由51单片机控制简易冷暖双向空调.docx

河南机电高等专科学校课程设计报告河南机电高等专科学校课程设计报告课程名称： 计算机控制技术 题 目： 专业班级： 姓 名： 学 号： 成 绩：2010年 月日设 计 任 务 书课题简介：设计一个由51单片机控制简易冷暖双向空调。通过这个过程学习温度的采样方法，a/d变换方法以及数字滤波的方法。通过实践过程掌握温度的几种控制方法，了解利用单片机进行微型计算机控制系统结构。技术指标：温度指标：1630之间任选；偏差：1。1.用“+”和“-”两个按键选择设定温度2.两位led交替显示实际温度和设定温度，间隔1秒钟目 录第1章 系统分析11.1 功能简介1.2 方案选择第2章 硬件电路设计2.1 系统总体框图2.2 各部分电路图第3章 软件设计3.1 主程序流程图3.2 各主要功能子程序流程图第4章 总结4.1 设计中的优缺点4.2 系统性能分析附录a 硬件电路图附录b 程序清单参考文献1 系统分析1.1 功能简介本控制电路是以8051单片机为控制核心。整个系统硬件部分包括温度采样电路，自激式a/d转换器，按键电路，驱动电路，时序电路，和8段译码器，led数码显示器。在配合用汇编语言编制的程序使软件实现，实现空调温度智能转换的基本功能。本控制电路成本低廉，功能实用，操作简便，有一定的实用价值。本文从3个方面展开论述，首先是硬件电路的描述；接着软件部分的设计；最后实现功能。1.2 方案选择方案一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。空调温控器主要单片机，时序电路，温度采样电路，a/d转换电路，温度显示电路，温度输入电路，驱动电路等组成。系统原理图见图1所示： 80518段译码器8段译码器数码管数码管按键电路驱动电路a/d转换电路时钟图1-1 空调机温度控制系统框图方案二 ds18b20单线连接方案，方案二采用单线连接，就是四块ds18b20连到单片机的一个io口上，这种方案只用到单片机的一个io口，大大的节约了单片机的io口资源。缺点实在是时序上就复杂了，ds18b20的编程就增加读rom程序，搜索rom和匹配rom程序。 综合比较决定选用方案一2 硬件电路设计2.1系统总体框图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 80518段译码器8段译码器数码管数码管按键电路驱动电路a/d转换电路时钟图2-1 空调机温度控制系统框图2.2各部分电路图2.2.1 a/d转换电路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。其主要引脚功能如下：（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。 a/d 转换电路如图2.1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8051 rd相连，wr也是跟8051 wr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，而在rd高电平到来后三态门处于高阻状态 。图2-2 a/d转换电路图2.2.2 温度采样电路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： (1)ir流过器件（ad590）的电流，单位为ma；t热力学温度，单位为k。 (2)ad590的测温范围为-55+150；(3)ad590的电源电压范围为4v30v； 2.2.3温度采样工作原理因为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： (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： (3)最后由(1),(2),(3)得到 （4）图2.2 温度采样电路2.2.4按健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。2.2.5温度显示电路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。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。 温度显示电路如图2.3所示：由2片ttl7447和2片七段led组成，led采用共阳级接法。7447的qa-qg接bcd的a-g,段选信号由8051的p1口提供，led显示数据由7447的输出决定,即由p1口信号的取值决定。图2.3 ttl7447 bcd显示电路2.2.6压缩机驱动电路压缩机驱动控制，8051的rxd的引脚与7404的引脚相连接，从rxd发出的控制信号经7404和uln2003到达压缩机，驱动压缩机的运行和停止。uln2003是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品,具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点,适应于各类要求高速大功率驱动的系统。其中uln2003是由7个npn具有用共阴二极管夹紧来转换电感负载的高压输出特征的达林顿晶体管组成。当前一对单精度型的额定电流为500ma，有比较高的电流容量，它的应用软件包括继电器驱动器、显示驱动器，线驱动器和逻辑缓冲器等。在本驱动电路中的作用是增大电流驱动能力。该芯片采用16脚的dip 封装,其中第9为公共输出端com，有一个输出端为高电平，com就为高电平。图2.4 压缩机驱动电路3 软件设计3.1 主程序流程图3.1.1软件设计思路软件设计的任务包括启动a/d转换、读a/d转换结果、设置温度、温度控制等，其中启动a/d转换、读a/d转换结果、设置温度等工作在主程序中完成，温度控制在中断服务程序中完成，即每隔一段时间对比测量温度与设定温度之间的大小关系，根据对比结果给出控制信号，令压缩机的运行或停止，实现温度调控。3.1.2主程序程序流程主程序流程图如图3.1所示开始系统初始化启动定时器启动a/d转换设置温度要设置温度吗？是否完成a/d转换？读入a/d结果显示处理ynyn图3.1主程序流程图保护现场重装定时初值设定温度测量温度？令压缩机工作令压缩机停止工作中断返回yn图3.2 中断服务程序流程图4 总结4.1设计中的优缺点本系统中温度传感器ad590，ad590具有较高精度和重复性（重复性优于0.1，其良好的非线性可以保证优于0.1的测量精度，利用重复性较高的特点，通过非线性补偿，可以达到0.1测量精度）。但是需要模拟转数字电路成本高点精确度低测温点数量少电路繁多对线阻有要求。4.2系统性能分析mcs80c52单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：ccpu、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。 该系统通温度传感器ad590可以迅速的对温度进行传送给单片机，实时性比较强。附录a 硬件电路图参考文献1 刘守义. 单片机应用技术m，西安电子科技大学出版社，2002年3月版；2 李华. mcs-51系列单片机实用接口技术m，北京航空航天大学出版社，1993年5月版；3 何立民，单片机应用文集一m，北京航空航天大学出版社，1992年12 月版；4 吴东鑫. 新型实用传感器应用指南m，电子工业出版社，1998年2月版；5 梁伟洋 ,冯祥. 电子技术应用m，国防科技大学出版社，2002年3月版；6 万光毅，严义. 单片机实验与实践教程（一）m, 北京航空航天大学出版社,2001年3月版；7 马家