毕业设计（论文）-燃气热水器冷水循环利用系统（全套图纸）.doc

I 燃气热水器冷水循环利用系统燃气热水器冷水循环利用系统 摘要摘要：热水器作为日常生活中必不可少的设施之一，在使用过程中，常常出现水龙头 开启一段时间之后，才会有热水流出的现象，造成了很多不必要的水资源浪费。本设 计针对这一生活现象，设计开发了燃气热水器冷水循环利用系统。该系统能自动检测 从热水器流出的水流温度，当温度不达标时，会通过循环管路返回到加热器进水管继 续加热，从而减少了不必要的浪费。因此，开发热水器冷水循环利用系统，具有良好 的环保价值和经济意义。 由于目前燃气热水器使用过程中水资源浪费问题还没有引起足够的重视，市场上 还没有发现类似的成型产品。故本文利用机械设计、自动控制等技术手段，以提高水 资源利用率为目的，对燃气热水器冷水循环利用系统进行了设计研究，初步解决了热 水器的水资源浪费问题。该项研究不仅具有一定的学术价值，而且具有广阔的应用前 景。 本论文概述了热水器的使用现状；介绍了该循环系统的核心部件单片机的工 作原理；在分析热水器使用过程中出现的问题的基础上，详细陈述了系统的硬件设计 思路，对温度传感电路、键盘、电子阀门控制电路进行了具体设计；根据应用特点， 阐述了相应的电子换向阀结构设计过程，并提出了系统整体方案设计。 关键词：关键词：智能；循环；单片机；电磁换向阀 全套图纸加全套图纸加 153893706153893706 II Gas Water Heater with Cold Water Recycling System Abstract：Water heaters is an essential part to daily life, but often taps open for a period of time until hot water outflow, which caused a lot of unnecessary waste of water resources. The design life for this phenomenon and the gas water heater cold water recycling system is designed. The system can automatically detect the outflow of water from the water heater temperature, when the temperature is not standard, will return to the circulation line through the water pipe into the heater to heating, thus reducing unnecessary waste. Therefore, the development of the water heater cold water recycling systems has a good environmental value and economic significance. As the problem of water waste during in use of gas water heaters has not caused enough attention, so the market has not yet found a similar molding products. Therefore this study is for the purpose of enhancing utilization of water resources by the means of mechanical design, automatic control technology and others. The study is for the gas water heater cold water recycling system, preliminary to resolve the problem of wastage of water heaters. The study is not only have a certain academic value but also have a broad prospect. This paper outlines the status use of water heaters; Introduces the core components of the circulatory system - the principle of SCM; On the basis of analysis emerging issues in the process of use, the systems hardware design is explained detailed and make a specific design III for the temperature sensing circuit, keyboards, electronic valve control circuit ; Features of the application explained the design process of the corresponding electronic valve structure and make the overall design of the system. Key Words：Smart；Cycle；SCM；Electromagnetic 目目 录录 1 1 绪论绪论 .1 1.1 热水器的使用现状 .1 1.2 单片机的应用 .1 2 设备总体技术方案 .4 2.1 功用和组成 .4 2.2 本文主要研究方案 .4 3 3 硬件部分方案的确定硬件部分方案的确定 .6 3.1 信号采集 .6 3.2 A/D 转换器的选取 .7 3.2.1 转换时间的选择 .7 3.2.2ADC 位数的选择 .7 3.3 控制与显示方法分析 .8 3.3.1 单片机系统分析 .8 3.3.2 显示与键盘分析 .10 4 4 硬件电路设计硬件电路设计 .12 4.1 温度传感器的选择 .12 - 1 - 4.1.1 传感器的作用 .12 4.1.2 温度传感器分类 .12 4.1.3AD594C 工作原理、工作过程 .12 4.1.4 外围电路设计 .13 4.2 A/D 转换 .13 4.2.1ADC0809 工作原理 .13 4.2.2 管脚功能 .14 4.2.3 工作过程 .15 4.3 键盘设计 .16 4.3.1 单片机 8031.16 4.3.2.输入键盘的设计.18 4.4 控制器、振荡源和复位电路设计.19 4.4.1 复位电路 .20 4.4.2 振荡源 .20 4.5 温度显示设计 .20 4.5.1LED 显示的特点 .21 4.5.2 工作过程 .21 4.6 电子阀门控制设计 .22 4.6.1 电子阀门工作原理 .22 4.6.2 阀门工作过程 .23 5 5 机械结构的设计机械结构的设计 .25 5.1 电磁阀的工作原理 .25 5.2 电磁阀的分类 .25 5.3 整体结构方案设计 .26 5.4 电磁换向阀的设计 .27 - 2 - 5.5 单向阀的设计 .30 5.6 密封装置的设计 .32 6 6 结论结论 .33 参考文献参考文献 .34 谢谢 辞辞 .35 1 1 1 绪论绪论 当前，随着国家对环保事业关注程度的提高，以及我国水资源的相对匮乏，如何 节约用水引起了人们的高度关注。而在热水器的日常使用过程中，由于加热延时的原 因，致使开始流出的水温度较低，无法正常使用，但平时很少有人注意这一细节，都 是等水热了以后再进行使用，造成了水资源的白白浪费。因此，开发热水器冷水循环 利用系统，对于在一定程度上节约水资源是十分有效和必要的。 1.11.1 热水器的使用现状热水器的使用现状 社会在不停的发展，人们对生活质量的要求也再不断提高，高速快捷的生活方式 也正不停的向我们袭来。 “智能化，人性化”这些词眼正悄然进入我们的视线，总希望 我们能生活在更方便快捷的环境中。简单的对于我们使用热水器来说，最想看见一种 “龙头一开，热水即来”的现象，可是由于各方面的原因，总不能满足我们的要求。 对于出热水前的那点凉水，浪费水是一个方面而等待它彻底流出也很浪费时间。洗澡 时我们可以等，可是洗手洗菜我们也要等吗？回答肯定是否定的，因此智能化的产品 我们迫切需要。 根据市场调查，目前国内外热水器供应商还都没有关注此事情，在市场上还没有 发现类似的成型产品，因此，设计开发该循环系统不仅仅是环保方面的社会效益，也 必将有着良好的经济效益，特别是当人们注意到这一小的生活细节时，必将对设计开 发的循环系统报以浓厚的兴趣，可以说消费需求很旺盛，并且数量巨大，潜在的商机 无限。1 1.21.2 单片机的应用单片机的应用 在该循环系统中是基于单片机的技术来设计实施得，那么对于单片机的技术是必 须首要掌握的。单片机全称为单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）,又称 微控制器（Microcontroller Uint）或嵌入式控制器（Embedded Controller） 。它是 将计算机的基本部件微型化并集成到一块芯片上的微型计算机，通常片内都含有 CPU、ROM、RAM、并行 I/O、串行 I/O、定时器/计数器、中断控制、系统时钟及系统总 2 线等。单片机是随着超大规模集成电路技术的发展而诞生的。随着技术的发展，单片 机片内集成的功能越来越强大，并朝着 SoC（片上系统）方向发展。单片机有着体积小、 功耗低、功能强、性能价格比高、易于推广应用等显著优点，所以广泛应用于电子仪 表、家用电器、节能装置、机器人、工业控制等诸 多领域，使产品小型化、 智能化，既提高了产品的功能和质量，又降低了成本， 简化了设计。把单片机应用于温度控制中，采用单片机做主控单元，无触点控制，可 完成对温度的采集和控制的要求。 单片机的历史 第一代：七十年代后期 4 位逻辑控制器件发展到 8 位。使用 NMOS 工艺（速度低， 功耗大、集成度低） 。代表产品: MC6800 、Intel 8048 。 第二代：八十年代初，采用 CMOS 工艺，并逐渐被高速低功耗的 HMOS 工艺代替。 代表产品： MC146805 、 Intel 8051 。 第三代：近十年来， MCU 的发展出现了许多新特点： （1）在技术上，由可扩展总线型向纯单片型发展，即只能工作在单片方式。 （2） MCU 的扩展方式从并行总线型发展出各种串行总线。 （3）将多个 CPU 集成到一个 MCU 中。 （4）在降低功耗，提高可靠性方面， MCU 工作电压已降至 3.3V 。 第四代： FLASH 的使用使 MCU 技术进入了第四代。2 单片机的特点 a.集成度高，功能强微型计算机通常由微处理器（CPU） ，存储器（RAM,ROM）以及 I/O 接口组成，其各个部分分别在不同得芯片上，然后，再有几个芯片组成一台微型计 算机。 单片机则是把 CPU,RAM,ROM.I/O 接口，以及定时器？计数器集成在一个芯片上。 单片机与微型计算机相比，不仅体积减小，而且功能大为增强。MCS-51 系列单片机内 部还有定时/计数器、串行接口以及中断系统等。甚至有的单片机还包括 A/D 转换器。 3 b.结构合理目前，单片机大多采用 HARVARD 结构。这是数据存储器与程序存储器 相互独立得一种结构。而在许多微型计算机中，大部分采用两类存储器合二为一的方 式。单片机采用独立结构主要有以下两种好处： （1）存储容量大。 （2）速度快。由于单片机只用于工业控制中，一般都采用较大得程序存储器，用 于固化已调好的控制程序；而数据存储器的容量相对来讲用量比较小，只采用用来存 放少量得随机数据，小容量随机存储器直接装在单片机内部，可使数据传输速度加快。 c.抗干扰能力强由于单片机得各种功能部件都集成在一个芯片上特别是存储器也 集成在芯片内部，因而布线短，数据大部分在芯片内部传输，其不易受到外界干扰， 从而增强了抗干扰的能力，使系统运行更可靠。 d.指令丰富单片机一般都要有传送指令、逻辑运算指令、转移指令、加减法运算 指令等，有些单片机还具有乘除及除法运算指令，特别是位控制指令非常丰富。 由于单片机得种类繁多。功能各异，在众多得系列单片机中总会有一种满足用户 得要求，因此，由单片机组成的嵌入式系统越来越多受到人们得重视，是微机控制系 统中应用最多得一种。3 4 2 2 设备总体技术方案设备总体技术方案 2.12.1 功用和组成功用和组成 热水器冷水循环利用系统主要由温度检测装置、冷水循环管路以及电子阀门等组成， 如图 1 所示。 该系统具有以下功能： a.能自动检测从热水器流出的水流温度，温度不达标时，会通过循环管路返回到加 热器进水管继续加热； b.从热水器流出的水流温度达标时，自动开启电子阀门，将热水放出。 2.22.2 本文主要研究方案本文主要研究方案 a.首先进行温度传感器的选择。由于机械接触式温度计可靠性较差，信号不能远 距离传送，并且不能与其他信号相连接作为信息作进一步的处理，因而本循环系统采 用电气接触式温度计。目前常用到的测温度的传感器有热电偶式和热敏电阻式，对于 热敏电阻式温度传感器它非线性大，对环境温度敏感性大，测量易受干扰，因此选用 热电偶式。根据要求选 AD594C 热电偶温度计，此芯片集测温时要求的线性化电路以及 温度补偿电路于一体，而对于 J 型热电偶经激光修正后可得到 10mV/C 输出，满足使 用要求。 b.其次是对电子阀门的设计。当热水被检测后达到温度的水流出龙头，而没有达 到温度的水继续流入热水器中继续加热。考虑到它属于双向流动，两通道选择一路流 通，那么就要使用一种换向阀来可以改变它的通路。可采用两位三通电磁换向阀来控 制水流 的开启与关闭。同时，电磁换向阀的电磁铁由温度控制装置内的温度传感器检测电路 热水器温度检测装置电子阀门 进水管出水管 冷水 热水 图图 1 热水器冷水循环利用系统组成热水器冷水循环利用系统组成 框图框图 5 中输出的信号来进行控制。当温度检测装置检测到温度不符合要求时，传感器发出信 号，从检测电路输出的高电平来控制电磁铁进行通电，致使两位三通电磁换向阀右位 接通，将水流重新引导到热水器继续进行加热原理如图 2 所示 c.最终进行管道的设计。一种为：将循环利用装置装在出热水端，达到要求的热 水直接进入龙头，未达到的经换向阀的作用让其进入冷水端进行再加热循环。但是这 种方案有一种缺陷，虽然可以检测到未达到温度的水，但是将它安装在出热水口，那 么从热水口到龙头之间的热量损耗没有考虑在内。也就是说打开龙头也还是会有不达 温度的水流出，失去检测的价值。另一种为：将循环利用装置装在出水龙头的尾部， 这样便可以轻松的检测到最终从龙头出来的水温，即不会产生热量损耗现象，也实现 了对热水器智能化控制。真正实现“龙头一开，热水即来”的美好时代。根据本系统 的设计理念，要求为节约、节能、高效，运用第一种方案势必还会造成一部分的浪费， 那么第二种方案就为该系统的优选方案。 热水器温度检测装置 电磁换向阀 传感器电路 供水 图图 2 2 电子阀门工作原理电子阀门工作原理 6 3 3 硬件部分方案的确定硬件部分方案的确定 根据系统基本要求，将本系统划分为如下几个部分： 信号调理电路 8 路模拟信号的产生与 A/D 转换器 发送端的数据采集与传输控制器 人机通道的接口电路 3.13.1 信号采集信号采集 多路数据采集系统多采用共享数据采集通道的结构形式。 数据采集方式有顺序控制数据采集和程序控制数据采集。 方案一：顺序控制数据采集，顾名思义，它是对各路被采集参数，按时间顺序依次轮 流采样。原理如下图 3 所示，系统的性能完全由硬件设备决定。在每次的采集过程中， 所采集参数的数目、采样点数、采样速率、采样精度都固定不变。若要改变这些指标， 需改变接线或更换设备方能实现。数据采集时，控制多路传输门开启和关闭的信号来 自脉冲分配器，在时钟脉冲的推动下，这些控制信号不断循环，使传输门以先后顺序 循环启闭。 图图 3 3 顺序数据采集原理顺序数据采集原理 方案二：程序控制数据采集，由硬件和软件两部分组成。跟据不同的采集需要，在程 序存储器中，存放若干种信号采集程序，选择相应的采集程序进行采集工作，还可通 过编新的程序，以满足不同采样任务的要求。如图 4 所示。 7 图图 4 4 程序控制数据采集原理程序控制数据采集原理 程序控制数据采集的采样通道地址可随意选择，控制多路传输门开启的通道地址 码由存储器中读出的指令确定。即改变存储器中的指令内容便可改变通道地址。 由于顺序控制数据采集方式缺乏通用性和灵活性，所以本设计中选用程序控制数 据采集方式。 待测量一般不能直接被转换成数字量，通常要进行放大、特性补偿、滤波等 环节的预处理。被测信号往往因为幅值较小，而且可能还含有多余的高频分量等 原因，不能直接送给 A/D 转换器，需对其进行必要的处理，即信号调理。如对信号进 行放大、衰减、滤波等。 通常希望输入到 A/D 转换器的信号能接近 A/D 转换器的满量程以保证转换精度， 因此在直流电流电源输出端与 A/D 转换器之间应接入放大器以满足要求。 3.23.2 A/DA/D 转换器的选取转换器的选取 3.2.13.2.1 转换时间的选择转换时间的选择 转换速度是指完成一次 A/D 转换所需时间的倒数，是一个很重要的指标。A/D 转换 器型号不同，转换速度差别很大。通常，8 位逐次比较式 ADC 的转换时间为 100us 左右。 由于本系统的控制时间允许，可选 8 位逐次比较式 A/D 转换器。 3.2.2ADC3.2.2ADC 位数的选择位数的选择 A/D 转换器的位数决定着信号采集的精度和分辨率。要求精度为 0.5%。对于该 8 个通道的输入信号，8 位 A/D 转换器，其精度为 （3-1） 8 0.39% 2 输入为 05V 时，分辨率为 8 （3-2） 8 5 0.0196 11 22 Fs N V v A/D 转换器的满量程值 Fsv ADC 的二进制位数N 量化误差为 （3-3） 8 5 0.0098 (1) 2(1) 2 22 Fs N QV v ADC0809 是 TI 公司生产的 8 位逐次逼近式模数转换器，包括一个 8 位的逼近型 的 ADC 部分，并提供一个 8 通道的模拟多路开关和联合寻址逻辑，为模拟通道的设计 提供了很大的方便。 用它可直接将 8 个单端模拟信号输入，分时进行 A/D 转换，在多点巡回监测、过 程控制等领域中使用非常广泛,所以本设计中选用该芯片作为 A/D 转换电路的核心。 3.33.3 控制与显示方法分析控制与显示方法分析 用单片机作为这一控制系统的核心，接受来自 ADC0809 的数据，经处理后通过串 口传送，由于系统功能简单，键盘仅由两个开关和一个外部中断端组成，完成采样通 道的选择，单片机通过接口芯片与 LED 数码显示器相连，驱动显示器显示相应通道采 集到的数据。 3.3.13.3.1 单片机系统分析单片机系统分析 a. 复位电路：单片机在开机时都需要复位，以便中央处理器 CPU 以及其他功能部 件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。51 的 RST 引脚是复位信号的 输入端。复位电平是高电平有效，持续时间要有 24 个时钟周期以上。本系统中单片机 时钟频率为 6MHz 则复位脉冲至少应为 4us。 方案一：上电复位电路 上电瞬间，RST 端的的电位与 Vcc 相同，随着电容的逐步充电，充电电流减小， RST 电位逐渐下降。上电复位所需的最短时间是振荡器建立时间加上二个机器周期， 9 在这段时间里，振荡建立时间不超过 10ms。复位电路的典型参数为：C 取 10uF,R 取 8.2k,故时间常数 =RC=10 108.2 10 =82ms （3-4） 6 3 以满足要求。见图 5 方案二.外部复位电路 按下开关时，电源通过电阻对外接电容进行充电，使 RES 端为高电平，复位按钮 松开后，电容通过下拉电阻放电，逐渐使 RET 端恢复低电平。见图 6 图图 5 5 上电复位上电复位 图图 6 6 外部复位外部复位 对比两种方案，由于外部复位电路中要通过按钮来完成。对于本系统来说，是属 于家用型使用。在用户使用的过程中很有可能会忘记按钮的使用，那么就会对系统造 成一定的影响，最终造成系统的错误，应此选择上电复位电路。 b. 振荡源在 MCS-51 内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。引脚 XTAL1(19)、XTAL2(18)分别是此放大器的输入端和输出端。 方案一：内部方式 与作为反馈元件的片外晶体或陶瓷谐振器一起组成一个自激振荡器。 方案二：外部方式 外部振荡器信号的接法与芯片类型有关。CMOS 工艺的 MCU 其 XTAL1 端接外部 时钟信号，XTAL2 端可悬空。HMOS 工艺的 MCU 则 XTAL2 端接外部时钟信号， XTAL1 端须接地。 8031 10 3.3.23.3.2 显示与键盘分析显示与键盘分析 对系统发出命令和输出显示测量结果，主要是由键盘和 LED 数码显示器组成。 缓慢变化信号和直流信号，要求用数码管适时地进行十进制显示，由于精度要达 到 0.5%，所以这里用 4 只 LED 数码显示器来表示该十进制数，用 4 只七段数码显示器 表示通道号。为实现通道的选取，用键盘实现控制功能。 a. 译码方法：用单片机驱动 LED 数码管有很多方法，按显示方式分，有静态显示 和动态（扫描）显示，按译码方式可分硬件译码和软件译码之分。 方案一：硬件译码 硬件译码就是显示的段码完全由硬件完成，CPU 只要送出标准的 BCD 码即可，硬 件接线有一定标准。 方案二：软件译码 软件译码是用软件来完成硬件的功能，接线灵活，显示段码完全由软件来处理， 是目前常用的显示驱动方式。 b显示方法：在该单片机系统中，使用 7 段 LED 显示器构成 8 位显示器，段选 线控制显示的字符，位选线控制显示位的亮或暗。 方案一：静态显示 静态显示，显示驱动电路具有输出锁存功能，单片机将所要显示的数据送出后就 不用再管，直到下一次显示数据需要更新时再传送一次数据。 编程容易，管理简单，显示亮度高，显示数据稳定，占用很少的 CPU 时间。但引 线多，线路复杂，硬件成本高。 方案二：动态显示 动态显示需要 CPU 时刻对显示器件进行数据刷新，显示数据会有闪烁感，占用的 CPU 时间多。 这两种显示方式各有利弊；静态显示虽然数据稳定，占用很少的 CPU 时间，但每 个显示单元都需要单独的显示驱动电路，使用的硬件较多；动态显示虽然有闪烁感， 11 占用的 CPU 时间多，但使用的硬件少，能节省线路板空间。 当显示装置中有多个多段 LED 时，通常采用动态扫描驱动电路，节省开销。 根据以上方案的确定，接下来便是对具体内容的设计。根据系统的要求，设计出 符合要求的硬件电路。 12 4 4 硬件电路设计硬件电路设计 4.14.1 温度传感器的选择温度传感器的选择 4.1.14.1.1 传感器的作用传感器的作用 传感器实际上是一种功能块，其作用是将来自外界的各种信号转换成电信号。为 了对各种各样的信号进行检测、控制，就必须获得尽量简单易于处理的信号，这样的 要求只有电信号能够满足。电信号能较容易地进行放大、反馈、滤波、微分、存贮、 远距离操作等。因此作为一种功能块的传感器可狭义的定义为：“将外界的输入信号 变换为电信号的一类元件。 ” 4.1.24.1.2 温度传感器分类温度传感器分类 实际应用的温度传感器主要有线绕电阻式、热敏电阻式和热电偶式。线绕电阻式 温度传感器精度较高，但响应特性差；热敏电阻式传感器灵敏度高，响应特性较好， 但线性差，适用温度较低；热电偶式精度高，测温范围宽，但需考虑放大器和冷端处 理问题。 4.1.3AD594C4.1.3AD594C 工作原理工作原理、工作过程、工作过程 工作原理 根据适用范围的要求，测温范围为 0-80,测量精度为 0.5。该系统选用 AD594C 热电偶温度传感器,它将热电偶测温时所要求的电流线性化,信号放大,断偶报警 等功能集中与一体,是 14 脚双列直插 PIP 封装的一个芯片。片内采用激光校正工艺,使 AD594 与 J 型热电偶配合使用时,保证它们具有线性的电压/温度输入特性。 AD594 内部是由冰点补偿器,两个差动输入放大器,一个主放大器(含有线性化补偿 电路),加法器和断偶检测报警电路等组成。4 管脚如下图 7 所示： 工作过程 当 J 型热电偶输出得热电势经过一个差动输入放大器放大，冰点补偿器输出的冷 端热电势经过另一个差动输入放大器放大，加法器综合两者信号时消除了冷端温度的 13 影响，其输出仅是热电偶热温度的函数。该输出信号加到主放大器后，一方面被进一 步放大，同时使热电偶非线性得到线性化补偿，最后与输出的 Vout 温度成线性关系。 4.1.44.1.4 外围电路设计外围电路设计 +ALM +VC C -ALMCOMPVOUTF -VC-TC-RCOM+R+TC 12 6 1314 7435 981011 +IN 12 -IN ALM +ALM AD594C 图图 7 7 AD594CAD594C 管脚图管脚图 a.输入端: 1 脚和 14 脚是热电偶信号的正负输入端。在测温时将 J 型热电偶输出 的电压信号由此输入给片内差动放大器进行放大。 b.零点调整: 在 5 脚上加一固定正电压,引脚 3 加一可调电压。通过调节此电压改 变同向端偏置电压大小,使芯片输出为零。芯片的 8 脚和 9 脚直接相连,利用片内反馈 电阻 R,使芯片的放大倍数为 10mv/。 c.抗干扰设计: 为了使 AD594 具有良好的抗噪音能力和可靠的工作,在引脚 9 和 10 以及 10 与 11 之间分别接 0.01uF 和 300uF 的电容器, 降低 AD594 对高频噪声干扰的响 应。5 4.24.2 A/DA/D 转换转换 AD594 完成了对温度的采集,将温度值转变为电压信号,但是在微机控制中处理的数 据只能是数字量,所以该数据进入控制阶段时先要进行 A/D 转换,即将模拟信号转化为 数字信号。 4.2.1ADC08094.2.1ADC0809 工作原理工作原理 采用 ADC0809 芯片完成 A/D 转换,它含有 8 位 A/D 转换器,8 位多路开关,以及与微 14 型机算计兼容的控制逻辑的 CMOS 组件,其转换方法为逐次逼近型,精度为 1LSB.在 A/D 转换器的内部有一个高阻抗斩波稳定比较器,一个带模拟开关树组的 256 电阻分压器, 以及一个逐次逼近型的寄存器。8 路的模拟开关的通/断由地址锁存器和译码器控制,可 以在 8 个通道中任意访问一个单边的模拟信号。其内部结构如图 8 所示。 图图 8 8 ADC0809ADC0809 内部结构内部结构 4.2.24.2.2 管脚功能管脚功能 IN7IN0:8 个模拟量输入端 START:启动信号。当它为高电平时,A/D 转换开始 EOC:转换结束信号。当 A/D 转换结束后,发出一个正脉冲,表示 A/D 转换完毕。此 信号可用作转换是否结束的检测信号,或向 CPU 申请中断的信号。 OE: 输出信号。当此信号有效时,允许从 A/D 转换器的锁存器中读取数字量。此 信号也可以作为 AD0809 的片选信号,高电平有效。 CLOCK:实时时钟。 ALE: 地址锁存允许,高电平有效。当 ALE 为高电平时,允许 C、B、A 所示的通道 被选中,并把该通道的模拟量接入 A/D 转换器。 C、B、A: 通道号选择端子。C 为最高位,A 为最低位。 D7D0: 数字量输出端。 15 VREF(+),VREF(-):参考电压端子。对于单级性模拟量输入信号,V(+)=+5V,V(-) =0V. VCC: 电源端子.接+5V. GND: 接地端. 管脚如下图 9 所示： 4.2.34.2.3 工作过程工作过程 a.启动: 任何一个 A/D 转换在开始转换前,都必须经过启动,才开始工作,此芯片采 用电平启动方式。在 ADC0809 的启动引脚 START 上加上要求的高电平即可完成,一旦电 平加上后,A/D 转换即刻开始.在此转换过程中,必须保持这一电平,否则将停止转换。 b.模拟通道选择: 经 AD594C 放大后的信号直接与芯片的 IN0-IN7 端相接,经过芯 片内的处理，得到的数字信号由输出端 D7-D0 端输出。通过通道号选择端子 C,B,A,决 定由那一端的模拟通道来进行模拟量的输入。那么这就要求电路中需要一地址锁存器, 来控制模拟通道的选择。本系统采用 74LS373 芯片,将它的输出端与 ADC0809 的通道好 选择端子相连,决定那一位模拟通道被选中。000 对应的 IN0,001 对应的 IN1111 对 图图 9 9 ADC0809ADC0809 管脚图管脚图 16 应的 IN7。 c.时钟连接: A/D 转换的一个重要的连接信号是时钟,其频率是决定芯片转换速度 的基准。整个的 A/D 转换过程都是在时钟的作用下完成的。 本系统采用 4 分频的时钟连接,直接与 CLOCK 相连接。 d.参考电平:参考电平的作用是供给其内部 A/D 转换器的标准电源。它直接关系到 A/D 转换的精度,因而对其电源的要求比较高,一般要求由稳压电源供电。 ADC0809 采用外电源供电,系统中的模拟信号是单极性的所以 V(-)接模拟地,V(+) 接参考电源+5V。 e.转换结束信号:直接与芯片 EOC 引脚相连,在向 A/D 转换器发出启动信号后,边开 始查询 A/D 转换是否结束。一旦查询到 A/D 转换结束,则读出结果数据。这种方法程序 设计简单,且实用性很强,是应用最多的一种方法6。 这样经过该芯片转换就得到了系统处理要求的数字信号。 4.34.3 键盘设计键盘设计 4.3.14.3.1 单片机单片机 80318031 8031 是一个 40 管脚的芯片,内含有输入输出 P0,P1,P2,P3 口以及一些其他辅助引 脚.,而 P0 口在接外存储器是与低地址总线低 8 位及数据总线复用。它在整个的系统中 起到了中间的作用,利用它的引脚完成一系列的控制方式。 a.主电源引脚 VCC和 VSS VCC（40 脚）接+5V 电压； VSS（20 脚）接地。 b.外接晶体引脚 XTAL1 和 XTAL2 XTAL1（19 脚）接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是一个反相放大器的输 入端，这个放大器构成了片内振荡器。 XTAL2（18 脚）接外晶体的另一端。在单片机内部，接至上述振荡器的反相放大器 的输出端。 17 c.控制或与其它电源复用引脚 RST/VPD、ALE/PROG、PSEN 和 EA/VPP (1)RST/VPD（9 脚） 当振荡器运行时，在此脚上出现两个机器周期的高电平将使 单片机复位。 VCC掉电期间，此引脚可接上备用电源，以保证内部 RAM 的数据不丢失。当 VCC主 电源下掉到低于规定的电平，而 VPD 在其规定的电压范围（50.5V）内，VPD 就向内 部 RAM 提供备用电源。 (2)ALE/PROG（30 脚）当访问外部存贮器时，ALE（允许地址锁存）的输出用于锁 存地址的低位字节。即使不访问外部存储器，ALE 端仍以不变的频率周期性地出现正脉 冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目 的。 (3)PSEN（29 脚）此脚的输出是外部程序存储器的读选通信号。在从外部程序存储 器取指令（或常数）期间，每个机器周期两次 PSEN 有效。但在此期间，每当访问外部 数据存储器时，这两次有效的 PSEN 信号将不出现。PSEN 同样可以驱动（吸收或输出） 8 个 LS 型的 TTL 输入。 (4)EA/VPP（引脚）当 EA 端保持高电平时，访问内部程序存储器，但在 PC（程序 计数器）值超过 0FFFH（对 851/8751/80C51）或 1FFFH（对 8052）时，将自动转向执 行外部程序存储器内的程序。当 EA 保持低电平时，则只访问外部程序存储器，不管是 否有内部程序存储器。对于常用的 8031 来说，无内部程序存储器，所以 EA 脚必须常 接地，这样才能只选择外部程序存储器。 d.输入/输出（I/O）引脚 P0、P1、P2、P3（共 32 根） (1)P0 口（39 脚至 32 脚）是双向 8 位三态 I/O 口，在外接存储器时，与地址总线 的低 8 位及数据总线复用。 (2)P1 口（1 脚至 8 脚）是准双向 8 位 I/O 口。由于这种接口输出没有高阻状态， 输入也不能锁存，故不是真正的双向 I/O 口。P1 口能驱动（吸收或输出电流）4 个 LS 型的 TTL 负载。对 8052、8032，P1.0 引脚的第二功能为 T2 定时/计数器的外部输入， 18 P1.1 引脚的第二功能为 T2EX 捕捉、重装触发，即 T2 的外部控制端。对 EPROM 编程和 程序验证时，它接收低 8 位地址。 (3)P2 口（21 脚至 28 脚）是准双向 8 位 I/O 口。在访问外部存储器时，它可以作 为扩展电路高 8 位地址总线送出高 8 位地址。在对 EPROM 编程和程序验证期间，它接 收高 8 位地址。P2 可以驱动（吸收或输出电流）4 个 LS 型的 TTL 负载。 (4)P3 口（10 脚至 17 脚）是准双向 8 位 I/O 口，在 MCS-51 中，这 8 个引脚还用 于专门功能，是复用双功能口。P3 能驱动（吸收或输出电流）4 个 LS 型的 TTL 负载。 作为第一功能使用时，就作为普通 I/O 口用，功能和操作方法与 P1 口相同。 作为第二功能使用时，各引脚的定义如表所示。 值得强调的是，P3 口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入输出或第二功 能7。 表表 4.14.1 P3P3 各口线的第二功能定义各口线的第二功能定义 口线引脚第二功能 P3.010RXD（串行输入口） P3.111TXD（串行输出口） P3.212INT0（外部中断 0） P3.313INT1（外部中断 1） P3.414T0（定时器 0 外部输入） P3.515T1（定时器 1 外部输入） P3.616WR（外部数据存储器写脉冲） P3.717RD（外部数据存储器读脉冲） 4.3.2.4.3.2.输入键盘的设计输入键盘的设计 该装置是家用型产品,不同的季节人们会对温度有不同的要求。想要得到所需温度 值,就要通过人机交换的方式,让其愿望变成机器语言，最终实现温度的控制。该方式 则是键盘的输入。用 8031 的 P1 口,设计出矩阵式键盘。 键盘处理程序的关键是如何识别键码,微型计算机对键盘的控制办法是“扫描”, 可分为程控扫描法和中断扫描法.程控扫描方式,需要占用 CPU 大量的时间,不管有没有 19 键按下,CPU 总要在一定的时间内进行扫描,这对于单片机控制系统和智能仪表都是很不 利的.为了进一步节省机时系统采用的是中断扫描法.这种方法的实质是,当没有键入操 作时,CPU 不对键盘进行扫描,以节省出大量的时间对系统进行监控和数据的处理.一旦 键盘键入,即向 CPU 申请中断.CPU 响应中断后,立刻转道响应的中断服务程序,对键盘进 行扫描,判别键盘上闭合的键,并做相应的处理. 系统测量温度范围是 080，输入键盘为矩阵 33 式总共为 9 个键,从 0 到 8 分别可以设置范围内的温度值. 中断扫描方式的硬件连线图如图 10 所示: 图图 1010 中断扫描方式的硬件连接图中断扫描方式的硬件连接图 如图所示:没有键按下时,所有的列线均为 1 经过 8 输入与非