教育论文基于单片机的电热水器定时控制器教学实验装置的设计

《教育论文基于单片机的电热水器定时控制器教学实验装置的设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《教育论文基于单片机的电热水器定时控制器教学实验装置的设计（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、基于单片机的电热水器定时控制器教学实验装置的设计基于单片机的电热水器定时控制器教学实验装置的设 计是小柯论文网通过网络搜集，并由本站工作人员整理后发布的，基于单片机的电热水器 定时控制器教学实验装置的设计是篇质量较高的学术论文，供本站访问者学习和学术交流 参考之用，不可用于其他商业目的，基于单片机的电热水器定时控制器教学实验装置的设 计的论文版权归原作者所有，因网络整理，有些文章作者不详，敬请谅解，如需转摘，请 注明出处小柯论文网，如果此论文无法满足您的论文要求，您可以申请本站帮您代写论文， 以下是正文。摘要传统的大容量电热水器的加热时间一般都比较长，而且加热完成后会自动转 入保温状态，则要消

2、耗多余的电能。本文根据这样的需求，开发了基于单片机的电热水器 定时控制的实验装置，该装置可以根据用户时间加热，省去了保温消耗的能量，节省了电 费，此装置还可以推广到实际应用中。关键词电热水器 定时开关控制器 单片机一、前言传统的大容量电热水器的加热时间一般都比较长，加满凉水后再开始加热往往要等 待很长的时间才能加热完毕。另外，加热完毕后如果不立刻使用，则需要热水器处于保温 状态，这样则会一直耗能耗电，付出不必要的经济代价。本文介绍一种以 MSP430F149 单 片机为核心的定时开关控制器的实验装置则可有效解决这个问题，使热水器使用起来更加 舒适省电，另外，对于上班族来说，每天上班前确定热水器

3、的开机时间，到下班回到家热 水器刚好加热完毕，则可以到家就洗热水澡或使用热水，而省去回家等待的时间，也能避 免提前加热完保温所消耗的电能。二、功能简介定时器上带有数码管用于显示年、月、日、小时和分钟，用户可以通过键盘设定热 水器开始加热的具体时间。开始时间设定完成后，单片机开始计时，当到达设定的时刻后 单片机控制可控硅电力电子器件导通热水器开始加热，加热结束后自动转入保温状态。三、电路原理系统主要由单片机 MSP430F149、实时时钟芯片 DS1287、键盘电路、光偶隔离和可 控硅驱动电路组成。上电时，单片机从 DS1287 中读取现在的时间，由于有内置电池，DS1287 一直在运行，保持时

4、间和当前时间一致，当停电以后重新来电，可保持当前时间不 发生改变。DS1287 是美国 DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗、带 RAM 的实时时 钟芯片，如图 1 所示。它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿 功能。采用三线接口与 CPU 进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信 号或 RAM 数据。DS1287 内部有一个 128 字节的 RAM，用于设置寄存器和当前时间的实 时更新。同时，当外部电源电压低于 3V 时可自动切断外部电源改由内部自带的锂离子电 池供电。在内部锂离子电池供电的情况下，时钟仍然正常工作，并保证内部 128 字节 RAM 的

5、内容在 10 年内不会丢失。当 DS1287 设置好当前时间后就开始自动计时，通过设置 DS1287 的工作寄存器 B 的 AIE 位为 1，从而使 DS1287 工作在警报中断状态。工作警报工作状态时，当目前时间 与设置的时间相同时，实时时钟芯片的 IQR 引脚就会变为低电平，从而产生一个中断，单 片机接收到这个中断后可以控制可控硅元件导通开始加热。预置时间由用户通过键盘设置， 单片机接收到用户设置的时间后，通过与 DS1287 相连的地址/数据复用总线传给 DS1287。单片机 20 管脚与 DS1287 的 DS 相连，21 管脚与 AS 相连，22 管脚与 R/WR 相 连，通过这三条

6、控制线可以完成单片机和 DS1287 之间的数据传送。具体方法是通过 20 管 脚向外输出一个正脉冲，20 脚与 DS1287 的 DS 相连，正脉冲表示此时 DS1287 接收的是 RAM 地址,同时，将单片机 21 管脚输出低电平，表示此时处于写数据状态。当 AS 的下降 沿时，DS1287 自动将数据总线上的地址锁存，从而 DS1287 内部相应的地址被选通。下一 步再向 DS1287 传送的数据就被写入到相应的地址中了。当用户通过键盘设置好开机时间 后，单片机将时间读入并传送给 DS1287，具体做法是先通过上面的方法选通地址，地址 01H 对应秒警报，03H 对应分警报，05H 对应

7、时警报。每次选通一个地址，然后，将相应 的数据传送进去。传送时首先让 22 引脚输出低电平，表示 DS1287 处于写数据周期，当 21 管脚出现下降沿时就可将数据写入 DS1287。当分别将三个数据都写入之后，若 DS1287 计 数到设定的时间就会产生一个中断，此时单片机接收到这个中断并转入相应的中断相应处 理函数将可控硅导通开始加热就可完成定时开机。利用单片机的 I/O 中断功能，单片机接收到 DS1287 的中断信号后就自动转入中断 处理函数，在中断处理函数中，单片机主要完成输出一个导通信号给可控硅驱动电路，由 可控硅驱动电路驱动电力电子器件导通，从而开始加热。显示部分由单片机和 4

8、个数码管以及一片 MAX7219 组成。MAX7219 是八位串行共 阴 LED 数码管动态扫描驱动电路，如图 2 所示。它可以在单片机三个 I/O 口的控制下完成 对八位 LED 数码管的显示控制和驱动，线路连接简单、控制方便，外围电路仅需一个电阻 设定峰值段电流。MAX7219 有很强的驱动能力，驱动峰值电流可达 40mA。此外，还可以 通过软件的方式改变其显示亮度。更值得一提的是，该芯片还支持低功耗状态，在关闭状 态下仍然可以在单片机的控制下接收数据或者更改控制方式，此时芯片耗电仅为 150uA。 本电路中单片机使用 P37、P36、P35 三个引脚控制 MAX7219MAX7219 外

9、接四个 共阴 LED 数码管用于显示时间。关于键盘要设计一个时间选择按钮，用来选择要调节的是小时还是分钟；一个加数 按钮和一个减数按钮，当时间选择按钮选好要调节的项目后，按一次加按钮就相应的加一 分钟或加以小时，当按减按钮时就相应的减一分钟或减一小时。一个确定按钮，当时间设 置完成后按一下这个按钮，则设定的时间被读入单片机，再由单片机传到 DS1287 中，从 而开始计时工作。一个复位按钮，当按下此按钮后会删除原来的定时信息，使定时器停止 定时。四、软件编程软件编程主要有两个任务，一个是完成 DS1287 的控制寄存器初始化，另一个是对 单片机完成初始化并实现要求的工作目标。DS1287 一共

10、有四个寄存器，分别是控制寄存器 A、控制寄存器 B、状态寄存器 C 和内部锂电池状态寄存器 D。其中，寄存器 A 和寄存器 B 需要用户出示化，另外两个是只 读寄存器，用于查看 DS1287 的工作状态。初始化时，将控制寄存器 A 的第四位、第五位、 第六位设置为 010。DS1287 在出厂时内部晶振是关闭的，当上面三位被设置为 010 后晶振 被启动开始计时工作。控制寄存器 B 的第五位设置成 1，这个位是警报中断允许控制位。 当它被设置成 1 后，DS1287 可以产生警报中断，把需要产生中断的时间按照上面说明的方 法写入相应的 RAM 地址后，当 DS1287 计数到设置好的时间后就会

11、将引脚 IRQ 由高电平 变为低电平，从而产生一个中断。由于 IRQ 引脚是与单片机的 23 引脚相连的，从而单片 机接收到一个 I/O 中断，我们在这个被触发的中断中发出可控硅导通信号，就能开始加热。单片机的软件设计首先要完成各个模块的初始化，首先要完成各个 I/O 端口的初始 化，当向 DS1287 中写数据时，将端口寄存器 P0DIR 设置成全 1，使端口用于输出数据。 将 P2 使端口的中断使能寄存器 P2IE 的第三位设置成 1，从而使单片机可以接收 DS1287 的警告中断；将 P2IE 的第 0 位、第一位、第二位设置成输出状态，从而发出控制信号，控 制单片机和 DS1287 的

12、通讯。完成了初始化后就要编写相应的控制程序。控制程序的工作流程主要如下：单片机 的与键盘相连的 I/O 端口当收到键盘按下的信息后，根据用户的设定读出预定的开机时刻， 把这个时刻传送给 DS1287，DS1287 接收完预设的时间后就开始计时，当计时到设定的时 间后就由 IRQ 引脚产生一个中断，单片机接收到这个中断后自动转入 I/O 中断处理程序， 在 I/O 中断处理程序中，程序利用一个端口向可控硅器件驱动电路发送一个导通信号，从 而主电路导通，开始加热。五、软件抗干扰设计定时器所使用的单片机一旦受到外界干扰导致程序跑飞将会出现各种不良后果。比 如，程序跑飞后导致定时失败，热水器没有按时开

13、始加热，用户不能及时用到热水，或者 提前加热，然后，长时间工作在保温状态，浪费了不必要的能源。所以，单片机要有良好 的抗基于单片机的电热水器定时控制器教学实验装置的设 计是小柯论文网通过网络搜集，并由本站工作人员整理后发布的，基于单片机的电热水器 定时控制器教学实验装置的设计是篇质量较高的学术论文，供本站访问者学习和学术交流 参考之用，不可用于其他商业目的，基于单片机的电热水器定时控制器教学实验装置的设 计的论文版权归原作者所有，因网络整理，有些文章作者不详，敬请谅解，如需转摘，请注明出处小柯论文网，如果此论文无法满足您的论文要求，您可以申请本站帮您代写论文， 以下是正文。干扰能力，并且要有很

14、好的稳定性。硬件系统是单片机系统稳定工作的 根本，经常采用的方法有：改善系统的布局、布线，采用光电耦合器以提高强电与弱电的 隔离度；在电源变压器的初级增加滤波器；增加“硬件看门狗”，等等。硬件抗干扰设计的 缺点是增加了系统的复杂性，提高了硬件成本，而软件抗干扰设计在不增加系统复杂性， 不提高硬件成本的前提下，同样可以在很大程度上提高系统的稳定性。本程序的软件结构 是由一个上电复位初始化程序、一个主循环程序、两个中断服务程序组成，在单片机的 RAM 区中设立几一个位寻址区，在位寻址区中设立一些标志位，这些标志位分别代表不同 的程序模块，一个字节可以对应 8 个程序模块。当某个程序模块正在执行时，

15、对应的标志 位置 1，不执行时对应的标志位置 0，就可以知道当前正在执行的程序是哪一个模块，当标 志位的值与正在执行的程序模块不一致时，我们可以肯定程序出现了“跑飞”，需要尽快进 行错误处理，通过进一步的检查还可以知道程序是从哪个模块“飞”过来的。当检测到程序 跑飞后系统自动产生复位中断，程序回到初始化状态从新开始执行。用此种办法可大大提 高系统的可靠性。六、结语本文开发的以单片机为核心的热水器定时器，来控制热水器的开通时间可以大大提 高使用的灵活性，方便用户根据自己的需要进行使用。同时，又能节约能源节省经济支出。 通过该装置，学生可以加深用单片机开发系统的认识。参考文献：1李群芳，黄建.单片

16、微型计算机与接口技术M.北京：电子工业出版社，2001.2张培仁.基于 C 语言编程 MCS51 单片机原理与应用M.北京：清华大学出版社， 2002.3赵秀珍，单永磊.单片微型计算机原理及其应用M.北京：中国水利水电出版社， 2001.（作者单位：浙江理工大学信息与电子学院）其他参考文献Baker, Sheridan. The Practical Stylist. 6th ed. New York: Harper & Row, 1985.Flesch, Rudolf. The Art of Plain Talk. New York: Harper & Brothers, 1946.Gowers, Ernest. The Complete Plain Words. London: Penguin Books, 1987.Snell-Hornby, Mary. Translation Studies: An Integrated Approach. Amsterdam: John Benjamins, 1987.Hu, Zhuanglin.