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微 电 脑 空 调 控 制 系 统 学 士 学 位 精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢66 前言 课题的背景及意义 我国空调业从第一台窗式空调器诞生以后，发展缓慢。到 80年代初，大量地引进技术和生产线以后，才开始了较快速度的发展，同时在一些高等院校和有实力的生产厂家陆续成立了相应的研究机构。其研究方向主要集中在空调制冷系统及部件的优化设计、制冷系统特性与仿真、工质替代和人工环境特性等应用基础研究方面，取得了诸多的科研成果。但对于实现环境的舒适性调节和空调系统的智能控制方面的研究才刚刚起步，有待于进一步深入和发展。变频技术、微电脑和电子膨胀阀在空调器上的应用为空调器的智能控制创造了最基本的条件。我国从 1991年开始研究制冷空调设备的变频能量调节技术，对电子膨胀阀的调节特性及其应用领域进行了系统研究。大部分研究工作都集中在单相压缩机变频调速技术和室内环境的舒适度控制方面。目前，国际上的新型温度传感器也正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。控制技术有：自动控制技术、电气控制技术、微机控制技术等，随着科学技术的不断发展，计算机技术和与自动化技术的结合微型计算机控制技术越来越成熟，应用也越来越广泛，微机是通过传感器接收物理量，转换为电量，通过模/数（A/D）转换,输入计算机。计算机运算结果，输出，通过数/模（D/A）转换,送执行机构执行。计算机程序也分监测采样程序和控制程序。显示技术有：液晶显示技术、平板显示技术、LCD 显示技术等，液晶显示器件总的技术趋势，是向彩色化、大容量、大尺寸与高精细度发展，力求做到低功耗，追求全面超过 CRT 的视认性与显示品质，减少缺陷并发展修理技术，提高成品率、降低价格，进一步发展大尺寸基板的全自动、低灰尘、高稳定的设备体系等方面发展。精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢66 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名：日 期：指导教师签名：日 期：使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名：日 期：精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢66 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年 月 日 导师签名：日期：年 月 日 本文的主要研究内容 精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢66 本设计采用单片机 89C51 作为控制核心，扩展了 8 路 A/D 分别对 8 间房内的温度进行测控,实现了对各个房间的固定显示和对 8 个房间的轮流显示，而且还对 8 个房间内的温度进行了 PID 控制，使得单片机系统对温度的控制具有快速稳定的特点。本系统的硬件设计中采用 Pt-100 作为温度传感器，用桥式电路转换成电压信号再经 ICL7650 放大，然后用 ADC0809 采样转换为数字信号进入微处理器进行计算处理。微处理器经 PID 算法处理后输出一定占空比的矩形波，通过矩形波来控制双向可控硅的导通时间，再由双向可控硅去控制加热器的导通，从而达到控制温度的目的。软件采用定时中断采样，经滤波，计算出差值，增量式 PID 算法计算出控制量，再以 PWM 波的形式输出其控制量 第二章 系统的组成及工作原理 精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢66 2.1 系统的设计要求与技术指标 由单片机构成最小系统，扩展 8 路 A/D 分别对 8 间房内的温度进行控制，采用 PID 算法，输出 8 路输出控制信号，控制加热执行机构，采用 8 位数显轮流或定显各房温度，要求测温范围为 050 度，测量控制精度为+1 度。本次设计方案中，温度转换电路采用电桥电路，使转换的电压值更加稳定可靠。由可控硅构成的导通电路使得控制更加安全，敏灵度增强。7279 的使用也使数据的输入和显示的控制更加简洁、方便、快速。2.2 系统功能分析 以单片机组成的最小系统为核心，由温度转换电路，A/D 转换电路，7279 显示及键盘接口电路，可控硅导通控制电路组成。信号由温度传电路转换成电压信号，用数模转换电路采用八通道 A/D0809芯片，它将模拟量转换成数值量。经放大后，进入单片机后，一方面通过 7279 进行显示和键盘控制，一方面通过 D/A 转电路转换成模拟量对空调的温度系统进行控制。2.3 系统组成框图 总电路思路框图 系统由转换电路、放大电路、A/D 采样电路、驱动电路、控制电路，显示电路等组成。精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢66 图 2.1 总电路框图 第三章 系统硬件电路的设计 温度转换 信号放大 单 片 机 A/D 转换可控硅导 温度调节键盘输入 温度参显示精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢66 3.1 温度转换电路模块 PT100 是铂电阻温度传感器，它适用于测量-60C到+400C之间的温度。要求的控温范围在 0-50之间，所以本系统采用 Pt100 型铂热电阻作为温度传感器。计算PT100 所需电流 PT100 在 0C 时电阻为 100 欧姆，随着温度的变化电组成线性变化，大约是每摄氏度 0.4 欧姆，为了产生 5mV/C的电压系数，需要提供 12.5mA 电流。由于模拟量输出精度为 10 微安/数，为了得到 5mA 输出电流所需的输出数必须为 1250。因为 AQW 数据字向右移 4 位，因此输出数必须乘以 16。这样，为了初始化模拟量输出 Io 位 12.5mA 电流，在 AQW0 中必须设置 20000 输出数。等式为：(32000/20mA*12.5mA=20000)将温度的变化转化为电阻的变化，并通过桥路将电阻的变化转化为电压的变化.PT100 可以用电桥实现温度到电阻再到电压的转换，流过 PT100 的电流不可大于 6mA。直流电桥的基本形式由 4 个桥臂、一个激励源组成。四桥臂的原理图如图所示，图中 R1、R2、R3、R4为 4 个桥臂，中间的是激励源。电桥平衡条件：R1R3=R2R4 表 3.1 主要温度点 PT100 的电阻值和电桥输出电压 温度 T（单位：）PT100 的电阻值 Rt(单位：)电桥输出电压0U（单位：mV）0 100.0-13.8 30 111.6 13.7 60 123.1 27.0 80 131.0 36.3 铂热电阻是目前热电阻中性能最好的，主要用作标准电阻温度计。被广泛应用于作温度的基准，标准的传递,因此本系统也采用了铂热电阻 PT100 作为温度传感器。PT100 电桥测量电路如图所示。精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢66 PT100 采用金属铂为材料。其电阻值会随温度化而变化，从而实现温度电阻值转换，且在 0 500范围内的电阻温度（R-T）曲线的线性度较好。在 0850和-200 0时其电阻值 Rt 与温度 T 分别满足式 31 和式 32：Rt=R0(1+aT+bT)（式 31）Rt=R01+aT+bT+c(T-100)T（式 32）式中：Rt PT100 的电阻阻值；R0 0 时 PT100 的电阻阻值，0R=100；a,b,c 均为系数，a 3.908*10-3,b-5.802*10-7,c-4.273*10-12;1 2vR110KR210KR4PT1 0 0R3200 K 图 3.1 电桥电路 3.2 放大电路模块 系统选用 ICL7650 的放大电路，以满足设计所需的技术指标。ICL7650 利用动态校零技术消除了 CMOS 器件固有的失调和漂移，从而摆脱了传统电路的束缚，克服了传统放大器的一些缺点。它具有输入偏置电流小、失调小、增益高、共模抑制能力强、响应快、漂移低、性能稳定及价格低廉等优点。除了具有普通运算放大器的特点和应用范围外，还具有高增益、高共模抑制比、失调小和漂移低等特点，所以常常被用在热电偶、电阻应变电桥、电荷传感器等测量微弱信号的前置放大器中。设计中使用 ICL7650 做运放，这种运放与其它运放不同，其内部有一个振荡频率为200Hz 的振荡器，在这个振荡器控制下运放分节拍工作。每个振荡周期分两个节拍，第一节拍将输入失调采集并存于一个电容器中，第二节拍采集和放大信号，并与此刻的失调相抵消，所以电路总的失调和温漂极小，性能极为优越稳定，电路除精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢66 采用二个采样/保持电容外，其余的放大，时钟振荡以及所用控制电路均集成于芯片。其中：V+V-：供电电压正和负 V+=3 9V V-=-3-9V，典型值为 V+=5V V-=-5V；IN+,IN-：分别为正相输入端和反相输入端，应保证加于此两端的共模输入电压为(V+0.3V)(V-0.3V)，保证加于此两端差模电压在 7V以内。这部分电路主要完成对前级电桥输出电压的放大和滤波。为使最终输出 0 5V的电压信号放大电路的增益应 AV为 150.26，且应采用正向放大电路。R12,R34 和电位器RP1够成反馈支路，R6、C7 是滤波电路。取 R34=10K、RP1调节到适当的电阻值。AV=R34/(R12+RP1)（式 3 3）RP1=(R34/AV)-R12（式 3 4）故有 RP1=56，所以 R选 200的电位器作 RP1。ICL7650 构成的同相放大器,输入电压经过平衡电阻接到正相输入端，R3为反馈电阻，电压放大倍数由 R12,R34 和 RP1控制。V0与 Vi 的关系如下：V0（1+R34/(R12+RP1)）*Vi（式 3 5）ICL7650 前置放大电路如图所示：图 3.2 放大电路 在放大电路模块中，在电路前后分别预设滤波电路，以减小外界和系统内部自身的干扰。精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢66 3.3 A/D 转换模块 设计要求中需扩展 8 路 A/D 并分别对 8 间房内的温度进行控制，故选用 8 通道的数模转换芯片为佳。ADC0809 是一种比较典型的 8 位 8 通道逐次逼近式 A/D 转换器 CMOS 工艺。可实现 8 路模拟信号的分时采集，以及相应的通道地址锁存用译码电路，其转换时间为 100s 左右，采用双排 28 引脚封装。图 3.3 ADC0809 的内部逻辑结构图 由上图可知，ADC0809 由一个 8 路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个 A/D 转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通 8 个模拟通道，允许 8路模拟量分时输入，共用 A/D 转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存 A/D 转换完的数字量，当 OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢66 图 3.4 ADC0809 芯片引脚图 IN0 IN7：8 条模拟量输入通道 ADC0809 对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是 0 5V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。地址输入和控制线：4 条 ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当 ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将 A，B，C 三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A，B 和 C 为地址输入线，用于选通 IN0 IN7 上的一路模拟量输入。通道选择表如下表所示：表 3.2 通道选择 C B A 选择的通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢66 数字量输出及控制线：11 条 ST 为转换启动信号。当 ST 上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行 A/D 转换；在转换期间，ST 应保持低电平。EOC为转换结束信号。当 EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行 A/D 转换。OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE 1，输出转换得到的数据；OE 0，输出数据线呈高阻状态。D7 D0为数字量输出线。CLK为时钟输入信号线。因 ADC0809 的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为 500KHZ，VREF（），VREF（）为参考电压输入。3.4 单片机最小系统 主控制芯片 AT89C51 AT89C51是美国 ATMEL 公司生产的低电压，高性能 CMOS 8位单片机，片内含 4k bytes 的可反复擦写的 Flash 只读程序存储器和 128 bytes 的随机存取数据存储器(RAM)器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器(CPU)和 Flash 存储单元，功能强大 AT89C51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。主要性能参数:与 MCS-51 产品指令系统完全兼容 4k 字节可重擦写 Flash 闪速存储器 1000 次擦写周期 全静态操作:OHz-24MHz 三级加密程序存储器 128X8字节内部 RAM 32 个 A编程 T/0 U 线 2 个 16 位定时/计数器 6 个中断源 图 3.5 AT89C51 芯片引脚图 可编程串行 DART 通道 低功耗空闲和掉电模式 精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢66 功能特性概述:AT89C51 提供以下标准功能:4k 字节 Flash 闪速存储器，128 字节内部 RAM,32个 I/O 口线，两个 16 位定时/计数器，一个 5 向量两级中断结构，一个全双工串行通信 u，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至 OHz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停比 CPU的工作，但允许 RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存 RAM 中的内容，但振荡器停比工作并禁比其它所有部件工作自到下一个硬件复位。引脚功能说明：Vcc:电源电压 GND:地 PO口：PO口是一组 8 位漏极开路型双向 I/0 口，也即地址/数据总线复用日作为输出日用时，每位能吸收电流的方式驭动 8 个 TTL逻辑门电路，对端口写“1”，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组日线分时转换地址(低 8 位)和数据总线复用，在访问期问激活内部上拉电阻。在 Flash 编程时，PO u 接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1 口：P1 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 的输出缓冲级可驭动(吸收或输出电流)4 个 TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端日拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。Flash 编程和程序校验期间，P 1 接收低 8 位地址。P2 口：P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 的输出缓冲级可驭动(吸收或输出电流)4 个 TTL逻辑门电路。对端日写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。在访问外部程序存储器或 16 位地址的外部数据存储器(例如执行 MOVX DPTR 指令)时，P2 口送出高 8 位地址数据在访问 8位地址的外部数据存储器(如执行 MOVX RI 指令)时，P2 口线上的内容(也即特殊功能寄存器(SFR)区中 R2寄存器的内容)，在整个访问期间不改变。Flash 编程或校验时，P2 亦接收高位地址和其它控制信号。精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢66 P3 口：P3 口是一组带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。P3 口输出缓冲级可驭动(吸收或输出电流)4 个 TTL逻辑门电路。对 P3 口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的 P3 口将用上拉电阻输出电流(IIL)。P3 口除了作为一般的 I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：表 3.3 功能表 P3 口还接收一些用于 Flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。RST：复位输入当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE(地址锁存允许)输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节即使小访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡频率的 1/6输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的要注意的是:每当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE脉冲。对 Flash 存储器编程期问，该引脚还用于输入编程脉冲(PROG)。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的 8EH单元的 DO位置位，可禁比 ALE操作。该位置位后，只有一条 MOVX 和 MOVC 指令 ALE才会被激活此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置 ALE无效。PSEN 程序储存允许(PSEN 输出是外部程序存储器的读选通信号，当 AT89C51由外部程序存储器取指令(或数据)时，每个机器周期两次 PSEN有效，即输出两个脉冲在此期间，当访问外部数据存储器，这两次有效的 PSEN，信号不出现。EA/VPP：外部访问允许。欲使 CPU仅访问外部程序存储器(地址为 OOOOH-FFFFH)EA 端必须保持低电平(接地)。需注意的是:如果加密位 LB1 被编程，复位时内部会锁存 EA端状态。如 EA端为高电平(接 Vcc 端)，CPU则执行内部程序存精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢66 储器中的指令。Flash 存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源 Vpp，当然这必须是该器件是使用 12V编程电压 Vpp。XTAL 1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端 1.时钟电路 时钟电路是计算机的心脏，它是控制着计算机的工作节奏。MCS-51 内部都有一个反相放大器，XTAL1、XTAL2 分别是反相放大器输入和输出端，外接定时反馈元件就组成震荡器产生时钟送至单片机内部的各个部件。如下图 3.12 所示，片内电路与片外器件构成一个时钟发生电路，CPU 的所有操作均在时钟脉冲同步下进行。片内振荡器的震荡频率 fOSC 非常接近晶振频率，一般多在 1.2MHz 12MHz 之间选取，这次毕设用的时钟频率是 12MHz。图 3.12 中 C1、C2 是反馈电容，其值在 5pF 30pF 之间选择,其典型值是 30Pf。作用有两个：其一是使振荡器起振，其二是对振荡器的频率起微调作用（C1、C2 大，f 变小）。2.复位电路 系统在启动运行时都要复位，使中央处理器和系统中的其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这状态开始工作。采用上电复位方式，在 RST 复位端接一个电容 R16 至 Vcc 和一个电容 C6 至 Vss(地),就能实现上电自动复位。在上电的瞬间，电容通过电阻充电，就在端出现一定时间的高电平。只要保持 RST 引脚为高电平时间足够长，就可使 CPU 复位。所需高电平时间的长短与 Vcc 上升时间和振荡器起振时间有关。10MHz 时，约 1ms；1MHz 时，约 10ms。若 Vcc 上升时间小于 20ms，那么从上电时间算起，只要保持 RST 引脚在高电平停留时间不小于 20ms 即可。图 3.12 中R16=51K，C6=22F，若频率为 12MHz，可以保证可靠的上电复位。如果频率降低，可以适当加大电容 C6.3.其它电路 89C51还要有 7279和 ADC0809等芯片接口电路。其中 7279用于键盘/LED 显示器接口，2732 可以作为 89C52 的外部 ROM 存储器，ADC0809 为温度测量电路的输入接口，用于把连续变化的信号进行离散化。最终再通过控制电路中的键盘显示器电路实现人机对话功能。3.5 显示模块 系统设计中，键盘及显示电路控制芯片由一片 HD7279A 担当，本次设计采用了4*4 键盘和 8 个 8 段共阴数码管提供信息输入及实时信息显示的功能。HD7279 电路精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢66 连接上相对简单，软件编程也相对简单。并且可外接的键盘数量也比 8255 多，故选择 HD7279。HD7279A 是一片具有串行接口的，可同时驱动 8 位共阴式数码管的智能显示驱动芯片，该芯片同时还可以连接多达 64 键的键盘矩阵，单片即可完成 LED显示，键盘接口的全部功能。它共有 28 个引脚。RC引脚用于连接 HD7279A 的外接振荡元件，其典型值为 R=1.5k,C=15pF。RESET 为复位端。该端由低电平变成高电平并保持 25ms即复位结束。通常，该端接+5V即可。DIG0DIG7 分别为 8 个 LED管的位驱动输出端。SA SG分别为 LED 数码管的 A G段的输出端，DP为小数点。8个 7 段 LED 及 16 个按键控制的键盘显示系统。很好的完成了键盘和显示部分，同时，仅仅使用单片机的 P1.0 P1.3 口，大大节省了 CPU 的端口资源。下图是HD7279A 的引脚功能图 图 3.6 HD7279 芯片引脚 HD7279A 的主要特性：.串行接口，无需 3 外围元件可直接驱动 LED显示；.各位独立控制译码/不译码及消隐和闪烁属性；.（循环）左移/（循环）右移指令；.具有段寻址指令，方便控制独立 LED；.64 键键盘控制器，内含消抖电路。引脚说明：VDD：正电源 VSS：地 精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢66 CS：片选 CLK：时钟输入端 DATA：串行数据输入/输出端 KEY：按键有效输出端 CLK0：震荡输出端 SG-SA：段 g-段 a 输出端 DP：小数点驱动输出 DIG0-DIG7：数字笔段驱动输出 RC：RC震荡连接端 RES：复位端 控制指令：A纯指令.复位（清除）指令 A4H.左移指令 A1H.右移指令 A0H B.带有数据指令.下载数据且按方式 0 译码.下载数据且按方式 1 译码.下载数据但不译码.闪烁控制 88H.读键盘数据指令 15H HD7279A 的指令结构有三中类型：1、不带数据的纯指令，指令的宽度为 8 个BIT，即 CPU 需要发送 8 个 CLK 脉冲。2、带有数据的指令，宽度为 16 个 BIT，即CPU 需要发送 16 个 CLK 脉冲。3、读取键盘数据指令，宽度为 16 个 BIT，前 8 个为CPU 发送到 HD7279A 的指令，后 8 个 HD7279A 返回的键盘代码。执行此命令时，HD7279A 的 DATA 端在第 9 个 CLK 脉冲的上升沿变为输出状态，并与第 16 个脉冲的下降沿恢复为输入状态，等待接受下一个指令。具体电路图如图所示：精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢66 C115pfR11.5K+5200K200K200K200KcpbacdeefgDS1cpbacdeefgDS2cpbacdeefgDS3cpbacdeefgDS410k 10k 10k10kS1S5S9S13S2S6S10S14S3S7S11S15S4S8S12S16100K100K100K100K100K100K100KVDD1VDD2NC3VSS4CS6CLK7DATA8KEY9SG10SF11SE12SD13SC14RESET28RC27CLKO2 6DIG72 5DIG62 4DIG52 3DIG42 2DIG32 1DIG22 0DIG11 9DIG01 8DP17SA16SB15NC57279200K200K200KPort1Port2Port3Port4 图 3.7 HD7279 显示电路 电路中 8 个下拉电阻和 4 个键盘连接位选线 DIG0 DIG3的电阻，应符合一定的比例关系，典型值为 10 倍。下拉电阻的取值范围是 10K 100K，位选电阻的取值范围是 1K 10K。为满足比例关系，取下拉电阻的阻值为 100K，位选电阻的阻值为 10K。7279 外接的 RC振荡电路以供 7279 工作，取其典型值为 R=1.5K,C=15pF。3.6 控制模块 控制模块最主要的元器件是固态继电器。固态继电器（SSR）是一种全电子电路组合的元件，它依靠靠半导体器件和电子元件的电、磁和光特性来完成其隔离和继电切换功能。固态继电器又名固态开关，是一种由固态电子元器件组成的新型无触点电子开关器件，它利用分立元件、集成器件及微电子技术，实现了控制回路（输精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢66 入）与负载回路（输出）之间的电隔离及信号耦合，可达到无触点，无火花接通和断开电器的目的。固态继电器应用领域十分广泛，如用于计算机的接口、微机的测控系统、自动控制等领域。固态继电器与传统的电磁继电器（EMR）相比，是一种没有机械、不含运动零部件的继电器，但具有与电磁继电器本质上相同功能。固态继电器按使用场合分为交流型和直流型。本系统根据交流型固态继电器的工作原理,用光电耦合器和双向可控硅等元件设计的如图 3-5 所示电路,同样可以达到固态继电器的功能。在输入端加一个控制信号，就可以控制输出端的“通”和“断”，实现“开关”功能。其中耦合电路是以光电耦合器作为输入、输出间的通道，又在电气上实现电隔离，以防止输出端对输入端的影响。吸收电路由电阻、电容组成，它是为了防止电源中带来尖峰电压、浪涌电流对开关器件的冲击和干扰而设的。其次是双向可控硅，可控硅是 P1N1P2N2 四层三端结构元件，共有三个 PN 结，分析原理时，可以把它看作由一个 PNP管和一个 NPN 管所组成。当阳极 A 加上正向电压时，BG1 和 BG2 管均处于放大状态。此时，如果从控制极 G 输入一个正向触发信号，BG2便有基流 ib2 流过，经 BG2放大，其集电极电流ic2=2ib2。因为 BG2 的集电极直接与 BG1 的基极相连，所以 ib1=ic2。此时，电流 ic2 再经 BG1放大，于是 BG1的集电极电流 ic1=1ib1=1 2ib2。这个电流又流回到 BG2 的基极，表成正反馈，使 ib2 不断增大，如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通 由于 BG1 和 BG2 所构成的正反馈作用，所以一旦可控硅导通后，即使控制极 G 的电流消失了，可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作用，没有关断功能，所以这种可控硅是不可关断的。由于可控硅只有导通和关断两种工作状态，所以它具有开关特性，这种特性需要一定的条件才能转化 本电路的主要性能特点有：低噪声、可靠性高、驱动功率小、对电源电压适应能力强和抗干扰能力强等。所以在控制电路的设计中，采用了此电路作为控制开关。精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢66 图 3.8 控制电路 3.7 系统总体电路设计及工作原理 用 Pt-100 作为温度传感器，采用桥式电路，PT100 因温度变化使之阻值发生变化，电桥不平衡从而转换成电压信号。再经 ICL7650 放大及滤波电路，然后用ADC0809 采样转换为数字信号进入微处理器进行处理。CPU经 PID 算法处理后输出一定占空比的矩形波，通过矩形波来控制双向可控硅的导通时间，再由双向可控硅去控制加热器的导通，从而达到控制温度的目的。显示部分采用 HD7279，4*4 键盘和8 个 8 段共阴数码管提供信息输入及实时信息显示的功能。软件采用定时中断采样，经滤波，计算出差值，增量式 PID 算法计算出控制量，再以 PWM 波的形式输出其控制量。整个系统也可划分为控制电路部分、加热电路部分和测量电路三部分。控制电路是由单片机来处理给定信号和反馈信号，发出相应的指令来控制可控硅，是系统的核心。89C51 对温度的控制是通过可控硅调功能电路实现的。在给定的周期 T内，89C51 只要改变可控硅管的接通时间便可改变加热丝的功率，从而达到调节温度的目的。而可控硅的接通时间可以通过可控硅极上触发脉冲控制。该触发脉冲由89C51 用软件在引脚上产生，受过零同步脉冲同步后经光耦合管和驱动管输出送到可控硅的控制极上。过零同步脉冲是一种 50HZ交流电压过零时刻的脉冲，可使可控硅在交流电压正弦波过零时触发导通。该脉冲一方面作为可控硅的触发同步脉冲加到控制电路中，另一方面还作为计数脉冲加到 89c51 的 T0 和 T1 端。加热电路用来实现对系统的升温加热达到预定的温度。当温度没有达到要求，控制电路利用双向可控硅的通断特性来决定加热电路的通电与断电。测量电路功能为将测量到的信号经过处理变成数字信号送入单片机中进行处理。精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢66 第四章 软件设计 在现代智能仪器系统中，硬件必须在软件的配合下，才能实现它强大的功能。好的软件设计，甚至能够弥补硬件设计上的一些缺陷。所以软件设计思想，是整个设计中较为重要的一部分。软件主要由主程序、A/D 转换程序和完成各种算法的功能模块组成，完成各种算法的功能模块是直接与仪器功能和性能相关的部分，而主程序是实现对整个仪器的管理，实现人机接口及各功能模块的调度，它们之间相互协调，相互配合，共同实现仪器的各种功能和性能。软件整体设计思路：软件设计主要由温度控制的算法和温度控制程序组成。软件设计主要为控制器部分，即温度控制系统，采用 PID 算法，其原理是先求出实测温度与所设定温度的偏差值，而后对偏差值处理而获得控制信号去调节加热机构的加热功率，以实现对温度的控制。PID 基本可满足系统要求。程序设计是本次设计的核心部分。整个程序包括管理程序和控制程序两部分。管理程序是对显示 LED进行动态刷新，控制指示灯，处理键盘的扫描和响应，进行掉电保护，执行中断服务程序等。控制程序是用来对被控进行采样，数据处理，根据控制算法进行计算和输出等。此次温度采集和控制系统采用偏差控制法（PID 控制）。偏差控制法（PID 控制）的原理是先求出实测温度对所需温度的偏差值，然后对偏差值处理而获得控制信号去调节加热器加热时间，以实现对温度控制。此系统采用 T0 中断实现全部控制功能，为简化程序及实现 PID 控制,中断时间为10ms。4.1 主程序设计 在主程序中首先给定 PID 算法的参数值,然后通过循环显示当前温度,并且设定键盘外部中断为最高优先级,以便能实时响应键盘处理;软件设定定时器 T0 为 5 秒定时,在无键盘响应时每隔 5 秒响应一次,以用来采集经过 A D转换的温度信号;设定定时器 T1 为嵌套在 T0 之中的定时中断,初值由 PID 算法子程序提供。主程序是此系统的监控程序，在程序运行中必须进行上电复位或系统复位后的初始化，为简化程序只进行 HD7279 的初始化，T0 初始化、开中断、显示缓冲区初始化、键盘扫描及键处理等程序 精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢66 N Y N Y 开始 设置椎栈指针 7279 初始化 定时器/计数器 0 初始化 RAM 区初始化 24C02 数据的读开中断 显示 转各处理子程序 键扫，判断是否有 键按下 分析键值 图 4.1 系统主程序框图 是否为功能 系统设计的内存分配情况：20H-26H 各数据符号位 3FH 温度给定值存放单元 40H-47H 采样数据结果存放单元 48H-4FH PID 控制值存放单元 50H-5AH 采样值存放单元 68H KP 存放单元 69H KI 存放单元 精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢66 6AH KD 存放单元 6BH 存放 e(i)符号位 30H 6CH 存放 e(i-1)符号位 31H 6DH 存放 e(i-2)符号位 32H 6EH 存放 e(i)-e(i-1)符号位 33H 6FH 存放 e(i-1)-e(ti-2)符号位 34H 70H 存放（ei-ei-1）-（ei-1-ei-2）符号位 35H 71H-72H 存放 Kp（ei-ei-1）符号位 33H 73H-74H 存放 Kiei 符号位 30H 75H-76H 存放 KD（ei-ei-1）-（ei-1-ei-2）符号位 35H 77H-78H 存放 Kp（ei-ei-1）+Kiei 符号位 36H 79H-7AH 存放 ui 符号位 37H 7BH-7CH 存放 ui 7DH-7EH 存放 ui-1（初值为 0）在整个软件的设计过程中，使用了模块化的结构设计思想使得程序具有灵活可变的特点并且具有较强的可移植性，为系统的二次开发及类似系统的开发提供了极大的便利。4.2 键盘显示与输入子程序 HD7279是一片具串行接口的，可同时驱动 8 位共阴式数码管的智能显示驱动芯片，该芯片同时还可以连接多达 64 键的键盘矩阵，单片即可完成 LED显示，键盘接口的全部功能。因为 HD7279使用串行接口，必须严格的依据 HD7279的工作时序图进行编程才能正确的接收和发送数据。HD7279A 的指令结构类型：(1)、不带数据的纯指令，指令的宽度为 8 个 BIT。即单片机需发送 8 个 CLK脉冲,如图。T1=50us;T2=8us;T3=8us 图 4.2 HD7279 不带数据的纯指令精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢66(2)带有数据的指令，宽度为 16 个 BIT，即微处理器需发送 16 个 CLK脉冲。如图4.3。(3)读取键盘数据指令，宽度为 16 个 BIT，前 8 个为微处理器发送到 HD7279A 的指令，后 8 个 BIT 为 HD7279A 返回的键盘代码。执行此指令时，HD7279A 的 DATA 端在第 9 个 CLK脉冲的上升沿变为输出状态，并与第 16 个脉冲的下降沿恢复为输入状态，等待接收下一个指令,如图 4.4。T4=25us 图 4.3 HD7279 带数据的指令时序T5=25us;T6=8us;T7=8us 图 4.4HD7279 读取键盘数据指