单片机设计太阳能热水器.doc

摘要本文提出了一种以MCS51系列单片机8051为主要控制芯片，辅之以其他功能芯片对太阳能热水器进行控制的设计方案，使太阳能热水器使用起来更加方便、安全。本设计采用的是8051单片机，其内部ROM容量为256B，对于本设计，无须外部扩展存储器。除了8051，本设计还用到一些重要的外部功能器件，如采用AD转换器0809来实现温度和水位信号的模数转换，还有可编程输入输出接口8255来实现键盘和显示器接口。键盘由四个按键来设置水温或水位，用六位LED显示器分别显示水温和水位。本设计充分利用8051单片机系统的三总线控制，即数据总线、地址总线、控制总线的设计方式，为应用系统功能的实现奠定了基础。通过对8051单片机的外部功能扩展使系统具有自动上水与保温的功能，还能自动驱动加热及上水装置来满足系统的设置，使用起来安全可靠。此外，设计方案中还考虑了一些抗干扰措施，例如采用光电隔离器4N25使输入输出有效隔离，采用硬件去抖动措施解决按键抖动的问题等等。本文阐述了此应用系统的工作原理，并给出部分硬件及软件框图。关键字： 单片机，温度控制，水位控制AbstractThis paper presents a MCS - 51 series single chip microcomputer 8051 as main control chip, supplemented by other functions of the solar water heater control chip design, make the solar water heater is more convenient in use, safe.This design uses the MCU 8051, its internal ROM capacity is 256B, for the design, without an external extended memory. In addition to the 8051, the design is also used in some important external devices, such as the use of AD converter 0809 to achieve the temperature and the water level signal to the analog-to-digital conversion, and the programmable input / output interface 8255 to realize the keyboard and display interface. The keyboard consists of four buttons to set the water temperature and water level, six LED display respectively display water temperature and water level. The design makes full use of 8051 single-chip microcomputer system three bus control, data bus, the address bus, control bus design, for the application of the system function realization foundation. Based on 8051 single-chip external extended function makes the system having automatic water and thermal insulation function, can automatically driven heating and water supply device to satisfy the needs of system settings, the use of safe and reliable. In addition, the design scheme is also considered in some anti-jamming measures, such as the use of photoelectric isolator 4N25 so that the input / output effective isolation, use hardware to shake the measures to solve the key jitter problems etc.This article describes the application of the working principle of the system, and gives the hardware and software block diagram.Key words: SCM, temperature control, water level control目 录绪论41.1 本课题研究的目的、意义41.2国内外研究现状51.3 目前我国太阳能热水器的种类61.4 研究的内容9第一章 系统总体设计方案111.1 设计思路111.2 设计总框图12第二章 系统硬件部分设计132.1 数据采集132.2 数据转换182.3 MCS-51系列单片机8051212.4 LED数码显示和键盘242.5 输出驱动与执行机构272.6 系统的硬件抗干扰设计29第三章 系统软件部分设计31第三章 系统软件部分设计313.1 主程序流程图313.2 部分中断服务程序33结 论39参考文献41绪论1.1 本课题研究的目的、意义用太阳能解决我国家庭热水是最有希望的、最有效可行的途径。太阳能光热应用市场前景广阔，除家庭用热水外，还可用于工业热水、采暖、空调、干燥、农业种植、水产养殖、海水淡化等领域。从发展角度看，城市家庭生活热水的供给不应由业主考虑，而应与建筑设计开发同时进行。在此基础上设计出了全玻璃真空管式热水器的自动控制系统。在电子技术飞速发展的今天，有必要而且有可能采用新技术对原电气控制系统进行改造，以提高可靠性，并实现系统的自动控制，提高太阳能热水器稳定性。可编程控制器由于可提供使用的时间继电器和中间继电器相当多，而且其常开常闭触点可多次重复使用，使得我们在编程中可以随心所欲。用内部编程“软元件”取代继电器逻辑控制电路中大量的时间继电器和中间继电器，简化控制线路、有效提高系统的可靠性，是PLC的突出特点。目前，我国大部分太阳能热水器控制部分，往往需要大量的中间继电器和时间继电器来满足生产工艺要求，结果使电路设计复杂、繁琐，故障时有发生，给使用和日常维护带来了很大的不便。太阳能热水器是太阳能热利用中商业化程度最高 、应用最普遍的技术 。但是在热水器自动控制系统中大多采用单片机控制 ，单片机开发价格较高，而PLC开发价格便宜。选用PLC控制，它具有速度快，可靠性高，体积小，功能全，编程简单的特点。通过改进或完善已有太阳能热水器控制系统的不足，设计开发新型太阳能热水控制系统基于PLC的太阳能热水器自动控制系统。1.2国内外研究现状1.2.1 国内研究现状我国太阳能热水器产业发展迅速，目前已成为世界上最大的太阳热水器生产国，但与太阳热水器配套的控制器却一直处于研究和开发阶段，尤其是与太阳能热水器系统匹配的控制器，至今尚未检索到相关报道。近几年来，市场上陆续出现了一些太阳能热水器控制器，但大多数控制器存在着诸如性能不稳定，容易产生误操作；温度、水位检测、控制误差大；显示器有时出现乱码；与电辅助加热装置不能很好配合；太阳能利用率较低等问题，影响了用户的使用。更有甚者，有些控制器质量较差，经常发生故障，给用户带来诸多不便，严重影响了用户的使用，从而影响到太阳热水器的销售。太阳热水器，尤其是太阳热水系统及其控制器有着广阔的发展前景，但现有的技术研究和产品开发投入较少。因此，在太阳热水器、太阳热水系统的测量控制方面，应引起足够重视，加大投入一定力量研究开发高质量、性能好的测控产品1。1.2.2 国外研究现状太阳能热水器是利用太阳辐射能和热水的装置。世界上第一台热水器是美国马里兰州的肯普于 1891 年发明的。到第二次世界大战结束，人们创造了各式各样被统称为“闷晒式”的太阳能热水器。第二次世界大战结束后，人们的注意力又开始转向发展经济。一些缺少常规能源的国家，如日本，开始投入人力物力开发利用太阳能，经过人们的努力，各种简易的平板太阳集热器已开始在市场中出现。到 20 世界 70 年代，随着世界性能源危机日益严重，迫使人们对太阳能的开发利用又重新重视起来，许多国家花了不少人力物力，用于大力研究和开发太阳能利用技术，尤其是太阳能热水器。到上世纪 70 年代末，太阳热水器的开发利用在美国、澳大利亚、日本、德国、以色列等国家得到了很大的发展.在随后的十几年里，平板集热器型太阳热水器的推广应用在一些国家得到了较快的发展。1975 年美国欧文斯伊利诺依（OWens-llinois）公司发明了全玻璃真空管太阳集热器并推向市场。当时，集热管的选择性吸收涂层的平场阳光吸收率约为83%，但由于采用了高真空技术，使集热器的热损失比普通平板式太阳集热器的热损失降低了两个数量级，从而将太阳能热利用技术水平大大提高了一大步。在随后的十几年内，全玻璃真空管太阳热水器性能通过完善、提高，并逐步降低成本，因而得到了快速发展，到上世纪90年代，这种新型太阳能热水器已成为推广应用的主流产品。在全玻璃真空管太阳能热水器的基础，为进一步提高效率，提高性能，德国研制出热管式真空管太阳热水器，一些国家研制出了一些高质量的太阳热水器专用零部件，另一些国家为优化设计专门开发了用于太阳能热水器的应用软件。还有一些国家，开发出功能完善，能全天候使用太阳热水器系统。在西方先进国家，在太阳能热水器方面的研发和推广应用一直比较活跃2。1.3 目前我国太阳能热水器的种类1.3.1 平板式太阳热水器平板式太阳能热水器又叫“平板集热器”，它是太阳热水器的基本型之一。由它可以派生出许多同类热水器，如翅翼型、波纹板型、塑料压制型等等，但它们的集热基本原理都一样。水的循环靠温差比重不同。热水轻，向上升。冷水密度大，只能从底部慢慢向上顶。水箱中的水通过集热器的循环加温，逐步达到平衡，则不再流动。事实上水箱中的水总是源源不断进入集热器的底部，而热水也不断流入水箱的上部。平板型太阳集热器以其简单、价廉和安装方便在全世界都获得了广泛的应用。普通平板型太阳集热器由吸热体、壳体、透明盖板和隔热材料等组成。当太阳照射到集热器时，集热器板上水道中的水被加热而发生膨胀、变轻、产生“水往高处流”的现象，就像热烟气从烟囱中冒出一样，这就是所谓的“热虹吸”现象，系统中水流的循环运动完全依靠自身各部位温度不同而形成自然循环，即只要有太阳照射，就能实现这种循环。水在集热器中受热变轻，由集热器底部上升至顶部。再经循环管流入保温水箱，水箱下部的冷水由下循环管流入集热器底部。如此循环，使整个水箱中是水温升高3。这种集热器的优点是：1、工艺不复杂，加工成本低。2、水流的循环和加热全部依靠集热器的吸热作用，不需要泵和其它能源，运行成本低，确实是一次投资，长期受益。3、水流系统常压运行，无需带压设备，没有任何安全隐患。4、整个系统没有运转设备，水对吸热板没有腐蚀作用，故使用寿命很长。缺点：1、由于白天、晚上的温度不同，集热器易产生倒流。2、在高温段效率偏低，表面热损大。3、在冬季低于0时，因集热器中的水结冰膨胀，将管子胀裂。4、流动阻力分布不均，抗冻性能差，所以使用范围局限在北方的夏天和南方不结冻地区的冬天。1.3.2 全玻璃真空管式热水器全玻璃真空管式太阳能热水器是在平板型太阳集热器的基础上发展的一种新型太阳能集热装置。全玻璃真空管太阳集热器的核心元件是玻璃真空集热管，它采用了真空技术，消除了气体的对流与传导热损，并应用选择性吸收涂层，使真空集热管的辐射热损降到最低，这样真空管太阳集热器可以在中高温下运行，也能在寒冷地区的冬季及低日照与天气多变地区运行，扩大了应用领域。全玻璃真空太阳集热管通常采用单端开口的形式，在一端将内、罩玻璃管环形熔封在一起。真空集热器内装有吸气剂4。这种集热器的优点是：1、结构简单、制造方便、可靠性强。2、集热效率高，保温性能好。3、可以在中高温下运行，也能在寒冷地区的冬季运行。4、使用寿命长，一年四季都可使用。缺点：1、管内存水过多，管内水温上升缓慢，而且对于真空管南北放置的热水装置，管中的热水无法全部取出，致使系统热水利用率降低。2、不能承压，易在玻璃管内结垢，管子易炸裂，而且在严寒地区使用会冻结。3、价格昂贵。1.3.3 热管式太阳能热水器热管式热水器也是一种可以常年使用的太阳能设备，基本原理同热管式太阳灶差不多。但是，由于一般提供洗浴用的热水温度不太高，所以对热管的要求也比太阳灶要低。甚至从满足生活热水的单项要求来说，这种热管在技术上和经济上均优于真空集热管。我国大连生产的热管式热水器虽然初始投资高于平板式集热器，但是低于真空管集热器，而使用效果也不差。国外同类热管式热水器的产量和型号正在不断增加。此种热水器的热管，结构简单，工质易得，抗冻性和热效率均好，使用寿命也长。热管式热水器在外形结构上很象管板式热水器，只不过把普通排管变成了热管，少个或省去了一个集水管，热管上同样可装翅片吸收太阳能。当热管收集到太阳的热之后，立刻把它输送到集热管，并在水箱中进行换热，于是得到热水。由于热量是由热管输送、选择合适的工质与管材、管芯，就能保证其化学相容性，避免一般管板式热水器的腐蚀性。同时，因为热管内的工质很少，不像管板式热水器里面充满着水，所以热损较低，起动也较快。而且热管式热水器的工作温度范围也比管板式热水器宽得多，不用担心00C时水会结冰，也不怕高于100时水会沸腾。1.3.4 热管真空管式太阳能热水器热管真空管式集热器是一种新型的太阳能集热装置，集中热管式和真空管式集热器二者的优点，克服彼此的缺点。例如，利用热管起动快，一通过不同工质可以控制热水器的工作温度，而真空管集热器在无负荷闷晒时，往往会出现超过200的高温，使水的压力增大，造成使用中的不便等。但真空管集热器的优点在于绝热性好，热效率高。其原理是太阳辐射穿过真空管玻璃外壳，投射在金属吸热板上，吸热板将太阳辐射能转化为热能，使热管蒸发段内的传热介质汽化。蒸汽上升到热管冷凝段后，通过导热块将热量传递给集热管内的工质，而自身又凝结成液体，依靠重力流回蒸发段。上述过程重复循环，使集热管内的工质不断升温。由于运用了真空技术，大幅度降低了集热器的热损失，因而使其在高工质温度或低环境温度的运行条件下仍具有良好的热性能，同时运用了热管技术，被加热工质不直接流经真空管，因而跟普通平板式集热器和真空管集热器比较，热管式真空集热器除了工作温度高，承压能力大和耐热冲击性能好等优点，还有其显著特点5。这种集热器的优点： 1、耐冰冻。热管由特殊的材料和工艺保证，即使在冬季长时间无晴天及夜间的严寒条件下，真空管也不会冻裂。2、启动快。热管的热容量很小，受热后立即启动，因而在瞬变的太阳辐射条件下能提高集热器的输出能量，而且在多云间晴的低日照天气也能将水加热。3、保温好。热管具有单向传热的特点，即白天由太阳能转换的热量可沿热管向上传输去加热水，而夜间被加热的水的热量不会沿热管向下散发到周围环境。4、安装维修方便。安装方便，操作简单，易于固定，运行可靠。缺点:1、生产成本。 2、技术要求高。上面介绍了目前我国太阳能热水器的种类，并讨论了它们各自的优缺点。最后，在此基础上提出了本文研究的主要内容为全玻璃真空管太阳能热水器的自动控制系统的设计。1.4 研究的内容目前，单片机已进入人类生活的各个领域，如家用电器的冰箱、洗衣机、空调等，由于配上了单片机，增加了功能，实现了智能化，使人类生活更加方便。近几年来，MCS51系列单片机的开发应用深受各个应用领域的关注和重视，应用十分广泛，发展极快，特别是8051，在国内是应用最多、影响最大的单片机。本设计就是以8051单片机为主要控制芯片，辅之以其他外设及功能部件，对太阳能热水器工作进行控制。目前，太阳能热水器以其安全、节能、无污染等优点受到越来越多的消费者的欢迎。但太阳能热水器也存在一些缺点，如阴雨天无法使用，不能显示水温水位，无法自动上水，不能根据用户的要求设置水温水位等，通常须采用太阳能加热和电加热相结合的方式来解决阴雨天的使用问题。这就需要设计一套控制系统来实现自动电加热，同时用这套系统实现自动上水、保温和水温水位的检测和显示。本设计的目的是设计适于日常应用的能自动上水的太阳能热水器，要求能自动检测水的温度和水位；当水位低于30L自动上水；水温未达到设定值而又长时间无变化，系统自动启动电加热器将水加热到设定温度，当用户按下加热键时系统也可启动电加热器将水加热到设定温度，水温达到设定值后系统自动进入保温状态。本设计的技术要求是利用LED显示水温水位；四个按键设置水温/水位；A/D转换模块；上水装置，电加热装置；要求本系统具有较高的抗干扰性、实时性、能根据检测数据迅速做出处理，本设计要采用的是MCS51系列单片机8051，其内部ROM为4KB，内部RAM为256B（包括特殊功能寄存器），要接A/D转换器，以实现温度和水位信号的模数转换。另外，由于本设计要用到6位LED显示器及四个功能按键，故采用一片可编程输入输出接口芯片8255来实现这部分的设计。此外，本设计方案还考虑了抗干扰措施，如光电隔离、键盘消抖等，将在后面详细阐述。本系统充分利用了8051单片机的各种资源，使系统使用方便，安全可靠，克服了太阳能热水器的一些缺点，实现了其运行的自动化。第一章 系统总体设计方案1.1 设计思路本次设计的目的是设计一个太阳能热水器单片机控制系统。现在一般的太阳能热水器虽然有着不少优点，如节能、无污染、安全方便等，但在实际应用中也存在着一些缺点，如阴雨天无法使用、无自动上水功能、不显示水温水位等等。为了解决上述存在的问题，比较理想的方案就是采用单片机作为应用系统的主控芯片，利用其强大的控制能力和丰富的资源，通过连接各种功能外设，使系统能正确、有效地完成服务。在此，我将系统的设计分为两大部分，即硬件设计部分和软件设计部分。在硬件部分中，主要解决系统的硬件连接与各功能的分配，各部分的地址分配也被分到硬件部分里。在软件部分中，则具体分析系统的工作流程，编出部分子程序和中断服务程序。1.2 设计总框图系统总体设计框图如下：驱动装置LED数码显示可编程82558051单片机A/D转换器传感器被控对象键盘光电隔离驱动装置执行机构图1-1 系统总体框图由图可知，本系统采用MCS-51系列单片机8051作为系统的主要控制芯片。根据本应用系统的设计任务，输入通道部分需由传感器采样温度和水位信号，经A/D转换器转换，将模拟量信号转换为数字量信号后送入8051，再由8051外接的8255送LED数码管显示。键盘有四个按键来设置水温和水位，当8051扫描到有按键按下时，就输出控制信号驱动相应的执行机构，或控制加热器改变水温，或控制上水阀改变水位。系统相应的功能由编程来具体实现。第二章 系统硬件部分设计2.1 数据采集2.1.1 温度传感器AD5901温度传感器AD590的工作原理AD590集成温度传感器，内部含有放大电路，是一种两端器件。其工作电压为+4+30V，测温范围是-55150摄氏度，对应于热力学温度T每变化1K，输出电流就变化1A。在298.15K（对应于25.15摄氏度）时输出电流恰好等于298.15A。这表明，其输出电流I（A）与热力学温度T（K）严格成正比。AD590的电路符号为： AD590作为一种高阻电流源，不存在反馈线上的电压信号损失和噪声干扰问题，其等效于一个高阻抗的恒流源，其输出阻抗大于10M，能大大减小因电源电压波动而产生的测温误差。例如，当电源电压从5V变化到10V时，所引起的电流最大变化量仅为1A，等价于1摄氏度的测温误差。2AD590在本系统设计中的应用由AD590构成的温度检测电路如图2-1所示：从图中可知，由MC1403型带隙基准电压源输出的+2.5V基准电压，经可调电阻R1接AD590的正极，并且还经过CD4051型八选一模拟开关接LM324型四运放中的一个运算放大器反向输入端。AD590的负极接-5V电源。设通过R1、R2的电流分别为I0、I1，则AD590的电流表达式为IO=I0+I1 （2-1）因为LM324的电压增益AVO1,所以图2-1中的M点为虚地，即UM为零伏。只要在0以下调整R1，使I0等于AD590在该温度下的工作电流值（此时I1=0，IO=I0），I0即为恒定值，在测温过程中I1仅随IO变化。显然，温度上升t时，I1必须增加到t1A，使LM324的输出电压UO（V）为 （2-2）由于与被测温度t成正比，从而实现了t/U转换，这就是利用AD590测量摄氏温度的原理。分别用于校准0和100。硅二极管VD（1N4001）可防止LM324进入饱和状态。多路模拟开关CD4051的通断状态受单片微机的控制。2.1.2 水位传感器1压差式液位传感器的工作原理压差式液位传感器是根据液面的高度与液压成比例的原理制成的。如果液体的密度恒定，则液体加在测量基准面上的压力与液面到基准面的高度成正比，因此通过压力的测定便可得知液面的高度。如图2-2所示，其基准面上的压力由下式确定，即 （2-3）式2-3中，为测量基准面的压力；为液体的密度；为液面距测量基准面的高度；为所控最高液面与最小液面之间的高度；为最小液面距测量基准面的高度。由于需要测定的是高度，因此移动压力传感器的零点，把零点提高，就可以得到压力与液面高度成比例的输出。 当储液罐为密封型时（见图2-3） 压差、液位高度及零点的移动关系如下：高压侧的压力为 （2-4）低压侧的压力为 （2-5）压力差为 （2-6）式2-4至2-6中，为液体的密度；为所控最高液面与最低液面之间的高度；为最小控制液面距测量基准面的高度；为填充液体密度；为罐内压力；为填充液面距最小液位的高度。同样，只要移动压差式传感器的零点，就可以得到压差与液面高度成比例的输出。图2-4是压差式液位传感器的结构原理图。它由压差传感器和电路两部分组成。压差传感器实际上是一个差动电容式压力传感器，它由动电极感压膜片、固定电极隔液膜片等组成。当被测的压力差加在高压侧和低压侧的输入口时，该压力差经隔液膜片的传递作用于感压膜片上，感压膜片便产生位移，从而使动电极与固定电极之间的电容量发生变化。用电路将这种变化进行转换及放大，便可获得与压力差成比例的直流电压输出。 这种传感器具有可靠性高、性能稳定、体积小和重量轻等特点，因此，广泛应用于液面测量和液面自动控制。2液位变送器CB900本系统采用液位变送器CB900作为采样水位信号的传感器，现简单介绍一下CB900。CB900系列液位变送器是采用高性能扩散硅膜片差压传感技术，将液位压差转换为420mA或15V标准直流信号，可作液位传感器。其工作电压为12V。CB900的工作原理：加于变送器的压力（或差压）使变送器内膜片变形，从变形的扩散硅膜片上检出与差压或成线形变化的电信号，并转换为标准信号输出。具体工作原理见上一节，这里不再累述。2.1.3 采样保持器在对模拟信号进行A/D转换时，从启动变换到变换结束，需要一定的时间，即AD转换器的孔径时间。当输入信号频率较高时，由于孔径时间的存在，会造成较大的孔径误差。要防止这种误差的产生，必须在A/D转换开始时将信号电平保持不变，而在A/D转换结束后又能跟踪输入信号的变化，即输入信号处于取样状态 。能完成上述功能的器件称为取样保持器。由上述分析可知，取样保持器在保持阶段相当于一个“模拟信号存储器”。在A/D转换过程中，取样保持对保证A/D转换的精确度具有重要作用。取样保持电路的基本原理如图2-1所示。主要由保持电容C，输入、输出缓冲放大器以及控制开关S组成。图中，两个放大器均接成跟随形式，取样期间，开关闭合，输入跟随器的输出给电容器C快速充电；保持期间，开关断开，由于输出缓冲放大器的输入阻抗极高，电容器上存储的电荷基本维持不变，保持充电时的最终值供A/D转换。取样保持器工作状态由外部控制信号控制，由于开关状态的切换需要一定的时间，因此实际保持的信号电压会存在一定的误差，这个误差必须远小于A/D的转换时间，同时也必须远小于信号的变化时间。2.2 数据转换2.2.1 AD转换器概述由于单片微机面向测控领域的应用，常需将连续变化的模拟量转换成离散的数字量，才能送计算机进行数值处理。反之，由计算机数值处理的数字量也必须经转换成模拟量，以实现连续变化的模拟量控制。前者称为模/数转换（简称A/D），后者称为数/模转换（简称D/A）。本系统仅用A/D转换器。A/D转换器按其转换的原理，可分为四种：计数式、双积分式、逐次逼近式和并行式。目前最常用的是双积分式和逐次逼近式。双积分式A/D转换器的主要优点是，抗干扰能力强，价格便宜。逐次逼近式A/D转换器的优点是，速度高，其转换时间在几微秒到几百微秒之间。常用的逐次逼近式A/D转换器主要有：美国国家半导体公司生产的ADC0801ADC0805，ADC0808/0809，精度都是8位，转换时间约为100s。其中，ADC0808/0809增加了8路模拟开关，可对8路模拟信号进行分时采样。本设计需分别采样温度与水位信号，故采用ADC0809作为转换器来实现模数转换。2.2.2 ADC08091ADC0809的主要特性分辨率为8位；转换时间为100s；无零度和满刻度调整；单一+5V供电，模拟输入电压为05V，正负5V，正负10V；8路通道转换，带锁存控制逻辑；具有锁存的三态输出，输出与TTL兼容；功耗为15mW。2ADC0809的工作原理ADC0809是最常用的8位A/D转换器，属CMOS工艺逐次逼近型。ADC0809由单一+5V电源供电，片内带有锁存功能的8路模拟电子开关，可对05V8路的输入模拟电压信号分时进行转换，完成一次转换约需100s，输出具有TTL三态锁存缓冲器，可直接与MCS-51数据总线相接，通过适当的外接电路，还可对05V的双极性模拟信号进行A/D转换。ADC0809的工作时钟为10kHz1.2MHz。在进行A/D转换时，路地址先送到AC地址输入端。然后在ALE输入端加一个正跳变脉冲，将路地址锁存到ADC0809内部的路地址寄存器中。这样，对应路的模拟电压就和内部变换电路接通。为了启动变换工作序列，必须在START端加一个负跳变信号。此时变换工作开始进行，标志ADC0809正在工作的状态信号是EOC由高电平（闲状态）变成为低电平（工作状态）。一旦变换结束，EOC信号就又由低电平变成高电平。此时，只要在OE端加一高电平，即可打开数据线的三态缓冲器从D0D7数据线读得一次变换后的数据。3ADC0809的外特性ADC0809片内集成了8路模拟多路开关、地址锁存与译码、8位A/D转换器以及8位三态输出锁存器四部分组成。了解芯片的外特性是设计系统的基础，ADC0809各引脚的功能含义如下：D0D7：8位二进制数字量输出端口。N0IN7：8路模拟量开关输入端口。Vcc：+5V工作电源。GND：接地端。VREF（+）、VREF（-）：参考电压（+）、（-）连接端。START：A/D转换启动信号输入端口，高电平有效。ALE：地址锁存允许信号输入端口，ALE的下降沿将地址输入锁存器。EOC：A/D转换结束信号输出端口，开始转换时为低电平，一旦转换结束时输出高电平。OE：完成转换后数字量输出允许控制信号输入端口，高电平有效，用以打开三态数据锁存器的输出。CLK：时钟信号输入端。A、B、C：地址输入端口。用三位编码组成3：8译码输出，选通8路模拟电子开关，实现IN0IN78路选1。A、B、C三位地址的输入与8路通道的对应关系如下： 4ADC0809在系统设计方案中的应用 AD转换硬件原理图如下： 根据对ADC0809的转换结束信号EOC的不同处理方法，8051（将在下一节介绍）配置ADC0809可分为：查询方式和中断方式。本系统采用的是中断方式，由系统的硬件电路图可知，当ADC0809的转换工作结束时，EOC送出高电平，经一非门后成低电平，送入8051的INT0引脚，提出中断请求，8051响应该中断读入转换后的数据，完成一次A/D转换。ADC0809需要外接变换时钟和参考电压，在实际应用中变换时钟常将MCS-51单片机的时钟经分频得到。而参考电压常用现成的由厂家提供的高精度电源集成块。在本设计中，借用主机8051的ALE作为ADC0809的CLK。本设计中有两个模拟输入信号：水温信号和水位信号，所以需要两路模数转换，故采用IN0和IN1来分别作为水位和水温模拟量的输入通道，由AC地址译码选通。利用8051的低三位地址线A0A2输出路地址，分别与地址输入端口AC连接。采用地址线选方式，用8051的P2.6引脚与读、写信号组合作为ADC0809的START、ALE和OE信号。即P2.6低电平有效。所以，在软件编程时ADC0809的地址为：P2.6即A14=0，由A0A2给出通道（IN0IN7）的选通地址码，由此可知，ADC0809的口地址为0B000H。AD转换硬件原理图如下：2.3 MCS-51系列单片机80512.3.1单片机概述随着大规模集成技术的进一步发展，为满足实时应用领域的急切需要，要求进一步缩小体积和降低成本，实现了把组成计算机的五大部分集成在一块芯片上，既在一块芯片上集成了：CPU、振荡器电路、ROM和RAM存储器、定时/计数器和并行/串行接口等，一块芯片就构成一台具有一定功能的计算机，称为单片微型计算机。单片机是在一块大规模集成电路（LSI）或大规模集成电路（VLSI）芯片上集成的一台微型计算机，它具有许多独特优点，体积小、低功耗、低电压、低成本、面向控制、可以满足工业控制的不同要求，已进入人类生活的各个领域，如家用电器中的冰箱、彩电等，由于是用单片机控制系统，使系统功能更多，使用更方便，更加智能化。单片微机的应用特点是“面向测控”。因此，它总是以其强有力的信息处理、检测、控制以及指挥中心，成为整个应用系统的首脑，从而对单片微机的功能要求、规模大小和复杂程度等随应用系统的不同而不同。MCS-51单片微机正是以其外部功能扩展简单、灵活、方便的特点，满足了广泛的各种不同应用系统的要求，成为应用最广的单片机系列，既可构成最简单系统，也可设计成相当复杂的系统。8位单片机是目前广泛应用的主要机型。32.3.2 MCS-51系列单片机805118051内部的功能部件8位CPU；振荡器和时钟电路；4K字节的程序存储器ROM；128数据存储器RAM；可寻址外部程序存储器和数据存储器各64K字节；20多个特殊功能寄存器；32线并行I/O口；1个全双工串行I/O口；2个16位定时/计数器；5个中断源，有2个优先级，同级中断则按优先顺序查询；具有较强功能的位处理（布尔）能力。28051的主要外部功能引脚说明Vss：电路低电平；Vcc：正常运行时为+5V电源；RST：复位信号输入端；ALE：允许地址锁存信号输出。当访问外部存储器时，ALE信号的负跳变将P0口上的低8位地址送入锁存器。在非访问外部存储器期间，ALE仍以1/6振荡频率固定不变的速率输出，因而它能作外部时钟或定时信号用。当访问外部数据存储器时，将以1/12振荡频率输出。PSEN：访问外部程序存储器选通信号，低电平有效；EA：访问内部或外部程序存储器选择信号。高电平为访问内部程序存储器，低电平只访问内部程序存储器；P0口：8位漏极开路双向并行I/O端口，当访问外部存储器时，它是地址总线（低8位）和数据总线复用，外部不扩展而单片应用时，则作双向I/O口用 ；P1口：8位准双向并行I/O端口；P2口：8位准双向并行I/O端口，当访问外部存储器时作高8位地址用，不做外部功能扩展（单片应用）时，则作准双向I/O口用；P3口：具有内部上拉电路的8位准双向并行I/O端口，它还提供特殊的第二功能，它的每一位均可独立定义为第一功能的I/O口和第二特殊功能，其具体含义为如下P3.0RXD，串行数据接收端P3.1TXD，串行数据发送端P3.2INT0，外部中断0请求端，低电平有效P3.3INT1，外部中断1请求端，低电平有效P3.4T0，定时/计数器0外部事件计数输入端P3.5T1，定时/计数器1外部事件计数输入端P3.6WR，外部数据存储器写选通，低电平有效P3.7RD，外部数据存储器读选通，低电平有效38051的具体应用8051作为系统的主要控制芯片起着指挥中心的作用，是系统输入部分和输出部分建立联系的桥梁。由于本设计是小型应用系统，8051内部的程序存储器和数据存储器已够用，所以不需要外扩ROM和RAM。 关于8051与ADC0809的硬件接口设计思路已经在上一节介绍过了，在这里就不再重复。如图2-7，8051控制着整个系统的运行。在运行过程中，8051不断输出信号控制温度传感器AD590和水位传感器CB900，使它们自动检测水温、水位，采集信号，当8051启动ADC0809实行转换时，传感器的信号经处理后送入ADC0809，转换后的数据经8051读入处理后送LED显示。同时，根据事先编好的程序，如果温度或水位没有达到要求（如本系统要求水位不可低于30L，水温如果未达到设定值而又长时间无变化就自动加热，达到设定值后自动保温）则8051就驱动执行机构进行相应的操作，直到系统满足设定的条件，达到自控的目的