太阳能辅助加热装置的设计.docx

《太阳能辅助加热装置的设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《太阳能辅助加热装置的设计.docx（43页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、山东职业学院毕业设计题目：太阳能热水器智能操纵器的设计系别：电气工程系专业：电气自动化技术班级：电气自动化技术1033班学生姓名：闫珊珊指导教师： 完成时刻：2013-1-20摘 要太阳是距地球最近、与地球关系最紧密的一颗恒星能量的天然来源，太阳 能是取之不尽，用之不竭，没有污染的庞大能源。但由于太阳能的分散性、季 节性和地域性又给太阳能利用带来重重困难，有些技术难点尚未冲破，产品造价 偏高（如光电池）。因此尚未被人们大规模的利用。现今社会进展日新月异，人 们衣食住行也在不断的提高。现有电热型热水器费用昂贵及燃气型的不平安性， 且排放二氧化碳污染大气，北方用煤气取暖造成城市空气环境污染，这些都

2、是太 阳能热水器良好的外部生存环境。太阳能热水器克服了上述缺点，他是绿色环保 产品。它利用简单、方便。太阳能热水器顺呼时期进展的要求，知足人们对环保 绿色产品的需求。在人类文明程度日趋提高的今天，它是现代文明社会的最正确 选择。应该注意到，集体单位对太阳能热水器的用量专门大。新建商住楼安装热 水器，已是衡宇开发公司打算之内的事，配套热水器的商品房销势更好。在太阳 能热利用技术中，太阳能热水器是技术上比较成熟、造价比较低廉的产品，同时 给人民提供不耗能源、爱惜环境、绝对平安的热水而受到人们的欢迎。目前，太 阳能热水器操纵器还一直处于研究与开发时期，市面在售的操纵器绝大部份只具 有温度和水位显示功

3、能，不具有温度水位的自动操纵功能。尽管有的操纵器配有 电加热辅助装置，但都不是全智能型的,给用户利用带来许多不便。本系统采纳51单片机为核心，采纳温度传感器进行温度检测，并通过数码 管显示，功能键盘能够实现辅助电加热温度操纵。其要紧功能包括热水器温度显 示，液位显示，辅助电加热温度操纵，辅助电加热时刻操纵、预约操纵等。做到 智能的、功能完善的、操作简便的太阳能辅助加热系统。关键词：单片机、太阳能热水器、温控系摘 要错误!未定义书签。1. 前言（绪论）错误!未定义书签。太阳能热水器的进展概况及市场竞争分析错误!未定义书签。2. 设计思路及要求错误!未定义书签。本设计的目的和意义错误!未定义书签。

4、设计进程及工艺要求错误!未定义书签。论文的结构组成错误!未定义书签。太阳能热水器辅助加热系统设计整体方案设计错误!未定义书签。系统硬件电路方案错误!未定义书签。温湿度传感器的选择和传感器相关参数错误!未定义书签。单片机型号选择错误!未定义书签。AT89S52单片机参数等相关信息错误!未定义书签。数码管的选择和相关的参数错误!未定义书签。时钟芯片的选择和相关的参数错误!未定义书签。其他相关元件的选择和相关的参数错误!未定义书签。系统整体软件设计思路错误!未定义书签。3. 太阳能热水器智能操纵器系统硬件方案设计错误!未定义书签。系统温度搜集电路硬件设计方案错误!未定义书签。系统时刻搜集电路硬件设计

5、方案错误!未定义书签。系统水位搜集电路硬件设计方案错误!未定义书签。系统单片机及按键电路硬件设计方案错误!未定义书签。系统数码管显示电路硬件设计方案错误!未定义书签。系统报警及水位水温操纵电路硬件设计方案错误!未定义书签。4. 太阳能热水器智能操纵器系统设计软件方案设计错误!未定义书签。系统单片机读取按键信息软件方案错误!未定义书签。系统单片机读取处置芯片信息软件方案错误!未定义书签。系统LED显示和其他部份软件方案.错误!未定义书签。总结错误!未定义书签。终止语错误!未定义书签。致谢错误!未定义书签。参考文献错误!未定义书签。附件一电路图错误!未定义书签。附件二源程序错误!未定义书签。1.

6、前言（绪论）太阳能热水器的进展概况及市场竞争分析自20世纪90年代以来，我国太阳能热水器行业维持了 20年左右的快速增 加。1992年，我国产业年生产量只有50万平方米，而到2020年，我国太阳能 热水器总产量达到5700万平方米。目前我国已成为世界上最大的太阳能热水器生产国和太阳能热水器市场，该 产业也成为我国唯一在生产能力和利用规模上处于世界领先水平的可再生能源 产业。随着太阳能热利用行业竞争态势的日趋猛烈，有久远进展目光的太阳能企 业开始将创新放在各项工作的重中之重，不管是在核心技术仍是外观形象，不管 是集热技术、保温技术仍是高能效技术、太阳能与建筑一体化技术，都取得了飞 速的进展与进步

7、。2021年6月，国家财政部、发改委、工业和信息化部联合发起的高效节 能太阳能热水器惠民工程推行实施细那么正式出台。推行期限暂定为2021年 6月1日至2021年5月31日，旨在通过采取财政补助的方式，支持太阳能热水 器的推行利用，拉动新能源产品的消费。目前，我国城乡居民对洗浴热水的需求增加迅猛。在农村地域和中小城市， 太阳能热水器已经成为提高人民生活质量、全面建设小康社会的重要手腕。随着 中高温太阳能热水器的开发和太阳能与建筑一体化技术的日趋完善，太阳能热水 器的应用领域再也不局限于提供热水，正慢慢向取暖、制冷、烘干和工业应用方 向拓展，中国太阳能热水器市场潜力庞大。2. 设计思路及要求本设

8、计的目的和意义本设计具有很强的有效性，用本钱低廉的电阻式传感器和电极配以单片 机技术对生产实际中的太阳能热水器的水温的操纵和水位的显示。本装置电 路简单、有效性强、性价比高、水温操纵灵活，水位显示直观夺目。可普遍 应用于家庭生活对太阳能热水器的水位显示与水温操纵。具有良好的市场前 景设计进程及工艺要求(1) 大体功能； 检测温度、水位； 显示温度、水位；(2) 要紧技术参数 温度检测范围：0C-99C； 测量精度：C； 水位检测范围：10%-100%； 检测精度：20%； 显示方式：数码管显示； 信息输入方式：通过按键能够设定水温、加热时刻、预约加热时刻等。 提示方式：在温度达到设定温度、加热

9、时刻到、预约加热时刻到、水位 抵达极限时会有声光提示。自动上水时会有灯光常亮，和一声提示音。 上水方式：自动上水时是在设定加热水位小于25%时，当水位上升至75% 时自动上水停止，用户能够手动上水，也能够通过水管的并联利用手动开关 上水。论文的结构组成本论文分为四部份：绪论：太阳能热水器的进展概况及市场竞争分析。第二章：要紧介绍太阳能热水器辅助加热系统设计的目的和意义及设计进程及工艺要求，介绍介绍本论文的结构组成，介绍硬件原理框图及软件实现方案并通过比较硬件电路组成部份和软件部份各类实现方案，最终确立最正确方案。第三章：介绍以单片机AT89S52为信息处置核心的太阳能热水器辅助加热系统设计电路

10、，详细分析各单元的硬件电路，并给出相关电路原理图。第四章：依照仪器的硬件组成和功能要求，给出相应的软件设计及要紧程 序流程图。系统硬件电路方案依照系统功能要求，需要一下电路：单片机操纵电路，水位监测电路， 温度检测电路、按键检测电路，温度、水位、计时显示电路，加水操纵电路， 加热操纵电路，时刻读取电路等等。由这几个模块电路组成整个系统，完成 水温水位自动智能操纵。图21太阳能热水器辅助加热系统硬件原理图其各部份电路具体功能如下：-1水位监测电路：在家用太阳能热水器中对水位要求的精准度不高， 因此不需要购买价钱昂贵的水位监测仪器，能够依如实际需要搭建简易 电路检测水位。2温度检测电路：依如实际需

11、要，温度检测电路要有较好的稳固性， 外部电路越简单其工作的稳固性就越好。因为太阳能热水器的测温点距 加热操纵器有必然的距离，因此在选择温度传感器时最好选用数字量的 器件。3按键信息输入电路：此电路要紧完成加热温度设定、加热时刻设定、 预约加热时刻设定、改变显示数据等等功能，属于人机交流部份，使整 个系统加倍合理，人性化。关于整个系统的完善，有相当重要的作用。4单片机信息处置电路：不言而喻，这部份电路关于整个系统而言相 当人的大脑，其要紧包括了整个单片机（51系列）的最小系统，各个模 块电路连接等。固然最要紧的是他的软件要正常运行。5时刻读取电路：此电路要紧为此系统提供较为准确的时刻，使整个 系

12、统能正确的判定出白天与夜晚和何时是用水顶峰等，是其能达到智能 操纵的关键。6提示电路及信息显示电路：此电路要紧完成当水温度值、水位超过 设定值或最大值时，发出提示信号，其中包括声响信号和光信号。显 示电路是人机交互平台的重要组成部份，要紧能够完成显示实时的温 度值、设定值、水位值及计时的显示的功能。其显示信息数量较为简 单，因此能够选择数码管显示。7加水电路及加热电路：关于家用太用能热水器加水加热都没有精准 的水位温度要求，在此电路能够直接选择开关量的器件操纵加热加水， 但其操纵的电压电流值比较大，因此在设计上要综合考虑。考虑到每一个模块都能够有多种实现方案，下面通过比较各类方案，来选择 最优

13、化的实现方案温湿度传感器的选择和传感器相关参数传感器又称为换能器、变换器等。温湿度传感器是温湿度测系统中重要的 组成部份，其大体功能是将库房的温度和湿度如此一些物理量（非电量）转换成为 便于测量的电量。温湿度传感器的精度、灵敏度、抗干扰能力及安装方式决定了 温湿度传感器测量精度，因此其选型对整个设计具有决定性的作用。目前，温湿度信号的测量方式较多，但在测温方面要紧有： 金属热电阻：温度/热改变电阻阻值 热电偶：温度/热量使导体产生温差电动势 半导体热敏电阻：温度/热量改变电阻阻值 红外释热测温：温度改变红外热辐射 色温法：温度改变金属颜色转变（炼钢） 石英：温度改变石英震荡频率 形变：温度使双

14、金属片弯曲而以上传感器不能知足外部电路简单，数字量输出的要求，而DS1302及能知足 系统的要求而且价钱廉价，稳固性好。以下介绍它的相关信息：一线式数字温度传感器DS18B20是DS1820的更新换代产品（由美国DA IIAS公司生产）。它具有体积小，分辨率高,转换快等优势。由于每片DS18B20含 有唯一的硅串行数，因此在一条总线上能够挂接多达248R 218 X 1014只DS18B20,再加上DS18B20独特的单线总线结构，决定了 DS18B20专门适合于大 型的多路温度实时测控系统的温度检测。温度实时测控集装箱的设计，在实现测 控系统的温度检测方面就较好地利用了 DS18B20的独到

15、 特点，使系统取得了极大的简化。(1) DS18B20 的特性1) 独特的单线接口方式。DS18B20在I/O处置器连接时，仅需要一个I/O 口即可 实现微处置器同DS18B20的双向通信。2) DS18B20支持组网功能，多个DS18B20能够并联在唯一的单线上，实现多点测 温。3) DS18B20的测温范围为：-55C+125C,在-10C+ 85C时,其精度为+ 015C。4) DS18B20的测温结果的数字量位数从912位，可编程进行选择。数字化温度传感器DS1820测温范围为-55+125 C,增量值为C(9位温度读 数)，它要紧由4个数据部件部份组成：64位ROM;温度传感器;非易

16、失性的温度 告警触发器TH和TL；高速便笺存储器64位ROM用于存储序列号，其首字节 固定为28H，表示产品类型码，后6个字节是每一个器件的编码，最后1个字节 是CRC校验码.温度告警触发器TH和TL存储用户通过软件写入的报警上下 限值，高速便笺存储器由9个字节组成，其中有2个字节RAM单元用来寄存温度值前1个字节为温 度值的补码低8位，后1个字节为符号位和温度值的补码高3位。(2) DS18B20测温原理DS18B20内部结构框图，如图3-4所示。图22 DS18B20内部结构框图DS18B20的测温原理：DS18B20测量温度采纳了特有的温度测量技术，它是通 过计数时钟周期来实现的，内部计

17、数器对一个受温度阻碍的振荡器的脉冲计数, 低温时，振荡器的脉冲能够通过门电路。而当抵达某一设置高温时，振荡器的脉冲 无法通过门电路。计数器设置为-55C。同时，计数器复位在当前的温度值时，电 路对振荡器的温度系数进行补偿，计数重视新开始计数直到回零。若是门电路仍 未关闭，那么系统重复上述进程。（3） DS18B20的操作协议DS18B20单纯通信功能是分时完成的。单线信号包括复位脉冲，响应脉冲，写“0”， 写“1”，读“1”。它们有严格的时隙概念。系统对DS18B20的操作以ROM命令 （5个）和存储器命令（6个）形式显现。对它的操作协议是：初始化DS18B20发复 位脉冲）f发ROM功能命令

18、一处置数据一发存储器命令处置数据。各类操作都有 相应的时序图。DS18B20在利历时，一样都采纳单片机来实现数据搜集。只需将DS18B20信号 线与单片机1位I/O线相连，且单片机的1位I/O线可挂接多个DS18B20,就可 实现单点或多点温度检测。DS18B20传感器精度高、互换性好;它直接将温度数 据进行编码，能够只利用一根电缆传输温度数据，通信方便，传输距离远且抗干 扰性好：与用传统温度传感器组成的多点测温系统相较可节省大量电缆，而且系 统得以简化，系统扩充保护十分方便。DS18B20能够普遍用于工厂工业进程、 大型粮仓、酿酒厂，食物加工厂的温度检测和宾馆、仪器仪表室等处的温度检测 和操

19、纵。单片机型号选择市场上单片机种类繁多且功能各异，价钱也相差专门大，此刻简单介绍一下咱 们经常使用单片机： PIC单片机：是MICROCHIP公司的产品，其突出的特点是体积小，功耗低, 精简指令集，抗干扰性好，靠得住性高，有较强的模拟接口，代码保密性好，大 部份芯片有其兼容的FLASH程序存储器的芯片。 EMC单片机：是台湾义隆公司的产品，有专门大一部份与PIC 8位单片机 兼容,且相兼容产品的资源相对照PIC的多，价钱廉价，有很多系列可选，但 抗干扰较差。 ATMEL单片机（51单片机）：ATMEl公司的8位单片机有AT8九、AT90 两个系列,AT89系列是8位Flash单片机，与8051

20、系列单片机相兼容，静态 时钟模式;AT90系列单片机是增强RISC结构、全静态工作方式、内载在 线可编程Flash的单片机，也叫AVR单片机。 PHLIPIS 51PLC系列单片机（51单片机）：PHILIPS公司的单片机是基于 80C51内核的单片机，嵌入了掉电检测、模拟和片内RC振荡器等功能，这 使51LPC在高集成度、低本钱、低功耗的应用设计中能够知足多方面的 性能要求。 HOLTEK单片机：台湾盛扬半导体的单片机，价钱廉价，种类较多,但抗干 扰较差，适用于消费类产品。 TI公司单片机（51单片机）：德州仪器提供了 TMS370和MSP430两大系 列通用单片机.TMS370系列单片机是

21、8位CMOS单片机，具有多种存储模 式、多种外围接口模式，适用于复杂的实时操纵场合;MSP430系列单片机 是一种超低功耗、功能集成度较高的16位低功耗单片机，专门适用于要求 功耗低的场合。综合以上信息，为知足系统设计需要和综合系统造价，以后产品的推行与安 装，特选用ATMEL公司生产的AT89S52系列的单片机。AT89S52单片机参数等相关信息AT89S52要紧性能与MCS-51单片机产品兼容；8K字节在系统可编程Flash存储器；1000次 擦写周期；全静态操作：0Hz33Hz；三级加密程序存储器；32个可编程I/O 口 线；三个16位按时器/计数器；八个中断源；全双工UART串行通道；

22、低功耗空 闲和掉电模式；掉电后中断可唤醒；看门狗按时器；双数据指针；掉电标识符。AT89S52功能特性描述AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微操纵器，具有8K在系统可编程 Flash存储器。利用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash许诺程序存储器在系统可编程，亦适于常 规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得 AT89S52为众多嵌入式操纵应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O 口线，看门狗按时 器，2个数据

23、指针，三个16位按时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52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，许诺RAM、按时器/计数器、串口、中断继续工作。 掉电爱惜方式下，RAM内容被保留，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。AT89S52的引脚结构图23 AT89S52的引脚结构AT89S52引脚功能介绍VCC :电源GND:地P0 口： P0 口是一个8位漏极开路的双向I/O 口。作为输出口，每位能驱动8 个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问

24、外部程序和数据存储器时，P0 口也被作为低8位地址/数据复用。在 这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0 口也用来接收指令 字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1 口： P1 口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O 口，p1输出缓冲器 能驱动4个TTL逻辑电平。对P1端口写“ 1”时，内部上拉电阻把端口拉 高，现在能够作为输入口利用。作为输入利历时，被外部拉低的引脚由于内 部电阻的缘故，将输出电流（IIL）。另外，和别离作按时器/计数器2的外部 计数输入（T2）和时器/计数器2的触发输入（T2EX），具体如下表所示。在 flash编程和校验时

25、，P1 口接收低8位地址字节。引脚第二功能：T2 （按时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出T2EX （按时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向操纵）MOSI （在系统编程用）MISO （在系统编程用）SCK （在系统编程用）P2 口： P2 口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P2输出缓冲器 能驱动4个TTL逻辑电平。对P2端口写“ 1”时，内部上拉电阻把端口拉 高，现在能够作为输入口利用。作为输入利历时，被外部拉低的引脚由于内 部电阻的缘故，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读 取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR）时，P2 口送出高八位地址

26、。 在这种应用中，P2 口利用很强的内部上拉发送1。在利用8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2 口输出P2锁存器的内容。在flash编程和 校验时，P2 口也接收高8位地址字节和一些操纵信号。P3 口： P3 口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O 口，p2输出缓冲器 能驱动4个TTL逻辑电平。对P3端口写“ 1”时，内部上拉电阻把端口拉 高，现在能够作为输入口利用。作为输入利历时，被外部拉低的引脚由于内 部电阻的缘故，将输出电流（IIL）。P3 口亦作为AT89S52特殊功能（第二功 能）利用，如下表所示。在flash编程和校验时，P3 口也接收一些操纵信号。 引脚第二功

27、能RXD （串行输入）TXD （串行输出）INT0（外部中断0）INT0（外部中断0）T0 （按时器0外部输入）T1 （按时器1外部输入）WR（外部数据存储器写选通）RD（外部数据存储器写选通）RST:复位输入。晶振工作时，RST脚持续2个机械周期高电平将使单片机 复位。看门狗计时完成后，RST脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄放 器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位能够使此功能无效。DISRTO默许状态 下，复位高电平有效。ALE/PROG：地址锁存操纵信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低 8位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉 冲。在一样

28、情形下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作 为外部按时器或时钟利用。但是，专门强调，在每次访问外部数据存储器时， ALE脉冲将会跳过。若是需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置“ 1 ”， ALE操作将无效。这一名置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOVC指令时 有效。不然，ALE将被微弱拉高。那个ALE使能标志位（地址为8EH的 SFR的第0位）的设置对微操纵器处于外部执行模式下无效。PSEN:外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当 AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每一个机械周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将

29、不被激活。EA/VPP:访问外部程序存储器操纵信号。为使能从0000H到FFFFH的外部 程序存储器读取指令，EA必需接GND。为了执行内部程序指令，EA应该 接。在flash编程期间，EA也接收12伏VPP电压。XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。AT89S52的内部资源AT89S52有6个中断源：两个外部中断（INT0和INT1），三个按时中 断（按时器0、1、2）和一个串行中断。这些中断如图10所示每一个中断源 都能够通过置位或清除特殊寄放器IE中的相关中断许诺操纵位别离使得中 断源有效或无效。IE还包括一个中断许诺总操纵位EA，

30、它能一次禁止所有 中断。如表5所示，位是不可用的。关于AT89S52，位也是不能用的。用户 软件不该给这些位写1。它们为AT89系列新产品预留。按时器2能够被寄 放器T2CON中的TF2和EXF2的或逻辑触发。程序进入中断效劳后，这些 标志位都能够由硬件清0。事实上，中断效劳程序必需判定是不是是TF2或 EXF2激活中断，标志位也必需由软件清0。按时器0和按时器1标志位TF0 和TF1在计数溢出的那个周期的S5P2被置位。它们的值一直到下一个周期 被电路捕捉下来。但是，按时器2的标志位TF2在计数溢出的那个周期的 S2P2被置位，在同一个周期被电路捕捉下来。AT89S52内部具有看门狗按时器及

31、3个16位可编程按时器/计数器。16 位是指他们都是由16个触发器组成，故最大计数模值为216 1。可编程是指 它们的工作方式由指令来设置，或当计数器用，或当按时器用，而且记数（按 时）的范围也能够由指令来设置。这种操纵功能是通过按时器方式操纵器 TMOD来完成的。存储器结构：MCS-51器件有单独的程序存储器和数据存储器。外部程 序存储器和数据存储器都能够64K寻址。程序存储器：若是EA引脚接地， 程序读取只从外部存储器开始。关于89S52，若是EA接VCC，程序读写 先从内部存储器（地址为0000H1FFFH）开始，接着从外部寻址，寻址地 址为：2000HFFFFH。数据存储器：AT89S

32、52有256字节片内数据存储器。高128字节与特 殊功能寄放重视叠。也确实是说高128字节与特殊功能寄放器有相同的地址， 而物理上是分开的。当一条指令访问高于7FH的地址时，寻址方式决定CPU 访问高128字节RAM仍是特殊功能寄放器空间。直接寻址方式访问特殊功 能寄放器（SFR）。例如，下面的直接寻址指令访问0A0H （P2 口）存储单元MOV 0A0H , #data利用间接寻址方式访问高128字节RAM。例如，下面的间接寻址方式 中，R0内容为0A0H，访问的是地址0A0H的寄放器，而不是P2 口（它的 地址也是0A0H）。MOV R0 , #data堆栈操作也是简介寻址方式。因此，高1

33、28字节数据RAM也可用于堆栈空间。数码管的选择和相关的参数由单片机的按时器To做16位计数器（为便于数据处置，那个地址只用低8位计 数值，即寄放器TL0中的值）。一边记录脉冲数量，一边以厘米为单位由四位数 码飞管显示出来。四位数码管采纳动态扫描方式显示。长度计量仪采纳英寸共阳 极连接的LED数码管。e d C om c Dp（a）（b）图24数码管硬件结构图LED数码管由发光二极管作为显示字段的数码型显示器件。右图为LED数码管外形和引脚图，其中7只发光二极管别离对应a-g笔段，组成“日”字形，另一只发光二极管DP作为小数点，因此这种LED显示器称为八段数码管。（如 图2-4所示）共阳极型L

34、ED数码管，是将各段发光二极管的阳极连在一路，作为公共端com, 应接高电平。ag、Dp各笔段中，某笔段接低电平常发光，高电平常不发光。 为了节省单片机I/O 口的数量，将列位数码管的ag对应笔画并联起来别离 与单片机的一一引脚连接。显示时，由P2 口依次输出列位数字的笔段码，并依 次由 输出低电平位选信号接通数码管的公共端，连番进行，循环不止，由 于循环的频率较高（约50Hz），加上人眼的视觉暂留，既保障了列位数字的对应 显示，又可不能显现闪烁现象，实现动态扫描显示。本系统需显示水温，测量范围为099C，用四个八位LED数码管显示。1） LED结构和显示原理。LED （Light Emitt

35、ing Diode）显示器是由发光二极管 作为显示字段的显示器件，最多见的是由7段型发光二极管（ag7段）和1个 圆点型发光二极管（常以dp表示，要紧用来显示小数点）组成的LED显示器， 其排列形状如以下图所示。这种LED显示器也可称为7段数码显示器（或8段 数码显示器）。LED显示中的发光二极管依照其连接的方式有共阴极和共阳极两种结构。共阴极结构：把各段发光二极管的阴极连接在一路组成公共阴极，如图a所示。 利历时，公共阴极接地，依照要求需点亮发光二极管的阳极输入高电平，不需点 亮的发光二极管的阳极输入低电平。共阳极结构：把各段发光二极管的阳极连接在一路组成公共阳极，如图b所示。 利历时，公共

36、阳极接+5V，依照要求需要点亮发光二极管的阴极输入低电平，不 需点亮的发光二极管的阴极输入高电平。通过操纵7个段的发光二极管的亮暗的不同组合，能够显示多种数字、字母和其 他符号。2）字段码。为了显示各个数字或字符，就需要为LED提供相应的代码，因为这 些代码是操纵各段的亮或灭，供显示器显示字形的，因此称为字段码（也能够称 为段选码或字形码）。七段发光二极管再加上1个小数点位，共计8段，因此提供给LED显示器的字 段码正好1个字节。各代码位的对应关系如下：D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0Dp g f e d c b a表21单片机端口对应数码管端口表以下图所示为共阳极LED所显示的

37、不同字符的字段码，测量范围为099C，当 温度超出范围时，显示器均显示F。显示字符共阴极字段码0C0H1F9H2A4H33DH499H592H682H7F8H8FFH998HF8EH表22共阳极数码管显示对应二进制表3） N位LED显示器。在单片机应用系统中，实际利用的LED显示器有多个，N 位LED显示器的显示要从两个方面来操纵：其一是操纵N位的字段显示（即显 示什么字符）；其二是操纵字位（即哪一名到哪一名亮）。由LED的显示原理可 知，要使某N位LED显示器的某一名显示某个字符，就必需将此字符转换为对 应的字段码来操纵该位的8个段，同时，该位的字位线也要操纵有效，这要通过 必然接口来实现。

38、LED显示器有两种显示方式，即静态显示方式和动态显示方式。N位LED显示 器有N根字位选线（简称：“位选线”）和N*8根字段选线（简称：“段选线”）。 依照显示方式不同，位选线和段选线的连接方式也不同。各类字符的字段码的获取方式有两种：即软件译码和硬件译码法。目前通常所用 的各类型号的单片机开发系统或实验装置普遍采纳软件译码。当单片机应用系统中的LED显示器位数较多时，为了简化电路降低本钱，本设 计采纳动态显示的方式。动态显示方式的接口电路的连接方式是：将所有LED 位的段选线（adp）同名并联，即所有a段并联，所有b段并联。依次类推， 然后由一个8位I/O接口来操纵各个段，而所有位的位选线那

39、么由另外一个相应 的I/O接口线来操纵。如此用两个8位I/O接口就能够操纵8位LED显示器。LED显示器是由电流型操纵器件，其工作电流为2mA20mA，利历时须加限流 电阻。本设计中限流电阻选用1K。动态扫描显示操纵方式确实是逐个地循环点亮列位显示器，即在某一刹时，只让 某一名的位选线处于选通状态（共阳极的为高电平，共阴极的为低电平）其它列 位的位选线处于段开状态，同时段选线上输出相应位要显示字符的字段码。如此 在每一个刹时，8位LED中只有选通的那一名LED显示出字符，而其它7位那 么是熄灭的。一样，在下一刹时，只显示下1位LED。如此继续下去，等8位 LED都显示完毕后，在循环进行。尽管这

40、些字符是在不同的瞬时连番点亮的， 但由于人眼的视觉残留效应，看到的是8位稳固显示的字符，与静态显示的成效 完全一样。因此为了简化电路、降低本钱，此系统中采纳动态显示方式。时钟芯片的选择和相关的参数用单片机延时不但不准确而且还会浪费单片机的处置其他信息的时刻。当引 入时钟芯片后将为整个系统提供准确的实不时钟，使整个系统有更准确，更智能 的处置信息。下面将介绍DS1302的相关信息： DS1302简介：DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，附加31字节静态RAM，采纳SPI三线接口与CPU进行 同步通信，并可采纳突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM 数据。

41、实不时钟可提供秒、分、时、日、礼拜、月和年，一个月小与 31天时能够自动调整，且具有闰年补偿功能。工作电压宽达 。采纳双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电 方式，提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。DS1302的外部 引脚分派如图25所示及内部结构如图2所示。DS1302用于数据记录， 专门是对某些具有特殊意义的数据点的记录上，能实现数据与显现该 数据的时刻同时记录，因此普遍应用于测量系统中。 DS1302引脚排布图及内部结构图25 DS1302引脚排布图图25 DS1302的内部结构 各引脚的功能Vcc1：主电源；Vcc2：备份电源。当Vcc2Vcc1+时，由 Vcc2 向

42、 DS1302 供电，当 Vcc2 Vcc 1 时，由 Vcc1 向 DS1302 供电。SCLK :串行时钟，输入，操纵数据的输入与输出；I/O：三线接口时的双向数据线；CE：输入信号，在读、写数据期间，必需为高。该引脚有两个功能：第一，CE开始操纵字访问移位寄放器的操纵逻辑；第二，CE提供终止单字节或多字节数据传输的方式。 DS1302有以下几组寄放器：DS1302有关日历、时刻的寄放器共有12个，其中有7个寄放器（读时81h8Dh，写时80h8Ch），寄存的数据格式为BCD码形式， 如表23所示。读寄存器写寄存器BIT 7BIT 6BIT 5BIT 4BIT 3BIT 2BIT1BIT0

43、范围81h80hCH10秒秒00-5983h82h10分分00-5985h84h12/2.1010M/PM时时1-12/0-287h86h0010日a1-3189h88h00010月月1-128Bh8Ah00000周日1-78Dh8Ch10年年00-998Fr8EhWP0000000表23单片机读取寄放器表小时寄放器（85h、84h）的位7用于概念DS1302是运行于12小时模式仍是24小时模式。当为高时，选择12小时模式。在12小时模式时， 位5是，当为1时，表示PM。在24小时模式时，位5是第二个10小时 位。秒寄放器（81h、80h）的位7概念为时钟暂停标志（CH）。当该位置为1时，时钟

44、振荡器停止，DS1302处于低功耗状态；当该位置为0时，时钟开始运行。操纵寄放器（8Fh、8Eh）的位7是写爱惜位（WP），其它7位均置为0。在任何的对时钟和RAM的写操作之前，WP位必需为0。当WP位为1时，写爱惜位避免对任一寄放器的写操作DS1302的工作模式寄放器DS1302中附加31字节静态RAM的地址如表24所示读地址写地址数据范围C1:hCOhOO-FFh。干FtiC5h&4hOO-FFh1FDhFCh卧FFh表24单片机读取RAM表DS1302的工作模式寄放器所谓突发模式是指一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。突发模式寄放器如表24所示。工作模式寄存器读寄存器与寄存嚣时钟突发

45、模式寄存器CLOCK BURSTBFhBEhRAM突发模式寄存器RAM BURSTFFhFEh表25单片机读取RAM表读写时序说明DS1302是SPI总线驱动方式。它不仅要向寄放器写入操纵字，还需要读取 相应寄放器的数据。要想与DS1302通信，第一要先了解DS1302的操纵字。DS1302的操纵字如表26。765432101RAMA4A3A2A1AORDCK表26 DS1302的操纵字操纵字的最高有效位（位7）必需是逻辑1，若是它为0，那么不能把数据 写入到DS1302中。位6：若是为0，那么表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据；位5至位1 （A4A0）：指示操作单元的地址；位0（最

46、低有效位）：如为0，表示要进行写操作，为1表示进行读操作。操纵字老是从最低位开始输出。在操纵字指令输入后的下一个SCLK时钟的 上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从最低位（0位）开始。一样， 在紧跟8位的操纵字指令后的下一个SCLK脉冲的下降沿，读出DS1302数 据，读出的数据也是从最低位到最高位。数据读写时序如图26。图26数据读写时序其他相关元件的选择和相关的参数本系统除用到了以上原件，还要紧用到了像电阻、电容、晶振、按键、 蜂鸣器、二极管、三极管、固态继电器、5V直流电源等原件，在此章再也 不一一介绍。详细应用将在下一章表述。在软件设计方面要紧注意以下问题：1 .软件操纵系统进行温度显示、液位显示时同时能进行辅助电加热温度操纵，辅助 电加热时刻操纵、预约操纵等功能。但在辅助电加热温度操纵，辅助电加热时刻操纵、 预约操纵功能冲突（同时被设定）时，优先完成辅助电加热温度操纵。2. 辅助电加热操纵方面，当温度达到上限设定值时停止加热，并通过一声长响提示。3. 辅助电加热时刻操纵方面，从零时刻开始加热直至加热时刻到并通过一声长响提示。4. 预约操纵方面，可设定一天内的加热机会和何时停止，停止加热时刻必需在看是加热时 刻以后。5. 当系统开