水温控制初期中期及最后报告

综合实验初期报告

—.课题：水温度控制系统研究

二、综合实验意义：

通过对温度控制通信系统的设计、制作、了解信息采集测试、校准、控制及通信

的全过程，提高在电子工程设计和实际操作方面的综合能力，初步培养在完成工程项目

中所应具备的基本素质和要求。

培养研发能力，通过对多个电子电路的设计，初步掌握在给定条件和要求的情况

下，如何达到以最经济实用的方法、巧妙合理地去设计工程系统中的某一部分电路，

并将其连接到系统中去。

培养团队精神，科学的、实事求是的工作方法，提高查阅资料、语言表达能力和

理论联系实际的技能。

三、可行性：

自70年代以来，由于工业过程控制的需要，特别是在电子技术的迅猛发展，以及

自动控制理论和设计方法发展的推动下，国外温度控制系统发展迅速，并在智能化自适

应参数自整定等方面取得成果。在这方面以日本、美国、德国、瑞典等国技术领先，并

且都生产出了一批商品化的性能优异的温度控制器及仪器仪表，在各行业广泛应用。

目前，国外温度控制系统及仪表正朝着高精度智能化、小型化等方面快速发展。温

度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从国内生产的温度控制器来

讲，总体发展水平仍然不高，同国外的日本、美国、德国等先进国家相比，仍然有着较

大的差距。目前，我国在这方面总体技术水平处于20世纪80年代中后期水平。成熟产

品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主，它只能适应一般温度系统控制，难于

控制滞后复杂时变温度系统控制，而且适应于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表

国内技术还不十分成熟，形成商品化并广泛应用的控制仪表较少。现在，我国在温度等

控制仪表业与国外还有着一定的差距。

温度、压力，流量和液位是四种最常见的过程变量，其中温度是一个非常重要的过

程变量，因为它直接影响燃烧、化学反应、发酵、烘烤、烟烧、蒸储、浓度、挤压成形，

结晶以及空气流动等物理和化学过程。温度控制在工业领域应用非常广泛，由于其具有

工况复杂、参数多变、运行惯性大、控制滞后等特点,它对控制调节器要求较高。温度

控制不好就可能引起生产安全，产品质量和产量等一系列问题。尽管温度控制很重要，

但是要控制好温度常常会遇到意想不到的困难。

随着嵌入式系统开发技术的快速发展及其在各个领域的广泛应用，人们对电子产品

的小型化和智能化要求越来越高，作为高新技术之一的单片机以其体积小、价格低、可

靠性高、适用范围大以及本身的指令系统等诸多优势，在各个领域、各个行业都得到了

广泛应用。

四、分组成员：

五、参考文献

[1]徐仁贵，单片微型计算机应用技术[M]机械工业出版社,2000

[2]马西秦，自动检测技术[M]机械工业出版社,2000

[3]邵裕森，过程控制及仪表[M]上海交通大学出版社,2000

[3]黄坚，自动控制原理及应用[M]高等教育出版社,2000

综合课程设计中期报告

1、课题名称：水温度控制系统研究

2、小组成员:

姓名学号分工

组长

组员

组员

组员

3、课题介绍：（100-200字）

该水温控制系统是一个典型的检测、控制型应用系统，它要求系统完

成从水温检测、信号处理、输入、运算到输出控制电炉加热功率以实现水

温控制的全过程。采用伯电阻PT100作为温度传感器，经电桥测量及信号

放大后，将对应0℃~100℃的温度值转换为0~5V的模拟电压输出送

ADC0809A/D转换器供CPU进行采集并显示，同时，CPU将采集的温度值与

给定值比较，产生的差值信号带入PID公式进行计算后输出控制信号完成

对加热器功率驱动电路的控制，功率驱动采用双向可控硅实现，使用PWM

控制双向可控硅的导通时间来控制负载的平均输出功率。

水温控制系统主要由主控制器模块、温度传感器模块、加热器功率驱

动电路和LCD显示电路等四个模块构成。涉及低频电路、数字电路、单片

机原理、C语言程序设计、计算机控制技术等课程知识。

4、课题设计目标：（最终成果）

此课题设计将要完成以下目标：

1,对水容器中的水或冰块的温度进行测量显示，测量范围0~80℃,误

差小于1℃;

2,控制水容器中电加热器件，使水温在5分钟内从室温升到45°C,并

在随后5分钟内，使水温稳定在45℃,误差+/-2℃以上；

3,用十进制数码显示实际水温。

5、已完成工作：（各人工作分别介绍）

1,已经全面了解设计要求，通过相关课程的学习和查阅，对实验原理及

设计方法已有具体思路。同时，加强PROTEL的学习，以便完成最后的画

图工作。

2、已通过上网，去图书馆查阅等途径收集了相关的综合实验水温控制系

统设计的资料，包括相关的大致工作原理、操作步骤、软件程序等。对这

次综合实验的整体流程有了大致的了解。

3、通过对设计要求和实验原理的了解，用框图表示出总体方案，并对每

一模块大概分析，用PID算法为此温控系统的性能好坏的决定性因数。

4、通过讨论大家一致同意通过中期任务，在过程中体现了分工合作。

6、参考文献：(应包含新查阅的文献)

(1)胡寿松：自动控原理科学出版社

(2)孙涵芳、徐爱卿：单片机原理及应用北京航空航天大学出版社

(3)于海生：计算机控制技术机械工业出版社

签名：

基于proteus的热式热水器温度控制系

统的仿真研究

系部：电子与通信工程系

专业：____________________

学生姓名：________________

摘要

热水器在工业生产和家庭生活中的应用是非常普遍的，而热水器的核心技术之一就

是温度控制方面，也就是说温度控制器的技术对热水器的发展起着至关重要的作用。所

以温度控制器的研究对于提高热水器产品的质量，是具有很重要的现实意义的。

本课题主要针对热式热水器中温度控制的特点及实现准确温度控制的意义，设计了

一种基于单片机的控制系统，整个系统的设计内容包括硬件和软件两个部分。硬件电路

主要以AT89C51单片机为微处理器，详细设计了温度信号采集电路，温度数码显示电路,

键盘设置温度电路，报警电路，光耦隔离输出电路，模拟加热电路。软件部分主要针对

加热装置的控制模式进行了编程。温度传感器DS18B20采集到的温度转换成电压信号反

馈到单片机，然后与温度的给定值进行比较，通过比较来控制加热装置，从而达到控制

温度的目的。

关键词：单片机，热水器，温度控制，AT89C51,DS18B20

目录

摘要..............................................................1

ABSTRACT.......................................................................错误！未定义书签。

第1章绪论...................................................-0-

1.1课题背景.........................................................-0-

1.2系统任务..........................................................-0-

1.3设计思路..........................................................-0-

第2章热式热水器温度控制系统的硬件设计.....................-1-

2.1AT89C51单片机简介...............................................-1

2.1.1AT89c51单片机资源简介.....................................-1

2.2数字温控芯片DS18B20介绍........................................-3-

2.2.1DS18B20的特性.............................................-4-

2.2.2DS18B20的测温原理.........................................-4-

2.2.3DS18B20与单片机接口电路..................................-5-

2.3显示驱动电路设计.................................................-5-

2.4按键电路设计.....................................................-6-

2.5光耦隔离输出电路.................................................-7-

2.6整体硬件电路.....................................................-7-

第3章热式热水器温度控制系统的软件设计.....................-8-

3.1系统软件设计框图..................................................-8-

3.2主程序模块.........................................................-9-

3.3温度采集模块......................................................-10-

3.4报警及加热电路模块...............................................-11-

3.5温度显示模块......................................................-12-

3.6键盘扫描模块......................................................-12-

第4章热式热水器温度控制系统仿真............................-13-

4.1proteus简介....................................................-13-

4.1.1软件功能特点................................................-13-

4.2仿真结果.........................................................-14-

附录.........................................................-18-

致谢-23-

第1章绪论

本章内容主要叙述了热式热水器方面的行业背景概况，此课题要求的系统任务以及

在确定系统任务之后的整体设计思路，重点是关于热水器温度控制系统的设计思路。

1.1

系统任务

设计一热式热水器温度闭环控制系统，系统方框图如下图1.1所示：

图1.1系统方框图

（1）热水器温度工作范围：0℃~63℃；

（2）检测分辨率±1℃；

（3）键盘是采用拨动开关，实现温度设定范围为：0℃〜63℃；

（4）给定温度用2位LED用动态或静态扫描技术显示；

（5）实际温度用2位LED用动态或静态扫描技术显示；

（6）增加预警系统，当加热到设定的温度时，则发出报警信号。

1.2设计思路

热式热水器温度闭环控制系统包括检测系统、显示系统、按键设置温度系统、模拟

加热系统、报警系统、单片机控制系统等六个部分。

系统选择性能优良的DS18B20温度传感器来模拟检测热水器内的温度；用两个两位

的数码管来分别显示实时设定温度和实际温度；采用两个按键来分别设置温度的十位和

个位；采用一个绿色LED灯来模拟加热装置（灯亮则表示启动加热装置，灯灭表示关闭

加热装置）；采用一个红色LED灯来模拟报警信号（灯亮则表示实际水温高于预设水温,

讲产生报警信号并关闭加热装置；灯灭则表示实际水温要低于预设水温，此时系统处于

加热状态）；核心的单片机控制系统采用常用的AT89c51芯片，接收传感器反馈回来的

温度信号，与设定温度值进行比较处理并作出是否开启加热装置的命令。总体结构图如

下图1.2所示：

—

—

键盘输入电路单测温电路

片显示电路

机

报警电路温度控制电路

——

图1.2系统总体原理框图

第2章热式热水器温度控制系统的硬件设计

本章的重点是热式热水器温度控制系统的硬件设计，主要包括控制处理器以及实现

其他设计功能的硬件模块。

2.1AT89C51单片机简介

2.1.1AT89C51单片机资源简介

AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器(FPEROM—Flash

ProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低电压、高性能CMOS8位微处理

器，俗称单片机。AT89c2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存

储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8

位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。

2.1.1.1主要特性

-与MCS-51兼容

-4K字节可编程闪烁存储器

-寿命：1000写/擦循环

-数据保留时间：10年

-全静态工作：0Hz-24MHz

-三级程序存储器锁定

-1-

T28X8位内部RAM

-32可编程I/O线

一两个16位定时器/计数器

-5个中断源

-可编程串行通道

-低功耗的闲置和掉电模式

-片内振荡器和时钟电路

2.1.1,2管脚说明

VCC：供电电压

GND：接地

P0□：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P0

口的管脚第一次写1时一，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它

可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH

进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P10：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收

输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外

部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验

时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输

出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输

入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉

的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2

口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位

地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH

编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3M：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL

门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，

由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

P3口也可作为AT89c51的一些特殊功能口，说明如下：

P3.0RXD（串行输入口）

P3.1TXD（串行输出口）

P3.2/INTO（外部中断0）

P3.3/INT1（外部中断1）

-2-

P3.4TO（记时器0外部输入）

P3.5T1（记时器1外部输入）

P3.6/WR（外部数据存储器写选通）

P3.7/RD（外部数据存储器读选通）

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

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l/6o因此它可用作对外部输出

的脉冲或用于定时目的。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SFR8E1I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。如果微处理器在

外部执行状态ALE禁止，置位无效。

/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机

器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将

不出现。

/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（OOOOH-FFFFH）,

不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA

端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V

编程电源（VPP）。

XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入

XTAL2：来自反向振荡器的输出

2.2数字温控芯片DS18B20介绍

美国Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS18B20是世界上第一片支持“一线

总线”接口的温度传感器，在其内部使用了在板（ON-BOARD）专利技术。全部传感元件

及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。“一线总线”独特而且经济的特点，

使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。现在，新一代的

DS18B20体积更小、更经济、更灵活，使你可以充分发挥“一线总线”的优点。同DS18B20

一样，DS18B20也支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55°C〜+125°C,在T0〜

+85°C范围内，精度为±0.5。Co现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大

提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程

-3-

控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同，新的产品支持3V〜5.5V的电压范

围，使系统设计更灵活、方便，而且新一代产品更便宜，体积更小。

2.2.1DS18B20的特性

(1)适应电压范围更宽，电压范围：3.0〜5.5V,寄生电源方式下可由数据线供。

(2)独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现

微处理器与DS18B20的双向通讯。

(3)DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一•的三线上，实现组

网多点测温。

(4)DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如

一只三极管的集成电路内。

(5)温范围一55℃〜+125℃,在T0〜+85℃时精度为±0.5℃。

(6)可编程的分辨率为9〜12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃>0,125℃

和0.0625C,可实现高精度测温。

(7)在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在

750ms内把温度值转换为数字，速度更快。

(8)测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传送给CPU,同时可传

送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。

(9)负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。

2.2.2DS18B20的测温原理

DS18B20的测温原理如图2.1所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很

小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率

明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在

-55C所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数,

当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1,tl数器1的预置将重新被装入,

计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2

计数到0时一，停止温度寄存器值的累加I,此时温度寄存器中的数值即为所测温度。斜率

累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。

DS18B20在正常使用时的测温分辨率为0.5℃,如果要更高的精度，则在对DS18B20测

温原理进行详细分析的基础上，采取直接读取DS18B20内部暂存寄存器的方法，将

DS18B20的测温分辨率提高到0.l~0.01℃o

-4-

图2.1DS18B20测温原理图

2.2.3DS18B20与单片机接口电路

P3.7口和DS18B20的引脚DQ连接，作为单一数据线。U4即为温度传感芯片DS18B20,

本设计虽然只使用了一片DS18B20,但由于不存在远程温度测量的考虑，所以为了简单

起见，采用外部供电的方式，如左图2.2所示。测温电缆采用屏蔽4芯双绞线，其中一

对线接地线与信号线，另一对接VCC和地线，屏蔽层在电源端单点接地。

图2.2DS18B20与单片机接口电路

2.3显示驱动电路设计

采用74HC245总线驱动器，是典型的TTL型三态缓冲门电路。主要作用是将信号的

功率放大。第1脚DIR,为输入输出端口转换用，DIR="1”高电平时信号由“A”

端输入“B”端输出，DIR="0”低电平时信号由“B”端输入“A”端输出。第2~9

脚“A”信号输入输出端，A1=B1、A2=B2、A3=B3、A4=B4、A5=B5、A6=B6、A7=B7、

A8=B8,Al与Bl是一组，如果DIR="1"0E="0”则Al输入Bl输出，其它类同。

如果DIR="0"0E="0”则Bl输入Al输出，其它类同。第1P18脚“B”信号输

入输出端，功能与“A”端一样，不再描述。第19脚0E,使能端，若该脚为“1"A/B

-5-

端的信号将不导通，只有为“0”时A/B端才被启用，该脚也就是起到开关的作用。

第10脚GND,电源地。第20脚VCC,电源正极。如下图2.3所示：

图2.374HC245驱动器的电路连接

2.4按键电路设计

采用独立按键接口，这种方式是各种按键相互独立，每个按键接一根输入线，-根

输入线按键的工作状态不会影响其他输入线上的工作状态。因此，通过检测输入线的电

平状态可以很容易判断哪个按键被按下。

独立式按键电路配置灵活，软件简单。但每个按键需要占用一根输入口线，在按键

数量较多时，需要较多的输入口线且电路结构复杂，故此种键盘用于按键较少或操作速

度较高的场合。独立式按键电路按键直接与单片机的I/O口连接，通过读I/O口，判定

每个I/O口的电平状态，即可识别按下的键。

由于只有四个按键，因此按键接口电路的设计比较简单，单片机P3.2和P3.3端口

设定为输入状态，平时通过电阻上拉到Vcc,按键按下时-，对应的端口的电平被拉到低

电平，如下图2.4所示。这样就可以通过查询有无外部中断来判断有没有按键按下，按

键各接一根输入线，一根输入线的按键工作状态不会影响其他输入线上的工作状态。通

过内部判断是否产生外部中断，即可识别按下的键。2个按键定义如下：

P3.2:个位按键，按此键则设定温度的设定值个位加一。

P3.3:十位按键，按此键则设定温度的设定值十位加一。

R8

—P3.3—O-----O--------

<TEXT>十位按键

R9P3.2

----OO—

<TEXT>个位按键

-6-

图2.4按键电路

2.5光耦隔离输出电路

光耦隔离就是采用光耦合器进行隔离，光耦合器的结构相当于把发光二极管和光敏

（三极）管封装在一起。发光二极管把输入的电信号转换为光信号传给光敏管转换为电信

号输出，由于没有直接的电气连接，这样既耦合传输了信号，又有隔离作用。

在此系统中，使用的绿色LED灯模拟加热装置与红色LED灯模拟报警信号装置的控

制就是采用的光耦隔离电路，单片机产生的命令信号通过光电耦合隔离电路传送给加热

装置和报警装置。电路如下图2.5所示，U5为光电耦合隔离装置：

2.6整体硬件电路

系统整体的硬件电路设计如下图2.6所示：

图2.6整体硬件电路

-7-

第3章热式热水器温度控制系统的软件设计

整个系统需要对每一个硬件模块进行软件设计。在这一章，主要针对每个硬件电路

模块编程，然后进行系统的整合，最后输入到控制处理器中实现所有设计功能。

3.1系统软件设计框图

如下图3.1所示：

-8-

图3.1系统软件设计框图

根据设计要求，首先要确定软件设计方案，即确定该软件应该完成那些功能；其次

是规划为了完成这些功能需要分成多少个功能模块，以及每一个程序模块的具体任务是

什么。一般划分模块应遵循下述原则：

1）每个模块都应具有独立的功能，能产生一个明确直观的结果。

2）模块长度要适中。模块太长时，分析和调试比较困难，失去了模块化程序结构

的优越性；模块太短则信息交换太频繁，也不合适。

3）每个模块之间的控制参数应尽量简单，数据参数应尽量少。控制参数是指模块

进入开始运行和退出停止运行的条件及方式，数据参数是指模块间的信息交换方式、交

换量的多少及交换的频率。

该系统的软件由五大模块组成：主程序模块、温度采集模块、报警及加热电路模块、

温度显示模块、键盘扫描模块。下面将对这几个模块具体阐述，相对应的汇编程序语言

详见附录。

3.2主程序模块

计算机基本的被独立提供出来的程序，它能够调用子程序，而不被任何子程

序所调用，它是计算机程序的中心部分。主程序的设计内容一般包括：主程序的起始

地址，中断服务程序的起始地址，有关存储单元及相关部件的初始化和一些子程序调用

等等。

主程序模块的主要内容是对整个系统进行初始化，并且包含调用子程序。在本课题

研究的系统中，主程序主要为两个部分：第一个是对系统初始化，如打开相关中断，设

置相关引脚的电平信号以及设置初始实际水温和设定水温的数值。

此系统中主程序初始化包括以下内容:

-9-

1）外部中断0采用边沿触发：SETB1T0

2）打开中断允许命令：SETBEA

3）打开外部中断0：SETBEXO

4）外部中断1采用边沿触发：SETB1T1

5）打开外部中断1：SETBEX1

6）设置初始实际水温和设定水温都为0℃

***************************************/4二程序块;

MAIN1:SETBITO

SETBEA

SETBEXO

SETBIT1

SETBEXI

SETBP3.6

SETBP3.2；初始化系统

MOV74H,#0

MOV75H,#0

MOV76H,#0

MOV77H,#0；设置初始显示温度

MAIN:LCALLGET_TEMPER；调用温度采集程序

LCALLCVTTMP

LCALLDISP1；调用显示程序

AJMPMAIN

3.3温度采集模块

该模块主要对温度传感器DS18B20的操作，主要包括以下几个内容:

A、DS18B20的初始化

1）先将数据线置高电平“1”；

2）延时；

3）数据线拉到低电平“0”；

4）延时；

5）数据线拉到高电平“1”；

-10-

6）延时等待（如果初始化成功则在15到60毫秒时间之内产生一个由DS18B20

所返回的低电平“0”。据该状态可以来确定它的存在，但是应注意不能无限的进

行等待，不然会使程序进入死循环，所以要进行超时控制）；

7）若CPU读到了数据线上的低电平“0”后，还要做延时；

8）将数据线再次拉高到高电平“1”后结束。

B、DS18B20的写操作

1）数据线先置低电平“0”；

2）延时；

3）按从低位到高位的顺序发送字节（一次只发送一位）；

4）延时；

5）将数据线拉到高电平；

6）重复上1到6的操作直到所有的字节全部发送完为止；

7）最后将数据线拉高。

C、DS18B20的读操作

1）将数据线拉高“1”；

2）延时；

3）将数据线拉低“0”；

4）延时；

5）将数据线拉高“1”；

6）延时；

7）读数据线的状态得到1个状态位，并进行数据处理；

8）延时。

程序内容详见附录。

3.4报警及加热电路模块

此模块主要控制报警功能，当实际水温高于设定水温时红灯亮报警，当实际水温低

于设定水温时绿灯亮开启加热装置。

使用单片机AT89c51的P3.5和P3.6分别作为红灯和绿灯的输入信号。当单片机内

部对温度进行处理后的结果来设定这两个引脚的电平信号。当P3.5的信号为高电平时,

此时报警电路被触发，红灯亮，系统处于报警状态。当P3.6的信号为高电平时，此时

加热电路被触发，绿灯亮，系统处于加热状态。程序内容如下：

LEDH:CLRP3.6

SETBP3.5；报警电路被触发，红灯亮，系统报警

-11-

SJMPPLAY

PLAY1:SETBP3.6；加热电路被触发，绿灯亮，开启加热装置

CLRP3.5

SJMPPLAY

3.5温度显示模块

该系统中的温度显示采用两个两位的数码管显示，一个显示设定温度，另一个显示

实际温度。

软件设计中将实际水温数据的十位和个位分别存放在地址为74H和75H的单元中，

设定水温的数据的十位和个位存在地址为76H和77H的单元中。根据设计要求，设定水

温范围是在0C-63C,那么通过程序设计设定水温只能从0增加到6,当设定水温为0

到5时-，个位可以从0增加到9然后循环增加当设定水温十位为6时:个位只能从0

增加到3然后循环增加。而实际水温则通过温度传感器来模拟，因采用的是两位数码管

显示，故可调节范围为0℃-99℃。

3.6键盘扫描模块

此模块的主要作用是通过按键来设定水温，系统设置了两个按键，一个调节个位，

另一个调节十位。按键设定水温在该系统的软件设计中是采用外部中断的方式来实现

的。在程序中需要设定通过按键实现的功能，此系统中个位按键的基本原则是按一次设

定温度的个位加1,加到9后转为0再继续增加，但是当十位为6时，是加到3后转为

0再继续增加；十位按键的基本原则是按…次设定温度的十位加1,加到6后转为0再

继续增加。程序内容如下：

*************************************/111断程序，按键设定温度模块

ZINTO:PUSHACC；进入外部中断0,保护现场

INC75H；按键个位加一

MOVA,76H

CJNEA,#6,LI；判断十位是否等于6

MOVA,75H

CJNEA,#4,ZINTO1；判断个位是否等于4

MOV75H,#0

LI:MOVA,75H

CJNEA,#10,ZINT01；判断个位是否等于10

MOV75H,#0

-12-

INC7611

ZINT01:P0PACC

RETI

ZINT1:PUSHACC；进入外部中断1,保护现场

INC76H；按键十位加一

MOVA,76H

CJNEA,#7,ZINT11；判断十位是否等于7

MOV76H,#0

ZINT11:POPACC

RETI

第4章热式热水器温度控制系统仿真

整个温度控制系统的设计包括硬件设计和软件设计。这一章的主要内容是将硬件设

计部分和软件设计部分连接起来通过proteus软件进行仿真，将系统的设计功能通过仿

真模拟体现出直观的效果。

4.1proteus简介

Proteus软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件。它不

仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好

的仿真单片机及外围器件的工具。Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真软件）,

从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真

正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计

软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台。在编译方面，它也支持IAR、Keil和

MPLAB等多种编译器。

4.1.1软件功能特点

1）实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿

真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、12c调试器、SPI调试器、

键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。

-13-

2）支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系

列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HCH系列以及各种外

围芯片。

3）提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能,

同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有

这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如KeilC51uVision2等软件。

4）具有强大的原理图绘制功能。总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一

身的仿真软件，功能极其强大。本章介绍ProteusISIS软件的工作环境和一些基本操

作。

4.2仿真结果

整体电路仿真如下图4.5和图4.6所示：

-14-

9除

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