1、南京江寧廣播電視大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目： 快熱式家用電熱水器的設(shè)計(jì) 系 部： 電子信息系 專 業(yè)： 應(yīng)用電子技術(shù) 學(xué) 號(hào)： 09518224 學(xué)生姓名： 付宗靜 指導(dǎo)教師： 王愷 職 稱： 高級(jí)工程師 2013 年 04 月 05 日摘 要 隨著生活節(jié)奏的加快，快熱式電熱水器省時(shí)的特性越來(lái)越被生活忙碌的人群所認(rèn)可。隨著用電環(huán)境的改善，不少新建樓房都可以安裝即快熱式電熱水器，這催生了即熱式電熱水器的快速增長(zhǎng)。 本設(shè)計(jì)的快熱式電熱水器系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，輔以鍵盤，顯示電路，利用熱敏電阻對(duì)熱水器出口溫度進(jìn)行檢測(cè)，將溫度轉(zhuǎn)換成頻率，并將其反饋到單片機(jī)，用單片機(jī)測(cè)出頻率大小，從而間接測(cè)出溫度值，溫

2、度/頻率轉(zhuǎn)換電路簡(jiǎn)單可靠，成本低廉。對(duì)于加熱功率的控制，本文采用了雙向可控硅控制，單片機(jī)通過(guò)光耦給可控硅觸發(fā)信號(hào)，控制可控硅的導(dǎo)通角，從而控制電熱絲的有效加熱功率。為了在關(guān)機(jī)和超溫保護(hù)的狀態(tài)下能可靠地關(guān)斷加熱電源，電路中加入了繼電器來(lái)控制加熱電源。其中串聯(lián)在繼電器線圈回路的熔絲為105時(shí)，熱保險(xiǎn)絲會(huì)熔斷，防止加熱管干燒。與電熱絲并聯(lián)的LED發(fā)光管用來(lái)指示電熱絲的工作狀態(tài)。 快熱式電熱水器它體積小，重量輕，要使用熱水時(shí)，即開(kāi)即熱，無(wú)須等待，省去了加熱多余的熱水，因此它具有省時(shí)、省電、省水的優(yōu)點(diǎn)。正是基于以上原因，快熱式電熱水器在今后有著極為廣闊的發(fā)展前景。 關(guān)鍵字：?jiǎn)纹瑱C(jī) 溫度 雙向可控硅 繼電

3、器Abstract With the pace of life speeds up, Quick hot-water heater in the busy lives of more and more recognized by the crowd. With electricity the improvement of the environment, many new buildings that can be installed faster heat-type heaters, which hastened the birth of hot-water heater that is t

4、he rapid growth. The design of the fast heat of the water heater system to SCM as the Supplemented by keyboard supplemented by the keyboard, display circuit, the use of thermal resistance of the water heater temperature detection exports, the temperature will be converted to frequency, and feedback

5、to the microcontrolle, with SCM size measured frequency, thus indirectly measured temperature and temperature / frequency conversion circuit is simple and reliable, low cost. The heating power of control, the paper adopted a two-way SCR control, SCM through Optocoupler SCR trigger signal to the cont

6、rol of the SCR on-angle and thus control the effective electric wire heating power. In order to shut down and over-temperature protection of the state can be reliably heated power shutdown, joined the circuit in the relay to control the heating power. One series in the relay coil circuit for the fus

7、e 105 , the fuse will be hot links to prevent the heating of Ganshao. Parallel with the electric wire LED LED electric wire used to indicate the work of state. Quick hot-water heater its small size, light weight, to use the hot water,-the heat, do not have to wait and save the extra hot water heatin

8、g, so it has a time-saving, energy saving, the provincial water advantages. It is precisely because of these reasons, faster heat-type heaters in the future has a very broad prospects for development. Keyword: MCU temperature SCR two-way relay目 錄 第一篇 緒論 . 5 第一章 選題目的和意義 .5 第二章 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r .5 第三章 本設(shè)計(jì)研究的功能

9、要求 .6 第二篇 元件選擇 . 7 第一章 80C51單片機(jī)的介紹 . 7 第二章 共陽(yáng)極數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)和工作原理 . 8第三篇 方案論證 . 9第四篇 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) .11 第一章 加熱控制電路.12 第二章 溫度檢測(cè)電路 . 13第五篇 硬件電路制作 . 14 第六篇 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) . 15 第一章 主程序 . 15 第二章 顯示掃描子程序 . 15 第三章 按鍵掃描處理子程序 .15 第四章 加熱控制程序 .17 第五章 溫度檢測(cè)程序 .19第七篇 硬件和軟件綜合調(diào)試及性能分析. 22 第八篇 控制程序編制和調(diào)試 .23 結(jié) 論 .35 主要參考文獻(xiàn) . 36 致 謝 . 37

10、 第一篇 緒論 第1章 選題目的和意義 近年來(lái)，熱水器行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)可以用一句話來(lái)概括，即仍將呈現(xiàn)出以電熱水器為主導(dǎo)，燃?xì)馊妓鳛檩o，太陽(yáng)能熱水器為補(bǔ)充，三者互相共生。對(duì)電熱水器而言，它具有安全、環(huán)保的特點(diǎn)，而且全國(guó)電網(wǎng)的改造、電的普及、電價(jià)的大幅度下調(diào)，以及用電設(shè)施的改善，均為電熱水器的迅速普及提供了便利的條件。尤其三峽工程的建設(shè)、核電站的建設(shè)，更是為電熱水器的推廣和普及起到了助推劑的作用。電熱水器對(duì)安裝的要求也比較簡(jiǎn)單，它不受空間限制，可以因地制宜?？鞜崾郊矣秒姛崴鞯膯?wèn)世是家用電熱水器具領(lǐng)域一次新的進(jìn)步，它具有使用安全、衛(wèi)生、不受水壓限制，隨時(shí)可供熱水，水溫易調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了其它熱水器

11、的不足，屬傳統(tǒng)型熱水器的替代產(chǎn)品，是家庭、公用住宅、小型飯店、賓館理想的配套服務(wù)設(shè)施。隨著氣價(jià)的上漲，電價(jià)的不斷下降。相信今后幾年中我國(guó)電熱水器市場(chǎng)仍將會(huì)呈現(xiàn)強(qiáng)勁增長(zhǎng)勢(shì)頭。本設(shè)計(jì)主要通過(guò)80C51單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電熱水器的溫度、功率顯示及加熱控制和繼電保護(hù)，80C51單片機(jī)體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功耗低。相信今后幾年低功耗必將成為電熱水器這一行業(yè)的熱點(diǎn)。 第二章 國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況 快熱式電熱水器在國(guó)外使用相當(dāng)廣泛，尤其是在歐美和東南亞地區(qū)。前些年，快熱式產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)一段時(shí)間，由于當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)電力條件不成熟，對(duì)大功率的電產(chǎn)品一般無(wú)法正常使用，也沒(méi)有好技術(shù)來(lái)保證其質(zhì)量與安全，種種因素限制了其在國(guó)內(nèi)

12、的發(fā)展。近幾年來(lái)，隨著人們生活水平的不斷提高，國(guó)家電網(wǎng)改造和相關(guān)規(guī)定的出臺(tái)，電力工業(yè)迅速發(fā)展，預(yù)示了即熱式產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)的廣泛前景。根據(jù)國(guó)家住宅設(shè)計(jì)規(guī)范（GF500%-1999）現(xiàn)有商品住房的電器線路導(dǎo)線必須采用銅芯線，每套住宅進(jìn)線截面積不小于10m,分支引線不得小于2.5，電表規(guī)格不得小于20（40）A，所以現(xiàn)購(gòu)新標(biāo)準(zhǔn)住宅用戶，都有條件使用上述這種安全、方便的快熱式電熱水器，確保產(chǎn)品萬(wàn)無(wú)一失，安全系數(shù)達(dá)100%，通過(guò)檢測(cè)，快熱式比傳統(tǒng)的熱水器可節(jié)省40%的能耗，用多少熱水加熱多少，沒(méi)有熱水用不完時(shí)的浪費(fèi)和使用中途熱水供應(yīng)不足的現(xiàn)象，熱水利用率100%，因?yàn)樗炔恍枰崆邦A(yù)熱，也不需保溫，省去了大

13、量的額外開(kāi)支，給用戶帶來(lái)真正的實(shí)惠。即熱式產(chǎn)品作為新型環(huán)保產(chǎn)品在我國(guó)廣泛使用已是大勢(shì)所趨，符合現(xiàn)代消費(fèi)潮流。一切跡象都在預(yù)示著快熱式的春天就要來(lái)臨了。第3章 本設(shè)計(jì)研究的功能要求 當(dāng)前，熱水器已成為日常生活中不可缺少的家用電器，設(shè)計(jì)制造更實(shí)用、更便捷、更安全、更節(jié)能的熱水器是產(chǎn)品設(shè)計(jì)師和生產(chǎn)廠家不斷追求的目標(biāo)。快熱式電熱水器與普通電熱水器最大區(qū)別在于它取消了儲(chǔ)水罐，熱水隨開(kāi)隨用，無(wú)需預(yù)熱，減少了電能浪費(fèi)。另外，它還具有體積小、使用安全、安裝便捷等優(yōu)點(diǎn)。其設(shè)計(jì)要求如下：（一）用2位數(shù)碼管顯示出水溫度，能顯示設(shè)定功率檔位。 （二）溫度測(cè)試顯示范圍為00-99，精度為±1。 （三）設(shè)置3個(gè)

14、功率檔位指示燈，1-4檔1個(gè)燈亮，5-8檔2個(gè)燈亮，9檔3個(gè)燈 全亮，0檔無(wú)功率輸出，檔位燈不亮。 （四）設(shè)置3個(gè)輕觸按鈕，分別為電源開(kāi)關(guān)鍵、“+” 鍵和“-”鍵。加熱功率分為 0-9檔，按“+”鍵依次遞增至9檔，按“-”鍵依次遞減至0。 （五）出水溫度超過(guò)65時(shí)停止加熱，并蜂鳴報(bào)警，溫度降至45以下時(shí)恢復(fù)。 （六）內(nèi)膽溫度超過(guò)105時(shí)停止加熱，防止干燒。第二篇 元件選擇 第一章 89C51單片機(jī)的介紹 89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS8位

15、微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。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，ATMEL的89C51是一種高效微控制器，89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。89C51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。主要特性（1）與MCS-51 兼容 ；（2）4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時(shí)間10年全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz ·（3）128*8位內(nèi)部RAM （4)32可編程I/O線 兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

16、 （5）5個(gè)中斷源 （6）可編程串行通道 （7）低功耗的閑置和掉電模式 （8）片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 （9）三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 管腳說(shuō)明 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/ 地址的低八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用

17、作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地

18、址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（串行輸出口） P3.2 /INT0（外部中斷0） P3.3 /INT1（外部中斷1） P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入） P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入） P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

19、讀選通） P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理

20、器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。 編輯本段振蕩器特性XTAL1

21、和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。由于輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 編輯本段芯片擦除結(jié)構(gòu)特點(diǎn)8位CPU；片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路；32根I/O線；外部存貯器尋址范圍ROM、RAM64K；2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；5個(gè)中斷源，兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)；全雙工串行口；布爾處理器； 第二章 共陽(yáng)極數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)和工作原理 共陽(yáng)極數(shù)碼管: 共陽(yáng)數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起形成公共陽(yáng)極(COM)的數(shù)碼管。共陽(yáng)

22、數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。第三篇 方案論證 按快熱式電熱水器的功能要求，決定采用如圖1所示的模塊組成系統(tǒng)，主要包括電源電路、單片機(jī)控制器、溫度檢測(cè)電路、按鍵輸入電路、LED數(shù)碼管及指示電路、報(bào)警電路和加熱控制電路。 快熱式電熱水器為了達(dá)到“快熱”的效果，取消了儲(chǔ)水罐，使冷水在進(jìn)入加熱管后立即被加熱，這就要加熱管有較大的加熱功率。家用電熱水器一般采用方便、可靠的電熱絲加熱方法。根據(jù)熱學(xué)及流體力學(xué)原理，結(jié)合實(shí)際實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，可以得到水溫與流量、加熱功率之間的關(guān)系如圖表14.1所示。 溫度

23、檢測(cè) 按鍵輸入 LED顯示 加熱控制 蜂鳴報(bào)警電 源 單片機(jī)圖1快熱式家用電熱水器系統(tǒng)組成框圖 表14.1.中所列水溫值和流量值可以滿足大多數(shù)家庭用戶使用要求。當(dāng)最大的加熱功率為7.5kw時(shí)，按220v供電計(jì)算，電流約為34a，所以要求專線供電。 表14.1 水溫與流量、加熱功率的關(guān)系 水流量/(L·min-1）溫度/°C功率/kw 2 2.533.544.547423634325.554484138356.562544642387.57060514641注：進(jìn)水溫度為15°C，輸入電壓為220v。 對(duì)于加熱功率的控制，最簡(jiǎn)單的方法是由若干不同功率的電熱絲組合得到

24、幾種加熱功率，但由于快熱式熱水器的加熱功率較普通的大，且檔位設(shè)置較多，用電熱絲組合的方法需要幾組電熱絲和繼電器，成本增高且工作可靠性降低，所以比較理想的是采用可控硅控制功率，電路簡(jiǎn)單又控制方便。 溫度檢測(cè)的方法較多，最經(jīng)典的方法就是用熱敏電阻（或熱敏傳感器）組成電橋來(lái)采集信號(hào)，再經(jīng)放大，A/D轉(zhuǎn)換后送單片機(jī)。目前比較先進(jìn)的方法是采用專門的集成測(cè)溫傳感器（如DS18B20），直接將溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳送給單片機(jī)。為了簡(jiǎn)化電路，降低成本，本文采用了溫度/頻率轉(zhuǎn)換測(cè)溫法，直接將溫度信息轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)，用單片機(jī)測(cè)出頻率大小，從而間接測(cè)出溫度值，溫度/頻率轉(zhuǎn)換電路簡(jiǎn)單可靠，成本低廉。第四篇 系統(tǒng)硬件電路

25、設(shè)計(jì) 快熱式熱水器控制系統(tǒng)電路2（附錄4）所示。它由七部分電路組成：?jiǎn)纹瑱C(jī)系統(tǒng)及外圍電路、按鍵輸入電路、LED數(shù)碼管及指示電路、報(bào)警電路和加熱控制電路和溫度檢測(cè)電。 控制器采用成本低廉且工作可靠的89C51或其兼容系列的單片機(jī)，采用12MHz的晶振。89c51對(duì)電源要求不甚嚴(yán)格，電源電路采用普通的市電降壓整流，然后經(jīng)集成穩(wěn)壓器（7805）穩(wěn)壓輸出+5v電壓。按鍵采用輕觸小按鈕。顯示電路采用兩位共陽(yáng)數(shù)碼管，由兩個(gè)三極管9012驅(qū)動(dòng)。3個(gè)LED指示燈加熱功率。報(bào)警電路采用5v的自鳴式蜂鳴器。 圖2 快熱式家用電熱水器控制電路圖 第一章 加熱控制電路 圖3放在論文中所示為加熱控制電路原理圖，電熱絲的

26、加熱功率由雙向可控硅控制，單片機(jī)通過(guò)光耦給可控硅觸發(fā)信號(hào)，控制可控硅的導(dǎo)通角，從而控制電熱絲的有效加熱功率。為了在關(guān)機(jī)和超溫保護(hù)的狀態(tài)下能可靠地關(guān)斷加熱電源，電路中加入了繼電器來(lái)控制加熱電源。其中串聯(lián)在繼電器線圈回路的熔絲為105時(shí)，熱保險(xiǎn)絲會(huì)熔斷，防止加熱管干燒。與電熱絲并聯(lián)的LED發(fā)光管用來(lái)指示電熱絲的工作狀態(tài)。 可控硅觸發(fā)信號(hào)中需要對(duì)市電進(jìn)行過(guò)零檢測(cè)，以實(shí)現(xiàn)出發(fā)脈沖的相位延時(shí)。本電路中利用三極管8050和一個(gè)“非”門實(shí)現(xiàn)過(guò)零檢測(cè)的，電路如圖4放在論文中所示。 圖3加熱控制電路圖圖4 過(guò)零檢測(cè)電路圖第二章 溫度檢測(cè)電路 如圖5放在論文中所示，溫度/頻率變換電路是利用反相器組成的RC多諧振蕩

27、器，其中的R24是一個(gè)熱敏電阻，當(dāng)溫度變化時(shí)引起熱敏電阻的阻值變化，從而改變了振蕩器輸出的方波頻率。 該頻率的估算可用如下的公式： f1.1RC 圖5 溫度檢測(cè)電路圖第五篇 硬件電路制作 制作硬件電路首先應(yīng)根據(jù)電路原理圖，使用計(jì)算機(jī)繪圖軟件，如protel,繪制出PCB印制板圖，其次將購(gòu)買的器件焊接在線路板上，為保證所設(shè)計(jì)系統(tǒng)能在現(xiàn)場(chǎng)可靠工作，制作時(shí)要注意以下幾點(diǎn)。（一）盡量采用高質(zhì)量的印制電路板，孔化電阻、線距、熔劑、阻焊劑、打孔精度、鍍金厚度、基板質(zhì)量、是否數(shù)控打孔和熱風(fēng)整平等因素，都會(huì)影響應(yīng)用系統(tǒng)的調(diào)試、使用和壽命，差的板半年左右就出問(wèn)題，而且時(shí)好時(shí)壞，很難維修。（二）在電路板上盡量多加

28、去耦電容，一般在電路板電源入口處并上2247F的低頻電容，在中間的電源與地線間并上0.1F左右的高頻小電容去耦，每四個(gè)14腳以上的芯片附近也須加上22F電解電容和0.1F的高頻小電容去耦。這樣能保證減小電源線及地線上的毛刺，保證可靠工作。（三）很好的安排地線、電源線走線，電源線盡量粗、盡量多、盡量組成網(wǎng)絡(luò)。模擬地、數(shù)字地、電源地、大地分開(kāi)走線，在一點(diǎn)上可靠連接。小信號(hào)、模擬信號(hào)用屏蔽線，在板上走線時(shí)盡量靠近地線，遠(yuǎn)離大電流信號(hào)線、電源線。數(shù)字部分既會(huì)干擾小信號(hào)線，又會(huì)受大電流信號(hào)及電源線干擾，也要很好安排。（四）直流供電盡量使用開(kāi)關(guān)電源，開(kāi)關(guān)電源很少受市電的電壓波動(dòng)、頻率波動(dòng)的影響，也能隔離從

29、電源線進(jìn)入的傳導(dǎo)干擾。輸入輸出接口應(yīng)盡量采用光電隔離器，使控制系統(tǒng)做成全浮空的系統(tǒng)，使之不受傳導(dǎo)干擾的影響。 （五）某些小信號(hào)線、器件、電路板應(yīng)加電磁屏蔽板或罩。 第六篇 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 快熱式熱水器的功能，系統(tǒng)程序必須實(shí)現(xiàn)顯示掃描、按鍵掃描處理、加熱控制和溫度檢測(cè)（包括超溫報(bào)警）4項(xiàng)任務(wù)。51系列單片機(jī)實(shí)現(xiàn)多任務(wù)運(yùn)行的方法就是分時(shí)復(fù)用，在程序設(shè)計(jì)時(shí)要相應(yīng)地分配好各任務(wù)的CPU占用時(shí)間。對(duì)于以上幾個(gè)任務(wù)稍加分析可以看出，顯示掃描、按鍵掃描和加熱控制任務(wù)相對(duì)而言有實(shí)時(shí)要求，而溫度檢測(cè)任務(wù)則可用定時(shí)（0.51s實(shí)現(xiàn)）。第一章 主程序 系統(tǒng)在上電復(fù)位后，先對(duì)溫度寄存器、檔位寄存器賦默認(rèn)值，并進(jìn)行

30、清除超溫標(biāo)志，設(shè)置定時(shí)器及中斷系統(tǒng)的工作方式等初始化工作。由于51系統(tǒng)單片機(jī)沒(méi)有停機(jī)指令，所以可以利用主程序設(shè)置死循環(huán)反復(fù)運(yùn)行各個(gè)任務(wù)。把有實(shí)時(shí)要求的子程序（顯示掃描、按鍵掃描、加熱控制）約占用5msCPU時(shí)間，運(yùn)行測(cè)溫子程序的時(shí)間間隔為0.5s，那么循環(huán)次數(shù)應(yīng)為100次。圖6所示為主程序流程圖 第二章 顯示掃描子程序 顯示掃描子程序完成兩位共陽(yáng)數(shù)碼管的掃描顯示任務(wù)。圖7所示為顯示掃描子程序流程圖。 第三章 按鍵掃描處理子程序 按鍵掃描子程序負(fù)責(zé)逐個(gè)掃描檔位“+” 鍵、檔位“-”鍵和開(kāi)關(guān)鍵是否被按下，若有鍵被按下，則作出相應(yīng)處理。圖8所示為按鍵掃描子程序流程圖。 圖6所示為主程序流程圖 圖7顯

31、示掃描子程序流程圖 圖8按鍵掃描子程序流程圖 第四章 加熱控制程序 加熱控制程序根據(jù)用戶設(shè)定的加熱檔位和系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)，決定是否加熱和控制加熱的功率并點(diǎn)亮相應(yīng)的指示燈，若有超溫標(biāo)志，還應(yīng)打開(kāi)蜂鳴器報(bào)警。圖9所示為加熱控制程序流程圖。加熱控制程序通過(guò)控制繼電器的通斷來(lái)決定是否給電熱絲通過(guò)加熱，而加熱的功率大小則由雙向可控硅的導(dǎo)通角決定。系統(tǒng)程序利用外中斷INT1檢測(cè)市電的過(guò)零點(diǎn)，檢測(cè)到過(guò)零點(diǎn)后，立即根據(jù)設(shè)定的加熱檔位給定時(shí)器T1賦一個(gè)延時(shí)參數(shù)，并打開(kāi)定時(shí)器T1，允許其中斷。當(dāng)定時(shí)器T1計(jì)滿益出后觸發(fā)中斷，T1中斷程序就會(huì)給可控硅發(fā)一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，使其導(dǎo)通。圖10和11所示分別為過(guò)零檢測(cè)程序流程圖和

32、可控硅觸發(fā)信號(hào)控制程序流程圖。 圖9加熱控制程序流程圖 圖10零檢測(cè)程序流程圖 圖11可控硅觸發(fā)信號(hào)控制程序流程圖第五章 溫度檢測(cè)程序 溫度檢測(cè)程序的基本原理就是將溫度/頻率轉(zhuǎn)換電路測(cè)得的頻率與事先建立好的溫度/頻率表進(jìn)行比較，查找出與該頻率相應(yīng)的溫度值。在實(shí)驗(yàn)測(cè)試后建立的溫度/頻率表是0100溫度所對(duì)應(yīng)的頻率值。它是一個(gè)頻率對(duì)應(yīng)于溫度遞減的非線性函數(shù)，在C語(yǔ)言中用一個(gè)一維數(shù)組Tab101來(lái)表示，下標(biāo)為溫度，數(shù)組元素為頻率值。計(jì)算溫度的方法采用高效、準(zhǔn)確的二分法查表，查表的過(guò)程如下：（一）先給定查找的溫度最大值Tmax和最小值Tmin，即查找的范圍，根據(jù)已有的溫度表默認(rèn)最大值Tmax=100，

33、最小值Tmin=0。（二）假定測(cè)得溫度Temp為最大值與最小值餓中間值，即Temp=（Tmax+Tmin）/2。（三）將實(shí)際測(cè)得的頻率值T0rig與假定溫度Temp在表格中對(duì)應(yīng)的頻率Tabtemp相比較，如果相等，那么假定溫度就是當(dāng)前實(shí)際溫度，即完成查找。（四）若T0rigTabtemp，說(shuō)明實(shí)際溫度應(yīng)該在Tmin與Temp之間（因?yàn)檫f減函數(shù)特性），則修改查找范圍，令Tmax=Temp；同理，若T0rigTabtemp，說(shuō)明實(shí)際溫度應(yīng)該在Temp與Tmax之間，則令Tmin=Temp；（五）檢測(cè)查找范圍，若Tmax-Tmin1，則判斷T0rig更接近最大值對(duì)應(yīng)的頻率TabTmax還是最小值對(duì)應(yīng)

34、的頻率TabTmin，實(shí)際溫度值取頻率更接近的那個(gè)值即完成查找。 （六）若Tmax-Tmin1，則重復(fù)第 步驟、直到完成查找。溫度檢測(cè)程序完成溫度計(jì)算后，便刷新系統(tǒng)當(dāng)前溫度寄存器，并判斷有無(wú)超溫、置位或清除相應(yīng)的標(biāo)志位。圖12所示為溫度檢測(cè)程序流程圖。單片機(jī)使用外中斷INT0和計(jì)時(shí)器T0檢測(cè)輸入頻率的大小。為了減少測(cè)量的系統(tǒng)誤差相對(duì)值和隨機(jī)誤差對(duì)測(cè)量精度的影響，程序中取100個(gè)方波周期的和作為檢測(cè)結(jié)果。程序中使用靜態(tài)變量px0count進(jìn)行外中斷的計(jì)數(shù)，在測(cè)量開(kāi)始時(shí)，給px0count賦值2是為了讓頻率測(cè)量有準(zhǔn)確的起點(diǎn)。另外，為了區(qū)分測(cè)頻的開(kāi)始和結(jié)束，還使用了測(cè)頻開(kāi)始標(biāo)志位T0tst和測(cè)頻完成

35、標(biāo)志位Testok.圖13所示為頻率測(cè)試程序流程圖。 圖13 頻率測(cè)試程序流程圖圖12溫度檢測(cè)程序流程圖 第七篇 硬件和軟件綜合調(diào)試及性能分析 快熱式熱水器硬件電路不包含任何可調(diào)節(jié)元件，因此只要器件質(zhì)量可靠，引角焊接正確，硬件電路無(wú)須調(diào)試。該電路中的測(cè)溫部分的振蕩電路對(duì)電容C1容量比較敏感，若此電路要批量化生產(chǎn)，可在敏感電阻R24再串應(yīng)該可變電阻，以補(bǔ)償C1的容量變化。在初次試做本電路或關(guān)鍵硬件參數(shù)有調(diào)整時(shí)，應(yīng)對(duì)系統(tǒng)軟件中控制加熱功率的可控硅導(dǎo)通角延時(shí)參數(shù)表和溫度/頻率轉(zhuǎn)換表這兩部分進(jìn)行調(diào)試?？煽毓鑼?dǎo)通角延時(shí)參數(shù)主要由市電的頻率和過(guò)零檢測(cè)電路的脈沖寬度決定，可以先根據(jù)市電頻率，按等功率的要求計(jì)

36、算理論值，再根據(jù)過(guò)零檢測(cè)電路的脈沖寬度加以調(diào)整。溫度/頻率轉(zhuǎn)換表可以用對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)實(shí)測(cè)的辦法進(jìn)行測(cè)試。圖14所示為用實(shí)際電路在實(shí)驗(yàn)室測(cè)得的溫度/頻率曲線圖。第八篇 控制程序編制和調(diào)試 控制源程序清單以下是快熱式電熱水器控制源程序清單，采用C51編寫，在Keil Vision2 V2.30(C51.exe V7.0)環(huán)境下調(diào)試通過(guò)，并下載到AT89C51測(cè)試運(yùn)行成功。/*-快熱式熱水器程序MCU AT89C51 XAL 12MHzBuild by Gavin Hu, 2005.3.18-*/#pragma src#include <reg51.h>#include <intr

37、ins.h>#include <math.h>void delay(unsigned int); /延時(shí)函數(shù)void display(void); /顯示函數(shù)unsigned char keyscan(void); /按鍵掃描處理函數(shù)void heatctrl(void); /加熱控制函數(shù)void temptest(void); /測(cè)溫函數(shù)sbit swkey=P10; /開(kāi)關(guān)鍵sbit upkey=P11; /加熱檔位“+”鍵sbit downkey=P12; /加熱檔位“-”鍵sbit buzz=P105; /蜂鳴器輸出端sbit triac=P16; /可控硅觸發(fā)信號(hào)輸

38、出端sbit relay=P17; /繼電器控制信號(hào)輸出端sbit led1=P25; /加熱檔位指示燈1sbit led2=P26; /加熱檔位指示燈2sbit led3=P27; /加熱檔位指示燈3signed char data ctemp; /當(dāng)前測(cè)得水溫寄存器unsigned char data dispram2=0x10,0x10; /顯示區(qū)緩存unsigned char data heatpower,px0count; /加熱檔位寄存器、外中斷0計(jì)數(shù)器bit tempov,t0tst,testok; /超溫標(biāo)志、測(cè)溫開(kāi)始標(biāo)志、測(cè)溫完成標(biāo)志/*- 主函數(shù) void main(voi

39、d) 無(wú)參數(shù)，無(wú)返回值 循環(huán)調(diào)用顯示、鍵掃描、溫度檢測(cè)、加熱控制函數(shù)-*/void main(void) unsigned char i,j;ctemp=15; /初始化水溫寄存器heatpower=5; /初始化加熱檔位為5當(dāng)tempov=0; /清除超溫標(biāo)志swkey=0; /默認(rèn)開(kāi)關(guān)鍵被按下，進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)TMOD=0x11; /設(shè)定T0和T1工作方式為16位定時(shí)器TCON=0x05; /設(shè)置外中斷0和1為下降沿觸發(fā)IP=0x01; /設(shè)置外中斷0優(yōu)先IE=0x80; /打開(kāi)總中斷while (1) i=1; do for (j=0;j<100;j+) /循環(huán)100次約0.5s if

40、 (keyscan() i=6; /如果有鍵按下，顯示當(dāng)前檔位3s display(); /調(diào)用顯示函數(shù)一次約4ms heatctrl(); /調(diào)用加熱控制函數(shù) /end for (b=0;b<100;b+) temptest(); /每0.5s進(jìn)行一次測(cè)溫 while (-i); /通過(guò)改變循環(huán)次數(shù)i的大小決定是否刷新顯示 j=abs(ctemp); /取溫度絕對(duì)值 dispram1=j%10; /取個(gè)位數(shù)送顯示 j/=10; /取十位數(shù) dispram0=j?j:0x11; /送顯示（帶滅零） /end while (1) /*- 延時(shí)函數(shù) void delay(unsigned i

41、nt dt) 參數(shù)：dt，無(wú)返回值 延時(shí)時(shí)間=dt*500機(jī)器周期-*/void delay(unsigned int dt)register unsigned char bt; /定義寄存器變量for (; dt; dt-) for (bt=250; -bt; ); /此句編譯時(shí)以“DJNZ”實(shí)現(xiàn)，250*2=500機(jī)器周期/*- 顯示函數(shù) void display(void) 無(wú)參數(shù)，無(wú)返回值 兩位共陽(yáng)數(shù)碼管掃描顯示-*/void display(void)unsigned char code table=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x

42、80,0x90, 0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0xbf,0xff;unsigned char i,a;a=0xfe; /位選賦初值for (i=0; i<2; i+) /循環(huán)掃描兩位數(shù)碼管 P2|=0x1f; /清除位選 P0=tabledisprami; /送顯示段碼 P2&=a; /選通一位 delay(4); /延時(shí)2ms a=_crol_(a,1); /改變位選字 P0=0xff; /消影 /*- 按鍵掃描處理函數(shù) unsigned char keyscan(void) 無(wú)參數(shù)，返回值：無(wú)符號(hào)字符型，無(wú)鍵按下為0，有鍵按下為其它 影響全局變量：heatpower-*/unsigned char keyscan(void)unsigned char i,ch;if (upkey=0) /“+”鍵 buzz=0; /打開(kāi)蜂鳴器（發(fā)出按鍵音） for (i=0;i&