基于单片机的空调温度控制器的设计学士学位论文(编辑修改稿)

基于单片机的空调温度控制器的设计学士学位论文(编辑修改稿)内容摘要：

 程序存储器具有三级加密保护。  256 字节的内部 RAM。  32 条可编程 I/O 口线。  三个 16 位定时器 /计数器。  中断结构具有 5 级（ 6 级）中断源和两个优下级。  可编程全双工串行通讯。  空闲维持低功耗和掉电状态保护存储数据。 并且 89C52 单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强、对环境要求不高、价格低廉、可苏州大学本科生毕业设计（论文） 10 靠性高、灵活性好 ,故本系统选择采用 89C52单片机。 图 1 AT89C52 引脚图 VCC: +5V 电源输入 GND：接地 P0 口是一个双向 8 位三态 I/O 口，每个口可独立控制。 使用时需外接上拉电阻。 P1 口是一个准双向 8 位 I/O 口，它的功能是单一的，只能用作数据的输入或者输出。 P2 口是一个准双向 8 位 I/O 口，输出时，从 端口可输出 CPU 写到锁存器上的信号。 当该接口用做数据输入接口是，应先向该位写 1，然后，读该位即可读入输入数据。 P3 口是具有第二功能的准双向 8 位 I/O 口。 ALE/PROG：地址所存 /编程信号线。 当 P0 口工作在第二功能时从该端口可复用工作，某时刻该端口可以送出地址信号 A0~A7，而另外的时刻该端口传送的是数据信号 D0~D7。 苏州大学本科生毕业设计（论文） 11 利用 ALE 可以将地址信号 A0~A7锁存到地址锁存器。 EA /VPP：该控制信号线也具有双重功能，是允许访问片外 ROM/编程高电压引线。 PSEN ：程序存储器允许输出控制端，常用作片外 ROM 的读控制信号，低电平有效。 RESET：复位引脚，当该端加上超过 24 个时钟周期的高电平时，可是 8051 复位。 X X2：外接时钟引脚。 X1 为片内振荡电路的输入端， X2 为片内振荡电路的输出端。 温度传感器的选择 采用热敏电阻式传感器和 ADC0809 转换器进行数据采集。 第四章 硬件电路设计 硬件总体设计方案 (1)该制冷系统由 89C52单片机系统即可实现。 (2)选用热敏电阻式温度传感器和 ADC0809 转换器。 (3)温度设置信号由脉冲电路产生，为简化系统，通过导线分别与单片机 、 引脚相连，以中断方式工作。 (4)利用交流固态继电器控制制冷压缩机工作状态。 (5)两位显示器温度的共阳 LED 七段码由 P0 口驱动。 苏州大学本科生毕业设计（论文） 12 图 2 系统总电路图 温度传感器的设计 本次设计温度传感器由：热敏电阻式传感器和 ADC0809 转换器 （ 1）热敏电阻式传感器： 热敏电阻 式传感器 的阻值一般随温度升高而减小称具有负的温度系数。 由于 导体和半导体的阻值随温度的变化而变化，因此电阻值就对应于外界温度。 图 3 热敏电阻式传感器 苏州大学本科生毕业设计（论文） 13 （ 2） ADC0809 转换器 : 图 4ADC0809 内部结构框图  IN0～ IN7—— 8 路模拟输入，通过 3 根地址译码线 ADDA、 ADDB、 ADDC来选通一路。  D7～ D0—— A/D 转换后的数据输出端，为三态可控输出，故可直接和微处理器数据线连接。 8 位排列顺序是 D7为最高位， D0为最低位。  ADDA、 ADDB、 ADDC—— 模拟通道选择地址信号， ADDA为低位， ADDC为高位。 地址信号与选中通道对应关系如表 1 所示。 地 址 选中通道 苏州大学本科生毕业设计（论文） 14 ADDC ADDB ADDA 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 表 1 地址信号与选中通道的关系  VR(+)、 VR()—— 正、负参考电压输入端，用于提供片内 DAC 电阻网络的基准电压。 在单极性输入时， VR(+)=5V， VR()=0V；双极性输入时， VR(+)、 VR()分别接正、负极性的参考电压。  ALE—— 地址锁存允许信号，高电平有效。 当此信号有效时， A、 B、 C 三位地址信号被锁存，译码选通对应模拟通道。 在使用时，该信号常和 START 信号连在一起，以便同时锁存通道地址和启动 A/D 转换。  START—— A/D 转换启动信号，正脉冲有效。 加于该端的脉冲的上升沿使逐次逼近寄存器清零，下降沿开始 A/D 转换。 如正在进行转换时又接到新的启动脉冲，则原来的转换进程被中止，重新从头开始转换。  EOC—— 转换结束信号，高电平有效。 该信号在 A/D 转换过程中为低电平，其余时间为高电平。 该信号可作为被 CPU 查询的状态信号，也可作为对 CPU 的中断请求信号。 在需要对某个模拟量不断采样、转换的情况下， EOC 也可作为启动信号反馈接到 START端，但在刚加电时需由外电路第 一次启动。  OE—— 输出允许信号，高电平有效。 当微处理器送出该信号时， ADC0808/0809 的输出三态门被打开，使转换结果通过数据总线被读走。 在中断工作方式下，该信号往往是 CPU 发出的中断请求响应信号。 工作时序与使用说明 : 苏州大学本科生毕业设计（论文） 15 ADC0809 的工作时序如图 5 示。 当通道选择地址有效时， ALE 信号一出现，地址便马上被锁存，这时转换启动信号紧随 ALE 之后 (或与 ALE 同时 )出现。 START 的上升沿将逐次逼近寄存器 SAR 复位，在该上升沿之后的 2μ s 加 8 个时钟周期内 (不定 )， EOC 信号将变低电平，以指示转换操作正在进行中，直到转换完成后 EOC 再变高电平。 微处理器收到变为高电平的 EOC 信号后，便立即送出 OE信号，打开三态门，读取转换结果。 图 5 ADC0809 工作时序 模拟输入通道的选择可以相对于转换开始操作独立地进行 (当然，不能在转换过程中进行 )，然而通常是把通道选择和启动转换结合起来完成 (因为 ADC0809 的时间特性允许这样做 )。 这样可以用一条写指令既选择模拟通道又启动转换。 在与微机接口时，输入通道的选择可有两种方法，一种是通过地址总线选择，一种是通过数据总线选择。 如用 EOC 信号去产生中断请求，要特别注意 EOC 的变低相对于启动信号有 2μ s+8 个时钟周期的延迟，要设法使它不致产生虚假的中断请求。 为此，最好利用 EOC 上升沿产生中断请求，而不是靠高电平产生中断请求。 （ 3）温度传感器如图 6 所示 : 温度传感器大致工作原理 :热敏电阻 式传感器 的阻值一般随温度变化而产生变化 ,通过IN0 将模拟信号输入，通过 ADC0809 转换器将模拟信号转换成 8 位二进制数字信号输出。 苏州大学本科生毕业设计（论文） 16 图 6 温度传感器 单片机时钟电路设计 AT89C52 内部有一个用于构成片内振荡器的高增益反相放大器 , 振荡器产生的信号送到 CPU, 作为 CPU 的时钟信号 ,驱动 CPU 产生执行指令功能的机器周期。 引脚 XTAL1和 XTAL2 是此放大器的输人端和输出端。 这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起可构成一个自激振荡器 , 振荡电路的连接如图所示图 8 所示，外接石英晶体或陶瓷谐振器以及电容 C1 和 C2 构成并联谐振电路 , 接在放大器的反馈回路中。 对外接电容 C1 和 C2 的值虽然没有严格的要求 , 但电容的大小多少会影响振荡器频率的高低、振荡器的稳定性、起振圈内部振荡的接法的快速性和温度稳定性。 外接石英晶体时 , C1 和 C2一般取（ 40pF10pF），外接的是石英晶体 , 所以， C C2 选择标称值 30pF。 苏州大学本科生毕业设计（论文） 17 系统振荡电路如图 7 示： 图 7 荡电路 复位电路的设计 单片机复位是使 CPU 和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态 , 并从这个状态开始工作。 其主要功能是：  把程序计数器 PC 值初始化，使单片机从 0000H 单元开始执行程序。  当程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，也需要复位来重新启动单片机。 89 系列单片机的复位信号是从 RST引脚输人到芯片的施密特触发器中的 若 RST 高电平有效且有效地时间为 24个振荡周期即两个机器周期则 CPU 响 并且复位。 复位又分为：上电复位、手动复位 a)上电自动复位是通过外部复位电路电容充电实现的。 只要电源的上电时间不超过1ms，即可实现自动上电复位，所以接通电源就完成了系统的复位初始化。 b)按键手动复位分为电平方式和脉冲方式。 复位电路作用非常重要。 一个单片机系统能否复正常运行，首先要确保是否能成功复位。 本次设计中，我采用了按键电平复位方式的复位电路，同时选用晶振值为： 12MHZ，所以根据经验可将电阻值分别定为 100Ω 和 ，电容值为 10μ F，这样，这样就能保证复位信号高电电平持续时间大于 2 个机器周期。 即可使系统正常运行。 苏州大学本科生毕业设计（论文） 18 系统复位电路如图 8 示： 图 8 复位电路 按键接口的设计 一个电压信号通过机械触点时，机械触点会断开或者闭合，但是由于机械触点的弹性作用，按键开关在闭合时不会马上接通，在断开时也不会立即断开。 因为在闭合和断开的瞬间都有一连串的抖动，抖动的时间长短由按键的机械特性决定。 按键输入电路由按键 K1 和 K2 组成。 这 2 个按键分别连接到单片机的输入引脚 P32和 P33。 键 K1 为“升温”控制键； K2 为“降温”控制键，分别对应于 2 个 LED 显示器，用于设置两位温度值。 当按键 K K2 按下时，相应的单片机输入引脚 P32 和 P33 只能监测到低电平。 因为P32 和 P33 只高电平有效所以需要要将按键与一个反相器串接后再与单片机相连。 苏州大学本科生毕业设计（论文） 19 为防止按键按下时的抖动，还需要设计一个消抖电路。 消抖电路由一个电阻和按键 K串接在＋ 5V 和地之间，一个电容和按键并联构成。 参数的确定： 按键的抖动时间常数为 τ。 RC 消抖电路的时间常数取 τ ＝ 10ms，其计算公式为： τ ＝ RC 经验取电容值为： C= f,根据式 1 得： R=τ /C=10KΩ 按键输入电路如图 9 示： 图 9 按键接口电路 显示电路的设计 显示电路由 两位显示器温度的共阳 LED 七段码由 P0口驱动。 共阳极数码管中 8 个发光二极管的阳极（二极管正端）连接一起 ,即为共阳极接法，简称共阳数码管。 通常 ,公共阳极接高电平（一般接电源），其它管脚接段驱动电路输出端。 当某段驱动电路的输入端为低电平时，该端所连接的字段导通并点亮。 根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。 此时，要求段驱动电路能吸收额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。 苏州大学本科生毕业设计（论文） 20 图 10 显示电路 总体方案示意图 苏州大学本科生毕业设计（论文） 21 本次设计的总体方案如图 11 所示： 图 11 总体方案示意图 系统总电路的设计 系统由单片机由时钟电路、复位电路、按键接口电路、传感器测温电路、 A/D 转换电路、 LED 温度显示电路等组成。 系统总电路图见附件 第五章 软件系统设计 主程序模块以及其流程图 主程序主要包括设置、显示默认调节温度为 20℃和进行系统初始化（设定中断、定时方式等）工作。 流程图如图 12所示： 苏州大学本科生毕业设计（论文） 22 图 12 主程序模块流程图 主程序模块程序代码： ORG 0030H MAIN: MOV R7, 20H ；上电后默认设定温度 20℃ ACALL DISPLAY ；显示默认设定值 MOV TCON, 05H MOV TMOD, 02H ；循环定时方式 MOV TH0, 0CEH ；延时 100μ s MOV TL0, 0CEH SETB TR。