空調(diào)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 芯片，考慮到電路板成本計(jì)算，本人采用節(jié)約硬件資源的動(dòng)態(tài)掃描顯示方式。，在10ms定時(shí)中斷服務(wù)程序中分別對(duì)顯示的各位進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描顯示。LED分別對(duì)室內(nèi)溫度和時(shí)間進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示，其相互顯示間隔設(shè)定為1分鐘，即顯示溫度時(shí)第一、二位為十位、個(gè)位，第三、四位為小數(shù)位。而顯示時(shí)間時(shí)第一、二位為小時(shí)，第三、四位為分鐘，顯示數(shù)據(jù)由CD4511譯碼器輸出。 由4個(gè)共陰極的數(shù)碼管組成溫度和時(shí)間交替顯示。這樣通過(guò)P2口送出一個(gè)存儲(chǔ)單元的高位，低位BCD顯示代碼，通過(guò)P2口另幾位送出掃描選通代碼輪流點(diǎn)亮LED1至LED4，就會(huì)將要顯示的數(shù)據(jù)在數(shù)碼管中顯示出來(lái)。 LED顯示電路所謂LED靜態(tài)驅(qū)動(dòng)：是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；其點(diǎn)亮和關(guān)閉由該I/O口來(lái)對(duì)其控制，互不干涉，對(duì)I/O驅(qū)動(dòng)能力弱的MCU，必須增加外部驅(qū)動(dòng)芯片或三極管等器件。此種設(shè)計(jì)一般應(yīng)用在單個(gè)LED的驅(qū)動(dòng)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(gè)LED均由獨(dú)立的I/O口控制，因此優(yōu)點(diǎn)是軟件編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要58＝40根I/O端口來(lái)驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè) AT89C51單片機(jī)可用的I/O端口才32個(gè)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。LED的動(dòng)態(tài)顯示方式: 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)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(kāi)，該位就顯示出字形，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的公共極，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過(guò)程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為1～2ms，由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)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(huì)有閃爍感，動(dòng)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。 由于所有的 LED模塊共用了驅(qū)動(dòng)端，因此LED的驅(qū)動(dòng)不再像靜態(tài)法一樣為每個(gè)LED所獨(dú)享，因此其驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)方法也與靜態(tài)法完全不同，需要采用分時(shí)掃描方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)所有LED的顯示驅(qū)動(dòng)，其原理如下：，也即允許第一組LED顯示，同時(shí)將A2,A3,A4設(shè)置為低電平，也即關(guān)閉該陰極所對(duì)應(yīng)的LED組顯示；，如字符點(diǎn)陣數(shù)據(jù)、7段碼對(duì)應(yīng)的數(shù)字的數(shù)據(jù)等，該數(shù)據(jù)可以通過(guò)ROM表的形式預(yù)先定義；，該時(shí)間即為所設(shè)定的定時(shí)器的中斷時(shí)間；，關(guān)閉A0組的LED顯示；，其他幾個(gè)設(shè)置為低電平，開(kāi)啟A1組對(duì)應(yīng)的LED顯示；；，直到所有組被掃描一遍，然后又從A0組開(kāi)始下一個(gè)循環(huán)，如此周而復(fù)始，實(shí)現(xiàn)所有LED的動(dòng)態(tài)顯示。該方法的原理利用了人眼對(duì)物體的視覺(jué)延遲來(lái)達(dá)到所有LED的同時(shí)顯示，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，在同一個(gè)時(shí)刻，只有一組LED處于顯示狀態(tài)，而其他LED處于關(guān)閉狀態(tài)。理論上，若兩次顯示之間的時(shí)間間隔小于32ms時(shí)，人眼既無(wú)法分辨，因此，為了達(dá)到此要求，LED的掃描頻率一般可以按照下式計(jì)算得出:f=32*N。式中，f為掃描的頻率，對(duì)應(yīng)為定時(shí)器的時(shí)間（T=1/ f）；32則是由32ms換算而來(lái)，32ms對(duì)應(yīng)的頻率剛好為32Hz；N則時(shí)總的LED的組數(shù)（此例中N=4）。根據(jù)此式算出的掃描頻率f實(shí)際是LED驅(qū)動(dòng)掃描的最小頻率，若低于此頻率，則有可能導(dǎo)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(diǎn)亮?xí)r間就越短，因此有可能導(dǎo)致LED的亮度不夠或顯示效果不理想等一些問(wèn)題。當(dāng)然提高LED的驅(qū)動(dòng)電壓也可以補(bǔ)償由此造成的亮度不夠的問(wèn)題。數(shù)據(jù)與代碼轉(zhuǎn)換。由前述可知，，LED就會(huì)顯示出數(shù)字來(lái)。但P2口輸出的數(shù)據(jù)是BCD碼，各存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)是二進(jìn)制，也就是和要顯示出的字符表達(dá)的含義是不一致的。可見(jiàn)，將要顯示的存儲(chǔ)器單元的數(shù)據(jù)直接送到P2口去驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管顯示是不能正確表達(dá)的，必須在系統(tǒng)內(nèi)部將要顯示的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)BCD碼轉(zhuǎn)換后，將各個(gè)單元數(shù)據(jù)的段選代碼送入P2口，給CD4511譯碼后去驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示。具體轉(zhuǎn)換過(guò)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(zhuǎn)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(gè)單元存儲(chǔ)了45這樣一位數(shù)，則需轉(zhuǎn)換成四位BCD碼(0100) (1001)然后放入A中，A中BCD碼，高四位代表4，低四位代表5，同時(shí)送給兩個(gè)譯碼器中，譯碼后45字就在兩個(gè)LED中顯示出來(lái)。 驅(qū)動(dòng)控制電路 驅(qū)動(dòng)控制電路在空調(diào)器電控中，主芯片將各種輸入信號(hào)進(jìn)行計(jì)算后，控制其他電路驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作，完成空調(diào)的預(yù)定功能。而驅(qū)動(dòng)電路是將主芯片輸出的信號(hào)進(jìn)行功率放大，控制負(fù)載工作，一般驅(qū)動(dòng)電路包括功率放大器、繼電器及相關(guān)元件組成的末級(jí)推動(dòng)電路。本設(shè)計(jì)中，我采用了光耦合雙向可控硅驅(qū)動(dòng)器，光耦合雙向可控硅驅(qū)動(dòng)器是一種單片機(jī)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，輸入部分為砷化鎵發(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(qiáng)度的紅外光，觸發(fā)輸出部分；輸出部分是一個(gè)硅光敏雙向可控硅，在紅外線的作用下可雙向?qū)ā９怆婑詈掀饕渤Ｓ糜谳^遠(yuǎn)距離的信號(hào)隔離傳送。一方面光電耦合器可以起到隔離兩個(gè)系統(tǒng)地線的作用，使兩個(gè)系統(tǒng)的電源相互獨(dú)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(qū)動(dòng)器件，可以形成電流環(huán)路的傳遞形式。單片機(jī)發(fā)出信號(hào)經(jīng)過(guò)功率放大器IC9（7407）將信號(hào)傳遞給光耦合雙向可控硅驅(qū)動(dòng)器，然后通過(guò)它的開(kāi)斷來(lái)控制繼電器工作，從而達(dá)到控制負(fù)載電路的目的，實(shí)現(xiàn)空調(diào)機(jī)的制熱或制冷效果。 鍵盤設(shè)置電路鍵盤是人與微機(jī)打交道的主要設(shè)備，按鍵的讀取容易引起誤動(dòng)作。可采用軟件去抖動(dòng)的方法處理，軟件的觸點(diǎn)在閉合和斷開(kāi)的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，這時(shí)觸點(diǎn)的邏輯電平不穩(wěn)定，如不采取妥善處理的話，將引起按鍵命令錯(cuò)誤或重復(fù)執(zhí)行，在這里采用軟件延時(shí)的方法來(lái)避開(kāi)抖動(dòng)，延時(shí)時(shí)間20mS。按下某鍵時(shí)，對(duì)應(yīng)的功能鍵釋放得到執(zhí)行，如操作者沒(méi)釋放按鍵，則對(duì)應(yīng)的功能會(huì)反復(fù)執(zhí)行，好像連續(xù)執(zhí)行，在這里我們采用軟件延時(shí)250mS，當(dāng)按鍵釋放則執(zhí)行下一條對(duì)應(yīng)程序。按鍵電路由九個(gè)微動(dòng)按鍵組成，通過(guò)按鍵可以進(jìn)行空調(diào)溫度、風(fēng)速、時(shí)間的調(diào)節(jié)，可以對(duì)空調(diào)的顯示內(nèi)容進(jìn)行設(shè)定和對(duì)空調(diào)原始設(shè)定進(jìn)行修改。本鍵盤設(shè)計(jì)中只簡(jiǎn)單地提供鍵盤的行列與矩陣，其他操作如鍵的識(shí)別、決定按鍵的讀數(shù)等僅靠軟件來(lái)完成，故硬件較為簡(jiǎn)單，但占CPU時(shí)間較多。鍵盤的鍵輸入程序應(yīng)完成的基本任務(wù)：：按鍵的閉合與否，反應(yīng)在電壓上就是呈現(xiàn)出高電平或低電平，所以通過(guò)電平的高低狀態(tài)的檢測(cè)，便可確定按鍵按下與否。單片機(jī)及應(yīng)用系統(tǒng)中，鍵盤掃描只是CPU的工作內(nèi)容之一。CPU忙于各項(xiàng)任務(wù)時(shí)，如何兼顧鍵盤的輸入，取決于鍵盤的工作方式。而鍵盤的工作方式則根據(jù)儀表系統(tǒng)中CPU任務(wù)的份量來(lái)確定。鍵盤的工作方式選取的原則是：既要保證能及時(shí)響應(yīng)按鍵的操作，又不過(guò)多地占用CPU的工作時(shí)間。按鍵的工作方式有：查詢方式（編程掃描，定時(shí)掃描方式），中斷掃描方式。矩陣式鍵盤適用于按鍵數(shù)量較多的場(chǎng)合，由行線和列線組成。按鍵位于行列的交叉點(diǎn)上節(jié)約I/O口。矩陣鍵盤工作原理：行線通過(guò)上拉電阻接到+5V上，無(wú)按鍵按下，行線處于高電平狀態(tài)；有按鍵按下，行線電平狀態(tài)由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定，列線電平為低，則行線電平為低；列線電平為高，則行線電平為高。 按鍵電路 電源電路本設(shè)計(jì)所用的電源電壓為220V，首先交流電經(jīng)過(guò)變壓器降壓為9V的交流電，通過(guò)橋式整流，E1,C1濾波，輸出+5V左右的直流電壓，然后再經(jīng)過(guò)集成三端穩(wěn)壓器IC2（17805），E2,C2濾波，輸出直流5V，給溫度檢測(cè)電路、時(shí)鐘電路、顯示電路、復(fù)位電路等提供工作電壓。其直流穩(wěn)壓電源的組成框圖如下： 直流穩(wěn)壓電源的組成框圖：將220V,50HZ的交流電壓轉(zhuǎn)換成5V直流電壓。：利用電感和電容的阻抗特性，將整流后的單向脈動(dòng)電流中的交流分量濾去，使單向脈動(dòng)電流變換成平滑的直流電。：當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載的變動(dòng)會(huì)導(dǎo)致負(fù)載上得到的直流電不穩(wěn)定，影響電子設(shè)備的性能，用穩(wěn)壓管，即采用一些負(fù)反饋方式的穩(wěn)壓電路，使之自動(dòng)調(diào)節(jié)不穩(wěn)定因素，從而得到穩(wěn)定電壓。供電部分輸入220V、50HZ的交流電，輸出電壓+5V，供給整個(gè)電路電源，電流最大為400mA； LM17812和LM17805負(fù)載重，功率大，加裝了散熱片。本設(shè)計(jì)的電源電路設(shè)計(jì)圖如下： 電源電路 外部晶振電路 外部晶振電路由2個(gè)33pF的電容和一個(gè)12MHz的晶體振蕩器構(gòu)成。片內(nèi)電路與片外器件構(gòu)成一個(gè)時(shí)鐘產(chǎn)生電路，CPU的所有操作均在時(shí)鐘脈沖下同步進(jìn)行。片內(nèi)振蕩器的振蕩頻率非常接近晶振頻率，～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～33pF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。在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器，就構(gòu)成了內(nèi)部震蕩方式，內(nèi)部震蕩方式所得的時(shí)鐘信號(hào)比較穩(wěn)定，實(shí)用電路中使用較多。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生震蕩時(shí)鐘脈沖。： 晶振電路外部振蕩信號(hào)由X2引入，X1和X2：片內(nèi)振蕩電路輸入、輸出引腳，這兩個(gè)端子用來(lái)外接石英晶體和微調(diào)電容。在石英晶體的兩個(gè)管腳加交變電場(chǎng)時(shí)，它將會(huì)產(chǎn)生一定頻率的機(jī)械變形，而這種機(jī)械振蕩又會(huì)產(chǎn)生交變電場(chǎng)，上述物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。一般情況下，無(wú)論是機(jī)械振動(dòng)的振幅，還是交變電場(chǎng)的振幅都非常小。但是，當(dāng)交變電場(chǎng)的頻率為某一特定值時(shí)，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有頻率，也稱諧振頻率，即用來(lái)連接89C51片內(nèi)OSC的定時(shí)反饋回路。石英晶振起振后要能在X2線上輸出一個(gè)3V左右的正弦波，以便使MCS51片內(nèi)的OSC電路按石英晶振相同頻率自激振蕩。～16 MHz，典型值為12 MHz。電容C5，C6可以幫助起振，典型值為33 pF，調(diào)節(jié)它們可以達(dá)到微調(diào)fosc的目的。 元器件的選擇 AT89C51簡(jiǎn)介AT89C51美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（EPROM）和 128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM), 兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元。AT89C51提供4K字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O端口，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,5個(gè)向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，2個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)AT89C51可降至0HZ的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM、定時(shí)計(jì)數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位. [1] AT89C51的管腳圖設(shè)計(jì)中單片機(jī)采用AT89C51型，它是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能CMOS 8位微處理器，該器件存儲(chǔ)器制造技術(shù)與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令集和輸出管腳相兼容，由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微 控制器。AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。：與MCS51 兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年全靜態(tài)工作：0Hz24Hz三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定1288位內(nèi)部RAM32個(gè)可編程I/O線兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器5個(gè)中斷源 可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 ：VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：作為I/O引腳使用時(shí)，P0口是漏級(jí)開(kāi)路雙向口，向P0口鎖存器寫入1時(shí)，I/O引腳將懸空，是高阻輸入引腳；在讀寫外部存儲(chǔ)器時(shí)，P0口作低8位地址/數(shù)據(jù)總線。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。 P1口：內(nèi)部帶有弱上拉的準(zhǔn)雙向I/O口，作輸入引腳使用前，先向 P1口鎖存器寫入1，使P1口引腳被上拉至高電平。、還具有第二輸入/輸出功能：T2（）——定時(shí)器T2的計(jì)數(shù)輸入端或定時(shí)器T2的時(shí)鐘輸出端。T2EX（）——定時(shí)器T2的外部觸發(fā)輸入端。 P2口：內(nèi)部帶有弱上拉的準(zhǔn)雙向I/O口，作輸入引腳使用前，先向 P2口鎖存器寫入1，使P2口引腳被上拉至高電平。在讀/寫外部存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出高8位地址信號(hào)A15～A8。P3口：內(nèi)部帶有弱上拉的準(zhǔn)雙向I/O口，作輸入引腳使用前，先向 P2口鎖存器寫入1，使P2口引腳被上拉至高電平。 P3口除了可作為一般I/O引腳使用外，還具有第二輸入/輸出功能： RXD（）——串行數(shù)據(jù)接收（輸入）端 TXD（）——串行數(shù)據(jù)發(fā)送（輸出）端 /INT0（）——外中斷0輸入端 /INT1（）——外中斷1輸入端 T0（）——定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0的外部輸入端 T1（）——定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1的外部輸入端 /WR（）——外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號(hào)，低電平有效 /RD（）——外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)，低電平有效 RST：復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。 ALE：低8位地址鎖存信號(hào)。在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，用ALE下降沿鎖存從P0口輸出的低8位地址信息A7～A0，以便隨后將P0口作為數(shù)據(jù)總線使用。在正常情況下ALE輸出信號(hào)恒定為