基于proteus的热式热水器温度控制系统的仿真研究毕业论文

1、本科生毕业设计（论文）资料 第一部分 设计说明书 基于 proteus 的热式热水器温度控制系 统的仿真研究 摘要 热水器在工业生产和家庭生活中的应用是非常普遍的， 而热水器的核心技术之一就 是温度控制方面，也就是说温度控制器的技术对热水器的发展起着至关重要的作用。所 以温度控制器的研究对于提高热水器产品的质量，是具有很重要的现实意义的。 矚慫润厲 钐瘗睞枥庑赖。 本课题主要针对热式热水器中温度控制的特点及实现准确温度控制的意义， 设计了 一种基于单片机的控制系统，整个系统的设计内容包括硬件和软件两个部分。硬件电路 主要以 AT89C51单片机为微处理器， 详细设计了温度信号采集电路， 温度数

2、码显示电路， 键盘设置温度电路，报警电路，光耦隔离输出电路，模拟加热电路。软件部分主要针对 加热装置的控制模式进行了编程。 温度传感器 DS18B20采集到的温度转换成电压信号反 馈到单片机，然后与温度的给定值进行比较，通过比较来控制加热装置，从而达到控制 温度的目的。 聞創沟燴鐺險爱氇谴净。 关键词：单片机，热水器，温度控制， AT89C51， DS18B20 ABSTRACT Water heater is common in industrial production and family life application ，and the temperature control is

3、one of the core technology of water heater,which means temperature control technology plays a vital role for the development of water heater. Thus, the research of temperature controller has very important practical significance for improving water heater quality. Regarding to the feathers and the s

4、ignificance of hot water heater temperature control, this subject designs a kind of system based on single-chip microcomputer control.The system includes hardware and software.Hardware circuit is designed the AT89C51 as main microprocessors, and the hardware circuit includes the temperature signal a

5、cquisition circuit,temperature digital display circuit, the keyboard set temperature circuit, alarm circuit, light coupling isolation output circuits, analog heating circuit.The softeware is mainly aimed at heating device programming.Temperature sensor DS18B20 collects the temperature and converse i

6、t into voltage signal, feedbacks to the microcontroller, then compared with the given temperature value, by which to controle the heating device, so as to control the temperature. 残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。 Keywords:SMC， water heater，temperature contro，l AT89C51, DS18B20 酽锕 极額閉镇桧猪訣锥。 II 目录 摘要 彈.I贸摄尔霁毙攬砖卤庑。 ABSTRAC

7、T I謀I 荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。 第 1 章 绪 论 1. 厦礴恳蹒骈時盡继價骚。 1.1 课题背景 1 茕桢广鳓鯡选块网羈泪。 1.2 系统任务 1 鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。 1.3 设计思路 2 籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。 第 2 章 热式热水器温度控制系统的硬件设计 3 預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。 2.1 AT89C51单片机简介 3 渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。 2.1.1 AT89C51单片机资源简介 3 铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。 2.2 数字温控芯片 DS18B20介绍 5 擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。 2.2.1DS18B20的特性 5 贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。 2.2.2DS18B20的测温原理 6 坛

8、摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。 2.2.3DS18B20与单片机接口电路 7 蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。 2.3 显示驱动电路设计 7 買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。 2.4 按键电路设计 8 綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。 2.5 光耦隔离输出电路 9 驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。 2.6 整体硬件电路 9 猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。 第 3 章 热式热水器温度控制系统的软件设计 1 0 锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。 3.1 系统软件设计框图 10 構氽頑黉碩饨荠龈话骛。 3.2 主程序模块 11 輒峄陽檉簖疖網儂號泶。 3.3 温度采集模块 12 尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。 3.4 报警及加热电路模块 13 识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。 3.5

9、 温度显示模块 14 凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。 3.6 键盘扫描模块 14 恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。 第 4 章 热式热水器温度控制系统仿真 1 5 鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。 4.1 proteus 简介 15 硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。 4.1.1 软件功能特点 16 阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。 4.2 仿真结果 16 氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。 结 论 2.2. 釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。 参考文献 2.3. 怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。 III 附录 2.4. 谚辞調担鈧谄动禪泻類。 致谢 3.0. 嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。 IV 第 1章 绪 论 本章内容主要叙述了热式热水器方面的行业背景概况， 此课题要求的系统任

10、务以及 在确定系统任务之后的整体设计思路，重点是关于热水器温度控制系统的设计思路。 熒 绐譏钲鏌觶鷹緇機库。 1.1 课题背景 热式电热水器，进入中国市场已有十个年头之久，对于国内消费者来说，也是一个 并不陌生的产品了。从一个边缘产业到逐渐成长为重心行业，产品技术上也趋于成熟和 稳定，经过十年本土化、特色化的改造后，即热式电热水器终于迎来了发展高峰期。更 多的企业拥入其中， 据相关数据显示，目前国内已有 300 多家企业涉足此类产品的生产， 其中主要集中在珠三角、长三角一带。 鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。 现在市场上的热水器按利用能源类型分为燃气热水器、电热水器及电热- 太阳能复 合式热水器等。 按

11、照加热方式不同分为直热式电热水器和热泵式热水器。 直热式电热水器又分为两个类别： 即贮水式电热水器和快热式电热水器。 相比前者， 后者具有不需预热及保温， 即用即热，出水温度恒定， 体积小巧，节能，寿命长等优点。 但是，它也存在诸如功率大、制作工艺复杂，价格偏高等问题。 纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。 随着技术的不断成熟、成本不断降低、产品价格不断下降，快热式电热水器正迎来 爆炸式的市场增长。参照国外的发展情况经验，在欧洲和东南亚，曾经是燃气式和贮水 式的天下，快热式电热水器的市场经过 20 年的发展，占有率达到 50%。目前中国市场即 热式电热水器的销售比率只占 3%，这表明即热式电热水器在中国有极

12、为广阔的市场前 景。颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。 1.2 系统任务 设计一热式热水器温度闭环控制系统，系统方框图如下图 1.1 所示： 图 1.1 系统方框图 1 （1）热水器温度工作范围： 0 63； （ 2）检测分辨率 1； （3）键盘是采用拨动开关，实现温度设定范围为： 0 63； （4）给定温度用 2位 LED用动态或静态扫描技术显示； （5）实际温度用 2位 LED用动态或静态扫描技术显示； （6）增加预警系统，当加热到设定的温度时，则发出报警信号。 1.3 设计思路 热式热水器温度闭环控制系统包括检测系统、显示系统、按键设置温度系统、模拟 加热系统、报警系统、单片机控制系统等六个部分。

13、濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。 系统选择性能优良的 DS18B20温度传感器来模拟检测热水器内的温度； 用两个两位 的数码管来分别显示实时设定温度和实际温度； 采用两个按键来分别设置温度的十位和 个位；采用一个绿色 LED灯来模拟加热装置（灯亮则表示启动加热装置，灯灭表示关闭 加热装置）；采用一个红色 LED灯来模拟报警信号（灯亮则表示实际水温高于预设水温， 讲产生报警信号并关闭加热装置；灯灭则表示实际水温要低于预设水温，此时系统处于 加热状态）；核心的单片机控制系统采用常用的 AT89C51芯片，接收传感器反馈回来的 温度信号，与设定温度值进行比较处理并作出是否开启加热装置的命令。总体结构图如 下图

14、 1.2 所示： 銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。 图 1.2 系统总体原理框图 第 2 章 热式热水器温度控制系统的硬件设计 本章的重点是热式热水器温度控制系统的硬件设计， 主要包括控制处理器以及实现 其他设计功能的硬件模块。 2.1 AT89C51 单片机简介 2.1.1 AT89C51 单片机资源简介 AT89C51 是一种带 4K 字节 闪存 可编 程可 擦除只读 存储器( FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory )的低电压、高性能 CMOS 8位微处理 器，俗称单片机。 AT89C2051是一种带 2K 字节闪存可编程可擦除

15、只读存储器的单片机。 单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 1000 次。该器件采用 ATMEL高密度非易失存 储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中， ATMEL的 AT89C51是一种高效微控制器。 挤貼綬 电麥结鈺贖哓类。 2.1.1.1 主要特性 -与 MCS-51 兼容 -4K 字节可编程闪烁存储器 -寿命： 1000 写/擦循环 -数据保留时间： 10 年 - 全静态工作： 0Hz-24MHz - 三级程序存储器锁定 - 1288位内部 RAM -32 可编程 I/O 线 - 两个 16 位定时器

16、 / 计数器 赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。 -5 个中断源 -可编程串行通道 - 低功耗的闲置和掉电模式 -片内振荡器和时钟电路 2.1.1.2 管脚说明 VCC：供电电压 GND：接地 P0口： P0口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL门电流。当 P0 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。 P0能够用于外部程序数据存储器，它 可以被定义为数据 /地址的第八位。 在 FIASH编程时，P0 口作为原码输入口， 当 FIASH 进行校验时， P0输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。 塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。 P1口： P1口是一个内部提供上拉电阻的 8位双向 I/O

17、口， P1口缓冲器能接收 输出 4TTL门电流。 P1口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入， P1口被外 部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验 时， P1 口作为第八位地址接收。 裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。 P2口： P2口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2口缓冲器可接收，输 出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“ 1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输 入。并因此作为输入时， P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉 的缘故。 P2口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时， P2

18、口输出地址的高八位。在给出地址“ 1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位 地址数据存储器进行读写时， P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。 P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。 P3口： P3口管脚是 8个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4个 TTL 门电流。当 P3口写入“ 1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入， 由于外部下拉为低电平， P3 口将输出电流（ ILL ）这是由于上拉的缘故。 绽萬璉轆娛 閬蛏鬮绾瀧。 P3 口也可作为 AT89C51的一些特殊功能口，说明如下： P3.0 RXD（串行输入口）

19、 P3.1 TXD （串行输出口） P3.2 /INT0 （外部中断 0） P3.3 /INT1 （外部中断 1） P3.4 T0 （记时器 0 外部输入） P3.5 T1 （记时器 1 外部输入） P3.6 /WR （外部数据存储器写选通） P3.7 /RD （外部数据存储器读选通） P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST 脚两个机器周期的高电平 时间 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地 位字节。在 FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的 频率周期输出正脉冲

20、信号，此频率为振荡器频率的1/6 。因此它可用作对外部输出 的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一 个 ALE脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH地址上置 0。此时， ALE 只有在执 行 MOV，X MOVC指令是 ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在 外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。 骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机 器周期两次 /PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 /PSEN 信号将 不出现。 瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。 /EA/VPP：

21、当 /EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH）， 不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时， /EA 将内部锁定为 RESET；当 /EA 端保持高电平时， 此间内部程序存储器。 在 FLASH编程期间， 此引脚也用于施加 12V 编程电源（ VPP）。 鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入 XTAL2：来自反向振荡器的输出 2.2 数字温控芯片 DS18B20介绍 美国 Dallas 半导体公司的数字化温度传感器 DS18B20是世界上第一片支持 “一线 总线”接口的温度传感器，在其内部使用了在板（ ON-B0A

22、R）D 专利技术。全部传感元件 及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。“一线总线”独特而且经济的特点， 使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。现在，新一代的 DS18B20体积更小、更经济、更灵活，使你可以充分发挥“一线总线”的优点。 同 DS18B20 一样， DS18B20也支持“一线总线”接口，测量温度范围为 -55C+125C，在 -10 +85C范围内，精度为 0.5C。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输， 大大 提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程 控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同，新的产品支持3

23、V5.5V 的电压范 围，使系统设计更灵活、方便，而且新一代产品更便宜，体积更小。 栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。 2.2.1 DS18B20 的特性 （1）适应电压范围更宽，电压范围： 3.0 5.5V，寄生电源方式下可由数据线供。 （ 2）独特的单线接口方式， DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现 微处理器与 DS18B20的双向通讯。 辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。 3） DS18B20支持多点组网功能，多个 DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组 网多点测温。 （4）DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如 一只三极管的集成电路内。 峴扬斕滾澗

24、辐滠兴渙藺。 （5）温范围 55 125，在-10 +85时精度为 0.5。 （6）可编程的分辨率为 912位，对应的可分辨温度分别为 0.5 、0.25 、0.125 和0.0625 ，可实现高精度测温。 詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。 （7）在 9位分辨率时最多在 93.75ms内把温度转换为数字， 12位分辨率时最多在 750ms内把温度值转换为数字，速度更快。 则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。 （ 8）测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传送给CPU，同时可传 送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。 （9）负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工

25、作。 2.2.2 DS18B20 的测温原理 DS18B20的测温原理如图 2.1 所示，图中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，

26、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。 DS18B20在正常使用时的测温分辨率为 0.5 ，如果要更高的精度，则在对 DS18B20测 温原理进行详细分析的基础上，采取直接读取DS18B20内部暂存寄存器的方法，将 DS18B20的测温分辨率提高到 0.1 0.01 。鳃躋峽祷紉诵帮废掃減。 图 2.1 DS18B20 测温原理图 2.2.3 DS18B20 与单片机接口电路 P3.7 口和 DS18B20的引脚 DQ连接，作 为单一数 据线。U4 即 为温度传 感芯片 DS18B20， 本 设 计 虽 然 只 使

27、 用 了 一 片 DS18B20，但由于不存在远程温度测量的考 虑，所以为了简单起见，采用外部供电的方 式，如左图 2.2 所示。测温电缆采用屏蔽 4 芯双绞线，其中一对线接地线与信号线，另 一对接 VCC和地线，屏蔽层在电源端单点接 地。稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜。 图 2.2 DS18B20 与单片机接口电路 2.3 显示驱动电路设计 采用 74HC245总线驱动器，是典型的 TTL型三态缓冲门电路。主要作用是将信号的 功率放大。第 1 脚 DIR，为输入输出端口转换用， DIR=“1”高电平时信号由“ A” 端输入“ B”端输出， DIR=“0”低电平时信号由“ B”端输入“ A”端输出。第2

28、9 脚“A”信号输入输出端， A1=B1、 A2=B2、A3=B3、A4=B4、A5=B5、A6=B6、 A7=B7、 A8=B8， A1与 B1 是一组，如果 DIR=“1”OE=“0”则 A1 输入 B1 输出，其它类同。 如果 DIR=“0”OE=“0”则 B1输入 A1 输出，其它类同。第 1118 脚“B”信号输 入输出端， 功能与“ A”端一样， 不再描述。 第 19 脚 OE，使能端，若该脚为“ 1”A/B 端的信号将不导通，只有为“ 0”时 A/B 端才被启用，该脚也就是起到开关的作用。 第 10 脚 GND，电源地。第 20 脚 VCC，电源正极。如下图 2.3 所示： 陽簍

29、埡鲑罷規呜旧岿 錟。 图 2.3 74HC245 驱动器的电路连接 2.4 按键电路设计 采用独立按键接口，这种方式是各种按键相互独立，每个按键接一根输入线，一根 输入线按键的工作状态不会影响其他输入线上的工作状态。因此，通过检测输入线的电 平状态可以很容易判断哪个按键被按下。 沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。 独立式按键电路配置灵活，软件简单。但每个按键需要占用一根输入口线，在按键 数量较多时，需要较多的输入口线且电路结构复杂，故此种键盘用于按键较少或操作速 度较高的场合。独立式按键电路按键直接与单片机的 I/O 口连接，通过读 I/O 口，判定 每个 I/O 口的电平状态，即可识别按下的键。 钡嵐縣

30、緱虜荣产涛團蔺。 由于只有四个按键，因此按键接口电路的设计比较简单，单片机 P3.2 和 P3.3 端口 设定为输入状态，平时通过电阻上拉到 Vcc，按键按下时，对应的端口的电平被拉到低 电平，如下图 2.4 所示。这样就可以通过查询有无外部中断来判断有没有按键按下，按 键各接一根输入线，一根输入线的按键工作状态不会影响其他输入线上的工作状态。通 过内部判断是否产生外部中断，即可识别按下的键。 2 个按键定义如下： 懨俠劑鈍触乐鹇烬觶 騮。 P3.2: 个位按键，按此键则设定温度的设定值个位加一。 P3.3: 十位按键，按此键则设定温度的设定值十位加一。 图 2.4 按键电路 2.5 光耦隔离

31、输出电路 光耦隔离就是采用光耦合器进行隔离 , 光耦合器的结构相当于把发光二极管和光敏 （三极）管封装在一起。 发光二极管把输入的电信号转换为光信号传给光敏管转换为电信 号输出，由于没有直接的电气连接，这样既耦合传输了信号，又有隔离作用。 謾饱兗争詣繚 鮐癞别瀘。 在此系统中， 使用的绿色 LED灯模拟加热装置与红色 LED灯模拟报警信号装置的控 制就是采用的光耦隔离电路， 单片机产生的命令信号通过光电耦合隔离电路传送给加热 装置和报警装置 2.6 整体硬件电路 系统整体的硬件电路设计如下图 2.6 所示： 图 2.6 整体硬件电路 第 3 章 热式热水器温度控制系统的软件设计 整个系统需要对

32、每一个硬件模块进行软件设计。在这一章，主要针对每个硬件电路 模块编程，然后进行系统的整合，最后输入到控制处理器中实现所有设计功能。 莹谐龌蕲 賞组靄绉嚴减。 3.1 系统软件设计框图 如下图 3.1 所示 : 10 图 3.1 系统软件设计框图 麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶。 根据设计要求，首先要确定软件设计方案，即确定该软件应该完成那些功能；其次 是规划为了完成这些功能需要分成多少个功能模块， 以及每一个程序模块的具体任务是 什么。一般划分模块应遵循下述原则： 納畴鳗吶鄖禎銣腻鰲锬。 1）每个模块都应具有独立的功能，能产生一个明确直观的结果。 2）模块长度要适中。模块太长时，分析和调试比较困难，失去

33、了模块化程序结构 的优越性；模块太短则信息交换太频繁，也不合适。 風撵鲔貓铁频钙蓟纠庙。 3）每个模块之间的控制参数应尽量简单，数据参数应尽量少。控制参数是指模块 进入开始运行和退出停止运行的条件及方式，数据参数是指模块间的信息交换方式、交 换量的多少及交换的频率。 灭嗳骇諗鋅猎輛觏馊藹。 该系统的软件由五大模块组成： 主程序模块、温度采集模块、 报警及加热电路模块、 温度显示模块、键盘扫描模块。下面将对这几个模块具体阐述，相对应的汇编程序语言 详见附录。 铹鸝饷飾镡閌赀诨癱骝。 3.2 主程序模块 计算机基本的被独立提供出来的程序，它能够调用子程序，而不被任何子程 序所调用，它是计算机程序的

34、中心部分。主程序的设计内容一般包括：主程序的起始 地址，中断服务程序的起始地址，有关存储单元及相关部件的初始化和一些子程序调用 等等。 攙閿频嵘陣澇諗谴隴泸。 主程序模块的主要内容是对整个系统进行初始化，并且包含调用子程序。在本课题 研究的系统中，主程序主要为两个部分：第一个是对系统初始化，如打开相关中断，设 置相关引脚的电平信号以及设置初始实际水温和设定水温的数值 。趕輾雏纨颗锊讨跃满賺。 此系统中主程序初始化包括以下内容： 11 1）外部中断 0 采用边沿触发： SETB IT0 2）打开中断允许命令： SETB EA 3）打开外部中断 0： SETB EX0 4）外部中断 1 采用边沿触

35、发： SETB IT1 5）打开外部中断 1： SETB EX1 6）设置初始实际水温和设定水温都为 0 MAIN1: SETB IT0 SETB EA SETB EX0 SETB IT1 SETB EX1 SETB P3.6 SETB P3.2 ；初始化系统 MOV 74H,#0 MOV 75H,#0 MOV 76H,#0 MOV 77H,#0 ；设置初始显示温度 MAIN: LCALL GET_TEMPER ；调用温度采集程序 LCALL CVTTMP LCALL DISP1 ；调用显示程序 AJMP MAIN 3.3 温度采集模块 该模块主要对温度传感器 DS18B20的操作，主要包括以

36、下几个内容： A、DS18B20的初始化 1）先将数据线置高电平“ 1”； 2）延时 ; 3）数据线拉到低电平“ 0”； 4）延时； 5）数据线拉到高电平“ 1”； 12 6）延时等待（如果初始化成功则在 15到 60毫秒时间之内产生一个由 DS18B20 所返回的低电平“ 0”。据该状态可以来确定它的存在，但是应注意不能无限的进 行等待，不然会使程序进入死循环，所以要进行超时控制）； 夹覡闾辁駁档驀迁锬減。 7）若 CPU读到了数据线上的低电平“ 0”后，还要做延时； 8）将数据线再次拉高到高电平“ 1”后结束。 B、DS18B20的写操作 1）数据线先置低电平“ 0”； 2）延时； 3）按

37、从低位到高位的顺序发送字节（一次只发送一位）； 4）延时； 5）将数据线拉到高电平； 6）重复上 1到 6的操作直到所有的字节全部发送完为止； 7）最后将数据线拉高。 C、DS18B20的读操作 1）将数据线拉高“ 1”； 2）延时； 3）将数据线拉低“ 0”； 4）延时； 5）将数据线拉高“ 1”； 6）延时； 7）读数据线的状态得到 1 个状态位，并进行数据处理； 8）延时。 程序内容详见附录。 3.4 报警及加热电路模块 此模块主要控制报警功能，当实际水温高于设定水温时红灯亮报警，当实际水温低 于设定水温时绿灯亮开启加热装置。 视絀镘鸸鲚鐘脑钧欖粝。 使用单片机 AT89C51的 P3.

38、5 和 P3.6 分别作为红灯和绿灯的输入信号。 当单片机内 部对温度进行处理后的结果来设定这两个引脚的电平信号。 当P3.5 的信号为高电平时， 此时报警电路被触发，红灯亮，系统处于报警状态。当 P3.6 的信号为高电平时，此时 加热电路被触发，绿灯亮，系统处于加热状态。程序内容如下： 偽澀锟攢鴛擋緬铹鈞錠。 LEDH: CLR P3.6 SETB P3.5 ；报警电路被触发，红灯亮，系统报警 13 SJMP PLAY PLAY1: SETB P3.6 ；加热电路被触发，绿灯亮，开启加热装置 CLR P3.5 SJMP PLAY 3.5 温度显示模块 该系统中的温度显示采用两个两位的数码管显

39、示，一个显示设定温度，另一个显示 实际温度。 软件设计中将实际水温数据的十位和个位分别存放在地址为74H和 75H的单元中， 设定水温的数据的十位和个位存在地址为 76H和 77H的单元中。根据设计要求，设定水 温范围是在 0 -63 ，那么通过程序设计设定水温只能从 0 增加到 6，当设定水温为 0 到 5 时，个位可以从 0 增加到 9 然后循环增加，当设定水温十位为 6 时，个位只能从 0 增加到 3 然后循环增加。而实际水温则通过温度传感器来模拟，因采用的是两位数码管 显示，故可调节范围为 0-99 。 緦徑铫膾龋轿级镗挢廟。 3.6 键盘扫描模块 此模块的主要作用是通过按键来设定水温

40、，系统设置了两个按键，一个调节个位， 另一个调节十位。按键设定水温在该系统的软件设计中是采用外部中断的方式来实现 的。在程序中需要设定通过按键实现的功能，此系统中个位按键的基本原则是按一次设 定温度的个位加 1，加到 9后转为 0再继续增加，但是当十位为 6 时，是加到 3 后转为 0 再继续增加；十位按键的基本原则是按一次设定温度的十位加1，加到 6 后转为 0 再 继续增加。程序内容如下： 騅憑钶銘侥张礫阵轸蔼。 */ 中断程序，按键设定温度模块 疠骐錾农剎貯狱颢幗騮。 ZINT0: PUSH ACC；进入外部中断 0，保护现场 INC 75H；按键个位加一 MOV A,76H CJNE

41、A,#6,L1；判断十位是否等于 6 MOV A,75H CJNE A,#4,ZINT01；判断个位是否等于 4 MOV 75H,#0 L1: MOV A,75H CJNE A,#10,ZINT01；判断个位是否等于 10 MOV 75H,#0 14 ZINT01:POP ACC RETI ；进入外部中断 1，保护现场 ；按键十位加一 ；判断十位是否等于 7 ZINT1: PUSH ACC INC 76H MOV A,76H CJNE A,#7,ZINT11 MOV 76H,#0 ZINT11:POP ACC RETI 第 4 章 热式热水器温度控制系统仿真 整个温度控制系统的设计包括硬件设计

42、和软件设计。 这一章的主要内容是将硬件设 计部分和软件设计部分连接起来通过 proteus 软件进行仿真，将系统的设计功能通过仿 真模拟体现出直观的效果。 镞锊过润启婭澗骆讕瀘。 4.1 proteus 简介 Proteus 软件是英国 Labcenter electronics 公司出版的 EDA工具软件。它不 仅具有其它 EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好 的仿真单片机及外围器件的工具。 Proteus 是世界上著名的 EDA工具 （ 仿真软件 ） ， 15 PCB设计，真 PCB设计 IAR 、Keil 和 从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，

43、一键切换到 正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、 软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台。在编译方面，它也支持 MPLAB等多种编译器。 榿贰轲誊壟该槛鲻垲赛。 4.1.1 软件功能特点 1）实现了单片机仿真和 SPICE 电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿 真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、 RS232动态仿真、I2C 调试器、SPI 调试器、 键盘和 LCD系统仿真的功能； 有各种虚拟仪器， 如示波器、逻辑分析仪、 信号发生器等。 邁茑赚陉宾呗擷鹪讼凑。 2）支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有： 68000系列、 8051 系 列、

44、AVR系列、PIC12系列、PIC16 系列、PIC18 系列、 Z80系列、 HC11系列以及各种外 围芯片。 嵝硖贪塒廩袞悯倉華糲。 3）提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能， 同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有 这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如 Keil C51 uVision2 等软件。 该 栎谖碼戆沖巋鳧薩锭。 4）具有强大的原理图绘制功能。总之，该软件是一款集单片机和SPICE 分析于一 身的仿真软件，功能极其强大。本章介绍 Proteus ISIS 软件的工作环境和一些基本操 作。劇妆诨貰攖

45、苹埘呂仑庙。 4.2 仿真结果 1、打开已经设计好的电路图文件，运行仿真。首先，数码管显示的设定水温 与实际水温。设定的温度初始状态为0，假设实际温度为 20，由于元器件的不 精确与各种不良因素的干扰，数码管显示有1的误差。如下图 4.1 所示： 臠龍讹驄 桠业變墊罗蘄。 16 图 4.1 初始温度显示 2、设置设定水温。系统中有两个按键，一个为温度十位的设置键，按一下加一； 另一个是温度个位设置键，按一下加一。现设定温度63，假设实际水温为 31，如 下图 4.2 所示： 鰻順褛悦漚縫冁屜鸭骞。 图 4.2 温度设置 3、模拟加热和报警装置。系统采用一个绿色 LED 灯来模拟加热装置，采用一

46、个红 色 LED灯来模拟报警信号。 当绿灯亮则表示开启加热装置， 系统处于加热状态； 当绿灯灭则表示关闭加热装置， 系统处于停止加热状态。当设定水温高于实际水温时，系统自动启动加热装置；当设定 水温低于实际水位时，系统自动关闭加热装置。 穑釓虚绺滟鳗絲懷紓泺。 当红灯亮则表示设定水温低于实际水温，发出报警信号；当红灯灭则表示设定水温 高于实际水位，系统处于加热状态。 隶誆荧鉴獫纲鴣攣駘賽。 17 1）当设定温度为 62，假设实际水温为 35，则此时绿灯亮， 红灯灭，如下图 4.3 所示： 图 4.3 加热状态 2）当设定温度为 50，假设实际水温为 62时，则此时绿灯灭，红灯亮，如下图 4.4

47、 所示： 图 4.4 报警停止加热状态 4、整体电路仿真如下图 4.5 和图 4.6 所示： 18 DI :塚灯亮綜訂通电麻工； 二 也谕t云 躺水麻于设定水温虑Hi状酢 ii J I I I I a Il I b u I I I J h h i I I I I iijaariiiii.1 I I I J a 绿灯灭表示=斷电不加如红fK表示：宾际水注I诵谡定水湿* 设定水温 实际水温 U1 18 V: 13 7 -U4 7 Pl.fli 1i Pl.l PI.2 Fl.i Pf. Pf.5 Pte Pf.7 30 11 R1 r -li： T -.TEXT- iM : l -Mwr . ii

48、exr： -：lpT CC DQ 酬D OSI9I XT.1 R3.I/ADI 殆T RO.AH? PD?炉g POAEM- PO.5/AE5 PD/ifi Pi3.7/AOT 円.1她 P J 2/A10 PSEN .ALE P2 3/A11 P2 4jA12 g? P2.5/A13 P2.5ZA14 P2JXA15 P1.0 F3J/RW PU P1J Pk3 P3.T/IXD ! m 7/iwTT r J idr斗 pj.j/iTfi Pi.4 P*4 FIJ P3.5/TI Pl.ft PI.? 舫方丽 F3.7ira ATB5CJT red 出 卩D re I PD2 FD3 FD_

49、4 PD5 P0 6 7-4HCJ45 IB Pl Rl Fl Bl zn- 18创 M7Ei ll- W 卡 U3 is ? US -RIO- Ih 4R 20 pFTQCpUPLER4;JD； 汀訪) 4JQR. pPTOCQUFLER-FWJD US R11- I1 - ，D) 辱灯亮表示二通电帕熱 绿划火和：斷电不風暮 1 R6 - ph - 贰TNT i R7 - D2 红灯亮碌实际水逞大于谡定水逞 筝处于搖善状态农 红U灭袁示：实际水編小甬设建水温 U1 卜 XTAL1 XTAQ Rsnr PS6N ALE EA A： Pl.D Pll Pi.2 Pls :P1 P1.5 Fl-S

50、 Pl7 FU Pl I P1 H P1J Fl 4 P1 5 Pl-6 Fk? atbScsT GHD 口$怡監D 一订时. Pfl.DZABD PO.IADi PB.3/AD3 旳.4+ 卩阳 P0.6ZAD6 PD.? B23B F2.I她 PJ.2W0 P.3/A11 F1.4MI3 卩佃凸门 P3.6tM 斗 P2.7/Ali P3D/1RXD pa. I/mo P3 2/1N1D PJ/iNTT PS.4fTtl ps.sm P3.6iW P3.7/ra sa 更 的 34 33 .0 24 13 lfl 12 W. W. ft T 设定水湍 卖际水温 U2 A3 医_ PD.D

51、PD.1 P0.2 FD Ptf.4 p&.s FD.6 18 B M7 B 汹日 IS B 1.5 Fl. P!.7 罷_ 凸Rf賊 .严呵彎 通过上述仿真，实现了系统设置水温、自动加热和报警等功能。当实际水温低于设 定水温时系统自动开启加热装置， 当水温上升到设定温度后系统会自动停止加热并且产 生报警信号。软件和硬件部分系统整合后，通过系统仿真实现了热水器温度控制系统的 各项设计功能。 浹繢腻叢着駕骠構砀湊。 21 结论 经过近三个月的学习设计，我学到了很多新的知识，培养和锻炼了我的创新能力和 实际操作的能力， 在毕业设计过程中给我最大的感受就是理论上和实际应用是有很大的 差距的，只有在实

52、践中检验理论的时候，自己才会认识到很多的问题。像在之前的单片 机的汇编语言学习中感觉挺简单， 但是要把这些程序组织起来设计成一个系统的程序还 是有难度的，也只有在实践中自己才能认识到很多问题，才能更深刻的认识到理论中的 一些基本问题，也才能发现自己身上的不足和很多未知的新问题。 鈀燭罚櫝箋礱颼畢韫粝。 软件方面采用模块化编程，提高了通用性，思路也比较清晰，使整个系统的程序简 洁很多，并且可移植性较强 。 设计中使用的 MCS-51单片机，体积小，重量轻，抗干扰能力强，对环境要求不高， 价格低廉，可靠性高，灵活性好。本设计的温度控制检测和报警系统，只是单片机广泛 应用于各行各业中比较简单的一例。

53、 惬執缉蘿绅颀阳灣熗鍵。 使用的 DS18B20温度传感器具有微型化、低功耗、高性能、抗干拢能力强、易配微 处理器等优点，特别适合于构成多点温度测控系统，可直接将温度转化成串行数字信号 供微机处理。从 DS18S20读出或写入 DS18S20信息仅需要一根口线，其读写及温度变换 功率来源于数据总线，该总线本身也可以向所挂接的 DS18S20供电，而无需额处电源。 贞廈给鏌綞牵鎮獵鎦龐。 在这次设计过程中，体现出自己单独设计的能力以及综合运用知识的能力，体会了 学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节， 从而加以弥补。 嚌鲭级厨胀鑲铟礦毁蕲。 22 参考文献 1

54、 曾屹，彭楚武单片机原理与应用 S中南大学出版社， 2009：18-327. 2 楼然苗，李光飞单片机课程设计指导 M北京航空航天大学出版社， 2007：55-73. 3 周润景，张丽娜基于 proteus 的电路及单片机系统设计与仿真 M北京航空航 天大学出版社， 2006：3-336 薊镔竖牍熒浹醬籬铃騫。 4 周润景，刘映群 Proteus 入门实用教程 M机械工业出版社， 2007：267-332 5 张永枫单片机应用实训教程 S. 西安电子科技大学出版社， 2005：107-267 6 肖洪兵，胡辉，郭速学跟我学单片机 S北京航空航天大学出版社， 2002：192-218. 7 赵晓

55、安 . MCS-51单片机原理及应用 Z. 天津：天津大学出版社， 2001：66-120. 齡践砚语蜗铸转絹攤濼。 8 周航慈. 单片机应用程序设计技术 M. 北京航空航天大学出版社 ,1991 ：05-100. 9 余锡存,曹国华.单片机原理及接口技术S.西安电子科技大学出版社， 2002：20-86. 23 附录 绅薮疮颧訝标販繯轅赛。 附录 1：系统软件设计的源程序 ORG 0000H LJMP MAIN1 ORG 0003H LJMP ZINT0 ORG 0013H LJMP ZINT1 TMPL EQU 29H TMPH EQU 28H FLAG1 EQU 38H DATAIN B

56、IT P3.7 * MAIN1: SETB IT0 SETB EA SETB EX0 SETB IT1 SETB EX1 SETB P3.6 SETB P3.2 MOV 74H,#0 MOV 75H,#0 MOV 76H,#0 MOV 77H,#0 MAIN: LCALL GET_TEMPER LCALL CVTTMP LCALL DISP1 AJMP MAIN 温度采集，控制温度模块 饪箩狞屬诺釙诬苧径凛。 * INIT_1820: SETB DATAIN NOP CLR DATAIN MOV R1,#3 TSR1: MOV R0,#107 DJNZ R0,$ DJNZ R1,TSR1 24

57、 SETB DATAIN NOP NOP NOP MOV R0,#25H TSR2: JNB DATAIN,TSR3 DJNZ R0,TSR2 CLR FLAG1 SJMP TSR7 TSR3: SETB FLAG1 CLR P1.7 MOV R0,#117 TSR6: DJNZ R0,$ TSR7: SETB DATAIN RET GET_TEMPER: SETB DATAIN LCALL INIT_1820 JB FLAG1,TSS2 NOP RET TSS2: MOV A,#0CCH LCALL WRITE_1820 MOV A,#44H LCALL WRITE_1820 ACALL D

58、ISP1 LCALL INIT_1820 MOV A,#0CCH LCALL WRITE_1820 MOV A,#0BEH LCALL WRITE_1820 LCALL READ_18200 RET WRITE_1820: MOV R2,#8 CLR C WR1: CLR DATAIN MOV R3,#6 DJNZ R3,$ RRC A MOV DATAIN,C MOV R3,#23 DJNZ R3,$ 25 SETB DATAIN NOP DJNZ R2,WR1 SETB DATAIN RET READ_18200: MOV R4,#2 MOV R1,#29H RE00: MOV R2,#8

59、H RE01: CLR C SETB DATAIN NOP NOP CLR DATAIN NOP NOP NOP SETB DATAIN MOV R3,#9 RE10: DJNZ R3,RE10 MOV C,DATAIN MOV R3,#23 RE20: DJNZ R3,RE20 RRC A DJNZ R2,RE01 MOV R1,A DEC R1 DJNZ R4,RE00 RET CVTTMP: MOV A,TMPH ANL A,#80H JZ TMPC1 CLR C MOV A,TMPL CPL A ADD A,#1 MOV TMPL,A MOV A,TMPH CPL A ADDC A,#0 MOV 73H,#0BH SJMP TMPC11 26 TMPC1: MOV 73H,#0AH TMPC11:MOV A,TMPL