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文檔簡介
1、摘要 本控制電路是以8051單片機(jī)為控制核心。整個系統(tǒng)硬件部分包括溫度采樣電路,自激式A/D轉(zhuǎn)換器,按鍵電路,驅(qū)動電路,時序電路,和8段譯碼器,LED數(shù)碼顯示器。在配合用匯編語言編制的程序使軟件實現(xiàn),實現(xiàn)空調(diào)溫度智能轉(zhuǎn)換的基本功能。本控制電路成本低廉,功能實用,操作簡便,有一定的實用價值。本文從3個方面展開論述,首先是硬件電路的描述;接著軟件部分的設(shè)計;最后實現(xiàn)功能。關(guān)鍵詞8051單片機(jī) 溫度控制 LED數(shù)碼顯示一 系統(tǒng)總體設(shè)計方案1.1 課題背景 電子技術(shù)的發(fā)展,特別是隨著大規(guī)模集成電路的產(chǎn)生,給人們的生活帶來了根本性的變化,如果說微型計算機(jī)的出現(xiàn)使現(xiàn)代的科學(xué)研究得到了質(zhì)的飛躍,那么單片機(jī)技
2、術(shù)的出現(xiàn)則是給現(xiàn)代工業(yè)控制測控領(lǐng)域帶來了一次新的革命。目前,單片機(jī)在工業(yè)控制系統(tǒng)諸多領(lǐng)域得到了極為廣泛的應(yīng)用。特別是其中的C51系列的單片機(jī)的出現(xiàn),具有更好的穩(wěn)定性,更快和更準(zhǔn)確的運算精度,推動了工業(yè)生產(chǎn),影響著人們的工作和學(xué)習(xí)。 在現(xiàn)代社會中,溫度控制不僅應(yīng)用在工廠生產(chǎn)方面,其作用也體現(xiàn)到了各個方面,隨著人們生活質(zhì)量的提高,酒店廠房及家庭生活中都會見到溫度控制的影子,溫度控制將更好的服務(wù)于社會.而今,空調(diào)等家用電器隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和生活水平的提高越來越普及,一個簡單,穩(wěn)定的溫度控制系統(tǒng)能更好的適應(yīng)市場。而本次設(shè)計就是要通過以MCS-51系列單片機(jī)為控制核心,實現(xiàn)空調(diào)機(jī)溫度控制器的設(shè)計。方案
3、一通過溫度傳感器對空氣進(jìn)行溫度采集,將采集到的溫度信號傳輸給單片機(jī),再由單片機(jī)控制顯示器,并比較采集溫度與設(shè)定溫度是否一致,然后驅(qū)動空調(diào)機(jī)的加熱或降溫循環(huán)對空氣進(jìn)行處理,從而模擬實現(xiàn)空調(diào)溫度控制單元的工作情況??照{(diào)溫控器主要單片機(jī),時序電路,溫度采樣電路,A/D轉(zhuǎn)換電路,溫度顯示電路,溫度輸入電路,驅(qū)動電路等組成。系統(tǒng)原理圖見圖1所示:溫度采樣電路 80518段譯碼器8段譯碼器數(shù)碼管數(shù)碼管按鍵電路驅(qū)動電路A/D轉(zhuǎn)換電路時鐘圖1 空調(diào)機(jī)溫度控制系統(tǒng)框圖方案二 DS18B20單線連接方案,方案二采用單線連接,就是四塊DS18B20連到單片機(jī)的一個IO口上,這種方案只用到單片機(jī)的一個IO口,大大的節(jié)
4、約了單片機(jī)的IO口資源。缺點實在是時序上就復(fù)雜了,DS18B20的編程就增加讀ROM程序,搜索ROM和匹配ROM程序。 綜合比較決定選用方案一 二、系統(tǒng)硬件設(shè)計2.1單片機(jī) 由于空調(diào)溫度控制器的核心就是單片機(jī),單片機(jī)的選擇將直接關(guān)系到控制系統(tǒng)的工作是否有效和協(xié)調(diào)。本設(shè)計采用MCS-51系列的8051單片機(jī),因為8051單片機(jī)應(yīng)用廣泛,性能穩(wěn)定,抗干擾能力強(qiáng),性價比高。8051包含了8位CPU,片內(nèi)振蕩器,4K字節(jié)ROM,128字節(jié)RAM,2個16位定時器,計數(shù)器,中斷結(jié)構(gòu),I/O接口等。可進(jìn)行計算,定時等一系列功能。2.2 A/D轉(zhuǎn)換電路2.2.1 ADC0801介紹ADC0801是8位全MO
5、S中速A/D 轉(zhuǎn)換器、它是逐次逼近式A/D 轉(zhuǎn)換器,片內(nèi)有三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器,可以和單片機(jī)直接口接。其主要引腳功能如下:(1)RD,WR:讀選通信號和選通信號(低電平有效)。(2)CLK:時鐘脈沖輸入端,上升有效。(3)DB0DB7是輸入信號。(4)CLKR:內(nèi)部時鐘發(fā)生器外接電阻端,與CLKIN端配合可由芯片自身產(chǎn)生時鐘脈沖,其頻率為1/1.1RC。(5)CS:片選信號輸入端,低電平有效,一旦CS有效,表明A/D轉(zhuǎn)換器被選中,可啟動。(6)WR:寫信號輸入,接受微機(jī)系統(tǒng)或其它數(shù)字系統(tǒng)控制芯片的啟動輸入端,低電平有效,CS、WR同時為低電平時,啟動轉(zhuǎn)換。(7)INTR:轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出信號,低電平
6、有效,輸出低電平表示本次轉(zhuǎn)換已完成。該信號常作為向微機(jī)系統(tǒng)發(fā)出的中斷請求信號。 (8)CLK:為外部時鐘輸入端,時鐘頻率高,A/D轉(zhuǎn)換速度快。允許范圍為10-1280KHZ,典型值為640KHZ,此時,A/D轉(zhuǎn)換時間為10us。通常由MCS51單片機(jī)ALE端直接或分頻后與其相連。當(dāng)MCS單片機(jī)與讀寫外,RAM操作時,ALE信號固定為CPU時鐘頻率的1/6,若單片外接的晶振為6MHZ,則1/6為1MHZ,A/D轉(zhuǎn)換時間為64us。 2.2.2 A/D轉(zhuǎn)換電路工作原理 A/D 轉(zhuǎn)換電路如圖2.1所示。ADC0801的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出端DB0DB7與8051的P0.0-P0.7相連,INTR與P2
7、.0口相連,INTR端用于給出A/D轉(zhuǎn)換完成信號,所以通過查詢P2.0便可以獲知A/D轉(zhuǎn)換是否完成。RD與8051 RD相連,WR也是跟8051 WR相連。CS、VIN+接地。(低電平有效)ADC0801的兩模擬信號輸入端,用以接受單極性、雙極性和差摸輸入信號,與WR同時為低電平A/D轉(zhuǎn)換器被啟動切在WR上升沿后100 模數(shù)完成轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換結(jié)果存入數(shù)據(jù)鎖存器,同時,INTR自動變?yōu)榈碗娖?,表示本次轉(zhuǎn)換已結(jié)束。如CS、RD同時來低電平,則數(shù)據(jù)鎖存器三態(tài)門打開,數(shù)字信號送出,而在RD高電平到來后三態(tài)門處于高阻狀態(tài) 。圖2.1 A/D轉(zhuǎn)換電路圖2.3 溫度采樣電路2.3.1 AD590型溫度傳感器AD
8、590是電流型溫度傳感器,通過對電流的測量可得到所需要的溫度值。在被測溫度一定時,AD590相當(dāng)于一個恒流源,AD590溫度感測器是一種已經(jīng)IC化的溫度感測器,它會將溫度轉(zhuǎn)換為電流,由于此信號為模擬信號,因此,要進(jìn)行進(jìn)一步的控制及數(shù)碼顯示,還需將此信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。它的主要特性如下:(1)流過器件的電流(mA)等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度(開爾文)度數(shù);即: 式中: (1)Ir流過器件(AD590)的電流,單位為mA;T熱力學(xué)溫度,單位為K。 (2)AD590的測溫范圍為-55+150;(3) AD590的電源電壓范圍為4V30V; 2.3.2 溫度采樣工作原理 因為A
9、D590是將溫度轉(zhuǎn)換為電流,而單片機(jī)對電壓信號更好測量,所以要將電流轉(zhuǎn)化為電壓,同時對電壓信號進(jìn)行放大后輸入A/D轉(zhuǎn)換ADC0801的VI-端口。 電流轉(zhuǎn)化為電壓表達(dá)式如下: (2) 由反相比例運算放大電路,根據(jù)“虛斷”,“虛短”,集成運放凈輸入電壓為零,凈輸入電流為零,凈輸入電流為零等推算出表達(dá)式為: (3) 最后由(1),(2),(3)得到: (4)圖2.2 溫度采樣電路2.4按健開關(guān)按鍵開關(guān)電路由一按鍵連接到8051的P2.1端口所示。按下P2.1按鍵,放開后進(jìn)入溫度設(shè)定模式,顯示設(shè)定最高溫度34oC,每按一次設(shè)定溫度將減小1oC,直至最低設(shè)定溫度20oC,再按一次回到34oC。2.5溫
10、度顯示電路2.5.1 LED驅(qū)動 7447 介紹:7447是一塊BCD碼轉(zhuǎn)換成7段LED數(shù)碼管的譯碼驅(qū)動IC,7447的主要功能是輸出低電平驅(qū)動的顯示碼,用以推動共陽極7段LED數(shù)碼管顯示相應(yīng)的數(shù)字。相應(yīng)引腳功能如下:(1)QA,QB,QC,QD,QE,QF,QG:7段LED數(shù)碼輸出引腳。(2)A,B,C,D :輸入引腳。(3)RBO,BT,LI 高電平輸出有效。2.5.2 溫度顯示工作原理 溫度顯示電路如圖2.3所示:由2片TTL7447和2片七段LED組成,LED采用共陽級接法。7447的QA-QG接BCD的a-g,段選信號由8051的P1口提供,LED顯示數(shù)據(jù)由7447的輸出決定,即由P
11、1口信號的取值決定。圖2.3 TTL7447 BCD顯示電路2.6壓縮機(jī)驅(qū)動電路壓縮機(jī)驅(qū)動控制,8051的RXD的引腳與7404的引腳相連接,從RXD發(fā)出的控制信號經(jīng)7404和ULN2003到達(dá)壓縮機(jī),驅(qū)動壓縮機(jī)的運行和停止。ULN2003是高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品,具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負(fù)載能力強(qiáng)等特點,適應(yīng)于各類要求高速大功率驅(qū)動的系統(tǒng)。其中ULN2003是由7個NPN具有用共陰二極管夾緊來轉(zhuǎn)換電感負(fù)載的高壓輸出特征的達(dá)林頓晶體管組成。當(dāng)前一對單精度型的額定電流為500mA,有比較高的電流容量,它的應(yīng)用軟件包括繼電器驅(qū)動器、顯示驅(qū)動器,線驅(qū)動器和邏輯緩沖器等。
12、在本驅(qū)動電路中的作用是增大電流驅(qū)動能力。該芯片采用16腳的DIP 封裝,其中第9為公共輸出端COM,有一個輸出端為高電平,COM就為高電平。圖2.4 壓縮機(jī)驅(qū)動電路三、系統(tǒng)軟件設(shè)計3.1軟件設(shè)計思路 軟件設(shè)計的任務(wù)包括啟動A/D轉(zhuǎn)換、讀A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果、設(shè)置溫度、溫度控制等,其中啟動A/D轉(zhuǎn)換、讀A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果、設(shè)置溫度等工作在主程序中完成,溫度控制在中斷服務(wù)程序中完成,即每隔一段時間對比測量溫度與設(shè)定溫度之間的大小關(guān)系,根據(jù)對比結(jié)果給出控制信號,令壓縮機(jī)的運行或停止,實現(xiàn)溫度調(diào)控。3.2程序流程主程序流程圖如圖3.1所示中斷服務(wù)程序流程圖3.2所示開始系統(tǒng)初始化啟動定時器啟動A/D轉(zhuǎn)換設(shè)置溫度
13、要設(shè)置溫度嗎?是否完成A/D轉(zhuǎn)換?讀入A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果顯示處理YNYN 圖3.1主程序流程圖保護(hù)現(xiàn)場重裝定時初值設(shè)定溫度測量溫度?令壓縮機(jī)工作令壓縮機(jī)停止工作中斷返回YN圖3.2定時器中斷服務(wù)子程序圖3.2 中斷服務(wù)程序流程圖3.3 程序內(nèi)容編寫ORG 0000HJMP START1 ; ORG 000BH ; 定時器/計數(shù)器0溢出中斷JMP TIM0 ; 轉(zhuǎn)中斷程序START1: MOV TMOD,#01H; 設(shè)定定時器0工作方式1 MOV TH0 , #HIGH(65536-50000); 設(shè)定初值 MOV TL0,#LOW(65536-50000); SETB TR0; 啟動定時器0 MO
14、V IE,#82H; 定時器0開放中斷 MOV 24H,#0FFH; ANL P1,#00H; MOV R0,#14; 延時START: MOVX R0,A; 啟動A/D轉(zhuǎn)換WAIT: JNB P2.1,SET0; 檢測溫度輸入 JB P2.0,ADC; 檢測轉(zhuǎn)換是否完成 JMP WAITADC: MOVX A,R0; 將轉(zhuǎn)換好的值送入ALCALL L1;LCALL DISP;JMP STARTL1: CLR C; 清0 MOV 20H,#00H; MOV 21H,#00H; MOV R3,#08H; 顯示位數(shù)NEXT: RLC A; 將A的內(nèi)容和Cy左移一位,顯示準(zhǔn)備 MOV R2,A; M
15、OV A,20H; ADDC A,20H DA A; 對A進(jìn)行十進(jìn)制調(diào)整 MOV 20H,A; MOV A,21H; ADDC A,21H MOV 21H,A; MOV A,R2; DJNZ R2,NEXT; R2-10 循環(huán)計數(shù) L2: MOV A,20H ADD A,20H; DA A; MOV 20H,A; MOV A,21H; ADDC A,21H; DA A; MOV 21H,A; RETDISP: MOV A,20H; 顯示程序 ANL A,#0F0H SWAP A; 交換高低位 MOV 22H,A MOV A,21H; ANL A,#0FFH SWAP A ; ORL A,22H
16、; MOV 23H,A MOV P1,A; MOV R7,#0FFH; DJNZ R7,$; 是否顯示完 RETSET0: LCALL DELAY; JNB P2.1,$; 等待按鍵操作 LCALL DELAY; 消除按鍵抖動A2: CJNE R0,#0FFH,A1; MOV R0,#14; 延時A1: MOV A,R0; MOV DPTR,#TABLE ; 數(shù)據(jù)指針指向表頭 MOVC A,A+DPTR; 查表 MOV P1,A; MOV 24H,A; MOV R5,#4FH;D4: MOV R7,#0FFHD2: MOV R6,#0FFHD1: JNB P2.1,SET1; 有按鍵按下 轉(zhuǎn)S
17、ET1 DJNZ R6,D1 DJNZ R7,D2 DJNZ R5,D4 JMP START; SET1: LCALL DELAY; JNB P2.1,$; 等待按鍵操作 LCALL DELAY; 消除抖動 DEC R0; JMP A2;TIM0: PUSH ACC; 保護(hù)現(xiàn)場 PUSH PSW MOV TH0,#HIGH (65536 - 50000); 重裝定時初值 MOV TL0,#LOW (65536 -50000) CLR C ; 進(jìn)位標(biāo)志清0 MOV A,24H; 比較溫度 SUBB A,23H; JNC OFF; CLR C; MOV A,24H; SUBB A,23H; JNC
18、 OFF; CLR P3.0; 壓縮機(jī)停止工作RETURN: POP PSW POP ACC RETI ; 中斷返回OFF: SETB P3.0;驅(qū)動 壓縮機(jī)開始工作 JMP RETURNDELAY: MOV R7,#60; 延時程序D3: MOV R6,#248 DJNZ R6,$ DJNZ R7,D3 RETTABLE: DB 20H,21H,22H,23H,24H; DB 25H,26H,27H,28H,29H DB 30H,31H,32H,33H,34H END 四、系統(tǒng)調(diào)試1 調(diào)試方法可用萬用表測試或通電測試2 調(diào)試過程及現(xiàn)象 系統(tǒng)的調(diào)試依程序調(diào)試為主。 硬件調(diào)試比較簡單,首先檢查電
19、路的焊接是否正確,然后可用萬用表或通電建測。軟件調(diào)試可以先編寫顯示程序并進(jìn)行那個硬件的正確檢驗,然后分別進(jìn)行主程序盒子程序的編程和功能調(diào)試。對于顯示子程序,是首當(dāng)其沖的,只需要能將所要顯示的內(nèi)容全部顯示,并且顯示在恰當(dāng)?shù)奈恢?,如果不能顯示準(zhǔn)確,就有可能導(dǎo)致后面程序很難寫出。在調(diào)試過程中由于對現(xiàn)實的地址把握不準(zhǔn)導(dǎo)致顯示覆蓋并且錯誤的現(xiàn)象。 預(yù)置溫度程序就看能不能正確的調(diào)動溫度,智能控制就看在實測溫度和預(yù)置溫度大小比較時和電壓出現(xiàn)不穩(wěn)定情況時,能不能正確的控制制冷設(shè)備工作和保護(hù)制冷設(shè)備。延時開啟程序就看在制冷設(shè)備啟動前是否有相應(yīng)的一段時間間隔。如若不能正常進(jìn)行,再返回程序設(shè)計原理和C語言的語法、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換規(guī)則仔細(xì)推理程序是否寫錯。五、設(shè)計總結(jié) 空調(diào)的發(fā)明和使用給人們的生活和工作帶來了很大的便利。而空調(diào)的發(fā)展由原來的手動控制逐漸向智能控制發(fā)展,現(xiàn)在市場上很多的空調(diào)都已經(jīng)實現(xiàn)了智能控制??照{(diào)的核心就是溫度控制系統(tǒng),溫度控制系統(tǒng)的核心就是單片機(jī)。單片機(jī)因為成本低,功能穩(wěn)定,而大量應(yīng)用于各個領(lǐng)域。本論文
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