1、內蒙古科技大學本科生畢業設計說明書（畢業論文） 題 目：基于單片機的太陽能熱水器測控系統的設計學生姓名：田文帥學 號：0605106428專 業：自動化班 級：自2006-4班指導教師：賈玉瑛 高級工程師基于單片機的太陽能熱水器測控系統的設計摘 要眾所周知，世界上的能源危機越來越嚴重，迫切需要找到新的能源來代替傳統能源。而太陽能以其能源干凈，安全可靠，源源不斷的來源備受人們青睞，在對太陽能的利用當中，太陽能熱水器無疑是技術最成熟的。本文結合實際太陽能熱水器的具體應用，設計了以AT89S51單片機為核心，AD590溫度傳感器，OP07高精度運放大器，ADC0832芯片等元器件為基礎的太陽能熱水器

2、的智能控制器，詳細描述了它的工作原理和設計方案。根據太陽能熱水器對控制器的要求，給出了系統硬件設計及軟件的實現方法，從而實現了自動與手動上水，自動與手動加熱，溫度水位顯示等實用功能。全文分為3大部分，第一部分是緒論部分結介紹本設計的目的要求以及市場前景分析 和設計的思路方法。第二部分是硬件電路的設計部分，詳細介紹了硬件的電路圖和硬件的控制原理以及控制方法。第三部分為設計的軟件設計部分，描述了設計的軟件程序。關鍵詞：單片機、太陽能熱水器、溫控系統 AbstractThe solar energy water heater with the advantages of clean energy b

3、y the welcome of people. Based on the practical application of solar water heater, design with AT89S51 as the core, the temperature sensor AD590 to OP07,High precision operation amplifier, ADC0832 chips on the basis of components of the solar energy water heater only controller, a detailed descripti

4、on of its working principle and design scheme. According to the requirement of solar water heater of controller, system hardware design and software realization method, so as to realize the automatic and manual, automatic and manual heating water, water temperature display and practical function.The

5、 letter divides into three parts, the first part is introduced and the introduction section design requirement and market analysis and design method of thinking. The second part is part of the hardware circuit design, detailed introduces the hardware circuit and control principle of hardware and the

6、 control method. The third part is the design of the software design, describes the design of the software program.In winter, the demand for water heater is very big, the solar energy water heater is the main source of water, and so can namely is an energy and renewable energy, which is rich in reso

7、urces, can use free, and no transport. No pollution to environment and solar water heater detection controller is muti _ function development orientation.Keywords: SCM, solar water heater, the temperature control system 目錄摘 要IAbstractII目錄III第1章 緒論11.1 太陽能熱水器的概況11.2太陽能熱水器的發展概況及市場競爭分析2太陽能熱水器的節能和經濟效益分析

8、7太陽能熱水器的環境效益分析7第2章 系統硬件設計102.1 控制系統組成及工作原理102.1.1 系統的組成102.1.2 控制裝置的工作原理122.2 主要原器件選擇及硬件電路的設計122.2.1 AT89S51高性能8位單片機12數碼管顯示原理152.3 AT89S51單片機的最小系統182.4 AT89S51單片機時鐘電路182.5 AT89S51單片機復位電路192.6水位檢測電路的硬件設計202.7水溫檢測電路的硬件設計202.8 鍵盤電路的硬件設計272.9 驅動電路的硬件設計282.10顯示電路的硬件設計312.11 控制系統原理圖32第3章 軟件設計333.1 主程序流程圖3

9、33.2水溫控制上水程序343.3溫度顯示子程序353.4 鍵盤處理程序36結束語37第四章 參考文獻38第五章 附錄395.1 主程序流程圖395.2 中斷子程序405.3溫控進水程序40溫度檢測程序40水溫控制上水程序415.4 溫度顯示子程序425.5 鍵盤處理程序445.6基于單片機的太陽能熱水器控制系統的設計程序45致謝56 第1章 緒論1.1 太陽能熱水器的概況設計的目的及意義：本設計具有很強的實用性,用成本低廉的電阻式傳感器以及電極配以單片機技術對生產實際中的太陽能熱水器的水溫的控制以及水位的顯示。本裝置電路簡單、實用性強、性價比高、水溫控制靈活，水位顯示直觀醒目。可廣泛應用于家

10、庭生活對太陽能熱水器的水位顯示與水溫控制。具有良好的市場前景。 控制系統設計要求：1、能夠根據水位和水溫兩個條件控制是否需要進水，每次只進整個水箱的四分之一水量，也可以在手動狀態下自由進水（上滿時自由停止）或停止進水。2、控制系統具有手動和自動切換功能；3、具有水溫和水位顯示功能；4、具有進水超水位和超水溫報警指示；5、用水時若水溫達不到設置值時，可手動起動加熱裝置，這樣可在很大程度上節約電能；6、用水時可自由調節水溫；7、控制系統具體管道排空功能，這樣防止冬天時因水管內有積水而在夜間凍裂水管。 設計實現思路及方法：水位由潛入儲水容器不同深度的水位電極和潛入容器底部的公共電極（導線）檢測；并由

11、四個綠色LED發光二極管顯示：若無水則綠燈不亮；若有四分之一儲水箱的水亮一盞綠燈；通過觀察綠燈點亮的數量可識別水位的高低，這里取5段顯示，也可根據需要進行增減。水溫由四個LED數碼管顯示，前三個數碼管顯示的為溫度最后一個數碼管我們只用到了四段碼顯示為溫度的符號C，水溫有效值最多可顯示為99.9。1.2太陽能熱水器的發展概況及市場競爭分析目前，中國已成為世界上最大的太陽能熱水器生產國，年產量約為世界各國之和，已有一百多家太陽能熱水器生產廠。當今社會發展日新月異，人們衣食住行也在不斷的提高。現有電熱型熱水器費用昂貴及燃氣型的不安全性，且排放二氧化碳污染大氣，北方用煤氣取暖造成城市空氣環境污染，這些

12、都是太陽能熱水器良好的外部生存環境。太陽能熱水器 克服了上述缺點，他是綠色環保產品。它使用簡單、方便。太陽能熱水器順呼時代發展的要求，滿足人們對環保綠色產品的需求。在人類文明程度日益提高的今天，它是現代文明社會的最佳選擇。應該注意到，集體單位對太陽能熱水器的用量很大。新建商住樓安裝熱水器，已是房屋開發公司計劃之內的事，配套熱水器的商品房銷勢更好此款熱水器包括主、從兩大系統：主系統的特點是在晴好的天氣利用太陽光能為熱水器加熱；從系統相當于電熱水器，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的資源的優勢，同時考慮到在陰天及夜間無法利用太陽能的缺點，充分發揮太陽能熱水器和電熱水器

13、的各自優勢。2001年到2006年太陽能熱利用產業快速發展。2006年銷售額近300億元，提供就業機會60多萬個。中國太陽熱水器2005年安裝量為世界的77%。真空管型約占世界總產量的90%以上，硼硅玻璃3.3年產量約占世界70%，吸氣劑約占世界95%以上，年約1.9億支真空集熱管用，年約0.9億支顯像管用。據國家經貿委資源與綜合利用司提供的消息，目前，我國已成為世界上最大的太陽能熱水器生產和使用國。2000年，我國太陽能熱水器年銷售量達600萬平方米，實現產值60億元，上繳稅金2.5億元。2000年底全國太陽能熱水器擁有量達2600萬平方米，年替代常規能源能力400萬噸標準煤，居世界第一位。

14、太陽能熱水器已成為與燃氣熱水器、電熱水器并列的三大熱水器之一。熱效率高,可以連續不斷的供應熱水,出水量大,使用十分方便，隨著"禁直推強"、國家"西氣東輸"重點發展燃氣的能源政策實行，為燃氣熱水器提供了廣闊的市場空間。有關調查顯示，燃氣熱水器在今后三五年內將保持10%以上的增長率。 太陽能熱水器因其安全、節能、經濟、環保等優點為消費者接受。我國太陽能熱水器市場年增長率20%30%，年銷售量400萬平方米，整個太陽能熱水器行業產值已超過35億元，當前它在我國熱水器市場份額中約占5%。綜評一般太陽能熱水器容積為70L260L，全年70%以上的熱水由太陽輻射加熱

15、完成，在安裝輔助能源裝置的情況下，可以實現全天候24小時供熱水。太陽能熱水器可用于不同的建筑結構，如平頂房、尖頂房、高層建筑陽臺。太陽能熱水器由微承壓向承壓發展，結構設計更趨合理、美觀，使用更便捷。真空管太陽能熱水器全年適應性強，安裝防凍等輔助裝置，系統運行更趨可靠。太陽能熱水器輔助能源設備是實現家庭熱水中心的最佳途徑。太陽能熱水器無污染、節能、環保、安全、零使用費用，經濟效益顯著。太陽能熱水器有國家政策支持，市場遠未飽和，發展前景大。在全球能源形勢緊張、氣候變暖嚴重威脅經濟發展和人們生活健康的今天，世界各國都在尋求新的能源替代戰略，以求得可持續發展和在日后的發展中獲取優勢地位。太陽能以其清潔

16、、源源不斷、安全等顯著優勢，成為關注重點。在太陽能產業的發展中，太陽能熱水器的熱利用轉換技術無疑是最為成熟的，其產業化進程也較光伏電池、太陽能發電等產業領先一步。但是目前市場還有待規范，消費群體還有待培育，技術還有尚須改進，因而對于企業來說還有較大的成長空間。 中國的太陽能熱利用技術研究開發始于20世紀70年代末，其重點置于簡單，價廉的低溫熱利用的適用技術，如太陽能溫室，太陽灶，被動太陽房，太陽熱水器，和太陽干燥器。這類技術在農村得到推廣應用，為緩解農村能源短缺，改善農村生態環境和農民生活起了積極的作用，并收到了實效。20世紀80年代太陽能熱水器列入國家“六五”和“七五”科技攻關項目。主要的研

17、發項目是高效平板太陽集熱器和全玻璃真空集熱管。在90年代全玻璃真空集熱管的科技成果通過中試轉化為生產力形成自行設計和配套的集熱管生產線是科技攻關的最杰出的成果。 2007年，中國太陽能熱水器產量的增長速度約為30%，年產量達2340萬（16380MWth），總保有量約為10800萬（75600MWth）（太陽能熱水器壽命按10年計算，1997年前的保有量作廢）。2007年，太陽能熱水器市場銷售額約為320億元人民幣，產值億元人民幣以上的企業有20多家；2007年，太陽能熱水器的出口額增長約為28%，6500萬美元左右，產品出口歐洲、美洲、非洲、東南亞等50多個國家和地區。 中國太陽能熱水器的年

18、生產量是歐洲的2倍，北美的4倍，現已成為世界上最大的太陽能熱水器生產國和最大的太陽能熱水器市場，并仍在以每年20-30的速度遞增。但是中國太陽能熱水器的生產企業有5000多家，除桑樂、皇明、清華陽光、華揚、太陽雨、力諾瑞特等10個全國性品牌因質量、售后服務過硬而市場知名度較高外，行業中存在著大量紛繁蕪雜的雜牌企業，這種狀況不利于行業的長遠發展，這就要求政府部門進行規范，加強監管引導。盡管市場現狀不如人意，但市場前景仍看好。隨著國民經濟和人民生活水平的不斷提高，居民對家庭室內熱水的需求越來越強烈，中國太陽能熱水器市場潛力巨大，市場預測： 據中國五金制品協會統計，目前中國城市家庭中，57.4%擁有

19、燃氣熱水器,31.3%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期調查中,三者的比例將演變為35.8%、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9.5%的比例。據國家信息中心經濟預測部所做的全國消費者家用電器消費意向調查結果顯示，99年城鎮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，傳統的燃氣熱水器產業實現升級換代，迎來安全時代，電熱水器持續升溫，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。據預測，到2015年，我國太陽能熱水器普及率將達到20%30%，約

20、2.32億平方米的市場擁有量，年產值438億元。 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，能源危機已日益增長，環境污染的危機已威脅著生態平衡，太陽能開發利用的課題已提到人類的面前。有人預測：二十一世紀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、季節性和地區性又給太陽能利用帶來重重困難，有些技術難點尚未突破，產品造價偏高（如光電池）。因而尚未被人們大規模的使用。在太陽能熱利用技術中，太陽能熱水器是技術上比較成熟、造價比較低廉的產品，同時給人民提供不耗能源、保護環境、絕對安全的熱水而受到人們的歡迎。 首先，應用太陽能熱水器不消耗任何

21、常規能源，而是利用取之不盡、用之不竭的太陽能。太陽每時每刻都在進行核聚變反應，其功率達3.9×10的23次方kW，地球表面大約能接收到其中的8.5×10的13次方kW，相當于全世界發電量的幾十萬倍。太陽中反應堆氫的儲量，足夠維持600億年。 其次，應用太陽能熱水器安全可靠，沒有爆炸、漏電、漏氣等會造成人身傷害的危險，且自動運行，操作簡單，基本無維修工作量。再次，太陽能熱水器沒有固、液、氣體排污，對環境無任何不利影響。太陽能熱水器若有輔助加熱，可充分發揮其功能，即使夜間或陰雨天以及太陽被云層遮蔽時，也能全天候使用。 目前，我國太陽能熱水器的推廣普及十分迅速，1997年銷售面積

22、近300萬平方米，數量居世界首位；全國從事太陽能熱水器研制、生產、銷售和安裝的企業達1000余家，年產值20億元。太陽能熱水器智能控制器的應用及意義太陽能熱水器雖然有諸多的好處，但對用戶而言，可能存在以下幾方面疑慮:一：水箱上水的問題，很多家庭可能采用手動上水，就是在適當的時間去扳動水閥，直至水箱滿了，溢流管有水流下來，提醒用戶去關閉水閥。同時還要避開中午日照比較強烈的時段，防止冷熱交換過于強烈，炸裂箱內水管。這樣做無可厚非，可是很不方便，首先每天早上或晚上洗完澡后都要記得去扳動水閥，否則第二天洗澡的時候可能就沒水了。還有時候水上滿了卻忘記去關水閥了，這樣家里可能也要發大水了，存在很多避免不了

23、的麻煩。二：水箱內水量的問題：很多人也有這樣的經歷，正在洗澡時候發現水快沒了，可是又不能馬上上水，否則這樣熱水也變成冷水了，若是洗到一半沒水了更是尷尬。可是洗澡之前又看不到水箱里還剩多少水，只能在合適的時間多上幾次水，這樣給用戶也帶來了很大的麻煩。三：存在干燒的問題：用戶外出一兩天沒用熱水器，沒能每天按時上水，水箱內液位已經過低。日照強烈時，箱內水溫很高，可能這樣短期不會出現什么問題，可是時間長了熱水器的壽命就大大縮減了，成本還沒收回就要更換新的熱水器了，這樣就很不值得了。四：水溫的問題，南方的太陽能用戶經常會有這樣的經歷，夏天每天都要洗熱水澡，有時一天還要洗好幾次，可是又經常碰見下雨，陰天，

24、光照很弱的天氣。這時候普通的太陽能熱水器恐怕就不能勝任了。晚上用水的時候發現水溫很低，只能洗冷水澡了，冬天的時候要想洗個熱水澡更是不可能的了。諸多的疑慮，的確給用戶帶來了很大的麻煩。但要是在洗澡間里配套給熱水器安裝個智能控制器，所有的問題就能迎刃而解了。究竟什么是太陽能熱水器智能控制器，每個人眼里有不同的看法，通俗來講它就像一個人一直幫你觀察著熱水器的各種情況，你洗澡的時候幫你調好水溫 ，沒有水的時候幫你把水上滿等等。有了它可以不再讓你不必因以上的幾點麻煩而對太陽能存有很多疑慮了，可以無憂無慮的使用太陽能。“人性化”與否也一直是設計這類控制器的必要前提，也是是否能得到用戶認可得關鍵性因素。所以

25、智能控制器的設計也需要緊緊圍繞這個目標展開。只有考慮到真正的“智能”，“人性化”，設計出的控制器也才能被用戶所接受，市場前景也更為廣闊。目前，中國已成為世界上最大的太陽能熱水器生產國，年產量約為世界各國之和，已有一百多家太陽能熱水器生產廠。與之配套的智能控制器也層出不窮，各式各樣。但它們不是過于簡易，就是價格太高，不適合普通的家庭用戶。這些控制器大多是采用51系列的單片機為核心，加上8255，溫度傳感器，時鐘芯片等作為擴展電路，溫度值和水的檔位用數碼管或LED燈加以顯示，和LED燈作為聲光報警，就組成了比較傳統的智能控制器。這樣還算比較優秀，很多商家直接連溫度顯示也省了，只簡單輔助了一個自動上

26、水功能，就稱之為太陽能智能控制器。這樣的控制器并不能給用戶帶來多大的方便，比如陰雨天想洗熱水澡的愿望都實現不了。這樣的控制器當然更稱不上人性化。由此可見給太陽能熱水器配備真正的智能控制器是非常有必要的，也很有意義。本文也將圍繞這個主題，在“智能”，“人性化 ”的前提下詳細探討該智能控制器的設計思想，設計方案，整體硬件設計，主要芯片和單片機的接口電路以及如何用軟件設計并調試成功的方法。1.2.1太陽能熱水器的節能和經濟效益分析與電熱水器的對比計算太陽能熱水器日產50熱水90kg，取進水溫度為15，則每天吸收太陽能13.23MJ，折合成電能3.657kWh。考慮到電熱轉換效率為98%，則相當于3.

27、732kWh。以本地電價0.47元kWh計，日節約電費1.75元。該太陽能熱水器每年比電熱水器節省費用640元，4年可全部收回投資。與燃氣熱水器的對比計算以通常家用的液化石油氣為例，每鋼瓶15kg，熱值約42MJkg，議價45元。考慮到液化石油氣的燃燒效率及排氣熱損失，取熱量轉換效率為70%，則13.23MJ熱量要燃燒0.45kg液化石油氣才能獲得，折合燃料費用1.35元。該太陽能熱水器每年可節約燃氣費用493元，5年可全部收回投資。 與鍋爐耗煤的對比計算某鍋爐燒熱2噸50熱水，耗煤300kg。按比例折算，太陽能熱水器每天相當于節煤13.5kg。按煤價250元/t計算，太陽能熱水器年節約燃料費

28、1232元，基本上當年可收回投資的50%。 與洗浴收費的對比計算按每人每次淋浴用熱水30kg計算，太陽能熱水器日產50熱水可供3人洗浴。以本地淋浴最低價2元/（人.次）計，每天可產生效益6元，年產生效益2190元。2年之內不僅可收回該太陽能熱水器的全部投資，并可產生一定的經濟效益。 1.2.2太陽能熱水器的環境效益分析太陽能熱水器不消耗常規燃料，對環境不產生污染。而煤、液化石油氣的燃燒過程以及電能獲取過程中都會對環境產生一定的污染。與電熱水器對比太陽能熱水器日吸收熱量13.23MJ，折合電能3.657kWh。考慮電熱轉換效率為98%，輸電效率為95%（1996年全國電力線損率為8.53%），目

29、前我國發電標準煤耗為350gkWh，則采用太陽能熱水器理論上每年可減排的大氣污染物為：煙氣4908.7Nm3，CO2 662.3Nm3，SO2 2.0Nm3。與燃氣熱水器對比太陽能熱水器日吸收熱量13.23MJ，折合燃燒液化石油氣0.45kg。理論上每年可減排的大氣污染物為：煙氣1480.9Nm3，CO2 230.7Nm3，SO2 0.015Nm3。與鍋爐燃煤對比采用太陽能熱水器日節煤13.5kg。理論上每年可減排的大氣污染物為：煙氣39300Nm3，CO2 5302Nm3，SO2 15.9Nm3。資源是社會經濟發展的物質基礎，經濟愈發展，對資源的依賴性愈強。許多資源（如煤、石油、天然氣等）是

30、不可再生的，而且在利用過程中給人類生存環境帶來極大污染，人類繁衍生息的物質和環境基礎受到嚴峻挑戰。加強清潔、可再生資源的開發利用，已引起全世界的普遍重視。太陽能作為一種取之不盡、用之不竭的可再生資源，有節能、環保、安全和永續利用等優點，理應成為開發利用的首選。其中太陽能熱水器作為家庭生活用品，其開發利用在我國已走過了二十多年的歷程，生產技術成熟，具有明顯優點：（一）從節能環保的角度講，使用太陽能熱水器不會對環境造成污染，同時為國家節約了大量能源，社會效益明顯，是國家重點推廣項目，使用前景廣闊。（二）太陽能熱水器的使用壽命較長，使用太陽能熱水器經濟實惠。若使用合理，其壽命可達15年甚至更長。據測

31、算，使用平方米太陽能熱水器，相當于每年節約10度電。太陽能熱水器的費用只有燃氣熱水器的七分之一，電熱水器的六分之一。購置太陽能熱水器一次性投資3000元左右，使用5至6年就可實現與其熱水器的支出對比平衡。按照裝置壽命15年計算，其經濟效益是十分明顯的。（三）太陽能熱水器集熱效果好，集熱時間更長。只要陽光能照射到的地方，就可以使用太陽能熱水器，即使在高寒地區一年四季也可以正常使用。在我國浙江、江蘇、山東等地，太陽能熱水器的研發和生產已形成規模，應用太陽能熱水器的場所也由家居使用擴展到醫院、學校、賓館、飯店、游泳池、洗浴場所等 第2章 系統硬件設計2.1 控制系統組成及工作原理2.1.1 系統的組

32、成 如圖2-1所示，本系統主要由控制器、自動控制閥、手動控制閥、水位檢測電極、水溫檢測傳感器、電阻加熱絲、儲水箱等組成。 控制器：主要通過里面的電磁閥控制YV1和YV2的通斷，控制水溫檢測傳感器檢測水溫、控制水位檢測傳感器檢測水在水箱中的位置以及控制電阻加熱絲加熱。自動控制閥：主要通過控制器控制，當水箱中的水的實際溫度大于所設置的溫度時，自動閥就自動打開往水箱中上水，直到上到上一個目標水位為止。手動控制閥：當自動閥損壞時，可以通過手動閥進行上下水。水位檢測電極：主要用來檢測水箱中水的位置，主要把水箱分成四等分，一共有五個電極，接地的電極放在最水箱的最底下，其余分別放在四等分點上，比如當水箱中的

33、水在第一等分和第二等分之間，則顯示水箱中有四分之一的水，當超過第二等分，則顯示二分之一的水。水溫檢測傳感器：主要用來檢測水箱中水的實際溫度。AD590屬于半導體集成電路溫度傳感器，測溫范圍-55- +150，在其二端加上一定的工作電壓，其輸出電流與溫度變化成線性電阻加熱絲：主要用來加熱水箱中水，使其達到用戶所需要的溫度。 儲水箱：主要用于儲存所用的水源。圖 2-1 系統組成示意圖 圖 2-1 系統組成示意圖 控制裝置的工作原理本控制系統分為手動和自動兩種控制方式，在系統處于自動狀態下，當檢測溫度高于設置溫度，且水位未達到最高時，控制器打開電磁水閥YV1和YV2進行上水，同時點亮上水指示燈，當水

34、位上至上一目標水位時，自動停止上水（即關閉電磁水閥YV1和YV2），若水箱內無水，則自動上水至最低水位處。在系統處于手自動狀態下，可自由上水或停止上水（上水時水箱水位必須未滿），若水位達到最高則自動停止上水；若需要啟動加熱器則必須先設定加熱溫度，然后按下加熱鍵進行加熱；若需洗浴時，則需打開手動閥YV4，系統自動打開電磁水閥YV2，可通過YV5自由調節水溫；當電磁水閥YV1和YV2損壞或停電時，可通過打開YV5和YV6進行上下水解決燃眉之急；此系統設置YV3是為了防止冬天氣溫過低引起水管因內有積水而凍裂（即手動打開此閥放完水管中的積水）。2.2 主要原器件選擇及硬件電路的設計2.2.1 AT89

35、S51高性能8位單片機AT89S51是一個低功耗高性能CMOS 8位單片機，4k Bytes Flash只讀程序存儲器(ROM),512 Bytes 內部數據存儲器(RAM),該微處理器采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS-51指令系統，引腳兼容80C51和80C52芯片，片內的Flash存儲器可以像常規程序存儲器一樣進行燒寫，AT89S51片內總共有256字節的用戶數據區，而128字節的內部擴展數據區需通過清SFR(8EH)的位1并用MOVX指令訪問，片內置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，另一個256BytesRAM區與ATMEL之AT89系列8052兼容

36、的單片機是一致的，AT89C51結合通用的8位微處理器和Flash存儲技術構成功能強大單片微處理器，可提供許多高性能低價位的系統控制應用場合。 AT89S51主要特點： 40個引腳，32kBytes的程序存儲器，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數器,2個全雙工串行通信口，內置時鐘振蕩器,其Flash存儲器，可反復擦寫1000次的Flash存儲器可有效地降低開發成本。軟件設置電 源省電模式，睡眠其間，定時/計數器，串行口和中斷口均停止工作，RAM中的數據被“凍結”，直到下次被中斷激活或硬件復位方可恢復工作。 圖2-2 AT89S51引腳圖(2)

37、、AT89S51主要功能特性兼容MCS51指令系統32k可反復擦寫(>1000次）Flash ROM32個雙向I/O口硬件看門狗WDT電路3個16位可編程定時/計數器時鐘頻率0-33MHz兩個串行中斷512×8bit內部RAM2個外部中斷源內置時鐘振蕩器中斷激活睡眠模式3級加密位雙重數據存儲器軟件設置睡眠和喚醒功能管腳說明：VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據/地址的低八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸

38、入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的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，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為低八位地址接收。 P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址

39、外部數據存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，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 /I

40、NT0（外部中斷0） P3.3 /INT1（外部中斷1） P3.4 T0（記時器0外部輸入） P3.5 T1（記時器1外部輸入） P3.6 /WR（外部數據存儲器寫選通） P3.7 /RD（外部數據存儲器讀選通） P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要

41、注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執行狀態ALE禁止，置位無效。 PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現。 EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內部程

42、序存儲器。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部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 振蕩器特性: XTAL1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振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，XTAL2應不接。有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。2.2.2數碼管顯示原理由單片機的定時器To做16位計數器（為便于數據處理，這里只用低8位計數值，即寄存器TL0中的值）。一邊記錄脈沖數量

43、，一邊以厘米為單位由四位數碼管顯示出來。四位數碼管采用動態掃描方式顯示。長度計量儀采用0.5英寸共陽極連接的LED數碼管。LED數碼管由發光二極管作為顯示字段的數碼型顯示器件。右圖為LED數碼管外形和引腳圖，其中7只發光二極管分別對應a-g筆段，構成“日”字形，另一只發光二極管DP作為小數點，因此這種LED顯示器稱為八段數碼管。（如圖2-3所示）共陽極型LED數碼管，是將各段發光二極管的陽極連在一起，作為公共端com,應接高電平。ag、Dp各筆段中，某筆段接低電平時發光，高電平時不發光。圖2-3 LED數碼管為了節省單片機I/O口的數量，將各位數碼管的ag對應筆畫并聯起來分別與單片機的P2.0

44、P2.7引腳連接。顯示時，由P2口依次輸出各位數字的筆段碼，并依次由P1.0、P1.1、P1.2、P1.3輸出低電平位選信號接通數碼管的公共端，輪流進行，循環不止，由于循環的頻率較高（約50Hz），加上人眼的視覺暫留，既保障了各位數字的對應顯示，又不會出現閃爍現象，實現動態掃描顯示。數碼管驅動方式數碼管是一種半導體發光器件，其基本單元是發光二極管。數碼管要正常顯示，就要用驅動電路來驅動數碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數字，因此根據數碼管的驅動方式的不同，可以分為靜態式和動態式兩類。靜態顯示驅動靜態顯示驅動：靜態驅動也稱直流驅動。靜態驅動是指每個數碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O端口進

45、行驅動，或者使用如BCD碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅動。靜態驅動的優點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O端口多，如驅動5個數碼管靜態顯示則需要5×840根I/O端口來驅動，要知道一個89S51單片機可用的I/O端口才32個呢：），實際應用時必須增加譯碼驅動器進行驅動，增加了硬件電路的復雜性。 動態顯示驅動動態顯示驅動：數碼管動態顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態驅動是將所有數碼管的8個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個數碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出

46、字形碼時，所有數碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數碼管的的COM端，就使各個數碼管輪流受控顯示，這就是動態驅動。在輪流顯示過程中，每位數碼管的點亮時間為12ms，由于人的視覺暫留現象及發光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩定的顯示數據，不會有閃爍感，動態顯示的效果和靜態顯示是一樣的，能夠節省大量的I/O端口，而且功耗更低。2.3 AT89S51單片機的最小系統

47、 圖2-5 時鐘電路所謂最小系統，即指使單片機能正常工作的所需的最少的電路，即應包含CPU及輔助電路、ROM、RAM及I/O端口等電路。由于AT89S51內部已經包含4KB的Flash Memory程序存儲器，所以無需再擴展片外程序存儲器。在AT89S51的基礎上，加復位電路、時鐘電路、EA引腳信號及電源即可。結合資料及所學過的內容，得到如圖2-4所示的單片機最小系統。圖2-4中，晶體振蕩器的頻率選6MHZ，復位電路采用上電復位，電路參數如圖中所示，以滿足系統復位時兩個機器周期的高電平的要求。由于CPU的內部已含有程序存儲器，所以EA引腳接高電平。4. 4.7F 10K6M20pf+5V Vc

48、c EA GNDAT89S51 RST XTAL1 XTAL220pf+5V圖2-4 AT89S51單片機最小系統2.4 AT89S51單片機時鐘電路該水位自動顯示控制器采用AT89C51單片機，機內有一高增益反相放大器，構成自激振蕩電路，振蕩頻率取6MHz,外接6MHz晶振，兩個電容C1、C2取20pF，以便于起振蕩的作用。右圖中XTAL1為內部時鐘工作電路的輸入，XTAL2為來自反向振蕩器的輸出。 C1 C2對頻率有微調作用 ，晶振或陶瓷諧振器的調頻范圍可在1.2HZ12HZ之間選擇為了減小寄生電容，更好的保證振蕩器的穩定，可靠地工作，振蕩器和電容應盡可能安裝的與單片機引腳XTAL1和XT

49、AL2靠近。由于內部時鐘方式外部電路電路簡單，單片機應用系統中大多采用這種方式。內部時鐘方式產生的時鐘信號的頻率就是晶振的共有頻率2.5 AT89S51單片機復位電路該水位自動顯示控制器采用上電復位電路，由R14、C3構成復位電路，在上電瞬間，產生一個脈沖，AT89S51將復位。為保證可靠復位，脈沖寬度應大于兩個機器周期，這取決于R、C時間長數。取電容C=10uF，電阻R=10K。圖2-7水位檢測電路2.6水位檢測電路的硬件設計實驗證明，純凈水幾乎是不導電的，但自然界存在的以及人們日常使用的水都會含有一定的Mg2+、Ca2+等離子，它們的存在使水導電。本控制裝置就是利用水的導電性來完成的。我們

50、把儲水箱大致分為四個等份，水位由潛入太陽能熱水器的儲水箱不同深度的水位電極和潛入儲水箱底部的公共電極（導線）進行檢測；由單片機依次使各水位電極呈現高電平，由公共電極所接的三極管進行電位轉換，水位到達的電極，轉換電位為低（0）；水位沒有到達的電極，轉換電位為高（1）；每檢測一位便得到一位數據，5個電極檢測一遍以后便得到了5個串行數據，然后把這5個數據轉化為字節一路送發光二極管；在這里我們可以用發光二極管亮的盞數來顯示水位的高低。（若沒有發光二極管亮則表示箱內沒有水或者只有少量的水，若有一個發光二極管燈亮則表示箱內有四分之一箱的水，以此類推，若有四個發光二極管亮，則表示水箱水是滿的。）2.7水溫檢

51、測電路的硬件設計本設計溫度傳感器選用AD590。AD590屬于半導體集成電路溫度傳感器，測溫范圍-55- +150，在其二端加上一定的工作電壓，其輸出電流與溫度變化成線性圖2-8 水溫檢測電路圖關系，1uA/°K，誤差有幾種等級:±1、±0.5、±0.3，本設計中選取±0.5品種。OP07為高精度運算放大器，AD590電流流經R36、RP1轉換為電壓信號，R37、RP2為運算負反饋電阻，成反相比例放大器，將溫度信號轉換成0-5V的電壓信號，ADC0832再將其轉換為數字信號，輸入CPU。圖2-8為溫度檢測和A/D轉換電路圖。 AD590簡介AD

52、590是美國模擬器件公司生產的單片集成兩端感溫電流源。它的主要特性如下：1、流過器件的電流（mA）等于器件所處環境的熱力學溫度（開爾文）度數，即：mA/K式中： 流過器件（AD590）的電流，單位為mA；T熱力學溫度，單位為K。2、AD590的測溫范圍為-55+150。3、AD590的電源電壓范圍為4V30V。電源電壓可在4V6V范圍變化，電流 變化1mA，相當于溫度變化1K。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會被損壞。4、輸出電阻為710MW。5、精度高。AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在-55+150范圍內，非線性誤差為±0

53、.3。AD590溫度傳感器不但實現了溫度轉換為線性化電量測量，而且精確度高，互換性好，應用簡單方便，因此，可把輸出的電信號經AD卡轉換為數字信號，由計算機采集的VI-T的數據，以發揮實時和準確的特點。AD590集成溫度傳感器實質上是一種半導體集成電路，它是利用晶體管的b-e結壓降的不飽和值VBE與熱力學溫度T和通過發射極電流I的下述關系實現對溫度的檢測：式中，K波爾茲常數； q電子電荷絕對值。集成溫度傳感器具有線性好、精度適中、靈敏度高、體積小、使用方便等優點，得到廣泛應用。集成溫度傳感器的輸出形式分為電壓輸出和電流輸出兩種。電壓輸出型的靈敏度一般為10mV/K，溫度0時輸出為0，溫度25時輸

54、出2.982V。電流輸出型的靈敏度一般為1mA/K。、OP07簡介Op07是一種低噪聲，非斬波穩零的雙極性運算放大器。由于OP07具有非常低的輸入失調電壓，所以OP07在很多場合不需要而外的調零措施，OP07同時具有輸入偏置電流低和開環增益高的特點，這種低失調，高開環增益的特性使得OP07特別適用于高增益的測量設備和放大傳感器的微弱信號等方面。寬的輸入電壓范圍與高達110DB的共模抑制比和高輸入阻抗的結合，在同向電路阻態中提高了很高的精度，即使在很高的閉環增益下，也能保持極好的線性和增益精度。、下面是OP07參數資料的簡明說明：產品型號:OP07CP通道數:1關斷功能:No工作電壓Max. (

55、V):36工作電壓Min. (V):6每通道IQ(典型值)(mA):5帶寬GBW(典型值)(MHz):0.600轉換速率(典型值)(V/us):0.300輸入失調電壓(25)(Max.)(mV):0.150失調漂移(典型值)(uV/):0.500輸入偏置電流(Max.)(pA):7000共模抑制比(Min.)(dB):100噪聲電壓(典型值):9.800單電源供電:No滿幅:No封裝/溫度():PDIP-8/070描述:精密,低噪聲運放ADC0832 是美國國家半導體公司生產的一種8 位分辨率、雙通道A/D轉換芯片。由于它體積小，兼容性，性價比高而深受單片機愛好者及企業歡迎。 ADC0832

56、具有以下特點： 8位分辨率； · 雙通道A/D轉換； · 輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容； · 5V電源供電時輸入電壓在05V之間； · 工作頻率為250KHZ，轉換時間為32S； · 一般功耗僅為15mW； · 8P、14PDIP（雙列直插）、PICC 多種封裝； · 商用級芯片溫寬為0°C to +70°C，工業級芯片溫寬為40°C to +85°C； 芯片接口說明： · CS_ 片選使能，低電平芯片使能。 · CH0 模擬輸入通道0，或作為IN+/-使用。 · CH1 模擬輸入通道1，或作為IN+/-使用。 · GND 芯片參考0 電位（地）。 · DI 數據信號輸入，選擇通道控制。 · DO 數據信號輸出，轉換數據輸出。 · CLK 芯片時鐘輸入。