1、中 华 人 民 共 和 国 教 育 部毕 业 设 计论文题目：太阳能热水器中央控制器的设计与实现 学 生： 指导教师： 学 院： 专 业： 2007 年 6 月齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸2摘 要当今计算机技术在飞速发展，微机应用日益普及深入，微机在通信自动化、工业自动控制、电子测量、信息管理和信息系统等方面得到广泛的应用。嵌入式计算机系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软、硬件可裁剪，适应应用系统对功能，可靠性，成本，体积，功效等严格要求的专业计算机系统。其最初应用是基于单片机的。单片机小巧灵活，成本低，易于产品化。它面向控制，能针对性的解决从简单到复杂的各种控制任务。目前，国内的太
2、阳能热水器还处于研发阶段，这种控制器只具有温度和水位的显示功能，不具有温度控制功能。由于加热时间不能控制而导致过烧，从而浪费大量电能。本设计是以 89c51 单片机为检测控制中心，采用 ds12887 实时时钟，实现了温度，水位，时间三种参数的实时显示功能。关键词：单片机；太阳能热水器；智能控制；水位；温度；时间；齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸3The Design and realization of the Solar-powered water heaters central controllerAbstractToday the computer technology is deve
3、loped quickly.The microcomputer is increasingly used widely.齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸4目 录摘要Abstract第 1 章 绪论11.1 目前太阳能热水器的研发面临的问题1第二章 系统总体设计方案22.1 系统任务和功能22.2 AT89C51 功能和特点32.3 通用四运算放大器 LM32452.3.1 LM324 作反相交流放大器62.3.2 LM324 作测温电路62.4 DS18B20 数字式温度传感器72.4.1 DS18B20 与单片机的典型接口设计82.5 锁存器 LM373102.6 I/O 接口电路 8255
4、A11第三章 太阳能热水器中央控制器的硬件设计143.1 前端的模拟电路设计143.1.1 温度传感器的选用163.1.2 DS18B20 与单片机的典型接口163.2 8255A 与单片机的典型接口设计173.2.1 ADC0809 与 89C51 单片机的接口设计173.3 键盘和显示器接口设计18齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸53.3.1 键盘工作原理183.3.2 LED 显示器工作原理203.3.3 接口芯片的选择及其原理203.4 单片机复位电路的设计223.5 单片机时钟电路的设计243.6 系统原理综述25第四章 太阳能热水器中央控制器的软件设计274.1 系统总体软件设计2
5、74.2 数据采集软件设计274.2.1 中断服务子程序274.2.2 水位检测子程序294.3 显示和键盘软件设计304.3.1 动态显示子程序设计304.3.2 键盘子程序设计32第五章 抗干扰技术设计345.1 主要抗干扰技术345.2 提高系统抗干扰能力的主要方法34第六章 结论37参考文献附录致谢齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸0太阳能热水器中央控制器的设计与实现第一章 绪论当今计算机技术在飞速发展，微机应用日益普及深入，微机在通信自动化、工业自动控制、电子测量、信息管理和信息系统等方面得到广泛的应用。嵌入式计算机系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软、硬件可裁剪，适应应用系统对
6、功能，可靠性，成本，体积，功效等严格要求的专业计算机系统。其最初应用是基于单片机的。单片机小巧灵活，成本低，易于产品化。它面向控制，能针对性的解决从简单到复杂的各种控制任务。单片机具有体积小，功耗低，价格便宜等优点，近年来还开发了一些以单片机母片为核，在片中嵌入更多的专用型单片机，因此单片机在计算机控制领域中应用越来越广泛。单片机的应用意义不仅限于它的广泛及所带来的巨大的经济效益。更重要的是在于单片机的应用正是从根本上改变着传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能使用单片机通过软件的方法实现。这种以软件取代硬件并提高系统性能的控制技术，称之为微控
7、制技术。微控制技术标志着一种全新概念的出现，是对传统控制技术的一次革命。随着单片机应用的推广和普及，微控制技术必将不断发展，日益完善。作为目前炙手可热的太阳能热水器，以其智能化和人工化为其显著特点。其中就是以单片机为中央处理器核心，完成了诸多的功能，发挥了至关重要的作用。1.1 目前太阳能热水器的研发面临的问题太阳能热水器使用方便，节能，无污染，普及推广迅速。目前市场上太阳能热水器的控制系统大部分都存在着或多或少的缺点:功能单一、操作复杂、控制不方便等。随着人们生活水平的提高和电子技术的发展,这样的太阳能热水器控制系统越来越不适应人们的生活需求,开发一种控制方便,操作灵活的太阳能热水器的控制系
8、统,已经成为当务之急。本文设计了一种以单片机AT89C51 为核心,显示直观,操作方齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸1便,控制灵活的控制器。第二章 系统总体方案设计随着计算机在各种智能控制系统应用中的不断深入与蓬勃发展, 单片机更以其小巧的外形、较高的性价比、灵活的控制方式广泛地应用在这一领域。文章所介绍的太阳能热水器自动控制系统, 将低价位的单片机引入太阳能热水器中, 以单片机作为核心部件,实时采集温度和水位数据, 并设置报警系统，当水位不符合某一标准时发出报警信号，还有定时提醒加水的电路。本系统实现了多重功能的有机结合和智能控制。2.1 系统任务和功能(1) 多点水温水位输入及显示功能。(
9、2) 辅助能源加热控制功能: 定时加热、自动加热控制。(3) 上水控制功能: 自动上水、定温上水控制。(4) 报警控制功能: 高、低温及高、低水位报警控制。(5) 检测控制功能: 手动输出检查。图一系统结构图齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸22.2 AT89C51 结构和特点AT89C51是MCS- 51单片机的基础上精心设计，由美国ATMEL 公司生产的高性能八位单片机。内置2KBEPROM的20脚AT89C2051以及内置1KBEPROM的20脚AT89C1051。AT89C51是一种低损耗、高性能、CMOS八位微处理器，片内有4K字节的在线可重复编程快擦快写程度存储器，能重复写入擦除解1
10、000 次，数据保存时间为十年。它与MCS-51系列单片机在指令系统和引脚上完全兼容，不仅可完全代替MCS-51系列单片机，而且能使系统具有许多MCS-51系列产品没有的功能。AT89C51可构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积，增加系统的可靠性，降低了系统成本。只要程序长度小于www.biyezuopin.cc4KB ，四个I/O 口全部提供给用户。可用5V电压编程，而且擦写时间仅需10ms，仅为 87C51的擦除时间的百分之一，与87C51的12V电压擦写相比，不易损坏器件，没有两种电源的要求，改写时不拔下芯片，适合许多嵌入式控制领域。工作电压范围宽2. 7V6V，全静态工作，工作频
11、率宽，在0Hz24MHz内，比8751及87C51 等51系列的6MHz12MHz更具有灵活性，系统能快能慢。AT89C51芯片提供三级程序存储器加密，提供了方便灵活而可靠的硬加密手段，能完全保证程序或系统不被仿制。另外，AT89C51还具有MCS51 系列单片机的所有优点。 1288位内部RAM，32 位双向输入输出线，两个十六位定时/ 计时器，5个中断源，两级中断优先级，一个全双工异步串行口及时钟发生器等 5。AT89C51 结构和功能：1特点：AT89C51与MCS51系列的单片机在指令系统和引脚上完全兼容；片内有4K字节在线可重复编程快擦写程序存储器；全静态工作，工作范围：0Hz24M
12、Hz；三级程序存储器加密；1288位内部RAM ；32位双向输入输出线；两个十六位定时器/计数器；五个中断源，两级中断优先级；一个全双工的异步串行口；间歇和掉电工作方式。齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸32管脚功能：AT89C51单片机为40引脚芯片如图2-2所示。1) I/O口线： P0、P1、P2 、P3共四个口P0口是三态双向口，通称数据总线口，因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/写操作。P0 口也用以输出外部存储器的低8位地址。由于是分时输出，故应在外部加锁存器将此地址数据锁存，地址锁存信号用ALE的 P1口是专门供用户使用的I/O 口，是准双向口。P2口是从系统扩展时作高 8位地
13、址线用。不扩展外部存储器时，P2 口也可以作为用户 I/O口线使用， P2口也是准双向口。P3口是双功能口，该口的每一位均可独立地定义为第一I/O功能或第二I/O 功能。作为第一功能使用时操作同P1 口。 P3口的第二功能如表2-1所示 。2) 控制口线：PSEN (片外取控制)、ALE( 地址锁存控制)、EA (片外储器选择)、 RESET (复位控制)。3) 电源及时钟:V CC、GND、XTAL1、XTAL2 。AT89C51有间歇和掉电两种工作模式。间歇模式是由软件来设置的，当外围器件仍然处于工作状态时，CPU可根据工作情况适时地进入睡眠状态，内部RAM和所有特殊的寄存器值将保持不变。
14、这种状态可被任何一个中断所终止或通过硬件复位。掉电模式是VCC电压低于电源下限，振荡器停振，CPU停止执行指令。该芯片内RAM和特殊功能寄存器值保持不变，直到掉电模式被终止。只有V CC电压恢复到正常工作范围而且在振荡器稳定振荡后，通过硬件复位掉电模式可被终止。齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸489C51123456789101121314151617181920 21223242526272829303132334353637383940 P1.0P1.21.3P1.4P1.5P1.6P1.7P1.P3.0P3.1P3.2P3.P3.4P3.5P3.6P3.7RXDT0IN1IT0T1WRD
15、XTAL1TL2CVP0.P0.10.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7/PEAV/LROGPSEN2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.P2.1P2.0/PDSTVGND图2-2 AT89C51管脚图表2-1 P3双功能口功能表第一功能标记 第二功能P3.0 RXD 串行输入口P3.1 TXD 串行输出口P3. 2 INT0 外部中断0输入P3. 3 INT1 外部中断1输入P3. 4 T0 定时/计时器0外部输入P3. 5 T1 定时/计时器0外部输入P3. 6 WD 外部数据存储器写选通P3. 7 RD 外部数据存储器读选通89C51 单片机的中断系统有 5 个中断请求源，用户可以用软件屏蔽所有的中断请求，也可以用软件使 CPU 接收中断请求，每一中断源可用软件独立地控制为开中断或关中断。当所有中断源设为开中断时，89C51 中的中断源优先级如表 2-2 所示：
