基于51單片機(jī)的空調(diào)溫控制設(shè)計(jì)

1、摘要 本控制電路是以8051單片機(jī)為控制核心。整個(gè)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(dòng)電路，時(shí)序電路，和8段譯碼器，LED數(shù)碼顯示器。在配合用匯編語(yǔ)言編制的程序使軟件實(shí)現(xiàn)，實(shí)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(shí)用，操作簡(jiǎn)便，有一定的實(shí)用價(jià)值。本文從3個(gè)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(jì)；最后實(shí)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(jì)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(jì)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(cè)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(yùn)算精度，推動(dòng)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(huì)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(gè)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(huì)見到溫度控制的影子，溫度控制將更好的服務(wù)于社會(huì).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(gè)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定的溫度控制系統(tǒng)能更好的適應(yīng)市場(chǎng)。而本次設(shè)計(jì)就是要通過以MCS-51系列單片機(jī)為控制核心，實(shí)現(xiàn)空調(diào)機(jī)溫度控制器的設(shè)計(jì)。方案

3、一通過溫度傳感器對(duì)空氣進(jìn)行溫度采集，將采集到的溫度信號(hào)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(dòng)空調(diào)機(jī)的加熱或降溫循環(huán)對(duì)空氣進(jìn)行處理，從而模擬實(shí)現(xiàn)空調(diào)溫度控制單元的工作情況。空調(diào)溫控器主要單片機(jī)，時(shí)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(dòng)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(dòng)電路A/D轉(zhuǎn)換電路時(shí)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(gè)IO口上，這種方案只用到單片機(jī)的一個(gè)IO口，大大的節(jié)

4、約了單片機(jī)的IO口資源。缺點(diǎn)實(shí)在是時(shí)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(jì)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(jì)采用MCS-51系列的8051單片機(jī)，因?yàn)?051單片機(jī)應(yīng)用廣泛，性能穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，性價(jià)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(gè)16位定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，中斷結(jié)構(gòu)，I/O接口等?？蛇M(jìn)行計(jì)算，定時(shí)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(hào)和選通信號(hào)（低電平有效）。（2）CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端，上升有效。（3）DB0DB7是輸入信號(hào)。（4）CLKR：內(nèi)部時(shí)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(shí)鐘脈沖，其頻率為1/1.1RC。（5）CS：片選信號(hào)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(dòng)。（6）WR：寫信號(hào)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(dòng)輸入端，低電平有效，CS、WR同時(shí)為低電平時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。(7)INTR：轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出信號(hào)，低電平

6、有效，輸出低電平表示本次轉(zhuǎn)換已完成。該信號(hào)常作為向微機(jī)系統(tǒng)發(fā)出的中斷請(qǐng)求信號(hào)。 （8）CLK:為外部時(shí)鐘輸入端，時(shí)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(shí)，A/D轉(zhuǎn)換時(shí)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(shí)，ALE信號(hào)固定為CPU時(shí)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(shí)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(hào)，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(hào)輸入端，用以接受單極性、雙極性和差摸輸入信號(hào)，與WR同時(shí)為低電平A/D轉(zhuǎn)換器被啟動(dòng)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(shí)，INTR自動(dòng)變?yōu)榈碗娖剑硎颈敬无D(zhuǎn)換已結(jié)束。如CS、RD同時(shí)來低電平，則數(shù)據(jù)鎖存器三態(tài)門打開，數(shù)字信號(hào)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(duì)電流的測(cè)量可得到所需要的溫度值。在被測(cè)溫度一定時(shí)，AD590相當(dāng)于一個(gè)恒流源，AD590溫度感測(cè)器是一種已經(jīng)IC化的溫度感測(cè)器,它會(huì)將溫度轉(zhuǎn)換為電流,由于此信號(hào)為模擬信號(hào)，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(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。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(cè)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?yàn)锳

9、D590是將溫度轉(zhuǎn)換為電流，而單片機(jī)對(duì)電壓信號(hào)更好測(cè)量，所以要將電流轉(zhuǎn)化為電壓，同時(shí)對(duì)電壓信號(hào)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(yùn)算放大電路，根據(jù)“虛斷”，“虛短”，集成運(yùn)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(dòng) 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(dòng)IC，7447的主要功能是輸出低電平驅(qū)動(dòng)的顯示碼，用以推動(dòng)共陽(yáng)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(yáng)級(jí)接法。7447的QA-QG接BCD的a-g,段選信號(hào)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(hào)的取值決定。圖2.3 TTL7447 BCD顯示電路2.6壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)電路壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)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(hào)經(jīng)7404和ULN2003到達(dá)壓縮機(jī)，驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的運(yùn)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(diǎn),適應(yīng)于各類要求高速大功率驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)。其中ULN2003是由7個(gè)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(duì)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(dòng)器、顯示驅(qū)動(dòng)器，線驅(qū)動(dòng)器和邏輯緩沖器等。

12、在本驅(qū)動(dòng)電路中的作用是增大電流驅(qū)動(dòng)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(gè)輸出端為高電平，COM就為高電平。圖2.4 壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)電路三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1軟件設(shè)計(jì)思路 軟件設(shè)計(jì)的任務(wù)包括啟動(dòng)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(dòng)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(shí)間對(duì)比測(cè)量溫度與設(shè)定溫度之間的大小關(guān)系，根據(jù)對(duì)比結(jié)果給出控制信號(hào)，令壓縮機(jī)的運(yùn)行或停止，實(shí)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(dòng)定時(shí)器啟動(dòng)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(chǎng)重裝定時(shí)初值設(shè)定溫度測(cè)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(shí)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(shí)器/計(jì)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(shí)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(dòng)定時(shí)器0 MO

14、V IE,#82H; 定時(shí)器0開放中斷 MOV 24H,#0FFH; ANL P1,#00H; MOV R0,#14; 延時(shí)START: MOVX R0,A; 啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換WAIT: JNB P2.1,SET0; 檢測(cè)溫度輸入 JB P2.0,ADC; 檢測(cè)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(duì)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(jì)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(dòng)A2: CJNE R0,#0FFH,A1; MOV R0,#14; 延時(shí)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(dòng) DEC R0; JMP A2;TIM0: PUSH ACC; 保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) PUSH PSW MOV TH0,#HIGH (65536 - 50000); 重裝定時(shí)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(dòng) 壓縮機(jī)開始工作 JMP RETURNDELAY: MOV R7,#60; 延時(shí)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(cè)試或通電測(cè)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(jiǎn)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(cè)。軟件調(diào)試可以先編寫顯示程序并進(jìn)行那個(gè)硬件的正確檢驗(yàn)，然后分別進(jìn)行主程序盒子程序的編程和功能調(diào)試。對(duì)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(duì)現(xiàn)實(shí)的地址把握不準(zhǔn)導(dǎo)致顯示覆蓋并且錯(cuò)誤的現(xiàn)象。 預(yù)置溫度程序就看能不能正確的調(diào)動(dòng)溫度，智能控制就看在實(shí)測(cè)溫度和預(yù)置溫度大小比較時(shí)和電壓出現(xiàn)不穩(wěn)定情況時(shí)，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(shí)開啟程序就看在制冷設(shè)備啟動(dòng)前是否有相應(yīng)的一段時(shí)間間隔。如若不能正常進(jìn)行，再返回程序設(shè)計(jì)原理和C語(yǔ)言的語(yǔ)法、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換規(guī)則仔細(xì)推理程序是否寫錯(cuò)。五、設(shè)計(jì)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(dòng)控制逐漸向智能控制發(fā)展，現(xiàn)在市場(chǎng)上很多的空調(diào)都已經(jīng)實(shí)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?yàn)槌杀镜?，功能穩(wěn)定，而大量應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。本論