飲水機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、西華大學(xué)電氣信息學(xué)院智能化電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告 目錄目錄11前言11.1設(shè)計(jì)的目的及意義11.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及研究概況11.3 設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)與參數(shù)21.4 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容22總體方案設(shè)計(jì)32.1方案比較32.2方案論證42.3方案選擇43單元模塊電路設(shè)計(jì)53.1電路組成及工作原理53.2模塊電路的設(shè)計(jì)63.2.1信號(hào)采集及放大模塊設(shè)計(jì)63.2.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)73.2.3模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)83.2.4人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)93.2.4水位探測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)103.2.5加熱控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)113.2.6電源電路的設(shè)計(jì)123.3電路參數(shù)的計(jì)算及元器件的選擇133.4特殊器件的介紹143.4.1 STC8

2、9C52單片機(jī)的介紹143.4.2 ICL7135模數(shù)轉(zhuǎn)換器的介紹163.4.3 LCD1602液晶顯示屏的介紹183.4.4 TL084運(yùn)算放大器介紹194系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)214.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)214.2 按鍵處理子程序設(shè)計(jì)224.3溫度檢測(cè)子程序設(shè)計(jì)235系統(tǒng)調(diào)試245.1硬件調(diào)試245.2軟件調(diào)試246系統(tǒng)功能和指標(biāo)參數(shù)256.1系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)的功能256.2系統(tǒng)指標(biāo)參數(shù)測(cè)試257結(jié)論268總結(jié)與體會(huì)279參考文獻(xiàn)28附錄一 相關(guān)設(shè)計(jì)圖29A 飲水機(jī)溫控系統(tǒng)電路圖29B 飲水機(jī)溫控系統(tǒng)PCB圖30I1前言1.1設(shè)計(jì)的目的及意義隨著電子技術(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(lái)了

3、根本性的變化，如果說(shuō)微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)使現(xiàn)代的科學(xué)研究得到了質(zhì)的飛躍，那么單片機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)則是給現(xiàn)代工業(yè)控制領(lǐng)域帶來(lái)了一次新的革命。單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域也越來(lái)越廣泛，特別是在工業(yè)控制和儀器儀表智能化中扮演著極其重要的角色。過(guò)去經(jīng)常采用模擬電路、數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的電路系統(tǒng)，現(xiàn)在相當(dāng)大一部分可以用單片機(jī)予以實(shí)現(xiàn)，傳統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)方法已演變成為軟件和硬件相結(jié)合的設(shè)計(jì)方法。在實(shí)際應(yīng)用中，單片機(jī)經(jīng)常要與各種傳感器相結(jié)合組成一定的應(yīng)用系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)檢測(cè)與控制。單片機(jī)在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越廣泛，在很多電子產(chǎn)品中也用到了溫度檢測(cè)和溫度控制。目前廣泛使用的飲水機(jī)，具有價(jià)格低廉，制造簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。但是隨著用戶長(zhǎng)時(shí)

4、間使用，這些飲水機(jī)功能單一、能耗較大、長(zhǎng)時(shí)間飲用飲水機(jī)的水對(duì)健康不利等缺點(diǎn)逐漸暴露出來(lái)。此次設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)。整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程將使我鞏固所學(xué)的本專業(yè)基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識(shí)和基本技能，增強(qiáng)綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)與技術(shù)獨(dú)立分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力；對(duì)飲水機(jī)的工作原理、元器件選擇及電子儀器的常用設(shè)計(jì)方法等有比較深入的了解；進(jìn)而掌握應(yīng)用單片機(jī)進(jìn)行電子線路設(shè)計(jì)的基本思想和方法。本設(shè)計(jì)完全面向?qū)嶋H的思想可以使我全面的了解電子設(shè)計(jì)的基本過(guò)程和基本工藝，并且對(duì)飲水健康的考慮也使得此次設(shè)計(jì)變的更加有意義。1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及研究概況當(dāng)今社會(huì)，隨著科技的進(jìn)步，電子技術(shù)得到了飛速的發(fā)展與應(yīng)用，數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也有了很

5、大的進(jìn)步，如今運(yùn)行速度快、在功能更加強(qiáng)大的基礎(chǔ)上更加便于使用攜帶也成了發(fā)展的方向。60 年代以來(lái)，在半導(dǎo)體器件和計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，智能控制變的越來(lái)越簡(jiǎn)單，70 年代單片機(jī)產(chǎn)生使世界進(jìn)入高智能，高效率，以及高可靠性的電子時(shí)代。目前飲水機(jī)的控制方式可分為普通控制型、智能感應(yīng)型和微電腦控制型三類。普通控制型飲水機(jī)其加熱和制冷均自動(dòng)恒溫控制，是目前用戶使用最多的機(jī)型，并且其價(jià)位適中一般為首選。因而，本文在此基礎(chǔ)上，做了一些改造使其更為人性化，比如說(shuō)加熱溫度設(shè)置使能夠滿足用戶的各種溫度需求，還有防干燒措施和實(shí)時(shí)顯示溫度等現(xiàn)如今單片機(jī)的發(fā)展日新月異，各種新功能，新器件，新思想不斷涌現(xiàn)。在國(guó)內(nèi)外依舊以

6、做嵌入式控制內(nèi)核為主，而本文也是采用這樣的一種智能控制思想來(lái)實(shí)現(xiàn)飲水機(jī)的智能控制的，從而實(shí)現(xiàn)飲水機(jī)溫度可控，節(jié)能，可視化等設(shè)計(jì)指標(biāo)。1.3 設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)與參數(shù)1. 能檢測(cè)飲水機(jī)加熱體中的水量和水溫并能用 LCD液晶顯示屏實(shí)時(shí)顯示水溫。2. 水量低于設(shè)定值時(shí)禁止加熱，防止干燒。3. 能夠通過(guò)鍵盤任意設(shè)定飲水機(jī)的加熱溫度，同時(shí)設(shè)定兩個(gè)快捷加熱鍵，溫水鍵可以把水加熱到 60 度，開(kāi)水鍵可以把水加熱到 100 度并實(shí)時(shí)顯示水溫。4. 系統(tǒng)自動(dòng)比較水溫和系統(tǒng)設(shè)定溫度，當(dāng)水溫低于設(shè)定溫度10攝氏度時(shí)，加熱器開(kāi)始加熱，當(dāng)水溫達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，加熱器停止工作。但當(dāng)用戶重新設(shè)定了飲水機(jī)的加熱溫度后無(wú)論水溫是

7、否低于設(shè)定溫度10攝氏度飲水機(jī)都將水溫加熱到設(shè)定值。1.4 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容1. 方案比較及論證，查閱相關(guān)資料，找到設(shè)計(jì)電路的基本思路。2. 掌握基本測(cè)量原理。3. 根據(jù)需求和系統(tǒng)的功能，逐級(jí)劃分模塊，明確各模塊之間的數(shù)據(jù)流傳遞關(guān)系。理解工作原理，繪制原理框圖及單元電路設(shè)計(jì)。4. 確定軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，選擇設(shè)計(jì)語(yǔ)言，完成模塊功能設(shè)計(jì)，并分別調(diào)試通過(guò)。5. 軟硬件聯(lián)調(diào)，將各模塊有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，組成一個(gè)完善的系統(tǒng)。6. 繪電路原理圖、PCB圖，列元件明細(xì)表，整理及分析有關(guān)數(shù)據(jù)。2總體方案設(shè)計(jì)通過(guò)查閱大量相關(guān)技術(shù)資料，并結(jié)合自己的實(shí)際知識(shí)，我主要提出了兩種技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。下面我將首先對(duì)這兩種方案的

8、組成框圖和實(shí)現(xiàn)原理分別進(jìn)行說(shuō)明，并分析比較它們的特點(diǎn)，然后闡述我最終選擇方案的原因。2.1方案比較方案一是使用簡(jiǎn)易的溫控系統(tǒng)，這也是現(xiàn)在絕大多數(shù)低端飲水機(jī)采用的溫度控制系統(tǒng)，它一般使用像“紐扣”大小的“溫度繼電器”，內(nèi)部是由雙金屬片制成的溫度敏感“開(kāi)關(guān)”，溫度到達(dá)一定值時(shí)會(huì)斷開(kāi)電路，飲水機(jī)停止加熱。當(dāng)溫度降低的時(shí)候雙金屬片閉合，電路接通，飲水機(jī)開(kāi)始加熱，元件一般裝在金屬“水膽”外壁上。另外還設(shè)有一個(gè)100攝氏度的溫度繼電器 ，斷電后需要手動(dòng)開(kāi)啟，此溫度繼電器主要用來(lái)防止加熱體干燒。 方案二是經(jīng)過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)要求的分析我們可以基本確定下設(shè)計(jì)方案的雛形，即以單片機(jī)為核心，外圍圍繞溫度傳感器，調(diào)理電路，A

9、D轉(zhuǎn)換器，水位探測(cè)器，加熱控制器，鍵盤電路和顯示電路等。通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)對(duì)各硬件的控制和通信，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱器的控制，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。在此我們可以選用高性價(jià)比的STC89C52單片機(jī)，完全可以滿足設(shè)計(jì)要求并能節(jié)省設(shè)計(jì)成本。我們選用防水型的溫度傳感器LM35DZ，首先此款傳感器的溫度怒測(cè)試范圍是0100攝氏度，對(duì)于測(cè)試水溫來(lái)說(shuō)剛好能滿足要求，這也提高了溫度的測(cè)量精度。再次，LM35DZ 具有非常高的市場(chǎng)普及率，有各種各樣的封裝形式所以適合我們的選用。水位監(jiān)測(cè)由于這里只需要定性的測(cè)量不需要定量測(cè)量，所以我們直接采用一根金屬棒接于單片機(jī)的的一個(gè)引腳來(lái)判斷飲水機(jī)是否有足夠的水位。圖2.1 方案二的原理框

10、圖2.2方案論證首先兩種方案都是可行的，且都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，下面就分別介紹：第一種方案采用溫度繼電器，溫度繼電器成本低廉，易更換，且完全實(shí)現(xiàn)了硬件控制無(wú)需軟件設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)流程。由于純硬件的設(shè)計(jì)必然缺乏智能性，不能設(shè)定加熱水溫，人機(jī)交互方面欠缺。另一方面控制精度差，一般有上下 23 度的誤差。另外飲水機(jī)一般都是有兩個(gè)溫度繼電器，一個(gè)是控制熱水溫度的，大概在 90 左右度，是自動(dòng)斷電自動(dòng)復(fù)位的，另一個(gè)是極限溫度控制器，大概在 100 左右度，斷電后是手動(dòng)復(fù)位的，此溫度繼電器主要用來(lái)防止加熱體干燒。這種控制方式簡(jiǎn)單，溫度繼電器可以直接參與加熱控制。但此方法智能控制水平較低不能體現(xiàn)出設(shè)計(jì)的核心思想

11、方案二的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了高精度，溫度顯示，使用了LCD1602低功率液晶顯示，并帶有鍵盤控制，防干燒處理，人機(jī)交互方面做得比較好。另一方面，目前單片機(jī)技術(shù)比較成熟，功能也比較強(qiáng)大，被測(cè)信號(hào)經(jīng)放大整形后送入單片機(jī)，由單片機(jī)對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行處理并根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)關(guān)系顯示溫度和控制飲水機(jī)的加熱方式 。單片機(jī)控制適合于功能比較簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng),而且其具有成本低,功耗低,體積小算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng),技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)。但其缺點(diǎn)是外圍電路比較復(fù)雜,編程復(fù)雜。使用這種方案會(huì)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)一定的難度。2.3方案選擇基于實(shí)現(xiàn)了高精度，加熱溫度設(shè)定，溫度顯示，低功率，防干燒處理，綜合以上二種方案，最終選擇了方案二。3單元模塊電路設(shè)計(jì)

12、本節(jié)主要介紹系統(tǒng)各單元模塊的具體功能、電路結(jié)構(gòu)、工作原理、以及各個(gè)單元模塊之間的連接關(guān)系；同時(shí)本節(jié)也會(huì)對(duì)相關(guān)電路中的參數(shù)計(jì)算、元器件選擇、以及核心器件進(jìn)行必要說(shuō)明。3.1電路組成及工作原理家用飲水機(jī)溫度控制系統(tǒng)由溫度采集電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換器，水位探測(cè)器，LCD 顯示電路，鍵盤電路，加熱控制器等組成。單片機(jī)：完成監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集過(guò)程、采集方式的控制。是整個(gè)系統(tǒng)的核心處理器，單片機(jī)首先把通過(guò)傳感器測(cè)到的現(xiàn)場(chǎng)溫度與預(yù)先設(shè)置的溫度進(jìn)行比較，如果大于或小于預(yù)先設(shè)置值，就輸出信號(hào)去控制加熱器的工作，從而實(shí)現(xiàn)溫度控制與此同時(shí)將溫度數(shù)據(jù)傳輸給 LCD 顯示器，并對(duì)水位探測(cè)器的反饋信號(hào)進(jìn)行處理從而實(shí)現(xiàn)防止干燒的發(fā)生

13、。溫度傳感器：溫度傳感器將加熱體中的溫度采集，經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換變換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)供單片機(jī)使用，在設(shè)計(jì)過(guò)程中盡量采用集成模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的傳感器，這樣一來(lái)可以極大的減少設(shè)計(jì)工作量，并且可靠性也將會(huì)有比較大的提高，這種傳感器在實(shí)際生產(chǎn)中有這很廣泛的應(yīng)用。水位探測(cè)器：水位探測(cè)器主要是用來(lái)防止加熱體干燒，在設(shè)計(jì)過(guò)程中可以根據(jù)需求將其簡(jiǎn)化成能定性測(cè)量水位是否足夠即可，在這里我們要盡量的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。鍵盤電路：鍵盤電路用來(lái)設(shè)置加熱溫度，與單片機(jī)通信，加熱模式控制信號(hào)傳送給單片機(jī)供其與溫度傳感器所提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較決定是否繼續(xù)或停止加熱。顯示電路：實(shí)時(shí)顯示加熱體內(nèi)水溫和設(shè)定溫度，指示燈顯示飲水機(jī)的工作狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生干燒的時(shí)候

14、LCD顯示警告，指示燈全亮，提醒用戶飲水機(jī)需要加水了。 加熱控制器：弱電低壓信號(hào)驅(qū)動(dòng)強(qiáng)電 220V 電流對(duì)加熱體內(nèi)水進(jìn)行加熱控制，是整個(gè)設(shè)計(jì)的與加熱體相結(jié)合的重要模塊，設(shè)計(jì)方案要遵循安全可靠的要求。電路系統(tǒng)框圖如下。單 片 機(jī)數(shù)據(jù)采集電路ADC4*4鍵盤電路水位探測(cè)電路LCD顯示電路加熱控制器 圖3.1系統(tǒng)框圖從圖3.1的系統(tǒng)框圖可以看的出溫度傳感器信號(hào)，鍵盤電路信號(hào)，水深探測(cè)器信號(hào)均為飲水機(jī)溫控系統(tǒng)的輸入信號(hào)而顯示電路信號(hào)，加熱控制信號(hào)則為飲水機(jī)溫控系統(tǒng)的輸出信號(hào)。系統(tǒng)框圖也充分的體現(xiàn)出了單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的核心部件的這一理念。所有的外圍的設(shè)備圍繞單片機(jī)作為單片機(jī)的功能模塊與單片機(jī)進(jìn)行信息交

15、換和通信。核心部件單片機(jī)對(duì)所有的外圍設(shè)備數(shù)字溫度傳感器、鍵盤電路、水位探測(cè)器等器件反饋的信息在軟件的設(shè)定下進(jìn)行綜合分析，發(fā)出指令信號(hào)控制加熱控制器和 LCD 顯示器的工作狀態(tài)。設(shè)計(jì)框圖作為整個(gè)設(shè)計(jì)方案的靈魂將自始至終的指導(dǎo)設(shè)計(jì)的全過(guò)程，在以后的設(shè)計(jì)中將完全按照框圖所列的模塊進(jìn)行分模塊設(shè)計(jì)。這樣一來(lái)使整個(gè)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化為六部分，各部分又可以單獨(dú)的進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣一來(lái)通過(guò)對(duì)各個(gè)模塊的多種方案進(jìn)行分析比較確定最佳選擇并將其作為最終選擇，最后將各模塊的最佳方案進(jìn)行組合得到我們的最終設(shè)計(jì)方案。3.2模塊電路的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)主要分為6個(gè)單元模塊，它們分別是：信號(hào)采集及放大模塊、單片機(jī)最小系統(tǒng)、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、人機(jī)交互界

16、面模塊、水位探測(cè)模塊、加熱控制模塊。各單元模塊功能及相關(guān)電路的具體說(shuō)明如下。3.2.1信號(hào)采集及放大模塊設(shè)計(jì)從以下幾方面進(jìn)行說(shuō)明：1、該模塊的具體功能是將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)并將電信號(hào)進(jìn)行處理。2、該模塊的組成：防水型LM35DZ溫度傳感器、TL084組成的儀用放大器、低通濾波器。3、工作原理：LM35DZ溫度傳感器的輸出電壓會(huì)隨溫度的變化而變化從而能將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再通過(guò)儀用放大器對(duì)采集到的電信號(hào)進(jìn)行放大，最后通過(guò)低通濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波處理。4、模塊的結(jié)構(gòu)框圖儀用放大器飲水機(jī)加熱箱溫度信號(hào)溫度傳感器圖3.2 信號(hào)采集及放大模塊結(jié)構(gòu)框圖5、模塊的具體電路圖3.1.2 信號(hào)采集及處理模

17、塊電路圖3.2.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)主控制電路是以單片機(jī)為核心的控制電路。我們?cè)谶@里選用 STC89C52 單片機(jī)。單片機(jī)芯片工作時(shí)，必需加一個(gè)最小系統(tǒng)。最小系統(tǒng)中主要包括復(fù)位電路和時(shí)鐘電路兩大部分。單片機(jī)最小系統(tǒng)的電路圖如下。圖3.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)1、復(fù)位電路單片機(jī)復(fù)位電路就好比電腦的重啟部分，當(dāng)電腦在使用中出現(xiàn)死機(jī)，按下重啟按鈕電腦內(nèi)部的程序從頭開(kāi)始執(zhí)行。單片機(jī)也一樣，當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行中，受到環(huán)境干擾出現(xiàn)程序跑飛的時(shí)候，按下復(fù)位按鈕內(nèi)部的程序自動(dòng)從頭開(kāi)始執(zhí)行。常用的復(fù)位電路有四種方式：（1）上電復(fù)位電路（2）按鍵復(fù)位電路（3）脈沖復(fù)位電路（4）兼有上電復(fù)位與按鍵復(fù)位的電路。由于考慮到結(jié)構(gòu)

18、和成本等原因，決定選用兼有上電復(fù)位與按鍵復(fù)位的電路。該復(fù)位電路工作原理為：在通電瞬間，在RC電路充電過(guò)程中，RST端出現(xiàn)正脈沖，保證RST引腳出現(xiàn)10 ms以上穩(wěn)定的高電平，從而使單片機(jī)復(fù)位。在電路圖中，電容的的大小是10uF，電阻的大小是10k。所以根據(jù)公式，可以算出電容充電到電源電壓的0.7倍(單片機(jī)的電源是5V，所以充電到0.7倍即為3.5V)，需要的時(shí)間是10K*10UF=0.1S。也就是說(shuō)在電腦啟動(dòng)的0.1S內(nèi)，電容兩端的電壓時(shí)在03.5V增加。這個(gè)時(shí)候10K電阻兩端的電壓為從51.5V減少(串聯(lián)電路各處電壓之和為總電壓)。所以在0.1S內(nèi)，RST引腳所接收到的電壓是5V1.5V。在

19、5V正常工作的51單片機(jī)中小于1.5V的電壓信號(hào)為低電平信號(hào)，而大于1.5V的電壓信號(hào)為高電平信號(hào)。所以在開(kāi)機(jī)0.1S內(nèi)，單片機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位。2、時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作時(shí)所必需的時(shí)鐘信號(hào)。在MCS51單片機(jī)片內(nèi)有一個(gè)高增益的反相放大器，反相放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2，由該放大器構(gòu)成的振蕩電路和時(shí)鐘電路一起構(gòu)成了單片機(jī)的時(shí)鐘方式。根據(jù)硬件電路的不同，單片機(jī)的時(shí)鐘連接方式可分為內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。本設(shè)計(jì)為了簡(jiǎn)化電路，使用內(nèi)部方式，須在XTAL1和XTAL2引腳兩端跨接石英晶體振蕩器和兩個(gè)微調(diào)電容構(gòu)成振蕩電路，通常C1和C2一般取30pF，晶振的頻率取值在1.

20、2MHz12MHz之間。對(duì)于外接時(shí)鐘電路，要求XTAL1接地，XTAL2腳接外部時(shí)鐘，對(duì)于外部時(shí)鐘信號(hào)并無(wú)特殊要求，只要保證一定的脈沖寬度，時(shí)鐘頻率低于12MHz即可3.2.3模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)從以下幾方面進(jìn)行說(shuō)明：1、該模塊的具體功能是當(dāng)有信號(hào)輸入的時(shí)候?qū)⒛M信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再將數(shù)字信號(hào)送給單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理產(chǎn)生顯示電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并接受鍵盤的輸入信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的控制。2、該模塊的組成：ICL7135轉(zhuǎn)換電路、74HC74組成的時(shí)鐘分頻電路。3、工作原理： STC89C52的端口P3.2、P3.4、P3.5、ALE控制ICL7135的模數(shù)轉(zhuǎn)換并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過(guò)串行輸入到單片機(jī)。單

21、片機(jī)對(duì)被測(cè)量信號(hào)進(jìn)行處理并根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)和控制信號(hào)關(guān)系譯碼顯示出水溫。ICL7135為AD轉(zhuǎn)換芯片，將輸入模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。單片機(jī)的ALE引腳經(jīng)分頻電路四分頻后給ICL7135正常工作提供時(shí)鐘信號(hào)。4、模塊的結(jié)構(gòu)框圖經(jīng)放大處理的信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換器STC89C52圖3.4 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路結(jié)構(gòu)方框圖5、模塊由AD轉(zhuǎn)換電路和時(shí)鐘分頻電路兩部分組成，如下圖。圖3.5 AD轉(zhuǎn)換電路圖圖3.6 時(shí)鐘分頻電路圖3.2.4人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)該模塊的具體功能：實(shí)現(xiàn)鍵盤控制和溫度顯示，利用鍵盤給STC89C52提供控制信號(hào)，讓單片機(jī)執(zhí)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理和輸出，以驅(qū)動(dòng)LCD液晶顯示屏顯示、加熱器的工作方式和指示燈的亮

22、滅。當(dāng)鍵盤有輸入信號(hào)時(shí)，單片機(jī)根據(jù)不同的信號(hào)執(zhí)行不同的操作包括顯示加熱溫度、開(kāi)啟加熱、關(guān)閉加熱和指示燈的亮滅。LCD液晶顯示屏收到單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)后進(jìn)行顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)。模塊的具體電路圖如下，其中J4為4*4矩陣鍵盤的接口，J3為L(zhǎng)CD1602的接口。D7D10分別為開(kāi)水加熱指示燈、溫水加熱指示燈、停止加熱指示燈和模擬加熱控制器工作狀態(tài)的指示燈。圖3.7人機(jī)交互界面模塊電路圖3.2.4水位探測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在飲水機(jī)加熱體中無(wú)水或水量極少的情況下繼續(xù)對(duì)其加熱將會(huì)產(chǎn)生干燒這種現(xiàn)象。飲水的干燒是非常危險(xiǎn)的。根據(jù)用戶的反饋，飲水機(jī)干燒輕則產(chǎn)生異味影響飲水機(jī)的正常使用，嚴(yán)重甚至可能損壞電線的外層塑膠皮引發(fā)短路

23、進(jìn)而可能引起火災(zāi)。所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中防干燒系統(tǒng)顯得尤為重要。下面我們來(lái)討論使用較多的幾種防干燒設(shè)計(jì)方案。第一種方案：飲水機(jī)加熱體可以設(shè)計(jì)為排水口的位置高于發(fā)熱管，就算怎么燒也無(wú)所謂，因?yàn)槔锩娴囊后w始終沒(méi)排完（排水口的位置始終高于發(fā)熱管），而且內(nèi)膽是密封的，水蒸汽無(wú)處排，再且，當(dāng)加熱到一定溫度時(shí)，電路會(huì)自動(dòng)停止加熱，所以相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)不會(huì)燒干。這種方法設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單可行，但如果出現(xiàn)這種情況會(huì)反復(fù)加熱浪費(fèi)能源。第二種方案：如果不考慮成本的話可以采用“液位開(kāi)關(guān)”來(lái)檢測(cè)水位，“液壓開(kāi)關(guān)”就是用來(lái)控制液位的開(kāi)關(guān)。從形式上主要分為接觸式和非接觸式。非接觸式的如電容式液位開(kāi)關(guān)；接觸式的例如：浮球式液位開(kāi)關(guān)；電極式液

24、位開(kāi)關(guān)，電子式液位開(kāi)關(guān)電容式液位開(kāi)關(guān)也可以采用接觸式方法實(shí)現(xiàn)。工業(yè)市場(chǎng)上有很多飲水機(jī)專用的“液壓開(kāi)關(guān)”，所以如果選用“液壓開(kāi)關(guān)”也是一種不錯(cuò)的選擇。第三種方案：另外一些低端的飲水機(jī)一般會(huì)采用“突跳式溫控器”，該種溫控器是雙金屬片溫控器的新型產(chǎn)品，主要作為各種電熱產(chǎn)品具過(guò)熱保護(hù)時(shí)，通常與熱熔斷器串接使用，突跳式溫控器作為一級(jí)保護(hù)。熱熔斷器則在突跳式溫控器失效導(dǎo)致電熱元件超溫時(shí)，作為二級(jí)保護(hù)，有效地防止燒壞電熱元件以及由此而引起的火災(zāi)事故。所以將突跳式溫控器運(yùn)用到飲水機(jī)中可以簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)防止干燒的目的。以上我們介紹了多種在實(shí)際中使用較多的防干燒方案，它們?cè)诂F(xiàn)實(shí)工業(yè)設(shè)計(jì)中均有廣泛的使用，在本次設(shè)計(jì)中我

25、們考慮到我們定性測(cè)量要求以及方便與單片機(jī)相連接以及水的導(dǎo)電性等各種因素，我們將采用另外的一種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱體內(nèi)水位的定性檢測(cè)。系統(tǒng)采用一根不銹鋼水位探測(cè)棒作為探測(cè)器，探測(cè)棒一端與單片機(jī)的 P0.7口相連，另一端浸入飲水機(jī)的加熱體中。當(dāng)加熱體中水量達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定值時(shí)，探測(cè)棒浸入水中，由于水具有導(dǎo)電性，且加熱體接地，從而使輸入到單片機(jī) P0.7口的信號(hào)為低電平；當(dāng)加熱體中水量不足時(shí)，探測(cè)棒懸空，使輸入到單片機(jī) P0.7口的信號(hào)為高電平。單片機(jī)根據(jù)水位探測(cè)器的輸入信號(hào)執(zhí)行相應(yīng)操作，可有效地防止飲水機(jī)“干燒”。這種設(shè)計(jì)與單片機(jī)的連接及其的簡(jiǎn)單并且可以將加熱體中缺水的信號(hào)通過(guò)單片機(jī)顯示到 LCD 顯示模

26、塊和指示燈上，方便用戶及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺水信息并及時(shí)解決。下圖為模擬水位探測(cè)系統(tǒng)電路圖。此時(shí)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，P0.7為高電平，探測(cè)棒懸空飲水機(jī)處于干燒狀態(tài)。當(dāng)開(kāi)關(guān)按下的時(shí)候P0.7為低電平，探測(cè)棒浸入水中，飲水機(jī)恢復(fù)正常工作狀態(tài)。圖3.8 模擬水位探測(cè)系統(tǒng)電路圖3.2.5加熱控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的中連接加熱器體的加熱控制器將采用固態(tài)繼電器，選用了 9012 三極管和固態(tài)繼電器實(shí)現(xiàn)了弱電對(duì)強(qiáng)電的控制。9012PNP 型三極管應(yīng)用廣泛，在收音機(jī)等常用家電中可以經(jīng)?？匆?jiàn)它的身影。9012 三極管在此作為開(kāi)關(guān)量環(huán)節(jié)，起到了放大電流的作用，與固態(tài)繼電器結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)的作用。與此對(duì)應(yīng)所選用的固態(tài)繼電器是百特公司

27、的產(chǎn)品，該型號(hào)的固態(tài)繼電器是直流輸入控制，交流過(guò)零導(dǎo)通，過(guò)零關(guān)斷輸出型無(wú)觸點(diǎn)繼電器。它常用與控制電路的導(dǎo)通和斷開(kāi)，是控制一般家用電器，如電動(dòng)機(jī)、加熱器、白熾燈的首選器件。加熱控制系統(tǒng)的具體電路圖如下。其中三極管的導(dǎo)通關(guān)閉由單片機(jī)的P0.3引腳控制圖 3.9 加熱控制系統(tǒng)電路圖3.2.6電源電路的設(shè)計(jì)電源是整個(gè)系統(tǒng)的能量來(lái)源，它直接關(guān)系到系統(tǒng)能否正常運(yùn)行。由于ICL7135的供電電源為±5V，其它都為+5V供電，因此電路中選用LM7805和LM7809兩種穩(wěn)壓芯片，LM7805和LM7809是普遍運(yùn)用的穩(wěn)壓芯片。下圖為電源電路的電路圖，該電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)節(jié)方便、輸出電壓穩(wěn)定性強(qiáng)、波

28、紋小和輸出電流大的特點(diǎn)。圖3.10 電源電路電路圖3.3電路參數(shù)的計(jì)算及元器件的選擇由于本設(shè)計(jì)中用到的芯片和元件較多，不可能一一介紹，下面僅對(duì)溫度傳感器、主控芯片和控制繼電器的選擇做介紹。其他器件完全按照設(shè)計(jì)要求選取。1、溫度傳感器的選擇由于飲水機(jī)水溫的溫度范圍一般都在0100攝氏度之間，所以溫度傳感器選擇防水型的LM35DZ。LM35 是由National Semiconductor 所生產(chǎn)的溫度傳感器，其輸出電壓與攝氏溫標(biāo)呈線性關(guān)系，0攝氏度時(shí)輸出為0V，每升高1，輸出電壓增加10mV。 LM35 有多種不同封裝型式，本設(shè)計(jì)中選用防水型的探頭封裝。在常溫下，LM35&#

29、160;不需要額外的校準(zhǔn)，就可以直接與AD轉(zhuǎn)換器相連測(cè)量溫度。2、主控芯片的選擇在本設(shè)計(jì)中，單片機(jī)只需要鍵盤掃描、對(duì)AD轉(zhuǎn)換器的時(shí)鐘計(jì)數(shù)和一些簡(jiǎn)單的判斷控制。對(duì)單片機(jī)的性能要求并不高，所以我們選擇高性價(jià)比的STC89C52就已經(jīng)能滿足設(shè)計(jì)的需要了。3、加熱控制器的選擇考慮到控制系統(tǒng)的供電電壓為+5V的直流電源，加熱器為市電 220V，50Hz 交流電源供電。所以我們選用百特公司的P系列直流控制交流隨機(jī)固態(tài)繼電器 P0342-14B。P0342-14B的輸入控制電壓為直流電壓314V，額定通斷電壓為28420V的交流電壓。完全能夠滿足系統(tǒng)的要求。P0342-14B的輸入控制參數(shù)如下表。表3.1

30、P0342-14B的輸入控制參數(shù)輸入控制電壓(Vdc)輸入控制電流(mA)可靠接通控制電壓(Vdc)可靠關(guān)斷控制電壓(Vdc)3146-443.01.0P0342-14B的輸出控制參數(shù)如下表。表3.2 P0342-14B的輸出控制參數(shù)額定通斷電壓(Vac)額定通斷電流(Aac)開(kāi)通時(shí)間(ms)關(guān)斷時(shí)間(ms)通態(tài)壓降(Vac)斷態(tài)漏電流(mA)瞬態(tài)電壓(Vac)28-4203<0.01<101.50.04850P0342-14B的一般電氣參數(shù)如下表。表3.3 P0342-14B的一般電氣參數(shù)介質(zhì)耐壓(Vac)絕緣電阻(M)工作溫度()頻率范圍(Hz)2500100-30804570

31、3.4特殊器件的介紹本系統(tǒng)中主要使用了STC89C52、ICL7135模數(shù)轉(zhuǎn)換器、LCD1602液晶顯示器、 TL084運(yùn)算放大器下面就器件的功能特點(diǎn)、主要參數(shù)和使用方法作相應(yīng)說(shuō)明。3.4.1 STC89C52單片機(jī)的介紹1、芯片STC89C52簡(jiǎn)介STC89C52是STC公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。

32、STC89C52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。功能強(qiáng)大STC89C52單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，STC的STC89C52是一種高效微控制器。STC89C52單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。外形及引腳排列如下圖所示：圖3.11 ADC0809引腳及實(shí)物2、STC89C52的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

33、見(jiàn)下圖。 圖3.12 STC89C52的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖3、主要功能特性STC89C52的主要功能特性如表3.4所示。 表3.4 AT89C51功能特性兼容MCS-51指令系統(tǒng)8k可反復(fù)擦寫（>1000次) Flash ROM32個(gè)雙向I/O口4.5-5.5V工作電壓3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率0-24MHz可編程串行通道512x8bit內(nèi)部RAM2個(gè)外部中斷源3個(gè)內(nèi)部中斷源低功耗空閑和省電模式數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年靈活的ISP字節(jié)和分頁(yè)編程雙數(shù)據(jù)寄存器指針片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定3、引腳功能說(shuō)明圖3.11中單片機(jī)各引腳功能如下：VCC/GND：電源/接地引腳。Port

34、0：P0是一個(gè)8位漏極開(kāi)路型雙向I/O端口，端口置1(對(duì)端口寫1)時(shí)作高阻抗輸入端；P0還可以用作總線方式下的地址數(shù)據(jù)復(fù)用管腳，用來(lái)操作外部存儲(chǔ)器。在這種工作模式下，P0口具有內(nèi)部上拉作用。對(duì)內(nèi)部Flash程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接收指令字節(jié)、校驗(yàn)程序、輸出指令字節(jié)時(shí)，要求外接上拉電阻。Port 1：P1是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0端口，輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL。端口置1時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用； 另外，P1.0、P1.1可以分別被用作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入(P1.0/T2)和觸發(fā)輸入(P1.1/T2EX)；對(duì)內(nèi)部Flash程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接收低8位地址信息。Po

35、rt 2：P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0端口；輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL。端口置1時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用； P2口在存取外部存儲(chǔ)器時(shí)，可作為高位地址輸出；內(nèi)部Flash程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接收高8位地址和控制信息。 Port 3： P3是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0端口，輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL。端口置1時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。P3引腳功能復(fù)用如表3.5所示。 表3.5 P3引腳功能復(fù)用表P3.0 串行通訊輸入(RXD) P3.1串行通訊輸出(TXD) P3.2外部中斷0( INT0) P3.3外部中斷1(INT1) P3.4 定時(shí)器0輸入(

36、T0) P3.5定時(shí)器1輸入(T1)P3.6 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通WR P3.7外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通RD RST：在振蕩器運(yùn)行時(shí)，有兩個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)振蕩周期)以上的高電平出現(xiàn)在此管腳時(shí)，將使單片機(jī)復(fù)位。只要這個(gè)管腳保持高電平，51芯片便循環(huán)復(fù)位。復(fù)位后P0P3口均置1，管腳表現(xiàn)為高電平，程序計(jì)數(shù)器和特殊功能寄存器SFR全部清零。當(dāng)復(fù)位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，芯片為ROM的00H處開(kāi)始運(yùn)行程序；XTAL1、XTAL2 ：XTAL1是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端，XTAL2則是輸出端，使用外部振蕩器時(shí)，外部振蕩信號(hào)應(yīng)直接加到XTAL1，而XTAL2懸空。內(nèi)部方式時(shí)，時(shí)鐘發(fā)生器對(duì)振蕩脈沖二分頻，

37、如晶振為12MHz，時(shí)鐘頻率就為6MHz。晶振的頻率可以在1MHz至24MHz內(nèi)選擇，電容取22PF左右。ALE/PROG：訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE(地址鎖存允許)的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)，即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，ALE端仍以不變的頻率輸出脈沖信號(hào)(此頻率是振蕩器頻率的1/6)，在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，出現(xiàn)一個(gè)ALE脈沖； PSEN：該引腳是外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)輸出端。當(dāng)STC89C52由外部程序存儲(chǔ)器取指令或常數(shù)時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期輸出2個(gè)脈沖，即兩次有效。但訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將不會(huì)有脈沖輸出；EA/Vpp：外部訪問(wèn)允許端。當(dāng)該引腳訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，應(yīng)輸入低電平。要使STC89C5

38、2只訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器(地址為0000H-FFFFH)，這時(shí)該引腳必須保持低電平；3.4.2 ICL7135模數(shù)轉(zhuǎn)換器的介紹1、ICL7135概述ICI7135是4位雙積分A/D轉(zhuǎn)換芯片,可以轉(zhuǎn)換輸出±20000個(gè)數(shù)字量,有STB選通控制的BCD碼輸出,與微機(jī)接口十分方便.ICL7135具有精度高(相當(dāng)于14位A/D轉(zhuǎn)換),價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn).其轉(zhuǎn)換速度與時(shí)鐘頻率相關(guān),每個(gè)轉(zhuǎn)換周期均有:自校準(zhǔn)(調(diào)零),正向積分(被測(cè)模擬電壓積分),反向積分(基準(zhǔn)電壓積分)和過(guò)零檢測(cè)四個(gè)階段組成,其中自校準(zhǔn)時(shí)間為10001個(gè)脈沖,正向積分時(shí)間為10000個(gè)脈沖,反向積分直至電壓到零為止(最大不超過(guò)20001

39、個(gè)脈沖).故設(shè)計(jì)者可以采用從正向積分開(kāi)始計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù),到反向積分為零時(shí)停止計(jì)數(shù).將計(jì)數(shù)的脈沖個(gè)數(shù)減10000,即得到對(duì)應(yīng)的模擬量.圖3.13給出了ICL7135時(shí)序,由圖可見(jiàn),當(dāng)BUSY變高時(shí)開(kāi)始正向積分,反向積分到零時(shí)BUSY變低,所以BUSY可以用于控制計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)/停止. 圖3.13 ICL7135工作時(shí)序圖2、芯片接口說(shuō)明集成電路的引腳圖如下。圖3.14 ICL7135 引腳圖ICL7135的各引腳的功能見(jiàn)下表。表3.6 ICL7135引腳功能表V+、V-電源輸入端，雙電源供電，典型值±5V，極限值±9V AC 、DGND模擬地與數(shù)字地，典型應(yīng)用中兩點(diǎn)相連

40、接地REF參考電壓輸入,REF的地為AGND引腳,典型值1VINHI、INLO模擬輸入正負(fù),當(dāng)模擬信號(hào)輸入為單端對(duì)地時(shí),模擬輸入負(fù) INLO直接與AC相連 CLKIN時(shí)鐘信號(hào)輸入REFC+、REFC-外接參考電容正負(fù)，典型值1FBUFFO緩沖放大器輸出端,典型外接積分電阻INTO積分器輸出端,典型外接積分電容AZIN自校零端LOW欠量程信號(hào)輸出端,當(dāng)輸入信號(hào)小于量程的10%時(shí),輸出高電平HIGH過(guò)量程信號(hào)輸出端,當(dāng)輸入信號(hào)超過(guò)量程時(shí),輸出高電平STOR數(shù)據(jù)輸出選通信號(hào)(負(fù)脈沖),寬度為時(shí)鐘脈沖寬度的一半,每次A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí),該端輸出5個(gè)負(fù)脈沖,分別選通由高到低的BCD碼數(shù)據(jù),該端用于將轉(zhuǎn)換結(jié)

41、果打到并行I/O接口R/H自動(dòng)轉(zhuǎn)換/停頓控制輸入POL極性信號(hào)輸出,高電平表示極性為正BUSY忙信號(hào)輸出,高電平有效.正向積分開(kāi)始時(shí)自動(dòng)變高,反向積分結(jié)束時(shí)自動(dòng)變低B8B1BCD碼輸出.B8為高位,對(duì)應(yīng)BCD碼D5D1萬(wàn)、千、百、十、個(gè)位選通3.4.3 LCD1602液晶顯示屏的介紹1、LCD1602液晶顯示屏概述LCD1602液晶也叫LCD1602字符型液晶，它是一種專門用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。它由若干個(gè)5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫?/p>

42、顯示圖形。市面上字符液晶大多數(shù)是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780寫的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái)，我們就能看到字母“A”。低電壓低功耗是其顯著特點(diǎn)。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶 顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都

43、要簡(jiǎn)潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。2、LCD1602液晶顯示屏并行接口工作讀寫時(shí)序圖 圖3.15 LCD1602液晶顯示屏讀操作時(shí)序圖 圖3.16 LCD1602液晶顯示屏寫操作時(shí)序圖3.4.4 TL084運(yùn)算放大器介紹TL084是一種常用的JFET的四輸入運(yùn)算放大器，高電壓的JFET和雙極晶體電路在一個(gè)單片tegrated回路范圍，這種器件具有高轉(zhuǎn)化率，低輸入偏置和偏置電流，低失調(diào)電壓溫度系數(shù)，并具有輸出短路保護(hù)，內(nèi)部頻率補(bǔ)償，鎖存的自由操作等功能。 圖3.17 TL084的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)硬件與軟件是單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的兩個(gè)重要組成部分，本設(shè)計(jì)為了充分體現(xiàn)裝

44、置的智能化以及減小硬件電路的體積，軟件部分設(shè)計(jì)的重要性就顯得尤為突出了，所以軟件設(shè)計(jì)工作在整個(gè)設(shè)計(jì)中是非常重要的、其工作量也是比較大的。單片機(jī)在推廣應(yīng)用的初期，主要使用匯編語(yǔ)言，這是因?yàn)楫?dāng)時(shí)的開(kāi)發(fā)工具只能支持匯編語(yǔ)言。隨著硬件技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)開(kāi)發(fā)工具的功能也有很大的提高，對(duì)于51 單片機(jī)，有四種語(yǔ)言支持，即匯編語(yǔ)言、PL/M 語(yǔ)言、C 語(yǔ)言和 BASIC 語(yǔ)言。C 語(yǔ)言是一種通用的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，其代碼效率高、數(shù)據(jù)類型及運(yùn)算符豐富，并具有良好的程序結(jié)構(gòu)，適用兼容于各種應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)和調(diào)試。在擬訂軟件總體設(shè)計(jì)方案時(shí)，由于實(shí)際單片機(jī)控制系統(tǒng)的功能復(fù)雜、信息量大和程序較長(zhǎng)，這就需要選擇合理的切合實(shí)際

45、的程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。常用的設(shè)計(jì)方法有三種：1、模塊化的程序設(shè)計(jì)；2、自頂向下逐步求精程序設(shè)計(jì)；3、結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)。在本設(shè)計(jì)中采用第一種方法，既模塊化程序設(shè)計(jì)，它的設(shè)計(jì)思路是把一個(gè)復(fù)雜應(yīng)用程序整體功能規(guī)劃成若干相對(duì)獨(dú)立的程序模塊，各模塊可以單獨(dú)設(shè)計(jì)、編程、調(diào)試，然后把功能相關(guān)的模塊通過(guò)連接程序連在一起調(diào)試，最后各模塊在主程序控制下進(jìn)行總體調(diào)試，最成為可完成設(shè)計(jì)要求，具有使用價(jià)值的程序。繪制流程圖是單片機(jī)程序編寫前最重要的工作，流程圖就是用各種符號(hào)圖形箭頭把程序的流向及過(guò)程用圖形表示出來(lái)。通常我們的程序就是根據(jù)流程圖的指向采用適當(dāng)?shù)闹噶顏?lái)編寫的。下面幾節(jié)就是本次設(shè)計(jì)中的軟件流程圖。繪制流程圖時(shí)首先

46、畫(huà)出簡(jiǎn)單的功能流程圖粗框圖再對(duì)功能流程圖進(jìn)行擴(kuò)充和具體化即對(duì)存儲(chǔ)器標(biāo)志位等單元做具體的分配和說(shuō)明把功能圖上的每一個(gè)粗框圖轉(zhuǎn)化為具體的存儲(chǔ)器或地址單元從而繪制出詳細(xì)的程序流程圖即細(xì)框圖。在本次的設(shè)計(jì)中系統(tǒng)軟件主要包括主程序、按鍵處理子程序和溫度檢測(cè)子程序。4.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)上電復(fù)位后首先進(jìn)行初始化處理，包括顯示初始化，變量初始化賦值，中斷的設(shè)置和開(kāi)啟。初始化完畢后進(jìn)入循環(huán)檢測(cè)程序，依次進(jìn)行按鍵檢測(cè)、判斷是否應(yīng)該加熱、水量檢測(cè)、獲取溫度數(shù)據(jù)并顯示。主程序的流程圖如下。開(kāi)始系統(tǒng)初始化按鍵檢測(cè)判斷是否應(yīng)該加熱是否有足夠水量停止加熱NY獲取溫度數(shù)據(jù)并顯示圖 4.1 主程序流程圖4.2 按鍵處理子

47、程序設(shè)計(jì)當(dāng)主程序檢測(cè)到有鍵按下時(shí)，首先判斷哪一個(gè)鍵按下，也即獲取鍵值，獲取鍵值之后，就轉(zhuǎn)到按鍵數(shù)據(jù)處理子程序進(jìn)行按鍵判斷并執(zhí)行相應(yīng)的操作。當(dāng)按下數(shù)字鍵后表示正在設(shè)置加熱溫度，第一個(gè)數(shù)字鍵表示百位，依次類推總共5位數(shù)據(jù)，一直到百分位，加熱溫度值設(shè)定完畢。按下開(kāi)水加熱鍵后，加熱溫度設(shè)定溫度值直接變?yōu)?00攝氏度，當(dāng)按下溫水加熱鍵后，加熱溫度直接變?yōu)?0攝氏度，這兩個(gè)快捷鍵是為了用戶設(shè)定的方便。當(dāng)按下開(kāi)始按鈕后，系統(tǒng)判斷溫度設(shè)定值和目前溫度的差值來(lái)判斷是否應(yīng)該加熱。當(dāng)按下關(guān)閉鍵后系統(tǒng)停止加熱。按鍵處理子程序流程圖如圖所示。有鍵按下獲取鍵值對(duì)鍵值進(jìn)行判斷處理圖4.2 按鍵處理子程序流程圖4.3溫度檢測(cè)

48、子程序設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中對(duì)溫度的檢測(cè)實(shí)質(zhì)是獲取ICL7135轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，由測(cè)得的電壓值來(lái)反推飲水機(jī)加熱箱的水溫，為后續(xù)的判斷和控制提供參考。ICL7135在滿電壓輸入時(shí),BUSY寬度為正向積分10000個(gè)CP脈沖,反向積分20001個(gè)CP脈沖。在BUSY高電平期間,計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值減去10000(2710H)，就是被測(cè)電壓的數(shù)值。由于溫度為緩變變量，所以為了增加單片機(jī)的處理速度，在主程序中并不是沒(méi)一次循環(huán)都進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集。這里用到了T1定時(shí)器計(jì)時(shí)，每1秒進(jìn)行一次溫度采集。溫度檢測(cè)子程序流程圖如下。1秒定時(shí)到Busy位是否為高？YNBusy位是否為低？YN開(kāi)啟T0計(jì)數(shù)器對(duì)ICL7135的時(shí)鐘輸入端計(jì)

49、數(shù)Busy位是否為高？YN關(guān)閉T0計(jì)數(shù)器將采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為溫度值顯示水溫返回主程序圖 4.3 溫度檢測(cè)子程序流程圖5系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試包括軟件調(diào)試和硬件調(diào)試兩部分，下面就從這兩方面介紹系統(tǒng)的調(diào)試過(guò)程。5.1硬件調(diào)試 硬件調(diào)試包括電源電路的調(diào)試、單片機(jī)最小系統(tǒng)的調(diào)試、AD轉(zhuǎn)換模塊的調(diào)試和儀表放大器的調(diào)試。由于系統(tǒng)電路相對(duì)較復(fù)雜，所以在硬件焊接的過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)一些小的錯(cuò)誤，而這些小的錯(cuò)誤卻會(huì)讓系統(tǒng)癱瘓不能工作。如果我們一次性將硬件焊接好然后驗(yàn)證系統(tǒng)的功能，這樣無(wú)疑可以節(jié)省很多時(shí)間，調(diào)試步驟也比較簡(jiǎn)單，但當(dāng)焊接出現(xiàn)的錯(cuò)誤的時(shí)候，對(duì)錯(cuò)誤的查找工作就變得非常艱難。對(duì)于大系統(tǒng)必須采用模塊化的調(diào)試方法，將系

50、統(tǒng)分成若干個(gè)模塊，對(duì)每一個(gè)模塊進(jìn)行調(diào)試，這樣出現(xiàn)錯(cuò)誤的時(shí)候就能很容易的檢查出錯(cuò)誤出在哪里。從表面上看這樣做降低了調(diào)試效率，其實(shí)這樣做效率更高。焊接時(shí)，首先焊接電源部分，完成后給電源通電，在不帶負(fù)載情況下檢測(cè)電源是否正常供電；第二步：焊接單片機(jī)最小系統(tǒng)，確認(rèn)焊接無(wú)誤后，給單片機(jī)芯片上電，并下載簡(jiǎn)單測(cè)試程序，看是否能正常工作。第三步：斷開(kāi)電源，焊接AD轉(zhuǎn)換模塊電路，先焊接主芯片ICL7135，在一次焊接外圍器件，確認(rèn)焊接完畢后，檢查無(wú)誤后通電，用電位器向ICL7135的模擬信號(hào)輸入端輸入一個(gè)小電壓信號(hào)，將AD轉(zhuǎn)換的程序下載到單片機(jī)中，看AD轉(zhuǎn)換模塊能否正常工作。最后調(diào)試儀表放大器模塊，首先焊接TL

51、084，再焊接周圍的電阻、電容等小器件，焊接完后測(cè)試儀表放大器能否正常工作，如果能正常工作在看放大系數(shù)與計(jì)算值是否吻合，如果有出入再看誤差是否在正常范圍內(nèi)，如果誤差太大，就要仔細(xì)檢查元器件是不是用錯(cuò)了。其他部分外部電路逐個(gè)焊接，同樣依據(jù)以上原則。全部模塊焊接調(diào)試完畢后就可以下載程序，測(cè)試系統(tǒng)的整體功能了，再根據(jù)調(diào)試結(jié)果做一些微調(diào)。5.2軟件調(diào)試由于系統(tǒng)帶有LCD顯示屏和LED指示燈，這使得軟件調(diào)試容易進(jìn)行。 當(dāng)軟件邏輯出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候能夠從LCD顯示屏和LED指示燈的狀態(tài)看出問(wèn)題出在哪里。即便如此，軟件設(shè)計(jì)中仍采用分步調(diào)試的方式。首先調(diào)試LCD1602顯示屏的顯示是否正常，只有LCD1602顯示

52、正常了，后面的調(diào)試才能順利的進(jìn)行。再調(diào)試數(shù)據(jù)采集的程序，看顯示的數(shù)據(jù)與實(shí)際輸入值的誤差。最后調(diào)試按鍵檢測(cè)程序能否改變改變加熱溫度的設(shè)定值和控制加熱器的開(kāi)啟和關(guān)閉。6系統(tǒng)功能和指標(biāo)參數(shù)6.1系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)的功能家用飲水機(jī)溫度控制系統(tǒng)能檢測(cè)飲水機(jī)加熱體中的水量和水溫并能用 LCD液晶顯示屏實(shí)時(shí)顯示水溫。當(dāng)水量低于設(shè)定值時(shí)禁止加熱，防止干燒，此時(shí)3個(gè)指示燈全亮，提醒用戶加水。能夠通過(guò)鍵盤任意設(shè)定飲水機(jī)的加熱溫度，同時(shí)設(shè)定兩個(gè)快捷加熱鍵，溫水鍵可以把水加熱到 60 度，開(kāi)水鍵可以把水加熱到 100 度并實(shí)時(shí)顯示水溫，方便用戶快速的設(shè)定加熱溫度，提高用戶體驗(yàn)。系統(tǒng)自動(dòng)比較水溫和系統(tǒng)設(shè)定溫度，當(dāng)水溫低于設(shè)定溫

53、度10攝氏度時(shí)，加熱器開(kāi)始加熱，此時(shí)如果設(shè)定溫度大于60攝氏度則開(kāi)水加熱指示燈亮，如果設(shè)定溫度小于等于60攝氏度則溫水加熱指示燈亮。當(dāng)水溫達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，加熱器停止工作，停止加熱指示燈亮。但當(dāng)用戶重新設(shè)定了飲水機(jī)的加熱溫度后無(wú)論水溫是否低于設(shè)定溫度10攝氏度飲水機(jī)都將水溫加熱到設(shè)定值。6.2系統(tǒng)指標(biāo)參數(shù)測(cè)試輸出顯示測(cè)試： 在對(duì)AD轉(zhuǎn)換的測(cè)試中，我們選擇的是直接通過(guò)電位器向AD轉(zhuǎn)換的模擬輸入端輸入一個(gè)信號(hào)，來(lái)測(cè)試AD轉(zhuǎn)換的誤差，的數(shù)據(jù)結(jié)果表明基本符合要求。表6.1 參數(shù)記錄表輸入模擬電壓理論溫度顯示溫度誤差0.94v47.0047.120.26%1.23v61.5061.630.21%對(duì)溫度的測(cè)試：在對(duì)AD轉(zhuǎn)換的的測(cè)試發(fā)現(xiàn)基本符合要求之后，下一步直接輸入溫度信號(hào)來(lái)測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)量精度，測(cè)試的數(shù)據(jù)結(jié)果表明基本符合要求。表6.2 參數(shù)記錄表接觸溫度顯示溫度誤差31