【文章內(nèi)容簡介】 信號之間存在一點的延遲時間，不同結(jié)構(gòu)的觀點耦合器輸入、輸出延遲時間相差很大。 空調(diào)溫度控制單元設(shè)計 13 第三章 硬件單元 本次 設(shè)計總體方案為：選用 89S51 單片機為中央處理器，通過溫度傳感器對空氣進行溫度采集，將采集到的溫度信號傳輸給單片機，再由單片機控制顯示器，并比較采集溫度與設(shè)定溫度是否一致，然后驅(qū)動空調(diào)機的加熱或降溫循環(huán)對空氣進行處理從而模擬實現(xiàn)空調(diào)溫度控制單元的工作情況。 總體方案結(jié)構(gòu)如 圖 。 圖 總體方案結(jié)構(gòu) 實現(xiàn)方案的技術(shù)路線為：用按鈕輸入標準溫度值，用 LED 實現(xiàn)顯示環(huán)境空氣溫度，用驅(qū)動電路控制壓縮機完成加熱和制冷調(diào)節(jié)，用 ISIS 軟件對設(shè)計進行仿真，用匯編語言完成軟件編程 。 硬件各單元方案設(shè)計與選擇 溫度傳感部分 要求對溫度和溫度有關(guān)的參量進行檢測，應(yīng)該考慮用熱電阻傳感器。按照熱電阻的性質(zhì)可以分為半導(dǎo)體熱電阻和金屬熱電阻兩大類，前者通常成為熱敏電阻，后者稱為熱電組。 采用集成溫度傳感器，如常用的 AD590 和 LM35。 AD590 是電流型溫度傳感器。這種器件以電流作為輸出量指示溫度，且是一個二端器件，實用非常方便，作為一種高阻電流源，他不需要嚴格考慮傳輸線上的電壓信號損失和噪聲干擾問題，因此特別適合作為遠距離測量或控制用。另外， AD590 也特別適用于多點 溫度測 量系統(tǒng)，而不必考慮選擇開關(guān)或 CMOS 多路轉(zhuǎn)換開關(guān)所引起的附加電阻造成的誤空調(diào)溫度控制單元設(shè)計 14 差。由于采用了一種獨特的電路結(jié)構(gòu)，并利用最新的薄膜電阻激光微調(diào)技術(shù)校準，使得 AD590 具有很高的精度。并且應(yīng)用電路簡單，便于設(shè)計。 A/D 轉(zhuǎn)換 部分 模 /數(shù)轉(zhuǎn)化器是一種將連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)化成離散的數(shù)字量的一種電路或器件。模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號一般需要經(jīng)過采樣保持和量化編碼兩個過程。針對不同的采樣對象，有不同的 A/D 轉(zhuǎn)化器 (ADC)可供選擇，其中有通用的也有專用的。有些 ADC 還包括有其他功能，在選擇 ADC器件時需要考慮多種 因素，除了關(guān)鍵參數(shù)、分辨率和轉(zhuǎn)換速度之外，還應(yīng)考慮其他因素，如靜態(tài)與動態(tài)精度、數(shù)據(jù)接口類型、控制接口與定時、采樣保持性能、基本要求、校準能力、通道數(shù)量、功耗、實用環(huán)境要求、封裝形式以及與軟件有關(guān)的問題。 ADC 按功能分，可以分為直接轉(zhuǎn)換和非直接轉(zhuǎn)換兩大類，其中非直接轉(zhuǎn)換又有逐次分級轉(zhuǎn)換，積分式轉(zhuǎn)換等類型。 A/D 轉(zhuǎn)換器在實際應(yīng)用時，除了要設(shè)計適當?shù)牟蓸?/保持電路、基準電路和多路模擬開關(guān)等電路外，還應(yīng)根據(jù)實際選擇的具體芯片進行輸入模擬信號極性轉(zhuǎn)換等設(shè)計。 采用逐次逼近式轉(zhuǎn)換器，對于這種轉(zhuǎn)換方式， 通常是用一個比較器輸入信號與作為基準的 N位 DAC 輸出進行比較，并執(zhí)行 N次 1位轉(zhuǎn)換。這種方法類似于天平上用二進制砝碼稱量物質(zhì)。采用逐次逼近寄存器，輸入信號僅與最高位（ MSB）比較，確定 DAC 的最高位 (DAC 滿量程的一半 )。確定后結(jié)果（ 0 或 1）被鎖存，同時加到 DAC 上，以決定 DAC 的輸出（ 0 或 1/2）。 逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器，如 AD0809,其特點是轉(zhuǎn)換速度快，精度也比較高，輸出為二進制碼，直接接 I/O 口，軟件設(shè)計方便。 ADC0809 芯片內(nèi)包含 8 位模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器、 8 通道多路轉(zhuǎn)換器與微控制器兼容的控制邏輯。 8 通道 多路轉(zhuǎn)換器能直接連通 8個單端輸入信號中的任何一個。由于 ADC0809 設(shè)計時考慮到若干種模/數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)的優(yōu)點，所以該芯片非常適合于過程控制、微控制器輸入通道的結(jié)合口電路、智能儀器和機床控制等應(yīng)用場合，并且價格低廉，降低設(shè)計成本。 數(shù)字顯示部分 通常的 LED 顯示器有 7 段或或者 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，相當?shù)亩? 被點亮，相應(yīng)的短被顯示。同樣，共陽極 LED顯示 器的工作原理也一樣。采用移位寄存器擴展 I/O 口，只需要占用 3 個 I/O 口，即數(shù)據(jù)（ DATA）、時鐘（ CLOCK）、空調(diào)溫度控制單元設(shè)計 15 輸出使能（ OUTPUT ENABLE） ,從理論上講就可以無限制地擴展 I/O 口，而且顯示數(shù)據(jù)為靜態(tài)顯示，幾乎不占用 CPU 資源。 采用擴展口后，又能采用靜態(tài)顯示，這樣，既解決了靜態(tài)顯示占用 I/O 口多的問題，也解決了動態(tài)顯示不穩(wěn)定、容易閃爍、占用 CPU 資源過多的問題。 加熱降溫驅(qū)動控制電路 采用開關(guān)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(qū)動電路比較麻煩，調(diào)試也 麻煩，若用現(xiàn)成的固態(tài)繼電器 (其實就是把雙向可控硅和驅(qū)動電路做在一起的 )價格十分昂貴。若用繼電器時要注意器電感的反向電動勢，和開關(guān)觸點對電源的影響，以及開關(guān)脈沖對整個電路的影響等，應(yīng)該 加入必要的防止干擾的措施。 采用光耦合雙向可控硅驅(qū)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，它有輸入和輸出兩部分組成，輸入部分是一種砷化鎵發(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?qū)ā? 光電耦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，光耦合器的發(fā)光二極管是電流的驅(qū)動器件，可以形成電流環(huán)路的傳送形式。由于電流環(huán)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。 鍵盤輸入部分 常用的鍵盤接口分為獨立式按鍵接口和矩陣式鍵盤接口。 采用獨立式按鍵接口，這種方式是各種按鍵相互獨立，每個按鍵各接一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響 其他輸入線上的工作狀態(tài)。因此，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)可以很容易判斷那個按鍵被按下了。 獨立式按鍵電路配置靈活，軟件簡單。但每個按鍵需占用一根輸入口線，在按鍵數(shù)量較多時，需要較多的輸入口線且電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故此種鍵盤適用于按鍵較少或操作速度較高的場合。獨立式按鍵電路按鍵直接與單片機的 I/O口線相接，通過讀 I/O 口，判定個 I/O 口，判定各 I/O 口線的電平狀態(tài)，即可識別出按下的鍵盤。 空調(diào)溫度控制單元設(shè)計 16 單元電路設(shè)計 溫度采集電路 溫度采集系統(tǒng)主要由 AD590、 OP0 ICL8069 組成 ，如圖 所示。 圖 溫度采集電路 A/D 轉(zhuǎn)換電路 選用 89S51 作為中央處理器， A/D 轉(zhuǎn)換器選用 ADC0809，其連接電路如圖 所示。 圖 A/D轉(zhuǎn)換電路 空調(diào)溫度控制單元設(shè)計 17 顯示電路 采用 74LS164 與單片機連接，如圖 所示。 圖 顯示電路 驅(qū)動控制電路 光耦合雙向可控硅驅(qū)動器是一種單片機輸出與雙向可控硅之間較理想的接口器件，它有輸入和輸出兩部分組成，輸入部分為砷化鎵 反光二極管，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。連接電路如下如所示。輸出部分為硅光敏雙向可控硅，在紅外線作用下可雙向?qū)?。該器件為六引腳雙列直插式封裝。 驅(qū)動控制電路如圖 所示。 圖 驅(qū)動控制電路 空調(diào)溫度控制單元設(shè)計 18 鍵盤電路 采用獨立式按鍵設(shè)計，如圖 所示。 圖 鍵盤電路 電源電路 電源也不能小視，每一個系統(tǒng)的電源都不容馬虎，電源雖然簡單，但需要功能可靠，且需要功能可靠， 且每個板子上都有 CBB 電容和高品質(zhì)的 ELNA 電容做退耦，如圖 所示。 圖 電源電路 空調(diào)溫度控制單元設(shè)計 19 第四章 軟件單元 系統(tǒng)軟件設(shè)計說明 在進行微機控制系統(tǒng)設(shè)計時，除了系統(tǒng)硬件設(shè)計外，大量的工作就是如何根據(jù)每個生產(chǎn)對象的實際需要設(shè)計應(yīng)用程序。因此，軟件設(shè)計在微機控制系統(tǒng)設(shè)計中占重要地位。對于本系統(tǒng)，軟件更為重要。 在單片機控制系統(tǒng)中，大體上可分為數(shù)據(jù)處理、過程控制兩個基本類型。數(shù)據(jù)處理包括：數(shù)據(jù)的采集、數(shù)字濾波、標度變換等。過程控制程序主要是使單片機按一定的方法進行計算，然 后再輸出，以便控制生產(chǎn)。 為了完成上述任務(wù)，在進行軟件設(shè)計時，通常把整個過程分成若干個部分，每一部分叫做一個模塊。所謂“模塊”，實質(zhì)上就是所完成一定功能，相對獨立的程序段，這種程序設(shè)計方法叫模塊程序設(shè)計法。 模塊程序設(shè)計法的主要優(yōu)點是： 單個模塊比起一個完整的程序易編寫及調(diào)試； 模塊可以共存，一個模塊可以被多個任務(wù)在不同條件下調(diào)用； 模塊程序允許設(shè)計者分割任務(wù)和利用已有程序，為設(shè)計者提供方便。 本系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，由主程序﹑顯示子程序﹑延時子程序﹑ A/D 轉(zhuǎn)換子程序、鍵盤子程序構(gòu)成。 主程序 流程 本設(shè)計主程序流程如圖 所示。 圖 主程序流程圖 空調(diào)溫度控制單元設(shè)計 20 程序啟動后，首先清理系統(tǒng)內(nèi)存，然后對溫度進行采集并通過 A/D 轉(zhuǎn)換后，傳輸?shù)絾纹瑱C，再由單片機控制顯示設(shè)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(shè)定溫度，然后系統(tǒng)將設(shè)定溫度與現(xiàn)在溫度進行比較，得出結(jié)果后，啟動制冷系統(tǒng)或是加熱系統(tǒng)。 主程序見附錄 A/D 轉(zhuǎn)換子程序 圖 是 A/D 轉(zhuǎn)換子程序流程圖。 圖 A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖 由于 ADC0809 的輸出端帶有三態(tài)鎖存器，因此可以和 T89S51 單片機直接接口。 T89S51 單片機的 PO 口作為復(fù)用數(shù)據(jù)總線，與 ADC0809 數(shù)據(jù)輸出端 DO0— DO7相接。 89S51 的低三位數(shù)據(jù)用于選擇 8 路模擬電壓輸入，但實際上由于只有 1路模擬量，即溫度采集電路中的 IN1， IN0直接與 ADC0809的 IN1,IN0相連。固 A=B=C=0，即均接低電平。 轉(zhuǎn)換開始 10μs后， EOC 端降為低電平，當轉(zhuǎn)換結(jié)束后， EOC 變 為高電平，用中斷的方式通知 89S51 單片機轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束，可以將轉(zhuǎn)換結(jié)果輸入單片機了，89S51 響應(yīng)該中斷后即可在中斷服務(wù)程序中完成轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀入。如果采用查詢法讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，則可將 EOC 信號輸出經(jīng)過一個鎖存器鎖存后再接到 89S51 P0口的某一數(shù)據(jù)線，啟動轉(zhuǎn)換 10μs后， 89S51 不斷對鎖存器的輸出狀態(tài)進行查詢，看是否變?yōu)楦唠娖?。一旦查詢到變?yōu)楦唠娖綍r，即用外部數(shù)據(jù)傳送指令將轉(zhuǎn)換結(jié)空調(diào)溫度控制單元設(shè)計 21 0INT果輸入 ，則 EOC 端可懸空，啟動轉(zhuǎn)換后，89S