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1、摘 要随着计算机技术的发展，单片机技术已成为计算机技术中的一个独特的分支，单片机的应用领域也越来越广泛，特别是在工业控制和仪器仪表智能化中扮演着极其重要的角色。过去经常采用模拟电路、数字电路实现的电路系统，现在相当大一部分可以用单片机予以实现，传统的电路设计方法已演变成软件和硬件相结合的设计方法。在实际应用中，单片机经常要与各种传感器相结合组成一定的应用系统，以实现系统的自动检测与控制。本文所设计的智能饮水机就是单片机结合传感器的一个简单应用。该系统设计综合单片机以及电子技术理论，从生活实际出发，完善了饮水机的功能。设计方案中，主要采用数字温度传感器DS18B20组成测温系统作为检测单元，并运
2、用了AT89C52作为主机单元、 X5045EEPROM作为存储单元、HD7279芯片来管理键盘和显示器。整个设计系统实现三个功能，即加热、对温度上下限的控制和定时加热。与传统的饮水机相比，由于采用了自动检测和控制的电子设计技术，可较好地实现对水温的测量和控制，具有较广泛的应用前景。关键词： 温度采集，89C52，X5045，HD7279.目录摘 要IABSTRACTII第1章 绪 论11.1引言11.2 研究的目的与意义11.3 本次设计的工作2第2章 总体设计32.1 设计任务32.2系统结构设计32.2.1电路原理和器件选择32.2.2系统框图及说明4第3章 硬件设计63.1 主板设计6
3、3.1.1主机单元63.1.2 存储单元73.1.3 人机接口单元93.2 副板设计143.2.1 温度采集单元143.2.2时钟单元153.3 控制单元173.4 原理图的绘制设计17第4章 软件设计194.1 主程序设计194.1.1 主程序和中断程序流程图194.1.2 变量和常量说明204.2 人机接口单元软件设计224.2.1 键处理程序流程图及说明224.2.2变量和常量说明234.2.3 各按键功能及其子程序说明244.3 DS1302的软件设计244.4 DS18B20的软件设计25第5章 系统的调试和问题总结285.1 系统硬件调试285.2 系统软件调试28结束语30致 谢
4、31参考文献32附录一 系统原理图33附录二 系统PCB图35附录三 元件列表36第1章 绪 论1.1引言信息技术快速发展的今天，单片机技术的贡献是不可缺少的。生产中使用的智能仪表、分布式控制系统总线、智能家电和智能办公设备都可以见到单片机的身影。日常生活中使用的电子产品如MP3、手机、智能洗衣机、智能饮水机等都是以单片机为核心的。本文所设计的多功能饮水机就是单片机结合传感器的一个简单应用。1.2 研究的目的与意义单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛, 在很多电子产品中也用到了温度检测和温度控制。目前广泛使用的饮水机，具有价格低廉，制造简便等优点。但是随着用户长时间使用，这些饮水机功能单一、
5、能耗较大、长时间饮用饮水机的水对健康不利等缺点逐渐暴露出来。传统的饮水机的局限性一般体现在以下几个方面：第一,功能相对简单。只有简单的温度控制，而且用户还不能自己根据自己的喜好设定温控参数。第二,能耗较大。在没有人使用的时候饮水机也处在开机状态无疑会造成能源的大量浪费，在能源紧缺的今天这个方面亟待解决。第三, 长期饮用饮水机里的水会对健康不利。由于广泛使用的饮水机烧水不能完全沸腾，长期饮用这种水会对身体造成较大的伤害。本此设计的基于AT89C52的多功能饮水机, 采用DS18B20实现温度采集，经过HD7279管理的LED显示, 读数直观、准确。并且程序存储器E2PROM采用了, 可以很容易的
6、实现软件升级, 从软件方面提高仪器精度。同时可以对加热实现基本的控制，从而防止了“千滚水”对身体造成的伤害，满足生活的需求2。1.3 本次设计的工作 (1)查阅大量的国内外有关多功能饮水机方面的文献资料，剖析了一些饮水机的实际产品，并吸取同类产品的优点。 (2)根据饮水机的发展趋势和现有的设计条件，提出了多功能饮水机的整体设计方案和技术要求。 (3)完成了系统硬件部分选型、设计和制作，并进行了调试。 第2章 总体设计2.1 设计任务1设计题目：多功能饮水机2仪表功能：1) 对温度上下限的控制；2) 定时开机、定时关机；3) 对实时温度进行采集并在LED数码管上进行显示；3仪表操作：用户可以根据
7、自己的喜好来设计不同温度上下限。上电以后系统将自动运行，显示的是当前水温，按一次设定按键，可实现显示温度控制的上限值，再按增建或减键配合左移键可以修改这个值，最后按一下确认键将新修改的值保存。温度下限、定时开机时间、定时关机时间的修改和温度上限相似，设定键用来切换设定参数，温度上下限，开机时间、关机时间，以及时钟时间。用增建、减键加上左移键可以完成对这些参数的修改3。2.2系统结构设计2.2.1电路原理和器件选择主机单元由AT89C52单片机和相关的存储器组成，是仪表的核心。关键部分期间名称及其在电路中的主要功能如下：（1）AT89C52:完成监控系统数据采集过程、采集方式和报警过程的控制。是
8、整个系统的核心处理器，单片机首先把通过传感器测到的现场温度与预先设置的温度进行比较，如果大于或小于预先设置值,就输出信号去控制加热器的工作,从而实现温度控制。（2）X5045:看门狗定时器防止系统死机，保证程序正常运行；内部EEPROM有掉电数据存储功能，用于保存各采集通道的报警上限。（3）HD7279:管理键盘和LED显示器，实现人机交互。（4）DS18B20:单线数字温度传感器，可直接将被测温度转化为串行数字信号，以供单片机处理。（5）DS1302:是一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片，它可以对年、月、日、星期、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿功能，工作电压为2.55.5V。AT
9、89C52看门狗时钟芯片电源温度检测加热控制HD7279键盘显示2.2.2系统框图及说明： 图2.1 系统框图（1）电源部分电源给系统各芯片提供工作电压。本次设计主要给各个芯片提供+5V电压。（2）温度检测部分本次设计采用DS18B20采集温度。（3）加热控制部分加热控制部分由9012三极管、固态继电器、加热电阻组成。实现对水的加热和温度控制。（4）键盘显示部分将DS18B20的温度信号和DS1302时钟信号以某种方式显示出来。显示仪表中常用LED数码管显示测量数据。本次设计用数码管显示实时温度值、温度控制上限值、温度控制上限值，时间、开始时间和关机时间，每个参数显示采用8个LED。同时为了更
10、好的实现系统的功能，还要设计5个按键：设定键、增建、减键、左移键、确定键，使饮水机具有基本的人机交互功能。本次设计选用HD7279与微处理器接口，可有效实现对按键和LED数码管的管理。（5）看门狗部分该部分实现采用X5045芯片，防止系统死机，保证程序正常运行。另外，X5045有EEPROM保存温度控制的上下限4。第3章 硬件设计本次设计设计的多功能饮水机，采用DS18B20实现温度的实时采集，DS1302时钟芯片来调整时间。采用AT89C52单片机作为系统微控制器，实现与DS1302、DS18B20的控制及对数据的处理显示。采用HD7279管理键盘和显示器,采用X5045实现掉电保护重要参数
11、功能，看门狗功能，防止系统死机。在硬件电路设计中主要使用了DS18B20温度传感器，DS1302时钟芯片，单片机AT89C52，键盘和显示器管理芯片HD7279，X5045等。另外，开关量控制环节选用了9012三级管和固态继电器实现了弱电对强电的控制。3.1 主板设计 AT89C52、HD7279、X5045和振荡电路组成了主机单元，是仪表的核心部分。利用X5045EEPROM存储测量值上下限和开机、关机时间，并且具有看门狗定时器功能，来进行数据采集等过程的设置和控制，振荡电路在单片机内部产生脉冲信号，C1 、C2为30pf，晶振振荡频率为12MHz.3.1.1主机单元AT89C52单片机是A
12、TMEL公司20实际90年代初期推出的增强型单片机,它完全兼容标准型的AT89C51，并在AT89C51的基础上增加了128B的片内RAM,4KBFlash存储器，T2定时器等功能。1) 外部引脚及功能： AT89C52与AT89C51的引脚一样，也有PDIP，PICC，TQFP等多种封装形式。.如图3.1，引脚的区别是由于增加了定时器2而引起的。有区别的只有P1.0，P1.1两个引脚，这两个引脚在不使用定时器2时仍可作为静态I/O接口使用，在单片机使用定时器2时，P1.0，P1.1还可能承担着外部记数脉冲输入,外部触发信号输入,可编程方波输出等功能 5 。 2) 内部增强功能单元 : AT8
13、9C52的内部功能完全兼容AT89C51的功能，而且在AT89C51的基础上增加了128B的片内RAM，4KBFlash存储器，T2定时器等功能。关于新增加的4KBFlash存储器，只是AT89C52片内ROM地址分配变成为0000H-1FFFH,其使用方法与AT89C51的一样。图3.1 AT89C52 引脚配置3.1.2 存储单元X5045是单片机系统电路的一个辅助芯片，它将复位，电压检测，看门狗定时器和块锁保护的串行EEPROM功能集合成一个芯片内；采用SPI串行外设接口方式，降低了系统成本并减少了对电路板空间的要求，提高了系统的可靠性。1. X5045的功能介绍（1）上电复位当器件通电
14、并超过VCC压时，X5045内部的复位电路将会提供一个约为200ms的复位脉冲让微处理器能够正常复位。（2）看门狗定时器看门狗定时器对微处理器提供了一个因外界干扰而引起程序陷入死循环或“跑飞”状态保护的功能。X5045内部的一个控制寄存器中有两位可编程位决定了定时周期的长短。当系统出现故障时，在设定的时间内如果没有对X5045进行访问，看门狗定时器以RESET信号作为输出响应，即变为高电平，延时约200ms以后RESET由高电平变为低电平。/CS的下降沿复位看门狗定时器。（3）低电压检测工作过程中X5045监测电源电压下降并电源电压跌落到VCC压以下时，会产生一个复位脉冲，复位脉冲保持有效直到电源电压降1V以下。如果电源电压在降落到门限电压后上升，则在电源电压超过门限电压后延时约200ms，复位信号消失，使得微处理器可以继续工作6。（4）串行EEPROM存储器X5045的存储器部分是具有Xicor公司的锁保护CMOS 4KB串行E2PROM。它被组织8位的结构，由一个四线构成的SPI总线方式进行操作，一次最多可写16B。2X5045的引脚与定义：1) SO 串行数据输出端。数据在SCK的下降沿输出到SO上。2) SI 串行数据输入端。所有操作命令、字节地址及写入的数据在此引脚上输入，SI线上输入的数据在SCK的上升沿被锁存。3) SCK 串行时钟输入端，控
