基于單片機(jī)的冰箱溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、摘 要摘 要單片機(jī)即單片微型計(jì)算機(jī)（Single-Chip Microcomputer ），是集CPU、ROM、定時(shí)、計(jì)數(shù)和多種接口于一體的微控制器。其中51單片機(jī)是各種單片機(jī)中最為典型和最有代表性的一種，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。本課題設(shè)計(jì)的電冰箱的電控系統(tǒng)主要應(yīng)用AT89C51單片機(jī)作為核心控制元件進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，對(duì)各部分的軟件編程、硬件電路設(shè)計(jì)、及調(diào)試進(jìn)行了介紹。近年來(lái)，隨著微電子技術(shù)、傳感器技術(shù)以及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)電冰箱的控制功能要求越來(lái)越高，這對(duì)電冰箱控制器提出了更高的要求，多功能、人性化和節(jié)能是其發(fā)展方向。傳統(tǒng)的機(jī)械式、簡(jiǎn)單的電子控制已經(jīng)難以滿足發(fā)展要求。為此，本文介紹了采用

2、AT89C51單片機(jī)作為控制器核心，對(duì)電冰箱的工作過程進(jìn)行控制。通過DS18B20溫度傳感器對(duì)冷藏室溫度、冷凍室溫度進(jìn)行檢測(cè)，并將產(chǎn)生的模擬信號(hào)，通過ADC0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換送入單片機(jī)；對(duì)霜厚度則通過熱敏電阻進(jìn)行溫度檢測(cè)后產(chǎn)生中斷信號(hào)送入單片機(jī)。溫度檢測(cè)信號(hào)經(jīng)單片機(jī)處理后輸出用于調(diào)節(jié)壓縮機(jī)和加熱器的工作，滿足消費(fèi)者對(duì)溫度的設(shè)置要求，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)除霜功能。經(jīng)過實(shí)踐證明，經(jīng)過反復(fù)的模擬運(yùn)行、調(diào)試，修改，最后形成了一套完整的程序系統(tǒng)。本系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，其優(yōu)點(diǎn)是硬件電路簡(jiǎn)單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價(jià)比較高等，具有一定的實(shí)用和參考價(jià)值。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)、ADC0809、DS18B20、電冰箱- 41

3、 -AbstractAbstractSCM is microcomputer (Single-Chip Microcomputer) which is a set of CPU, RAM, ROM, the timing, number and variety of integrated micro-controller interface. The 51 microprocessor which is quite typical and representative is widely used in various fields. The main topics designed by c

4、hip microcomputer AT89C51 finish the function of controlling the fridge. This paper introduces the electric refrigerators electrically controlled system, including software, hardware design, and commissioning the problems encountered in design as well as solutions.In these years, with the developmen

5、t of microprocessors and sensor, the demand of function of fridge is becoming higher and higher. Users need it has many functions, personal-like interface and little waste of power. However, the traditional fridge can not finish all the functions. As a result, this paper introduces the system which

6、uses AT89C51 as the center of the control system, having sound system to remind users. The 51-computer gets the temperature parameter from the integration temperature sensor and the ADC0809 that transforms the analog parameter to the digital parameter. Then, the 51-computer puts out the signal to co

7、ntrol the run and stop of compressor and heater.After repeated debugging and revision, the final form of a complete set of procedures system is completed. Practice has proved that the system is steady, and it has the advantages of a simple hardware circuits, software functions, reliable control syst

8、em, high cost performance, practical and reference value.Keyword：AT89C51, ADC0809, DS18B20, .Refrigerator目 錄目 錄摘 要.IABSTRACT.II目 錄.III第一章 緒論.11.1 論文研究的背景和意義.11.2 電冰箱的發(fā)展現(xiàn)狀.11.3 論文的任務(wù)和研究?jī)?nèi)容.2第二章 總體設(shè)計(jì)方案.42.1 總體設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介.42.2 設(shè)計(jì)方案的可行性分析和預(yù)期目標(biāo).5第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).63.1 單片機(jī)最小系統(tǒng).63.1.1 AT89C51單片機(jī)的概況.63.1.2 時(shí)鐘電路.93.1.3 復(fù)

9、位電路.103.1.4 單片機(jī)系統(tǒng)電源設(shè)計(jì).113.2 溫度檢測(cè)電路.123.2.1 溫度傳感器.123.2.2 轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)接口.143.3 除霜控制電路.153.3.1 熱敏電阻簡(jiǎn)介.163.3.2運(yùn)算放大器.163.3.3 霜厚檢測(cè)電路.173.4 鍵盤和顯示電路.183.4.1 LED簡(jiǎn)介.183.4.2 接口芯片8279簡(jiǎn)介.183.4.3 鍵盤顯示電路設(shè)計(jì).203.5 開門報(bào)警電路.223.6 電源電壓檢測(cè)電路.24第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).264.1 主程序.264.2 T0中斷服務(wù)程序.264.3 T1中斷服務(wù)程序.26結(jié) 論.30參考文獻(xiàn).31致 謝.32附錄一 總電路圖.33

10、附錄二 程序清單.34第一章 緒 論第一章 緒 論1.1 論文研究的背景和意義冰箱是人們?nèi)粘Ｉ钪休^為常用的家用電器，隨著微電子技術(shù)、傳感器技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)電冰箱的控制功能要求越來(lái)越高，這對(duì)冰箱控制器提出了更高的要求，電冰箱朝多功能、節(jié)能、智能化和人性化方向發(fā)展，傳統(tǒng)的機(jī)械式控制、簡(jiǎn)單的電子控制已經(jīng)難以滿足其發(fā)展要求，而以單片機(jī)為核心的電冰箱控制器具有功能強(qiáng)、成本低、測(cè)溫精度高、通用性強(qiáng)等特點(diǎn)，正得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。本次設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心，將來(lái)自溫度傳感器的信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)化后送入單片機(jī)，與給定值比較，算出溫度調(diào)節(jié)量，最終控制壓縮機(jī)的起停。通過本次設(shè)計(jì)，可以培養(yǎng)我們分析問題和解決問

11、題的能力，掌握MCS51單片機(jī)的硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)，從而使我們將學(xué)到的理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐中，為將來(lái)走向社會(huì)奠定良好的基礎(chǔ)。 1.2 電冰箱的發(fā)展現(xiàn)狀早在1800年，一位有發(fā)明天才的馬里蘭農(nóng)場(chǎng)主托馬斯 莫爾就找到了正確的方法。17世紀(jì)中期，“冰箱”這個(gè)詞才進(jìn)入了美國(guó)語(yǔ)言，在那之前，冰箱只是剛剛開始影響美國(guó)普通市民的飲食。隨著城市的發(fā)展冰的買賣也逐漸發(fā)展起來(lái)。它漸漸地被旅館、酒館、醫(yī)院以及被一些有眼光的城市商人用于肉、魚和黃油的保鮮。中國(guó)冰箱業(yè)于20世紀(jì)80年代起步后，經(jīng)過20年高速發(fā)展，人們對(duì)家用電冰箱的控制功能越來(lái)越高，這對(duì)電冰箱控制器提出了更高的要求。多功能，智能化以及節(jié)能減排是現(xiàn)今的主要發(fā)

12、展方向，傳統(tǒng)的機(jī)器控制，簡(jiǎn)單的電子控制已經(jīng)難以滿足發(fā)展的要求，而采用基于單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)已經(jīng)成為主流，具有很強(qiáng)的性價(jià)比，通過軟件設(shè)計(jì)就能實(shí)現(xiàn)功能的擴(kuò)展，以及智能化的提高，最大限度地節(jié)約了成本。隨著家用電冰箱的發(fā)展和普及，其耗電量占民用總用電量的比例越來(lái)越大，因而，提高冰箱的能源效率，增加我國(guó)家電產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上的竟?fàn)幜?，一與國(guó)際水平接軌，已成為生產(chǎn)企業(yè)的重一要任務(wù)。為了鼓勵(lì)企業(yè)生產(chǎn)節(jié)能冰箱和用戶購(gòu)買節(jié)能冰箱，世界各國(guó)采取了一系列的政策措施。如美國(guó)頒布了能源法，制定了包括冰箱在內(nèi)的十二種家用電器的能耗限制標(biāo)準(zhǔn)；日本實(shí)施了家用電器系列節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)；歐洲對(duì)冰箱實(shí)行了能效等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；此外，加拿大、澳大利

13、亞、臺(tái)灣、香港等國(guó)家和地區(qū)也制定或?qū)嵤┝穗姳涞哪苄?biāo)準(zhǔn)。節(jié)能問題已成為全球關(guān)心的一大課題?？傊?，在家電市場(chǎng)竟?fàn)幦遮吋ち业慕裉?，如何在?jié)能減排技術(shù)上領(lǐng)先一步，以提升產(chǎn)品的高科技含量來(lái)占領(lǐng)市場(chǎng)，從而引異家電產(chǎn)品的更新?lián)Q代，已成為家電行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的前沿陣地。1.3 論文的任務(wù)和研究?jī)?nèi)容本畢業(yè)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)任務(wù)。（1）設(shè)定兩個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，測(cè)量范圍：-18+18，精度0.5。（2）利用功能鍵分別控制溫度設(shè)定、冷藏室及冷凍室溫度設(shè)定。（3）制冷壓縮機(jī)停機(jī)后自動(dòng)延時(shí)三分鐘后方能再啟動(dòng)。（4）電冰箱具有自動(dòng)除霜功能。（5）開門延時(shí)超過20秒發(fā)出報(bào)警。（6）工作電壓為180240V，當(dāng)欠壓或過壓時(shí)，禁止啟動(dòng)壓縮機(jī)。系統(tǒng)設(shè)

14、定3個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，測(cè)量范圍-18+18，精度0.5：利用功能鍵分別控制溫度設(shè)定、速凍設(shè)定及冷藏溫度設(shè)定等；利用數(shù)碼管顯示冷凍室、冷藏室溫度，壓縮機(jī)啟、停和速凍、報(bào)警狀態(tài)；制冷壓縮機(jī)停機(jī)后自動(dòng)延時(shí)3min后放能再啟動(dòng)；電冰箱具有自動(dòng)除霜功能，當(dāng)霜厚達(dá)3mm時(shí)自動(dòng)除霜；開門延時(shí)超過2min發(fā)聲報(bào)警；工作電壓為180240V，當(dāng)欠壓或過壓時(shí)，禁止啟動(dòng)壓縮機(jī)并用指示燈顯示。自動(dòng)調(diào)節(jié)功能是電冰箱應(yīng)具備的主要功能。電冰箱設(shè)有冷凍室和冷藏室，冷凍室的溫度為618，冷藏室的溫度為010，在該溫度范圍內(nèi)，食品保鮮效果較好，因此，對(duì)控制器的要求是將冷凍室和冷藏室的溫度自動(dòng)控制在各自的范圍內(nèi)。冷凍室中的水分會(huì)凝結(jié)成霜，

15、因此，電冰箱應(yīng)有自動(dòng)除霜功能。該功能的實(shí)現(xiàn)方法是通過累計(jì)壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)間和檢測(cè)環(huán)境溫度，來(lái)判斷是否滿足化霜條件，當(dāng)滿足化霜條件時(shí)，接通化霜加熱絲，同時(shí)斷開壓縮機(jī)和風(fēng)機(jī)，30分鐘后斷開化霜加熱絲，接通壓縮機(jī)，再過15分鐘后接通風(fēng)機(jī)。電源過欠壓保護(hù)功能，為了使電冰箱安全可靠地運(yùn)行，要求其電源電壓在180V240V之間。因此，當(dāng)電源電壓小于180V或大于240V時(shí)，壓縮機(jī)應(yīng)自動(dòng)停機(jī)并報(bào)警顯示。壓縮機(jī)開啟延時(shí)功能，該功能要求壓縮機(jī)停機(jī)時(shí)間超過3分鐘才能啟動(dòng)，以延長(zhǎng)壓縮機(jī)的壽命。這就要求在每次電冰箱上電時(shí)，都要檢查壓縮機(jī)停機(jī)是否到3分鐘，若未達(dá)到，需延時(shí)到3分鐘后才能啟動(dòng)。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)有判斷與延時(shí)功能

16、。故障自檢報(bào)警功能，該功能要求在電冰箱運(yùn)行過程中，不斷診斷電冰箱的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)，電冰箱停機(jī)并報(bào)警顯示。第二章 總體設(shè)計(jì)方案第二章 總體設(shè)計(jì)方案2.1 總體設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介直冷式電冰箱的控制原理是根據(jù)傳感器的溫度控制制冷壓縮機(jī)的啟動(dòng)與停止，使冰箱內(nèi)的溫度保持在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)。本電冰箱電控系統(tǒng)要完成冷凍室及冷藏室的溫度檢測(cè)和動(dòng)態(tài)顯示的功能，霜厚檢測(cè)及除霜的功能，開門報(bào)警功能，溫度設(shè)置功能，以及電源過欠壓保護(hù)功能。此設(shè)計(jì)的電冰箱電控系統(tǒng)是以AT89C51作為主控制芯片，ADC0809為模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，DS18B20溫度傳感器為溫度檢測(cè)元件，液晶顯示器，按鍵開關(guān)等元器件組成,通過軟硬件結(jié)合實(shí)

17、現(xiàn)鍵盤掃描，液晶顯示，I/O口擴(kuò)展功能。該系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)便，實(shí)用方便的特點(diǎn)。此設(shè)計(jì)的總體框圖如圖2-1所示。圖2-1 總體框圖外圍電路是AT89C51工作的基礎(chǔ)保障電源電路提供穩(wěn)定的+5V工作電壓；時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需的時(shí)鐘信號(hào)；復(fù)位電路使單片機(jī)實(shí)現(xiàn)初始化狀態(tài)復(fù)位。鍵盤電路用于向系統(tǒng)輸入運(yùn)行參數(shù)，控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。通過鍵盤掃描等程序設(shè)計(jì)把鍵盤輸入的數(shù)據(jù)在液晶顯示器上顯示。LED電路用來(lái)顯示鍵盤輸入的數(shù)據(jù)，DBS18B20實(shí)現(xiàn)對(duì)冷凍室和冷藏室的溫度檢測(cè)，ADC0809完成對(duì)溫度的模數(shù)轉(zhuǎn)換，將信號(hào)上傳給單片機(jī)，其功能是靠硬件電路的設(shè)計(jì)和軟件程序的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。熱敏電阻感測(cè)溫度，判斷霜厚

18、程度，產(chǎn)生中斷信號(hào)，結(jié)合單片機(jī)軟件程序，控制加熱器的啟動(dòng)與停止，完成自動(dòng)除霜的功能。2.2 設(shè)計(jì)方案的可行性分析和預(yù)期目標(biāo)本設(shè)計(jì)的硬件由單片機(jī)的最小控制系統(tǒng)、溫度檢測(cè)電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、顯示電路、電源電壓檢測(cè)電路、報(bào)警電路等組成。硬件設(shè)計(jì)是根據(jù)總體設(shè)計(jì)要求，在所選擇機(jī)型的基礎(chǔ)上，確定系統(tǒng)擴(kuò)展所要用的存儲(chǔ)器、I/O電路、A/D電路以及有關(guān)的外圍電路等，然后設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的電路原理圖，根據(jù)原理圖來(lái)制作硬件。硬件部分的器件選擇要符合設(shè)計(jì)環(huán)境的要求，如溫度、濕度、供電條件等。采用溫度傳感器測(cè)得兩室溫度，通過單線與單片機(jī)通信，單片機(jī)將此溫度值進(jìn)行保存后，通過控制版面的按鍵輸入某一冷凍室溫度設(shè)定值，這個(gè)設(shè)定

19、的溫度值由單片機(jī)送往右邊四位數(shù)碼。顯示的同時(shí)，還不斷與實(shí)測(cè)的冷凍室溫度進(jìn)行比較，來(lái)控制壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)和電冰箱制冷過程。壓縮機(jī)運(yùn)行后，冷凍室溫度不斷下降，控溫程序?qū)?duì)冷凍室溫度是否比設(shè)定的溫度低繼續(xù)進(jìn)行比較來(lái)控制壓縮機(jī)停機(jī)或保持壓縮機(jī)開機(jī)狀態(tài)不變。軟件部分采用模塊化程序設(shè)計(jì)思想，用C語(yǔ)言編制?？刂瞥绦蛑饕腥糠郑褐鞒绦?、定時(shí)器T0中斷服務(wù)程序和定時(shí)器T1中斷服務(wù)程序。還有一些LED數(shù)碼管顯示程序、A/D轉(zhuǎn)換程序、溫度傳感器程序設(shè)計(jì)的子程序。本畢業(yè)設(shè)計(jì)的預(yù)期目標(biāo)。（1）通過控制面板上的按鈕，對(duì)冷凍室和冷藏室的溫度進(jìn)行預(yù)先設(shè)定，單片機(jī)能根據(jù)用戶設(shè)定的溫度，控制壓縮機(jī)的開、停，使冷凍室和冷藏室的溫

20、度達(dá)到設(shè)定的溫度，同時(shí)在控制面板上有數(shù)碼管向用戶顯示兩室的實(shí)時(shí)溫度和預(yù)設(shè)的溫度值。（2）當(dāng)用戶開啟冰箱門之后，未關(guān)嚴(yán)或開門時(shí)間過長(zhǎng)時(shí)發(fā)出開門超時(shí)報(bào)警、提醒用戶及時(shí)關(guān)門以節(jié)省電能。（3）電冰箱具有自動(dòng)除霜功能，當(dāng)霜厚達(dá)3mm時(shí)自動(dòng)除霜；開門延時(shí)超過2min發(fā)聲報(bào)警。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)3.1.1 AT89C51簡(jiǎn)介微處理器是本系統(tǒng)的核心，其性能的好壞直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定，鑒于本系統(tǒng)為實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)需要進(jìn)行大量的運(yùn)算，所以單片機(jī)采用INTEL公司的高效微控制器AT89C51。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能C

21、MOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。它具有以下基本特性。（1）控制中心CPU系統(tǒng)CPU：CPU由控制器和運(yùn)算器兩部分組成，主要完成取指令、指令譯碼、發(fā)出各種操作所需的控制信號(hào)，使單片機(jī)的各個(gè)部分協(xié)調(diào)工作等功能。時(shí)鐘系統(tǒng)：時(shí)鐘系統(tǒng)是單片機(jī)的心臟。單片機(jī)的所有部件都是按照時(shí)鐘系統(tǒng)提供的節(jié)拍工作。總線控制單元：總線控制單元包括復(fù)位控制系統(tǒng)和外部并行總線時(shí)序。

22、復(fù)位是將單片機(jī)的主要功能部件和寄存器單元初始化。外部并行總線時(shí)序是單片機(jī)并行擴(kuò)展時(shí)對(duì)所擴(kuò)展器件進(jìn)行控制的時(shí)序信號(hào)。（2）外圍單元輸入/輸出口：輸入/輸出口（I/O口）是從外部獲取信息，并將控制信號(hào)送達(dá)被控對(duì)象的必經(jīng)之道。特殊功能積存器：特殊功能積存器（SFR）是具有不同特定功能積存器的統(tǒng)稱。SFR是單片機(jī)內(nèi)資源的控制指揮中心。單片機(jī)對(duì)所有片內(nèi)功能單元的操作和控制都是通過訪問SFR來(lái)實(shí)現(xiàn)的。（3）振蕩器特性XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二

23、分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。（4）芯片擦除整個(gè)PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms來(lái)完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率并可通過軟件設(shè)置掉電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。

24、AT89C51的引腳封裝圖如圖3-1所示。管腳說(shuō)明如下：VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和

25、校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL

26、門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。圖3-1 AT89C51引腳圖P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，管腳備選功能如下所示。P3.0/RXD（串行輸入口）P3.1/TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4/T0（記時(shí)器0外部輸入）P3.5/T1（記時(shí)器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保

27、持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)

28、機(jī)器周期兩次PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。EA/VPP：當(dāng)EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。3.1.2 時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需的時(shí)鐘信號(hào)，時(shí)序是指令執(zhí)行中各信號(hào)之間的相互關(guān)系。單片機(jī)本身就如同一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)

29、，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格地按時(shí)序進(jìn)行工作。時(shí)鐘電路如3-2所示。圖3-2 時(shí)鐘電路在AT89C51單片機(jī)內(nèi)部帶有時(shí)鐘電路，因此，只需要在片外通過XTAL1和XTAL2引腳接入定時(shí)控制元件（晶體振蕩器和電容），即可構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。在AT89C51芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容。用晶振和電容構(gòu)成諧振電路。電容C1、C2容量在1540pF之間，大小與晶振頻率和工作電壓有關(guān)。但電容的大小影響振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性，為了提高精度，本實(shí)驗(yàn)板采用30pF的電容作為微調(diào)電容。在設(shè)計(jì)電路板時(shí)，晶振、電容等均應(yīng)盡可能靠近

30、芯片，以減小分布電容，保證振蕩器振蕩的穩(wěn)定性。3.1.3復(fù)位電路復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其主要功能是使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化以外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境也需按復(fù)位鍵以重新啟動(dòng)。單片機(jī)的復(fù)位通過外部電路實(shí)現(xiàn)，在時(shí)鐘電路工作后，上電的瞬間，RC電路充電，RESET引腳端出現(xiàn)正脈沖，只要RESET端保持10ms以上高電平，就能使單片機(jī)有效的復(fù)位。MCS-51單片機(jī)一般采取上電復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種。本設(shè)計(jì)采用的復(fù)位電路如復(fù)位電路圖3-3所示。在通電瞬間，由于電容的充電過程，在RST端出現(xiàn)一定寬度的正脈沖，只要該正脈沖保持10m

31、s以上，就能使單片機(jī)可靠的復(fù)位。圖3-3 復(fù)位電路在實(shí)際環(huán)境中，微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)常常受到干擾，其中大型設(shè)備的啟停、強(qiáng)繼電器的通斷、電源波形畸變等因素會(huì)造成電源電壓的波動(dòng)，瞬間的壓降往往造成系統(tǒng)死機(jī)、數(shù)據(jù)丟失和誤操作，使系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行，甚至出現(xiàn)事故，所以對(duì)系統(tǒng)電源電壓的監(jiān)測(cè)、控制和重要數(shù)據(jù)的有效保存十分重要。3.1.4單片機(jī)系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)+5V電壓源主要用于為AT89C51，ADC0809，光敏二極管，LED，報(bào)警電路等器件及電路提供穩(wěn)壓源。電源是整個(gè)實(shí)驗(yàn)板正常工作的動(dòng)力源泉。電源電壓過大會(huì)大大縮短芯片的工作壽命，嚴(yán)重的會(huì)燒毀芯片及其它元器件，過小將不能驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)板工作電路。因此設(shè)定合適的電源電壓值非

32、常重要。此實(shí)驗(yàn)板主要芯片工作電壓均位+5V左右，所以采用7805三端穩(wěn)壓芯片將+12V整形為+5V直流給整個(gè)實(shí)驗(yàn)板供電。用LM7805設(shè)計(jì)的+5V穩(wěn)壓電源電路圖如圖3-4所示。圖3-4 穩(wěn)壓電源電路LM7805是常用的三端穩(wěn)壓器，一般使用的是TO-220封裝，要求輸入輸出電壓差保持在2V以上，能提供直流5V的輸出電壓，應(yīng)用范圍廣，內(nèi)含過流和過載保護(hù)電路。帶散熱片時(shí)能持續(xù)提供1A的電流，如果使用外圍器件，它還能提供不同的電壓和電流。圖中，C5，C6兩個(gè)電容接LM7805的Vin端對(duì)外電源輸入的電壓進(jìn)行濾波；C8電容接LM7805的OUT端對(duì)整形后的電壓進(jìn)行濾波，確保終端輸入+5V直流電壓。3.2

33、溫度檢測(cè)電路3.2.1 溫度傳感器DS18B20的主要特性：適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電；獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊；DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫； DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)；測(cè)溫范圍55+125，在-10+85時(shí)精度為0.5；測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力；電源極性接反時(shí)，

34、芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。溫度傳感器電路圖如圖3-5所示。圖3-5 溫度傳感器DS18B20測(cè)溫系統(tǒng)具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)。在寄生電源供電方式下，DS18B20從單線信號(hào)線上汲取能量：在信號(hào)線DQ處于高電平期間把能量?jī)?chǔ)存在內(nèi)部電容里，在信號(hào)線處于低電平期間消耗電容上的電能工作，直到高電平到來(lái)再給寄生電源（電容）充電。 獨(dú)特的寄生電源方式有三個(gè)好處。（1）進(jìn)行遠(yuǎn)距離測(cè)溫時(shí)，無(wú)需本地電源。（2）可以在沒有常規(guī)電源的條件下讀取ROM。（3）電路更加簡(jiǎn)潔，僅用一根I/O口實(shí)現(xiàn)測(cè)溫。 本設(shè)計(jì)DS18B20工作在外部電源供電方式，單片機(jī)采用P1.0線與DS18

35、B20通信。當(dāng)DS18B20處于寫存儲(chǔ)器操作和溫度A/D變換操作時(shí)，為保證在有效的DS18B20時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，需要在數(shù)據(jù)線上加一個(gè)4.7K的上拉電阻，另外兩個(gè)引腳分別接電源和地。DS18B20雖然具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題。 （1）較小的硬件開銷需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，DS18B20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對(duì)DS18B20進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫時(shí)序，否則將無(wú)法讀取測(cè)溫結(jié)果。（2）在DS18B20測(cè)溫程序設(shè)計(jì)中，向DS18B20發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS18B20的返回信號(hào)，

36、一旦某個(gè)DS18B20接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該DS18B20時(shí)，將沒有返回信號(hào)，程序進(jìn)入死循環(huán)。這一點(diǎn)在進(jìn)行DS18B20硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予一定的重視。3.2.2 轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)接口A/D轉(zhuǎn)換電路采用逐次逼近式8位AD0809芯片。0809共有8路模擬輸入通道，本系統(tǒng)只用了其中4個(gè)通道IN0IN3。其中IN0作為冷凍室溫度檢測(cè)通道。IN2作為除霜檢測(cè)通道，IN3作為電源電壓檢測(cè)通道。ADC0809是8位A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時(shí)間為100us，ADC0809的轉(zhuǎn)換誤差為1LSB。芯片由8路模擬開關(guān)、地址鎖存和譯碼電路、A/D轉(zhuǎn)換電路及三態(tài)輸出鎖存緩沖組成。轉(zhuǎn)換器由電源（+5V）供電，模擬

37、量輸入范圍為0+5V，無(wú)需零點(diǎn)和滿刻度調(diào)整。ADC0809的主要特性。（1）8路8位AD轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位。（2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?。（3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為100us。（4）單個(gè)5V電源供電。（5）模擬輸入電壓范圍05V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。（6）工作溫度范圍為-4085攝氏度。（7）低功耗，約15mW。ADC0809的工作過程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到AD轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖剑甘続D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入

38、鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)OE輸入高電平時(shí)，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。ADC0809電路圖如3-6所示。圖3-6 ADC0809電路ADC0809共有8路模擬輸入通道，本系統(tǒng)只用了其中2通道IN0，IN1，其IN0為霜厚檢測(cè)通道輸入，IN1為電源電壓檢測(cè)通道輸入。ADC0809地址譯碼引腳A、B、C控制模擬信號(hào)的選擇。通過測(cè)得的霜厚及電壓的大小經(jīng)ADC0809轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸入單片機(jī)，與設(shè)定值進(jìn)行比較，以此來(lái)控制電熱絲的工作狀態(tài)及電壓保護(hù)電路。由以上分析可知：在軟件編寫時(shí)，給出被選擇的模擬通道的地址：執(zhí)行一條輸出指令(MOVXDPTR，A)就啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，執(zhí)行一

39、條輸入指令(MOVX A， DPTR)就讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。3.3除霜控制電路冷凍室中的水分會(huì)凝結(jié)成霜，因此，電冰箱應(yīng)有自動(dòng)除霜功能。該功能的實(shí)現(xiàn)方法是通過熱敏電阻檢測(cè)環(huán)境溫度，來(lái)判斷霜厚是否滿足化霜條件。當(dāng)滿足化霜條件時(shí)，檢測(cè)電路產(chǎn)生中斷信號(hào)，經(jīng)過單片機(jī)的處理，控制接通化霜加熱絲，同時(shí)斷開壓縮機(jī)。當(dāng)檢測(cè)到的溫度值在一定溫度值以上后，斷開加熱絲，并接通壓縮機(jī)，完成自動(dòng)除霜功能。3.3.1 熱敏電阻簡(jiǎn)介熱敏電阻是一種對(duì)溫度極為敏感的電阻器。該種電阻器在溫度發(fā)生變化時(shí)其阻值熱也隨之而變化。熱敏電阻器種類較多，按其結(jié)構(gòu)及形狀可分為球形、桿狀、圓片形、管形、圓圈形等。按其受熱方式的不同可分為直熱式熱敏電阻器

40、和旁熱式熱敏電阻器。按溫度系數(shù)可分為正溫度系數(shù)熱敏電阻和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器。按工作溫度范圍分類有常溫、高溫、超低溫?zé)崦綦娮?。目前?yīng)用最廣泛的是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器，其又可分為測(cè)溫型、穩(wěn)壓型、普通型。熱敏電阻器的標(biāo)稱值是指環(huán)境溫度為25時(shí)的電阻值。用萬(wàn)用表測(cè)其阻值時(shí)，其阻值不一定和標(biāo)稱阻值相符。正溫度系數(shù)熱敏電阻器的特點(diǎn)。正溫度系數(shù)熱敏電阻器又稱PTC熱敏電阻，該電阻器溫度升高時(shí)電阻值也隨之增大，而且阻值的變化與溫度的變化為正比例關(guān)系，但電阻器的溫度超過一個(gè)定值時(shí)，阻值將急劇增大，當(dāng)增大到最大值時(shí)，電阻值將隨溫度的增加而開始下降。負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器的特點(diǎn)。負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器又稱NTC熱敏電

41、阻器，其圖形號(hào)與PTC熱敏電阻器相同。負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器的種類很多且形狀各異，常見約有管狀、圓片形等。NTC熱敏電阻器的最大特點(diǎn)是電阻值與溫度的變化成反比，即電阻阻值隨溫度的升高而降低，當(dāng)溫度大幅升高時(shí)，電阻值也大幅下降。3.3.2 運(yùn)算放大器LM324LM324為四運(yùn)放集成電路，內(nèi)部有四個(gè)運(yùn)算放大器，有相位補(bǔ)償電路。電路功耗很小，LM324工作電壓范圍寬，可用正電源330V，或正負(fù)雙電源1.5V15V工作。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互單獨(dú)。它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，Vo為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入

42、端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。3.3.3 霜厚檢測(cè)電路(1) 霜厚檢測(cè)電路原理如霜厚檢測(cè)電路圖3-7中Rt為溫度傳感器，選用LM324型熱敏電阻，具有負(fù)溫度系數(shù)，靈敏度較高。其阻值和溫度的關(guān)系為：Rt=286/（26.8+t）-2.68(k) （3-1）A點(diǎn)電壓與溫度關(guān)系為：VA=(2.68*5)/(Rt+2.68)=1.26+0.047t （3-2）(2) 除霜電路工作原理圖3-7 霜厚檢測(cè)電路把熱敏電阻器安裝在某個(gè)合適的位置上，當(dāng)霜厚大于3mm時(shí)，熱敏電阻接觸到霜而感到較

43、低的溫度，其電阻值Rt變大，A點(diǎn)溫度降低，電壓跟隨器輸出電壓降低，經(jīng)放大器放大，輸入比較器中。由于輸入電壓低于比較器的比較電壓而輸出低電平，穩(wěn)壓管導(dǎo)通，經(jīng)反相器輸出低電平，結(jié)合軟件編程，觸發(fā)單片機(jī)產(chǎn)生中斷，控制加熱絲的啟動(dòng)和壓縮機(jī)停止工作，并通過軟件編程控制加熱絲工作一定時(shí)間后停止工作，加熱后再次檢測(cè)溫度，當(dāng)霜有一定的融化后，熱敏電阻檢測(cè)到的溫度升高，Rt阻值降低，VA電壓值升高，經(jīng)放大器放大,輸入比較器中。由于輸入電壓高于比較器的比較電壓而輸出高電平，穩(wěn)壓管截止，無(wú)中斷。3.4鍵盤和顯示電路鍵盤顯示電路是人與AT89C51進(jìn)行人機(jī)交換的媒介，用于向CPU輸入運(yùn)行參數(shù)，控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。鍵盤

44、電路形式分為直接編碼輸入鍵盤和矩陣鍵盤。前者接口電路簡(jiǎn)單，一般應(yīng)用于需要少量按鍵的控制系統(tǒng)。后者因占用I/O引腳數(shù)少，常被按鍵較多的控制系統(tǒng)所采用。顯示器是常用的輸出器件。顯示器件種類很多，有LED發(fā)光二極管、LED數(shù)碼管、液晶顯示器LCD、陰極射線管CRT等。本電冰箱的電控系統(tǒng)使用的是LED數(shù)碼管。3.4.1 LED簡(jiǎn)介L(zhǎng)ED數(shù)碼管是由LED發(fā)光二極管組合顯示字符的顯示器。它使用了8個(gè)LED發(fā)光二極管，其中7個(gè)用于顯示字符，1個(gè)用于顯示小數(shù)點(diǎn)。故通常稱之為7段發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器。LED數(shù)碼顯示器有兩種連接方法，包括共陽(yáng)極接法和共陰極接法。本電冰箱的電控系統(tǒng)使用的LED數(shù)碼顯示器所用的是共陰

45、極接法，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-8所示。圖3-8 LED數(shù)碼顯示器內(nèi)部結(jié)構(gòu)3.4.2 接口芯片8279簡(jiǎn)介8279采用單5V電源供電，40腳封裝。8279的引腳封裝如圖3-9所示。圖3-9 8279引腳（1）DB0DB7：雙向數(shù)據(jù)總線，用來(lái)傳送8279與CPU之間的數(shù)據(jù)和命令。（2）CLK：時(shí)鐘輸入線，用以產(chǎn)生內(nèi)部定時(shí)的時(shí)鐘脈沖。（3）RESET：復(fù)位輸入線，8279復(fù)位后被置為字符顯示左端輸入，二鍵閉鎖的觸點(diǎn)回彈型式，程序時(shí)鐘前置分頻器被置為31,RESET信號(hào)為高電平有效。（4）CS：片選輸入線，低電平有效，單片機(jī)在CS端為低時(shí)可以對(duì)8279讀/寫操作。（5）A0：緩沖器低位地址，當(dāng)A0為高電平

46、時(shí)，表示數(shù)據(jù)總線上為命令或狀態(tài)，當(dāng)為低電平時(shí)，表示數(shù)據(jù)總線上為數(shù)據(jù)。（6）RD：讀信號(hào)輸入線，低電平有效，將緩沖器讀出，數(shù)據(jù)送往外部總線。（7）WR：寫信號(hào)輸入線，低電平有效，將數(shù)據(jù)從外部數(shù)據(jù)總線寫入8279的緩沖器。（8）IRQ：中斷請(qǐng)求輸出線，高電平有效，在鍵盤工作方式下，當(dāng)FIFO/傳感器RAM中有數(shù)據(jù)時(shí)，此中斷線變?yōu)楦唠娖剑贔IFO/傳感器RAM每次讀出時(shí)，中斷線就下降為低電平，若在RAM中還有信息，則此線重又變?yōu)楦唠娖?。在傳感器工作方式中，每?dāng)探測(cè)到傳感器信號(hào)變化時(shí)，中斷線就變?yōu)楦唠娖健＃?）SL0SL3：掃描線，用來(lái)掃描按鍵開關(guān)，傳感器陣列和顯示數(shù)字，這些可被編程或被譯碼。（10

47、）RL0RL7：回送線，經(jīng)過按鍵或傳感器開關(guān)與掃描線聯(lián)接，這些回送線內(nèi)部設(shè)置有上拉電路，使之保持為高電平，只有當(dāng)一個(gè)按閉合時(shí)，對(duì)應(yīng)的返回線變?yōu)榈碗娖?；無(wú)按鍵閉合時(shí)，均保持高電平。（11）SHIFT：換位功能，當(dāng)有開關(guān)閉合時(shí)被拉為低電平，沒有按下SHIFT開關(guān)時(shí)，SHIFT輸入端保持高電平，在鍵盤掃描方式中，按鍵一閉合，按鍵位置和換位輸入狀態(tài)一起被存貯起來(lái)。（12）CNTL/STB：當(dāng)CNTL/STB開關(guān)閉合時(shí)將其拉到低電平，否則始終保持高電平，對(duì)于鍵盤輸入方式，此線用作控制輸入端，當(dāng)鍵被按下時(shí)，按鍵位置就和控制輸入狀態(tài)一起被存貯起來(lái)，在選通輸入方式中，作選通用，把數(shù)據(jù)存入RAM中。（13）OU

48、TA3OUTA0及OUTB3OUTB0：顯示輸出A口及B口，這兩個(gè)口是164切換的數(shù)字顯示。這兩個(gè)端口可被獨(dú)立控制，也可看成一個(gè)8位端口。（14）BD：空格顯示,此輸出端信號(hào)用于在數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)將顯示空格或者用顯示空格命令控制其顯示空格字符。（15）VCC：5V電源輸入線。（16）VSS：地線輸入線。3.4.3鍵盤顯示電路設(shè)計(jì)為了減少鍵盤電路占用I/O引腳數(shù)目，將鍵盤電路設(shè)計(jì)為44矩陣鍵盤形式。由于本設(shè)計(jì)中需4個(gè)按鍵，分別設(shè)置為功能鍵、加一鍵、減一鍵和確定鍵。通過功能鍵切換是設(shè)置冷凍室溫度還是設(shè)置冷藏室溫度，通過加一鍵和減一鍵設(shè)置溫度值，所以只需設(shè)計(jì)為14的矩陣鍵盤即可。矩陣式結(jié)構(gòu)的鍵盤顯然比直接

49、法要復(fù)雜一些，識(shí)別也要復(fù)雜一些，如顯示電路圖3-10中，列線選用RL0，并通過5.1K的電阻接正電源。行線通過驅(qū)動(dòng)器75451連接4個(gè)LED的公共端，作為輸出端，作為L(zhǎng)ED的片選信號(hào)；列線則作為輸入，用于讀回?cái)?shù)據(jù)。圖3-10 顯示電路非編碼式鍵盤識(shí)別閉合鍵通常有兩種方法：一種稱為行掃描法，另一種稱線反轉(zhuǎn)法。本設(shè)計(jì)用行掃描法。行線輸出是低電平，當(dāng)按鈕沒有按下時(shí)，所有的輸出端都是高電平，代表無(wú)鍵按下。一旦有鍵按下，則輸入線就會(huì)被拉低，這樣，通過讀入輸入線的狀態(tài)就可得知是否有鍵按下了。ALE信號(hào)經(jīng)二分頻后作為8279的時(shí)鐘信號(hào)，從而與系統(tǒng)時(shí)鐘同步。8279的OUTA0OUTA3和OUTB0OUTB3

50、是動(dòng)態(tài)掃描顯示的輸出口，輸出單片機(jī)的數(shù)據(jù)，控制個(gè)各LED的顯示字符。在單片機(jī)系統(tǒng)中連接鍵、顯示器，可以用Intel公司開發(fā)的專用可編程顯示器接口芯片8279來(lái)實(shí)現(xiàn)。該芯片如前面介紹能完成對(duì)鍵盤、顯示器的自動(dòng)掃描，能自動(dòng)消除按鍵抖動(dòng)、自動(dòng)識(shí)別按鍵，并獲得鍵值。8279具有一定的自我管理功能，它將原來(lái)由CPU承擔(dān)的鍵盤、顯示器的管理工作接管過來(lái)，可以大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，減輕CPU的負(fù)擔(dān)。掃描計(jì)數(shù)器提供鍵盤和顯示器的掃描信號(hào)，有兩種工作方式。一種是外部譯碼方式(也稱編碼方式)，4位計(jì)數(shù)器從SLO到SL3輸出，經(jīng)外部譯碼器譯碼后形成16位掃描信號(hào)，為鍵招和顯示器提供掃描信號(hào)。另一種是內(nèi)部譯碼方式

51、(也稱譯碼方式)，掃描計(jì)數(shù)器內(nèi)部譯碼后從SLO到SL3輸出4位掃描信號(hào)，直接用于鍵盤、顯示器掃描。內(nèi)部譯碼方式產(chǎn)生的譯碼信號(hào)比外部譯碼方式少得多，能連接的按鍵、顯示器較少。冰箱溫度顯示位數(shù)較少，所以我們使用內(nèi)部譯碼方式，采用4位顯示。按鍵及LED顯示電路連接與8279芯片，用于冰箱溫度顯示及對(duì)溫度的設(shè)置。3.5報(bào)警裝置該報(bào)警電路由一個(gè)三極管連接蜂鳴器組成。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動(dòng)發(fā)聲。 壓電

52、式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成，當(dāng)接通電源后（1.515V直流工作電壓），多諧振蕩器起振輸出1.52.5kHZ的音頻信號(hào)，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)聲。蜂鳴器發(fā)聲原理是電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)來(lái)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)膜發(fā)聲的，因此需要一定的電流才能驅(qū)動(dòng)它，單片機(jī)IO引腳輸出的電流較小，單片機(jī)輸出的TTL電平基本上驅(qū)動(dòng)不了蜂鳴器，因此需要增加一個(gè)電流放大的電路。S51單片通過一個(gè)三極管C8550來(lái)放大驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。蜂鳴器的正極接到VCC（5V）電源上面，蜂鳴器的負(fù)極接到三極管的發(fā)射極E，三極管的基級(jí)B經(jīng)過限流電阻R1后由單片機(jī)的

53、P2.0引腳控制，當(dāng)P2.0輸出高電平時(shí)，三極管T1截止，沒有電流流過線圈，蜂鳴器不發(fā)聲；當(dāng)P2.0輸出低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，這樣蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音。因此，我們可以通過程序控制P2.0腳的電平使蜂鳴器發(fā)出聲音和關(guān)閉。蜂鳴器電路圖如3-11所示。圖3-11 蜂鳴器可以通過程序中改變單片機(jī)P2.0引腳輸出波形的頻率，就可以調(diào)整控制蜂鳴器音調(diào)，產(chǎn)生各種不同音色、音調(diào)的聲音。另外，改變P2.0輸出電平的高低電平占空比，則可以控制蜂鳴器的聲音大小，這些我們都可以通過編程實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。本設(shè)計(jì)含開門報(bào)警功能，如開門檢測(cè)電路圖3-12所示。當(dāng)開門延時(shí)20秒后發(fā)聲報(bào)警，用于提醒使用者關(guān)以達(dá)到節(jié)電節(jié)能，

54、延長(zhǎng)電冰箱的使用時(shí)間。過欠壓保護(hù)電路，為了使電冰箱安全可靠地運(yùn)行，要求其電源電壓在176V240V之間。因此，當(dāng)電源電壓小于176V或大于240V時(shí)，壓縮機(jī)應(yīng)自動(dòng)停機(jī)并報(bào)警顯示。圖3-12 開門檢測(cè)電路3.6 電源電壓檢測(cè)電路當(dāng)220V市電電網(wǎng)電壓過低時(shí)，可能損壞電冰箱電機(jī)時(shí)，R1和W1分壓值減小，使LED導(dǎo)通，使集成電路導(dǎo)通，接著使LM324截止，從而切斷電冰箱電源。調(diào)節(jié)W1可設(shè)定欠壓保護(hù)值。如電壓檢測(cè)電路圖3-13所示。圖3-13 電壓檢測(cè)電路當(dāng)電網(wǎng)電壓過高時(shí)，有可能使冰箱電機(jī)過熱燒毀。這是R和W1的分壓值增高，使二極管TIL113導(dǎo)通，隨之LM324導(dǎo)通，使LED截止。調(diào)節(jié)W1可設(shè)定過壓

55、保護(hù)值。第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)電冰箱的軟件設(shè)計(jì)是在硬件電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，通過匯編程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的。此電冰箱電控系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)過程中主要完成以下幾個(gè)功能：冷凍室及冷藏室溫度采樣并進(jìn)行模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換，自動(dòng)除霜功能，開門報(bào)警以及鍵盤掃描和LED顯示。該電冰箱控制程序主要由三大部分：主程序、定時(shí)器T0中斷服務(wù)程序、定時(shí)器T1中斷服務(wù)程序。4.1 主程序主程序是整個(gè)電冰箱的總控制程序，如控制各單元初始化、控制中斷、定時(shí)、顯示，鍵盤程序的啟動(dòng)與重復(fù)等。主程序是整個(gè)電冰箱的總控制程序，包括控制單元的初始化、控制中斷、定時(shí)、顯示，鍵盤程序的啟動(dòng)和重復(fù)等。本電冰箱的電控系統(tǒng)的核心部分是冷凍室和冷藏

56、室的溫度檢測(cè)及控制電路。主程序中了對(duì)是否為冷凍室和冷藏室的溫度鍵進(jìn)行了逐步的判斷，通過判斷調(diào)用不同的子程序來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)冷凍室和冷藏室的溫度的控制。主程序框圖如圖4-1所示。4.2 T0中斷服務(wù)程序T0中斷服務(wù)程序主要完成電源過壓欠壓處理，開門狀態(tài)檢查及處理，以及冷凍室和冷藏室制冷壓縮機(jī)工作時(shí)間定時(shí)。通過T0定時(shí)，實(shí)現(xiàn)每隔3min，檢測(cè)一次冷凍室和冷藏室的溫度，并讀回溫度值，轉(zhuǎn)換為電壓值，送給單片機(jī)。另外，每隔3min進(jìn)行電源過欠壓檢測(cè)。T0中斷服務(wù)框圖如圖4-2所示。4.3 T1中斷服務(wù)程序 T1工作于計(jì)數(shù)方式，通過計(jì)數(shù)達(dá)到延時(shí)3min的目的。T1的中斷服務(wù)程序主要完成3min定時(shí)及溫度、初霜、速

57、凍等各種檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，比較、分析以控制執(zhí)行元件工作，T1中斷服務(wù)框圖如圖4-3所示。圖4-1 主程序框圖保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)送時(shí)間常數(shù)中斷記數(shù)到1s過欠壓判斷？開門了嗎？通過P1.1向T1發(fā)脈沖讀冷藏、冷凍室溫度刷新溫度緩沖區(qū)求溫度均值3min延時(shí)記時(shí)并處理恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)中斷返回過欠壓處理開門處理NYYYNN圖4-2 T0中斷服務(wù)程序框圖保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)中斷返回送記數(shù)常數(shù)速凍控制處理霜厚控制處理停止壓縮機(jī)工作置3min延控標(biāo)志恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)速凍標(biāo)志？3min延控標(biāo)志？溫度超上限？3min延控標(biāo)志？低于下限？NNNNYYY圖4-3 T1中斷服務(wù)程序框圖結(jié) 論結(jié) 論本電冰箱的電控系統(tǒng)主要使用了AT89C51單片機(jī)作為控制的核心芯片。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能CMOS微處理器。由于將多功能8位CPU和存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。所以，選擇這種單片機(jī)作為控制核心芯片是非常簡(jiǎn)便的，可以簡(jiǎn)化硬件