基于单片机的热水器水温水位控制系统毕业设计.doc

华科学院本科毕业设计（论文）

基于单片机的电热水器水温水位控制系统设计
摘 要
随着人们生活水平的提高，各种热水器的使用已相当普及。与之相配套的控制仪也相继问世。然而，目前市场上的各种热水器控制电路还与理想要求相差甚远。因此我设计了新型的热水器水温水位控制系统来满足于当今的需求，该热水器智能控制系统主要由AT89S52单片机控制、DS18B20温度传感器、独立键盘、LED数码管和报警系统组成。该系统能测量并显示水温、设置水温范围，若水温不处于所设置的水温范围则报警，同时还能对水位进行设置及加水，先设置好需要加水的水位段数，单片机会根据这个数进行判断是否加水。通过软硬件调试使以上所述功能都能正常实现。
本次设计是对水温水位控制系统的智能化改进，采用单片机对其水温水位参数进行控制，提高了电器的工作稳定性，同时引进了数字传感器对水温进行数据采集，这样也就提高了系统的控制精度，以其自身的控制精度高、稳定性好和成本低的独特优点在今后将会由广泛的实用价值，其基于单片机的改进方法也具用广泛的应用意义。
关键词：单片机；DS18B20；水温水位控制

Electric Water Heater Water Temperature-Level Control System Based on SCM
Abstract
With the improvement of people's living standard, the use of various water heater is very popular. Control apparatus and the matched field. However, the current market on the various water heater control circuit and the ideal requirements differ very far.So i design a new type of water heater water level control system to meet the semand in nowdays. The design of solar water heaters intelligent control system is mainly composed of single-chip AT89S52,DS18B20 temperature sensor,an independent keyboard ,LED and alarm system.The system can measure and display water temperature ,set the range of water temperature,of the water temperature is not in the range of setting temperature is alarming.At the same time,you can set the water level and add water,first,need to set up the water level above the water,single-chip will determine whether add the water or not according to the number.Through hardware and software debugging,the above functions can be normal.
For other related parameters, it also has a certain meaning using. The revivification of the water control system is an intelligent product. To its own control of high precision, stability and low cost of the advantages, in the future there will be a wide range of practical value.The design of the water temperature control system is to improve the intellectualized. A monolithic integrated circuits is to control the level of parameter and improve the stability of the electrical work, and meantime, What’s more, its based on single ways of improvement have wide application meaning.
Keywords: singlechip; water level’s examination; water temperature’s examination

目 录
摘 要 I
ABSTRACT III
第1章 绪论 - 1 -
1.1选题的意义 - 1 -
1.2电热水器发展现状 - 1 -
1.3课题任务 - 3 -
第2章 系统设计方案 - 5 -
2.1设计原理 - 5 -
2.1.1系统原理 - 5 -
2.1.2子系统工作原理 - 5 -
2.2设计方案 - 6 -
2.2.1系统设计方案的选择 - 6 -
2.2.2各部件控制系统方案 - 8 -
第3章 系统硬件设计 - 11 -
3.1系统总体设计 - 11 -
3.2各单元电路设计 - 13 -
3.2.1控制单元设计 - 13 -
3.2.2显示单元设计 - 19 -
3.2.3检测单元设计 - 25 -
第4章 系统软件设计 - 33 -
4.1主程序设计 - 33 -
4.2子程序设计 - 33 -
4.2.1温度采集 - 33 -
4.2.2控制按键设计 - 34 -
4.2.3读温度 - 35 -
第5章 系统调试 - 37 -
5.1硬件调试 - 37 -
5.1.1调试步骤 - 37 -
5.1.2液位检测 - 37 -
5.1.3温度检测 - 38 -
5.2 软件调试 - 38 -
5.2.1 Proteus仿真 - 38 -
5.2.2 软件调试过程 - 39 -
5.3系统联调 - 39 -
总结 - 43 -
参考文献 - 45 -
致谢 - 47 -
附录 - 49 -

V

第1章 绪论
1.1选题的意义
随着电子技术的发展，特别是随着大规模集成电路的产生，给人们的生活带来了根本性的变化，如果说微型计算机的出现使现代的科学研究得到了质的飞跃，那么可编程控制器的出现则是给现代工业控制测控领域带来了一次新的革命。在现代社会中，水位和温度控制不仅应用在工厂生产方面，其作用也体现到了生活的各个方面。
随着人们生活质量的提高，酒店厂房及家庭生活中都会见到水位和温度控制的影子，水位和温度控制将更好的服务于社会目前，单片机控制器在从生活工具到工业应用的各个领域，例如生活工具的电梯、工业生产中的现场控制仪表、数控机床等。尤其是用单片机控制器改造落后的设备具有性价比高、提高设备的使用寿命、提高设备的自动化程度的特点。
现代工业设计、工程建设及日常生活中常常需要用到水位和温度控制，早期水位和温度控制主要应用于工厂中，例如工厂中的大型锅炉，必须实时的掌握锅炉的水位和温度，确保系统的正常运行。
因此，水温水位控制在改善人们生活质量中起到了非常重要的作用。现在市面上的电器种类繁多，它们都需要对其主要的水位和水温参数加以控制，实现电器水温水位控制的自动化。
早期温度和水位的参数控制时通过模拟电路实现的，这种方式不仅电路复杂，成本高，而且误差大，系统的稳定性不好，单片机及微型计算机技术的发展和应用有效地解决了这些缺点，特别是传感器的发展，更好的提高了检测参数的精度。
选择基于单片机的水温水位控制系统，是因为它不仅在人们生活中具有显著的意义，更重要的是能系统地聚温度和水位参数于一身，对于更好的掌握和认识单片机的应用和传感器的应用，系统地深刻认识自动控制的实际应用，掌握复杂的多子系统地设计起到了很强的锻炼作用。
1.2电热水器发展现状
经过20多年的发展，整个热水器行业已经从最初的小而少发展到现在的大而多，产品类型也随着技术不断成熟，由最初的燃气热水器独领风骚发展到今天的燃气式、电热式、太阳能、空气源热泵等多种类型。随着全球经济快速发展，中国电器制造业的迅猛发展及城市建设步伐的不断加快，为热水科技产业带来了无限商机。目前，创新、安全、节能、高效已成为热水器行业间竞争的焦点及发展趋势。
据调查，中国热水器的普及率只有70%左右。目前，46.6%的居民家庭表示要在未来5年中购买或更换热水器。未来5年内我国城市热水器需求量将平稳增长，达到4660万台，热水器行业即将迎来新一轮的消费高峰。据国务院发展研究中心市场经济研究所推出的“中国城市热水器市场研究咨询报告”显示，未来三年，我国热水器市场将继续保持平稳发展的态势，年增长保持在6%左右。
就中国的具体情况而言，太阳能热水器由于安装位置的局限性，只适用于居住在顶楼的居民，且受天气原因的限制，使用范围狭窄，燃气热水器由于必须分室安装，且须由专业人员安装，并且燃气热水器不易调温，需定期除垢，在使用中还易产生有害气体，特别是使用液化石油气和人工煤气型的直排式燃气热水器，会产生轻度油烟，严重时甚至会危及生命。因此燃气热水器是一种人命关天的特殊产品，即使有百分之一的疏忽，带给用户的危险将是百分之百。 根据中国商业联合会前不久的统计，电热水器的市场份额在销售数量和销售收入两个方面都已经超过了长期以来占优势的燃气热水器。该中心预计，在城市电网更大范围改造和城市住房市场大规模启动的带动下，今后几年我国电热水器市场将呈现强劲增长势头。
目前市场上的电热水器分连续水流式和贮水式，前者虽具有加热速度快和体积小的优点，但需要的功率大，大多数家庭供电线路难以承受。而市场上传统的机械式电热水器控制功能不完善，而且精度低、可靠性差，生活质量的提高使得消费者对电热水器功能提出延伸至全新的概念层面。热水器技术未来将继续朝着以下几个方面发展：
① 智能化：从最初的手动旋钮调节发展到如今数字化调节方式
② 节能技术：从最初机械结构上的保温节能到控制技术上的定时加热或分步加热技术转变，由于在水温很高时热量流失较快，所以未采用该类技术的产品需要长时间在高温区反复加热，不仅启动频繁，而且耗电量很大，如果用户可根据自己的实际需要设定好规定时段以进行定时倒计时加热，则能将保温耗电降至最低
③ 安全稳定性：由于电热水器不同于一般的家电产品，涉及到人身安全，所以安全问题一直是各大厂家考虑的重点。随着现在各种安全技术在电热水器设计中的普遍应用，用电环境的日益规范，以及国家对电热水器实行强制认证，安全技术已经成为衡量电热水器的重要标准。其中安全技术主要体现在能自动检测热水器是否处于正常工作状态，并具有调温、恒温、防干烧、防超高温、防漏电等多项自检功能，使用户在使用过程中安全更有保障。 此外，随着无线通信技术的发展，无线远程控制也将是新一代电热水器的发展方向，用户可以通过任何一部双音频固定电话或手机遥控热水器的开/关、温度设定等，并可查询热水器的工作状态。现在市场上较为先进的储水式电热水器能实现上述等功能，但仍难以满足人们对现代化家电的使用要求。在现如今众多的控制手段中，要满足低价格、高性能、尤其是智能化的要求，采用典型的嵌入式控制系统——单片机为核心的控制器应为首选。
1.3课题任务
本设计主要是对市场现有产品的仿制，要能够实现电热水器的完整功能。以AT89S52单片机为核心配合传感器、显示器件、继电器、电加热器、报警器等外围器件，采集热水器储水箱中的水位、水温信号，通过控制电动机的运转、电加热器加热来控制储水器的水位、温度。利用键盘上开关按钮进行调节水温的最大和最小限度，手动控制上水和加热，设置水位水温功能。采集热水器储水箱中水位和水温信号，并完成水位和水温的显示，以及缺水报警系统。

第2章 系统设计方案
2.1设计原理
2.1.1系统原理
利用热敏传感器和水位传感器检测水温和水位，并加以显示。根据水位情况进行手动和自动上水控制。当水位从高到低，出现缺水状态时，蜂鸣器报警，缺水指示灯亮，继电器开始工作，热水器容器上水，水位上升超过“低”水位后，缺水指示灯熄灭，蜂鸣器停止报警。水位至预置水位后继电器关闭，停止上水；当水温低于设定最低温度时，加热继电器工作，当温度加热高于设定最高温度的时候继电器停止工作。
此系统是为多子系统的综合性控制系统，设计过程中也是分块实现设计调试，最后进行综合实现，以下就从各子系统的工作原理进行分别进行说明。

单

片

机
复位电路
按键电路
报警电路
时钟振荡
加水装置
温度传感器
水位传感器
LED显示
蜂鸣器报警

图2.1系统原理图
2.1.2子系统工作原理
1、温度控制系统
该子系统利用低功耗单线数字温度传感器DS18B20实现温度采样，将采样的温度值通过单片机的P3.3口送入单片机处理，然后实现水温的控制,利用按键对水温的值进行设置，当温度高于上限或者低于下限后蜂鸣器报警，使之保持温度在一定范围内的稳定。
本控制系统可以时时采集热水器内部水温通过LED显示水温，由于太阳能热水器实际温度不会超过100摄制度，所以本系统采用两位显示，测量范围为00~99摄氏度，温度可以精确到小数点后两位。
2、水位控制系统
该子系统能进行水位的控制，利用自制的3根导线对水位的信息进行采集，并通过单片机的P2口送入给单片机处理加工，通过发光二极管显示器显示，共有3个水位挡，没水或者系统出错后，蜂鸣器都报警，使系统的水位保持在一定的范围内。
本系统需显示水位，水位分低、中、高三档，均用发光二极管来指示。
实验证明，纯净水几乎是不导电的，但自然界存在的以及人们日常使用的水都会含有一定的Mg2+、Ca2+等离子，它们的存在使水导电。本控制装置就是利用水的导电性来完成的。
当水位未达到a时，即h<a时、这时传感器的总阻值R为3R，对应，系统处于缺水状态。
当a<h<b时，传感器电阻阻值R为2R，对应，系统处于30%水位。
当b<h<c时，传感器电阻阻值R为R，对应，系统处于50%水位。
当h=c时，传感器电阻阻值R为0，对应，系统处于100%水位。
其中，环形振荡器产生的方波周期T（或f）可通过单片机的两个定时/计数器（T0、T1）来确定，T1用来计数，T0用来定时。
3、报警系统
该系统利用蜂鸣器报警，系统故障报警和水温水位信息报警，以便及时掌握水温水位控制系统的工作状况，系统自己不能处理的就可以人工辅助处理，这样能让系统更好的运行在稳定状况下。
2.2设计方案
2.2.1系统设计方案的选择
方案一：PIC16C72单片机为控制器件的智能电热水器 PIC16C72是美国微芯(Microchip)公司推出的8/11位单片机，采用宽字节单周期指令，哈佛双总线和RISC结构，其数据吞吐量最高可达6MIPS，这几乎是其它大多数8位微控制器速度的4倍128脚封装的PIC16C72单片机内集成了以下主要功能：2KB片内ROM程序存储器，128KB数据存储器；22位I/O线；5路8位A/D转换器，2个8位，1个16位多功能计数器/定时器，1个捕捉/比较/脉宽调制(CCP)部件。
以PIC16C72为控制芯片的电热水器，虽然功能很强大，但是存在一些很需要改进的地方：中断的现场保护是中断应用中一个很重要的部分由PIC16C72的指令系统中没有专门的PUSH(入栈)和POP(出栈)指令，所以要用一段程序来实现该功能。对可能用到的W寄存器和STATUS寄存器内容进行现场保护1然后在中断服务程序中对马达，继电器进行控制1漏电检测报警在中断里给出，而每50ms进入一次中断，所以发生漏电时最多50ms即可切断电源1入口→中断保护→控制马达→控制继电器如果用直流对电机进行控制，其转速太快，过调量太大，容易引起震荡。
方案二:根据控制系统要求，首先确定PLC的控制模块，估算出所需要的I/O点数（数字输入/输出量、模拟输入/输出量），再增加10%~20%的备用量，以便随时增加控制功能，保证系统投入运行后能够替换个别故障点或弥补遗漏的点数，统计出I/O总点数后饥渴确定PLC的控制规模，从而确定存储器（用于存储用户程序和数据）的容量，存储器容量除了根据PLC的控制规模确定。也可以按照如下方法计算，再增加25%~30%的备用量，以便随时增加用户程序。
一种方法是根据编程实际使用的节点数计算，即编完程序之后，根据节点数计算出实际使用容量。另一种方法是估算法，只有开关量时，所需内存总数=开关量（输入/输出）总数*10；只有模拟量输入时，所需内存总数=模拟量路数*120。在模拟量输入、输出同时存在时，所需内存总数=模拟量路数*250；同时，应考虑PLC提供的内部继电器和寄存器的数量，以便节省资源。
系统控制框图如下：

PLC
电源 16点输入 16点输出 主机

自 自 温 温 消 手 手 自
动 动 度 度 音 动 动 动
/ 总 开 开 按 加 上 总
手 开 关 关 钮 热 水 停
动
选
择
继电器
排 供 报 除
水 水 警 尘
阀 阀 器 器

除尘电机

图2.2系统控制框图
这种设计方法，需要使用节点数来计算一些数据比较繁琐。所以不采用这种方法。
方案三：单片机具有结构简单、控制能力强、可靠性高、体积小、价格低等优点，在许多行业都得到了广泛的应用.通过三极管的导通截止特性来判断液位的位置，并且可以通过按键切换检测压力。但是在过程中只能检测三点，虽然可以扩展，但是占了太多的I/O口，容易造成资源的浪费。而且仅显示单元就占用了12个I/O口，同样属于资源浪费。在电机电路设计方面，采用的三极管的导通截止来控制点击的正转与反转，虽然设计简单，但是过多的使用三极管以及二极管类的元器件，也会使成本升高。而且，既然是热水器的自动控制装置，那么必不可少的就是温度的检测，而其他方案中却忽略了这点，造成了最大的残缺。
通过以上三种设计方法的比较来看，实现电热水器的智能控制可以有很多种方法。可以采用可编程序控制器PLC，各种单片机来实现。相比PIC和PLC，单片机技术新、先进、体积小、精度高、功能扩展极其方便，且衡量之下它的成本较之其它方案要低些。除此之外单片机的外围电路也非常的简单,系统紧凑,对于这种小规模的应用系统,单片机具备了最佳的价格和最简单的电路。再考虑到成本控制和软硬件实现难度，采用方案三的控制系统设计，可以进一步提高电热水器的智能作用，能够保证持续的热水供应，并能够在异常情况下自动断电，可以满足人们日常生活的需要，提高了人们生活的质量。
1、单片机的选择
方案一：采用AT89C2051芯片，它具有体积小、功耗小。含有中断、定时/计数器。但IO口数和存储空间相对较少，所以此芯片不利于系统的工作和系统功能的扩展。
方案二：采用AT89C51芯片，它具有AT89C2051芯片的所有功能，且IO口数相对较多，价钱相对也比较便宜，但存储空间不是非常大。
方案三：采用AT89S52芯片，它具有AT89C2051和AT89C51芯片的所有功能，且IO口数非常多，比AT89C2051和AT89C51多，价钱虽然比AT89C2051和AT89C51昂贵，但存储空间非常大，可以到达8K。
综上所述，我选择AT89S52芯片作为本次设计的主控芯片，主要因为这个芯片的存储空间比较大，可以运用很多场所，与本设计也相符。
2.2.2各部件控制系统方案
1、温度控制系统的设计方案讨论
如果采用热电阻，电路需接A/D转换电路，由单片机换算出实际温度，电路结构复杂，而且也精度不高，DS18B20可直接与单片机的1位I/O相接，电路结构简单，占用单片机的口线资源少，精度高，而且成本低，DS18B20以其各方面优点作为温度传感器进行温度采样应用于此水温水位控制系统中实在是当仁不让。
2、水位控制系统的设计方案讨论
此系统要进行水温水位控制，马上想到的是水温水位的两个参数的控制，在温度传感器采用DS18B20之后，对于水位的控制不假思索的想到要运用水位传感器，经过几天的资料搜集，发现水位的传感器是通过压力传感器变换过来的，看到最多的是浮球式液位传感器，而且此传感器的适用温度范围和测试精度也适合该设计系统，但此方案的缺点是价格非常昂贵；后来又考虑采用应用于电子秤中的数字压力传感器，去测得整个容器中水的变化和容器中液位的换算关系，此想法基于电子秤能够测得一张纸的重量，但是在实际应用中，考虑到容器的氧化，容器内部的水垢增多，而且容器的外置也会产生整个容器重量的变化，从而造成液位采集的不准确，此压力传感器的市场价格也比较昂贵，应用于此控制模型中也是一种浪费；因此我自制了3根线将容器中的液位分成了3个水位挡，通过和电源正极的结合，利用水导电的特性，通过9012三极管等元件构成的驱动电路的电平转换，将液位数据输入P2口，通过单片机换算转换成液位数据存入一个存储器单元，随时读取。
3、数据显示系统的设计方案讨论
为了能构造一个适合的人机界面，在诸多的显示器件中数码管的液晶字符性显示器非常适合运用于此控制系统当中的，它的功能特性也完全适用于此设计系统的功能要求，也不会造成资源的浪费，所以就确定数码管作为本此设计系统的显示器件。为了配合显示器件，就需设置按键，根据系统的功能要求和单片机的口线资源，为系统配制了3个独立式键盘，用来调节温度报警值。

第3章 系统硬件设计
3.1系统总体设计
本课题是基于AT89S52单片机的智能电热水器的控制器的设计，要达到的控制要求有：（1）用4位数码管显示水温，4位数码管显示预设温度。（2）水温检测显示范围为00～99℃，精度为±2℃。（3）温度预设范围为05～60℃，当检测温度低于预设温度1℃时，开始加热；检测温度高于预设温度1℃时，停止加热。（4）电源开启后，根据上次设定的温度（220V总电源不能关闭）自动进入工作状态。如220V总电源关闭后再开机，预设温度自动定为27℃。温度+键：每按一次该键，预设温度加1℃，长按该键（时间超过1秒以上），预设温度快速增加，当预设温度加到38℃时，按该键不起作用。温度－键：每按一次该键，预设温度减1℃，长按该键（时间超过1秒以上），预设温度快速减小，当预设温度减到05℃时，按该键不起作用。（5）设置5个面板指示灯。电源指示灯（红）：接通220V电源，该指示灯点亮。加水指示灯（继电器旁的绿），加热指示灯（继电器旁的红）：加热元件工作时，该指示灯被点亮。报警指示灯（红）：当缺水情况时，该指示灯被点亮。（6）报警设置。高温报警：当检测温度高于65℃时，自动报警。低温报警：当检测温度低于0℃时，自动报警。缺水报警：当储水箱内缺水时，自动报警。漏电报警：当热水器发生漏电情况时，自动报警。（7）设置一个蜂鸣器，当热水器出现异常情况而报警时，由蜂鸣器发出报警声，并自动切断加热元件的供电。
本系统需要完成的控制系统技术性能大致总结如下：
（1） 使用电源220V AC,功耗小于5W。
（2） 水温显示，测温范围0-99摄氏度；精度正负2摄氏度。
（3） 水位分档显示，分三档：低，中，高。
（4） 具有低水位上水，手动上水等功能。
（5） 缺水报警：出现缺水状态时，蜂鸣报警，缺水指示灯亮。高温报警：当温度高于设定温度时，蜂鸣报警系统开启。
为了使设计具有高可靠性，与实际运用的紧密结合性，从经济、实用的角度出发，我们对热水器自动控制系统进行精心的设计，在设计过程中，我们综合多方面的知识进行分析。系统的整体结构图如下图所示：

单

片

机
复位电路
按键电路
报警电路
时钟振荡
加水装置
温度传感器
水位传感器
LED显示
蜂鸣器报警

图3.1总体设计方框图

1、单片机最小系统

图3.2 单片机最小系统
（1） 单片机9脚接复位电路，可按复位按钮S1给单片机复位。
（2） 晶振采用12MHZ。
（3） 由于单片机只访问片内Flash ROM并执行内部程序存储器中的指令，因此单片机的31脚接高电平VCC。
3.2各单元电路设计
3.2.1控制单元设计
AT89S52芯片有40个引脚，4k bytes flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（ram），32个外部双向输入/输出（i/o）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（wdt）电路，片内时钟振荡器。
AT89S52单片机是一种低功耗高性能的CMOS 8位微控制器，内置8KB可在线编程闪存。该器件采用Atmel公司的高密度非易失性存储技术生产，其指令与工业标准的80C51指令集兼容。片内程序存储器允许重复在线编程，允许程序存储器在系统内通过SPI串行口改写或用同用的非易失性存储器改写。通过把通用的8位CPU与可在线下载的Flash集成在一个芯片上，AT89S52便成为一个高效的微型计算机。它的应用范围广，可用于解决复杂的控制问题，且成本较低。其结构框图如图3.3所示。

图3.3 AT89S52结构框图

图3.4 AT89S52
    此外，AT89S52设计和配置了震荡频率可为12MHZ并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，cpu暂停工作，而ram定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存ram的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有pdip、tqfp和plcc等三种封装形式，以适应不同产品的需求。
1、主要功能特性：
· 兼容mcs-51指令系统
· 4k可反复擦写(>1000次）isp flash rom
· 32个双向i/o口
· 4.5-5.5v工作电压
· 2个16位可编程定时/计数器
· 时钟频率0-33mhz
· 全双工uart串行中断口线
· 128x8bit内部ram
· 2个外部中断源
· 低功耗空闲和省电模式
· 中断唤醒省电模式
· 3级加密位
· 看门狗（wdt）电路
· 软件设置空闲和省电功能
· 灵活的isp字节和分页编程
· 双数据寄存器指针
2、引脚功能介绍
按照功能，AT89S52的引脚可分为主电源、外接晶体振荡或振荡器、多功能I/O口、控制和复位等。
1.多功能I/O口
AT89S52共有四个8位的并行I/O口：P0、P1、P2、P3端口，对应的引脚分别是P0.0 ～ P0.7，P1.0 ～ P1.7，P2.0 ～ P2.7，P3.0 ～ P3.7，共32根I/O线。每根线可以单独用作输入或输出。
①P0端口，该口是一个8位漏极开路的双向I/O口。在作为输出口时，每根引脚可以带动8个TTL输入负载。当把“1”写入P0时，则它的引脚可用作高阻抗输入。当对外部程序或数据存储器进行存取时，P0可用作多路复用的低字节地址/数据总线，在该模式，P0口拥有内部上拉电阻。在对Flash存储器进行编程时，P0用于接收代码字节；在校验时，则输出代码字节；此时需要外加上拉电阻。
②P1端口，该口是带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口，P1口的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写“1”时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，此时可用作输入口。P1口作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。在对Flash编程和程序校验时，P1口接收低8位地址。
另外，P1.0与P1.1可以配置成定时/计数器2的外部计数输入端（P1.0/T2）与定时/计数器2的触发输入端（P1.0/T2EX），如表3.1所示。

表3.1  P1口管脚复用功能
端口引脚
复用功能
P1.0
T2（定时器/计算器2的外部输入端）
P1.1
T2EX（定时器/计算器2的外部触发端和双向控制）
P1.5
MOSI（用于在线编程）
P1.6
MISO（用于在线编程）
P1.7
SCK（用于在线编程）

③ P2端口，该口是带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口，P2口的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写“1”时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，此时可用作输入口。P2口作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。
在访问外部程序存储器或16位的外部数据存储器时，P2口送出高8位地址，在访问8位地址的外部数据存储器时，P2口引脚上的内容（就是专用寄存器（SFR）区中P2寄存器的内容），在整个访问期间不会改变。在对Flash编程和程序校验期间，P2口也接收高位地址或一些控制信号。
④ P3端口，该口是带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口，P3口的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写“1”时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，此时可用作输入口。P3口作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。
在AT89S52中，同样P3口还用于一些复用功能，如表3.2所列。在对Flash编程和程序校验期间，P3口还接收一些控制信号。
表3.2 P3端口引脚与复用功能表
端口引脚
复用功能
P3.0
RXD（串行输入口）
P3.1
TXD（串行输出口）
P3.2
INT0（外部中断0）
P3.3
INT1（外部中断1）
P3.4
T0（定时器0的外部输入）
P3.5
T1（定时器1的外部输入）
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）
表3.2（续）
2.RST  复位输入端。在振荡器运行时，在此脚上出现两个机器周期的高电平将使其单片机复位。看门狗定时器（Watchdog）溢出后，该引脚会保持98个振荡周期的高电平。在SFR AUXR（地址8EH）寄存器中的DISRTO位可以用于屏蔽这种功能。DISRTO位的默认状态，是复位高电平输出功能使能。
3.ALE/PROG  地址锁存允许信号。在存取外部存储器时，这个输出信号用于锁存低字节地址。在对Flash存储器编程时，这条引脚用于输入编程脉冲PROG。一般情况下，ALE是振荡器频率的6分频信号，可用于外部定时或时钟。但是，在对外部数据存储器每次存取中，会跳过一个ALE脉冲。在需要时，可以把地址8EH中的SFR寄存器的0位置为“1”，从而屏蔽ALE的工作；而只有在MOVX或MOVC指令执行时ALE才被激活。在单片机处于外部执行方式时，对ALE屏蔽位置“1”并不起作用。
4.PSEN  程序存储器允许信号。它用于读外部程序存储器。当AT89S52在执行来自外部存储器的指令时，每一个机器周期PSEN被激活2次。在对外部数据存储器的每次存取中，PSEN的2次激活会被跳过。
5.EA/Vpp  外部存取允许信号。为了确保单片机从地址为0000H～FFFFH的外部程序存储器中读取代码，故要把EA接到GND端，即地端。但是，如果锁定位1被编程，则EA在复位时被锁存。当执行内部程序时，EA应接到Vcc。在对Flash存储器编程时，这条引脚接收12V编程电压Vpp。
6.XTAL1  振荡器的反相放大器输入，内部时钟工作电路的输入。
7.XTAL2  振荡器的反相放大器输出。
3、复位电路设计
单片机应用系统的硬件电路设计包含两部分内容：一是系统扩展，即单片机内部的功能单元，如ROM、RAM、I/O、定时器/计数器、中断系统等不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。二是系统的配置，即按照系统功能要求配置外围设备，如键盘、显示器、打印机、A/D、D/A转换器等，要设计合适的接口电路。本设计中只用最小系统加上键盘、显示、ISP接口电路，单片机本身资源可以满足设计要求，所以不必对单片机进行扩展。
复位电路虽然简单，但其作用非常重要。一个单片机系统能恢复正常运行，首先要检查是否能复位成功，其中手动复位开关比较常用，如图所示：

图3.5 手动开关复位电路
手动开关未按下之前，电容正极处于充电状态，当按键按下去后，VCC与GND导通，电容放电，从而实现放电。
4、按键电路
本毕业设计的按键采用独立式按键，是直接用I/O口线构成的单个按键电路，其特点是每个按键单独占用一根I/O口线，每个按键的工作不会影响其它I/O口线的状态。
当有按键被按下时说明用户要手动上水。按键使用上拉电阻方式接入单片机。未按下时对单片机输入一个高电平，按下后输入一个低电平。
键的闭合与否，反映在行线输出电压上就是呈现出高电平或低电平，如果高电平表示断开的话，那么低电平则表示闭合，所以通过对行线电平的高低状态的检测，便可以确认按键按下与否。为了确保CPU对一次按键动作只确认一次按键，必须消除抖动的影响。

图3.6 按键电路
报警温度用按键S2，S3，S4来设置，S2为调整键，按一次可调整报警上限温度值，按两次可调整报警下限温度值，按三次数码管恢复到正常温度显示。
3.2.2显示单元设计
1、报警电路的设计
蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中发生器。
一、蜂鸣器主要分为（1）压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。多谐振荡由晶体管或集成电路构成。当接通电源后，多谐振荡器起振，输出1.5~2.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣器发声。压电蜂鸣器片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。在陶瓷片的两个镀上银电极，经极化和老化处理后，再与黄铜片或不锈钢片粘着一起。
（2） 电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，