太阳能热水器温度控制系统设计最终..doc

目 录 1绪 论 2 1.1 课题背景 2 1.2太阳能热水器 2 1.3设计要求 2 1.3.1控制要求 2 1.3.2受控对象的数学模型 3 2 对硬件电路的研究与设计 4 2.1 单片机核心简介 4 2.1.1 组成框图及内部总体结构 4 2.1.2 寄存器和存储器 5 2.1.3 单片机各口及其负载能力、接口要求 6 2.1.4 MCS—51单片机的引脚功能 8 2.2 对温度传感器的选择 12 2.2.1 温度传感器的作用 12 2.2.2 常用的温度传感器类型 12 2.2.3 温度传感器的选择 14 2.2.4 DS18B20 详解 15 2.3对显示模块的设计 22 2.3.1 1602液晶的硬件 22 2.3.2 1602指令集 25 2.4 时钟电路设计 26 2.4.1时钟电路方案研究 26 2.4.2 DS1302硬件研究 26 2.5 系统的输入设备 29 2.5.1 键盘的设计 29 2.5.2 电源的设计 30 2.5.3 电源方案的确定 31 2.5.4 电源的设计原理 31 2.5.5 电源的性能要求 32 2.6 外部驱动电路的设计 33 2.7 水位监测电路的设计 34 2.7.1 水位监测的方案对比 35 3 软件设计 37 3.1流程图 37 3.2程序 37 附录一电路原理图： 38 附录二PROTEUS效果图： 39 1绪 论 1.1 课题背景 太阳能作为一种新能源，它与常规能源相比有三大特点：第一：它是人类可以利用的最丰富的能源。据估计，在过去漫长的11亿年中，太阳消耗了它本身能量的2%。今后足以供给地球人类，使用几十亿年，真是取之不尽，用之不竭。第二：地球上，无论何处都有太阳能，可以就地开发利用，不存在运输问题，尤其对交通不发达的农村、海岛和边远地区更具有利用的价值。第三：太阳能是一种洁净的能源。在开发利用时，不会产生废渣、废水、废气、也没有噪音，更不会影响生态平衡。绝对不会造成污染和公害。随着太阳能热水器市场竞争的日益激烈，品牌集中度将越来越高，消费者购买时的品牌意识也逐步增强 80C5l内部组成方框图如图1所示，内部总体结构框图如图2所示。 图2-1 80C51单片机组成方框图 图2-2 80C51总体结构框图 80C51主要包括算术／逻辑部件ALU、累加器A(有时也称ACC)、只读存储器ROM、随机存储器RAM、指令寄存器IR、程序计数据PC、定时器／计数据、 I／O接口电路、程序状态寄存器PSW、寄存器组，此外，还有堆栈寄存器SP、数据指针寄存器DPTR等部件。这些部件集成在一块芯片上，通过内部总线连接，构成完整的微型计算机。下面按其部件功能分类予以介绍。 2.1.2 寄存器和存储器 微处理器中的寄存器是学习指令系统和程序设计中常会接触到的、寄存器是由触发器组成的，8位寄存器由8个触发器组成，16位寄存器由16个触发器组成。MCS—51中的寄存器较多，大体可分为通用寄存器和专用寄存器两类。 图2-3 微处理器存储器结构 MCS—51存储器配置：微型计算机必须配置一定数量的存储器，但不同的微型计算机存储器的配置不同。一种是程序与数据共用一个存储器，如图3(a)所示。一般的通用计算机都采用此种形式。另一种是将程序与数据分别放在两个存储器内，一个称程序存储器，另一个称数据存储器，如图3(b)所示。MCS—5l单片机属于此类。这是由单片机的应用特点所决定的，因为单片机往往是为某个特定对象服务的，这是与通用计算机不同的一个显著特点。它的程序设计调试成功后，一般是固定不变的，因而程序(包括常数表)可以而且也应该一次性地永久放到单片机内。这样不仅省去了每次开机后台程序重新装入步骤，还可以有效地防止围掉电和其它干扰而引起的程序丢失的错误。MCS—51片内集成有一定容量的程序存储器(8031／80c31／8032除外)和数据存储器并具有较大的外部存储器扩展能力。物理上，MCS—51有4个存储器空间：片内程序存储器、片外程序存储器，片内数据存储器、片外数据存储器。 图4给出了访问程序存储器时，程序取指所涉及到的信号和时序。如果程序存储器是外部的，则程序存储器读选PSEN一般是每个 图2-4 MCS-51 执引外部程序存储器中指令码时的总线周期 机器周期两次有效，如图4(a)所示，如果是访问外部数据存储器，如图4(b)所示，则要跳过两个PSEN，因为地址和数据总线正在用于访问数据存储器。应该注意的是，数据存储器总线周期为程序存储器总线周期的2倍，图5给出了端口0和端口2所发送的地址ALE和PSEN的相对时序。ALE用于将P0的低位地址字节锁存到地址锁存器中。 2.1.3 单片机各口及其负载能力、接口