基于单片机控制空气能热水器系统设计毕业设计论文说明书(46页).doc

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1、-基于单片机控制空气能热水器系统设计毕业设计论文说明书-第 40 页编号： 毕业设计说明书题 目 基于单片机控制空气 能热水器系统设计 学 院： 信息与通信学院 专 业： 电子信息工程 学生姓名： 陈圣盟 学 号： 0901120425 指导教师： 胡机秀 职 称： 工程师 题目类型： 理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发2013年6月5日摘 要本设计基于单片机控制空气能热水器系统设计，其研究的意义是空气能热水器通过介质交换热量进行加热,不需要电加热元件与水接触,所以没有漏电的危险,它也消除了中毒和爆炸的隐患,更不会因为排放废气造成空气污染，节约能源，提高能源的综合利用，为人民

2、提供一套安全、节能、环保、廉价和可靠的新一代热水器空气能热水器。系统主要采用AT89S52单片机作为空气能热水系统设计控制核心。控制部分主要是以单片机STC89C52RC为控制核心，硬件数据采集部分由DS18B20三路单总线传感器，对水温、压缩机排气温度、外机热交换进行温度采集，人机交互部分并将测试结果通过RS232接口发送至计算机进行显示。软件部分应用单片机C语言实现了本设计的全部控制功能。本设计实现的功能有水位低于最低水位时加水泵开始工作，对保温水箱加水，加满水之后，如果热水的温度低于设置的温度的下限时，压缩机、循环水泵、外机风扇开始工作，模拟吸收空气中的热量，放到保温水箱中，达到设置的温

3、度上限时停止。在压缩机的排气温度大于110时，为保护压缩机被高温烧坏，压缩机停止工作。通过MaxRC232通信把下位机温度数据，各个部件运行状态发送到上位机计算机显示，现实人机交换的显示界面。关键词：空气能；单片机；传感器；通信AbstractThis design based on single chip microcomputer control air sources water heater system design. Air source water heater is the significance of the research through the exchange of

4、 heat for heating medium.dont need electric heating element contact with water. So there is no risk of leakage also. It also eliminates the hidden trouble. Poisoning and explosion will not air pollution caused by the discharge of waste gas. Save energy improve the comprehensive utilization of energy

5、 to provide a secure, energy saving, environmental protection, cheap and reliable of a new generation of water heaters - air sources water heater.System mainly adopts the AT89S52 single chip microcomputer as control core air sources hot water system design. Control part mainly based on microcontroll

6、er STC89C52 as the control core. The hardware of data acquisition part by DS18B20 single bus no 3 sensor of water temperature.Discharge temperature of compressor.Machine heat transfertemperatur acquisition.The human-computer interaction part and the test results sent via RS232 interface to computer

7、for display. Software part of the application Microcontroller C language realize the control function of the designThis design features water level is lower than the minimum water level when the pump starts to work. The heat preservation water tank and water, filled with water.If the temperature of

8、the hot water is below the set temperature of the lower limit. Compressor circulating water pump, fan starts to work outside the machine.Simulation absorb heat from the air.In the heat preservation water tank, the limit stop on the set temperature is reached. When Compressor Exhaust temperature grea

9、ter than 110 to protect the compressor is high temperature burning.The compressor stop working.Through MaxRC232 communication under the machine temperature data.The running state of the parts sent to the PC computer.According to the practical man-machine exchange display interface.Key words: Air sou

10、rce; Single chip microcomputer; Transducer; communication目 录引言11 热水器概述11.1 热水器工作原理11.1.1空气能热水器热量11.1.2空气能热水器工作原理21.2 特点与优点21.3 本文研究的意义42 系统方案设计52.1 基本设计要求52.2 发挥部分52.3 方案步骤52.4 方案设计52.4.1主控制部分方案设计52.4.2温度采集方案设计62.4.3显示模块方案设计62.4.4上位机通信方案设计63 硬件电路的设计73.1 硬件设计原则73.2 系统的基本结构和工作原理73.2.1系统的基本结构73.3 STC单片

11、机最小系统83.3.1STC89C52单片机简介83.3.2时钟电路103.2.2复位电路113.4 温度采集模块113.4.1DS18B20的工作原理123.4.2DS18B20的温度计算123.5 显示模块133.5.1引脚功能说明133.5.21602LCD的指令说明143.5.31602LCD的RAM地址映射及标准字库153.5.41602LCD的一般初始化（复位）过程163.6 控制继电器模块163.7 按键电路174 通信系统设计 184.1 串行通信概述184.1.1并行数据传送与串行数据传送184.1.2单工方式、半双工、全双工方式184.1.3异步传输和同步传输194.1.4

12、波特率194.2 RS232总线194.2.1 RS-232收发器204.3 单片机与PC机的串行通信214.3.1波特率及串行口的设置214.3.2上位机通信设置235 软件设计235.1 系统软件设计实现的功能235.2 软件设计流程图235.3 系统软件C程序设计255.3.1模块化设计255.3.2结构化编程256 调试与分析256.1 下位机整体调试分析256.1.1电路调试256.2 上位机调试与分析277 总结28谢 辞31参考文献32附 录33引言空气能热水器以其节能低碳效果，在热水器市场具有不可比拟与无法相比的竞争优势。其最大价值是显于其低碳节能效果在能源紧缺与低碳压力持续增

13、大中应用与普及。空气能热水器其耗能为电热水器的四分之一，燃气热水器的三分之二，太阳能热水器的二分之一，而被称为“第四代热水器”。据数据统计，假设全国25%的家庭改用空气源热泵热水器，一年可节约电能约1420亿千瓦时，这个数字相当于为国家建立了一个半的三峡电站，2008年的三峡电站发电量才808亿千瓦时。而这同时也相当于节约了1730万吨标准煤，减少二氧化碳排放3690万吨，减少二氧化硫排放14.7万吨。 根据制冷原理，机组以少量电能为驱动力，以制冷剂为载体，源源不断地吸收空气或自然环境中难以利用的热能转化为可利用的热能，实现低温热能向高温热能的转移；再将热能释放到水中制取热水，通过热水供应管路

14、输送给用户满足热水供应、供暖需求。本设计实现的功能有水位低于最低水位时加水泵开始工作，对保温水箱加水，加满水之后，如果热水的温度低于设置的温度的下限时，压缩机、循环水泵、外机风扇开始工作，模拟吸收空气中的热量，放到保温水箱中，达到设置的温度上限时停止。在压缩机的排气温度大于110时，为保护压缩机被高温烧坏，压缩机停止工作。当外机的热交换器的表面结冰时（-5）时，电磁阀工作，切换制管路的流向，进行化霜处理，化霜完 ，电磁阀停止，正常制热。在30-60任意设置加热温度，通过MaxRS232通信把下位机温度数据，各个部件运行状态发送到上位机计算机显示，现实人机交换的显示界面。1 热水器概述1.1 热

15、水器工作原理1.1.1空气能热水器的热量空气能热泵热水工程制冷由四大件部件组成：蒸发器、压缩机、冷凝器和节流装置四个部件。主要三大件：压缩机，膨胀阀毛细管，干燥器，辅助部件除霜器：四通阀。空气能热泵热器突破传统能量转换理论，实现高能效热水器。热泵热水器在工作时，工质能在蒸发器中吸收环境介质贮存的能量QA而启动系统需要消耗能量，即压缩机耗电QB，同时工质在冷凝器中释放到高温介质的热量QC=QA+QB压缩机输入功启动系统后，由机械动能变成热能。所以热泵输出的能量为压缩机做的功QB和热泵从环境中吸收的热量QA之和；输入一个QB，得到QB+QA，突破传统单一不同能之间转变无法达到100%效率的瓶颈；采

16、用热泵技术能效比更高。1.1.2空气能热水器工作原理空气能热水器是按照“逆卡诺”原理工作的，形象地说，就是“室外机”像打气筒一样压缩空气，使空气温度升高，然后通过一种-17就会沸腾的液体传导热量到室内的储水箱内，再将热量释放传导到水中。 保 温 水箱加水泵循环水泵热交换器压缩机外机风扇水源 图1.1 空气能热水系统原理运用热泵工作原理制热，与空调制冷相反，电制冷2800瓦。根据热平衡的原理，同时最少产生2800瓦的热量，加上输入的1000瓦电，实际产生的热量在30004000瓦，把这些热量输送到保温水箱，其耗电量只是电热水器的四分之一，电热水器即使热效率100%，输入1000瓦电也只有1000

17、瓦的热。空气能热水器则不需要阳光，因此放在家里或室外都可以。太阳能热水器储存的水用完之后，很难再马上产生热水。如果电加热又需要很长的时间，而空气能热水器只要有空气，温度在零摄氏度以上，就可以24小时全天承压运行。这样一来，即使用完一箱水，一个小时左右就会再产生一箱热水。同时它也能从根本上消除了电热水器漏电、干烧以及燃气热水器使用时产生有害气体等安全隐患，克服了太阳能热水器阴雨天不能使用及安装不便等缺点，具有高安全、高节能、寿命长、不排放毒气等诸多优点，空气能热水器的寿命一般可以达到15至20年。1.2 特点与优点1.2.1安生性传统热水器以燃气、电和太阳能为主，燃气热水器安全性较差，燃烧不充分

18、和水压不稳定易造成燃气中毒和烫伤事件，电热水器的漏电隐患和住宅接地不良也对消费者的生命安全造成严重威胁。太阳能热水器储水式的特点决定了其在晴天时，水温可能很高，造成烫伤，阴雨天的电辅助加热却留下安全隐患，与以上热水器不同，空气能热水器制热过程是通过压缩机排出的高温高压制冷剂气体加热水罐中的水，电主要用于压缩机，制热后的气体通过外热交换盘式的盘管与搪瓷水罐中的水交换热量，水电完全分离。这样，既不存在漏电隐患，省去了防漏电的烦恼，也避免了电加热管表面温度高，易结垢并影响加热效率的弊端，真正作到绝对安全。1.2.2节能性由于采用热泵技术，可将大量的空气中的热量通过压缩机和制冷剂，转变为可利用的热能，

19、空气能热水器由于吸收了大量空气中的热量，能效比平均在3以上，即空气能热水器的压缩机每耗一度电，可产生电加热消耗3度电产生的热水，极大的节省了能源。120升热泵热水器，压缩机功率为500瓦，热效率值为370%，标准工况环境温度为20，是普通电热水器的四倍左右（电热水器热效率为95%），可见大大节省了电能，同样120升水从15升到55，普通电热水器需要6Kw，热泵热水器仅需1.5Kw，不仅仅节省了费用，大面积推广也可极大的缓和电力紧张情况，具有很大的现实意义。表1.1各类热水器经济性对比（以120升，温度从15升到55为例 ）热水器种类热泵热水器电热水器太阳能热水器燃气热水器燃料种类电电电天然气有

20、无污染无无无有有无危险性无有触电隐患有触电隐患危险是否方便方便较方便不方便较方便燃值860大卡/Kwh860大卡/Kwh860大卡/Kwh9000大卡/m3热效率370%95%280%70%燃料单价0.5元/Kwh0.5元/Kwh0.5元/Kwh2.0元120升水费用0.75元2.94元1.0元1.5年运行费用273.8元1073.1元365元547.5元注：热泵热水器的热效率采用标准工况环境温度20，水温15计算，太阳能热水器以带电辅助加热的为对比对象，全年阴天按120天核算，热效率为280%。1.2.3环保性与燃气热水器相比无任何排放，其制冷剂选用R417A，是一种环保制冷剂，对臭氧层零污

21、染，是R22的理想替代产品，目前，该产品在欧洲替换制冷剂市场占80%以上的市场份额，被广泛地用于商场、宾馆、超市和办公场所等中央空调制冷剂的替换，其节能、环保、高效和替换简单（不用换压缩机和膨胀阀）等特点，使其已成为欧洲替换R22的首选产品。各种热水器加热方式比较，以每天产生10吨热水,温差45计算,制热量为450000大卡。表1.2 各类热水器产生10吨热水污染对比供热方式燃煤锅炉燃油锅炉燃气锅炉电锅炉太阳能空气源热泵燃料种类煤柴油天然气电电电是否污染环境非常严重有不严重无无无有无危险性有比较危险非常危险有无无热效率64%85%75%95%95%400%燃料单位0.45元/kg5.8元/kg

22、3元/m30.8元/kwh0.8元/kwh0.8元/kwh每10吨水需用燃料163.5kg51.9kg66.7m3551kwh151kwh130kwh每10吨水燃费(元)73.58310200440.6120.7104.7年燃料费用（万元）2.71.17.3164.383.7人工费用（万元）4（2人）4（2人）2（1人）无无无设备使用年限5年5年5年5年5年10年以上1.3 本文研究的意义空气能热水器以其节能低碳效果，在热水器市场具有不可比拟与无法匹敌的竞争优势。其最大价值彰显于其低碳节能效果在能源紧缺与低碳压力持续增大中应用与普及。空气能热水器其耗能为电热水器的四分之三，燃气热水器的三分之二

23、，太阳能热水器的二分之一，而被称为“第四代热水器”。据数据统计，假设全国25%的家庭改用空气源热泵热水器，一年可节约电能约1420亿千瓦时，这个数字相当于为国家建立了一个半的三峡电站，2008年的三峡电站发电量才808亿千瓦时。而这同时也相当于节约了1730万吨标准煤，减少二氧化碳排放3690万吨，减少二氧化硫排放14.7万吨。空气能热水器行业发展的关键，在于其低碳节能价值被更多的人去认知，我国的大部分电力来源于高耗能与高污染的煤，每到用电高峰期全国各地层出不穷的电荒，暴露我国能源紧缺与强大需要的尖锐矛盾，而空气能热水器从大力推广到应用普及，或可解决电荒于根本。空气能热泵因节能与低碳而在各领域

24、都有广泛的适用性，其发展前景更是令人期待，人们的都对其寄于了热切的发展壮大希望，并用行动付之以不懈的努力。空气能热水器发展瓶颈成了空气能热水器普及之路上的最大阻碍。其一，空气能热水器还缺少支持空气能热水器产品在各种环境下的强适应性与稳定性的支撑技术及相关的技术标准；其二，空气能热水器的高价格让普通老百姓难以接受；其三，也是空气能热水器成长之路上首要解决的重要问题，空气能热水器系统的的电气控制部分，如何实现高能郊的转换，用最少的电能吸收最多的热量。本课题就是研究其控制部分，发挥最能量转换，为人民更好的服务。2 系统方案设计2.1 基本设计要求（1）采用单片机（8051/STC/AVR/STM32

25、）作为核心部件对压缩机、外机风扇、加水泵、循环水泵电磁阀过行控制；（2）采用LCD1602显示当前热水温度等信息；（3）采用DS18B20芯片作为数字温度传感器部件；（4）采用浮球水位开关进行对水位控制2.2 发挥部分（1）实现下位机发送数据到上位机显示（2）实现上位机调节下位机的温度设置2.3 方案步骤根据任务书上的要求进行综合分析，总设计方案分为以下几个步骤：(1)根据空气能热水器控制系统的功能，选用合理元器件并画出总体原理图。 (2)画出各个程序流程图的各模块。(3)根据流程图编写出各模块的程序。(4)制作PCB版。(5)完成主程序及实现模块调用。(6)硬件电路的焊接及调试。(7)硬件软

26、件的综合调试及程序烧制2.4 方案设计 2.4.1主控制部分方案设计方案一：采用可编程逻辑器件FPGA作为控制器。FPGA可以实现各种复杂的逻辑功能、规模大、密度高、体积小、稳定性高、I/O资源丰富、易于进行功能扩展。采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模控制系统的控制核心。但本系统不需要复杂的逻辑功能，对数据的处理速度的要求也不是非常高。且从使用、功耗及经济的角度考虑我们放弃了此方案。方案二：STC89C52RC是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,针对电机控制，强干扰场合。

27、所以我用了方案二来设计。2.4.2温度采集方案设计方案一：此方案采用AD590来实现。使用AD590优点是能及时的反应出温度变化，速度快，编程简单，但是芯片输出的是模拟信号,必须经过A/D转换后才能送给计算机,这样就使得测温装置的结构较复杂，而且麻烦的是需要校准，这样增加了控制的难度，而且成本高。方案二：此方案采用DS18B20来实现。使用DS18B20缺点是编程复杂，转换速度慢。但是DS18B20不需要A/D转换，温度测量和转换的工作都在一个器件中完成，直接与单片机的I/O连接，而且DS18B20保证精度足够高，电路简单成本低。采用数字温度芯片DS18B20测量温度,输出信号全数字化，便于单

28、片机处理及控制,省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳定,它能用做工业测温元件,此元件线形较好。DS18B20的最大特点之一采用了单总线的数据传输, 这允许在许多不同地方放置温度传感器。它可在1秒内把温度变换为数字，采集速度较快能及时反应温度的变化。最高12位温度读数，精度可达到0.0625摄氏度，温度采集范围-55125摄氏度，在很多场合下都能使用，并且价格低，很容易买到。综合上述两种方案的比较，本系统选用方案二。2.4.3显示模块方案设计方案一：此方案采用LED八段数码管来实现，虽然LED具有原理简单、显示快速等特点。但是由于的管脚较多，电路结构复杂，布线比较麻烦，而且

29、使用数码管不能够同时显示采集到的全部数据，只能通过按键来切换显示采集到的数据，不够灵活方便，而且它不能显示英文字符，如果使用锁存方式显示，增加了电路难度，不使用锁存方式则增加了控制的难度。方案二：此方案采用液晶显示器1602来实现，虽然LCD1602编程比较困难，但是其引脚比较少，电路连接比较简单，布线比较容易，能够全部显示采集到的数据，方便灵活。而且它能显示英文字符和数字，具有低功耗、长寿命、高可靠性、清晰、体积小等特点。综合上述两种方案的比较，本系统选用方案二。2.4.4上位机通信方案设计方案一：采用USB通信，采用此方案技术难度较大，容易出现错码，所以采用方案一。方案二：采用MAXRS2

30、32串口通信芯片，具有电路简单等特点，并且价格便宜，容易买到3 硬件电路的设计3.1 硬件设计原则一般对于大型的硬件设计的主要思路如下:一个大型的单片机应用系统的硬件电路设计包含两部分内容：一是系统扩展，二是系统的配置，即按照系统功能要求配置外围设备，要设计合适的接口电路。系统的扩展和配置应遵循以下原则：(1)尽可能选择典型电路，为硬件系统的标准化、模块化打下良好的基础。(2)系统扩展与外围设备的配置水平应充分满足应用系统的功能要求。(3)硬件结构应结合程序设计方案一并考虑。考虑的原则是：软件能实现的功能尽可能由软件实现，以简化硬件结构。(4)系统中的相关元器件要尽可能做到性能匹配。(5)可靠

31、性及抗干扰设计是硬件设计必不可少的一部分。(6)尽量减少外围。系统器件越多，器件之间相互干扰也越强，功耗也增大，也不可避免地降低了系统的稳定性，因而在选择器件上尽量的简洁。由于本次的毕业设计是一个单片机的小型系统,所以对于上述需要注意的事项在这次设计中并不需要面面俱到,我总结了一下,在这次设计中需要注意的问题有: (1)注意硬件方案和软件方案的结合。(2)电路的抗干扰性能。(3)对元器件的保护能力,要在电路中对电流敏感元器件进行限流控制。硬件设计是本次设计的基础，它的成功与否关系到本次毕业设计的成败。首先我们依然是对系统进行分析，分析它有些什么功能，用什么样的器件才能实现。3.2 系统的基本结

32、构和工作原理3.2.1系统的基本结构该系统由上位机和下位机两大部分组成：上位机微处理器实时监控系统、下位机测量控制系统。下位机测量系统负责对测量点的温度、水位检测，实时数据的显示，对压缩机、循环水泵、外机风扇、加水泵、化霜电磁阀进行控制，并提供标准RS232通信接口,并根据上位机的控制要求，把测量点的信息返回给上位机控制系统，其具体由单片机、测量设备来完成。芯片使用了STC单片机、DS18B20数字温度传感器、上位机部分使用了通用PC。其基本结构框图如图3.1所示。图3.1 系统的基本框图3.3 STC单片机最小系统 3.3.13STC89C52单片机简介STC89C52是一种低功耗、高性能C

33、MOS 8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash。具有以下标准功能：8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。另外STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35Mhz，6T/

34、12T可选。引脚排列如下图3-2所示。图3.2 STC89C52引脚排列STC89C52引脚功能分析如下：VCC（40引脚）：电源电压。GND（20引脚）：接地。P0端口（P0.0P0.7，3932引脚）：P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0写入“1”时，可以作为高阻抗输入。在访问外部程序和数据存储器时，P0口也可以提供低8位地址和8位数据的复用总线。此时，P0口内部上拉电阻有效。在Flash ROM编程时，P0端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电阻。P1端口（P1.0P1.7，18引脚）：P1口是一

35、个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。P1的输出缓冲器可驱动（吸收或者输出电流方式）4个TTL输入。P1口写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在Flash编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2端口（P2.0P2.7，2128引脚）：P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口

36、输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出器其特殊功能寄存器的内容。P2口在Flash编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3端口（P3.0P3.7，1017引脚）：P3口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（TTL）。P3口除作为一般I/O口外，还有其他一些复用功能：P3.0：RXD（串行输入端）；P3.1：TXD（串行输出端）；P3.2：（外部中断0信号输入端）；P3.3：(外部中断

37、1信号输入端)；P3.4：T0（定时器/计时器0外部计数脉冲输入端）；P3.5：T1（定时器/计时器1外部计数脉冲输入端）；P3.6：（外部数据存储器写选通）；P3.7：（外部数据存储器读选通）。RST（9引脚）：复位输入。当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成单片机的复位初始化操作。看门狗计时完成后，RST引脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/（30引脚）：地址锁存允许、编程脉冲信号端，双功能引脚。当CPU访问外部程序存储器或外部数据存储器时，该引脚提供一个ALE地址允许

38、信号（由正向负跳变），将低8位地址信息锁存在片外的地址锁存器中。（29引脚）：该引脚为外部程序存储器读选通信号,低电平有效。当单片机访问外部程序存储器读取及执行指令代码时，在每个机器周期均产生两次有效的信号，但在执行片内程序存储器读取指令代码时不产生信号。在读写内部RAM单元的数据时，亦不产生信号。/Vpp（31引脚）：双功能引脚，为访问内部或外部程序存储器控制选择信号端，当接地时，CPU只执行片外程序存储器中的程序；当接Vcc（高电平）时，CPU首先执行片内程序存储器中的程序（地址单元从0000H到0FFFH），然后自动转向执行片外程序存储器中的程序（地址单元从1000H到FFFFH）。Vp

39、p为片内Flash存储器并行编程时的编程电压，一般用DC12V加入该引脚。XTAL1（19引脚）：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2（18引脚）：振荡器反相放大器的输入端。 3.3.2时钟电路单片机系统正常工作的保证，如果振荡器不起振，系统将会不能工作；假如振荡器运行不规律，系统执行程序的时候就会出现时间上的误差，这在通信中会体现的很明显，电路将无法通信。它是由一个晶振和两个电容组成的。如图3-3所示：图 3.3 振荡电路晶振的选择： 6MHz的晶振，其机器周期是2us。12MHz的晶振，其机器周期是1us, 也就是说在执行同一条指令时用6MHz的晶振所用的时间是12MHz

40、晶振的两倍。为了提高整个系统的性能我选择了12MHz的晶振。振荡方式的选择：内部振荡方式，MCS-51内部都有一个反相放大器，XTAL1、XTAL2分别为反相放大器输入和输出端，外接定时反馈元件以后就组成振荡器，产生时钟送至单片机内部的各个部件，这样就构成了内部振荡方式。外部振荡方式是把已有的时钟信号引入单片机内。这种方式适合用来使单片机的时钟与外部信号一致。在我的这个设计中没有也无需与外部时钟信号一致，所以我选择了内部振荡方式，由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。晶振我选择了12MHz，相对于6MHz的晶振，整个系统的运行速度更快了。电容

41、器C1、C2起稳定振荡频率、快速起振的作用，电容值我选择了30pF。内部振荡方式所得的时钟信号稳定性高。3.2.2复位电路对于NMOS型单片机，在RST复位端接一个电容至VccHE 一个电阻至Vss，就能实现上电自动复位，对于CMOS单片机只要接一个电容至Vcc即可。如图，在加电瞬间，电容通过电阻充电，就在RST端出现一定时间的高电平，只要高电平时间足够长，就可以使MCS-51有效地复位。RST端在加电时应保持的高电平时间包括Vcc的上升时间和振荡器起振时间，Vcc上升时间若为10ms，振荡器起振时间和频率有关。10MHz时间约为1ms，1MHz时约为10ms，所以一般为了可靠地复位，RST在

42、上电时应保持20ms以上的高电平。图4中，RC时间常数越大，上电时RST端保持高电平的时间越长。振荡频率为12MHZ时，典型值为C=10uF,R=8.2k。若复位电路失效，加电后CPU从一个随机的状态开始工作，系统就不能正常运转。复位电路如图3-4所示：图 3.4 复位电路3.4 温度采集模块这里我们用到温度芯片DS18B20。DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器,具有3引脚TO-92小体积封装形式。测温分辨率可达0.0625,被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出。其工作电源既可在远端引入,也可采用寄生电源方式产生。CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信

43、,占用微处理器的端口较少,可节省大量的引线和逻辑电路。 DS18B20支持“一线总线”接口,测量温度范围为 -55C+125C,在-10+85C范围内,精度为0.5C.现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输,大大提高了系统的抗干扰性.适合于恶劣环境的现场温度测量,如:环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。3.4.1DS18B20的工作原理系统在数据采集数据端，采用数字温度传感器DS18B20实现温度的采集，DS18B20才用单总线接口，只占用单片机的一个端口。DS18B20可以采用数据线供电的方式，但是为了采集速度更快，我们使用外部供电方式。其测量范围从55摄氏度到125摄氏度，能

44、满足一般民用需求。其连接电路如图3-5所示。3.5 图温度采集电路工作原理：首先单片机初始化DS18B20，然后发送启动温度转换命令，然后再发送准备读取温度命令，最后读取2字节的温度数据。具体步骤如下：单片机给DS18B20一个初始化命令，然后发送0xcc命令跳过读序列号，发送0x44命令以启动温度转换。再发送一个初始化命令，同样发送0xcc命令跳过读序列号，发送0xbe命令准备读取温度，单片机连续读取2字节的温度数据。3.4.2DS18B20的温度计算DS18B20采用2字节来存储温度，其中1511位表示温度符号，104位表示温度的整数位，30位表示温度的小数位。（1）正温度计算：由于151

45、1位全为0，DS18B20采用正码形式存储温度，所以只需把100位右移4位就能算出温度，也就是除以16。比如采集到的温度0550H，除以16的十进制是85，那么温度就为85摄氏度。采集到的温度为0191H则温度为25.0625摄氏度。（2）负温度计算：对于负温度,DS18B20采用补码形式存储温度，1511位全为1，100位为补码，所以要转换为正码，然后再用正温度的计算方式。比如采集到的温度为FC90H,二进制为1100 1001 0000，转换为正码（补码加1）为0011 0111 0000，十六进制为370H,除以16为十进制55摄氏度，再加上符号位则计算出来的温度为-55摄氏度。以12位

46、转化为例：用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625/LSB形式表达，其中S为符号位。表3.1 DS18B20的温度格式表bit 7bit 6bit 5bit 4bit 3bit 2bit 1bit 0LS Byte232221202-12-22-32-4bit 15bit 14bit 13bit 12bit 11bit 10bit 9bit 8MS ByteSSSSS262524这是12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需