電熱水器控制器設(shè)計與實現(xiàn)

1、 目 錄 目目 錄錄 設(shè)計總說明 .I INTRODUCTION.II 1緒論.1 1.1設(shè)計背景和目的.1 1.2國內(nèi)外研究狀況成果.1 1.3設(shè)計內(nèi)容.3 2系統(tǒng)總體方案設(shè)計.3 2.1系統(tǒng)硬件設(shè)計方案.3 2.1.1芯片選擇.3 2.1.2數(shù)碼管顯示.3 2.1.3鍵盤輸入.4 2.2系統(tǒng)軟件設(shè)計方案.4 3系統(tǒng)硬件設(shè)計.4 3.1AT89S52 單片機.4 3.1.1AT89S52 功能概述.4 3.1.2引腳功能說明.4 3.1.3AT89S52 復(fù)位電路的設(shè)計.5 3.1.4時鐘電路設(shè)計.6 3.2繼電器輸出控制電路.6 3.2.1繼電器串聯(lián) RC 電路.6 3.2.2繼電器并聯(lián)

2、RC 電路.7 3.2.3繼電器并聯(lián)二極管電路.7 3.3數(shù)碼管顯示.7 3.3.1LED 數(shù)碼管的基本結(jié)構(gòu).7 3.3.2數(shù)碼管動態(tài)顯示的工作原理.8 3.4鍵盤接口.9 4系統(tǒng)硬件設(shè)計.9 4.1程序初始化.9 4.2主程序.10 4.3定時中斷程序.11 5仿真.13 5.1電路仿真軟件 Proteus.13 目 錄 6結(jié)論.14 鳴 謝.15 參考文獻.16 附錄一 系統(tǒng)硬件原理圖.17 附錄二 系統(tǒng)實物圖.18 附錄三 元件清單.19 附錄四 設(shè)計總程序.20 設(shè)計總說明 I 設(shè)計總說明 熱水器是一種可供浴室洗手間及廚房使用的家用電器。目前市場上熱水器主要品 種有電熱水器、太陽能熱水

3、器、燃?xì)鉄崴鳌＞椭袊木唧w情況而言,由于太陽能熱水 器的使用受天氣原因的限制,使用范圍狹窄；燃?xì)鉄崴饔捎谝允?、天然氣為燃? 而燃料供應(yīng)量又難以滿足人們?nèi)找嬖鲩L的需求，且不利于環(huán)境，因此電熱水器越來越 受到消費者的青睞。 隨著科技發(fā)展，電熱水器更是有別于傳統(tǒng)的熱水器，然而控制器的差異決定了電 熱水器的種類，讓用戶有多種選擇。 本設(shè)計以 AT89S52 單片機為控制器，通過鍵盤設(shè)定加熱時間并在七段數(shù)碼管顯示 設(shè)定的時間，計時開始后，七段數(shù)碼管會顯示倒計時的每一個時刻的數(shù)值（每減一秒 顯示一次） ，當(dāng)設(shè)定的時間減少至零時，由輸出端口控制繼電器動作，停止加熱。使用 單片機的定時控制，能更精確地

4、設(shè)定加熱時間。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，卻有很高的實用價 值。 本系統(tǒng)主要由顯示電路、鍵盤電路、輸出控制電路三部分構(gòu)成，分別實現(xiàn)對時間 參數(shù)的人工自由設(shè)定、時間顯示、輸出控制功能，其中單片機 AT89S52 則為本設(shè)計的 控制核心。 系統(tǒng)的軟件部分分為主程序和定時中斷程序。主程序是先進行系統(tǒng)的初始化操作， 初始化中斷，然后進入一個無限循環(huán)過程，并在循環(huán)過程中調(diào)用輸入檢測程序進行相 應(yīng)的鍵盤按鍵處理。在初始化過程中，把計時的默認(rèn)時間設(shè)置為 1 個小時，并接通外 部電路；在初始化中斷時，采用軟件中斷的方法，每 0.25ms 觸發(fā)一次。在無限循環(huán)過 程中，循環(huán)判斷按鍵是否按下，如果按下先進行防震動處理，然后進

5、行相應(yīng)的處理。 中斷處理程序分為兩部分第一部分為顯示程序，第二部分為時間每秒減一程序。顯示 程序是通過查表方式顯示，數(shù)碼管的顯示字符碼和片選信號都是通過查表方式得到。 經(jīng)過了兩個多月的設(shè)計以及最后階段的實物調(diào)試，最終完成設(shè)計，實物的數(shù)碼管 正常顯示，按下每個按鍵能正確實行相應(yīng)的設(shè)定，而且繼電器在開始計時和定時時間 到達(dá)后都能及時準(zhǔn)確動作，復(fù)位電路能正常復(fù)位，實物的各個模塊都能達(dá)到設(shè)計的要 求。 關(guān)鍵詞：AT89S52 單片機;電熱水器;控制 設(shè)計總說明 II INTRODUCTION III INTRODUCTION Water heater is available for bathroom

6、,kitchen and toilet.Now,the main varieties of the water heater have electric water heaters, solar water heaters, gas water heater. In terms of the specific situation of China, the solar water heater was restricted by the weather reason so that its application was so narrow. Gas water heater used oil

7、, natural gas as fuel, and the fuel supply is hard to meet the growing needs of people, which is not beneficial to the environment, so the electric water heater is more and more favored by consumers. With advances in technology, water heater is different from the conventional, different kinds of wat

8、er heater have different controller.This design mainly to solve the issue of timing control.Water heater controller is designed to solve the issue of energy consumption brought from long-term working. The chip of controller is AT89S52.Set the heating time by the keyboard and display the time in seve

9、n-segment LED2.When the countdown time begin, LED will display a countdown value of each moment, if the time reduces to zero, the output port controls the relay to stop heating. Timing control using the MCU can be more accurately to set the heating time. This system mainly consists of a display circ

10、uit, the keyboard circuit, the output control circuit, namely, which achieve the funtion of time parameter setting, time display and output control. Software of the system consists of the main procedure and the timer interrupt procedure.First,main procedure initializes the system,and then enter an i

11、nfinite cycle.In this cycle,call the key testing procedure and make corresponding treatment.In the initialization,the default time sets to one hour,and connect the external circuit. In the infinite cycle, judge whether the the key is pressed. If it is first start for anti-shock treatment,then make c

12、orresponding treatment. The timer interrupt procedure are divided into two parts.First part is the display program .The function of the other is to reduce one per second. After two months design and final stage of physical debugging,I finish the design.The LED displays properly.Pressing each key can

13、 make correct setting.And the relays takes correct action at the beginning and the end of timer.The reset circuit can reset properly.Each module can meet the design requirement4. KEYWORDS: AT89S52;water heater; control 1 電熱水器控制器設(shè)計與實現(xiàn) 1緒論 1.1設(shè)計背景和目的 據(jù)不完全統(tǒng)計，我市城鎮(zhèn)居民家庭以電熱水器為主，占總量的 60以上；從前風(fēng) 光無限的燃?xì)鉄崴鳚u漸地黯然

14、失色，市場份額僅剩不足 20；新興的太陽能熱水器 雖然受到安裝條件的限制，但其安全、環(huán)保的性能廣受消費者青睞，發(fā)展態(tài)勢迅猛， 市場占有率已達(dá)到 15左右。于安全方面的考慮是城鎮(zhèn)居民更多選擇電熱水器和太陽 能熱水器的主要原因。 然而時下的商品房通風(fēng)效果并不好，燃?xì)猱a(chǎn)生的污染無法及時 消除，而電熱水器和太陽能熱水器則基本沒有這方面的憂慮。 電熱水器的優(yōu)點：易安裝，不受天氣的影響，不受樓層和供水管道的限制，投入 小。隨著技術(shù)進步和新品的開發(fā)，下置式、嵌入式等多種安裝形式的電熱水器先后上 市，徹底擺脫了房間空間的限制。中央供水和數(shù)碼智能的電熱水器也已進入市場。電 熱水器的安全問題涉及到消費者的生命，又

15、加上近些年的能源危機，人們生活節(jié)奏的 加快，智能化電熱水器越來越受到消費者的青睞。在當(dāng)今社會，科技日新月異，熱水 器技術(shù)飛速發(fā)展，越來越多的科技成果被運用到熱水器的制造中。如今的熱水器產(chǎn)品 已經(jīng)絕對不是一個簡單的加熱器，而是科技含量高的現(xiàn)代化家電產(chǎn)品。隨著我國人民 生活水平的逐漸提高，其生活條件有了很大的改善，智能化電器在人們?nèi)粘Ｉ钪姓?有比重越來越大，與家庭生活密切相關(guān)的熱水器品種層出不窮，花樣翻新。 正是在這樣的背景下，本設(shè)計選擇 AT89S52 單片機的電熱水器的設(shè)計研究。本選 題目的是基于人們對現(xiàn)代家庭舒適、便利、安全以及多元化信息服務(wù)的需要，基于 AT89S52 單片機設(shè)計具有智能

16、特征的電熱水器控制器。選用 AT89S52 單片機作為控制芯 片，就是為了實現(xiàn)電熱水器的智能化，持續(xù)穩(wěn)定的熱水供應(yīng)，自動斷電的安全功能， 使人們洗浴時能放心享受，利于人們的身體健康，其務(wù)實性能快速滿足人們對現(xiàn)代生 活快節(jié)奏的需求。 1.2國內(nèi)外研究狀況成果 據(jù)了解，熱水器內(nèi)膽最關(guān)鍵，如果內(nèi)膽損壞就意味著整臺機器報廢。與其他家用 產(chǎn)品不同的是，電熱水器沒有必要頻繁升級換代，出于安全性和經(jīng)濟性的考慮，熱水 器的耐用性才是廠商需要絞盡腦汁的?？照{(diào)的核心是壓縮機，電扇的核心是電機。對 于熱水器來說內(nèi)膽是最關(guān)鍵的，從一定意義來說，內(nèi)膽的品質(zhì)就代表熱水器的品質(zhì)。 2 目前的內(nèi)膽技術(shù)紛繁復(fù)雜，但究其本質(zhì)目標(biāo)

17、都是一樣的：保溫、耐壓、不生銹、 無水垢、不滲水是內(nèi)膽的基本要求。市場上常見的類型有搪瓷內(nèi)膽、不銹鋼內(nèi)膽、鈦 金內(nèi) 膽、金圭內(nèi)膽等，搪瓷內(nèi)膽抗疲勞性差，不銹鋼內(nèi)膽焊縫容易漏水，目前比較先 進的內(nèi)膽主要是鈦金內(nèi)膽。 除了對耐用性的不懈追求，智能化技術(shù)運用是今后技術(shù)發(fā)展的一個普遍趨勢。燃 氣熱水器設(shè)有自動恒溫控制，停氣自動關(guān)機，超水溫泄壓等安全保護功能，即使臨時 停氣，仍有儲存的熱水使用。智能化技術(shù)的運用有兩個好處，一是更方便，二是更節(jié) 能，按照用戶的使用習(xí)慣提前預(yù)先加熱，讓使用者隨心享用熱水。而在非用水時間則 啟動中溫保溫方程式，根據(jù)設(shè)定溫度計算出最節(jié)能的保溫溫度，減小熱水器內(nèi)外溫差， 因而大大

18、減少保溫加熱次數(shù)，真正做到不拔插頭更省電。 在節(jié)能上冰箱等家電產(chǎn)品已經(jīng)走在了前面，熱水器這種用電量很大的產(chǎn)品更加應(yīng) 該推進節(jié)能技術(shù)的普及。對于傳統(tǒng)的電熱水器行業(yè)而言，要想出現(xiàn)本質(zhì)性的突破幾乎 是不可能的，而在功能上不斷提升，抓住人性化需求，卻是一條可行之路。 而事實正是如此。阿里斯頓、比利奇、史密斯、海爾、美的爭先恐后推出了超大 液晶屏、電子線控、超薄時尚、雙管加熱、漏電保護器、防電墻、多口出水等新技術(shù)， 尤其是海爾，甚至在電熱水器上增加了按摩功能，專門的噴霧按摩噴嘴，讓消費者可 以足不出戶就感受按摩的快樂。 國外對智能電熱水器的主要研究成果有：西門子智能電熱水器，采用德國新電腦 溫控技術(shù)，確

19、保出水溫度均勻恒定，使沐浴成為真正的享受。西門子家電集團采用西 門子在電站技術(shù)上的強大防漏電安全技術(shù)為基礎(chǔ)，開發(fā)出獨有的 ELCB 德國安全專家模 式功能。除具有正常的防漏電裝置外，還具備安全電流自我檢測功能，隨時檢測防漏 電系統(tǒng)是否正常工作，雙重保險將個體與電源完全分開，杜絕意外發(fā)生。櫻花 IMES 智 能記憶節(jié)能系統(tǒng)，突破了傳統(tǒng)單時段節(jié)能模式，提供了獨一無二的三時段定時預(yù)熱和 七種供水模式，其工作過程“聰明伶俐” ，它不斷自動存儲、分析主人近一個月用水的 具體數(shù)據(jù)，以最經(jīng)濟的模式提前為主人準(zhǔn)備熱水，真正實現(xiàn)全天候節(jié)能供水。特別是 還具備體貼的停電數(shù)據(jù)保留功能，就算停電 48 小時，也能自動

20、記憶所有參數(shù)，讓主人 毫無后顧之憂。 全新的智能中溫保溫功能，徹底彌補了傳統(tǒng)中溫保溫的缺陷，根據(jù)設(shè)定水溫、環(huán) 境、季節(jié)的不同，自動選擇最節(jié)能的保溫狀態(tài)，避免固定中溫技術(shù)大幅度溫差造成不 必要的浪費，縮短加熱時間，切實做到省電節(jié)能。配合特有超厚高密度聚氨脂發(fā)泡層， 節(jié)能指標(biāo)全面達(dá)到國家專業(yè)標(biāo) 準(zhǔn)，當(dāng)然倍受信賴。完美的節(jié)能系統(tǒng)整合，把 IMES 智 能記憶作為系統(tǒng)節(jié)能的核心，將 各種節(jié)能的細(xì)節(jié)整合到盡善盡美，智能記憶與自動加 熱技術(shù)的融合應(yīng)用，自動加熱、實時加熱、定時加熱三種工作模式任意選擇。就中國 的具體情況而言, 其研究成果雖稍遜于國外，但是學(xué)者們也在努力尋求技術(shù)的突破。 3 1.3設(shè)計內(nèi)容

21、電熱水器控制器是以硬件為基礎(chǔ)，運用相關(guān)的知識設(shè)計出硬件電路，然后進行對 52 單片機程序的設(shè)計，再進行安裝制作、仿真、驗證、得出實物，調(diào)試。硬件設(shè)計中， 主要以 52 單片機為核心，通過單片機的 I/O 口連接一個鍵盤電路來實現(xiàn)對參數(shù)的人工 自由設(shè)定，同時可通過串口連接 6 位 LED 數(shù)碼管，以分別顯示小時、分鐘和秒。系統(tǒng) 定時啟動是通過 I/O 口完成。顯示電路主要由六個七段共陽數(shù)碼管及六個 PNP 三極管 組成。鍵盤電路跟顯示電路一樣采用掃描方式，并利用動態(tài)顯示時的數(shù)碼管驅(qū)動位置 信號來判斷相應(yīng)按鍵的狀態(tài)3。單片機的控制輸出是通過 P0 口完成的。軟件方面則 使用 C 語言進行編程設(shè)計，

22、同時運用 PROTUES 進行電腦模擬仿真。最后完成實物還需 要進行調(diào)試。 2系統(tǒng)總體方案設(shè)計 2.1系統(tǒng)硬件設(shè)計方案 本次設(shè)計采用 AT89S52 單片機作為控制芯片,根據(jù)設(shè)計要求，設(shè)計系統(tǒng)的硬件電路， 在單片機外圍添加設(shè)定時間的鍵盤電路、顯示每一時刻的顯示電路以及定時時間達(dá)到 后的繼電器電路，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 2.1 所示。 單片機 AT89S52 鍵盤電路 復(fù)位電路 數(shù)碼管顯示 繼電器電路 圖 2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 2.1.1 芯片選擇 AT89S52 是一個低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 8k Bytes ISP(In- system programmable)的可反復(fù)擦

23、寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS -52 指令系統(tǒng)及 80C52 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元。 與 AT89C52 相比，此芯片燒寫次數(shù)更高、工作頻率更高、電源范圍更寬以及抗干 擾性更強，因此選擇 AT89S52 芯片。 2.1.2 數(shù)碼管顯示 本設(shè)計的顯示電路主要選用 LED 數(shù)碼管。LED 具有價格低、性能穩(wěn)定和響應(yīng)速度 4 快等特點；LCD 具有低壓微功耗、顯示信息量大和壽命長等特點，但其價格較高，因 此，本設(shè)計采用 LED（共陽） 。 2.1.3

24、鍵盤輸入 鍵盤可分為編碼式鍵盤和非編碼式鍵盤，本設(shè)計選用的是非編碼鍵盤。鍵盤的連 接方式采用獨立連接式，這種連接方式能夠簡化程序的編寫。 2.2系統(tǒng)軟件設(shè)計方案 系統(tǒng)軟件主要由兩大模塊組成：主程序模塊和定時中斷模塊。主程序包含了鍵盤 處理程序和輸出控制。主程序中通過每 0.25ms 對鍵盤的判斷，當(dāng)按鍵按下后進行相應(yīng) 的處理。顯示模塊主要有動態(tài)顯示和設(shè)置位時的閃爍功能，該模塊根據(jù)主程序的按鍵 處理實行相應(yīng)的處理。 3系統(tǒng)硬件設(shè)計 3.1AT89S52 單片機 3.1.1 AT89S52 功能概述 AT89S52 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k 字節(jié) Flash 閃速存儲器，128 字節(jié)內(nèi)部 RAM，3

25、2 個 I/O 口線，看門狗（WDT） ，兩個數(shù)據(jù)指針，兩個 16 位定時/計數(shù) 器，一個 5 向量兩級終端結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩 器及時鐘電路。同時，AT89S52 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支 持兩種軟件可選的節(jié)點工作模式?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允 許 RAM，定時/計數(shù)器串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作?？臻e方式停 止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng) 繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止 其他所有部件工作指導(dǎo)寫個硬件復(fù)位。單片機 AT89S52 如圖 3.1 所 示。 圖 3.1 AT89S52

26、引腳圖 3.1.2 引腳功能說明 VCC：電源電壓 GND：地 P0 口：P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為 輸出口用時，每位能驅(qū)動 8 個 TTL 邏輯門電路，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用 5。 在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù) 5 據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。 在 Flash 編程時，P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時， 要求外接上拉電阻。 P1 口：P1 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯門電路。對端口

27、寫“1” ，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可 作輸出入口。 P2 口：P2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯門電路。對端口寫“1” ，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時 可作輸入口。 P3 口：P3 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P3 的輸出緩沖級可驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯門電路。對端口寫“1” ，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時 可作輸入口。 RST:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時，RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單 片機復(fù)位。WDT 溢出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置 SFR AU

28、XR 的 DISRTO 位（地址 8EH） 可打開或關(guān)閉該功能。DISRTO 位缺省為 RESET 輸出高電平打開狀態(tài)。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈 沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE 仍以時鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的正脈沖信號，因為它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當(dāng) 訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖。 對 Flash 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG） 。 如有必要，可通過對特殊功能寄存器中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。 該位置位后，只

29、有一條 MOVX 和 MOVC 指令 ALE 才會被激活。此外，該引腳會被微弱拉 高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)置位 ALE 無效。 PSEN:程序儲存允許(PSEN)輸出時外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng) AT89S52 由外 部程序存儲器取指令時，每個機器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個脈沖。當(dāng)訪問外部 數(shù)據(jù)存儲器，沒有兩次有效的 PSEN 信號。 XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端 3.1.3 AT89S52 復(fù)位電路的設(shè)計 復(fù)位使單片機處于起始狀態(tài)，并從該起始狀態(tài)開始運行。AT89S52 的 RST 引腳為 復(fù)位端，該引腳連續(xù)保

30、持 2 個機器周期（24 個時鐘振動周期）以上高電平，則可使單 片機復(fù)位6。內(nèi)部復(fù)位電路在每一個機器周期的 S5P2 期間采樣斯密特觸發(fā)器的輸出 端，該觸發(fā)器可抑制 RST 引腳的噪聲干擾，并在復(fù)位期間不產(chǎn)生 ALE 信號，內(nèi)部 RAM 處于不斷電狀態(tài)。 其中的數(shù)據(jù)信息不會丟失，也即復(fù)位后，只影響 SFR 中的內(nèi)容，內(nèi)部 RAM 中的數(shù) 6 據(jù)不受影響。外部復(fù)位有上電復(fù)位和按鍵電平復(fù)位。由于單片機運行過程中，其本身 的干擾或外界干擾會導(dǎo)致出錯，此時我們可按復(fù)位鍵重新開始運行。為了便于本設(shè)計 運行調(diào)試，復(fù)位電路采用按鍵復(fù)位方式。按鍵復(fù)位電路如圖 3.2 所示。 S1 10K R15 RST 10

31、uF C1 VCC 圖 3.2 復(fù)位電路 3.1.4 時鐘電路設(shè)計 AT89C52 中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶 瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器7，電路設(shè)計如圖 3.3 所示。 外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容 C1、C2 接在放大器的反饋回路中構(gòu) 成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容 C1、C2 雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會 輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易 程序及溫度穩(wěn)定性，起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，如果使用 石英晶，我們推薦電容使用 30

32、pF，而如使用陶瓷諧振器建議 電容選擇 40pF。 圖 3.3 時鐘電路 3.2繼電器輸出控制電路 繼電器室電子電路中常用的一種元件，一般由晶體管、繼電器等元器件組成輸出 控制電路。主要有三種形式，分別為繼電器串聯(lián) RC 電路、繼電器并聯(lián) RC 電路和繼電 器并聯(lián)二極管電路。 3.2.1 繼電器串聯(lián) RC 電路 繼電器串聯(lián) RC 電路主要應(yīng)用于繼電器的額定工作電壓低于電源電壓的電路中。當(dāng) 電路閉合時，繼電器線圈由于自感現(xiàn)象會產(chǎn)生電動勢阻礙線圈中電流的增大，從而延 長了吸合時間，串聯(lián)上 RC 電路后則可以縮短吸合時間。原理是電路閉合的瞬間，電容 C 兩端電壓不能突變可視為短路，這樣就將比繼電器線

33、圈額定工作電壓高的電源電壓 加到線圈上，加快了線圈中電流增大的速度，使繼電器迅速吸合，電源穩(wěn)定后電容 C Y1 30pF C2 30pF C3 XTAL2 XTAL1 7 不起作用，電阻 R 起限流作用，電路如圖 3.4 所示。 VCC VCC 圖 3.4 繼電器串聯(lián) RC 電路 圖 3.5 繼電器并聯(lián) RC 電路 3.2.2 繼電器并聯(lián) RC 電路 繼電器并聯(lián) RC 電路在電路閉合后，當(dāng)電流穩(wěn)定時 RC 電路不起作用，斷開電路時， 繼電器線圈由于自感而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，經(jīng) RC 電路放電，使線圈中電流衰減放慢，從 而延長了繼電器銜鐵釋放時間，起到延時作用，電路如圖 3.5 所示。 3.2.3

34、繼電器并聯(lián)二極管電路 該電路主要是為了保護晶體管等驅(qū)動元器件，當(dāng)晶體管 由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r，流經(jīng)繼電器線圈的電流將迅速減小，這 是線圈會產(chǎn)生很高的自感電動勢與電源電壓疊加后加在晶體 管的 c、e 兩極間，會使晶體管擊穿，并聯(lián)上二極管后，即 可將線圈呃自感電動勢鉗位于二極管的正向?qū)妷?，此?硅管約 0.7V，鍺管約 0.2V，從而避免擊穿晶體管等驅(qū)動元 器件。并聯(lián)二極管時一定要注意二極管的極性不可接反，否 則容易損壞晶體管等驅(qū)動元器件8，如圖 3.6 所示。本設(shè) 計選擇的是繼電器并聯(lián)二極管電路。 圖 3.6 繼電器并聯(lián)二極管電路 3.3數(shù)碼管顯示 3.3.1 LED 數(shù)碼管的基本結(jié)構(gòu) LED

35、數(shù)碼管（LED Segment Displays）是由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成“8” 字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。LED 數(shù) 碼管常用段數(shù)一般為 7 段有的另加一個小數(shù)點。LED 數(shù)碼管根據(jù) LED 的接法不同分為 共陰和共陽兩類，了解 LED 的這些特性，對編程是很重要的，因為不同類型的數(shù)碼管， 除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。共陰和共陽極數(shù)碼管的內(nèi)部電 D1 5.1K K1 Relay-SPST Q7 2N3904 P30 VCC 8 路如圖 3.7 所示，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。顏色有 紅，綠，藍(lán)，黃

36、等幾種。LED 數(shù)碼管廣泛用于儀表，時鐘，車站，家電等場合。選用 時要注意產(chǎn)品尺寸顏色，功耗，亮度，波長等。 圖 3.7 兩種 LED 數(shù)碼管的外形與內(nèi)部結(jié)構(gòu) 3.3.2 數(shù)碼管動態(tài)顯示的工作原理 數(shù)碼管動態(tài)顯示介面是單片機中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是 將所有數(shù)碼管的 8 個顯示筆劃“a,b,c,d,e,f,g,dp ”的同名端連在一起，另外為每個 數(shù)碼管的公共極 COM 增加位元選通控制電路，位元選通由各自獨立的 I/O 線控制，當(dāng) 單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯 示出字形，取決于單片機對位元選通 COM 端電路的控制，所以我們只要

37、將需要顯示的 數(shù)碼管的選通控制打開，該位元就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮9。 透過分時輪流控制各個 LED 數(shù)碼管的 COM 端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這 就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位元數(shù)碼管的點亮?xí)r間為 12ms，由于人的視 覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極體的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要 掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示資料，不會有閃爍感，動態(tài)顯示 的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的 I/O 口，而且功耗更低。本設(shè)計采用的 就是數(shù)碼管的動態(tài)顯示，電路如圖 3.8 所示。 9 圖 3.8 四位數(shù)碼管接線圖 3.4鍵盤接口 本設(shè)計只使用了五個

38、按鍵來實現(xiàn)設(shè)定定時功能，分別是設(shè)定定時時間、選擇調(diào)整 時間的位、增加、減少和退出開始定時這五個按鍵如圖 3.9 所 示。設(shè)定定時時間這個按鍵是用來作為是否進入主程序判斷， 但此按鍵按下時，進而判定其他按鍵是否按下，如按下便進入 相應(yīng)的處理。選擇調(diào)整時間的位是在設(shè)定時間過程中選擇要調(diào) 整的時分秒，增加減少則用來對相應(yīng)位進行操作，退出開始定 時則是退出設(shè)定時間的操作，開始定時10。 圖 3.9 鍵盤接口圖 4系統(tǒng)硬件設(shè)計 本次單片機定時控制功能是由硬件和軟件組成，先設(shè)計正確的硬件電路，則軟件 的設(shè)計根據(jù)硬件電路的管腳和功能來編寫11。系統(tǒng)軟件分為兩部分部分：一部分是 軟件的主程序，包含了鍵盤模塊和

39、輸出控制模塊。另一部分則是定時中斷部分，是根 據(jù)鍵盤模塊設(shè)計的，此部分稱為顯示程序。 4.1程序初始化 程序的初始化根據(jù)硬件電路的設(shè)計分配相應(yīng)的資源，具體如下： #include typedef signed char int8; typedef unsigned char uint8; typedef signed int int16; typedef unsigned int uint16; typedef signed long int32; typedef unsigned long uint32; S2 S3 S4 S5 S6 位位位位位位 位位位位位位位位 位位 位位 位位位位位位

40、 10 typedef float fp32; typedef double fp64; bit bSetTime=0; bit bTimeOver=0; uint8 timeBit=0;/設(shè)置時間的位;0,1,2 代表秒分時 uint8 codeTable = 0 x3f, 0 x06, 0 x5b, 0 x4f, 0 x66, 0 x6d, 0 x7d, 0 x07, 0 x7f, 0 x6f ; uint8 dispbitcode = 0 xfe, 0 xfd, 0 xfb, 0 xf7, 0 xef, 0 xdf ; uint8 dispbuf6 = 0, 0, 0, 0, 0, 0;

41、 /顯示的字符在 dspcode 中的編 號 uint8 dispbitcnt=0; uint8 mstcnt =0; 4.2主程序 主程序是先進行系統(tǒng)的初始化操作，初始化中斷，然后進入一個無限循環(huán)過程， 并在循環(huán)過程中調(diào)用輸入檢測程序進行相應(yīng)的鍵盤按鍵處理過程12。在初始化過程 中，把計時的默認(rèn)時間設(shè)置為 1 個小時，并接通外部電路；在初始化中斷時，采用軟 件中斷的方法，每 0.25ms 觸發(fā)一次。在無限循環(huán)過程中，循環(huán)判斷按鍵是否按下，如 果按下先進行防震動處理，然后進行相應(yīng)的處理。主程序流程圖如圖 4.1 所示。主程 序流程圖中的按鍵處理是這樣的，定時時間的設(shè)定由五個按鍵完成，分別是進入

42、設(shè)定 時間按鍵、調(diào)整時間位的按鍵、加一按鍵、減一按鍵和退出開始計時按鍵。在判定了 有按鍵按下的時候，就開始判定五個按鍵中是哪一個功能鍵按下。程序中是有一個優(yōu) 先級別的設(shè)定的，就是只有在進入設(shè)定時間按鍵被按下，其余四個按鍵被按下時，程 序才會響應(yīng)；如果進入設(shè)定時間按鍵沒有按下，無論其余四個按鍵是否按下，系統(tǒng)繼 續(xù)實行之前設(shè)定的時間的倒計時。當(dāng)進入設(shè)定時間按鍵被按下后，程序設(shè)計時默認(rèn)了 秒位先閃爍。接著判斷其余四個鍵的按下情況，其中如果退出開始計時按鍵被按下了， 11 則除了進入設(shè)定時間按鍵被按下后程序會響應(yīng)相應(yīng)操作之外，其余三個按鍵調(diào)整時間 位的按鍵、加一按鍵和減一按鍵即使按下程序也不會響應(yīng)。當(dāng)

43、退出開始計時按鍵沒有 被按下，則判斷調(diào)整時間位的按鍵、加一按鍵和減一按鍵的按下情況，如果調(diào)整時間 位的按鍵被下，進入相應(yīng)時間位的設(shè)定，按下加一按鍵和減一按鍵實行加一或減一的 設(shè)定，比如說此時設(shè)定時分秒中時的數(shù)值，按一下加一鍵則數(shù)值加一，當(dāng)數(shù)值為 23 時， 再按一下加一鍵，則數(shù)值變?yōu)?0，分秒的設(shè)定也是類似。 主程序初始化 中斷始化 開中斷 開始 是 否設(shè)定鍵是 否按下 退出設(shè)置 按下的為退 出鍵時 設(shè)定時間 加一調(diào)整時間位減一 按下 調(diào)整鍵 按下 加一鍵 按下 減一鍵 退出鍵 是否按下 否 顯示計時 是 圖 4.1 主程序流程圖 12 4.3定時中斷程序 中斷處理程序分為兩部分第一部分為顯示

44、程序，第二部分為時間每秒減一程序。 顯示程序是通過查表方式顯示，數(shù)碼管的顯示字符碼和片選信號都是通過查表方式得 到。在顯示程序中要根據(jù)當(dāng)前的狀態(tài)是否處于設(shè)置狀態(tài)，若處在設(shè)置狀態(tài)剛相應(yīng)的設(shè) 置位閃爍，否剛正常顯示倒計時時間。定時中斷程序流程圖如圖 4.2 所示。 是 否 中斷處理進入 計時器到 達(dá) 閃爍顯示設(shè)置信息 顯示計時器加 1 是否處在 設(shè)置狀態(tài) 顯示倒計時信息 是 否 倒計時器變量加 1 是 否 倒計時器 到達(dá) 1 秒 斷開外部加熱電路 計時時間 是否為 0 是 否 中斷處理返回 計時時間減 1 秒 13 圖 4.2 定時中斷程序流程圖 5仿真 5.1電路仿真軟件 Proteus Pro

45、teus 軟件是英國 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具軟件（該軟件 中國總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司） 。它不僅具有其它 EDA 工具軟件的仿真功能， 還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目 前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學(xué)的教師、致力于單片機 開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus 是世界上著名的 EDA 工具，從原理圖布圖、代 碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到 PCB 設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn) 品的完整設(shè)計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB 設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件

46、三合一的設(shè)計平臺，其處理器模型支持 8052、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086 和 MSP430 等，2010 年又增加了 Cortex 和 DSP 系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面， 它也支 IAR、Keil 和 MPLAB 等多種編譯器。 本設(shè)計 Proteus 仿真圖如圖 5.1.1 所示。初始化過程中，把計時的默認(rèn)時間設(shè)置 為 1 個小時，并接通外部電路；在初始化中斷時，采用軟件中斷的方法，每 0.25ms 觸 發(fā)一次 14 圖 5.1.1 Proteus 仿真圖 仿真成功，在七段數(shù)碼管顯示設(shè)定的時間，計時

47、開始后，七段數(shù)碼管會顯示倒計 時的每一個時刻的數(shù)值（每減一秒顯示一次） ，當(dāng)設(shè)定的時間減少至零時，由輸出端口 控制繼電器動作，停止加熱。如圖 5.1.2 所示。 圖 5.1.1 繼電器動作 圖 6結(jié)論 經(jīng)過了一個多月的努力，順利完成了設(shè)計，制作出實物，實物的數(shù)碼管正常顯示， 15 按下每個按鍵能正確實行相應(yīng)的設(shè)定，而且繼電器在開始計時和定時時間到達(dá)后都能 及時準(zhǔn)確動作，復(fù)位電路能正常復(fù)位，達(dá)到了設(shè)計的要求。本設(shè)計的出發(fā)點主要是以 最簡單的硬件電路，實現(xiàn)定時控制。本設(shè)計以 AT89S52 作為控制芯片，根據(jù)設(shè)計的要 求，設(shè)計好單片機的外圍電路，再根據(jù)外圍電路的管腳和功能需求編寫程序，使得該 定時

48、控制器可以讓用戶隨時校準(zhǔn)時間并設(shè)定熱水器的開關(guān)時間，以便控制器能夠在設(shè) 定的開關(guān)時刻通過單片機的輸出端口控制輸出繼電器的動作，進而控制熱水器的啟閉。 本次設(shè)計的具體步驟如下： （1）根據(jù)設(shè)計的要求，把握設(shè)計的整體，選擇可靠的設(shè)計方案。 （2）設(shè)計硬件的原理圖，確定元件的型號以及參數(shù)。 （3）用 PROTEUS 軟件畫好電路原理圖。 （4）軟件設(shè)計，根據(jù)硬件原理圖，編寫程序以及調(diào)試，成功在 PROTEUS 上仿真。 （5）在 PROTEL 上畫硬件原理圖，并生成 PCB 圖，制作電路板。 （6）焊接電路板，將電子元件焊接到做好的電路板上，完成實物。 （7）將程序燒寫到單片機上，進行實物的調(diào)試，查

49、找問題及原因。 經(jīng)過本次設(shè)計，發(fā)現(xiàn)自己有許多缺陷，比如說自己的動手能力不足，硬件設(shè) 計缺乏經(jīng)驗等等。正因為這些原因，本設(shè)計還有許多值得改進的地方。本設(shè)計只是簡 單地通過單片機實現(xiàn)定時控制，把顯示、鍵盤和定時三部分結(jié)合在一起。設(shè)計中，單 片機的 I/O 口沒有得到充分的利用，也許是因為實現(xiàn)的功能不多，所以還有較多的管 腳閑置著。繼電器輸出控制部分只用了一個輸出口控制相應(yīng)的硬件模塊來實現(xiàn)控制器 輸出的通斷。 鳴 謝 16 鳴 謝 在徐今強老師的指導(dǎo)、熱情幫助和自己的努力下，我的畢業(yè)設(shè)計得以順利完成。 畢業(yè)設(shè)計考查了自己在大學(xué)四年所學(xué)的知識，通過畢業(yè)設(shè)計，進一步回顧了自己所學(xué) 的知識，同時也更好地綜

50、合了各科的知識，并且在設(shè)計中學(xué)習(xí)了課本上學(xué)不到的東西。 我衷心感謝所有幫助過我的老師和同學(xué)。尤其是我的指導(dǎo)老師徐今強老師。徐老 師對我們要求比較嚴(yán)格，遇到需要我們自己獨立解決的問題，老師堅決讓我們獨立思 考，這樣可以鍛煉我們的動手能力和獨立解決問題的能力。在設(shè)計過程中徐老師也給 了我不少的幫助和意見，讓我受益匪淺。 由于本人的能力有限，設(shè)計中存在不少的缺陷，望各位老師能提出寶貴意見。 參考文獻 17 參考文獻 1華成英,童詩白. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M. 北京:高等教育出版社,2006. 2王宏文. 自動化專業(yè)英語教程M. 北京:機械工業(yè)出版社,2007. 3Donald A. Neamen.El

51、ectronic circuit analysis and designM.Tsinghua University Press and Springer Verlag.2002. 4Richard c.Dorf.modern control systemM.BEIJING:Science Publishing House,2002. 5潘新民,王燕芳. 微型計算機控制技術(shù)實用教程M. 北京:電子工業(yè)出版 社,2006. 6周美娟,肖來勝. 單片機技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)計M. 北京:清華大學(xué)出版社,2007. 7王志剛. 89C52 單片機的硬件結(jié)構(gòu)及發(fā)展探究J. 黑龍江科技信息, 2010， （03）：

52、5-11. 8李旭鵬,董燚,許建華. 基于單片機的智能溫度控制系統(tǒng)設(shè)計J. 電子質(zhì)量, 2010， （02）： 12-20. 9陳長生. 基于單片機的圖書館燈光自動控制系統(tǒng)J. 科技信息, 2010， （01）：15-20. 10張兆朋,鄒應(yīng)全,施海鳳. 基于 AT89S52 單片機的學(xué)校電鈴自動控制J. 電子技術(shù), 2010， （01）：4-8. 11李光飛,李良兒，樓然苗. 單片機 C 程序設(shè)計實例指導(dǎo)M. 北京:北京航空航天 大學(xué)出版社,2005. 附 錄 18 附錄一 系統(tǒng)硬件原理圖 附 錄 20 附錄二 系統(tǒng)實物圖 附 錄 21 附錄三 元件清單 CommentDesignatorF

53、ootprintQuantity Cap2C1CAPR5-4X51 CapC2, C3CAP2 100ufC81電容電解 2.541 104C82瓷片電容 2.54mm1 DC 座D1DC 座1 LEDD2, D3LED2 LED2D81LED1 二級管DI1二極管1 開關(guān)K1開關(guān)1 繼電器KK1PCBComponent_1 - duplicate1 Header 2P5HDR1X21 Header 9P21HDR1X91 DS18B20P42HDR1X31 PNPQ1-Q8三極管8 8550Q55901#1 Res2R1-R17, R41AXIAL-0.418 470R55, R56, R5

54、7AXIAL-0.33 1KR81AXIAL-0.31 SW-PBS1-S6SW4B6 SEG7SU1, SU2LED48MIN2 89S52U1DIP401 CRYSTALY1晶振1 附 錄 22 附錄四 設(shè)計總程序 #include typedef signed char int8; typedef unsigned char uint8; typedef signed int int16; typedef unsigned int uint16; typedef signed long int32; typedef unsigned long uint32; typedef float

55、fp32; typedef double fp64; bit bSetTime=0; bit bTimeOver=0; uint8 timeBit=0;/設(shè)置時間的位;0,1,2 代表秒分時 uint8 codeTable = 0 x3f, 0 x06, 0 x5b, 0 x4f, 0 x66, 0 x6d, 0 x7d, 0 x07, 0 x7f, 0 x6f ; uint8 dispbitcode = 0 xfe, 0 xfd, 0 xfb, 0 xf7, 0 xef, 0 xdf ; uint8 dispbuf6 = 0, 0, 0, 0, 0, 0; /顯示的字符在 dspcode 中

56、的編 號 uint8 dispbitcnt=0; uint8 mstcnt =0; uint8 second=0; uint8 minute=0; uint8 hour=1; uint16 tcnt=0; uint8 flashcnt=0; uint8 i; 附 錄 23 uint8 j; void main (void) /0.25ms 觸發(fā)一次 TMOD = 0 x02; TH0 = 0 x06; TL0 = 0 x06; TR0 = 1; ET0 = 1; EA = 1; /默認(rèn)是定時一小時 P3_0=1; while (1) /-設(shè)定定時時間- - if (P2_7 = 0 i 0;

57、i-) /防抖動 for (j = 248; j 0; j-); if (P2_7 = 0) while (P2_7 = 0); P3_0=0; bSetTime=1; if(bSetTime=1) /-設(shè)定定時時間的位- - if (P2_6 = 0) for (i = 5; i 0; i-) for (j = 248; j 0; j-); 附 錄 24 if (P2_6 = 0) while (P2_6 = 0); timeBit+; if (timeBit = 3) timeBit = 0; /顯示位的閃爍改變 /-設(shè)定增加時間- - if (P2_5 = 0) for (i = 5; i 0; i-) for (j = 248; j 0; j-); if (P2_5 = 0) while (P2_5 = 0); switch (timeBit) /設(shè)置秒 case 0: second+; if (second = 60) second = 0; break; /設(shè)置分 case 1: minute+; 附 錄 25 if (minute = 60) minute = 0; break; /設(shè)置時 case 2: hour+; if (hour = 24) hour = 0; break; /-設(shè)定減少時間- - if (P2_4 = 0) for (