基于单片机的智能冰箱控制器-毕业论文.doc

更多论文 /fanteral - 1 - 题题 目：目： 智能冰箱控制器智能冰箱控制器 院、部（系）：院、部（系）： 电气工程系电气工程系 专专 业：业： 电气自动化电气自动化 更多论文 /fanteral - 2 - 摘要 近年来随着计算机在社会领域的渗透, 单片机的应用正在不断地走向深入，同时带 动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机 往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结 构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。 电冰箱温度控制系统是利用温度传感器 ds18b20 采集电冰箱冷藏室和冷冻室的温 度以及蒸发表面温度。通过 intel 公司的高效微控制器 mcs-c51 单片机进行数字信 号处理，从而达到智能控制的目的。本系统可实现电冰箱冷藏室和冷冻室的温度设置 、电冰箱自动除霜、开门报警等功能。 本设计第二章论述了硬件设计部分。第三章论述了系统的软件设计部分。 通过对直冷式电冰箱制冷系统的改进和采用模糊控制技术，实现了电冰箱的双温 双控，使电冰箱能根据使用条件的变化迅速合理地调节制冷量，且节能效果良好。 关键词：单片机；温度传感器；电冰箱；温度控制 更多论文 /fanteral - 3 - abstractabstract: with the infiltration in the social field of the computer in recent years, the application of the one-chip computer is moving towards deepening constantly, drive tradition is it measure crescent benefit to upgrade day to control at the same time. in measuring in real time and automatically controlled one-chip computer application system, the one-chip computer often uses as a key part, only one-chip computer respect knowledge is not enough, should also follow the structure of the concrete hardware , and direct against and use the software of targets characteristic to combine concretly, in order to do perfectly the electric refrigerator temperature control system is uses the temperature sensor ds18b20 gathering electric refrigerator cold-storageroom and the freezing room temperaturewith evaporating surface temperature monolithic integrated circuit carries on the digital signal processing through intel corporations highly effective micro controller mcs-c51 ,thus achieves the intelligent control the goal .this system may realize the electric refrigerator cold-storageroom and the freezing room temperature establishment , the electric refrigerator automatically defrosts ,opens the gate to rapot to the police and so on the function this article introduced in the first chapter the electric refrigerator system composit ion and the principle of work, the second chapter elaborated this control system hardw are design part. third chapter elaborated the system software design part. by improving the refrigerating system of refrigerator and applying the vague-contr ol technology, the goal of double-temperature, double-control has been realized;it make s possible for the refrigerator to regulate the amount of cold air in a speedy and ratio nal way. thus, power saving is available keykey wordswords：the one-chip computer；the temperature sensor；the electric refriger ator；temperature control 更多论文 /fanteral - 4 - 目录 第一章第一章 绪论绪论.6 1.1 电冰箱的结构和工作原理6 1 .2 智能冰箱控制器的实现功能6 1.3 家用电冰箱的发展趋势7 第二章第二章 智能冰箱控制器系统硬件设计智能冰箱控制器系统硬件设计.9 2.1 系统硬件方案设计9 2.2 硬件电路主要组成10 2.2.1 mcs-51 单片机硬件介绍.10 2.2.2 mcs-51 单片机中央处理器.10 2.2.3 mcs-51 单片机存储器.10 2.2.4 mcs-51 单片机中断系统.11 2.2.5 mcs-51 单片机引脚介绍.11 2.2.6 单片机的时钟及复位13 2.2.7 时钟电路13 2.2.8 基本时序单位14 2.2.9 复位电路14 2.2.10 单片机应用16 2.2.11 智能冰箱控制器中使用 89c51 单片机的说明.17 2.3 温度传感器 ds18b20 .18 2.3.1 ds18b20 的外形和内部结构.18 2.3.2 ds18b20 的供电方式选择.21 2.3.3 智能冰箱控制器中采用 ds18b20 的论证23 2.4 外围电路设计23 2.4.1 供电直流电源23 2.4.2 时钟震荡电路24 2.4.3 复位电路24 2.4.4 过、欠电压检测25 2.4.5 开关检测26 2.4.6 报警器26 2.5 温度检测电路26 2.6 键盘与显示电路27 2.6.1 键盘显示电路27 2.6.2 单片机与显示器接口电路28 2.7 执行器28 2.8电冰箱主要电器零部件 .29 2.8.1 压缩机电动机29 更多论文 /fanteral - 5 - 2.8.2 启动继电器30 2.8.3 过载保护器31 2.8.4 化霜装置31 2.8.5 电加热器32 第三章第三章 电冰电冰箱箱控制系统的软件设计控制系统的软件设计.33 3.1 主程序33 3.2 t0 中断服务程序.34 3.3 t1 中断服务程序.34 3.4 ds18b20 测温子程序图 .36 3.5 程序设计36 第四章第四章 结论结论.41 结束语结束语.43 参考文献参考文献.44 致谢致谢.46 更多论文 /fanteral - 6 - 第一章第一章 绪论绪论 众所周知，电冰箱是现代家庭中必不可少的家用电器。而目前我国市场销售的冰 箱大多采用传统的机械式温控，其控制精度差，功能单一，控制方式简单难以满足冰 箱发展的要求。随着经济的发展和人民生活水平的进一步提高，人们对多功能的发展 要求越来越高。由于单片机性能好，控制功能强，工作可靠，成本低等优点，现在已 经在家电产品中得到了广泛的应用。面临国内电冰箱发展的现状，在技术上还与其他 发达国家有一定的差距，我们在原有的基础上对电冰箱进行了一定的改进，使其适应 当代个性时尚、节能环保、智能高端、精确温控的发展方式，使人们体验闻所未闻的 个性化感受，快捷与原汁原味不再是梦想。新一代产品在控制上还增加了人工智能， 使家电性能更优异，使用更方便可靠。 本次设计基于大量的市场调查和理论研究。首先，我对传统电冰箱控制系统进行 了分析。调查了 10 多个品牌的电冰箱的控制系统，研究了他们制冷的优缺点，吸收了 一些比较好的设计思想。其后，我又查阅了大量的资料文献，其中最多的是国内外最 新发表的关于制冷方面的论文，丰富了我们的理论依据。然后，根据我拥有的材料用 单片机实现电冰箱控制系统的硬件设计，最后在硬件设计的基础上实现了其软件设计。 1.1 电冰箱的结构和工作原理电冰箱的结构和工作原理 电冰箱由箱体、制冷系统、控制系统和附件构成。在制冷系统中，主要组成有压 缩机、冷凝器、蒸发器和毛细管节流器四部分，自成一个封闭的循环系统。其中蒸发 器安装在电冰箱内部的上方，其它部件安装在电冰箱的背面。系统里充灌了一种叫 “氟利昂 12（cf2c12,国际标号 r12）“的物质作为制冷剂。r12 在蒸发器里由低压液 体气化为气体，吸收冰箱内的热量，使箱内温度降低。变成气态的 r12 被压缩机吸入， 靠压缩机做功把它压缩成高温高压的气体，再排入冷凝器。在冷凝器中 r12 不断向周 围空间放热，逐步凝结成液体。这些高压液体必须流经毛细管，节流降压才能缓慢流 入蒸发器，维持在蒸发器里继续不断的气化，吸热降温。就这样，冰箱利用电能做功， 借助制冷剂 r12 的物态变化，把箱内蒸发器周围的热量搬运到箱后冷凝器里去放出， 如此周而复始不断地循环，以达到制冷的目的。 更多论文 /fanteral - 7 - 1 .2 智能冰箱控制器的实现功能智能冰箱控制器的实现功能 这个由单片机设计的智能冰箱控制器，与传统的电冰箱相比，在功能上有了很大 的扩展，更加人性化，更加方便，真正实现了智能化的要求。 它的智能化主要表现在以下几个方面： 第一，用户可以通过控制面板上的按钮，对冷冻室的温度进行预先设定，而不 必打开冰箱门，电脑能根据用户设定的温度，控制压缩机的开、停，使冷冻室的温度 达到设定的温度，同时在控制面板上有数码管向用户显示冷冻室的实时温度和预设的 温度值。 第二，通过按钮转换，数码管还可以向用户显示冰箱压缩机开机时间和停机时间， 用户通过观察这两个计时时间能估计出实时的压缩机开机时间百分率，了解冰箱的工 作状况及耗电情况，了解在长期的使用过程中冰箱的性能、效率、能耗变化情况。 第三，该冰箱具有“大脑”功能，能够根据自身的“感觉” ，不断做出自身的 调整，如自己控制压缩机的启动/停止，以及相应的时间；同时，它还忠诚的响应主人 的号召，时刻按照主人的要求行事。主人下达最终的执行任务，它就通过自身的方式 执行，如它的行动方向与主人的输入指令是一致的。 第四，当用户开启冰箱门之后，未关严或开门时间过长时发出开门超时报警、提 醒用户及时关门以节省电能，当电冰箱因氟利昂泄漏或压缩机等机械部件性能劣化， 发生制冷效率下降而使压缩机长时间开机连续超过 6 小时以上，发出 1 报警，以及冷 冻室温度下降不下去，高于零下 5 度时发出故障 2 报警。 总而言之，电冰箱使用这个由单片机设计的冰箱控制器后，用户再也不用像以前 那样，对使用电冰箱的工作状况，性能好坏漠然无知，而是通过电脑对电冰箱工作状 况的实时监测和显示，实时清楚了解温度、效率、能耗的情况；它使得一台普通的电 冰箱有了“大脑” ，它能够通过不断的检测，调整自己的“行为” ，使之维持在正常的 水平上。当自己“生病”时，便向它的主人发出病态信号，并且给予“治疗” 。这个控 制器真正使得电冰箱智能化，因此，称之为“智能冰箱控制器” 。 1.3 家用电冰箱的发展趋势家用电冰箱的发展趋势 随着家用电冰箱的发展和普及，其耗电量占民用总用电量的比例越来越大(美国为 13 %) ，因而，提高冰箱的能源效率，增加我国家电产品在国内外市场上的竞争力， 与国际水平接轨，已成为生产企业的重要任务。为了鼓励企业生产节能冰箱和用户购 买节能冰箱，世界各国采取了一系列的政策措施。 如美国颁布了能源法，制定了包括 冰箱在内的十二种家用电器的能耗限制标准；日本实施了家用电器系列节能标准；欧 洲对冰箱实行了能效等级标准；此外，加拿大、澳大利亚、台湾、香港等国家和地区 更多论文 /fanteral - 8 - 也制定或实施了电冰箱的能效标准。 我国家用电器节能技术也是“九五”国家重点 技术开发指南中的重大关键技术之一，而且国家经贸委已正式确定“九五”期间， 节能与cfcs替代技术的开发将作为家用电器行业参与国际竞争、赶超国际水平的重点 项目。 节能已成为全球关心的一大课题。 但由于我国冰箱工业发展较晚，冰箱节能 技术的开发和应用与发达国家相比有大的差距，因此我们必须加强和发达国家的技术 交流，参考和借鉴国外先进的节能经验和措施，促进我国冰箱节能工作的开展。 同时 政府部门采取倾斜政策鼓励企业进行技术创新，大力开展节能产品认证工作，推动冰 箱节能技术的快速发展。总之，在家电市场竞争日趋激烈的今天，如何在节能、变频 等技术领先一步，以提升产品的高科技含量来占领市场，从而引导家电产品的更新换 代，已成为家电行业竞争的前沿阵地。 节能是世界家电的发展趋势。 更多论文 /fanteral - 9 - 第第二章二章 智能冰箱控制器系统硬件设计智能冰箱控制器系统硬件设计 2.1 系统硬件方案设计系统硬件方案设计 系统硬件结构如图所示。系统的硬件电路由 80c51 单片机、温度传感器 ds18b20、复位电路、直流电源供电电路、键盘、显示电路、电压检测和报警电路等组 成。 图 2-1 应用89c51单片机控制电冰箱的原理框图如图2-1，mcs51单片机的典型芯片是 89c51，其内部基本组成为：一个8位的中央处理器（cpu），256byte片内ram单元， 4kbyte掩膜式rom，2个16位的定时器计数器，四个8位的并行io口 （p0，p1，p2，p3），一个全双工串行口5个中断源，一个片内振荡器和时钟发生电路。 其中2路温度输入p1.0和p3.0，一路状态电平输入p2.0，三路键盘输入 p0.2、p2.1、p2.5；其中故障报警和冷藏室温度t2公用一个端口p0.0. 采用温度传感器dsi8b20测得冷冻室温度t1，通过单线与单片机通信，单片机将此 温度值进行保存后，通过控制版面的按键输入某一冷冻室温度设定值（电冰箱出厂时 更多论文 /fanteral - 10 - 候，已经输入了 一个比较合适的温度值，或叫做隐含值），这个设定的温度值由单片 机送往右边四位数码显示的同时，还不断与实测的冷冻室温度进行比较，如下：t1t 设+8？即冷冻室温度是否比设定的温度高8度，若是的话，单片机p2.0口输出高电平， 使得vt1饱和导通，继电器k1吸合，压缩机运转，电冰箱开始制冷过程。若比较结果是 否定的，则压缩机保持原来状态不变，这里会有2种情况：一种是压缩机在开机后使冷 冻室温度t1降下来，使得t1不再大于t设+8的情况，这也需要保持压缩机继续停机。程 序设计必须考虑对于非变频式压缩机（即活塞式、玄片式等开停式温控器型），为避 免压缩机的频繁启动/停止，而规定的大约8c范围内，是上升还是下降进入两种不同 情形时压缩机应有的状态。 压缩机运行后，冷冻室温度不断下降，控温程序将对t1t设继续进行比较，当冷 冻室温度t1降至设定温度以下时，单片机p2.0口输出低电平，继电器k1释放，控制压 缩机停机，若比较结果是否定的，则保持压缩机开机状态不变。 只要压缩机一运转，单片机就对压缩机开机进行计时，当压缩机开机时间达到10 小时后，主程序使p2.0口变成低电平，压缩机停机，同时p1.2口送出高电平，使得vt2 饱和导通，继电器k2吸合，化霜加热器接通市电220v，化霜开始。化霜过程的结束是 由蒸发器表面的温度t3来决定的，当结霜融化，蒸发器表面温度t3ds18b20的单线输入 单片机的p.0口，温度存入单片机，该温度值与化霜结束温度值13度进行比较，t3大于 等于13度？若果结果是肯定，则执行两个动作，一是p2.0回复低低电平，使化霜继电 器k2释放，化霜电热器断电。二是将压缩机开机累计时间清零，为下一个化霜控制周 期做好准备！ 2.2 硬件电路主要组成硬件电路主要组成 2.2.1 mcs-51 单片机硬件介绍单片机硬件介绍 单片机主要组成部分分为中央处理器(cpu)、内部数据存储器-内部ram、内部程 序存储器-内部rom、i/o端口、串行口、定时器、终端程序系统。 2.2.2 mcs-51 单片机中央处理器单片机中央处理器 单片机的内部最核心的部分是cpu，它是单片机的大脑和心脏。cpu的主要功能是 产生各种控制信号、以控制存储器、输入/输出端口的数据传送、数据的算术运算和逻 辑运算以及位操作处理等。它的功能可分为运算器和控制器两种。 更多论文 /fanteral - 11 - 2.2.3 mcs-51 单片机存储器单片机存储器 89c51单片机中共有256个ram单元，包括低128个单元(地址为00h 7fh)的内部 ram区和高128位(地址为80h ffh)的特殊功能寄存器区。 89c51单片机还有4kb的内部rom，用于存放程序或表格，称为程序存储器。 2.2.4 mcs-51 单片机中断系统单片机中断系统 89c51单片机的中断功能比较强，有5个中断元，即外部中断2个，定时器中断2个， 串行中断1个，有2个中断优先级。中断控制电路主要包括用于中断控制的四个寄存器: 定时器控制寄存器tcon，串行口控制寄存器scon，中断允许控制寄存器ie，中断优先 级控制寄存器ip等。 2.2.5 mcs-51 单片机引脚介绍单片机引脚介绍 mcs-51系列单片机采用40引脚双列直插式封装(dip)，4个并行口共有32根引脚， 可分别作为地址线、数据线和i/o线；2根电源线；2根时钟震荡电路引脚和4根控制线。 mcs-51单片机是高性能单片机，因为受引脚数目的限制，所以有许多引脚具有第二功 能，以89c51芯片为例，说明各引脚功能如下： 更多论文 /fanteral - 12 - 图 2-2 89c51引脚图 (1)电源引脚vcc和vss vss：接地端。 vcc：芯片+5v电源端。 (2)时钟信号引脚xtal1和xtal2 xtal1、xtal2：当使用单片机内部震荡电路时，用来外接石英晶体和微调电容， xtal1是片内震荡电路反相放大器的输入端，xtal2是片内震荡电路反相放大器的输出 端，震荡电路的频率就是晶体的固有频率。当使用外部时钟时，xtal1接地，xtal2接 外部时钟信号源。 (3)控制信号引脚rst/vpd、ale/error!error!、error!error!和error!error!/vpp rst/vpd：rst是复位信号输入端。当输入的复位信号保持两个机器周期(24个时钟 周期)以上的高电平时有效，用来完成复位操作；第二功能vpd作为备用电源输入端，当 主电源vcc发生故障，电压降低到低电平规定值时，可通过vpd为单片机内部ram提供电 源，以保护片内ram中的信息不丢失，使系统在上电后能继续正常运行。 ale/error!error!:ale为地址锁存允许输出信号。在访问外部存储器时，ale用来锁存p0 口扩展低8位地址的控制信号。在不访问外部存储器时，ale也以时钟震荡频率的1/6的 固定频率输出，因而它又可用作对外输出时钟信号或其他需要，例如可以用示波器查 看ale是否有脉冲信号输出来确定89c51芯片的好坏；第二功能error!error!是对内部有eprom 的单片机的eprom编程时编程脉冲输入端，它和31号引脚的第二功能vpp一起使用。 error!error!:外部rom的读选通信号输出端。在访问外部rom时，error!error!产生负脉冲作为读 外部rom的选通信号。而在访问外部ram或片内rom时，不会产生有效error!error!信号。 error!error!/vpp:error!error!是访问外部rom的控制信号。当error!error!为低电平时，cpu只执行外部 rom中的程序。当error!error!为高电平且pc值小于0fff(4k)时，cpu执行内部rom的程序，但 当pc的值超出4k时将自动转去执行片外rom的程序。对于无片内rom的8031或不使用内 部rom的89c51，需外扩eprom，此时error!error!必须接地；第二种功能vpp是对8751的片内 eprom的+21v编程电源输入端。 (4)并行i/o端口p0、p1、p2和p3 p0口(p0.0 p0.7)：p0口是一个8位双向i/o端口(需外接上拉电阻)。在访问外部 存储器时，分时提供低8位地址线和8位双向数据线。p0口先输出片外存储器的低8位地 址并锁存在地址锁存器中，然后再输入或输出数据。 p1口(p1.0 p1.7)：p1口是一个内部带有上拉电阻的8位准双向i/o端口。p1口只 更多论文 /fanteral - 13 - 能作为一般i/o口使用。 p2口(p2.0 p2.7)：p2口是一个内部带有上拉电阻的8位准双向i/o端口。在访问 外部rom或外部ram时，输出高8位地址，与p0口提供的低8位地址一起组成16位地址总 线。p0口和p2口用做数据/地址线后，不能在作为通用i/o口使用。 p3 口(p3.0 p3.7)：p3 口是一个内部带上拉电阻的 8 位准双向 i/o 端口，在系 统中 8 个引脚都有各自的第二功能。 2.2.6 单片机的时钟及复位单片机的时钟及复位 单片机的时钟信号用来提供单片机片内各种微操作的时间基准，复位操作则使单 片机的片内电路初始化，使单片机从一种确定的初态开始运行。 2.2.7 时钟电路时钟电路 80c51 单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡方式和外部振荡方式 。在引脚 xtal1 和 xtal2 外接晶体振荡器(简称晶振)或陶瓷谐振器，就构成了内部振 荡方式。由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振 荡器并产生振荡时钟脉冲。内部振荡方式的外部电路如图 2-2 所示。图中，电容器 c01 ，c02 起稳定振荡频率、快速起振的作用，其电容值一般在 5-30pf。晶振频率的典型 值为 12mh2，采用 6mhz 的情况也比较多。内部振荡方式所得的时钟信号比较稳定，实 用电路中使用较多。 外部振荡方式是把外部已有的时钟信号引入单片机内。这种方式适宜用来使单片 机的时钟与外部信号保持同步。外部振荡方式的外部电路如图 2-2 所示。 更多论文 /fanteral - 14 - 图2-2 震荡电路图 由上图可见，外部振荡信号由 xtal2 引入，xtal1 接地。为了提高输入电路的驱劝能 力，通常使外部信号经过一个带有上拉电阻的 ttl 反相门后接入 xtal2。 2.2.8 基本时序单位基本时序单位 单片机以晶体振荡器的振荡周期(或外部引入的时钟周期)为最小的时序单位，片 内的各种微操作都以此周期为时序基准。 振荡频率二分频后形成状态周期或称 s 周期，所以，1 个状态周期包含有 2 个振荡 周期。振荡频率 foscl2 分频后形成机器周期 mc。所以，1 个机器周期包含有 6 个状态 周期或 12 个振荡周期。1 个到 4 个机器周期确定一条指令的执行时间，这个时间就是 指令周期。8031 单片机指令系统中，各条指令的执行时间都在 1 个到 4 个机器周期之 间。 4 种时序单位中，振荡周期和机器周期是单片机内计算其它时间值(例如，波特率、 定时器的定时时间等)的基本时序单位。下面是单片机外接晶振频率 12mhz 时的各种 时序单位的大小： 状态周期f mhzfosc 0167 . 0 12 22 机器周期f mhzfosc 1 12 1212 指令周期=（14）机器周期=（14） f 振荡周期1/fosc=1/12mhz=0.0833s 2.2.9 复位电路复位电路 当 mcs-5l 系列单片机的复位引脚 rst(全称 reset)出现 2 个机器周期以上的高电 平时，单片机就执行复位操作。如果 rst 持续为高电平，单片机就处于循环复位状态 。 更多论文 /fanteral - 15 - 根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电复位和上电或开关复位。 上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。常用的上电复位电路如下图 a 中左图 所示。图中电容 c1 和电阻 r1 对电源+5v 来说构成微分电路。上电后，保持 rst 一段高 电平时间，由于单片机内的等效电阻的作用，不用图中电阻 r1，也能达到上电复位的 操作功能，如下图(a)中右图所示。 上电或开关复位要求电源接通后，单片机自动复位，并且在单片机运行期间，用 开关操作也能使单片机复位。常用的上电或开关复位电路如下图(b)所示。上电后，由 于电容 c3 的充电和反相门的作用，使 rst 持续一段时间的高电平。当单片机已在运行 当中时，按下复位键 k 后松开，也能使 rst 为一段时间的高电平，从而实现上电或开 关复位的操作。 根据实际操作的经验，下面给出这两种复位电路的电容、电阻参考值。 下图(a)中：cl10-30uf，r11k 下图(b)中：c：1uf，rllk，r210k 图2-3 单片机复位电路图 单片机复位后的状态：单片机的复位操作使单片机进入初始化状态，其中包括使 程序计数器 pc0000h，这表明程序从 0000h 地址单元开始执行。单片机冷启动后，片 内 ram 为随机值，运行中的复位操作不改变片内 ram 区中的内容，21 个特殊功能寄存 器复位后的状态为确定值。 更多论文 /fanteral - 16 - 值得指出的是，记住一些特殊功能寄存器复位后的主要状态，对于了解单片机的 初态，减少应用程序中的初始化部分是十分必要的。 说明：表中符号*为随机状态； a00h，表明累加器已被清零； 特殊功能寄存器 初始状态 特殊功能寄存器 初始状态 a 00h tmod 00h b 00h tcon 00h psw 00h th0 00h sp 07h tl0 00h dpl 00h th1 00h dph 00h tl1 00h p0p3 ffh sbuf 不定 ip *0000 0b scon 00h ie 0*0000 0b pcon 0* *b 表 2-4 特殊功能寄存器功能表 psw00h，表明选寄存器 0 组为工作寄存器组； sp07h，表明堆栈指针指向片内 ram 07h 字节单元，根据堆栈操作的先加后压法 则，第一个被压入的内容写入到 08h 单元中； po-p3ffh，表明已向各端口线写入 1，此时，各端口既可用于输入又可用于输出； ip00000b，表明各个中断源处于低优先级； ie000000b，表明各个中断均被关断； 系统复位是任何微机系统执行的第一步，使整个控制芯片回到默认的硬件状态下 。51 单片机的复位是由 reset 引脚来控制的，此引脚与高电平相接超过 24 个振荡周期 后，51 单片机即进入芯片内部复位状态，而且一直在此状态下等待，直到 reset 引脚 转为低电平后，才检查 ea 引脚是高电平或低电平，若为高电平则执行芯片内部的程序 代码，若为低电平便会执行外部程序。 51 单片机在系统复位时，将其内部的一些重要寄存器设置为特定的值，至于内部 ram 内部的数据则不变。 更多论文 /fanteral - 17 - 2.2.10 单片机应用单片机应用 (1)工业控制 单片机广泛应用于工业自动化控制系统中，无论是数据采集、过程 控制、生产线上的机器人系统，都是用单片机作为控制器。自动化能使工业系统处于 最佳工作状态、提高经济效益、改善产品质量和减轻劳动强度。因此，单片机技术广 泛应用于机械、电子、石油、化工、纺织、食品等工业领域。 (2)智能化仪器仪表 在各种仪器仪表中引入单片机，使仪器仪表智能化、数字化、 自动化，提高测试精度和准确度，结构简单，减少体积及重量，提高其性能价格比。 例如：智能仪器、医疗器械、数字示波器等。 (3)智能家电 家电产品智能化程度的进一步提高就需要有单片机的参与，例如“微 电脑控制”的洗衣机、电冰箱、微波炉、空调机、电视机、音响设备等，这里的微电 脑实际上就是“单片机”。 (4)信息与通信技术 图形终端机、传真机、复印机、调制解调器、声响处理器、数 字滤波器等。 2.2.11 智能冰箱控制器中使用智能冰箱控制器中使用 89c51 单片机的说明单片机的说明 在我设计的这个智能冰箱控制器中，我使用的是intel的51系列，由于产品硬件结 构合理，指令系统规范，加之生产历史“悠久”，有先入为主的优势。 （1）51系列优点之一是它从内部的硬件到软件有一套完整的按位操作系统，称作位 处理器，或布尔处理器。它的处理对象不是字或字节而是位。它不光能对片内某些特 殊功能寄存器的某位进行处理，如传送、置位、清零、测试等，还能进行位的逻辑运 算，其功能十分完备，使用起来得心应手。虽然其他种类的单片机也具有位处理功能， 但能进行位逻辑运算的实属少见。51系列在片内ram区间还特别开辟了一个双重功能的 地址区间，十六个字节，单元地址20h2fh，它既可作字节处理，也可作位处理（作 位处理时，合128个位，相应位地址为00h7fh），使用极为灵活。这一功能无疑给使 用者提供了极大的方便，因为一个较复杂的程序在运行过程中会遇到很多分支，因而 需建立很多标志位，在运行过程中，需要对有关的标志位进行置位、清零或检测，以 确定程序的运行方向。而实施这一处理（包括前面所有的位功能），只需用一条位操 作指令即可。 （2）51系列的i/o脚的设置和使用非常简单，当该脚作输入脚使用时，只须将该脚 设置为高电平（复位时，各i/o口均置高电平）。当该脚作输出脚使用时，则为高电平 或低电平均可。低电平时，吸入电流可达20ma，具有一定的驱动能力；而为高电平时， 更多论文 /fanteral - 18 - 输出电流仅数十a甚至更小（电流实际上是由脚的上拉电流形成的），基本上没有驱 动能力。其原因是高电平时該脚也同时作输入脚使用，而输入脚必须具有高的输入阻 抗，因而上拉的电流必须很小才行。作输出脚使用，欲进行高电平驱动时，得利用外 电路来实现（见附图），i/o脚不通，电流经r驱动led发光；低电平时，i/o脚导通， 电流由该脚入地，led灭（i/o脚导通时对地的电压降小于1v，led的域值1.51.8v）。 2.3 温度传感器温度传感器 ds18b20 温度传感器是本系统不可或缺的元件，其性能的好坏直接影响系统的性能，因此温 度传感器采用dallas公司生产的高性能数字温度传感器ds18b20 。 数字温度传感器ds18b20的原理与应用 ： ds18b20是dallas公司生产的一线式数字温度传感器,具有3引脚to92小体积封装形 式;温度测量范围为55125,可编程为9位12位a/d转换精度,测温分辨率可 达0.0625,被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出;其工作电源既可在远端 引入,也可采用寄生电源方式产生;多个ds18b20可以并联到3根或2根线上,cpu只需一根 端口线就能与诸多ds18b20通信,占用微处理器的端口较少,可节省大量的引线和逻辑电 路。以上特点使ds18b20非常适用于远距离多点温度检测系统。 2.3.1 ds18b20 的外形和内部结构的外形和内部结构 ds18b20内部结构主要由四部分组成：64位光刻rom、温度传感器、非挥发的温度 报警触发器th和tl、配置寄存器。ds18b20的管脚排列如下: 更多论文 /fanteral - 19 - 图 2-3-1（1）ds18b20 外形图 引脚定义： (1) dq 为数字信号输入/输出端； (2) gnd 为电源地； (3) vdd 为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。 内部结构 图 2-3-2 ds18b20 内部结构图 ds18b20 有 4 个主要的数据部件： （1）光刻 rom 中的 64 位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该 ds18b20 的地址序列码。64 位光刻 rom 的排列是：开始 8 位（28h）是产品类型标号，接着的 48 位是该 ds18b20 自身的序列号，最后 8 位是前面 56 位的循环冗余校验码 （crc=x8+x5+x4+1）。光刻 rom 的作用是使每一个 ds18b20 都各不相同，这样就可以 实现一根总线上挂接多个 ds18b20 的目的。 （2） ds18b20 中的温度传感器可完成对温度的测量，以 12 位转化为例：用 16 位 符号扩展的二进制补码读数形式提供，以 0.0625/lsb 形式表达，其中 s 为符号位。 表 2-3-3 ds18b20 温度值格式表 这是 12 位转化后得到的 12 位数据，存储在 18b20 的两个 8 比特的 ram 中，二进制中 的前面 5 位是符号位，如果测得的温度大于 0，这 5 位为 0，只要将测到的数值乘于 0. 更多论文 /fanteral - 20 - 0625 即可得到实际温度；如果温度小于 0，这 5 位为 1，测到的数值需要取反加 1 再乘 于 0.0625 即可得到实际温度。 例如+125的数字输出为 07d0h，+25.0625的数字输出为 0191h，-25.0625的数字 输出为 ff6fh，-55的数字输出为 fc90h。 表 2-3-4 ds18b20 温度数据表 （3）ds18b20 温度传感器的存储器 ds18b20 温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存 ram 和一个非易失性的可电擦除的 eepram,后者存放高温度和低温度触发器 th、tl 和结构寄存器。 （4）配置寄存器 该字节各位的意义如下： 表 2-3-5 配置寄存器结构 tmr1r011111 低五位一直都是 1 ，tm 是测试模式位，用于设置 ds18b20 在工作模式还是在测 试模式。在 ds18b20 出厂时该位被设置为 0，用户不要去改动。r1 和 r0 用来设置分辨 率，如下表所示：（ds18b20 出厂时被设置为 12 位） 分辨率设置表： 更多论文 /fanteral - 21 - 表 2-3-6 温度值分辨率设置表 r1r0 分辨率 温度最大转换时 间 00 9 位 93.75ms 01 10 位 187.5ms 10 11 位 375ms 11 12 位 750ms 2.3.2 ds18b20 的供电方式选择的供电方式选择 如下面图 3-4 所示，在寄生电源供电方式下，ds18b20 从单线信号线上汲取能量： 在信号线 dq 处于高电平期间把能量储存在内部电容里，在信号线处于低电平期间消耗 电容上的电能工作，直到高电平到来再给寄生电源（电容）充电。 独特的寄生电源方式有三个好处： （1）进行远距离测温时，无需本地电源 （2）可以在没有常规电源的条件下读取 rom （3）电路更加简洁，仅用一根 i/o 口实现测温 要想使 ds18b20 进行精确的 温度转换，i/o 线必须保证在温度转换期间提供足够的能量，由于每个 ds18b20 在温度 转换期间工作电流达到 1ma，当几个温度传感器挂在同一根 i/o 线上进行多点测温时， 只靠 4.7k 上拉电阻就无法提供足够的能量，会造成无法转换温度或温度误差极大。 因此，图 3-4 电路只适应于单一温度传感器测温情况下使用，不适宜采用电池供电 系统中。并且工作电源 vcc 必须保证在 5v，当电源电压下降时，寄生电源能够汲取的 能量也降低，会使温度误差变大。 更多论文 /fanteral - 22 - 图 2-3-2 在外部电源供电方式下，ds18b20 工作电源由 vdd 引脚接入，此时 i/o 线不需要强 上拉，不存在电源电流不足的问题，可以保证转换精度，同时在总线上理论可以挂接 任意多个 ds18b20 传感器，组成多点测温系统。注意：在外部供电的方式下，ds18b20 的 gnd 引脚不能悬空，否则不能转换温度，读取的温度总是 85。 更多论文 /fanteral - 23 - 图2-3-3 2.3.3 智能冰箱控制器中采用智能冰箱控制器中采用 ds18b20 的论证的论证 ds18b20温度传感器以其极高的性价比在温度测量系统中得到了广泛的应用，在家 电的温度控制中应用也极为广泛。在这个设计的智能冰箱控制器中，要求对冷冻室的 温度、蒸发器表面温度、冷藏室温度进行测量。若采用传统的测温器件，如热电阻、 热电偶、热敏电阻、pn结等，伴随而来的是相应的补偿校正电路、放大电路等一系列 电路，不仅硬件开销巨大，而且调试起来相当的困难，即便如此，测量效果仍然不尽 人意。而且，一旦要求精确测量和精确控制，采用以上这些模拟器几乎不可能实现。 因此因该尽可能的使用集成器件，而ds18b20作为其中的杰出代表，无论从硬件上还是 从软件上，都使温度测量得到了极大的简化，首先，它采用单线与单片机直接进行通 信，无需任何外部器件，简单易行；另外，精度够高，误差在-5度-+5度间，分辨率最 大可达0.0625度，可以说，几乎能满足在其测量范围内的任何精度要求；还有一个特 别值得称道的优点，那就是它的负电压特性和宽供电范围，即当电源极性接反时，温 度计也不会因为发热而烧毁，只是不能正常工作而已，还有，它的电压供电范围是 3.0v-5.0v，即使电压有所波动，也不会影响正常工作；另外，ds18b20价格便宜，使 用期限长，而且极易采购，可以说，采用ds18b20进行温度测量绝对是明智的选择。 dis18b20的测量范围-55度-+125度，用在这个设计的智能冰箱控制器中，完全可以满 足要求。 综上所述，采用ds18b20温度传感器用于温度测量，实为最佳选择。 2.4 外围电路设计外围电路设计 2.4.1 供电直流电源供电直流电源 更多论文 /fanteral - 24 - 图2-4-1 直流电源图 89c51芯片的vcc、p3.4拐脚和复位电压、都是为+5v供电电压的输入端，该电压的获 得如上图2-4-1所示。 整流滤波后得到的直流输入电压u1接在输入端和公共端之间，在输出端即可得到稳 定的输出电压u0。为了改善纹波电压，常在输入端接入电容c1，一般c1的电容为 0.33uf。同时在输出端接上电容c0，以改善负载的瞬时响应，c0的电容一般为0.1uf。 2.4.2 时钟震荡电路时钟震荡电路 该电路由89c51的xtal1和xtal2脚内电路及外接的晶体和外接电容等组成。震荡电 路产生的震荡信号提供给微电脑电路作为时基信号。震荡电路的震荡频率为6mhz，由 晶体震荡频率确定。 图2-4-2 2.4.3 复位电路复位电路 89c51的rst脚为复位信号输入端，低电平复位，在每次开机时进行复位，然后在 +5v的高电平进入工作状态。10us电容用于使芯片在反复上电的情况下得到可靠复位。 更多论文 /fanteral - 25 - 图2-4-3 2.4.4 过、欠电压检测过、欠电压检测 本电压检测是利用 tl431 的转移特性，组成实用电压监视器。当电压处于上下限 电压之间，led 电量，上下限电压分别为（1+r1/r2）vref 和（1+r3/r4）vref。 更多论文 /fanteral - 26 - 图2-4-4 2.4.5 开关检测开关检测 开关状态的检测电路由门开关和 led 发光二极管组成。开门时，触点 a 接通 89c51 的 p1.0 位高电平；关门时，触点 b 接通，p1.0 为低电平。软件通过对 p1.0 查询来分 析门的开闭，并计时开门状态的时间。当开门时间超过 2min 则自动报警以防忘记关门。 2.4.6 报警器报警器 图2-4-6 当出现电源过欠压、温度超限失控、开门超时等情况时，系统自动发生报警，并 显示报警原因。 2.5 温度检测电路温度检测电路 温度传感器如图 2.5.1 所示。冷藏室温度 t2，冷冻室温度 t1 温度蒸发器表面温度 t3 均由 ds18b20 温度传感器获得。采用 ds18b20 较普通传感器有诸多优点，这在前面 已经介绍过。最主要的是它省去了大量的硬件电路，避免了太多的调试问题，而且精 度高，响应迅速，实在是上上之举。它通过单数据线 dq 与单片机进行数据通讯，简单、 可靠、易行。 更多论文 /fanteral - 27 - 图2-5-1 2.6 键盘与显示电路键盘与显示电路 2.6.1 键盘显示电路键盘显示电路 更多论文 /fanteral - 28 - 2.6.2 单片机与显示器接口电路单片机与显示器接口电路 本显示电路采用 wgm-12832 芯片，at89s51 和液晶 wg