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文檔簡介
1、<p><b> 1總體方案設(shè)計</b></p><p> 隨著人們生活水平的提高,人們對空調(diào)的舒適性和空氣品質(zhì)的要求越來越高,分體式空調(diào)已不能滿足人們的要求,戶式中央空調(diào)得到了迅猛的發(fā)展。就室內(nèi)居住環(huán)境而言,恒溫環(huán)境并非是衛(wèi)生和舒適的。因為除了溫度外,還有濕度、空氣流速、空氣潔凈度等諸多因素影響到舒適的程度。而傳統(tǒng)的中央空調(diào)靠設(shè)置機械溫控開關(guān)來實現(xiàn)房間的恒溫控制。這種控制方法
2、,一方面操作不方便;另一方面溫度波動范圍大,不但影響人的舒適感,而且會造成一定的能量損耗。采用單片機溫度控制系統(tǒng)控制的戶式中央空調(diào)系統(tǒng),可以根據(jù)室內(nèi)的環(huán)境因素,調(diào)節(jié)風機的轉(zhuǎn)速,為人們創(chuàng)造一個舒適的室內(nèi)環(huán)境,同時又節(jié)省電。</p><p> 隨著電子技術(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,如果說微型計算機的出現(xiàn)使現(xiàn)代的科學研究得到了質(zhì)的飛躍,那么單片機技術(shù)的出現(xiàn)則是給現(xiàn)代工業(yè)控
3、制測控領(lǐng)域帶來了一次新的革命。目前,單片機在工業(yè)控制系統(tǒng)諸多領(lǐng)域得到了極為廣泛的應用。特別是其中的C51系列的單片機[3]的出現(xiàn),具有更好的穩(wěn)定性,更快和更準確的運算精度,推動了工業(yè)生產(chǎn),影響著人們的工作和學習。而本次設(shè)計就是要通過以C51系列單片機為控制核心,實現(xiàn)空調(diào)機溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計。</p><p><b> 1.1方案一</b></p><p> 選用A
4、T89C51單片機為中央處理器,通過溫度傳感器DS18B20對空氣進行溫度采集,將采集到的溫度信號傳輸給單片機,由單片機控制顯示器,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)機的加熱或降溫系統(tǒng)對空氣進行處理,從而模擬實現(xiàn)空調(diào)溫度控制單元的工作情況。在整個設(shè)計中,涉及到溫度檢測電路、驅(qū)動控制電路、顯示電路、鍵盤電路以及電源的設(shè)計等電路。其中單片機的控制程序是起到各個電路之間的相互協(xié)調(diào),控制各個電路正常工作的至關(guān)重要的作用。其方框圖如下
5、:</p><p> 圖1-1 方案一設(shè)計圖框</p><p> 該圖控制簡單,思路清晰,各單元模塊的相互銜接較簡單,同時成本低廉,用的各種器件都是常用器件,更具有使用性。</p><p><b> 1.2方案二</b></p><p> 該方案采用的是AT89C51單片機為核心控制器件,用它來處理各個單元電路的
6、工作以及檢測其運行情況。本方案中采用的是LM35DZ溫度傳感器,通過溫度采集電路采集相關(guān)溫度數(shù)值,再由ADC0809組成的A/D轉(zhuǎn)換電路進行轉(zhuǎn)換,最終得到數(shù)字信號,將其直接傳輸給單片機,然后由單片機根據(jù)內(nèi)部程序判斷,執(zhí)行相關(guān)控制程序,驅(qū)動各單元電路的工作。其方框圖如下:</p><p> 圖1-2 方案二設(shè)計圖框</p><p> 該方案容易控制,系統(tǒng)原理比較簡單,電路可靠。但其中的溫
7、度測量電路、譯碼電路復雜,容易產(chǎn)生誤差和由電路復雜而導致的設(shè)備使用壽命低等一系列問題。</p><p> 1.3總體方案選擇及實現(xiàn)</p><p> 1.3.1 方案選擇</p><p> 選擇方案一??刂坪唵?,思路清晰,各單元模塊的相互連接較簡單,同時成本低廉,用到的各種器件都是常用器件,更具有使用性。</p><p> 1.3.2
8、 具體的實現(xiàn)方案</p><p> 實現(xiàn)方案的技術(shù)線路為:用按鈕輸入標準溫度值,用LED實時顯示環(huán)境空氣溫度,用驅(qū)動電路控制壓縮機完成加熱和制冷調(diào)節(jié),用ISIS軟件對設(shè)計進行仿真,用C語言完成軟件編程。單片機AT89S51中央處理器如圖所示:</p><p> 圖1-3 單片機AT89C51</p><p> Vcc、Vss:用于外接單片機的工作電源,電源電壓
9、為5V。XTAL1、XTALL2:用于外接晶振構(gòu)成振蕩電路或直接輸入時鐘信號。RST:復位信號輸入引腳,高電平有效。ALE:地址鎖存信號輸出引腳,固定輸出1/6振蕩頻率的脈沖,可作為脈沖信號源使用。/EA:片內(nèi)、片外程序存儲器選擇控制引腳。 </p><p> 輸入部分:AT89S51、A/D轉(zhuǎn)換 、驅(qū)動控制、溫度控制器、加熱、制冷??諝怙@示部分:4/PSEN:片外程序存儲器讀允許控制器。P0.0~P0.7:P
10、0口I/O引腳,或數(shù)據(jù)線/低8位地址總線復用引腳。P1.0~P1.7:P1口I/O引腳。P2.0~P2.7:P2口I/O引腳,或高8位地址總線引腳。P3.0~P3.7:P3口I/O引腳,此外,每個引腳都有第二功能。</p><p><b> 2硬件設(shè)計</b></p><p> 2.1硬件各單元方案設(shè)計與選擇</p><p> 2.1.1
11、 溫度傳感部分</p><p> 要求對溫度和與溫度有關(guān)的參量進行檢測,應該考慮用熱電阻傳感器。按照熱電阻的性質(zhì)可以分為半導體熱電阻和金屬熱電阻兩大類,前者通常稱為熱敏電阻,后者稱為熱電阻。</p><p> 半導體熱敏電阻是利用某些半導體材料的電阻值隨溫度的升高而減?。ɑ蛏撸┑奶匦灾瞥傻模蠖鄶?shù)的半導體熱敏電阻具有負溫度系數(shù)。負溫度系數(shù)熱敏電阻器的特點是:在工作溫度范圍內(nèi)電阻阻值隨
12、溫度的升高而降低。可滿足40℃~90℃測量范圍,具有靈敏度高,電阻值高,體積小,結(jié)構(gòu)簡單,價格低廉,化學穩(wěn)定性好,使用壽命長等優(yōu)點;但其互換性較差,而且線性度也很差,不能直接用于A/D轉(zhuǎn)換,應該用硬件或軟件對其進行線性化補償。</p><p> 金屬熱電阻中屬鉑電阻和銅電阻最為常用,這里以鉑電阻Pt1000為例。鉑熱電阻的物理化學性能在高溫和氧化性介質(zhì)中很穩(wěn)定,它能用作工業(yè)測溫元件,且此元件線性較好,在0℃~1
13、00℃時,最大非線性偏差小于0.5℃。鉑熱電阻與溫度的關(guān)系是,Rt=R0(1+At+Bt×t);其中Rt是溫度為t攝氏度時的電阻,R0是溫度為0攝氏度時的電阻,t為任意溫度值,A、B為溫度系數(shù)。但其電阻與溫度為非線性關(guān)系,且成本太貴,不適合做普通設(shè)計。</p><p> 集成溫度傳感器是利用晶體管的PN結(jié)的電流電壓特性與溫度的關(guān)系,把敏感元件、放大電路和補償電路等部分集成化,并把它們封裝在同一殼體里的
14、一種一體化溫度檢測元件。它除了與半導體熱敏電阻一樣有體積小、反應快的優(yōu)點外,還具有線性好、性能高、價格低等特點,如DS18B20智能溫度控制器。單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20簡介:新的“一線器件”體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟、數(shù)字化。一線總線獨特而且經(jīng)濟的特點,使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡,為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。DS18B20“一線總線”數(shù)字化溫度傳感器,支持“一線總線”接口,測溫范圍為 -55℃~+125℃,現(xiàn)場溫度直接以
15、“一線總線”的數(shù)字方式傳輸,大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于各種環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量,如:環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費電子產(chǎn)品等。DS18B20可以程序設(shè)定9~12位的分辨率,設(shè)定的報警溫度存儲在 EEPROM中,掉電后依然保存。DS18B20使電壓特性及封裝有更多的選擇,讓我們可以構(gòu)建適合自己的經(jīng)濟的測溫系統(tǒng),并且應用電路電但便于設(shè)計。</p><p> 在本設(shè)計中我采用的是集成溫度傳感器DS18B20
16、,其電路簡單可靠,不需要A/D轉(zhuǎn)換,直接可以與單片機相連。</p><p> 2.1.2 數(shù)字顯示部分</p><p> 通常的LED顯示器有7段或8段和“米”字段之分。這種顯示器有共陽極和共陰極兩種。共陰極LED顯示器的發(fā)光二極管的陰極連接在一起,通常此公共陰極接地,當某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時,發(fā)光二極管點亮,相應的段被顯示。同樣,共陽極LED顯示器的工作原理也一樣。LED顯示
17、器有兩種顯示方式:</p><p> 靜態(tài)顯示方式:在這種方式下,各位LED顯示器的共陰極(或共陽極)連接在一起并接地(或電源正),每位的段選線分別與一個8位的鎖存器輸出相連,各個LED的顯示字符一經(jīng)確定,相應鎖存器的輸出將維持不變,直到顯示另一個字符為止,正因為如此,靜態(tài)顯示器的亮度都較高。若用I/O口接口,這需要占用N×8位I/O口(LED顯示器的個數(shù)為N)。這樣的話,如果顯示器的個數(shù)較多,那使用
18、的I/O接口就更多,因此在顯示位數(shù)較多的情況下,一般都不用靜態(tài)顯示。</p><p> 動態(tài)顯示方式:當多位LED顯示時,通常將所有位的段選線相應的并聯(lián)在一起,由一個8位I/O口控制,形成段選線的多路復用。而各位的共陽極或共陰極分別由相應的I/O口控制,實現(xiàn)各位的分時選通。其中段選線占用一個8位I/O口,而位選線占用N個I/O口(N為LED顯示器的個數(shù))。由于各位的段選線并聯(lián),段碼的輸出對各位來說都是相同的,因
19、此,同一時刻,如果各位選線都處于選通狀態(tài)的話,那LED顯示器將顯示相同的字符。若要各位LED能顯示出與本位相應的字符,就必須采用掃描顯示方式,即在某一時刻,只讓某一位的位選線處于選通狀態(tài),而其他各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài),同時,段選線上輸出相應位要顯示字符的段碼。</p><p> 這種顯示方式占用的I/O口個數(shù)為8+N(N為LED顯示器的個數(shù)),相對靜態(tài)顯示少了很多,但需要占用大量的CPU資源,當CPU處理別的
20、事情時,顯示可能出現(xiàn)閃爍或者不顯示的情況。</p><p> 為了節(jié)約硬件資源,降低電路板的成本,本人采用的是節(jié)約硬件資源的動態(tài)掃描顯示方式。</p><p> 2.1.3 加熱降溫驅(qū)動控制電路</p><p> 采用開關(guān)量控制,如繼電器、雙向可控硅、光耦等,控溫快速,但是雙向可控硅驅(qū)動電路比較麻煩,調(diào)試也麻煩,若用現(xiàn)成的固態(tài)繼電器價格十分昂貴。用繼電器時要注
21、意其電感的反向電動勢,和開關(guān)觸點對電源的影響,以及開關(guān)脈沖對整個電路的影響等,應該加入必要的防止干擾的措施。</p><p> 1、采用單向晶閘管,這是一種大功率半導體器件,它既有單向?qū)щ姷恼髯饔?,又有可以控制的開關(guān)作用。利用它可以用較小的功率控制較大功率,在交、直流電動機調(diào)速系統(tǒng)、調(diào)功系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)和無觸點開關(guān)等方面均獲得了廣泛的應用。</p><p> 這種晶閘管與二極管不同的是
22、,當其兩端加上正向電壓而控制極不加電壓時,晶閘管并不導通,其正向電流很小,處于正向阻斷狀態(tài);當其兩端加上正向電壓、且控制極上(與陰極間)也加上一正向電壓時,晶閘管便進入導通狀態(tài),這時管壓降很小(1V左右)。這時即使控制電壓消失,仍然保持導通狀態(tài),所以控制電壓沒有必要一直存在,通常采用脈沖形式,以降低觸發(fā)功耗。它不具有自關(guān)斷能力,要切斷負載電流,只有使陽極電流減小到維持電流以下,或加上反向電壓實現(xiàn)關(guān)斷。若在交流回路中應用,當電流過零和進入
23、負半周時,自動關(guān)斷,為了使其再次導通,必須重加控制信號。</p><p> 2、采用光耦合雙向可控硅驅(qū)動電路,這種器件是一種單片機輸出與雙向可控硅之間較理想的接口器件,它由輸入和輸出兩部分組成,輸入部分是一個砷化鎵發(fā)光二極管,該二極管在5mA~15mA正向電流作用下發(fā)出足夠強度的紅外光,觸發(fā)輸出部分。輸出部分是一個硅光敏雙向可控硅,在紅外線的作用下可雙向道通。</p><p> 光電耦
24、合器也常用于較遠距離的信號隔離傳送。一方面光耦合器可以起到隔離兩個系統(tǒng)地線的作用,使兩個系統(tǒng)的電源相互獨立,消除地電位不同所產(chǎn)生的影響;另一方面,光電耦合器的發(fā)光二極管是電流驅(qū)動器件,可以形成電流環(huán)路的傳送形式。由于電流環(huán)電路是低阻抗電路,對噪音的敏感度低,因此提高通訊系統(tǒng)的抗干擾能力,常用于有噪音干擾的環(huán)境里傳輸信號。</p><p> 達到同樣的加熱效果,開關(guān)量控制容易,驅(qū)動簡單,驅(qū)動電路的抗干擾能力強。所
25、以我采用的是光耦合雙向可控硅驅(qū)動電路。</p><p><b> 2.2單元電路設(shè)計</b></p><p> 2.2.1 溫度采集電路</p><p> 本設(shè)計的溫度采集系統(tǒng)主要是數(shù)字溫度傳感器DS18B20,如圖2-1所示。</p><p> 本設(shè)計以DS18B20為傳感器,AT89C51單片機為控制核心組成
26、的溫度巡回檢測系統(tǒng),在圖2-1中,DS18B20的供電方式為外部電源,其I/O數(shù)據(jù)線與P3.4相連。在DS18B20接入系統(tǒng)之前,應分別從激光ROM中讀出其序號,然后分別賦予在系統(tǒng)中的編號1~n。該系統(tǒng)需要用鍵盤來設(shè)置溫度報警的門限值,并用七段LED顯示器顯示DS18B20的編號和測量的溫度值。 </p><p> 圖2-1溫度采集電路</p><p> 溫度檢測系統(tǒng)原理圖如圖2-1所
27、示,采用外接電源供電方式。為保證在有效的DS18B20時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流,我們用一個電阻R30和89C51的一個I/O口(P3.4)來完成對DS18B20總線的上拉。當DS18B20處于寫存儲器操作和溫度A/D變換操作時,總線上必須有強的上拉,上拉開啟時間最大為10μs。采用外接電源供電方式時Vcc接外部電源,GND接地,I/O與單片機的I/O線相連。</p><p> 在本設(shè)計中,我采用的是單個DS18
28、B20測室內(nèi)溫度,并把它直接與單片機的I/O口相連,將測得的溫度值送入CPU與鍵盤輸入的設(shè)定值進行比較,然后通過CPU來控制負載電路的工作。一般來說CPU 對DS18B20的訪問流程是:先對DS18B20初始化,再進行ROM操作命令,最后才能對存儲器和數(shù)據(jù)操作。DS18B20每一步操作都要遵循嚴格的工作時序和通信協(xié)議,如主機控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換這一過程,根據(jù)DS18B20的通信協(xié)議,須經(jīng)三個步驟:每一次讀寫之前都要對 DS18
29、B20進行復位,復位成功后發(fā)送一條ROM指令,最后發(fā)送RAM指令,這樣才能對DS18B20進行預定的操作。</p><p> 2.2.2 LED顯示電路</p><p> LED顯示電路如圖2-2所示,LED電路采用4只共陰極七段數(shù)碼管。顯示方式有動態(tài)掃描和靜態(tài)掃描,兩種都可以實現(xiàn)顯示功能,但由于靜態(tài)掃描要用到多片串入并出芯片,考慮到電路板成本計算,本人采用節(jié)約硬件資源的動態(tài)掃描顯示方
30、式。P2口的P2.0至P2.3接限流電阻作為段選控制,P2口的P2.4至P2.7經(jīng)三極管驅(qū)動后作為位選控制,在10ms定時中斷服務程序中分別對顯示的各位進行動態(tài)掃描顯示。LED分別對室內(nèi)溫度和時間進行動態(tài)顯示,其相互顯示間隔設(shè)定為1分鐘,即顯示溫度時第一、二位為十位、個位,第三、四位為小數(shù)位;而顯示時間時第一、二位為小時,第三、四位為分鐘,顯示數(shù)據(jù)由CD4511譯碼器輸出。 </p><p> 由4個共陰極的數(shù)
31、碼管組成溫度和時間交替顯示。P2口的四條數(shù)據(jù)線P2.0至P2.3分別與CD4511譯碼器的ABCD口相接,P2口的P2.4至P2.7分別通過電阻R6至R9與Q1至Q4的基極相連接。這樣通過P2口送出一個存儲單元的高位,低位BCD顯示代碼,通過P2口另幾位送出掃描選通代碼輪流點亮LED1至LED4,就會將要顯示的數(shù)據(jù)在數(shù)碼管中顯示出來。</p><p> 圖2-2 LED顯示電路</p><p
32、> 所謂LED靜態(tài)驅(qū)動:是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O端口進行驅(qū)動,或者使用如BCD碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅(qū)動;其點亮和關(guān)閉由該I/O口來對其控制,互不干涉,對I/O驅(qū)動能力弱的MCU,必須增加外部驅(qū)動芯片或三極管等器件。此種設(shè)計一般應用在單個LED的驅(qū)動或LED數(shù)量較少,且所選的MCUI/O口比較充裕的情況下。由于每一個LED均由獨立的I/O口控制,因此優(yōu)點是軟件編程簡單,顯示亮度高,缺點是占用I/O端口
33、多,如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×8=40根I/O端口來驅(qū)動,要知道一個 AT89C51單片機可用的I/O端口才32個,實際應用時必須增加譯碼驅(qū)動器進行驅(qū)動,增加了硬件電路的復雜性。</p><p> LED的動態(tài)顯示方式: 數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式,動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起,另外為每
34、個數(shù)碼管的公共極增加位選通控制電路,位選通由各自獨立的I/O線控制,當單片機輸出字形碼時,所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼,但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形,取決于單片機對位選通端電路的控制,所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開,該位就顯示出字形,沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的公共極,就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示,這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中,每位數(shù)碼管的點亮時間為1~2ms,由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極
35、管的余輝效應,盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮,但只要掃描的速度足夠快,給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù),不會有閃爍感,動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的,卻能夠節(jié)省大量的I/O端口,而且功耗更低。 </p><p> 由于所有的 LED模塊共用了驅(qū)動端,因此LED的驅(qū)動不再像靜態(tài)法一樣為每個LED所獨享,因此其驅(qū)動的設(shè)計方法也與靜態(tài)法完全不同,需要采用分時掃描方法來實現(xiàn)對所有LED的顯示驅(qū)動,其原理如下:<
36、;/p><p> a.將A0設(shè)置為高電平,也即允許第一組LED顯示,同時將A2,A3,A4設(shè)置為低電平,也即關(guān)閉該陰極所對應的LED組顯示;</p><p> b.在P2口輸出A0組對應的顯示數(shù)據(jù),如字符點陣數(shù)據(jù)、7段碼對應的數(shù)字的數(shù)據(jù)等,該數(shù)據(jù)可以通過ROM表的形式預先定義;</p><p> c.保持一定的時間T,該時間即為所設(shè)定的定時器的中斷時間;</
37、p><p> d.將A0口設(shè)置為低電平,關(guān)閉A0組的LED顯示;</p><p> e.將A1設(shè)置為高電平,其他幾個設(shè)置為低電平,開啟A1組對應的LED顯示;</p><p> f.在P0口輸出A1組對應的顯示數(shù)據(jù);</p><p> g.重復以上步驟,直到所有組被掃描一遍,然后又從A0組開始下一個循環(huán),如此周而復始,實現(xiàn)所有LED的動態(tài)
38、顯示。</p><p> 該方法的原理利用了人眼對物體的視覺延遲來達到所有LED的同時顯示,實際應用時,在同一個時刻,只有一組LED處于顯示狀態(tài),而其他LED處于關(guān)閉狀態(tài)。理論上,若兩次顯示之間的時間間隔小于32ms時,人眼既無法分辨,因此,為了達到此要求,LED的掃描頻率一般可以按照下式計算得出:f=32*N。式中,f為掃描的頻率,對應為定時器的時間(T=1/ f);32則是由32ms換算而來,32ms對應的
39、頻率剛好為32Hz;N則時總的LED的組數(shù)(此例中N=4)。</p><p> 根據(jù)此式算出的掃描頻率f實際是LED驅(qū)動掃描的最小頻率,若低于此頻率,則有可能導致LED的閃爍; f也不可能越高越好,掃描的頻率太高,每組LED的點亮時間就越短,因此有可能導致LED的亮度不夠或顯示效果不理想等一些問題。當然提高LED的驅(qū)動電壓也可以補償由此造成的亮度不夠的問題。</p><p> 數(shù)據(jù)與代
40、碼轉(zhuǎn)換。由前述可知,P2口的P2.0至P2.3輸出段選碼,P2口的P2.4至P2.7輸出位選碼,LED就會顯示出數(shù)字來。但P2口輸出的數(shù)據(jù)是BCD碼,各存儲器存儲的數(shù)據(jù)是二進制,也就是和要顯示出的字符表達的含義是不一致的??梢?,將要顯示的存儲器單元的數(shù)據(jù)直接送到P2口去驅(qū)動LED數(shù)碼管顯示是不能正確表達的,必須在系統(tǒng)內(nèi)部將要顯示的數(shù)據(jù)經(jīng)過BCD碼轉(zhuǎn)換后,將各個單元數(shù)據(jù)的段選代碼送入P2口,給CD4511譯碼后去驅(qū)動數(shù)碼管顯示。具體轉(zhuǎn)換過
41、程如下:我們先將要顯示的數(shù)據(jù)裝入累加器A中,再將A中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成高低兩位的BCD碼,再放回A中,然后將A中的值輸出。如:有一個單元存儲了45這樣一位數(shù),則需轉(zhuǎn)換成四位BCD碼(0100) (1001)然后放入A中,A中BCD碼,高四位代表4,低</p><p> 四位代表5,同時送給兩個譯碼器中,譯碼后45字就在兩個LED中顯示出來。</p><p> 2.2.3 電源電路</p
42、><p> 1.電源變壓器:將220V,50HZ的交流電壓轉(zhuǎn)換成5V直流電壓。</p><p> 2.濾波電路:利用電感和電容的阻抗特性,將整流后的單向脈動電流中的交流分量濾去,使單向脈動電流變換成平滑的直流電。</p><p> 3.穩(wěn)壓電路:當電網(wǎng)電壓波動或負載的變動會導致負載上得到的直流電不穩(wěn)定,影響電子設(shè)備的性能,用穩(wěn)壓管,即采用一些負反饋方式的穩(wěn)壓電路,
43、使之自動調(diào)節(jié)不穩(wěn)定因素,從而得到穩(wěn)定電壓。</p><p> 供電部分輸入220V、50HZ的交流電,輸出電壓+5V,供給整個電路電源,電流最大為400mA; LM17812和LM17805負載重,功率大,加裝了散熱片。</p><p> 本設(shè)計的電源電路設(shè)計圖如下:</p><p><b> 圖2-3電源電路</b></p>
44、<p> 2.2.4 外部晶振電路</p><p> 外部晶振電路由2個33pF的電容和一個12MHz的晶體振蕩器構(gòu)成。</p><p> 片內(nèi)電路與片外器件構(gòu)成一個時鐘產(chǎn)生電路,CPU的所有操作均在時鐘脈沖下同步進行。片內(nèi)振蕩器的振蕩頻率非常接近晶振頻率,一般在1.2MHz~12MHz之間選取,C5,C6是反饋電容,起穩(wěn)定振蕩頻率,快速起振的作用,其值在5pF~33p
45、F之間選取,典型值為33pF。本電路選用的電容為33pF,晶振頻率為12MHz。</p><p> 在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器,就構(gòu)成了內(nèi)部震蕩方式,內(nèi)部震蕩方式所得的時鐘信號比較穩(wěn)定,實用電路中使用較多。由于單片機內(nèi)部有一個高增益反相放大器,當外接晶振后,就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生震蕩時鐘脈沖。內(nèi)部震蕩方式的外部電路如圖2-4所示:</p><p> 圖2-4外部晶振電
46、路</p><p> 外部振蕩信號由X2引入,X1和X2:片內(nèi)振蕩電路輸入、輸出引腳,這兩個端子用來外接石英晶體和微調(diào)電容。在石英晶體的兩個管腳加交變電場時,它將會產(chǎn)生一定頻率的機械變形,而這種機械振蕩又會產(chǎn)生交變電場,上述物理現(xiàn)象稱為壓電效應。一般情況下,無論是機械振動的振幅,還是交變電場的振幅都非常小。但是,當交變電場的頻率為某一特定值時,振幅驟然增大,產(chǎn)生共振,稱之為壓電振蕩。這一特定頻率就是石英晶體的固
47、有頻率,也稱諧振頻率,即用來連接89C51片內(nèi)OSC的定時反饋回路。石英晶振起振后要能在X2線上輸出一個3V左右的正弦波,以便使MCS-51片內(nèi)的OSC電路按石英晶振相同頻率自激振蕩。通常OSC的輸出時鐘頻率fosc為0.5MHz~16 MHz,典型值為12 MHz或者11.0592 MHz。電容C5,C6可以幫助起振,典型值為33 pF,調(diào)節(jié)它們可以達到微調(diào)fosc的目的。</p><p><b>
48、 3軟件設(shè)計</b></p><p> 3.1軟件設(shè)計原理及設(shè)計所用工具</p><p> 本設(shè)計中采用的處理器是AT89C51單片機,由此可采用面向MCS-51的程序設(shè)計語言,包括ASM51匯言和C語言,這兩種語言各有特點。C語言更接近機器語言,常用來編制與系統(tǒng)硬件相關(guān)的程序,如訪問I/O端口、中斷處理程序、實時控制程序、實時通信程序等;而數(shù)學運算程序則適合用C51高級語
49、言編寫,因為用高級語言編寫運算程序可提高編程效率和應用程序的可靠性。 </p><p> 與以往的80C51單片機不同,AT89C51具有在線調(diào)試和下載功能,它由支持AT89C51的開發(fā)工具包Keil uVersion2.0開發(fā)系統(tǒng)來提供。也就是說,在用戶系統(tǒng)保留AT89C51的情況下,通過開發(fā)系統(tǒng)與AT89C51的串行接口通信,直接對用戶系統(tǒng)進行調(diào)試,并在調(diào)試完成后將調(diào)試好的程序下載到AT89C51中。Kei
50、l uVersion2.0開發(fā)系統(tǒng)提供四項功能:編譯、下載、調(diào)試和模擬,分別由Keil uVersion2.0提供的編譯器、在線串行下載器、調(diào)試器和模擬器來實現(xiàn)。Keil uVersion2.0編譯器可在Windows操作系統(tǒng)下直接使用,編譯匯編源程序,并生成16進制文件和列表文件。串行下載器是一個軟件程序,它允許通過標準PC機上的串口串行下載匯編程序到片內(nèi)8kB的閃速程序存儲器中。調(diào)試器采用Windows系統(tǒng),允許用戶使用AT89C5
51、1的UART串行接口在芯片上調(diào)試代碼執(zhí)行。在典型調(diào)試對話中,調(diào)試器提供對片內(nèi)所有外圍設(shè)備的訪問、單步和設(shè)置斷點的代碼執(zhí)行控制方式。模擬器采用Windows系統(tǒng),能完全模擬AT89C51的所有功能。模擬器使用簡單,結(jié)合了許多標準調(diào)試特征,</p><p> 主程序功能單一化,只對各子程序進行控制、調(diào)動,使整個程序成為有機的整體。軟件主程序是系統(tǒng)的監(jiān)控程序,主要工作流程為:系統(tǒng)在上電以后進入初始化狀態(tài),將系統(tǒng)中所有
52、的接口模式、狀態(tài)以及有關(guān)的存儲單元置位成初始狀態(tài),然后恢復AT89C51的P1口(控制輸出)的工作狀態(tài)。</p><p> 3.2部分程序的流程圖</p><p> 3.2.1 主程序流程圖</p><p> 本設(shè)計主程序流程如圖3-1所示。</p><p> 程序啟動后,首先清理系統(tǒng)內(nèi)存,然后對溫度進行采集,通過溫度采集芯片內(nèi)部轉(zhuǎn)換
53、后,傳輸?shù)絾纹瑱C,由單片機控制顯示設(shè)備,顯示現(xiàn)在的溫度,然后系統(tǒng)進入待機狀態(tài),等待鍵盤輸入設(shè)定溫度,系統(tǒng)將設(shè)定溫度與現(xiàn)在溫度進行比較,得出結(jié)果,啟動制冷系統(tǒng)或者加熱系統(tǒng)。</p><p> 圖3-1 主程序流程圖</p><p> 3.2.2 DS18B20的溫度采樣程序流程圖</p><p> CPU對DS18B20的訪問流程是:先對DS18B20初始化,再
54、進行ROM操作命令,最后才能對存儲器和數(shù)據(jù)進行操作。DS18B20每一步操作都要遵循嚴格的工作時序和通信協(xié)議。如主機控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換這一過程,根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議,須經(jīng)三個步驟:每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復位,復位成功后發(fā)送一條ROM指令,最后發(fā)送RAM指令,這樣才能對DS18B20進行預定的操作。DS18B20工作的流程如圖3-2。</p><p> 圖3-2 溫度采樣框&l
55、t;/p><p><b> 程序如下:</b></p><p> float tt; </p><p> Init_DS18B20(); // 初始化ds18b2子函數(shù) </p><p> delay_MS(1); </p><p> WriteOneChar(0x
56、cc); // 跳過ROM命令 </p><p> WriteOneChar(0xbe); // 發(fā)送讀取數(shù)據(jù)命令 </p><p> temp_data[0]=ReadOneChar(); // 連續(xù)讀兩個字節(jié)數(shù)據(jù) </p><p> temp_data[1]=ReadOneChar(); </p><p&
57、gt; temp1=temp_data[1]; </p><p> temp1<<=8; </p><p> temp1=temp1|temp_data[0]; // 兩字節(jié)合成一個整型變量。 </p><p> return temp1;
58、 // 返回溫度值 </p><p><b> } </b></p><p> void tem_deal(uint tem) /* 溫度數(shù)據(jù)顯示處理函數(shù) */ </p><p><b> { </b></p><p> if
59、(tem>6348) // 溫度值正負判斷 </p><p><b> {</b></p><p> tem=65536-tem;</p><p><b> flag1=1;</b></p><p> } // 負溫度求補碼,
60、標志位置1 </p><p> else flag1=0;</p><p> Dis_ram[0]=tem&0x0f; // 取小數(shù)部分的值 </p><p> Dis_play[3]=Dis_ram[0]; // 存入小數(shù)部分顯示值 </p><p> Dis_ram[0]=tem>&
61、gt;4; // 取中間八位,即整數(shù)部分的值 </p><p> Dis_play[0]=Dis_ram[0]/100; // 取百位數(shù)據(jù)暫存 </p><p> Dis_play[2]=Dis_ram[0]%100; // 取后兩位數(shù)據(jù)暫存 </p><p> if(Dis_play[2]<=XX) <
62、;/p><p> Dis_play[4]=1 ;</p><p><b> else </b></p><p> Dis_play[4]=0 ;</p><p> if(Dis_play[2]>=SX) </p><p> Dis_play[5]=1 ;</p&
63、gt;<p> else Dis_play[5]=0 ;</p><p> Dis_play[1]=Dis_play[2]/10; // 取十位數(shù)據(jù)暫存 </p><p> Dis_play[2]=Dis_play[2]%10; // 取個位數(shù)據(jù)暫存 </p><p> if(!Dis_play[0]) //
64、 最高位為0都不顯示 </p><p><b> { </b></p><p> Dis_play[0]=0x0a; // 先判斷百位是否為0 </p><p> if(!Dis_play[1]) </p><p><b> { </b></p><p> Di
65、s_play[1]=0x0a; // 再判斷十位是否為0</p><p> 3.2.3 LED顯示部分程序流程圖</p><p> LED軟件設(shè)計的主要功能是將DS18B20所測數(shù)據(jù)經(jīng)過模糊控制以后用LED顯示出來。其流程圖如圖3-3:</p><p> 圖3-3 LED顯示流程圖</p><p><b> 程序如下: &
66、lt;/b></p><p> LED1=~LED1;</p><p><b> {</b></p><p> LED2=~LED2;</p><p><b> }</b></p><p> void display() /*****顯示溫度子程序***
67、**/</p><p><b> { </b></p><p><b> char k; </b></p><p> for(k=0;k<4;k++) //4位LED掃描控制 </p><p><b> { </b
68、></p><p> if(table[Dis_play[k]] != 0)</p><p><b> {</b></p><p> Disdata=table[Dis_play[k]]; //數(shù)據(jù)顯示 </p><p><b> }</b></p>
69、<p> if (k==2){DIN=0;} //小數(shù)點顯示</p><p> discan=scan_con[k+3]; //位選 </p><p> delay_MS(90); //延時 </
70、p><p> discan=0x00; </p><p><b> }</b></p><p> discan=scan_con[7]; //位選</p><p> Disdata=0xc6; //顯示C </p>
71、;<p> delay_MS(90);</p><p> discan=0x00;</p><p><b> }</b></p><p> /*****主函數(shù)*****/</p><p> void main(void)</p><p><b> {</b
72、></p><p> EA=1; //允許INT0 中斷</p><p><b> EX0=1;</b></p><p> IT0=1; //下降沿觸發(fā)</p><p>
73、;<b> do </b></p><p><b> { </b></p><p> tmpchange(); //溫度轉(zhuǎn)換 </p><p> tem_deal(tmp()); //顯示溫度值 &l
74、t;/p><p> display(); </p><p> if(Dis_play[4]==1) shengwen();</p><p> else LED1=1;</p><p> if(Dis_play[5]==1) jiangwen();</p><p> else LED2=1;</p&g
75、t;<p><b> } </b></p><p> while(1); </p><p><b> }</b></p><p><b> 結(jié)束語</b></p><p> 作為一名應用電子專業(yè)即將畢業(yè)的學生,我覺得做此次課程設(shè)計是十分必要的。幾周的課
76、程設(shè)計終于結(jié)束了,雖然很忙碌、很疲勞,但是收獲很大。這次我用單片機AT89C51作為控制器,實際了一個自動控制室內(nèi)溫度的空調(diào)設(shè)備。每天的努力,喚來了我對課程設(shè)計的重新的認識,對51單片機和控制系統(tǒng)的深刻理解,實現(xiàn)了真正實踐的目的。在理論學習的過程中,我只是簡單地學到了一些理論知識,但是在實際的設(shè)計過程中才發(fā)現(xiàn)理論與實際的巨大差別。在課堂上,掌握的僅僅是專業(yè)基礎(chǔ)課的理論,如何把我們所學到的專業(yè)基礎(chǔ)理論知識用到實踐中去呢?如何去鍛煉我們的實
77、踐的一面?這次做課程設(shè)計就為我提供了一個課外學習的好平臺。在此期間我閱讀了大量的文獻,并詳細的了解了單片機AT89C51在具體實際應用中的作用及應用技術(shù),同時我還閱讀了大量關(guān)于A/D轉(zhuǎn)換器、傳感器、轉(zhuǎn)換電路、繼電器、鍵盤、LED顯示等的相關(guān)知識。把課本的知識運用到實際中,經(jīng)過我多次努力最終完成了此次課程設(shè)計。在次之前我也接觸過相關(guān)課程設(shè)計的實驗,為此次設(shè)計奠定了知識基礎(chǔ)。在此次設(shè)計中收獲最大的算是分析和解決問題的能力。懂得了怎樣解決此類
78、問題,在設(shè)計過程中形成了設(shè)計理念和設(shè)計思維</p><p><b> 致謝</b></p><p> 能取得這次成功的突破,要感謝我的指導老師**對我的困難的幫助,給我設(shè)計思路的引導,辛勤地給予畢業(yè)論文的修改,通過老師介紹的一些資料書及相關(guān)文件,讓我的畢業(yè)設(shè)計更加成功地完成。 再次,要感謝我的寢室好友是他們幫助我解決了程序上的偏差,有了他們的幫助才能夠及時解決問
79、題,其中的無奈才有得解除。在此,我還要感謝在一起愉快的度過畢業(yè)設(shè)計的同學們,正是由于你們的幫助和支持,我才能克服一個一個的困難和疑惑,直至本文的順利完成。</p><p> 在論文即將完成之際,我的心情無法平靜,從開始進入課題到論文的順利完成,有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助,在這里請接受我誠摯的謝意!最后我還要感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母,謝謝你們。</p><p><
80、;b> 參考文獻</b></p><p> [1] 沈紅工.單片機應用系統(tǒng)設(shè)計實例與分析[M].北京:北京航空航天大學出版社,2003.6</p><p> [2] 胡毅剛、彭喜元、姜守達、喬立巖.新編MSC-51單片機應用設(shè)計[M].哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學出版社,2003.3</p><p> [3] 李光飛、樓然苗、胡佳文、謝象佐.單
81、片機課程設(shè)計實例指導[M].北京:北京航空航天大學出版社,2004.3</p><p> [4] 張大明. 單片微機控制應用技術(shù)實操指導書. 北京:機械工業(yè)出版社,2007.4</p><p> [5] 馮根生、郭教之.微機控制技術(shù)[M].北京:中國科技大學出版社,2002.9</p><p> [6] 康萬新、謝維成、楊加國. 畢業(yè)設(shè)計指導及案例剖析——應用
82、電子技術(shù)方向. 北京:清華大學出版社,2007.5</p><p> [7] 張毅剛. 《單片機原理及應用》(第二版)[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學出版社,2003.7</p><p> [8] 余永權(quán). 單片機在控制系統(tǒng)中的應用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2002</p><p> [9] 張希周. 自動控制原理[M]. 重慶:重慶大學出版社,1996.6
83、</p><p> [10] 周繼明、江世明. 傳感器技術(shù)與應用[M]. 中南大學出版社,2005.3</p><p> [11] 潘新民、王燕芳. 微型計算機控制技術(shù)實用教程. 北京:電子工業(yè)出版社,2006.1</p><p> [12] 楊寧. 單片機與控制技術(shù). 北京:北京航空航天大學出版社,2005.2</p><p> [
84、13] 侯志林.過程控制與自動化儀表.北京:機械工業(yè)出版社,1999.11</p><p> [14] 楊剛、周群.電子系統(tǒng)設(shè)計與實踐[M].北京:電子工業(yè)出版社,2004.6</p><p><b> 附錄A:電路原理圖</b></p><p><b> 附錄B:程序清單</b></p><p&
85、gt; #include <reg52.h></p><p> #include<intrins.h></p><p> #define uchar unsigned char</p><p> #define uint unsigned int</p><p> sbit DQ=P3^6;
86、 // P3溫度輸入口 </p><p> uint temp1; // 定義一個變量 </p><p> uchar flag1; // 定義一個
87、標志,溫度是負或正,1為負,0為正 </p><p> uchar data temp_data[2]={0x00,0x00}; //讀出溫度暫放 </p><p> uchar data Dis_play[6]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x0a,0x0c};//顯示單元數(shù)據(jù),共6個數(shù)據(jù)和一個運算 第4個數(shù)據(jù)為空,第6個數(shù)據(jù)顯示C&
88、lt;/p><p> uchar data Dis_ram[1]={0x00};</p><p> uchar SX=38; //上限報警溫度,默認值為38</p><p> uchar XX=15; //下限報警溫度,默認值
89、為15</p><p> sbit SET = P3^2 ; //定義調(diào)整鍵</p><p> sbit DEC = P3^1 ; //定義減少鍵</p><p> sbit ADD = P3^0 ;
90、 //定義增加鍵</p><p> //sbit KO= P3^3; //手動 報警</p><p> sbit LED1=P3^3;</p><p> sbit LED2=P3^4;</p><p> sb
91、it DIN = P0^7; //小數(shù)點</p><p> #define Disdata P0 // 段碼入口 //P0 111</p><p> #define discan P2
92、 // 數(shù)碼管位選掃描 //P2 111</p><p> uchar code table[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0xff,0xbf};</p><p> uchar code scan_con[8]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,
93、0x80}; //列掃描控制字 </p><p> void delay_MS(uint i) //delay 111 / 延時子程序 / </p><p><b> { </b></p><p> while(i--); </p>
94、<p><b> } </b></p><p> void delay1(uchar y)</p><p> {uchar Y;</p><p> for( ;y>0;y--)</p><p> for(Y=0;Y<120;Y++);</p><p><b&
95、gt; }</b></p><p> void Init_DS18B20(void) /* 初始化ds18b2子函數(shù)* */</p><p><b> { </b></p><p> uchar x=0; </p><p> DQ = 1;
96、 //DQ復位 </p><p> delay_MS(8); //稍做延時 </p><p> DQ = 0; //單片機將DQ拉低 </p><p> delay_MS(80); //精確延時 大于 480us </p><p> DQ = 1;
97、 //拉高總線 </p><p> delay_MS(14); </p><p> x=DQ; //稍做延時后 如果x=0則初始化成功 x=1則初始化失敗 </p><p> //(可在此處判斷傳感器是否正常)</p><p> delay_MS(20); </p>
98、<p><b> } </b></p><p> /* 讀字節(jié)子函數(shù) */ </p><p> ReadOneChar(void) </p><p><b> { </b></p><p> uchar i
99、= 0; </p><p> uchar dat = 0; </p><p> for (i=8;i>0;i--) </p><p><b> { </b></p><p> DQ = 0; // 給脈沖信號 </p><p> dat>>=1
100、; // 數(shù)據(jù)右移一位 </p><p> DQ = 1; // 給脈沖信號 </p><p> if(DQ) // DQ為1 </p><p> dat|=0x80; // 讀出數(shù)據(jù) </p><p> delay_MS(4);
101、 // 延時 </p><p><b> } </b></p><p> return(dat); </p><p><b> } </b></p><p> void WriteOneChar(unsigned char dat) // 寫字節(jié)子函數(shù)<
102、;/p><p><b> { </b></p><p> uchar i = 0; </p><p> for (i=8; i>0; i--) </p><p><b> { </b></p><p><b> DQ = 0; </b><
103、;/p><p> DQ = dat&0x01; //寫入一位數(shù)據(jù) </p><p> delay_MS(5); </p><p><b> DQ = 1; </b></p><p> dat>>=1; //右移一位數(shù)據(jù) </p><p><b>
104、 } </b></p><p><b> } </b></p><p> void tmpchange(void) // DS18B20 begin change // 發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換命令</p><p> { </p><p> Init
105、_DS18B20(); // 初始化DS18B20 </p><p> delay_MS(200); // 延時 </p><p> WriteOneChar(0xcc); // 跳過序列號命令 </p><p> WriteOneChar(0x44); // 發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換
106、命令 </p><p><b> } </b></p><p> uint tmp() //get the temperature /* 讀出溫度函數(shù) */ </p><p> { </p><
107、p> // float tt; </p><p> Init_DS18B20(); // 初始化ds18b2子函數(shù) </p><p> delay_MS(1); </p><p> WriteOneChar(0xcc); // 跳過ROM命令 </p><p> WriteOneCh
108、ar(0xbe); // 發(fā)送讀取數(shù)據(jù)命令 </p><p> temp_data[0]=ReadOneChar(); // 連續(xù)讀兩個字節(jié)數(shù)據(jù) </p><p> temp_data[1]=ReadOneChar(); </p><p> temp1=temp_data[1]; </p><p> temp1<
109、<=8; </p><p> temp1=temp1|temp_data[0]; // 兩字節(jié)合成一個整型變量。 </p><p> return temp1; // 返回溫度值 </p><p><b> } &
110、lt;/b></p><p> void tem_deal(uint tem) /* 溫度數(shù)據(jù)顯示處理函數(shù) */ </p><p><b> { </b></p><p> if(tem>6348) // 溫度值正負判斷 </p>
111、<p><b> {</b></p><p> tem=65536-tem;</p><p><b> flag1=1;</b></p><p> } // 負溫度求補碼,標志位置1 </p><p> else flag1=0;</p><
112、;p> Dis_ram[0]=tem&0x0f; // 取小數(shù)部分的值 </p><p> Dis_play[3]=Dis_ram[0]; // 存入小數(shù)部分顯示值 </p><p> Dis_ram[0]=tem>>4; // 取中間八位,即整數(shù)部分的值 </p><p>
113、 Dis_play[0]=Dis_ram[0]/100; // 取百位數(shù)據(jù)暫存 </p><p> Dis_play[2]=Dis_ram[0]%100; // 取后兩位數(shù)據(jù)暫存 </p><p> if(Dis_play[2]<=XX) </p><p> Dis_play[4]=1 ;</p><p>&
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