空調控制系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　1總體方案設計</b></p><p>　　隨著人們生活水平的提高，人們對空調的舒適性和空氣品質的要求越來越高，分體式空調已不能滿足人們的要求，戶式中央空調得到了迅猛的發(fā)展。就室內居住環(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)的中央空調靠設置機械溫控開關來實現(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系統(tǒng)，可以根據(jù)室內的環(huán)境因素，調節(jié)風機的轉速，為人們創(chuàng)造一個舒適的室內環(huán)境，同時又節(jié)省電。</p><p>　　隨著電子技術的發(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的飛躍，那么單片機技術的出現(xiàn)則是給現(xiàn)代工業(yè)控

3、制測控領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。而本次設計就是要通過以C51系列單片機為控制核心，實現(xiàn)空調機溫度控制系統(tǒng)的設計。</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定溫度是否一致，然后驅動空調機的加熱或降溫系統(tǒng)對空氣進行處理，從而模擬實現(xiàn)空調溫度控制單元的工作情況。在整個設計中，涉及到溫度檢測電路、驅動控制電路、顯示電路、鍵盤電路以及電源的設計等電路。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，控制各個電路正常工作的至關重要的作用。其方框圖如下

5、:</p><p>　　圖1-1 方案一設計圖框</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溫度數(shù)值，再由ADC0809組成的A/D轉換電路進行轉換，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)內部程序判斷，執(zhí)行相關控制程序，驅動各單元電路的工作。其方框圖如下:</p><p>　　圖1-2 方案二設計圖框</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。控制簡單，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，用驅動電路控制壓縮機完成加熱和制冷調節(jié)，用ISIS軟件對設計進行仿真，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、片外程序存儲器選擇控制引腳。 </p><p>　　輸入部分:AT89S51、A/D轉換 、驅動控制、溫度控制器、加熱、制冷。空氣顯示部分: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硬件設計</b></p><p>　　2.1硬件各單元方案設計與選擇</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?，大多數(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，結構簡單，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系，且成本太貴，不適合做普通設計。</p><p>　　集成溫度傳感器是利用晶體管的PN結的電流電壓特性與溫度的關系，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、設備或過程控制、測溫類消費電子產(chǎn)品等。DS18B20可以程序設定9~12位的分辨率，設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計。</p><p>　　在本設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 加熱降溫驅動控制電路</p><p>　　采用開關量控制，如繼電器、雙向可控硅、光耦等，控溫快速，但是雙向可控硅驅動電路比較麻煩，調試也麻煩，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，和開關觸點對電源的影響，以及開關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，它既有單向導電的整流作用，又有可以控制的開關作用。利用它可以用較小的功率控制較大功率，在交、直流電動機調速系統(tǒng)、調功系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)和無觸點開關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?。?V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，開關量控制容易，驅動簡單，驅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動電路。</p><p><b>　　2.2單元電路設計</b></p><p>　　2.2.1 溫度采集電路</p><p>　　本設計的溫度采集系統(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>　　在本設計中，我采用的是單個DS18

28、B20測室內溫度，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分別對室內溫度和時間進行動態(tài)顯示，其相互顯示間隔設定為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端口進行驅動，或者使用如BCD碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅動；其點亮和關閉由該I/O口來對其控制，互不干涉，對I/O驅動能力弱的MCU，必須增加外部驅動芯片或三極管等器件。此種設計一般應用在單個LED的驅動或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動器進行驅動，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模塊共用了驅動端，因此LED的驅動不再像靜態(tài)法一樣為每個LED所獨享，因此其驅動的設計方法也與靜態(tài)法完全不同，需要采用分時掃描方法來實現(xiàn)對所有LED的顯示驅動，其原理如下：<

36、;/p><p>　　a.將A0設置為高電平，也即允許第一組LED顯示，同時將A2,A3,A4設置為低電平，也即關閉該陰極所對應的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，該時間即為所設定的定時器的中斷時間；</

37、p><p>　　d.將A0口設置為低電平，關閉A0組的LED顯示；</p><p>　　e.將A1設置為高電平，其他幾個設置為低電平，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?？梢姡瑢⒁@示的存儲器單元的數(shù)據(jù)直接送到P2口去驅動LED數(shù)碼管顯示是不能正確表達的，必須在系統(tǒng)內部將要顯示的數(shù)據(jù)經(jīng)過BCD碼轉換后，將各個單元數(shù)據(jù)的段選代碼送入P2口，給CD4511譯碼后去驅動數(shù)碼管顯示。具體轉換過

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>　　本設計的電源電路設計圖如下：</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的晶體振蕩器構成。</p><p>　　片內電路與片外器件構成一個時鐘產(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，就構成了內部震蕩方式，內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。由于單片機內部有一個高增益反相放大器，當外接晶振后，就構成了自激振蕩器并產(chǎn)生震蕩時鐘脈沖。內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，調節(jié)它們可以達到微調fosc的目的。</p><p><b>　

48、　3軟件設計</b></p><p>　　3.1軟件設計原理及設計所用工具</p><p>　　本設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)進行調試，并在調試完成后將調試好的程序下載到AT89C51中。Kei

50、l uVersion2.0開發(fā)系統(tǒng)提供四項功能：編譯、下載、調試和模擬，分別由Keil uVersion2.0提供的編譯器、在線串行下載器、調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8kB的閃速程序存儲器中。調試器采用Windows系統(tǒng)，允許用戶使用AT89C5

51、1的UART串行接口在芯片上調試代碼執(zhí)行。在典型調試對話中，調試器提供對片內所有外圍設備的訪問、單步和設置斷點的代碼執(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，結合了許多標準調試特征，</p><p>　　主程序功能單一化，只對各子程序進行控制、調動，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)內存，然后對溫度進行采集，通過溫度采集芯片內部轉換

53、后，傳輸?shù)絾纹瑱C，由單片機控制顯示設備，顯示現(xiàn)在的溫度，然后系統(tǒng)進入待機狀態(tài)，等待鍵盤輸入設定溫度，系統(tǒng)將設定溫度與現(xiàn)在溫度進行比較，得出結果，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計是十分必要的。幾周的課

76、程設計終于結束了，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溫度的空調設備。每天的努力，喚來了我對課程設計的重新的認識，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)基礎課的理論，如何把我們所學到的專業(yè)基礎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，同時我還閱讀了大量關于A/D轉換器、傳感器、轉換電路、繼電器、鍵盤、LED顯示等的相關知識。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計。在次之前我也接觸過相關課程設計的實驗，為此次設計奠定了知識基礎。在此次設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，在設計過程中形成了設計理念和設計思維</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文件，讓我的畢業(yè)設計更加成功地完成。 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[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)設計指導及案例剖析——應用

82、電子技術方向. 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. 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. 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>&