基于單片機的冰箱溫度控制系統(tǒng)設計

《基于單片機的冰箱溫度控制系統(tǒng)設計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《基于單片機的冰箱溫度控制系統(tǒng)設計（45頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、摘 要摘 要單片機即單片微型計算機（Single-Chip Microcomputer ），是集CPU、ROM、定時、計數(shù)和多種接口于一體的微控制器。其中51單片機是各種單片機中最為典型和最有代表性的一種，廣泛應用于各個領域。本課題設計的電冰箱的電控系統(tǒng)主要應用AT89C51單片機作為核心控制元件進行分析和設計，對各部分的軟件編程、硬件電路設計、及調試進行了介紹。近年來，隨著微電子技術、傳感器技術以及計算機控制技術的發(fā)展，人們對電冰箱的控制功能要求越來越高，這對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)的機械式、簡單的電子控制已經(jīng)難以滿足發(fā)展要求。為此，本文介紹了采用

2、AT89C51單片機作為控制器核心，對電冰箱的工作過程進行控制。通過DS18B20溫度傳感器對冷藏室溫度、冷凍室溫度進行檢測，并將產(chǎn)生的模擬信號，通過ADC0809進行A/D轉換送入單片機；對霜厚度則通過熱敏電阻進行溫度檢測后產(chǎn)生中斷信號送入單片機。溫度檢測信號經(jīng)單片機處理后輸出用于調節(jié)壓縮機和加熱器的工作，滿足消費者對溫度的設置要求，實現(xiàn)自動除霜功能。經(jīng)過實踐證明，經(jīng)過反復的模擬運行、調試，修改，最后形成了一套完整的程序系統(tǒng)。本系統(tǒng)運行穩(wěn)定，其優(yōu)點是硬件電路簡單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價比較高等，具有一定的實用和參考價值。關鍵詞：單片機、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 論文的任務和研究內容.2第二章 總體設計方案.42.1 總體設計方案簡介.42.2 設計方案的可行性分析和預期目標.5第三章 系統(tǒng)硬件設計.63.1 單片機最小系統(tǒng).63.1.1 AT89C51單片機的概況.63.1.2 時鐘電路.93.1.3 復

9、位電路.103.1.4 單片機系統(tǒng)電源設計.113.2 溫度檢測電路.123.2.1 溫度傳感器.123.2.2 轉換器與單片機接口.143.3 除霜控制電路.153.3.1 熱敏電阻簡介.163.3.2運算放大器.163.3.3 霜厚檢測電路.173.4 鍵盤和顯示電路.183.4.1 LED簡介.183.4.2 接口芯片8279簡介.183.4.3 鍵盤顯示電路設計.203.5 開門報警電路.223.6 電源電壓檢測電路.24第四章 系統(tǒng)軟件設計.264.1 主程序.264.2 T0中斷服務程序.264.3 T1中斷服務程序.26結 論.30參考文獻.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日常生活中較為常用的家用電器，隨著微電子技術、傳感器技術和控制技術的發(fā)展，人們對電冰箱的控制功能要求越來越高，這對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)的機械式控制、簡單的電子控制已經(jīng)難以滿足其發(fā)展要求，而以單片機為核心的電冰箱控制器具有功能強、成本低、測溫精度高、通用性強等特點，正得到越來越廣泛的應用。本次設計以單片機為核心，將來自溫度傳感器的信號經(jīng)A/D轉化后送入單片機，與給定值比較，算出溫度調節(jié)量，最終控制壓縮機的起停。通過本次設計，可以培養(yǎng)我們分析問題和解決問

11、題的能力，掌握MCS51單片機的硬件設計與軟件設計，從而使我們將學到的理論知識應用于實踐中，為將來走向社會奠定良好的基礎。 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)場主托馬斯 莫爾就找到了正確的方法。17世紀中期，“冰箱”這個詞才進入了美國語言，在那之前，冰箱只是剛剛開始影響美國普通市民的飲食。隨著城市的發(fā)展冰的買賣也逐漸發(fā)展起來。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。中國冰箱業(yè)于20世紀80年代起步后，經(jīng)過20年高速發(fā)展，人們對家用電冰箱的控制功能越來越高，這對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)的機器控制，簡單的電子控制已經(jīng)難以滿足發(fā)展的要求，而采用基于單片機溫度控制系統(tǒng)已經(jīng)成為主流，具有很強的性價比，通過軟件設計就能實現(xiàn)功能的擴展，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越大，因而，提高冰箱的能源效率，增加我國家電產(chǎn)品在國內外市場上的竟爭力，一與國際水平接軌，已成為生產(chǎn)企業(yè)的重一要任務。為了鼓勵企業(yè)生產(chǎn)節(jié)能冰箱和用戶購買節(jié)能冰箱，世界各國采取了一系列的政策措施。如美國頒布了能源法，制定了包括冰箱在內的十二種家用電器的能耗限制標準；日本實施了家用電器系列節(jié)能標準；歐洲對冰箱實行了能效等級標準；此外，加拿大、澳大利

13、亞、臺灣、香港等國家和地區(qū)也制定或實施了電冰箱的能效標準。節(jié)能問題已成為全球關心的一大課題?？傊?，在家電市場竟爭日趨激烈的今天，如何在節(jié)能減排技術上領先一步，以提升產(chǎn)品的高科技含量來占領市場，從而引異家電產(chǎn)品的更新?lián)Q代，已成為家電行業(yè)競爭的前沿陣地。1.3 論文的任務和研究內容本畢業(yè)設計的設計任務。（1）設定兩個測溫點，測量范圍：-18+18，精度0.5。（2）利用功能鍵分別控制溫度設定、冷藏室及冷凍室溫度設定。（3）制冷壓縮機停機后自動延時三分鐘后方能再啟動。（4）電冰箱具有自動除霜功能。（5）開門延時超過20秒發(fā)出報警。（6）工作電壓為180240V，當欠壓或過壓時，禁止啟動壓縮機。系統(tǒng)設

14、定3個測溫點，測量范圍-18+18，精度0.5：利用功能鍵分別控制溫度設定、速凍設定及冷藏溫度設定等；利用數(shù)碼管顯示冷凍室、冷藏室溫度，壓縮機啟、停和速凍、報警狀態(tài)；制冷壓縮機停機后自動延時3min后放能再啟動；電冰箱具有自動除霜功能，當霜厚達3mm時自動除霜；開門延時超過2min發(fā)聲報警；工作電壓為180240V，當欠壓或過壓時，禁止啟動壓縮機并用指示燈顯示。自動調節(jié)功能是電冰箱應具備的主要功能。電冰箱設有冷凍室和冷藏室，冷凍室的溫度為618，冷藏室的溫度為010，在該溫度范圍內，食品保鮮效果較好，因此，對控制器的要求是將冷凍室和冷藏室的溫度自動控制在各自的范圍內。冷凍室中的水分會凝結成霜，

15、因此，電冰箱應有自動除霜功能。該功能的實現(xiàn)方法是通過累計壓縮機運行時間和檢測環(huán)境溫度，來判斷是否滿足化霜條件，當滿足化霜條件時，接通化霜加熱絲，同時斷開壓縮機和風機，30分鐘后斷開化霜加熱絲，接通壓縮機，再過15分鐘后接通風機。電源過欠壓保護功能，為了使電冰箱安全可靠地運行，要求其電源電壓在180V240V之間。因此，當電源電壓小于180V或大于240V時，壓縮機應自動停機并報警顯示。壓縮機開啟延時功能，該功能要求壓縮機停機時間超過3分鐘才能啟動，以延長壓縮機的壽命。這就要求在每次電冰箱上電時，都要檢查壓縮機停機是否到3分鐘，若未達到，需延時到3分鐘后才能啟動。因此，在設計時應有判斷與延時功能

16、。故障自檢報警功能，該功能要求在電冰箱運行過程中，不斷診斷電冰箱的運行狀態(tài)，當發(fā)現(xiàn)嚴重故障時，電冰箱停機并報警顯示。第二章 總體設計方案第二章 總體設計方案2.1 總體設計方案簡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的啟動與停止，使冰箱內的溫度保持在設定的溫度范圍內。本電冰箱電控系統(tǒng)要完成冷凍室及冷藏室的溫度檢測和動態(tài)顯示的功能，霜厚檢測及除霜的功能，開門報警功能，溫度設置功能，以及電源過欠壓保護功能。此設計的電冰箱電控系統(tǒng)是以AT89C51作為主控制芯片，ADC0809為模數(shù)轉換芯片，DS18B20溫度傳感器為溫度檢測元件，液晶顯示器，按鍵開關等元器件組成,通過軟硬件結合實

17、現(xiàn)鍵盤掃描，液晶顯示，I/O口擴展功能。該系統(tǒng)具有操作簡便，實用方便的特點。此設計的總體框圖如圖2-1所示。圖2-1 總體框圖外圍電路是AT89C51工作的基礎保障電源電路提供穩(wěn)定的+5V工作電壓；時鐘電路用于產(chǎn)生單片機工作所需的時鐘信號；復位電路使單片機實現(xiàn)初始化狀態(tài)復位。鍵盤電路用于向系統(tǒng)輸入運行參數(shù)，控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)。通過鍵盤掃描等程序設計把鍵盤輸入的數(shù)據(jù)在液晶顯示器上顯示。LED電路用來顯示鍵盤輸入的數(shù)據(jù)，DBS18B20實現(xiàn)對冷凍室和冷藏室的溫度檢測，ADC0809完成對溫度的模數(shù)轉換，將信號上傳給單片機，其功能是靠硬件電路的設計和軟件程序的結合來實現(xiàn)的。熱敏電阻感測溫度，判斷霜厚

18、程度，產(chǎn)生中斷信號，結合單片機軟件程序，控制加熱器的啟動與停止，完成自動除霜的功能。2.2 設計方案的可行性分析和預期目標本設計的硬件由單片機的最小控制系統(tǒng)、溫度檢測電路、A/D轉換電路、顯示電路、電源電壓檢測電路、報警電路等組成。硬件設計是根據(jù)總體設計要求，在所選擇機型的基礎上，確定系統(tǒng)擴展所要用的存儲器、I/O電路、A/D電路以及有關的外圍電路等，然后設計出系統(tǒng)的電路原理圖，根據(jù)原理圖來制作硬件。硬件部分的器件選擇要符合設計環(huán)境的要求，如溫度、濕度、供電條件等。采用溫度傳感器測得兩室溫度，通過單線與單片機通信，單片機將此溫度值進行保存后，通過控制版面的按鍵輸入某一冷凍室溫度設定值，這個設定

19、的溫度值由單片機送往右邊四位數(shù)碼。顯示的同時，還不斷與實測的冷凍室溫度進行比較，來控制壓縮機的運轉狀態(tài)和電冰箱制冷過程。壓縮機運行后，冷凍室溫度不斷下降，控溫程序將對冷凍室溫度是否比設定的溫度低繼續(xù)進行比較來控制壓縮機停機或保持壓縮機開機狀態(tài)不變。軟件部分采用模塊化程序設計思想，用C語言編制?？刂瞥绦蛑饕腥糠郑褐鞒绦?、定時器T0中斷服務程序和定時器T1中斷服務程序。還有一些LED數(shù)碼管顯示程序、A/D轉換程序、溫度傳感器程序設計的子程序。本畢業(yè)設計的預期目標。（1）通過控制面板上的按鈕，對冷凍室和冷藏室的溫度進行預先設定，單片機能根據(jù)用戶設定的溫度，控制壓縮機的開、停，使冷凍室和冷藏室的溫

20、度達到設定的溫度，同時在控制面板上有數(shù)碼管向用戶顯示兩室的實時溫度和預設的溫度值。（2）當用戶開啟冰箱門之后，未關嚴或開門時間過長時發(fā)出開門超時報警、提醒用戶及時關門以節(jié)省電能。（3）電冰箱具有自動除霜功能，當霜厚達3mm時自動除霜；開門延時超過2min發(fā)聲報警。第三章 系統(tǒng)硬件設計第三章 系統(tǒng)硬件設計3.1 單片機最小系統(tǒng)3.1.1 AT89C51簡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)為實時控制系統(tǒng)，系統(tǒng)運行時需要進行大量的運算，所以單片機采用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器的低電壓，高性能C

21、MOS8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，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，使單片機的各個部分協(xié)調工作等功能。時鐘系統(tǒng)：時鐘系統(tǒng)是單片機的心臟。單片機的所有部件都是按照時鐘系統(tǒng)提供的節(jié)拍工作?？偩€控制單元：總線控制單元包括復位控制系統(tǒng)和外部并行總線時序。

22、復位是將單片機的主要功能部件和寄存器單元初始化。外部并行總線時序是單片機并行擴展時對所擴展器件進行控制的時序信號。（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，并將控制信號送達被控對象的必經(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是單片機內資源的控制指揮中心。單片機對所有片內功能單元的操作和控制都是通過訪問SFR來實現(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振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，XTAL2應不接。有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二

23、分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。（4）芯片擦除整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51設計和配置了振蕩頻率并可通過軟件設置掉電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結振蕩器而保存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位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應不同產(chǎn)品的需求。

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

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

26、門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，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（記時器0外部輸入）P3.5/T1（記時器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保

27、持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，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，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，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，置位無效。PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個

28、機器周期兩次PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。EA/VPP：當EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，EA將內部鎖定為RESET；當EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。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部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。3.1.2 時鐘電路時鐘電路用于產(chǎn)生單片機工作所需的時鐘信號，時序是指令執(zhí)行中各信號之間的相互關系。單片機本身就如同一個復雜的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實現(xiàn)

29、，電路應在唯一的時鐘信號控制下嚴格地按時序進行工作。時鐘電路如3-2所示。圖3-2 時鐘電路在AT89C51單片機內部帶有時鐘電路，因此，只需要在片外通過XTAL1和XTAL2引腳接入定時控制元件（晶體振蕩器和電容），即可構成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。在AT89C51芯片內部有一個高增益反相放大器，而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調電容。用晶振和電容構成諧振電路。電容C1、C2容量在1540pF之間，大小與晶振頻率和工作電壓有關。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，本實驗板采用30pF的電容作為微調電容。在設計電路板時，晶振、電容等均應盡可能靠近

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復位電路復位是單片機的初始化操作，其主要功能是使單片機從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進入系統(tǒng)的正常初始化以外，當由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境也需按復位鍵以重新啟動。單片機的復位通過外部電路實現(xiàn)，在時鐘電路工作后，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，就能使單片機有效的復位。MCS-51單片機一般采取上電復位和按鈕復位兩種。本設計采用的復位電路如復位電路圖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，就能使單片機可靠的復位。圖3-3 復位電路在實際環(huán)境中，微機測控系統(tǒng)常常受到干擾，其中大型設備的啟停、強繼電器的通斷、電源波形畸變等因素會造成電源電壓的波動，瞬間的壓降往往造成系統(tǒng)死機、數(shù)據(jù)丟失和誤操作，使系統(tǒng)無法正常運行，甚至出現(xiàn)事故，所以對系統(tǒng)電源電壓的監(jiān)測、控制和重要數(shù)據(jù)的有效保存十分重要。3.1.4單片機系統(tǒng)電源設計+5V電壓源主要用于為AT89C51，ADC0809，光敏二極管，LED，報警電路等器件及電路提供穩(wěn)壓源。電源是整個實驗板正常工作的動力源泉。電源電壓過大會大大縮短芯片的工作壽命，嚴重的會燒毀芯片及其它元器件，過小將不能驅動實驗板工作電路。因此設定合適的電源電壓值非

32、常重要。此實驗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直流給整個實驗板供電。用LM7805設計的+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，應用范圍廣，內含過流和過載保護電路。帶散熱片時能持續(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，C6兩個電容接LM7805的Vin端對外電源輸入的電壓進行濾波；C8電容接LM7805的OUT端對整形后的電壓進行濾波，確保終端輸入+5V直流電壓。3.2

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

34、芯片不會因發(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測溫系統(tǒng)具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點。在寄生電源供電方式下，DS18B20從單線信號線上汲取能量：在信號線DQ處于高電平期間把能量儲存在內部電容里，在信號線處于低電平期間消耗電容上的電能工作，直到高電平到來再給寄生電源（電容）充電。 獨特的寄生電源方式有三個好處。（1）進行遠距離測溫時，無需本地電源。（2）可以在沒有常規(guī)電源的條件下讀取ROM。（3）電路更加簡潔，僅用一根I/O口實現(xiàn)測溫。 本設計DS18B20工作在外部電源供電方式，單片機采用P1.0線與DS18

35、B20通信。當DS18B20處于寫存儲器操作和溫度A/D變換操作時，為保證在有效的DS18B20時鐘周期內提供足夠的電流，需要在數(shù)據(jù)線上加一個4.7K的上拉電阻，另外兩個引腳分別接電源和地。DS18B20雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點，但在實際應用中也應注意以下幾方面的問題。 （1）較小的硬件開銷需要相對復雜的軟件進行補償，DS18B20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對DS18B20進行讀寫編程時，必須嚴格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結果。（2）在DS18B20測溫程序設計中，向DS18B20發(fā)出溫度轉換命令后，程序總要等待DS18B20的返回信號，

36、一旦某個DS18B20接觸不好或斷線，當程序讀該DS18B20時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)。這一點在進行DS18B20硬件連接和軟件設計時也要給予一定的重視。3.2.2 轉換器與單片機接口A/D轉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個通道IN0IN3。其中IN0作為冷凍室溫度檢測通道。IN2作為除霜檢測通道，IN3作為電源電壓檢測通道。ADC0809是8位A/D轉換器，轉換時間為100us，ADC0809的轉換誤差為1LSB。芯片由8路模擬開關、地址鎖存和譯碼電路、A/D轉換電路及三態(tài)輸出鎖存緩沖組成。轉換器由電源（+5V）供電，模擬

37、量輸入范圍為0+5V，無需零點和滿刻度調整。ADC0809的主要特性。（1）8路8位AD轉換器，即分辨率8位。（2）具有轉換起?？刂贫?。（3）轉換時間為100us。（4）單個5V電源供電。（5）模擬輸入電壓范圍05V，不需零點和滿刻度校準。（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位。下降沿啟動AD轉換，之后EOC輸出信號變低，指示轉換正在進行。直到AD轉換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示AD轉換結束，結果數(shù)據(jù)已存入

38、鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當OE輸入高電平時，輸出三態(tài)門打開，轉換結果的數(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為霜厚檢測通道輸入，IN1為電源電壓檢測通道輸入。ADC0809地址譯碼引腳A、B、C控制模擬信號的選擇。通過測得的霜厚及電壓的大小經(jīng)ADC0809轉換為數(shù)字量輸入單片機，與設定值進行比較，以此來控制電熱絲的工作狀態(tài)及電壓保護電路。由以上分析可知：在軟件編寫時，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A/D轉換，執(zhí)行一

39、條輸入指令(MOVX A， DPTR)就讀取轉換結果。3.3除霜控制電路冷凍室中的水分會凝結成霜，因此，電冰箱應有自動除霜功能。該功能的實現(xiàn)方法是通過熱敏電阻檢測環(huán)境溫度，來判斷霜厚是否滿足化霜條件。當滿足化霜條件時，檢測電路產(chǎn)生中斷信號，經(jīng)過單片機的處理，控制接通化霜加熱絲，同時斷開壓縮機。當檢測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，完成自動除霜功能。3.3.1 熱敏電阻簡介熱敏電阻是一種對溫度極為敏感的電阻器。該種電阻器在溫度發(fā)生變化時其阻值熱也隨之而變化。熱敏電阻器種類較多，按其結構及形狀可分為球形、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、超低溫熱敏電阻。目前應用最廣泛的是負溫度系數(shù)熱敏電阻器，其又可分為測溫型、穩(wěn)壓型、普通型。熱敏電阻器的標稱值是指環(huán)境溫度為25時的電阻值。用萬用表測其阻值時，其阻值不一定和標稱阻值相符。正溫度系數(shù)熱敏電阻器的特點。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系，但電阻器的溫度超過一個定值時，阻值將急劇增大，當增大到最大值時，電阻值將隨溫度的增加而開始下降。負溫度系數(shù)熱敏電阻器的特點。負溫度系數(shù)熱敏電阻器又稱NTC熱敏電

41、阻器，其圖形號與PTC熱敏電阻器相同。負溫度系數(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，當溫度大幅升高時，電阻值也大幅下降。3.3.2 運算放大器LM324LM324為四運放集成電路，內部有四個運算放大器，有相位補償電路。電路功耗很小，LM324工作電壓范圍寬，可用正電源330V，或正負雙電源1.5V15V工作。它的內部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互單獨。它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負電源端，Vo為輸出端。兩個信號輸入

42、端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。3.3.3 霜厚檢測電路(1) 霜厚檢測電路原理如霜厚檢測電路圖3-7中Rt為溫度傳感器，選用LM324型熱敏電阻，具有負溫度系數(shù)，靈敏度較高。其阻值和溫度的關系為：Rt=286/（26.8+t）-2.68(k) （3-1）A點電壓與溫度關系為：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 霜厚檢測電路把熱敏電阻器安裝在某個合適的位置上，當霜厚大于3mm時，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)壓管導通，經(jīng)反相器輸出低電平，結合軟件編程，觸發(fā)單片機產(chǎn)生中斷，控制加熱絲的啟動和壓縮機停止工作，并通過軟件編程控制加熱絲工作一定時間后停止工作，加熱后再次檢測溫度，當霜有一定的融化后，熱敏電阻檢測到的溫度升高，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，無中斷。3.4鍵盤和顯示電路鍵盤顯示電路是人與AT89C51進行人機交換的媒介，用于向CPU輸入運行參數(shù)，控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)。鍵盤

44、電路形式分為直接編碼輸入鍵盤和矩陣鍵盤。前者接口電路簡單，一般應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簡介LED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LED發(fā)光二極管，其中7個用于顯示字符，1個用于顯示小數(shù)點。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，其內部結構如圖3-8所示。圖3-8 LED數(shù)碼顯示器內部結構3.4.2 接口芯片8279簡介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，用來傳送8279與CPU之間的數(shù)據(jù)和命令。（2）CLK：時鐘輸入線，用以產(chǎn)生內部定時的時鐘脈沖。（3）RESET：復位輸入線，8279復位后被置為字符顯示左端輸入，二鍵閉鎖的觸點回彈型式，程序時鐘前置分頻器被置為31,RESET信號為高電平有效。（4）CS：片選輸入線，低電平有效，單片機在CS端為低時可以對8279讀/寫操作。（5）A0：緩沖器低位地址，當A0為高電平

46、時，表示數(shù)據(jù)總線上為命令或狀態(tài)，當為低電平時，表示數(shù)據(jù)總線上為數(shù)據(jù)。（6）RD：讀信號輸入線，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：中斷請求輸出線，高電平有效，在鍵盤工作方式下，當FIFO/傳感器RAM中有數(shù)據(jù)時，此中斷線變?yōu)楦唠娖?，在FIFO/傳感器RAM每次讀出時，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，每當探測到傳感器信號變化時，中斷線就變?yōu)楦唠娖健＃?）SL0SL3：掃描線，用來掃描按鍵開關，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與掃描線聯(lián)接，這些回送線內部設置有上拉電路，使之保持為高電平，只有當一個按閉合時，對應的返回線變?yōu)榈碗娖剑粺o按鍵閉合時，均保持高電平。（11）SHIFT：換位功能，當有開關閉合時被拉為低電平，沒有按下SHIFT開關時，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。（12）CNTL/STB：當CNTL/STB開關閉合時將其拉到低電平，否則始終保持高電平，對于鍵盤輸入方式，此線用作控制輸入端，當鍵被按下時，按鍵位置就和控制輸入狀態(tài)一起被存貯起來，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，這兩個口是164切換的數(shù)字顯示。這兩個端口可被獨立控制，也可看成一個8位端口。（14）BD：空格顯示,此輸出端信號用于在數(shù)字轉換時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鍵盤顯示電路設計為了減少鍵盤電路占用I/O引腳數(shù)目，將鍵盤電路設計為44矩陣鍵盤形式。由于本設計中需4個按鍵，分別設置為功能鍵、加一鍵、減一鍵和確定鍵。通過功能鍵切換是設置冷凍室溫度還是設置冷藏室溫度，通過加一鍵和減一鍵設置溫度值，所以只需設計為14的矩陣鍵盤即可。矩陣式結構的鍵盤顯然比直接

49、法要復雜一些，識別也要復雜一些，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。行線通過驅動器75451連接4個LED的公共端，作為輸出端，作為LED的片選信號；列線則作為輸入，用于讀回數(shù)據(jù)。圖3-10 顯示電路非編碼式鍵盤識別閉合鍵通常有兩種方法：一種稱為行掃描法，另一種稱線反轉法。本設計用行掃描法。行線輸出是低電平，當按鈕沒有按下時，所有的輸出端都是高電平，代表無鍵按下。一旦有鍵按下，則輸入線就會被拉低，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信號經(jīng)二分頻后作為8279的時鐘信號，從而與系統(tǒng)時鐘同步。8279的OUTA0OUTA3和OUTB0OUTB3

50、是動態(tài)掃描顯示的輸出口，輸出單片機的數(shù)據(jù)，控制個各LED的顯示字符。在單片機系統(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來實現(xiàn)。該芯片如前面介紹能完成對鍵盤、顯示器的自動掃描，能自動消除按鍵抖動、自動識別按鍵，并獲得鍵值。8279具有一定的自我管理功能，它將原來由CPU承擔的鍵盤、顯示器的管理工作接管過來，可以大大簡化系統(tǒng)的軟硬件設計，減輕CPU的負擔。掃描計數(shù)器提供鍵盤和顯示器的掃描信號，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，為鍵招和顯示器提供掃描信號。另一種是內部譯碼方式

51、(也稱譯碼方式)，掃描計數(shù)器內部譯碼后從SLO到SL3輸出4位掃描信號，直接用于鍵盤、顯示器掃描。內部譯碼方式產(chǎn)生的譯碼信號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溫度的設置。3.5報警裝置該報警電路由一個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、振動膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場，振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發(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成，當接通電源后（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，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(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)生磁場來驅動振動膜發(fā)聲的，因此需要一定的電流才能驅動它，單片機IO引腳輸出的電流較小，單片機輸出的TTL電平基本上驅動不了蜂鳴器，因此需要增加一個電流放大的電路。S51單片通過一個三極管C8550來放大驅動蜂鳴器。蜂鳴器的正極接到VCC（5V）電源上面，蜂鳴器的負極接到三極管的發(fā)射極E，三極管的基級B經(jīng)過限流電阻R1后由單片機的

53、P2.0引腳控制，當P2.0輸出高電平時，三極管T1截止，沒有電流流過線圈，蜂鳴器不發(fā)聲；當P2.0輸出低電平時，三極管導通，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P2.0引腳輸出波形的頻率，就可以調整控制蜂鳴器音調，產(chǎn)生各種不同音色、音調的聲音。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驗來驗證。本設計含開門報警功能，如開門檢測電路圖3-12所示。當開門延時20秒后發(fā)聲報警，用于提醒使用者關以達到節(jié)電節(jié)能，

54、延長電冰箱的使用時間。過欠壓保護電路，為了使電冰箱安全可靠地運行，要求其電源電壓在176V240V之間。因此，當電源電壓小于176V或大于240V時，壓縮機應自動停機并報警顯示。圖3-12 開門檢測電路3.6 電源電壓檢測電路當220V市電電網(wǎng)電壓過低時，可能損壞電冰箱電機時，R1和W1分壓值減小，使LED導通，使集成電路導通，接著使LM324截止，從而切斷電冰箱電源。調節(jié)W1可設定欠壓保護值。如電壓檢測電路圖3-13所示。圖3-13 電壓檢測電路當電網(wǎng)電壓過高時，有可能使冰箱電機過熱燒毀。這是R和W1的分壓值增高，使二極管TIL113導通，隨之LM324導通，使LED截止。調節(jié)W1可設定過壓

55、保護值。第四章 系統(tǒng)軟件設計第四章 系統(tǒng)軟件設計電冰箱的軟件設計是在硬件電路設計的基礎上，通過匯編程序來實現(xiàn)的。此電冰箱電控系統(tǒng)控制設計過程中主要完成以下幾個功能：冷凍室及冷藏室溫度采樣并進行模擬到數(shù)字的轉換，自動除霜功能，開門報警以及鍵盤掃描和LED顯示。該電冰箱控制程序主要由三大部分：主程序、定時器T0中斷服務程序、定時器T1中斷服務程序。4.1 主程序主程序是整個電冰箱的總控制程序，如控制各單元初始化、控制中斷、定時、顯示，鍵盤程序的啟動與重復等。主程序是整個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、顯示，鍵盤程序的啟動和重復等。本電冰箱的電控系統(tǒng)的核心部分是冷凍室和冷藏

56、室的溫度檢測及控制電路。主程序中了對是否為冷凍室和冷藏室的溫度鍵進行了逐步的判斷，通過判斷調用不同的子程序來實現(xiàn)對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中斷服務程序T0中斷服務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工作時間定時。通過T0定時，實現(xiàn)每隔3min，檢測一次冷凍室和冷藏室的溫度，并讀回溫度值，轉換為電壓值，送給單片機。另外，每隔3min進行電源過欠壓檢測。T0中斷服務框圖如圖4-2所示。4.3 T1中斷服務程序 T1工作于計數(shù)方式，通過計數(shù)達到延時3min的目的。T1的中斷服務程序主要完成3min定時及溫度、初霜、速

57、凍等各種檢測，根據(jù)檢測結果，比較、分析以控制執(zhí)行元件工作，T1中斷服務框圖如圖4-3所示。圖4-1 主程序框圖保護現(xiàn)場送時間常數(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延時記時并處理恢復現(xiàn)場中斷返回過欠壓處理開門處理NYYYNN圖4-2 T0中斷服務程序框圖保護現(xiàn)場中斷返回送記數(shù)常數(shù)速凍控制處理霜厚控制處理停止壓縮機工作置3min延控標志恢復現(xiàn)場速凍標志？3min延控標志？溫度超上限？3min延控標志？低于下限？NNNNYYY圖4-3 T1中斷服務程序框圖結 論結 論本電冰箱的電控系統(tǒng)主要使用了AT89C51單片機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和存儲器組合在單個芯片中，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廉的方案。所以，選擇這種單片機作為控制核心芯片是非常簡便的，可以簡化硬件