毕业论文基于单片机的电热式热器控制系统.doc

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1、 编号 淮安信息职业技术学院 毕毕业业论论文文 题 目 基于单片机的电热式热器 控制系统 学生姓名 学 号 院 系电气工程系 专 业机电一体化 班 级429111 指导教师 顾问老师 二一三年十月 摘要 摘 要 近十余年来，单片机技术的发展极为迅速，广泛应用于生产、生活的各个 领域。尤其是热水器的发展，单片机热水器的出现人们使用热水更加方便。 单片机电热水器控制器主要由水温水位检测电路、键盘、显示电路、单片 机、漏电检测及报警电路等构成。它基于热水器内的水温、水位变化而把水加 到指定位置并加热到指定温度，从而实现方便用户洗浴的目的。温度传感器将 采集到的温度信号转换成电压信号，通过单片机控制整

2、个电路工作，利用 A/D 转换器，基于水温水位的变化对采样到的信号数据进行 A/D 转换，通过单片机 系统处理后把实时水温水位显示出来，利用模糊控制理论实现热水器内的恒温 加热。键盘可以输入指定水温值（2080）并实时显示，还可通过设置完成预 约加热功能。 关键词关键词：AT89C52 单片机；温度测量；LED 显示；A/D 转换电路 Abstract Abstract More than 10 years, single-chip technology developed very rapidly, widely used in all areas of production and lif

3、e. Especially in the development of the water heater, monolithic appearance of a water heater using hot water more convenient. Single-chip electrical water heater controller primarily by water level detection circuit, keyboard, display circuits, microcontrollers, leakage detection and alarm circuit

4、composition. It is based on the water heater temperature, water level and add water to a specified location and heated to a specific temperature, thus achieving user- friendly bathing purposes. Temperature sensor temperature signal into a voltage signal to be collected, controlled by single-chip cir

5、cuit as a whole, using the a/d converter, based on water temperature change in the water level of the sampling of the signal a/d conversion data, via the microcontroller system water level display realtime temperature after processing, using fuzzy control theory to achieve constant heating of the wa

6、ter heater. Keyboard to enter temperature value (2080) and displayed in real time, can be done by setting the appointment heating function. Keywords: AT89C52 single chip computer; temperature measurement; the LED display; A/D circuit 目录 目录目录 摘摘 要要. ABSTRACTABSTRACT 第一章第一章 绪论绪论1 1.1 单片机热水器的优势 1 1.2 热

7、水器的发展前景1 第二章第二章 单片机的组成应用及传感器的选用单片机的组成应用及传感器的选用2 2 2.1 单片机的组成应用 2 2.2 传感器的选用2 第三章第三章 电热水器控制系统整体设计方案电热水器控制系统整体设计方案33 3.1 电热水器控制系统功能说明3 3.2 系统整体设计方案3 第四章第四章 硬件设计硬件设计 5 5 4.1 微控制器模块5 4.2 温度测量6 4.2.1 Pt1000 铂电阻温度传感器 7 4.2.2 温度信号放大电路7 4.2.3 模数转换电路8 4.3 实时时钟.10 4.4 温度、时钟显示电路.10 4.5 看门狗复位电路 .13 第五章第五章 软件设计软

8、件设计 15 5.1 整体软件设计.15 5.2 模数转换软件设计.15 第六章第六章 总结与展望总结与展望1818 6.1 总结 .18 6.2 展望.18 致谢致谢1919 参考文献参考文献.20 第一章 绪论 1 第一章第一章 绪论绪论 1.1 单片机热水器的优势 随着科技时代的来临，单片机为核心的产品在市场中占据了越来越多的份 额。以单片机为控制器的产品使用方便，价格低廉，越来越受到人们的喜爱。 总所周知，燃气热水器因其安全隐患及越来越高的使用成本正逐渐淡出热水器 市场；而太阳能热水器也因其严格受天气，气候及安装条件影响而很难占有很 多市场份额；而储水式电热水器因其体积大，预热时间长，

9、热水出水量有限， 已不适合现代生活节奏。快热电热水器的诞生代表着热水器的行业的发展方向。 1.2 热水器的发展前景 目前热水器已成为日常生活中不可缺少的家用电器，设计制造更实用方便 和安全节能的热水器是产品设计师和生产厂商不断追求的目标。电热水器是一 种可以供洗手间，厨房，浴室使用的家用电器。拥有无污染，安全和使用方便 等优点。随着人民生活水平的不断提高和我国电力工业的不断发展，电热水器 得到不断普及。电热式电热水器是将直接浸在水中的电热元件或将管内通水， 管外通电的新型电热元件快速加热，使流经电热元件的冷水瞬间加热至适当温 度，以供人们沐浴或厨用，称之为电热式电热水器。由于冷水瞬间加热所需功

10、 率较大，安全性能要求高，故本电热水器电路的设计需考虑漏电保护，超温控 制，停水断电等有关人身安全和设备保护方面的诸多因素。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 2 第二章第二章 单片机的组成应用及传感器的选用单片机的组成应用及传感器的选用 2.1 单片机的组成应用 单片微型计算机简称单片机。它是将处理器 CPU、程序贮存器（ROM）、数 据贮存器（RAM）、输入/输出（I/O）接口、定时/计数器、串行口、系统总线 等集成在一个超大规模集成电路芯片上。 单片机以其体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便 等优点，广泛用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功 率、频率

11、、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力 等物理量的测量。 2.2 传感器的选用 本设计就是采用单片机和传感器对温度的控制，传感器的选用也是有要求 的在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。只有灵敏度高时， 与被测量变化对应的输出信号的值才比较大，有利于信号处理。传感器的灵敏 度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量 精度。精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测量系统测量精 度的一个重要环节。传感器的精度越高，其价格越昂贵，因此，传感器的精度 只要满足整个测量系统的精度要求就可以，不必选得过高。这样就可以在满足 同一测量目的

12、的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器。 第三章 电热水器控制系统整体设计方案 3 第三章第三章 电热水器控制系统整体设计方案电热水器控制系统整体设计方案 3.1 电热水器控制系统功能说明 本课题采用单片机为主控芯片设计电热水器控制系统，其主要任务是对电 热水器进行温度采集与显示、时钟的显示、热水器的开机方式的控制等。主要 功能如下： （1）测量热水器内的温度，并通过显示器实时显示水温，显示范围为 0 70 （2）正常状态下实时显示时钟 （3）可以立即开机或在 24 小时内任意设定开机时间 3.2 系统整体设计方案 电热水器控制系统的整体设计方案主要包括硬件设计方案和软件设计方案。 硬件是指

13、以 AT89C52 作为整个控制系统的核心，再外接温度信号采集电路、实 时时钟电路、热水器加热控制开关、LED 显示电路、键盘、复位与看门狗电路 组成。根据本设计所需要的电热水器功能的需求，在节约开发成本、增加系统 安全及可靠性、减小体积等原则下进行电热水器控制系统的硬件设计。其系统 硬件框图如图 3-1 所示系统硬件框图。 图 3-1 系统硬件框图 微控制器 模块 AT89C52 电源晶振电路 A/D 转换 键 盘 复位电路 实时时钟 信号放大 电路 水温采集装置 设定功能电路 LED 显示电路 加热开关 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 4 系统主要采用 51 单片机 AT89C52 作为

14、整个控制系统的主控模块，利用 AT89C52 的引脚连接其他的外部电路。对于温度的测量根据其环境的特殊性， 温度信号的采集主要由 Pt1000 铂电阻温度传感器、信号放大电路和 A/D 转换 电路组成；对于实时时钟的实现则是采用现有的 PCF8563 时钟芯片，主要是取 得时钟的小时和分钟；键盘主要是用来设定开机时间、设定热水温度、定时加 热时间、校准时钟，因此需设定四个按键；而为了调高系统的性能，系统采用 了看门狗复位电路；对于温度及实时时钟的显示选择以 CH451 作为驱动芯片的 LED 显示电路。 第四章 硬件设计 5 第四章第四章 硬件设计硬件设计 4.1 微控制器模块 根据图 4-1

15、 可以看出，本系统主要是使用 AT89C52 现有的引脚连接外部的 其它硬件电路，而由于对实时性和微控制器的处理速度要求不高，因此选择了 具有低电压、高性能的 AT89C52 单片机。它是一个 CMOS 工艺的 8 位单片机， 片内含有 8KB 的掩膜 ROM 和 256 个随机存取存储器（RAM）单元，8 位的通 用中央处理器（CPU）和闪速存储单元，并且与 52 系列的其它产品有很好的引 脚兼容，因此是一种性价比较高的单片机。 AT89C52 主要性能说明如下：32 个 I/O 口线；片内有 8KB 闪速存储器， 256B 内部随机存取存储器 RAM；3 个 16 位定时/计数器，用于实现

16、定时或计数 功能；中断系统为一个 6 向量两级中断结构；一个可编程全双工串行通信口； 片内振荡器及时钟电路，全静态工作方式。具有全静态工作方式表明它不一定 要求连续的时钟定时，在等待内部事件期间，时钟频率可降至 0Hz 的静态逻辑 操作。 AT89C52 的功能引脚说明：P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口，也即 地址/数据总线复用口；P1、P2、P3 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， 其输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路，而 P3 口除了 作为一般的 I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能；RST 是复位输入； ALE/PROG 是一

17、个复用引脚，ALE 是地址锁存允许，PROG 是输入编程脉冲； PSEN 是外部程序存储器的读选通信号；EA/VPP 是外部访问允许；XTAL1 是 振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端；XTAL1 是振荡器反相放大器 的输出端。 系统设计的电路原理图如图 4-1 所示，D0 为电源指示灯；P0 口连接键盘和 指示灯，四个指示灯的功能分别为校准时钟、设定开机时间、设定热水温度和 设定定时加热时间，K1K4 分别为公共功能键、加键、减键、开关按键； P1.0P1.2 引脚与模数转换芯片 CS5513 相连；P1.5p1.7 引脚与 LED 驱动芯片 CH451 相连；P1.3 和 P1.4

18、 控制实时时钟的读写；P2.0 通过光耦控制电磁阀开关， 用于启动和加热设备；P2.2P2.7 控制 LED 八段数码的片选。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 6 C1 20P 11.06M D0 89C52 X1 X2 /EA/VP P2.0 INT0 INT1 T0 T1 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 RST P2.1 P2.2 P2.3 P2.4 P2.5 P2.6 P2.7 /RD /WR ALE/P TXD RXD C2 20P R1 3K D1 D3

19、D2 D4 R4 100 R5 100 R6 100 R7 100 K1 K2 K3 R8 10K R9 10K R10 10K R11 10K K4 V+SCLK /CS SDO AIN+ AIN- V - VREF CS5513 C1 10U C2 10U/16V 2.5V C3 0.1U R1 3.6K PCF8563 OSCIVDD OSCOO OU UT T / /I IN NT TS SC CL L V VS SS SS SD DA A VCC R R2 2 5 5. .1 1K K R R1 1 5 5. .1 1K K 3 32 2. .8 8K K 1 15 5P P CH4

20、51 LOAD DIN DCLK VCC Dig0 Dig1 Dig2 Dig3 Dig4 Dig5 Dig6 Dig7 GND DOUT RST Seg0 Seg1 Seg2 Seg3 Seg4 Seg5 Seg6 Seg7 VCC 光耦 电磁阀开 关 R12 10K IMP813 RFIVCC RST/PFO WDI WDO GND /MR VCC C2 10u/16 v C1 10u VCC 图 4-1 系统原理图 4.2 温度测量 温度测量是电热水器控制系统中一个至关重要的部分，其测量过程是比较 复杂的。测量温度的标尺是温度计，按照其测量方式可以分为接触式和非接触 式两种。接触式测量仪

21、表比较简单、可靠，测量精度高，但是因为测温元件与 被测介质需要进行充分的热交换，需要一定的时间才能达到热平衡，所以存在 测温延迟现象，同时受耐高温和耐低温材料的限制，不能应用于这些极端的温 度测量。非接触式仪表测温仪是通过热辐射的原理来测量温度的，测温元件不 需要与被测介质接触，测温范围广，不受测温上限的限制，也不会破坏被测物 体的温度场，反应速度一般也比较快，比较适合此控制系统的要求。 在这里温度测量主要由 Pt1000 铂电阻温度传感器、信号放大电路和模数转 换电路组成。 第四章 硬件设计 7 4.2.1 Pt1000 铂电阻温度传感器 温度传感器就是利用各种物理性质随温度变化的规律把温度

22、信号转换为电 量的仪器。Pt1000 电阻温度传感器则是热电阻式温度传感器的一种。 铂电阻是一种对温度比较敏感的器件，它的电阻温度系数大而且稳定，电 阻值与温度成一定函数关系。并且具有电阻率高、热容量小、反应速度快、材 料的示值复现性高和耐氧化等特点，因此被用来作为 0926温度群内的国际 标准温度计。但是铂电阻的特性曲线是非线性的，在-190t0时 Rt=R01+At+Bt2 +C(t-100) t3 ，在 0t630.74时 Rt=R01+At+Bt2 ，在设 计时必须进行线性化校正。 式中 R0、Rt 为温度 0和t热电阻的电阻值，t为任意温度。 A、B、C 为温度系数，由实验确定，它们

23、的数值分别为 A=3.9080210-3 ，B= -5.80210-7 ，C= -4.2210-7 。 由公式可以看出，R0 值不同时，在同样温度下 Rt 的值也不同。 本系统采用的是 R0=1000 欧姆的铂电阻温度传感器，温度要求范围为 070，所以适合式 Rt=R01+At+Bt2。此外，引线电阻会影响到测温精度，而 由于系统对温度测量精度要求不高，因此采用二线制接法，这种接法需要的材 料少价格低，简单实用，只要直接将传感器的两根引线接到放大器的反馈电阻 即可。 4.2.2 温度信号放大电路 由温度传感器采集到的信号比较弱，难以直接进行 A/D 转换，所以必须一 个合适的放大电路来将这个

24、信号放大。放大电路的本质是能量的控制和转换， 是在输入信号作用下，通过放大电路将直流电源的能量转换成负载所获得的能 量，使负载从电源所获得的能量大于信号源所提供的能量，因此电子电路放大 的基本特征是功率放大。放大器的种类很多，但在模拟输入通道中使用的是一 种具有高放大倍数并带有深度负反馈的直接耦合放大器， ，增益大，可靠性高， 价格低和使用方便等特点。因此选用噪声小，抗干扰能力较强的 TLC2201 功率 放大器。Pt1000 与 TLC2201 的接口电路如图 4-2 所示。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 8 图 4-2 温度信号放大电路 由图 4-2 可知，运算放大器 U1的连接方式是

25、电压跟随器的方式，这种连接 方式不仅能够使可以驱动的负载电阻较小，而且电压跟随器还可以缓冲因前一 级输入阻抗较小而损耗在前级输出电阻中的信号。运放 U2采用同相比例放大器 的连接方式，同相比例放大器有高的输入阻抗，但其输出阻抗很低，因此可以 对前后级电路起到隔离作用。图 4-2 中 R1 是一个限流电阻，防止电流太大而损 坏稳压二极管 Z2；C1、C2 分别是陶瓷电容和电解电容，主要是用于滤除电源 的高频干扰和低频干扰；R2 与 R3 并联后再串联 R4 形成一个电压可调的电路， 并同时输入到 U1的同相输入端；Rpt 是铂电阻传感器的应变电阻值，在温度发 生变化的时候，电阻相应改变。U2的同

26、相输入端输入的是 U1输出的固定信号， 其反相输入端是由 R8 与 Rpt 连接成一个负反馈的放大电路，放大后的模拟信号 由 CS5513-AIN+标识的引脚输出，最后将接入模数转换电路。 4.2.3 模数转换电路 由于铂电阻传感器采集到的温度信号是模拟信号，不能直观的观测到，因 此需要一个模数转换电路将这种模拟信号转换成数字信号后进行分析。对于 A/D 转换器的选择，一般是从转换器的位数、转换器的转换速率、与主 CPU 接 口以及数据输出是否方便、稳定性及抗干扰能力等几个方面来分析决定的。本 系统中采集对象是温度。它的变化速率但是精度要求比较高，因此在保证精度 位数的同时不需要很快的转换速率

27、。综合比较后，选用 CS5513 芯片作为模数 转换电路的核心部分。CS5513 是 20 位的串行输出模数转换芯片，它可以进行 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 2 直流测量。 第四章 硬件设计 9 CS5513 引脚的功能： （1）模拟部分的引脚（如图 4-3） V+、V-：为正负电源引脚，CS5513 可工作于单电源或双电压源模式 AIN+、AIN-：差分模拟输入 VREF：参考电压输入，转换器的参考电压为 VREF 和 V-之间的电压，此 电压最低为 2.5V，最高为（V+）-（V-）V （2）数字部分引脚及功能（如图 4-3） SDO：串行数据输出，SDO 输出的逻辑低电平是以的逻辑

28、低电平为基准 CS 的，所以 CS5513 没有专用的接地管脚 SCLK：串行时钟输入，用于控制 CS5513 中的 SDO 引脚的输出。当 SCLK 为高电平并持续 2ms 后，CS5513 进入休眠状态，要终止这种状态只需将 SCLK 置为低电平即可 ：片选端，当为高电平时，SDO 串口数据输出端输出为高阻态；当 CSCS 为低电平时，SDO 输出数据 CS CS5513 与模拟输入的接口电路如图 4-3 所示，经由信号放大电路放大后的 模拟信号输入到 CS5513 的 AIN+端 图 4-3 模数转换电路 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 10 4.3 实时时钟 实时时钟的缩写是 RTC

29、（Real-Time Clock） 。RTC 是集成电路，通常称为 时钟芯片。本设计采用 PCF8563 时钟芯片实现，它是一款工业级低功耗的 CMOS 实时时钟/日历芯片。它提供一个可编程时钟输出，一个中断输出和掉电 检测器，所有的地址和数据通过 IC 总线接口串行传递。最大总线速度为 400Kb/s，每次读写数据后，内嵌的字地址寄存器会自动产生增量。PCF8563 是 一款性价比极高的时钟芯片，它已被广泛应用于电表、水表、气表、电话传真、 机便携式仪器等产品上。PCF8563 芯片引脚排列如图 4-4 所示。 图 4-4 PCF863 的引脚排列 其引脚功能如下： 1 OSCI：振荡器输入

30、 2 OSCO：振荡器输出 ：中断输出，开漏输出模式（获得更大的驱动） ，低电平有效 INT Vss：接地 1 SDA：串行数据 I/O 接口 2 SCL：串行时钟输入 3 CLKOUT：时钟输出，开漏模式 Vdd：正电源 4.4 温度、时钟显示电路 LED 是 Light Emiting Diode（发光二极管）的缩写，它是能将电信号转换 为光信号的电子发光器件，也称数码管。数码管有 7 段和 8 段之分，8 段数码 管是在 7 段基础上再加了一个圆点形的发光二极管，用于显示小数点。 数码管的特点如下：发光响应快，亮度强，高频特性好；而且随着材料的 不同，数码管还能发出红、黄、绿、蓝等多种颜

31、色的光。 第四章 硬件设计 11 机械性能好，体积小，重量轻，价格低廉；能与 CMOS 和 TTL 电路配 合使用；使用寿命长。 工作电压低，驱动电流适中。每段工作电流为 510mA，一只数码管的 7 段 LED 全亮需要电流为 3570mA。这样大的电流需要由驱动电路提供，本系 统使用 CH451 作为 8 段数码管的驱动。 在使用中，为了给发光二极管加驱动电压，它们应有一个公共引脚，公共 引脚有如下两种接法： 共阴极接法。把发光二极管的阴极连在一起构成阴极公共引脚，使用时 阴极公共引脚接地，这样阳极引脚上加高电平的发光二极管就导通点亮，而加 低电平的则不亮。 共阳极接法。把发光二极管的阳极

32、连在一起作为阳极公共引脚，使用时 阳极公共引脚接+5V。这样阴极引脚上加低电平的发光二极管即可导通点亮， 而加高电平的则不点亮。 本系统需要显示温度和时钟两个部分，温度显示需要 2 个数码管，时钟显 示需要 4 个（小时、分钟）数码管。因此需要可以驱动 6 个 数码管的驱动电路。 本系统采用 CH451 芯片作为 LED 显示的驱动电路的核心。 CH451 是一个整合了数码管显示驱动和键盘扫描控制的多功能外围芯片。 CH451 内置 RC 振荡电路，可以直接动态驱动 8 位数码管或者 64 位数码管，具 有 BCD 译码或不译码功能，可实现数据的左移、右移、左循环、右循环、各数 字独立闪烁等控

33、制功能；在外部接口方面，CH451 可选择简洁的 1 线串行接口 或高速 4 线串行接口，且内置上电复位，可提供高电平有效复位和低电平有效 复位两种输出，同时内置看门狗电路。其引脚引脚排列如图 4-5 所示。 引脚功能如下： 1 Seg0Seg7 数码管的段驱动高电平有效，键盘扫描输入，高电平有 效，带下拉。Dig0Dig7：数码管的字驱动，低电平有效，键盘扫描输入，高电 平有效，带下拉。 2 VCC：正电源，持续电流不小于 200mA。 3 GND：接地，持续电流不小于 200mA。 4 DOUT:串行接口的数据输出。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 12 5 LOAD：4 线串行接口的数

34、据输入控制，带上拉。 6 DIN：4 线串行接口的数据输入控制，带上拉。 7 DCLK：串行接口数据时钟，带上拉。 图 4-5 CH451 引脚图 图 4-6 CH451 与外部电路连接图 如图 4-6 所示，电路中主要元件是数码管显示驱动芯片 CH451，驱动 6 个 带小数点的 8 段数码管。在 CH451 的段输出端即 Seg0Seg7 加 200 欧姆的限流 电阻调节数码管的工作电流，CH451 的位选择输出端 Dig0Dig7 的输出为低电 平有效，因此选用共阴极型数码管。数码管的公共端分别接至 Dig0Dig5，由 CH451 控制刷新相应的位显示。 第四章 硬件设计 13 4.5

35、 看门狗复位电路 对单片机应用系统来说，可靠性有着至关重要的作用。这是因为单片机应 用的现场环境比较恶劣，极易受到干扰而出现故障；而一旦出现故障，就有可 能导致系统失控，甚至造成极严重的后果。 为了提高系统的可靠性，除采取足够的硬件措施外，还应对程序进行监视， 因为系统可靠与否最终体现在程序上。最常见的程序运行故障是“跑飞”和死 循环。为了避免出现这些使系统不能正常运行的故障，在及时发现的同时，能 够使系统自动恢复，本设计采用了看门狗电路。看门狗是一种软硬件结合的监 视方法，把其中用来感知程序失控的硬件比作“狗” 。在程序执行过程中通过指 令不断地给该电路发送脉冲信号（喂狗） ，以维持其在一个

36、固定的状态（狗处于 安静状态） 。当程序失控时不能在规定时间“喂狗” ，硬件电路的预定状态就不 能维持（狗叫）了。 本系统采用了 IMP813 芯片用于看门狗复位电路，IMP813 主要是作为 Watchdog 计数器重定用的。当程序跑飞时，如果在 1.6 秒内没有触发该电路 （WDI 无脉冲输入） ，则 WDO 输出由高电平变为低电平，并保持在 140ms 以 上，IMP813 就产生复位信号，自动复位，同时看门狗定时器清 0。若将 WDO 端与 MR 连接，则可组成上电复位及看门狗复位电路。实际应用时，将第 RST 接 CPU 的复位脚，MR 脚与 WDO 脚相连，WDI 脚与 CPU 的

37、 P2.1 相连。在软 件设计中，P2.1 不断输出脉冲信号。如系统死机导致 P2.1 无脉冲信号输出，则 1.6 秒后在 IMP813 的 WDO 脚输出低电平。该低电平加到 MR 脚， IMP813 产 生复位输出，使 CPU 有效复位，摆脱死循环的困境。另外，当电源电压低于门 限值 4.65V 时，IMP813 也产生复位输出，使 CPU 不执行任何动作直至电源电 压恢复正常。其与单片机连接方式如图 4-7 所示 。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 14 4-7 看门狗复位电路 第五章 软件设计 15 第五章第五章 软件设计软件设计 5.1 整体软件设计 电热水器上电后，首先进行系统初

38、始化，设置时钟时间；其次显示当前的 温度和时钟，并判断加热开关是否打开，执行相应的操作；如果有功能键按下， 则进入功能设定界面，包括校准时钟、设定开机时间、设定热水温度和设定加 热时间 4 种功能，设定完毕后，再次按下功能键表示设定生效；若无功能键按 下或者功能键设定完毕后，则进行各种条件的判断并执行相应的操作；最后各 种条件判断完毕后，程序回到温度的读取与显示，进而开始新一轮的程序运行。 系统软件整体设计流程图如图 5-1 所示。 开始 初始化 设置时间值 显示温度 显示时间 加热键 开 开始加热 功能键按下 关 K=2K=3K=1K=4 设定时钟设定开机方式设定热水温度设定加热时间 再次按

39、下功能键确认设定8S未按下 未按 按下 是否设定 开机时间 开机时间到开始加热 是否设定温度温度到停止加热 未按 按下 Y N Y N Y N 是否定时 加热时间 定时时间到停止加热 Y N YY NN 图 5-1 系统软件整体设计流程图 5.2 模数转换软件设计 通电后 CS5513 将进行模数转换工作，同时更新输出寄存器。当输出寄存 器有新的数据，而此时处于低电平时，SDO 串口数据输出端将呈现低电平， CS 表 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 16 明有新的转换数据可以执行输出操作了。要读出所有的数据需要发 24 个 CLK 脉冲，在 CLK 脉冲的上升沿，从 SDO 串口数据端读出数

40、据，在 CLK 脉 冲的下降沿输出寄存器中的数据到 SDO 串口 数据输出端。一旦整个转换数据被读完，SDO 串口数据输出端又呈现高阻 态，如果我们正在读数据而新的转换数据又完成了，那么新的转换数据将丢失， 输出寄存器不被更新。用户并不需要读出每一次的转换结果。当新数据有效时， 如果在等待 17 个内部时钟周期后没有执行读操作，新数据将丢失，SDO 串口 数据输出端又呈现高阻态。 CS5513 的输出字为 24bit（如表 5.2） ，其中 D0D19 为 20bit 有效数据 D20 和 D23 通常为 0 。OD 为振荡检测标志位，当调制器不稳定或输入超出最大满 量程范围的过大电压时被置

41、1，当调制器稳定后被清 0。OF 标志位，没有溢出 时被清 0，当输入信号正向超出正的满量程范围或负向超出负的满量程范围时 被置 1。 表 5.2 CS5513 的输出字 D23D22D21D20D19D18D17D16D15D14D13D12 0OFOD0MSB18171615141312 D11D10D9D8D7D6D5D4D3D2D1D0 11109876543210LSB 读 AD 转换值的函数是模数转换设计软件的主要部分，其程序流程图 5-2 所示，按照 CS5513 的时序与其特性，开始读 4 位数据，然后再读 20 位 AD 转 换后的值，这样可以分别看数据和别的标志位，并且要对

42、读取到的数据进行判 断，确定读取的是否为正确数据，同时在读取过程中要关闭串行口中断，以免 上位机取得不正确数值 第五章 软件设计 17 开始 片选信号CS=0 串口数据输出 SDO=1？ 读AD高4位 读AD低20位 出错？ 片选信号CS=1 结束 N Y Y N 图 5-2 /D 模数转换流程图 第六章 总结与展望 18 第六章第六章 总结与展望总结与展望 6.1 总结 本课题设计了一个以 AT89C52 单片机为主控芯片的电热水器控制系统，这 个控制系统是以 AT89C52 单片机作为主控芯片，外接温度测量电路、实时时钟 电路、看门狗复位电路，并以 8 段共阴极数码管作为显示模块，以 CH

43、451 作为 显示模块的驱动芯片，构成了整个硬件电路。该系统具备简单、经济的特点， 键盘控制方式来设定功能等参数增加了系统的灵活性，对水温的采集和显示、 实时时钟的显示增加了系统的实用性。 电热水器内部器件较多，控制也较为复杂，应该说本设计是真实电热水器 控制系统一个小的缩影，整个系统的构架具有很高的应用价值，可以在此构架 的基础上，增加多种传感器和其他一些智能化设计，实现一个功能齐全的电热 水器控制系统。在本次设计过程中遇到了许多困难，特别是对软件的熟悉过程。 并且深刻体会到课堂上学到的东西看似简单，实际操作起来才会发现自己到底 掌握了多少，所以，以后还是要多动手，把理论与实践结合起来才能真

44、正掌握 知识。 6.2 展望 目前单片机遍布我们生活的各个领域，而这次设计是以单片机为核心的。我 以前也学习过单片机，这次设计既是我对单片机知识的复习也是升华。在本次 毕业设计过程中我发现了自身存在的不足知道光靠自己本专业的知识是不能设 计好一个作品的。所以在以后的学习工作的生活中我要全面发展不仅掌握工作 以内的东西更要学习工作以外的知识。 致谢 19 致谢致谢 在本次论文设计过程中，钱老师对该论文从选题，构思到最后定稿的各个 环节给予我细心指引与教导,使我得以最终完成毕业论文师严谨的治学态度、丰 富渊博的知识、敏锐的学术思维、精益求精度以及侮人不倦的师者风范是我终 生学习的楷模，导师们的高深

45、精湛的造诣与严谨求实的治学精神，将永远激励 着我。这几年中还得到众多老师的关心支持和帮助。在此，谨向老师们致以衷 心的感谢和崇高的敬意！ 感谢班主任刘晓燕老师对我生活和学习上的指导和培养，三年的时间里教 会了我很多。 感谢一直给予我帮助和支持的同学，尤其是我的室友三年光阴一瞬间，不 管是欢声笑语还是矛盾频出我们都过来了。这必将成为我大学生活的美好回忆。 必须要感谢的是我的父母“慈母手中线，游子身上衣” ，我外出求学寄托着 家人的希望。现在终于学有所成，是时候回报他们了。 最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅，评议和参与本人论文答辩 师表示感谢。 参考文献 20 参考文献参考文献 1 白延敏

46、.51 单片机典型系统开发M.北京：电子工业出版社， 2009：125-127 . 2 李群芳.单片微型计算机及接口技术（第二版）M.北京：电子工业出 版社,2005：87-89. 3王新建.温度测量仪表EB/OL.http:/ news/Detail/28413.html,2010-10-10/2011-3-25. 4 王俊杰，张伟.仪表技术与传感器M.北京：机械工业出版社，2008：35-37. 5 童诗白，华成英.模拟电子技术基础M.北京：高等教育出版社， 2009：74-75. 6 童诗白，华成英.模拟电子技术基础M.北京：高等教育出版社， 2009：146-150. 7 周懂明.基于

47、 IPC 机的两用炉综合性能测试系统的研究D.南京：南京 航空大学，2006. 8 何立民. MCS-51 单片机应用系统设计M.北京：北京航空航天出社， 2008：61-65. 9 吴金戌，沈庆阳.8051 单片机实践与应用M.北京：清华大学出版社， 2009：232-235. 10 徐爱钧.单片机原理及应用M.北京：电子工业出版社，2009：195- 196. 11 李广弟，朱月秀，冷祖祁.单片机基础M.北京航空航天大学出版社， 2009：148-150. 12 童诗白，华成英.模拟电子技术基础M.高等教育出版社，2009：136- 137. 13 蒋力培.单片微机系统实用教程M.北京：机械工业出版社， 2004：32-33. 14 李广弟，朱月秀，冷祖祁.单片机基础M.北京：北京航空航天大学 出版社，2009：238-240 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 2 15 张毅刚，彭喜源，谭晓.MCS-51 单片机应用设计第二版M.哈尔滨： 滨工业大学出版社，2003：8-22.