试谈电热水器自动控温系统的设计

• 由上图可知，ADC0809由一个8路模拟开关、一 个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个 三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模 拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转 换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转 换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从 三态输出锁存器取走转换完的数据。下图所示 为引脚图，并对各个引脚进行介绍：
• 按键控制主要是为满足用户由按键来设定档位 的需求。作为补充，本实训中还增加了用语音 信号来控制档位。按键有一个RESET键、启/停 键等（按需设置）、档位选择键（1 - 4）等 。按键的响应可以采用中断方式，单片机的中 断有两种方式一种是电平触发方式，一种是跳 沿触发方式。如果采用的跳沿触发方式这样标 志位的清零就不用外加电路。为消除键盘抖动 ，采用软件消抖，即通过一定的延时来实现消 抖。
• 与通信模块之间的数据传递主要涉及到 单片机的串行通信接口编程问题。
•
综上所述，下位机包含数据采集
，按键电路，晶振电路，显示电路。
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下位机模块示意图
基本电路
按键
单片 机
温度采集
显示
图1 下位机模块示意图
基本电路：（1）复位：要求具有软硬件两种复位功能。清楚电 路中每个电子器件的作用及取值范围。实训中采用上电外部复 位。
电热水器自动控温系统的设计 与实现
———下位机
主要内容
• 模块总述 • 下位机模块示意图 • 元件介绍和参数的设置 • 各部分电路设计 • 程序 • 参考文献
模块总述
• 数据采集是此系统中较为重要得一个部分。它 是单片机应用系统中最为普遍的应用需求。本 实训采集的对象为温度，因为温度作为一个非 电量的模拟量，我们需要经一个温度传感器将 其转化为一个电量值。一般情况下，采集到的 数据会含有一定的噪声且电压值较小，不适合 A/D转换器的工作，为此在此之前需要经过滤 波处理和运算放大器的放大。
A/D转化
• 选用0808时钟频率600khz。将引脚A、B 、C均接地，选择IN0作为模拟信号电压 的输入端。当向A/D转换器发出启动命令 后,即进行软件延时,延时时间稍大于进 行一次A/D转换所需要的时间,之后打开 A/D转换器的输出缓冲器读数即为转换好 的数字量。下图为adc0808的内部逻辑电 路图：
• IN0－IN7：8条模拟量输入通道 ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围
是0－5V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在 转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在 输入前增加采样保持电路。 地址输入和控制线：4条
ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为 高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C三条地址线的地 址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换 器进行转换。A，B和C为地址输入线，用于选通IN0－IN7 上的一路模拟量输入。 • 数字量输出及控制线：11条
VCC RST
VCC RST
GND
图1 上电复位电路
GND
图 2 上电和外部复位组合电路
（2）晶振电路：清楚电路中每个电子器件的作用 及取值范围。
XTAL1
8051
晶振
1
XTAL2
至内部时钟电路
图 3 内部时钟电路
（3）电源电路：清楚电路中每个电子器件的 作用。
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温度传感器
• 选用lm35：lm35是由National Semiconductor所生产的温度感测器，其 输出电压与摄氏温标呈线性关係，转换 公式如式(1)，0°C时输出0V，每升高 1°C，输出电压增加10mV。
• START(ST)为转换启动信号。当ST上跳沿时，所有内部寄存器清零 ；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，ST应保持低电平。 EOC为转换结束信号。当EOC为高电平时，表明转换结束；否则， 表明正在进行A/D转换。OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁 存器向单片机输出转换得到的数据。OE＝1，输出转换得到的数据 ；OE＝0，输出数据线呈高阻状态。D7－D0为数字量输出线。
• 实际应用中，滤波是很重要的一步。滤 波有软件滤波和硬件滤波之分。在单片 机系统中常用的滤波算法有限幅滤波法 、中值滤波法、算术平均滤波法、加权 平均滤波法、滑动平均滤波等。硬件滤 波即通过运放、电阻、电容组成电路图 来实现的。
运算放大放
选择lm358： LM358内部 包括有两个 独立的、高 增益、内部 频率补偿的 双运算放大 器。
51系列硬件组成和部分资源
振荡器
CPU 中断控制器
内ROM
内RAM
定时计数器wk.baidu.com
总线控制器
并行接口 口
串行接口
MCS51单片机的硬件组成
运放电路
LM35
8 +15V
3
+
1 Out
2
—
—4
ADC0808
-15V C
85k 10k
电压范围选择-15~+15可使晕方的工作状态更加稳定
滤波介绍
• 在单片机进行数据采集时，会遇到数据的随机 误差，随机误差是由随机干扰引起的，其特点 是在相同条件下测量同一量时，其大小和符号 会现无规则的变化而无法预测，但多次测量的 结果符合统计规律。为克服随机干扰引起的误 差，硬件上可采用滤波技术，软件上可采用软 件算法实现数字滤波。滤波算法往往是系统测 控算法的一个重要组成部分，实时性很强。下 面介绍几种常见的滤波算法：
• 因为单片机的处理对象为数字量，需通 过A/D转换器将模拟量转换为数字量。 A/D转换器得的主要指标是分辨率和转换 时间。它的转换位数与其分辨率有直接 的关系。8位转换器可以对满量程电压的 1/256进行分辨。
• 显示电路一般为液晶显示或数码管 显示。本实训中，它既可以显示外 界采集到的温度，也可以显示用户 按键设置的温度档位，还可以显示 由通信模块传过来的档位值。
• CLK为时钟输入信号线。因ADC0808的内部没有时钟电路，所需时 钟信号必须由外界提供，使用频率的上限为640KHZ.在本系统中由 于89c51的ALE无效，不能通过四分频电路获得相应的时钟，只能 单独为其设置一个时钟发生器
单片机
• 选择AT89C51：时钟频率1.0592MHZ。提 供16为地址。P0口分时提供地址的低八 位和数据，P2口提供高八位。P1口外接 按键。P3口用于中断和发出各种控制信 号。P0口发送段码，P2口发送位码。