081332王仁 空调温度控制单元设计

空调温度控制单元设计目 录摘要 3关键词 3第1章 系统总体设计方案1.1 课题背景 31.2 设计任务 31.3 空调温控器的功能设计 4第2章 系统硬件设计2.1 单片机 52.2 温度采集电路 52.2.1 温度采集电路方案选择 52.2.2 AD590温度传感器介绍 62.2.3 温度采集电路设计 82.3 A/D转换电路 92.3.1 A/D转换电路方案选择 92.3.2 AD0809芯片介绍 102.3.3 A/D转换电路设计 122.4 显示电路 13 2.4.1 显示电路方案选择 13 2.4.2 显示电路设计 142.5 驱动控制电路 16 2.5.1 驱动控制电路方案选择 16 2.5.2 光电耦合器MOC3040介绍 17 2.5.3 驱动电路设计 172.6 键盘电路 19 2.6.1 键盘输入电路方案选择 19 2.6.2 键盘电路设计 202.7 电源电路设计 21第3章 系统软件设计3.1主程序流程图 223.2子程序流程图 23 3.2.1 A/D转换子程序 23 3.2.2 显示子程序 233.3 程序内容编写 24第4章 系统调试 4.1静态测试 32 4.2 通电测试 32 4.3 动态测试 32 4.4 联机统调 32第5章 结论 33致谢 33参考文献 34附录 A 元件清单 35附录 B 空调温度控制单元设计总图 36空调温度控制单元设计摘要 本控制电路是一个典型的智能电子系统设计。以89S51单片机为控制核心，整个系统硬件部分包括温度采样电路、A/D转换电路、驱动电路、按键电路、时序电路和LED显示器。再配合用汇编语言写的程序实现控制温度智能转换的基本功能。本控制电路成本低廉、功能使用、使用简便，有一定的实用价值。本设计从3个方面展开论述，首先是硬件电路的描述，接着是软件部分的设计，最后实现功能。关键词 89S51单片机 温度控制 LED数码显示第1章 系统总体设计方案1.1课题背景电子技术的发展，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。特别是新系列单片机的出现，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业生产方面，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的需求。而本设计就是要通过以89S51系列单片机为控制核心，实现空调机温度控制器的设计。1.2 设计任务设计一个空调机的温度控制单元。用单片机技术及相应的仿真平台进行开发，通过数据采集系统，对温度进行采集并做A/D转换，再传输给单片机。以空调机为执行器件，通过单片机程序来完成对室内温度的控制。设计的主要要求如下： 温度设定范围为-1045，最小区分温度为1，标定温差1。 用量为十进制数码显示当前温度。 能根据设定的温度实现自动加热或降温处理。 设计出控制系统电路单元。1.3 空调温控器的功能设计选用89S51单片机为中央处理器，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。空调温度控制器主要由单片机、时序电路、温度采样电路、A/D转换电路、显示电路、输入电路、驱动控制电路等组成。系统总体方案结构如图1所示。温度采集部分驱动控制驱动控制A/D转换器 显示部分输入部分时序电路89S51空气加 热制 冷图1 空调温度控制单元结构图实现方案的技术路线为：用按钮输入标准温度值，用LED实时显示环境空气温度，用驱动电路控制压缩机完成加热和制冷调节，用ISIS软件对设计软件进行仿真，用汇编语言完成软件编程。第2章 系统硬件设计2.1 单片机 由于空调温度控制的核心是单片机，单片机的选择就直接关系到控制系统的工作是否有效和协调。本设计采用MCS-51系列的89S51单片机，应为89S51单片机应用广泛，性能温度，抗干扰能力强，性价比高。89S51包含了8位CPU内部振荡器，4K字节的ROM，128字节的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。2.2 温度采集电路2.2.1 温度采集电路方案选择要求对温度和与温度有关的参量进行检测，应该考虑用热电阻传感器。按照热电阻的性质可以分为半导体热电阻和金属热电阻两大类，前者通常称为热敏电阻，后者称为热电阻。方案1：采用热敏电阻，这种电阻器通常是利用对温度敏感的半导体材料制成，其阻值随温度变化有明显的改变。负温度系数热敏电阻器通常是由锰、钴的氧化物烧制成半导体陶瓷制成。其特点是，在工作温度范围内电阻阻值随温度的升高而降低。可满足4090测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，不适用于检测小于1的信号；而且线性度很差，不能直接用于A/D转换，应该用硬件或软件对其进行线性化补偿。方案 2：采用温度温度传感器铂电阻Pt1000。铂热电阻的物理化学性能在高温和氧化性介质中很稳定，它能用作工业测温组件，且此组件线性较好。在0100时，最大非线性偏差小于0.5。铂热电阻与温度的关系是，RtRo（1AtBtt）；其中Rt是温度为t摄氏度时的电阻；Ro是温度为0时的电阻；t为任意温度值，A、B为温度系数。但其成本太贵，不适合做普通设计。方案 3：采用集成温度传感器，如常用的AD590和LM35。AD590是电流型温度传感器。这种器件以电流作为输出量指示温度，其典型的电流温度灵敏度是1uA/K。它是二端器件，使用非常方便，作为一种高阻电流源，它不需要严格考虑传输线上的电压信号损失和噪声干扰问题。因此特别适合作为远距离测量或控制用。另外，AD590也特别适用于多点温度测量系统，而不必考虑选择开关或CMOS多线路转换开关所引起的附加电阻造成的误差。由于采用了一种独特的电路结构，并利用最新的薄膜电阻激光微调技术校准，使得AD590具有很高的精度。并且应用电路简单，便于设计。方案选择:选择方案3。理由：电路简单稳定可靠、无需调试，与A/D连接方便。2.2.2 AD590温度传感器介绍AD590是AD公司利用PN结构正向电流与温度的关系制成的电流输出型两端温度传感器。这种器件在被测温度一定时，相当于一个恒流源。该器件具有良好的线性和互换性，测量精度高，并具有消除电源波动的特征。即使电源5V15V之间变化，其电流只是在1微安以下作微小变化。集成温度传感器实质上是一种半导体集成电路，它是利用晶体管的be结压降的不饱和值VBE与热力学温度T和通过发射极电流I的下述关系实现对温度的检测：VBE=（KIT/q）lnI式中：K为波尔兹常数；q为电子电荷绝对值。集成温度传感器具有线性好、精度适中、灵敏度高、体积小、使用方便等优点，得到广泛应用。集成温度传感器的输出形式分为电压输出和电流输出两种。电压输出型的灵敏度一般为10mvK，温度0时输出为0，温度25时输出2.982V。电流输出型的灵敏度一般为1uAK。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。根据特性分档，AD590的后缀以I、J、K、L、M表示。AD590L、AD590M一般用于精密温度测量电路，其电路外形如图3.8所示，它采用金属壳3封脚装其中1脚为电源正端V+；2脚为电流输出端Io；3脚为管壳，一般不用。AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。1 AD590的主要特性流过器件的电流（微安）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即：Ir/T=1A/K式中，Ir-流过器件（AD590）的电流，单位为微安；T-热力学温度，单位K。AD590的测温范围为-55+150。AD590的电源电压范围为4V30V。电源电压可在4V6V范围变化，电流Ir变化1微安，相当于温度变化1K。AD590可以承受44V电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。输出电阻为710欧。精度高。AD590 共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55+150范围内，非线性误差为0.3。2 AD590的工作原理在被测温度一定时，AD590相当于一个恒流源，把它和5V30V的直流电源相连，并在输出端串接一个1K的恒值电阻，那么，此电阻上流过的电流将和被测温度成正比，此时电阻两端将会有1Mv/ K的电压信号。它是利用PN结特性集成的传感器的感温部分核心电路。其中有两只三极管T1、T2起恒流作用，可用于使左右两支路的集电极电流I1和I2相等；另两只三极管T3、T4是感温用的晶体管，两个管的材质和工艺完全相同，但T3实质上是由n个晶体管并联而成，因而其结面积是T4的n被倍。T3和T4的发射结电压URE3和URE4经反极性串联后加在电阻R上，所以R上端电压URE。因此，电流I1为：I1=（URE/R）（ln n）/R对于AD590，n=8,这样，电路的总电流将与热力学温度成正比，将此电流引至负载电阻RL上便可得到与热力学温度T成正比的输出电压。由于利用了恒流特性，所以输出信号不受电源电压和导线电阻的影响。 基本应用电路图2是AD590用于测量力学温度的基本应用电路。因为流过AD590的电流与热力学温度成正比，当电阻R1和电位器R2的电阻之和为1K时，输出电压V0随温度的变化为1Mv/k.但由于AD590的增益有偏差，电阻也有误差，因此应对电路进行调整。调整的方法为：把AD590放于冰水混合物种，调整电位器R2，使V0=273.2mV。或在室温下(25)条件下调整电位器，使V0=273.225=298.2(mV)。但这样调整只可保证在0或25附近有较高的精度。图2 AD590基本应用电路2.2.3 温度采集电路设计温度采集系统主要由AD590、OP07、ICL8069组成，如图3所示。图3 温度采集系统电路选用温度传感器AD590，AD590具有较高精度和重复性（重复性优于0.1，其良好的非线性可以保证优于0.1）。超低温漂移高精度运算放大器OP-07将“温度-电压”信号放大，便于A/D进行转换，以提高温度采集电路的可靠性。集成温度传感器的输出形式分为电压和电流两种。电压输出型的灵敏度一般为/K，温度25时输出为2.982V。电流输出型的灵敏度一般为1/k。便于A/D转换器采集数据。2.3 A/D转换电路2.3.1 A/D转换电路方案选择模/数转化器是一种将连续的模拟量转化成离散的数字量的一种电路或器件。模拟信号转换为数字信号一般需要经过采样保持和量化编码两个过程。针对不同的采样对象，有不同的A/D转换器（ADC）可供选择，其中有专用的也有通用的。有些ADC还包含有其它功能，在选择ADC器件时需要考虑多种因素，除了关键参数、分辨率和转换速度以外，还应考虑其它因素，如静态与动态因素、数据接口类型、控制接口与定时、采样保持性能、基本要求、校准能力、通道数量、功耗、使用环境要求、封装形式以及与软件有关的问题。ADC按功能划分，可以分为直接转换和非直接转换两大类，其中非直接转换又有逐次分级转换、积分式转换等设计。AD转换器实际应用时，除了要设计适当的采样/保持电路、基准电路和多路模拟开关电路外，还应根据实际选择的具体芯片进行输入模拟信号极性转换等设计。方案1：采用分级式转换器，这种转换采用两步或多歩进行分辨率的闪烁式转换，进而快速的完成“模拟数字”信号的转换，同时可以实现较高的分辨率。例如，在利用两步分级完成n位转换的过程中，首先完成m位的粗转换，然后使用精度至少为m位的数/模转换器（DAC）将此结果转换达到的精度并且与输入信号比较。对此信号用一个k位转换器（kmn）转换，最后将两个输出结果合并。方案2：采用双积分型A/D转换器，如ICL7153等。双积分型A/D转换器转换精度高但是转换速度不太快，若用于温度测量，不能及时地反映当前的温度值，而且多数双积分型转换器其输出端都不是二进制码，而是直接驱动数码管的。所以，若直接将其输出端接I/O接口会给软件设计带来极大的不方便。方案3：采用逐次逼近式转换器，对于这种转换方式，通常是用一个比较器输入信号与作为基准的n位DAC输出进行比较，并执行n次1位转换。这种方法类似于天平上用二进制砝码称量物质。采用逐次逼近寄存器，输入信号仅与最高位(MSB)比较，确定DAC的最高位（DAC满量程的一半）。确定后结果（0或1）被锁存，同时加到DAC的输出（0或）。逐次逼近型AD转换器，如ADC0809、AD574等，其特点是转换速度快，精度也比较高。输出为二进制码，直接接I/O口，软件设计方便。ADC0809芯片内包含8位模/数转换器、8通道多路转换器与微控制器兼容的控制逻辑。8通道多路转换器能直接联通8个单端输入信号中的任何一个。由于ADC0809设计时考虑到若干种模/数转换技术的优点，所以该芯片非常适合于过程控制、微控制器输入通道的结合口电路、智能仪器和机床等应用场合，并且价格低廉，降低设计成本。方案选择：选择方案3。理由：用ADC0809，采样速度快，配合温度传感应用方便，低廉，降低设计成本。2.3.2 AD0809芯片介绍1、AD0809 的逻辑结构 ADC0809 是8 位逐次逼近型A/D转换器。它由一个8路模拟开关、一个地址锁存译码器、一个A/D 转换器和一个三态输出锁存器组成（见图4）。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。 2、AD0809 的工作原理 IN0IN7：8 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05V，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IN0IN7 上的一路模拟量输 入。通道选择表如下表所示。 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 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。OE1，输出转换得到的数据；OE0，输出数据线呈高阻状 态。D7D0 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 、ADC0809 应用说明 （1） ADC0809 内部带有输出锁存器，可以与AT89S51 单片机直接相连。 （2） 初始化时，使ST 和OE信号全为低电平。 （3） 送要转换的哪一通道的地址到A，B，C 端口上。 （4） 在ST 端给出一个至少有100ns 宽的正脉冲信号。 （5） 是否转换完毕，我们根据EOC 信号来判断。 （6） 当EOC变为高电平时，这时给OE 为高电平，转换的数据就了。 图4 AD0809引脚图2.3.3 A/D转换电路设计选用89S51作为中央处理器，A/D转换器选用ADC0809，其连接电路如图5所示。用单片机控制ADC时，多数采用查询和中断控制两种方式。查询法是在单片机把启动命令送到ADC之后，执行别的程序，同时对ADC的状态进行查询，以检查ADC变换是否已经完成，如查询到变换已结束，则读入转换完毕的数据。中断控制是在启动信号送到ADC之后，单片机执行别的程序。当ADC转换结束并向单片机发出中断请求信号时，单片机相应此中断请求，进入中断服务程序，读入转换数据，并进行必要的数据处理，然后返回到原程序。这种方法单片机无需进行时间转换管理，CPU效率高，所以特别适合于变换时间较长的ADC。本设计采用查询方式进行数据收集。由于ADC0809片内无时钟，故利用8051提供的地址锁存使能信号ALE经D触发器二分频后获得时钟。因为ALE信号的频率是单片机频率的六分之一，如果时钟频率为6MHz，则ALE信号的频率为1MHz，经二分频后为500kHz，与AD0809时钟的典型值吻合。由于AD0809具有三胎输出锁存器，故其数据输出引脚可直接与单片机的数据总线相连。地址码引脚ADDA-C分别于地址总线的低3位A0、A1、A2相连，以选通IN0IN7中的一个通道。采用单片机的P2.7（地址总线最高位A15）作为A/D的片选信号。并将A/D的ALE和START脚连在一起，以实现在锁存信道地址的同时启动ADC0809转换。启动信号由单片机的写信号WR和P2.7经或非门而产生。在读取转换结果时，用单片机的读信号RD和P2.7经或非门加工得到的正脉冲作为OE信号去打开三态输出锁存器。编写的软件按下列顺序动作：令P2.7=A15=0，并用A0、A1、A2的组合指定模拟信道的地址；执行一条输出指令，启动A/D组合；然后根据所选用的是查询、中断、等待延时三种方式之一的条件去执行一条输入指令，读取A/D转换结果。ADC0809是一个8路8位逐次逼近的A/D转换器。AD0809的转换时间为100us。在CPU发出启动A/D命令后，便执行数据读入指令，读取转换结果。我们只用了其一路AD转换，参考电压2.56V，即一位数字对应10mA即1。所以用起来很方便。图5 单片机与A/D转换连接电路2.4 显示电路 2.4.1 显示电路方案选择通常的LED显示器有7段或8段和“米”字段之分。这种显示器有共阳极和共阴极两种。共阴极LED显示器的发光二极管的阴极连接在一起，通常此公共阴极接地。当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮，相应的段被显示。同样，共阳极LED显示器的工作原理也一样。方案1:采用静态显示方式。在这种方式下，各位LED显示器的共阳极（或共阳极）连接在一起并接地（或电源正），每位的段选线分别于一个8位的锁存器输出相连，各个LED的显示字符一经确定，相应锁存器的输出将维持不变，直到显示另一个字符为止，正因为如此，静态显示器的亮度都较高。若用I/O口接口，这需要占用N8位I/O（LED显示器的个数N）。这样的话，如果显示器的个数较多，那使用的I/O接口就更多，因此在显示位数较多的情况下，一般都不用静态显示。方案2：采用动态显示方式。当多位LED显示时，通常将所有的段选线相应的并联在一起，由一个8位I/O口控制，形成段选线的多路复用。而各位的共阳极或共阴极分别有相应的I/O口线控制，实现各位的分时选通。其中段选线占用一个8位I/O口，而位选线占用一个N个I/O口（N为LED显示器的个数）。由于各位的段选线并联，段码的输出对各位来说都是相同的，因此，同一时刻，如果各位选线都处于选通状态的话，那LED显示器将显示相同的字符。若要各位LED能显示出与本位相应的字符，就必须采用扫描显示方式，即在某一时刻，只让某一位的位选线处于选通状态，而其它各位的位选线处于关闭状态，同时，段选线上输出相应位要显示字符的段码。这种显示方式占用的I/O口个数为8N（N为LED显示器的个数），相对静态显示少了很多，但需要占用大量的CPU资源，当CPU处理别的事情时，显示可能出现闪烁或不显示的情况。方案3：采用移位寄存器扩展I/O口，只需要3个I/O口，即数据（DATA）、时钟(clock)、输出使能（OUTPUT ENABLE），从理论上讲就可以无限制的扩展I/O口，而且显示数据位静态显示，几乎不占用CPU资源。采用扩展口后，又能采用静态显示，这样，既解决了静态显示占用I/O口多的问题，也解决了动态显示不稳定、容易闪烁、占用CPU资源过多的问题。方案选择：选择方案3。理由：非常节约I/O口，又有静态显示的特点，亮度高，节约CPU的使用率。2.4.2 显示电路设计采用74LS164与单片机连接，如图6 所示。图6 显示电路进行I/O口扩充，并通过74LS164与LED连接达到显示的目的。74LS164是8位并出移位寄存器，当单片机串行口工作在方式0的发送状态时，串行数据由P3.0（RXD）送出，移位时钟由P3.1（TXD）送出。在移位时钟的作用下，串行口发送缓冲器的数据一位一位的移入74LS164中。需要指出的是，由于74LS164无并行输出端，因而在串行输入过程中，其输出端的状态会不断变化，故在某些应用场合，在74LS164的输出端应加接输出三态控制。其传输方式采用串行口方式0的数据传送，可采用中断方式，也可采用查询方式，无论哪种方式，都要借助于TI或RI标志，串行发送时 ，可以靠TI 置位（发完一帧数据后）引起中断申请，在中断服务程序中发送下一帧数据。在串行接收时，则由RI引起中断或对RI查询来确定何时接收下一帧数据。无论采用什么方式，在开始通讯之前，都要先对控制寄存器SCON进行初始化。在方式0中，将00H送SCON就可以了。显示采用了3位共阳LED静态显示方式，显示内容有温度值的十位、个位、及负位，这样可以只用P3.0（RXD）口来输出数据，从而节省了单片端口资源，在P3.1(TXD)的控制下通过74LS164来实现3位静态显示。就是每一个显示器都占用单独的具有锁存功能的I/O接口用于笔划段自省代码。只要把要显示的字形代码发送到接口电路，就不用管它了，直到要显示新的数据时，再发送新的字形码，因此，使用这种方法单片机中CPU的开销较小。2.5 驱动控制电路 2.5.1 驱动控制电路方案选择采用开关量控制，如继电器、双向可控硅、光耦等，控温快速，但是双向可控硅驱动电路比较麻烦，调试也麻烦，若用现成的固态继电器（其实就是把双向可控硅和驱动电路做在一起）价格十分昂贵。若用继电器时要主意其电感的反向电动势，和开关触点对电源的影响，以及开关脉冲对整个电路的影响等。应该加入必要的防止干扰的措施。方案1：采用单向晶闸管，这是一种大功率半导体器件，它既有单向导电的整流作用，又有可以控制的开关作用。利用它用较小的功率控制较大功率。在交、直流电动机调速系统、调功系统、随动系统和无触点开关等方面均获得了广泛的应用。这种晶闸管与二极管不同的是，当其两端加上正向电压而控制极不加电压时，晶闸管并不导通，其正向电流很小，处于正向阻断状态；当加上正向电压、且控制极上（与阴极间）也加上一正向电压时，晶闸管便进入导通状态，这时管压降很小（1V左右）。这时即使控制电压消失，仍然保持导通状态，所以控制电压没有必要一直存在，通常采用脉冲形式，以降低触发功耗。它不具有自关断能力，要切断负载电流，只有使阳极电流减小到维持电流以下，或加上反向电压实现关断。若在交流回路中应用，当电流过零和进入负半周时，自动关断，为了使其再次导通，必须重加上控制信号。方案2：采用光耦合双向可控硅驱动电路，这种电器是一种单片机输出与双向可控硅之间较理想的接口器件，它由输入和输出两部分组成，输入部分是一个砷化镓发光二极管，该二极管在5mA15mA正向电流作用下发出足够强度的红外光，触发输出部分。输出部分是一个硅光敏双向可控硅，在红外线的作用下可双向导通。光电耦合器也常用于较远距离的信号隔离传送。一方面光耦合器可以起到隔离两个系统地线的作用，使两个系统的电源相互独立，消除地电位不同所产生的影响。另一方面，光耦合器的发光二极管是电流驱动器件，可以形成电流环路的传送形式。由于电流环电路是低电阻抗电路对噪音的敏感度低，因此提高通讯系统的抗干扰能力。常用于有噪音干扰的环境里传输信号。方案选择：选择方案2。理由：达到同样的加热效果，开关量控制容易，驱动简单，通讯系统的抗干扰能力强。2.5.2 光电耦合器MOC3040介绍光耦合双向可控硅驱动器是一种单片机输出与双向可控硅之间较理想的接口器件，它由输入和输出两部分组成，输入部分为砷化镓发光二极管，该二极管在5mV15mV正向电流作用下可发出足够强度的红外光，触发输出部分。输出部分为硅光敏双向可控硅，在红外线作用下可双向导通。该器件为六引脚双列直插式封装。光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种“电-光-电”转换器件。它由发光源和受光器件两部分组成。把发光源和受光器件组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等。光电耦合器的种类较多，常见有光电二极管型、光电三极管型、光敏电阻型、光控晶闸管型、光电达林顿型、集成电路型等。在光电耦合器内部，由于发光管和受光器之间的耦合电容很小（2pF以内）所以共模输入电压通过级间耦合电容对输出电流的影响很小，因而共模抑制比很高。光电偶偶和器可作为线性耦合器件使用。在发光二极管上提供一个偏置电流，再把信号电压通过电阻耦合到发光二极管上，这样光电晶体管接收到的是在偏置电流上增、减变化的光信号，其输出电流将随输入的信号电压作线性变化。光电耦合器也可以工作于开关状态，传输脉冲信号。在传输脉冲信号时，输入信号和输出信号之间存在一定的延迟时间，不同结构的光电耦合器输入、输出延迟时间相差很大。2.5.3 驱动电路设计光耦合双向可控硅驱动器是一种单片机输出与双向可控硅之间较理想的接口器件，它由输入和输出两部分组成，输入部分为砷化镓发光二极管，该二极管在5mA10mA正向电流作用下发出足够强度的红外光，触发输出部分。连接电路如图7所示。输出部分为硅光敏双向可控硅，在红外线作用作用下可双向导通。该器件为六引脚双列直插式封装。图7加热降温驱动控制电路光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种“电-光-电”转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等。光电耦合器的种类较多，常见有光电二极管型、光电三极管型、光敏电阻型、光控晶闸管型、光电达林顿型、集成电路型等。在光电耦合器输入端加电信号是发光源发光，光的强度取决于激励电流的大小，此光照射到封装在一起的受光器上后，因光电效应而产生了光电流，由受光器输出端引出，这样就实现了“光-电-光”的转换。在光电耦合器内部，由于发光管和受光器之间的耦合电容很小（2PF以内），所以共模输入电压通过极间耦合电容对输出电流的影响较小，因而共模抑制比很高。在发光二极管上提供一个偏置电流，再把信号电压通过电阻耦合到发光二极管上，这样光电晶体管接收到的是在偏置电流上增、减变化的光信号，其输出电流将随输入的信号电压作线性变化。光电耦合器也可工作于开关状态，传输脉冲信号。在传输脉冲信号时，输入信号和输出信号之间存在一定的延迟时间，不同结构的光电耦合器输入、输出延迟时间相差很大。空调器通电后，制冷系统内制冷剂的低压蒸汽被压塑机吸入并压缩为高压蒸汽后排至冷凝器。同时轴流风扇吸入的室外空气流经冷凝器，带走制冷剂放出的热量，使高压制冷剂蒸汽凝结为高压液体。高压液体经过过滤器、节流机构后喷入蒸发器，并在相应的低压下蒸发，吸取周围的热量。同时贯流风扇使空气不断进入蒸发器的肋片间进行热交换，并将放热后变冷的空气送向室内。如此室内空气不断循环流动，达到降低温度的目的。2.6 键盘电路 2.6.1 键盘输入电路方案选择常用的键盘接口分为独立式按键接口和矩阵式键盘接口。方案1：采用44矩阵键盘输入，这种接口方式适用于接口数量较多的场合，它由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上。矩阵键盘的工作原理是按键设置在行、列线交点上，行、列线分别连接到按键开关的两端。行线通过上拉电阻接到5v上。平时无按键按下时，线处于高电平状态，而当有按键按下时，行线电平状态将由此电平相连的列线电平决定。线电平如果为低，则行线电平为低；列线电平为高，则行线电平也为高。这是设别矩阵键盘是否被按下的关键所在。由于矩阵键盘中行、线为多键共享，各按键均影响该键所在行和列的电平，因此，各按键彼此将此相互发生影响，所以必须将行、列线信号配合起来并做适当处理，才能决定闭合键位置。对于矩阵式键盘，安键位置由行号和列号唯一决定，所以分别对行号和列号进行二位制编码，然后将两值合成一个字节，高4位是行号。低4位是列号。但这种编码对于不同行的键离散性较大，并且编码的复杂度与键盘的个数成正比，因此不适合用在输入量小的设计中。方案2：采用独立式按键接口，这种方式是各种按键相互独立，每个按键各接一根输入线，一根输入线上的按键工作状态不会影响其它输入线上的工作状态。因此，通过检测输入线的电平状态可以很容易判断哪个按键被按下了。独立式按键电路配置灵活，软件简单。但每个按键需占用一根输入口线，在按键数量较多时，需要较多的输入口线且电路结构复杂，故此种键盘适用于按键较少或操作速度较高的场合。独立式按键电路按键直接与单片机的I/O口相接，通过读I/O口，判定I/O口线的电平状态，即可识别出按下的键盘。方案选择：选择方案2。理由：减少单片机的I/O口使用，设计简单。配置灵活，软件简单。虽然每个按键需占用一根输入口线，但该设计所用按键较少。2.6.2 键盘电路设计采用独立式按键设计，如图8所示。每个按键各接一根输入线，一根输入线上的按键工作状态不会影响其它按键输入线上是工作状态。软件设计采用查询方式和外部中断相结合的方法来设计，低电平有效。按键直接与89S51的I/O口线相连接，通过读I/O口，判定各I/O口的电平状态，即可识别出按下的按键。4个按键分别接到P1.0、P1.1、P1.2和PST。对于这种键各程序可以采用中断查询的方法功能就是：检测是否有键闭合，如有键闭合，则去除键抖动，判断键号兵转入相应的键处理。其功能很简单，4个键的定义如下。P1.0:S1功能转换键，按此键则开始键盘控制。P1.1：S2加，按此键则温度设定加一度。P1.2：减，按此键则温度设定减一度。：复位键，使系统复位。图8 键盘电路2.7 电源电路设计电源也不能小视，每一个系统的电源都不容马虎，电源虽然简单，但需要功能可靠，且每一个板子上都有电容和高品质的电容做退耦，如图9所示。通过对电路的观察，发现设计所用电源都是直流电源5V，所以采用三端集成稳压器LM7805，可以方便地实现此功能。图3.7就是电源电路的设计图，先将220V/50Hz的交流电源电压通过变压器将其电压转换为12V，然后接入电桥进行整流，接着通过电容和LM7805组成的电路进行滤波，得到所要求的+5V电压。A/D转换的Vref电压，由LM317供给，为2.56V。图9电源电路第3章 系统软件设计软件设计从主程序流程图设计开始，依次编制出各子程序。3.1主程序流程图本设计主程序流程图如图10所示。程序启动后，首先清理系统内存，然后对温度进行采集，并通过A/D转换后，传输到单片机，在有单片机控制显示设备，显示现在的温度，然后系统进入待机状态，等待键盘输入设定的温度，然后系统将设定温度与现在的温度进行比较，得出结果后，启动制冷系统或是加热系统。主程序开始采集温度查询温度调A/D程序调显示程序要控制温度？键盘输入设定值和设定值比较启动加热/降温温度采集和比较与设定值相等？图10 主程序流程图3.2子程序流程图 3.2.1 A/D转换子程序图11是A/D转换子程序流程图。89S51给出一个脉冲信号启动A/D转换后，ADC0809对接受到模拟信号进行转换，这个转换过程大约需要100s，系统采用的是固定延时程序，所以在预先设定的延时后89S51直接从ADC0809中读取数据。A/D入口启动A/D转换查询EOC读取转换数子程序结束调整好的十位和个位分别存入某地址单元压缩BCD码作未压缩处理图11 A/D转换子程序3.2.2 显示子程序当系统传送一个字节数给74LS164时，利用UART模式0。把DISPLAY_DATA了中的初始数显示到LED1和LED2，十位数值显示到LED1，个位数显示到LED2；当十位数值为0时，LED1不显示。每个数值的显示时间有DISPLAY_TIME确定。程序流程图如图12所示。显示子程序入口送设定值到（70H）到A带C标志移位送C到I/O口（8次）字节送 完？送采集值（71H）到A带C标志移位送C到I/O口（8次）字节送 完？子程序结束3.3 程序内容编写主程序清单 ORG 0000H MOV P0，#0FFH ;初始化 MOV P1，#00H MOV P2，#01011000B MOV P3，#0FFH CLR P3.4 LCALL DATA0809 ;调用 AD MOV 70H, #0FFH LCALL XS ;调用显示 LCALL YS700MS ;调用延时 MOV A, 6CH LCALL FY MOV P1，#09H LCALL FYMAIN00: SETB P3.1 ;停止预设置DELAY43: MOV R6，#50DELAY53: MOV R7，#100DELAY63: JB P2.4，QIDONG DJNZ R7，DELAY63 DJNZ R6，DELAY53 DJNZ R5，DELAY43 LCALL DATA0809 LCALL XS AJMP MAIN ;等待键盘输入 LCALL YS10S ;调用延时 LJMP STOPMAIN: MOV R5，#50 LCALL KEYPROCTEMC: MOV P1，#00000001B ;温度控制请按1 LCALL KEYPROC ;调用键盘子程序 CLR P3.6 LCALL YS2MS CLR P3.7 LCALL YS20MS CLR P3.6 LCALL YS2MS CLR P3.7 LCALL YS20MS LCALL YY0 MOV R5，#50SRWD: MOV R4，#03HSRWD1: MOV P1，#00000011B ;输入温度值 LCLL KEYPROC ;调用键盘子程序 CLR P3.6 CLALL YS2MS CLR P3.7 MOV R5，#53DELAY18： MOV R6，#50DELAY28: MOV R7，#200DELAY38: JB P2.3，HERE22 DJNZ R7，DELAY38 DJNZ R6，DELAY28 DJNZ R5，DELAY18 SETB P3.7 SETB P3.6 LCALL YS20MS LCALL DATA8870DELAY40: MOV R6，#50DELAY50: MOV R7，#200DELAY60: JB P2.3，HERE26 DJNZ R7，DELAY60 DJNZ R6，DELAY50 DJNZ R5，DELAY40 DJNZ R4，TEML1 LJMP STOPHERE17: JNB P2.3，HERE17HERE25: LCALL YS2MS MOV A, P3 ANL A, #0FHHERE26: JB P2.3，HERE26 CJNE A, #01H, BJ1 LCALL TEM AJMP TEMCBJ1: CJNE A, #02H, STOP AJMP SRWDSTOP: MOV P1, #00000010B ；按2键确定 LCALL KEYPROC ；调用键盘子程序 CLR P2.7 LCALL YS20MS SETB P2.7 AJMP QUDONGQUDONG: LCALL DATA0809 ；调用AD LCALL XS ；调用显示 MOV A, 70H CJNE A, #0FFH, AAA1 LJMP MAINAAA1: CJNE A, 71H, HERE7 ；比较两数大小不相等则跳转 CLR P1.6 ；清零两口 CLR P1.7 AJMP DD1 ；实时检测HERE7: JNC JIARE JC JIANGWENJIARE: SETB P1.7 CLR P1.6 AJMP DD1JIANGWEN: SETB P1.6 CLR P1