摘 要隨著計算機技術的發(fā)展，單片機技術已成為計算機技術中的一個獨特的分支，單片機的應用領域也越來越廣泛，特別是在工業(yè)控制和儀器儀表智能化中扮演著極其重要的角色。過去經常采用模擬電路、數(shù)字電路實現(xiàn)的電路系統(tǒng)，現(xiàn)在相當大一部分可以用單片機予以實現(xiàn)，傳統(tǒng)的電路設計方法已演變成軟件和硬件相結合的設計方法。在實際應用中，單片機經常要與各種傳感器相結合組成一定的應用系統(tǒng)，以實現(xiàn)系統(tǒng)的自動檢測與控制。本文所設計的智能飲水機就是單片機結合傳感器的一個簡單應用。該系統(tǒng)設計綜合單片機以及電子技術理論，從生活實際出發(fā)，完善了飲水機的功能。設計方案中，主要采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20組成測溫系統(tǒng)作為檢測單元，并運用了AT89C52作為主機單元、X5045EEPROM作為存儲單元、HD7279芯片來管理鍵盤和顯示器。整個設計系統(tǒng)實現(xiàn)三個功能，即加熱、對溫度上下限的控制和定時加熱。與傳統(tǒng)的飲水機相比，由于采用了自動檢測和控制的電子設計技術，可較好地實現(xiàn)對水溫的測量和控制，具有較廣泛的應用前景。關鍵詞： 溫度采集，89C52，X5045，HD7279.目錄摘 要.................................................................................................................IABSTRACT...................................................................錯誤！未定義書簽。第1章 緒 論.............................................................................................11.1引言 11.2研究的目的與意義 11.3本次設計的工作 2第2章 總體設計 22.1 設計任務 22.2系統(tǒng)結構設計 32.2.1電路原理和器件選擇 32.2.2系統(tǒng)框圖及說明 3第3章 硬件設計 53.1主板設計 53.1.1主機單元 53.1.2 存儲單元 63.1.3人機接口單元 83.2副板設計..............................................................................................133.2.1溫度采集單元.................................................................................133.2.2時鐘單元.........................................................................................143.3控制單元..............................................................................................163.4原理圖的繪制設計..............................................................................17第4章軟件設計 194.1主程序設計...........................................................................................194.1.1主程序和中斷程序流程圖...........................................................194.1.2變量和常量說明.............................................................................204.2人機接口單元軟件設計.......................................................................224.2.1鍵處理程序流程圖及說明...........................................................224.2.2變量和常量說明...........................................................................234.2.3各按鍵功能及其子程序說明.........................................................244.3DS1302的軟件設計............................................................................244.4DS18B20的軟件設計.........................................................................25第5章系統(tǒng)的調試和問題總結.................................................................285.1系統(tǒng)硬件調試......................................................................................285.2系統(tǒng)軟件調試......................................................................................28結束語 30致 謝...........................................................................................................31參考文獻.........................................................................................................32附錄一 系統(tǒng)原理圖 33附錄二 系統(tǒng)PCB圖...................................................錯誤！未定義書簽。附錄三 元件列表 35第1章 緒 論1.1引言信息技術快速發(fā)展的今天，單片機技術的貢獻是不可缺少的。生產中使用的智能儀表、分布式控制系統(tǒng)總線、智能家電和智能辦公設備都可以見到單片機的身影。日常生活中使用的電子產品如 MP3、手機、智能洗衣機、智能飲水機等都是以單片機為核心的。 本文所設計的多功能飲水機就是單片機結合傳感器的一個簡單應用。1.2研究的目的與意義單片機在電子產品中的應用已經越來越廣泛,在很多電子產品中也用到了溫度檢測和溫度控制。目前廣泛使用的飲水機，具有價格低廉，制造簡便等優(yōu)點。但是隨著用戶長時間使用，這些飲水機功能單一、能耗較大、長時間飲用飲水機的水對健康不利等缺點逐漸暴露出來。傳統(tǒng)的飲水機的局限性一般體現(xiàn)在以下幾個方面：第一 ,功能相對簡單。只有簡單的溫度控制，而且用戶還不能自己根據(jù)自己的喜好設定溫控參數(shù)。第二,能耗較大。在沒有人使用的時候飲水機也處在開機狀態(tài)無疑會造成能源的大量浪費，在能源緊缺的今天這個方面亟待解決。第三,長期飲用飲水機里的水會對健康不利。由于廣泛使用的飲水機燒水不能完全沸騰，長期飲用這種水會對身體造成較大的傷害。本此設計的基于AT89C52的多功能飲水機,采用DS18B20實現(xiàn)溫度采集，經過HD7279管理的LED顯示,讀數(shù)直觀、準確。并且程序存儲器E2PROM采用了,可以很容易的實現(xiàn)軟件升級 ,從軟件方面提高儀器精度。同時可以對加熱實現(xiàn)基本的控制，從而防止了“千滾水”對身體造成的傷害，滿足生活的需求 [2]。1.3本次設計的工作(1)查閱大量的國內外有關多功能飲水機方面的文獻資料，剖析了一些飲水機的實際產品，并吸取同類產品的優(yōu)點。(2)根據(jù)飲水機的發(fā)展趨勢和現(xiàn)有的設計條件，提出了多功能飲水機的整體設計方案和技術要求。(3)完成了系統(tǒng)硬件部分選型、設計和制作，并進行了調試。第2章 總體設計2.1 設計任務1．設計題目：多功能飲水機2．儀表功能：對溫度上下限的控制；定時開機、定時關機；對實時溫度進行采集并在LED數(shù)碼管上進行顯示；3．儀表操作：用戶可以根據(jù)自己的喜好來設計不同溫度上下限。上電以后系統(tǒng)將自動運行，顯示的是當前水溫，按一次設定按鍵，可實現(xiàn)顯示溫度控制的上限值，再按增建或減鍵配合左移鍵可以修改這個值， 最后按一下確認鍵將新修改的值保存。 溫度下限、定時開機時間、定時關機時間的修改和溫度上限相似， 設定鍵用來切換設定參數(shù)，溫度上下限，開機時間、關機時間，以及時鐘時間。用增建、減鍵加上左移鍵可以完成對這些參數(shù)的修改[3]。2.2系統(tǒng)結構設計2.2.1電路原理和器件選擇主機單元由AT89C52單片機和相關的存儲器組成，是儀表的核心。關鍵部分期間名稱及其在電路中的主要功能如下：1）AT89C52:完成監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集過程、采集方式和報警過程的控制。是整個系統(tǒng)的核心處理器，單片機首先把通過傳感器測到的現(xiàn)場溫度與預先設置的溫度進行比較，如果大于或小于預先設置值,就輸出信號去控制加熱器的工作,從而實現(xiàn)溫度控制。2）X5045:看門狗定時器防止系統(tǒng)死機，保證程序正常運行；內部EEPROM有掉電數(shù)據(jù)存儲功能，用于保存各采集通道的報警上限。3）HD7279:管理鍵盤和LED顯示器，實現(xiàn)人機交互。4）DS18B20:單線數(shù)字溫度傳感器，可直接將被測溫度轉化為串行數(shù)字信號，以供單片機處理。5）DS1302:是一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘芯片，它可以對年、月、日、星期、時、分、秒進行計時，且具有閏年補償功能，工作電壓為2.5~5.5V。2.2.2系統(tǒng)框圖及說明：時鐘芯片加熱控制電源 AT89C52鍵盤溫度檢測HD7279顯示看門狗圖2.1 系統(tǒng)框圖（1）電源部分電源給系統(tǒng)各芯片提供工作電壓。本次設計主要給各個芯片提供 +5V電壓。（2）溫度檢測部分本次設計采用 DS18B20采集溫度。（3）加熱控制部分加熱控制部分由 9012三極管、固態(tài)繼電器、加熱電阻組成。實現(xiàn)對水的加熱和溫度控制。（4）鍵盤顯示部分將DS18B20的溫度信號和DS1302時鐘信號以某種方式顯示出來。顯示儀表中常用LED數(shù)碼管顯示測量數(shù)據(jù)。本次設計用數(shù)碼管顯示實時溫度值、溫度控制上限值、溫度控制上限值，時間、開始時間和關機時間，每個參數(shù)顯示采用 8個LED。同時為了更好的實現(xiàn)系統(tǒng)的功能， 還要設計5個按鍵：設定鍵、增建、減鍵、左移鍵、確定鍵，使飲水機具有基本的人機交互功能。本次設計選用HD7279與微處理器接口，可有效實現(xiàn)對按鍵和 LED數(shù)碼管的管理。（5）看門狗部分該部分實現(xiàn)采用X5045芯片，防止系統(tǒng)死機，保證程序正常運行。另外，X5045有EEPROM保存溫度控制的上下限[4]。第3章 硬件設計本次設計設計的多功能飲水機， 采用DS18B20實現(xiàn)溫度的實時采集，DS1302時鐘芯片來調整時間。采用 AT89C52單片機作為系統(tǒng)微控制器，實現(xiàn)與 DS1302、DS18B20的控制及對數(shù)據(jù)的處理顯示。采用HD7279管理鍵盤和顯示器,采用X5045實現(xiàn)掉電保護重要參數(shù)功能，看門狗功能，防止系統(tǒng)死機。在硬件電路設計中主要使用了DS18B20溫度傳感器，DS1302時鐘芯片，單片機AT89C52，鍵盤和顯示器管理芯片HD7279，X5045等。另外，開關量控制環(huán)節(jié)選用了9012三級管和固態(tài)繼電器實現(xiàn)了弱電對強電的控制。3.1主板設計AT89C52、HD7279、X5045和振蕩電路組成了主機單元，是儀表的核心部分。利用X5045EEPROM存儲測量值上下限和開機、關機時間，并且具有看門狗定時器功能，來進行數(shù)據(jù)采集等過程的設置和控制，振蕩電路在單片機內部產生脈沖信號，C1、C2為30pf，晶振振蕩頻率為 12MHz.3.1.1主機單元AT89C52單片機是ATMEL公司20實際90年代初期推出的增強型單片機,它完全兼容標準型的AT89C51，并在AT89C51的基礎上增加了128B的片內RAM,4KBFlash存儲器，T2定時器等功能。1)外部引腳及功能：

AT89C52

與

AT89C51

的引腳一樣，也有

PDIP，PICC，TQFP等多種封裝形式。

.如圖

3.1，引腳的區(qū)別是由于增加了定時器

2而引起的。有區(qū)別的只有

P1.0，P1.1兩個引腳，這兩個引腳在不使用定時器

2時仍可作為靜態(tài)

I/O接口使用，在單片機使用定時器

2時，P1.0，P1.1

還可能承擔著外部記數(shù)脈沖輸入

,外部觸發(fā)信號輸入

,可編程方波輸出等功能

[5]

。內部增強功能單元:AT89C52的內部功能完全兼容AT89C51的功能，而且在AT89C51的基礎上增加了128B的片內RAM，4KBFlash存儲器，T2定時器等功能。關于新增加的4KBFlash存儲器，只是AT89C52片內ROM地址分配變成為0000H-1FFFH,其使用方法與AT89C51的一樣。U1VCC40P0.0/AD0391938XTAL1P0.1/AD11837XTAL2P0.2/AD236P0.3/AD335P0.4/AD434P0.5/AD533P0.6/AD632P0.7/AD79RST1P1.0/T22P1.1/T2EX303ALEP1.24P1.389C525P1.4106P3.0/RxDP1.57P1.68P1.716P3.6/WRP2.2/A10231724P3.7/RDP2.3/A1125P2.4/A1226P2.5/A1320VSSP2.7/A1528圖3.1 AT89C52 引腳配置3.1.2 存儲單元X5045是單片機系統(tǒng)電路的一個輔助芯片，它將復位，電壓檢測，看門狗定時器和塊鎖保護的串行EEPROM功能集合成一個芯片內；采用SPI串行外設接口方式，降低了系統(tǒng)成本并減少了對電路板空間的要求，提高了系統(tǒng)的可靠性。X5045的功能介紹（1）上電復位當器件通電并超過 VCC壓時，X5045內部的復位電路將會提供一個約為 200ms的復位脈沖讓微處理器能夠正常復位。（2） 看門狗定時器看門狗定時器對微處理器提供了一個因外界干擾而引起程序陷入死循環(huán)或“跑飛”狀態(tài)保護的功能。X5045內部的一個控制寄存器中有兩位可編程位決定了定時周期的長短。當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，在設定的時間內如果沒有對

X5045

進行訪問，看門狗定時器以

RESET

信號作為輸出響應，即變?yōu)楦唠娖?，延時約

200ms以后

RESET由高電平變?yōu)榈碗娖健?/p>

/CS的下降沿復位看門狗定時器。（3） 低電壓檢測工作過程中X5045監(jiān)測電源電壓下降并電源電壓跌落到 VCC壓以下時，會產生一個復位脈沖，復位脈沖保持有效直到電源電壓降 1V以下。如果電源電壓在降落到門限電壓后上升，則在電源電壓超過門限電壓后延時約200ms，復位信號消失，使得微處理器可以繼續(xù)工作[6]。（4） 串行EEPROM存儲器X5045的存儲器部分是具有Xicor公司的鎖保護CMOS4KB串行E2PROM。它被組織8位的結構，由一個四線構成的SPI總線方式進行操作，一次最多可寫16B。2．X5045的引腳與定義：SO串行數(shù)據(jù)輸出端。數(shù)據(jù)在SCK的下降沿輸出到SO上。SI串行數(shù)據(jù)輸入端。所有操作命令、字節(jié)地址及寫入的數(shù)據(jù)在此引腳上輸入，SI線上輸入的數(shù)據(jù)在SCK的上升沿被鎖存。SCK串行時鐘輸入端，控制數(shù)據(jù)的輸入和輸出。

圖3.2X5045的引腳圖/CS芯片選擇輸入端（片選）。當CS/為低電平時，X25045能工作。CS/的電平變化將復位看門狗定時器VCC電源電壓。/WP寫保護輸入端，當WP/為低電平時，對芯片的寫操作被禁止，其他功能仍正常。WP/為高電平時，寫操作允許，其他功能仍然正常。/RESET復位輸入端，漏極開路輸出方式，高電平有效。用于電源檢測和看門狗超時輸出。GND電源地。3．X5045與單片機的接口電路本次設計如圖 3.3所示，89C52的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3腳分別與X5045的片選端1腳(/CS)、串行輸入2腳(SO)、串行時鐘6腳（SCK）和串行輸出5腳(SI)相連，二者的RESET引腳相連。P1.0作為芯片選擇輸入端（片選）負責 X25045是否選通，當89C52訪問X25045時將/CS置低電平。/CS信號一般不通過 P2口選通，因為P2口工作于地址總線時，其輸出是脈沖方式，呈現(xiàn)高電平，不能保證片選持續(xù)有效，也就不能對其進行任何操作。在這里不使用 /WP信號，直接接+5V。5045與單片機引腳連接和相關地址的分配如下/CS:片選端，低電平有效，與 P1.0相連；CLK:串行時鐘輸入端，與P1.2相連；SO:串行數(shù)據(jù)輸出端，與P1.1相連；SI:串行數(shù)據(jù)輸入端，與P1.3相連；RESET：復位端,與單片機的復位引腳RESET相連。圖3.3 X5045與單片機的接口電路3.1.3人機接口單元HD7279是管理鍵盤和LED顯示器的專用智能控制芯片，該芯片采用串行接口方式，可同時驅動8位共陰極LED數(shù)碼管或者64位獨立LED發(fā)光二極管，同時能對多達8×8的鍵盤矩陣進行監(jiān)視，具有自動消除鍵抖動并識別按鍵代碼的功能。從而可以提高CPU的工作效率，同時其串行接口方式又可以簡化CPU接口電路的設計。1.HD7279的主要特點：(1)與CPU間采用串行接口方式,僅占用4根端口線；(2)內部含有譯碼器，可直接接收 BCD碼或16進制碼，同時具有兩種譯碼器方式，實現(xiàn)LED數(shù)碼管位尋址和段尋址，消隱和閃爍性等多種控制指令，編程靈活；(3)循環(huán)左移和循環(huán)右移指令；(4)內部含有驅動器,無需外圍元件可直接驅動 LED；(5)具有極聯(lián)功能,可方便的實現(xiàn)多于8位顯示或多于64鍵的鍵盤接口；(6)具有自動消除抖動并識別按鍵鍵值的功能。2.HD7279的引腳說明HD7279為28引腳標準雙列直插式封裝 (DIP)，單一的+5V供電,其引腳排列如圖3.4所示。DIG0-DIG7分別為8個LED數(shù)碼管的位驅動輸出端。SA-SG分別為LED數(shù)碼管的A-G的輸出端。DP為小數(shù)點的驅動輸出端。 HD7279與微處理器僅需4條接口線，其中非CS為片選信號(低電平有效)。RC引腳用于連接HD7279的外接振蕩元件，其典型值為R=1.5千歐，,C=15pF。非RESET為復位端。該端由低電平變成高電平并且保持 25ms即復位結束。通常，該端接+5V即可[7]。 圖3.4HD7279的引腳表3.1HD7279引腳說明引腳名稱說明1,2VDD正電源(+5V)3,5NC懸空4VSS接地6CS片選信號,低電平有效7CLK同步時鐘輸入端8DATA串行數(shù)據(jù)輸入輸出端9KEY按鍵有效輸出端10----16SG--SALED的g----a段驅動輸出17DP小數(shù)點驅動輸出端18---25DIG0----DIG7LED位驅動輸出端26CLKO震蕩輸出端27RCRC震蕩器連接端28RESET復位端,低電平有效AT89C52與HD7279接口本次設計采用5按鍵和8個LED顯示，所用的是HD7279串行接口8位LED數(shù)碼管及64鍵盤智能控制芯片。HD7279與微處理器僅需4條接口線。在設計中將/CS接P1.4，CLK接P1.5,DATA接P1.6,/KEY接P1.7，當P1.4清零時，選中HD7279，可對其作相應的操作。如圖3.5所示，89C52的P1.4、P1.5、P1.6、P1.7分別與HD7279A的6腳(/CS)、7腳(CLOCK)、8腳(DATA)和9腳(/KEY)相連。P1.4作為片選線，負責HD7279A是否選通，是8位準雙向I/O口，可帶4個LSTTL負載。當89C52訪問HD7279A（寫入指令、顯示數(shù)據(jù)、位地址、段地址或讀出鍵值）時，將/CS置低電平。DATA為串行數(shù)據(jù)，當89C52向HD7279A發(fā)送數(shù)據(jù)時，DATA為輸入端；當89C52從HD7279A讀入數(shù)據(jù)時，DATA為輸出端。CLK為數(shù)據(jù)串行傳送的同步時鐘輸入端，時鐘的上升沿將數(shù)據(jù)寫入HD7279A或從HD7279A中讀出數(shù)據(jù)。KEY為按鍵信號輸出端，在無鍵按下時為高電平，有鍵按下時為低電平，并一直保持到按鍵釋放為止。圖3.5AT89C52與HD7279A接口電路7279與單片機引腳連接和相關地址的分配如下/CS:片選端，低電平有效，與 P1.4相連CLK:串行時鐘輸入端，與 P1.5相連DATA:串行數(shù)據(jù)輸出/輸入端，與P1.6相連KEY:按鍵有效信息端，與 P1.7相連實際應用電路中（具體見附錄主板原理圖）， 8只下拉電阻和 8只位選電阻應遵從一定的比例關系，下拉電阻應大于位選電阻的5倍而小于其50倍，典型值為10倍。在本次設計中，我選用了100K的下拉電阻，10K的位選電阻。100K/10K=10 滿足比例關系在不影響顯示的前提下，下拉電阻應盡可能地取較小的值，這樣可以提高鍵盤部分的抗干擾能力[8]。4.HD7279與鍵盤接口利用HD7279的10腳作為行線，18腳—22腳作為列線組成5鍵的鍵盤，完成對鍵盤的譯碼和鍵值分別為20H、18H、10H、08H、00H。根據(jù)鍵值就可以確定是哪個鍵按下，具體見圖3.6。5 HD7279與LED數(shù)碼管接口HD7279A是的串行控制芯片，能同時驅動8位共陰極LED數(shù)碼管，在這里我們只用到了8位共陰極LED數(shù)碼管。HD7279A是動態(tài)循環(huán)顯示方式。HD7279A的10腳--17腳分別與8位LED數(shù)碼管的g、f、e、d、c、b、a、dp段相連，18腳--25腳為LED數(shù)碼管的位驅動輸出端，負責LED每一位的亮與滅，如圖3.6所示。圖3.6HD7279與LED、鍵盤接口電路3.2 副板設計本次副版設計選用 DS18B20數(shù)字式溫度傳感器作為溫度采集元件、 DS1302時鐘芯片副版的核心單元。同時選用 9012PNP型三極管和固態(tài)繼電器作為開關量環(huán)節(jié)實現(xiàn)弱電對強電的控制。3.2.1溫度采集單元本次設計選用 DS18B20溫度傳感器作為溫度采集元件。 DS18B20是由美國DALLAS 公司生產的單線數(shù)字溫度傳感器芯片。與傳統(tǒng)的熱敏電阻有所不同，DS18B20可直接將被測溫度轉化為串行數(shù)字信號，以供單片機處理，它還具有微型化、低功率、高性能、抗干擾能力強等優(yōu)點。通過編程， DS18B20可以實現(xiàn)9~12位的溫度讀數(shù)。信息經過單線接口送入 DS18B20或從DS18B20送出，因此從微處理器到DS18B20僅需連接一條信號線和地線。讀、寫和執(zhí)行溫度變換所需的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供，而不需要外部電源。DS18B20可用引腳只有三個，如圖3.7所示。引腳功能和接線方法隨芯片采用的供電方式不同而不同。DS18B20有兩種供電方式,寄生電源模式和外部電源模式。工作于寄生電源模式時,VDD和GND都與地相接,DS18B20從數(shù)據(jù)線上供電。當總線為高電平時,DS18B20從總線上供電,同時內部電容充電,當總線變?yōu)榈碗娖綍r,電容放電為DS18B20供電。DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。圖3.7 DS18B20引腳芯片內部結構DS18B20內部結構主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。光刻ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該 DS18B20的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是：開始 8位是產品類型標號，接著的 48位是該DS18B20自身的序列號，最后 8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗碼。光刻 ROM的作用是使每一個

DS18B20

都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的[9]。DS18B20與單片機接口電路如圖3.8，DQ為溫度傳感器的數(shù)據(jù)輸入/輸出端，接到單片機的P2.0口。GND接地,VCC接電源。40VCC3919P0.0/AD038XTAL1P0.1/AD11837XTAL2P0.2/AD236P0.3/AD335P0.4/AD434P0.5/AD533P0.6/AD6329P0.7/AD7RST131EA/VPPP1.0/T2292PSENP1.1/T2EX303ALEP1.24P1.3510P1.4VCC6P3.0/RxDP1.5117P3.1/TxDP1.6128P3.2/INT0P1.713P3.3/INT1212314P3.4/T0P2.0/A8DQVCC1522P3.5/T1P2.1/A911623P3.6/WRP2.2/A10GND1724P3.7/RDP2.3/A11DS18B2025P2.4/A1226P2.5/A132720P2.6/A1428VSSP2.7/A15AT89C52圖3.8DS18B20與單片機接口電路3.2.2 時鐘單元DS1302是DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘芯片，它可以對年、月、日、星期、時、分、秒進行計時，且具有閏年補償功能，工作電壓為2.5~5.5V。DS1302采用三線接口，與CPU進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時間數(shù)據(jù)或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內部有一個31×8的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM存儲器。芯片引腳說明：如圖3.8，為DS1302的引腳排列圖，其中Vcc1為后備電源，VCC2為主電源。在主電源關閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。當Vcc2大于Vcc1＋0.2V時，Vcc2給DS1302供電。當Vcc2小于Vcc1時，DS1302由Vcc1供電。X1和X2是振蕩源，外接32.768kHz晶振。RST是復位/片選線，通過把RST輸入驅動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當RST為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對DS1302進行操作。如果在傳送過程中RST置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時，在Vcc≥2.5V之前，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時，才能將RST置為高電平。I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)，后面有詳細說明。SCLK為時鐘輸入端[10]。圖3.8DS1302引腳DS1302與單片機的接口電路如圖3.9，腳RST是復位端，接到89C52的P2.4引腳。GND引腳接地,VCC接電源。SCLK是串行時鐘輸入端，接到89C52的P2.5引腳。I/O是數(shù)據(jù)輸入/輸出端，接到單片機的P2.3口，X1、X2是32.768MHz晶振輸入／輸出端。U140VCCP0.0/AD0391938XTAL1P0.1/AD11837XTAL2P0.2/AD236P0.3/AD335P0.4/AD434U?P0.5/AD5337VCCP0.6/AD6SCLK3251P0.7/AD7RSTVCC2922RSTX11C13DS13026P1.0/T2X22100pFY?I/OP1.1/T2EX3031XTAL4ALEP1.2GND4C2P1.389C525100pFP1.4106P3.0/RxDP1.57P1.68P1.7P2.0/A8212216P2.1/A9P3.6/WR1724P3.7/RDP2.3/A1125P2.4/A1226P2.5/A1320VSS圖3.9DS1302與單片機的接口電路3.3 控制單元本次設計開關量控制環(huán)節(jié)選用了 9012三極管和固態(tài)繼電器實現(xiàn)了弱電對強電的控制。如圖3.10。9012PNP型三極管應用廣泛，在收音機等常用家電中可以經?？匆娝纳碛?。9012三極管在此作為開關量環(huán)節(jié)，起到了放大電流的作用，與固態(tài)繼電器結合，從而實現(xiàn)了開關的作用。此次選用的固態(tài)繼電器是百特公司的產品，該型號的固態(tài)繼電器是直流輸入控制，交流過零導通，過零關斷輸出型無觸點繼電器。它常用與控制電路的導通和斷開，是控制一般家用電器，如電動機、加熱器、白熾燈的首選器件。VCCDC+

AC+1

3t加熱電阻DC-

AC-2

49012圖3.10 開關量控制環(huán)節(jié)3.4 原理圖的繪制設計EDA技術是在電子CAD技術基礎上發(fā)展起來的計算機軟件系統(tǒng)，是指以計算機為工作平臺，融合了應用電子技術、計算機技術、信息處理及智能化技術的最新成果，進行電子產品的自動設計。此次原理圖的設計主要包括鍵盤顯示器電路設計、看門狗，溫度采集電路設計。原理圖及其PCB圖見附錄。（1）繪制原理圖步驟：①新建原理圖，設定圖紙為 A4。②放置元器件，合理調整它們的位置。③繪制各個元器件之間的連線。④進行ERC電檢查。⑤把各個元件依次編號和封裝。⑥生成網(wǎng)絡表。⑦進行原理圖打印。（2）生成PCB圖根據(jù)已經繪制好的原理圖生成的網(wǎng)絡表設計封裝形式和尺寸大小。制作電路板步驟：①確認網(wǎng)絡表的封裝形式和尺寸無誤。

PCB

電路板，并要認真填寫元件的②在KeepOut層畫出電路板邊界。③裝入元件庫。④裝入網(wǎng)絡表。⑤手工對元件進行布局。⑥進行自動布線。⑦手工調整布線。第4章軟件設計硬件與軟件是單片機應用開發(fā)系統(tǒng)的兩個重要組成部分,本設計為了充分體現(xiàn)裝置的智能化以及減小硬件電路的體積，軟件部分設計的重要性就顯得尤為突出了，所以軟件設計工作在整個設計中是非常重要的、其工作量也是比較大的。在擬訂軟件總體設計方案時，由于實際單片機控制系統(tǒng)的功能復雜、信息量大和程序較長，這就需要選擇合理的切合實際的程序結構設計方法。常用的設計方法有三種：1、模塊化的程序設計；2、自頂向下逐步求精程序設計；3、結構化程序設計。在本設計中采用第一種方法，及模塊化程序設計，它的設計思路是把一個復雜應用程序整體功能規(guī)劃成若干相對獨立的程序模塊，各模塊可以單獨設計、編程、調試，然后把功能相關的模塊通過連接程序連在一起調試，最后各模塊在主程序控制下進行總體調試，最終成為可完成設計要求，具有使用價值的程序[11]。4.1主程序設計程序設計采用模塊化設計，控制時序采用時間觸發(fā)的時間片輪詢調度法， 1s為一個控制周期，分為 20個時間片，每個時間片為 50ms，將所有的任務分配在各時間片完成，主程序僅完成初始化，然后進入休眠狀態(tài)。50ms定時采用89C52內部定時器0，工作在方式1，由于晶振為12MHz,1個機器周期為1微秒，所以T1預裝初始值=65536-50000=15536=3CB0H。X5045看門狗定時器周期設置為200ms，寫入狀態(tài)寄存器常數(shù)STATUS_REG=20H[12]。4.1.1 主程序和中斷程序流程圖主程序主要完成系統(tǒng)的初始化功能流程圖如圖 4.1（a)所示，其中包括內部變量清零、看門狗定時器初始化、鍵盤 /顯示芯片初始化、時鐘芯片初始化，完成初始化功能后，系統(tǒng)進入休眠狀態(tài)，可減少功耗和提高抗干擾能力，由各種中斷喚醒，執(zhí)行完中斷服務程序后，重新進入休眠狀態(tài)，系統(tǒng)的各任務在 T0中斷服務程序中執(zhí)行，中斷服務程序流程圖如圖4.1(b)所示。4.1.2變量和常量說明相關的主要變量和常量分配， 一邊安排在主程序開始時采用偽指令方式說明， 本系統(tǒng)采用的地址分配如下表 4-1~4-3所示：啟動 中斷服務程序入口定時器常數(shù)重裝內部變量及定時器初始化SYS_CLK+1→SYS_CLKX5045初始化NSYS_CLK=10?HD7279初始化 Y采樣DS18B20初始化鍵處理模塊DS1302初始化顯示模塊LOOP看門狗定時器“喂狗”休眠中斷喚醒中斷服務程序返回(a)主程序流程圖(b)中斷服務程序流程圖表4-1片內RAM主要變量分配偽指令表符號偽指令地址或常量意義SET_STDAT表示測量狀態(tài)指針，每按鍵一次加“1”，切AA30H換要顯示的參數(shù)值SYS_CLDAT表示系統(tǒng)時鐘，其取值范圍是0-19，完成時間KA32H片分配DATDR0-DR7A40H-47HLED顯示單元緩沖區(qū)DATLEFTA33H左移鍵閃爍位置的標志表示該建是否處理過KB_FIG=1的標志位，KB_FIG=1，表示該鍵已處理過；KB_FIG=0,KB_FIGBIT10H表示該鍵未處理過，保證按鍵一次響應一次表4-2X5045主要變量分配偽指令表符號偽指令地址或常量意義CSBITP1.0CS代表89C52的P1.0,即硬件連接SCKBITP1.2SCK代表89C52的P1.2,即硬件連接SIBITP1.3SI代表89C52的P1.3,即硬件連接SOBITP1.1SO代表89C52的P1.1,即硬件連接WRENEQU06H用WREN代表允許寫操作指令06HWRDIEQU04H用WRDI代表允許寫操作指令04HRDSREQU05H用RDSR代表允許寫操作指令05HWRSREQU01H用WRSR代表允許寫操作指令01HREADEQU03H用READ代表允許寫操作指令03H表4-3DS18B20主要變量分配偽指令表符號偽指令地址或常量意義DQBITP2.0DQ代表89C52的P2.0，接的是18B20的數(shù)據(jù)線TEM_HDATA55H溫度的高八位存儲單元TEM_LDATA56H溫度的低八位存儲單元TEM_NUMDATA57H溫度的整數(shù)部分存儲單元DATAFLAGBIT63HDS18B20存在的標志位4.2人機接口單元軟件設計4.2.1 鍵處理程序流程圖及說明鍵盤查詢程序設計分配在每個時間片內完成一次，間隔 50ms，通過設置按鍵標志位，保證按一次鍵響應一次 [13]。鍵處理任務模塊程序流程圖如圖4.2所示，在每個時間片內調度一次，由于查詢按鍵的間隔位50ms,超過了鍵抖動持續(xù)時間（小于20ms），故無需編制按鍵防抖動設計。程序框圖說明：首先判斷有無鍵按下，有鍵按下時， KEY-OK標志位置0;無鍵按下時，KEY_OK標志位置1。判斷鍵有無處理過，處理過則返回，未處理過，則 KEY-FIG位置0，且讀出鍵值，根據(jù)鍵值的不同調用相應的子程序，從而保證每個按鍵只處理了一次。KEY模塊YKEY_OK=1? KB_FIG=0NYKB_FIG=1?N讀鍵值（KEY_IN）【設定】 【↓】 【↑】 【←】 【確定】KB_FIG=1返回圖4.2 鍵處理程序流程圖4.2.2 變量和常量說明鍵盤顯示芯片HD7279與AT89C52連接相關的主要變量如上表 4.1所示，地址分配采用偽指令方式說明如表 4.4所示：表4.4HD7279地址分配偽指令表符號偽指令地址或常量意義CS_7279BITP1.4CS_7279代表89C52的P1.4，即硬件相連CLKBITP1.5CLK代表89C52的P1.5，即硬件相連DATABITP1.6DATA代表89C52的P1.6，即硬件相連KEY_7279BITP1.7KEY_7279代表89C52的P1.7，即硬件相連4.2.3各按鍵功能及其子程序說明本系統(tǒng)有五個按鍵功能如表 4.5所述。表4.5 按鍵功能及鍵碼表按鍵功能鍵碼意義設定設置參數(shù)鍵20H每按下一次，就顯示一個設定參數(shù)值增建增加18H每按一下，設定參數(shù)加一減鍵減少10H每按一下，設定參數(shù)減一左移左移08H每按一下，LEFT加一每次修改完參數(shù)后，按下此鍵，即可將確認確認鍵00H修改后的參數(shù)存入內存中保存起來。4.3 DS1302的軟件設計采用DS1302作為記錄測控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)記錄，其軟硬件設計簡單，時間記錄準確，既避免了連續(xù)記錄的大工作量， 又避免了定時記錄的盲目性， 給連續(xù)長時間的測量、控制系統(tǒng)的正常運行及檢查都來了很大的方便，可廣泛應用于長時間連續(xù)的測控系統(tǒng)中[14]。圖4.3為DS1302流程圖。系統(tǒng)開始運行初始化DS1302設置正常數(shù)據(jù)范圍進行測控程序N是否有異常數(shù)據(jù)Y顯示出異常數(shù)據(jù)圖4.3DS1302流程圖4.4DS18B20的軟件設計DS18B20單線通信功能是分時完成的，他有嚴格的時隙概念，如果出現(xiàn)序列混亂，1-WIRE器件將不響應主機，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進行。根據(jù)DS18B20的協(xié)議規(guī)定，微控制器控制DS18B20完成溫度的轉換必須經過以下4個步驟：（1）每次讀寫前對DS18B20進行復位初始化。復位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500ms，然后釋放，DS18B20收到信號后等待16ms～60ms左右，然后發(fā)出60ms～240ms的存在低脈沖，主CPU收到此信號后表示復位成功。[15]（2）發(fā)送一條 ROM指令，如下表所示：DS18B20的ROM指令集指令名稱指令代碼指令功能讀ROM33H讀DS18B20ROM中的編碼（即讀64位地址）發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出64位ROM編碼，訪問單總線上與編碼相ROM匹配（符合ROM）55H對應DS18B20使之作出響應，為下一步對該DS18B20的讀寫作準備用于確定掛接在同一總線上搜索ROM0F0HDS18B20的個數(shù)和識別64位ROM地址，為操作各器件作好準備忽略64位ROM地址，直接向跳過ROM0CCHDS18B20發(fā)溫度變換命令，適用于單片機工作警報搜索0ECH該指令執(zhí)行后，只有溫度超過設定值上限或下限的片子才做出響應(3)發(fā)送存儲器指令，如下表所示：DS18B20的存儲器指令集指令名稱 指令代碼 指令功能啟動DS18B20進行溫度轉換，轉換時間最長為 500ms（典型為溫度變換 44H200ms），結果存入內部 9字節(jié)RAM 中讀暫存器 0BEH 讀內部 RAM中9字節(jié)的內容發(fā)出向內部 RAM 的第3，4字節(jié)寫暫存器 4EH 寫上，下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟該命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù)將RAM 中第3，4字節(jié)的內容復復制暫存器 48H制到EEPROM中重調EEPROMEEPROM中的內容恢復到RAM0B8H中的第3，4字節(jié)讀DS18B20的供電模式，寄生供電讀供電方式0B4H時DS18B20發(fā)送“0，”外接電源供電DS18B20發(fā)送“1”(4)進行數(shù)據(jù)通信。第5章 系統(tǒng)的調試和問題總結系統(tǒng)調試大體上分為硬件調試和軟件調試。 兩者之間不能完全分開，時間進度上硬件調試稍微先于軟件調試。 硬件和軟件要相互配合、匹配，調試時可能發(fā)生一些功能交互的問題。在本次設計中首先軟件進行調試， 尋找程序中的語法和邏輯錯誤。 然后把程序寫入芯片中，應用到電路板上，看程序是否能達到預期目標。5.1 系統(tǒng)硬件調試當硬件設計從布線到焊接安裝完成之后 ,就開始進入硬件調試階段 ,本次設計調試大體分為以下幾步：(1)排除邏輯故障這類故障往往由于設計和加工制板過程中工藝性錯誤所造成的。主要包括錯線、開路、短路。排除的方法是首先將焊接的電路板認真對照原理圖,看兩者是否一致。特別了注意電源系統(tǒng)檢查,以防止電源短路和極性錯誤,并重點檢查系統(tǒng)總線（地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線）是否存在相互之間短路或與其它信號線路短路。必要時利用了數(shù)字萬用表的短路測試功能,可以縮短排錯時間。(2)排除元器件失效造成這類錯誤的原因有兩個：一個是元器件買來時就已壞了;另一個是由于安裝錯誤,造成器件燒壞。我們采取了檢查元器件與設計要求的型號、規(guī)格和安裝是否一致。在保證安裝無誤后,用替換方法排除錯誤。(3)排除電源故障在通電前,一定要檢查電源電壓的幅值和極性 ,否則很容易造成集成塊損壞。在系統(tǒng)通電后我們逐個檢查各插件上引腳的電位 ,檢查VCC與GND之間電位,若在5V左右屬正常。5.2 系統(tǒng)軟件調試由于本系統(tǒng)是分模塊進行程序設計的， 所以本系統(tǒng)調試時先分模塊進行調試。 在軟件在各個子程序模塊調試都正確后，將相互有關系的模塊逐塊組合起來加以調試，以解決在程序模塊連接中可能出現(xiàn)的邏輯錯誤。 對所有程序模塊的整體組合是在系統(tǒng)聯(lián)機調試中進行的。由于各個程序模塊通過調試已排除了內部錯誤， 所有軟件總體調試的錯誤就大大減少了，而調試成功的可能性也大大提高了。本次調試的模塊主要分為鍵盤顯示程序， DS18B20程序、DS1302三部分。先將它們寫入星研集成環(huán)境軟件運行、 修改直至沒有語法錯誤，然后將鍵盤顯示程序通過譯碼器寫入芯片。根據(jù)看其是否能夠完成預定的功能，如能，測試通過，否則，修改并反復測試直到通過。最后再將程序綜合在一起，結合硬件進行調試，直至實現(xiàn)預想功能。結束語本文分別從硬件和軟件方面論述了多功能飲水機的設計,圍繞主機芯片AT89C52進行了軟件和硬件的設計 ,最后對儀器進行了調試。整個裝置的設計突出簡潔，準確等控制特點?？刂浦行牡膯纹瑱C選用 AT89C52芯片。另外，軟件程序的設計包括鍵盤控制程序、顯示程序等等。目前，軟件程序設計與硬件電路設計均已完成調通。整個裝置基本達到預期目標。但還有不足之處，測溫精度也不是很高，需要進一步的調試。由于時間關系以及能力的有限，本系統(tǒng)在硬件方面還待進一步的完善。多功能飲水機具有儀表多用的特點，是適合居家使用的家電之一，具有良好的發(fā)展前景。致 謝本次畢業(yè)設計按照計劃如期完成，回顧自己在這個過程中的每一點進步，都離不開學校老師、同學們關心和幫助。在此，向他們表示最衷心和誠摯的謝意。首先感謝我的導師魏立峰教授和劉曉梅教授，本文的工作從選題到設計的每一階段自始至終都得到了兩位老師的悉心指導。兩位老師理論聯(lián)系實際的工作作風，豐富、扎實的工程實踐經驗，敏捷、活躍的思維方式以及對學術問題準確、深刻的分析和把握，都使我在研究中受益非淺。平易近人，腳踏實地的師者風范和對工作忘我的精神為我今后的學習和工作樹立了榜樣。在此特向為培養(yǎng)我而付出辛勤勞動的劉老師和魏老師表示衷心的感謝!其次感謝邢杰老師的幫助和指導。最后感謝閆靜昆同學、張偉紅同學對我的幫助，感謝我的同組人林鴻儒同學對我的幫助。如果沒有他們的幫助，此次設計的完成將變得非常困難。最后還要感謝大學四年來所有的老師，為我們打下機測控專業(yè)知識的基礎，此次畢業(yè)設計才會順利完成。參考文獻魏立峰,單片機原理與應用技術[M].2006年第一版.北京大學出版社王幸之，鐘愛琴，王雷，王閃，AT89系列單片機原理與接口技術[M].北京航空航天大學出版社.2004年5月喻華，TLC5615芯片的應用[M].遼寧師范大學學報.2003李群芳,肖看.單片機原理、接口及應用-嵌入式系統(tǒng)技術基礎[M].北京:清華大學出版社2005.朱定華，戴汝平.單片微機原理與應用[M].清華大學出版社.2003陳良光,管聰慧.由數(shù)字式傳感器DS18B20構成的多點測溫系統(tǒng)[J].傳感器世界,1999(9):32235.杜維，張宏建.過程檢測技術及儀表[M].化學工業(yè)出版社.1999張毅剛,新編MCS-51單片機應用設計[M].哈爾濱工業(yè)大學出版社.2003.第一版李全利、遲榮強.單片機原理及接口技術[M].北京.高等教育出版社孫涵芳等.單片機原理及應用[M].北京航空航天大學出版社.1988.1ATMEL.8-bitMicrocontrollerwith8KBytesFlashAT89C52.1999TLC5615C/I10-BitDigital-to-AnalogConverters.TexasInstruments邱關源.電路[M].高等教育出版社.2003.160—180周立功.單片機實驗與與實踐[M].北京.北京航空航天大學出版社,2004.余錫存,曹國華1單片機原理及接口技術[M]1西安:西安電子科技大學出版社,2001附錄一1．主板原理圖

系統(tǒng)原理圖38KKP1abcdefgDD76421905138KK2abcdefgPDD76421905138KK3abcdefgPDD764219051

24680246802461111122221135791357913511111222J0C1098765432V12345678433333333C012345672234567DDDDDDDDTVAAAAAAAAP28D12LLRAATETT1XXRAPU989001131

34568222220123511111PPPPRDWRPP67011238KK4abcdefgPDD76421905138KK5abcdefgPDD76421905138KKP6abcdefgDD76421905138KK7abcdefgPDD76421905138KK8abcdefgPDD764219051

0K72CVCV24871265213IJCTSOKCVE5SRP53WXU34CV8K26dK7R25dK6R24K25R3dK4R22d

LAF1TK4pY5FFR1120013C3C67891287422SKAYDDTCsCLTEDDERVCAKVVE81DR29J5D+76543210OHGGGGGGGGKPABCDEFG2IIIIIIIILUK54321098676543210PABCDEFGIIIIIIIIRDDDDDDDDDSSSSSSS00000000222222225S4S3S2S1S副板原理圖12345 68101214161820222426

2C1100pF Y?1 XTALC2100pF1GND

VCCU?7SCLKVCC51DC+AC+RST2VCC213X1t36SSR加熱電阻X2I/O4GNDDC-AC-249012R1Res2

DQ

2 DS18B204K7

VDD

3附錄三 元件列表1. 主板元件列表DescriptionDesignatorFootprintLibRefQuantityCapacitorC1RAD-0.3Cap1CapacitorC2RAD-0.3Cap1CapacitorC4CAPR2.54-5.1X3.2C