【正文】 方面，隨著人們生活質(zhì)量的提高，酒店廠房及家庭生活中都會(huì)見到 空調(diào) 的影子， 它 將 會(huì) 更好的服務(wù)于社會(huì) 。 而本次設(shè)計(jì) 是 以 MCS51系列單片機(jī)為控制核心，實(shí)現(xiàn)空調(diào)機(jī)溫度控制 器 的設(shè)計(jì)。通過1 緒 論 2 理論聯(lián)系實(shí)際的方法，是所學(xué)知識(shí)通過自己設(shè)計(jì)思考真正應(yīng)用到實(shí)踐中，對電子電路設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)有較為深刻的認(rèn)識(shí)和理解。不僅能鞏固自己的 C語言和單片機(jī)基礎(chǔ) ，而且對智能化、自動(dòng)化控制系統(tǒng)有一個(gè)更深入的了解，拓寬知識(shí)面，積累系統(tǒng)編程的經(jīng)驗(yàn) 。而一般的使用者根本就不會(huì)在意是怎么控制，而是希望控制能更簡單，因此空調(diào)的智能化、自動(dòng)化設(shè)計(jì)就是必要的，以求以最簡單易懂的作界面和作方法達(dá)到人們需要的結(jié)果。 經(jīng)過智能化、自動(dòng)化設(shè)計(jì)的空調(diào)，可以減少大量管理工作環(huán)境的人員，也節(jié)省大量的能源。 課題 功能 本課題 是采用以 89S52 為控制核心的單片機(jī)控制系統(tǒng)，尤其對 空調(diào) 溫度控制，它可達(dá)到模擬控制所達(dá)不到的控制效果，并且可實(shí)現(xiàn)顯示、鍵盤設(shè)定等多種功能。 單片機(jī)系統(tǒng)將輸出相應(yīng)的邏輯電平，經(jīng)驅(qū)動(dòng)后控制輸出電路通過串口與 LCD 相連，然后顯示實(shí)時(shí)溫度?；趩纹瑱C(jī)的空調(diào)控制系統(tǒng) 3 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 該系統(tǒng) 通過溫度傳感器 DS18B20 對空氣進(jìn)行溫度采集，將采集到的溫度信號(hào)傳輸給單片機(jī)，再由單片機(jī)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(dòng)空調(diào)機(jī)的加熱或降溫循環(huán)對空氣進(jìn)行處理，從而模擬實(shí)現(xiàn)空調(diào)溫度控制單元的工作情況。 圖 21 系統(tǒng) 硬件 電路框圖 AT 89S52 單片機(jī) 最小 系統(tǒng) 由于空調(diào)溫度控制器的核心就是單片機(jī)，單片機(jī)的選擇將直接關(guān)系到控制系統(tǒng)的工作是否有效和協(xié)調(diào)。 89S52 包含了 8 位 CPU，片內(nèi)振蕩器， 8K字節(jié) ROM,256 字節(jié) RAM,2 個(gè) 16 位定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，中斷結(jié)構(gòu)， I/O 接口等。 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開的形式，即哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計(jì)算機(jī)廣泛使用的程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合二為一89S52 輸入部分 輸出部分 制冷 驅(qū)動(dòng)控制 加熱 驅(qū) 動(dòng)控制 DS18B20溫度傳感器 空氣 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 4 的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓 (PrINCeton)結(jié)構(gòu)。 圖 22 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖 單片機(jī) 功能特性 AT89S52 是一種帶 8K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。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 AT89S52 是一種高效微控制器，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。空閑模式下， CPU停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。 圖 23 AT89S52引腳結(jié)構(gòu) 基于單片機(jī)的空調(diào)控制系統(tǒng) 5 管腳說明 VCC：供電電壓。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出4TTL 門電流。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。當(dāng) P3 口寫入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng) 89S52 通電，時(shí)鐘電路開始工作，在 RESET 引腳上出現(xiàn) 24 個(gè)時(shí)鐘 周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。 RESET 由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從 0000H 地址開始執(zhí)行程序。 表 21 特殊功能寄存器初始狀態(tài) 特殊功能寄存器 初始態(tài) 特殊功能寄存器 初始態(tài) ACC 00H B 00H PSW 00H SP 07H DPH 00H TH0 00H DPL 00H TL0 00H 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 6 IP 00000B TH1 00H IE 00000B TL1 00H TMOD 00H TCON 00H SCON xxxxxxxxB SBUF 00H P0P3 1111111B PCON 0xxxxxxxB 復(fù)位電路： 圖 24 89S52 復(fù)位電路 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在平時(shí)， ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。然 而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE脈沖。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是ALE 才起作用。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。 EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程 序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V編 程電源（ VPP）。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2 應(yīng)不接。 芯片擦除：整個(gè) PEROM 陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成。 此外， AT89S52 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。但 RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。 串口輸出電路 AT89S52 內(nèi)部有一個(gè)可編程全雙工串行通信接口，它具有 UART 的全部功能，該接口不僅可以同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，也可做同步移位寄存器使用。 AT89S52 串行口 AT89S52 內(nèi)部有兩個(gè)獨(dú)立的接收、發(fā)送緩沖器 SBUF， SBUF 屬于特殊功能寄存器。 發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，是由一條寫發(fā)送緩沖器的指令（ MOV SBUF， A）把數(shù)據(jù)寫入串行口的發(fā)送緩沖器 SBUF 中，然后從 TXD 端一位一位地向外部發(fā)送。 AT89S52 串行的工作方式 方式 0 用于擴(kuò)展 I/O 口輸出 和輸入 方式 1 收發(fā)雙方都是工作在方式 1 下，此時(shí)，串行口為波特率可調(diào)的 10 位通用異步接口UART，發(fā)送或接收一幀信息，包括 1 位起始位 0， 8 位數(shù)據(jù)位和 1 位停止位 1。發(fā)送或接收一幀數(shù)據(jù)包括 1 位起始位 0， 8 位數(shù)據(jù)位， 1 位可編程位 (用于奇偶校驗(yàn) )和 1 位停止位 1。 AT89S52 串行口的波特率 在串行通信中，收發(fā)雙方對傳送的數(shù)據(jù)速率即波特率要有一定的約定。其中方式 0 和方式 2 的波特率是固定的，方式 1 和方式 3 的波特率可變，由定時(shí)器 T1 的溢出率決定，下表列出了各種常用 的波特率及獲得辦法。 表 22 定時(shí)器 T1產(chǎn)生的常用波特率 波特率 FOSC SM OD C 模式 初始值 方式 0： 1MHz 12 MHz 12 MHz 12 MH 方式 2： 375K 12 MHz z 12 z 12 2 2 FFH FDH 方式 3： 110 MHz 6MHz 12 MHz 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 2 2 2 2 2 1 FDH FAH F4H E8H 1DH 72H FEEBH 單片機(jī)串口通信電路 這是進(jìn)行全雙工通信所必須的最少線路。常用的有 MC148 MC1489 和 MAX232。由于單片機(jī)的串行口的電平信號(hào)為單極型碼，而 MAX 232 串行通信的信號(hào)碼型為雙極型的所以得在他們的連線之間追加MAX232，雖然也可以用幾個(gè)三極管進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)換，但是還是用專用芯片更簡單可靠。這是最簡單的連接方法，但是對我們來說已經(jīng)足夠使用了，電路如 27 所示， MAX232 的第 10 腳和單片機(jī)的 11 腳連接，第 9 腳和單片機(jī)的 10 腳連接，第 15 腳和單片機(jī)的 20 腳連接。 Dallas 半導(dǎo)體公司的單線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 是世界上第一片支持 “ 一線總線 ” 接口的溫度傳感器。 DS18B20 支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為 55176。C，在 10~+85176。176。現(xiàn)場溫度直接以“一線總線 ”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，支持 3V~， DS18B20可以程序設(shè)定 9~12 位的分辨率，精度為 177。C。既可用它組成單路溫度測量裝置，也可用它組成多路溫度測量裝置，文章介紹的單路溫度測量裝置已研制成產(chǎn)品 ,產(chǎn)品經(jīng)測試在 10℃ ~70℃ 間測得誤差為 ℃ ,80℃ ≤T≤105℃ 時(shí)誤差為 ℃ ,當(dāng) T105℃ 誤差為增大 到 1℃ 左右。 工作電壓為 是 RXD TXD 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 10 ～ ， 32引腳 QFN封裝 (55mm)，工作于 433/868/915MHz三個(gè) ISM(工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué) )頻道，頻道之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間小于 650us。此外，其功耗非常低，以 10dBm的輸出功率發(fā)射時(shí)電流 只有 11mA， 工作于接收模式時(shí)的電流為 ，內(nèi)建空閑模式與關(guān)機(jī)模式，易于實(shí)現(xiàn)節(jié)能。 經(jīng)過無線傳輸后，溫度數(shù)據(jù)信息將在 1602液晶顯示芯片上進(jìn)行顯示， 1602液晶顯示芯片 采用標(biāo)準(zhǔn) 14腳接口，其中 VSS為地電源， VDD接 5V正電源， V0為對比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對比度最弱，接地電源時(shí)對比度最高，對比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè) 10K電位器調(diào)整對比度。 RW為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。 E端為使能端，當(dāng) E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。 本系統(tǒng)的溫度采集與顯示，無線的傳輸與對比均由 單片機(jī) 89S52來控制完成。顯而易見，這種單片機(jī)對開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時(shí)間也大大縮短。 首先，打開電源后，本系統(tǒng)由單片機(jī) 89S52向單線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20芯片發(fā)出指令進(jìn)行測溫， DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成： 64位光刻 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH和 TL、配置寄存器。 DS18B20高速暫存器共 9個(gè)存儲(chǔ)單元，如表 21所示： 表 23 DS18B20高速暫存器共存儲(chǔ)單元 序號(hào) 寄存器名稱 作用 序號(hào) 寄存器名稱 0 溫度低字節(jié) 以 16位補(bǔ)碼形式存放 5 保留字節(jié) 2 1 溫度高字節(jié) 同上 6 計(jì)數(shù)器余值 2 TH/用戶字節(jié) 1 存放溫度上限 7 計(jì)數(shù)器 /℃ 3 HL/用戶字節(jié) 2 存放溫度下限 8 CRC 光刻 ROM中的 64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是該 DS18B20的地址序列碼。DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以 12位轉(zhuǎn)化為例 用 16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以 ℃ /LSB形式表達(dá)，其中 S為符號(hào)位。 表 24 十六位符號(hào)擴(kuò)展二進(jìn)制補(bǔ)碼 高 8位 S S S S S 26 25 24 低 8位 23 22 21 20 21 22 23 24 DS18B20溫度傳感器的存儲(chǔ)器： DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速 暫存 RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的 E2RAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器 TH、 TL和結(jié)構(gòu)寄存器。第三個(gè)和第四個(gè)字節(jié)是 TH、 TL的易失性拷貝，第五個(gè)字節(jié)是結(jié)構(gòu)寄存器的易失性拷貝，這三個(gè)字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第九個(gè)字節(jié)是冗余檢驗(yàn)字節(jié)。在DS18B20出廠時(shí)該位被 設(shè)置為 0。復(fù)位要求主 CPU將數(shù)據(jù)線下拉 500微秒，然后釋放， DS18B20收到信號(hào)后等待 16～ 60微秒左右，后發(fā)出 60～ 240微秒的存在低脈沖，主 CPU收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電， I/O口線要接 5KΩ左右的上拉電阻。1/4℃ ； 校準(zhǔn)方式：直接用攝氏溫度校準(zhǔn)； 封裝：密封 TO46 晶體管封裝或塑料 TO92 晶體管封裝； 使用溫度范圍： 55～ +150℃ 額定范圍。 LCD 液晶顯示 顯示特性 (1) STN 正視反射模式 。 (3) 顯示角度 :6 點(diǎn)鐘直視 。 (2) 電陣 :122 32點(diǎn) 。 (4) 點(diǎn)間距 :(W) (H) (MM) 表 26 引腳說明 管腳號(hào) 管腳名稱 LEVER 管腳功能