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![畢業(yè)論文--基于單片機的智能空調控制系統(tǒng)設計_第1頁](https://static.zsdocx.com/FlexPaper/FileRoot/2019-6/13/15/a3e0244f-7b0d-46e4-97b1-89613d754a71/a3e0244f-7b0d-46e4-97b1-89613d754a711.gif)
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文檔簡介
1、<p> 基于單片機的智能空調控制</p><p><b> 系統(tǒng)設計</b></p><p><b> 作者姓名:楊順之</b></p><p> 專業(yè)名稱:電氣工程及其自動化</p><p> 指導老師:雷永鋒 講師</p><p><b>
2、; 摘要</b></p><p> 隨著時代的進步和發(fā)展,空調已經普及到我們生活、工作,極大地改善了人們的生活品質。本文主要介紹了一個基于AT89C51單片機的溫度檢測、調節(jié)、控制的空調系統(tǒng),詳細描述了利用數(shù)字溫度傳感器DS18B20開發(fā)測溫系統(tǒng)的過程,重點對傳感器在單片機下的硬件連接,軟件編程以及各模塊系統(tǒng)流程進行了詳盡分析,特別是數(shù)字溫度傳感器DS18B20的數(shù)據(jù)采集過程。對各部分的電路也一一
3、進行了設計。</p><p> 該系統(tǒng)可以方便的實現(xiàn)實現(xiàn)溫度采集和顯示,并可根據(jù)需要任意設定上下限在通過單片機控制溫度,它使用起來相當方便,具有精度高、量程寬、靈敏度高、體積小、功耗低等優(yōu)點,適合于我們日常生活和工、農業(yè)生產中的溫度測量,也可以當作溫度處理模塊嵌入其它系統(tǒng)中,作為其他主系統(tǒng)的輔助擴展。DS18B20與AT89C51結合實現(xiàn)最簡溫度檢測系統(tǒng),該系統(tǒng)結構簡單,抗干擾能力強,適合于惡劣環(huán)境下進行現(xiàn)場溫
4、度測量,有廣泛的應用前景。</p><p> 關鍵詞:AT89C51 LED數(shù)碼管 DS18B20 數(shù)字溫度計</p><p><b> Abstract</b></p><p> With the era of progress and development, air conditioning has become popula
5、r we live, work, greatly improved people's quality of life.This paper describes a temperature measurement based on AT89C51 microcontroller, regulate and control the air conditioning system, a detailed description of
6、the use of digital temperature sensor DS18B20 temperature measurement system development process, focusing on the sensor under the SCM hardware connection, software programming, and the modular systemconducte</p>
7、<p> The system can easily achieve the realization of temperature acquisition and display, and can be arbitrarily set the upper and lower temperature control through microcontroller. It is very convenient to use, w
8、ith high precision, wide range, high sensitivity, small size, low power consumption, suitable for our daily lives and industrial and agricultural production in the temperature measurement, as temperature can also be embe
9、dded in other systems processing modulein the main system as the other </p><p> Key words: AT89C51,LED digital tube,DS18B20 Temperature,Sensor</p><p><b> 目錄</b></p><p>
10、;<b> 摘要I</b></p><p> AbstractII</p><p><b> 目錄III</b></p><p><b> 前言1</b></p><p><b> 1緒論2</b></p><p&g
11、t; 1.1空調的概述2</p><p> 1.2空調的發(fā)展歷史2</p><p> 1.3空調的發(fā)展趨勢4</p><p> 1.4系統(tǒng)總體方案及硬件設計5</p><p> 2系統(tǒng)硬件的選擇及其功能特性6</p><p> 2.1 AT89C51單片機的結構及其功能6</p>
12、<p> 2.1.1 AT89C51單片機的結構6</p><p> 2.1.2AT89C51單片機的引腳及其功能7</p><p> 2.1.3時鐘震蕩器10</p><p> 2.1.4閑散節(jié)電模式11</p><p> 2.1.5掉電模式12</p><p> 2.1.6程序存儲器
13、的加密13</p><p> 2.2 DS18B20溫度傳感器13</p><p> 2.2.1 DS18B20概述13</p><p> 2.2.2 DS18B20測溫操作14</p><p> 2.2.3報警操作信號15</p><p> 2.3 LED數(shù)碼管16</p><
14、;p> 3硬件電路的設計18</p><p> 3.1時鐘電路18</p><p> 3.2顯示電路的設計19</p><p> 3.3按鍵電路設計20</p><p> 3.4溫度傳感器電路21</p><p> 3.5復位電路的設計22</p><p> 3.
15、6系統(tǒng)總電路22</p><p> 4軟件系統(tǒng)設計24</p><p><b> 4.1概述24</b></p><p> 4.2主程序流程圖24</p><p> 4.3程序源代碼25</p><p><b> 總結34</b></p>
16、<p><b> 致謝35</b></p><p><b> 參考文獻36</b></p><p><b> 前言</b></p><p> 隨著集成電路技術的發(fā)展,單片微型計算機的功能也不斷增強,許多高性能的新型機種不斷涌現(xiàn)出來。單片機以其功能強、體積小、可靠性高、造價低和開發(fā)
17、周期短等優(yōu)點,成為自動化和各個測控領域中廣泛應用的器件,在工業(yè)生產中成為必不可少的器件,尤其是在日常生活中發(fā)揮的作用也越來越大。</p><p> 如在工業(yè)生產中如:鍋爐、蒸汽機等大型設備中,PLC(大型)作為主控器件有著不可替代的的優(yōu)勢,但是PLC設備一般價格比較昂貴,體積也比較大的,所用電源電壓也相對較高。所以在小型系統(tǒng)中多采用單片機,隨著單片機技術的發(fā)展,單片機的不斷更新?lián)Q代,其性能有了顯著的提高,穩(wěn)定性
18、及控制功能也滿足了智能空調控制系統(tǒng)的要求,達到自動控制的目的。因此我們采用基于單片機的控制系統(tǒng)而設計。</p><p> 此次畢業(yè)實習、畢業(yè)設計第一階段的主要工作是,學習有關單片機控制系統(tǒng)的基本知識,了解單片機對智能空調控制系統(tǒng)的相關技術,并在此基礎上選擇了使用AT89C51單片機作為核心設計,同時也研究了另一重要器件DS18B20溫度傳感器。這是課題研究的基礎性內容。</p><p>
19、 第二階段是在指導教師的指導下,設計出具體的電路,并確定滿足具體技術指標的軟件,掌握電路中重要器件的使用方法,以及繪制該課題電路。</p><p> 通過教師的悉心指導,同學的幫助和自己的努力,完成了畢業(yè)設計的各項任務,成功完成基于單片機智能空調控制系統(tǒng)的設計。</p><p><b> 1緒論</b></p><p><b>
20、 1.1空調的概述</b></p><p> 空調即空氣調節(jié)器(Room Air Conditioner),一般用于給封閉空間區(qū)域提供處理空氣的機組。它的功能是對該房間(或封閉空間、區(qū)域)內空氣的溫度、濕度、潔凈度和空氣流速等參數(shù)進行調節(jié),以滿足人體舒適或工藝過程的要求。</p><p> 隨著人們生活水平的不斷提高,人們也越來越追求人性化的事物,傳統(tǒng)的空調已不能滿足人們
21、的需求?,F(xiàn)代的智能空調不僅利用了數(shù)字電路技術與模擬電路技術,而且采用了單片機技術,實現(xiàn)了軟硬件的結合。既完善了空調的功能,又簡化了空調的控制與操作;不僅滿足了不同用戶對環(huán)境溫度的不同要求,而且能全智能調節(jié)室內的溫度及濕度等,使得空調具有節(jié)能、操作更簡單、無機械裝置、安全性能更強等特點。隨著電子產品的飛速發(fā)展,價格低廉而又實用的控制系統(tǒng)深受廣大消費者的喜愛。所以本次畢業(yè)設計就選擇基于單片機的智能空調控制系統(tǒng)設計。</p>&
22、lt;p> 1.2空調的發(fā)展歷史</p><p> 在二十世紀六,七十年代,美國地區(qū)發(fā)生罕見的干旱天氣,為解決干旱缺水地區(qū)的空調冷熱源問題,美國率先研制出風冷式冷水機,用空氣散熱代替冷卻塔,其英文名稱是:Air cool Chiller,簡稱為Chiller。</p><p> 在空調歷史中,美國已經發(fā)展和改進了有風管的中央單元式系統(tǒng),并得到了正在現(xiàn)場安裝和修理有風管的單元式空
23、調系統(tǒng)的空調設備分銷商和經銷商的強力支持。WRAC是最簡單和最便宜的系統(tǒng),能夠很容易的在零售商店中購得,并在持續(xù)高溫來的時候自己安裝。同時,無風管的SRAC和SPAC自70年代起在有別于美國市場的動力下在日本得到發(fā)展和改進。之后,設備設計和制造技術在90年代被轉讓到中國,這是通過與當?shù)毓?包括主要元件如壓縮機、熱交換器、電機、精細閥和電子控制器的本地制造商)組成的合資公司進行的。在90年代中國也從其它先進國家吸收了較大型空調設備的先進
24、高新技術,并與多數(shù)是美國的大公司組成合資企業(yè)?,F(xiàn)今,中國當?shù)刂饕S和合資企業(yè)制造了大量SRAC和SPAC以滿足增長的國內市場和出口需要。中國現(xiàn)今已是最大的空調出口國,在2010年有4189萬臺機組出口。下面介紹我國家用空調產品外觀歷史演變</p><p> 1. 第一代格柵式面板家用空調器</p><p> 1988年,第一臺國產分體壁掛機KF-19G1A在華寶空調器廠誕生,當時華寶
25、還給它取了個很有詩意的名字——雪蓮。雪蓮的誕生開啟了我國家用空調器行業(yè)的一個新時代,此后,春蘭也擁有了自己的掛機生產線。華寶和春蘭生產的空調器統(tǒng)治了從上個世紀80年代末到90年代中期近10年的時間,他們生產的空調器在外觀上極其相似:扁平的大長方體結構。與此同時,大量的進口產品外觀在90年代中期以前與此也大體相仿,所以,當時的空調器特別是掛機,如果不看商標很難辨別出是哪個品牌。1988年華寶空調器廠研制出第一臺分體壁掛機KF—19GA是格
26、柵式面板產品的一個典型代表,直到1995年,春蘭的KFR—22G依然是掛機市場的主導產品,這也說明了當時國產空調品仍舊以格柵式面板為主流。 </p><p> 2. 第二代格柵式面板家用空調器</p><p> 當家用空調器漸漸普及,其外觀也在悄悄地發(fā)生著變化。20世紀80年代甚至到1995年,中國空調市場是進口機一統(tǒng)天下,進口機為中國家用空調行業(yè)的發(fā)展起到了啟蒙作用,許多國產品牌的生
27、產就是引進配件加以組裝,這種啟蒙作用也包括對我國家用空調器產品室內機外觀的改變。</p><p> 20世紀90年代中期,以三菱電機、日立、松下等為代表的進口空調器出現(xiàn)了一種小型室內機,這種室內機一改以往那種龐大敦重的形象,外觀精巧整潔,與家居環(huán)境融為一體,深受消費者的青睞。隨著國內眾多空調工廠對此類產品的普及生產,第二代格柵式面板空調器主導了空調市場并流行至今。</p><p> 3
28、. 第三代光面板時代</p><p> 2005年度國內各個工廠的新產品,與往年格柵式面板占主流相比,絕大多數(shù)品牌在2005年度推出了光面板系列的空調產品,如格力的天麗系列、海爾的高效氧吧系列、美的的Q2系列和V系列等等??照{行業(yè)各廠家的這種集體行為將我國家用空調產品推至光面板時代。</p><p> 與格柵面板相比,不僅是外觀上的一種進步,更是產品技術上的一種轉變。光面板掛機的上進風
29、下出風取代了原來的正面進風下出風的循環(huán)風路,而光面板柜機的側進風或進風口開合式設計也漸漸與原來傳統(tǒng)的下進風上出風的循環(huán)風路共同主導柜機產品的設計趨勢。</p><p> 4. 第四代彩色面板</p><p> 在國內空調市場,將彩色引入空調面板設計并形成一種傳統(tǒng)風格是韓國品牌三星和LG的創(chuàng)舉。與此同時,其他工廠開始逐一效仿。至2005年度,絕大多數(shù)工廠都有彩色面板的產品面市;而且,面板
30、的顏色種類也開始變得異彩粉紛呈,其中又多款彩色面板產品堪稱經典,如海爾的彩屏雙新風、格力的天麗、志高的花好月圓、TCL的君蘭系列和海蒂娜系列等等。</p><p> 1.3空調的發(fā)展趨勢</p><p> 由于近幾年國家的大力倡導節(jié)能減排,促進環(huán)保,實施可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略。2004年8月,國家發(fā)改委、國家質檢總局聯(lián)合制定并發(fā)布《能源效率標識管理辦法》,這標志著我國將實施能源效率標識制度.
31、我國的能效標識制度自2005年3月1日起正式實施.能效標準是由能效比得來的,首先介紹一下空調能效比的計算方法:能效比=制冷量/制冷功率。本著響應國家政策發(fā)展節(jié)能技術,內的空調生產商也開始逐步走向變頻空調的市場。在2009年新空調年,美的變頻空調整體銷售目標為250萬套,其中國內市場銷售預計達150萬套,占據(jù)國內變頻空調60%以上市場份額?!懊髂陮λ凶鲎冾l空調的品牌來說都是一個機會,變頻空調的銷售量很可能翻番,所占市場份額可能達到10%
32、以上。”海信科龍總裁王士磊對明年的變頻空調市場抱樂觀態(tài)度,而作為未來的發(fā)展趨勢,國內幾大空調廠家聞風而動,開始對變頻空調“投懷送抱”。</p><p> 除了發(fā)展變頻空調外,還有新冷媒(R410A)的推廣,靜電除塵技術的普遍利用,負離子技術的廣泛使用也都預示我國的空調行業(yè)向著高效、節(jié)能、環(huán)保的趨勢前進。</p><p> 1.4系統(tǒng)總體方案及硬件設計</p><p&
33、gt; 本設計關鍵是測溫電路,可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應,在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來,進行 A/D轉換后,就可以用單片機進行數(shù)據(jù)的處理,在顯示電路上,就可以將被測溫度顯示出來,這種設計需要用到A/D轉換電路,其中還涉及到電阻與溫度的對應值的計算,感溫電路比較麻煩。而且在對采集的信號進行放大時容易受溫度的影響出現(xiàn)較大的偏差,空調機內高密度的電路以及電子器件更容易出現(xiàn)較大誤差影響空調性能。</p>
34、<p> 進而考慮到用溫度傳感器,在單片機電路設計中,大多都是使用傳感器,所以這是非常容易想到的,可以采用一只溫度傳感器 DS18B20,此傳感器,可以很容易直接讀取被測溫度值,進行轉換,電路簡單,精度高,軟硬件都以實現(xiàn),而且使用單片機的接口便于系統(tǒng)的再擴展,對于整個系統(tǒng)費用較低,可靠性高,軟件設計也比較簡單,滿足設計要求。所以此處選用DS18B20方案。</p><p> 圖1.1 總體控制方案圖
35、</p><p> 2系統(tǒng)硬件的選擇及其功能特性</p><p> 本章主要就選擇單片機、溫度傳感器、數(shù)碼管作說明。</p><p> 2.1 AT89C51單片機的結構及其功能</p><p> 實際參考本系統(tǒng)的組成及所需功能的準確性,本文采用的是AT89C51單片機。</p><p> 2.1.1 AT8
36、9C51單片機的結構</p><p> AT89C51單片機與Intel 80C51在引腳排列、工作特性、硬件組成、指令系統(tǒng)完全兼容。</p><p> 內含4KB的Flash存儲器,擦寫次數(shù)1000次;</p><p> 內含128字節(jié)的RAM;</p><p> 具有32根可編程I/O線;</p><p>
37、 具有2個16位可編程定時器;</p><p> 具有6個中斷源、5個中斷矢量、2級優(yōu)先權的中斷結構;</p><p> 具有1個全雙工的可編程串行通信接口;</p><p> 具有1個數(shù)據(jù)指針DPRT;</p><p> 兩種低功耗工作模式,即空閑模式和掉電模式;</p><p> 具有可編程3級程序鎖定
38、位;</p><p> AT89C51的工作電源電壓為5(1±0.2)V且典型值為5V;</p><p> AT89C51最高工作頻率24M Hz;</p><p> 其基本組成(參見圖2.1):中央處理器、Flash存儲器、數(shù)據(jù)存儲器(RAM)、定時/計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線。</
39、p><p> 1.中央處理器(CPU)</p><p> 中央處理器(CPU)是整個單片機的核心部件,完成運算和控制功能。中央處理器主要包括運算器和控制器兩部分。</p><p> 運算器主要用來實現(xiàn)算術運算、邏輯運算和位操作。其中包括邏輯運算單元AUL、累加器Acc、B寄存器、程序狀態(tài)字PSW和兩個暫存器。</p><p> 控制器是識
40、別指令并根據(jù)指令性質協(xié)調計算機內各組成單元進行工作的部件??刂破髦饕ǔ绦蛴嫈?shù)器PC、PC增量器、指令寄存器、指令譯碼器、定時器和邏輯控制器。其功能是控制指令的讀入、譯碼和執(zhí)行,并對之靈執(zhí)行過程進行定時和邏輯控制。</p><p> 2.內部數(shù)據(jù)存儲器(內部RAM)</p><p> AT89C51芯片中共有128B位RAM單元,用于存放可讀寫的數(shù)據(jù),簡稱內部RAM。</p&g
41、t;<p> 3.外部程序存儲器(外部ROM)</p><p> AT89C51芯片內有4K字節(jié)的可反復擦寫的程序存儲器(PENROM)</p><p><b> 4.定時/計數(shù)器</b></p><p> AT89C51共有兩個16位的定時/計數(shù)器,以實現(xiàn)定時或計數(shù)功能,并以其定時或計數(shù)結果對計算機進行控制。</p
42、><p> 2.1.2AT89C51單片機的引腳及其功能</p><p> 單片機引腳如圖2.1所示:</p><p> 圖2.1單片機引腳圖</p><p><b> VCC:電源電壓</b></p><p><b> GND:地</b></p><
43、;p><b> P0口:</b></p><p> P0口是一組8位漏極開路雙向I/O口,即地址/數(shù)據(jù)總線復用口。作為輸出口時,每一個管腳都能夠驅動8個TTL電路。當“1”被寫入P0口時,每個管腳都能夠作為高阻抗輸入端。P0口還能夠在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時,轉換地址和數(shù)據(jù)總線復用,并在這時激活內部的上拉電阻。P0口在閃爍編程時,P0口接收指令,在程序校驗時,輸出指令,需要
44、接電阻。</p><p><b> P1口:</b></p><p> P1口一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口,P1的輸出緩沖級可驅動4個TTL電路。對端口寫“1”,通過內部的電阻把端口拉到高電平,此時可作為輸入口。因為內部有電阻,某個引腳被外部信號拉低時輸出一個電流。閃爍編程時和程序校驗時,P1口接收低8位地址。</p><p>
45、圖2.2 AT89C51單片機結構框圖</p><p><b> P2口:</b></p><p> P2口是一個內部帶有上拉電阻的8位雙向I/O口,P2的輸出緩沖級可驅動4個TTL電路。對端口寫“1”,通過內部的電阻把端口拉到高電平,此時,可作為輸入口。因為內部有電阻,某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時,P
46、2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時,P2口線上的內容在整個運行期間不變。閃爍編程或校驗時,P2口接收高位地址和其它控制信號。</p><p><b> P3口:</b></p><p> P3口是一組帶有內部電阻的8位雙向I/O口,P3口輸出緩沖故可驅動4個TTL電路。對P3口寫如“1”時,它們被內部電阻拉到高電平并可作為輸入端時,被外部拉低
47、的P3口將用電阻輸出電流。P3口除了作為一般的I/O口外,更重要的用途是它的第二功能,如下表2.1所示:</p><p> 表2.1 P3口第二功能表</p><p> 除此之外,P3口還接收一些用于閃爍存儲器編程和程序校驗的控制信號。</p><p><b> RST:</b></p><p> 復位輸入。當震
48、蕩器工作時,RET引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上的高電平將使單片機復位。</p><p><b> ALE/:</b></p><p> 當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時,ALE輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器,ALE以時鐘震蕩頻率的1/16輸出固定的正脈沖信號,因此它可對輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是:每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個AL
49、E脈沖時,閃爍存儲器編程時,這個引腳還用于輸入編程脈沖。如果必要,可對特殊寄存器區(qū)中的8EH單元的D0位置禁止ALE操作。這個位置后只有一條MOVX和MOVC指令ALE才會被應用。此外,這個引腳會微弱拉高,單片機執(zhí)行外部程序時,應設置ALE無效。</p><p><b> PSEN:</b></p><p> 程序儲存允許輸出是外部程序存儲器的讀選通信號,當AT8
50、9C51由外部程序存儲器讀取指令時,每個機器周期兩次PSEN 有效,即輸出兩個脈沖。在此期間,當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時,這兩次有效的PSEN 信號不出現(xiàn)。</p><p><b> EA/VPP:</b></p><p> 外部訪問允許。欲使中央處理器僅訪問外部程序存儲器,EA端必須保持低電平。需要注意的是:如果加密位LBI被編程,復位時內部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA
51、端為高電平,CPU則執(zhí)行內部程序存儲器中的指令。閃爍存儲器編程時,該引腳加上+12V的編程允許電壓VPP,當然這必須是該器件是使用12V編程電壓VPP。</p><p> XTAL1:震蕩器反相放大器及內部時鐘發(fā)生器的輸入端。</p><p> XTAL2:震蕩器反相放大器的輸出端。</p><p> 2.1.3時鐘震蕩器</p><p&g
52、t; AT89C51中有一個用于構成內部震蕩器的高增益反相放大器,引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構成自然震蕩器。 外接石英晶體及電容C1,C2接在放大器的反饋回路中構成并聯(lián)震蕩電路。對外接電容C1,C2雖然沒有十分嚴格的要求,但電容容量的大小會輕微影響震蕩頻率的高低、震蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性。如果使用石英晶體,我們推薦電容使用30P
53、F±10PF,而如果使用陶瓷振蕩器建議選擇40PF±10PF。用戶也可以采用外部時鐘。采用外部時鐘的電路如圖示。這種情況下,外部時鐘脈沖接到XTAL1端,即內部時鐘發(fā)生器的輸入端,XTAL2則懸空。由于外部時鐘信號是通過一個2分頻觸發(fā)器后作為內部時鐘信號的,所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊要求,但最小高電平持續(xù)時間和最大的低電平持續(xù)時間應符合產品技術條件的要求。</p><p> 2.1.
54、4閑散節(jié)電模式</p><p> AT89C51有兩種可用軟件編程的省電模式,它們是閑散模式和掉電工作模式。這兩種方式是控制專用寄存器PCON中的PD和IDL位來實現(xiàn)的。PD是掉電模式,當PD=1時,激活掉電工作模式,單片機進入掉電工作狀態(tài)。IDL是閑散等待方式,當IDL=1,激活閑散工作狀態(tài),單片機進入睡眠狀態(tài)。如需要同時進入兩種工作模式,即PD和IDL同時為1,則先激活掉電模式。</p>&l
55、t;p> 圖2.3內部振蕩電路</p><p> 圖2.4外部振蕩電路</p><p> 在閑散工作模式狀態(tài),中央處理器CPU保持睡眠狀態(tài),而所有片內的外設仍保持激活狀態(tài),這種方式由軟件產生。此時,片內隨機存取數(shù)據(jù)存儲器和所有特殊功能寄存器的內容保持不變。閑散模式可由任何允許的中斷請求或硬件復位終止。終止閑散工作模式的方法有兩種,一是任何一條被允許中斷的事件被激活,IDL被硬件
56、清除,即刻終止閑散工作模式。程序會首先影響中斷,進入中斷服務程序,執(zhí)行完中斷服務程序,并緊隨RETI指令后,下一條要執(zhí)行的指令就是使單片機進入閑散工作模式,那條指令后面的一條指令。二是通過硬件復位也可將閑散工作模式終止。</p><p> 需要注意的是:當由硬件復位來終止閑散工作模式時,中央處理器CPU通常是從激活空閑模式那條指令的下一條開始繼續(xù)執(zhí)行程序的,要完成內部復位操作,硬件復位脈沖要保持兩個機器周期有效
57、,在這種情況下,內部禁止中央處理器CPU訪問片內RAM,而允許訪問其他端口,為了避免可能對端口產生的意外寫入:激活閑散模式的那條指令后面的一條指令不應是一條對端口或外部存儲器的寫入指令。</p><p><b> 2.1.5掉電模式</b></p><p> 在掉電模式下,振蕩器停止工作,進入掉電模式的指令是最后一條被執(zhí)行的指令,片內RAM和特殊功能寄存器的內容在
58、中指掉電模式前被凍結。退出掉電模式的唯一方法是硬件復位,復位后將從新定義全部特殊功能寄存器但不改變RAM中的內容,在VCC恢復到正常工作電平前,復位應無效切必須保持一定時間以使振蕩器從新啟動并穩(wěn)定工作。</p><p> 表2.2 閑散和掉電模式外部引腳狀態(tài)</p><p> 2.1.6程序存儲器的加密</p><p> AT89C51可使用對芯片上的三個加密
59、位LB1,LB2,LB3進行編程(P)或不編程(U)得到如下表2.3所示的功能:</p><p> 表2.3LB1、LB2、LB3功能表</p><p> 當LB1被編程時,在復位期間,EA端的電平被鎖存,如果單片機上電后一直沒有復位,鎖存起來的初始值是一個不確定數(shù),這個不確定數(shù)會一直保存到真正復位位置。為了使單片機正常工作,被鎖存的EA電平與這個引腳當前輯電平一致。機密位只能通過整
60、片擦除的方法清除。</p><p> 2.2 DS18B20溫度傳感器</p><p> 2.2.1 DS18B20概述</p><p> DS18B20數(shù)字溫度計提供9-12位攝氏溫度測量而且有一個高低電平觸發(fā)的可編程的不因電源消失而改變的報警功能。DS18B20通過一個單線接口發(fā)送或接受信息,因此在中央處理器和DS18B20之間僅需一條連接線。它的測溫范圍
61、為-55~ +125℃, 精度為±5℃。除此之外,DS18B20能直接從單線通訊上級去能量,出去對外部電源的要求。</p><p> 每個DS18B20都有個獨特的64位序列號,從而允許多只DS18B20同時連載一根單總線上;因此,很簡單就可以用一個為微處理器去控制很多覆蓋在一大片區(qū)域的DS18B20。這一特性在很多控制方面非常有用。表2.4詳細說明其引腳功能。</p><p>
62、; 表2.4 詳細的引腳說明</p><p> ?。ㄗⅲ核猩媳砦刺峒暗囊_都無連接)</p><p> 2.2.2 DS18B20測溫操作</p><p> DS18B20的核心功能是它的直接讀數(shù)的溫度傳感器。溫度傳感器的精度為用戶可編程的9,,10,11或12位,分別以0.5℃,0.25℃,0.125℃和0.0625℃增量遞增。在上電狀態(tài)下默認精度為12位
63、。 DS18B20啟動后保持低功耗等待狀態(tài);當需要執(zhí)行溫度測量和AD轉換時,總線控制器必須發(fā)出[44h]命令。在那之后,嬋真的溫度數(shù)據(jù)以兩個字節(jié)的形式被存儲到高速暫存器的溫度寄存器中, DS18B20繼續(xù)保持等待狀態(tài)。當DS18B20由外部電源供電時總線控制器在溫度轉換指令之后發(fā)起“讀時序”,DS18B20在溫度轉換中返回0,轉換結束返回1.如果DS18B20由寄生電源供電,除非在進入溫度轉換時總線被強上拉拉高,否則不會有返回值。<
64、;/p><p> 表2.5 溫度寄存器格式</p><p> bit7bit 6bit 5bit 4bit 3bit 2bit 1bit 0</p><p> bit 15bit 14bit 13bit 12bit 11bit 10bit 9bit 8</p><p> 表2.6 溫度/數(shù)據(jù)關系
65、</p><p> 2.2.3報警操作信號</p><p> DS18B20在完成一次溫度裝換后,就會拿溫度值與存儲在TH和TL中一個字節(jié)的用戶自定義的報警預定值進行比較。標志位(S)指出溫度值的正負:正數(shù)S=0,負數(shù)S=1。TH和TL寄存器是非易室性的,所以他們在掉電是任保持數(shù)據(jù)。</p><p> 表2.7 TH和TL寄存器格式</p>&l
66、t;p> bit 7bit 6bit 5bit 4bit 3bit 2bit 1bit 0</p><p> 當TH和TL為8位寄存器時,4位溫度寄存器中的11個位用來和TH、TL進行比較。如果測得的溫度高于TH或低于TL,報警條件成立,DS18B20內部就會置位一個報警標識。每進行一次測溫就對這個標識進行一次更新;因此,報警條件不成立了,在下一次溫度轉換后報警標識將被移去。</p&
67、gt;<p> 總線控制器通過發(fā)出報警搜索命令[ECh]檢測總線上所有的DS18B20報警標識。任何置位報警標識的DS18B20將響應這條命令,所以總線控制器能精確定位每一個滿足報警條件的DS18B20。如果報警條件成立,而TH或TL的設置已經改變,另一個溫度轉換將從新確認報警條件。</p><p> 2.3 LED數(shù)碼管</p><p> 數(shù)碼管按能顯示多少個“8”可
68、分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管</p><p> 按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應用時應將公共極COM接到+5V,當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時,相應字段就點亮。當某一字段的陰極為高電平時,相應字段就不亮共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應
69、用時應將公共極COM接到地線GND上,當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時,相應字段就點亮。當某一字段的陽極為低電平時,相應字段就不亮。</p><p> 圖2.4數(shù)碼管結構示意圖</p><p> 數(shù)碼管要正常顯示,就要用驅動電路來驅動數(shù)碼管的各個段碼,從而顯示出我們要的數(shù)字,因此根據(jù)數(shù)碼管的驅動方式的不同,可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。</p><p><
70、;b> 1.靜態(tài)顯示驅動</b></p><p> 靜態(tài)驅動也稱直流驅動。靜態(tài)驅動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼</p><p> 圖2.5數(shù)碼管內部原理圖</p><p> 都由一個單片機的I/O端口進行驅動,或者使用如BCD碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅動。靜態(tài)驅動的優(yōu)點是編程簡單,顯示亮度高,缺點是占用I/O端口多,如驅動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示
71、則需要5×8=40根I/O端口來驅動,要知道一個89S51單片機可用的I/O端口才32個呢:),實際應用時必須增加譯碼驅動器進行驅動,增加了硬件電路的復雜性。</p><p><b> 2.動態(tài)顯示驅動</b></p><p> 數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一,動態(tài)驅動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃“a,b,c,d,e,f,g,
72、dp”的同名端連在一起,另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路,位選通由各自獨立的I/O線控制,當單片機輸出字形碼時,所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼,但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形,取決于單片機對位選通COM端電路的控制,所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開,該位就顯示出字形,沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端,就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示,這就是動態(tài)驅動。在輪流顯示過程中,每位數(shù)碼管的點亮
73、時間為1~2ms,由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應,盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮,但只要掃描的速度足夠快,給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù),不會有閃爍感,動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的,能夠節(jié)省大量的I/O端口,而且功耗更低。</p><p><b> 3硬件電路的設計</b></p><p> 系統(tǒng)由單片機最小系統(tǒng)、顯示電路、按鍵電路、溫度傳感器
74、、復位電路的組成。電路的原理以及設計中所用的器件都在前已經作了詳細的敘述,本章就直接圍繞圖3.1介紹電路的具體設計。</p><p> 圖3.1硬件系統(tǒng)框圖</p><p><b> 3.1時鐘電路</b></p><p> 在AT89C51芯片內部有一個高增益反相放大器,其輸入端為芯片引腳XTAL1,其輸出端為引腳XTAL2。而在芯片的
75、外部,XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調電容,從而構成一個穩(wěn)定的自激振蕩器,這就是單片機的時鐘電路,如圖3.2所示。</p><p> 時鐘電路產生的振蕩脈沖經過觸發(fā)器進行二分頻之后,才成為單片機的時鐘脈沖信號。請讀者特別注意時鐘脈沖與振蕩脈沖之間的二分頻關系,否則會造成概念上的錯誤。一般地,電容C1和C2取30uF左右,晶體的振蕩頻率范圍是1.2~12MHz。晶體振蕩頻率高,則系統(tǒng)的時鐘頻率也高,
76、單片機運行速度也就快89C51的時鐘有兩種方式,一種是片內時鐘振蕩方式,</p><p> 圖3.2 內部時鐘電路</p><p> 但需在18和19腳外接石英晶體(2-12MHz)和振蕩電容,振蕩電容的值一般取10p-30p。另外一種是外部時鐘方式,即將XTAL1接地,外部時鐘信號從XTAL2腳輸入,如圖3.3</p><p> 圖3.3外部時鐘電路<
77、/p><p> 3.2顯示電路的設計</p><p> 由于此處是空調控制系統(tǒng),對溫度測量、控制基本范圍為</p><p> 0℃-50℃內,顯然一位的LED數(shù)碼管不能滿足其顯示要求的,所以顯示電路采用3位共陰極LED數(shù)碼管。另外P0口由上拉電阻提高驅動能力,作為段碼輸出并作為數(shù)碼管的驅動。P2口的低三位作為數(shù)碼管的位選端。采用動態(tài)掃描的方式顯示掃描結果,電路圖如
78、下圖3.4。</p><p><b> 圖3.4顯示電路</b></p><p><b> 3.3按鍵電路設計</b></p><p><b> 圖3.5按鍵電路</b></p><p> 本系統(tǒng)設計三個按鍵,采用查詢方式,一個用于選擇切換設置報警溫度和當前溫度,另外兩
79、個分別用于設置報警溫度的加和減。均采用軟件消抖。電路如圖3.5。</p><p> 3.4溫度傳感器電路</p><p> DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器,與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比,它能直接讀出被測溫度,并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)9~12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點如下: </p>&
80、lt;p> 1. 獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信; </p><p> 2. 多個DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上,實現(xiàn)多點組網功能 </p><p> 3. 無須外部器件; </p><p> 4. 可通過數(shù)據(jù)線供電,電壓范圍為3.0~5.5V; </p><p> 5. 零待機功耗; </p>
81、<p> 6. 溫度以9或12位數(shù)字; </p><p> 7. 用戶可定義報警設置; </p><p> 8. 報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度(溫度報警條件)的器件;</p><p> 9. 負電壓特性,電源極性接反時,溫度計不會因發(fā)熱而燒毀,但不能正常工作;</p><p> DS18B20可以采用兩種方式供電
82、,一種是采用電源供電方式,此時DS18B20的1腳接地,2腳作為信號線,3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式,如圖4 所示單片機端口接單線 總線,為保證在有效的DS18B20時鐘周期內提供足夠的電流,可用一個MOSFET管來完成對總線的上拉。當DS18B20處于寫存儲器操作和溫度A/D轉換操作時,總線上必須有強的上拉,上拉開啟時間最大為10us。采用寄生電源供電方式時VDD端接地。由于單線制只有一根線,因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。<
83、/p><p> 圖3.6 溫度傳感器與單片機的鏈接</p><p> 3.5復位電路的設計</p><p> 復位電路在此處的主要作用是系統(tǒng)在出錯的狀態(tài)下恢復正常</p><p><b> 圖3.7復位電路</b></p><p><b> 3.6系統(tǒng)總電路</b>&l
84、t;/p><p> 綜合以上各部分畫出以下原理圖,如圖3.7,它的各個模塊電路及作用也已經在本章的前一部分作了介紹,所以在此處就不在闡述其具體原理和作用。</p><p><b> 圖3.7系統(tǒng)原理圖</b></p><p><b> 4軟件系統(tǒng)設計</b></p><p><b>
85、4.1概述</b></p><p> 本設計中引入了單片機,將硬件與軟件結合在一起,通過硬件電路與軟件編程實現(xiàn)課題,減輕了基于傳統(tǒng)的水位控制系統(tǒng)的布線難度。</p><p><b> 4.2主程序流程圖</b></p><p><b> 流程圖如下圖4.1</b></p><p>
86、 圖4.1主程序流程圖</p><p><b> 4.3程序源代碼</b></p><p> DS18B20的讀寫程序,數(shù)據(jù)腳P2.7,溫度傳感器18B20匯編程序,采用器件默認的12位轉化,最大轉化時間750微秒,顯示溫度-55到+125度,顯示精度,為0.1度,顯示采用4位LED共陽顯示測溫值,P0口為段碼輸入,P2.0~P2.4為位選。</p>
87、<p><b> 程序代碼如下:</b></p><p> #include"reg51.h"</p><p> #include"intrins.h" //_nop_();延時函數(shù)用 </p><p> #define dmP0
88、 //段碼輸出口 </p><p> #define ucharunsignedchar</p><p> #define uint unsignedint sbitDQ=P2^7; //溫度輸入口 </p><p> sbitw0=P2^0; //數(shù)碼管4</p
89、><p> sbitw1=P2^1; //數(shù)碼3</p><p> sbitw2=P2^2; //數(shù)碼管2</p><p> sbitw3=P2^3; //數(shù)碼管1</p><p> sbitbe
90、ep=P1^7; //蜂鳴器和指示燈</p><p> sbitset=P2^6; //溫度設置切換鍵</p><p> sbitadd=P2^4; //溫度加</p><p> sbitdec=P2^5;
91、 //溫度減</p><p> inttemp1=0; //顯示當前溫度和設置溫度的標志位為0時顯示當前溫度</p><p><b> uint h;</b></p><p> uintt emp;</p><p><b> uchar r;</b></p
92、><p> uchar high=35,low=20;</p><p> uchar sign; </p><p> uchar q=0;</p><p> uchar tt=0;</p><p> uchar scale; //溫度小數(shù)部分用查表法//</p><p>
93、 ucharcodeditab[16]={0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04,0x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09}; //小數(shù)斷碼表 </p><p> ucharcodetable_dm[12]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00,0x
94、40}; //共陰LED段碼表"0" "1" "2" "3" "4" "5"7""8" "9""不亮""-"</p><p> uchartable_dm1[]={0xbf,0x86,0xdb,0xcf,
95、0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef}; //個位帶小數(shù)點的斷碼表</p><p> uchardatatemp_data[2]={0x00,0x00}; //讀出溫度暫放</p><p> uchardatadisplay[5]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};</p>
96、<p> //顯示單元數(shù)據(jù),共4個數(shù)據(jù)和一個運算暫用</p><p> voiddelay(uintt) //11us延時函數(shù)</p><p><b> {</b></p><p> for(;t>0;t--);</p><p><b> }</b><
97、/p><p> voidscan()</p><p><b> {</b></p><p><b> intj;</b></p><p> for(j=0;j<4;j++)</p><p><b> {</b></p><
98、p><b> switch(j)</b></p><p><b> {</b></p><p> case0:dm=table_dm[display[0]];w0=0;delay(50);w0=1;//小數(shù)</p><p> case1:dm=table_dm1[display[1]];w1=0;delay(
99、50);w1=1;//個位</p><p> case2:dm=table_dm[display[2]];w2=0;delay(50);w2=1;//十位</p><p> case3:dm=table_dm[display[3]];w3=0;delay(50);w3=1; //百位</p><p> else{dm=table_dm[b3];w3=0;del
100、ay(50);w3=1;}</p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p> ow_reset(void) //DS18B20復位函數(shù)</p
101、><p><b> {</b></p><p> charpresence=1;</p><p> while(presence)</p><p><b> {</b></p><p> while(presence)</p><p><b
102、> {</b></p><p> DQ=1;_nop_();_nop_(); //從高拉倒低</p><p><b> DQ=0;</b></p><p> delay(50); //550us</p><p><b> DQ=1;</b><
103、;/p><p> delay(6); //66us</p><p> presence=DQ; //presence=0 復位成功,繼續(xù)下一步</p><p><b> }</b></p><p> delay(45); //延時500us&l
104、t;/p><p> presence=~DQ;</p><p><b> }</b></p><p> DQ=1; //拉高電平</p><p><b> }</b></p><p> voidwrite_byte(ucha
105、rval) //向1-WIRE 總線上寫1個字節(jié)</p><p><b> {</b></p><p><b> uchari;</b></p><p> for(i=8;i>0;i--)</p><p><b> {</b></p&
106、gt;<p> DQ=1;_nop_();_nop_(); //從高拉倒低</p><p> DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); //5us</p><p> DQ=val&0x01; //最低位移出</p><p> delay(6);
107、 //66us</p><p> val=val/2; //右移1位</p><p><b> }</b></p><p><b> DQ=1;</b></p><p><b>
108、delay(1);</b></p><p><b> }</b></p><p> ucharread_byte(void) //從總線上取1個字節(jié)</p><p><b> {</b></p><p> uchari; ucharva
109、lue=0;</p><p> for(i=8;i>0;i--)</p><p><b> {</b></p><p> DQ=1;_nop_();_nop_();</p><p> value>>=1;</p><p> DQ=0;_nop_();_nop_();_n
110、op_();_nop_(); //4us</p><p> DQ=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); //4us</p><p> if(DQ)value|=0x80;</p><p> delay(6); //66us</p>
111、<p><b> }</b></p><p><b> DQ=1;</b></p><p> return(value);</p><p><b> }</b></p><p> read_temp()
112、 //讀出溫度函數(shù)</p><p><b> {</b></p><p> ow_reset(); //總線復位</p><p> delay(200);</p><p> write_byte(0xcc); //發(fā)命令</p
113、><p> write_byte(0x44); //發(fā)轉換命令</p><p> ow_reset();</p><p><b> delay(1);</b></p><p> write_byte(0xcc); //發(fā)命令</p>
114、<p> write_byte(0xbe); </p><p> temp_data[0]=read_byte(); //讀溫度值的第字節(jié)</p><p> temp_data[1]=read_byte(); //讀溫度值的高字節(jié)</p><p> temp=temp_data[1];</p>&l
115、t;p><b> temp<<=8;</b></p><p> temp=temp|temp_data[0]; //兩字節(jié)合成一個整型變量。</p><p> returntemp; //返回溫度值</p><p><b> }</b>
116、</p><p> work_temp(uinttem) //溫度數(shù)據(jù)處理函數(shù)</p><p><b> {</b></p><p><b> ucharn=0;</b></p><p> if(tem>6348) /
117、/溫度值正負判斷</p><p><b> {</b></p><p> tem=65536-tem;n=1;</p><p> } //負溫度求補碼,標志位置1</p><p> display[4]=tem&0x0f;
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