基于51单片机的空调温度控制设计教材.docx

1、基于51单片机的空调温度控制设计教材摘要 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。关键词8051单片机 温度控制LED数码显示一系统总体设计方案1.1课题背景电子技术的发展，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

2、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

3、机为控制核心，实现空调机温度控制器 的设计。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：图1空调机温度控制系统框图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10 口上，这种方案只用到单片机的一个 10 口，大大的节约了单片机的10 口资源。缺 点实在是时

4、序上就复杂了， DS18B20的编程就增加读ROME序，搜索ROMI和匹配ROM 程序。综合比较决定选用方案一二、系统硬件设计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。2.2A/D转换电路2.2.1ADC0801 介绍ADC0801是8位全M0卿速A/D转换器、它是逐次逼近式

5、 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） DB0- DB7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

6、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MC51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。2.2.2A/D 转换电路工作原理A/D 转换电路如图2.1所示。ADC0801的 A/D转换结果输出端 DB0-DB7与 8051 的P0.0-P0.7相连，INTR与P2.0 口

7、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 WR1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U1图2.1 A/D转换电路图2.3温度采样电路2.3.1 AD590型温度传

8、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：Ir/T -1(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 C+150C；(3)AD590的电源电压范围为 4V30V;232 温度采样工作原理因为AD

9、590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勺VI-端口。电流转化为电压表达式如下：U。一 1尺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：Vi Rf/R)U。最后由,(2),(3) 得到：V, = (1 Rf / R)TRf(4)图2.2温度采样电路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 34C,每按一次设定温度将减小1C,直至最低设

10、定温度20C,再按一次回到34C。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。 相应引脚功能如下：（1） QA,QB,QC,QD,QE,QF,QG: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。2.5.2温度显示工作原理温度显示电路如图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-Q聚BCD的 a-g,段选信号由8051的

11、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。744 T图2.3 TTL7447 BCD显示电路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

12、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压缩机驱动电路三、系统软件设计3.1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。3.2程序流程主程序流程图如图 3

13、.1所示中断服务程序流程图 3.2所示图3.2中断服务程序流程图3.3 程序内容编写ORG 0000HJMP START1 ;ORG 000BH ;JMP TIM0 ;START1: MOV TMOD,#01H;MOVTH0 , #HIGH(65536-50000);MOVTL0,#LOW(65536-50000);SETBTR0;MOVIE,#82H;MOV24H,#0FFH;ANLP1,#00H;MOVR0,#14;START: MOVX R0,A;WAIT: JNBP2.1,SET0;JBP2.0,ADC;JMPWAIT定时器/计数器0溢出中断转中断程序设定定时器0工作方式1设定初值启动

14、定时器0定时器0开放中断延时启动A/D转换检测温度输入检测转换是否完成ADC: MOVX A,R0;LCALL L1;将转换好的值送入ALCALL DISP;L1:CLRMOVC;20H,#00H;MOV21H,#00H;MOVR3,#08H;NEXT: RLCA;准备MOVR2,A;MOVA,20H;JMP START清0显示位数将A的内容和Cy左移一位，显示ADDCA,20HDA ,A；对A进仃十进制调整MOV20H,A;MOVA,21H;ADDCA,21HMOV21H,A;MOVA,R2;DJNZR2,NEXT;R2-1工0循环计数L2: MOVA,20HADDA,20H;DA ,A;M

15、OV20H,A;MOVA,21H;ADDCA,21H;DAA;MOV21H,A;RETDISP: MOVA,20H;显示程序ANLA,#0F0HSWAPA;交换高低位MOV22H,AMOVA,21H;ANLA,#0FFHSWAPA ;ORLA,22H;MOV23H,AMOVP1,A;MOVR7,#0FFH;DJNZR7,$;是否显示完RETDECR0;JMPA2;TIMO: PUSHACC;PUSHPSWMOVTH0,#HIGH (65536 - 50000);MOVTL0,#LOW (65536 -50000)CLRC ;SETO: LCALL DELAY;等待按键操作消除按键抖动延时数据指

16、针指向表头查表有按键按下转SET1等待按键操作消除抖动保护现场重装定时初值进位标志清0MOVA,24H;SUBBA,23H;JNCOFF;CLRC;MOVA,24H;SUBBA,23H;JNCOFF;CLRP3.0;RETURN: POP PSWPOPACCRETI ;OFF: SETBP3.0; 驱动JMPRETURNDELAY: MOVR7,#60;D3: MOVR6,#248DJNZR6,$DJNZR7,D3RETTABLE: DB20H,21H,22H,23H,24H;DB25H,26H,27H,28H,29HDB30H,31H,32H,33H,34HEND比较温度压缩机停止工作中断返

17、回压缩机开始工作延时程序六、参考文献1何立民单片机应用系统设计M.北京：清华大学出版社，20052吴金戎.8051单片机实践与应用M.北京：清华大学出版社，20053胡斌.图表细说电子元器件M.北京：电子工业出版社，20054王福瑞.单片微机测控系统设计大全M.北京：电子工业出版社，2006 姜志海电片机原理及应用M.北京：电子工业出版社，20056黄正祥，邓怀雄，郭延文，周书.基于MCS-51单片机的温度控制系统J.现代电 子技术，2005，6： 20-217李伙友.基于MCS-51的温度控制器的设计J.龙岩学院学报，2006, 24(6):16-188关平，刘红，林强.可实现的基于MCS-51单片机的恒温控制系统的设计J.自动化 技术与应用，2008, 27(10) : 108-110附录呻汁FFFFIofbbbbHE壬号匕UteUMIO HoQo ael日兰一皂ir-rid wufnn- LLna. Eg UHLrp -PEn. -I.ELn曰 娶BE. MBINS. 9盏墾 a.w*Nd ENd gNli SJNd E盂dd aa0Eld 皆训口- Qcgd 多丙口 d Er口 d Es 口 daRX mixFS+L