太陽能熱水器智能控制器的設(shè)計(jì)剖析

1、高等教育自學(xué)考試畢業(yè)論文太陽能熱水器智能控制的設(shè)計(jì)姜偉專 業(yè)：電氣工程與自動(dòng)化主考學(xué)校：準(zhǔn)考證號： 462114125107指導(dǎo)教師姓名職稱：李玉霞甘肅省高等教育自學(xué)考試辦公室印制ii2015年10 月10 日電氣工程與自動(dòng)化專業(yè)XX專業(yè)太陽能熱水器智能控制的設(shè)計(jì)The desig n of the in tellige nt con trol of the solar water heater姜偉Jiang wei論文評定表姓名專業(yè)名稱主考學(xué)校準(zhǔn)考證號評疋項(xiàng)目寫作部分答辯總計(jì)立論觀點(diǎn)組織結(jié)構(gòu)語言表達(dá)回答問題表述能力發(fā)揮水平30%20%20%20%5%5%100%得分指 導(dǎo) 教 師 評 語簽名

2、：答辯 委員 會評 語答辯委員會組成及簽名職稱：簽字：職稱：簽字：職稱：簽字：年 月日摘要6關(guān)鍵詞6緒論71. 太陽能熱水器的發(fā)展概況及市場競爭分析 72. 太陽能熱水器的應(yīng)用及意義8第1章：太陽能熱水器的組成及工作原理 91.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)91. 早晨水溫控制 102. 循環(huán)水集熱過程113. 冷水集熱控制114. 水箱加熱控制111.2太陽能熱水器組成及原理121.3主要芯片的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) 131.3.1. DS12887時(shí)鐘芯片簡介 131. 主要技術(shù)特點(diǎn) 132. DS12887/ DS12C887 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)143. DS12887/ DS12C887內(nèi)部寄存器的功能 164. D

3、S12887/DS12C887的中斷和更新周期 181.3.2 80C51 單片機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 191. 芯片的引腳描述201.3.3 數(shù)字溫度傳感器DS18B2C主要特性及測溫原理22一、DS18B20勺特性22二、DS18B20測溫原理22三、DS18B20勺操作協(xié)議 23第2章：太陽能熱水器硬件設(shè)計(jì) 242.1. 太陽能控制器硬件結(jié)構(gòu) 242.2. 控制器實(shí)時(shí)時(shí)鐘接口電路242.3. 水位檢測和溫度檢測接口電路 252.4看門狗和復(fù)位接口電路的設(shè)計(jì) 262.5 鍵盤和顯示接口電路的設(shè)計(jì) 272.5.1 鍵盤電路272.5.3顯示接口電路的設(shè)計(jì)272.6 光電隔離與輔助加熱電路設(shè)計(jì) 29結(jié)束語

4、30致謝31參考文獻(xiàn)3235太陽能熱水器以其諸多的優(yōu)點(diǎn)受到人們的歡迎。本文結(jié)合實(shí)際太陽能熱水器的具體 應(yīng)用，在介紹太陽能、傳感器、單片機(jī)的特點(diǎn)基礎(chǔ)上，詳細(xì)描述了太陽能熱水器的工作 原理和設(shè)計(jì)方案。這里根據(jù)太陽能熱水器對控制器的要求與特點(diǎn)，提出了一種基于 DS12887勺太陽能熱水器智能控制器的設(shè)計(jì)方法，給出了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及軟件實(shí)現(xiàn)方法。全文分三大部分。第一部分包括第一章，描述太陽能的利用和前景發(fā)展?fàn)顩r。第二 部分包括第二章，描述太陽能系統(tǒng)組成及工作原理。第三部分包括第三、四章硬件設(shè)計(jì) 及電路原理和軟件設(shè)計(jì)，分別介紹了傳感器的特點(diǎn)及應(yīng)用、一般的太陽能熱水器及循環(huán) 系統(tǒng)、單片機(jī)發(fā)展和原理，這也是此

5、款太陽能熱水器的理論基礎(chǔ)和必要前提。關(guān)鍵詞：太陽能熱水器；傳感器；模糊控制；實(shí)時(shí)時(shí)鐘；單片機(jī)緒論1. 太陽能熱水器的發(fā)展概況及市場競爭分析目前，中國已成為世界上最大的太陽能熱水器生產(chǎn)國，年產(chǎn)量約為世界各國之 和，已有一百多家太陽能熱水器生產(chǎn)廠。但是與之配套的太陽能熱水器控制器卻一直 處在研究與開發(fā)階段。這種控制器只具有溫度和液位顯示功能，而且為分段顯示，溫度顯示誤差為10%水位顯示誤差為25%這種顯示器（還稱不上控制器）不具有溫度控 制功能，當(dāng)由于天氣原因而光強(qiáng)不足時(shí)，就會給熱水器用戶帶來不便；即使熱水器具 有輔助加熱功能，由于加熱時(shí)間不能控制而產(chǎn)生過燒，從而浪費(fèi)大量的電能。本文設(shè) 計(jì)的太陽能

6、熱水器控制器以80C51單片機(jī)為檢測控制核心，采用 DS12887實(shí)時(shí)時(shí)鐘， 不僅實(shí)現(xiàn)了時(shí)間、溫度和水位三種參數(shù)實(shí)時(shí)顯示和FUZZY控制功能，而且具有時(shí)間設(shè)定、溫度設(shè)定與控制功能。溫度控制采用模糊控制，控制器可以根據(jù)天氣情況利用輔助加熱裝置使蓄水箱內(nèi)的水溫在設(shè)定時(shí)間達(dá)到預(yù)先設(shè)定的溫度，從而達(dá)到24小時(shí)供應(yīng)熱水的目的。太陽能熱水器是太陽能利用中最常見的一種裝置，經(jīng)濟(jì)效益明顯，正在 迅速的推廣應(yīng)用，太陽能熱水器能夠?qū)⑻栞椛淠苻D(zhuǎn)換熱能，供生產(chǎn)和生活使用。他 主要由平板集熱器、蓄水器和連接管道等部件組成，可分循環(huán)式、直流式和悶曬式。當(dāng)今社會發(fā)展日新月異，人們衣食住行也在不斷的提高?，F(xiàn)有電熱型熱水器費(fèi)

7、用 昂貴及燃?xì)庑偷牟话踩?，且排放二氧化碳污染大氣，北方用煤氣取暖造成城市空?環(huán)境污染，這些都是太陽能熱水器良好的外部生存環(huán)境。太陽能熱水器克服了上述缺點(diǎn)，他是綠色環(huán)保產(chǎn)品。它使用簡單、方便。太陽能熱水器順呼時(shí)代發(fā)展的要求，滿 足人們對環(huán)保綠色產(chǎn)品的需求。在人類文明程度日益提高的今天，它是現(xiàn)代文明社會 的最佳選擇。應(yīng)該注意到，集體單位對太陽能熱水器的用量很大。新建商住樓安裝熱 水器，已是房屋開發(fā)公司計(jì)劃之內(nèi)的事，配套熱水器的商品房銷勢更好5。此款熱水器包括主、從兩大系統(tǒng)：主系統(tǒng)的特點(diǎn)是在晴好的天氣利用太陽光能為 熱水器加熱；從系統(tǒng)相當(dāng)于電熱水器，它在無光照的情況下利用電輔助加熱。它充分 利用

8、太陽能的豐富的免費(fèi)的資源的優(yōu)勢，同時(shí)考慮到在陰天及夜間無法利用太陽能的 缺點(diǎn)，充分發(fā)揮太陽能熱水器和電熱水器的各自優(yōu)勢，這是世面上大部分熱水器所不 能比擬的。2. 太陽能熱水器的應(yīng)用及意義眾所周知，太陽能是取之不盡，用之不竭，沒有污染的巨大能源。隨著世界上 煤、油、氣的儲量日益減少，能源危機(jī)已日益增長，環(huán)境污染的危機(jī)已威脅著生態(tài)平 衡，太陽能開發(fā)利用的課題已提到人類的面前。有人預(yù)測：二十一世紀(jì)太陽能將由輔助能源上升為主要能源。但由于太陽能的分散性、季節(jié)性和地區(qū)性又給太陽能利用帶來重 重困難，有些技術(shù)難點(diǎn)尚未突破，產(chǎn)品造價(jià)偏高（如光電池）。因而尚未被人們大規(guī)模 的使用。在太陽能熱利用技術(shù)中，太陽

9、能熱水器是技術(shù)上比較成熟、造價(jià)比較低廉的產(chǎn) 品，同時(shí)給人民提供不耗能源、保護(hù)環(huán)境、絕對安全的熱水而受到人們的歡迎。太陽能熱水器是以太陽能光熱轉(zhuǎn)換，禾用溫室效應(yīng)和虹吸原理使水加熱的裝置， 此裝置分為兩個(gè)不同的概念：1. 太陽能熱水工程系統(tǒng)，這種系統(tǒng)由太陽能集熱器、儲水箱管線、補(bǔ)水箱組成不同形式的熱水系統(tǒng)，包括自然循環(huán)式、定溫放水式等等，可構(gòu)成提供熱水10噸到100噸的裝置，大多提供集體單位使用。2. 太陽能熱水器是指將上述各種不見組裝成一個(gè)小系統(tǒng)，提供家庭或需要產(chǎn)熱水1噸以下的單位使用，此種裝置算為太陽能熱水器。太陽能熱水器（或系統(tǒng)）均以其采光 面積作為計(jì)量單位，一般1平方米光面積可產(chǎn)熱水100

10、升，采光面積每種型號不同，一 般在1.52.0平方米。國內(nèi)外太陽能熱水器使用量增長如此之快，其根本原因是：能源問題、環(huán)保問題是 當(dāng)今世界各國面臨的主要問題之一。根據(jù)理論計(jì)算及實(shí)際應(yīng)用證明，太陽能熱水器每平方米光面積一年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤 200-300公斤節(jié)電1500度，或節(jié)約液化氣180公斤。采用本熱水器與電熱水器、燃?xì)鉄崴飨啾龋€具有絕對安全，最為衛(wèi)生的特 點(diǎn)，在電費(fèi)，液化氣、煤氣價(jià)格較高的地區(qū)，用戶1-3年即收回投資，在這以后提供的熱水是免費(fèi)的。第1章：太陽能熱水器的組成及工作原理1.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)排氣管淋浴噴頭調(diào)節(jié)閥圖1-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖1-1為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)圖，該圖的系統(tǒng)控制原理圖如下

11、圖1-2 :T1F 3熱._A1X水F1箱A1T2T3太陽光Do圖1-2系統(tǒng)控制原理圖自來水注釋：T1：熱水箱的溫度傳感器T2:循環(huán)水管中的溫度傳感器T3:集熱器中的溫度傳感器F1：循環(huán)水閥門F2：冷水閥門F3：熱水閥門F2此款熱水器利用微機(jī)控制主要有以下幾種控制功能：晨水加熱控制、溫水循環(huán)控制、 冷水集熱控制、水箱加熱控制。1. 早晨水溫控制由于清晨太陽光較弱，所以太陽能熱水器從系統(tǒng)發(fā)揮作用。為了提供溫度不低于 30攝氏度的水，熱水器在清晨4-7點(diǎn)之間對水箱進(jìn)行電加熱，具體控制過程如下：首先，關(guān)閉冷水閥門F2和循環(huán)水閥門F1,然后微機(jī)開始進(jìn)行水箱的溫度采集，同 時(shí)進(jìn)行溫度的比較，當(dāng)水箱的溫度

12、小于 30攝氏度時(shí)，電熱器D接通進(jìn)行加熱，同時(shí)微 機(jī)繼續(xù)對熱水箱的溫度進(jìn)行采集。當(dāng)溫度加熱到大于 30攝氏度時(shí)電熱器斷開，如此反 復(fù)循環(huán)保證了溫度的穩(wěn)定。2. 循環(huán)水集熱過程早晨水溫控制之后（79點(diǎn)），設(shè)定當(dāng)日的水箱溫度 N （由兩位BCD次齒輪開關(guān)設(shè) 定），輸入微機(jī)，再利用微機(jī)控制系統(tǒng)，通過太陽光能對熱水箱加熱以達(dá)到理想溫度 N。具體控制過程如下：打開循環(huán)閥門F1,關(guān)閉冷水進(jìn)水閥門F2,熱水閥門F3處于空控狀態(tài)。然后開始比 較溫度，若（T3-T15攝氏度，T2T1）為止。如若T仁N那么循環(huán)水集熱過程結(jié)束， 進(jìn)入冷水集熱控制過程。3. 冷水集熱控制此時(shí)熱水箱溫度已達(dá)到了 N,冷水要進(jìn)入太陽能集

13、熱器，這時(shí)溫度為 T3,和當(dāng)日的 設(shè)定溫度值相比較，若T3N則將已加熱的水送入熱水箱，每天的控制時(shí)段大概為9點(diǎn)20點(diǎn)。具體控制過程如下：關(guān)閉循環(huán)水閥門F2,打開冷水閥門F2,熱水閥門F3處于可控狀態(tài)。若T3N打開 熱水閥門F3并將保持一段時(shí)間，若T3N閥門F3繼續(xù)保持打開狀 態(tài)，否則關(guān)閉F3?？梢?，次過程充分利用太陽光能轉(zhuǎn)化為熱能，方便快捷。4. 水箱加熱控制此時(shí)，也許你會問如果沒有日照或者日照較弱時(shí)，至打晚上我們是否還能洗上熱 水澡嗎？答案是肯定的，不要忘了這款熱水器還有一個(gè)從系統(tǒng)，這時(shí)它就要發(fā)揮作用 了。熱水箱溫度為T1,將它和設(shè)定值N相比較，從而控制是否打開電加熱，控制時(shí)段為 下午，具體

14、過程：若T1N電加熱接通；否則，電加熱斷開，而且，15點(diǎn)20點(diǎn)中的每個(gè)小時(shí)有下表的關(guān)系：表1-1時(shí)間（時(shí)）溫度比較加熱值（度）15T135N3516T140N4017T145N4518T150N5019T155N5520T160N60最終熱水箱的溫度加熱到設(shè)定值 No由此可見，即使沒有日照我們照樣可以洗上熱水澡 了。綜上所述，太陽能供熱控制系統(tǒng)不僅節(jié)約而且高度只能化，方便省事，不論日常 家居，還是對賓館、學(xué)校等都是最佳選擇。1.2太陽能熱水器組成及原理1-3熱水器裝置簡圖1-集熱器 2-下降水管 3-循環(huán)水管4-補(bǔ)給水箱5-上升水管6-自來水管7-熱水出水管熱水器主要由集熱器、循環(huán)管道和水箱等

15、組成，圖中為典型的熱水器裝置圖。圖 中集熱器1按最佳傾角放置，下降水管2的一端與循環(huán)水箱3的下部相連，另一端與集 熱器1的下集管接通。上升水管5與循環(huán)水箱3上部相連，另一端與集熱器1的上集管 相接。補(bǔ)給水箱4供給循環(huán)水箱3所需的冷水。當(dāng)集熱器吸收太陽輻射后，集熱器內(nèi)溫度上升，水溫也隨之升高。水溫升高后，水 的比重減輕，便經(jīng)上升水管進(jìn)入循環(huán)水箱上部。而循環(huán)水箱下部的冷水比重較大，就 由水箱下流到集熱器下方，在集熱器內(nèi)受熱后又上升。這樣不斷對流循環(huán)，水溫逐漸 提高，直到集熱器吸收的熱量與散失的熱量相平衡時(shí)，水溫不再升高。這種熱水利用 循環(huán)加熱的原理，因此又稱循環(huán)熱水器。集熱器是一種利用溫室效應(yīng)，將

16、太陽能輻射轉(zhuǎn)換為熱能的裝置，該裝置與一般熱 水交換器不一樣，熱交換器通常只是液體到液體，或是液體到氣體的熱交換過程，而 平板行集熱器時(shí)直接將太陽輻射傳給液體或氣體，是一個(gè)復(fù)雜的傳熱過程。平板型集 熱器結(jié)構(gòu)形式很多，世界上已實(shí)用的集熱器就有直管式、瓦楞式、扁管式、鋁翼式等 二十多種。1.3 主要芯片的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)1.3.1.DS12887 時(shí)鐘芯片簡介隨著2000年的即將來臨，“千年蟲”問題成為困擾當(dāng)今世界的一大難題。過去采 用兩位數(shù)表示年度的日歷系統(tǒng)將要用四位數(shù)來表示，因此有關(guān)的計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)和應(yīng) 用軟件都要作相應(yīng)的修改。據(jù)此，美國達(dá)拉斯半導(dǎo)體公司(Dallas)最新推出DS12887勺串行接口

17、實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，采用 CMO戰(zhàn)術(shù)制成，具有內(nèi)部晶振和時(shí)鐘芯片備份鋰電池， 同時(shí)它與目前IBMAT計(jì)算機(jī)常用的時(shí)鐘芯片 MC146818B和DS1287管腳兼容，可直接替 換。它所提供的世紀(jì)字節(jié)在位置 32h,世紀(jì)寄存器32h到2000年1月1日從19遞增到 20。采用DS12887芯片設(shè)計(jì)的時(shí)鐘電路不需任何外圍電路和器件，并具有良好的微機(jī) 接口。DS12887芯片具有微功耗，外圍接口簡單，精度高，工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，可廣 泛用于各種需要較高精度的實(shí)時(shí)時(shí)鐘系統(tǒng)。美國Dallas公司推出兩款數(shù)字時(shí)鐘芯片DS12887/DS12C887兩款時(shí)鐘芯片都將在1999年12月31日23時(shí)59分59秒時(shí)順利地

18、 跳到2000年1月1日零時(shí)，并能實(shí)2000年2月29日的閏年提示，是時(shí)鐘芯片 DS1287 的增強(qiáng)型品種，結(jié)構(gòu)上相當(dāng)于 MC146818B的改進(jìn)型。芯片都采用24引腳雙列直插式封 裝，其引腳接口邏輯和內(nèi)部操作方式與 MC146818基本一致，所不同的是 DS12887/DS12C887芯片的晶體振蕩器、振蕩電路、充電電路和可充電鋰電池等一起封 裝在芯片的上方，組成一個(gè)加厚的集成電路模塊，因此，DS12887/ DS12C887寸鐘芯片無需MC146818的電源電位檢測端(PS)，電路通電時(shí)其充電電路便自動(dòng)對可充電電池 充電，充足一次電可供芯片時(shí)鐘運(yùn)行半年之久，正常工作時(shí)可保證時(shí)鐘數(shù)據(jù)十年內(nèi)不

19、 會丟失。此外，片內(nèi)通用的 RAM為MC146818的兩倍以上。DS12887/DS12C887內(nèi)部有 專門的接口電路，從而使得外部電路的時(shí)序要求十分簡單，使它與各種微處理器的接 口大大簡化。使用時(shí)無需外圍電路元件，只要選擇引腳MOT電平，即可和不同計(jì)算機(jī)總線連接。1. 主要技術(shù)特點(diǎn)DS12887/DS12C887具有下列主要技術(shù)特點(diǎn)：(1) 具有完備的時(shí)鐘、鬧鐘及到2100年的日歷功能，可選擇12小時(shí)制或24小時(shí)制 計(jì)時(shí)，有AM和PM星期、夏令時(shí)間操作，閏年自動(dòng)補(bǔ)償?shù)裙δ堋?2) 具有可編程選擇的周期性中斷方式和多頻率輸出的方波發(fā)生器功能。(3) DS1288內(nèi)部有14個(gè)時(shí)鐘控制寄存器，包括

20、10個(gè)時(shí)標(biāo)寄存器，4個(gè)狀態(tài)寄存器和 114bit作掉電保護(hù)用的低功耗RAM(4) 由于該芯片具有多種周期中斷速率時(shí)鐘中斷功能，因此可以滿足各種不同的 待機(jī)要求，最長可達(dá)24小時(shí)，使用非常方便。(5) 時(shí)標(biāo)可選擇二進(jìn)制或BC碼表示。(6) 工作電壓：+ 4. 5 5. 5V、工作電流：715mA(7) 工作溫度范圍：070 Co2. DS12887/ DS12C887 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS12887/DS12C88為24引腳芯片，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖。VDCUslhri1 iinii1/64卜局期Wf /加審踰lM/日歷BCN/bnWft圖1-4 DS18B20內(nèi)部框圖其中：MOT計(jì)算機(jī)總線選擇端；SQW方

21、波輸出，速率和是否輸出由專用寄存器 A、B的預(yù)置參數(shù)決定；AD(AD7地址/數(shù)據(jù)(雙向)總線，由AS的下降沿鎖存8位地 址；R/W讀/寫數(shù)據(jù);AS：地址鎖存信號端；DS數(shù)據(jù)讀信號端；CS選通信號端,低 電平有效；IRQ:中斷申請，由專用寄存器決定；RESET復(fù)位端；NC空引腳。DS1288內(nèi)部由振蕩電路，分頻電路，周期中斷/方波選擇電路，14字節(jié)時(shí)鐘和控 制單元，114字節(jié)用戶非易失RAM十進(jìn)制/二進(jìn)制計(jì)加器，總線接口電路，電源開關(guān)寫 保護(hù)單元和內(nèi)部鋰電池等部分組成。 DS12887管腳分配如圖：MOTNC NC ADO ADi ADZ AD3 AD4 ADS AD6AD7GND 13345丸

22、17389310 nil1224 E VCC23 匚 SQW22 匚 NC 2f CROLR20 CNC19匚碗18 匚 REET17匚16 C)5 CL4匚13匸DS NCJVW ASCS圖1-5管腳分配圖VCC直流電源+ 5V電壓。當(dāng)5V電壓在正常范圍內(nèi)時(shí)，數(shù)據(jù)可讀寫；當(dāng)VC低于 4.25V，讀寫被禁止，計(jì)時(shí)功能仍繼續(xù)；當(dāng)VCC下降到3V以下時(shí)，RAM口計(jì)時(shí)器供電被切 換到內(nèi)部鋰電池。MOT模式選擇）：MOT管腳接到VC（時(shí)，選擇MOTORC時(shí)序，當(dāng)接至U GND時(shí)，選擇 INTEL寸序。SQW方波信號輸出）：SQW管腳能從實(shí)時(shí)時(shí)鐘內(nèi)部15級分頻器的13個(gè)抽頭中選擇一 個(gè)作為輸出信號，其輸

23、出頻率可通過對寄存器 A編程改變。AD0 AD7雙向地址/數(shù)據(jù) 復(fù)用線）：總線接口，可與MOTORO微機(jī)系列和INTEL微機(jī)系列接口。AS （地址選通輸入）：用于實(shí)現(xiàn)信號分離，在AD/ ALE的下降沿把地址鎖入DS12887DS（數(shù)據(jù)選通或讀輸入）：DS/ RD管腳有兩種操作模式，取決于MO管腳的電平，當(dāng) 使用MOTORO2LA序時(shí)，DS是一正脈沖，出現(xiàn)在總線周期的后段，稱為數(shù)據(jù)選通；在 讀周期，DS指示DS1288驅(qū)動(dòng)雙向總線的時(shí)刻；在寫周期，DS勺后沿使DS1288鎖存寫 數(shù)據(jù)。選擇INTE時(shí)序時(shí)，DS稱作（RD），RDf典型存貯器的允許信號（OE）的定義相 同。R/W（讀/寫輸入）：R/

24、 W 管腳也有兩種操作模式。選 MOTOROLM序時(shí)，R/W是一電 平信號，指示當(dāng)前周期是讀或?qū)懼芷?，DS為高電平時(shí)，R/ W高電平指示讀周期，R/W信 號是一低電平信號，稱為 WR在此模式下，R/ W管腳與通用RAM的寫允許信號（WE）的 含義相同。CS（片選輸入）：在訪問DS12887的總線周期內(nèi)片選信號必須保持為低。IRQ（中斷申請輸入）：低電平有效，可作微處理的 中斷輸入。沒有中斷的條件滿足時(shí)，IRQ處于高阻態(tài)。IRQ線是漏極開中輸入，要求外 接上接電阻。RESET復(fù)位輸出）：當(dāng)該腳保持低電平時(shí)間大于200ms保證DS1288有效 復(fù)位。3. DS12887/ DS12C887 內(nèi)部寄

25、存器的功能因DS12887和DS12C887結(jié)構(gòu)功能上類似，現(xiàn)以DS12887為例說明如下：CP!通過 讀DS12887勺內(nèi)部時(shí)標(biāo)寄存器得到當(dāng)前的時(shí)間和日歷，也可通過選擇二進(jìn)制碼或BCD?初始化芯片的10個(gè)時(shí)標(biāo)寄存器。其114bit非易失性靜態(tài)RAM可供用戶使用，對于沒有 RA啲單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，可在主機(jī)掉電時(shí)來保存一些重要的數(shù)據(jù)。DS12887的4個(gè)狀態(tài)寄存器用來控制和指DS1288模塊的當(dāng)前工作狀態(tài)，除數(shù)據(jù)更新周期外，程序可隨時(shí)讀 寫這4個(gè)寄存器，各寄存器的功能和作用如下。寄存器A各位不受復(fù)位的影響，UIP位為只讀位，其它各位均可讀寫。寄存器的控制字 的格式如下表1-2所列：表1-2 DS1

26、2887控制寄存器 A各布爾位定義：IT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0UIP DV2 DV1 DV0 RS3 RS2 RS1 RS01.IP位：更新周期標(biāo)志位。該位為“ 1”時(shí)，表示芯片正處于或即將開始更新周 期，此時(shí)程序不準(zhǔn)讀寫時(shí)標(biāo)寄存器；該位為“ 0”時(shí)，表示至少在244卩s后才開始更 新周期，此時(shí)程序可讀芯片內(nèi)時(shí)標(biāo)寄存器。該位是只讀位。2. DV0、DV1、DV2 :芯片內(nèi)部振蕩器RTC控制位。當(dāng)芯片解除復(fù)位狀態(tài)，并將010寫入DV0 DV1 DV2后，另一個(gè)更新周期將在500m后開始。因此，在程序初始化時(shí) 可用這三位精確地使芯片在設(shè)定的時(shí)間開始

27、工作。這與MC146818不同的是，DS12887固定使用32 768Hz的內(nèi)部晶體，所以，DV0 =“0”，DV1 = “T, DV2 = “0”，即只 有一種010的組合選擇即可啟動(dòng)RTC3. RS3、RS2 RS1 RS0周期中斷可編程方波輸出速率選擇位。各種不同的組合 可以產(chǎn)生不同的輸出。程序可以通過設(shè)置寄存器 B的 SQWF和PIE位控制是否允許周期 中斷和方波輸出。其寄存器A輸出速率選擇位如表1-3所列。表1-3 DS12887控制寄存器A輸出速率選擇位定義寄存器A輸出速率選擇位32 768Hz時(shí)基RS3RS2RS1RS0中斷周期SQWF輸出頻0000無無00013.90625ms

28、256Hz00107. 8125ms128Hz0011122.0卩s8.192kHz0100244.141us 4.096kHz0101488.281us 2.048kHz0110976.5625s 1.024kHz01111.953125ms512Hz10003.90625ms256Hz10017.812ms128Hz101015.625ms64Hz101131.25ms32Hz110062.5ms16Hz1101125ms8Hz1110250ms4Hz1111500ms2Hz寄存器B允許讀寫，主要用于控制芯片的工作狀態(tài)。寄存器 B的控制字的格式如表1-4 所列。表1-4 DS12887控制

29、寄存器B各布爾位定義BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BITOSET PIE AIE UIE SQWE DM 24/12 DSE(1) SET 位：當(dāng)該位為“ 0”時(shí)，芯片處于正常工作狀態(tài)，每秒產(chǎn)生一個(gè)更新周期 來更新時(shí)標(biāo)寄存器為“1”時(shí)，芯片停止工作，程序在此期間可初始化芯片的各個(gè)時(shí)標(biāo) 寄存器。(2) PIE、AIE、UIE位：分別為周期中斷、報(bào)警中斷、更新周期結(jié)束中斷允許位。 各位為“ 1”時(shí)，允許芯片發(fā)相應(yīng)的中斷。(3) SQWE位：方波輸出允許位。SQW“1”，按寄存器A輸出速率選擇位所確定的 頻率輸出方波;SQWE =“0”，腳SQ保持低電平。(4

30、) DM位：時(shí)標(biāo)寄存器用十進(jìn)制BCD碼表示或用二進(jìn)制表示格式選擇位。DM =“0”時(shí)，為十進(jìn)制BCD?;DM = “ 1”時(shí)，為二進(jìn)制碼。(5) 24/ 12 位：24/ 12 小時(shí)模式設(shè)置位。24/12位=“ 1”時(shí)，為24小時(shí)工作模 式;24/ 12 位=“0”時(shí)，為12小時(shí)工作模式。(6) DSE位：夏令時(shí)服務(wù)位。DSE=“ 1”，夏時(shí)制設(shè)置有效，夏時(shí)制結(jié)束可自動(dòng)刷新恢復(fù) 時(shí)間;DSE=“0”，無效。寄存器C的控制字的格式如表1-4所列。該寄存器的特點(diǎn)是程序訪問讀該寄存器后，該寄存器的內(nèi)容將自動(dòng)清零，從而使IRQF標(biāo)志位變?yōu)楦唠娖剑?否則，芯片將無法向CPU申請下一次中斷。表1-5 DS

31、12887控制寄存器C各布爾位定義BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0IRQF PF AF UF 0000(1) IRQF位：中斷申請標(biāo)志位。該位邏輯表達(dá)式為：IRQF = PF PIE+AF AIE+UFUIE。當(dāng)IRQF位變“ 1”時(shí)，弓I腳將變低電平引發(fā)中斷申請。(2) PF、AF、UF位：這三位分別為周期中斷、報(bào)警中斷、更新周期結(jié)束中斷標(biāo)志位。只要滿足各中斷的條件，相應(yīng)的中斷標(biāo)志位將置“1”。BIT3BIT0 :未定義的保留位。讀出值始終為0。寄存器D為只讀寄存器。寄存器D的控制字的格式如表1-6所示。表1-6 DS12887控制寄存器D各布爾

32、位定義BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0VRT 0000000(1) VRT位：芯片內(nèi)部RAM與寄存器內(nèi)容有效標(biāo)志位。該位為“ 1”時(shí)，指芯片內(nèi)部RAM和寄存器內(nèi)容有效。讀該寄存器后，該位將自動(dòng)置“1”。(2) BIT6BIT0位：保留位。讀出的數(shù)值始終為 0。4. DS12887/DS12C887 的中斷和更新周期DS12887/DS12C887處于正常工作狀態(tài)時(shí)，每秒鐘將產(chǎn)生一個(gè)更新周期，芯片處于 更新周期的標(biāo)志是寄存器A中的UIP位為“ 1”。在更新周期內(nèi)，芯片內(nèi)部時(shí)標(biāo)寄存器數(shù) 據(jù)處于更新階段，故在該周期內(nèi)，微處理器不能讀芯片時(shí)標(biāo)寄存器的內(nèi)容，

33、否則將得 到不確定數(shù)據(jù)。更新周期的基本功能主要是刷新各個(gè)時(shí)標(biāo)寄存器中的內(nèi)容，同時(shí)秒時(shí) 標(biāo)寄存器內(nèi)容加1，并檢查其他時(shí)標(biāo)寄存器內(nèi)容是否有溢出，如有溢出則相應(yīng)進(jìn)位日、 月、年。另外一個(gè)功能是檢查三個(gè)時(shí)、分、秒報(bào)警時(shí)標(biāo)寄存器的內(nèi)容是否與對應(yīng)時(shí)標(biāo) 寄存器的內(nèi)容相符，如果相符則寄存器 C中的AF位置“1”。如果報(bào)警時(shí)標(biāo)寄存器的內(nèi) 容為C0F至 FFH之間的數(shù)據(jù)，則為不關(guān)心狀態(tài)。為了采樣時(shí)標(biāo)寄存器中的數(shù)據(jù)，DS12887/DS12C88T提供了兩種避開更新周期內(nèi)訪 問時(shí)標(biāo)寄存器的方案：第一種是利用更新周期結(jié)束發(fā)出的中斷。它可以編程允許在每 次更新周期結(jié)束后發(fā)生中斷申請，提醒 CPU將有998ms左右的時(shí)間

34、去獲取有效的數(shù)據(jù)， 在中斷之后的998ms時(shí)間內(nèi)，程序可先將時(shí)標(biāo)數(shù)據(jù)讀到芯片內(nèi)部的不掉電靜態(tài)RAM中。因?yàn)樾酒瑑?nèi)部的靜態(tài)RAM和狀態(tài)寄存器是可隨時(shí)讀寫的，在離開中斷服務(wù)子程序前應(yīng) 清除寄存器C中的IRQF位。另一種是：利用寄存器 A中的UIP位來指示芯片是否處于 更新周期。在UIP位從低變高244卩s后，芯片將開始其更新周期，所以檢測到 UIP位 為低電平時(shí)，則利用244卩s的間隔時(shí)間去讀取時(shí)標(biāo)信息。如檢測到 UIP位為“ 1”， 則可暫緩讀數(shù)據(jù)，等到UIP變成低電平后再去讀數(shù)據(jù)。1.3.2 80C51 單片機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)與發(fā)展已廣泛應(yīng)用到各行各業(yè)中，使人們的日常生活工作都發(fā) 生了

35、重大變化，如果沒有微型計(jì)算機(jī)，人們的工作生活的質(zhì)量都受到很大的損失。單 片微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)發(fā)展中的一個(gè)重要分支，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)與性能，越來越普 及地應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，以下主要介紹80C51單片機(jī)，它與微型計(jì)算機(jī)的區(qū)別是什么，單片機(jī)發(fā)展概況；它的特點(diǎn)和應(yīng)用，通過對本節(jié)的學(xué)習(xí)，使大家對單片微型 計(jì)算機(jī)有個(gè)初步的認(rèn)識和了解。一、單片機(jī)的組成單片微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)，它在一塊芯片上集成了各種功能部件：中央處理器（CPU、隨機(jī)存取存儲器（RAM、只讀存儲器（ROM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、和各種輸入 /輸出（I/O ）接口（如并行I/O 口、串行I/O 口和A/D轉(zhuǎn)換器）等。他們之間相互連接 圖如1

36、-6圖，構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)。圖1-6單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖二、80C51單片機(jī)的引腳描述及片外總線結(jié)構(gòu)1.芯片的引腳描述CHMO制造工藝的80C51單片機(jī)采用40引腳的雙列直插封裝（DIP方式），在單片 機(jī)的40條引腳中有2條專用于主電源的引腳，2條外接晶體的引腳，4條控制與其它電 源復(fù)用的引腳，32條輸入/輸出（I/O ）引腳。下面按其引腳功能為四部分?jǐn)⑹鲞@ 40條引腳功能。（1）電源引腳VCC和VSS其中：VCC（40腳）接+5V電壓。VSS（ 20腳）接地。（2）接晶體引腳XTAL1和XTAL2XTAL1 （ 19腳）接外部晶體的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸 入端，這個(gè)放

37、大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，對CHMC單片機(jī)，此引腳作為驅(qū)動(dòng)端。XTAL2 （18腳）接外部晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至上述振蕩器的 反相放大器的輸出端。采用外部振蕩器時(shí)，對 CHMO單片機(jī)，該引腳懸浮。（3）控制或與其他電源復(fù)用引腳 RST/VPD ALE/PROG PSEN和EA/VPPST/VPD（ 9腳）：當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī) 復(fù)位。推薦在此引腳與 VSS引腳接一個(gè)約8.2K的下拉電阻，與VCC引腳之間連接一個(gè) 約10uf的電容，以保證可靠地復(fù)位。（4） VCC掉電期間，此引腳可接上備用電源，以保持內(nèi)部 RAM勺數(shù)據(jù)不丟失。當(dāng)V

38、CC 主電源下掉到低于規(guī)定的電平，而 VPD在其規(guī)定的電壓范圍內(nèi)，VPD就向內(nèi)部RAM供 備用電源。（5）ALE/PROG30腳）：當(dāng)訪問外部存儲器時(shí)，ALE （允許地址鎖存）的輸出用于鎖存 地址的低位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE端仍以不變的頻率周期性地出現(xiàn)正脈沖 信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此，它可用作對外輸出的時(shí)鐘，或用于定時(shí)目的。然而要注意的是，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。ALE端可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）8個(gè)LS型的TTL輸入電路。對于EPRO型的單片機(jī)，在EPROM 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖（PROG。（6）RSEN（29腳）：此腳的輸出是外

39、部程序存儲器的讀寫選通信號。在從外部程序存 儲器取令（或常數(shù)）期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PESN有效。但在此期間，每當(dāng)訪問外部 數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，這兩次有效的 PSENB號將不出現(xiàn)，PSENW樣可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出）8 個(gè)LS型的TTL輸入。（7）EA/VPP當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，訪問內(nèi)部程序存儲器，但在 PC（程序計(jì)數(shù)器）值 超過OFFFH時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲器內(nèi)的程序，當(dāng)EA保持低電平時(shí)，則只訪問外部程序存儲器，不管是否有內(nèi)部程序存儲器，對于常用的80C51來說，無內(nèi)部程序存儲器，所以EA腳必須常接地，這樣才能只選擇外部程序存儲器。對于EPRO型單片機(jī)，在EPRO編程期間，此引腳也用于

40、施加 21伏的編程電源（VPP。輸入/輸出I/O 引腳 PO P1、P2、P3共 32 根。a）PO 口（ 39腳32腳）：是雙向8位三態(tài)I/O 口，外接存儲器時(shí)，與地址總線的低 8 位及數(shù)據(jù)總線復(fù)用，能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 8個(gè)LSTTL負(fù)載。b）P1 口（ 1腳8腳）：是8位準(zhǔn)雙向I/O 口由于這種接口輸出沒有高阻狀態(tài)，輸 入也不能瑣存，故不是 真正的I/O 口。門口能驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)LSTTL負(fù)載， 對8052、8032, P1.0引腳的第二功能為T2定時(shí)/計(jì)數(shù)器的外部輸入，P1.1引腳的第二 功能為T2EX甫捉、重裝觸發(fā)，即T2的外部控制端。對EPRO編程和程序驗(yàn)證時(shí)，它的

41、接收低8位地址。c）P2 口（ 21腳28腳）：是8位準(zhǔn)雙向I/O 口。在訪問外部存儲器時(shí)，它可以作 為擴(kuò)展電路高8位地址總線送出高8位地址，在對EPRO編程和程序驗(yàn)證期間，它的接 收高8位地址。P2可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)LSTTL負(fù)載。d）P3 口（ 10腳17腳）：是8位準(zhǔn)雙向I/O 口，在80c51中，這8個(gè)引腳還用于 專門功能，是復(fù)用雙功能口， P3能驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)LSTTL負(fù)載。作為第一 功能用時(shí)，就作為普通的I/O 口用，功能和操作方法與P1 口相同。表1-6口線引腳第二功能P3.010RXD（串行輸入口）P3.111TXD（串行輸出口）P3.212INT0(外

42、部中斷0）P3.313INT1(外部中斷1）P3.414T0（定時(shí)器0外部輸入）P3.515T1（定時(shí)器1外部輸入）P3.616WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫脈沖）P3.717RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀脈沖）值得強(qiáng)調(diào)的是，P3 口的每-一條引腳都可以獨(dú)立定義第一功能的輸入輸出或第二功能133 數(shù)字溫度傳感器DS18B2吐要特性及測溫原理一線式數(shù)字溫度傳感器DS18B2是DS182啲更新?lián)Q代產(chǎn)品（由美國DA IIAS公司生 產(chǎn)）。它具有體積小,分辨率高,轉(zhuǎn)換快等優(yōu)點(diǎn)。由于每片DS18B20含有唯一的硅串行數(shù) 所以在一條總線上可以掛接多達(dá) 248 218 X 1014只DS18B20再加上DS18B20獨(dú)特的

43、單 線總線結(jié)構(gòu),決定了 DS18B20特別適合于大型的多路溫度實(shí)時(shí)測控系統(tǒng)的溫度檢測。溫 度實(shí)時(shí)測控集裝箱的設(shè)計(jì),在實(shí)現(xiàn)測控系統(tǒng)的溫度檢測方面就較好地利用了 DS18B20 的獨(dú)到特點(diǎn)，使系統(tǒng)得到了極大的簡化。、DS18B2C的特性 獨(dú)特的單線接口方式。DS18B20在I/O處理器連接時(shí),僅需要一個(gè)I/O 口即可實(shí)現(xiàn) 微處理器同DS18B2的雙向通訊。DS18B20支持組網(wǎng)功能,多個(gè)DS18B2可以并聯(lián)在唯一的單線上,實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫。DS18B20的測溫范圍為：-55 C+125C,在-10 C+ 85 C時(shí),其精度為+ 015 C。DS18B20的測溫結(jié)果的數(shù)字量位數(shù)從912位,可編程進(jìn)行選擇

44、。DS18B20內(nèi)含寄生電源，器件既可以由單線總線供電,也可用外部的電源（310V 515V ）供電。數(shù)字化溫度傳感器DS1820測溫范圍為-55+125 C,增量值為0.5 C （9位溫度讀 數(shù)），它主要由4個(gè)數(shù)據(jù)部件部分組成：64位ROM溫度傳感器；非易失性的溫度告警觸發(fā) 器TH和TL;高速便箋存儲器64位ROI用于存儲序列號，其首字節(jié)固定為28H,表示產(chǎn)品 類型碼，后6個(gè)字節(jié)是每個(gè)器件的編碼，最后1個(gè)字節(jié)是CRC校驗(yàn)碼.溫度告警觸發(fā)器TH 和 TL存儲用戶通過軟件寫入的報(bào)警上下限值，高速便箋存儲器由9個(gè)字節(jié)組成，其中有2個(gè)字節(jié)RA單元用來存放溫度值前1個(gè)字節(jié)為溫度值的補(bǔ)碼低8位，后1個(gè)字

45、節(jié)為符號位 和溫度值的補(bǔ)碼高3位。二、DS18B20測溫原理DS18B2內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖,如圖1-7所示。電源檢測64位ROM和單線接口存儲器控制邏輯溫度傳感器1高溫度觸發(fā)低溫度觸發(fā)8-fSCRCttS 器2-7 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖DS18B20的測溫原理：DS18B20測量溫度采用了特有的溫度測量技術(shù)，它是通過 計(jì)數(shù)時(shí)鐘周期來實(shí)現(xiàn)的，內(nèi)部計(jì)數(shù)器對一個(gè)受溫度影響的振蕩器的脈沖計(jì)數(shù)，低溫時(shí)，振蕩器的脈沖可以通過門電路。而當(dāng)?shù)竭_(dá)某一設(shè)置高溫時(shí)，振蕩器的脈沖無法通過門電路。計(jì)數(shù)器設(shè)置為-55C。同時(shí)，計(jì)數(shù)器復(fù)位在當(dāng)前的溫度值時(shí)，電路對振蕩器的溫 度系數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償，計(jì)數(shù)器重新開始計(jì)數(shù)直到回零。如果門

46、電路仍未關(guān)閉，則系統(tǒng)重復(fù)上述過程。三、DS18B20的操作協(xié)議DS18B2單純通信功能是分時(shí)完成的。單線信號包括復(fù)位脈沖,響應(yīng)脈沖,寫“0” ,寫“ 1” ,讀“ 1”。它們有嚴(yán)格的時(shí)隙概念。系統(tǒng)對 DS18B2的操作以RO命令（5個(gè)）和存儲器命令（6個(gè)）形式出現(xiàn)。對它的操作協(xié)議是：初始化DS18B2發(fā)復(fù)位脈沖）一發(fā)ROI功能命令-處理數(shù)據(jù)一發(fā)存儲器命令處理數(shù)據(jù)。各種操作都有相應(yīng)的時(shí)序圖。DS18B2在使用時(shí)，一般都采用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。只需將DS18B20信號線與單片機(jī)1位I/O線相連，且單片機(jī)的1位I/O線可掛接多個(gè)DS18B20就可實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)或多點(diǎn) 溫度檢測。DS18B2傳感器精度高、

47、互換性好；它直接將溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，可以只使 用一根電纜傳輸溫度數(shù)據(jù)，通信方便，傳輸距離遠(yuǎn)且抗干擾性好：與用傳統(tǒng)溫度傳感 器組成的多點(diǎn)測溫系統(tǒng)相比可節(jié)省大量電纜，而且系統(tǒng)得以簡化，系統(tǒng)擴(kuò)充維護(hù)十分 方便。DS18B20可以廣泛用于工廠工業(yè)過程、大型糧倉、釀酒廠，食品加工廠的溫度檢 測以及賓館、儀器儀表室等處的溫度檢測和控制。第2章：太陽能熱水器硬件設(shè)計(jì)2.1.太陽能控制器硬件結(jié)構(gòu)根據(jù)控制要求，采用80C51單片機(jī)的智能控制器結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。由于本系統(tǒng) 運(yùn)算量不是很大， 沒有太多的中間數(shù)據(jù)需要處理、保存，因此不再外擴(kuò)數(shù)據(jù)存儲器。 僅使用80C51內(nèi)部RAME完全能夠滿足要求。系統(tǒng)的硬件接口電

48、路包括：控制器實(shí)時(shí) 時(shí)鐘接口電路，蓄水箱溫度和水位檢測接口電路、設(shè)定鍵和串行顯示接口電路、看門 狗和復(fù)位接口電路以及繼電器輸出接口電路等。80c51SimRXD11TXD74LS244I接口1水位及狀態(tài)顯示74LS244時(shí)間驕皿度迎不74LS2441時(shí)厠反度設(shè)宦揍口* ftDS12887圖2-1太陽能控制器硬件結(jié)構(gòu)圖22控制器實(shí)時(shí)時(shí)鐘接口電路為實(shí)現(xiàn)熱水器24小時(shí)供應(yīng)熱水的目的，控制器必須有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘來為系統(tǒng)提供準(zhǔn)確 的基準(zhǔn)時(shí)間；在軟件設(shè)計(jì)上則要實(shí)時(shí)地讀出當(dāng)前時(shí)間，同設(shè)定時(shí)間比較，以決定系統(tǒng) 工作狀態(tài)。本系統(tǒng)采用美國DALLA S半導(dǎo)體公司最新推出的時(shí)鐘芯片 DS12887該芯片 采用CMOS

49、J術(shù)，把時(shí)鐘芯片所需的晶振和電池以及相關(guān)的電路集成到芯片內(nèi)部，并與 MC14681管腳完全兼容。DS12887芯片具有微功耗、外圍接口簡單、精度高，工作穩(wěn)定 可靠等優(yōu)點(diǎn)。它與80C51單片機(jī)的接口電路見下圖2-2。80C51DSL2887圖2-2 DS12887與單片機(jī)接口電路模式選擇腳MOT接地， 選擇IN TEL時(shí)序。DS12887的高位地址用80C51的P2.4 選擇，則時(shí)鐘芯片的高8位地址為EFH而其低8位地址則由芯片內(nèi)部各單元的地址來 決定（00H80H）, DS12887的中斷輸出端IRQ接上拉電阻，同80C51中斷線IN TO相 連，為單片機(jī)提供中斷信號。SQW端口編程為2Hz方

50、波輸出，經(jīng)二分頻后，驅(qū)動(dòng)兩個(gè) LED發(fā)光二極管作為時(shí)鐘的秒閃爍顯示。2.3.水位檢測和溫度檢測接口電路蓄水箱水位和溫度檢測部分是實(shí)現(xiàn)溫度智能控制的重要環(huán)節(jié)，只有準(zhǔn)確地檢測出 水位和溫度，才能通過軟件計(jì)算提前開始輔助加熱的預(yù)加熱時(shí)間。要實(shí)現(xiàn)輔助加熱提 前時(shí)間的精確計(jì)算，最好是采用連續(xù)液位傳感器，但考慮系統(tǒng)成本，本設(shè)計(jì)仍采用分 段式液位傳感器（通過軟件來提高精度），在水位顯示上也仍采用分段顯示。水位檢測 部分的硬件連接如圖2-3所示。圖2-3水位監(jiān)測及顯示接口電路檢測原理如下：當(dāng)水箱中無水時(shí)，8個(gè)非門均由1M歐姆電阻上拉成高電平，所以圖中各“非”門（CD4069）輸出均為低電平，LED1H LED

51、8均不亮。當(dāng)水位高于“非”門1 的輸入探針時(shí)，由于水的導(dǎo)電作用，使“非”門1的輸入變?yōu)榈碗娖剑云漭敵鲎優(yōu)楦唠娖?，LED點(diǎn)亮，依此類推。隨著水位的上升，各“非”門輸出相繼為高電平，LED依次點(diǎn)亮。這里要注意的是上拉電阻不能選擇太小，因?yàn)樗碾娮柙?00k8左右，所以上拉電阻選擇太小的話，將在水位升高時(shí)，無法把“非”門輸入端拉成低電平。實(shí)驗(yàn)表明， 上拉電阻選擇在500k1M歐姆左右能很好地滿足電路的工作要求。為了使 80C51隨時(shí)能夠讀出當(dāng)前的水位情況，這里選用74L S244作為狀態(tài)輸入緩沖器。蓄水箱溫度檢測電路采用DS18B20芯片使其換成脈沖信號，送到 80C51的I/O 口（編程為計(jì)

52、數(shù)器工作模式），通過測量輸出脈沖頻率的大小來換算成水溫高低信號。2.4 看門狗和復(fù)位接口電路的設(shè)計(jì)控制器的看門狗電路由兩級74LS123芯片組成。用P1.7作為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的定時(shí) 脈沖發(fā)生端，當(dāng)P1.7 口線超過一定時(shí)間不對74L S123發(fā)正脈沖時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)復(fù)位（附錄1）。2.5 鍵盤和顯示接口電路的設(shè)計(jì)2.5.1鍵盤電路下圖為80C51單片機(jī)P1 口構(gòu)成的中斷方式4*4鍵盤電路。P1.0-P1.3為行線， P1.4-P1.7為列線，行線與4輸入與門74HC21的一組輸入端相連，輸出端與外部中斷 INT1相連。16個(gè)鍵號Ki（ 1=0-15 ）次序如圖中標(biāo)注。B0C5J圖2-4 80C51

53、 P1 口構(gòu)成的4*4中斷方式鍵盤行列式鍵盤處理程序較為復(fù)雜，當(dāng)有鍵按下時(shí)74HC21輸出端出現(xiàn)低電平請求中斷；在中斷服務(wù)程序中要再次確認(rèn)是否真有鍵按下，真有鍵按下時(shí)，再查出是哪個(gè)鍵 按下，把該鍵的鍵號送入堆棧保護(hù)，等待鍵釋放后再將鍵號彈出A中。該鍵盤輸入處理程序的出口狀態(tài)是鍵號在A中。設(shè)計(jì)中斷程序時(shí)，先在主程序中將中斷系統(tǒng)初始化，并 開中斷。在試驗(yàn)演示中通常開中斷都設(shè)置循環(huán)等待。2.5.3顯示接口電路的設(shè)計(jì)鍵盤和顯示電路是人機(jī)交互的重要手段。控制鍵是用戶干預(yù)系統(tǒng)運(yùn)行的唯一接 口，也是用戶比較關(guān)心的問題。為了實(shí)現(xiàn)控制器對時(shí)間與溫度的設(shè)定及顯示功能，串 行顯示電路采用串入并出芯片74LS164驅(qū)

54、動(dòng)4位數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)時(shí)間與溫度的靜態(tài)顯示。該電路只使用80C51的3個(gè)端口，配接4片串入并出移位寄存器74LS164與1片三端 可調(diào)穩(wěn)壓器LM317T其中74LS164的引腳Q0-Q7為8位并行輸出端；引腳A B為串行輸 入端；引腳CL K為時(shí)鐘脈沖輸入端，在CLK脈沖的上升沿作用下實(shí)現(xiàn)移位，在 CLK = 0、 清除端MR =1時(shí)，74LS164保持原來數(shù)據(jù)狀態(tài)；MR =0時(shí)，74LS164俞出清零，其顯示電 路如3.5.3圖。圖2-5串行口擴(kuò)展的4位LED顯示電路其工作過程如下：80C51的串行口設(shè)定在方式0移位寄存器狀態(tài)下，串行數(shù)據(jù)由P3.0 發(fā)送，移位時(shí)鐘由P3.1送出。在移位時(shí)鐘的作用下，串行口發(fā)送緩沖器的數(shù)據(jù)一位一 位地移入74LS164中。4片74LS164串級擴(kuò)展為4個(gè)8位并行輸出口，分別連接到4個(gè)LED 顯示器的段選端作靜態(tài)顯示。需要指出的是，由于74LS164無并行輸出控制端，因而在串行輸入過程中，其輸出端的狀態(tài)會不斷變化