基于-MCS-51单片机空调温度控制器设计和开发.doc

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摘要1
关键词1
第2章系统总体设计方案1
1.1 课题背景1
1.2空调温控器的功能设计2
第3章系统硬件设计2
2.1 单片机2
2.2 A/D转换电路3
2.2.1 ADC0801介绍3
2.2.2 A/D转换电路工作原理3
2.3 温度采样电路4
2.3.1 AD590型温度传感器4
2.3.2 温度采样工作原理4
2.4按健开关5
2.5温度显示电路5
2.5.1 LED驱动5
2.5.2 温度显示工作原理6
2.6压缩机驱动电路6
第4章系统软件设计7
3.1软件设计思路7
3.2程序流程7
3.3 程序容编写8
第5章结论11
致12
参考文献12
英文翻译12
附录13

基于单片机的空调温度控制器

摘要本控制电路是以8051单片机为控制核心。整个系统硬件局部包括温度采样电路，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根本功能。本控制电路本钱低廉，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；接着软件局部的设计；最后实现功能。

关键词8051单片机温度控制 LED数码显示

第1章 系统总体设计方案

1.1 课题背景
电子技术的开展，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科学研究得到了质的飞跃，那么单片机技术的出现那么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，其作用也表达到了各个方面，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，温度控制将更好的效劳于社会.而今，空调等家用电器随着生产技术的开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系列单片机为控制核心，实现空调机温度控制器的设计。
1.2空调温控器的功能设计
通过温度传感器对空气进展温度采集，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，并比拟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展处理，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：

温度采样电路

8051
8段译码器

8段译码器
数码管
数码管
按键电路
驱动电路
A/D转换电路
时钟

图1 空调机温度控制系统框图

第2章 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，片振荡器，4K字节ROM,128字节RAM,2个16位定时器，计数器，中断构造，I/O接口等。可进展计算，定时等一系列功能。
2.2 A/D转换电路
2.2.1 ADC0801介绍
ADC0801是8位全MOS中速A/D 转换器、它是逐次逼近式A/D 转换器，片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：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，说明A/D转换器被选中，可启动。
〔6〕WR：写信号输入，承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：转换完毕输出信号，低电平有效，输出低电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。允许围为10-1280KHZ，典型值为640KHZ，此时，A/D转换时间为10us。通常由MCS—51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，假设单片外接的晶振为6MHZ，那么1/6为1MHZ，A/D转换时间为64us。
2.2.2 A/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，用以承受单极性、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WR上升沿后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，表示本次转换已完毕。如CS、RD同时来低电平，那么数据锁存器三态门翻开，数
字信号送出，而在RD高电平到来后三态门处于高阻状态 。

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，要进展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：
(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的测温围为-55℃～+150℃；
(3) AD590的电源电压围为4V～30V；
2.3.2 温度采样工作原理
因为AD590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，同时对电压信号进展放大后输入A/D转换ADC0801的VI-端口。
电流转化为电压表达式如下：
(2)
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：
(3)
最后由(1),(2),(3)得到：
〔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34oC，每按一次设定温度将减小1oC，直至最低设定温度20oC，再按一次回到34oC。
2.5温度显示电路
2.5.1 LED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:7段LED数码输出引脚。
〔2〕AB，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-QG接BCD的a-g,段选信号由8051的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。

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顿。
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，有比拟高的电流容量，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，有一个输出端为高电平，就为高电平。

图2.4 压缩机驱动电路

第3章 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，温度控制在中断效劳程序中完成，即每隔一段时间比照测量温度与设定温度之间的大小关系，根据比照结果给出控制信号，令压缩机的运行或停顿，实现温度调控。
3.2 程序流程
主程序流程图如图3.1所示
中断效劳程序流程图3.2所示。

开场
系统初始化
启动定时器
启动A/D转换
设置温度
要设置温度吗？
是否完成A/D转换？
读入A/D转换结果
显示处理
Y
N
Y
N

图3.1主程序流程图

保护现场
重装定时初值
设定温度≥测量温度？
令压缩机工作
令压缩机停顿工作
中断返回
Y
N

图3.2定时器中断效劳子程序
图3.2 中断效劳程序流程图
3.3 程序容编写
ORG 0000H
JMP START1 ;
ORG 000BH ; 定时器/计数器0溢出中断
JMP TIM0 ; 转中断程序
START1: MOV TMOD,#01H; 设定定时器0工作方式1
MOV TH0 , #HIGH(65536-50000); 设定初值
MOV TL0,#LOW(65536-50000);
SETB TR0; 启动定时器0
MOV IE,#82H; 定时器0开放中断
MOV 24H,#0FFH;
ANL P1,#00H;
MOV R0,#14; 延时
START: MOVX R0,A; 启动A/D转换
WAIT: JNB P2.1,SET0; 检测温度输入
P2.0,ADC;检测转换是否完成
JMP WAIT
ADC: MOVX A,R0; 将转换好的值送入A
LCALL L1;
LCALL DISP;
JMP START
L1: CLR C 清0
MOV 20H,#00H;
MOV 21H,#00H;
MOV R3,#08H; 显示位数
NEXT: RLC A; 将A的容和Cy左移一位，显示准备
MOV R2,A;
MOV A,20H;
ADDC A,20H
DA A; 对A进展十进制调整
MOV 20H,A;
MOV A,21H;
ADDC A,21H
MOV 21H,A;
MOV A,R2;
DJNZ R2,NEXT;R2-1≠0 循环计数
L2: MOV A,20H
ADD A,20H;
DA A;
MOV 20H,A;
MOV A,21H;
ADDC A,21H;
DA A;
MOV 21H,A;
RET
DISP: MOV A,20H;显示程序
ANL A,#0F0H
SWAP A; 交换上下位
MOV 22H,A
MOV A,21H;
ANL A,#0FFH
SWAP A ;
ORL A,22H;
MOV 23H,A
MOV P1,A;
MOV R7,#0FFH;
DJNZ R7,$; 是否显示完
RET
SET0: LCALL DELAY;
JNB P2.1,$;等待按键操作
LCALL DELAY;消除按键抖动
A2: CJNE R0,#0FFH,A1;
MOV R0,#14; 延时
A1: MOV A,R0;
MOV DPTR,#TABLE ; 数据指针指向表头
MOVC A,A+DPTR; 查表
MOV P1,A;
MOV 24H,A;
MOV R5,#4FH;
D4: MOV R7,#0FFH
D2: MOV R6,#0FFH
D1: JNB P2.1,SET1; 有按键按下 转SET1
DJNZ R6,D1
DJNZ R7,D2
DJNZ R5,D4
JMP START;
SET1: LCALL DELAY;
JNB P2.1,$; 等待按键操作
LCALL DELAY; 消除抖动
DEC R0;
JMP A2;
TIM0: PUSH ACC; 保护现场
PUSH PSW
MOV TH0,#HIGH (65536 - 50000); 重装定时初值
MOV TL0,#LOW (65536 -50000)
CLR C ; 进位标志清0
MOV A,24H; 比拟温度
SUBB A,23H;
JNC OFF;
CLR C;
MOV A,24H;
SUBB A,23H;
JNC OFF;
CLR P3.0; 压缩机停顿工作
RETURN: POP PSW
POP ACC
RETI ; 中断返回
OFF: SETB P3.0;驱动 压缩机开场工作
JMP RETURN
DELAY: MOV R7,#60; 延时程序
D3: MOV R6,#248
DJNZ R6,$
DJNZ R7,D3
RET
TABLE: DB 20H,21H,22H,23H,24H;
DB 25H,26H,27H,28H,29H
DB 30H,31H,32H,33H,34H
END

第4章 结论

空调的创造和使用给人们的生活和工作带来了很大的便利。而空调的开展由原来的手动控制逐渐向智能控制开展，现在市场上很多的空调都已经实现了智能控制。空调的核心就是温度控制系统，温度控制系统的核心就是单片机。单片机因为本钱低，功能稳定，而大量应用于各个领域。本论文用MCS-51系列的8051单片机做成空调温度控制器，通过温度采集，A/D转换，CPU控制，然后通过数码管显示等一系列硬件功能和软件功能，共同完成温度的智能控制。由于MCS-51单片机技术成熟，应用广泛，而且比其他单片机简单,通过此单片机做成的空调温度控制器本钱低廉，操作简便，有一定的实用性。但由于本人知识不全面和能力的缺乏，只能对局部温度进展处理，，控制精度不高，节能性能不好，反映速度不快等问题等待解决，离成熟还有一段距离。但通过作毕业设计，让我把所学的知识融会贯穿，对单片机，汇编语言有了更深的理解，同时学到了更多的知识，对自身能力有了很大的提高。
致

在本论文的完成过程中，首先要感我的指导教师赖于树教师，半年来在他的悉心指导和无微不至帮助下，才能顺利完成这次设计。赖教师为论文的课题研究提供了很多指导性意见，对论文的撰写，修改提供了许多具体的指导和帮助。在此，学生衷心表示感：“教师，您辛苦了！〞此外还要感我的同学和寝室兄弟们，是他们在我生活和学习上给予了很多无私的帮助，值此时机，我向你们说声！此外，就要感评阅教师对本论文进展的认真评阅和批评指正。最后，向所有给予我关心和帮助的师长和同学们表示衷心的感！

参考文献

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[4] 王福瑞.单片微机测控系统设计大全[M].：电子工业，2006
[5] 志海.电片机原理及应用[M].：电子工业，2005
[6] 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，2005，6：20-21
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[8]关平，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，2021，27(10)：108-110

英文翻译

Based on SCM air conditioning 51 - MCS intelligent thermostat design and development

CHENG Hou-lin

(Physics and Electronic Engineering Dept.Chongqing Three Gorges University, Wanzhou 404000)

ABSTRACTThis control circuit is 8051 single-chip processor core. The entire system hardware parts including temperature sampling circuit, ZiJiShi A/D converter circuit, drive circuit, buttons, sequential circuits, and 8 section decoder, LED digital display. In coordination with assembly language program that software, air conditioning temperature of the basic function of intelligent transformation. This control circuit cost, function and practical, simple operation, and has certain practical value.
From three aspects, firstly is the description of the hardware circuit, Then the software design, Finally realizing function.

KEY WORDSThe 8051 microcontroller, temperature control, LED digital display

附录

- word.zl