空调控制系统

1、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。 随着电子技术的发展， 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

2、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。该空调控制系统用到89C51单片机作为系统的CPL进行控制 控制，由数字传感器 DS18B20进行数据采集，89C51对采集到的 数据进行处理，得到各种信号。而这些信号将分别作为 LED数码 管显示的信号输入和启动制冷设备、 电暖设备的输入。 同时将利 用单片机的其它使能端口实现系统的复位，手动调节和自动调 节。关键词：51单片机，DS18B20传感器，LED显示目录一， MCS-51 单片机介绍。 二， DS18B20 温度传感器 三，硬件电路设计。 1，总设计方案。 2，显示电路。

3、 3，驱动电路。 4，震荡电路。 5，复位电路。 四，系统程序设计1. 主程序流程图。2. DS18B20 工作流程图。3. 温度设置流程图。4. 温度显示流程图。5. 主程序代码。1 MCS-51单片机简介1.1芯片的引脚描述HMO制造工艺的MCS-51单片机都采用40引脚的直插封装（DIP方式），制 造工艺为CHMO的80C51/80C31芯片除采用DIP封装方式外，还采用方型封装工 艺，引脚排列如图。其中方型封装的 CHMO芯片有44只引脚，但其中4只引脚 （标有NC的引脚1、12、23、34）是不使用的。在以后的讨论中，除有特殊说 明以外，所述内容皆适用于 CHMO芯片。PL0 PLJ

4、 JU P1J 一PL# Pl.7 R*rvFI>P3.0 PJ.l P3.2 一RM P3.5 叭一PX7 XrALl XTAL2 - V»10 IIlit191080315051BTS1一Upo.O FQJP0-7一 P2P0.4一 Pfl.SLro.r TX7A.R.mOGPSENP2.7 一吟F1,Sp2.FMP2.2P2JF2.QXTAL1YTAIJ!| |EA% miPSK科AT.WROG ratV« Vw JRSPVro图1.1 MCS-51的逻辑符号图如图，是。在单片机的40条引脚中有2条专用于主电源的引脚，2条外接晶体的引脚，4条控制或与其它电源复用

5、的引脚，32条输入/输出（I/O ）引脚。下面按其引脚功能分为四部分叙述这 40条引脚的功能。1、主电源弓I脚VCC和VSS VCC（ 40 脚）接 +5V 电压;VSS（ 20 脚）接地。2、外接晶体引脚XTAL1和XTAL2XTAL1（ 19脚）接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是一个反相放大 器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部振荡器时，对HMO单片机，此引脚应接地；对 CHMO单片机，此引脚作为驱动端。XTAL2（18脚）接外晶体的另一端。在单片机内部，接至上述振荡器的反相 放大器的输出端。采用外部振荡器时，对 HMO单片机，该引脚接外部振荡器的 信号，即把外部振荡器

6、的信号直接接到内部时钟发生器的输入端；对XHMQS此引脚应悬浮。3、控制或与其它电源复用引脚 RST/VPD ALE/PROG PSEN和EA/VPP RST/VPD（ 9脚）当振荡器运行时，在此脚上出现两个机器周期的高电平 将使单片机复位。推荐在此引脚与 VSS引脚之间连接一个约8.2k的下拉电阻， 与VCC引脚之间连接一个约10卩F的电容，以保证可靠地复位。VCC掉电期间，此引脚可接上备用电源，以保证内部 RAM勺数据不丢失。当 VCC主电源下掉到低于规定的电平，而 VPD在其规定的电压范围（5±0.5V）内， VPD就向内部RAM!供备用电源。 ALE/PROQ30脚）：当访问

7、外部存贮器时，ALE （允许地址锁存）的输出 用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器，ALE端仍以不变的频率周期 性地出现正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此，它可用作对外输出的 时钟，或用于定时目的。然而要注意的是，每当访问外部数据存储器时，将跳过 一个ALE脉冲。ALE端可以驱动（吸收或输出电流）8个LS型的TTL输入电路。对于EPROI单片机（如8751），在EPRO编程期间，此引脚用于输入编程脉 冲（ PROG）。 PSEN（29脚）：此脚的输出是外部程序存储器的读选通信号。在从外部程序存储器取指令（或常数）期间，每个机器周期两次PSENt效。但在此期间，每当访问外部数

8、据存储器时，这两次有效的PSEN言号将不出现。PSEN同样可以驱动（吸收或输出）8个LS型的TTL输入。 EA/VPP（引脚）：当EA端保持高电平时，访问内部程序存储器，但在PC （程序计数器）值超过0FFFH（对851/8751/80C51 ）或 仆FFH（对8052）时，将自动 转向执行外部程序存储器内的程序。当 EA保持低电平时，则只访问外部程序存 储器，不管是否有内部程序存储器。 对于常用的 8031 来说，无内部程序存储器， 所以EA脚必须常接地，这样才能只选择外部程序存储器。对于EPROI型的单片机（如8751），在EPRO编程期间，此引脚也用于施加 21V的编程电源（VPP。4、

9、输入/输出（I/O ）引脚P0 P1、P2、P3 （共32根） P0 口（ 39脚至32脚）：是双向8位三态I/O 口，在外接存储器时，与地 址总线的低8位及数据总线复用，能以吸收电流的方式驱动8个LS型的TTL负载。 P1 口（ 1脚至8脚）：是准双向8位I/O 口。由于这种接口输出没有高阻 状态，输入也不能锁存，故不是真正的双向 I/O 口。P1 口能驱动（吸收或输出 电流）4个LS型的TTL负载。对8052、8032, P1.0引脚的第二功能为T2定时/ 计数器的外部输入，P1.1引脚的第二功能为T2EX捕捉、重装触发，即T2的外 部控制端。对EPROMS程和程序验证时，它接收低 8位地

10、址。 P2 口（ 21脚至28脚）：是准双向8位I/O 口。在访问外部存储器时，它 可以作为扩展电路高8位地址总线送出高8位地址。在对EPROMS程和程序验证 期间，它接收高8位地址。P2可以驱动（吸收或输出电流）4个LS型的TTL负 载。 P3 口（10脚至17脚）：是准双向8位I/O 口，在MCS-51中，这8个引脚 还用于专门功能，是复用双功能口。 P3能驱动（吸收或输出电流）4个LS型的 TTL负载。作为第一功能使用时，就作为普通I/O 口用，功能和操作方法与P1 口相同。 作为第二功能使用时，各引脚的定义如表所示。值得强调的是， P3 口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入 输出

11、或第二功能。P3各口线的第二功能定义：P3.0 10 RXD （串行输入口）P3.1 11 TXD （串行输出口）P3.2 12 INT0 （外部中断 0）P3.3 13 INT1 （外部中断 1）P3.4 14 T0 （定时器 0外部输入）P3.5 15 T1 （定时器 1 外部输入）P3.6 16 WR （外部数据存储器写脉冲）P3.7 17 RD （外部数据存储器读脉冲）综合上面的描述可知， I/O 口线都不能当作用户 I/O 口线。除 8051/8751 外 真正可完全为用户使用的 I/O 口线只有 P1 口，以及部分作为第一功能使用时的 P3 口。单片机的引脚除了电源、复位、时钟接入

12、，用户 I/O 口外，其余管脚是为实 现系统扩展而设置的。这些引脚构成 MCS-51单片机片外三总线结构，即： 地址总线（AB：地址总线宽为16位，因此，其外部存储器直接寻址为 64K字节，16位地址总线由P0 口经地址锁存器提供8位地址（A0至A7）; P2 口 直接提供8位地址（A8至A15）。 数据总线（DB：数据总线宽度为8位，由P0提供。 控制总线（CB）:由P3 口的第二功能状态和4根独立控制线RESET EAALE PSEN组成温度采集电路本系统中采集温度使用的是 DS18B20数字温度传感器。DS18B20是Dallas半导体公司生产的世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感

13、器。与之前的传感器相比，DS18B20体积更小、适用电压更宽、更经济。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻 松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。 DS18B20 “一线总线”数字化温度传感器支持“一线总线”接口， 测量温度范围为-55C到+125 C,在-10到+85C范围内，精度为士 0.5C。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了 系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、 设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同，新的 产品支持3V到5.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便。而且 新一代产品更便宜，体积更小。DS18B20可

14、以程序设定9到12位的 分辨率，精度为士 05C。当分辨率为12位时，转换时间为750ms。 使得用户可选择更小的封装方式，更宽的电压适用范围和分辨率设 定，同时用户设定的报警温度存储在 EEPROM中，掉电后依然保存。DS18B20 般为三极管型封装，其引脚图如图 4所示。这三个引脚分别为：GND电源地；QD数字信号输入/输出端；VDD 外接供电电源（可选5V ）。总设计方案该空调控制系统用到89C51单片机作为系统的CPL进行控制 控制，由数字传感器 DS18B20进行数据采集，89C51对采集到的 数据进行处理，得到各种信号。而这些信号将分别作为 LED数码 管显示的信号输入和启动制冷设

15、备、电暖设备的输入。同时将利用单片机的其它使能端口实现系统的复位，手动调节和自动调 节。LED虛度显不灯显示电路本系统中，温度显示硬件由 74HC138八位二进制译十进制译码器,74HC245信号功率放大和四位一体共阴数码管构成。1.四位一体共阴数码管四位一体共阴数码管引 脚图如图8所示。它的1、4、5、7脚为位选脚，分 别对应从左到右四个数 码管，输入低电平选通。剩下的其他引脚为数据 输入脚，此电路中数码管12的8个数据引脚（a、!1INNds?J亠F'r上OS8(j圧LEIJSW卜1卜卜匚卜:7T71 JT7sdpd pd二uUMSl/l?luH1儿4,76b、c、d、e、f、g、

16、dp）。2.八位二进制译十进制译码器 由于要对四位一体共阴数码管提供位选信号，供其选 通四个数码管，所以在系统中使用了 74HC138八位二进制译 十进制译码器。其引脚图如图9所示。引脚说明： 第1、2、3脚A、B、C二进制输入脚 第4、5、6脚片选信号控制，只有在4、5脚为“0” 6脚为“ 1”时,才会被选通，输出受A、B、C信号控制。其它任何 组合方式将不被! U1BVCCM215Y0c314Y1G2A 413Y2G2B 512Y3G1 611Y4Y7 710¥5GND A9Y6选通，且Y0Y7输出全为“ 1” 第8脚为GND，电源地。第15脚为VCC，电源正极。74HC138引

17、脚图所示74HC138的1、2、3脚分别与单片机的 P1.0、P1.1、P1.2脚相连，单片机的这三个管脚输出选通二进制信号，输入到74HC138 译码，由 74HC138 的 Y0 至 Y7脚（本电路只用了 Y0、Y1、Y3）将译码十进制信号输出到四位一体共阴数码管，以达到对数码管的位选作用。译码电路如图R15k1AY0BY1CY2Y3Y4E1Y5E2Y6E3Y7U174HC1381236Z13压缩机驱动电路压缩机驱动控制，8051的RXD勺引脚与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。ULN2003是高压大电流达林顿晶体

18、管阵列系列产品，具有电流增 益高、工作电压高、温度范围宽、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。ULH2003时钟电路是计算机的心脏，它控制着计算机的工作节奏MCS-51单片机允许的时钟频率典型值为12MH。

19、80C51单片机内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。反相放大器 的输入端为XTAL1,输出端为XTAL2分别是80C51的19脚和18脚。在XTAL1 和XTAL2两端跨接石英晶体及两个电容就可以构成稳定的自激振荡器。如图1所示：石英晶振起振后要能在XTAL2线上输出一个3V左右的正弦波，使MCS-51 片内的OCS电路按石英晶振相同频率自激震荡。 通常，OCS的输出时钟频率fosc 为0.5MHz16MHz,典型值为12MHz电容器C1和C2通常取30pF左右，对震 荡频率有微调作用。调节它们可以达到微调震荡周期 fosc的目的T-L至内部时钟电路三、复位及复位电路设计复位是单片机的

20、初始化操作。其主要功能是把程序计数器PC值初始化为0000H,使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外， 程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需要按复位键重新启动单片机。RST引脚是复位信号的输入端，高电平有效，其有效时间应持续24个震荡周期（即两个机器周期）以上。若使频率为6MH的晶振，则复位信号持续时间超过4卩s才能完成复位操作。复位操作由上电复位和按键手动复为两种方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，其电路如图所示。 只要电源Vcc的上电时间不超过1ms就可以实现自动上电复位，即接通电源就 完成了系统的复位初始化。按键手动

21、复位分为电平方式和脉冲方式两种。其中，电平复位是复位端通过电 阻与Vcc电源接通而实现的。脉冲复位是利用RC微分电路产生的正脉冲来实现的。复位电路虽然简单，但其作用非常重要。一个单片机系统能复正常运行，首 先要检查是否能复位成功。参数的计算：在本系统中，我采用了按键电平复位方式的复位电路， 同时选用晶真的典型 值12MH通过经验可将电阻值分别定为 100Q和8.2KQ，电容值定为10卩F， 这样，即能保证复位信号高电电平持续时间大于 2个机器周期。可以使系统正常 运行。系统的复位电路如图2所示：VccRSTIOOQ R80C51R 8.2KO四、按键接口设计按键所用开关为机械弹性开关，均利用了机械触点的合、断。一个电压信号 通过机械触点的断开、闭合过程，由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭 合时不会马上稳定地接通，在断开时也不会一下断开