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1、单片机课程设计,一个具有通信功能的电热水器控制器电信工08-02 小组成员:刘凯、江勇军、罗丁,1、用户需求,设计一个具有通信功能的电热水器控制器,2、设计任务,保持最低水温，即无论何时，温度低于设定的最低水位，自动加热到该温度 在2个指定时间点，把温度加热到设定的最高温度。特别注意，只要加热到这个温度后，只有当水温低于最低水温才再次加热，并且只加热到最低水温。 可以用串口读取当前温度、设定的最低水温、最高水温、2个指定时间。并可以随时设定以上参数。,3、原理框图及说明(1),根据设计任务，设计如下框图:,3、原理框图及说明(2)系统连线,3、原理框图及说明(3),电源部分，为单片机提供5V稳
2、压电源；3位按键提供给用户用来设定时间、设置定时点、设置温度用；5位显示LED中的4位用来显示时间，另一位用来作为功能显示，表示正常计时、还是在设定时间、设置温度、或者是触发加热电路等；加热电路使用继电器连接加热电阻。 89S51上电后，启动内部计时程序，显示当前时间，并不断读取当前温度，若低于设定的最低水温，则驱动加热电路加热至最低水温；同时不断读取当前时间是否到达预设时间，若到达则驱动加热电路加热至最高温度；还要检查有无按键按下，处理相应操作。,3、原理框图及说明(4),设置的3位按键分别为： S1：功能选择（正常状态、设定闹铃1、设定闹铃2、校正时间、设定最低温度、设定最高温度、设定最低
3、温度）， S2：时间/温度+ S3:时间/温度-。,3、原理框图及说明(5),L5显示功能选择，L1-L4显示时间。在“正常”时，L5不显示，按S2、S3无效。 L5显示1、2、3、4、5、6时，分别对应设置时间、设置定时1、设置定时2、设置最低温度、设置最高温度、加热；按S2时间/温度增加1分钟，按S3时间/温度减少1分钟。 上电复位后所有时间及温度均初始化为0,4、主要元件选择及参数计算,电阻、电容、各种元件如何选择？,4.1复位与振荡电路,复位电路如图2，由C5和R48构成。由于51单片机为低电平复位，图示电路利用电容的特性，在刚刚外加5V电源时RST脚的电压为低。时间常数=RC=38m
4、S，满足芯片复位要求。（P4,RST段）由于电压为5V，可选择耐压6.3V的电解电容即可。 图2、复位与振荡电路：振荡电路按照说明书的推荐，选择6MHz晶体，C7、C8选择30pF瓷片电容。,4.2 显示电路(1),显示元件选择8段LED数码管，共阳极。段选信号经过一组限流电阻接到51的P0口，位选信号由P2.3到P2.7经过U2进行电流放大后提供，因此得到数码管L1显示时P2.7=1,P2的其他引脚为0，以此推算，得到表1、5位数码管与P2对应表 表1、5位数码管与P2对应表：,4.2 显示电路(2),表2、显示段码表 ：,4.2 显示电路(3),图3、显示电路,4.3按键电路,由于89S5
5、1的P1口内部有上拉电阻，为简化电路，用按键开关直接接对应引脚P1.0、P1.1、P1.2到地，并把P1.0口作为通用输入口。即当S1没有按下时，P1.0=1，当S1按下时，P1.0=0 图4、按键电路 ：,4.4 输出驱动电路 (1),本次设计选择继电器的一对干接点作为驱动输出。对用户来说，JDQ1M与JDQ1O间，相当于一个电源开关，当达到闹铃条件时，开关闭合5S，然后断开。 J1继电器选择DC5V驱动，触点容量为AC220V1A的小型继电器。（如TX2-5V）。由于这类继电器线圈电流需要28mA，51单片机无法直接驱动，需要加三极管实现电流放大。Q1工作在开关状态。为了消除Q1由导通变截
6、止时，J1线圈上产生反生电动势，从而可能使得Q1的集电极电压过高，Bvceo而击穿Q1，加入了D3，确保Q1的集电极电压最大为Vcc+0.7V。,4.4 输出驱动电路(2),图5、输出驱动电路,4.5 电源电路 (1),电源采用交流变压器获得约6V的交流，经YD1YD4整流后，得到约8V直流。由于前述电路总的电流小于200mA，故选择7805稳压块，便宜、好用。而YDx选择1N4001以上即可。,4.5 电源电路 (2),图6、电源电路,4.6温度检测,这部分需用数字温度传感器DS18B20，DSl820数字温度计提供9位(二进制)温度读数，指示器件的温度信息经过单线接口送入DSl820或从D
7、Sl820送出，因此从主机CPU到DSl820仅需一条线(和地线)。DSl820的电源可以由数据线本身提供而不需要外部电源。因为每一个DSl820在出厂时已经给定了唯一的序号，因此任意多个DSl820可以存放在同一条单线总线上。这允许在许多不同的地方放置温度敏感器件。DSl820的测量范围从-55到+125，增量值为0.5，可在l s(典型值)内把温度变换成数字。P1.4口连接单总线温度传感器DS18B20：,4.7串口通信,采用MAX232芯片实现串口通信电平的转换. 串口模块连接如图:,4.8 其他,考虑到单片机是数字电路，工作时在VCC上产生干扰尖脉冲。为消除它通过电源耦合到其他器件，影
8、响其他器件的工作，一般要就近在本芯片的VCC引脚加退耦电容，0.1uF。 图7、退耦电路 :,5、软件规划,模块划分与软件流程图、定时、串口等软件方面的计算,5.1软件划分及主流程图,根据设计要求，采用定时器0作为时钟数据源，定时器0每100mS中断一次，需计数600个方为1分钟。显示、键盘、比较等全部放在主程序中实现。 显示部分设置显示缓冲区，显示数据直接送入缓冲区，由程序完成动态扫描。,5.1.1设计的全局变量,（1）显示缓冲区，char DisBuf5； （2）当前显示位号,表示动态显示时正在显示的LED编号char DisPos； （3）1分钟计数 unsigned MinuteCou
9、nt；对100mS计数； （4）当前时间之小时，char Hour； （5）当前时间之分钟，char Minute； （6）功能选择，char Function； （7）设定时间1之小时，char AlarmHour1； （8）设定时间1之分钟，char AlarmMinute1；,（9）设定时间2之小时，char AlarmHour2； （10）设定时间2之分钟，char AlarmMinute2； （11）当前的温度 int tempnow （12）设定的最低温度int templow （13）设定的最高温度int temphigh,5.1.2设计函数（1）,（1）主函数 main()入口
10、：无，出口：无。 一个大的循环，程序永不结束。 （2）数据送显示缓冲区 int data2disbuf(unsigned char dis,unsigned char pos)功能：如题。入口：要显示的数值（如显示8就赋值8）、显示位号出口：1完成，0未完成。 改动显示缓冲区内容 （3）显示缓冲区动态显示 void disdisbuf( void )功能：完成缓冲区译为段码，输出段码、位选码，延时保证3mS（5位显示一遍 共15mS，不会有闪烁感）入口：无，出口：无。 改动当前显示位号。 （4）根据功能选择把不同数据送显示缓冲区 unsigned char todisbuf( void )功能
11、：根据功能选择，把相应的数据分别送指定的显示缓冲区，主要是要把高、 低 、位分开，包括L5的显示。入口：无，出口：功能选择值。 调用data2disbuf()。,5.1.2设计函数（2）,(6)中断服务程序(计时功能)功能：每100mS中断一次，记录中断次数到600次则分钟1，并调整为合法的时间格式。入口：无，出口：无。 改动当前时间值。 （7）加热函数1 void warmup1（int temp）功能：启动加热电路加热到最低温度templow。入口：int templow。出口：无。 （8）加热函数2 void warmup2（int temp）功能：启动加热电路加热到最高温度 temph
12、igh。入口：int temphigh。出口：无。,图8：显示缓冲区动态显示框图,主程序框图,5.2定时参数计算,系统设计中选择了6MHz晶体，定时器0设定为100mS定时中断，选择定时器0工作模式为：模式1，时间常数为：TH0 3CH；TL0 0B0H,6.体会与感想,这学期，通过对单片机技术这门课程的学习，使我们对单片机技术有了初步的认识；通过实验，使我们对其有了进一步的了解。随着社会的不断发展，单片机技术在现实生活中将变得越来越重要。刚学习这门课程时，由于以前缺乏对这方面知识的学习，日常生活也很少见到其应用，我们对其感觉都非常陌生，一时间难以理解也难以接受，都觉得知识很抽象，不像以往的知识那样易于接受。随着课程的不断深入，我们对其认识也在不断的加深。通过实验，使我们懂得单片机技术是如何应用于现实生活中，使我们以往的一些疑问也豁然开朗。,谢谢,电信工08-02 小组成员：江勇军、刘凯、罗丁,
