硬件系统设计

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。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[2]。
系统的硬件系统以STC89C51单片机为核心，主要分两部分：直流稳压电源和智能电热水器控制电路[9]，其原理图见附录二。直流稳压电源由变压器、整流桥、滤波电路、稳压电路组成。智能电热水器系统由时钟电路、复位电路、报警电路、键盘、温度检测电路和显示接口电路组成。

按键电路
本设计的按键使用的是独立式的按键，直接用I/O口线构成的单个按键电路，每个按键单独工作，不会影响其他按键的工作状态，按键之间的状态互不干扰。独立式按键的典型应用如下图2.5所示：

报警电路
当温度超过上限时电路会报警，提示水温过高，注意安全。当上水位传感器检测到有水，下水位传感器却没有检测到有水时，电路显示错误，此时蜂鸣器报警。如图2.6为蜂鸣器报警电路：

继电器驱动电路
这个模块由三极管、LED灯以及继电器和若干电阻组成。三极管采用的是PNP型，与其相连的为限流电阻（低电平有效）。LED的工作电压为3V，而电路的工作的电压为5V，所以串连一个分压电阻。继电器相当于开关的作用，此时继电器和LED并联，三极管的电流Ic同时给继电器和LED供电。另外电路还有连接一个外接负载。如图2.7所示为继电器驱动电路：

温度检测电路
本文采用温度传感器DS18B20采集电热水器的实时温度, 提供给STC89C51的P2.2口作为数据输入。在本次设计中我们所控的对象为水温。其电路原理框图如下：

水位检测电路
在本系统中，由两个水位传感器、两个电位器、两个上拉电阻以及LM358组成，水位传感器的3引脚接地，2引脚接电源，1引脚是输出一个模拟量信号，模拟量信号就是电压值，即输出一个电压值。LM358 是双运算放大器，1脚接单片机的的P3.6口，7脚接单片机的P3.7口，3脚电压采用的是电位器，进行分压，电位器调节好固定，作为基准电压。上拉电阻起到信号稳定的作用。
当2脚电压高于3脚时，1脚输出一个低电平。当2脚电压低于3脚时，1脚处于高电平状态，这时就需要用到上拉电阻了。
水位分为上水位和下水位两部分，LM358的5引脚同3引脚，6引脚同2引脚，7引脚同1引脚，4引脚接地，8引脚接电源。两个水位传感器的工作原理相同。

单片机与1062LCD接口电路设计
根据1062LCD的工作原理，我们可以设计单片机与1062LCD的接口电路图如2.10所示：

红外一体接收模块
红外一体模块由红外一体热电源，两个滤波电容以及上拉电阻组成，热电源的1引脚与单片机的P3.3接口相连，利用中断来检测相应信号；3引脚接电源Vcc，另外在2引脚和3引脚之间并联两个滤波电容，起到滤波的作用，因工作电压小于5V，所以在再加一个阻值为100Ω的分压电阻。红外采集电路如下图2.11所示：

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