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1、摘要本文提出了一种以MCS51系列单片机8051为主要控制芯片，辅之以其他功能芯片对太阳能热水器进行控制的设计方案，使太阳能热水器使用起来更加方便、安全。本设计采用的是8051单片机，其内部ROM容量为256B，对于本设计，无须外部扩展存储器。除了8051，本设计还用到一些重要的外部功能器件，如采用AD转换器0809来实现温度和水位信号的模数转换，还有可编程输入输出接口8255来实现键盘和显示器接口。键盘由四个按键来设置水温或水位，用六位LED显示器分别显示水温和水位。本设计充分利用8051单片机系统的三总线控制，即数据总线、地址总线、控制总线的设计方式，为应用系统功能的实现奠定了基础。通过对
2、8051单片机的外部功能扩展使系统具有自动上水与保温的功能，还能自动驱动加热及上水装置来满足系统的设置，使用起来安全可靠。此外，设计方案中还考虑了一些抗干扰措施，例如采用光电隔离器4N25使输入输出有效隔离，采用硬件去抖动措施解决按键抖动的问题等等。本文阐述了此应用系统的工作原理，并给出部分硬件及软件框图。关键字： 单片机，温度控制，水位控制ABSTRACTThis paper presents a kind of design about controlling solar energy water-heater with 8051 and other external facility,
3、making solar energy water-heater more conveni- ency.What this design adopt is 8051, with four thousand units of internal RAM capacity and two hundred and fifty-six units of internal ROM capacity which include the special function register. For this design, it has no necessary to expand external memo
4、rizer. Besides 8051,this design still uses some important external interface facility. For example, I adopt conversion 0809 to realize the transform of water temperature and water level. Furthermore, I control the key-set and display with programmable interface 8255. The design makes use of the thre
5、e-bus-mastering namely total line of data, total line of address and total line of control adequately. So it is easy to realize the function of system. In addition, this design includes some correlative measure of the antiinterferen-ce. For example, I adopt light electricity of partition 4N25 to ins
6、ulate input signal and output signal. I still make use of hardware to solve the problem o-f keys dithering and so on.This paper have expounded the principle of the application system and offered p- artial hardware diagram and software diagram. KEY WORDS： signal-chip processor, temperature-control, w
7、ater lever-control目 录前言1第一章 系统总体方案设计31.1设计思路31.2设计总框图4第二章 系统硬件部分设计52.1数据采集52.1.1温度传感器AD59052.1.2水位传感器62.1.3采样保持器92.2 数据转换102.2.1AD转换概述 102.2.2ADC0809112.3 MCS-51系列单片机805113 2.3.1单片机概述 132.3.2单片机8051142.4LED数码显示与键盘162.4.1可编程并行接口8255172.4.2 6位LED数码显示与键盘182.5输出驱动与执行机构192.5.1加热器的电路连接与分析192.5.2达林顿管的原理及应用
8、202.5.3上水阀的驱动电路分析212.6 系统的硬件抗干扰设计212.6.1按键消抖措施212.6.2光电隔离的应用23第三章系统软件部分设计243.1主程序流程图243.2 部分中断服务程序与子程序25 3.2.1 8255初始化253.2.2 AD转换程序263.2.3 LED数码显示程序283.2.4 键盘扫描子程序28结论31致谢32参考文献33附录前言目前，单片机已进入人类生活的各个领域，如家用电器的冰箱、洗衣机、空调等，由于配上了单片机，增加了功能，实现了智能化，使人类生活更加方便。为了适应不同产品对单片机的不同要求，半导体生产厂家生产出了各种规格的单片机。MCS51系列单片机
9、是Intel公司继MCS48系列之后推出的功能更强、速度更快的8位高档单片微机系列，更适用于各种复杂的控制系统、智能化系统。近几年来，MCS51系列单片机的开发应用深受各个应用领域的关注和重视，应用十分广泛，发展极快，特别是8051，在国内是应用最多、影响最大的单片机。本设计就是以8051单片机为主要控制芯片，辅之以其他外设及功能部件，对太阳能热水器工作进行控制。目前，太阳能热水器以其安全、节能、无污染等优点受到越来越多的消费者的欢迎。但太阳能热水器也存在一些缺点，如阴雨天无法使用，不能显示水温水位，无法自动上水，不能根据用户的要求设置水温水位等，通常须采用太阳能加热和电加热相结合的方式来解决
10、阴雨天的使用问题。这就需要设计一套控制系统来实现自动电加热，同时用这套系统实现自动上水、保温和水温水位的检测和显示。本设计的目的是设计适于日常应用的能自动上水的太阳能热水器，要求能自动检测水的温度和水位；当水位低于30L自动上水；水温未达到设定值而又长时间无变化，系统自动启动电加热器将水加热到设定温度，当用户按下加热键时系统也可启动电加热器将水加热到设定温度，水温达到设定值后系统自动进入保温状态。本设计的技术要求是利用LED显示水温水位；四个按键设置水温/水位；A/D转换模块；上水装置，电加热装置；要求本系统具有较高的抗干扰性、实时性、能根据检测数据迅速做出处理。在电子与自动化杂志1998年第
11、5期的内容中提到了关于太阳能热水器单片机的控制设计，其采用的是美国Microchip公司的高性能单片机PIC16C73，是一种以CMOS工艺制造的具有很高的性能价格比的单片机，其本身资源：精简指令的CPU；4KROM；8位A/D等，由于PIC16C73的高性能，所以其太阳能热水器系统设计简单，性能优良，工作可靠且成本较低。而本设计要采用的是MCS51系列单片机8051，其内部ROM为4KB，内部RAM为256B（包括特殊功能寄存器），由于其不象PIC16C73那样自身带有A/D转换功能，所以要接A/D转换器，以实现温度和水位信号的模数转换。另外，由于本设计要用到6位LED显示器及四个功能按键，
12、故采用一片可编程输入输出接口芯片8255来实现这部分的设计。此外，本设计方案还考虑了抗干扰措施，如光电隔离、键盘消抖等，将在后面详细阐述。本系统充分利用了8051单片机的各种资源，使系统使用方便，安全可靠，克服了太阳能热水器的一些缺点，实现了其运行的自动化。第一章 系统总体设计方案1.1 设计思路本次设计的目的是设计一个太阳能热水器单片机控制系统。现在一般的太阳能热水器虽然有着不少优点，如节能、无污染、安全方便等，但在实际应用中也存在着一些缺点，如阴雨天无法使用、无自动上水功能、不显示水温水位等等。为了解决上述存在的问题，比较理想的方案就是采用单片机作为应用系统的主控芯片，利用其强大的控制能力
13、和丰富的资源，通过连接各种功能外设，使系统能正确、有效地完成服务。在此，我将系统的设计分为两大部分，即硬件设计部分和软件设计部分。在硬件部分中，主要解决系统的硬件连接与各功能的分配，各部分的地址分配也被分到硬件部分里。在软件部分中，则具体分析系统的工作流程，编出部分子程序和中断服务程序。1.2 设计总框图系统总体设计框图如下：驱动装置LED数码显示可编程82558051单片机A/D转换器传感器被控对象键盘光电隔离驱动装置执行机构图1-1 系统总体框图由图可知，本系统采用MCS-51系列单片机8051作为系统的主要控制芯片。根据本应用系统的设计任务，输入通道部分需由传感器采样温度和水位信号，经A/D转换器转换，将模拟量信号转换为数字量信号后送入8051，再由8051
