畢業(yè)設計---飲水機水溫控制系統(tǒng)設計

1、<p>　　飲水機水溫控制系統(tǒng)設計</p><p>　　學 生 姓 名： </p><p>　　學 號： </p><p>　　專 業(yè) 班 級： 09電子信息工程技術(shù)（3）班 </p><p>　　指 導 教 師

2、： </p><p><b>　　摘　要</b></p><p>　　溫度是表征物體冷卻程度的物理量，也是一種最基本的環(huán)境參數(shù)。在農(nóng)工業(yè)生產(chǎn)及日常生活中，對溫度的測量及控制始終占據(jù)著極其重要的地位。目前以DS18B20 為代表的新型單總線數(shù)字式溫度傳感器集溫度測量和A/D轉(zhuǎn)換于一體,直接輸出數(shù)字量，與單片機接口電

3、路結(jié)構(gòu)簡單，廣泛使用于距離遠、節(jié)點分布多的場合，具有較強的推廣應用價值。 基于單片機的飲水機溫度控制，也就是要符合人們需求的生活用水，先要把水燒開，然后使水溫保持一定的溫度，此溫度可由用戶自由設定，方便人們飲用。本文介紹了DS18B20型數(shù)組溫度傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及工作時序，并提出了以DS18B20和AT89C51為主要器件設計的數(shù)字溫度計審計方案，時間證明該數(shù)字溫度計的測溫范圍為－50到＋110°精度誤差在0.5以內(nèi)，

4、具有測溫精度高，控制性能良好等特點。飲水機溫控系統(tǒng)是以單片機（AT89C51）為核心，使用DS18B20對溫度采進行采集、并且控制加熱管進行加熱，從而達到對溫度的控制，然后使用LED數(shù)碼管顯示。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：單片機AT89C51；LED數(shù)碼管；溫度采集芯片DS18B20；PWM</p><p><b>　　目錄</b></p>&

5、lt;p><b>　　摘 要I</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1 題目來源及意義1</p><p>　　1.2 設計任務1</p><p>　　第二章 硬件電路設計3</p><p>　　2.1 系統(tǒng)硬件設

6、計總體框架3</p><p>　　2.2 AT89C51介紹3</p><p>　　2.3 測溫模塊7</p><p>　　2.3.1 DS18B20介紹7</p><p>　　2.3.2 DS18B20與AT89C51的連接9</p><p>　　2.4 顯示模塊10</p><p&g

7、t;　　2.4.1 LED介紹10</p><p>　　2.4.2 LED動態(tài)顯示原理及與單片機的連接12</p><p>　　2.5 按鍵模塊13</p><p>　　2.6 電源模塊14</p><p>　　2.6.1 系統(tǒng)供電整體框架14</p><p>　　2.6.2 穩(wěn)壓電路的設計14</p

8、><p>　　2.7 PWM控制模塊15</p><p>　　2.8 擴展電路17</p><p>　　第三章 軟件部分設計18</p><p>　　3.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)流程18</p><p>　　3.2 測溫部分結(jié)構(gòu)流程20</p><p>　　3.3 顯示部分結(jié)構(gòu)流程23</

9、p><p>　　3.4 鍵掃子程序結(jié)構(gòu)流程25</p><p>　　3.5 加一子程序流程26</p><p>　　3.6 PWM控制軟件實現(xiàn)子程序27</p><p><b>　　結(jié) 論28</b></p><p>　　附錄一 整體設計電路圖29</p><p>

10、　　附錄二 程序清單30</p><p><b>　　參考文獻36</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 題目來源及意義</p><p>　　隨著電子技術(shù)的發(fā)展，特別是大規(guī)模集成電路的產(chǎn)生，給人們的生活帶來了根本性的變化，如果說微型計算機的出現(xiàn)使

11、現(xiàn)代的科學研究得到了質(zhì)的飛躍，那么單片機技術(shù)的出現(xiàn)則是給現(xiàn)代工業(yè)控制測控領(lǐng)域帶來了一次新的革命。目前，單片機在工業(yè)控制系統(tǒng)諸多領(lǐng)域得到了極為廣泛的應用。特別是其中的C51系列單片機的出現(xiàn)，由于它具有極好的穩(wěn)定性，更快和更準確的運算精度。因此，它的出現(xiàn)不但推動了工業(yè)的生產(chǎn)，也影響著人們的生活、工作和學習。</p><p>　　基于單片機的飲水機溫度控制系統(tǒng)，正是順應社會科技發(fā)展的潮流、出于方便人們更舒適的使用飲水機

12、而設計的。它能夠?qū)崟r監(jiān)控水溫并使用數(shù)碼顯示，給用戶以直接的視覺反饋，而且可以根據(jù)喜好設置其恒定的溫度，使用簡單，節(jié)約資源，更具個性化及人性化，定能得到用戶的喜愛，較之傳統(tǒng)的飲水機有更廣闊的發(fā)展前景。</p><p><b>　　1.2 設計任務</b></p><p>　　設計一個基于單片機的飲水機的溫度控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以加熱飲用水至沸騰，實時檢測飲水機水箱的水溫，

13、并且可以通過數(shù)碼管顯示飲水機水箱水溫度數(shù)，可以通過鍵盤或開關(guān)設置水的溫度的上下限，如加熱，當溫度在設定的范圍內(nèi)時正常工作，當?shù)陀谒疁叵孪迺r控制加熱器加熱；溫度檢測范圍－50到＋110°，精度誤差在0.5以內(nèi)，當溫度超過設定值時具有示警功能.。</p><p><b>　　功能介紹：</b></p><p><b>　　將水加熱到沸騰；</b&

14、gt;</p><p><b>　　溫度實時顯示；</b></p><p>　　鍵盤設定水溫恒定值；</p><p>　　根據(jù)水溫與設定值的差值選擇加熱方式；</p><p><b>　　水開、恒溫示警等。</b></p><p>　　為完成以上設計目標，主要進行的工作有：&

15、lt;/p><p>　　介紹系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)及工作原理；</p><p>　　對單片機、溫度傳感器、數(shù)碼管等硬件電路模塊進行調(diào)研學習；</p><p>　　對硬件開發(fā)板進行一系列的功能測試；</p><p>　　編寫系統(tǒng)流程圖及各個模塊的子程序；</p><p><b>　　系統(tǒng)的仿真與調(diào)試。</b>&l

16、t;/p><p>　　第二章 硬件電路設計</p><p>　　基于單片機的飲水機溫度控制系統(tǒng)是由硬件和軟件兩大部分組成的。硬件是整個設計的基礎，是軟件得以運行的載體，主要包括單片機、測溫芯片、顯示和按鍵裝置及電源等部分。系統(tǒng)的整體設計電路圖參見附錄一，以下對系統(tǒng)的各個模塊進行詳細闡述。</p><p>　　2.1 系統(tǒng)硬件設計總體框架</p><p

17、>　　系統(tǒng)主要是由單片機最小系統(tǒng)，測溫模塊，顯示模塊，按鍵模塊，電源模塊， PWM控制模塊組成。單片機是核心，單片機控制并協(xié)調(diào)各個器件，處理數(shù)據(jù)，并最終顯示。 其系統(tǒng)框圖如圖2-1所示：</p><p><b>　　圖2- 1系統(tǒng)框圖</b></p><p>　　結(jié)合此框圖，其工作流程為：首先由單片機對系統(tǒng)進行初始化，然后飲水機開始加熱，至水沸騰，此時可

18、以設置給出報警提示。通過按鍵模塊設置用戶希望保持的水的溫度，溫度傳感器DS18B20實時監(jiān)測水溫，并把其監(jiān)測水溫與設定值比較，當溫度偏離設定值時，單片機對PWM控制模塊發(fā)出控制信號，然后執(zhí)行加熱或不加熱的動作，保證水溫始終穩(wěn)定在設定值附近。整個過程，顯示模塊會實時顯示水溫。</p><p>　　2.2 AT89C51介紹</p><p>　　AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、

19、性能CMOSS 8位單片機，器件采用ATMEL公司的高度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準的MCS-51指令系統(tǒng)。片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和FLASH存儲單元，含4K bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個I/O口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通行接口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，

20、并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式，空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM、定時/計數(shù)器、串行通行接口、中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所用部件工作直到下一個硬件復位。</p><p>　　其引腳圖如圖2-2所示：</p><p>　　圖2- 2 AT89C51引腳圖</p><p><b>　　引腳說明：</b

21、></p><p><b>　　VCC：供電電壓。</b></p><p><b>　　VSS：接地。</b></p><p>　　P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當 P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位

22、。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。</p><p>　　P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 </p>

23、<p>　　P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能

24、寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。</p><p>　　P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。</p><p>　　P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示

25、：</p><p><b>　　口管腳 備選功能</b></p><p>　　P3.0 RXD（串行輸入口）</p><p>　　P3.1 TXD（串行輸出口）</p><p>　　P3.2 /INT0（外部中斷0）</p><p>　　P3.3 /INT1（外部中斷1）</p>&

26、lt;p>　　P3.4 T0（記時器0外部輸入）</p><p>　　P3.5 T1（記時器1外部輸入）</p><p>　　P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）</p><p>　　P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）</p><p>　　P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。</p><p>

27、;　　RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。</p><p>　　ALE：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁

28、止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。</p><p>　　/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。</p><p>　　/EA：當

29、/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（VPP）。</p><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。</p><p>　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出

30、。</p><p><b>　　振蕩器特性:</b></p><p>　　AT89C51中有一個構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反向放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端，這個放大器與作為反饋原件的片外石英晶體一起構(gòu)成自激振蕩器。振蕩電路參見圖2-3：</p><p>　　圖2- 3 單片機振蕩電路</p><

31、;p>　　外接石英晶體及電容C1、C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容C1、C2雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定。此處使用石英晶體，推薦電容使用30pF+10pF。</p><p><b>　　2.3 測溫模塊</b></p><p>　　測溫模塊采用一種新型的可編程

32、溫度傳感器DS18B20，它能代替模擬溫度傳感器和信號處理電路，直接與單片機溝通，完成溫度采集和數(shù)據(jù)處理。DS18B20與AT89C51結(jié)合實現(xiàn)最簡溫度檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強，適合于惡劣環(huán)境下進行現(xiàn)場溫度測量，有廣泛的應用前景。</p><p>　　2.3.1 DS18B20介紹</p><p>　　DS18B20是美國DALLAS公司推出的單總線數(shù)字測溫芯片。他具有獨特的

33、單總線接口方式，僅需使用1個端口就能實現(xiàn)與單片機的雙向通訊。采用數(shù)字信號輸出提高了信號抗干擾能力和溫度測量精度。他的工作電壓使用范圍寬(3．0～5．5 V)，可以采用外部供電方式，也可以采用寄生電源方式，即當總線DQ為高電平時，竊取信號能量給DS18B20供電。他還有負壓特性，電源極性接反時，DS18B20不會因接錯線而燒毀，但不能正常工作。可以通過編程實現(xiàn)9～12位的溫度轉(zhuǎn)換精度設置。由表2-1可見，設定的分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)

34、轉(zhuǎn)換時間就越長，在實際應用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時間權(quán)衡考慮。 </p><p>　　表2-1 DS18B20分辨率與溫度轉(zhuǎn)換的關(guān)系</p><p>　　DS18B20采用3腳TO-92封裝，形如三極管，同時也有8腳SOIC封裝，還有6腳的TSOC封裝，見圖2-4。</p><p>　　圖2- 4 DS18B20封裝</p><p>　　其測溫

35、范圍為－55～+125℃，在-10～85℃范圍內(nèi)，精度為±0．5℃。每一個DS18B20芯片的ROM中存放了一個64位ID號：前8位是產(chǎn)品類型編號，隨后48位是該器件的自身序號，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗碼。因此，一條總線上可以同時掛接多個DS18B20，實現(xiàn)多點測溫系統(tǒng)。另外用戶還可根據(jù)實際情況設定非易失性溫度報警上下限值TH和TL。DS18B20檢測到溫度值經(jīng)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后，自動存入存儲器中，并與設定值TH或TL進

36、行比較，當測量溫度超出給定范圍時，就輸出報警信號，并自動識別是高溫超限還是低溫超限。</p><p>　　DS18B20的5個功能指令：</p><p>　　（1）溫度轉(zhuǎn)換指令（44H）。這個命令用于啟動溫度轉(zhuǎn)換，無實質(zhì)的數(shù)據(jù)要求。如果微控制器在該命令之后輸出讀操作命令，那么DS18B20將使DQ端為低電平，表示DS18B20正忙于溫度轉(zhuǎn)換，不能響應該命令。</p><

37、p>　?。?）寫便箋式存儲器（4EH）。寫便箋式存儲器從TH存儲單元開始，三個字節(jié)的數(shù)據(jù)將被定位在2到4號便箋式存儲器單元。所有的三個字節(jié)必須在復位鉗寫入便箋式存儲器。</p><p>　?。?）讀便箋式存儲器（BEH）。該指令讀取便箋式存儲器的內(nèi)容，讀出的數(shù)據(jù)將從Byte0（存儲器的0號單元）開始直到第9字節(jié)（CRC校驗字）被讀走。但如果不想讀完所有字節(jié)，微控制器可以再任何時候輸出復位信號中斷其傳輸。&l

38、t;/p><p>　?。?）復制便箋式存儲器指令（48H）。把2、3、4號存儲單元的內(nèi)容存儲到非易失性SRAM中去。復制期間，如果有讀指令，DS18B20將把DQ置為低電平，直到轉(zhuǎn)換結(jié)束，把DQ置為高電平。</p><p>　?。?）回讀SRAM（B8H）。將存儲在SRAM中的溫度報警上下限、分別率配置的內(nèi)容寫回相應的便箋式存儲器。</p><p>　?。?）讀電源配置

39、結(jié)構(gòu)指令（B4H）。主控制設備發(fā)出該指令后在輸出讀時序，器件即會送出所使用的電源信息：0為寄生電源，1為外接電源。</p><p>　　在進行DS18B20操作時一般有以下步驟：1，初始化DS18B20。2，ROM操作指令操作。3，便箋式存儲器功能指令操作。4處理或數(shù)據(jù)傳送。每一次DS18B20的操作都必須滿足以上步驟，若是缺少或順序混亂，期間將不會返回值。</p><p>　　2.3.2

40、 DS18B20與AT89C51的連接</p><p>　　DS18B20與單片機連接的結(jié)構(gòu)圖如圖2-5所示：</p><p>　　圖2- 5 DS18B20與單片機的連接圖</p><p>　　這里通過上拉電阻直接驅(qū)動LED顯示，以增加線路復雜度為代價，減少芯片數(shù)量。其中，P0口的P0.0連接DS18B20的 數(shù)字輸入輸出位DQ，P0口的P0.1~P0.7連接三個

41、數(shù)碼管，控制其數(shù)碼顯示；由P2口的P2.0，P2.1，P2.2分別用于選擇LED1，LED2，LED3 三個數(shù)碼管。</p><p><b>　　2.4 顯示模塊</b></p><p>　　單片機應用系統(tǒng)中使用的顯示器主要有LED和LCD兩種。近年來也有用CRT顯示的。前者價格低廉，配置靈活，與單片機接口方便；后者可進行圖形顯示，但接口較復雜，成本也較高。LED(L

42、ing Emiting Diode)是發(fā)光二極管的縮寫。實際應用非常普遍的是八段LED顯示器。LED顯示器在大型報時屏幕，銀行利率顯示，城市霓虹燈建設中，得到廣泛應用。在這些需要多位LED顯示的場合，怎樣實現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定，價格低廉的顯示，成為決定其成本的關(guān)鍵所在。</p><p>　　2.4.1 LED介紹</p><p>　　七段LED顯示器(數(shù)碼管)系發(fā)光器件的一種。常用的LED發(fā)光器件有

43、兩類：數(shù)碼管和點陣。數(shù)碼管內(nèi)部由七個條形發(fā)光二極管和一個小圓點發(fā)光二極管組成，根據(jù)各管的亮暗組合成字符。常見數(shù)碼管有10根管腳，管腳排列如下圖圖2-6所示。</p><p>　　圖2- 6 LED管腳排列</p><p>　　其中COM為公共端，根據(jù)內(nèi)部發(fā)光二極管的接線形式可分為共陰極和共陽極兩種。使用時，共陰極數(shù)碼管公共端接地，共陽極數(shù)碼管公共端接電源。每段發(fā)光二極管需5～10mA的驅(qū)動

44、電流才能正常發(fā)光，一般需加限流電阻控制電流的大小。 </p><p>　　其顯示原理為：LED數(shù)碼管的a～g七個發(fā)光二極管。加正電壓的發(fā)光，加零電壓的不能發(fā)光，不同亮暗的組合就能形成不同的字型，這種組合稱為字型碼。共陽極和共陰極的字型碼是不同的，如表2-2所示。</p><p>　　表2-2 LED顯示字形及字符串對應關(guān)系</p><p>　　可采用硬件譯碼輸出字型

45、碼控制顯示內(nèi)容，如采用74LS48、CD4511(共陰極)或74LS46(74LS47)、CD4513(共陽極)。也可用單片機I/O口直接輸出字型碼控制數(shù)碼管的顯示內(nèi)容。本設計出于對片選的需要，采用I/O口直接輸出字型碼的方式進行顯示。</p><p>　　2.4.2 LED動態(tài)顯示原理及與單片機的連接</p><p>　　由于本設計最高要顯示100℃（出于小數(shù)位的溫度對人們使用影響不大的

46、考慮，不顯示小數(shù)位），故需要三個LED，顯示位數(shù)較多時，采用動態(tài)顯示方式比較節(jié)省I/O口，硬件電路也較靜態(tài)顯示簡單。</p><p>　　動態(tài)掃描方法是用其接口電路把所有數(shù)碼管的7個筆劃段a～g同名端連在一起,而每一個數(shù)碼管的公共極COM各自獨立地受I/O線控制，用作片選信號位。CPU向字段輸出口送出字形碼時，所有數(shù)碼管接收到相同的字形碼。但究竟是哪個數(shù)碼管亮，則取決于COM端，COM端與單片機的I/O口相連接，

47、由單片機輸出位碼到I/O控制何時哪一位數(shù)碼管亮。</p><p>　　動態(tài)掃描用分時的方法輪流控制各個數(shù)碼管的COM端，使各個數(shù)碼管輪流點亮。在輪流點亮數(shù)碼管的掃描過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間極為短暫。但由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)。</p><p>　　LED與AT89C51的連接圖見圖2-7：</p><p>　　圖2

48、- 7 LED與單片機的連接圖</p><p>　　LED與單片機的連接按上圖示一一對應，采用串行連接，由于每段發(fā)光二極管需5～10mA的驅(qū)動電流才能正常發(fā)光，故采用300歐的限流電阻控制電流的大小。 用P0口作為LED數(shù)碼輸出口，由P2口的P2.0，P2.1，P2.2發(fā)出片選信號以實現(xiàn)動態(tài)掃描。</p><p><b>　　2.5 按鍵模塊</b></p>

49、;<p>　　在一些智能化儀表中，人機接口通常是LED顯示和小型鍵盤。LED顯示器在上一節(jié)已經(jīng)介紹過，至于鍵盤，其常見的工作方式有兩種：一是直接使用系統(tǒng)中的CPU對鍵盤進行檢測，為鍵盤的及時響應，CPU需要頻繁的執(zhí)行動態(tài)掃描程序；二是采用專用的顯示、鍵盤芯片，如8279、SAA1064等。結(jié)合本系統(tǒng)的具體情況，CPU的工作強度并不大，故采用第一種方式進行鍵盤設計，其價格低廉，使用方便，能較充分的利用資源。</p>

50、;<p>　　本設計采用中斷方式來檢測鍵盤是否被按下，使用了三個按鍵A、B、C，第一次按下A鍵，表示開始調(diào)整溫度設定值，同時將溫度顯示值初始化為80℃，設置完溫度設定值后再按下A鍵，表示溫度設定完成；B、C鍵用于數(shù)值調(diào)整，每按B鍵一下，數(shù)值加1，每按C一下，數(shù)值減1，在調(diào)整狀態(tài)下B、C鍵允許連擊。</p><p>　　基于單片機的按鍵電路如圖2-8所示：</p><p>　　

51、圖2- 8 按鍵電路與單片機的連接</p><p>　　將P1口用作鍵盤控制接口，S1、S2、S3分別對應A、B、C鍵，連接到單片機的P1.0、P1.1、P1.2。工作時，按下A鍵開始調(diào)整設定值，同時給CPU一個中斷信號，對LED顯示器進行初始化，然后按B或C鍵調(diào)整數(shù)值，完成后再按下A鍵，中斷返回。</p><p><b>　　2.6 電源模塊</b></p&g

52、t;<p>　　電源提供整個系統(tǒng)的能源，一個穩(wěn)定的電源模塊是系統(tǒng)能夠正常工作的基礎，電源的設計是十分關(guān)鍵的。</p><p>　　2.6.1 系統(tǒng)供電整體框架</p><p>　　需要供電的部分有：單片機、測溫模塊、顯示模塊和按鍵模塊。它們都需要直流電壓供電，供電電壓為5V ，但考慮到電壓的波動及損耗，本設計選用7.2V的電池作為總的電源，穩(wěn)壓后為各模塊供電。 如圖2-9給出

53、了系統(tǒng)供電的結(jié)構(gòu)圖：</p><p>　　圖2- 9 系統(tǒng)供電結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　2.6.2 穩(wěn)壓電路的設計</p><p>　　穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的設計首先選定輸入電壓和穩(wěn)壓二極管,然后確定限流電阻R。</p><p>　?。?）輸入電壓ui 的確定:考慮電路電壓的變化,ui 可按下式選擇：</p><p>　　

54、Ui = (2~3)Uo </p><p>　　（2）穩(wěn)壓管的選取:穩(wěn)壓管的參數(shù)可按下式選?。?lt;/p><p><b>　　Uz = Uo</b></p><p>　　Izmax = (2~3)Iomax</p><p>　?。?）限流電阻的確定:當輸入電壓Ui 上升10%,且負載電流為零時,流過穩(wěn)壓管

55、的電流不超過穩(wěn)壓管的最大允許電流Izmax。</p><p>　　根據(jù)以上要求，并結(jié)合使用情況，選擇了78L05作為5V電壓的穩(wěn)壓芯片，它是一款壓差輸出800mA電流時壓差只有1.2V的三端穩(wěn)壓器，輸出規(guī)格有2.5V、3.0V、5.0V等規(guī)格，在這里我們選用5.0V規(guī)格的。穩(wěn)壓設計電路如圖2-10所示：</p><p>　　圖2- 10 穩(wěn)壓供電電路</p><p>

56、;　　圖中開關(guān)S1用來控制整個系統(tǒng)的開啟或停止。穩(wěn)壓后，電路右端連接各個系統(tǒng)模塊，為它們提供穩(wěn)定的電源，保證系統(tǒng)平穩(wěn)、良好運行。</p><p>　　2.7 PWM控制模塊</p><p>　　PWM 即脈寬調(diào)制，脈寬調(diào)制波是一種可用程序來控制波形、占空比、周期、相位的波形。</p><p>　　根據(jù)測溫電路測得的溫度與設定值的差值，發(fā)出不同占空比的PWM脈沖信號。

57、這個脈沖是一種方波，在一個周期內(nèi)，此方波信號的高電平時段占整個周期的比例，我們稱之為占空比。如圖2-11所示。如果PWM的方波脈沖信號的占空比可以做到多種級別，那么加熱的速度也可以做到多種級別。</p><p>　　圖2- 11 PWM波形圖</p><p>　　圖2-11顯示了三種不同的PWM信號。圖a是一個占空比為10%的PWM輸出，即在信號周期中，10％的時間通，其余90％的時間斷。

58、圖b和圖c顯示的分別是占空比為50%和90%的PWM輸出。這三種PWM輸出編碼的分別是強度為滿度值的10%、50%和90%的三種不同模擬信號值。例如，假設供電電源為9V，占空比為10%，則對應的是一個幅度為0.9V的模擬信號。</p><p>　　AT89C51單片機具有兩個定時器T0和T1，通過控制定時器初值可以實現(xiàn)輸出不同占空比的脈沖波形。如果單片機的時鐘頻率為f（12MHz），定時器/計數(shù)器為N位，則定時器

59、的定時初值和定時時間之間的關(guān)系為：</p><p>　　式中 ——定時器的定時初值；</p><p>　　N——一個機器周期的時鐘數(shù)。</p><p>　　若T0工作模式0，初始值為0，則定時時間</p><p>　　PWM控制電路如圖2-12所示：</p><p>　　圖2- 12 PWM控制電路</p>

60、<p>　　圖中MOC3041為光耦元件，輸入的電信號驅(qū)動發(fā)光二極管（LED），使之發(fā)出一定波長的光，被光探測器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進一步放大后輸出。這就完成了電—光—電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號傳輸具有單向性等特點，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。當PWM輸入高電平信號時，光電耦合器MOC3041工作，置點A處為高電平，即雙向可控硅B的觸發(fā)極為高電平，可控硅導

61、通，加熱器開始加熱；當PWM輸入低電平信號時，光耦不工作，雙向可控硅不會導通，加熱器處于冷卻狀態(tài)。</p><p><b>　　2.8 擴展電路 </b></p><p>　　(1)擴展一個揚聲器，用于水開報警和恒溫值報警。其電路如圖2-13所示：</p><p>　　圖2- 13 揚聲器電路</p><p>　　由上圖

62、可知，用P1口的P1.3來實現(xiàn)報警功能。當P1.3傳來高電位信號時，NPN導通，揚聲器報警。</p><p>　　(2)擴展兩個指示燈，當水處于加熱狀態(tài)時紅燈亮，處于保溫狀態(tài)時綠燈亮。其電路圖類似于圖2-13，只需將speaker換為LED，然后接口分別連接到P1.4和P1.5。</p><p>　　第三章 軟件部分設計</p><p>　　系統(tǒng)的軟件設計是建立在硬

63、件設計基礎之上的，軟件賦予了硬件靈魂，使得系統(tǒng)能夠按照我們期望的要求工作。</p><p>　　系統(tǒng)中的軟件部分應該完成系統(tǒng)初始化、控制過程的實現(xiàn)等功能，是一個控制系統(tǒng)的核心部分，軟件設計的好壞直接影響到系統(tǒng)的性能。單片機系統(tǒng)需要接收測溫模塊電路的信號、溫度設定值的信號，采用編程方法實現(xiàn)PWM的電壓控制從而高效的實現(xiàn)加熱功能。</p><p>　　3.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)流程</p>

64、;<p>　　根據(jù)本設計的功能要求，該系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)初始化、溫度保持、按鍵中斷和溫度預設調(diào)整幾個部分。其整體結(jié)構(gòu)流程見圖3-1：</p><p>　　圖3- 1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)流程</p><p>　　圖中初始化部分包括：</p><p>　　（1）LED初始化：</p><p>　　系統(tǒng)啟動時，三個LED均初始化為0，以指示系

65、統(tǒng)開始工作。</p><p>　　MOV P0, #00H </p><p>　　（2）中斷設置初始化：</p><p>　　定時器T0的設置為：</p><p>　　MOV TMOD, #00H ；T0工作方式0</p><p>　　MOV TH，#0E0H</p><p>　　MOV TL

66、，#18H ；T0初值，定時時間為1ms</p><p>　　外部中斷1（INTI1）的設置為：</p><p>　　MOV TCON，#04H ；外部有負跳變時，申請中斷</p><p><b>　　中斷設置：</b></p><p>　　MOV IP，#02H ；IP初始化，優(yōu)先定時器T0</

67、p><p>　　MOV IE，#82H ；IE初始化，開中斷，允許T0中斷響應</p><p>　　3.2 測溫部分結(jié)構(gòu)流程</p><p>　　DS18B20的測溫部分結(jié)構(gòu)流程如圖3-2所示：</p><p>　　圖3- 2 測溫部分流程圖</p><p>　　圖中0050H用于存放DS18B20側(cè)得的溫度數(shù)值

68、，0051H存放溫度預設值。</p><p>　　與DS18B20的所有通訊都是由一個單片機的復位脈沖和一個DS18B20的應答脈沖開始的。單片機先發(fā)一個復位脈沖，保持低電平時間最少480μs，最多不能超過960μs。然后，單片機釋放總線，等待DS18B20的應答脈沖。DS18B20在接受到復位脈沖后等待15～60μs才發(fā)出應答脈沖。應答脈沖能保持60～240μs。單片機從發(fā)送完復位脈沖到再次控制總線至少要等待4

69、80 μs。</p><p>　　(1)圖中初始化部分代碼如下：</p><p>　　RESET:CLR DQ ;發(fā)送復位脈沖</p><p>　　MOV R7,#33 ;延時497us</p><p>　　LCALL DELAY1</p><p>　　SETB DQ

70、 </p><p>　　MOV R7,#4 ;延時62us</p><p>　　LCALL DELAY1</p><p>　　CLR FLAG ;DS18B20應答標志</p><p>　　JB DQ,RET1 ;判斷DS18B20應答</p><

71、p>　　LCALL DELAY1</p><p><b>　　SETB DQ</b></p><p><b>　　RET1: RET</b></p><p>　　(2)DS18B20 WRITE子程序： 　　寫時隙需要15～75 μs，且在2次獨立的寫時隙之間至少需要1μs的恢復時間。寫時隙起始于單片機拉低總線。以

72、要把單片機A中的數(shù)據(jù)發(fā)給DS18B20為例，程序代碼如下： </p><p>　　WR18B20:CLR C ;發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù)</p><p>　　MOV R1, #8</p><p>　　WR1: CLR DQ ;產(chǎn)生寫信號</p><p>　　MOV R

73、7, #1</p><p>　　LCALL DELAY17us ;延時17us</p><p><b>　　RRC A</b></p><p>　　MOV DQ, C ;發(fā)送一位數(shù)據(jù)給DS18B20</p><p>　　MOV R7, #1</p>&l

74、t;p>　　LCALL DELAY17us ;延時17us</p><p>　　SETB DQ</p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　DJNZ R1, WR1 ;字節(jié)是否發(fā)送完</p><p>　　SETB DQ</p><

75、;p><b>　　RET</b></p><p>　　(3)DS18B20 READ子程序 　　讀時隙需15～60 μs，且在2次獨立的讀時隙之間至少需要1 μs的恢復時間。讀時隙起始于單片機拉低總線至少1 μs。DSl8B20在讀時隙開始15μs后開始采樣總線電平。以單片機讀取2 B的數(shù)據(jù)為例。程序代碼如下： </p><p>　　RD18B20:CLR

76、 C</p><p>　　MOV R1, #2</p><p>　　MOV R0, #TEMLSB ;存放數(shù)據(jù)的地址</p><p>　　RD1: MOV R2, #8</p><p>　　RD2: SETB DQ</p><p><b>

77、　　NOP</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　CLR DQ</p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　MOV R7,

78、 #1</p><p>　　LCALL DELAY17us ;延時17us</p><p>　　MOV C, DQ</p><p>　　RRC A</p><p>　　MOV R7, #3</p><p>　　LCALL DELAY42US ;延時42us<

79、/p><p>　　DJNZ R2, RD2 ;判斷字節(jié)是否讀完</p><p>　　MOVX @R0, A ;保存結(jié)果</p><p>　　DEC R0</p><p>　　DJNZ R1, RD1 ;判斷兩個字節(jié)是否讀完</p><p><b&

80、gt;　　RET </b></p><p>　　3.3 顯示部分結(jié)構(gòu)流程</p><p>　　LED顯示部分的結(jié)構(gòu)流程如圖3-3所示：</p><p>　　圖3- 3 顯示部分結(jié)構(gòu)流圖</p><p>　　在該子系統(tǒng)中，初始化為000后需要延時一段時間，一方面指示系統(tǒng)已工作，另一方面顯示器在復位之前也得有足夠的時間充電。當

81、檢測到A鍵按下后，將顯示器初始化為080，以便于對設定值上下調(diào)整。</p><p>　　3.4 鍵掃子程序結(jié)構(gòu)流程</p><p>　　鍵盤部分運行流程如圖3-4所示：</p><p>　　圖3- 4 鍵盤運行流程圖</p><p>　　圖中用延時去抖動子程序確保沒有誤按，保證按鍵的準確性。這里需要用一個延時程序?qū)崿F(xiàn)該功能，其程序代碼如下：&

82、lt;/p><p>　　DELAY: MOV R6, #50 ；延時10ms</p><p>　　DELAY1: MOV R7, #100</p><p>　　DJNZ R7, $</p><p>　　DJNZ R6, DELAY1</p><

83、p><b>　　RET</b></p><p>　　3.5 加一子程序流程</p><p>　　加一子程序流程圖如圖3-5所示：</p><p>　　圖3- 5 加一子程序結(jié)構(gòu)流程</p><p>　　設LED1、LED2和LED3顯示的數(shù)值分別存放于0053H、0054H和0055H，其程序代碼為：</p&

84、gt;<p>　　CLR A</p><p>　　MOV R0, #54H</p><p>　　ADD1: MOV A,@R0 ;取十位</p><p>　　INC R0 </p><p>　　SWAP A

85、 ;十位與個位互換</p><p>　　ORL A,@R0 ;組合十位與個位</p><p>　　ADD A,#01H ;加1</p><p>　　DAA ;十進制調(diào)整</p><p>　　MOV R3,A ;暫存</p&g

86、t;<p>　　ANL A,#0FH ;屏蔽十位</p><p>　　MOV @R0,A ;放入個位單元</p><p>　　MOV A,R3 ;取值</p><p>　　INC R0 </p><p><b>　　SWAP A </b>&

87、lt;/p><p>　　ANL A,#0FH ;屏蔽個位</p><p>　　MOV @R0,A ;放入十位單元</p><p>　　MOV A, R3 ;數(shù)值放入A中等待判斷</p><p><b>　　RET</b></p>

88、<p>　　3.6 PWM控制軟件實現(xiàn)子程序</p><p>　　本設計實現(xiàn)4個等級的PWM脈沖控制，占空比分別為25%、50%、75%和100%。設實時水溫與設定值差值為e，當0＜e≤3時，采用占空比25%的PWM控制加熱；3＜e≤5時，采用50%的PWM控制加熱；5＜e≤8時，采用75%的PWM控制加熱；e＞8時，采用100%的PWM控制加熱。</p><p>　　使用定

89、時器T0實現(xiàn)占空比為50%的PWM脈沖程序如下：</p><p>　　SETB P1.7</p><p>　　LOOP:MOV TMOD, #00H ；T0工作方式0</p><p>　　MOV TH， #0E0H</p><p>　　MOV TL， #18H ；T0初值，定時時間為

90、1ms</p><p>　　SETB TR0 ; 啟動定時器T0</p><p>　　JNB TF0, $ ;查詢定時時間是否到</p><p>　　CLR TF0</p><p>　　CPL P1.7</p><p>　　SJMP LOOP&

91、lt;/p><p>　　實現(xiàn)占空比為25%的PWM波，只需使P1.7置高電平1ms，低電平3ms。T0定時定時3ms的設置為：</p><p>　　MOV TMOD, #00H ；T0工作方式0</p><p>　　MOV TH， #48H</p><p>　　MOV TL， #14H ；T

92、0初值，定時時間為3ms</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　本設計以AT89C51單片機為核心，由單片機、溫度監(jiān)測、LED顯示和鍵盤等幾部分組成，文中給出了它的具體實現(xiàn)方案，對每一個模塊，包括硬件和軟件都做了詳盡的介紹。該系統(tǒng)采用了DS18B20“一線總線”數(shù)字化溫度傳感器，省卻了溫度數(shù)模轉(zhuǎn)換，簡化了電路。更為重要的是，本系統(tǒng)設置了3個按

93、鍵，使用戶可以以個人喜愛設置水溫的恒定溫度，突出個性化與人性化，更方便人們使用。與傳統(tǒng)飲水機相比，它具有以下優(yōu)點：</p><p>　　1、良好的人機交互，溫度實時顯示及按鍵設定；</p><p>　　2、水溫恒定，用戶可即時飲用，不需要冷卻或等待加熱；</p><p>　　3、可以根據(jù)水溫與設定值的差值智能調(diào)節(jié)加熱速度；</p><p>　

94、　4、節(jié)約資源，易用性強，操作簡便，成本低廉。</p><p>　　最終設計的系統(tǒng)能穩(wěn)定運行，工作精度高，有良好的實用性。</p><p>　　附錄一 整體設計電路圖</p><p><b>　　附錄二 程序清單</b></p><p>　　ORG 0000H</p><p>　　A

95、JMP MAIN</p><p>　　ORG 000BH</p><p>　　LJMP INTT0</p><p>　　ORG 0030H</p><p>　　MAIN: MOV SP, #60H;確立堆棧區(qū)</p><p>　　MOV PSW,

96、 #00H ;</p><p>　　MOV R0, #20H ;RAM區(qū)首地址</p><p>　　MOV R7, #5FH ;RAM區(qū)單元個數(shù)</p><p>　　QL: MOV @R0, #00H

97、;RAM清零</p><p>　　INC R0</p><p>　　DJNZ R7, QL</p><p>　　MOV IP, #02H ;IP初始化，優(yōu)先定時器0</p><p>　　MOV IE, #82H ;IE初始

98、化， </p><p>　　MOV TMOD, #01H ;定時器0方式1工作</p><p>　　LCALL ZONE ;LED初始化為000</p><p>　　NEXT: LCALL ANYKEY ;按鍵檢測子程序</p>&

99、lt;p>　　JBACC.0, RUNF ;A鍵按下運行</p><p>　　LCALL DISP ;調(diào)用顯示子程序</p><p>　　SJMP NEXT</p><p>　　RUNF: LCALL OUTT;調(diào)傳送子程序</

100、p><p>　　LCALL TIME</p><p>　　JK: LCALL DISP;調(diào)用顯示子程序</p><p>　　LCALL ANYKEY ;按鍵檢測子程序</p><p>　　JZ JK</p><p>　　LCALL

101、 ANKEY</p><p>　　LCALL DISP ;調(diào)用顯示子程序</p><p>　　SJMP JK</p><p>　　;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;</p><p>　　;;;;;;;;;;; 初始化顯示000 ;;;

102、;;;;;;;;</p><p>　　;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;</p><p>　　ZONE: MOV 53H, #00 ;0編碼送各個顯示寄存器</p><p>　　MOV 54H, #00</p><p>　　MOV

103、55H， #00</p><p>　　LCALL DISP</p><p>　　MOV R7, #100 ;延時1s</p><p>　　WAIT: LCALL DELAY</p><p>　　DJNZ R7, WAIT</p

104、><p><b>　　RET</b></p><p>　　;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;</p><p>　　;;;;;;;;;;; 鍵掃子程序 ;;;;;;;;;;;</p><p>　　;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

105、</p><p>　　KEY: LCALL KEYS ;調(diào)鍵值處理子程序</p><p>　　JZ EXIT ;沒有鍵按下轉(zhuǎn)到返回</p><p>　　LCALL DISP</p><p>　　LCALL KEYS </p><p>　　JZ E

106、XIT</p><p>　　MOV B, 20H ;保存鍵值</p><p>　　KEYSF: LCALL KEYS ;調(diào)鍵值處理子程序</p><p>　　JZ KEYY ;鍵釋放，轉(zhuǎn)到恢復鍵值</p><p>　　LCALL DISP ;調(diào)顯示子程序

107、延時</p><p>　　AJMP KEYSF ;等到鍵釋放</p><p>　　KEYY: MOV A, B ;鍵值送20H單元保存</p><p>　　EXIT: RET ;返回</p><p>　　KEYS: MOV P1, #0FFH

108、 ;先向P1口寫1</p><p>　　MOV A, P1 ;P1口值送累加器A</p><p>　　CPL A ;A值取反</p><p>　　ANL A, #0FH ;保存P1口的低4位</p><p>　　MOV 20H,

109、A ;A值送20H保存</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;</p><p>　　;;;;;;;;;;; 鍵功能子程序 ;;;;;;;;;;;</p><p>　　;;;;;;;;;;;;;;;;;;

110、;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;</p><p>　　ANKEY: CLR EA;關(guān)中斷</p><p>　　CHECK: JB TR0, YXZ;判斷是否運行</p><p>　　MOV A, P1 ;判斷是否有按鍵按下</p><

111、p>　　MOV B, 07H</p><p>　　ANL A, B</p><p>　　K0: CJNE A, #00H, YXZ</p><p>　　AJMP RUN ;轉(zhuǎn)運行</p><p>　　ANJIAN

112、:MOV C, P1.0</p><p>　　JC DELAY ;延時去抖動</p><p>　　JC TIAOZHENG</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　YXZ: JB ACC.0,

113、 STOP</p><p>　　AJMP OUT</p><p>　　TIAOZHENG:</p><p>　　MOV 53H, #00H ;調(diào)整前將LED初始化為080</p><p>　　MOV 54H, #80H</p><p>　　M

114、OV 55H, #00H</p><p>　　AJMP DISP</p><p>　　MOV C, P1.1</p><p>　　JC DELAY</p><p>　　JC ADD1</p><p>　　JB P1.2, D

115、ELAY</p><p>　　JB P1.2, SUB1</p><p><b>　　OUT: RET</b></p><p>　　;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;</p><p>　　;;;;;;;;;;; PWM 子程序 ;;;;;;;;;;

116、;</p><p>　　;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;</p><p>　　PWM0: MOV R1, 51H</p><p>　　MOV A, 50H</p><p>　　SUBB A, @R1</

117、p><p>　　PAN0: CJNE A, #0 , LING</p><p>　　PAN3: CJNE A, #3, SAN</p><p>　　SJMP PWM1</p><p>　　PAN5: CJNE A,