单片机温度控制课程设计

1、第一章 系统分析2概述21.1 功能简介21.2 方案选择21.2.1 温度采集电路方案2第二章 硬件电路设计42.1 单片机42.2 a/d转换电路42.2.1 adc0801介绍42.2.2 ad转换电路工作原理52.3 温度采样电路62.3.1 ad590型温度传感器62.3.2 温度采样工作原理62.4 按键开关72.5 温度显示电路72.5.1 led驱动72.5.2 温度显示工作原理82.6 压缩机驱动电路82.6.1 压缩机机驱动芯片82.6.2 压缩机机驱动电路9第三章 软件设计103.1 软件设计思路103.2 程序流程103.2.1主程序流程103.2.2 中断服务程序流程

2、11第四章 总结12附录a 硬件电路图13参考文献14第一章 系统分析概述 电子技术的发展，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则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，其作用也体现到了各个方面，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

3、将更好的服务于社会.而今，空调等家用电器随着生产技术的发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1.1 功能简介通过温度传感器对空气进行温度采集，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，并比较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行处理，从而模拟实现空调温度控制单元的工作情况1.温度指标：1630之间任选；偏差：1。2.用“+”和“-”两个按键选择设定温度3.两位led交替显示实际温度和设定温度，间隔1秒钟1.2 方案选择1.2.1 温

4、度采集电路方案本设计的重点在于对外部环境温度的采集和控制，因此温度采集电路的选择关系到整个设计结果实现与否 方案一：使用ad590温度传感器采集温度方案 如图1-2-1所示为ad590连接电路图 图1-2-1 ad590温度传感器电路方案二：使用ds18b20温度传感器采集温度方案 图2为ds18b20引脚排列图，在ds18b20中，dq为数字信号输人输出端；gnd为电源地；vdd为外接供电电源输入端。ds18b20在光刻rom中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该ds18b20的地址序列码，这样就可以实现一根总线上挂接多个ds18b20的目的。有两种方法可确保ds18b20在有效

5、转换期内得到足够的电源电流。第一种方法是在温度变换时，在io口接一个强的上拉。第二种是将其连到vcc外部电源，这样就不用在io口接强上拉，也可在温度变换期间使口线保持高电平。以在变换时间内允许其它数据在单总线上传输。也可使用外部电源通过发跳过rom命令和变换命令t来完成温度变换。需要注意的是：在工作状态，gnd不能悬空。ds18b20利用单总线进行数据传输的，并且直接输出的是数字量，省去了a/d转换部分，但考虑到设计的学习与练习性，通过比较，决定使用ad590温度传感器经行温度检测。 第二章 硬件电路设计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

6、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，片内振荡器，4k字节rom,128字节ram,2个16位定时器，计数器，中断结构，i/o接口等。可进行计算，定时等一系列功能。如图2-1 图2-1 单片机最小体统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，片内有三态数据输出锁存器，可以和单片机直接口接，管脚图如2.2.1所示。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

7、钟脉冲输入端，上升有效。（3）db0db7是输入信号。（4）clkr：内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，表明a/d转换器被选中，可启动。（6）wr：写信号输入，接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：转换结束输出信号，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。允许范围为10-1280khz，典型值为640kh

8、z，此时，a/d转换时间为10us。通常由mcs51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，若单片外接的晶振为6mhz，则1/6为1mhz，a/d转换时间为64us。 图2.2.1 adc0801管脚图2.2.2 ad转换电路工作原理a/d 转换电路如图2.2.2所示。adc0801的a/d转换结果输出端db0db7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。c

9、s、vin+接地。（低电平有效）adc0801的两模拟信号输入端，用以接受单极性、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，表示本次转换已结束。如cs、rd同时来低电平，则数据锁存器三态门打开，数字信号送出，而rd高电平到来后三态门处于高阻状态。 图2.2.2 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

10、器,它会将温度转换为电流,由于此信号为模拟信号，因此，要进行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： ir流过器件（ad590）的电流，单位ma；t热力学温度，单位k。 (2)ad590的测温范围为-55+150；(3)ad590的电源电压范围为4v30v； 2.3.2 温度采样工作原理 如图2-3-2所示，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，同时对电压信号进行放大后输入a/d转换adc0801的vi-端口。 电流转化为电压表达式如下

11、： (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： 图2-3-2 ad590温度传感器电路2.4 按键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30oc，每按一次设定温度将减小1oc，直至最低设定温度16oc，再按一次回到30oc。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

12、动共阳极7段led数码管显示相应的数字。管脚图如2.5.1所示，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）a，b，c，d ：输入引脚。（3）rbo，bt，li 高电平输出有效 图2.5.1数码管驱动芯片7447管脚图2.5.2 温度显示工作原理温度显示电路如图2.5.2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2.5.2 ttl7447 bcd显示电路2.6 压缩机驱动电路2.6.

13、1 压缩机机驱动芯片功率电子电路大多要求具有大电流输出能力,以便于驱动各种类型的负载。功率驱动电路是功率电子设备输出电路的一个重要组成部分。在大型仪器仪表系统中,经常要用到伺服电机、步进电机、各种电磁阀、泵等驱动电压高且功率较大的器件。uln2000、uln2800高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品就属于这类可控大功率器件,由于这类器件功能强、应用范围语广，深受用户的欢迎。本设计采用uln2003作为步进电机的驱动芯片，uln2003电路具有以下特点： 电流增益高（大于1000） 带负载能力强（输出电流大于500ma） 温度范围宽（-4085） 工作电压高（大于50v）管脚排列如图2.6.1.

14、1 图2.6.1.1 uln2003管脚图引出端功能符号：引出端序号符号功能引出端序号符号同意功能11b输入9com公共端22b输入107c输出33b输入116c输出44b输入125c输出55b输入134c输出66b输入143c输出77b输入152c输出8e发射极161c输出uln2003是由高压大电流达林顿晶体管阵列组成，因此一对输入输出最小单元其内部结构如图2.6.1.2： 图2.6.1.2 单个达林顿晶体管电路原理图 2.6.2 压缩机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止

15、。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，有比较高的电流容量，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com，有一个输出端为高电平，com就为高电平。图2.6.2 压缩机驱动电路第三章 软件设计3.1 软件设计思路系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，温度控制在中断服务程序中

16、完成，即每隔一段时间对比测量温度与设定温度之间的大小关系，根据对比结果给出控制信号，令压缩机的运行或停止，实现温度调控。3.2 程序流程3.2.1主程序流程开始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，比较控制ynyn图3.2.1 主程序流程图3.2.2 中断服务程序流程图3.2.2 中断服务程序流程图第四章 总结空调的发明和使用给人们的生活和工作带来了很大的便利。而空调的发展由原来的手动控制逐渐向智能控制发展，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。单片机因为成本低，功能

17、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成本低廉，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不足，只能对部分温度进行处理，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通，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附录a 硬件电路图参考文献1 何立民. 单片机应用系统设计m.北京：清华大学出版社，20052 吴金戎. 8051单片机实践与应用m.北京:清华大学出版