单片机实现家用电热水器设计.doc

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1、摘 要本系统以单片机为核心，辅以键盘，显示电路，利用热敏电阻对热水器出口温度进行检测，将温度转换成频率，并将其反馈到单片机，用单片机测出频率大小，从而间接测出温度值，温度/温度转换电路简单可靠，成本低廉。对于加热功率的控制，本文采用了双向可控硅控制，单片机通过光耦给可控硅触发信号，控制可控硅的导通角，从而控制电热丝的有效加热功率。为了在关机和超温保护的状态下能可靠地关断加热电源，电路中加入了继电器来控制加热电源。其中串联在继电器线圈回路的熔丝为105时，热保险丝会熔断，防止加热管干烧。与电热丝并联的LED发光管用来指示电热丝的工作状态。关键词：单片机 温度 双向可控硅 继电器AbstractS

2、CM to the system as the core, 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 to the microcontroller, SCM measured by the size frequency And indirectly measure

3、d temperature and temperature / temperature 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 control of the SCR on-angle and thus control the effective electric wire heating p

4、ower. 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 fuse 105 , the fuse will be hot links to prevent the Heating tube of Dry. Paralle

5、l with the electric wire LED LED electric wire used to indicate the work of state. Keyword: MCU temperature TRIAC relay目 录摘 要iAbstractii第一篇 绪论1第一章选题目的和意义1第二章 国内外发展情况1第三章 本设计研究的内容和所做的工作II第二篇 方案论证3第一章 选择热水器类型3第二章即热式电热水器系统组成4第一节 加热控制电路4第二节 温度检测5第三节 单片机的选择6第四节 显示电路选择7第五节 电源选择8第六节 按键选择9第七节 报警电路9第八节 控制执行部

6、件9第九节 其他元件的介绍10第三篇 系统硬件电路设计15第一章 单片机系统的扩展原则16第二章 电源部分17第三章 加热控制电路17第四章 温度检测电路18第四篇 软件设计20第一章 主程序20第二章 显示扫描子程序20第三章 按键扫描处理子程序22第四章 加热控制程序22第五章 温度检测程序24第五篇 控制程序编制和调试27第六篇 硬件电路制作39第七篇 硬件和软件综合调试及性能分析40第八篇 结 论41第九篇 参考文献42第十篇 致 谢4343阳泉职业技术学院-毕业设计说明书第一篇 绪论第一章 选题目的和意义近年来，热水器行业的发展趋势可以用一句话来概括，即仍将呈现出以电热水器为主导，燃

7、气燃水器为辅，太阳能热水器为补充，三者互相共生。随着人民生活水平的不断提高，高性能热水器的需求量不断上升。根据市场调查，目前市场上有两种电热水器，即连续水流式和贮水式。前者的特点是加热速度快、体积小，但需要的功率大。当前市场上贮水式电热水器大多为机械式，存在温度控制简单、精度低、加热时间长、可靠性差等缺点。对电热水器而言，它具有安全、环保的特点，而且全国电网的改造、电的普及、电价的大幅度下调，以及用电设施的改善，均为电热水器的迅速普及提供了便利的条件。尤其三峡工程的建设、核电站的建设，更是为电热水器的推广和普及起到了助推剂的作用。电热水器对安装的要求也比较简单，它不受空间限制，可以因地制宜。快

8、热式家用电热水器的问世是家用电热水器具领域一次新的进步，它具有使用安全、卫生、不受水压限制，随时可供热水，水温易调节等优点，弥补了其它热水器的不足，属传统型热水器的替代产品，是家庭、公用住宅、小型饭店、宾馆理想的配套服务设施。随着气价的上涨，电价的不断下降。相信今后几年中我国电热水器市场仍将会呈现强劲增长势头。 第二章 国内外发展情况快热式电热水器在国外使用相当广泛，尤其是在欧美和东南亚地区。前些年，快热式产品在国内市场上曾经出现过一段时间，由于当时国内电力条件不成熟，对大功率的电产品一般无法正常使用，也没有好技术来保证其质量与安全，种种因素限制了其在国内的发展。近几年来，随着人们生活水平的不

9、断提高，国家电网改造和相关规定的出台，电力工业迅速发展，预示了即热式产品在国内的广泛前景。根据国家住宅设计规范（GF500%-1999）现有商品住房的电器线路导线必须采用铜芯线，每套住宅进线截面积不小于10mm2,分支引线不得小于2.5m2，电表规格不得小于20（40）A，所以现购新标准住宅用户，都有条件使用上述这种安全、方便的快热式电热水器，确保产品万无一失，安全系数达100%，通过检测，快热式比传统的热水器可节省40%的能耗，用多少热水加热多少，没有热水用不完时的浪费和使用中途热水供应不足的现象，热水利用率100%，因为它既不需要提前预热，也不需保温，省去了大量的额外开支，给用户带来真正的

10、实惠。即热式产品作为新型环保产品在我国广泛使用已是大势所趋，符合现代消费潮流。一切迹象都在预示着快热式的春天就要来临。第三章 本设计研究的内容和所做的工作用2位数码管显示水温温度，能够显示功率档位。温度检测显示范围：0-99，精度为：1。设置3个功率档位指示灯，功率不同，显示亮的灯不同。设置3个轻触按钮分别为电源开关键、 “+”键和“-”键，后两者控制功率大小。出水温度超过65时停止加热，并蜂鸣报警，温度降到45以下时恢复。内胆温度超过105时停止加热，防止干烧第二篇 方案论证第一章 选择热水器类型根据市场调查，目前市场上有两种电热水器，即即热式电热水器与贮水式电热水器。随着国际上能源短缺问题

11、日益突出，即热式电热水器以瞬间升温，无须等待，省时、省电、省水、省心、省空间、环保，适合现代人们快节奏的生活需要，节省了宝贵时间。具体表现如下：省时：储水式电热水器在使用前要经过长时间的预热过程，在冬季使用一台80升的储水式电热水器，要等2个多小时，很浪费时间。而即热式电热水器即开即热，随时都能洗澡，无须提前预热，可以节约用户宝贵的时间。省电：即热式电热水器的功率看起来较大，但是比传统的储水式电热水器还要省电，这是因为虽然即热式热水器的功率比较大，根据能量守恒定律，功率大并不等于耗能大（功率时间能量），与贮水式电热水器相比，即热式电热水器比贮水式电热水器节电40%65，所以是最省电的，因为其所

12、用的时间最少。 它即时增高所需用水的温度，用多少，烧多少，不用预热、不会产生预热的热量散失，不像传统贮水式电热水器使用前须烧热整桶水，造成时间和能源的浪费； 即热式电热水器它是以水控电，当开启热水供应系统的龙头，热水器即时生热。而关闭龙头后，热水器立即停止操作，由龙头开关控制热水器同步进行。省水：如果预热了一储水罐热水用不完，那就很浪费，如果不够用，那又很麻烦，这样它就既费水、又费电、更费钱。而用即热式热水器，您想用多少水就加热多少水，绝不浪费热水。 省心：调温方便，水温恒定，不会越用越冷。 省空间：储水式电热水器都有庞大的储水罐，占用了宝贵的室内空间，影响室内装修的美观。还容易发生装满水的热

13、水器罐从墙上掉下来砸伤人的事故。即热式热水器体积很小，而且精美、小巧、安装方便。 维护方便：即热式电热水器是过水加热的，具有不结水垢的特点，因此不需要特别的维护；而传统储水式电热水器由于是将水置于内胆内静止加热，极易形成水垢，但其除垢所使用的工艺麻烦，费用较高，因此其维护极不方便。 综上所述，选用即热式电热水器是比较理想的。第二章 即热式电热水器系统组成按即热式电热水器的功能要求，决定采用如图2-1所示的模块组成系统，主要包括电源电路、单片机控制器、温度检测电路、按键输入电路、LED数码管及指示电路、报警电路和加热控制电路。 图2-1 即热式电热水器系统组成框图第一节 加热控制电路家用电热水器

14、一般采用方便、可靠的电热丝加热方法，而即热式电热水器由于功率比较大和快速加热的目的，一般选用加热管给水加热。为了达到“即热”的效果，取消了储水罐，使冷水在进入加热管后立即被加热，这就要求加热管有较大的功率。根据热学及流体力学原理，结合实际实验室测试，可以得到水温与流量、加热功率之间的关系如表2-1所列表2-1 水温与流量、加热功率之间的关系对于加热功率的控制，最简单的方法是由若干不同功率的电热丝组合得到几种加热功率，但由于快热式热水器的加热功率较普通的大，且档位设置较多，用电热丝组合的方法需要几组电热丝和继电器，成本增高且工作可靠性降低；还有一种就是最近比较先进的可控硅功率控制器，通过利用数字

15、电路或模拟电路,根据输入控制信号,计算出可控硅触发控制角,并在过零后进行延时触发，改变其控制角，继而改变功率。所以比较理想的是采用可控硅控制功率，电路简单又控制方便。第二节 温度检测温度传感器可由以下几种方案可供选择：方案一：选用热敏电阻作为感测温度的核心元件，通过运算放大器放大由于温度变化引起热敏电阻电阻的变化、进而导至的输出电压变化的微弱电压变化信号，再用AD转换芯片ADC0809将模拟信号转化为数字信号输入单片机处理。方案二：采用热电偶作为感测温度的核心元件，配合桥式电路，运算放大电路和AD转换电路，将温度变化信号送入单片机处理。方案三：采用数字式集成温度传感器DS18B20作为感测温度

16、的核心元件，直接输出数字温度信号供单片机处理。对于方案一，采用热敏电阻有价格便宜、元件易购的优点，但热敏电阻对温度的细微变化不敏感，在信号采集、放大、转换过程中还会产生失真和误差，并且由于热敏电阻的R-T关系的非线性，其本身电阻对温度的变化存在较大误差，虽然可以通过一定电路予以纠正，但不仅将使电路复杂稳定性降低，而且在人体所处温度环境温度变化中难以检测到小的温度变化。故该方案不适合本系统。对于方案二，采用热电偶和桥式测量电路相对于热敏电阻其对温度的敏感性和器件的非线性误差都有较大提高，其测温范围也非常宽，从-50摄氏度到1600摄氏度均可测量。但是依然存在电路复杂，对温度敏感性达不到本系统要求

17、的标准，故不采用该方案。对于方案三，由于数字式集成温度传感器DS18B20的高度集成化，大大降低了外接放大转换等电路的误差因素，温度误差很小，并且由于其感测温度的原理与上述两种方案的原理有着本质的不同，使得其温度分辨力极高。温度值在器件内部转换成数字量直接输出，简化了系统程序设计，又由于该传感器采用先进的单总线技术（1-WRIE），与单片机的接口变的非常简洁，抗干扰能力强。为了简化电路，降低成本，本文采用了温度/频率转换测温法，直接将温度信息转换成频率信号，用单片机测出频率大小，从而间接测出温度值，温度/频率转换电路简单可靠，成本低廉。第三节 单片机的选择89C51或其兼容系列的单片机： 89

18、C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中。主要特性： 与MCS-51 兼容4K字节可编程闪烁存储器寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/

19、计数器5个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路80C51系列单片机是由Intel公司推出的8位主流单片机系列，是在中低档系列MCS-51的HMOS的基础上发展而成的，该系列具有CHMOS结构，是我国目前应用最广泛的一种单片机系列。80C51单片机共有40个信号引脚。它有两种封装形式：一种是双列直插式，另一种是方形封装(44个引脚，其中有4个空脚NC)。80C51单片机的40个引脚分别是：电源引脚2根，外接晶体振荡器引脚2根，控制引脚4根以及输入/输出引脚32根。80C51内置中央处理单元、128字节内部数据存储器RAM、32个双向输入/输出(I/O)口、2个16位定时

20、/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。80c51需扩展外部程序存储器，最高工作频率12M。此外，80C51还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。其外形如图2-2所示。图2-2 单片机80c51为了实现功能，使用80c51比较经济实用。第四节 显示电路选择方案一：采用两位共阳数码管显示温度，动态扫描显示方式。方案二：采用液晶显示屏LCD显示温度对于方案一，该方案成本低廉，显示温度明确醒目，在夜间也能看见，功耗极低，显示

21、驱动程序的编写也相对简单，这种显示方式得到广泛应用。不足的地方是扫描显示方式是使五个LED逐个点亮，因此会有闪烁，但是人眼的视觉暂留时间为20MS，当数码管扫描周期小于这个时间时人眼将感觉不到闪烁，因此可以通过增大扫描频率来消除闪烁感。对于方案二，液晶体显示屏具有显示字符优美，不但能显示数字还能显示字符甚至图形的优点，这是LED数码管无法比拟的。但是液晶显示模块价格昂贵，驱动程序复杂，从简单实用的原则考虑，本系统采用方案一。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点

22、亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。由两个三极管9012驱动。图2-3为共阳数码管引脚图。(a) (b)图2-3 共阳数码管引脚图第五节 电源选择 对电源要求不甚严格，电源电路可以使用开关电源，也可以使用采用普通的市电降压整流，然后经集成稳压器（7805）稳压输出+5V电压。单片机要有个好的运行状态，电源一定要稳定，在这里使用普通变压器整流供电。第六节 按键选择按键是单片机系统中常用的信息输入部件，同时也是人机对话中不可缺少的输入设备，按键采用轻触小按纽，其外形如图2-4所示图2-4 轻触小按键第七节 报警电路该控制器设计的报警电路是：当单片机检测到传感器出现故障时，利用软件设计从

23、IO线输出信号经放大后驱动报警电路报警以提示故障，并同时通过加热控制电路来实现停止加热。 报警电路采用5V的自鸣式蜂鸣器。最重要一个特点是只要按照极性要求加上合适的直流电压，就可以发出固有频率的声音，因此使用起来比起喇叭简单，所以在一些报警要求不高的场合有所使用。如图2-5所示图2-5 自鸣式蜂鸣器第八节 控制执行部件方案一：采用数模转换芯片AD0832控制，由单片机根据当前温度值送出相应数字量到AD0832，由AD0832产生模拟信号控制晶闸管的导通角，从而配合无级调温电路实现温控时的温度自动调节。方案二：采用继电器，继电器控制晶闸管导通角的电阻的接入电路与否由单片机控制，根据当前温度值在相

24、应管脚送出高/低电平，决定某个继电器的导通角控制电阻是否接入电路。对于方案一，该方案能够实现电热丝处于温控状态时也能调温，但是D/A转换芯片价格较高，与其温控状态下无级调速功能相比性价比不高。对于方案二，采用继电器价格便宜，控制可靠，综合考虑采用方案二。第九节 其他元件的介绍双向可控硅：晶闸管也称可控硅整流器（简称可控硅），它是一种大功率半导体器件，具有耐压高、容量大、效率高、控制灵敏等优点。晶闸管既有单向导电的整流作用，又有可以控制可开关作用，具有弱电控制强电的特点。它在可控整流、可控开关、交直流电动机调速系统、调光、调压、温控与时控等方面获得广泛的应用。可控硅是P1N1P2N2四层三端结构

25、元件，共有三个PN结，分析原理时，可以把它看作由一个PNP管和一个NPN管所组成，其等效图解如下图2-6所示。图2-6 可控硅等效图解图当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均处于放大状态。此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号，BG2便有基流ib2流过，经BG2放大，其集电极电流ic2=2ib2。因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以ib1=ic2。此时，电流ic2再经BG1放大，于是BG1的集电极电流ic1=1ib1=12ib2。这个电流又流回到BG2的基极，表成正反馈，使ib2不断增大，如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通。由于BG1和BG2所构成的正反

26、馈作用，所以一旦可控硅导通后，即使控制极G的电流消失了，可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作用，没有关断功能，所以这种可控硅是不可关断的。由于可控硅只有导通和关断两种工作状态，所以它具有开关特性，这种特性需要一定的条件才能转化，此条件见下表2-2。表2-2 可控硅导通和关断条件状态条件说明从关断到导通1、阳极电位高于是阴极电位2、控制极有足够的正向电压和电流两者缺一不可维持导通1、阳极电位高于阴极电位2、阳极电流大于维持电流两者缺一不可从导通到关断1、阳极电位低于阴极电位2、阳极电流小于维持电流任一条件即可可控硅的基本伏安特性如图2-7所示。图2-7 可控硅基本伏安特性双向可控硅

27、可以在阳极与阴极之间加正向电压，门极加触发信号，控制双向可控硅实现双向导通，因此适合用作交流电源开关，广泛用于工业、交通、家用电器等领域，在遥控电路中也被广泛应用。双向可控硅还可通过控制其导通的大小来控制它的输出电压的大小。可控硅的特性曲线分在四个象限，在特性曲线的、象限具有相同的触发和导通特性。它可以用正向脉冲来触发使其导通，又可用负想向脉冲触发器使它导通。在实际应用中，这四种触发方式对双向可控硅触发导通有很大差异，其中第一象限“+”和第三象限“-”触发性能很好，因为在这两种触发方式中，触发电流的方向和双向可控硅主回路中当时的电流方向一致，只需要用较小的触发脉冲电流就可使双向可控硅导通。可控

28、硅又分单向可控硅和双向可控硅，双向可控硅是一种NPNPN型五层半导体器件，与普通可控硅相比，如用普通可控硅控制交流负载，需要两个普通可控硅的反并联，两套触发线路，而双向可控硅只需要一套触发线路即可。除此之外，双向可控硅能够双向导电。双向可控硅的三个引出电极分别为第一（主）电极T1、第二（主）电极T2和门极G（控制极）。图2-8是双向可控硅的结构和电路符号。 T2 T2 P N N G N N G T1 T1 （a） (b)图2-8 双向可控硅结构与符号三极管：三极管是一种控制元件，主要用来控制电流的大小，以共发射极接法为例（信号从基极输入，从集电极输出，发射极接地），当基极电压UB有一个微小的

29、变化时，基极电流IB也会随之有一小的变化，受基极电流IB的控制，集电极电流IC会有一个很大的变化，基极电流IB越大，集电极电流IC也越大，反之，基极电流越小，集电极电流也越小，即基极电流控制集电极电流的变化。但是集电极电流的变化比基极电流的变化大得多，这就是三极管的放大作用。IC 的变化量与IB变化量之比叫做三极管的放大倍数（=IC/IB, 表示变化量。），三极管的放大倍数一般在几十到几百倍。三极管在放大信号时，首先要进入导通状态，即要先建立合适的静态工作点，也叫 建立偏置 ，否则会放大失真。在三极管的集电极与电源之间接一个电阻，可将电流放大转换成电压放大：当基极电压UB升高时，IB变大，IC

30、也变大，IC 在集电极电阻RC的压降也越大，所以三极管集电极电压UC会降低，且UB越高，UC就越低，UC=UB。其电路符号如图2-9所示。 c beNPN型 e NPN型 c bePNP型 e PNP型图2-9 三极管电路符号继电器：继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。电磁继电器的工作原理和特性 ：电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生

31、电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。图2-10为继电器的触点方式。图2-10 继电器的触点方式振荡电路：能够产生振荡电流的电路叫做振荡电路。一般由电阻、电感、电容等元件和电子器件所组成。由电感线圈l和电容器c相

32、连而成的lc电路是最简单的一种振荡电路，振荡电路主要是用来稳定频率和选择频率。12MHz的晶振：晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。高级的精度更高。有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器。此外电路中还用到3个LED指示灯用于指示加热功率。第三篇 系统硬件电路设计快热式热水器控制系统电路如图3-1所示。图3-1

33、 快热式热水器控制系统电路它由七部分电路组成：单片机系统及外围电路、按键输入电路、LED数码管及指示电路、报警电路和加热控制电路和温度检测电路。控制器采用成本低廉且工作可靠的89C51或其兼容系列的单片机，采用12MHz的晶振。 第一章 单片机系统的扩展原则一个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，即单片机内部的功能单元，如ROM、RAM、I/O、定时器/计数器、中断系统等不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。二是系统的配置，即按照系统功能要求配置外围设备，如键盘、显示器、打印机、A/D、D/A转换器等，要设计合适的接口电路。 系统的

34、扩展和配置应遵循以下原则： （1）尽可能选择典型电路，并符合单片机常规用法。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，并留有适当余地，以便进行二次开发。 （3）硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。硬件结构与软件方案会产生相互影响，考虑的原则是：软件能实现的功能尽可能由软件实殃，以简化硬件结构。但必须注意，由软件实现的硬件功能，一般响应时间比硬件实现长，且占用CPU时间。 （4）系统中的相关器件要尽可能做到性能匹配。如选用CMOS芯片单片机构成低功耗系统时，系统中所有芯片都应尽可能选择低功耗产品。 （5）可靠性及抗干扰设计是硬件设

35、计必不可少的一部分，它包括芯片、器件选择、去耦滤波、印刷电路板布线、通道隔离等。 （6）单片机外围电路较多时，必须考虑其驱动能力。驱动能力不足时，系统工作不可靠，可通过增设线驱动器增强驱动能力或减少芯片功耗来降低总线负载。 （7）尽量朝“单片”方向设计硬件系统。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。随着单片机片内集成的功能越来越强，真正的片上系统SoC已经可以实现，如ST公司新近推出的PSD32系列产品在一块芯片上集成了80C32核、大容量FLASH存储器、SRAM、A/D、I/O、两个串口、看门狗、上电复位电路等等。第二章 电源部分元件清单：变压器

36、一个，输出至少应该有一个9V，功率15W。桥堆一个，或者用二极管搭一个，用来整流。7805一个，还要附上散热片，温压模块。 电容1000uF，100uF各一个，104两个。 发光二极管一个只，要来做电源指示用。 二极管一只，用来保护7805。 电阻一只。图3-2为电源部分电路图。 图3-2 电源部分变压器变压输出，把高电压变成低电压，输出的电压值是正弦图形。桥堆全桥整流后输出的电压是波浪一样的图形，就是把正弦的负半周转到正半周，C1整流后输出一个衰减的波浪图形，因为C1充电了，7805是稳压模块，输出一个恒定的5V电压，C3和C2滤出杂散波，7805的输出端不能高于输入端，所以加二极管保护78

37、05。第三章 加热控制电路可控硅可以认为是线形环节实现对水温的控制。图3-3所示为加热控制电路原理图。热保险丝会熔断，防止加热管干烧。与电热丝并联的LED发光管用来指示电热丝的工作状态。可控硅触发信号中需要对市电进行过零检测，以实现出发脉冲的相位延时。本电路中利用三极管8050和一个“电热丝的加热功率由双向可控硅控制，单片机通过光耦给可控硅触发信号，控制可控硅的导通角，从而控制电热丝的有效加热功率。为了在关机和超温保护的状态下能可靠地关断加热电源，电路中加入了继电器来控制加热电源。其中串联在继电器线圈回路的熔丝为105时，非”门实现过零检测的，电路如图3-4所示.图3-3 加热控制电路原理图。

38、 图3-4 过零检测电路图第四章 温度检测电路 温度检测电路如图3-5所示，温度/频率变换电路是利用反相器组成的RC多谐振荡器，其中的R24是一个热敏电阻，当温度变化时引起热敏电阻的阻值变化，从而改变了振荡器输出的方波频率。该频率的估算可用如下的公式： f1.1RC图3-5温度检测电路第四篇 软件设计 快热式热水器的功能，系统程序必须实现显示扫描、按键扫描处理、加热控制和温度检测（包括超温报警）4项任务。51系列单片机实现多任务运行的方法就是分时复用，在程序设计时要相应地分配好各任务的CPU占用时间。对于以上几个任务稍加分析可以看出，显示扫描、按键扫描和加热控制任务相对而言有实时要求，而温度检

39、测任务则可用定时（0.51s实现）。第一章 主程序系统在上电复位后，先对温度寄存器、档位寄存器赋默认值，并进行清除超温标志，设置定时器及中断系统的工作方式等初始化工作。由于51系统单片机没有停机指令，所以可以利用主程序设置死循环反复运行各个任务。把有实时要求的子程序（显示扫描、按键扫描、加热控制）约占用5msCPU时间，运行测温子程序的时间间隔为0.5s，那么循环次数应为100次。图4-1所示为主程序流程图。第二章 显示扫描子程序显示扫描子程序完成两位共阳数码管的扫描显示任务。图4-2所示为显示扫描子程序流程图。 图4-1 主程序流程图图4-2 显示扫描子程序流程图第三章 按键扫描处理子程序按

40、键扫描子程序负责逐个扫描档位“+” 键、档位“-”键和开关键是否被按下，若有键被按下，则作出相应处理。图4-3所示为按键扫描子程序流程图。 图4-3按键扫描子程序流程图 第四章 加热控制程序加热控制程序根据用户设定的加热档位和系统当前的状态，决定是否加热和控制加热的功率并点亮相应的指示灯，若有超温标志，还应打开蜂鸣器报警。图4-4所示为加热控制程序流程图。加热控制程序通过控制继电器的通断来决定是否给电热丝通过加热，而加热的功率大小则由双向可控硅的导通角决定。系统程序利用外中断INT1检测市电的过零点，检测到过零点后，立即根据设定的加热档位给定时器T1赋一个延时参数，并打开定时器T1，允许其中断

41、。当定时器T1计满益出后触发中断，T1中断程序就会给可控硅发一个触发信号，使其导通。图4-5和4-6所示分别为过零检测程序流程图和可控硅触发信号控制程序流程图。图4-4加热控制程序流程图图4-5过零检测程序流程图图4-6 可控硅触发信号控制程序流程图 第五章 温度检测程序温度检测程序的基本原理就是将温度/频率转换电路测得的频率与事先建立好的温度/频率表进行比较，查找出与该频率相应的温度值。在实验测试后建立的温度/频率表是0100温度所对应的频率值。它是一个频率对应于温度递减的非线性函数，在C语言中用一个一维数组Tab101来表示，下标为温度，数组元素为频率值。计算温度的方法采用高效、准确的二分

42、法查表，查表的过程如下：（1）先给定查找的温度最大值Tmax和最小值Tmin，即查找的范围，根据已有的温度表默认最大值Tmax=100，最小值Tmin=0。（2）假定测得温度Temp为最大值与最小值饿中间值，即Temp=（Tmax+Tmin）/2。（3）将实际测得的频率值T0rig与假定温度Temp在表格中对应的频率Tabtemp相比较，如果相等，那么假定温度就是当前实际温度，即完成查找。（4）若T0rigTabtemp，说明实际温度应该在Tmin与Temp之间（因为递减函数特性），则修改查找范围，令Tmax=Temp；同理，若T0rigTabtemp，说明实际温度应该在Temp与Tmax之间

43、，则令Tmin=Temp；（5）检测查找范围，若Tmax-Tmin1，则判断T0rig更接近最大值对应的频率TabTmax还是最小值对应的频率TabTmin，实际温度值取频率更接近的那个值即完成查找。 （6）若Tmax-Tmin1，则重复第 1 步骤、直到完成查找。温度检测程序完成温度计算后，便刷新系统当前温度寄存器，并判断有无超温、置位或清除相应的标志位。图4-7所示为温度检测程序流程图。使用外中断INT0和计时器T0检测输入频率的大小。为了减少测量的系统误差相对值和随机误差对测量精度的影响，程序中取100个方波周期的和作为检测结果。程序中使用静态变量px0count进行外中断的计数，在测量

44、开始时，给px0count赋值2是为了让频率测量有准确的起点。另外，为了区分测频的开始和结束，还使用了测频开始标志位T0tst和测频完成标志位Testok. 图4-8所示为频率测试程序流程图。 图4-8频率测试程序流程图 图4-7温度检测程序流程图第五篇 控制程序编制和调试 控制源程序清单以下是快热式电热水器控制源程序清单，采用C51编写，在Keil Vision2 V2.30(C51.exe V7.0)环境下调试通过，并下载到AT80C51测试运行成功。/*-快热式热水器程序MCU AT80C51 XAL 12MHzBuild by Gavin Hu, 2008.5.18-*/#pragma src#include #include #include void delay(unsigned int);