太陽(yáng)能熱水器控制畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)</p><p>　　論文題目：太陽(yáng)能熱水器中央控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) </p><p>　　學(xué) 生： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　學(xué)

2、 院： </p><p>　　專 業(yè)： </p><p><b>　　2007年6月</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　當(dāng)今計(jì)算機(jī)技術(shù)在飛速發(fā)展，微機(jī)應(yīng)用日益普及深入，微機(jī)在通

3、信自動(dòng)化、工業(yè)自動(dòng)控制、電子測(cè)量、信息管理和信息系統(tǒng)等方面得到廣泛的應(yīng)用。嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟、硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能，可靠性，成本，體積，功效等嚴(yán)格要求的專業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。其最初應(yīng)用是基于單片機(jī)的。單片機(jī)小巧靈活，成本低，易于產(chǎn)品化。它面向控制，能針對(duì)性的解決從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的各種控制任務(wù)。</p><p>　　目前，國(guó)內(nèi)的太陽(yáng)能熱水器還處于研發(fā)階段，這種控制器只具有溫度和水

4、位的顯示功能，不具有溫度控制功能。由于加熱時(shí)間不能控制而導(dǎo)致過(guò)燒，從而浪費(fèi)大量電能。本設(shè)計(jì)是以89c51單片機(jī)為檢測(cè)控制中心，采用ds12887實(shí)時(shí)時(shí)鐘，實(shí)現(xiàn)了溫度，水位，時(shí)間三種參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示功能。</p><p>　　關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；太陽(yáng)能熱水器；智能控制；水位；溫度；時(shí)間； </p>

5、<p>　　The Design and realization of the Solar-powered water heater’s central controller</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Today the computer technology is developed quickly.The

6、microcomputer is increasingly used widely.</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　第1章 緒論………………………

7、………………………………………1</p><p>　　1.1 目前太陽(yáng)能熱水器的研發(fā)面臨的問(wèn)題……………………………1</p><p>　　第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案………………………………………………2</p><p>　　2.1 系統(tǒng)任務(wù)和功能……………………………………………………2</p><p>　　2.2 AT89C51功能和特點(diǎn)…

8、……………………………………………3</p><p>　　2.3 通用四運(yùn)算放大器 LM324…………………………………………5</p><p>　　2.3.1 LM324作反相交流放大器……………………………………6</p><p>　　2.3.2 LM324作測(cè)溫電路……………………………………………6</p><p>　　2.4 DS1

9、8B20 數(shù)字式溫度傳感器………………………………………7</p><p>　　2.4.1 DS18B20與單片機(jī)的典型接口設(shè)計(jì)…………………………8</p><p>　　2.5 鎖存器 LM373……………………………………………………10</p><p>　　2.6 I/O接口電路8255A……………………………………………11</p><p

10、>　　第三章 太陽(yáng)能熱水器中央控制器的硬件設(shè)計(jì)…………………………14</p><p>　　3.1 前端的模擬電路設(shè)計(jì)……………………………………………14</p><p>　　3.1.1 溫度傳感器的選用…………………………………………16</p><p>　　3.1.2 DS18B20與單片機(jī)的典型接口……………………………16</p>&l

11、t;p>　　3.2 8255A與單片機(jī)的典型接口設(shè)計(jì)………………………………17</p><p>　　3.2.1 ADC0809與89C51單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)……………………17</p><p>　　3.3 鍵盤和顯示器接口設(shè)計(jì)…………………………………………18</p><p>　　3.3.1 鍵盤工作原理………………………………………………18</p&

12、gt;<p>　　3.3.2 LED顯示器工作原理………………………………………20</p><p>　　3.3.3 接口芯片的選擇及其原理…………………………………20</p><p>　　3.4 單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)…………………………………………22</p><p>　　3.5 單片機(jī)時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)…………………………………………24</p

13、><p>　　3.6 系統(tǒng)原理綜述……………………………………………………25</p><p>　　第四章 太陽(yáng)能熱水器中央控制器的軟件設(shè)計(jì)…………………………27</p><p>　　4.1 系統(tǒng)總體軟件設(shè)計(jì)………………………………………………27</p><p>　　4.2 數(shù)據(jù)采集軟件設(shè)計(jì)………………………………………………27</p

14、><p>　　4.2.1 中斷服務(wù)子程序…………………………………………27</p><p>　　4.2.2 水位檢測(cè)子程序…………………………………………29</p><p>　　4.3 顯示和鍵盤軟件設(shè)計(jì)…………………………………………30</p><p>　　4.3.1 動(dòng)態(tài)顯示子程序設(shè)計(jì)……………………………………30</p>

15、<p>　　4.3.2 鍵盤子程序設(shè)計(jì)………………………………………32</p><p>　　第五章 抗干擾技術(shù)設(shè)計(jì)………………………………………………34</p><p>　　5.1 主要抗干擾技術(shù)………………………………………………34</p><p>　　5.2 提高系統(tǒng)抗干擾能力的主要方法……………………………34</p><

16、;p>　　第六章 結(jié)論……………………………………………………………37</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　太陽(yáng)能熱水器中央控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</p&

17、gt;<p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　當(dāng)今計(jì)算機(jī)技術(shù)在飛速發(fā)展，微機(jī)應(yīng)用日益普及深入，微機(jī)在通信自動(dòng)化、工業(yè)自動(dòng)控制、電子測(cè)量、信息管理和信息系統(tǒng)等方面得到廣泛的應(yīng)用。嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟、硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能，可靠性，成本，體積，功效等嚴(yán)格要求的專業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。其最初應(yīng)用是基于單片機(jī)的。單片機(jī)小巧靈活，

18、成本低，易于產(chǎn)品化。它面向控制，能針對(duì)性的解決從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的各種控制任務(wù)。</p><p>　　單片機(jī)具有體積小，功耗低，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)還開發(fā)了一些以單片機(jī)母片為核，在片中嵌入更多的專用型單片機(jī)，因此單片機(jī)在計(jì)算機(jī)控制領(lǐng)域中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。單片機(jī)的應(yīng)用意義不僅限于它的廣泛及所帶來(lái)的巨大的經(jīng)濟(jì)效益。更重要的是在于單片機(jī)的應(yīng)用正是從根本上改變著傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)

19、的大部分功能，現(xiàn)在已能使用單片機(jī)通過(guò)軟件的方法實(shí)現(xiàn)。這種以軟件取代硬件并提高系統(tǒng)性能的控制技術(shù)，稱之為微控制技術(shù)。微控制技術(shù)標(biāo)志著一種全新概念的出現(xiàn)，是對(duì)傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。隨著單片機(jī)應(yīng)用的推廣和普及，微控制技術(shù)必將不斷發(fā)展，日益完善。作為目前炙手可熱的太陽(yáng)能熱水器，以其智能化和人工化為其顯著特點(diǎn)。其中就是以單片機(jī)為中央處理器核心，完成了諸多的功能，發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。</p><p>　　1.1 目前太陽(yáng)

20、能熱水器的研發(fā)面臨的問(wèn)題</p><p>　　太陽(yáng)能熱水器使用方便，節(jié)能，無(wú)污染，普及推廣迅速。目前市場(chǎng)上太陽(yáng)能熱水器的控制系統(tǒng)大部分都存在著或多或少的缺點(diǎn):功能單一、操作復(fù)雜、控制不方便等。隨著人們生活水平的提高和電子技術(shù)的發(fā)展,這樣的太陽(yáng)能熱水器控制系統(tǒng)越來(lái)越不適應(yīng)人們的生活需求,開發(fā)一種控制方便,操作靈活的太陽(yáng)能熱水器的控制系統(tǒng),已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。本文設(shè)計(jì)了一種以單片機(jī)AT89C51 為核心,顯示直觀,操作

21、方便,控制靈活的控制器。</p><p>　　第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)在各種智能控制系統(tǒng)應(yīng)用中的不斷深入與蓬勃發(fā)展, 單片機(jī)更以其小巧的外形、較高的性價(jià)比、靈活的控制方式廣泛地應(yīng)用在這一領(lǐng)域。文章所介紹的太陽(yáng)能熱水器自動(dòng)控制系統(tǒng), 將低價(jià)位的單片機(jī)引入太陽(yáng)能熱水器中, 以單片機(jī)作為核心部件,實(shí)時(shí)采集溫度和水位數(shù)據(jù), 并設(shè)置報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)水位不符合某一標(biāo)準(zhǔn)時(shí)發(fā)出

22、報(bào)警信號(hào)，還有定時(shí)提醒加水的電路。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多重功能的有機(jī)結(jié)合和智能控制。</p><p>　　2.1 系統(tǒng)任務(wù)和功能</p><p>　　(1) 多點(diǎn)水溫水位輸入及顯示功能。</p><p>　　(2) 輔助能源加熱控制功能: 定時(shí)加熱、自動(dòng)加熱控制。</p><p>　　(3) 上水控制功能: 自動(dòng)上水、定溫上水控制。</p>

23、;<p>　　(4) 報(bào)警控制功能: 高、低溫及高、低水位報(bào)警控制。</p><p>　　(5) 檢測(cè)控制功能: 手動(dòng)輸出檢查。</p><p><b>　　圖一系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</b></p><p>　　2.2 AT89C51結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)</p><p>　　AT89C51是MCS- 51單片機(jī)的基礎(chǔ)上精心設(shè)計(jì)

24、，由美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的高性能八位單片機(jī)。內(nèi)置2KBEPROM的20腳AT89C2051以及內(nèi)置1KBEPROM的20腳AT89C1051。</p><p>　　AT89C51是一種低損耗、高性能、CMOS八位微處理器，片內(nèi)有4K字節(jié)的在線可重復(fù)編程快擦快寫程度存儲(chǔ)器，能重復(fù)寫入擦除解1000 次，數(shù)據(jù)保存時(shí)間為十年。它與MCS-51系列單片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容，不僅可完全代替MCS-51系列單片機(jī)，

25、而且能使系統(tǒng)具有許多MCS-51系列產(chǎn)品沒(méi)有的功能。AT89C51可構(gòu)成真正的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積，增加系統(tǒng)的可靠性，降低了系統(tǒng)成本。只要程序長(zhǎng)度小于4KB，四個(gè)I/O口全部提供給用戶?？捎?V電壓編程，而且擦寫時(shí)間僅需10ms，僅為87C51的擦除時(shí)間的百分之一，與87C51的12V電壓擦寫相比，不易損壞器件，沒(méi)有兩種電源的要求，改寫時(shí)不拔下芯片，適合許多嵌入式控制領(lǐng)域。工作電壓范圍寬2. 7V～6V，全靜態(tài)工作，工作頻率

26、寬，在0Hz～24MHz內(nèi)，比8751及87C51等51系列的6MHz～12MHz更具有靈活性，系統(tǒng)能快能慢。AT89C51芯片提供三級(jí)程序存儲(chǔ)器加密，提供了方便靈活而可靠的硬加密手段，能完全保證程序或系統(tǒng)不被仿制。</p><p>　　另外，AT89C51還具有MCS51系列單片機(jī)的所有優(yōu)點(diǎn)。128×8位內(nèi)部RAM，32位雙向輸入輸出線，兩個(gè)十六位定時(shí)/計(jì)時(shí)器，5個(gè)中斷源，兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)，一個(gè)全雙工異

27、步串行口及時(shí)鐘發(fā)生器等[5]。</p><p>　　AT89C51結(jié)構(gòu)和功能：</p><p><b>　　1．特點(diǎn)：</b></p><p>　　·AT89C51與MCS51系列的單片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容；</p><p>　　·片內(nèi)有4K字節(jié)在線可重復(fù)編程快擦寫程序存儲(chǔ)器；</p&g

28、t;<p>　　·全靜態(tài)工作，工作范圍：0Hz～24MHz；</p><p>　　·三級(jí)程序存儲(chǔ)器加密；</p><p>　　·128×8位內(nèi)部RAM ；</p><p>　　·32位雙向輸入輸出線；</p><p>　　·兩個(gè)十六位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；</p>

29、<p>　　·五個(gè)中斷源，兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)；</p><p>　　·一個(gè)全雙工的異步串行口；</p><p>　　·間歇和掉電工作方式。</p><p><b>　　2．管腳功能：</b></p><p>　　AT89C51單片機(jī)為40引腳芯片如圖2-2所示。</p>

30、<p>　　1) I/O口線：P0、P1、P2、P3共四個(gè)口P0口是三態(tài)雙向口，通稱數(shù)據(jù)總線口，因?yàn)橹挥性摽谀苤苯佑糜趯?duì)外部存儲(chǔ)器的讀/寫操作。P0口也用以輸出外部存儲(chǔ)器的低8位地址。由于是分時(shí)輸出，故應(yīng)在外部加鎖存器將此地址數(shù)據(jù)鎖存，地址鎖存信號(hào)用ALE的P1口是專門供用戶使用的I/O口，是準(zhǔn)雙向口。P2口是從系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)作高8位地址線用。不擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器時(shí)，P2口也可以作為用戶I/O口線使用，P2口也是準(zhǔn)雙向口。P3口

31、是雙功能口，該口的每一位均可獨(dú)立地定義為第一I/O功能或第二I/O功能。作為第一功能使用時(shí)操作同P1 口。P3口的第二功能如表2-1所示。</p><p>　　2) 控制口線：PSEN (片外取控制)、ALE( 地址鎖存控制)、EA (片外儲(chǔ)器選擇)、RESET (復(fù)位控制)。</p><p>　　3) 電源及時(shí)鐘:VCC、GND、XTAL1、XTAL2。</p><p

32、>　　AT89C51有間歇和掉電兩種工作模式。間歇模式是由軟件來(lái)設(shè)置的，當(dāng)外圍器件仍然處于工作狀態(tài)時(shí)，CPU可根據(jù)工作情況適時(shí)地進(jìn)入睡眠狀態(tài)，內(nèi)部RAM和所有特殊的寄存器值將保持不變。這種狀態(tài)可被任何一個(gè)中斷所終止或通過(guò)硬件復(fù)位。掉電模式是VCC電壓低于電源下限，振蕩器停振，CPU停止執(zhí)行指令。該芯片內(nèi)RAM和特殊功能寄存器值保持不變，直到掉電模式被終止。只有VCC電壓恢復(fù)到正常工作范圍而且在振蕩器穩(wěn)定振蕩后，通過(guò)硬件復(fù)位掉電模式

33、可被終止。</p><p>　　圖2-2 AT89C51管腳圖</p><p>　　表2-1 P3雙功能口功能表</p><p>　　89C51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)有5個(gè)中斷請(qǐng)求源，用戶可以用軟件屏蔽所有的中斷請(qǐng)求，也可以用軟件使CPU接收中斷請(qǐng)求，每一中斷源可用軟件獨(dú)立地控制為開中斷或關(guān)中斷。當(dāng)所有中斷源設(shè)為開中斷時(shí)，89C51中的中斷源優(yōu)先級(jí)如表2-2所示：<

34、/p><p>　　表2-2 中斷優(yōu)先級(jí)及入口地址</p><p>　　2.3 通用四運(yùn)算放大器LM324</p><p>　　LM324是四運(yùn)放集成電路,它采用14腳雙列直插塑料封裝,外形如圖所示。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器, 除電源共用外,四組運(yùn)放相互獨(dú)立。每一組運(yùn)算放大器可用圖2.1所示的符號(hào)來(lái)表示,它有5個(gè)引出腳,其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端,

35、“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端,“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中,Vi-（-）為反相輸入端,表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的位相反;Vi+（+）為同相輸入端,表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。LM324的 引腳排列見(jiàn)圖2.2</p><p>　?。▓D表2.1） （ 圖表2.2）</p><p>　　2.3.1 LM324作反相交流放大器

36、　　電路見(jiàn)附圖2.11。此放大器可代替晶體管進(jìn)行交流放大,可用于擴(kuò)音機(jī)前置放大等。電路無(wú)需調(diào)試。放大器采用單電源供電, 由R1、R2組成1/2V+偏置,C1是消振電容。 </p><p>　?。▓D2.11） 放大器電壓放大倍數(shù)Av僅由外接電阻Ri、Rf決定：Av=-Rf/Ri。負(fù)號(hào)表示輸出信號(hào)與輸入信號(hào)相位相反。按圖中所給數(shù)值, Av=-10。此電路

37、輸入電阻為Ri。一般情況下先取Ri與信號(hào)源內(nèi)阻相等,然后根據(jù)要求的放大倍數(shù)在選定Rf。Co和Ci為耦合電容。</p><p>　　2.3.2 LM324應(yīng)用作測(cè)溫電路　　感溫探頭采用一只硅三極管3DG6，把它接成二極管形式。硅晶體管發(fā)射結(jié)電壓的溫度系數(shù)約為-2.5mV/℃，即溫度每上升1度，發(fā)射結(jié)電壓變會(huì)下降2.5mV。運(yùn)放A1連接成同相直流放大形式，溫度越高，晶體管BG1壓降越小，運(yùn)放A1同相輸入端的電壓就

38、越低，輸出端的電壓也越低。</p><p>　　圖2.21　　這是一個(gè)線性放大過(guò)程。在A1輸出端接上測(cè)量或處理電路，便可對(duì)溫度進(jìn)行指示或進(jìn)行其它自動(dòng)控制。</p><p>　　2.4 DS18B20數(shù)字式溫度傳感器</p><p>　　DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 3.3所示，主要由4部分組成：64位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。D

39、S18B20的管腳排列如圖 3.4所示，DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地，見(jiàn)圖 3.9）。</p><p>　　圖 3.3 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖 3.4 DS18B20封裝形式</p><p>　　2.41 DS18B20與單片機(jī)的典型接口設(shè)計(jì)</p><p

40、>　　DS18B20、 DS1822 “一線總線”數(shù)字化溫度傳感器是DALLAS最新單線數(shù)字溫度傳感器， 同DS1820一樣，DS18B20也 支持“一線總線”接口，測(cè)量溫度范圍為 -55°C~+125°C，在-10~+85°C范圍內(nèi),精度為±0.5°C。DS1822的精度較差為± 2°C 。現(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適

41、合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持3V~5.5V的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。  DS18B20可以程序設(shè)定9~12位的分辨率，精度為±0.5°C。可選更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍。分辨率設(shè)定，及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在EEPROM中，掉電后依然保存。DS18B20的性能是新一代產(chǎn)品中最好的！性能價(jià)格比也非常出色！ DS1822與 D

42、S18B20軟件兼容，是DS18B20的簡(jiǎn)化版本。省略了存儲(chǔ)用戶定義報(bào)警溫度、分辨率參數(shù)的EEPROM，精度降低為±2°C，適用于對(duì)性能要求不高，成本控制嚴(yán)格的應(yīng)用，是經(jīng)濟(jì)型產(chǎn)品。 繼“一線總線”的早期產(chǎn)品后，DS1820開辟了溫度</p><p>　　光刻ROM中的64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是：開始8位（28H）是產(chǎn)品類型

43、標(biāo)號(hào)，接著的48位是該DS18B20自身的序列號(hào)，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一個(gè)DS18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18B20的目的。</p><p>　　DS18B20中的溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測(cè)量，以12位轉(zhuǎn)化為例:用16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以0.0625℃/LSB形式表達(dá)，其中S為符號(hào)位。</

44、p><p>　　這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在18B20的兩個(gè)8比特的RAM中，二進(jìn)制中的前面5位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于0，這5位為0，只要將測(cè)到的數(shù)值乘于0.062可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測(cè)到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度。</p><p>　　DS1820使用中注意事項(xiàng)</p><p>　　DS1820雖然具

45、有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問(wèn)題：</p><p>　　(1)較小的硬件開銷需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于DS1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對(duì)DS1820進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫時(shí)序，否則將無(wú)法讀取測(cè)溫結(jié)果。在使用PL/M、C等高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)DS1820操作部分最好采用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。</p>&

46、lt;p>　　(2)在DS1820的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS1820數(shù)量問(wèn)題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè)DS1820，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)單總線上所掛DS1820超過(guò)8個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意。</p><p>　　(3)連接DS1820的總線電纜是有長(zhǎng)度限制的。試驗(yàn)中，當(dāng)采用普通信號(hào)電纜傳輸長(zhǎng)度超過(guò)50m時(shí)，讀取的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤。

47、當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離可達(dá)150m，當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離進(jìn)一步加長(zhǎng)。這種情況主要是由總線分布電容使信號(hào)波形產(chǎn)生畸變?cè)斐傻?。因此，在用DS1820進(jìn)行長(zhǎng)距離測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問(wèn)題。</p><p>　　(4)在DS1820測(cè)溫程序設(shè)計(jì)中，向DS1820發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS1820的返回信號(hào)，一旦某個(gè)DS1820

48、接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該DS1820時(shí)，將沒(méi)有返回信號(hào)，程序進(jìn)入死循環(huán)。這一點(diǎn)在進(jìn)行DS1820硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予一定的重視。</p><p>　　測(cè)溫電纜線建議采用屏蔽4芯雙絞線，其中一對(duì)線接地線與信號(hào)線，另一組接VCC和地線，屏蔽層在源端單點(diǎn)接地。</p><p>　　例如+125℃的數(shù)字輸出為07D0H，+25.0625℃的數(shù)字輸出為0191H，-25.0625℃的數(shù)字輸

49、出為FF6FH，-55℃的數(shù)字輸出為FC90H。</p><p>　　2.5鎖存器74LS373   74LS373是一種8D鎖存器，具有三態(tài)驅(qū)動(dòng)輸出，其引腳電路圖如下：</p><p><b>　　.</b></p><p>　　引腳圖中Dn----輸入端；Qn-----輸出端；、LE為控制端，該片如何工作由功能表定，表

50、中L為低電平、H為高電平、Z為高阻抗（相當(dāng)開路）×為任意電平，一般將 接低電平，LE接ALE就能正常工作。</p><p>　　2.6 I/O接口電路8255A</p><p><b>　　(1）總線接口部分</b></p><p>　?。?）內(nèi)部邏輯部分（3）外設(shè)接口部分可由編程決定三個(gè)端口的功能</p>&

51、lt;p>　　2、8255A的端口操作</p><p>　　二、8255A的工作方式及方式選擇1、8255A的工作方式</p><p>　　（1）方式0 ——基本輸入/輸出方式A口、B口、C口均有此方式，無(wú)選通， 是單片機(jī)與外部設(shè)備之間的直接數(shù)據(jù)通道。</p><p>　?。?）方式1 ——選通輸入/輸出方式僅PA口、PB口有此方式，PC口中若干位作

52、聯(lián)絡(luò)信號(hào)線。 </p><p>　　各聯(lián)絡(luò)信號(hào)線的意義：</p><p>　?。?）方式3 ——雙向方式僅PA口有此方式。PC3 ~ PC7作聯(lián)絡(luò)線此時(shí)，PB口可以是方式0；也可以是方式1（PC0 ~ PC1作聯(lián)絡(luò)線）。</p><p>　　2、8255A的方式控制字用編程方法向8255A的控制口寫控制字，可決定它的工作方式。有兩個(gè)控制字：（1）方式選擇控制

53、字“1”——方式控制標(biāo)志位D6、D5——決定A組的工作方式，0 0 —— 方式00 1 —— 方式11 × —— 方式2D4 —— A口的傳輸方向，1 —— 入，0 —— 出。D3 —— PC7 ~ PC4的傳輸方向，1 —— 入，0 —— 出。D2 —— 決定B組的工作方式，0 —— 方式0，1 —— 方式1。D1 —— B口的傳輸方向，1 —— 入，0 —— 出。D0 —— PC3 ~ PC0傳輸方向，

54、1 —— 入，0 —— 出。</p><p>　　（2）PC口置位/復(fù)位控制字“0”—— 標(biāo)志位。D6、D5 —— 不使用位。D3、D2、D1—— 位選擇位，000 ~ 111 分別對(duì)應(yīng)PC7 ~ PC0。D0 —— 位狀態(tài)位，1 —— 置位，0 —— 復(fù)位。</p><p>　　3 太陽(yáng)能熱水器中央控制器的硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 前端模擬電

55、路設(shè)計(jì)</p><p>　　現(xiàn)代傳感器在原理與結(jié)構(gòu)上千差萬(wàn)別，如何根據(jù)具體的測(cè)量目的、測(cè)量對(duì)象以及測(cè)量環(huán)境合理地選用傳感器，是在進(jìn)行某個(gè)量的測(cè)量時(shí)首先要解決的問(wèn)題。當(dāng)傳感器確定之后，與之相配套的測(cè)量方法和測(cè)量設(shè)備也就可以確定了。測(cè)量結(jié)果的成敗，在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。</p><p>　　1.根據(jù)測(cè)量對(duì)象與測(cè)量環(huán)境確定傳感器的類型</p><p>　

56、　要進(jìn)行—個(gè)具體的測(cè)量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因?yàn)椋词故菧y(cè)量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù)被測(cè)量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問(wèn)題：量程的大??；被測(cè)位置對(duì)傳感器體積的要求；測(cè)量方式為接觸式還是非接觸式；信號(hào)的引出方法，有線或是非接觸測(cè)量；傳感器的來(lái)源，國(guó)產(chǎn)還是進(jìn)口，價(jià)格能否承受，還是自行研制。</p><p

57、><b>　　2.靈敏度的選擇</b></p><p>　　通常，在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。因?yàn)橹挥徐`敏度高時(shí)，與被測(cè)量變化對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)的值才比較大，有利于信號(hào)處理。但要注意的是，傳感器的靈敏度高，與被測(cè)量無(wú)關(guān)的外界噪聲也容易混入，也會(huì)被放大系統(tǒng)放大，影響測(cè)量精度。因此，要求傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比，盡減少?gòu)耐饨缫氲拇當(dāng)_信號(hào)。</p>&l

58、t;p><b>　　3.頻率響應(yīng)特性</b></p><p>　　傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測(cè)量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測(cè)量條件，實(shí)際上傳感器的響應(yīng)總有—定延遲，希望延遲時(shí)間越短越好。傳感器的頻率響應(yīng)高，可測(cè)的信號(hào)頻率范圍就寬，而由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響，機(jī)械系統(tǒng)的慣性較大，因有頻率低的傳感器可測(cè)信號(hào)的頻率較低。</p><p><b&

59、gt;　　4.線性范圍</b></p><p>　　傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。以理論上講，在此范圍內(nèi)，靈敏度保持定值。傳感器的線性范圍越寬，則其量程越大，并且能保證一定的測(cè)量精度。在選擇傳感器時(shí)，當(dāng)傳感器的種類確定以后首先要看其量程是否滿足要求。但實(shí)際上，任何傳感器都不能保證絕對(duì)的線性，其線性度也是相對(duì)的。當(dāng)所要求測(cè)量精度比較低時(shí)，在一定的范圍內(nèi)，可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線

60、性的，這會(huì)給測(cè)量帶來(lái)極大的方便。</p><p><b>　　5.穩(wěn)定性</b></p><p>　　傳感器使用一段時(shí)間后，其性能保持不變化的能力稱為穩(wěn)定性。影響傳感器長(zhǎng)期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身結(jié)構(gòu)外，主要是傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，傳感器必須要有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。在選擇傳感器之前，應(yīng)對(duì)其使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，并根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇合適的傳

61、感器，或采取適當(dāng)?shù)拇胧?，減小環(huán)境的影響。</p><p><b>　　6.精度</b></p><p>　　精度是傳感器的一個(gè)重要的性能指標(biāo)，它是關(guān)系到整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量精度的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，其價(jià)格越昂貴，因此，傳感器的精度只要滿足整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的精度要求就可以，不必選得過(guò)高。這樣就可以在滿足同一測(cè)量目的的諸多傳感器中選擇比較便宜和簡(jiǎn)單的傳感器。</

62、p><p>　　如果測(cè)量目的是定性分析的，選用重復(fù)精度高的傳感器即可，不宜選用絕對(duì)量值精度高的；如果是為了定量分析，必須獲得精確的測(cè)量值，就需選用精度等級(jí)能滿足要求的傳感器。對(duì)某些特殊使用場(chǎng)合，無(wú)法選到合適的傳感器，則需自行設(shè)計(jì)制造傳感器。自制傳感器的性能應(yīng)滿足使用要求[11]。</p><p>　　本系統(tǒng)設(shè)計(jì)以采集溫度為例，通過(guò)選用不同的傳感器及其相應(yīng)傳感器的放大電路，可實(shí)現(xiàn)多路采集不同的測(cè)

63、量數(shù)據(jù)如溫度、濕度、壓力等數(shù)據(jù)。</p><p>　　3.1.1 溫度傳感器選用</p><p>　　本系統(tǒng)采用接觸式溫度傳感器DS18B20。DS18B20、 DS1822 “一線總線”數(shù)字化溫度傳感器是DALLAS最新單線數(shù)字溫度傳感器， 同DS1820一樣，DS18B20也 支持“一線總線”接口，測(cè)量溫度范圍為 -55°C~+125°C，在-10~+85°

64、;C范圍內(nèi),精度為±0.5°C。DS1822的精度較差為± 2°C ?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持3V~5.5V的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。</p><p>　　3.1.2 DS18B20與單片機(jī)的典型接口設(shè)計(jì)</p>

65、<p>　　可以采用外接電源與寄生電源供電（就是供電電源從數(shù)據(jù)線上得到）：</p><p>　　圖 3.8 外接電源供電</p><p>　　圖3.9 寄生電源供電</p><p>　　3.2 8255A與單片機(jī)的接口電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.1 ADC0809與89C51單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)</p><

66、;p>　　用單片機(jī)控制A/D轉(zhuǎn)換器時(shí)，多采用查詢和中斷控制兩種方法。查詢法是在單片機(jī)把啟動(dòng)命令送到ADC之后，執(zhí)行別的程序，同時(shí)對(duì)ADC的狀態(tài)進(jìn)行查詢，以檢查ADC變換是否已經(jīng)結(jié)束，如查詢到變換已結(jié)束，則讀入轉(zhuǎn)換完畢的數(shù)據(jù)。中斷控制法是在啟動(dòng)信號(hào)送入A/D轉(zhuǎn)換器時(shí)之后，單片機(jī)執(zhí)行別的程序。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換器變換結(jié)束并向單片機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)時(shí)，單片機(jī)響應(yīng)此中斷請(qǐng)求，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，讀入轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，并進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)處理，然后返回原程序[

67、14]。這種方法單片機(jī)無(wú)需進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)間的管理，CPU效率高，所以特別適合于變換時(shí)間較長(zhǎng)的A/D轉(zhuǎn)換器時(shí)[14]。本系統(tǒng)就是采用中斷控制法。89C51與ADC0809接口電路圖如圖3-3所示。</p><p>　　將ADC0809作為外擴(kuò)的并行I/O口，由P2.7和WR端的脈沖同時(shí)有效時(shí)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，通道選擇端與A、B、C分別與地址線A0、A1、A2相連。其端口地址為7FF8H—7FFFH。A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，EO

68、C向89C51的INT1端輸入一個(gè)高電平，既向單片機(jī)產(chǎn)生一個(gè)外部中斷1信號(hào)。</p><p><b>　　. </b></p><p>　　圖3-3 ADC0809與89C51的中斷方式原理圖</p><p>　　3.3 鍵盤和顯示器接口設(shè)計(jì)</p><p>　　3.3.1 鍵盤工作原理[3]</p>&l

69、t;p>　　鍵盤在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中能實(shí)現(xiàn)向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等功能，是人工干預(yù)單片機(jī)的主要手段。</p><p>　　鍵盤輸入應(yīng)解決的問(wèn)題</p><p><b>　　1．鍵盤輸入的特點(diǎn)</b></p><p>　　鍵盤的實(shí)質(zhì)是一組開關(guān)的集合。通常按鍵所用開關(guān)為機(jī)械彈性開關(guān)，均利用了機(jī)械觸點(diǎn)的合、斷。一個(gè)電壓信號(hào)通過(guò)機(jī)械觸點(diǎn)的斷開、

70、閉合過(guò)程，由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一個(gè)按鍵開關(guān)在閉合時(shí)不會(huì)馬上穩(wěn)定地接通，在斷開時(shí)也不會(huì)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(dòng)，抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短由按鍵的機(jī)械特性決定，一般為5～10ms。</p><p><b>　　2．消除按鍵抖動(dòng) </b></p><p>　　1) 硬件消除抖動(dòng)一般采用雙穩(wěn)態(tài)消抖電路。 </p><p>　　2

71、) 軟件消除按鍵抖動(dòng)。如果按鍵較多硬件電路將無(wú)法勝任，因此常采用軟件的方法進(jìn)行消抖。在第一次檢測(cè)到有鍵按下時(shí)，執(zhí)行一段延時(shí)10ms子程序后再按確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)，如果保持閉合狀態(tài)電平則確認(rèn)為真正有鍵按下，從而消除了抖動(dòng)的影響。</p><p>　　3．鍵盤接口的工作原理</p><p>　　常見(jiàn)的鍵盤接口分為獨(dú)立式鍵盤接口和矩陣式鍵盤接口兩種。本系統(tǒng)采用矩陣式鍵盤接口。矩陣式鍵

72、盤接口是適用于按鍵數(shù)量較多的場(chǎng)合，它由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上。矩陣式4*4鍵盤如圖3-4所示。從圖中可以看出，在按鍵數(shù)量較多的場(chǎng)合，矩陣鍵盤與獨(dú)立式按鍵相比，要節(jié)省很多I/O口線。</p><p>　　圖3-4 矩陣式4*4鍵盤原理圖</p><p>　　1）矩陣式鍵盤接口的工作原理</p><p>　　按鍵設(shè)置在行、列線的交叉點(diǎn)上，行、列線分別連

73、接開關(guān)的兩端。行線通過(guò)上拉電阻接到正+5V。平時(shí)無(wú)按鍵時(shí)，行線處于高電平狀態(tài)，而當(dāng)有按鍵按下時(shí)，行線電平狀態(tài)鍵由此行線相連的列電平?jīng)Q定。列線如果為低電平，這行線電平為低；列線電平如果為高，則行線電平也高。這是識(shí)別矩陣鍵盤按鍵是否被按下的關(guān)鍵所在。由于矩陣鍵盤中行、列線為多鍵共用，各按鍵均影響該鍵所在的電平。因此各按鍵彼此間互相發(fā)生影響，所以必須將行、列線信號(hào)配合起來(lái)并作適當(dāng)?shù)奶幚?，才能確定閉合鍵的位置。</p><p

74、>　　2）按鍵的識(shí)別方法 </p><p>　　按鍵識(shí)別的方法主要有掃描法、線反轉(zhuǎn)法和鍵盤編碼。由于本系統(tǒng)按鍵較多所以采用鍵盤編碼的方法。</p><p>　　3.3.2 LED顯示器工作原理</p><p>　　LED顯示器有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)顯示兩種方式。</p><p><b>　　1．LED靜態(tài)顯示</b><

75、;/p><p>　　LED顯示器工作于靜態(tài)顯示方式時(shí)，各位的共陰極（或供陽(yáng)極）連接在一起并接地(或+5V)；每位的段選線（a-dp）分別與一個(gè)八位的鎖存器輸出相連。所以稱為靜態(tài)顯示。各個(gè)LED的顯示字符一經(jīng)確定，相應(yīng)鎖存器的輸出將維持不變，直到顯示另一個(gè)字符為止。也正是因?yàn)槿绱?，靜態(tài)顯示的亮度比較高。</p><p><b>　　2．LED動(dòng)態(tài)顯示</b></p&g

76、t;<p>　　在多位LED顯示時(shí)，為簡(jiǎn)化硬件電路，通常將所有的位的段選線相應(yīng)的并聯(lián)在一起，由一個(gè)8位I/O口控制，形成段選線的多路復(fù)用。而各共陽(yáng)極或共陰極分別由相應(yīng)得I/O線控制，實(shí)現(xiàn)各位的分時(shí)選通。</p><p>　　由于動(dòng)態(tài)顯示所用接口管線較少，因此本系統(tǒng)采用LED顯示器的動(dòng)態(tài)顯示方式。</p><p>　　3.3.3 鍵盤/顯示電路</p><

77、p>　　系統(tǒng)鍵盤顯示接口采用8279芯片，用硬件完成鍵盤與顯示器掃描[4]。鍵盤由0-9數(shù)字鍵，報(bào)警值設(shè)定鍵，時(shí)鐘設(shè)定鍵，左位移鍵，確認(rèn)鍵，運(yùn)行鍵等組成，采用4×4鍵盤。用戶可以通過(guò)鍵盤完成人機(jī)接口的各種操作。鍵盤以中斷方式工作。當(dāng)有按鍵時(shí)，8279申請(qǐng)中斷CPU響應(yīng)中斷后轉(zhuǎn)入鍵盤監(jiān)控處理程序。顯示器采用4個(gè)LED數(shù)碼管，系統(tǒng)檢測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)AT89C51單片機(jī)處理后通過(guò)I/O口送到驅(qū)動(dòng)電路，LED顯示甲烷氣體現(xiàn)場(chǎng)濃度。<

78、;/p><p>　　8279與單片機(jī)AT89C51的硬件接口電路圖如圖3-13所示。8279芯片外接4×8鍵盤和4位顯示器，工作于4位顯示和鍵盤輸入工作方式，均為編碼掃描，其組成可分為三個(gè)部分：</p><p>　　圖3-6 8279與單片機(jī)AT89C51的硬件接口電路圖</p><p>　　1．顯示接口：由4個(gè)7段LED顯示器組成。SL0-SL2經(jīng)74LS1

79、38(1)譯碼低四位掃描控制位選口，顯示字符的段選碼由8279芯片的一個(gè)4位輸出口OUB0-3同步輸出實(shí)現(xiàn)，并且經(jīng)74LS06非門輪流驅(qū)動(dòng)7段LED顯示器。消隱顯示信號(hào)輸出線與74LS138(1)的使能端E3相連，當(dāng)顯示功換時(shí),輸出低電平關(guān)閉74LS138(1)，從而達(dá)到顯示消隱的目的。</p><p>　　2．鍵盤接口：16個(gè)鍵排成4行4列的矩陣。8279工作于鍵盤輸入方式，4根列掃描線由SL0-SL7經(jīng)74L

80、S138(2)譯碼獲得，只用其中的四根，4根行信號(hào)線由RL0，RL1，RL2，RL3引入。由于8279的輸入線RL0-RL7內(nèi)部有上位電阻，當(dāng)無(wú)鍵按下時(shí)均為高電平，而當(dāng)有鍵按下時(shí)則被鍵盤上的按鍵拉成低電平，該鍵的行、列號(hào)信息被讀人FIFO RAM緩沖器中。同時(shí)8279的中斷請(qǐng)求信號(hào)IRQ為高電平，可向CPU申請(qǐng)中斷，讀取鍵值代碼。</p><p>　　3．8279與AT89C51的接口：在硬件連線圖中，單片機(jī)AT

81、89C51的P2.7腳經(jīng)反向器接片選信號(hào)CS。8279的A0端用于控制讀寫命令/狀態(tài)和數(shù)據(jù)，A0與地址鎖存器74LS373輸出的最低位地址線AB0相接，所以8279的數(shù)據(jù)口地址為8FFEH，命令/狀態(tài)口地址為8FFFH。8279的CNTL、SHIFT引腳接地。</p><p>　　3.4 單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。其主要功能是把程序計(jì)數(shù)器PC值初始

82、化為0000H，使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需要按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)單片機(jī)。</p><p>　　RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端，高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù)24個(gè)震蕩周期（即兩個(gè)機(jī)器周期）以上。若使頻率為6MHZ的晶振，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間超過(guò)4μs才能完成復(fù)位操作。</p><p>　　復(fù)位操作由

83、上電復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)為兩種方式。</p><p>　　上電自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖3-7所示。只要電源VCC的上電時(shí)間不超過(guò)1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位，即接通電源就完成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。</p><p>　　按鍵手動(dòng)復(fù)位分為電平方式和脈沖方式兩種。其中，電平復(fù)位是復(fù)位端通過(guò)電阻與Vcc電源接通而實(shí)現(xiàn)的。脈沖復(fù)位是利用RC微分電路產(chǎn)生的正脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)的。&

84、lt;/p><p>　　在計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，為了保證微處理器穩(wěn)定而可靠地運(yùn)行，需要配置電壓監(jiān)控電路；為了實(shí)現(xiàn)掉電數(shù)據(jù)保護(hù)，需備用電池及切換電路；為了使微處理器盡快擺脫因干擾而陷入的死循環(huán)，需要配置看門狗電路，將完成這些功能的電路集成在一起的芯片中稱為微處理器監(jiān)控器。</p><p>　　圖3-7 單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位電路</p><p>　　在單片機(jī)系統(tǒng)中，為了擺脫“死循環(huán)”

85、通常采用“看門狗技術(shù)”也就是程序監(jiān)控技術(shù)?！翱撮T狗”技術(shù)就是不斷監(jiān)視程序循環(huán)運(yùn)行時(shí)間，若發(fā)現(xiàn)時(shí)間超過(guò)已知的循環(huán)設(shè)定時(shí)間，則認(rèn)為系統(tǒng)陷入了“死循環(huán)”，然后強(qiáng)迫程序即PC返回到0000H，在0000H處安排一段出錯(cuò)處理程序，使系統(tǒng)進(jìn)入正常工作?！翱撮T狗”技術(shù)可由硬件實(shí)現(xiàn)，可由軟件實(shí)現(xiàn)，也可由兩者結(jié)合實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)采用微處理器監(jiān)控器MAX690A完成硬件“看門狗”電路。</p><p>　　MAX690A是美國(guó)MAXIM

86、公司的產(chǎn)品，具有以下功能：</p><p>　　(1)在微處理器上電、掉電及低壓供電時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位輸出信號(hào)。(2)具有備用電池切換電路，備用電池可供給其他低功耗邏輯電路。(3)具有看門狗電路，該電路的觸發(fā)脈沖時(shí)間間隔超過(guò)1.6s時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位輸出。(4)可用于低電壓檢測(cè)。</p><p>　　MAX690A的主要電氣參數(shù)為：</p><p>　　·工

87、作電壓 Vcc(1.2～5.5V)；</p><p>　　·靜態(tài)電流200μA ；</p><p>　　·備用電池方式靜態(tài)電流50μA；</p><p>　　·復(fù)位脈沖寬度 TRS為200ms；</p><p>　　·看門狗定時(shí)時(shí)間為1.6s；</p><p>　　·復(fù)

88、位門限電平4.65V。</p><p>　　MAX690A與89C51單片機(jī)的接口電路如圖3-8所示：</p><p>　　圖3-8 MAX690A與89C51的接口電路</p><p>　　本電路有復(fù)位電路和看門狗電路功能，R1、R2選取說(shuō)明如下：</p><p><b>　?。?-1）</b></p>

89、<p>　　當(dāng)R1=1kΩ，R2=2.6 kΩ，使+5V電壓跌落到4.5V，PFI的輸出電壓低于1.25V時(shí)，PFO輸出高電平作為單片機(jī)的中斷信號(hào)。單片機(jī)正常工作時(shí)，P1.0口定期(小于1.6 s)改變WDI輸入端的電平，使看門狗電路不發(fā)出復(fù)位電路。當(dāng)出現(xiàn)“死機(jī)”，單片機(jī)將不能定期改變WDI電平，看門狗電路便會(huì)在1.6 s后產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)，使單片機(jī)復(fù)位，待經(jīng)過(guò)200ms復(fù)位脈沖寬后，單片機(jī)復(fù)位結(jié)束，程序從0000H開始重新執(zhí)

90、行，保證了系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。</p><p>　　3.5 單片機(jī)時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生89C51單片機(jī)工作時(shí)所必需的時(shí)鐘信號(hào)。89C51單片機(jī)本身就是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為保證同步方式的實(shí)現(xiàn)，89C51單片機(jī)應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下，嚴(yán)格地按時(shí)序執(zhí)行工作。</p><p>　　因此時(shí)鐘電路是計(jì)算機(jī)的心臟，它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏。時(shí)鐘

91、頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時(shí)鐘電路有兩種方式，一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，另一種為外部時(shí)鐘方式。</p><p>　　本系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式。</p><p>　　89C51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。反相放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2，分別是89C51的19腳和18腳。在XTAL1和XTAL2

92、兩端跨接石英晶體及兩個(gè)電容就可以構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。89C51內(nèi)部時(shí)鐘方式的振蕩電路如圖3-9所示。晶體的振蕩頻率范圍通常在1.2MHz到24MHz 之間。晶體的頻率越高，則系統(tǒng)的頻率越高單片機(jī)的運(yùn)行速度越快。本系統(tǒng)選擇振蕩頻率為24MHz的石英晶體。</p><p>　　圖3-9 AT89C51內(nèi)部時(shí)鐘方式電路</p><p>　　3.6 系統(tǒng)原理綜述</p><p

93、>　　系統(tǒng)硬件原理如原理圖（附）所示。通過(guò)原理圖，我們可以分析出系統(tǒng)的原理，于是系統(tǒng)主要原理如下：</p><p>　　溫度的測(cè)量通過(guò)溫度傳感器輸出正比于不同溫度的電壓值來(lái)實(shí)現(xiàn)，在和8255A接口相連的pc中，通過(guò)二極管分別顯示四個(gè)不同的水位情況。</p><p>　　通過(guò)兩個(gè)按鍵s2和s3來(lái)實(shí)現(xiàn)加熱和加水的功能，當(dāng)s2按下時(shí)，就觸發(fā)外部中斷0，進(jìn)入中斷子程序，執(zhí)行加熱功能。當(dāng)s3按

94、下時(shí)，就出發(fā)了外部中斷1進(jìn)入中斷子程序，執(zhí)行手動(dòng)加水功能。 </p><p>　　單片機(jī)通過(guò)P0口用一個(gè)8255A擴(kuò)展芯片實(shí)現(xiàn)8位LED顯示，Po口和373相連鎖存地址信號(hào)，P2.0~P2.3和水位檢測(cè)傳感器接口電路連接，P2.6和P2.7分別接有加水繼電器和加熱繼電器。作為8255A的PC口接有6個(gè)二極管，分別用來(lái)顯示水位1、2、3、4狀態(tài)，還有加水狀態(tài)和加熱狀態(tài)的提示信號(hào)。再通過(guò)接口電路8255A反映到顯示屏

95、上。</p><p>　　單片機(jī)其余I/O口線安排：</p><p>　　·VCC：接+5V電源。</p><p><b>　　·GND：接地。</b></p><p>　　·RST：接MAX690A的RESET。</p><p>　　·P3.0(ALE)：

96、與8255H的ALE腳相連提供時(shí)鐘信號(hào)。</p><p>　　·XTAL1、XTAL2：通過(guò)晶振實(shí)現(xiàn)單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘。 </p><p>　　·PSEN：允許程序存儲(chǔ)器輸出控制端。</p><p>　　·EA：內(nèi)外程序存儲(chǔ)器選擇控制端。</p><p>　　·P1.7：接MAX960的WDI端。</

97、p><p>　　·RD：接8255H的RD端。</p><p>　　·WR：接8255H的WR端。</p><p>　　4太陽(yáng)能熱水器中央控制器的軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　在完成太陽(yáng)能熱水器中央控制器的硬件設(shè)計(jì)后，要達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求，用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，就需要進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。同時(shí)運(yùn)用軟件設(shè)計(jì)可以相對(duì)地簡(jiǎn)化硬件結(jié)構(gòu)，有效地降

98、低設(shè)計(jì)成本并提高系統(tǒng)的性能。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，軟件設(shè)計(jì)應(yīng)具備以下功能：</p><p>　　·對(duì)水的溫度數(shù)據(jù)的讀入；</p><p>　　·對(duì)數(shù)碼管顯示子程序的實(shí)現(xiàn)；</p><p>　　·通過(guò)鍵盤輸入實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集；</p><p>　　·將數(shù)據(jù)存入EPROM中實(shí)現(xiàn)掉電保護(hù)；</p>&l

99、t;p>　　·將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)LED顯示。</p><p>　　4.1 系統(tǒng)總體軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　本系統(tǒng)主要是完成由89C51為核心控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能熱水器水位和水溫的檢測(cè)，并在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候報(bào)警，并把溫度數(shù)據(jù)體現(xiàn)在8位數(shù)碼管上。</p><p>　　主程序首先完成對(duì)串口，定時(shí)器，中斷源的初始化設(shè)置，初始運(yùn)行參數(shù)，開中斷，然后循環(huán)讀取鍵盤

100、狀態(tài)，檢測(cè)系統(tǒng)是否漏電。一旦檢測(cè)到系統(tǒng)漏電，立即進(jìn)行聲音和顯示報(bào)警，并切斷所有執(zhí)行機(jī)構(gòu)電源；若系統(tǒng)不漏電，則根據(jù)存儲(chǔ)的鍵盤狀態(tài)和檢測(cè)的水溫，水位等狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的處理并等待中斷服務(wù)程序的執(zhí)行。其主要的軟件原理圖如圖1和2。</p><p>　　系統(tǒng)正常控制時(shí)，首先顯示水溫和水位，若檢測(cè)到水流開關(guān)打開用水時(shí)，自動(dòng)斷開上水閥和電加熱體電源，即實(shí)現(xiàn)水電聯(lián)動(dòng)，用水停電。當(dāng)檢測(cè)到水位過(guò)低時(shí)，控制單片機(jī)在8255A的PC3

101、口的二極管提示加水，然后手動(dòng)加水。達(dá)到最高水位時(shí)同樣提醒停止加水。在水位超過(guò)第二檔時(shí)，將檢測(cè)到的實(shí)際水溫和設(shè)置水溫進(jìn)行比較，若實(shí)際水溫低于設(shè)置水溫時(shí)，則加熱體通電進(jìn)行輔助電加熱；若水溫高于設(shè)置水溫時(shí)，切斷加熱體電源；若檢測(cè)到水位低檔，不管溫度設(shè)置高低，總是停止加熱，防止加熱體干燒，在加熱功能中將最高水溫控制在適當(dāng)?shù)臏囟龋瑴貢r(shí)停止加熱并報(bào)警。</p><p>　　圖一系統(tǒng)主程序流程圖</p><

102、;p>　　4.2 數(shù)據(jù)采集軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　4.2.1中斷服務(wù)子程序</p><p>　　4.2.2水位檢測(cè)子程序</p><p>　　4.3　顯示和鍵盤軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　當(dāng)要進(jìn)行顯示和軟件設(shè)計(jì)時(shí)，單片機(jī)首先要通過(guò)P2.7端向8155H的CE端輸出一個(gè)高電平，選中8155H。</p><p&g

103、t;　　4.3.1 動(dòng)態(tài)顯示程序設(shè)計(jì)</p><p>　　在AT89C51內(nèi)部的RAM中設(shè)置4個(gè)顯示緩沖單元79H—7CH，分別存放顯示器的4位數(shù)據(jù)，8155H的PA口掃描輸出總是只有一位高電平，即顯示器的4位中僅有一位公共陰極為低電平，其它位高電平，8155H的PB口輸出相應(yīng)位（陰極為低）的顯示字形的斷碼，使其一位顯示出一個(gè)字符，其它位為暗，依次改變PA 口輸出為高的位，PB口輸出對(duì)應(yīng)的段碼，顯示器的四位就動(dòng)態(tài)

104、地顯示出由緩沖區(qū)中顯示數(shù)據(jù)所得字符 [18] 。其顯示流程如圖4-3所示。</p><p>　　圖4-3　動(dòng)態(tài)顯示程序流程圖</p><p>　　4.3.2 鍵盤子程序設(shè)計(jì)</p><p>　　當(dāng)鍵盤無(wú)鍵輸入時(shí)，8155H的PC0到3口不全為1，只有當(dāng)鍵盤有鍵輸入時(shí)PC 0-3 口全為1 時(shí)，向單片機(jī)提出外部中斷申請(qǐng)，單片機(jī)響應(yīng)中斷請(qǐng)求，由外部中斷0的中斷服務(wù)程序?qū)?/p>

105、輸入的鍵號(hào)存入模擬通道指針R7，從而使系統(tǒng)采集鍵號(hào)所代表的模擬通道的量，并將其值通過(guò)LED顯示出來(lái)。 </p><p>　　其鍵盤產(chǎn)生外部中斷時(shí)的中斷服務(wù)程序流程圖如圖4-4所示。 </p><p>　　通過(guò)延時(shí)子程序達(dá)到去鍵盤抖動(dòng)的目的，并將所輸入鍵的鍵號(hào)存入模擬通道選擇指針R7中。中斷結(jié)束后，返回主程序。從而實(shí)現(xiàn)通過(guò)按鍵選擇模擬通道，并采集相應(yīng)通道的數(shù)據(jù)。此外采集到的數(shù)據(jù)還需存入單片機(jī)

106、片內(nèi)的EPROM內(nèi)，防止單片機(jī)突然掉電造成采集到的數(shù)據(jù)丟失。</p><p>　　圖4-4 鍵盤中斷服務(wù)程序</p><p><b>　　5 抗干擾技術(shù)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)體積小、價(jià)格低、功能靈活、使用方便，已在工業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，單片機(jī)系統(tǒng)越來(lái)越受到人們的關(guān)注。單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性是由多種的，其中系統(tǒng)的抗干擾性能

107、的好壞是影響系統(tǒng)可靠性的重要因素。因此，研究抗干擾技術(shù)，對(duì)保證單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)穩(wěn)定 、可靠的工作是非常必要的。</p><p>　　一般把影響單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)正常工作的信號(hào)稱為噪音，又稱干擾。環(huán)境對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)得干擾一般都是以脈沖的形式進(jìn)入系統(tǒng)的，干擾竄入單片機(jī)的渠道主要有三條：</p><p><b>　　1．空間干擾。</b></p><p>&

108、lt;b>　　2．供電系統(tǒng)干擾。</b></p><p><b>　　3．過(guò)程通道干擾。</b></p><p>　　5.1 主要抗干擾技術(shù)[20]</p><p>　　提高單片機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)措施有降低單片機(jī)的頻率，時(shí)鐘監(jiān)測(cè)電路、看門狗技術(shù)與低電壓復(fù)位技術(shù)等技術(shù)。</p><p>　　外時(shí)鐘是高頻的噪聲源

109、，除能引起對(duì)本應(yīng)用系統(tǒng)的干擾之外，還可能產(chǎn)生對(duì)外界的干擾，使電磁兼容檢測(cè)不能達(dá)標(biāo)。在對(duì)系統(tǒng)可靠性要求很高的應(yīng)用系統(tǒng)中，選用頻率低的單片機(jī)是降低系統(tǒng)噪聲的原則之一。</p><p>　　監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)鐘，當(dāng)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)時(shí)鐘停振時(shí)產(chǎn)生系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)以恢復(fù)系統(tǒng)時(shí)鐘，是單片機(jī)提高系統(tǒng)可靠性的措施之一。而時(shí)鐘監(jiān)控有效與省電指令STOP是一對(duì)矛盾。只能使用其中之一。</p><p>　　看門狗技術(shù)是監(jiān)測(cè)應(yīng)用程序

110、中的一段定時(shí)中斷服務(wù)程序的運(yùn)行狀況，當(dāng)這段程序不工作時(shí)判斷為系統(tǒng)故障，從而產(chǎn)生系統(tǒng)復(fù)位。</p><p>　　低電壓復(fù)位技術(shù)是監(jiān)測(cè)單片機(jī)電源電壓，當(dāng)電壓低于某一值時(shí)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)。由于單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)本身對(duì)電源電壓范圍的要求越來(lái)越寬。電源電壓從當(dāng)初的5V降至3.3V并繼續(xù)下降到2.7V、2.2V、1.8V。在是否使用低電壓復(fù)位功能時(shí)應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用情況權(quán)衡一下。</p><p>　　5

111、.2 提高單片機(jī)系統(tǒng)抗干擾能力的主要方法 </p><p>　　提高單片機(jī)抗干擾能力的主要方法有接地，隔離與屏蔽和濾波。</p><p>　　接地指接大地，也稱作保護(hù)地。為單片機(jī)系統(tǒng)提供良好的地線，對(duì)提高系統(tǒng)的抗干擾能力極為有益。特別是對(duì)有防雷擊要求的系統(tǒng)，良好的接地至關(guān)重要。系統(tǒng)運(yùn)用一系列抗干擾元件，目的在于將雷擊、浪涌式干擾以及快脈沖群干擾去除，而去除的方法都是將干擾引入大地，如果系統(tǒng)