空调温度控制器设计

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1、单片机原理与接口技术课 程 设 计成绩评定表设计课题 ： 空调温度控制器设计 学院名称 ： 专业班级 ： 学生姓名 ： 学 号 ： 指导教师 ： 设计地点 ： 31-630 设计时间 ： 2012-12-172012-12-28 指导教师意见：成绩: 签名： 年 月 日单片机原理与接口技术课 程 设 计课程设计名称： 空调温度控制器设计 专 业 班 级 ： 学 生 姓 名 ： 学 号 ： 指 导 教 师 ： 课程设计地点： 31-630 课程设计时间： 2012-12-172012-12-28 单片机原理与接口技术 课程设计任务书学生姓名专业班级学号题 目空调温度控制器设计课题性质工程设计课题

2、来源自拟指导教师 王黎、臧海河、周刚主要内容（参数）空调温度控制器设计，实现以下功能：1利用电位器输出模拟量模拟温度；2能够实现温度的测量；3能够实现温度的显示；4当温度的变化量超过设定值时，通过发光管模拟发热和制冷电机，以实现温度的控制。任务要求（进度）第1-2天：熟悉课程设计任务及要求，查阅技术资料，确定设计方案。第3-4天：按照确定的方案设计单元电路。要求画出单元电路图，元件及元件参数选择要有依据，各单元电路的设计要有详细论述。第5-6天：软件设计，编写程序。第7-8天：实验室调试。第9-10天：撰写课程设计报告。要求内容完整、图表清晰、文理流畅、格式规范、方案合理、设计正确，篇幅合理。

3、主要参考资料1 张迎新单片微型计算机原理、应用及接口技术（第2版）M北京：国防工业出版社，20042伟福LAB6000系列单片机仿真实验系统使用说明书3 阎石数字电路技术基础（第五版）北京：高等教育出版社，2006审查意见系（教研室）主任签字： 年 月 日 目 录1 引言42 总体方案设计42.1硬件组成42.2 方案论证53 硬件电路设计73.1可模拟量输入电路73.2 A/D转换电路83.3 显示及键盘接口电路93.4 单片机控制电路. .12 4 系统软件设计124.1 主程序设计134.2 子程序设计155 系统调试与总结165.1调试165.2 总结16参考文献17附录A 系统原理图

4、18附录B 源程序191 引言在现代社会中，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。利用实验仪上的显示电路、键盘、或开关电路、A/D转换电路，模拟空调恒温控制。可以利用实验仪上的电位器模仿温度变化，制冷可以用发光二极管模拟，也可以控制直流电机模仿压缩机的运行。要求可以用键盘或开关设定恒定温

5、度，当外界温度超过设定温度不一致时，就要启动加热或制冷压缩机，从而对空气温度进行调节，使空气温度与设定温度保持一致。2 总体方案设计2.1硬件组成按照空调温度控制器的设计要求，系统的硬件应包括以下几部分：（1）电位器：利用电位器模拟空气温度的变化，将空气温度的模拟量送入A/D转换器中。（2）A/D转换器：空气温度的模拟量经过A/D转换器转换为电压输出量，再将输出量送入单片机中。（3）单片机：将空气温度与设定温度相比较，从而驱动空调机的发热或制冷。（4）键盘：用于输入设定的温度值。（5）LED显示：用于显示设定的温度值和空气温度值系统硬件方框图如图2.1所示： 图2.1 硬件方框图2.2 方案论

6、证（1）控制器8051是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，8051内部有4K字节可编程闪烁存储器， 128*8位内部RAM，两个16位定时器/计数器， 5个中断源， 32可编程I/O线及串行通道。闪烁存储器是一种可编程又可擦除只读存储器（EEPROM），给用户设计单片机系统和单片机系统带来很大的方便，深受广大用户的欢迎。8051有片内振荡器和时钟电路 ，具有低功耗的闲置和掉电模式，在空闲方式下，CPU停止工作，但允许内部RAM、定时器/计数器、串行口和中断系统继续工作。在掉电方式下，能保存RAM的内容，但振荡器停止工作，并禁止所有其他部件工作。还具有三级程序存储器锁定， 全静态工作频率

7、0Hz-24Hz， 数据保留时间可长达10年。8051芯片内部引脚图如图2.2所示： 图2.2 8051芯片内部引脚图（2）A/D转换-ADC0809A/D转换电路是将从电位器输出的模拟电信号转换为数字电信号的电路结构。目前A/D转换器的种类很多，有计数比较型、逐次逼近型、双积分型等等。选择A/D转换器件主要从转换速度、精度和价格上考虑。逐次逼近型A/D转换器，在精度、速度和价格上都比较适中，是最常用的A/D转换器。双积分A/D转换器，具有精度高、抗干扰性好、价格低廉等优点，但转换速度慢。近年来在微机应用领域中也得到了广泛的应用。本次设计采用八路模拟输入通道的逐次逼近型的八位A/D转换器ADC

8、0809。采用ADC0809作为与单片机的接口电路，它的结构比较简单，转换速度较高。采用ADC0809作为A/D转换器具有与单片机连接简单的优点，它是八位的转换器可以与八位的单片机直接连接，这样就简化了系统的连接电路也有利于系统软件的编写。ADC0809管脚图如图2.3所示：图2.3 ADC0809管脚图(3)数码管显示由于数码管显示明显，易于控制，本设计采用数码管显示，数码管的显示原理都是一样的，都是靠点亮内部的发光二极管来发光。数码管内部原理图如图2.4所示。 图2.4 数码管内部原理图3 硬件电路设计3.1可模拟量输入电路温度是一个非电量物理量，需要将之转化为电信号才能进行后续的测量和控

9、制。由于电位器电路用于产生可变的模拟量，为此，在此课程设计中，利用了实验仪器上的电位器来模拟温度变化，将温度这个非物理量转化为电压信号输出。电位器结构图如图3.1所示： 图3.1 电位器结构图3.2 A/D转换电路A/D转换电路是将从电位器输出的模拟电信号转换为数字电信号的电路结构。目前A/D转换器的种类很多，有计数比较型、逐次逼近型、双积分型等等。选择A/D转换器件主要从转换速度、精度和价格上考虑。逐次逼近型A/D转换器，在精度、速度和价格上都比较适中，是最常用的A/D转换器。双积分A/D转换器，具有精度高、抗干扰性好、价格低廉等优点，但转换速度慢。近年来在微机应用领域中也得到了广泛的应用。

10、本次设计采用八路模拟输入通道的逐次逼近型的八位A/D转换器ADC0809。采用ADC0809作为与单片机的接口电路，它的结构比较简单，转换速度较高。采用ADC0809作为A/D转换器具有与单片机连接简单的优点，它是八位的转换器可以与八位的单片机直接连接，这样就简化了系统的连接电路也有利于系统软件的编写。A/D转换电路图如图3.2所示： 图3.2 A/D转换电路3.3显示及键盘接口电路键盘在单片机应用系统中，用于实现输入数据、传送命令的功能，是人工干预的主要手段。键盘可分为编码式键盘和非编码式键盘两大类，键盘上闭合键的识别由专用的硬件译码器实现，并产生键编号和键值的称为编码式键盘；靠软件识别的为

11、非编码式键盘。在单片机组成的测控系统中，用得最多的是非编码键盘。非编码键盘有：独立式按键结构、矩阵式按键结构。在非编码键盘系统中，键闭合和键释放的信息的获取，键抖动的消除，键值查找及一些保护措施的实施等任务，均由软件来完成。单片机应用系统中，键盘扫描只是CPU的工作内容之一。CPU忙于各项任务时，如何兼顾键盘的输入，取决于键盘的工作方式。考虑仪表系统中CPU任务的份量，来确定键盘的工作方式。键盘的工作方式选取的原则是：既要保证能及时响应按键的操作，又不过多的占用CPU的工作时间。本课设中用到的实验仪已经将LED显示电路和键盘电路集成到一个集成电路中。LED显示和键盘的等效电路如图4示。显示控制

12、的位码由74HC374输出，经MC1413反向驱动后，做LED的位选通信号。位选通信号也可作为键盘列扫描码，键盘扫描的行数据从74HC245读回，74HC374输出的列扫描码经74HC245读入后，用来判断是否有键被按下，以及按下的是什么键。如果没有键按下，由于上拉电阻的作用，经74HC245读回的值为高电平，如果有键按下，74HC374输出的低电平经过按键被接到74HC245的端口上，这样从74HC245读回的数据就会有低位，根据74HC374输出的列信号和74HC245读回的行信号，就可以判断哪个键被按下。LED显示的段码由另一个74HC374输出。键盘及LED显示电路如图3.3所示：图3

13、.3 键盘及LED显示电路3.4单片机控制电路 （1）本设计用8255驱动两个发光二极管来表示空调机的发热和制冷，单片机控制电路如图3.4所示： 图3.4 单片机控制电路4 系统软件设计系统的软件设计采用模块化设计，采用模块化设计可以简化系统软件的编写，使软件编写思路更加简单明了。系统软件主要由三大模块组成：主程序模块、功能实现模块和运算控制模块。主程序模块用于实现各个子程序间的跳转。功能实现模块主要由A/D转换子程序、键盘处理子程序、显示子程序等部分组成。4.1 主程序设计主程序是系统上电或复位后首先要执行的程序，主程序主要完成系统的初始化、扫描显示、扫描键盘等工作。程序开始执行后，空气温度

14、和设定温度进行比较，若空气温度比设定温度高，则驱动空调机制冷，若空气温度比设定值低，则驱动空调机加热，向下键每按一次，设定温度减1，向上键每按一次，设定温度值加1.系统主程序流程图如图4.1所示：图4.1 主程序流程图4.2 子程序设计子程序的设计包括显示子程序、A/D转换子程序，分别如图4.2、4.3所示： 图4.2 显示子程序 图4.3 A/D转换子程序5 系统调试与总结系统研制完成后，首先在实验室进行了系统功能测试和技术指标测试，然后在生产现场进行了实际运行测试。5.1 调试调试的过程：A 在实验系统中输入程序，并对其进行编译修正，直到没有错误。B 打开试验箱，对照自己程序，对其进行接线

15、。 C 与计算机连接并进行执行，观察试验箱上各个器件显示的结果，发现错误并对其修改直到实验结果与实验要求一致。5.2 总结刚接触到设计题目时，完全迷茫，不知从何下手，之后通过和别人交流和网上的资料，到实验室看过之后又与实际设计的内容相结合，对设计进行模块化分析，思路慢慢清晰。这次课程设计是一次综合性质的实验，是对以前学的A/D转换，键盘输出等等的一综合运用，所以这次实验不但是巩固了我们以前所学的知识，也给我带来的新的感悟，同时也让我发现自己在实践中的不足，在作图等各方面的不足，也让我对各部分硬件和软件的结合有更深刻的认识，也学到了在课本中学不到的东西，同时也对单片机的应用有了更深层次的了解。参

16、考文献【1】 张迎新单片微型计算机原理、应用及接口技术（第2版）M北京：工业出版社，2004【2】伟福LAB6000系列单片机仿真实验系统使用说明书【3】 阎石数字电路技术基础（第五版）北京：高等教育出版社，2006【4】.单片微型计算机接口技术及应用 张淑清 著，国防工业出版社【5】.单片机原理及应用技术 张淑清 著，国防工业出版社【6】单片机典型系统设计实例精讲 彭为.黄科中.雷道仲 著，电子工业出版社附录A 系统原理图附录B 源程序mode equ 082hPORTA equ 08000hCTL equ 08003hOUTBIT equ 09002hOUTSEG equ 09004h ;

17、 段控制口IN equ 09001hLEDBuf equ 60h ORG 0000H ljmp StartLEDMAP: db 3fh, 06h, 5bh, 4fh, 66h, 6dh, 7dh, 07h db 7fh, 6fh, 77h, 7ch, 39h, 5eh, 79h, 71hDelay: mov r7, #0DelayLoop: djnz r7, DelayLoop djnz r6, DelayLoop retDisplayLED: mov r0, #LEDBuf mov r1, #6 mov r2, #00100000bLoop: mov dptr, #OUTBIT mov a,

18、 #0 movx dptr, a mov a, r0 mov dptr, #OUTSEG movx dptr, a mov dptr, #OUTBIT mov a, r2 movx dptr, a mov r6, #1 call Delay mov a, r2 rr a mov r2, a inc r0 djnz r1, Loop mov dptr, #OUTBIT mov a, #0 movx dptr, a retTestKey: mov dptr, #OUTBIT mov a, #0 movx dptr, a mov dptr, #IN movx a, dptr cpl a anl a,

19、 #0fh retKeyTable: db 16h, 15h, 14h, 0ffh db 13h, 12h, 11h, 10h db 0dh, 0ch, 0bh, 0ah db 0eh, 03h, 06h, 09h db 0fh, 02h, 05h, 08h db 00h, 01h, 04h, 07hGetKey: mov dptr, #OUTBIT mov P2, dph mov r0, #Low(IN) mov r1, #00100000b mov r2, #6KLoop: mov a, r1 cpl a movx dptr, a cpl a rr a mov r1, a movx a,

20、r0 cpl a anl a, #0fh jnz Goon1 djnz r2, KLoop mov r2, #0ffh sjmp ExitGoon1: mov r1, a mov a, r2 dec a rl a rl a mov r2, a ; r2 = (r2-1)*4 mov a, r1 mov r1, #4LoopC: rrc a jc Exit inc r2 djnz r1, LoopCExit: mov a, r2 mov dptr, #KeyTable movc a, a+dptr mov r2, aWaitRelease: mov dptr, #OUTBIT clr a mov

21、x dptr, a mov r6, #10 call Delay call TestKey jnz WaitRelease mov a, r2 ret; =UP equ 16h ; NextDOWN equ 15h ; LastLowLimit equ 10HighLimit equ 30LowTemp equ -40 ; A/D 0HighTemp equ 50 ; A/D 255ADPort equ 0a000hHeat equ 1Cool equ 2SetTemp equ 50hCurTemp equ 51hDisplayResult: mov a, CurTemp jnb acc.7,

22、 GE0 mov LEDBuf, #40h ; - dec a cpl a jmp GoonGE0: mov LEDBuf, #0 ; Goon: mov b, #10 div ab mov dptr, #LEDMAP movc a, a+dptr mov LEDBuf+1, a mov a, b movc a, a+dptr mov LEDBuf+2, a mov LEDBuf+3, #0 ; mov a, SetTemp mov b, #10 div ab movc a, a+dptr mov LEDBuf+4, a mov a, b movc a, a+dptr mov LEDBuf+5

23、, a retReadAD: mov dptr, #ADPort clr a movx dptr, a ; start A/D mov a, #0 djnz acc, $ ; delay movx a, dptr retReadTemp: mov r1, #0 mov r2, #0 mov r0, #16RLoop: call ReadAD add a, r2 mov r2, a jnc GN1 inc r1GN1: djnz r0, RLoop mov a, r2 swap a anl a, #0fh xch a, r1 swap a anl a, #0f0h orl a, r1 ; a =

24、 r1r2/16 mov b, #(HighTemp-LowTemp) mul ab mov a, b ; /256 add a, #LowTemp mov CurTemp, a retStart: mov sp, #70h mov a, #mode mov dptr, #CTL movx dptr, a ; 设置8255工作方式,PA,PC输出,PB输入 mov SetTemp, #20MLoop: call TestKey jnz KeyPressed call DisplayResult call DisplayLED call ReadTemp mov a, CurTemp jb ac

25、c.7, LE0 clr c mov b, SetTemp dec b subb a, b jnc GN2LE0: mov a, #Heat mov dptr, #PORTA movx dptr, a sjmp GN4GN2: mov a, CurTemp setb c mov b, SetTemp inc b subb a, b jc GN3 mov a, #Cool mov dptr, #PORTA movx dptr, a sjmp GN4GN3: mov a, #0 mov dptr, #PORTA movx dptr, aGN4: sjmp MLoopKeyPressed: call GetKey mov b, a xrl a, #DOWN jnz Key0 mov a, SetTemp xrl a, #LowLimit jz Key1 dec SetTemp sjmp Key1Key0: mov a, b xrl a, #UP jnz Key1 mov a, SetTemp xrl a, #HighLimit jz Key1 inc SetTempKey1: sjmp MLoop end