微型计算机原理与接口技术课程设计报告空调压缩机热保护控制器的设计

一、题义分析与解决方案1、题意需求分析在STARES598PCI单板开发机上实现对空调压缩机温度和风扇的控制功能。本实验设计的要求如下：（1）通过小键盘来设定界限温度；（2）通过感温器DS18B20测出空调压缩机的变化温度，并在LED数码管上显示出界限温度值和变化的温度值；（3）当温度超过界限值，风扇加速旋转以达到降温效果。2.解决问题的方法与思路1)硬件部分使用到STARES598PCI实验仪的模块包括：.A3区：CPU总线、片选区B2区：单脉冲、频率发生器B4区：8255电路E2区：功放E5区：8279、74LS240、74LS138综合电路F1区：直流电机F3区：并行DAC832G1区：温度测控DS18B20G6区：发光管、小键盘选择8279芯片和七段LED显示器与键盘相连，8279的扫描输出信号经译码器译码，三根输出线Y0~Y7作为矩阵键盘的行扫描信号，返回信号RL0~RL7与矩阵键盘的8个列输出信号相连接，扫描输出信号经另一译码器产生的8个输出信号作为8个显示器的选通信号，即位选信号，轮流刷新8个显示器。8255APC0口接DS18B20的TOUT，接收不断变化的的温度值，PC7口通过功放与DS18B20相接，用于对发热电阻RT1供电加热，来模拟空调压缩机在工作过程中温度不断升高。并行DACO832芯片与直流电机的CTRL端直接相连，实现数字量和模拟量地转换。2）软件部分(1）首先初始化PCI板卡，再设置好8255A的工作方式并确定8255A的端口地址，对8255A进行初始化设计。（2）确定8279的命令字和状态字地址，对8279进行初始化。（3）设立一个段码表，用来表示数字0—15的段码，根据这些段码可以判定LED显示器选用的共阳极还是共阴极方式；同时还要设置一个显示缓冲区以动态刷新的方式。前四位显示温度界限值，后四位显示采样的温度值。（4）设置好8279的工作方式，及各个相关功能实现的子程序，进行键盘扫描，查看有无键按下，并且通过键值转换程序将输入的键值转换成十进制，运行显示程序，将转换后的温度值通过LED数码管显示出来。（5）对DS18B20进行初始化编程，发出读取温度和转换温度命令，并将转换后的温度通过LED数码管显示出来。8255A的PC0口接收数据，将读出的采样温度与输入的界限值温度进行比较，如果小于界限值，直流电机以DAC832刚启动时的速度较为缓慢的旋转；如果大于界限值温度，则直流电机加速旋转。程序在刚运行时，8255A的PC7口被置1，提供电压使发热电阻加热，温度是逐渐升高的，当采样的温度值达到界限温度值时，直流电机加速旋转。二、硬件设计1．选择可编程并行接口芯片8255A1）8255A在本设计中的作用利用8255A的PC0与DS18B20相连，向其发出温度检测命令及接受温度数PC7和通过功放电路和DS18B20的TCtrl相连，用于向发热电阻RT1供电。2）8255A的功能分析图2-18255A的内部框图8255A是可编程并行接口，内部有3个相互独立的8位数据端口，即A口、Ｂ口和Ｃ口。三个端口都可以作为输入端口或输出端口。Ａ口有三种工作方式：即方式０、方式１和方式２，而Ｂ口只能工作在方式０或方式１下，而Ｃ口通常作为联络信号使用。8255A的工作只有当片选CS效时才能进行。而控制逻辑端口实现对其他端口的控制。8255A的操作功能表CSFB732EA659DC8014第0列第1列第2列第3列第0行第1行第2行第3行WRA1A0操作数据传送方式00100读A口A口数据→数据总线00101读B口B口数据→数据总线00110读C口C口数据→数据总线01000写A口数据总线数据→A口01001写B口数据总线数据→B口01010写C口数据总线数据→C口01011写控制口数据总线数据→控制口表2-18255A的操作功能表8255A有三种工作方式，用户可以通过编程来设置。本设计用到工作方式0。3）8255A的技术参数①与外设相连的PA7~PA0：A口数据信号线。PB7~PB0：B口数据信号线。PC7~PC0：C口数据信号线。②与CPU相连的RESET：复位信号。当此信号来时，所有寄存器都被清除。同时三个数据端口被自动置为输入端口。D7~D0：它们是8255A的数据线和系统总线相连。CS:片选信号。在系统中，一般根据全部接口芯片来分配，若低位地址（比如A5、A4、A3）组成各种芯片选择码，当这几位地址组成某一个低电平，8255A被选中。只有当其有效时，读信号写才对8255A进行读写。RD：读信号。当此信号有效时，CPU可从8255A中读取数据。WR：写信号。当此信号有效时，CPU可向8255A中写入数据。A1、A0：端口选择信号。8255A内部有3个数据端口和1个控制端口，共4个端口。规定：A1、A0为00时，选中A端口；A1、A0为01时，选中B端口；A1、A0为10时，选中C端口；A1、A0为11时，选中控制口。③参数说明：输入最低电压：min＝-0.5V，max＝0.8V输入最高电压：2.0V输出最低电压：0.45V输出最高电压：2.4V④8255A的方式控制字D7D6D5D4D3D2D1D0100010011:工作方式A口方式0输出B口方式0输出C口高4位输入C口低4位输入图2-28255A的方式控制字表方式0的工作特点：这种方式通常不用联络信号，不使用中断，三个通道中的每一个都有可以由程序选定作为输入或输出。通道的功能为：两个8位通道：通道A和B。两个四位通道：通道C高4位和低四位，任何一个通道可以作输入/输出，输入是不锁存的，输出是锁存的，在方式0时各个通道的输入/输出可有16种不同的组合。D7D6D5D4D3D2D1D00XXX写入位编码写入内容写入位编码0写入0D0-D7000-1111写入1图2-38255A的置位/控制字表2、8279芯片1）8279芯片在本试验中的作用使用8279来实现对键盘输入信号的接收以及输出控制LED显示器的数据及显示方式。2）8279芯片的功能分析8279的功能是对短矩阵键盘扫描以及控制LED显示器的数据及显示方式。8279扫描输出信号经译码器译码后三根输出线Y0－Y2作为矩阵键盘的扫描信号，返回信号RL0-RL7与键盘矩阵的8个列输出信号相连接。扫描译码器经另一译码器译码产生的8个输出信号作为8个显示器的选道信号，轮流刷新8个显示器。8279A是一个40脚双列直插式芯片，由单一＋5V供电.图2-48279内部结构8279具有2个端口，8个控制字和一个状态字A0=0用来接收来自键盘的输入字节数据或输出到显示器的输出字节数据。键盘扫描方式中，发出读FIFO命令后，从数据口读入数据为：D7D6D5D4D3D2D1D0KKK输入方式控制字寄存器数据缓冲存储器FIFO/传感器RAM状态寄存器地址寄存器16字节显示RAM控制与定时传感器RAM键盘控制显示输出消隐输出寄存器扫描计数键盘输入CNTLSHIFT扫描值回送值000编码扫描键盘，双键互锁扫描键盘001译码扫描键盘，双键互锁010编码扫描键盘,N键互锁扫描传感器矩阵011译码扫描键盘，N键互锁100编码传感器矩阵选通101译码扫描传感器矩阵110选通输入，编码显示扫描111选通输入，译码显示扫描表2-28279键盘输入方式DD输出方式008字符显示，左端输入显示器输出0116字符显示，左端输入108字符显示，右端输入1116字符显示，右端表2-3显示器输入方式8279共使用8个控制字，高3位D7D6D5的特征位。这些控制字是由CPU送到数据总线以后，CS=0,A0=1,WR上升沿送入控制寄存器。名称格式备注设置键盘和显示方式000DDKKKDD见上图，KKK见上图时钟频率001PPPPPP为预定值2－31，是外接时钟的分频系数读FIFO传感器RAM010AI×A2A1A0A2A1A0是CPU读出传感器的存储单元地址读显示RAM011AIA3A2A1A0A3A2A1A0是CPU送出传感器RAM的存储单元地址禁止写显示器/熄火101IW1IW0BL1BL0IW1BL1为A口控制位，IW0BL0为B口控制位。IW=1时，禁止写；BL＝1时显示器消隐清除110CD2CD1CD0CFCACA=1,清除FIFO/显示RAM,CF=1,将FIFO置空，并中断输出复位，传感器RAM置成0结束中断111E××××E=1时，以N键巡回特殊出错方式工作。传感器矩阵方式中，该命令时IRQ变为的电平表2-38279的控制字8279A的的状态字，适用于键盘输入和选通方式检查FIFO,如下：D7D6D5D4D3D2D1D0D1D0:FIFORAM中字符的个数。取值为000－111。D3:FIFORAM满（D3=1）;D4:FIFORAM空。（D4=1）D5：FIFORAM溢出（D5=1）;D6:传感器信号结束特征位D7:显示无效特征位。DU=1无效。3、直流电机1）直流电机在本实验中的作用直流电机用于模拟风扇，当DS18B20的采样温度高于所设定的界限值温度时，直流电机就加速旋转。2）直流电机的功能分析DUS/EOUFNNN年图1强反射图2弱反射图3转盘图1-1本转速测量实验采用反射式光电开关，通过计数转盘判断光电开关产生的脉冲，计算出转速。(1)反射式光开关工作原理：光电开关发射光，射到测量物体上，如果强反射，如图1，光电开关接收到反射回来的光，则产生高电平1；弱反射，如图2，光电开关接收不到反射回来的光，则产生弱电平0。(2)实验方法：本实验转速测量用的转盘在下表面做成如图3样子的转盘，白部分为强反射区，黑部分为弱反射区，转盘每转一圈，产生4个脉冲，每1/4秒计数出脉冲数，即得到每秒的转速。(演示程序中，LED显示的是每秒钟转速)(3)实验原理图：1122334455667788DDCCBBAATitleNumberRevisionSizeA3Date:2006-10-8SheetofFile:G:\STAR88.SchDocDrawnBy:8550Q44.7KR28VCCREV1234GP2S05OP1330R164.7KR2012JP4470R8DS4VCC12SN74LS14NU7A34SN74LS14NU7BIR7(8259)M直流电机CTRLDAC0832(F3)OUT1098C411LM324NU26CR150R151R162C2655Q7VCCIN1OUT1R149图1-2实验连线说明：B3区：CS——A3区：CS1B3区：A0、INT——ES-PCI：A0、IRQB3区：INTA——C3区：Y1C3区：G2A、G2B——ES-PCI：A7、IORC3区：A、B、C、G1——C1区：GND、GND、GND、VCCC5区：CS(8253)——A3区：CS2C5区：A0、A1——ES-PCI：A0、A1C5区：GATE0、GATE1——C1区：VCCC5区：CLK0——B2区：31250HzC5区：CLK1——B2区：1MC5区：OUT0——B3区：IR0F3区：CS——A3区：CS3F3区：OUT——E2区：IN1E2区：OUT1——F1区：CTRLF1区：REV——B3区：IR7E5区：CLK——B2区：2ME5区：CS——A3区：CS5E5区：A0——ES-PCI：A0E5区：A、B、C、D——G5区：A、B、C、D4、DS18B20数字温度传感器1）DS18B20温度传感器的作用利用温度传感器检测温度，并转换为数字量和设定的界限值比较。2）DS18B20的功能特点DS18B20可编程温度传感器有三个管脚。GND为接地线，DQ为数据输入输出接口，通过一个较弱的上拉电阻与CPU相连。VDD为电源接口，既可由数据线提供电源，又可由外部提供电源，范围3.0—5.5V。本系统中使用外部电源供电。其主要特点为：①用户可以自行设定报警上下限温度值；②不需要外部组件，能测量-55—+125°C范围内的温度；③在-10—+85°C范围内的测温准确度为±0.5°C；④通过编程可以实现9—12位的数字读数方式，可在至多750MS内将温度转