-RED
18
XTAL2
9
RST
P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD
393837363534333221222324252627281011121314151617
Volts
LS1
+2.50
RV3
50%
293031
PSENALEEA
SOUNDER
+12v
1k
U1
12345678911121413
AIN0AIN1AIN2AIN3AIN4AIN5AIN6AIN7AIN8AIN9AIN10REF+REF-TLC2543
SDOSDICSCLKEOC
1617151819
AT89C51
SW1
SW-SPST
SW2
SW-SPST
RV2
R2
100k
11
12345678
P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7
U3:A
3
4
R1
10k
1
2
LM324
RV1
11%
1k
SW3
SW-SPST
49%
+11.0
Volts
1k
+2.47
Volts


U2
19
XTAL1
D1
LED-RED
D2
LED-RED
18
XTAL2
9
RST
P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD
393837363534333221222324252627281011121314151617
Volts
LS1
+2.50
RV3
50%
293031
PSENALEEA
SOUNDER
+12v
1k
U1
12345678911121413
AIN0AIN1AIN2AIN3AIN4AIN5AIN6AIN7AIN8AIN9AIN10REF+REF-TLC2543
SDOSDICSCLKEOC
1617151819
AT89C51
SW1
SW-SPST
SW2
SW-SPST
RV2
R2
100k
11
12345678
P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7
U3:A
3
4
R1
10k
1
2
LM324
RV1
11%
1k
SW3
SW-SPST
49%
+11.0
Volts
1k
+2.47
Volts


41

洛阳理工学院毕业设计(论文)
RP1
RESPACK-8
1
C1
19
1nFCRYSTAL
U1
XTAL1
NPN
X1
C2
1nF
18
XTAL2
9
RST
P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD
393837363534333221222324252627281011121314151617
23456789
Q1
Q2
NPN
293031
PSENALEEA
R1
10k
D1D2
LED-RED
12345678
P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7AT89C51
7654321
7B6B5B4B3B2B1B
7C6C5C4C3C2C1CCOM
101112131415169
Q4
NPN
Q3
NPN
ULN2003A
R2
10k
D6
U5
DIODE
RL3
G5C-1-DC12
R3
10k
LED-REDD3
R4
10k
D4
LED-RED
16
171518
19
LS1
LED-RED
SDOSDICSCLK
EOC
RL1
D7
DIODE
G5C-1-DC12
U2:C
4
U4
TLC2543
SOUNDER
10
AIN0AIN1AIN2AIN3AIN4AIN5AIN6AIN7AIN8AIN9AIN10
REF+REF-
U2:B
8
4
9
11
5
7
6
11
RL2
D8
DIODE
G5C-1-DC12
1234567891112
LM224
54%
1413
RV1
LM224
1k
67%
1k
RV2


42

洛阳理工学院毕业设计(论文)
附录三:C源程序
#include#include#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint
sbitclock=P1^7;sbit_cs=P1^4;sbitd_in=P1^6;sbitd_out=P1^5;sbitled4=P1^3;sbitled3=P1^2;sbitled2=P1^1;sbitled1=P1^0;sbitj2=P2^0;//加热sbitj1=P2^1;//出水sbitj0=P2^2;//进水
sbitspeak=P2^3;//蜂鸣器
sbitw3=P2^4;//个位sbitw2=P2^5;//十位sbitw1=P2^6;//百位sbitw0=P2^7;//千位sbitk1=P3^0;sbitk2=P3^1;sbitk3=P3^2;sbits1=P3^3;sbits2=P3^4;sbits3=P3^5;
uchara1,b1,c1,d1,sw,anjian;//anjian输出定时时间。
floatsum,sum1;doublesum_final1;doublesum_final;
uchar
duan[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0
xc6,0xa1,0x86,0x8e,0x89,0xc7,0xc8,0xc1,0x8c,0xa3,0xbf,0xff};
/*延时程序*/
voiddelay(unsignedcharb//50us
{unsignedchara;for(;b>0;b--for(a=22;a>0;a--;
}
voidLdelay(unsignedcharb//1ms
{unsignedchara,c;
43

洛阳理工学院毕业设计(论文)
for(;b>0;b--{for(c=0;c<200;c++for(a=22;a>0;a--;}
}
voiddisplay(uchara,ucharb,ucharc,uchard//数码管显示
{
P0=0xff;
P0=duan[a]|0x80;
w0=1;delay(5;w0=0;P0=duan[b];w1=1;delay(5;w1=0;P0=duan[c];w2=1;delay(5;w2=0;P0=duan[d];w3=1;delay(5;w3=0;}
uintread(ucharport//tl2543读通道
{
uchari,al=0,ah=0;unsignedlongad;
clock=0;_cs=0;port<<=4;for(i=0;i<4;i++
{
d_in=port&0x80;
clock=1;clock=0;port<<=1;
}d_in=0;for(i=0;i<8;i++{clock=1;
44

洛阳理工学院毕业设计(论文)


clock=0;
}_cs=1;delay(5;_cs=0;for(i=0;i<4;i++
{clock=1;ah<<=1;
if(d_outah|=0x01;
clock=0;
}
for(i=0;i<8;i++{clock=1;al<<=1;if(d_outal|=0x01;
clock=0;
}_cs=1;ad=(uintah;ad<<=8;ad|=al;return(ad;
}
voidbaojing(//缺水,高温报警
{
uintm;
for(m=800;m>0;m--//持续时间0.5ms*800
{
speak=~speak;
delay(5;//2000HZ的信号。
}
for(m=500;m>0;m--//持续时间0.5ms*2*500
{
speak=~speak;delay(10;
//1000HZ的信号。
}}

voidbaojing1(//水位检测开关失常报警!
45

洛阳理工学院毕业设计(论文)
{
uintm;
for(m=80;m>0;m--//持续时间0.5ms*800
{
speak=~speak;
delay(5;//2000HZ的信号。
}
for(m=50;m>0;m--//持续时间0.5ms*2*500
{
speak=~speak;delay(10;
//1000HZ的信号。
}}

voidshuiweijiance(//水位开关检测输出检测值
{if(!k1delay(10;if(!k1{led1=1;led2=0;
led3=0;
led4=0;}if(!k2delay(10;if(!k2{led1=1;led2=1;
led3=0;
led4=0;}if(!k3delay(10;if(!k3{led1=1;led2=1;
46

本文来源:https://www.2haoxitong.net/k/doc/e5c2abe679563c1ec4da7160.html

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