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單片機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)是單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用的重點(diǎn)，他是在硬件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)程序設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。單片機(jī)程序設(shè)計(jì)一般包括以下幾個(gè)步驟：軟件規(guī)劃、流程圖編制、代碼編寫。由于單片機(jī)系統(tǒng)具有軟硬件緊密結(jié)合的特點(diǎn)，因此在基于某種單片機(jī)系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)時(shí)，應(yīng)充分了解該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的硬件環(huán)境，同時(shí)也應(yīng)該在系統(tǒng)設(shè)計(jì)與硬件設(shè)計(jì)階段，對(duì)軟件設(shè)計(jì)有一個(gè)大體的規(guī)劃。因此，本文在介紹室內(nèi)機(jī)控制器功能的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)討論如何用軟件實(shí)現(xiàn)該室內(nèi)機(jī)的功能。 1 室內(nèi)機(jī)控制器的功能 室內(nèi)機(jī)控制器主要是驅(qū)動(dòng)風(fēng)門步進(jìn)電機(jī)，接收來(lái)自紅外遙控器設(shè)計(jì)的指令，進(jìn)入到相應(yīng)的工作狀態(tài)，并顯示運(yùn)行狀態(tài)。 室內(nèi)機(jī)控制器包括以下幾個(gè)硬件電路模塊：室內(nèi)機(jī)處理器，室內(nèi)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，風(fēng)門步進(jìn)電機(jī)，顯示板電路（LED）,紅外遙控接收/發(fā)送電路，室內(nèi)機(jī)外裝置串行通信電路，溫度傳感器電路。室內(nèi)機(jī)控制電路框圖如圖1所示。 1.1 室內(nèi)機(jī)CPU 從以上室內(nèi)機(jī)控制器包含的硬件電路模塊來(lái)看，要設(shè)計(jì)家用空調(diào)控制器在功能上要求具有2路溫度傳感器，1個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制接口，1組PG調(diào)速風(fēng)機(jī)控制，10 個(gè)發(fā)光二極管溫度指示，紅外遙控接收接口和室外機(jī)組控制接口。選擇Microchip公司的PIC16C74單片機(jī)，可以滿足以上條件，該單片機(jī)具有以下特點(diǎn)： (1) 獨(dú)立分離的數(shù)據(jù)總線和14 b指令總線的“哈佛”結(jié)構(gòu)，采用33條精簡(jiǎn)指令集，指令執(zhí)行速度快，效率高。內(nèi)含4 kB程序存儲(chǔ)器和192 B數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，滿足設(shè)計(jì)要求。 (2) 內(nèi)置具有8路10 b A/D轉(zhuǎn)換，簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)。 (3) 3個(gè)硬件定時(shí)器，便于控制器復(fù)雜的延時(shí)保護(hù)。 1.2 PG電機(jī) PG電機(jī)內(nèi)的霍爾傳感器主要是檢測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速并反饋到CPU中，最終達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)速的目的。在設(shè)計(jì)閉環(huán)風(fēng)機(jī)調(diào)速部分，可以采用簡(jiǎn)單的二階伺服環(huán)路控制模式，在速度閉環(huán)的基礎(chǔ)上增加加速度閉環(huán)控制算法，解決風(fēng)機(jī)控制的風(fēng)速抖動(dòng)問(wèn)題，使得PG電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性得到大幅度提高。 2 空調(diào)室內(nèi)機(jī)控制器軟件規(guī)劃 2.1 軟件的總體設(shè)計(jì) 在進(jìn)行室內(nèi)機(jī)控制器軟件實(shí)現(xiàn)時(shí)，首先要進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)主要基于模塊化設(shè)計(jì)思想，將軟件分解成若干功能，通過(guò)主程序?qū)⒏鬈浖O(shè)計(jì)模塊有機(jī)地組織起來(lái)。該室內(nèi)機(jī)控制器的軟件設(shè)計(jì)模塊主要包括：主程序、紅外接收模塊、運(yùn)行模塊、風(fēng)門步進(jìn)電機(jī)控制模塊、PG風(fēng)機(jī)調(diào)速模塊、運(yùn)行模式模塊、A/D轉(zhuǎn)換處理模塊。同時(shí)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮以下幾類中斷： 自動(dòng)按鍵中斷、風(fēng)機(jī)速度中斷，除此之外應(yīng)規(guī)劃設(shè)計(jì)2個(gè)定時(shí)器中斷：設(shè)置定時(shí)器0產(chǎn)生250ms定時(shí)中斷，定時(shí)器1產(chǎn)生125 μs定時(shí)中斷。 2.2 軟件的詳細(xì)設(shè)計(jì) 對(duì)室內(nèi)機(jī)控制器在總體上進(jìn)行了模塊功能的設(shè)計(jì)后，應(yīng)對(duì)每一個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，在這里以運(yùn)行模式模塊為例來(lái)討論該模塊的詳細(xì)設(shè)計(jì)過(guò)程。 空調(diào)室內(nèi)機(jī)運(yùn)行模式主要包括：自動(dòng)運(yùn)行模式、制冷運(yùn)行模式、抽濕運(yùn)行模式、通風(fēng)運(yùn)行模式和制熱運(yùn)行模式。以下主要從各運(yùn)行模式特點(diǎn)、各模式與主程序的流程圖規(guī)劃和運(yùn)行模式編程語(yǔ)言的選擇與編程實(shí)現(xiàn)等3個(gè)方面介紹如何開(kāi)發(fā)一個(gè)復(fù)雜工程。 2.2.1空調(diào)室內(nèi)機(jī)各運(yùn)行模式的特點(diǎn) (1) 自動(dòng)運(yùn)行模式進(jìn)入自動(dòng)模式，LED顯示屏上自動(dòng)標(biāo)志常亮，5 s后選定工作模式，5 s期間風(fēng)門、風(fēng)速、溫度可調(diào)，空調(diào)根據(jù)最終設(shè)定溫度(默認(rèn)初始設(shè)定值24 ℃)與當(dāng)前室溫的差別，自動(dòng)進(jìn)入制冷或制熱模式，以維持設(shè)定溫度，令室內(nèi)溫度為T，設(shè)定溫度為T0，當(dāng)T≥T0時(shí)，進(jìn)入制冷運(yùn)行；當(dāng)T0時(shí)，進(jìn)入制熱運(yùn)行。 (2) 制冷運(yùn)行模式制冷運(yùn)行模式溫度設(shè)定范圍為16"30 ℃（初始值24 ℃），當(dāng)T≥T0時(shí)，壓縮機(jī)、外風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)T0時(shí)，壓縮機(jī)、外風(fēng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)室內(nèi)溫度回升到高于設(shè)定溫度1.0 ℃時(shí)，壓縮機(jī)、室外風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，室內(nèi)機(jī)始終運(yùn)轉(zhuǎn)，可選 擇自動(dòng)、高、中、低任意一檔風(fēng)速。在自動(dòng)風(fēng)速時(shí)：Δt≥2 ℃，高風(fēng)；Δt≤0 ℃，低風(fēng)(其中Δt=｜T-T0｜)；當(dāng)選擇制冷方式運(yùn)轉(zhuǎn)后，空調(diào)可按圖2所示運(yùn)行。在制冷狀態(tài)下，同時(shí)要考慮空調(diào)器自我保護(hù)的設(shè)計(jì)。例如，防止換向閥誤動(dòng)作引起的異常升溫和防止凍結(jié)等。 (3) 制熱運(yùn)行模式制熱運(yùn)行模式下溫度設(shè)定范圍為16"30 ℃（初始值24 ℃），當(dāng)選定制熱運(yùn)行方式后，可按圖3所示運(yùn)行，在制熱過(guò)程中風(fēng)速可任意選擇，并在制 熱過(guò)程中考慮防冷風(fēng)控制、超負(fù)荷、吹余熱等保護(hù)功能的設(shè)置。 (4) 抽濕運(yùn)行模式當(dāng)選擇抽濕方式運(yùn)轉(zhuǎn)，空調(diào)器將以制冷方式運(yùn)轉(zhuǎn)到室內(nèi)溫度達(dá)到遙控器設(shè)定的溫度為止，然后轉(zhuǎn)入抽濕方式，開(kāi)3 min再停3 min，如此循環(huán)進(jìn)行。停機(jī)時(shí)，內(nèi)風(fēng)機(jī)延時(shí)30 s停止。在抽濕運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，溫度可調(diào)，溫度范圍設(shè)定在16"30 ℃。 (5) 通風(fēng)運(yùn)行模式在通風(fēng)運(yùn)行模式下，室外機(jī)組停止運(yùn)轉(zhuǎn)，室內(nèi)風(fēng)機(jī)可選擇自動(dòng)、高、中、低任意一檔風(fēng)速。當(dāng)Δt＞4 ℃時(shí)，運(yùn)行高風(fēng)，當(dāng)Δt＜0 ℃時(shí)，運(yùn)行低風(fēng)。 2.2.2空調(diào)各運(yùn)行模式的流程圖設(shè)計(jì) 面對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，在程序?qū)崿F(xiàn)之前，應(yīng)依賴于流程圖使復(fù)雜的問(wèn)題變得清晰易于理解，因此在分析了各運(yùn)行模式的特點(diǎn)后，利用結(jié)構(gòu)化分析方法將各運(yùn)行模式模塊化，然后再在模塊化的基礎(chǔ)上具體繪制各模塊的流程圖，將各功能模塊的功能進(jìn)行進(jìn)一步明確。以下給出了主程序的流程圖和制冷運(yùn)行模式的流程圖，如圖4、圖5所示。 2.2.3運(yùn)行模式編程實(shí)現(xiàn) 各模塊的流程圖畫好后，下一步的工作就是要用某種編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)各功能模塊。在用編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)時(shí)，選擇了Microchip公司提供的MPLAB（4.00）集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。該開(kāi)發(fā)環(huán)境是Microchip公司為其PIC系列單片機(jī)專門設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)環(huán)境，該平臺(tái)包括編輯器、編譯環(huán)境、軟件仿真、硬件仿真，同時(shí)該環(huán)境采用Windows界面，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)非常方便。由于篇幅的原因這里只給出制冷運(yùn)行模塊的編程實(shí)現(xiàn)。 3 結(jié)語(yǔ) 在基于PIC16C74單片機(jī)空調(diào)室內(nèi)機(jī)軟件的實(shí)現(xiàn)時(shí)，對(duì)該系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了充分的了解，并在此基礎(chǔ)上運(yùn)用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行功能分解與模塊設(shè)計(jì)，使得在編程時(shí)能達(dá)到事半功倍的效果，且有利于日后對(duì)程序的仿真和調(diào)試。 |
