单片机温度控制课程设计.doc

第一章系统分析.1概述.11.1功能简介.11.2方案选择.11.2.1温度采集电路方案.1第二章硬件电路设计.32.1单片机.32.2A/D转换电路.32.2.1ADC0801介绍.32.2.2AD转换电路工作原理.42.3温度采样电路.52.3.1AD590型温度传感器.52.3.2温度采样工作原理.52.4按键开关.62.5温度显示电路.62.5.1LED驱动.62.5.2温度显示工作原理.72.6压缩机驱动电路.72.6.1压缩机机驱动芯片.72.6.2压缩机机驱动电路.8第三章软件设计.93.1软件设计思路.93.2程序流程.93.2.1主程序流程.93.2.2中断服务程序流程.10第四章总结.11附录A硬件电路图.12参考文献.131第一章系统分析概述电子技术的发展，特别是随着大规模集成电路的产生，给人们的生活带来了根本性的变化，如果说微型计算机的出现使现代的科学研究得到了质的飞跃，那么单片机技术的出现则是给现代工业控制测控领域带来了一次新的革命。目前，单片机在工业控制系统诸多领域得到了极为广泛的应用。特别是其中的C51系列的单片机的出现，具有更好的稳定性，更快和更准确的运算精度，推动了工业生产，影响着人们的工作和学习。在现代社会中，温度控制不仅应用在工厂生产方面，其作用也体现到了各个方面，随着人们生活质量的提高，酒店厂房及家庭生活中都会见到温度控制的影子，温度控制将更好的服务于社会.而今，空调等家用电器随着生产技术的发展和生活水平的提高越来越普及，一个简单，稳定的温度控制系统能更好的适应市场。而本次设计就是要通过以MCS-51系列单片机为控制核心，实现空调机温度控制器的设计1.1功能简介通过温度传感器对空气进行温度采集，将采集到的温度信号传输给单片机，再由单片机控制显示器，并比较采集温度与设定温度是否一致，然后驱动空调机的加热或降温循环对空气进行处理，从而模拟实现空调温度控制单元的工作情况1.温度指标：1630之间任选；偏差：1。2.用“+”和“-”两个按键选择设定温度3.两位LED交替显示实际温度和设定温度，间隔1秒钟1.2方案选择1.2.1温度采集电路方案本设计的重点在于对外部环境温度的采集和控制，因此温度采集电路的选择关系到整个设计结果实现与否方案一：使用AD590温度传感器采集温度方案如图1-2-1所示为AD590连接电路图图1-2-1AD590温度传感器电路方案二：使用DS18B20温度传感器采集温度方案图2为DS18B20引脚排列图，在DS18B20中，DQ为数字信号输人输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端。DS18B20在光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。有两种方法可确保DS18B20在有效转换期内得到足够的电源电流。第一种方法是在温度变换时，在IO口接一个强的上拉。第二种是将其连到VCC外部电源，这样就不用在IO口接强上拉，也可在温度变换期间使口线保持高电平。以在变换时间内允许其它数据在单总线上传输。也可使用外部电源通过发跳过ROM命令和变换命令T来完成温度变换。需要注意的是：在工作状态，GND不能悬空。DS18B20利用单总线进行数据传输的，并且直接输出的是数字量，省去了A/D转换部分，但考虑到设计的学习与练习性，通过比较，决定使用AD590温度传感器经行温度检测。3第二章硬件电路设计2.1单片机由于空调温度控制器的核心就是单片机，单片机的选择将直接关系到控制系统的工作是否有效和协调。本设计采用MCS-51系列的8051单片机，因为8051单片机应用广泛，性能稳定，抗干扰能力强，性价比高。8051包含了8位CPU，片内振荡器，4K字节ROM,128字节RAM,2个16位定时器，计数器，中断结构，I/O接口等。可进行计算，定时等一系列功能。如图2-1图2-1单片机最小体统2.2A/D转换电路2.2.1ADC0801介绍ADC0801是8位全MOS中速A/D转换器、它是逐次逼近式A/D转换器，片内有三态数据输出锁存器，可以和单片机直接口接，管脚图如2.2.1所示。其主4要引脚功能如下：（1）RD，WR：读选通信号和选通信号（低电平有效）。（2）CLK：时钟脉冲输入端，上升有效。（3）DB0DB7是输入信号。（4）CLKR：内部时钟发生器外接电阻端，与CLKIN端配合可由芯片自身产生时钟脉冲，其频率为1/1.1RC。（5）CS：片选信号输入端，低电平有效，一旦CS有效，表明A/D转换器被选中，可启动。（6）WR：写信号输入，接受微机系统或其它数字系统控制芯片的启动输入端，低电平有效，CS、WR同时为低电平时，启动转换。(7)INTR：转换结束输出信号，低电平有效，输出低电平表示本次转换已完成。该信号常作为向微机系统发出的中断请求信号。（8）CLK:为外部时钟输入端，时钟频率高，A/D转换速度快。允许范围为10-1280KHZ，典型值为640KHZ，此时，A/D转换时间为10us。通常由MCS51单片机ALE端直接或分频后与其相连。当MCS单片机与读写外，RAM操作时，ALE信号固定为CPU时钟频率的1/6，若单片外接的晶振为6MHZ，则1/6为1MHZ，A/D转换时间为64us。图2.2.1ADC0801管脚图2.2.2AD转换电路工作原理A/D转换电路如图2.2.2所示。ADC0801的A/D转换结果输出端DB0DB7与8051的P0.0-P0.7相连，INTR与P2.0口相连，INTR端用于给出A/D转换完成信号，所以通过查询P2.0便可以获知A/D转换是否完成。RD与8051RD相连，WR也是跟8051WR相连。CS、VIN+接地。（低电平有效）ADC0801的两模拟信号输入端，用以接受单极性、双极性和差摸输入信号，与WR同时为低电平A/D转换器被启动切在WR上升沿后100模数完成转换，转换结果存入数据锁存器，同时，INTR自动变为低电平，表示本次转换已结束。如CS、RD同时来低电平，则数据锁存器三态门打开，数字信号送出，而RD高电平到来后三态门处于高阻状态。5图2.2.2A/D转换电路图2.3温度采样电路2.3.1AD590型温度传感器AD590是电流型温度传感器，通过对电流的测量可得到所需要的温度值。在被测温度一定时，AD590相当于一个恒流源，AD590温度感测器是一种已经IC化的温度感测器,它会将温度转换为电流,由于此信号为模拟信号，因此，要进行进一步的控制及数码显示，还需将此信号转换成数字信号。它的主要特性如下：(1)流过器件的电流（mA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数；即：式中：/1IrTIr流过器件（AD590）的电流，单位mA；T热力学温度，单位K。(2)AD590的测温范围为-55+150；(3)AD590的电源电压范围为4V30V；2.3.2温度采样工作原理如图2-3-2所示，因为AD590是将温度转换为电流，而单片机对电压信号更好测量，所以要将电流转化为电压，同时对电压信号进行放大后输入A/D转换ADC0801的VI-端口。电流转化为电压表达式如下：0rfUIR(2)由反相比例运算放大电路，根据“虚断”，“虚短”，集成运放净输入电压为零，净输入电流为零，净输入电流为零等推算出表达式为：60(1/)IfVRRU(3)最后由(1),(2),(3)得到：(1/)IffVRRTR图2-3-2AD590温度传感器电路2.4按键开关按键开关电路由一按键连接到8051的P2.1端口所示。按下P2.1按键，放开后进入温度设定模式，显示设定最高温度30oC，每按一次设定温度将减小1oC，直至最低设定温度16oC，再按一次回到30oC。2.5温度显示电路2.5.1LED驱动7447介绍：7447是一块BCD码转换成7段LED数码管的译码驱动IC，7447的主要功能是输出低电平驱动的显示码，用以推动共阳极7段LED数码管显示相应的数字。管脚图如2.5.1所示，相应引脚功能如下：（1）QA,QB,QC,QD,QE,QF,QG:7段LED数码输出引脚。（2）A，B，C，D：输入引脚。（3）RBO，BT，LI高电平输出有效图2.5.1数码管驱动芯片7447管脚图