南京工业大学本科生毕业设计（论文）
第三章 控制器硬件设计
控制器通过显示电路能够及时的反映出热水器的实时状态，包括水的温度、水箱中剩余的水量，它的辅助加热系统使人们在阴雨天气也能够使用到热水，报警功能能够督促人们去改变热水器的状态，使之处于正常的工作范围。总之，控制器为人们使用太阳能热水器带来了方便。对本课题进行分析之后，拟出了三个方案，如下所示：
方案一：以FPGA为基础设计系统
本方案以VHDL语言和EDA技术为基础，设计了一款太阳能热水器控制器，该系统的实现基于FPGA,控制器的硬件电路和软件程序相结合，完成了对水箱中的水温、水位等信息的采集和显示。
方案二：以CPLD为基础设计系统
本方案以芯片EPMl270作为核心器件，将控制器的外接电路检测得到的水温水位信息进行处理和分析，并从LCD液晶显示屏上展示给用户，有效地解决了使用太阳能热水器过程中遇到的问题。
方案三：以单片机SST89E58为基础设计太阳能热水器控制系统
本方案以SST89E58作为中心环节，它与80C51完全兼容，选择DS18B20为温度传感器、8155作为接口芯片，再加上键盘、显示电路，实现了对太能热水器的水温水位的检测和控制。控制器还有一套辅助加热的从系统，以继电器作为启动从系统的开关。
通过对以上三个方案的优缺点的分析，从实际的可行度，个人的知识掌握情况以及节约成本考虑，本设计选用第三种方案。
3.1 控制器总体设计
本设计的核心器件为SST89E58单片机，由它控制所有的功能完成运行，温度的检测需要用到温度传感器，这里选用DS18B20，水位的检测需要用到水位传感器，为了方便实验，本设计中用四个按键来模拟不同的水位，不同的按键按下会得到相应的水位信息，显示用到数码管，并由芯片8155作为接口电路，还需要由蜂鸣器和LED组成的报警电路来实现声光报警，辅助加热系统必须要用到继
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第三章 控制器硬件设计
电器，以此来控制开关。根据以上设计，得到控制系统方框图如下：
图3-1 控制系统方框图
3.2 单片机及其外围电路
基于单片机设计的电路简单，I/O口扩展方便，因此可以外接多个电路，完全满足了控制器的需求，对单片机的编程也可使用汇编和C语言，编程方便；此外，单片机价格低廉、工作稳定、耗能较少，非常适合实验使用。 3.2.1 单片机简介
单片机是一个集成在芯片上的计算机，SST89E58与80C51完全兼容，编程方便，程序被保存在ROM中，因此具有掉电保存功能，单片机拥有大量的I/O口和外扩I/O口，可以基于单片机设计很多电路，它的总线结构负责片内所有部件的通信，提高了工作过程中的可靠程度。片内有256个数据存储空间，绝对能够满足控制器的需求。在本设计中只使用到了单片机的某些引脚，例如外接石英晶体和电容的X1、X2等，单片机引脚图如下所示：
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图3-2 单片机引脚排列图
部分引脚功能介绍：
表3-1 芯片引脚介绍
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第三章 控制器硬件设计
3.2.2 晶振电路
时钟电路提供了系统所需要的时钟信号，控制着单片机的工作节奏。其电路图如下所示，图中X1为石英晶体振荡器，C1、C2是两个值为30pF的反馈电容，它们构成的外部电路从XTAL1 、XTAL2端输入，与片内的反相器相结合，产生震荡脉冲，再经过分频电路，得到需要的时钟信号，以供单片机使用。本设计中晶振的频率为11.0592MHz。
图3-3 晶振电路
3.2.3 手动复位电路
单片机的复位电路用于产生复位信号，并从RST端输入，当单片机检测到RST端有超过2个周期的高电平后，系统进行复位，本设计采用手动复位，如图3-4所示，当按下图中的按键时，RST电平变高，单片机复位。
图3-4 手动复位电路
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3.3 显示电路
控制器的显示电路可以显示水箱中水的剩余量以及水的温度，使人们及时的了解热水器的工作状态，采用数码管与8155的结合来显示，这样便有效的节省了大量的I/O端口，功耗低，应用非常广泛，且设计方便，硬件电路也较为简单。 3.3.1 数码管简介
为了对采集到的水温和水位的进行显示，要用到4个数码管。其中2个用来显示水位的高低，另外2个用来显示实时的水温。
发光二极管的缩写字母是LED，它是能够将电信号转换为光信号的发光器件。数码管就是由多个LED按照数字8的形状排列而成的。本设计中使用的是8段数码管，其发光二极管的排列形状如图3-5（a）。
图3-5 8段LED显示器
在使用过程中，为了给发光二极管提供电压使其发光，会把8个二极管的一端相连，给予高电平或是接地，连接方式有以下2种：
?共阳极。此方法给8个发光二极管的阳极端提供高电平，如图3-5（b)所示，另一端提供低电平的二极管会被点亮，否则灭。
?共阴极。此方法将8个发光二极管的阴极端接地，如图3-5（c)所示，另一端提供高电平的二极管会被点亮，否则灭。
本设计中用到的是共阴极接法，所以给阳极引脚加上高电平二极管就会发光。
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