【正文】 接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 基于單片機(jī)的空調(diào)溫度控制器設(shè)計(jì)摘 要設(shè)計(jì)了基于AT89C52的高精度家用空調(diào)溫度控制系統(tǒng)，系統(tǒng)硬件主要由電源電路、溫度采集電路（DS18B20）、鍵盤(pán)、顯示電路、輸出控制電路及其他輔助電路組成；軟件采用8051C語(yǔ)言編程；該系統(tǒng)可以完成溫度的顯示、溫度的設(shè)定、空調(diào)的控制等多項(xiàng)功能。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；DS18B20；溫度檢測(cè)；顯示目錄1 設(shè)計(jì)目的及要求 1 設(shè)計(jì)目的和意義 1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 12 硬件電路設(shè)計(jì) 2 總體方案設(shè)計(jì) 2 功能模塊電路設(shè)計(jì) 3 單片機(jī)的選型 3 振蕩電路設(shè)計(jì) 5 復(fù)位電路設(shè)計(jì) 5 鍵盤(pán)接口電路設(shè)計(jì) 6 溫度測(cè)量電路設(shè)計(jì) 6 系統(tǒng)顯示電路設(shè)計(jì) 7 輸出控制電路設(shè)計(jì) 8 總電路設(shè)計(jì) 8 系統(tǒng)所用元器件 93 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 軟件系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 10 軟件流程圖設(shè)計(jì) 104 系統(tǒng)調(diào)試 125 總結(jié) 13 本系統(tǒng)存在的問(wèn)題及改進(jìn)措施 13參考文獻(xiàn) 14附錄1：系統(tǒng)的源程序清單 15附錄2：系統(tǒng)的PCB圖 39 1 設(shè)計(jì)目的及要求 設(shè)計(jì)目的和意義21世紀(jì)的人們生活質(zhì)量不斷提高，同時(shí)也對(duì)高科技電子產(chǎn)業(yè)提出了更高的要求，為了使人們生活更人性化、智能化。我設(shè)計(jì)了這一基于單片機(jī)的空調(diào)溫度控制系統(tǒng)，人們只有生活在一定的溫度環(huán)境內(nèi)才能長(zhǎng)期感覺(jué)舒服，才能保證不中暑不受凍，所以對(duì)室內(nèi)溫度要求要高。對(duì)于不同地區(qū)空調(diào)要求不同，有的需要升溫，有的需要降溫。一般都要維持在21~26176。C。目前，雖然我國(guó)大量生產(chǎn)空調(diào)制冷產(chǎn)品，但由于我國(guó)人口眾多，需求量過(guò)盛，在我國(guó)的北方地區(qū)，還有好多家庭還沒(méi)有安裝有效地室內(nèi)溫控系統(tǒng)。溫度不能很好的控制在一定的范圍內(nèi)，夏天室內(nèi)溫度過(guò)高，冬天溫度過(guò)低，這些均對(duì)人們正常生活帶來(lái)不利的影響，溫度、濕度均達(dá)不到人們的要求。以前溫度控制主要利用機(jī)械通風(fēng)設(shè)備進(jìn)行室內(nèi)、外空氣的交換來(lái)達(dá)到降低室內(nèi)溫度，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫度適宜人們生活。以前通風(fēng)設(shè)備的開(kāi)啟和關(guān)停，均是由人手動(dòng)控制的，即由人們定時(shí)查看室內(nèi)外的溫度、濕度情況，按要求開(kāi)關(guān)通風(fēng)設(shè)備，這樣人們的勞動(dòng)強(qiáng)度大，可靠性差，而且消耗人們體力，勞累成本過(guò)高。為此，需要有一種符合機(jī)械溫控要求的低成本的控制器，在溫差和濕度超過(guò)用戶設(shè)定值范圍時(shí)，啟動(dòng)制冷通風(fēng)設(shè)備，否則自動(dòng)關(guān)閉制冷通風(fēng)設(shè)備。鑒于目前大多數(shù)制冷設(shè)備現(xiàn)在狀況，我設(shè)計(jì)了一款基于MCS51單片機(jī)的空調(diào)溫度控制系統(tǒng)。 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求系統(tǒng)要求利用單片機(jī)設(shè)計(jì)一空調(diào)溫度控制器，能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)并顯示室溫，能夠利用鍵盤(pán)設(shè)定溫度，并且和室溫進(jìn)行比較，當(dāng)室溫低于設(shè)定溫度時(shí)，系統(tǒng)能夠驅(qū)動(dòng)加熱系統(tǒng)工作，當(dāng)室溫高于設(shè)定溫度時(shí)，系統(tǒng)能夠驅(qū)動(dòng)制冷系統(tǒng)工作，當(dāng)兩者溫度相等時(shí)，不做動(dòng)作。2 硬件電路設(shè)計(jì) 總體方案設(shè)計(jì)空調(diào)溫度控制系統(tǒng)，主要要完成對(duì)溫度的采集、顯示以及設(shè)定等工作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)的控制。傳統(tǒng)采用鉑電阻充當(dāng)測(cè)溫器件的方案，雖然其中段測(cè)量線性度好，精度較高，但是測(cè)量電路的設(shè)計(jì)難度高 ，且測(cè)量電路系統(tǒng)龐大，難于調(diào)試 ，而且成本相對(duì)較高。鑒于上述原因，本系統(tǒng)采用DS18B20充當(dāng)測(cè)溫器件。外部溫度信號(hào)經(jīng) DS18B20將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成8位的數(shù)字信號(hào)， 通過(guò)并 口傳送到單片機(jī)系統(tǒng)( AT89C52) 。單片機(jī)系統(tǒng)將接收的數(shù)字信號(hào)譯碼處理，通過(guò)LCD1602將溫度顯示出來(lái)，同時(shí)單片機(jī)系統(tǒng)還將完成鍵盤(pán)掃描 、按鍵溫度設(shè)定、超溫報(bào)警等程序的處理 ，將處理的溫度信號(hào)與系統(tǒng)設(shè)定溫度值比較，形成可以控制空調(diào)制冷、制熱與停止工作三種工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)空調(diào)的智能化。另外，鍵盤(pán)輸入方面，采用了軟件來(lái)修正誤操作輸入 ，即輸入的溫度范圍必須在系統(tǒng)硬件所確定的范圍內(nèi)，直接降低由于誤操作帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，提高了系統(tǒng)的可靠性 ，體現(xiàn)了人性化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則。系統(tǒng)的整體框圖如圖1所示：圖1 系統(tǒng)整體框圖 功能模塊電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)的選型由于本系統(tǒng)只需要單片機(jī)完成矩陣鍵盤(pán)檢測(cè)以及處理DS18B20送來(lái)的溫度數(shù)據(jù)并送LCD1602進(jìn)行顯示對(duì)于I/O資源以及處理速度無(wú)特殊要求，故選擇ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C52單片機(jī)，AT89C52增加了在線調(diào)試功能，即程序可以通過(guò)JTAG接口下載，調(diào)試和固化，因而該芯片的開(kāi)發(fā)不再需要昂貴的硬件仿真器，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)仿真，所有的資源都可以為用戶所使用，可以在線編程或在系統(tǒng)編程，更進(jìn)一步地說(shuō)，在線編程或在系統(tǒng)編程是開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)具有了通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級(jí)、維護(hù)的潛在功能。AT89C52的性能及特點(diǎn)[1]：l 與MCS51系列單片機(jī)兼容。l 片內(nèi)有8K可在線重復(fù)編程的快速內(nèi) 存可擦寫(xiě)存儲(chǔ)器（Flash Memory）。l 存儲(chǔ)器可循環(huán)寫(xiě)入/擦寫(xiě)10000次以上。l 存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)保存時(shí)間為10年以上。l 寬工作電壓范圍：。l 全靜態(tài)工作：可從0Hz24MHz。l 程序存儲(chǔ)器具有三級(jí)加密保護(hù)。l 256字節(jié)的內(nèi)部RAM。l 32條可編程I/O口線。l 三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。l 中斷結(jié)構(gòu)具有5級(jí)（6級(jí)）中斷源和兩個(gè)優(yōu)下級(jí)。l 可編程全雙工串行通訊。l 空閑維持低功耗和掉電狀態(tài)保護(hù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。 AT89C52引腳圖如圖2所示。圖2 AT89C52引腳圖VCC: +5V電源輸入GND：接地P0口是一個(gè)雙向8位三態(tài)I/O口，每個(gè)口可獨(dú)立控制。使用時(shí)需外接上拉電阻。P1口是一個(gè)準(zhǔn)雙向8位I/O口，它的功能是單一的，只能用作數(shù)據(jù)的輸入或者輸出。P2口是一個(gè)準(zhǔn)雙向8位I/O口，輸出時(shí)。當(dāng)該接口用做數(shù)據(jù)輸入接口是，應(yīng)先向該位寫(xiě)1，然后，讀該位即可讀入輸入數(shù)據(jù)。P3口是具有第二功能的準(zhǔn)雙向8位I/O口。ALE/PROG：地址所存/編程信號(hào)線。當(dāng)P0口工作在第二功能時(shí)從該端口可復(fù)用工作，某時(shí)刻該端口可以送出地址信號(hào)A0~A7，而另外的時(shí)刻該端口傳送的是數(shù)據(jù)信號(hào)D0~D7。利用ALE可以將地址信號(hào)A0~A7鎖存到地址鎖存器。/VPP：該控制信號(hào)線也具有雙重功能，是允許訪問(wèn)片外ROM/編程高電壓引線。：程序存儲(chǔ)器允許輸出控制端，常用作片外ROM的讀控制信號(hào)，低電平有效。RESET：復(fù)位引腳，當(dāng)該端加上超過(guò)24個(gè)時(shí)鐘周期的高電平時(shí)，可是8051復(fù)位。XX2：外接時(shí)鐘引腳。X1為片內(nèi)振蕩電路的輸入端，X2為片內(nèi)振蕩電路的輸出端。 振蕩電路設(shè)計(jì)AT89C52內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成片內(nèi)振蕩器的高增益反相放大器, 振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)送到CPU, 作為CPU的時(shí)鐘信號(hào),驅(qū)動(dòng)CPU產(chǎn)生執(zhí)行指令功能的機(jī)器周期。引腳XTAL1和XTAL2是此放大器的輸人端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起可構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器, 振蕩電路的連接如圖所示圖8所示，外接石英晶體或陶瓷諧振器以及電容C1和C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路, 接在放大器的反饋回路中。對(duì)外接電容C1和C2的值雖然沒(méi)有嚴(yán)格的要求, 但電容的大小多少會(huì)影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振圈內(nèi)部振蕩的接法的快速性和溫度穩(wěn)定性。外接石英晶體時(shí), C1和C2一般取（40pF10pF），外接的是石英晶體, 所以，CC2選擇標(biāo)稱值30pF。系統(tǒng)振蕩電路如圖3所示。圖3 振蕩電路 復(fù)位電路設(shè)計(jì)單片機(jī)復(fù)位是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個(gè)確定的初始狀態(tài), 并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。無(wú)論是在單片機(jī)剛開(kāi)始接上電源時(shí), 還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復(fù)位。89系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從RST引腳輸人到芯片的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí), 且振蕩器穩(wěn)定后, 如果RST引腳有一個(gè)高電平并維持2個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)振蕩周期）, 則CPU就可響應(yīng)并且將系統(tǒng)復(fù)位。復(fù)位分為手動(dòng)復(fù)位和上電復(fù)位。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用的是上電自動(dòng)復(fù)位。系統(tǒng)復(fù)位電路如圖4所示。圖4 復(fù)位電路 鍵盤(pán)接口電路設(shè)計(jì)獨(dú)立鍵盤(pán)與單片機(jī)連接時(shí)，每個(gè)按鍵都需要單片機(jī)的一個(gè)I/O口，若單片機(jī)系統(tǒng)需要較多按鍵，如果用獨(dú)立按鍵會(huì)占用過(guò)多的I/O口資源。單片機(jī)系統(tǒng)中I/O口資源往往比較寶貴，當(dāng)用到多個(gè)按鍵時(shí)，為了節(jié)省I/O口線，一般需使用矩陣鍵盤(pán)。本系統(tǒng)共需使用16個(gè)按鍵，故選擇的矩陣鍵盤(pán)。鍵盤(pán)接口電路如圖5所示。圖5 鍵盤(pán)接口電路 溫度測(cè)量電路設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)的溫度測(cè)量電路采用DS18B20來(lái)實(shí)現(xiàn)。DS18B20是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司推出的第一片采用“一線總線”接口的溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾、能力強(qiáng)、易配微處理器等優(yōu)點(diǎn)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)供處理器處理。DS18B20的性能及特點(diǎn)[2]：l 適應(yīng)電壓范圍寬，電壓范圍在，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。l 獨(dú)特的單線接口方式，它與微處理器連接時(shí)僅需一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通信。l 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫。l 在使用中不需要任何外接元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路里。l 測(cè)溫范圍55℃+125℃，在10℃+85℃時(shí)精度為177?！?。l 可編程分辨率為912位，℃，℃，℃℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫。l 在9位分辨率時(shí)，；12位分辨率時(shí)，最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字。l 測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以“一線總線”串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力。l 負(fù)壓特性。電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。系統(tǒng)溫度測(cè)量電路如圖6所示。圖6 溫度測(cè)量電路 系統(tǒng)顯示電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用LCD1602作為系統(tǒng)的顯示器件，1602字符型液晶是一種專門(mén)用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊，能分兩行顯示，它有若干個(gè)或者等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。1602型液晶接口信號(hào)如下：l 1腳VSS：電源地。l 2腳VDD：電源正極。l 3腳VO：液晶顯示對(duì)比度調(diào)節(jié)端。l 4腳RS：數(shù)據(jù)/命令選擇端（H/L)。l 5腳R/：讀寫(xiě)選擇端（H/L）。l 6腳E：使能信號(hào)。l 腳：數(shù)據(jù)口。l 15腳BL1：背光電源正極。l 16腳BL2：背光電源負(fù)極。系統(tǒng)顯示電路如圖7所示。圖7 系統(tǒng)顯示電路 輸出控制電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)要求在當(dāng)前室溫低于設(shè)定溫度時(shí)，能夠自動(dòng)驅(qū)動(dòng)加熱系統(tǒng)工作 ；在當(dāng)前室溫高于設(shè)定溫度時(shí)能夠自動(dòng)驅(qū)動(dòng)制冷系統(tǒng)工作。本系統(tǒng)在復(fù)位后即置P2^6腳和P2^7腳為低電平，在當(dāng)前室溫低于設(shè)定溫度時(shí)，通過(guò)置P2^7腳為高電平來(lái)驅(qū)動(dòng)后級(jí)加熱系統(tǒng)，本系統(tǒng)采用紅色LED來(lái)代替加熱系統(tǒng)；在當(dāng)前室溫高于設(shè)定溫度時(shí)，通過(guò)置P2^6腳高電平來(lái)驅(qū)動(dòng)后級(jí)制冷系統(tǒng)，本系統(tǒng)采用藍(lán)色LED來(lái)代替制冷系統(tǒng)。輸出控制電路如圖8所示。圖8 輸出控制電路 總電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)總電路圖如圖9所示。圖9 系統(tǒng)總電路圖 系統(tǒng)所用元器件本系統(tǒng)所用的元器件清單如表1所示。 表1 系統(tǒng)所用元器件元器件名稱數(shù)量點(diǎn)觸式開(kāi)關(guān)1630pF瓷片電