基于单片机的电热水器定时控制器设计毕业论文.docx

西南科技大学本08机制毕业生毕业论文题 目: 基于单片机的电热水器定时控制器设计 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）指导教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）评阅教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日西南科技大学 毕业设计（论文）教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格评定成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）年 月 日教学系意见：系主任： （签名）年 月 日摘要电热水器定时控制器设计系统以atmel的at89s52单片机为核心构成整个控制系统。根据设计要求，系统对水温进行测量、预定加热水温、检测水温；用lcd实时显示当前温度或时间，以及显示当前系统工作状态；监视系统是否发生故障或工作在危险状态；当发生故障或危险时，及时发出警报和切断系统电源；根据要求调整或设置温度（2060）和时间。通过以at89s52单片机为核心并辅以外围电路的设计方法实现了低成本的控制要求。该定时时控制器可定时控制并显示有关参数，在满足系统要求的同时，又具备简单、经济之特点。此外，灵活的键盘输入方式来设定参数可增加系统的灵活性。关键词：电热水器 at89s52单片机 控制系统 漏电检测 adc0809title base on scm immersion heater time monitor design abstractelectric boiler fixed time controller design system take atmel at89s52 monolithic integrated circuit as core constitution always control system. according to the design requirements, the system carries on the survey, the predetermined heating water temperature, the examination water temperature to the water temperature; with lcd real time display current temperature or time, as well as demonstration current system active status; whether the supervisory system does break down or the work in the critical condition; when breaks down or the danger, sounds the warning and the cut-off system power source promptly; according to request adjustment or establishment temperature (2060) and time. through and auxiliary has realized the low cost control request take at89s52 monolithic integrated circuit as the core by peripheral circuits design method. this fixed time time controller may the timed control and demonstrates the related parameter, while satisfies the system request, also has, characteristic of simply the economical. in addition, the nimble keyboard entry way setup parameter may increase systems flexibility.key words: immersion heater, at89s52, control system, creepage detect,adc0809 目 次1 绪论21.1 应用前景21.2 设计意义21.3 设计内容和要求22 系统总体设计22.1 at89s52单片机简介22.2 lcd（jhd162a系列）介绍22.3 protel99设计原理图概述23 控制系统硬件设计23.1 系统设计方案23.2 硬件设计模块23.2.1 温度检测模块23.2.2 显示电路模块23.2.3 按键电路模块23.2.4 漏电检测与加热模块23.2.5 开关机及报警模块23.2.6 并口下载电路23.2.7 加水和放水电路23.2.8 整体电路图：24 控制系统软件设计24.1 主程序流程图24.2 温度检测模块24.3 显示模块24.4 按键模块24.5 加热模块25 调试25.1 样机模拟简介25.2 调试环节2结 论2致 谢2参 考 文 献2521 绪论1.1 应用前景随着气价的不断上涨，电价的不断下降，快速电热水器使用起来既方便快捷、安全卫生、又不产生污染，在今后热水器更新换代的大潮中，智能电热水器必将异军突起、占有热水器市场越来越大的市场份额。众所周知，燃气热水器因其安全隐患太高和对环境的污染，以及越来越高的使用成本，正在逐渐退出热水器的市场；太阳能热水器因其受天气影响，安装条件的限制以及成本昂贵而很难占有更大的市场份额；传统的大容量顶端电热水器加热的时间比较长，如果热水器一直开着，则耗能耗电。定时开关控制器可有效解决这些问题，使电热水器使用起来更加舒适省电。这样电热水器不仅可以充分利用闲置的时间，避免用户使用时长时间等待，减少不必要保温，也可以更加节约电能，特别对低谷及高峰用电有差价地区，利用晚间低谷用电开机加热，白天用电高峰关机保温，能大量节约电费开支。本文中的定时控制器主要是以单片机at89s52作为核心控制元件，通过外围电路控制热水器的电源，以达到定时开关机的目的。1.2 设计意义目前市场上的电热水器分连续水流式和贮水式，前者具有加热速度快和体积小的优点，但消耗的功率大，大多数家庭供电线路难以承受。而市场上传统的机械式电热水器控制功能不完善，而且精度低、可靠性差，生活质量的提高使得消费者对电热水器要求越来越向智能化和数字化发展，根据设计的要求，因此控制系统采用atmel单片机作为控制中心设计此款智能家用电热水器。1.3 设计内容和要求控制器的最主要目的是对水的温度进行控制，实现家用电器的智能化和数字化，提高家用电器的安全使用性能。系统采用模块结构设计： 硬件设计上，主要由温度检测电路模块、显示电路模块、按键电路模块、漏电保护与加热控制电路模块、开关机与报警电路模块和掉电保护与复位电路模块组成。软件设计上，主要由温度检测子程序、显示子程序、按键子程序、漏电保护与加热控制子程序、开关机子程序和掉电保护与复位子程序组成实现的功能如图1-1所示下：图1-1 功能如图由图可知，温度检测电路将温度信息传送给单片机，再由单片机输出到显示电路，数码管显示检测温度，二极管显示当前工作状态；通过检测按键电路，确定是否有按键请求；根据单片机的请求（加热请求、预约要求、温度要求）启动加热电路；通过检测温度是否超温、漏电检测电路，检测当前系统是否发生了危险情况，一旦出现危险情况，启动安全保护电路，立即停止加热电路，并发出报警，切断系统的电源；通过掉电保护与系统复位电路，确保系统工作在正常状态下。2 系统总体设计2.1 at89s52单片机简介与mcs-51单片机产品兼容，8k字节在系统可编程flash存储器，1000次擦写周期，全静态操作：0hz33hz、三级加密程序存储器、32个可编程i/o口线、三个16位定时器/计数器八个中断源 、全双工uart串行通道、 低功耗空闲和掉电模式 、掉电后中断可唤醒 、看门狗定时器 、双数据指针 、掉电标识符 。1) 封装与实物图：at89s52芯片封装如图2-1所示：图2-1 at89s52芯片封装at89s52芯片实物图如图2-2所示：2) 主要性能参数： 与mcs-51单片机产品兼容；8k字节在系统可编程flash存储器；1000次擦写周期；全静态操作：0hz33hz；三级加密程序存储器；32个可编程i/o口线；三个16位定时器/计数器；八个中断源；全双工uart串行通道；低功耗空闲和掉电模式；掉电后中断可唤醒；看门狗定时器；双数据指针；掉电标识符3) 主要功能特性：at89s52是一种低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有8k 在系统可编程flash 存储器。使用atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80c51 产品指令和引脚完全兼容。片上flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位cpu 和在系统可编程flash，使得at89s52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。at89s52具有以下标准功能： 8k字节flash，256字节ram，32位i/o 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16位。定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，at89s52可降至0hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，cpu停止工作，允许ram、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，ram内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。at89s52内部结构图如图2-3所示。图 2-2 at89s52芯片实物图4) 引脚说明：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8个ttl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。 图2-3 at89s52内部结构图在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4 个ttl 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，p1.0和p1.2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2-1所示。在flash编程和校验时，p1口接收低8位地址字节。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4 个ttl 逻辑电平。对p2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可表 2-1 引脚功能引脚号第二功能p1.0t2（定时器/计数器t2的外部计数输入），时钟输出p1.1t2ex（定时器/计数器t2的捕捉/重载触发信号和方向控制）p1.5mosi（在系统编程用）p1.6miso（在系统编程用）p1.7sck（在系统编程用）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4 个ttl 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（iil）。p3口亦作为at89s52特殊功能（第二功能）使用，如表 2-2所示。在flash编程和校验时，p3口也接收一些控制信号。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。表 2-2 引脚功能引脚号第二功能p3.0rxd（串行输入p3.1txd（串行输出）p3.2int0（外部中断0）p3.3int1（外部中断1）p3.4t0（定时器0外部输入）p3.5t1（定时器1外部输入）p3.6wr（外部数据存储器写选通）p3.7rd（外部数据存储器读选通）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8eh的sfr的第0位置 “1”，ale操作将无效。这一位置 “1”，ale 仅在执行movx 或movc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8eh的sfr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at89s52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0000h 到ffffh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vcc。在flash编程期间，ea也接收12伏vpp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。at89s52 特殊寄存器映象及复位值如表 2-3所示。5) 某些指令的约束条件：表2-3 寄存器映象及复位值 分支指令:对于lcall、ljmp、acall、ajmp、sjmp、jmp a+dptr等指令，只要程序员记住这些分支指令的目的地址在程序存储器大小的物理范围内（地址空间为：000h-7ffh单元），这些无条件分支指令就会正确执行，超出物理空间的限制会出现不可预知的程序出错。cjne、djnz.、jb、jnb、jc、jnc、jbc、jz、jnz等这些条件转移指令的使用与上述原则一样，同样，超出物理空间的限制也会引起不可预知的程序出错。与movx相关的指令，数据存储器:at89s52包含256字节内部数据存储器，这样，at89s52的堆栈深度局限于内部ram的256字节范围内，它既不支持外部数据存储器的访问，也不支持外部程序存储器的执行，因此程序中不应该有movx指令。2.2 lcd（jhd162a系列）介绍1、特性：显示内容：16 字符x 2 行字符点阵：5 x 8 点驱动方式：1/16d可供型号：tn stn(黄绿模灰模黑白模)反射型带el或led背光源el/100vac 400hzled/4.2vdc2、电参数(vdd=5.0v 10%,vss=0v,ta=25 )，如表 2-4所示。表2-4 电参数名称符号测试条件标准值单位最小典型最大电源电压vcc-vss-4.55.05.5v输入高电平vh-2.2-vcov输入低电平vl-0.3-0.6v输入高电压vch-eoh=0.2ma2.4-v输入低电压vcleol=1.2ma-0.4v工作电流icovco=5.0v-2.53.0ma3、lcd原理图如图2-4所示。 4、外形尺寸/显示内容如图2-5所示。2.3 protel99设计原理图概述图2-4 lcd原理图（1）使用protel进行电路板设计的第一步便是设计原理图，原理图决定了整个电路的基本功能，也是接下来生成网络表和设计印刷电路板的基础，protel设计 的流程图如图2-6所示。图2-5 外形尺寸/显示内容在protel 99的初始界面下新建一个设计库，该数据库用来管理项目。file-new-改文件名改保存路径ok 进入设计库文件中的文件夹document。 在document 文件夹中新建原理图文件和印制板文件。file-new-schematic document-ok-改文件名file-new-pcb document-ok-改文件名 打开原理图文件，添加原理图文件库。design-add/remove library- 浏览所需零件库add-ok 放置电路所需的各种元件，图件，网络标号等元器件。design-add/remove library- 浏览所需零件库add-ok从零件库中调出元件 place-part 对原图元件进行布局，布线，构成一个完整的原理图。 place-part 编辑和调整。然后进行输出存档。右键properies.designation-part-footrint save 打印或建立报表。（2）用pcb系统设计pcb板分以下7个步骤： 绘制电路原理题。电路板设计工作的第一步是绘制电路原理图，然后由原理图生成相应的网络表，而网络表正是印制电路板自动布线的基础和灵魂。新建原理图new-sch添加元件库add/remove library 调出元件find-placecompent元件布局连线设置元件属性存盘 save打印输出报表 print,rcport建立网络报表 create netlist图2-6 protel设计的流程图 规划电路板。在绘制印制电路板之前，用户必须对所用的电路板进行初步的规划。比如电路板需要多大的尺寸，元件采用什么样的封装形式，元件的安装位置等等。这项工作很重要。 启动protel 99应知电路板（pcb）编辑器。启动protel 99，进入protel 99印制电路板编辑器的编辑环境。 设置参数。参数的设置主要是指元件的布置参数、板层参数、布线参数等的设置。其中，有些参数可以直接采用系统的缺省值，有些参数根据设计要求进行修改，而有些参数可以根据用户自己的习惯进行设置。 装入网络表及元件的封装。这一步工作是整个设计工作中一个给常重要的环节，网络表是自动布线的灵魂，也是电路原理图编设计系统与印制电路板设计系统之间的接口和桥梁。对于每一个装入的元件还必须有相应的封装形式，这也是自动布线中所不能缺少的。对元件封装的说明包含在网络表文件中。因此，只有将网络表和元件的封装装入后，才能开始印制电路板的自动布线工作。 布置元件。在设定好电路板的尺寸和外形并装入网络表后，程序会自动装入元件，并自动将元件布置在电路板的边界内。尽管程序可以自动根据电路板的外形尺寸布置各个元件的位置，但是毕竟不能完全满足设计的要求，因此用户还要对元件的位置进行手工调整，以便顺利地进行下面的布线工作。 自动布线与手工调整。protel 99的自定布线功能十分强大，只要各种参数设置合理、元件的位置布置的得当，自动布线的成功率几乎是100%。但是，由于算法的限制以及用户的特殊要求或习惯，自动布线往往也有许多不尽人意的地方，设计人员还需要靠手工进行调整。手工布线中有很多至关重要的窍门，真正掌握了手工布线的技巧才算是真正学会了印制电路的设计。 印制电路板文件的保存及打印输出。完成印制电路板的布线工作后，用户应该及时地将文件进行存盘保存及打印输出，以备日后用。图2-7 印制板电路设计流程图3 控制系统硬件设计3.1 系统设计方案根据设计要求，系统对水温进行测量、预定加热水温、检测水温；实时显示当前温度或时间，以及显示当前系统工作状态；监视系统工作是否正常；监视系统是否发生故障或工作在危险状态；当发生故障或危险时，及时发出警报和切断系统电源；能根据要求设定开关机；根据要求调整或设置温度和时间。 系统采用模块结构设计：硬件设计上，主要由温度检测电路模块、显示电路模块、按键电路模块、漏电保护与加热控制电路模块、开关机与报警电路模块和掉电保护与复位电路模块组成。指示灯指示灯蜂鸣和指示灯lcd显示放水控制加水控制加热开关控制报警控制掉电保护和复位at89s52运算比较器按键电平扫描漏电检测a/d转换器热敏电阻 软件设计上，主要由温度检测子程序、显示子程序、按键子程序、漏电保护与加热控制子程序、开关机子程序和掉电保护与复位子程序组成，系统设计框图如图3-1所示。图3-1 系统框图温度检测电路将温度信息传送给单片机，再由单片机输出到显示电路，lcd显示检测温度，二极管显示当前工作状态；通过检测按键电路，确定是否有按键请求；根据单片机的请求（加热请求、预约要求、温度要求）启动加热电路；通过检测温度是否超温、漏电检测电路，检测当前系统是否发生了危险情况，一旦出现危险情况，启动安全保护电路，立即停止加热电路，并发出报警，切断系统的电源；通过掉电保护与系统复位电路，确保系统工作在正常状态下。由于考虑到电热水器的潮湿的工作环境对单片机的特殊要求，采用atmel的at89s52单片机作为控制中心。它具有低电压，高性能cmos 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的只读flash程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（ram），器件采用atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准mcs-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和flash存储单元，功能强大at89s52单片机提供许多高性价比的应用场合。3.2 硬件设计模块3.2.1 温度检测模块采用热敏电阻将温度信息转成电压信息，经过a/d转换成数字信号，连接到单片机的p1口，cpu查表得到实时温度，经p2口将数据输出到lcd，实现实时显示温度。1）温度检测模块框图如图3-2所示。lcd显示at89s52的p1接口热敏电阻运算比较器a/d转换a/d转换运算比较器图3-2 温度检测模块框图热电阻器：将温度信息转换成模拟电压信息； 运算比较器：通过运算将电压转换成相应的电压信息，用于数模转换； a/d转换：将相应的模拟电压信号转换成数字信号，用于单片机使用； at89s52：通过p1口，将数字信号传送给at89s52，进行数值转换,查表得到相应的温度信息；2）电路：使用的芯片lm324、adc0809与74ls74a、lm324 14pin，内有四个运算比较器，其封装图如图3-3所示。b、adc0809模数转换器1）、封装图如图3-4所示。2）、内部电路框图如图3-5所示。3）、ref+/-是标准比较电压，5v/0v。将5v的电压分用8位数字信号表示，即图3-3 芯片lm324封装图3-4 adc0809封装图3-5 adc0809 内部电路分为256等分。将analog input 模拟电压信号与标准电压运算比较，得到256其中一个等分电压，用8位数字表示，传到输出寄存器中，通过数据选择器和启动器将8位数字码并行输出。4）、工作时序如图3-6所示。74ls74分频器图3-6 adc0809工作时序 因8位并行a/d转换器adc0809工作时需外部给它提供一个时钟信号，要求频率范围是10khz1.2mhz。在本设计中充分利用了单片机的资源，时钟脉冲直接从单片机的第30管脚ale/prog（地址锁存控制信号）提取，其频率为单片机所接的外部晶振的1/6，因本设计中提供的外部晶振是12mhz,故ale脉冲是2mhz。把ale脉冲通过74ls74进行二分频，得到1mhz的脉冲供adc0809工作。74ls74的管脚图与内部结构如图3-7、图3-8所示。 图3-7 74ls74的管脚图 图3-8 74ls74内部结构图74ls74的功能表：温度检测模块电路如图3-9所示。表3-1 74ls74的功能表热敏电阻阻值随温度变化，lm324：u2a的输入电压跟随着变化，电压放大后再通过lm324：u2b电压跟随器接入adc0809第0通道ad转换。3.2.2 显示电路模块主要由at89s52、lcd显示器等组成显示模块。at89s52通过查表找到温度数据，通过接口p2口输出到lcd，显示实时温度。3.2.3 按键电路模块按键功能电路由s2s4控制，这三个按键分别接到单片机的输入引脚p0.0、p0.1、p0.2。1) 按键功能：s2:设为p0.0,长按s2实现“当前”与“预定”界面切换,在各界面中每按一下s2则选中某个要设定的对象,再按一下则选项中下一个对象,若在“预定”界面长按s2，则退回“当前”界面。s3:设为p0.1,改变各设定对象参数或状态。s4:设为p0.2,流水和停止流水交替切换。2) 运行方式：当按键未按下时，相应的输入引脚上只能检测到高电平，而当按键按下时，相应的引脚上便会检测到低电平。因此，通过软件检测输入引脚的电平值，便可以检测到是否有按键按下了。3) 框图如图3-11所示。4) 电路原理图如图3-12所示。3.2.4 漏电检测与加热模块电路主要由继电器、稳压管、运算比较器、加热管组成。1) 加热电路：本设计加热的加加热方式分手动加热和保温加热。手动加热是通过按按键就图3-9 温度检测模块电路图能启动加热电路，而保温加热是当单片机判别出水温低于某一预设的温度时，则自动启动加热电路。由单片机输出控制信号（单片机的p3.2口输出一高电平），使继电器j5闭合，交流电流经过一能相互抵消互感的两个线圈，电加热管得到220v交流电压，从而使电加热管加电加热。图3-10 显示电路电路图图3-11 按键电路模块框图2） 漏电检测电路：电加热管的电源穿过互感器l，没有漏电发生时，流进电加热器和流出电加热器的电流平衡，l上无感应电动势，而一旦有漏电发生，经d9、d10、d12、d13，图3-12 按键电路c3、c4、r5电路的滤波整流得到直流电压送比较器，当直流电压大于警戒电压时，比较器ic的输出就会翻转，变为低电平；此时只要单片机的p0.7口检测到高电平时，就会立即使单片机的p3.2输出低电平，继电器断开，迅速切断电加热器的供电电源，其电路如图3-13所示。图3-13 漏电检测电路3） 隔电墙技术：简称隔隔电墙即是水电阻衰减隔离法，利用水本身所具有的电阻（国标规定在15度时水的电阻应大于1300欧姆*cm），通过对电热水器内通水管路材质的选择、管径和距离的确定形成隔电墙。当电热水器通电工作时，加热内胆中的水即使有电，也会在通过隔电墙时被水本身的电阻衰减掉而达到将电隔离的目的，在热水器进出水两端达到几乎为零的电压和0.02ma以下的极微弱的电流，大大优于国标0.25ma的标准。采用隔电墙技术不仅可以隔离电热器本身可能产生的漏电，也可以阻隔因地线带电或水管带电而对使用者带来的安全威胁。3.2.5 开关机及报警模块系统设有开关机预约功能，可在预约的时间和发生故障时自动开关机。由于热水器工作在潮湿的场合，为确保人身安全，因此需要具备报警功能。当超温或漏电时，单片机通过p0.6口输出方波脉冲，鸣蜂器发出报警信号，切断系统电源。开关电路如图3-14所示。报警电路如图3-15所示。3.2.6 并口下载电路at89s52单片机是atmel公司新近推出的高档型at89s系列单片机中的增强型产品。其中一个重要的增强功能是支持isp下载，isp（in system progromming）图3-14 开关电路是指在线编程。isp的功能使得用户能在实验板上直接读写at89s52内存。isp端口是一个10位的idc插座，通过isp下载器at89s52实验板能和计算机建立通讯，应用相应的isp软件用户可以实现程序的读写。本isp下载器主要功能特点：取代传统的编程器烧写程序。传统编程器存在购买成本高，需频繁插拔芯片，容易造成芯片的损坏，非dip封装的单片机还要通过转接头进行烧写，因此费时费力；而本isp下载器就完全克服了此类缺点，不仅成本低廉，而且无需插拔芯片，实现在线编程，快捷方便！图3-15 报警电路性能特点： isp（in system programme）能取代普通的编程器。 该设计采用74ls244做缓冲器，性能比直接用并口做的isp下载线更稳定，速度比串口做的线更快。下载软件采用at89isp并口下载软件。并口及idc插座其具体电路如图3-16所示。3.2.7 加水和放水电路1） 加水电路加水电路具有全自动检测功能，单片机通过间隔扫描检测水箱中的水位是否低于预先设好的最低值，若是则在单片机p3.0管脚输出一高电平，启动加水继电器j4，驱动水泵注水到水箱，相应的led管d2点亮；当水箱内的水位高于预先已设好的最高值时，则在单片机p3.0管脚输出一低电平，关闭加水继电器j4，停止水泵向水箱注水，相应的led管d2熄灭。电路如图3-17所示。（2） 放水电路按一下按键s4，则在单片机p3.1管脚输出一高电平，启动加水继电器j3，驱动水泵从水箱抽水，相应的led管d3点亮；当再按一下按键s4，则在单片机p3.1管脚输出一低电平，关闭加水继电器j3，停止水泵向外抽水，相应的led管d3熄灭。电路如图3-18所示。 图3-16 并口及idc插座其具体电路图3-17 加水电路 图3-18 放水电路3.2.8 整体电路图：1）整体电路原理图如图3-19、图3-20所示。2）整体电路pcb图如图3-21、图3-22和图3-23所示。图3-19 整体电路图1 图3-20 整体电路图2图3-21 整体电路pcb图图3-22 整体电路pcb 3d底层图图3-23 整体电路pcb 3d顶层图4 控制系统软件设计设计采用模块结构，主要由温度检测模块、显示模块、按键模块、漏电保护与加热控制模块、开关机模块和掉电保护组成。4.1 主程序流程图图4-1 主程序流程图主程序流程图主要描述了样机在通电后，单片机首先运行初始化程序对中断、lcd、加热状态、加水状态、出水状态和漏电报警进行初始化；接着检测是否有按键按下，若有就进入各相应的键盘子程序；再通过ad转换器对测量温度；“当前时间”与“预设时间”比较，检测温度是否过高、过低，是否漏电，是否手动加热，水位高、低，放水、停放水 并进入各相应的子程序进行操作。如图4-1所示。中断服务程序流程图：中断服务程序主要描述了当t0计数器计时250us后产生中断程序，通过变量t计数4000次，表示t从0到4000用时250us *4000=1s，来作为系统时钟。其流程图如图4-2所示。图4-2 中断服务程序流程图4.2 温度检测模块采集温度：启动温度检测电路，通过热电阻器采集水温，将电压信息转换成相应的标准模拟电压信息，通过a/d转换成数字信号，连接到单片机的p1口，cpu查表得到实时温度，通过p2口输出到lcd，实现实时显示温度。ad转换程序: enable_ad_data_out=0; /ad转换 p1=0xff; ad_start_ale=0; _nop_(); _nop_(); ad_start_ale=1; /启动ad转换和地址锁存 _nop_();图4-3温度检测模块流程图 _nop_(); ad_start_ale=0; _nop_(); _nop_(); _nop_(); while(ad_busy=0); / 等待ad转换完成 enable_ad_data_out=1; /输出使能,控制转换后的结果送至数据总线 _nop_();temperature_test=p1; 4.3 显示模块at89s52通过查表找到温度数据、是否漏电、当前时间等，通过接口p2口ser并行输出，显示实时温度。1、温度显示；2、时间显示；3、指示漏电状态；4、是否在对水加热。液晶显示的过程：a、 lcd初始化：lcd的工作方式有数据接口为8位或4位，显示行数为2行或1行，每个字符以5*10点阵或5*7点阵显示。在本次程序设计中采用数据接口为8位，显示行数为2行，每个字符以5*10点阵工作方式。显示方式采用屏幕显示开,无光标方式。光标画面滚动中设置为输入为增量方式,显示光标移动方式。输入方式设置为移动光标及整体显示方式。显示模块流程图如图4-4所示。b、向lcd发送命令流程图如图4-5所示。c、向lcd发送数据流程图如图4-6所示。5、读/写工作时序如图4-7所示。单片机向lcd发送命令程序：void lcd_send_command(uchar command) lcd_wait(); /等待空闲 lcd_rs=0; /命令方式 lcd_rw=0; /写方式 lcd_e=1; send_in=com