本課題的目的是結(jié)合太陽能熱水器的具體應(yīng)用，設(shè)計(jì)一種用于太陽能熱水器的檢測控制系統(tǒng)，以更好的實(shí)現(xiàn)對太陽能熱水器的監(jiān)控與控制。太陽能熱水器作為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。根據(jù)太陽能熱水器特點(diǎn)以及對控制器的要求，本文提出了一種基于單片機(jī)AT89C52的太陽能熱水器智能控制器的設(shè)計(jì)方法。本文在分析了解太陽能熱水器及其控制器的發(fā)展和市場分布狀況的基礎(chǔ)上，描述了太陽能熱水器控制器的組成及其工作原理。論文完成了控制器的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。在硬件設(shè)計(jì)中，利用AT89C52單片機(jī)作為控制的中心環(huán)節(jié)，控制整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)作。利用溫度傳感器DS18B20和分段式水位傳感器作為水溫水位測量環(huán)節(jié)，并將測量結(jié)果送單片機(jī)進(jìn)行處理。利用DS12887作為時(shí)鐘芯片，以實(shí)現(xiàn)時(shí)間以及日期的顯示。選用液晶顯示模塊12864顯示水溫水位時(shí)間及日期，顯示部分是人機(jī)交換的重要媒介之一。在軟件設(shè)計(jì)部分采用模塊化結(jié)構(gòu)，完成了包括主程序，水位檢測子程序、LCD顯示等子程序的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)主程序主要完成一些初始化功能，溫度的檢測以及控制輔助加熱系統(tǒng)，同時(shí)完成信號轉(zhuǎn)換及送顯示功能；水位檢測子程序完成水位測量及送數(shù)據(jù)功能；顯示子程序完成水溫水位及時(shí)間日期的顯示功能；鍵盤掃描子程序?qū)崿F(xiàn)功能轉(zhuǎn)換及水溫水位時(shí)間的設(shè)定。論文通過對整體設(shè)計(jì)方案，硬件電路，軟件程序的設(shè)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)了太陽能熱水器的水溫水位的檢測與控制，具有實(shí)際的意義。關(guān)鍵詞：太陽能熱水器；傳感器；DS12887；單片機(jī)；FYD12864-0402BAbstractThepurposeofthisstudyistointroduceakindofsolarwaterheaterdetectionbasedontheapplicationofsolarwaterheater，achievingtodothebettermonitoringandcontrolingofthesolarwaterheater.Solarwaterheater，asoneofthemostcommonuseofthesolarenergyutilization.Theeconomicbenefitisobviouslyandthepopularizationandapplicationisrapidly.Accordingtothecharacteristicsofsolarwaterheaterandtherequirementofthecontroller，hereshowsadesignmethodofthesolarwaterheaterintelligentcontrollerbasedontheclockchipDS12887.Intheanalysisofthearticleaboutsolarwaterheatersandcontrolofthedevelopmentandmarketconditiononthebasisofdistribution,solarwaterheatersofthecontrollerandtheprincipleofwork.Thepapersfinishthecontrolofthehardwareandsoftwaredesign.InhardwaredesignofAT89C52monolithicintegratedcircuitstocontrolcentersegmentsofthewholesystem.UseofthetemperaturesensorsDS18B20andsectionalformsensorstomeasurethelevelasthewater,andmeasurementstakenforprocessingmonolithicintegratedcircuits.UseDS12887astheclock,torealizethetimeanddatedisplay.UseLCDmodules12864showthattheleveloftimeanddate,thedisplayispartoftheexchangeofoneoftheman-machineimportantvehicle.Insoftwaredesignofstructure,usemodularcompletedincludetheprogram,theleveloftheinspectionorsubroutinesLCDdisplaydesignandsoon.Themainprogramofthesystemperformssomeoftheinitialization,thetemperatureoftheinspectionandcontroltheheatingsystemandtheauxiliarysignaltoshowcompletetheexerciseandfunctiontestingprograms；thewater,themeasurementandsenddatatodisplaythefunctions；asubroutinetocompletethewaterandtimefunctionsofthedatedisplay；scanasubroutineintothefunctionandthetimeset.Thispaperontheoveralldesign,software,hardwarecircuitanalysisofdesigns,makethemeasurementandcontrolofthesolarwaterheaterintorealize,whichhasplayedasignificantroleinthedailylife.Keywords:solarwaterheater;sensor;DS12887;MCU;FYD12864-0402B目錄摘要IAbstractII第1章緒論1太陽能熱水器控制器的發(fā)展概況及市場分析1發(fā)展概況1市場分析1太陽能熱水器控制器的應(yīng)用及意義1第2章控制器的組成及工作原理3太陽能熱水器的結(jié)構(gòu)及工作原理32.1.1太陽能熱水器的結(jié)構(gòu)32.1.2控制器結(jié)構(gòu)及工作原理5控制器的總體設(shè)計(jì)62設(shè)計(jì)思想及實(shí)現(xiàn)功能6方案論證6第3章控制器硬件設(shè)計(jì)8控制器原理框圖8單片機(jī)外圍電路8晶振電路9上電復(fù)位電路9控制器時(shí)鐘接口電路設(shè)計(jì)103.3.1DS12887時(shí)鐘芯片簡介113.3.2時(shí)鐘電路18溫度檢測電路設(shè)計(jì)19數(shù)字溫度傳感器DS18B20主要特性19溫度檢測電路設(shè)計(jì)20水位檢測及鍵盤電路設(shè)計(jì)21水位檢測電路設(shè)計(jì)21鍵盤電路的設(shè)計(jì)21總體電路設(shè)計(jì)21顯示接口電路的設(shè)計(jì)213.7.1FYD12864-0402B模塊簡介223.7.2顯示電路設(shè)計(jì)26光電隔離與輔助加熱電路設(shè)計(jì)27第4章控制器的軟件設(shè)計(jì)31主程序設(shè)計(jì)31水位檢測子程序33鍵盤掃描子程序設(shè)計(jì)33顯示子程序設(shè)計(jì)34結(jié)論35參考文獻(xiàn)36致謝37附錄1：電路圖38附錄2：部分程序39第1章緒論1.1太陽能熱水器控制器的發(fā)展概況及市場分析1.1.1發(fā)展概況當(dāng)今社會發(fā)展日新月異，人們衣食住行也在不斷的提高。據(jù)國家經(jīng)貿(mào)委資源與綜合利用司提供的消息，我國已成為世界上最大的太陽能熱水器生產(chǎn)和使用國。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。近幾年來，人們逐步研究出各種新型的控制器，值控制功能更加完善，控制更加精確，給人們提供了很大的方便。1.1.2市場分析據(jù)中國五金制品協(xié)會統(tǒng)計(jì)，目前中國城市家庭中，57.4%擁有燃?xì)鉄崴鳎?1.3%擁有電熱水器，擁有的太陽能熱水器只有7.6%。但在城市家庭的購買預(yù)期調(diào)查中，三者的比例將演變?yōu)?5.8%、30.2%、23.2%，太陽能熱水器的比例將大幅增長，一種融合三者之長的家庭熱水中心也將占據(jù)9.5%的比例。據(jù)國家信息中心經(jīng)濟(jì)預(yù)測部所做的全國消費(fèi)者家用電器消費(fèi)意向調(diào)查結(jié)果顯示，99年城鎮(zhèn)家庭熱水器的購買量為8.84臺/百戶，銷售總量比98年增長11%左右，傳統(tǒng)的燃?xì)鉄崴鳟a(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)升級換代，迎來安全時(shí)代，電熱水器持續(xù)升溫，逐漸成為市場較活躍的家電商品之一，作為熱水器市場的新秀，太陽能熱水器開始嶄露頭角。1.2太陽能熱水器控制器的應(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。而在太陽能熱水器的整個(gè)系統(tǒng)中，起到至關(guān)重要的作用的中心環(huán)節(jié)就是檢測控制系統(tǒng)?？刂破鞑粌H實(shí)現(xiàn)了對水溫，水位的檢測與控制，而且也實(shí)現(xiàn)了對時(shí)間，日期的控制及顯示。該控制器有主從兩個(gè)系統(tǒng)，其中從系統(tǒng)屬于輔助加熱系統(tǒng)，在陰天下雨等陽光不充足的情況下，從系統(tǒng)發(fā)揮作用對水進(jìn)行加熱，以達(dá)到熱水24小時(shí)供應(yīng)的目的[1]。第2章控制器的組成及工作原理2.1太陽能熱水器的結(jié)構(gòu)及工作原理2.1.現(xiàn)在市場上的太陽能熱水器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，但總和看來，主要有三個(gè)部分：1.循環(huán)（保溫）水箱；2.集熱器；3.連接管道。而各個(gè)部分發(fā)揮了不同的作用：1.集熱器：系統(tǒng)中的集熱元件。其功能相當(dāng)于電熱水器中的電熱管。和電熱水器、燃?xì)鉄崴鞑煌氖牵柲芗療崞骼玫氖翘柕妮椛錈崃?，故而加熱時(shí)間只能在有太陽照射的白晝。2.保溫水箱：和電熱水器的保溫水箱一樣，是儲存熱水的容器。因?yàn)樘柲軣崴髦荒馨滋旃ぷ?，而人們一般在晚上才使用熱水，所以必須通過保溫水箱把集熱器在白天產(chǎn)出的熱水儲存起來。容積是每天晚上用熱水量的總和。采用同樂搪瓷內(nèi)膽承壓保溫水箱，保溫效果好，耐腐蝕，水質(zhì)清潔，使用壽命可長達(dá)20年以上。3.連接管道（循環(huán)水管）：將熱水從集熱器輸送到保溫水箱、將冷水從保溫水箱輸送到集熱器的通道，使整套系統(tǒng)形成一個(gè)閉合的環(huán)路。設(shè)計(jì)合理、連接正確的循環(huán)管道對太陽能系統(tǒng)是否能達(dá)到最佳工作狀態(tài)至關(guān)重要。熱水管道必須做保溫處理。管道必須有很高的質(zhì)量，保證有20年以上的使用壽命。圖2-1為系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)。但通常在實(shí)用的太陽能熱水器系統(tǒng)中，需要外加一個(gè)補(bǔ)給水箱，以保證冷水的正常連續(xù)供應(yīng)。圖2-2為典型實(shí)用熱水器的裝置簡圖。圖2-2中標(biāo)號分別代表為：1-集熱器；2-下降水管；3-循環(huán)（保溫）水箱；4-補(bǔ)給水箱；5-上升水管；6-自來水管；7-熱水出水管。工作原理：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，水圖2-1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖圖2-2熱水器裝置簡圖的比重減輕，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。2.1.2控制器結(jié)構(gòu)及工作原理控制器主要由主控制器（即單片機(jī)），溫度檢測單元，水位檢測單元以及輔助加熱單元組成。各個(gè)單元發(fā)揮各自不同的作用及功能。外接顯示器以及按鍵作為人機(jī)交流介質(zhì)。太陽能熱水器控制器結(jié)構(gòu)看似復(fù)雜，但總結(jié)重要部分，得出結(jié)構(gòu)簡圖如下圖2-3所示：圖2-3控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖在圖2-3中，T1代表保溫水箱中的溫度傳感器。T2代表保溫水箱中的水位自動控制系統(tǒng)。F1代表冷水閥門。F2代表循環(huán)水管閥門。F3代表循環(huán)水管閥門。F4代表熱水閥門。工作原理：不用水時(shí)，閥門F1，F(xiàn)4關(guān)閉，F(xiàn)2，F(xiàn)3打開，熱水在保溫水箱和集熱器中流動。T1傳感器實(shí)時(shí)檢測溫度。用水時(shí)，閥門F4打開，傳感器T2檢測水位，當(dāng)水位低于設(shè)定最小值時(shí)沒打開閥門F1給水箱供水。當(dāng)陽光不足時(shí)，溫度傳感器T1檢測水溫不在升高且達(dá)不到設(shè)定值，則發(fā)出命令啟動從系統(tǒng)進(jìn)行電加熱。整個(gè)系統(tǒng)循環(huán)運(yùn)作，可以達(dá)到24小時(shí)提供熱水的目的。2.2控制器的總體設(shè)計(jì)2.2.1設(shè)計(jì)思想及實(shí)現(xiàn)功能本文設(shè)計(jì)的太陽能熱水器控制器以AT89C52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。2.2.2方案論證方案一：基于FPGA的太陽能熱水器控制系統(tǒng)本方案利用EDA技術(shù)和VHDL語言，設(shè)計(jì)了基于FPGA的太陽能熱水器控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的硬件電路及相關(guān)配套軟件，使系統(tǒng)能夠完成太陽能熱水器溫度、水位參數(shù)的采集和對采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)記錄、處理、分析、顯示和控制等功能方案二：基于CPLD的太陽能熱水器控制系統(tǒng)本方案以Altera公司的EPMl270芯片作為數(shù)據(jù)處理器，將外界各種電路檢測得到的環(huán)境信息進(jìn)行綜合處理和分析，智能化地解決太陽能熱水器日常使用中普遍存在的問題。方案三：基于89C51單片機(jī)的太陽能熱水器控制系統(tǒng)本方案以89C51單片機(jī)為核心控制整個(gè)系統(tǒng)，選用合適傳感器及接口，鍵盤，顯示電路，實(shí)現(xiàn)太讓能熱水器的溫度，壓力，時(shí)間檢測與控制。另外，從系統(tǒng)為點(diǎn)加熱系統(tǒng)，在陽光不足的情況下實(shí)現(xiàn)輔助加熱。綜合三個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，從現(xiàn)實(shí)可行性，經(jīng)濟(jì)條件以及個(gè)人知識掌握情況考慮本設(shè)計(jì)選用第三種方案。第3章控制器硬件設(shè)計(jì)3.1控制器原理框圖根據(jù)設(shè)計(jì)思想，系統(tǒng)的硬件接口電路應(yīng)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、按鍵電路，顯示電路以及電輔助加熱電路等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3-1所示：圖3-1控制器系統(tǒng)框圖3.2單片機(jī)外圍電路根據(jù)控制要求，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。僅使用單片機(jī)內(nèi)部RAM已完全能夠滿足要求。因此采用本系統(tǒng)采用Atmel公司的單片機(jī)AT89S52作為熱水器控制器系統(tǒng)的控制中心環(huán)節(jié)。主要從以下特點(diǎn)考慮：1.AT89S52是一種低功耗，高性能CMOS工藝的8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)提供高靈活，超有效的解決方案。2.AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8K字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，一個(gè)6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52可降至0KHZ靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，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)停止工作，直到一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。3.AT89S52有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含8個(gè)中斷口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通信口，2個(gè)讀寫口線。AT89S52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，可反復(fù)擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。3.2.1晶振電路單片機(jī)的時(shí)鐘信號通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩方式和外部震蕩方式。本設(shè)計(jì)中，在引腳XTAL1和XTAL2端外接石英晶體振蕩器，就構(gòu)成了內(nèi)部震蕩方式。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自己震蕩器，并產(chǎn)生震蕩時(shí)鐘脈沖。晶振通常選用6MHz，12MHz或24MHz。本設(shè)計(jì)選用12MHz晶振。如圖3-2所示，電容C2，C3起穩(wěn)定震蕩頻率，快速起震的作用。電容值通常為5-30pF。內(nèi)部震蕩方式所得的時(shí)鐘信號比較穩(wěn)定，實(shí)用電路中使用最多。3.2.設(shè)計(jì)中用的是上電復(fù)位，是指單片機(jī)只要一上電，便自動的進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。圖3-3是上電復(fù)位電路。當(dāng)采用的晶體頻率為12MHZ時(shí)，可采取C=10uF，R=8。2KΩ[2]。圖3-2晶振電路圖3-3上電復(fù)位電路3.3控制器時(shí)鐘接口電路設(shè)計(jì)為了給用戶提供方便，本設(shè)計(jì)加入一種時(shí)間芯片，它可以為用戶提供準(zhǔn)確的時(shí)間及日期。具有良好的使用性質(zhì)。本系統(tǒng)采用美國DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的時(shí)鐘芯片DS12887，該芯片采用CMOS技術(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MC146818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)，完全能夠滿足設(shè)計(jì)需要。3.3.1DS12887時(shí)鐘芯片簡介美國達(dá)拉斯半導(dǎo)體公司(Dallas)最新推出DS12887的串行接口實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，采用CMOS技術(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/DS主要技術(shù)特點(diǎn)1.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)DS12887內(nèi)部有14個(gè)時(shí)鐘控制寄存器，包括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BCD碼表示。(6)工作電壓：+4.5～5.5V、工作電流：7～15mA。(7)工作溫度范圍：0～70°C。2.DS12887內(nèi)部結(jié)構(gòu)及管腳說明DS12887/DS12C887為24引腳芯片，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-4所示。圖3-4DS18B20內(nèi)部框圖其中：MOT：計(jì)算機(jī)總線選擇端；SQW：方波輸出，速率和是否輸出由專用寄存器A、B的預(yù)置參數(shù)決定；AD0～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。DS12887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3-5所示。圖3-5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)VCC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和計(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VCC時(shí)，選擇MOTOROLA時(shí)序，當(dāng)接到GND時(shí)，選擇INTEL時(shí)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MOTOROLA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DS12887。DS(數(shù)據(jù)選通或讀輸入)：DS/RD管腳有兩種操作模式，取決于MOT管腳的電平，當(dāng)使用MOTORO2LA時(shí)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DS12887驅(qū)動雙向總線的時(shí)刻；在寫周期，DS的后沿使DS12887鎖存寫數(shù)據(jù)。選擇INTEL時(shí)序時(shí)，DS稱作(RD)，RD與典型存貯器的允許信號(OE)的定義相同。R/W(讀/寫輸入)：R/W管腳也有兩種操作模式。選MOTOROLA時(shí)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DS12887有效復(fù)位。3.DS12887/DS12C887內(nèi)部寄存器的功能因DS12887和DS12C887結(jié)構(gòu)功能上類似，現(xiàn)以DS12887為例說明如下：CPU通過讀DS12887的內(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碼初始化芯片的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RAM的單片機(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DS12887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3-1所列：表3-1DS12887控制寄存器A各布爾位定義：BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0UIPDV2DV1DV0RS3RS2RS1RS0(1)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244μs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500ms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)間開始工作。這與MC146818不同的是，DS12887固定使用32768Hz的內(nèi)部晶體，所以，DV0=“0”，DV1=“1”，DV2=“0”，即只有一種010的組合選擇即可啟動RTC。(3)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3-5（見17頁）所列。寄存器B的控制字的格式如表3-3所列。表3-2DS12887控制寄存器B各布爾位定義BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0SETPIEALEUIESQWEDW24/21DSE(a)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。(b)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。(c)SQWE位：方波輸出允許位。SQWE“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SQW保持低電平。(d)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碼；DM=“1”時(shí)，為二進(jìn)制碼。(e)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。(f)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)容將自動清零，從而使IRQF標(biāo)志位變?yōu)楦唠娖剑駝t，芯片將無法向CPU申請下一次中斷。表3-4所示的為控制寄存器C各布爾位定義：表3-3DS12887控制寄存器C各布爾位定義BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0IRPFPFAFUF0000(a)IRQF位：中斷申請標(biāo)志位。該位邏輯表達(dá)式為：IRQF=PF·PIE+AF·AIE+UF·UIE。當(dāng)IRQF位變“1”時(shí)，引腳將變低電平引發(fā)中斷申請。(b)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”。(c)BIT3～BIT0：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3-5所示。表3-4DS12887控制寄存器D各布爾位定義BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0VRT0000000(a)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，該位將自動置“1”。(b)BIT6～BIT0位：保留位。讀出的數(shù)值始終為0。表3-5DS12887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32768Hz時(shí)基RS3RS2RS1RS0中短周期SQWF輸出頻率(Hz)0000無無00013.90625ms25600107.8125ms1280011122.0us8.192k0100244.141us4.096k0101488.281us2.048k0110976.5625us1.024k01111.953125ms51210003.90625ms25610017.812ms128101015.625ms64101131.25ms32110062.5ms161101125ms81110250ms41111500ms2注釋：寄存器B允許讀寫，主要用于控制芯片的工作狀態(tài)。3.3.2時(shí)鐘電路DS12887時(shí)鐘芯片與AT89C52單片機(jī)的接口電路見下圖3-6。圖3-6DS12887與單片機(jī)接口電路模式選擇腳MOT接地，選擇INTEL時(shí)序。DS12887的高位地址用89C52的P14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(00H～80H)，DS12887的中斷輸出端IRQ接上拉電阻，同89C52中斷線INTO相連，為單片機(jī)提供中斷信號。SQW端口編程為2Hz方波輸出，經(jīng)二分頻后，驅(qū)動兩個(gè)3.4溫度檢測電路設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)對水箱內(nèi)水溫的實(shí)時(shí)檢測，蓄水箱溫度檢測電路采用DS18B20芯片，該芯片將采集到的溫度信號轉(zhuǎn)換成脈沖信號，送到AT89C52的I/O口(編程為計(jì)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。3.4.1數(shù)字溫度傳感器DS18B20主要特性一線式數(shù)字溫度傳感器DS18B20是DS1820的更新?lián)Q代產(chǎn)品(由美國DAIIAS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≈218×1014只DS18B20，再加上DS18B20獨(dú)特的單線總線結(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。DS18B20的特性如下：(1)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DS18B20的雙向通訊。(2)DS18B20支持組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的單線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫。(3)DS18B20的測溫范圍為：-55℃～+125℃，在-10℃～+85℃時(shí)，(4)DS18B20的測溫結(jié)果的數(shù)字量位數(shù)從9～12位，可編程進(jìn)行選擇。(5)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℃，增量值為0。5℃(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ROM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)RAM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)字節(jié)為符號位和溫度值的補(bǔ)碼高DS18B20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。DS18B20傳感器精度高、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。3.4.2溫度檢測電路設(shè)計(jì)具體電路如圖3-7所示：圖3-7溫度檢測電路工作原理：DS18B20的數(shù)據(jù)口與單片機(jī)相連，單片機(jī)P13口通過讀口線數(shù)據(jù)，經(jīng)處理后送LCD12864顯示[4.5]。3.5水位檢測及鍵盤電路設(shè)計(jì)水位檢測電路與鍵盤均是由按鍵開關(guān)組成，由于所用按鍵數(shù)量不多，只用單片機(jī)自身口線寂靜足夠，因此采用獨(dú)立式鍵盤設(shè)計(jì)，這樣也使查詢過程簡單。3.5.1蓄水箱水位及溫度檢測部分是實(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。在此設(shè)計(jì)中有四個(gè)水位段，分別是低水位、中水位、高水位和超高水位。在實(shí)用中，是利用水的導(dǎo)電性原理使電路通路從而判斷水位。在本設(shè)計(jì)中通過四個(gè)單刀單擲開關(guān)K1-K4來表示這四種水位，通過掃描著四個(gè)開關(guān)的開啟閉合狀態(tài)從而判斷出水位狀態(tài)[6.7]。3.5.2鍵盤電路的設(shè)計(jì)由于本設(shè)計(jì)所使用的鍵盤數(shù)量不多，利用4個(gè)按鍵鍵盤來實(shí)現(xiàn)功能操作。4個(gè)按鍵分別為功能選擇鍵，輔助加熱開關(guān)以及設(shè)定值調(diào)節(jié)按鍵“+”和“-”。3.5.將水位測量電路及按鍵電路組成獨(dú)立式鍵盤形式，這樣的設(shè)計(jì)有利于檢測開關(guān)閉合情況及實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。電路圖如圖3-8所示。3.7顯示接口電路的設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)對水溫水位以及時(shí)間的形象顯示，本設(shè)計(jì)采用FYD12864-0402B液晶顯示模塊。該模塊為128*64點(diǎn)陣顯示，不僅能顯示漢字，而且可以顯示圖像，可以使實(shí)用者的操作更為簡單，清晰。圖3-8矩陣鍵盤電路3.7.1FYD12864-0402B模塊簡介一．概述12864是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級、二級簡體中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64，內(nèi)置8192個(gè)16*16點(diǎn)漢字，和128個(gè)16*8點(diǎn)ASCII字符集。利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面?？梢燥@示8×4行16×16點(diǎn)陣的漢字。也可完成圖形顯示。低電壓低功耗是其又一顯著特點(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)或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊?；咎匦裕旱碗娫措妷海╒DD：+3.0--+5.5V）顯示分辨率：128×64點(diǎn)內(nèi)置漢字字庫，提供8192個(gè)16×16點(diǎn)陣漢字(簡繁體可選)內(nèi)置128個(gè)16*8點(diǎn)陣字符2MHZ時(shí)鐘頻率顯示方式：STN、半透、正顯驅(qū)動方式：1/32DUTY，1/5BIAS視角方向：6點(diǎn)背光方式：側(cè)部高亮白色LED，功耗僅為普通LED的1/5—1/10通訊方式：串行、并口可選內(nèi)置DC-DC轉(zhuǎn)換電路，無需外加負(fù)壓無需片選信號，簡化軟件設(shè)計(jì)工作溫度：0℃-+55℃，存儲溫度：-20二．模塊主要硬件構(gòu)成說明控制器接口信號說明：RS，R/W的配合選擇決定控制界面的4種模式，如表3-6所示：表3-6四種模式RSR/W功能說明LLMPU寫指令到指令暫存器（IR）LH讀出忙標(biāo)志（BF）及地址記數(shù)器（AC）的狀態(tài)HLMPU寫入數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)暫存器（DR）HHMPU從數(shù)據(jù)暫存器（DR）中讀出數(shù)據(jù)表3-7是對E信號的特殊說明。表3-7E信號說明E狀態(tài)執(zhí)行動作結(jié)果高——>低I/O緩沖——>DR配合/W進(jìn)行寫數(shù)據(jù)或指令高DR——>I/O緩沖配合R進(jìn)行讀數(shù)據(jù)或指令低/低——>高無動作忙標(biāo)志：BFBF標(biāo)志提供內(nèi)部工作情況。BF=1表示模塊在進(jìn)行內(nèi)部操作，此時(shí)模塊不接受外部指令和數(shù)據(jù)。BF=0時(shí)，模塊為準(zhǔn)備狀態(tài)，隨時(shí)可接受外部指令和數(shù)據(jù)。利用STATUSRD指令，可以將BF讀到DB7總線，從而檢驗(yàn)?zāi)K之工作狀態(tài)。字型產(chǎn)生ROM（CGROM）字型產(chǎn)生ROM（CGROM）提供8192個(gè)此觸發(fā)器是用于模塊屏幕顯示開和關(guān)的控制。DFF=1為開顯示（DISPLAYON)，DDRAM的內(nèi)容就顯示在屏幕上，DFF=0為關(guān)顯示（DISPLAYOFF)。DFF的狀態(tài)是指令DISPLAYON/OFF和RST信號控制的。顯示數(shù)據(jù)RAM（DDRAM）模塊內(nèi)部顯示數(shù)據(jù)RAM提供64×2個(gè)位元組的空間，最多可控制4行16字（64個(gè)字）的中文字型顯示，當(dāng)寫入顯示數(shù)據(jù)RAM時(shí)，可分別顯示CGROM與CGRAM的字型；此模塊可顯示三種字型，分別是半角英數(shù)字型(16*8)、CGRAM字型及CGROM的中文字型，三種字型的選擇，由在DDRAM中寫入的編碼選擇，在0000H—0006H的編碼中（其代碼分別是0000、0002、0004、0006共4個(gè)）將選擇CGRAM的自定義字型，02H—7FH的編碼中將選擇半角英數(shù)字的字型，至于A1以上的編碼將自動的結(jié)合下一個(gè)位元組，組成兩個(gè)位元組的編碼形成中文字型的編碼BIG5（A140—D75F），GB（A1A0-F7FFH）。字型產(chǎn)生RAM(CGRAM)字型產(chǎn)生RAM提供圖象定義(造字)功能，可以提供四組16×16點(diǎn)的自定義圖象空間，使用者可以將內(nèi)部字型沒有提供的圖象字型自行定義到CGRAM中，便可和CGROM中的定義一樣地通過DDRAM顯示在屏幕中。地址計(jì)數(shù)器AC地址計(jì)數(shù)器是用來貯存DDRAM/CGRAM之一的地址，它可由設(shè)定指令暫存器來改變，之后只要讀取或是寫入DDRAM/CGRAM的值時(shí)，地址計(jì)數(shù)器的值就會自動加一，當(dāng)RS為“0”時(shí)而R/W為“1”時(shí)，地址計(jì)數(shù)器的值會被讀取到DB6——DB0中。光標(biāo)/閃爍控制電路此模塊提供硬體光標(biāo)及閃爍控制電路，由地址計(jì)數(shù)器的值來指定DDRAM中的光標(biāo)或閃爍位置。三．模塊接口說明表3-8所示的為LCD液晶顯示芯片的管腳說明。表3-8芯片引腳說明管腳號管腳名稱電平管腳功能描述并行串行1VSS0V電源地2VCC3.0+5V電源正3V0-對比度（亮度）調(diào)整4RS(CS）H/L寄存器選擇端：H數(shù)據(jù)；L指令片選，低有效5R/W(SID)H/L讀/寫選擇端：H讀；L寫串行數(shù)據(jù)線6E(SCLK)H/L使能信號串行時(shí)鐘輸入7-10DB0-BD3H/L數(shù)據(jù)總線低四位空接11-14DB4-DB7H/L數(shù)據(jù)總線高四位，4位并口時(shí)空接空接15PSBH/LH：8位或4位并口方式；L：串口方式（見注釋1）16NC-空腳17/RESETH/L復(fù)位端，低電平有效（見注釋2）18VOUT-LCD驅(qū)動電壓輸出端19AVDD背光源正端（+5V）（見注釋3）20KVSS背光源負(fù)端（見注釋3）注釋1.如在實(shí)際應(yīng)用中僅使用并口通訊模式，可將PSB接固定高電平，也可以將模塊上的J8和“VCC”用焊錫短接。注釋2.模塊內(nèi)部接有上電復(fù)位電路，因此在不需要經(jīng)常復(fù)位的場合可將該端懸空。注釋3.如背光和模塊共用一個(gè)電源，可以將模塊上的JA、JK用焊錫短接。四、指令說明模塊控制芯片提供兩套控制命令，基本指令和補(bǔ)充指令。表3-9所列為模塊的基本指令。備注：當(dāng)IC2在接受指令前，微處理器必須先確認(rèn)其內(nèi)部處于非忙碌狀態(tài)，即讀取BF標(biāo)志時(shí)，BF需為零，方可接受新的指令；如果在送出一個(gè)指令前并不檢查BF標(biāo)志，那么在前一個(gè)指令和這個(gè)指令中間必須延長一段較長的時(shí)間，即是等待前一個(gè)指令確實(shí)執(zhí)行完成。3.7.2顯示電路設(shè)計(jì)液晶顯示模塊與單片機(jī)的借口電路如圖3-9所示。在本設(shè)計(jì)中，使PSB管腳接地，以選擇串行工作方式，進(jìn)而只通過三根線將12864與單片機(jī)相連進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。其中腳CS為片選段，次腳低電平有效；腳SID為串行數(shù)據(jù)線，單片機(jī)中數(shù)據(jù)通過此線發(fā)送到12864中以用于顯示；腳SCLK為串行的時(shí)鐘脈沖信號輸入。串行通信方式所占用的單片機(jī)口線少，因此不用做LCD擴(kuò)展。一般液晶顯示模塊與單片機(jī)的接口分為直接訪問方式和間接控制方式，間接控制方式還分為一位串行、4位并行以及8位并行。本文采用的AT89S52和液晶12864LCD模塊的接口電路如圖所示。由于12864采用串口通信，其特點(diǎn)是占用單片機(jī)口線少，電路簡單、直觀、操作方便。在此電路中，采用軟件模擬液晶的時(shí)序，達(dá)到正確顯示的目的。圖3-912864LCD顯示電路3.8光電隔離與輔助加熱電路設(shè)計(jì)在陽光充足時(shí)，熱水器能夠正常加熱工作，但是在陰雨天，由于陽光不足，水溫有時(shí)會達(dá)不到所需的設(shè)定溫度。因此本設(shè)計(jì)給出了一套從系統(tǒng)，即輔助加熱系統(tǒng)，在光線不足的時(shí)候，可以啟動次從系統(tǒng)對水箱中的水進(jìn)行加熱，以實(shí)現(xiàn)熱水的連續(xù)供應(yīng)[9]。輔助加熱系統(tǒng)電路圖如圖3-10所示：器件選擇：1.光耦合器選用型號6N137。該型號是一款用于單通道的高速光耦合器，其內(nèi)部有一個(gè)850nm波長AlGaAsLED和一個(gè)集成檢測器組成，其檢測器由一個(gè)光敏二極管、高增益線性運(yùn)放及一個(gè)肖特基鉗位的集電極開路的三極管組成。表3-9指令表（RE=0：基本指令）指令指令碼功能RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0清除顯示0000000001將DDRAM填滿"20H"，并且設(shè)定DDRAM的地址計(jì)數(shù)器(AC)到"00H"地址歸位000000001X設(shè)定DDRAM的地址計(jì)數(shù)器(AC)到"00H"，并且將游標(biāo)移到開頭原點(diǎn)位置；這個(gè)指令不改變DDRAM的內(nèi)容顯示狀態(tài)開/關(guān)0000001DCBD=1：整體顯示ONC=1：游標(biāo)ONB=1：游標(biāo)位置反白允許游標(biāo)或顯示移位控制000001S/CR/LXX設(shè)定游標(biāo)的移動與顯示的移位控制位；這個(gè)指令不改變DDRAM的內(nèi)容讀取忙標(biāo)志和地址01BFAC6AC5AC4AC3AC2AC1AC0讀取忙標(biāo)志(BF)可以確認(rèn)內(nèi)部動作是否完成，同時(shí)可以讀出地址計(jì)數(shù)器(AC)的值功能設(shè)定00001DLX0REXXDL=1(必須設(shè)為1)RE=1；擴(kuò)充指令集動作RE=0；基本指令集動作圖3-10輔助加熱電路圖具有溫度、電流和電壓補(bǔ)償功能，高的輸入輸出隔離，LSTTL/TTL兼容，高速(典型為10MBd)，5mA的極小輸入電流。相關(guān)參數(shù)：最大輸入電流，低電平：250uA；最大輸入電流，高電平：15mA；最大允許低電平電壓(輸出高)：0.8v；最大允許高電平電壓，Vcc最大電源電壓，輸出：5.5V；扇出(TTL負(fù)載)：8個(gè)(最多)；工作溫度范圍：-40°C至+85°C。2.續(xù)流二極管選用型號IN4007。其具有直插功率特性以及小功率低頻特性。相關(guān)參數(shù)：最高反向峰值電壓1000V；平均整流電流1.0A；最大峰值浪涌電流30A；最大反向漏電流5.0uA；正向壓降1.3.繼電器選用型號HLR1000-240DT1H2Q。該型號可用于交流50/60HZ，額定工作電壓277V，直流電壓至220V的控制電路中，適用于額定工作電流40A（AC—8a）；30A(AC—8b)的單相空調(diào)的壓縮機(jī)或電動機(jī)控制，也可用于電加熱、電動工具及各種電動機(jī)、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)、包裝機(jī)和食品加工機(jī)械等電器及設(shè)備的單相負(fù)載電路的控制。相關(guān)參數(shù)：1）額定絕緣電壓Ui：600V2）額定工作電壓Ue：AC277V。3）額定工作電流：Ie=30A（AC-8b）；Ith=40A。4）機(jī)械壽命＞100萬次；電壽命＞10萬次。5）線圈工作電壓范圍：繼電器線圈在70%

Us~110%

Us范圍內(nèi)可靠吸合并工作，釋放電壓在20%

Us~70%

Us范圍內(nèi)。6）產(chǎn)品線圈工作電壓Us=208~240V。工作原理：當(dāng)單片機(jī)89C52P3.3口輸出高電平時(shí)，三極管Q1導(dǎo)通，致使發(fā)光二極管發(fā)光，同時(shí)光敏三極管導(dǎo)通，繼電器閉合，電阻絲第4章控制器的軟件設(shè)計(jì)51單片機(jī)的C語言采用C51編譯器(簡稱C51)。由C51產(chǎn)生的目標(biāo)代碼短，運(yùn)行速度高，所需存儲空間小，符合C語言的ANSI標(biāo)準(zhǔn)，生成的代碼遵循INTEL目標(biāo)文件格式，而且可與A51會變語言或PL/M51語言目標(biāo)代碼混合使用。應(yīng)用C51編程具有以下優(yōu)點(diǎn)：1.C51管理內(nèi)部寄存器和存儲器的分配，編程時(shí)，無需考慮不同存儲器的尋址和數(shù)據(jù)類型等細(xì)節(jié)問題。2.程序由若干函數(shù)組成，具有良好的模塊化結(jié)構(gòu)；3.有豐富的子程序庫可以直接飲用，從而大大減少用戶編程的工作量。4.C語言和會變語言可以交叉使用，會變語言程序代碼短，運(yùn)行速度快，但復(fù)雜運(yùn)算編程耗時(shí)。如果用匯編語言編寫與硬件有關(guān)的部分程序，用C語言編寫與硬件無關(guān)的運(yùn)算部分程序，充分發(fā)揮兩種語音呢的長處，可以提高開發(fā)效率[10]。4.1主程序設(shè)計(jì)熱水器不論在什么樣的天氣里，都能夠隨時(shí)向用戶提供設(shè)定溫度的熱水，從而給用戶帶來便利。根據(jù)這一要求，控制器軟件設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，包括主程序，鍵盤子程序，水位檢測子程序，LCD顯示子程序等。系統(tǒng)主程序主要完成以下幾種功能：1.溫度的檢測及數(shù)據(jù)處理2.控制輔助加熱系統(tǒng)工作3.送液晶顯示模塊顯示4.芯片初始化，開中斷功能系統(tǒng)主程序流程圖如圖4-1所示。對于溫度和時(shí)間設(shè)定，每次設(shè)定結(jié)束后，就將設(shè)定值存入DS12887的非易失性RAM中，下次開機(jī)時(shí)進(jìn)行讀取。這樣作至少有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是系統(tǒng)在不進(jìn)行設(shè)定時(shí)，就認(rèn)定該設(shè)定值和先前一次一樣，解決了每次開機(jī)總要從頭設(shè)定的問題，另一個(gè)是若系統(tǒng)在運(yùn)行中間停電而再次來電時(shí)，可以不用重新設(shè)定，就能按原設(shè)定值對溫度進(jìn)行控制，增強(qiáng)了控制器適應(yīng)外界變化的能力。對提前加熱時(shí)間的計(jì)算，則是系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能的重要一環(huán)[11.12圖4-1主程序流程圖4.2水位檢測子程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用分段式水位檢測，共四段水位，當(dāng)水位低于設(shè)定最小值時(shí)，系統(tǒng)自動上水補(bǔ)給。當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定水位最大值時(shí)，給水停止。從而時(shí)間循環(huán)不間斷供水[14]。水位檢測子程序流程圖如圖4-2所示：圖4-2水位檢測子程序4.3鍵盤掃描子程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用獨(dú)立式鍵盤。通過判斷那個(gè)鍵按下，從而轉(zhuǎn)到相應(yīng)的程序進(jìn)行處理。實(shí)現(xiàn)功能設(shè)置以及設(shè)定時(shí)間，水溫及水位功能。功能按鍵按一次為水溫設(shè)計(jì)模式。兩次為水位設(shè)置模式，三次進(jìn)入時(shí)間調(diào)節(jié)模式。4.4顯示子程序設(shè)計(jì)為了形象的顯示出當(dāng)前的時(shí)間水溫及水位，本系統(tǒng)采用LCD12864點(diǎn)陣液晶顯示模塊作為顯示部分。此液晶顯示模塊是128*64點(diǎn)陣的漢字圖形型液晶顯示模塊?？娠@示漢字及圖形[15]。顯示子程序流程圖如圖4-3所示：圖4-3顯示子程序第5章結(jié)論本文給出了一種太陽能熱水器控制器的設(shè)計(jì)方法。利用本套設(shè)計(jì)方案，基本實(shí)現(xiàn)了太陽能熱水器中對水溫水位以及時(shí)間的檢測與控制。主要做了以下幾項(xiàng)工作：1.設(shè)計(jì)選用AT89C52單片機(jī)為整個(gè)系統(tǒng)的控制中心。2.選用DS18B20溫度傳感器檢測蓄水箱中水溫。3.選用DS12887時(shí)鐘芯片做計(jì)時(shí)部分。4.選用分段式液位傳感器檢測蓄水箱中水位。5.將水位檢測部分與功能按鍵部分組合成獨(dú)立式鍵盤形式。6.選用FYD12864-0402B液晶顯示模塊作為顯示部分。硬件部分，給出了控制器系統(tǒng)的原理框圖，各部分電路連接方式及工作原理。在軟件設(shè)計(jì)部分，給出主程序框圖，水位測量子程序框圖，鍵盤掃描程序框圖以及顯示子程序框圖。設(shè)計(jì)中遇到的困難以及解決方法：在設(shè)計(jì)中由于發(fā)現(xiàn)單片機(jī)口線不夠用因此想用8279擴(kuò)展鍵盤顯示電路。但是通過老師指正發(fā)現(xiàn)8279不可以擴(kuò)展LCD液晶顯示模塊。通過查閱相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)12864可以用串口接法，這樣既節(jié)省口線，又不用外加8279擴(kuò)展鍵盤。設(shè)計(jì)中不足的地方：1.本實(shí)驗(yàn)控制器沒有加入定時(shí)控制環(huán)節(jié)。DS12887具有定時(shí)功能，但是由于設(shè)計(jì)時(shí)間和本人經(jīng)驗(yàn)有限，并沒有加入次功能。這是在日后需要繼續(xù)研究加補(bǔ)充的。2.由于對于點(diǎn)陣液晶顯示模塊的了解有限，因此程序部分并沒有加入顯示部分。在程序方面還要加強(qiáng)訓(xùn)練，爭取做到更加優(yōu)化，實(shí)用。參考文獻(xiàn)[1]郭廷瑋．太陽能利用和前景[J]．科學(xué)普及出版社，1986(5)：25-28．[2]劉福才，劉豐，劉立偉．AVR單片機(jī)在太陽能熱水器智能控制器中的應(yīng)用[M]．微計(jì)算機(jī)信息，1999，4．[3]劉福才，樸春俊，劉豐．基于DS12887的太陽能熱水器只能控制的設(shè)計(jì)[J]．自動化與儀表，2000(4)：15-17．[4]向奇汝．多功能溫度控制器[J]．自動化與儀器儀表，1999(6)：30-37．[5]TomFox，BuildtheIntelligentThermometer[J]．Computer&Electronics．January，1983(6).89-90．[6]王長胤，文軍．單片單板機(jī)原理及應(yīng)用[M]．武漢：武漢大學(xué)出版社，1993．[7]何立民．單片機(jī)中、高級教程[M]．北京航空航天出版社，1999．[8]萬福君，潘松峰．單片機(jī)原理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M]．科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2001．[9]潘永雄，沙河，劉向河．電子線路CAD實(shí)用教程[M]，西安電子科技出版社，2001．[10]丁志剛，李剛民．單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用[M]．北京電子工業(yè)出版社，1990．[11]YuGuiYin．DesignandApplicationofSolarWaterHeaterIntelligentControlSystem[A]．2009InternationalConferenceonEnergyandEnvironmentTechnology，2009．[12]B.J.Huang，J.P.LeeandJ.P.Chyng．Heat-pipeenhancedsolar-assistedheatpumpwaterheater．SolarEnergyVolume78，Issue3，March2005，Pages375-381．[13]金偉正．單線數(shù)字溫度傳感器的原理及應(yīng)用[M]．電子技術(shù)應(yīng)用，2000．[14]王福瑞．單片微機(jī)測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1999．[15]李群芳，張士軍，黃建．單片微型計(jì)算與與接口技術(shù)[M]．電子工業(yè)出版社，2008．致謝經(jīng)過幾個(gè)月的努力，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)完成?；叵脒@幾個(gè)月的學(xué)習(xí)，從開題到論文的順利完成，我得到了老師和同學(xué)們的很多幫助。首先要感謝我的指導(dǎo)老師姚麗老師，在本設(shè)計(jì)的過程中，姚老師從選題，設(shè)計(jì)方案，論文修改直至成稿一直給予我很多的指導(dǎo)和幫助，同事也為我提供了相關(guān)的參考資料，為我解答疑惑，提供了很多關(guān)鍵性的建議。她嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致，一絲不茍的作風(fēng)一直是我學(xué)習(xí)，工作中的榜樣，她循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給我無盡的啟迪。還有我的室友和很多同學(xué)也給了我很多的幫助，她們給我鼓勵與意見，讓我度過了這段艱辛的時(shí)期。特別要感謝寢室的同學(xué)們，一直以來都在鼓勵我，在做仿真時(shí)一直都在幫助我，如果沒有他們的熱心幫忙，此次設(shè)計(jì)的完成將變得非常困難。同時(shí)也要感謝系各位領(lǐng)導(dǎo)和相關(guān)的任課老師，特別是車新生老師，如果沒有車?yán)蠋煹闹敢徒虒?dǎo)，我就不會進(jìn)入到單片機(jī)的領(lǐng)域，附錄1電路圖附錄2部分程序DS18B20溫度檢測程序：#include<stdio。h>#includ