基于单片机的家用热水器控制器设计本科生毕业设计论文

学院毕业论文（设计）

2 家用电热水器控制器的硬件设计

对于家用电热水器来说，硬件系统是它的最基本的框架，是系统的所有功能的丛础。硬件的选择和所选硬件的性能对系统的功能实现以及系统的精度都有直接的影响，系统的设计成功与否很大程度上取决于硬件系统的设汁。本系统硬件方案论证包括单片机、温度检测传感器、加热控制驱动电路、电源电路、及键盘和显示等电路的选择。

2.1 系统总体设计方案

设计家用电热水器控制器，使控制器控制的热水器功率为2000W，采用两个加热棒。可以显示热水器当前水温和设置水温；可以进行水温设置；设计也要实现可以进行速热整桶水、低功率等加热模式的选择等功能。利用发光二级管对加热、保温和低功率三种模式进行显示。系统硬件电路包括加热控制、温度检测、报警、复位等电路的组成。利用LCD1602来显示实时设定温度和实际温度[4]。 2.1.1 主要技术参数 1 温度检测范围是0℃-80℃ 2 测量精度：+1℃

3 键盘是采用拨动开关，实现温度设定范围为：0℃～80℃ 4 参数调整：手动控制/程序控制

5 增加预警系统，当加热到设定的温度时，则发出报警信号

2.2 电热水器控制器系统组成框图

电热水器控制电路由时钟电路，复位电路，单片机，按键，LCD1602，传感器，继电器等部分组成。当单片机的P22、P21口输出低电平“0”时，两根加热棒都工作。当P23输出“0”时，报警电路工作。当P24、P25、P26、P27口为“1”时，发光二级管亮，模式选择显示工作。按键电路中，若有键按下，则对应的单片机管脚为“1”信号。热水器控制器系统组成框图如图2-1：

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按键单片显示模式选择显示加热控制温度检测机AT89C51电源

图2-1 热水器控制器系统组成框图

报警

2.3 单片机的最小系统

所谓最小系统就是指由单片机和一些基本的外围电路所组成的一个可以工作的单片机系统。一般来说，它包括单片机、晶振电路和复位电路。①晶振电路：AT89S51片内有一个由高增益反相放大器构成的振荡电路。XTALl和XTAL2分别为振荡电路的输入输出端。其振荡电路有2种组成方式：片内振荡器和片外振荡器。②复位电路：在RST输入端出现高电平时实现复位和初始化[5]。 2.3.1 单片机的选择

单片机的全称是微型计算机（Single Chip Microcomputer）。我们知道8031芯片内部无ROM，需要外扩程序存储器,由此造成电路焊接的困难，况且使用8031还需要另外购买其他的芯片，如A/D转换及定时/计数器（PWM）等芯片，从而造成成本较高，不实用[6]。

热水器控制电路数控部分采用AT89S51单片机作为控制核心。AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89S51具有以下标准功能：4k字节Flash，256字节RAM，32位I／0口，看门狗定时器，2个数据指针，2个16位定时器／计数器，一个6向量2级中断结构，全双工

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串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S51可降至0 Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，单片机停止工作，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。8位微控制器8 k字节为在系统可编程Flash[7]。

STC89C51单片机的管脚图如图2-2：

图2-2 AT89C51单片机的管脚图

各引脚介绍如下： 1．电源和晶振

VCC——运行和程序校验时加+5V GND——接地

XTAL1——输入到振荡器的反向放大器

XTAL2——反向放大器的输出，输入到内部时钟发生器 （当使用外部振荡器时，XTAL1接地，XTAL2接收振荡器信号）

RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址

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的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的[8]。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。 2．I/O（4个口，32根）

P0口——8位、漏极开路的双向I/O口。当使用片外存储器（ROM、RAM）时，作地址和数据分时复用。在程序校验期间，输出指令字节（需加外部上拉电路）。P0口（作为总线时）能驱动8个LSTTL负载。

P1口——8位、准双向I/O口。在编程/校验期间，用于输入低位字节地址。P1口可驱动4个LSTTL负载。对于80C51，P1.0——T2，是定时器的计数端且位输入；P1.1——T2EX，是定时器的外部输入端。这时，读两个特殊输入引脚的输出锁存器应由程序置1。

P2口——8位、准双向I/O口。当使用片外存储器（ROM及RAM）时，输出高8位地址。在编程/校验期间，接收高位字节地址。P2口可以驱动4个LSTTL负载。

P3口——8位、准双向I/O口，具有内部上拉电路。P3口提供各种替代功能。在提供这些功能时，其输出锁存器应由程序置1。P3口可以输入/输出4个LSTTL负载。 3．串行口

P3.0——RXD（串行输入口），输入。 P3.1——TXD（串行输出口），输出。 4．中断

P3.2——INT0外部中断0，输入。 P3.3——INT1外部中断1，输入。 5．定时器/计数器

P3.4——T0定时器/计数器0的外部输入，输入。 P3.5——T1定时器/计数器1的外部输入，输入。 6．数据存储器选通

P3.6——WR低电平有效，输出，片外存储器写选通。 P3.7——RD低电平有效，输出，片外存储器读选通。

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