单片机应用系统设计简介及实验.docx

单片机应用系统设计简介及实验基于51单片机的智能电热水器设计本设计是基于AT89S51单片机的智能电热水器的控制器的设计，要达到的控制要求有：（1）用两位数码管显示水温，两位数码管显示预设温度。（2）当检测温度低于预设温度1时，开始加热；检测温度高于预设温度1时，停止加热。（3）设置3个程序按键。电源开关键：电源关闭时，4个数码管熄灭，加热元件断电，但单片机系统正常工作，热水器面板上的电源指示灯点亮。电源开启后，根据上次设定的温度（220V总电源不能关闭）自动进入工作状态。如220V总电源关闭后再开机，预设温度自动定为40。温度+键：每按一次该键，预设温度加1，长按该键（时间超过1秒以上），预设温度快速增加。温度-键：每按一次该键，预设温度减1，长按该键（时间超过1秒以上），预设温度快速减小。（4）报警设置。高温报警：当检测温度高于65时，自动报警。低温报警：当检测温度低于0时，自动报警。缺水报警：当储水箱内缺水时，自动报警。漏电报警：当热水器发生漏电情况时，自动报警。一、系统硬件设计单片机应用系统的硬件电路设计包含两部分内容：一是系统扩展，即单片机内部的功能单元，如ROM、RAM、I/O、定时器/计数器、中断系统等不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。二是系统的配置，即按照系统功能要求配置外围设备，如键盘、显示器、打印机、A/D、D/A转换器等，要设计合适的接口电路。本设计中只用最小系统加上键盘、显示、ISP接口电路，单片机本身资源可以满足设计要求，所以不必对单片机进行扩展。系统的硬件系统以AT89S51单片机为核心，主要分两部分：直流稳压电源和智能电热水器控制电路，其原理图见附图。直流稳压电源由变压器、整流桥、滤波电路、稳压电路组成。智能电热水器系统由时钟电路、复位电路、报警电路、ISP在线编程接口电路键盘、模数转换电路和显示接口电路组成。1.电源电路电源设计是电路设计很重要关节。它的稳定与否涉及到电路是否能稳定工作。按要求需要一个+5V电压，一个+12V左右可调电压。于是采用可调压芯片LM317，它是稳压芯片。LM317是三端稳压集成电路，最大输出电流为2.2A，输出电压范围为1.25V37V。它具有输出电压可变、内藏保护功能、体积小、性价比高、工作稳定可靠等特点。用它制作输出电压可变稳压电源，调节可变电阻R2，便可从LM317输出端获得UO(可变输出电压)。从电路中可以看出，LM317的输出电压(也就是稳压电源的输出电压)U0为两个电压之和，也就是R1两端电压与R2两端电压之和。而IR2实际上是两路电流之和，一路是经R1流向R2的电流IRI，其大小为URI/Rl。因URI为恒定电压1.25V，Rl是一个固定电阻，小于240欧姆。所以IRl是一个恒定的电流。另一路是LM317调整端流出的电流ID，ID的平均值是50A左右，最大值一般不超过100A。而且在LM317稳定工作时，ID的值基本上是一个恒定的值。调节R2阻值即可调节LM317输出电压UO。既然ID和IRl对调节输出电压UO都起到了一定作用，并且IR1是由R1提供，IRI大小也没有任何限制，LM317输出电压服从1.25+IDR2=UO关系。+5V电压也是利用三端稳压集成电路得到的，采用7805芯片。其用法和LM317差别不大，如下图所示。LM7805的1端是电源的输入端，3端是输出端，2端是接地端。2.时钟电路 用来产生时钟信号供单片机工作，晶振采用12MHz，平衡电容采用33pF。复位电路在系统上电或运行过程中对单片机进行初始化操作。按键采用独立式热键，用来扩展系统功能，分别可以实现电源开关、温度增加和温度减少三个功能。数码管用来显示水温和水位两组数据，所有数码管采用共阳接法，段控端接在单片机同一I/O口，位控端分别接在不同位的I/O口。发光二极管用来指示系统运行状态，电源指示灯（红）：接通220V电源，该指示灯点亮。加热指示灯（绿）：加热元件工作时，该指示灯被点亮。报警指示灯（黄）：当热水器出现异常情况时，该指示灯被点亮。ISP接口通过并口与PC机连接，实现单片机与PC机通讯，用编译器对源程序进行调试及编译，通过ISP接口将形成的二进制目标程序下载到AT89S51单片机上。3.报警电路在正常情况下，流过磁环的电流大小相等，方向相反，磁环检测线圈无感应电流信号，漏电检测集成电路输出低电平。当出现漏电电流时，由于流过磁环的电流不平衡，于是磁环检测线圈感应出漏电信号，经集成电路M54123L放大输出高电平，经三极管倒相后输出至单片机。单片机接收到漏电信号，则停止加热、保温及键盘操作，结束程序并发出报警信号，蜂鸣器连续呜响。在漏电保护及自检不合格情况下，只有关闭电源及排除故障后，重新接通电源才能工作。4.温度检测电路采用温度传感器DS18B20采集电热水器的实时温度, 提供给AT89S51的P3.2口作为数据输入。在本次设计中我们所控的对象为水温。5.水位检测水位检测为三个并联的不同阻值的电阻，电路的电极电流较小(几个微安)，电腐蚀小，适用水电阻变化范围大(几K一100K欧)。某电阻所在水位未到达，电阻截止；水位到达，电阻导通，组成并联电路。将不同阻值所分得的电压经PTB1转换后，可判断出水位信息（高、中、低、干烧）。二、系统程序设计1. A/D转换器子程序ABC110 选择第三通道ST0，ST1，ST0 产生启动转换的正脉冲信号CHEQU 30HDPCNTEQU 31HDPBUFEQU 33HGDATAEQU 32HSTBIT P3.0OEBIT P3.1EOCBIT P3.2ORG 00HLJMP STARTORG 0BHLJMP T0XORG 30HSTART:MOV CH,#0BCHMOV DPCNT,#00HMOV R1,#DPCNTMOV R7,#5MOV A,#10MOV R0,#DPBUFLOP:MOV R0,AINC R0DJNZ R7,LOPMOV R0,#00HINC R0MOV R0,#00HINC R0MOV R0,#00HMOV TMOD,#01HMOV TH0,#(65536-4000)/256MOV TL0,#(65536-4000) MOD 256SETB TR0SETB ET0SETB EAWT:CLR STSETB STCLR STWAIT:JNB EOC,WAITSETB OEMOV GDATA,P0CLR OEMOV A,GDATAMOV B,#100DIV ABMOV 33H,AMOV A,BMOV B,#10DIV ABMOV 34H,AMOV 35H,BSJMP WTT0X:NOPMOV TH0,#(65536-4000)/256MOV TL0,#(65536-4000) MOD 256MOV DPTR,#DPCDMOV A,DPCNTADD A,#DPBUFMOV R0,AMOV A,R0MOVC A,A+DPTRMOV P1,AMOV DPTR,#DPBTMOV A,DPCNTMOVC A,A+DPTRMOV P2,AINC DPCNTMOV A,DPCNTCJNE A,#8,NEXTMOV DPCNT,#00HNEXT:RETIDPCD:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66HDB 6DH,7DH,07H,7FH,6FH,00HDPBT:DB 0FEH,0FDH,0FBH,0F7HDB 0EFH,0DFH,0BFH,07FHEND2数码管显示子程序ORG0000HMAX7219:DIN BIT P1.1 定义变量 CLK BIT P1.2 LOAD BIT P1.1 LED_BF EQU 50H 显示数据首址 AJMP MAINMAIN: MOV SP.#70H LCALL PROCESS 设置MAX7219初始值 LCALL DISPLAY 显示WAIT; 其他程序省略 SJMP WAIT MAX7219 初始化子程序PROCECC :MOVA,#0BHMOVB,#07HLCALLW_7219MOV A,#09HMOV B,#00HLCALL W_7219MOV A,#0AHMOV B,#09HLCALL W_7219MOV A,#0CHMOV B,#01HLCALL W_7219RET;MAX7219 显示子程序DISPLAY:MOV R0,#LED_BFMOV R4,#01HMOV R3,#08HC_DISP:MOV A,R0MOV B,AMOV A,R4LCALL W_7219INC R0INC R4DJNZ R3,C_DISPRETW_7219:CLR LOADLCALL SD_7219MOV A,BLCALL SD_7219SETB LOADRETSD_7219:MOV R6,#08HC_SD:NOPCLRCLKRLC AMOV DIN,CNOP3滤波电路驱动程序中值滤波 FILT2:MOV A,R2 CLR C SUBB A,R3 JC FILT21 MOV A,R2 XCH A,R3 MOV R2,AFILT21:MOV A,R3 CLR C SUBB A,R4 JC FILT22 MOV A,R4 XCH A,R3 XCH R4,A CLR C SUBB A,R2 JNC FILT22 MOV A,R2 MOV R3,AFILT22:RET 4温度传感电路 ORG0000HSTART: MOVSP,#60H 开机初始化 MOVP0,#0FFH MOVP1,#0FEH MOVP2,#0FFH MOVP3,#0FFH MAIN: LCALL GET_TEMPER调用读温度子程序 LCALL DISP 调用数码管显示子程序 AJMPMAIN 重复循环GET_TEMPER: SETBP3.3 LCALL RST18B20 复位DS18B20 JB 00H,DSS2 RETDSS2: MOV A,#0CCH 跳过ROM匹配 LCALL WR18B20 MOV A,#44H 向DS18B20发出温度转换命 LCALL WR18B20 LCALL RST18B20 准备读温度前先复位 MOV A,#0CCH跳过ROM匹配 LCALL WR18B20 MOV A,#0BEH向DS18B20发出读温度命令 LCALL WR18B20 LCALL RE18B20读出温度数据 RETRST18B20: SETB P3.3 NOP CLR P3.3 MOV R0,#06BH主机发出复位低脉冲 MOV R1,#03H DSR1: DJNZR0,DSR1 MOV R0,#6BH DJNZ R1,DSR1 SETB P3.3 拉高数据线 NOP NOP NOP MOV R0,#25H DSR2: JNB P3.3,DSR3等待DS18B20回应 DJNZ R0,DSR2 LJMP DSR4 DSR3: SETB 00H 置标志位,表示DS1820存在 LJMP DSR5 DSR4: CLR 00H 清标志位,表示DS1820不存在 LJMP DSR7 DSR5: MOV R0,#06BH DSR6: DJNZR0,DSR6 延时一段时间 DSR7: SETBP3.3 RETWR18B20: MOV R2,#8 CLR C WR1:CLR P3.3 MOV R3,#6 DJNZR3,$ RRC A MOV P3.3,C MOV R3,#23 DJNZR3,$ SETBP3.3 NOP DJNZR2,WR1 SETBP3.3 RET RE18B20: MOV R4,#2 MOV R1,#2FH RE00: MOV R2,#8 RE01: CLR C SETBP3.3 NOP NOP CLR P3.3 NOP NOP NOP SETB P3.3 MOV R3,#09 RE10: DJNZ R3,RE10 MOV C,P3.3 MOV R3,#23 RE20: DJNZ R3,RE20 RRC A DJNZ R2,RE01 MOV R1,A DEC R1 DJNZ R4,RE00 RET DISP: MOV A,2FH MOV C,70H RRC A MOV C,71H RRC A MOV C,72H RRC A MOV C,73H RRC A MOV 2FH,A MOV A,2FH MOV B,#10 DIV AB MOV 30H,A MOV 31H,B MOV A,30H MOV DPTR,#SGTB MOVCA,A+DPTR MOV P0,A 显示温度“十位”值 CLR P2.2 SETB P2.0 SETB P2.1 SETB P2.3 SETB P2.4 LCALL YS4722U MOV A,31H MOV DPTR,#SGTB MOVCA,A+DPTR MOV P0,A 显示温度“个位”值 CLR P2.3 SETB P2.0 SETB P2.1 SETB P2.2 SETB P2.4 LCALL YS4722U MOV A,#010