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1、 基于单片机的室电热水器控制系统设计 2B专业名称：测控技术与仪器指导教师：2B讲师 / 摘要随着微机测量和控制技术的迅速发展与广泛应用，以单片机为核心的温度采集与控制系统的研发与应用在很大程度上提高了生产生活中对温度的控制水平。本设计论述了一种以STC89C51单片机为主控制单元，以DS18B20为温度传感器的温度控制系统。该控制系统可以实时存储相关的温度数据并记录当前的时间。系统设计了相关的硬件电路和相关应用程序。硬件电路主要包括STC89C51单片机最小系统，测温电路、实时时钟电路、LED液晶显示电路以与通讯模块电路等。系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，计算温度子程序、按键处理程序
2、、LED显示程序以与数据存储程序等。关键词：STC89C51，单片机， DS18B20， 显示电路AbstractAlong with the computer measurement and control technology of the rapid development and wide application, based on singlechip temperature gathering and control system development and application greatly improve the production of temperature in
3、 life level of control. This design STC89C51 describes a kind of mainly by MCU control unit, for temperature sensor DS18B20 temperature control system. The control system can real-time storage temperature data and record related to the current time. System design related hardware circuit and related
4、 applications. STC89C51 microcontroller hardware circuit include temperature detection circuit smallest system, and real-time clock circuit, LED display circuit, communication module circuit, etc. System programming mainly include main program, read temperature subroutine, the calculation of tempera
5、ture subroutines, key processing procedures, LED display procedures and data storage procedures, etc. Keywords：STC89C51，icrocontroller，DS18B20，display circuit目录摘要IAbstractII目录III前言11片机与设计软件介绍21.1单片机介绍21.2 Proteus 软件介绍81.3单片机编译软件Keil介绍102 方案设计122.1功能介绍122.1.1 AT89C51 主要性能122.1.2数字温度传感器122.2系统方案论证162.
6、2.1方案一162.2.2方案二183系统硬件设计193.1设计要求193.2系统整体硬件电路193.2.1主板电路203.2.2显示部分203.2.3手动开关复位部分213.2.4按键部分213.2.5加热部分233.2.6温度传感电路设计243.2.7温度控制电路的设计263.2.8时钟电路264系统软件设计284.1主程序284.2显示数据刷新子程序28图4.2 数据刷新子程序294.3键盘扫描294.4定时器30总结32致33参考文献34附件1 系统电路原理图36附录2源程序37前言课题背景和意义：随着人们生活水平的提高，热水器越来越受到人们的青睐。由于燃气热水器易受水压限制，而且安全
7、性较差。每年使用燃气热水器造成的爆炸、中毒等事故也屡有所闻。消费者对燃气热水器怀有一定的惧怕感。而电热水器越来越受到人们的认可。采用MCS-51单片机对热水器水温进行控制,具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点,为自动化和各个测控领域中广泛应用的器件。国外研究现状：电热水器在中国的历史已经有10多年了，期间也经历了数次起落的过程，在上个世纪的最后几年，随着国外品牌的进入和国一些大家电厂的目光转向电热水器，储水式电热水器能适应任何天气变化，普通家庭可直接安装使用，长时间通电可以大流量供热水。使用时不产生废气，既安全又卫生。目前市场上销
8、售的电热水器多数还带有防触电装置。干净卫生，不必分室安装，调温方便。随着技术的成熟，今后将朝着保温层整体发泡技术、温控器置入胆、加热管下潜式设计、节能免更换几个方面发展。热水器是一种可供浴室，洗手间与厨房使用的家用电器。据国务院发展研究中心市场经济研究所统计数据表明：近年来我国热水器的销量每年以 25%的速度上升，在未来五年，销售额每年可达近500亿以上。众所周知，燃气热水器因其安全隐患与越来越高的使用成本正渐渐淡出热水器市场，而太阳能热水器也因其严格受天气气候与安装条件影响而很难占据更大的市场份额，所以电热水器迅速崛起而不断壮大。为了满足人们对现代电器的智能化的要求，利用目前电子技术的最新成
9、果改善电热水器的性能已经完全可能和必要。本课题将以单片机为控制核心，实现对热水器的自动控制,设计出一款具有自动化、智能化、易于操作、控制精度高、性价比高的电热水器控制系统。1片机与设计软件介绍1.1单片机介绍由于单片机在整个设计中占据着重要的地方，首先介绍一下单片机的相关知识。单片机AT89S51具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要。MCS-51单片机部结构:8051是MCS-51系列单片机的典型产品，我们以这一代表性的机型进行系统的讲解。8051单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统
10、等几大单元与数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明：中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。数据存储器(RAM)：8051部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。图1.1 8051 部结构程序存储器(ROM)：8051共有4096个8位掩
11、膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。定时/计数器(ROM)：8051有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。并行输入输出(I/O)口：8051共有4组8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。全双工串行口：8051置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。中断系统：8051具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。时钟电路：8051置最高频率达12MHz的时钟电路，用于产生整个单片
12、机运行的脉冲时序，但8051单片机需外置振荡电容。单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛(Harvard)结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构，即普林斯顿(Princeton)结构。INTEL的MCS-51系列单片机采用的是哈佛结构的形式，而后续产品16位的MCS-96系列单片机则采用普林斯顿结构。下图是MCS-51系列单片机的部结构示意图图1.2 MCS-51结构框图MCS-51的引脚说明：MCS-51系列单片机中的8031、8051与8751均采用40Pin封装的双列直接DIP结构，右图是它们的引脚配置，40个引脚中，正
13、电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明.MCS-51的引脚说明：MCS-51系列单片机中的8031、8051与8751均采用40Pin封装的双列直接DIP结构，右图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。图1.3 51单片机引脚图Pin9:RESET/Vpd复位信号复用脚，当8051通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器PC指向0000H，P0-P3
14、输出口全部为高电平，堆栈指针写入07H，其它专用寄存器被清“0”。RESET由高电平下降为低电平后，系统即从0000H地址开始执行程序。然而，初始复位不改变RAM（包括工作寄存器R0-R7）的状态，8051的初始态。8051的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，见下图。此外，RESET/Vpd还是一复用脚，Vcc掉电其间，此脚可接上备用电源，以保证单片机部RAM的数据不丢失。图1.4 复位电路图Pin30:ALE/当访问外部程序器时，ALE(地址锁存)的输出用于锁存地址的低位字节。而访问部程序存储器时，ALE端将有一个1/6时钟频率的正脉冲信号，这个信号可以用于识别单片机是否工作，也可以
15、当作一个时钟向外输出。更有一个特点，当访问外部程序存储器，ALE会跳过一个脉冲。如果单片机是EPROM，在编程其间，将用于输入编程脉冲。Pin29:当访问外部程序存储器时，此脚输出负脉冲选通信号，PC的16位地址数据将出现在P0和P2口上，外部程序存储器则把指令数据放到P0口上，由CPU读入并执行。Pin31:EA/Vpp程序存储器的外部选通线，8051和8751单片机，置有4kB的程序存储器，当EA为高电平并且程序地址小于4kB时，读取部程序存储器指令数据，而超过4kB地址则读取外部指令数据。如EA为低电平，则不管地址大小，一律读取外部程序存储器指令。显然，对部无程序存储器的8031,EA端必须接地。输入/输出（I/O）引脚，P0口、P1口、P2口与P3口，P0口（39脚22脚）P0.0P0.7统称为P0口。当不接外部存储器与不扩展I/O接口时，它可作为准双向8位输入/输出接口。当接有外部程序存储器或扩展I/O口时，P0口为地址/数据分时复用口。它分时提供8位双向数据总线。对于片含有EPROM的单片机，当EPROM编程时，从P0口输入指令字节，而当检验程序时，则输出指令字节。P1口（1脚8脚）：P1.0P1.7统称为P1口，可作为准双向I/O接口使用。对于MCS52子系列单片机，P1.0和P1.1
