at89s51单片机智能电热水器的设计与仿真
摘 要本设计采用的芯片是较为主流的AT89S51芯片。在系统硬件方面，主要由电源模块、报警模块、A/D转换模块、温度检测模块等模块组成。在系统软件方面，采用较为熟悉同时也是较为常用的汇编语言进行编程。本次设计除了采用AT89S51主控芯片之外，还有ADC0809数模转换芯片以及一线式数字温度传感器DS18B20。 本设计通过对系统各个电路模块认真严谨的设计，来满足如今人们对热水器的智能化的热烈需求，该设计不仅简单可行，而且安全放心，完全能够为家庭提供舒适、安全、方便的智能化服务。
目 录
一、 绪论 1
（一） 热水器的发展背景 1
（二）设计初步探讨 1
二、 系统硬件设计 2
（一）系统总体框图设计： 2
（二）系统硬件设计 3
1.电源电路 3
2.AT89S51简介 5
3.水位检测电路： 7
4.漏电检测电路 8
5. 水温检测电路 8
6.键盘/显示接口电路： 9
7.A/D转换电路 10
8.发声电路设计 12
三、系统软件设计 13
（一） 主程序流程框图 13
（二）键扫描子程序流程框图 14
（三）显示子程序流程框图 15
（四）运行程序流程框图 15
（五）软件仿真 16
总 结 20
致 谢 21
参 考 文 献 22
附录1：系统程序清单 23
附录2 系统整体原理图 30
一、绪论
（一）热水器的发展背景
目前热水器已成为城镇家庭生活中必不可缺少的产品，而在使用上最方便、最便捷、最广泛的则是电热水器，其占据各种热水器总量的百分之六十左右。在以前使用极为广泛的燃气热水器在市场上已经消失不见；而如今新兴的太阳能热水器还未成为市场主流，主要是太阳能热水器价格不菲，安装难度较大以及对安装空间要求为露天，而且对天气的要求较高，这
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则被许多居民不去选择它的重要原因，但是他的绿色环保，则被很多家庭青睐，在热水器的市场上也占据着较高的比例。如今的家庭居住建筑大多无法拥有良好的通风环境，家庭在选用热水器种类时则会考虑很多因素，就比如在不通风的情况下，有没有一款热水器能够避免这种硬件条件短缺，但依然可以满足家庭对热水器的需求，所有热水器的强适用性则会起到热水器未来会不会被淘汰的风险，同时电热水器的安全情况严重威胁到消费者的生命，并结合近年来不断增长的能源缺乏的趋势，人们的生活节奏不断加快，智能电热水器的市场则越来越大。
在当今科学技术水平不断发展的今天，各种各样的热水器种类繁多，令广大消费者眼花缭乱，热水器的功能和实用性模糊不清。热水器其功能不单单只有加热的作用，而是凝聚着人类科技成果的产品。正是由于人们对这类产品的强烈需求背景下，我选择了本课题的设计研究，旨为我国城镇家庭提供便利、舒适、安全的服务需要。
（二）设计初步探讨
如今的热水的功能已经不单单还只有加热的作用，而是拥有多种功能，安全方便于一体，对于那些热水器功能单一，安全性和可靠性都较低，都将不会成为市场的主流，但是智能化电热水器有着优异的性能，而且安全、可靠，将来必定是人们首选的产品，所以智能化电热水器注定将会成为热水器市场的潮流。本课题将利用单片机来实现安全、可靠性高的智能化电热水器，单片机将对I/O端口进行直接操作并进行逻辑运算，而且单片机具有极强的位运算能力，完全能够满足本设计的要求。本设计在显示模块将使用数码管来实现对温度的实时显示，用两个数码管来显示实时水温，两个数码管来显示预设水温值，预设水温值则作为水温门槛值，当水温超过门槛值，设计系统将通过发生装置发出报警。温度检测范围为0℃～99℃,温度预设范围为20～60℃。 将会设置三个按键，电源键、温度+键、温度－键。其中温度键需要实现的功能有，温度+键：当按一次温度+键时，预设温度将会增加1℃，若长按温度+键时，预设温度将会快速增加。温度－键：当每按一次温度－键时，预设温度将会减小1℃，若长按温度－键，预设温度则会快速减少。同时为保证设计的安全性，还设置有报警功能，当在使用过程中发生异常情况时，比如当水温值超过水温门槛峰值或低于水温门槛谷值时，系统则会通过蜂鸣器发出报警声，同时关闭电源，从而来保证设计的安全性。
二、系统硬件设计
（一）方案的选取：
AT89S51的特点：AT89S51单片机拥有着4k Bytes Flash存储器、128 bytes的随机存取数据存储器(RAM)8位处理器、而且功耗低、性能高特点。AT89S51在性能上有显著提升，其性价比较高。AT89S51还拥有在线直接编程的功能。有着较高的工作频率，从而拥有更快的运算速度。而且其内部具有集成看门狗计时器，则更符合本课题的设计要求。
PIC16C72的特点：PIC16C72单片机最早使用用精简指令集、两级指令流水线结构的8位嵌入式微控制器。同时拥有者执行速度快，低电压，功耗低和较强的I/O能力，另外，它还集成了一系列具有独特功能的外围专用电路。
在上文中PIC16C72单片机存在着一个非常严重的缺陷，就是他没有中断的现场保护，其在本次设计里有着举足轻重的作用，在它的指令集中无PUSH和POP指令，这是本次设计方案没有采用它的重要原因之一。通过以上两种单片机的初步对比以及对单片机熟悉程度和软硬件设计难度等因素考虑。选择了51单片机作为本设计的核心芯片。
（一）系统整体框图设计：
本课题将由AT89S51单片机作为主控制芯片，系统整体将由8个电路模块组成，如下图21所示：
图21 系统整体框图
本设计将采用12MHz作为晶振电路中的工作时钟，单片机则依靠电路的时钟信号进行正常工作，而平衡电容则使用44pF的电容。复位电路则是对单片机进行初始化。复位电路、晶振电路、AT89S51单片机则构成单片机的最小系统。按键方面则采用独立式按键，数码管则用来显示实时的温度，数码管则全部采用共阳极接法。
系统上电后则按初始默认值进行执行，接着进行检测有无按键，从而分别进行按照默认值执行或按照设定值执行。
（二） 硬件系统设计
1.电源电路
电源电路主要由以下几部分组成，最后将输出+5V、+12V可调电压为单片机和电路其他芯片供电。电源电路框图如图22.
图22 电源电路框图
当输入的交流电压出现不稳定情况时，此时稳压电路则可以使其输出非常稳定的直流电压。本次设计将采用三端稳压器，其拥有性能稳定，外接元件少等优点。
目 录
一、 绪论 1
（一） 热水器的发展背景 1
（二）设计初步探讨 1
二、 系统硬件设计 2
（一）系统总体框图设计： 2
（二）系统硬件设计 3
1.电源电路 3
2.AT89S51简介 5
3.水位检测电路： 7
4.漏电检测电路 8
5. 水温检测电路 8
6.键盘/显示接口电路： 9
7.A/D转换电路 10
8.发声电路设计 12
三、系统软件设计 13
（一） 主程序流程框图 13
（二）键扫描子程序流程框图 14
（三）显示子程序流程框图 15
（四）运行程序流程框图 15
（五）软件仿真 16
总 结 20
致 谢 21
参 考 文 献 22
附录1：系统程序清单 23
附录2 系统整体原理图 30
一、绪论
（一）热水器的发展背景
目前热水器已成为城镇家庭生活中必不可缺少的产品，而在使用上最方便、最便捷、最广泛的则是电热水器，其占据各种热水器总量的百分之六十左右。在以前使用极为广泛的燃气热水器在市场上已经消失不见；而如今新兴的太阳能热水器还未成为市场主流，主要是太阳能热水器价格不菲，安装难度较大以及对安装空间要求为露天，而且对天气的要求较高，这
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
则被许多居民不去选择它的重要原因，但是他的绿色环保，则被很多家庭青睐，在热水器的市场上也占据着较高的比例。如今的家庭居住建筑大多无法拥有良好的通风环境，家庭在选用热水器种类时则会考虑很多因素，就比如在不通风的情况下，有没有一款热水器能够避免这种硬件条件短缺，但依然可以满足家庭对热水器的需求，所有热水器的强适用性则会起到热水器未来会不会被淘汰的风险，同时电热水器的安全情况严重威胁到消费者的生命，并结合近年来不断增长的能源缺乏的趋势，人们的生活节奏不断加快，智能电热水器的市场则越来越大。
在当今科学技术水平不断发展的今天，各种各样的热水器种类繁多，令广大消费者眼花缭乱，热水器的功能和实用性模糊不清。热水器其功能不单单只有加热的作用，而是凝聚着人类科技成果的产品。正是由于人们对这类产品的强烈需求背景下，我选择了本课题的设计研究，旨为我国城镇家庭提供便利、舒适、安全的服务需要。
（二）设计初步探讨
如今的热水的功能已经不单单还只有加热的作用，而是拥有多种功能，安全方便于一体，对于那些热水器功能单一，安全性和可靠性都较低，都将不会成为市场的主流，但是智能化电热水器有着优异的性能，而且安全、可靠，将来必定是人们首选的产品，所以智能化电热水器注定将会成为热水器市场的潮流。本课题将利用单片机来实现安全、可靠性高的智能化电热水器，单片机将对I/O端口进行直接操作并进行逻辑运算，而且单片机具有极强的位运算能力，完全能够满足本设计的要求。本设计在显示模块将使用数码管来实现对温度的实时显示，用两个数码管来显示实时水温，两个数码管来显示预设水温值，预设水温值则作为水温门槛值，当水温超过门槛值，设计系统将通过发生装置发出报警。温度检测范围为0℃～99℃,温度预设范围为20～60℃。 将会设置三个按键，电源键、温度+键、温度－键。其中温度键需要实现的功能有，温度+键：当按一次温度+键时，预设温度将会增加1℃，若长按温度+键时，预设温度将会快速增加。温度－键：当每按一次温度－键时，预设温度将会减小1℃，若长按温度－键，预设温度则会快速减少。同时为保证设计的安全性，还设置有报警功能，当在使用过程中发生异常情况时，比如当水温值超过水温门槛峰值或低于水温门槛谷值时，系统则会通过蜂鸣器发出报警声，同时关闭电源，从而来保证设计的安全性。
二、系统硬件设计
（一）方案的选取：
AT89S51的特点：AT89S51单片机拥有着4k Bytes Flash存储器、128 bytes的随机存取数据存储器(RAM)8位处理器、而且功耗低、性能高特点。AT89S51在性能上有显著提升，其性价比较高。AT89S51还拥有在线直接编程的功能。有着较高的工作频率，从而拥有更快的运算速度。而且其内部具有集成看门狗计时器，则更符合本课题的设计要求。
PIC16C72的特点：PIC16C72单片机最早使用用精简指令集、两级指令流水线结构的8位嵌入式微控制器。同时拥有者执行速度快，低电压，功耗低和较强的I/O能力，另外，它还集成了一系列具有独特功能的外围专用电路。
在上文中PIC16C72单片机存在着一个非常严重的缺陷，就是他没有中断的现场保护，其在本次设计里有着举足轻重的作用，在它的指令集中无PUSH和POP指令，这是本次设计方案没有采用它的重要原因之一。通过以上两种单片机的初步对比以及对单片机熟悉程度和软硬件设计难度等因素考虑。选择了51单片机作为本设计的核心芯片。
（一）系统整体框图设计：
本课题将由AT89S51单片机作为主控制芯片，系统整体将由8个电路模块组成，如下图21所示：
图21 系统整体框图
本设计将采用12MHz作为晶振电路中的工作时钟，单片机则依靠电路的时钟信号进行正常工作，而平衡电容则使用44pF的电容。复位电路则是对单片机进行初始化。复位电路、晶振电路、AT89S51单片机则构成单片机的最小系统。按键方面则采用独立式按键，数码管则用来显示实时的温度，数码管则全部采用共阳极接法。
系统上电后则按初始默认值进行执行，接着进行检测有无按键，从而分别进行按照默认值执行或按照设定值执行。
（二） 硬件系统设计
1.电源电路
电源电路主要由以下几部分组成，最后将输出+5V、+12V可调电压为单片机和电路其他芯片供电。电源电路框图如图22.
图22 电源电路框图
当输入的交流电压出现不稳定情况时，此时稳压电路则可以使其输出非常稳定的直流电压。本次设计将采用三端稳压器，其拥有性能稳定，外接元件少等优点。
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