单片机应用系统设计简介及实验
基于51单片机的智能电热水器设计
本设计是基于AT89S51单片机的智能电热水器的控制器的设计，要达到的控制要求有：（1）用两位数码管显示水温，两位数码管显示预设温度。（2）当检测温度低于预设温度1℃时，开始加热；检测温度高于预设温度1℃时，停止加热。（3）设置3个程序按键。电源开关键：电源关闭时，4个数码管熄灭，加热元件断电，但单片机系统正常工作，热水器面板上的电源指示灯点亮。电源开启后，根据上次设定的温度（220V总电源不能关闭）自动进入工作状态。如220V总电源关闭后再开机，预设温度自动定为40℃。温度+键：每按一次该键，预设温度加1℃，长按该键（时间超过1秒以上），预设温度快速增加。温度-键：每按一次该键，预设温度减1℃，长按该键（时间超过1秒以上），预设温度快速减小。（4）报警设置。高温报警：当检测温度高于65℃时，自动报警。低温报警：当检测温度低于0℃时，自动报警。缺水报警：当储水箱内缺水时，自动报警。漏电报警：当热水器发生漏电情况时，自动报警。
一、系统硬件设计
单片机应用系统的硬件电路设计包含两部分内容：一是系统扩展，即单片机内部的功能单元，如ROM、RAM、I/O、定时器/计数器、中断系统等不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。二是系统的配置，即按照系统功能要求配置外围设备，如键盘、显示器、打印机、A/D、D/A转换器等，要设计合适的接口电路。本设计中只用最小系统加上键盘、显示、ISP接口电路，单片机本身资源可以满足设计要求，所以不必对单片机进行扩展。
系统的硬件系统以AT89S51单片机为核心，主要分两部分：直流稳压电源和智能电热水器控制电路，其原理图见附图。直流稳压电源由变压器、整流桥、滤波电路、稳压电路组成。智能电热水器系统由时钟电路、复位电路、报警电路、ISP在线编程接口电路键盘、模数转换电路和显示接口电路组成。
1.电源电路
电源设计是电路设计很重要关节。它的稳定与否涉及到电路是否能稳定工作。按要求需要一个+5V电压，一个+12V左右可调电压。于是采用可调压芯片LM317，它是稳压芯片。LM317是三端稳压集成电路，最大输出电流为2.2A，输出电压范围为1.25V～37V。它具有输出电压可变、内藏保护功能、体积小、性价比高、工作稳定可靠等特点。用它制作输出电压可变稳压电源，调节可变电阻R2，便可从LM317输出端获得UO(可变输出电压)。
从电路中可以看出，LM317的输出电压(也就是稳压电源的输出电压)U0为两个电压之和，也就是R1两端电压与R2两端电压之和。而IR2实际上是两路电流之和，一路是经R1流向R2的电流IRI，其大小为URI/Rl。因URI为恒定电压1.25V，Rl是一个固定电阻，小于240欧姆。所以IRl
1
单片机应用系统设计简介及实验
是一个恒定的电流。另一路是LM317调整端流出的电流ID，ID的平均值是50μA左右，最大值一般不超过100μA。而且在LM317稳定工作时，ID的值基本上是一个恒定的值。调节R2阻值即可调节LM317输出电压UO。
既然ID和IRl对调节输出电压UO都起到了一定作用，并且IR1是由R1提供，IRI大小也没有任何限制，LM317输出电压服从1.25+IDR2=UO关系。
GNDC10.1uFLM317Vin2Vin+Vout3VoutR1200D24001ADJD14001C21000uF1R25.1KC310uF+5V电压也是利用三端稳压集成电路得到的，采用7805芯片。其用法和LM317差别不大，如下图所示。LM7805的1端是电源的输入端，3端是输出端，2端是接地端。
UiC4LM7805100uF1InputOutput3GND2.时钟电路
用来产生时钟信号供单片机工作，晶振采用12MHz，平衡电容采用33pF。复位电路在系统上电或运行过程中对单片机进行初始化操作。按键采用独立式热键，用来扩展系统功能，分别可以实现电源开关、温度增加和温度减少三个功能。数码管用来显示水温和水位两组数据，所有数码管采用共阳接法，段控端接在单片机同一I/O口，位控端分别接在不同位的I/O口。发光二极管用来指示系统运行状态，电源指示灯（红）：接通220V电源，该指示灯点亮。加热指示灯（绿）：加热元件工作时，该指示灯被点亮。报警指示灯（黄）：当热水器出现异常情况时，该指示灯被点亮。ISP接口通过并口与PC机连接，实现单片机与PC机通讯，用编译器对源程序进行调试及编译，通过ISP接口将形成的二进制目标程序下载到AT89S51单片机上。
3.报警电路
在正常情况下，流过磁环的电流大小相等，方向相反，磁环检测线圈无感应电流信号，
2
2UoC50.1uF单片机应用系统设计简介及实验
漏电检测集成电路输出低电平。当出现漏电电流时，由于流过磁环的电流不平衡，于是磁环检测线圈感应出漏电信号，经集成电路M54123L放大输出高电平，经三极管倒相后输出至单片机。单片机接收到漏电信号，则停止加热、保温及键盘操作，结束程序并发出报警信号，蜂鸣器连续呜响。在漏电保护及自检不合格情况下，只有关闭电源及排除故障后，重新接通电源才能工作。
4.温度检测电路
采用温度传感器DS18B20采集电热水器的实时温度, 提供给AT89S51的P3.2口作为数据输入。在本次设计中我们所控的对象为水温。
98AT89S51R5.7KVCCDS18B20GNDVDDVCCDQ
P3.35.水位检测
水位检测为三个并联的不同阻值的电阻，电路的电极电流较小(几个微安)，电腐蚀小，适用水电阻变化范围大(几K一100K欧)。某电阻所在水位未到达，电阻截止；水位到达，电阻导通，组成并联电路。将不同阻值所分得的电压经PTB1转换后，可判断出水位信息（高、中、低、干烧）。
二、系统程序设计
1. A/D转换器子程序
ABC＝110 选择第三通道
ST＝0，ST＝1，ST＝0 产生启动转换的正脉冲信号 CH EQU 30H
3
7单片机应用系统设计简介及实验
DPCNT DPBUF GDATA ST OE EOC START: LOP: WT: WAIT:
EQU 31H
EQU 33H EQU 32H BIT P3.0 BIT P3.1 BIT P3.2
ORG 00H LJMP START ORG 0BH LJMP T0X ORG 30H
MOV CH,#0BCH MOV DPCNT,#00H MOV R1,#DPCNT MOV R7,#5 MOV A,#10
MOV R0,#DPBUF MOV @R0,A INC R0
DJNZ R7,LOP MOV @R0,#00H INC R0
MOV @R0,#00H INC R0
MOV @R0,#00H MOV TMOD,#01H
MOV TH0,#(65536-4000)/256
MOV TL0,#(65536-4000) MOD 256 SETB TR0 SETB ET0 SETB EA CLR ST SETB ST CLR ST
JNB EOC,WAIT SETB OE
MOV GDATA,P0 CLR OE
MOV A,GDATA MOV B,#100 DIV AB MOV 33H,A MOV A,B
4
