單片機課程知識點歸納

單片微型計算機原理及應(yīng)用

所在章所在節(jié)1.1單片機第1章單片機概述1.2單片機系統(tǒng)本節(jié)小計單片機系統(tǒng)組成本節(jié)小計知識點單片機的定義知識點數(shù)目11111.3單片機技術(shù)的發(fā)單片機技術(shù)的應(yīng)用展及應(yīng)用本節(jié)小計1.4MCS-51系列單片MCS-51系列單片機分類機本節(jié)小計本章小計412.1MCS-51單片機內(nèi)MCS-51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成部總體結(jié)構(gòu)本節(jié)小計MCS-51單片機的引腳功能2.2MCS-51單片機的MCS-51單片機的片外三總線結(jié)構(gòu)引腳及片外總線結(jié)構(gòu)本節(jié)小計2462第2章MCS-512.3中央處理器CPU單片機的基本硬2.4MCS-51單片機的件存儲器結(jié)構(gòu)CPU的組成指令的執(zhí)行過程時鐘電路CPU時序本節(jié)小計存儲器類型存儲器結(jié)構(gòu)及地址空間內(nèi)部程序存儲器內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器特殊功能寄存器SFR堆棧及特性本節(jié)小計復(fù)位電路2.5MCS-51單片機的復(fù)位后寄存器的狀態(tài)復(fù)位本節(jié)小計本章小計3.1MCS-51單片機的指令格式匯編語言指令格式和數(shù)據(jù)的表示形式和符號簡介符號簡介本節(jié)小計立即尋址直接尋址寄存器尋址27542413.2MCS-51單片機的寄存器簡介尋址尋址方式變址尋址相對尋址位尋址本節(jié)小計通用數(shù)據(jù)傳送指令第3章MCS-51單片機的指令系統(tǒng)3.3數(shù)據(jù)傳送指令片外RAM(或I/O口)與累加器A傳送數(shù)據(jù)指令程序存儲器向累加器A傳送數(shù)據(jù)指令數(shù)據(jù)交換指令堆棧操作指令本節(jié)小計加減運算指令乘除運算指令3.4算術(shù)運算類指令加1、減1指令二/十進制調(diào)整指令本節(jié)小計邏輯運算指令3.5邏輯運算與移位循環(huán)移位指令指令本節(jié)小計無條件轉(zhuǎn)移指令條件轉(zhuǎn)移指令3.6控制轉(zhuǎn)移類指令子程序調(diào)用和返回指令空操作指令本節(jié)小計3.7位操作類指令本章小計位操作類指令本節(jié)小計第4章MCS-51單片機的匯編語言程序設(shè)計第5章MCS-51單片機的并行I/O口起始地址偽指令終止匯編偽指令544.2MCS-51單片機匯定義字節(jié)偽指令編語言的偽指令賦值偽指令定義字偽指令本節(jié)小計順序結(jié)構(gòu)程序分支結(jié)構(gòu)程序4.3匯編語言程序設(shè)循環(huán)結(jié)構(gòu)程序計子程序結(jié)構(gòu)及參數(shù)傳遞方法本節(jié)小計本章小計P0口的功能P1口的功能9415.1P0～P3端口的功P2口的功能能和內(nèi)部結(jié)構(gòu)P3口的功能本節(jié)小計5.2編程舉例本章小計6.1中斷的基本概念端口應(yīng)用本節(jié)小計中斷中斷系統(tǒng)本節(jié)小計52121第6章MCS-51單片機的中斷系統(tǒng)6.2MCS-51單片機的中斷源中斷系統(tǒng)本節(jié)小計中斷處理6.3中斷處理過程中斷返回本節(jié)小計6.4中斷程序舉例本章小計中斷程序應(yīng)用本節(jié)小計111第7章7.1單片機的定時方常用的定時方法式概述本節(jié)小計MCS-517.2單片機的定時/計定時/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)單片機的定時/計數(shù)器數(shù)器結(jié)構(gòu)及基本原理定時/計數(shù)的基本原理計數(shù)滿/定時到時的處理任意計數(shù)或定時的實現(xiàn)方法本節(jié)小計定時器控制寄存器TCON4347.3定時/計數(shù)器的控工作模式寄存器TMOD制中斷允許控制寄存器IE本節(jié)小計工作模式0及應(yīng)用工作模式1及應(yīng)用7.4定時/計數(shù)器的工工作模式2及應(yīng)用作模式工作模式3及應(yīng)用本節(jié)小計本章小計系統(tǒng)總線1223229.1系統(tǒng)總線及總線系統(tǒng)總線的構(gòu)造方法構(gòu)造本節(jié)小計第9章MCS-51單片機的系統(tǒng)擴展外部程序存儲器的擴展9.2程序存儲器的擴地址鎖存器及EPROM、EEPROM展芯片與單片機的連接本節(jié)小計常用的單片機外部數(shù)據(jù)存儲器常用地址鎖存器及EPROM、EEPROM芯片9.3數(shù)據(jù)存儲器的擴外部數(shù)據(jù)存儲器與單片機的連接展本節(jié)小計數(shù)據(jù)總線擴展I/O口9.4并行I/O端口的可編程的并行I/O接口芯片擴展擴展本節(jié)小計本章小計

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1.單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計過程：

1.1單片機應(yīng)用系統(tǒng)

典型的單片機應(yīng)用系統(tǒng)除主機外，還包括有：前向通道(即輸入部分):

數(shù)字量、開關(guān)量、模擬量信號(A/D)的輸入。后向通道(輸出部分):

數(shù)字量、開關(guān)量、模擬量信號(D/A)的輸出。人機對話通道，即人機交互部分:

鍵盤、顯示器、打印機、看門狗(監(jiān)視)電路等.

單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計有以下特點。

（1）單片機應(yīng)用系統(tǒng)一般來說針對一項具體應(yīng)用，規(guī)模比較小。設(shè)計開發(fā)過程要借助專用的開發(fā)器、仿真器或開發(fā)系統(tǒng)來進行。

（2）單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計中要綜合考慮硬件、軟件的組成，以達到較高的性能價格比。在滿足技術(shù)要求的前提下，可以采用軟件固化實現(xiàn)部分硬件功能，也可以采用硬件來實現(xiàn)某些軟件的功能。

（3）單片機應(yīng)用系統(tǒng)要求可靠性高，特別是有些系統(tǒng)處于無人值守、不間斷工作的環(huán)境中，必須保證系統(tǒng)安全可靠。在設(shè)計中要從電路設(shè)計、軟件程序等加以考慮�？撮T狗監(jiān)視電路就是其中一種。

（4）單片機應(yīng)用系統(tǒng)要盡量做到低功耗、小體積。軟件程序固化在單片機內(nèi)德程序存儲器中。軟件固化要在專門的編程器或下載設(shè)備中完成。

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1.2單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計過程

傳統(tǒng)的單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計方法是采用軟件和硬件分開設(shè)計的方法。在軟件和硬件開發(fā)設(shè)計中可采用先設(shè)計硬件后設(shè)計軟件的方式，這是單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程中常用的方式。

單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計過程主要包括以下幾個部分：⑴.總體方案的設(shè)計⑵.硬件系統(tǒng)設(shè)計⑶.軟件系統(tǒng)設(shè)計⑷.系統(tǒng)仿真調(diào)試⑸.運行維護

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單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計過程的流程圖1.2．1總體設(shè)計方案

應(yīng)用系統(tǒng)總體方案的設(shè)計師非常重要的環(huán)節(jié)。

首先要根據(jù)市場需求，進行分析，提出本項目的任務(wù)。要對項目的可行性進行調(diào)研和分析，最好做出可行性報告，作為開題的依據(jù)。

熟悉和了解控制對象，確定合理的可行性技術(shù)指標。

在方案和技術(shù)指標基本確定的前提下，確定系統(tǒng)功能的具體實現(xiàn)形式。單片機是系統(tǒng)的核心，首先完成的是單片機的選型。近年來單片機的發(fā)展非常快，體現(xiàn)在以下幾個方面。

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（1）運行速度的提高（2）存儲技術(shù)的發(fā)展（3）I/O接口的多樣化（4）單片機產(chǎn)品的系列化

團隊工作時，要按照軟件工程的思想，將整個系統(tǒng)分解為若干子系統(tǒng)，分別列出子系統(tǒng)的任務(wù)書，以及軟件、硬件及它們之間的接口標準、技術(shù)要求，這樣會高校地完成系統(tǒng)的設(shè)計。

1.2.2硬件系統(tǒng)設(shè)計

硬件系統(tǒng)設(shè)計的過程包括功能定義、原理圖設(shè)計、PCB（印制電路板）設(shè)計、制版和組裝、硬件調(diào)試幾部分。

1.2.3軟件系統(tǒng)設(shè)計

在進行軟件設(shè)計的時候，首先應(yīng)該根據(jù)實際情況選擇軟件的開發(fā)環(huán)境，好的開發(fā)環(huán)境的支持是完成軟件系統(tǒng)設(shè)計的保障。同時，需要確定設(shè)計時使用的編程語言。

對于單片機應(yīng)用的軟件系統(tǒng)，建立一個好的數(shù)學(xué)模型是非常必要的。由于單片機應(yīng)用系統(tǒng)的軟件和硬件之間密不可分的聯(lián)系，在軟件設(shè)計的開始，把軟件要實現(xiàn)的功能和硬件的結(jié)合進行具體定義。在具體編寫軟件程序之前，要根據(jù)功能實現(xiàn)的過程，畫出程序的主流程圖，將各個模塊、子程序的工作流程形象化地描述出來。繪制完流程圖就可以編程序了。

1.2.4系統(tǒng)仿真調(diào)試1.2.5系統(tǒng)的運行與維護

2.89C51單片機系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計2.1硬件系統(tǒng)設(shè)計過程

為了實現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)中硬件部分的功能，要確定系統(tǒng)的CPU、存儲器、I/O接口及相關(guān)的傳感器、繼電器、顯示器、鍵盤等外圍部件和電路。然后設(shè)計出系統(tǒng)的電路原理圖，一般情況下，需要單片機應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計人員根據(jù)電路原理圖畫出印制電路版圖，交給制版廠制作印制電路板。制版完成后，進行元器件的焊接和組裝，并進行硬件電路的測試。

根據(jù)功能要求，選擇合適的元器件。存儲器是存放程序、數(shù)據(jù)的重要器件。

系統(tǒng)輸入輸出通道的設(shè)計，是根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的規(guī)模和需要設(shè)置的。I/O通道處理的信號有數(shù)字量、開關(guān)量和模擬量三種。

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原理圖和PCB板（印刷電路板）的設(shè)計是單片機應(yīng)用系統(tǒng)硬件設(shè)計人員要完成的工作。硬件部分的電路組裝和調(diào)試也是很重要的一步。在PCB板和元器件齊套時，焊接組裝。利用電子儀器，可以編寫一些測試程序，進行硬件調(diào)試，確保硬件部分功能正常。這樣，在應(yīng)用系統(tǒng)整機調(diào)試時，才可以減少硬件故障造成的問題，提高調(diào)試效率。

2.289C51基本硬件系統(tǒng)的設(shè)計

復(fù)位操作有上電自動復(fù)位、按鍵手動復(fù)位和看門狗三種復(fù)位方式。89C51復(fù)位電路

片內(nèi)時鐘產(chǎn)生電路

89C51內(nèi)部有一個高增益的反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。反相放大器的輸入為引腳XTAL1（19腳）,輸出端為引腳XTAL2（18腳）。在芯片的內(nèi)部，XTAL1和XTAL2之間跨接一個石英晶體振蕩器和兩個微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器，這是利用片內(nèi)電路的時鐘信號產(chǎn)生電路，如圖所示。石英晶體振蕩器的振蕩頻率f范圍為0~24MHz.電容C1和C2用來穩(wěn)定頻率并有頻率微調(diào)作用，通常取值為30PF左右。在設(shè)計印制電路板時，應(yīng)使晶體

和電容盡可能和單片機靠近，以保證電路的穩(wěn)定可靠。

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89C51采用片內(nèi)振蕩器的時鐘電路

89C51用MOVX或MOVC指令訪問片外的RAM和ROM時，P2端口輸出被訪問單元的高8位地址，P0端口首先輸出被訪問單元的低8位地址，然后P0端口就作為雙向的數(shù)據(jù)總線使用。由于P0端口是分時復(fù)用的，所以低8位地址信號必須鎖存起來，在整個總線周期中一直保留。電路中必須要有鎖存器，一般常用8位鎖存器74LS373.89C51在P0端口送出低8位地址的同時，89C51的ALE(地址鎖存允許)引腳信號變?yōu)楦唠娖剑�在ALE信號由高變低時，將P0端口上低8位地址信號鎖存到外部地址鎖存器74LS373中，直到下一次ALE變化為止。這以后，P0端口稱為雙向數(shù)據(jù)總線，不會影響操作，如圖3.7所示。

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3.89C51單片機系統(tǒng)的軟件設(shè)計和調(diào)試

3.1匯編語言程序設(shè)計過程

匯編語言程序設(shè)計分為以下幾個步驟:1.分析任務(wù)

首先，根據(jù)任務(wù)的要求，進行全面的分析，以便對任務(wù)有一個整體的概念。通過分析，明確要求：本任務(wù)要解決的問題是什么；工作過程是怎樣的；現(xiàn)在的條件有哪些；對運行結(jié)果的要求、包括運算結(jié)果的精度和運算速度等。在分析任務(wù)的基礎(chǔ)上提出硬件的電路和軟件的設(shè)計方案。

2.確定方案和算法

在對任務(wù)的分析和對硬件了解的基礎(chǔ)上開始軟件的設(shè)計。首先要找出問題的規(guī)律性，歸納出數(shù)學(xué)模型，可能會有不同的算法，對此進行比較、分析，找出最適宜的算法。可以直接或間接利用一些已有的計算方法和程序設(shè)計方法。

3.畫出程序流程圖

程序流程圖是使用一些圖形、符號和帶方向的線段等，把程序設(shè)計的過程、解決問題的

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先后順序直接地描述出來的一種方法

對于面向過程的設(shè)計方法來說，畫好程序流程圖是重要的步驟。它把整個程序按功能分成若干模塊，通過流程圖把它們有機地聯(lián)系在一起，從而對全局有整體的了解，對各有部分的關(guān)聯(lián)有清晰的認識。流程圖有很多種，如邏輯流程圖、算法流程圖、程序流程圖等。

流程圖一般由起始框和終止框、執(zhí)行框、判斷框和指向線四部分組成。4.編寫程序

根據(jù)流程圖中描述的各部分的功能，編寫出具體的程序。然后按流程圖中各部分之間的關(guān)系整理出全部程序。用匯編語言編寫源程序，要嚴格按照執(zhí)行指令和說明語句的要求，在經(jīng)過匯編以后，不要出現(xiàn)語法錯誤，如果有，要反復(fù)地進行修改和重新匯編。

5調(diào)試程序

程序編寫完畢，經(jīng)過匯編過程，沒有語法錯誤以后，要進行上機調(diào)試，這樣才能檢查出程序是否有邏輯上的錯誤、是否滿足系統(tǒng)功能的要求。

3.2匯編語言程序的調(diào)試⑴KeilC51開發(fā)環(huán)境

KeilC51uVision2是一個功能強大的51單片機集成開發(fā)平臺，它主要由標題欄、菜單欄、工具欄、項目窗口、源程序編輯窗口和輸出窗口幾部分組成，如圖6.2所示。

圖6.2KeilC51uVision2集成開發(fā)平臺界面

（2）程序調(diào)試的過程

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1.新建源程序文件

KeilC51uVision2軟件的工作界面中有一個源程序編輯窗口，可以在其中編輯、輸入和編寫匯編語言或C語言的源程序，并建立和保存一個匯編語言或C語言的源程序文件，該文件為擴展名為.ASM或.C的文件。

2.新建項目文件

在KeilC51uVision2集成開發(fā)環(huán)境中，先進一個項目文件，該文件擴展名為UV2的文件。把要調(diào)試的源程序文件添加到該項目中。

3.編譯項目

對項目進行編譯，直接沒有錯誤并生成擴展名為。HEX的目標文件為止。4.調(diào)試程序

利用KeilC51集成開發(fā)環(huán)境中的調(diào)試工具，對目標程序進行調(diào)試、排錯。5.固化程序

應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)試完成后，可以將目標程序固化到單片機的程序存儲器ROM中，結(jié)束開發(fā)工作。程序的固化可以通過專門的編程器來完成，也可以通過專門的程序下載接口來實現(xiàn)。

3.3匯編語言程序的調(diào)試實例

將外部存儲器從8000H開始的20個字節(jié)都賦以同一數(shù)值FFH匯編語言的源程序如下：ADDREQU8000HORG0000HAJMPSTARTORG0030HSTART:MOVDPTR,#ADDRMOVR0，#20MOVA,#0FFHLOOP:MOVX@DPTR,AINCDPTRDJNZR0，LOOPSJMP$END

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程序的開發(fā)調(diào)試過程如下所述。1.新建源程序文件

在‘‘File’’菜單的下拉菜單中選擇‘‘New…’’命令新建文件。在源程序編輯窗口中進行源程序的編寫并保存文件。文件保存為擴展名為.ASM的文件。

2.新建項目文件，并對項目進行參數(shù)選項和環(huán)境的設(shè)置

在主菜單上選擇Project項，在其下拉菜單中選擇NewProject命令新建項目。在彈出的創(chuàng)建新項目對話框中，選擇要保存項目文件的路徑，在文件名文本框中輸入項目名，然后單擊保存‘‘按鈕’’。

3.將源程序文件添加到項目（Project）中

在左側(cè)的項目窗口（Projectwindow）中，右擊鼠標，選取‘‘SourceGroup1’’.然后，在彈出的快捷菜單中選擇“AddFiletoGroup‘SourceGroup1’’’命令。這時會彈出瀏覽對話框。添加編輯好的.ASM文件。這時添加的文件名出現(xiàn)在ProjectWindow窗口中。雙擊剛添加的.ASM文件，打開編輯文件窗口。

4.編輯鏈接程序

選擇菜單欄中【Project】【Rebuildalltargetfiles】命令。

如果編譯成功，開發(fā)環(huán)境在下方輸出（‘‘output’’）窗口中會顯示編譯成功的信息，無編譯錯誤后，開始調(diào)試。

5.調(diào)試程序

打開View菜單下的MemoryWindow(存儲器窗口)，在下方輸出窗口中會出現(xiàn)Memory（存儲器）窗口。

在Memory（存儲器）窗口的Address（地址）輸入框中輸入X:8000H,接著按回車鍵。這時存儲器窗口中會顯示出片外RAM從地址8000H起始的存儲單元的數(shù)據(jù)，初始值都為0.

(1)全速運行程序

單擊run按鈕，運行程序。

單擊暫停按鈕可以停止程序的運行。程序結(jié)束后，存儲器窗口顯示8000H起始的20個單元的數(shù)據(jù)已經(jīng)變?yōu)?FFH.

（2）設(shè)置斷點

在需要設(shè)置斷點的指令行的空白處雙擊鼠標左鍵，指令行的前端出現(xiàn)紅色方塊，設(shè)置斷點完成。在該行的空白處雙擊鼠標左鍵，紅色方塊消失，完成取消該短點的設(shè)置。

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調(diào)試時，單擊run按鈕，程序運行到斷點處會自動停下，觀察輸出窗口中各個寄存器、存儲器單元的數(shù)值，即可檢查程序的正確與否。

4.89C51的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計實例例1設(shè)計一個實時時鐘以秒、分、時為單位計時。

采用定時器與中斷功能的綜合應(yīng)用

解實時時鐘要求以秒、分、時為單位進行計時。此例是定時器與中斷功能的綜合應(yīng)用。已知單片機系統(tǒng)的主頻率為11.0592MHz.（1）實現(xiàn)時鐘計時的基本方法

1.定時器采用定時方式，定時時間為20ms,累計50次得到1秒的計時。

2.從秒到分、時的計時通過累計和數(shù)值比較實現(xiàn)，即60秒為1分鐘、60分鐘為1小時。3.通過顯示電路和驅(qū)動程序完成實時時鐘時間的顯示。（2）設(shè)計過程1.計算計數(shù)初值

假定使用定時器T0,以工作模式1進行20ms的定時。已知:fosc=11.0592MHz,則計數(shù)初值X為：（2e16X）*12/（11.0592*10e6）=20*10e-3解得：X=47104=B800H.

因此，計算初值為（TH0）=B8H;(TL0)=00H。2.設(shè)計主程序

進行定時器T0的初始化編程并啟動T0，并允許定時器T0中斷；

對工作單元初始化將小時工作單元30H、分鐘工作單元31H和秒工作單元32H清零；通過反復(fù)調(diào)用顯示子程序，等待20ms定時中斷的到來。主程序流程如圖7.20所示。3.設(shè)計中斷服務(wù)程序

進行計時操作。程序開始先判斷計數(shù)溢出是否慢50次，不滿表明還沒有達到最小計時單位1秒，中斷返回；如果慢50次，表示已達到1秒，程序繼續(xù)向下進行，進行計時操作。

當滿1秒時則將記錄秒位的32H單元內(nèi)容加1，慢60秒后向記錄分位的31H單元內(nèi)容加1，滿60分鐘則向記錄時位的30H單元內(nèi)容加1,。當滿24小時的時候，工作單元30H、31H、32H單元的內(nèi)容全部清零，重新開始計數(shù)。

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中斷服務(wù)程序流程圖如圖7.21所示。（3）程序清單：ORG0000HLJMPMAINORG000BHLJMPPIT0ORG201*HMAIN:MOVSP,#60HMOVTMOD,#01HMOV20H,#50CLRAMOV30H,AMOV31H,AMOV32H,ASETBET0SETBEAMOVTL0，#00HMOVTH0，#0B8HSETBTR0SJMP$PIT0:PUSHPSWPUSHACCMOVTL0,#00HMOVTH0,#0B8HDJNZ20H,RETUNTMOV20H,#50MOVA,#01HADDA,32HDAAMOV32H,A

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CJNEA,#60H,RETUNTMOV32H,#00HMOVA,#01HADDA,31HDAAMOV31H,A

CJNEA,#60H,RETUNTMOV31H,#00HMOVA,#01HADDA,30HDAAMOV30H,A

CJNEA,#24H,RETUNTMOV30H,#00HRETUNT:POPACC

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5.89C51單片機應(yīng)用的新創(chuàng)意

快熱式家用電熱水器的設(shè)計

快熱式電熱水器與普通電熱水器最大的區(qū)別在于它取消了儲水罐，熱水隨開隨用，無需預(yù)熱，減少了電能浪費。另外，它還具有體積小，使用安全，安裝方便等優(yōu)點。

快熱式電熱水器主要包括電源電路、單片機控制器、溫度檢測電路、按鍵輸入電路、LED數(shù)碼管及指示燈電路、報警電路和加熱控制器。

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快熱式電熱水器為了達到快熱的效果，取消了儲水罐，使冷水在進入加熱管后立即被加熱，這就要求加熱管有較大的功率。對于加熱功率的控制，最簡單的方法是由若干不同功率的電熱絲組合得到幾種加熱功率，但由于快熱式熱水器的加熱功率較普通的大，且檔位設(shè)置較多，用電熱絲組合的方法需要幾組電熱絲和繼電器，成本增高且工作可靠性低，所以比較理想的是采用可控硅控制功率，電路簡單又控制方便。

溫度檢測的方法較多，最經(jīng)典的方法就是用熱敏電阻組成電橋來采集信號，再經(jīng)放大、A/D轉(zhuǎn)換后送單片機。采用溫度/頻率轉(zhuǎn)換測溫法，直接將溫度信息轉(zhuǎn)換成頻率信號，用單片機測出頻率大小，從而間接測出溫度值，溫度/頻率轉(zhuǎn)換電路簡單可靠，成本低廉。

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