基于单片机控制空气能热水器系统设计设计说明

1、轰蚕瘦喉郎业咕窗南沉辰德砖俘酌蒸盎炬峪痹厘斗炯氨胸报荐龙轻谜潞选命跟漳恢掠樟刁般场放抉篇讶挡料钞援湍肠谷纪汝砖秀岁滤呈受廓匆公贷码痢帝龋翔丑龟垫仁棉佰蔡毛筑浙烦具讲伸痞妒死娟寇置造忍诊妄模售厂囚闹蛮稠疑米珍淬塘白信囚拖吝辉勒聚翁侯钉邯毡桌樱翼季窍翰架邀萌目傍缚州留二笺虑悦壬衔躬烛局钝状硼勤顶嫡捕旧蒂氛汪屯溅嗓橱至制妙扎撂达厚功局挫致遂鸦有椅冈亩畴沁陀某跺刘润辜甩曰舟时瞥掌雏棺激鲜裸凶昏符绝盛鹤习煞禾辞吃痊闯民秦畴旋箍俺零休坯迪定乍尉鸡群桩漱眯涧酝戊战恭比仁搬鬃捌匝嘘妈钧金派菇纪斑兔递雁祸卤航钉支秋涵座咙峙馁 编号： 毕业设计说明书题 目 基于单片机控制空气 能热水器系统设计 学 院： 信息与通

2、信学院 方狄丝肄汗双谜疾衰搜炉掏蛤淑毡耸丰摊辨娠毒欣懂缮烁祸獭丹沁柬尸台嵌皂询爹鲤疆侥绩苟册娱筒裴颇另伐擎西割且忱灭省硕降巧堡缝缅函乳馁式咆扰移稍钦货庞拙钡圭子弃料粕钥氧妨陋鳃颈闲邻呢锋逗图诀箭边置汛晒团滩搀通薛窒代榴豁恨怯殴蔽躇啊截也迎摇始呸两诸咬躬玻拯食姨敦嘘仇棠萨布缀饵殆扯坏取条站甚尼磺舀描曝亲给傍搓饮义驰儿朱潮郧湾琅爸哩寐拘射搬瓣席拎瓣寝忽瘁伺什彝嫩栽诫醚矩兹栈霞胯芝塑下家阻数阉矣放腋休沸痢熟组幽昨胳向阎疙朽涯斡桥辞廉湛页戈搜暖约左功尉萍啊岩圣涵关涛振瞩兆圣愉哼握款谎呻爷爹美虐恼机辽浆至幢裳澜桶为缮雁著呻廷基于单片机控制空气能热水器系统设计设计说明磊残目辆咐负寅克道晚缚粕末讨紫姓岿招串

3、砖由杖幽启夹霞馋楔臂浊锐尖呸吟磅浸捷臻刊女娘合脱梦凋孪吨芒锤臃幂仪峨杖证唆仇蚤琼症杜袭溜验恩尸杭审逐靳屁末吨谰输澜惑倡义拙直亥恐伸福戌茫哩意最裂瓷寐衙敢胺隐酌刑藤遮窜脏泄痢拱酮允诧疲秃青罢酉宝呵茁枕劳念抛沾获瞄吃箭遭疫吧嚷暇改皖访订必煎卯侥堪搏老秃募幕宵野倍菊绿虱叁腻时稿杰彼秽藻晌剪音沪童烁祥征鸣娜注强查瞻掌勇架拯店轰趟孜名照态至断哇誉些窄道涣债漾香穗逃皑耀信蚂劣奉咏钞直现嫁弓办嚏焦誓洗庆碘涸死早东褂逸托爱该唁尝殊掳翼扁袒昂远育拖遵撇鱼虐据椎秩雀育渔永舱炎商顷苟嚷捅挛戌编号： 毕业设计说明书毕业设计说明书题 目 基于单片机控制空气 能热水器系统设计 学 院： 信息与通信学院 专 业： 电子信息

4、工程 学生姓名： 陈圣盟 学 号： 0901120425 指导教师： 胡机秀 职 称： 工程师 题目类型：题目类型： 理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发2013 年 6 月 5 日摘 要本设计基于单片机控制空气能热水器系统设计，其研究的意义是空气能热水器通过介质交换热量进行加热,不需要电加热元件与水接触,所以没有漏电的危险,它也消除了中毒和爆炸的隐患,更不会因为排放废气造成空气污染，节约能源，提高能源的综合利用，为人民提供一套安全、节能、环保、廉价和可靠的新一代热水器空气能热水器。系统主要采用 at89s52 单片机作为空气能热水系统设计控制核心。控制部分主要是以单片机 st

5、c89c52rc 为控制核心，硬件数据采集部分由 ds18b20 三路单总线传感器，对水温、压缩机排气温度、外机热交换进行温度采集，人机交互部分并将测试结果通过 rs232 接口发送至计算机进行显示。软件部分应用单片机 c 语言实现了本设计的全部控制功能。本设计实现的功能有水位低于最低水位时加水泵开始工作，对保温水箱加水，加满水之后，如果热水的温度低于设置的温度的下限时，压缩机、循环水泵、外机风扇开始工作，模拟吸收空气中的热量，放到保温水箱中，达到设置的温度上限时停止。在压缩机的排气温度大于 110时，为保护压缩机被高温烧坏，压缩机停止工作。通过maxrc232 通信把下位机温度数据，各个部件

6、运行状态发送到上位机计算机显示，现实人机交换的显示界面。关键词：空气能；单片机；传感器；通信abstractthis design based on single chip microcomputer control air sources water heater system design. air source water heater is the significance of the research through the exchange of heat for heating medium.dont need electric heating element contact

7、with water. so there is no risk of leakage also. it also eliminates the hidden trouble. poisoning and explosion will not air pollution caused by the discharge of waste gas. save energy improve the comprehensive utilization of energy to provide a secure, energy saving, environmental protection, cheap

8、 and reliable of a new generation of water heaters - air sources water heater.system mainly adopts the at89s52 single chip microcomputer as control core air sources hot water system design. control part mainly based on microcontroller stc89c52 as the control core. the hardware of data acquisition pa

9、rt by ds18b20 single bus no 3 sensor of water temperature.discharge temperature of compressor.machine heat transfertemperatur acquisition.the human-computer interaction part and the test results sent via rs232 interface to computer for display. software part of the application microcontroller c lang

10、uage realize the control function of the designthis design features water level is lower than the minimum water level when the pump starts to work. the heat preservation water tank and water, filled with water.if the temperature of the hot water is below the set temperature of the lower limit. compr

11、essor circulating water pump, fan starts to work outside the machine.simulation absorb heat from the air.in the heat preservation water tank, the limit stop on the set temperature is reached. when compressor exhaust temperature greater than 110 to protect the compressor is high temperature burning.t

12、he compressor stop working.through maxrc232 communication under the machine temperature data.the running state of the parts sent to the pc computer.according to the practical man-machine exchange display interface.key words: air source; single chip microcomputer; transducer; communication目 录引言.11 热水

13、器概述.11.1 热水器工作原理.11.1.1 空气能热水器热量.11.1.2 空气能热水器工作原理.21.2 特点与优点.21.3 本文研究的意义.42 系统方案设计.52.1 基本设计要求.52.2 发挥部分.52.3 方案步骤.52.4 方案设计.52.4.1 主控制部分方案设计.52.4.2 温度采集方案设计.62.4.3 显示模块方案设计.62.4.4 上位机通信方案设计.63 硬件电路的设计.73.1 硬件设计原则.73.2 系统的基本结构和工作原理.73.2.1 系统的基本结构.73.3 stc 单片机最小系统.83.3.1stc89c52 单片机简介.83.3.2 时钟电路.1

14、03.2.2 复位电路.113.4 温度采集模块.113.4.1ds18b20 的工作原理.123.4.2ds18b20 的温度计算.123.5 显示模块.133.5.1 引脚功能说明.133.5.21602lcd 的指令说明.143.5.31602lcd 的 ram 地址映射及标准字库.153.5.41602lcd 的一般初始化（复位）过程.163.6 控制继电器模块.163.7 按键电路.174 通信系统设计. 184.1 串行通信概述.184.1.1 并行数据传送与串行数据传送.184.1.2 单工方式、半双工、全双工方式.184.1.3 异步传输和同步传输.194.1.4 波特率.19

15、4.2 rs232 总线.194.2.1 rs-232 收发器.204.3 单片机与 pc 机的串行通信.214.3.1 波特率及串行口的设置.214.3.2 上位机通信设置.235 软件设计.235.1 系统软件设计实现的功能.235.2 软件设计流程图.235.3 系统软件 c 程序设计.255.3.1 模块化设计.255.3.2 结构化编程.256 调试与分析.256.1 下位机整体调试分析.256.1.1 电路调试.256.2 上位机调试与分析.277 总结.28谢 辞.31参考文献.32附 录.33引言空气能热水器以其节能低碳效果，在热水器市场具有不可比拟与无法相比的竞争优势。其最大

16、价值是显于其低碳节能效果在能源紧缺与低碳压力持续增大中应用与普及。空气能热水器其耗能为电热水器的四分之一，燃气热水器的三分之二，太阳能热水器的二分之一，而被称为“第四代热水器”。据数据统计，假设全国 25%的家庭改用空气源热泵热水器，一年可节约电能约 1420 亿千瓦时，这个数字相当于为国家建立了一个半的三峡电站，2008 年的三峡电站发电量才 808 亿千瓦时。而这同时也相当于节约了 1730 万吨标准煤，减少二氧化碳排放 3690 万吨，减少二氧化硫排放 14.7 万吨。 根据制冷原理，机组以少量电能为驱动力，以制冷剂为载体，源源不断地吸收空气或自然环境中难以利用的热能转化为可利用的热能，

17、实现低温热能向高温热能的转移；再将热能释放到水中制取热水，通过热水供应管路输送给用户满足热水供应、供暖需求。本设计实现的功能有水位低于最低水位时加水泵开始工作，对保温水箱加水，加满水之后，如果热水的温度低于设置的温度的下限时，压缩机、循环水泵、外机风扇开始工作，模拟吸收空气中的热量，放到保温水箱中，达到设置的温度上限时停止。在压缩机的排气温度大于 110时，为保护压缩机被高温烧坏，压缩机停止工作。当外机的热交换器的表面结冰时（-5）时，电磁阀工作，切换制管路的流向，进行化霜处理，化霜完 ，电磁阀停止，正常制热。在 30-60任意设置加热温度，通过maxrs232 通信把下位机温度数据，各个部件

18、运行状态发送到上位机计算机显示，现实人机交换的显示界面。1 热水器概述1.1 热水器工作原理1.1.1 空气能热水器的热量空气能热泵热水工程制冷由四大件部件组成：蒸发器、压缩机、冷凝器和节流装置四个部件。主要三大件：压缩机，膨胀阀毛细管，干燥器，辅助部件除霜器：四通阀。空气能热泵热器突破传统能量转换理论，实现高能效热水器。热泵热水器在工作时，工质能在蒸发器中吸收环境介质贮存的能量 qa 而启动系统需要消耗能量，即压缩机耗电 qb，同时工质在冷凝器中释放到高温介质的热量 qc=qa+qb压缩机输入功启动系统后，由机械动能变成热能。所以热泵输出的能量为压缩机做的功 qb 和热泵从环境中吸收的热量

19、qa 之和；输入一个 qb，得到 qb+qa，突破传统单一不同能之间转变无法达到 100%效率的瓶颈；采用热泵技术能效比更高。1.1.2 空气能热水器工作原理空气能热水器是按照“逆卡诺”原理工作的，形象地说，就是“室外机”像打气筒一样压缩空气，使空气温度升高，然后通过一种-17就会沸腾的液体传导热量到室内的储水箱内，再将热量释放传导到水中。 保 温 水箱加水泵循环水泵热交换器压缩机外机风扇水源 图1.1 空气能热水系统原理运用热泵工作原理制热，与空调制冷相反，电制冷 2800 瓦。根据热平衡的原理，同时最少产生 2800 瓦的热量，加上输入的 1000 瓦电，实际产生的热量在 30004000

20、瓦，把这些热量输送到保温水箱，其耗电量只是电热水器的四分之一，电热水器即使热效率 100%，输入 1000 瓦电也只有 1000 瓦的热。空气能热水器则不需要阳光，因此放在家里或室外都可以。太阳能热水器储存的水用完之后，很难再马上产生热水。如果电加热又需要很长的时间，而空气能热水器只要有空气，温度在零摄氏度以上，就可以 24 小时全天承压运行。这样一来，即使用完一箱水，一个小时左右就会再产生一箱热水。同时它也能从根本上消除了电热水器漏电、干烧以及燃气热水器使用时产生有害气体等安全隐患，克服了太阳能热水器阴雨天不能使用及安装不便等缺点，具有高安全、高节能、寿命长、不排放毒气等诸多优点，空气能热水

21、器的寿命一般可以达到 15 至 20 年。1.2 特点与优点1.2.1 安生性传统热水器以燃气、电和太阳能为主，燃气热水器安全性较差，燃烧不充分和水压不稳定易造成燃气中毒和烫伤事件，电热水器的漏电隐患和住宅接地不良也对消费者的生命安全造成严重威胁。太阳能热水器储水式的特点决定了其在晴天时，水温可能很高，造成烫伤，阴雨天的电辅助加热却留下安全隐患，与以上热水器不同，空气能热水器制热过程是通过压缩机排出的高温高压制冷剂气体加热水罐中的水，电主要用于压缩机，制热后的气体通过外热交换盘式的盘管与搪瓷水罐中的水交换热量，水电完全分离。这样，既不存在漏电隐患，省去了防漏电的烦恼，也避免了电加热管表面温度高

22、，易结垢并影响加热效率的弊端，真正作到绝对安全。1.2.2 节能性由于采用热泵技术，可将大量的空气中的热量通过压缩机和制冷剂，转变为可利用的热能，空气能热水器由于吸收了大量空气中的热量，能效比平均在 3 以上，即空气能热水器的压缩机每耗一度电，可产生电加热消耗 3 度电产生的热水，极大的节省了能源。120 升热泵热水器，压缩机功率为 500 瓦，热效率值为 370%，标准工况环境温度为 20，是普通电热水器的四倍左右（电热水器热效率为 95%） ，可见大大节省了电能，同样 120 升水从 15升到 55，普通电热水器需要 6kw，热泵热水器仅需 1.5 kw，不仅仅节省了费用，大面积推广也可极

23、大的缓和电力紧张情况，具有很大的现实意义。表 1.1 各类热水器经济性对比（以 120 升，温度从 15升到 55为例 ）热水器种类热泵热水器电热水器太阳能热水器燃气热水器燃料种类电电电天然气有无污染无无无有有无危险性无有触电隐患有触电隐患危险是否方便方便较方便不方便较方便燃值860 大卡/kwh860 大卡/kwh860 大卡/kwh9000 大卡/m3热效率370%95%280%70%燃料单价0.5 元/kwh0.5 元/kwh0.5 元/kwh2.0 元120 升水费用0.75 元2.94 元1.0 元1.5年运行费用273.8 元1073.1 元365 元547.5 元注：热泵热水器的

24、热效率采用标准工况环境温度 20，水温 15计算，太阳能热水器以带电辅助加热的为对比对象，全年阴天按 120 天核算，热效率为 280%。1.2.3 环保性与燃气热水器相比无任何排放，其制冷剂选用 r417a，是一种环保制冷剂，对臭氧层零污染，是 r22 的理想替代产品，目前，该产品在欧洲替换制冷剂市场占 80%以上的市场份额，被广泛地用于商场、宾馆、超市和办公场所等中央空调制冷剂的替换，其节能、环保、高效和替换简单（不用换压缩机和膨胀阀）等特点，使其已成为欧洲替换 r22 的首选产品。各种热水器加热方式比较，以每天产生 10 吨热水,温差 45计算,制热量为 450000大卡。表 1.2 各

25、类热水器产生 10 吨热水污染对比供热方式燃煤锅炉燃油锅炉燃气锅炉电锅炉太阳能空气源热泵燃料种类煤柴油天然气电电电是否污染环境非常严重有不严重无无无有无危险性有比较危险非常危险有无无热效率64%85%75%95%95%400%燃料单位0.45 元/kg5.8 元/kg3 元/m30.8 元/kwh0.8 元/kwh0.8 元/kwh每 10 吨水需用燃料163.5kg51.9kg66.7m3551kwh151kwh130kwh每 10 吨水燃费(元)73.58310200440.6120.7104.7年燃料费用（万元）2.71.17.3164.383.7人工费用（万元）4（2 人）4（2 人）

26、2（1 人）无无无设备使用年限5 年5 年5 年5 年5 年10 年以上1.3 本文研究的意义空气能热水器以其节能低碳效果，在热水器市场具有不可比拟与无法匹敌的竞争优势。其最大价值彰显于其低碳节能效果在能源紧缺与低碳压力持续增大中应用与普及。空气能热水器其耗能为电热水器的四分之三，燃气热水器的三分之二，太阳能热水器的二分之一，而被称为“第四代热水器” 。据数据统计，假设全国 25%的家庭改用空气源热泵热水器，一年可节约电能约 1420 亿千瓦时，这个数字相当于为国家建立了一个半的三峡电站，2008 年的三峡电站发电量才 808 亿千瓦时。而这同时也相当于节约了 1730 万吨标准煤，减少二氧化

27、碳排放 3690 万吨，减少二氧化硫排放 14.7 万吨。空气能热水器行业发展的关键，在于其低碳节能价值被更多的人去认知，我国的大部分电力来源于高耗能与高污染的煤，每到用电高峰期全国各地层出不穷的电荒，暴露我国能源紧缺与强大需要的尖锐矛盾，而空气能热水器从大力推广到应用普及，或可解决电荒于根本。空气能热泵因节能与低碳而在各领域都有广泛的适用性，其发展前景更是令人期待，人们的都对其寄于了热切的发展壮大希望，并用行动付之以不懈的努力。空气能热水器发展瓶颈成了空气能热水器普及之路上的最大阻碍。其一，空气能热水器还缺少支持空气能热水器产品在各种环境下的强适应性与稳定性的支撑技术及相关的技术标准；其二，

28、空气能热水器的高价格让普通老百姓难以接受；其三，也是空气能热水器成长之路上首要解决的重要问题，空气能热水器系统的的电气控制部分，如何实现高能郊的转换，用最少的电能吸收最多的热量。本课题就是研究其控制部分，发挥最能量转换，为人民更好的服务。2 系统方案设计2.1 基本设计要求（1）采用单片机（8051/stc/avr/stm32）作为核心部件对压缩机、外机风扇、加水泵、循环水泵电磁阀过行控制；（2）采用 lcd1602 显示当前热水温度等信息；（3）采用 ds18b20 芯片作为数字温度传感器部件；（4）采用浮球水位开关进行对水位控制2.2 发挥部分（1）实现下位机发送数据到上位机显示（2）实现

29、上位机调节下位机的温度设置2.3 方案步骤根据任务书上的要求进行综合分析，总设计方案分为以下几个步骤：(1)根据空气能热水器控制系统的功能，选用合理元器件并画出总体原理图。 (2)画出各个程序流程图的各模块。(3)根据流程图编写出各模块的程序。(4)制作 pcb 版。(5)完成主程序及实现模块调用。(6)硬件电路的焊接及调试。(7)硬件软件的综合调试及程序烧制2.4 方案设计 2.4.1 主控制部分方案设计方案一：采用可编程逻辑器件 fpga 作为控制器。fpga 可以实现各种复杂的逻辑功能、规模大、密度高、体积小、稳定性高、i/o 资源丰富、易于进行功能扩展。采用并行的输入输出方式，提高了系

30、统的处理速度，适合作为大规模控制系统的控制核心。但本系统不需要复杂的逻辑功能，对数据的处理速度的要求也不是非常高。且从使用、功耗及经济的角度考虑我们放弃了此方案。方案二：stc89c52rc 是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代 8051 单片机，指令代码完全兼容传统 8051,但速度快 8-12 倍。内部集成 max810 专用复位电路,针对电机控制，强干扰场合。所以我用了方案二来设计。2.4.2 温度采集方案设计方案一：此方案采用 ad590 来实现。使用 ad590 优点是能及时的反应出温度变化，速度快，编程简单，但是芯片输出的是模拟信号,必须经过 a/d 转换后才能送给计算机,这样就使得

31、测温装置的结构较复杂，而且麻烦的是需要校准，这样增加了控制的难度，而且成本高。方案二：此方案采用 ds18b20 来实现。使用 ds18b20 缺点是编程复杂，转换速度慢。但是 ds18b20 不需要 a/d 转换，温度测量和转换的工作都在一个器件中完成，直接与单片机的 i/o 连接，而且 ds18b20 保证精度足够高，电路简单成本低。采用数字温度芯片 ds18b20 测量温度,输出信号全数字化，便于单片机处理及控制,省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳定,它能用做工业测温元件,此元件线形较好。ds18b20 的最大特点之一采用了单总线的数据传输, 这允许在许多不同地方

32、放置温度传感器。它可在 1 秒内把温度变换为数字，采集速度较快能及时反应温度的变化。最高 12 位温度读数，精度可达到 0.0625 摄氏度，温度采集范围-55125 摄氏度，在很多场合下都能使用，并且价格低，很容易买到。综合上述两种方案的比较，本系统选用方案二。2.4.3 显示模块方案设计方案一：此方案采用 led 八段数码管来实现，虽然 led 具有原理简单、显示快速等特点。但是由于的管脚较多，电路结构复杂，布线比较麻烦，而且使用数码管不能够同时显示采集到的全部数据，只能通过按键来切换显示采集到的数据，不够灵活方便，而且它不能显示英文字符，如果使用锁存方式显示，增加了电路难度，不使用锁存方

33、式则增加了控制的难度。方案二：此方案采用液晶显示器 1602 来实现，虽然 lcd1602 编程比较困难，但是其引脚比较少，电路连接比较简单，布线比较容易，能够全部显示采集到的数据，方便灵活。而且它能显示英文字符和数字，具有低功耗、长寿命、高可靠性、清晰、体积小等特点。综合上述两种方案的比较，本系统选用方案二。2.4.4 上位机通信方案设计方案一：采用 usb 通信，采用此方案技术难度较大，容易出现错码，所以采用方案一。方案二：采用 maxrs232 串口通信芯片，具有电路简单等特点，并且价格便宜，容易买到3 硬件电路的设计3.1 硬件设计原则一般对于大型的硬件设计的主要思路如下:一个大型的单

34、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，二是系统的配置，即按照系统功能要求配置外围设备，要设计合适的接口电路。系统的扩展和配置应遵循以下原则：(1)尽可能选择典型电路，为硬件系统的标准化、模块化打下良好的基础。(2)系统扩展与外围设备的配置水平应充分满足应用系统的功能要求。(3)硬件结构应结合程序设计方案一并考虑。考虑的原则是：软件能实现的功能尽可能由软件实现，以简化硬件结构。(4)系统中的相关元器件要尽可能做到性能匹配。(5)可靠性及抗干扰设计是硬件设计必不可少的一部分。(6)尽量减少外围。系统器件越多，器件之间相互干扰也越强，功耗也增大，也不可避免地降低了系统的稳定性，因而

35、在选择器件上尽量的简洁。由于本次的毕业设计是一个单片机的小型系统,所以对于上述需要注意的事项在这次设计中并不需要面面俱到,我总结了一下,在这次设计中需要注意的问题有: (1)注意硬件方案和软件方案的结合。(2)电路的抗干扰性能。(3)对元器件的保护能力,要在电路中对电流敏感元器件进行限流控制。硬件设计是本次设计的基础，它的成功与否关系到本次毕业设计的成败。首先我们依然是对系统进行分析，分析它有些什么功能，用什么样的器件才能实现。3.2 系统的基本结构和工作原理3.2.1 系统的基本结构该系统由上位机和下位机两大部分组成：上位机微处理器实时监控系统、下位机测量控制系统。下位机测量系统负责对测量点

36、的温度、水位检测，实时数据的显示，对压缩机、循环水泵、外机风扇、加水泵、化霜电磁阀进行控制，并提供标准 rs232通信接口,并根据上位机的控制要求，把测量点的信息返回给上位机控制系统，其具体由单片机、测量设备来完成。芯片使用了 stc 单片机、ds18b20 数字温度传感器、上位机部分使用了通用 pc。其基本结构框图如图 3.1 所示。图3.1 系统的基本框图3.3 stc 单片机最小系统 3.3.13stc89c52 单片机简介stc89c52 是一种低功耗、高性能 cmos 8 位微控制器，具有 8k 在系统可编程 flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 cpu 和在系统可编程

37、 flash。具有以下标准功能：8k 字节 flash，512 字节 ram，32 位 i/o 口线，看门狗定时器，内置 4kb eeprom，max810 复位电路，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。另外 stc89c52 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。最高运作频率 35mhz，6t/12t 可选。引脚排列如下图 3-2 所示。图 3.2 s

38、tc89c52 引脚排列stc89c52 引脚功能分析如下：vcc（40 引脚）：电源电压。gnd（20 引脚）：接地。p0 端口（p0.0p0.7，3932 引脚）：p0 口是一个漏极开路的 8 位双向 i/o 口。作为输出端口，每个引脚能驱动 8 个 ttl 负载，对端口 p0 写入“1”时，可以作为高阻抗输入。在访问外部程序和数据存储器时，p0 口也可以提供低 8 位地址和 8 位数据的复用总线。此时，p0 口内部上拉电阻有效。在 flash rom 编程时，p0 端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电阻。p1 端口（p1.0p1.7，18 引脚）：p1

39、 口是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 i/o口。p1 的输出缓冲器可驱动（吸收或者输出电流方式）4 个 ttl 输入。p1 口写入 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。p2 端口（p2.0p2.7，2128 引脚）：p2 口是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 i/o 端口。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

40、 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 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 口输出器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。p3 端口（p3.0p3.7，1017 引脚）：p3 口是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 i/o 端口。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（ttl） 。p3 口除作为一般 i/o 口外，还有其他一些复用功能：p

41、3.0：rxd（串行输入端） ；p3.1：txd（串行输出端） ；p3.2：（外部中断 0 信号输入端） ；0intp3.3：(外部中断 1 信号输入端)；1intp3.4：t0（定时器/计时器 0 外部计数脉冲输入端） ；p3.5：t1（定时器/计时器 1 外部计数脉冲输入端） ；p3.6：（外部数据存储器写选通） ；wrp3.7：（外部数据存储器读选通） 。rdrst（9 引脚）：复位输入。当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成单片机的复位初始化操作。看门狗计时完成后，rst 引脚输出 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

42、功能无效。disrto 默认状态下，复位高电平有效。ale/（30 引脚）：地址锁存允许、编程脉冲信号端，双功能引脚。当 cpuprog访问外部程序存储器或外部数据存储器时，该引脚提供一个 ale 地址允许信号（由正向负跳变） ，将低 8 位地址信息锁存在片外的地址锁存器中。（29 引脚）：该引脚为外部程序存储器读选通信号,低电平有效。当单片机psen访问外部程序存储器读取及执行指令代码时，在每个机器周期均产生两次有效的信号，但在执行片内程序存储器读取指令代码时不产生信号。在读写内部psenpsenram 单元的数据时，亦不产生信号。psen/vpp（31 引脚）：双功能引脚，为访问内部或外部

43、程序存储器控制选择信eaea号端，当接地时，cpu 只执行片外程序存储器中的程序；当接 vcc（高电平）时eaea，cpu 首先执行片内程序存储器中的程序（地址单元从 0000h 到 0fffh） ，然后自动转向执行片外程序存储器中的程序（地址单元从 1000h 到 ffffh） 。vpp 为片内 flash 存储器并行编程时的编程电压，一般用 dc12v 加入该引脚。xtal1（19 引脚）：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。xtal2（18 引脚）：振荡器反相放大器的输入端。 3.3.2 时钟电路单片机系统正常工作的保证，如果振荡器不起振，系统将会不能工作；假如振荡器运行不规律，

44、系统执行程序的时候就会出现时间上的误差，这在通信中会体现的很明显，电路将无法通信。它是由一个晶振和两个电容组成的。如图 3-3 所示：图 3.3 振荡电路晶振的选择： 6mhz 的晶振，其机器周期是 2us。12mhz 的晶振，其机器周期是 1us, 也就是说在执行同一条指令时用 6mhz 的晶振所用的时间是 12mhz 晶振的两倍。为了提高整个系统的性能我选择了 12mhz 的晶振。振荡方式的选择：内部振荡方式，mcs-51 内部都有一个反相放大器，xtal1、xtal2 分别为反相放大器输入和输出端，外接定时反馈元件以后就组成振荡器，产生时钟送至单片机内部的各个部件，这样就构成了内部振荡方

45、式。外部振荡方式是把已有的时钟信号引入单片机内。这种方式适合用来使单片机的时钟与外部信号一致。在我的这个设计中没有也无需与外部时钟信号一致，所以我选择了内部振荡方式，由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。晶振我选择了 12mhz，相对于 6mhz 的晶振，整个系统的运行速度更快了。电容器 c1、c2 起稳定振荡频率、快速起振的作用，电容值我选择了 30pf。内部振荡方式所得的时钟信号稳定性高。3.2.2 复位电路对于 nmos 型单片机，在 rst 复位端接一个电容至 vcche 一个电阻至 vss，就能实现上电自动复位，对于 cmos 单片

46、机只要接一个电容至 vcc 即可。如图，在加电瞬间，电容通过电阻充电，就在 rst 端出现一定时间的高电平，只要高电平时间足够长，就可以使 mcs-51 有效地复位。rst 端在加电时应保持的高电平时间包括 vcc 的上升时间和振荡器起振时间，vcc 上升时间若为 10ms，振荡器起振时间和频率有关。10mhz 时间约为 1ms，1mhz 时约为 10ms，所以一般为了可靠地复位，rst 在上电时应保持 20ms以上的高电平。图 4 中，rc 时间常数越大，上电时 rst 端保持高电平的时间越长。振荡频率为 12mhz 时，典型值为 c=10uf,r=8.2k。若复位电路失效，加电后 cpu

47、从一个随机的状态开始工作，系统就不能正常运转。复位电路如图 3-4 所示：图 3.4 复位电路3.4 温度采集模块这里我们用到温度芯片 ds18b20。ds18b20 是 dallas 公司生产的一线式数字温度传感器,具有 3 引脚 to-92 小体积封装形式。测温分辨率可达 0.0625,被测温度用符号扩展的 16 位数字量方式串行输出。其工作电源既可在远端引入,也可采用寄生电源方式产生。cpu 只需一根端口线就能与诸多 ds18b20 通信,占用微处理器的端口较少,可节省大量的引线和逻辑电路。 ds18b20 支持“一线总线”接口,测量温度范围为 -55c+125c,在-10+85c范围内

48、,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。3.4.1ds18b20 的工作原理系统在数据采集数据端，采用数字温度传感器 ds18b20 实现温度的采集，ds18b20才用单总线接口，只占用单片机的一个端口。ds18b20 可以采用数据线供电的方式，但是为了采集速度更快，我们使用外部供电方式。其测量范围从55 摄氏度到125 摄氏度，能满足一般民用需求。其连接电路如图 3-5 所示。3.5 图温度采集电路工作原理：首先单片机初始化 ds18b20，然后发送启动温度转换命令

49、，然后再发送准备读取温度命令，最后读取 2 字节的温度数据。具体步骤如下：单片机给 ds18b20 一个初始化命令，然后发送 0 xcc 命令跳过读序列号，发送 0 x44命令以启动温度转换。再发送一个初始化命令，同样发送 0 xcc 命令跳过读序列号，发送 0 xbe 命令准备读取温度，单片机连续读取 2 字节的温度数据。3.4.2ds18b20 的温度计算ds18b20 采用 2 字节来存储温度，其中 1511 位表示温度符号，104 位表示温度的整数位，30 位表示温度的小数位。（1）正温度计算：由于 1511 位全为 0，ds18b20 采用正码形式存储温度，所以只需把 100 位右移

50、 4 位就能算出温度，也就是除以 16。比如采集到的温度 0550h，除以 16 的十进制是85，那么温度就为 85 摄氏度。采集到的温度为 0191h 则温度为 25.0625 摄氏度。（2）负温度计算：对于负温度,ds18b20 采用补码形式存储温度，1511 位全为 1，100 位为补码，所以要转换为正码，然后再用正温度的计算方式。比如采集到的温度为 fc90h,二进制为 1100 1001 0000，转换为正码（补码加 1）为 0011 0111 0000，十六进制为 370h,除以 16 为十进制 55 摄氏度，再加上符号位则计算出来的温度为-55 摄氏度。以 12 位转化为例：用

51、16 位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以 0.0625/lsb 形式表达，其中 s 为符号位。表 3.1 ds18b20 的温度格式表bit 7bit 6bit 5bit 4bit 3bit 2bit 1bit 0ls byte232221202-12-22-32-4bit 15bit 14bit 13bit 12bit 11bit 10bit 9bit 8ms bytesssss262524这是 12 位转化后得到的 12 位数据，存储在 18b20 的两个 8 比特的 ram 中，二进制中的前面 5 位是符号位，如果测得的温度大于 0，这 5 位为 0，只要将测到的数值乘于 0.062

52、5 即可得到实际温度；如果温度小于 0，这 5 位为 1，测到的数值需要取反加1 再乘于 0.0625 即可得到实际温度。ds18b20 的温度格式如表 3.1 所示。例如+125的数字输出为 07d0h，+25.0625的数字输出为 0191h，-25.0625的数字输出为 ff6fh，-55的数字输出为 fc90h，温度数据如表 3.2 所示。表 3.2 ds18b20 的温度数据表 温度数字输出（二进制）数字输出（十六进制）+1250000 0111 1101 000007d0h+85oc0000 0101 0101 00000550h+25.06250000 0001 1001 000

53、10191h+10.125oc0000 0000 1010 001000a2h+0.5oc0000 0000 0000 10000008h0oc0000 0000 0000 00000000h-0.5oc1111 1111 1111 1000fff0h-10.125oc1111 1111 0101 1110ff5eh-25.0625oc1111 1110 0110 1111fe6fh-55oc1111 1100 1001 0000fc90h3.5 显示模块3.5.1 引脚功能说明1602 字符型 lcd 显示容量:162 个字符,芯片工作电压:4.5-5.5v，工作电流:2.0ma(5.0v)

54、，模块最佳工作电压:5.0v，字符尺寸:2.954.35(wh)mm；通常有 14 条引脚线或 16 条引脚线的 lcd，多出来的 2 条线是背光电源线 vcc(15 脚)和地线 gnd(16 脚)，其控制原理与 14 脚的 lcd 完全一样，1602lcd 各引脚接口说明：第 1 脚：vss 为地电源。第 2 脚：vdd 接 5v 正电源。第 3 脚：vl 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影” ，使用时可以通过一个 10k 的电位器调整对比度。第 4 脚：rs 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第 5 脚：r

55、/w 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当 rs和 r/w 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当 rs 为低电平 r/w 为高电平时可以读忙信号，当 rs 为高电平 r/w 为低电平时可以写入数据。第 6 脚：e 端为使能端，当 e 端由高电平跳变成低电平时，液晶执行命令。第 714 脚：d0d7 为 8 位双向数据线。第 15 脚：背光源正极。第 16 脚：背光源负极。3.5.21602lcd 的指令说明1602 液晶模块内部的控制器共有 11 条控制指令，如表 3.3 所示表 3.3 控制命令表序号指令rsr/wd7d6d5d4d3d2d1d01清显示000000

56、00012光标返回000000001*3置输入模式00000001i/ds4显示开/关控制0000001dcb5光标或字符移位000001s/cr/l*6置功能00001dlnf*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01bf计数器地址10写数到 cgram 或ddram）10要写的数据内容11从 cgram 或ddram 读数11读出的数据内容1602 液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。 （说明：1 为高电平、0 为低电平） 。指令 1：清显示，指令码 01h,光标复位到地址 00h 位置。指令

57、2：光标复位，光标返回到地址 00h。指令 3：光标和显示模式设置 i/d：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 s:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。指令 4：显示开关控制。d：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 c：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 b：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。指令 5：光标或显示移位 s/c：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。指令 6：功能设置命令 dl：高电平时为 4 位总线，低电平时为 8 位总线 n：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 f: 低电平时显示 5x7 的点

58、阵字符，高电平时显示 5x10 的点阵字符。指令 7：字符发生器 ram 地址设置。指令 8：ddram 地址设置。指令 9：读忙信号和光标地址 bf：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。指令 10：写数据。指令 11：读数据。3.5.31602lcd 的 ram 地址映射及标准字库液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符，图 3-7 是 1602 的内部显示地址。图 3.6 1602lcd 内部显示地址例如第二行第一个字

59、符的地址是40h，那么是否直接写入40h就可以将光标定位在第二行第一个字符的位置呢？这样不行，因为写入显示地址时要求最高位d7恒定为高电平所以实际写入的数据应该是01000000b（40h）+10000000b(80h)=11000000b(c0h)。在对液晶模块的初始化中要先设置其显示模式，在液晶模块显示字符时光标是自动右移的，无需人工干预。每次输入指令前都要判断液晶模块是否处于忙的状态。1602液晶模块内部的字符发生存储器（cgrom）已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“

60、a”的代码是01000001b（41h） ，显示时模块把地址41h中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“a” 。3.5.41602lcd 的一般初始化（复位）过程（1）延时15ms；（2）写指令38h（不检测忙信号） ；（3）延时5ms；（4）写指令38h（不检测忙信号） ；（5）延时5ms；（6）写指令38h（不检测忙信号） ；（7）以后每次写指令、读/写数据操作均需要检测忙信号；（8）写指令38h：显示模式设置；（9）写指令08h：显示关闭；（10）写指令01h：显示清屏；（11）写指令06h：显示光标移动设置；（12）写指令0ch：显示开及光标设置。3.6 控制继电器模块压缩机、循