51單片機(jī)的電冰箱控制系統(tǒng)

1、目錄 摘要 .III ABSTRACT .IV 1 緒論 .1 1.1 論文研究的背景和意義 .1 1.2 電冰箱電控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 .2 1.3 論文主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 .2 2 總體設(shè)計(jì)方案 .4 2.1 總體設(shè)計(jì)方案簡介 .4 2.2 電冰箱電控系統(tǒng)的主要功能和要求 .5 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) .6 3.1 AT89C51 單片機(jī)最小系統(tǒng) .6 3.1.1 AT89 系列單片機(jī)的概況 .6 3.1.2 時(shí)鐘電路.9 3.1.3 復(fù)位電路.10 3.1.4 單片機(jī)系統(tǒng)電源設(shè)計(jì).12 3.2 霜厚檢測(cè)電路 .14 3.2.1 熱敏電阻簡介.14 3.2.2 運(yùn)算放大器 LM324 .15 3.2.3

2、霜厚檢測(cè)電路.16 3.3 冷凍室冷藏室溫度檢測(cè)采樣電路 .17 3.3.1 溫度傳感器 AD590 .17 3.3.2 ADC0809 簡介.18 3.3.3 冷凍室溫度采樣電路圖.20 3.3.4 冷藏室溫度采樣電路圖.20 3.3.5 冷凍室冷藏室溫度檢測(cè)采樣原理.21 3.3.6 過欠壓保護(hù)電路.21 3.4 ADC0809 與 AT89C51 接口設(shè)計(jì) .22 3.4.1 地址鎖存器 74LS373 .22 3.4.2 ADC0809 與 AT89C51 的接口電路 .23 3.5 制冷與除霜控制電路 .24 3.5.1 鎖存器 74LS273 .24 3.5.2 驅(qū)動(dòng)控制電路的設(shè)計(jì)

3、.25 3.6 開門報(bào)警電路 .26 3.7 鍵盤顯示電路 .26 3.7.1 接口芯片 8279 簡介.26 3.7.2 LED 簡介 .28 3.7.3 鍵盤顯示電路設(shè)計(jì).29 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .31 4.1 系統(tǒng)主程序 .31 4.2 T0 中斷服務(wù)程序 .32 4.3 T1 中斷服務(wù)程序 .33 4.4 INT0 中斷服務(wù)程序 .33 5 結(jié)論 .35 參考文獻(xiàn) .36 致謝 .37 摘要 單片機(jī)即單片微型計(jì)算機(jī)（Single-Chip Microcomputer ），是集 CPU,RAM,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

4、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。 本系統(tǒng)分溫度測(cè)量和信號(hào)產(chǎn)生輸出兩大部分。溫度測(cè)量部分以模擬電路為主，配 合電壓比較模塊、A/D 轉(zhuǎn)化模塊，在誤差允許范圍內(nèi)測(cè)量溫度值，并進(jìn)行比較,產(chǎn)生電 壓信號(hào)。信號(hào)經(jīng) A/DC0809 進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，進(jìn)入 AT89C51 單片機(jī)。信號(hào)經(jīng)單片機(jī)的控 制運(yùn)算處理，產(chǎn)生控制信號(hào)并輸出控制壓縮機(jī)、加熱器的啟動(dòng)與停止。此外，該系統(tǒng) 可通過專用鍵盤接口芯片 8279 進(jìn)行溫度的設(shè)定及顯示。系統(tǒng)擴(kuò)展 LED 顯示器，

5、顯示 動(dòng)態(tài)的冷凍室溫度和冷藏室溫度；系統(tǒng)擴(kuò)展了多個(gè)功能鍵，通過功能鍵可人為改變控 制設(shè)定值從而滿足不同用戶的不同需要。 近年來，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 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，并 用聲音將電冰箱的一些工作過程進(jìn)行提示，使控制過程更人性化。通過 AD590 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

6、 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)處理后用語調(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)鍵詞關(guān)鍵詞：AT89C51 單片機(jī),A/DC0809,8279，AD590，電冰箱的電控系統(tǒng)。 Abstract SCM is microcomputer (Single-Chip Microcomputer) wh

7、ich 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 chip microcomputer AT89C51 finish the function of controlling the frid

8、ge. This paper introduces the electric refrigerators electrically controlled system, including software, hardware design, and commissioning the problems encountered in design as well as solutions. The system is dissolved into temperature measurement and signal output two most voltage measurement par

9、ts in the main circuit simulation, and tie comparative module, A/D conversion module. Surplus microprocessor through data processing, in the range of allowable error temperature measurements shows and generates voltage signal. Signal input is sent into A/DC0809 for A/D conversion. Then the signal af

10、ter conversion enters AT89C51 microprocessor The output that has been dealt with is used to control the run and stop of compressor and heater. In addition ，this system can fulfill the function of successive temperature setting by 8279 ,a chip used to control keyboard and show. The design extends LED

11、 display, which displays the dynamic environmental temperature and extends a few functional keys that a user can input the appropriate temperature parameter for the special need. In these years, with the development of microprocessors and sensor, the demand of function of fridge is becoming higher a

12、nd 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 uses AT89C51 as the center of the control system, having sound system to remind users

13、. 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 control the run and stop of compressor and heater. After repeated debugging and revisio

14、n, 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 system, high cost performance, practical and reference value. Keyword：AT89C51,A/DC0809,8

15、279,AD590,electric refrigerators electrically controlled system. 1 緒論 1.1 論文研究的背景和意義 現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)、工程建設(shè)及日常生活中常常需要用到溫度控制,早期溫度控制主要 應(yīng)用于工廠中，例如鋼鐵的水溶溫度，不同等級(jí)的鋼鐵要通過不同溫度的鐵水來實(shí)現(xiàn)， 這樣就可能有效的利用溫度控制來掌握所需要的產(chǎn)品了。在現(xiàn)代社會(huì)中，溫度控制不 僅應(yīng)用在工廠生產(chǎn)方面，其作用也體現(xiàn)到了各個(gè)方面。酒店廠房及家庭生活中都會(huì)見 到溫度控制的影子，溫度控制將更好的于社會(huì)，電冰箱的出現(xiàn)及大量普及就是一個(gè)很 好的例子。 隨著社會(huì)發(fā)展，人們對(duì)食品溫度的控制要求

16、也越來越高，對(duì)于電冰箱的溫度控制 也就相應(yīng)的不斷提高。 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，特別是隨著大規(guī)模集成電路的產(chǎn)生，給人們的生活帶來了 根本性的變化，如果說微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)使現(xiàn)代的科學(xué)研究得到了質(zhì)的飛躍，那么單 片機(jī)的出現(xiàn)則是給現(xiàn)代工業(yè)控制測(cè)控領(lǐng)域帶來了一次新的革命。單片機(jī)產(chǎn)生于 20 世紀(jì) 70 年代，發(fā)展非常迅速，從 8 位單片機(jī)發(fā)展到了 32 位的單片機(jī)，并向雙 CPU，大存儲(chǔ) 容量，低功耗發(fā)展。單片機(jī)是高科技產(chǎn)品開發(fā)過程中不可或缺的關(guān)鍵手段。它結(jié)合傳 感技術(shù)及計(jì)算機(jī)等高新技術(shù)，并綜合應(yīng)用了機(jī)械技術(shù)發(fā)展的新成果，不管是在民用工 業(yè)，還是在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中都有著極其廣泛的應(yīng)用前景，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)

17、化，智 能儀器儀表的設(shè)計(jì)制造中，消費(fèi)電子產(chǎn)品領(lǐng)域，通信方面及武器裝備等，含蓋了生產(chǎn)、 生活、軍事各個(gè)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了電子產(chǎn)品的準(zhǔn)確化、智能化、最優(yōu)化和多功能化，發(fā)揮 著越來越重要的作用，引起了各個(gè)國家的高度重視。依靠單片機(jī)的控制技術(shù)作為現(xiàn)代 高科技的重要組成部分，推動(dòng)著自動(dòng)化生產(chǎn)、計(jì)算機(jī)、材料加工、醫(yī)療、紡織等相關(guān) 領(lǐng)域的發(fā)展。是衡量一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志。 正由于用單片機(jī)控制器改造落后的設(shè)備具有性價(jià)比高、提高設(shè)備的使用壽命、提 高設(shè)備的自動(dòng)化程度的特點(diǎn)，所以電冰箱的電控系統(tǒng)也采用了單片機(jī)為其各功能控制 實(shí)現(xiàn)的核心。 而我設(shè)計(jì)的電冰箱的電控系統(tǒng)就是采用了單片機(jī)為控制核心，通過電路設(shè)計(jì)，擴(kuò)

18、展外圍電路，實(shí)現(xiàn)電冰箱的溫度控制，自動(dòng)除霜，溫度的顯示功能，開門報(bào)警功能， 具有很強(qiáng)的實(shí)用性，現(xiàn)實(shí)性。 通過本論文的研究，我不僅了解電冰箱的相關(guān)知識(shí)，還掌握了 AT98C51 系列單片 機(jī)的性能特點(diǎn)及連接使用，編程方法，以及一些外圍芯片的使用及模擬電路的設(shè)計(jì)。 1.2 電冰箱電控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 世界第一臺(tái)電冰箱是在 1918 年由美國的卡爾維納特公司設(shè)計(jì)制造出來的，1927 年 美國通用電器公司首次研制出了全封閉式自動(dòng)制冷電冰箱。我國的家用冰箱行業(yè)始于 1956 年改革開放后迅猛發(fā)展到，1985 年鼎盛時(shí)期全國有 10 多家冰箱生產(chǎn)廠家。目前 已發(fā)展到 20 多家。冰箱從最初的單門(單冷藏或單

19、冷凍)發(fā)展到雙門，再到多門，其控 制系統(tǒng)也得到了很大的發(fā)展與完善。 家用電冰箱的主要發(fā)展趨勢(shì)朝容量及功能兩個(gè)方向發(fā)展,其中以大型化、多功能化、 全自動(dòng)化為主。其中，其功能的發(fā)展主要依靠電冰箱電控系統(tǒng)的不斷發(fā)展和完善，傳 統(tǒng)的機(jī)械式、簡單的電子控制已經(jīng)難以滿足發(fā)展要求，因此，這對(duì)電冰箱控制器提出 了更高的要求，電冰箱的電控系統(tǒng)的發(fā)展也成為了電冰箱功能不斷提高的關(guān)鍵。單片 機(jī)的出現(xiàn)及應(yīng)用使電冰箱電控系統(tǒng)的簡化和完善有了很大的進(jìn)步。如目前已經(jīng)把電腦 和數(shù)控技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)出了數(shù)控冰箱，以及具有模糊邏輯思維功能的變頻式空調(diào)等。 幾年前，伊萊克斯集團(tuán)曾推出未來冰箱模式“屏幕冰箱” ，這種“屏幕冰箱”因在

20、 冰箱門體上嵌入一臺(tái)觸摸式多媒體電腦而得名。它是迄今為止世界上智能化程度最高 的冰箱。人們?cè)谏钪杏袝r(shí)忘記一些重要的日子或數(shù)據(jù)，如妻子的生日，孩子的培訓(xùn) 時(shí)間或者是媽媽的手機(jī)號(hào)，這些信息只需用手輕點(diǎn)一下就能得到，使用者還可以在廚 房一邊工作一邊收看自己喜愛的電視連續(xù)劇或者新聞節(jié)目。 “屏幕冰箱”可以與電視監(jiān) 視系統(tǒng)相連，用戶在廚房里就可以看到門外的來訪者。除了具備一臺(tái)冰箱的功能以外， “屏幕冰箱”還能夠幫助用戶管理食物貯存，考慮到將來的商品都會(huì)在包裝袋上加上 電子條形碼， “屏幕冰箱”可以通過掃描條碼準(zhǔn)確地傳達(dá)不同的儲(chǔ)藏室里存放了些什么 食物、食品的數(shù)量和有效期等信息。 電冰箱的智能化必將隨著

21、控制系統(tǒng)的發(fā)展而逐步的得到提高。 1.3 論文主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 本設(shè)計(jì)的目的是利用單片機(jī)采集環(huán)境溫度值，以數(shù)字量的形式存儲(chǔ)和顯示，可以 獨(dú)立作為一種設(shè)備對(duì)溫室溫度進(jìn)行有一定精度的控制，經(jīng)過簡單的運(yùn)算發(fā)出各種控制 命令，并能動(dòng)態(tài)的顯示當(dāng)前溫度值，設(shè)定目標(biāo)控制溫度值。本設(shè)計(jì)所采用的控制芯片 為 AT89C51 單片機(jī)，此芯片功能強(qiáng)大，能夠滿足設(shè)計(jì)要求。通過對(duì)電路的設(shè)計(jì)，對(duì)芯 片的外圍擴(kuò)展，使得單片機(jī)作為控制器核心，對(duì)電冰箱的工作過程進(jìn)行控制，并用聲 音將電冰箱的一些工作過程進(jìn)行提示，使控制過程更人性化。通過 AD590 溫度傳感器 對(duì)冷藏室、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

22、 進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換 送入單片機(jī)；對(duì)除霜電路則采用熱敏電阻進(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。 2 總體設(shè)計(jì)方案 2.1 總體設(shè)計(jì)方案簡介 直冷式電冰箱的控制原理是根據(jù)蒸發(fā)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)。一般，當(dāng)蒸發(fā)器溫度高至 35C 時(shí)，啟動(dòng)壓 縮機(jī)制冷，當(dāng)溫度低于-10C-20C 時(shí)，停止制冷。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)

23、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,AD590 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)現(xiàn)鍵盤掃描,液晶顯示,I/O 口擴(kuò)展功能。 該系統(tǒng)具有簡潔，操作簡便，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： 顯顯示示器器 鍵鍵盤盤 時(shí)時(shí)鐘鐘電電 路路 復(fù)復(fù)位位 電電源源 鎖鎖 存存 器器 壓壓縮縮 機(jī)機(jī) AT89C51 單片機(jī) 霜霜厚厚傳傳 感感器器 比比 較較 器器加加熱熱 絲絲 功功 放放 A A/ /D D 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 換換 器器 放放 大大 器器 放放 大大 器器 過過欠欠壓壓保保護(hù)護(hù) 冷冷凍凍室

24、室溫溫 度度傳傳感感器器 冷冷藏藏室室溫溫 度度傳傳感感器器 圖 2-1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)硬件方框圖 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 電路用來顯示鍵盤輸入的數(shù)據(jù)，AD590 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)合來實(shí)現(xiàn)的。熱敏電阻感測(cè)溫度，判 斷霜厚程度，產(chǎn)生

25、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 電冰箱電控系統(tǒng)的主要功能和要求 1 設(shè)定 3 個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，測(cè)量范圍-26C+26C，精度0.5C； 2 利用功能鍵分別控制溫度設(shè)定、冷藏室和冷凍室溫度設(shè)定等； 3 利用數(shù)碼管顯示冷凍室、冷藏室溫度，壓縮機(jī)啟動(dòng)停止和報(bào)警狀態(tài)； 4 制冷壓縮機(jī)停止機(jī)后自動(dòng)延時(shí) 3min 后方能再啟動(dòng)； 5 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； 6 開門延時(shí)超過 2min 發(fā)聲報(bào)警； 7 工作電壓 176V240V，當(dāng)過壓或欠壓時(shí)，禁止啟動(dòng)壓縮機(jī)。 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3.1 AT89C51 單片機(jī)最小系統(tǒng) 3.1.

26、1 AT89 系列單片機(jī)的概況 AT89 系列單片機(jī)是美國 Atmel 公司的 8 位 Flash 單片機(jī)產(chǎn)品。這個(gè)系列單片機(jī)的 最大特點(diǎn)是在片內(nèi)含有 Flash 存儲(chǔ)器，而其他方面和 MCS51 沒有太大的區(qū)別。該系 列有著十分廣泛的用途，特別是在便攜式、省電和特殊信息保存的儀器和系統(tǒng)中顯得 更為有用。 1AT89 系列單片機(jī)的特點(diǎn) (1) 內(nèi)含有 Flash 存儲(chǔ)器 由于片內(nèi)含有 Flash 存儲(chǔ)器，因此在系統(tǒng)開發(fā)過程中可以十分容易地進(jìn)行程序的修 改。同時(shí)，在系統(tǒng)工作過程中，能有效地保存數(shù)據(jù)信息，即使外界電源損壞也不影響 信息的保存。 (2) 和 AT80C51 插座兼容 AT89 系列單

27、片機(jī)的引腳和 MCS51 系列單片機(jī)的引腳是一樣的。只要用相同引 腳的 AT89 系列單片機(jī)就可以取代 MCS5l 系列單片機(jī)。 (3) 靜態(tài)時(shí)鐘方式 AT89 系列單片機(jī)采用靜態(tài)時(shí)鐘方式，節(jié)省電能，這對(duì)于降低便攜式產(chǎn)品的功耗十 分有用。 2AT89 系列單片機(jī)的概況 AT89 系列單片機(jī)共有 7 種型號(hào)，分別為從 89C51、AT89LV51、AT89C52、AT89LV52、AT89C2051、AT89C1051、AT89S8252 。其中 AT89LV51、AT89LV52 分別是 AT89C5l、AT89C52 的低電壓產(chǎn)品。最低電壓 可以低至 2.7V。而 AT89C2051、AT8

28、9C1051 則是低檔型的低電壓產(chǎn)品。它們只有 20 條引腳最低電壓也為 2.7V，見表 3-1。 表 3-1 AT89 系列單片機(jī)概況 型號(hào)AT89C51AT89C52AT89C1051AT89C2051AT89S8252 Flash（KB）48128 片內(nèi) RAM（B） 12825664128256 I/O 條3232151532 定時(shí)器（個(gè)）23123 中斷源（個(gè)）68369 串行接口（個(gè)） 11111 M 加密/級(jí)33223 片內(nèi)振蕩器有有有有有 EEPROM（KB ） 無無無無2 3AT89C51 單片機(jī)的引腳封裝及功能 AT89C51 單片機(jī)的引腳封裝圖如圖 3-1 所示： P1.

29、0 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.6 RST P3.0 P3.2 P3.1 P3.6 P3.5 P3.4 P3.3 P3.7 XTAL2 XTAL1 GND VCC P0.0 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.7 VPPEA/ PROGALE / PSEN P2.7 P2.1 P2.2 P2.3 P2.4 P2.5 P2.6 P2.0 (RXD) (TXD) (T0) (T1) 0INT 1INT WR RD 1 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 19 18 17 16 15 14 13 26 27 28 29 30 3

30、1 32 33 34 35 36 37 38 39 40 23 24 25 21 22 P1.7 20 圖 3-1 AT89C51 單片機(jī)的引腳封裝圖 管腳說明如下： 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

31、 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

32、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 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。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下所示： 管腳備選功能 P3.0/RXD（串行輸入口） P3.1/TXD（串行輸出口） P3.2/INT0（外部中

33、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)

34、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)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)，

35、/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（VPP） 。 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)，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。 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（

36、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。 AT89C51 的時(shí)鐘電路如圖 3-2 所示： XTAL1 XTAL2 /EA Vss C1 30pF C2 30pF 12MHZ 圖 3-2 AT89C51 的時(shí)鐘電路 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

37、可能靠近芯片，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)。AT89C51 芯片內(nèi)部有復(fù)位電路，RST 引 腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端高電平有效，復(fù)位方式有自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位兩種。本單片機(jī) 系統(tǒng)采用自動(dòng)復(fù)位方式復(fù)位。 AT89C51 的復(fù)位電路如圖 3-3 所示： Vcc C3 22F R1 1K R2 10K 1 10K P1.6 P1.5 P1.1 P3.0 /CS SO /WP V

38、ss Vcc REST SCK SI AT89C51 X25045 REST + S R3 C4 0.1F 圖 3-3 X25045 復(fù)位電路圖 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。 X25045 是美國 Xicor 公司的生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化 8 腳集成電路，它將 EEPROM、看門狗 定時(shí)器、電壓監(jiān)控三種功能組合在單個(gè)芯片之內(nèi)，大大簡化了硬件設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng) 的可靠性，減少了

39、對(duì)印制電路板的空間要求，降低了成本和系統(tǒng)功耗，是一種理想的 單片機(jī)外圍芯片。X25045 引腳如圖 3-4 所示： 圖 3-4 X25045 引腳圖 其引腳功能如下： CS：片選擇輸入； SO：串行輸出，數(shù)據(jù)由此引腳逐位輸出； SI：串行輸入，數(shù)據(jù)或命令由此引腳逐位寫入 X25045； SCK：串行時(shí)鐘輸入，其上升沿將數(shù)據(jù)或命令寫入，下降沿將數(shù)據(jù)輸出； WP：寫保護(hù)輸入。當(dāng)它低電平時(shí)，寫操作被禁止； Vss：地； Vcc：電源電壓； RESET：復(fù)位輸出。 X25045 在讀寫操作之前，需要先向它發(fā)出指令，指令名及指令格式如表 3-2 所示。 表 3-2 X2504 指令名及指令格式 X250

40、45 硬件連接圖如圖 3-3 所示。X25045 芯片內(nèi)包含有一個(gè)看門狗定時(shí)器，可通 過軟件預(yù)置系統(tǒng)的監(jiān)控時(shí)間。在看門狗定時(shí)器預(yù)置的時(shí)間內(nèi)若沒有總線活動(dòng)，則 X25045 將從 RESET 輸出一個(gè)高電平信號(hào)，經(jīng)過微分電路 C4、R3 輸出一個(gè)正脈沖， 使 CPU 復(fù)位。圖 3-3 電路中，CPU 的復(fù)位信號(hào)共有 3 個(gè)：上電復(fù)位(C3、R2)，人工復(fù) 位(S、R1、R2)和 Watchdog 復(fù)位(C4、R3)，通過或門綜合后加到 RESET 端。C4、R3 的時(shí)間常數(shù)不必太大，有數(shù)百微秒即可，因?yàn)檫@時(shí) CPU 的振蕩器已經(jīng)在工作。 看門狗定時(shí)器的預(yù)置時(shí)間是通過 X25045 的狀態(tài)寄存器的

41、相應(yīng)位來設(shè)定的。如表 3-3 所示，X25045 狀態(tài)寄存器共有 6 位有含義，其中 WD1、WD0 和看門狗電路有關(guān)，其 余位和 EEPROM 的工作設(shè)置有關(guān)。 表 3-3 X25045 狀態(tài)寄存器 WD10，WD0=0，預(yù)置時(shí)間為 1.4s； WD10，WD0=1，預(yù)置時(shí)間為 0.6s； WD11，WD0=0，預(yù)置時(shí)間為 0.2s； WD11，WD0=1，禁止看門狗工作。 看門狗電路的定時(shí)時(shí)間長短可由具體應(yīng)用程序的循環(huán)周期決定，通常比系統(tǒng)正常 工作時(shí)最大循環(huán)周期的時(shí)間略長即可。編程時(shí)，可在軟件的合適地方加一條喂狗指令， 使看門狗的定時(shí)時(shí)間永遠(yuǎn)達(dá)不到預(yù)置時(shí)間，系統(tǒng)就不會(huì)復(fù)位而正常工作。當(dāng)系統(tǒng)

42、跑飛， 用軟件陷阱等別的方法無法捕捉回程序時(shí)，則看門狗定時(shí)時(shí)間很快增長到預(yù)置時(shí)間， 迫使系統(tǒng)復(fù)位。 需要注意的是，在程序正常運(yùn)行的時(shí)候，應(yīng)該在適當(dāng)?shù)牡胤郊右粭l喂狗指令，使 系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的定時(shí)時(shí)間達(dá)不到預(yù)置時(shí)間。系統(tǒng)就不會(huì)復(fù)位。喂狗指令如下。 main() .;系統(tǒng)正常運(yùn)行的程序部分 cs=0; /*產(chǎn)生 cs 脈沖*/ cs=1; 3.1.4 單片機(jī)系統(tǒng)電源設(shè)計(jì) 1+5V 穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) +5V 電壓源主要用于為 AT89C51，ADC0809，8279，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（Vcc）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

43、，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 3-5 所示： AC220V 50HZ 8V C5 2200F C6 0.1F Vin Vout GND C7 100 C8 0.1F +5V LM7805 D1 + - + - R4 200 LED 圖 3-5 +5V 穩(wěn)壓電源電路圖 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

44、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；C7，C8 兩 個(gè)電容接 LM7805 的 Vout 端對(duì)整形后的電壓進(jìn)行濾波，確保 Vcc 端輸入+5V 直流電壓。 D1 為發(fā)光二級(jí)管，接通電源時(shí)，燈亮表示電源電路供電正常，否則電源電路出錯(cuò)。 ML7805 的引腳圖如圖 3-6 所示： LM7805 Vin 1 Vout 3 GNA 2 圖 3-6 LM7805 三端穩(wěn)壓器引腳圖

45、 2正負(fù) 12V 穩(wěn)壓源的設(shè)計(jì) 12V 穩(wěn)壓源主要用于為比較器，固態(tài)繼電器等提供穩(wěn)壓源。其電路圖如圖 3-7 所 示： 220V 5 6 8 C9 1000F C11 1000F C10 0.1F C12 0.1F 1 Vin GND Vout LM7812 3 2 1 2 3 Vin Vout GND C13 100F C15 100F +12V -12V LM7912 16V 16V C14 0.1F C16 0.1F + + + + - - - - 圖 3-7 正負(fù) 12V 穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)電路圖 如圖所示為雙極性對(duì)稱穩(wěn)壓電源電路，它采用兩只三端穩(wěn)壓器 LM7812 和 LM7912 構(gòu)成

46、的簡單實(shí)用的對(duì)稱型正負(fù)穩(wěn)壓電源。LM78 系列輸入電壓為正電壓，LM79 系列三端 穩(wěn)壓器輸入電壓為負(fù)電壓，其他特性，兩者較為相似。圖中，C9，C10 兩個(gè)電容接 LM7812 的 Vin 端對(duì)外電源輸入的電壓進(jìn)行平波和高頻濾波，C11，C12 兩個(gè)電容接 LM7912 的 Vin 端對(duì)外電源輸入的電壓進(jìn)行平波和高頻濾波；C13，C1 兩個(gè)電容接 LM7812 的 Vout 端對(duì)整形后的電壓進(jìn)行濾波，C15，C16 兩個(gè)電容接 LM7912 的 Vout 端 對(duì)整形后的電壓進(jìn)行濾波。 該電源輸出電壓為12V，輸出電流最大為 l.5A。對(duì) LM7812，LM7912 的選擇，力 求性能參數(shù)盡量對(duì)

47、稱。正、負(fù)三端穩(wěn)壓器均要加裝合適的散熱器。 3.2 霜厚檢測(cè)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。 3.2.1 熱敏電阻簡介 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 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

48、熱敏電阻器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)崦綦娮琛?目前應(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。用萬用表測(cè)其阻值時(shí)，其 阻值不一定和標(biāo)稱阻值相符。 1)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。 正溫度系數(shù)熱敏電阻器的

49、型號(hào)有:MZ4l、MZ4lA、MZ42、MZ-0l、MZ-02、MZ- 03、MZ-04、WZ92、MZ93、MZ71、MZ72、MZ73、MZ74、MZ75、MZ61-1、MZ61- 2、MZ61-3、MZ2A、WZ2B、MZ2C、MZ2D、MZ21-l、MZ21-2 等。 2)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，如圖所示。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。 常

50、用的負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器的類型有:MF-5l、MF-52、MF53-1、MF53- 2、MF53-3、MF57-l、MF57-2、MF57-3、MFl2-l、MFl2-2、MFl2- 3、MFl3、MFl4、MFl5、MFl6、MFl7、MF2l-l、MF22-l、MF22-2、MF22- 3、RR827、RR831、RR841、RH869、MF3l-l、MF3l-2、MF31-3 等。 3.2.2 運(yùn)算放大器 LM324 LM324 為四運(yùn)放集成電路，采用 14 腳雙列直插塑料封裝。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)

51、雙電源1.5V15V 工作。它的輸入電壓可低到地電位，而輸出電壓 范圍為 0Vcc。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。 LM324 引腳排列見圖 3-8。LM124、LM224 和 LM324 引腳功能及內(nèi)部電路完全 一致。LM124 是軍品；LM224 為工業(yè)品；而 LM

52、324 為民品。由于 LM324 四運(yùn)放電 路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價(jià)格低廉等特點(diǎn)，因此他被非 常廣泛的應(yīng)用在各種電路中。 圖 3-8 LM324 運(yùn)放內(nèi)部結(jié)構(gòu) 3.2.3 霜厚檢測(cè)電路 （1） 霜厚檢測(cè)電路原理圖如圖 3-9 所示： - + - + - + 1 +5V Rt Rs 10K 20K 10K 10K R10 400 R9 200 5V穩(wěn)壓源 10K /INT0 +12V VA 2.68K 1/4LM324 1/4LM324 +12V R5 R6 R7 R8 R11 圖 3-9 霜厚檢測(cè)電路圖 圖中 Rt 為溫度傳感器，選用 MF53-1 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) A 點(diǎn)電壓與溫度關(guān)系為: VA=(2.68*5)/(Rt+2.68)=1.26+0.047t （2） 除霜電路工作原理 把熱敏電阻器安裝在距蒸發(fā)器 3mm 的某個(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