家用电热水器控制系统设计

I目 录摘 要 .IABSTRACT.II第 1 章 引 言 .1第 2 章 系 统 功 能 需 求 分 析 与 设 计 方 案 选 择 .32.1 系 统 功 能 需 求 分 析 .32.2 方 案 选 择 .32.3 本 章 小 结 .6第 3 章 硬 件 系 统 设 计 .73.1 电 源 电 路 .73.2 单 片 机 最 小 系 统 说 明 .83.3 温 度 检 测 电 路 .93.4 人 机 交 互 电 路 .103.4.1 键 盘 接 口 电 路 .103.4.2 显 示 电 路 .103.5 红 外 一 体 接 收 模 块 .133.6 报 警 电 路 .133.7 本 章 小 结 .13第 4 章 软 件 系 统 设 计 .154.1 主 程 序 流 程 图 .154.2 液 晶 显 示 程 序 设 计 .15II4.2.1 写 操 作 时 序 图 .154.2.2 初 始 化 程 序 .164.2.3 向 LCD1602 发 送 数 据 程 序 设 计 .174.3 按 键 扫 描 程 序 设 计 .174.4 温 度 控 制 程 序 设 计 .184.4.1 初 始 化 DS18B20.184.4.2 读 取 DS18B20 当 前 温 度 .194.5 控 制 程 序 策 略 设 计 .194.6 本 章 小 结 .21第 5 章 仿 真 与 调 试 .22第 6 章 总 结 .26致 谢 .28参 考 文 献 .30附 录 .1I摘 要本 设 计 完 成 了 基 于 单 片 机 控 制 的 家 用 电 热 水 器 控 制 系 统 的 设 计 。 系 统 选 STC89C51单 片 机 作 为 控 制 器 ， 利 用 DS18B20 数 字 温 度 传 感 器 实 时 检 测 当 前 水 温 ， 以 串 行 通 行 的方 式 反 馈 给 单 片 机 搭 建 了 硬 件 平 台 ； 利 用 C 语 言 完 成 温 度 控 制 系 统 软 件 开 发 ； 借 助protuse 平 台 进 行 了 模 拟 仿 真 ， 仿 真 结 果 表 明 ： 该 系 统 实 行 方 案 简 单 易 行 ， 可 以 实 现 检 测水 温 、 加 热 、 红 外 遥 控 等 功 能 。关 键 词 ： STC89C51， DS18B20， 红 外 遥 控IIABSTRACTThis design finishes designing of the household electric water heater control system based on the control of single-chip microcomputer. In this system, STC89C51 single-chip microcomputer is used as controller and DS18B20 digital temperature sensor is used to conduct field test of current water temperature. It also uses the way of serial and passage to give feedback to single-chip microcomputer to set up hardware platform. Besides, C Programming Language is used to develop temperature control system software. It also uses the protuse platform to conduct simulation. The simulation result shows that this system is simple and feasible of this execution program and it also achieves the function of detecting water temperature, heating and infrared remote control and so on.Keywords: STC89C51, DS18B20, infrared remote control1第 1 章 引言随 着 科 学 技 术 的 发 展 ， 城 镇 居 民 家 庭 多 数 以 更 加 安 全 方 便 的 电 热 水 器 代 替 了 燃 气 热水 器 ； 从 前 风 光 无 限 的 燃 气 热 水 器 因 污 染 原 因 和 安 全 问 题 逐 渐 退 出 了 我 们 的 视 线 ； 新 兴的 太 阳 能 热 水 器 虽 然 受 到 安 装 条 件 和 天 气 原 因 的 限 制 ， 但 其 安 全 、 节 约 、 环 保 的 特 性 广受 消 费 者 青 睐 ， 发 展 态 势 迅 猛 。 电 热 水 器 相 较 于 燃 气 热 水 器 和 太 阳 能 热 水 器 的 优 点 ： 便于 安 装 ， 不 受 外 部 天 气 的 影 响 ， 不 受 楼 层 和 供 水 管 道 的 限 制 ， 加 热 速 度 快 也 更 加 有 安 全保 障 ， 正 是 因 为 这 些 优 点 大 部 分 家 庭 选 择 电 热 水 器 。 由 于 技 术 在 不 断 的 发 展 ， 对 各 种 嵌入 式 设 备 的 要 求 也 越 来 越 高 了 ， 与 此 同 时 热 水 器 的 智 能 化 发 展 也 非 常 迅 速 。 人 们 已 经 不能 满 足 传 统 热 水 器 非 智 能 的 操 作 方 式 ， 再 这 样 的 背 景 下 ， 本 次 设 计 将 要 设 计 一 款 智 能 化的 热 水 器 设 备 。 通 过 热 水 器 智 能 的 调 控 可 以 完 成 自 动 断 电 的 安 全 功 能 ， 同 时 设 置 的 有 红外 遥 控 的 功 能 ， 可 以 满 足 用 户 的 遥 感 的 要 求 。 快 捷 方 便 ， 使 人 们 洗 浴 时 能 放 心 享 受 ， 安全 便 捷 ， 其 性 能 满 足 人 们 对 现 代 生 活 快 节 奏 的 需 求 。STC89C51 的 内 部 资 源 非 常 丰 富 ， 而 且 功 能 强 大 。 STC89C51 集 成 以 下 功 能STC89C52 最 后 一 个 字 符 “1”代 表 了 该 存 储 芯 片 的 Flash 容 量 大 小 为 4k 字 节 。 同 时 它 内部 集 成 256 字 节 片 内 RAM， RAM 主 要 用 于 程 序 变 量 的 存 储 ， 256 字 节 可 以 适 用 于 小 型的 程 序 运 行 。 32 个 数 据 I/O 接 口 ， 这 些 接 口 在 用 于 普 通 功 能 时 用 来 完 成 数 据 通 信 。 这 些I/O 口 有 的 还 有 复 用 功 能 ， 这 在 后 面 会 介 绍 到 。 1 个 看 门 狗 定 时 器 ， 起 到 监 测 程 序 运 行状 况 的 作 用 。 2 个 数 据 指 针 ， 一 个 堆 栈 指 针 ， 一 个 程 序 PC 指 针 。 三 个 16 位 定 时 器 ，大 部 分 要 配 合 中 断 来 实 现 定 时 功 能 ， 主 要 作 用 是 计 时 的 。 三 个 16 位 计 数 器 ， 用 于 监 测脉 冲 跳 变 次 数 或 者 其 他 计 数 。 6 个 中 断 源 ， 中 断 在 单 片 机 的 内 部 资 源 中 占 有 很 重 要 的 部分 ， 有 了 中 断 程 序 可 以 高 效 率 的 执 行 。 全 双 工 串 行 口 ， 通 过 串 口 来 和 其 他 主 机 通 信 ， 起到 通 讯 作 用 。 1借 助 于 STC89C51 单 片 机 的 强 大 功 能 ， 来 控 制 真 个 系 统 的 协 调 运 行 ，STC89C51 单 片 机 作 为 此 次 系 统 的 控 制 芯 片 ， 通 过 围 连 接 显 示 模 块 以 、 数 据 输 入 模 块 ，红 外 线 传 输 模 块 以 及 报 警 电 路 完 成 此 次 的 系 统 设 计 。本 设 计 第 一 章 主 要 描 述 了 加 热 电 热 水 器 控 制 系 统 的 应 用 背 景 、 目 的 和 意 义 ； 第 二 章是 控 制 系 统 的 需 求 分 析 和 设 计 方 案 的 选 择 ， 主 要 包 括 控 制 器 方 面 的 选 择 ； 第 三 章 介 绍 了控 制 系 统 硬 件 电 路 的 设 计 ； 第 四 章 主 介 绍 了 控 制 系 统 软 件 方 面 的 设 计 ； 第 五 章 进 行 了 控制 系 统 的 仿 真 和 测 试 ； 第 六 章 主 要 是 对 该 系 统 存 在 的 问 题 以 及 解 决 的 方 案 进 行 总 结 。23第 2 章 系 统 功 能 需 求 分 析 与 控 制 方 案 选 择根 据 预 想 所 要 达 到 的 控 制 要 求 有 ： （ 1） 用 LCD1602 液 晶 显 示 水 温 、 设 置 上 下 限 和定 时 时 间 。 （ 2） 水 温 检 测 显 示 范 围 为 00 99 ， 精 度 为 1 。 （ 3） 温 度 设 置 区 间 为 0度 到 99 度 ， 系 统 不 断 检 测 当 前 水 温 ， 如 果 水 温 高 于 用 户 设 定 的 数 值 ， 则 系 统 自 动 断 电 ，不 在 加 热 。 如 果 水 温 低 于 用 户 设 定 的 数 值 ， 则 系 统 不 会 断 电 ， 继 续 加 热 。 (4） 设 置 4 个程 序 按 键 。 分 别 为 设 置 按 键 、 加 键 、 减 键 、 确 定 键 。 （ 5） 可 以 红 外 遥 控 ， 通 过 红 外 一 体接 收 探 头 接 收 遥 控 器 信 号 ， 执 行 与 主 板 按 键 同 等 功 能 。 由 此 可 以 确 定 两 种 方 案 进 行 比 较选 择 。2.1 系 统 功 能 需 求 分 析在 此 次 的 系 统 设 计 中 主 要 是 通 过 温 度 传 感 器 测 得 的 数 据 ， 通 过 和 单 片 机 的 连 接 引 脚完 成 数 据 的 传 输 。 单 片 机 通 过 采 集 到 数 据 进 行 温 度 值 的 判 断 ， 来 控 制 加 热 器 的 运 行 状 态 。系 统 中 的 数 据 显 示 使 用 的 是 LCD1602 液 晶 显 示 屏 ， 来 显 示 实 时 温 度 的 数 值 。 报 警 指 示灯 （ 黄 ） ： 当 热 水 器 出 现 异 常 情 况 时 ， 该 指 示 灯 被 点 亮 。系 统 在 通 电 之 后 ， 单 片 机 内 部 的 PC 指 针 指 向 程 序 运 行 的 区 域 ， 首 先 开 始 的 是 温 度传 感 器 的 初 始 化 ， 在 完 成 温 度 初 始 化 任 务 之 后 ， 系 统 就 处 于 检 测 判 断 状 态 。 检 测 按 键 的发 生 以 及 温 度 是 否 超 出 设 定 区 域 。 首 先 进 行 温 度 数 值 的 判 断 ， 接 着 继 续 检 测 温 度 按 键 ，若 无 按 键 ， 则 接 着 上 一 步 的 执 行 （ 以 新 的 设 定 值 开 始 工 作 ） 。 若 有 按 键 ， 则 重 新 设 定 温度 范 围 ， 如 此 循 环 。2.2 方 案 选 择方 案 一 ： 以 STC89C51 单 片 机 为 控 制 中 心 的 智 能 电 热 水 器 。主 控 模 块 在 整 个 系 统 中 是 最 中 心 的 部 分 ， 承 担 着 统 筹 的 作 用 ， 需 要 检 测 键 盘 等 各种 参 数 ， 以 及 驱 动 数 码 管 的 显 示 。 2在 本 次 设 计 中 我 选 用 了 51 系 列 单 片 机 中 的STC89C51 单 片 机 作 为 系 统 的 主 控 芯 片 。 因 为 单 片 机 功 能 强 大 ， 应 用 广 ， 从 小 的 电 子产 品 到 大 的 工 业 控 制 都 有 很 广 泛 的 应 用 。STC89C 系 列 单 片 机 兼 容 性 很 好 。 除 了 单 片 机 内 部 扩 展 资 源 不 同 之 外 ， 其 余 资 源 都相 同 。 比 如 说 52 类 型 的 单 片 机 比 51 类 型 的 单 片 机 E2PROM 扩 大 了 2 倍 ， 以 及 内 部 随4机 数 存 储 器 RAM 增 大 些 之 外 ， 其 余 功 能 全 部 一 样 。 也 就 是 说 STC89S 系 列 单 片 机 基 础功 能 都 具 备 ， 并 且 引 脚 位 置 ， 中 断 地 址 ， 以 及 定 时 器 方 式 都 是 一 样 的 ， 唯 一 不 同 的 是 扩展 的 功 能 。 由 于 单 片 机 在 不 同 场 合 控 制 的 复 杂 度 不 一 样 ， 所 以 对 单 片 机 内 部 资 源 配 置 也不 同 。 以 便 于 适 应 于 多 种 场 合 使 用 ， 而 且 选 择 合 适 的 单 片 机 型 号 ， 可 以 节 约 成 本 。 当 然 ，资 源 丰 富 的 单 片 机 价 格 也 要 稍 贵 一 些 。 此 类 单 片 机 以 EEPROM 电 可 檫 除 和 Flash 技 术 为 主 导 的 存 储 器 单 片 机 以 FLASH 作为 存 储 器 的 好 处 很 明 显 ， Flash 可 擦 出 次 数 多 ， 一 般 很 少 因 为 擦 除 程 序 超 出 擦 除 Flash次 数 而 损 害 单 片 机 的 。 单 片 机 的 存 储 器 除 了 可 以 存 储 程 序 ， 还 可 以 运 行 程 序 ， 但 是 不 能存 储 程 序 中 的 某 些 变 量 。 这 样 可 以 加 快 程 序 的 执 行 速 度 ， 提 高 单 片 机 的 效 率 。 STC89系 列 的 单 片 机 具 有 以 下 特 性 ：（ 1） 单 片 机 引 出 的 多 个 I/O 口 ， 使 数 据 交 换 更 加 方 便 。（ 2） 采 用 静 态 时 钟 模 式 。 单 片 机 外 部 连 接 晶 振 电 路 ， 通 过 晶 振 里 面 的 震 荡 电 路 给 单 片机 提 供 时 钟 脉 冲 。 时 钟 脉 冲 为 单 片 机 的 程 序 执 行 提 供 了 时 钟 节 拍 ， 在 一 个 时 钟 节 拍 下 ，单 片 机 的 PC 指 针 取 一 个 指 令 执 行 ， 从 而 完 成 程 序 的 顺 序 执 行 。（ 3） 可 以 应 用 于 较 小 系 统 设 计 ， 或 者 定 制 用 于 专 用 的 系 统 控 制 器 ， 对 需 要 控 制 的 系 统提 供 一 种 便 捷 的 处 理 方 法 。（ 4） 通 过 定 时 器 和 计 数 器 ， 可 以 设 置 时 间 间 隔 和 记 录 电 压 变 化 次 数 。（ 5） 可 以 使 用 汇 编 语 言 设 计 的 程 序 ， 其 执 行 的 效 率 更 加 高 效 。 以 达 到 节 约 单 片 机 内 部宝 贵 的 资 源 为 目 的 。（ 6） 单 片 机 的 品 种 多 ， 可 以 选 用 不 同 内 部 资 源 部 处 理 器 ， 达 到 节 约 成 本 的 目 的 。下 面 具 体 介 绍 STC89C51 芯 片 的 参 数 ：STC89C51 是 一 个 8 位 微 控 制 器 ， 芯 片 内 部 已 经 集 成 4K 字 节 存 储 区 域 的 Flash,可以 直 接 运 行 程 序 。 STC89S51 采 用 的 是 51 系 列 的 内 核 它 与 工 业 80C51 产 品 指 令 和 引 脚完 全 兼 容 。 单 片 机 的 P0 口 。 如 果 要 改 变 P0 口 的 输 出 电 平 值 时 ， 要 在 在 单 片 机 的 相 应 寄存 器 里 写 入 数 据 1 时 ， 单 片 机 就 会 把 相 对 应 的 端 口 输 出 高 电 平 。 如 果 在 相 应 的 寄 存 器 里面 写 入 0， 单 片 机 就 会 在 相 对 应 的 端 口 输 出 定 电 平 。 比 如 在 P0 的 寄 存 器 地 址 上 写 入P0=0x01， 则 P0.1 口 位 置 就 会 输 出 高 电 平 ；5如 果 P0=0x00， 则 P0 口 位 置 就 会 输 出 低 电 平 。 同 理 ， 外 部 线 路 提 供 低 电 压 则 可 以 通 过该 引 脚 读 出 低 电 压 ， 单 片 机 内 部 对 该 位 的 寄 存 器 就 会 被 写 入 0。 由 于 P0 口 输 出 电 流 较小 ， 所 以 需 要 上 拉 电 阻 来 提 供 驱 动 电 流 。单 片 机 的 P1 口 。 P1 口 外 部 不 用 设 置 上 拉 电 阻 ， P1 口 的 能 够 提 供 20MA 的 驱 动 电流 ， 所 以 可 以 直 接 对 P1 口 的 寄 存 器 写 值 。 P1 口 一 般 没 有 复 用 接 口 ， 在 STC 其 他 的 单片 机 中 有 P1 口 的 复 用 引 脚 ， 用 来 设 置 定 时 器 PWM 波 的 输 出 ， 或 者 单 片 机 内 部 AD 电压 值 的 采 集 端 口 。 在 本 次 心 率 计 的 设 计 中 ， 并 没 有 用 到 PWM 的 功 能 ， 所 以 选 择 的 芯 片为 传 统 的 51 内 核 单 片 机 。 在 没 有 复 用 功 能 的 单 片 机 引 脚 ， 只 有 引 脚 的 高 电 平 和 低 电 平输 入 输 出 功 能 ， 以 及 对 单 片 机 引 脚 的 电 压 值 读 取 功 能 。 功 能 类 似 于 P0 口 ， 如 果 要 控 制P1 口 的 电 平 输 出 值 ， 就 要 对 P1 口 的 地 址 寄 存 器 写 入 数 据 。P2 口 可 以 作 为 普 通 I/O 功 能 也 可 以 用 作 第 二 功 能 。 当 P2 口 作 为 普 通 I/O 口 输 入 输出 时 ， 同 P0、 P1 口 一 样 ， 只 是 对 该 位 的 引 脚 输 出 高 电 平 和 低 电 平 的 操 作 。 当 P2 口 作为 第 二 功 能 使 用 时 ， P2 口 作 为 外 部 存 储 区 域 的 高 八 位 地 址 线 。 当 单 片 机 的 内 部 存 储 区 的容 量 不 够 时 ， 就 要 采 取 外 部 连 接 存 储 芯 片 的 办 法 来 扩 充 单 片 机 的 存 储 容 量 。 3由 于 单 片机 的 程 序 存 储 区 域 可 以 直 接 运 行 程 序 ， 单 片 机 的 内 部 可 以 直 接 寻 址 找 到 程 序 所 在 的 地 址 ，在 连 接 单 片 机 外 部 外 部 存 储 芯 片 时 ， 要 和 芯 片 的 读 取 地 址 相 对 应 ， 所 以 外 部 存 储 的 连 接位 置 是 不 可 改 变 的 ， 从 而 确 定 P2 作 为 复 用 引 脚 的 地 址 位 置 。 通 过 对 P2 口 地 址 的 访 问 ，可 以 读 取 外 部 存 储 芯 片 中 的 数 据 ， 也 可 以 对 相 应 的 地 址 为 写 入 数 据 。 外 部 连 接 的 存 储 芯片 的 大 小 可 以 选 择 ， 通 常 选 用 的 标 准 是 根 据 程 序 的 大 小 来 决 定 的 。P3 口 是 一 个 可 复 用 的 端 口 。 P3 口 的 第 一 功 能 是 作 为 数 据 的 输 入 输 出 ， 通 过 对 P3口 的 地 址 写 入 数 据 ， 从 而 控 制 高 低 电 平 的 变 化 。 当 单 片 机 设 置 了 第 二 功 能 是 ， 单 片 机 的第 一 功 能 就 不 再 工 作 ， 两 种 模 式 只 能 选 用 其 中 的 一 种 。另 外 P3 口 还 可 以 设 置 第 二 功 能 。 STC89C51 单 片 机 内 部 集 成 了 6 个 中 断 。 中 断 的作 用 是 使 程 序 更 高 效 的 执 行 ， 其 中 两 个 外 部 中 断 通 过 外 部 引 脚 进 行 触 发 ， 提 供 感 知 外 部的 电 压 变 化 进 入 中 断 。 定 时 器 一 共 有 3 个 中 断 ， 这 些 中 断 是 单 片 机 的 内 部 中 断 ， 根 据 设置 相 关 的 寄 存 器 来 触 发 定 时 器 中 断 。 4中 断 的 相 应 与 设 置 的 相 应 中 断 标 志 位 有 关 ， 一 旦中 断 响 应 ， 就 立 即 进 入 用 户 写 的 中 断 程 序 中 。 另 外 一 个 是 串 口 中 断 ， 来 检 测 串 口 接 收 或者 发 送 数 据 的 。 串 口 对 于 单 片 机 来 说 是 一 个 与 外 界 通 讯 的 接 口 。 有 了 串 口 ， 可 以 完 成 单片 机 对 PC 的 通 讯 ， 或 者 单 片 机 对 单 片 机 的6通 讯 。 通 过 串 口 传 输 数 据 ， 完 成 对 单 片 机 的 控 制 任 务 。通 过 上 面 所 述 ， 可 以 知 道 STC89C51 单 片 机 具 有 结 构 简 单 、 控 制 能 力 强 、 可 靠 性 高 、体 积 小 、 价 格 低 等 优 点 。 下 图 为 以 STC89C51 单 片 机 为 控 制 芯 片 的 系 统 连 接 图 ：方 案 二 ： PIC16C72 单 片 机 为 控 制 器 件 的 智 能 电 热 水 器 。PIC16C72 是 一 款 8 位 芯 片 。 它 的 片 内 资 源 要 比 51 单 片 机 丰 富 ， 它 的 片 机 集 成 A/D转 换 器 ， 片 内 有 大 容 量 的 程 序 存 储 器 以 及 数 据 存 储 区 。 但 是 它 的 成 本 比 较 贵 。 通 过 上 面的 综 合 考 虑 ， 这 次 设 计 硬 件 电 路 时 ， 并 不 需 要 处 理 器 片 内 丰 富 的 资 源 ， 这 次 写 入 的 程 序较 小 ， 普 通 的 51 单 片 机 就 足 以 应 付 这 次 的 系 统 设 计 ， 但 考 虑 到 成 本 控 制 和 软 硬 件 实 现难 度 ， 采 用 方 案 一 的 控 制 系 统 设 计 比 较 方 便 快 捷 ， 可 以 进 一 步 提 高 电 热 水 器 的 智 能 作 用 ，能 够 保 证 持 续 的 热 水 供 应 ， 并 可 以 满 足 人 们 日 常 生 活 的 需 要 ， 提 高 了 人 们 生 活 的 质 量 。2.3 本 章 小 结本 章 主 要 对 此 次 设 计 的 家 用 电 热 水 器 控 制 系 统 的 控 制 器 方 案 选 择 上 做 了 决 定 ， 最 终决 定 使 用 结 构 简 单 、 控 制 能 力 强 、 可 靠 性 高 、 体 积 小 、 价 格 低 的 STC89C51 单 片 机 作 为控 制 器 。7第 3 章 硬 件 系 统 设 计本 章 节 的 硬 件 设 计 主 要 是 系 统 电 源 的 设 计 以 及 为 控 制 芯 片 的 外 围 电 路 设 计 。 下 面 首先 介 绍 系 统 电 源 电 路 的 设 计 ：3.1 电 源 电 路下图为系统电源的设计流程图：系 统 供 电 电 压 各 部 分 简 介 ：（ 1） 对 电 压 降 压由 于 市 电 的 电 压 值 较 高 ， 单 片 机 不 能 直 接 使 用 ， 所 以 在 进 行 电 压 处 理 之 前 应 先 进 行电 压 的 降 压 操 作 。（ 2） 整 流 滤 波 电 路电 压 进 过 变 压 器 的 电 压 转 化 之 后 电 压 值 虽 然 稳 定 在 5V 左 右 ， 但 是 输 出 的 是 交 流 电 。需 要 把 交 流 电 转 变 为 直 流 电 ， 这 一 步 就 需 要 设 计 整 流 滤 波 电 路 。（ 3） 稳 压 电 路当 电 流 经 过 整 流 滤 波 之 后 电 压 并 不 稳 定 ， 单 片 机 需 要 一 个 稳 定 的 电 源 这 是 的 电 源 对单 片 机 的 系 统 稳 定 性 不 利 。 所 以 需 要 通 过 一 个 稳 压 芯 片 把 电 压 稳 定 下 拉 。 5本 次 设 计 采用 的 芯 片 是 7805。 通 过 这 个 芯 片 可 以 控 制 电 压 的 稳 定 输 出 。 下 图 为 稳 压 芯 片 的 电 路 连 接图 ：Vin2ADJ1+Vout 3LM317C310uFD14001D24001R1200R25.1KGNDC10.1uFC21000uFVoutVin8图 3.2 可 调 稳 压 电 路 原 理 图图 3.3 7805 三 端 稳 压 电 源 电 路需 要 特 别 注 意 的 是 ， 单 片 机 需 要 输 入 较 为 稳 定 的 电 压 波 形 ， 虽 然 稳 压 器 7805 输 出电 压 波 形 比 较 稳 定 ， 但 是 为 了 保 证 系 统 的 稳 定 性 ， 防 止 突 发 事 件 的 产 生 ， 需 要 在 其 输 入端 与 输 出 端 加 滤 波 电 容 ， 滤 除 不 需 要 波 形 ， 防 止 烧 坏 系 统 器 件 ， 保 证 系 统 稳 定 运 行 。3.2 单 片 机 最 小 系 统 说 明下 面 主 要 介 绍 单 片 机 最 小 系 统 的 两 个 外 围 电 路 ：时 钟 电 路 ： 晶 振 电 路 是 单 片 机 程 序 运 行 的 基 础 ， 晶 振 振 动 频 率 决 定 单 片 机 的 程 序 执行 速 率 。 晶 振 作 为 单 片 机 的 时 钟 节 拍 。 有 两 种 时 钟 产 生 方 式 ， 一 种 成 为 内 部 时 钟 ， 另 一种 称 为 外 部 时 钟 。 为 了 使 单 片 机 的 功 耗 消 耗 较 小 ， 本 系 统 使 用 的 是 外 部 时 钟 电 路 。 片 机内 部 集 成 了 一 个 震 荡 电 路 ， 在 X1 和 X2 引 脚 连 接 晶 振 ， 并 且 在 晶 振 的 两 端 加 上 电 容 ，给 单 片 机 上 电 ， 就 可 以 完 成 单 片 机 晶 振 起 振 ， 本 系 统 选 择 的 晶 振 是 12MHZ。复 位 电 路 ： 复 位 电 路 ， 负 责 单 片 机 的 程 序 复 位 。 当 程 序 运 行 到 某 个 内 存 区 域 时 ， 使用 者 不 愿 意 程 序 继 续 执 行 下 去 ， 选 择 复 位 引 脚 ， 使 程 序 恢 复 到 0 地 址 存 储 区 域 执 行 。当 复 位 电 路 中 的 按 键 按 下 时 ， 会 给 两 个 电 容 充 电 ， 使 RST 引 脚 的 电 压 升 高 时 间 长 达 单片 机 的 一 个 时 钟 周 期 ， 就 可 以 完 成 单 片 机 程 序 的 复 位 。Input1 Output 3GND2LM7805C4100uF C50.1uFUi Uo9图 3.4 单 片 机 最 小 系 统3.3 温 度 检 测 电 路温 度 传 感 器 DS18B20体 积 特 别 小 ， 硬 件 开 销 相 对 较 低 ， 测 量 精 度 比 较 高 ， 而 且 抗 干扰 能 力 特 别 强 。 DS18B20是 全 数 字 温 度 转 换 及 输 出 ， 单 总 线 数 据 通 信 ， 最 高 能 达 到 12位分 辨 率 ， 检 测 的 温 度 范 围 大 ， 是 开 发 有 关 温 度 产 品 的 极 佳 选 择 。 6其 主 要 功 能 特 性 如 下 ：（1）独特的 1-Wire 总线接口仅需要一个管脚来通信。（2）具有多路采集的能力使得对于分布式温度的采集和应用更加简便。（3）无需其他外部器件。（4）能够通过数据线进行供电，供电范围为 3.0V 至 5.5V。（5）待机时无损耗。（6）可测量温度的范围为：-55至+125（-67 至+257）。（7）温度以 9 位数字量读出（8）如果测量温度的范围超过-10至 85之外时，具有+-0.5的精度。（9）使用者用于对温度报警功能的设置。（10）使用者设置警报温度的温度值，用于报警功能。10DS18B20 芯片内部有一个测量温度的传感器，它是温度传输的基础；一个存储芯片的固有信息的 ROM 区；用于存储芯片的 ID 等信息；一个 RAM 存储区，用于芯片的温度数据以及一些寄存器数值的存放；还有一个警报电路。其工作原理为：低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器 1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器 2 的脉冲输入。计数器 1 和温度寄存器被预置在-55所对应的一个基数值。计数器 1 对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器 1 的预置值减到 0 时，温度寄存器的值将加 1，计数器 1 的预置将重新被装入，计数器 1 重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器 2 计数到 0 时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器 1 的预置值。温 度 传 感 器 接 单 片 机 时 只 需 要 用 到 一 个 I/O 口 ， 连 接 单 片 机 的 I/O 口 时 没 有 特 殊 的要 求 ， 当 芯 片 连 接 单 片 机 时 ， 单 片 机 通 过 单 总 线 协 议 ， 从 这 一 个 I/O 口 里 读 取 或 者 写 入数 据 。 但 是 不 管 是 哪 种 方 法 ， I/O 口 都 要 接 上 4.7k 左 右 的 上 拉 电 阻 。 下 图 为 温 度 传 感器 的 电 路 连 接 图 ：图 3.5 测 温 模 块3.4 人 机 交 互 电 路3.4.1 键 盘 接 口 电 路按 键 的 设 计 常 用 的 有 两 种 ， 一 个 按 键 连 接 一 个 I/O， 这 是 独 立 按 键 ， 另 一 种 是 矩 阵排 布 。 各 有 优 点 ， 首 先 ， 独 立 按 键 可 以 直 接 连 接 到 中 断 引 脚 。 这 样 设 置 好 单 片 机 的 相 应中 断 位 ， 就 可 以 用 按 键 来 触 发 中 断 。 这 样 做 的 好 处 是 ： 程 序 可 以 很 快 的 去 执 行 所 需 要 的功 能 ， 对 按 键 的 相 应 速 度 很 快 。 可 以 达 到 按 下 按 键 就 可 以 触 发 相 应 的 事 件 。 另 外 独 立 按键 可 以 减 少 程 序 负 担 ， 不 用 扫 描 相 应 的 位 置 ， 这 样 可 以 加 快 程 序 的 执 行 ， 相 对 来 说 ， 对程 序 的 编 写 难 度 也 会 有 所 下 降 。 如 果 使 用 矩 阵 连 接 键 盘 的 方 法 ， 它 的 好 处 是 节 约 微 控 制11器 的 I/O 资 源 。 比 如 说 25 个 按 键 可 以 连 接 5 个 接 口 就 可 以 。 用 程 序 的 扫 描 办 法 ， 是 可以 实 现 的 。 比 如 说 用 到 的 按 键 数 量 较 少 ， 当 然 选 用 独 立 按 键 的 办 法 ， 这 样 可 以 减 少 程 序复 杂 度 ， 也 不 会 浪 费 单 片 机 的 I/O 资 源 。 7当 然 如 果 按 键 较 多 ， 那 就 必 须 使 用 矩 阵 按 键要 不 然 ， 单 片 机 只 能 连 接 几 个 按 键 ， 而 其 他 外 设 就 连 接 不 上 。按 键 的 使 用 也 需 要 注 意 。 因 为 现 在 用 的 大 多 数 按 键 用 的 是 轻 触 按 键 。 当 按 下 之 后 按键 两 端 的 电 路 接 通 。 当 松 开 之 后 ， 按 键 的 两 端 电 路 断 开 。 这 样 就 会 产 生 一 个 抖 动 现 象 。因 为 单 片 机 采 集 速 度 较 快 ， 当 按 下 按 键 到 按 键 弹 起 这 段 时 间 内 可 能 会 产 生 多 次 跳 动 。 对数 据 采 集 产 生 不 可 预 估 的 变 动 。 这 要 通 过 程 序 做 相 应 的 延 时 来 消 除 机 械 抖 动 。 在 本 次 设计 中 所 使 用 的 是 四 个 独 立 的 按 键 ， 接 口 电 路 如 下 图 所 示 ：图 3.6 键 盘 电 路3.4.2 显 示 电 路本 次 设 计 的 显 示 模 块 使 用 的 是 LCD1602， 下 面 介 绍 这 款 液 晶 显 示 器 以 及 接 口 电 路 。（ 1） 显 示 原 理 介 绍1602 显 示 屏 可 以 显 示 162 个 单 元 ， 每 个 单 元 有 88=64 的 点 组 成 。 其 中 8 为 Y坐 标 的 点 数 ， 8 为 X 坐 标 的 点 数 ， 根 据 点 数 的 亮 灭 组 成 相 应 的 图 形 。 把 需 要 点 亮 的 点数 写 入 显 示 屏 内 部 寄 存 器 中 ， 显 示 器 自 动 在 屏 幕 上 打 印 出 预 想 的 图 像 。（ 2） 字 符 的 显 示用 LCD 显 示 一 个 字 符 时 ， 字 符 显 示 对 应 一 个 显 示 单 元 ， 因 为 一 个 字 符 由 88 点阵 组 成 的 图 形 ， 所 以 可 以 显 示 相 应 简 单 的 字 符 。 如 果 想 要 在 显 示 屏 上 显 示 一 个 字 符 就要 在 相 应 的 点 上 写 1， 这 样 对 应 的 点 就 点 亮 ， 根 据 点 的 排 列 ， 就 显 示 出 了 字 符 。 比 较方 便 的 是 控 制 器 里 面 自 带 有 字 符 存 储 器 ， 写 字 符 时 ， 可 以 直 接 读 取 这 些 字 符 的 存 储 位置 ， 就 可 以 得 到 相 应 的 字 符 显 示 。 字 符 存 储 器 里 面 存 储 了 160 个 字 符 ， 字 符 种 类 丰 富 ，可 以 显 示 一 些 简 单 的 界 面 。（ 3） 汉 字 的 显 示12汉 字 的 显 示 要 用 到 电 脑 上 面 的 取 模 软 件 ， 先 对 汉 字 取 模 （ 就 是 对 各 个 点 的 显 示 ， 形成 一 些 编 码 ， 复 制 到 程 序 的 存 储 数 据 区 ） ， 之 后 把 用 取 模 软 件 得 到 的 数 据 写 到 LCD的 CGRAM 中 ， 读 取 相 应 的 位 置 ，