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1、精品学习资源家用电热水器的设计摘要随着人们生活水平的不断提高，单片机掌握无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的便利也是不行否定的，其中家用电热水器就是一个典型的例子；在本设计中采纳单片机AT89C51 作为掌握器来掌握电路；本设计分别对硬、软件进行设计说明；硬件包括加热掌握电路，温度检测电路， LED 数码管及指示灯显示电路及报警器驱动电路等的设计，比如，利用热敏电阻对热水器出口温度进行检测；用温度/频率转换电路通过单片机的检测间接测出温度值；用单片机通过光耦给可控硅触发信号，掌握可控硅的导通角,而掌握电热丝的有效加热功率；用继电器来掌握加热电源，使其在关机和超温爱护的状态下牢靠的关断；用在
2、继电器线圈回路中串联105的熔丝来防止温度过高时加热管干烧；软件部分给出了部分程序流程图的设计，包括主程序的设计、显示扫描子程序的设计、按键扫描处理子程序的设计、加热和掌握程序流程图的设计、温度检测程序的设计、频率测试程序的设计；软件编程采纳C 语言编写，由于其简洁、使用便利敏捷、简洁实现程序的模块化和结构化；关键词：单片机；电热水器；温度/ 频率转化测温；二分查找法Design of rapid heating type household electricwater heater based on single-chipmicrocomputer欢迎下载精品学习资源controlAbstr
3、act欢迎下载精品学习资源As people living standard rise ceaselessly, the single-chip microcomputer control is undoubtedly oneof the goals of the people to pursue, it brings convenience is not negative, household electric water heater is a typical example of it. In this design uses AT89C51 microcontroller as the
4、 controller to control circuit. The欢迎下载精品学习资源design of hardware and software respectively design and explains. Hardware includingheating control circuit, temperature detection circuit, LED digital pipe and indicator shows circuit and alarm driver circuit design, forexample, using thermalresistance o
5、fthe water heater outlettemperature testing ； Usetemperature/frequency conversioncircuitis measured by single-chipmicrocomputerdetection indirecttemperature； With single-chip microcomputercontrolled by light-couplerto trigger signal, Control the conduction angles of the SCR, and control of the resis
6、tance wire effective heating power. Use relay tocontrol the heating power, so that the shutdown and over-temperature protection under the condition of reliable shut off ； Used in relays coil loop in tandem 105 melt silk of high temperature to prevent dry heating tube when burnt. Software part gives
7、part of the program flow chart, including the design of mainprogram design, the design of subroutines that display scanning, buttons scanning processing procedure design, heating and control program flowchartdesign, temperature detection program design, frequency test procedure design. Software prog
8、ramming using C language, because of it is simple and easy to use and agile and easy to implement procedures of modular and structured.显示对应的拉丁字符的拼音Key words: single-chip microcomputer； electric water heater；temperature/frequency conversion temperature measurement； binary search method目录摘要 .I.Abstrac
9、t.I.欢迎下载精品学习资源1 绪论11.1 单片机的组成及特点11.1.1 单片机的组成11.1.2 单片机的特点11.2 选题目的和意义21.3 国内外进展情形31.4 即热式电热水器与一般电热水器的区分31.5 设计要求41.6 设计内容42 快热式电热水器的硬件设计52.1 硬件元件的挑选与方案论证62.1.1 单片机的挑选62.1.2 电源的挑选72.1.3 键盘的挑选72.1.4 显示器的挑选72.1.5 驱动及加热掌握元件的挑选82.1.6 温度检测传感器的挑选82.1.7 供电线路的挑选92.1.8 传感器输出的放大电路的挑选102.2 系统硬件电路的设计102.2.1 加热掌
10、握电路的设计102.2.2 过压爱护电路的设计112.2.3 温度检测电路的设计122.2.4 数码管显示电路的设计122.2.5 报警器驱动电路的设计133 快热式电热水器的软件设计1.33.1 主程序的设计143.2 显示扫描子程序的设计143.3 按键扫描处理子程序的设计143.4 加热和掌握程序流程图的设计173.5 温度检测程序的设计183.6 频率测试程序的设计19欢迎下载精品学习资源结论 .2.2.致谢2.2.参考文献 2.3.附录 A 掌握源程序清单 2.4.附录 B 系统总设计原理图3.6欢迎下载精品学习资源1 绪论1.1 单片机的组成及特点随着人们生活水平的不断提高，单片机
11、掌握无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的便利 也是不行否定的；其中家用电热水器就是一个典型的例子，单片机正朝着高性能和多种方向进展趋 势将是进一步向着CMOS 化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面进展；单片机采纳面对掌握的指令系统，实时掌握功能特殊高；CPU 可以直接对 I/O 口进行输入、输出操作及规律运算，并且具有很强的位处理才能，能有针对性解决由简洁到复杂各类掌握任务； 单片机作为嵌入式应用的微型运算机，由于其杰出的性价比，极强的有用性，它取得了庞大的进展；从最早的4 位单片机，到今日的16 位，甚至 32 位单片机，单片机的应用越来越成熟，要想设计出
12、较好的快热式电热水器必需要以较强的单片机作为基础，而单片机的进展正好为热水器的开发奠定了前提条件；1.1.1 单片机的组成单片机是微型机的一个主要分支，在结构上的最大特点是把CPU 、储备器、定时器和多种输入/ 输出接口电路集成在一块超大规模集成电路芯片上；就其组成和功能而言，一块单片机芯片就是一台运算机；单片机是通过内部总线把运算机的各个主要部件接为一体，其内部包括地址总线、数据总线和控制总线；其中，地址总线的作用是在进行数据交换时供应地址，CPU 通过它们将地址输出到储备器或 I/O 接口；数据总线的作用是在CPU 与储备器或I/O 接口之间，或储备器与外设之间交换数据； 掌握总线包括CP
13、U 发出的掌握信号线和外部送入CPU 的应答信号线等；1.1.2 单片机的特点由于单片机的各种结构形式及它所实行的半导体工艺，使其具有很多显著的特点，因而在各个领域都得到了迅猛的进展；单片机主要有如下特点：有优异的性价比；1. 集成度高、体积小、有很高的牢靠性；单片机把各功能部件集成在一块芯片上，内部采纳总线结构，削减了芯片之间的连线，大大的提高了单片机的牢靠性与抗干扰才能；另外，其体积小，对于强磁场环境易于实行屏蔽措施，适合在欢迎下载精品学习资源恶劣环境下工作；2. 掌握功能强为了满意工业掌握的要求，一般单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、I/O 口的规律操作以及微处理才能；单片机的规律
14、掌握功能及运行速度均高于同一档次的微机；3. 低功耗、低电压，便于生产便携式产品；4. 单片机系统扩展和系统配置较典型、规范，简洁构成各种规模的应用系统；1.2 选题目的和意义当前，热水器已成为日常生活中不行或缺的家用电器，设计制造更有用、更便利、更安全、更节能的热水器是产品设计师和生产厂家不断追求的目标；快热式电热水器与一般电热水器最大的区分在于取消了储水罐，热水随开随用，无需预热，削减了电能铺张；另外，它仍具有体积小，使用安全，水温可以调剂，安装便利等优点；热水器是一种可供浴室，洗手间及厨房使用的家用电器；目前市场上热水器主要品种有：电热水器、太阳能热水器、燃气热水器，就中国的详细情形而言
15、，太阳能热水器作为一种绿色环保可再生资源，其开发和利用，因顺应中国的能源与环保政策，日益受到重视；加上日渐显现的全球能源危机，进一步加剧了太阳能热水器行业的进展，尽管前景光明，可由于太阳能热水器的能源利用率较低及它对建筑的诸多要求，而且安装麻烦，接受太阳能的板片仍得轻拿轻放，切勿撞击，属易碎品，加大了其使用的担心全与不保险性；此外，其使用仍受天气缘由的限制，适用范畴狭窄，导致太阳能热水器行业的进展目前仍存在很多障碍；燃气热水器由于以自然气为燃料，而燃料供应量有困难，且国家对其使用年限有规定，适合在低气价地区使用，来满意人们的需求，且不利于环境； 人们在挑选热水器时，除了要安全牢靠和美观耐用外，
16、一次性购机费和常常性开支（能耗）也是人们考虑的重要环节，其中常常性开支有时比一次性购机费更能左右用户的挑选，因此如何来降低热水器的能源消耗，使用户能以最小的代价获得更大的收益，这是一个大多数用户特别关怀的问题；随着人们生活水平的不断提高、日益增长的需求和电网供电才能的加强，越来越多的家庭选用电热水器，电热水器使用安全、卫生、又无污染；今后几年我国电热水器市场将出现强劲增长势头，其产品质量、技术水平、服务规范将不断提升，价格也会下降；而且全国电网的改造、电的普及、电价的大幅度下调，以及用电设施的改善，均为电热水器的快速普及供应了便利、必要的条件；电热水器是家庭、公用住宅、小型饭店、宾馆酒店抱负的
17、配套服务设施；信任今后几年我国电热水器市场仍将会迅猛进展；欢迎下载精品学习资源1.3 国内外进展情形家用电热水器在国外使用相当广泛，特殊是在欧美和东南亚地区；当前，热水器已经成为日常生活中不行缺少的家用电器，设计制造更有用、更便利、更安全、更节能的热水器是产品设计师和生产厂家不断追求的目标，它具有体积小，使用安全，安装便利等优点；前些年，家用电热水器产品在国内市场上曾经显现过一段时间，由于当时国内电力条件不成熟，对大功率的电产品一般无法正常使用，也没有好技术和科技来保证其产品质量与使用的安全，种种因素限制了其在国内的发 展；近几年来，随着人们生活水平的不断提高，国家电网改造和相关规定的出台，电
18、力工业快速进展，预示了家用电热水器产品在国内的广泛前景；依据国家住宅设计规范现有商品住房的电器线路导线必需采纳铜芯线，每套住宅进线截面积不小于10 平方毫 M ，分支引线不得小于2.5 平方毫M ，电表规格不得小于40 安，所以现购新标准住宅用户，都有条件使用上述这种安全、家用电热水器，确保产品万无一失，安全系数达100% ，通过检测，快热式家用电热水器比传统的热水器可节约 40%的能耗，用多少热水就加热多少热水，没有热水用不完的铺张和使用中途热水供应不足的现象，热水利用率100% ，由于它既不需要提前预热，也不需保温，省去了大量的额外开支，给用户带来真正的实惠；即热式产品作为新型环保产品在我
19、国广泛使用已是大势所趋，符合现代消费潮流；一切迹象都在预示着快热式家用电热水器的春天就要来临了；1.4 即热式电热水器与一般电热水器的区分一般电热水器有如下缺点：1. 热水器长期通电，长期保持在六十度以上高温，发热管易结垢，内胆易漏水，因而较易损坏；2. 管道热水、热量损耗大；3. 等候用水时间长；4. 在热水流出前都必需铺张肯定量的热水，依据管道的长短，一般家庭中冷水损耗量大，基本可达 10-25 升每次；而快热式电热水器克服了上述缺点；它有很多优点，如：安全，洁净环保；即开即热，3-5 秒出热水无需等候，热水使用时间不受限制，想用多少就用多少；用多少烧多少，省电省水，没有损耗；内置温控仪保
20、证温度在30-50 度之间，解决温度连续高温导致的结垢漏水问题；体积小不占空间，其中封闭式（尺寸为：24cm*9.5cm*25cm ，类似 25*25 的卫生间地砖那么欢迎下载精品学习资源小，纯白色；）可以隐匿在橱柜内，安装便利，特殊适合新装修的房子，款式多样，美观实在，也是职工福利和客户礼品的绝佳挑选；特殊便利于洗涤和洗漱，是为现代家具厨房洗涤、卫生间洗漱专业设计生产的快速电加热热水器，结合了燃气热水器、太阳能热水器和传统储水式电热水器的诸多优点；1.5 设计要求1. 用 2 位数码管显示出水温度，能显示设定功率档位；2. 温度检测显示范畴为00 99，精确度为 1；3. 设置 3 个功率档
21、位指示灯， 1 4 档 1 个灯亮， 5 8 档 2 个灯亮， 9 档 3 个灯亮； 0 档无功率输出，档位灯不亮；4. 设置 3 个轻触按钮，分别为电源开关、“ +键”和 “-”键；加热功率分0 9 档；按 “ +键”依次递增至 9 档，按 “-”键依次递减至0 档； 0 9 档功率依次为0、1/9P 、2/9P、 3/9P、4/9P 、 5/9P、6/9P、7/9P、8/9P 和 P1 ；5. 出水温度超过 65时停止加热，并蜂鸣报警，温度降到45以下时复原；6. 内胆温超过 105时停止加热，防止干烧；1.6 设计内容本设计的设计内容包括硬件部分和软件部分的设计；硬件部分分为元件挑选和电
22、路的设计，元件挑选包括单片机、电源、键盘、显示器、驱动及加热掌握元件、温度检测传感器等的挑选；电路包括加热掌握电路、过零检测电路、温度检测电路、LED 数码管及指示灯电路、报警器驱动电路；软件部分的设计即系统程序流程的设计，包括主程序的设计、显示扫描子程序的设计、按键扫描处理子程序的设计、加热掌握程序流程图的设计、温度检测程序的设计和频率测试程序流程图的设计等；其中，软件编程采纳C 语言进行编写，由于C 语言在功能上、结构性、可读性和可爱护性上比汇编语言有明显的优势，KeilC51 软件供应丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows 界面；另外重要的一点就是Keil C51 生
23、成的目标代码效率特别高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，简洁懂得；在开发大型软件时更能表达高级语言的优势2 ；也简洁实现程序的模块化和结构化；此外关于快热式电热水器掌握源程序在Keil u Vision2 V2.30C51.exe V7.0环境下调试；欢迎下载精品学习资源2 快热式电热水器的硬件设计依据设计要求，系统的组成框图如图2.1 所示，主要包括电源电路、单片机掌握器、温度检测电路、按键输入电路、LED 数码管及指示灯电路、报警电路和加热掌握电路；对于快热式家用电热水器来说，硬件系统是它的最基本的框架，是系统的全部功能的基础；硬件的挑选和所选硬件的性能对系统的功能实现以及系统的精度都有直接
24、的影响，系统的设计胜利与否很大程度上取决于硬件系统的设计；欢迎下载精品学习资源温度检测LED 显示按键输入蜂鸣报警单片机电源加热掌握图 2.1 电热水器系统组成框图2.1 硬件元件的挑选与方案论证2.1.1 单片机的挑选方案一：我们知道 8031 芯片内部无ROM ，需要外扩程序储备器，由此造成电路焊接的困难，况且使用8031 仍要另外购买其他的芯片，如A/D 转换及定时 /计数器（ PWM ）等芯片，从而造成成本较高， 不适用；方案二：单片机 51 机的特点：字长为8 位；几乎绝大多数的单片机外围芯片都直接或间接的支持8位字长，这样可供它挑选的余地相当大，这使得51 单片机的应用达到了无孔不
25、入的地步；程序储备器与数据储备器分开；程序储备器和数据储备器的容量都是64KB ；这样做的好处是可以尽可能使用大的储备器，无论是程序仍是数据都是这样，在储备器价格日益低廉的今日，几乎可以用微不足道的价格换取相当可观的性能；功能日益强大；现在程序储备器、数据储备器、掉电不丢失 数据储备器、看门狗、A/D 转换电路、驱动电路等都集中到一个芯片上；没有别的特殊要求，一个片子就能组成几乎特别完整的单片机系统；软件上单片机的编制语言特别丰富；包括汇编语言、C 语言、 PLM ，某些单片机甚至固化有说明型的BASIC 语言，适应几乎全部人员的需要3 ；由于 89C51 芯片内部有 ROM ，且芯片 ROM
26、 全部采纳 Flash ROM, 它能于 3V 的超低压工作， 与 MCS-51 系列单片机完全兼容，由于89C51 单片机成本低廉且工作牢靠，采纳12MHz 的晶振；欢迎下载精品学习资源此外， 89C51 仍可以工作于低功耗模式，可通过两种软件挑选闲暇和掉电模式；在闲暇模式下冻结CPU ，而 RAM定时器、串行口和中断系统爱护其功能；掉电模式下，储存RAM数据，时钟震荡停止，同时停止芯片内其他功能；所以我们挑选了89C51 作为系统微处理器；2.1.2 电源的挑选方案一：采纳干电池，使用便利，安全牢靠，但价格昂贵，且使用时间较短，所以不采纳；方案二：由于 89C51 对电源要求不甚严格，+5
27、V 电源来源便利，且经稳压管稳压比较牢靠，较经济实惠，所以采纳此方案；2.1.3 键盘的挑选方案一：键盘选用行列式键盘，行列式键盘的接口方法，直接接口于单片机的I/O 口上；键盘设置在行、列线的焦点上，行、列线分别连接到按键开关的两端；行线通过上拉电阻接+5V ，被拉在高电平状态；但线路较复杂，价格较昂贵，不适用；方案二：独立式键盘是由如干个机械触点开关构成的，把它与单片机的I/O 口线连起来，通过读I/O 口的电平状态，假如按键不被按下，其端口就为一种电平，假如按键被按下，就端口就为另一种电平，即可识别出相应的按键是否被按下；独立式键盘有上拉电平和下拉电平两种接法，通常采纳下拉电平接法，即各
28、按键开关一端接低电平，另一端接单片机 I/O 口线，这是为了保证在按键断开时各 I/O 口线有确定的高电平 4 ；本设计采纳独立式按键，其是常用于需要少量几个按键的运算机掌握系统；每个独立式按键单独占用一根输入端口线，各键的工作状态不会相互影响；采纳轻触式独立小按钮，既有用又便利， 由于本电路对键盘的要求不高，所以采纳这种方案；2.1.4 显示器的挑选LED 数码管显示器可分为两种显示方式：静态显示和动态显示；方案一：欢迎下载精品学习资源LED 数码管静态显示，多片七段译码器驱动显示，这不仅增加了成本，仍需要占用单片机多个I/O 口，也给电路的焊接带来了肯定的困难，因此不选用这种方案作为显示模
29、块；方案二：动态数码管显示一般用在需要多只数码管显示的场合，它采纳分时的方法，让每只数码管轮番显示；采纳动态显示可以大幅的降低硬件成本和电源的功耗；由于分时显示，某一时刻只有一只数码管在工作，显示驱动电路也可以分时复用；通常各位数码管的段选线相应并联在一起，由一个8位的 I/O 口掌握；各位的位选线由另外的I/O 口线掌握；动态方式显示时各数码管轮番分时选通， 要使其稳固显示必需采纳动态扫描方式，即在每一时刻只选通一位数码管，并送出相应的段码，在另一时刻选通另外一位数码管，并送出相应的段码；虽然这些字符是在不同的时刻分别显示，但由于人眼存在视觉暂留效应，只要每位显示间隔足够短就可以给人以数码管
30、同时显示的感觉5 ；在动态显示方式下电路设计简洁，所以采纳；2.1.5 驱动及加热掌握元件的挑选方案一： 对于加热功率的掌握，最简洁的方法是由如干不同功率的电热丝组合得到几种加热功率，但由于快热式热水器的加热功率较一般的大，且档位设置较多，用电热丝组合的方法需要几组电热丝和继电器，成本增高且工作牢靠性降低，所以不用；方案二：通过一个继电器驱动，采纳可控硅掌握功率，能经受较高的功率，所以可以设置较多的档位， 成本大大降低牢靠性较高，而且电路简洁，又掌握便利，所以本方案采纳；2.1.6 温度检测传感器的挑选温度检测的方法很多，有热电偶，热敏电阻，仍有特地的集成测温传感器等；方案一：热电偶传感器是将
31、温度变化转为电量变化的装置，它利用敏锐元件的电磁参数随温度变化而变化的特性来达到测量目的；通常把被测温度的变化转化为敏锐元件的电阻变化、电势的变化，再经过相应的测量电路输出电压或电流，然后由这些参数的变化来检测对象的温度变化；热敏电阻具有灵敏度高、体积小、较稳固、制作简洁、寿命长、易于爱护、动态特性好等优点；但有变化率非线性，不适合测量高温区等缺点；欢迎下载精品学习资源方案二：温度检测的方法较多，最经典的方法就是用热敏电阻（或热敏传感器）组成电桥来采集信号， 再经放大、A/D转换后送单片机；目前比较先进的方法是采纳特地的集成测温传感器（如DS18B20 ），直接将温度转换成数字信号传送给单片机
32、；这种方法明显比较先进，但电路比较复杂，成本也比较高2 ；方案三：为了简化电路，降低成本，本文采纳了温度/频率转化测温法，直接将温度信息转换成频率信号，用单片机测出频率的大小，从而间接测出温度值，温度/频率转换电路简洁牢靠，成本低廉；所以采纳此方案；2.1.7 供电线路的挑选快热式电热水器为了达到“快热 ”的成效，取消了储水罐，使冷水在进入加热管后立刻被加热， 这就要求加热管有较大的加热功率；家用电热水器一般采纳便利、牢靠的电热丝加热方法；依据热学及流体力学原理，结合实际试验室测试，可以得到水温与流量、加热功率之间的关系如表2.1 所列；表 2.1 中所列水温值和流量值可以满意大多数家庭用户使
33、用要求；当最大的加热功率为7.5kW时，按 220V 供电运算，电流约为34A ，所以要求专线供电；表 2.1 水温与流量、加热功率的关系水流量 /L/m功率 /kW温度 /22 533 544 547423634325 554484138366 562544642387 57060514641注：进水温度为 15，输入电压为 AC220V ；欢迎下载精品学习资源2.1.8 传感器输出的放大电路的挑选方案一：运算放大器 LM324 带有真差动输入的四运算放大器；该四运算放大器可以工作在低到3V 或者高于 32V 的电源下，静态电流为MC1741 的静态电流的五分之一；共模输入范畴包括负电源，因
34、而排除了在很多应用场合中采纳外部偏置元件的必要性；它的性能特点是爱护输出、真差动输入级、 底偏置电流为最大100mA 、每封装含四个运算放大器、具有内部补偿的功能、共模范畴扩展到负电源、行业标准的引脚排列、输入端具有静电爱护功能；但用在本电路中接线较复杂，且价格昂贵，所以不用；方案二：采纳 74LS04 作为输出放大电路的挑选，它仍可以作为驱动电路使用,74LS04 是 TTL 电平反相器，使用较经济且性能也很抱负，所以在本方案中采纳；2.2 系统硬件电路的设计快热式热水器掌握系统电路如附录图B 所示；它由加热掌握电路、过零检测电路、温度检测电路、数码管显示电路、报警器驱动电路等电路组成；掌握
35、器采纳成本低廉且工作牢靠的89C51 或其兼容系列的单片机，采纳12MHz的晶振；89C51 对电源要求不甚严格，电源电路采纳一般的市电降压整流，然后经集成稳压器（7805）稳压输出+5V 电压；按键采纳轻触小按钮；显示电路采纳两位共阳数码管，由两个三极管9012 驱动； 3 个 LED 指示灯用于指示加热功率；报警电路采纳5V 的自鸣式蜂鸣报警器；2.2.1 加热掌握电路的设计图 2.2 所示为加热掌握电路原理图，电热丝的加热功率由双向可控硅掌握，单片机通过光耦给可控硅触发信号，掌握可控硅的导通角从而掌握电热丝的有效加热功率；而加热电阻通过发光二极管来显示加热与否，当加热时二极管发光，而不加
36、热时二极管不发光，为了在关机和超温爱护的状态下能牢靠的关断加热电源，电路中加入了继电器来掌握加热电源；其中串联在继电器线圈电路的熔丝为 105的热保险丝，当温度超过105时，热保险丝会熔断，防止加热管干烧；与电热丝并联的 LED 发光管用来指示电热丝的工作状态；欢迎下载精品学习资源图 2.2 加热掌握电路图2.2.2 过压爱护电路的设计此电路通过变压器将220V 沟通电变为 9V 的沟通电，然后经过桥式整流将其变为直流电，通过 R2 和 R3 进行分压，从而实现过压爱护；电路如图 2.3 所示；图 2.3 过压爱护电路图欢迎下载精品学习资源2.2.3 温度检测电路的设计温度检测电路如图2.4
37、所示，温度 /频率变换电路是利用反相器组成的RC 多谐振荡器，其中的R24 是一个热敏电阻，当温度变化时引起热敏电阻的阻值变化，因而电流发生变化，从而转变了振荡器输出的方波频率；所以通过频率值可以间接求得温度值；该频率的估算可用如下公式：f 1.1RC（ 2.1）它的电路图如图2.4 所示；图 2.4 温度检测电路图2.2.4 数码管显示电路的设计数码管显示电路的设计是采纳双向共阳极串行接口电路，用来显示加热档位，直观性更强, 亦可大大削减电源的功耗；它的电路图如图2.5 所示；欢迎下载精品学习资源图 2.5 数码管显示电路图2.2.5 报警器驱动电路的设计电路图如图2.6 所示；图 2.6
38、报警器驱动电路图3 快热式电热水器的软件设计本设计的软件设计部分即为系统程序的设计；按快热式热水器的功能，系统程序必需实现显示扫描、按键扫描处理、加热掌握和温度检测（包括超温报警）4 项任务； 51 系列单片机实现多任务欢迎下载精品学习资源运行的方法就是分时复用，在程序设计时要相应地安排好各任务的CPU 占用时间；对于以上几个任务稍加分析可以看出，显示扫描、按键扫描和加热掌握任务相对而言有实时要求，而温度检测任务就可用定时 0.5 1s实现；3.1 主程序的设计系统在上电复位后，先对温度寄存器、档位寄存器赋默认值，并进行清除超温标志，设置定时器及中断系统的工作方式等初始化工作；由于 51 系列
39、单片机没有停机指令，所以可以利用主程序设置死循环反复运行各个任务；把有实时要求的子程序（显示扫描、按键扫描、加热掌握）放在最内层的循环中，运算其运行一次占用的 CPU 时间，然后依据温度检测定时的间隔时间，运算出该循环的循环次数；本例中每运行一次有实时要求的子程序（即显示扫描、按键扫描、加热掌握）约占用5 ms CPU 时间，运行测温子程序的时间间隔为 0.5s，那么循环次数应为100 次；图 3.1 所示为主程序流程图；3.2 显示扫描子程序的设计显示扫描子程序完成两位共阳数码管的扫描显示任务；图 3.2 所示为显示扫描子程序流程图；3.3 按键扫描处理子程序的设计按键扫描处理子程序负责逐个
40、扫描档位“+”键、 “-”键和开关键是否被按下，如有键按下，就作出相应处理；详细依据用户设定的加热档位和系统当前的状态，打算是否加热和掌握加热的功率并点亮相应的指示灯；如有超温标志，仍应打开蜂鸣器报警；这将在加热掌握中介绍其处理过程；本设计所采纳的按键开关为机械弹性开关，当机械触点断开、闭合时，由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合时不会立刻稳固地接通，在断开时也不会一下子断开；因而在闭合及断开的瞬时均相伴有一连串的抖动，为了不产生这种现象，保证系统的牢靠性，所以实行了按键消抖的措施6 ；图 3.3 所示为按键扫描处理子程序流程图；欢迎下载精品学习资源开 始开 始系统初始化赋位选初值i=1
41、清除位选按键扫描如有键按下i=6送显示段码选通并延时 2ms显示扫描转变位选字加热掌握消 隐N完成 100 次循环完成2 位NY扫描温度检测YN-i=0 ？结 束Y刷新显示温度图 3.1 主程序流程图图 3.2 显示扫描子程序流程图欢迎下载精品学习资源开 始N“ + ” 键 按下？NY“ - ” 键 按下？N发按键音、消抖加热档位加 1Y开关键按下？返回值 1发按键音、消抖Y发按键音、消抖加热档位减 1返回值 2关机，停止输出等待开关键再次按下开机，复原工作返回值 0结 束图 3.3 按键扫描子程序流程图欢迎下载精品学习资源开 始N有超温标志 ？Y接通继电器断开继电器关闭蜂鸣器关闭可控硅加热档
42、位蜂鸣报警不 加 热指 示 灯不亮外 中 断控 制 加热 1# 指示灯亮外 中 断控 制 加热 1# 、2# 指 示全 功 率加 热 指示 灯 全亮结 束图 3.4 加热掌握程序流程图3.4 加热和掌握程序流程图的设计加热掌握程序通过掌握继电器的通断来打算是否给电热丝通电加热，而加热的功率大小就由双向可控硅的导通角打算；系统程序利用外中断INT1检测市电的过零点，检测到过零点后，立刻根据设定的加热档位给定时器T1 赋一个延时参数，并打开定时器T1 ，答应其中断；当定时器T1 计数溢出后触发中断， T1 中断程序就会给可控硅发一个触发信号，使其导通；图 3.4 所示为加热掌握程序流程图；欢迎下载精品学习资源图 3.5 和图 3.6 所示分别为过零检测程序图和可控硅触发信号掌握程序流程图；开头（ 过 零 信号）开头（T1 中断）输出可控硅导通信号依据设定档位给定时器 T1 赋延时参数关闭定时器 T1 中断终止定时器运行答应定时器 T1 中断延时，保 证导通 信号打开定时器 T1有足够的宽度终止 可控 硅导 通结 束结 束图 3.5 过零检测程序流程图图 3.6 可控硅触发信号掌握程序流程图3.5 温度检测程序的设计温度检测程序的基本原理就是将温度/频率转换电路测得的频