基于單片機(jī)的冰箱溫度控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書</b></p><p>　　基于單片機(jī)的冰箱溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　DESIGN OF REFRIGERATOR TEMPERATURE CONTROL SYSTEM BASED ON SINGLE-CHIP</p><p>　　學(xué)院（部）： 電氣與信息工程學(xué)院 </p>

2、;<p>　　專業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)化08-5班 </p><p>　　學(xué)生姓名： X X </p><p>　　指導(dǎo)教師： X X X 講師 </p><p>　　2012年 05月 30日</p><p>　　基于單片機(jī)的冰箱溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p>

3、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　生物貯存設(shè)備是生命科學(xué)等領(lǐng)域必備的重要基礎(chǔ)設(shè)備。醫(yī)用特種冰箱是一種用于醫(yī)療行業(yè)冷藏血液，也可用于冷藏藥品、試劑、疫苗、生物制品的重要設(shè)備，其溫控器要求具有高控制精度、高可靠性，并應(yīng)具有必要的報(bào)警、抗干擾措施和實(shí)時(shí)記錄溫度的措施。</p><p>　　本文針對(duì)其他冰箱溫度控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，研制開發(fā)了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

4、單，工作穩(wěn)定的新型高精度醫(yī)用特種冰箱溫度控制系統(tǒng)。</p><p>　　該系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行溫度實(shí)時(shí)采集與控制，它的內(nèi)容主要包括四路溫度檢測(cè)信號(hào)，四位七段LED顯示，四路按鍵信號(hào)，兩路開關(guān)量，三路經(jīng)固態(tài)繼電器隔離的220v負(fù)載輸出，一路報(bào)警電路，以及看門狗保護(hù)等部分，完成制冷、保護(hù)、測(cè)量和報(bào)警等眾多功能，電冰箱的自動(dòng)化水平及控制質(zhì)量的要求也越來(lái)越高，正逐步向著多功能化、智能化、節(jié)能型方向發(fā)展。此設(shè)

5、計(jì)不僅有助于提高醫(yī)療水平，更加速了醫(yī)用設(shè)備的智能化，穩(wěn)定性。</p><p>　　關(guān)鍵詞：AT89C51單片機(jī)，醫(yī)用特種冰箱，溫度控制系統(tǒng)</p><p>　　DESIGN OF REFRIGERATOR TEMPERATURE CONTROL SYSTEM BASED ON SINGLE-CHIP</p><p><b>　　ABSTRACT</b

6、></p><p>　　The biological storing equipment is the important basic equipment which is essential to the domains of life science etc. The medical refrigerator is a kind of important equipment which can be u

7、sed in the industry of medical treatment to refrigerate blood, as well as drug, reagent, bacteria and biological products. Temperature controller of medical refrigerator is requested to have high control precision, great

8、 reliability, and should have necessary measures of alarming, ant jamming and recording</p><p>　　This text directs against the peculiarity of the temperature control system of other refrigerators, it is of s

9、imple structure to develop one, the special refrigerator temperature control system of the steady new-type high-accuracy medical use that work.</p><p>　　The system used AT89C51 micro controller for the tempe

10、rature real-time acquisition and control ,With the main parts-4 group of temperature examination signals, the LED display with 4 bits and 7 segments, 4 group key signals, 2 group of switch measures, 3 group of 220V load

11、output which was isolated by relay of solid state, a group of alarming circuit as well as the watch-dog protection and so on, this system possesses the function of refrigerating, protecting, measuring, alarming and print

12、ing et</p><p>　　KEYWORDS：AT89C51 micro controller， medical specialty refrigerators， temperature control system</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要（中文）I</b><

13、;/p><p><b>　　摘要（外文）II</b></p><p><b>　　1緒論1</b></p><p>　　1.1 選題背景1</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)1</p><p>　　1.2.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀1</p><p&g

14、t;　　1.2.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3 本文研究的內(nèi)容及實(shí)現(xiàn)的功能3</p><p><b>　　2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)4</b></p><p>　　2.1 系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)4</p><p>　　2.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)4</p><p>　　3系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)6</p

15、><p>　　3.1 主控器的選擇6</p><p>　　3.2 看門狗電路的設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.3 晶振電路的設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.4 數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.4.1 傳感器的選擇13</p><p>　　3.4.2 溫度采集電路的實(shí)現(xiàn)

16、15</p><p>　　3.5 人機(jī)接口電路的設(shè)計(jì)16</p><p>　　3.5.1 顯示部分16</p><p>　　3.5.2 鍵盤部分18</p><p>　　3.6 制冷電路的設(shè)計(jì)21</p><p>　　3.6.1 制冷電路工作原理24</p><p>　　3.6.2 固

17、態(tài)繼電器的選擇25</p><p>　　3.6.3 固態(tài)繼電器的應(yīng)用電路設(shè)計(jì)26</p><p>　　3.7 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)26</p><p>　　3.8 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)27</p><p>　　4系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)30</p><p>　　4.1 軟件設(shè)計(jì)的方法30</p><p&g

18、t;　　4.2 程序設(shè)計(jì)30</p><p>　　4.2.1 主程序設(shè)計(jì)30</p><p>　　4.2.2 子程序設(shè)計(jì)31</p><p>　　4.3 抗干擾技術(shù)36</p><p><b>　　結(jié)論40</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)41</b>

19、</p><p><b>　　致謝42</b></p><p><b>　　1緒論</b></p><p><b>　　1.1 選題背景</b></p><p>　　生物貯存設(shè)備是生命科學(xué)等領(lǐng)域必備的重要基礎(chǔ)設(shè)備。醫(yī)用冰箱是一種用于醫(yī)療行業(yè)冷藏血液，也可用于冷藏藥品、試劑、疫

20、苗、生物制品的重要設(shè)備。血液專用冰箱是各類醫(yī)院的設(shè)備，它決定了人們所需要的血液、疫苗等生物藥劑的品質(zhì)，血液的質(zhì)量直接關(guān)系到病人的生命安全，因此這種醫(yī)用冰箱的溫控器要求具有高控制精度、高可靠性，并應(yīng)具有必要的報(bào)警、抗干擾措施和實(shí)時(shí)記錄溫度的措施。</p><p>　　目前，越來(lái)越多的醫(yī)院血庫(kù)冰箱溫度控制系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行溫度檢測(cè)，實(shí)施溫度控制與管理，這樣不僅提高醫(yī)療水平，更加速了醫(yī)用設(shè)備的智能化，穩(wěn)定性。</

21、p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)</p><p>　　現(xiàn)在的溫控產(chǎn)品有傳統(tǒng)的和改進(jìn)的兩種，分別為：</p><p>　　（1）傳統(tǒng)的溫控產(chǎn)品</p><p>　　主要有兩種：第一種是電氣式產(chǎn)品，溫度傳感器采用金屬片或氣動(dòng)溫包，通過(guò)給定溫度盤調(diào)整預(yù)警力來(lái)設(shè)定溫度，這類溫控產(chǎn)品普遍存在溫度設(shè)定分度值過(guò)粗、時(shí)間常數(shù)太大、機(jī)械開關(guān)易損壞等問(wèn)題；第二

22、種是電子式產(chǎn)品，溫度傳感器采用熱敏電阻或熱電阻，部分產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。但仍存在控制精度不高、時(shí)間常數(shù)大、操作復(fù)雜等問(wèn)題。</p><p>　?。?）改進(jìn)的溫控產(chǎn)品</p><p>　　智能型溫控產(chǎn)品，應(yīng)用新型控制模型和數(shù)控芯片實(shí)現(xiàn)智能控制。現(xiàn)已有國(guó)內(nèi)廠家生產(chǎn)出了智能型溫控器，并已應(yīng)用于實(shí)際工程。這一生產(chǎn)積極的帶動(dòng)了電子行業(yè)的發(fā)展。</p><p>　　1.2.1 國(guó)

23、內(nèi)研究現(xiàn)狀</p><p>　　我國(guó)冰箱起步較遲，第一臺(tái)冰箱是1954年由沈陽(yáng)醫(yī)療器械廠生產(chǎn)的200升單門冰箱：1956年開始，衛(wèi)生部門的一些醫(yī)療器械廠開始具備了電冰箱生產(chǎn)能力，并投入了小批量生產(chǎn)，80年代初電冰箱產(chǎn)量連年翻番，1983年產(chǎn)量約18萬(wàn)臺(tái)，1984年產(chǎn)量超過(guò)40萬(wàn)臺(tái)，目前國(guó)家確定四十幾家電冰箱定點(diǎn)廠，全國(guó)引進(jìn)50多條電冰箱生產(chǎn)裝配線，年產(chǎn)能力達(dá)1500萬(wàn)臺(tái)以上，規(guī)格已有50升到200升以上大型冰箱的

24、多種系列，品種有單門、雙門、多門、型式有直冷式，也有間冷式。在90年代，電冰箱拄術(shù)已向高效率、智能化和多門多溫多功能的方向發(fā)展。</p><p>　　1.2.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，其飲食文化也隨之發(fā)展，人們的生活品味不斷提高，對(duì)食品需求多樣化，加之越來(lái)越多的家庭婦女步入職業(yè)階層，因此對(duì)家用電冰箱的要求愈來(lái)愈高，即要求電冰箱功能越多越好，容積越大越好。19

25、96年日本冰箱銷售量為495萬(wàn)臺(tái)，其中120升以下占30%(主要為賓館、旅店等商用)，300升以上占57%，400升以上呈快速地增長(zhǎng)趨勢(shì)，多門冰箱占70%左右。因此，為了順應(yīng)市場(chǎng)需要，更好地滿足廣大消費(fèi)者不斷增長(zhǎng)的生活需求，日本各冰箱制造公司都不斷改進(jìn)自己的原有產(chǎn)品，迅速開發(fā)新產(chǎn)品，使冰箱功能更加完善，規(guī)格更加齊全，諸如自動(dòng)制冰、采用變頻或雙轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)、模糊邏輯控制、無(wú)CFC、自動(dòng)除臭抗菌等技術(shù)已經(jīng)普遍用于冰箱之中。</p&

26、gt;<p>　　目前，對(duì)電冰箱產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整影響最大，最突出、最迫切的問(wèn)題是CFC制冷工質(zhì)的限制和禁用。國(guó)際社會(huì)對(duì)CFC的控制并逐步禁止已成定局，電冰箱將因此而面臨產(chǎn)品改型的任務(wù)，這正是電冰箱工業(yè)必須正視的現(xiàn)實(shí)。各國(guó)正在努力加快對(duì)各種新型制冷系統(tǒng)的研究及商品化進(jìn)程。</p><p>　　在多能源冰箱的開發(fā)方面，國(guó)外吸收式、吸附式冰箱發(fā)展迅速，近幾年來(lái)日本三洋公司在吸收式冰箱方面突破了一些技術(shù)難關(guān)，發(fā)

27、展到耗電量可與壓縮式冰箱相近的水平。目前全世界吸收式和吸附式冰箱的年產(chǎn)量約為150萬(wàn)臺(tái)，以瑞典和瑞士的產(chǎn)量最多，質(zhì)量也最好，太陽(yáng)能冰箱，半導(dǎo)體冰箱也是近年來(lái)較引入注目的新產(chǎn)品。</p><p>　　為了更科學(xué)地貯存和保鮮食品，國(guó)外電冰箱還增加了快速冷凍和快速解凍的功能?？焖倮鋬鍪鞘估鋬鍪业酌鏈囟冗_(dá)-40℃左右的低溫，讓食品迅速通過(guò)-1～-5℃冰結(jié)晶生成區(qū)心防營(yíng)養(yǎng)成分的破壞，保持食品原有的鮮度；快速解凍是在冰箱內(nèi)增

28、設(shè)快速解凍室，通過(guò)解凍風(fēng)扇，把冰箱冷藏室的空氣吹人到解凍室，使解凍室內(nèi)的食品快速解凍，以適應(yīng)短期保鮮貯存的需要。</p><p>　　冰箱是家庭中主要耗電的家用電器，為此目前有關(guān)廠家及研究單位正在開發(fā)節(jié)電型的電冰箱。采用滾動(dòng)轉(zhuǎn)于式壓縮機(jī)，不僅減小壓縮機(jī)的體積，減輕重量，而且降低能耗。目前日本100W以上的滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)已投入使用，用電量比同類冰箱節(jié)電20％～25％；應(yīng)用微機(jī)控制電冰箱可以節(jié)電15％～20％；改進(jìn)

29、隔熱層，將電冰箱隔熱厚度增至3寸，可節(jié)電14％；應(yīng)用新型絕熱材料，日本東芝公司應(yīng)用聚鉻硅氧的新材料，使冰箱每月節(jié)電2度，應(yīng)用上述各種新技術(shù)以達(dá)到節(jié)能之目的。</p><p>　　自1999年11月，三星電子推出首款數(shù)字化電冰箱后，有關(guān)網(wǎng)絡(luò)冰箱的新聞就被媒體炒得紅紅火火。</p><p>　　1999年12月，LG公司新推出MP3網(wǎng)絡(luò)冰箱。</p><p>　　200

30、1年6月18日，在上海第10屆信息通信展上，愛(ài)立信與伊萊克斯合作展出了一款智能化網(wǎng)絡(luò)冰箱。</p><p>　　2001年10月23日，美菱網(wǎng)絡(luò)冰箱通過(guò)省級(jí)鑒定。2001年10月26日，首批智能網(wǎng)絡(luò)冰箱在丹麥亮相。</p><p>　　韓國(guó)LG公司同年也向市場(chǎng)推出了自己的“網(wǎng)絡(luò)冰箱”。</p><p>　　何謂網(wǎng)絡(luò)冰箱？網(wǎng)絡(luò)冰箱是將冰箱的操作、控制實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。消費(fèi)者

31、可以上網(wǎng)檢查食物的存量、食物是否過(guò)期或在食品包裝上打上條形碼，食品就會(huì)自動(dòng)解凍等；這種冰箱的門上有個(gè)15英寸的液晶顯示器，用戶可以通過(guò)冰箱上網(wǎng)、打可視電話和觀看影片；液晶顯示器還可以顯示冰箱內(nèi)部的溫度和食品的保質(zhì)期；如果冰箱出了問(wèn)題，它還可以自動(dòng)通知維修服務(wù)中心。</p><p>　　1.3 本文研究的內(nèi)容及實(shí)現(xiàn)的功能</p><p>　　在本次課題研究中我將參考從各個(gè)方面收集到的文獻(xiàn)，博

32、取其精華。研究方法則是采用AT89C51單片機(jī)開發(fā)板模擬電冰箱工作環(huán)境，并模擬設(shè)定電冰箱各項(xiàng)參數(shù)，以研究電冰箱溫控器的工作原理及設(shè)計(jì)。</p><p>　　研究的內(nèi)容主要包括以下方面：</p><p>　　（1）液晶顯示的工作原理，并通過(guò)液晶將各項(xiàng)數(shù)據(jù)顯示在冰箱外；</p><p>　?。?）溫度控制器原理，制冷原理，自動(dòng)控制電冰箱工作使其通過(guò)制冷達(dá)到所設(shè)定的溫度；

33、</p><p>　　（3）智能檢測(cè)電冰箱工作電壓是否正常，避免壓縮機(jī)燒壞；</p><p>　?。?）繼電器工作原理，模擬對(duì)壓縮機(jī)的通/斷電操作；</p><p>　?。?）單片機(jī)C程序編程語(yǔ)言。</p><p>　　它所實(shí)現(xiàn)的功能和要求為：</p><p>　?。?）系統(tǒng)采用單片機(jī)控制，控制對(duì)象為法國(guó)泰康公司的SZ

34、1340D型壓縮機(jī)，功率115W，啟動(dòng)繞組16.5Ω，運(yùn)行繞組16.5Ω；</p><p>　?。?）分別對(duì)冷凍室，冷藏室作不同的溫度調(diào)節(jié)；</p><p>　?。?）能實(shí)現(xiàn)參數(shù)顯示和在線參數(shù)修改；</p><p>　?。?）系統(tǒng)故障時(shí)能進(jìn)行聲光報(bào)警和顯示；</p><p>　?。?）多種抗干擾措施保證溫度穩(wěn)定性。</p>&l

35、t;p><b>　　2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1 系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　通過(guò)液晶顯示所設(shè)定的溫度，溫度能隨意調(diào)節(jié)，能自動(dòng)控制電冰箱工作，使其通過(guò)制冷達(dá)到所設(shè)定的溫度。冷凍室溫度可以在-15℃～-3℃范圍內(nèi)對(duì)多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行精度為0.5℃的溫度測(cè)試量，冷藏室溫度可以在4℃～6℃范圍內(nèi)對(duì)多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行精度為0.1℃的溫度測(cè)量。</p&g

36、t;<p>　　2.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)</p><p>　　基于AT89C51單片機(jī)的醫(yī)用特種冰箱溫度控制系統(tǒng)具有以下功能：可以方便的設(shè)置血液、疫苗等生物藥劑所需溫度；箱內(nèi)溫度顯示；冰箱有自動(dòng)復(fù)位功能；溫度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能；制冷控制功能；報(bào)警提示功能；抗干擾措施和實(shí)時(shí)記錄溫度的措施；電源。根據(jù)以上分析，此單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)可以分解為以下八個(gè)模塊：溫度采樣信號(hào)輸人模塊；溫度顯示和鍵盤設(shè)置模塊；溫度過(guò)限報(bào)警模

37、塊；溫度打印模塊；復(fù)位電路模塊；看門狗抗干擾保護(hù)模塊以及制冷控制模塊；電源提供模塊。基于AT89C51單片機(jī)的醫(yī)用特種冰箱溫度控制系統(tǒng)原理框圖如圖所示。</p><p>　　圖2-1 醫(yī)用冰箱溫度控制系統(tǒng)</p><p><b>　　工作原理：</b></p><p>　　電冰箱的主要問(wèn)題就是恒定的保持所需低溫和溫度測(cè)量，以及溫度反饋后的調(diào)整控

38、制。任何控制系統(tǒng)都很難做到真正的恒溫保持，溫度總是圍繞預(yù)設(shè)值不停的震蕩。我們要做的就是努力減小震蕩幅度，在測(cè)量精確，控制簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)上再降低功耗，提高制冷。最基本的方法是多次采樣箱內(nèi)溫度，將采樣溫度與用戶設(shè)置的溫度進(jìn)行比較，得到偏差；偏差超過(guò)限定范圍上限或采樣溫度高于預(yù)設(shè)上限值就加強(qiáng)或打開制冷，反之就減弱或關(guān)閉制冷。由于制冷器件的物理慣性，箱內(nèi)溫度每次等于預(yù)設(shè)溫度后，都會(huì)發(fā)生較大的過(guò)沖。從控制領(lǐng)域考慮，這是因?yàn)榉答佇畔⒅挥斜豢亓康漠?dāng)前值，

39、不能反映被控量的變化趨勢(shì)。我們采用了PID控制方法，用被控量的當(dāng)前值和一階導(dǎo)數(shù)作反饋信息，利用單片機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)調(diào)整控制。若溫度超過(guò)限定范圍，報(bào)警電路會(huì)報(bào)警，系統(tǒng)會(huì)自行啟動(dòng)制冷，看門狗負(fù)責(zé)保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)，超過(guò)限定工作周期或監(jiān)測(cè)到低電壓，將使系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位，直到恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。</p><p>　　醫(yī)用冰箱要求的溫度穩(wěn)定性較高，一般生物貯存溫度控制在4℃～6℃。冷凍室，溫度可以在-15℃～-3℃范圍內(nèi)對(duì)多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行精度為

40、0.5℃的溫度測(cè)量，冷藏室溫度可以在4℃～6℃范圍內(nèi)對(duì)多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行精度為0.1℃的溫度測(cè)量。</p><p><b>　　3系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 主控器的選擇</p><p>　　為了充分考慮性價(jià)比，選用價(jià)格低、穩(wěn)定的元器件，我們選擇了AT89C51作為我們的主控器。</p><p>　　AT

41、89C51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4kbytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，可兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大，AT89C51單片機(jī)可應(yīng)用于許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域[1-3]。</p>

42、;<p>　　圖3-1 AT89C51引腳圖</p><p><b>　　主要性能參數(shù)：</b></p><p>　?。?）與MCS--51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容；</p><p>　?。?）4k字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲(chǔ)器；</p><p>　?。?）1000次擦寫周期；</p><

43、p>　　（4）全靜態(tài)操作：0Hz~24MHz；</p><p>　　（5）三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器；</p><p>　?。?）128×8字節(jié)內(nèi)部RAM；</p><p>　?。?）32個(gè)可編程I/O口線；</p><p>　　（8）2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；</p><p><b>　?。?）6個(gè)中

44、斷源；</b></p><p>　　（10）可編程串行UART通道；</p><p>　　（11）低功耗空閑和掉電模式。</p><p>　　AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51

45、可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。</p><p>　　AT89C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 AT89C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>&

46、lt;b>　　引腳功能說(shuō)明：</b></p><p><b>　　VCC：電源電壓；</b></p><p><b>　　GND：地；</b></p><p>　　P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/0口，也即地址數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路，對(duì)端口寫

47、“1”可作為高阻抗輸入端用。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。</p><p>　　Pl口：P1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，Pl的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高

48、電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（I）。Flash編程和程序校驗(yàn)期間，Pl接收低8位地址。</p><p>　　P2口：P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信

49、號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（I）。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX@DPTR指令）時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行MOVX@R指令）時(shí)，P2口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（SFR)區(qū)中R2寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問(wèn)期間不改變。Flash編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高位地址和其它控制信號(hào)。</p><p>　　P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位

50、雙向I/O口。P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)P3口寫入“l(fā)”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（I）。P3口還接收一些用于Flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。</p><p>　　RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。</p><p>　　

51、ALE/ROG：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。</p><p>　　對(duì)Flash存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8E

52、H單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令A(yù)LE才會(huì)被激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE無(wú)效。</p><p>　　PSEN：程序儲(chǔ)存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89C51由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這兩次有效的PSEN信號(hào)不出現(xiàn)。

53、</p><p>　　EA/VPP：外部訪問(wèn)允許。欲使CPU僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H--FFFFH)，EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LBI被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。</p><p>　　如EA端為高電平（接VCC端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。</p><p>　　Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編

54、程允許電源VPP，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓VPP。</p><p>　　XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。</p><p>　　XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。</p><p>　　時(shí)鐘振蕩器：AT89C51中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作

55、為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器。</p><p>　　外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容C1、C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對(duì)外接電容C1、C2雖然沒(méi)有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，推薦電容使用30pF、10pF，而如使用陶瓷，由于外部時(shí)鐘信號(hào)是通過(guò)一個(gè)2分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)

56、的，所以對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的占空比沒(méi)有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時(shí)間和最大的低電平持續(xù)時(shí)間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。</p><p>　　由于外部時(shí)鐘信號(hào)是通過(guò)一個(gè)2分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)的，所以對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的占空比沒(méi)有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時(shí)間和最大的低電平持續(xù)時(shí)間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。</p><p>　　AT89C51有兩種可用軟件編程的省電模式，它們是空閑模式和掉電工作

57、模式。這兩種方式是控制專用寄存器PCON（即電源控制寄存器）中的PD(PCON.l)和IDL(PCON.0)位來(lái)實(shí)現(xiàn)的。PD是掉電模式，當(dāng)PD=1時(shí)，激活掉電工作模式，單片機(jī)進(jìn)入掉電工作狀態(tài)。IDL是空閑等待方式，當(dāng)IDL=1，激活空閑工作模式，單片機(jī)進(jìn)入睡眠狀態(tài)。如需同時(shí)進(jìn)入兩種工作模式，即PD和IDL同時(shí)為1，則先激活掉電模式。</p><p>　　在空閑工作模式狀態(tài)，CPU保持睡眠狀態(tài)而所有片內(nèi)的外設(shè)仍保持

58、激活狀態(tài)，這種方式由軟件產(chǎn)生。此時(shí)，片內(nèi)RAM和所有特殊功能寄存器的內(nèi)容保持不變?？臻e模式可由任何允許的中斷請(qǐng)求或硬件復(fù)位終止。</p><p>　　終止空閑工作模式的方法有兩種：其一是任何一條被允許中斷的事件被激活，IDL(PCON.0）被硬件清除，即刻終止空閑工作模式。程序會(huì)首先響應(yīng)中斷，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，執(zhí)行完中斷服務(wù)程序并緊隨RETI（中斷返回）指令后，下一條要執(zhí)行的指令就是使單片機(jī)進(jìn)入空閑模式那條指令后

59、面的一條指令。</p><p>　　其二是通過(guò)硬件復(fù)位也可將空閑工作模式終止。需要注意的是：當(dāng)由硬件復(fù)位來(lái)終止空閑工作模式時(shí)，CPU通常是從激活空閑模式那條指令的下一條指令開始繼續(xù)執(zhí)行程序的，要完成內(nèi)部復(fù)位操作，硬件復(fù)位脈沖要保持兩個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)時(shí)鐘周期）有效，在這種情況下，內(nèi)部禁止CPU訪問(wèn)片內(nèi)RAM，而允許訪問(wèn)其它端口。為了避免可能對(duì)端口產(chǎn)生意外寫入，激活空閑模式的那條指令后一條指令不應(yīng)是一條對(duì)端口或外部

60、存儲(chǔ)器的寫入指令。</p><p>　　掉電模式：在掉電模式下，振蕩器停止工作，進(jìn)入掉電模式的指令是最后一條被執(zhí)行的指令，片內(nèi)RAM和特殊功能寄存器的內(nèi)容在終止掉電模式前被凍結(jié)。退出掉電模式的唯一方法是硬件復(fù)位，復(fù)位后將重新定義全部特殊功能寄存器但不改變RAM中的內(nèi)容，在VCC恢復(fù)到正常工作電平前，復(fù)位應(yīng)無(wú)效，且必須保持一定時(shí)間以使振蕩器重啟動(dòng)并穩(wěn)定工作。</p><p>　　Flash閃

61、速存儲(chǔ)器的編程：AT89C51單片機(jī)內(nèi)部有4k字節(jié)的Flash EPROM，這個(gè)Flash存儲(chǔ)陣列出廠時(shí)己處于擦除狀態(tài)（即所有存儲(chǔ)單元的內(nèi)容均為FFH)，用戶隨時(shí)可對(duì)其進(jìn)行編程。編程接口可接收高電壓（+12V）或低電壓（VCC）的允許編程信號(hào)。低電壓編程模式適合于用戶在線編程系統(tǒng)，而高電壓編程模式可與通用EPROM編程器兼容。</p><p>　　AT89C51單片機(jī)中，有些屬于低電壓編程方式，而有些則是高電壓編

62、程方式，用戶可從芯片上的型號(hào)和讀取芯片內(nèi)的簽名字節(jié)獲得該信息。</p><p>　　AT89C51的程序存儲(chǔ)器陣列是采用字節(jié)寫入方式編程的，每次寫入一個(gè)字節(jié)，要對(duì)整個(gè)芯片內(nèi)的PEROM程序存儲(chǔ)器寫入一個(gè)非空字節(jié)，必須使用片擦除的方式將整個(gè)存儲(chǔ)器的內(nèi)容清除。</p><p>　　AT89C51編程方法如下：</p><p>　?。?）在地址線上加上要編程單元的地址信號(hào)

63、；</p><p>　?。?）在數(shù)據(jù)線上加上要寫入的數(shù)據(jù)字節(jié)；</p><p>　?。?）激活相應(yīng)的控制信號(hào)；</p><p>　?。?）在高電壓編程方式時(shí)，將EA/VPP端加上+12V編程電壓；</p><p>　?。?）每對(duì)Flash存儲(chǔ)陣列寫入一個(gè)字節(jié)或每寫入一個(gè)程序加密位，加上一個(gè)ALE/PROG編程脈沖。</p>&l

64、t;p>　　改變編程單元的地址和寫入的數(shù)據(jù)，重復(fù)l~5步驟，直到全部文件編程結(jié)束。每個(gè)字節(jié)寫入周期是自身定時(shí)的，通常約為15ms。</p><p>　　3.2 看門狗電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　工控系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，通常都會(huì)遇到各種各樣的現(xiàn)場(chǎng)干擾，抗干擾能力是衡量工控系統(tǒng)性能的一個(gè)重要指標(biāo)?？撮T狗(Watchdog)電路是嵌入式系統(tǒng)需要的抗干擾措施之一，是自行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行的重要保證，

65、幾乎所有的工控系統(tǒng)都包含看門狗電路[4-5]。</p><p>　　看門狗復(fù)位電路采用的是X25045，X25045是美國(guó)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(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的可靠性，減少了對(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3-3所示。</p><

66、p>　　CS VCC</p><p>　　S0 RESET</p><p>　　WP SCK</p><p>　　VSS SI&l

67、t;/p><p>　　圖3-3 X2504引腳圖</p><p><b>　　其引腳功能如下：</b></p><p><b>　　CS：片選擇輸入；</b></p><p>　　SO：串行輸出，數(shù)據(jù)由此引腳逐位輸出；</p><p>　　SI：串行輸入，數(shù)據(jù)或命令由此引腳逐位寫

68、入X25045；</p><p>　　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；</p><p>　　WP：寫保護(hù)輸入。當(dāng)它低電平時(shí)，寫操作被禁止；</p><p><b>　　VSS：地；</b></p><p><b>　　VCC：電源電壓；</b></p>

69、<p>　　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3-1所示。</p><p>　　表3-1 X25045指令及其含義</p><p>　　看門狗有三種功能：看門狗定時(shí)器、電壓監(jiān)控和EEPROM功能。在系統(tǒng)出現(xiàn)故障或上電/掉電期間，X25045能給CPU提供一個(gè)復(fù)位信號(hào)，以確保系統(tǒng)的正確操作?？撮T狗定時(shí)器為微控制器提供一個(gè)獨(dú)立

70、的保護(hù)。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，由于失去正確操作，CPU1.6秒內(nèi)沒(méi)有觸發(fā)SDA，看門狗定時(shí)器將溢出，X25045產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)給CPU。而I2C串行CMOSE2PROM可以存儲(chǔ)單片機(jī)系統(tǒng)的重要參數(shù)。本系統(tǒng)用它來(lái)保存用戶設(shè)定的冷藏室溫度值、冷凍室溫度值和速凍狀態(tài)、速凍時(shí)間等參數(shù)，以保證數(shù)據(jù)正常使用和不會(huì)因?yàn)榈綦姸鴣G失。圖3-5示出了X25045與AT89C51單片機(jī)的硬件連接電路。X25045芯片的 RESET端接單片機(jī)的復(fù)位引腳，SO、S

71、CK和SI端接P1.2、P1.1和P1.0三根引腳。</p><p>　　圖3-4 X25045與單片機(jī)的連接圖</p><p>　　3.3 晶振電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　晶振是為電路提供頻率基準(zhǔn)的元器件，通常分為有源晶振和無(wú)源晶振兩大類，無(wú)源晶振需要芯片內(nèi)部有振蕩器，并且晶振的信號(hào)電壓根據(jù)起振電路而定，允許不同的電壓，但無(wú)源晶振通常信號(hào)質(zhì)量和精度較差，需要精

72、確匹配外圍電路（電感、電容、電阻等），如需要更換晶振時(shí)間要同時(shí)更換外圍電路[6-8]。</p><p>　　因價(jià)格因素，而且達(dá)到了相應(yīng)的精度，我們采用的是無(wú)源晶振，單片機(jī)的復(fù)位電路就是在RST端的輸入端出現(xiàn)，本設(shè)計(jì)采用上電復(fù)位的復(fù)位電路。</p><p><b>　　圖3-5 晶振電路</b></p><p>　　只要在RST復(fù)位輸入引腳上接一

73、電容至VCC端，下接一個(gè)電阻到地即可。上電復(fù)位的過(guò)程是在加電時(shí)，復(fù)位電路通過(guò)電容加給RST端一個(gè)短暫的高電平信號(hào)，此高電平信號(hào)隨著VCC對(duì)電容的充電過(guò)程而逐漸回落，即RST端的高電平持續(xù)時(shí)間取決于電容的充電時(shí)間。為了保證系統(tǒng)能夠可靠的復(fù)位，RST端的高電平信號(hào)必須維持足夠長(zhǎng)的時(shí)間。</p><p>　　上電時(shí)，VCC的上升時(shí)間約為10ms，而振蕩器的起振時(shí)間取決于振蕩頻率，如晶振頻率為10MHZ，起振時(shí)間為1ms

74、；晶振頻率為1MHZ，起振時(shí)間為10ms。</p><p>　　圖中所示的復(fù)位電路，當(dāng)VCC掉電時(shí)，必然會(huì)使RST端電壓迅速下降到0V以下，但是，由于內(nèi)部電路的限制作用，這個(gè)負(fù)電壓降不會(huì)對(duì)器件產(chǎn)生損害。另外，在復(fù)位期間，斷口引腳處于隨機(jī)狀態(tài)，復(fù)位后，系統(tǒng)將端口置為全1狀態(tài)。</p><p>　　如果系統(tǒng)在上電時(shí)得不到有效的復(fù)位，則在程序計(jì)數(shù)器PC中就得不到一個(gè)合適的初值，因此CPU有可能會(huì)

75、從一個(gè)未被定義的位置開始程序。</p><p>　　晶振電路選用了1個(gè)6MHz的晶振和2個(gè)小電容，總體設(shè)計(jì)如圖3-5所示。</p><p>　　3.4 數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　冰箱數(shù)據(jù)采集電路主要是完成溫度的采樣，作為電路輸入通道的主要部分，在整個(gè)系統(tǒng)中是至關(guān)重要的。</p><p>　　溫度控制系統(tǒng)的目的是控制冰箱內(nèi)溫度恒定

76、為設(shè)置溫度，其前提是要知道冰箱內(nèi)實(shí)際溫度。鑒于冷藏室蒸發(fā)器溫度，冷凍室蒸發(fā)器溫度，環(huán)境溫度直接影響箱內(nèi)溫度，設(shè)計(jì)冷藏室，冷凍室，環(huán)境再加霜厚采樣，四路傳感器多次采樣箱內(nèi)溫度。傳感器均設(shè)置在蒸發(fā)器周圍，本設(shè)計(jì)溫度控制系統(tǒng)的溫度范圍-15℃-6℃，所需測(cè)量分辨率為0.5，所以選型可一致。</p><p>　　3.4.1 傳感器的選擇</p><p>　　為了達(dá)到設(shè)計(jì)要求，我們選定DS18B20

77、單線數(shù)字溫度傳感器，其測(cè)溫范圍為-55℃-+125℃，測(cè)量分辨率為0.06，可以滿足醫(yī)用冰箱的溫控器要求具有高控制精度，是目前最新的測(cè)溫器件，微型，抗干擾，它集溫度測(cè)量，A/D轉(zhuǎn)換于一體，具有單總線結(jié)構(gòu)，數(shù)字量輸出，直接與微機(jī)接口等優(yōu)點(diǎn)?？梢越鉀QA/D轉(zhuǎn)換速度慢，電路復(fù)雜等缺點(diǎn)。而且它可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)供微機(jī)處理，而且每片都有唯一的產(chǎn)品號(hào)并可存入其ROM中，以便在構(gòu)成大型溫度測(cè)控系統(tǒng)時(shí)在單線上掛接任意多個(gè)DS18B20芯片[

78、9-12]。</p><p>　　(1)DS18B20簡(jiǎn)介</p><p>　　DS18B20是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的可組網(wǎng)數(shù)字式溫度傳感器，在其內(nèi)部使用了在板（ON-B0ARD）專利技術(shù)。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)。</p><p>　　圖3-6 DS18B20實(shí)物圖 圖3-7 DS18

79、B20管腳排列</p><p>　　(2)DS18B20的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　DS18B20的外形及管腳排列見(jiàn)圖3-6</p><p>　　DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM；溫度傳感器；非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL；配置寄存器。</p><p>　　(3)DS18B20引腳定義：</p>

80、<p>　　1）DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端；</p><p>　　2）GND為電源地；</p><p>　　3）VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地，見(jiàn)圖3-7）。 </p><p>　　(4)DS18B20的工作原理</p><p>　　溫度傳感器DS18B20將被測(cè)環(huán)境溫度轉(zhuǎn)化成帶符號(hào)的數(shù)字信號(hào)（以十六位補(bǔ)碼

81、形式，占兩個(gè)字節(jié)），傳感器可置于離裝置150米以內(nèi)的任何地方，輸出腳I/O直接與單片機(jī)的P0.1相連，R為上拉電阻，傳感器采用外部電源供電。AT89C51是整個(gè)裝置的控制核心，AT89C51內(nèi)帶1k字節(jié)的FLASHROM，用戶程序可以存放在這里。而且既可用它組成單路溫度測(cè)量裝置，也可用它組成多路溫度測(cè)量裝置，切此單路溫度測(cè)量裝置已研制成產(chǎn)品，產(chǎn)品經(jīng)測(cè)試在-10℃-70℃間測(cè)得誤差為0.25℃，80℃≤T≤105℃時(shí)誤差為0.5℃，當(dāng)T&

82、gt;105℃誤差為增大到1℃左右。用單總線溫度傳感器和單片機(jī)構(gòu)成的測(cè)溫裝置具有使用和推廣價(jià)值。而且DS18B20單線數(shù)字溫度計(jì)是以串行傳輸方式提供溫度讀數(shù)（擴(kuò)展補(bǔ)碼方式）的溫度測(cè)量器件。其測(cè)量范圍從+10℃到-125℃，增量為0.5℃常規(guī)方法）。DS18B20單線數(shù)字溫度計(jì)外封裝為三引腳三極管狀器件。CPU只需一個(gè)接口引腳既可與該器件通信，不需外部元件。并且可采用數(shù)據(jù)線供電（寄生電源）方式。由于每一個(gè)DS18B20有唯一的序列號(hào)，因此

83、多個(gè)DS18B20可以掛接在同一條單線總線上。使嵌入</p><p>　　表3-2 DS18B20溫度數(shù)字對(duì)應(yīng)關(guān)系表</p><p>　?。?）DS18B20的特點(diǎn)</p><p>　　與其它溫度傳感器相比，DS1820具有以下特性：</p><p>　　1）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

84、DS18B20的雙向通訊；</p><p>　　2）測(cè)溫范圍﹣55℃～+125℃，固有測(cè)溫分辨率0.5℃；</p><p>　　3）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，最多只能并聯(lián)8個(gè)，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫，如果數(shù)量過(guò)多，會(huì)使供電電源電壓過(guò)低，從而造成信號(hào)傳輸?shù)牟环€(wěn)定；</p><p>　　4）工作電源：3~5V/DC；</p><

85、;p>　　5）在使用中不需要任何外圍元件；</p><p>　　6）測(cè)量結(jié)果以9~12位數(shù)字量方式串行傳送；</p><p>　　7）不銹鋼保護(hù)管直徑Φ6；</p><p>　　8）耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于DN15~25，DN40~DN250各種介質(zhì)工業(yè)管道和狹小空間設(shè)備測(cè)溫；</p><p>　　9）接線方便，

86、封裝成后可應(yīng)用于多種場(chǎng)合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號(hào)多種多樣，有LTM8877，LTM8874等等。標(biāo)準(zhǔn)安裝螺紋M10X1，M12X1.5，G1/2任選；</p><p>　　10）PVC電纜直接出線或德式球型接線盒出線，便于與其它電器設(shè)備連接。</p><p>　?。?）DS18B20使用中注意事項(xiàng)</p><p>　　DS1820雖然具有測(cè)

87、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(wèn)題：</p><p>　　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，由于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。在使用PL/M、C等高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì) DS18B20操作部分最好采用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。</p>

88、<p>　　2）在DS18B20的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS18B20數(shù)量問(wèn)題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè) DS18B20，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)單總線上所掛DS18B20超過(guò)8個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí) 要加以注意。</p><p>　　3）連接DS18B20的總線電纜是有長(zhǎng)度限制的。試驗(yàn)中，當(dāng)采用普通信號(hào)電纜傳輸長(zhǎng)度超過(guò)50m時(shí)，讀取的 測(cè)溫

89、數(shù)據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離可達(dá)150m，當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正 常通訊距離進(jìn)一步加長(zhǎng)。這種情況主要是由總線分布電容使信號(hào)波形產(chǎn)生畸變?cè)斐傻?。因此，在用DS18B20進(jìn)行長(zhǎng)距離測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考 慮總線分布電容和阻抗匹配問(wèn)題。</p><p>　　4）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

90、信號(hào)，一旦某個(gè)DS18B20接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該DS18B20時(shí)，將沒(méi)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。測(cè)溫電纜線建議采用屏蔽4芯雙絞線，其中一對(duì)線接地線與信號(hào)線，另一組接VCC和地線，屏蔽層在源端單點(diǎn)接地。</p><p>　　3.4.2 溫度采集電路的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　我們冰箱因?yàn)橐獪y(cè)量冷凍室溫度、冷藏室溫度、環(huán)

91、境溫度和作為化霜傳感器所測(cè)量的溫度這四個(gè)溫度，所以我們采取外部電源多點(diǎn)測(cè)溫方式，設(shè)計(jì)的溫度采集電路如圖所示：</p><p>　　圖3-8 DS18B20溫度傳感器接線圖</p><p>　　3.5 人機(jī)接口電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　此模塊屬于人機(jī)交互，主要涉及顯示和按鍵電路。</p><p>　　人機(jī)接口電路包括鍵盤和LED顯示電路，

92、以往電路設(shè)計(jì)中，為實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)的鍵盤、LED顯示，通常采用兩種方法：一時(shí)用8155、8255并行擴(kuò)展口構(gòu)成顯示、鍵盤電路。這時(shí)應(yīng)采用P0、P2總線口的單片機(jī)，以便擴(kuò)展并行口。這種電路選用的期間打，引腳多，對(duì)小型系統(tǒng)資源有些浪費(fèi)。二是用串行口配上移位寄存器74LS164構(gòu)成硬件譯碼靜態(tài)譯碼靜態(tài)顯示、鍵盤接口電路。這種電路大大減少I/O口線，但是用芯片較多，一塊74LS164芯片對(duì)應(yīng)一位LED數(shù)碼管，電路復(fù)雜，耗電較大。為了充分利用資源，

93、使設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)最小、最優(yōu)，我們選用MC14499譯碼器與AT89C51構(gòu)成串行口硬件譯碼顯示、鍵盤接口，既簡(jiǎn)化電路又使單片機(jī)引腳得到充分利用[13-15]。</p><p>　　3.5.1 顯示部分</p><p>　　對(duì)于顯示界面，可以采用數(shù)碼管，液晶模塊及其他顯示形式。從目前發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，類似的智能系統(tǒng)采用字符型或圖形液晶顯示模塊比較常見(jiàn)。</p><p>　　

94、本設(shè)計(jì)顯示器用來(lái)顯示箱內(nèi)溫度。當(dāng)使用按鍵改變溫度預(yù)設(shè)值時(shí)，LED會(huì)閃爍地顯示當(dāng)前的預(yù)設(shè)值，并隨用戶的調(diào)整而改變。當(dāng)用戶調(diào)整完預(yù)設(shè)溫度后5秒，閃爍自動(dòng)停止。用戶設(shè)定好的值存在flash存儲(chǔ)器里，不會(huì)隨掉電而丟失。每次冰箱重新啟動(dòng)時(shí)，顯示內(nèi)容為實(shí)際箱內(nèi)溫度，溫控目標(biāo)為上次斷電前的設(shè)置值；設(shè)置溫度是在需要時(shí)進(jìn)行，而平時(shí)LED顯示器顯示采樣溫度。四路采樣通道，冷凍室，冷藏室，環(huán)境三路溫度均需顯示，其依次用字母A、F、C代表，所以必須設(shè)置一個(gè)置換

95、鍵，用來(lái)置換A、F、C。因而第一位LED被用來(lái)顯示A、F、C?；诒鋬?nèi)溫度有正有負(fù)，第二位LED被用于顯示“+”，“-”。第三位，第四位LED則用于顯示具體溫度值?；谝陨显颍驹O(shè)計(jì)選用四位一體的LED顯示器，共陰或共陽(yáng)均可以，選用共陰。</p><p>　　在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，顯示器顯示常用兩種方法：靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)掃描顯示。</p><p>　　所謂靜態(tài)顯示，就是每一個(gè)顯示器都要占用

96、單獨(dú)的具有鎖存功能的I/O接口用于筆劃段字形代碼。N位靜態(tài)顯示器要求有N*8根I/O口線，占用I/O資源較多。</p><p>　　為了簡(jiǎn)化電路，降低成本，選用動(dòng)態(tài)顯示方式。這種顯示方式是將所有數(shù)碼管的各字段電極對(duì)應(yīng)連在一起，由一個(gè)8位I/O控制。這個(gè)I/O口送出的信號(hào)用來(lái)控制顯示的字形，稱為段碼或字選碼。而每個(gè)數(shù)碼管的共陰極或共陽(yáng)極由另一個(gè)I/O口線控制。這個(gè)I/O口送出的信號(hào)用來(lái)選擇第幾位數(shù)碼管工作，稱為位碼

97、。相比之下，采用動(dòng)態(tài)顯示方式進(jìn)行LED顯示較適合四位一體的LED顯示器。</p><p>　　顯示驅(qū)動(dòng)芯片的選擇：</p><p>　　很多鍵盤顯示系統(tǒng)中采用并行口數(shù)據(jù)串行數(shù)據(jù)傳輸，其中具有代表性的接口芯片是8279。由于是并行數(shù)據(jù)傳輸，不可避免地造成地址空間的浪費(fèi)，鍵盤顯示系統(tǒng)電路也較為復(fù)雜。另外，8279沒(méi)有數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)能力，要對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)還需外加驅(qū)動(dòng)電路，這提高了系統(tǒng)的成本，并進(jìn)1

98、步增加了電路的復(fù)雜性。為了節(jié)省微處理器系統(tǒng)的地址空間，許多廠商開發(fā)了串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)碼顯示驅(qū)動(dòng)芯片。串行數(shù)據(jù)傳輸數(shù)碼顯示驅(qū)動(dòng)芯片有MAX7219和MC14499選常用的MC14499作顯示驅(qū)動(dòng)芯片。</p><p>　　用MC14499組成單片機(jī)的顯示電路，具有占用單片機(jī)軟件資源小，不再外加電路即可與單片機(jī)協(xié)調(diào)工作，使用靈活方便，電路簡(jiǎn)單可靠等特點(diǎn)。MC14499是由MOTOROLA公司開發(fā)的高集成度LED顯示驅(qū)

99、動(dòng)器，采用動(dòng)態(tài)掃描方式顯示驅(qū)動(dòng)4個(gè)LED數(shù)碼管。它集鎖存、譯碼、驅(qū)動(dòng)、掃描、時(shí)鐘于一體。所需的輔助電路簡(jiǎn)單，MC14499與單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳送采用串行同步方式。</p><p>　　MC14499是一個(gè)CMOSLED譯碼驅(qū)動(dòng)器，片內(nèi)主要包括一個(gè)20位移位寄存器、一個(gè)鎖存器、一個(gè)多路輸出器，由多路輸出器輸出的BCD碼經(jīng)段譯碼器譯碼后，換成點(diǎn)七段碼送至片驅(qū)動(dòng)器輸出(a、b、c、d、e、f、g)和小數(shù)點(diǎn)DP。另外，由片內(nèi)

100、振蕩器經(jīng)過(guò)四分頻的信號(hào)，經(jīng)位譯碼后提供4個(gè)位控信號(hào)，經(jīng)位驅(qū)動(dòng)器至四位控制線(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)。由于MC14499片內(nèi)具有BCD譯碼器和串行接口，所以它幾乎可以與任何單片機(jī)接口相連。</p><p>　　MC14499芯片主要控制信號(hào)為：</p><p><b>　　串行數(shù)據(jù)輸入端；</b></p><p>　　a、b、c、d、e、f、g七段顯示

101、輸出；</p><p>　　Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ字位選擇端，用來(lái)產(chǎn)生LED選通信號(hào)；</p><p>　　OSC：振蕩器外接電容端，外接電容使片內(nèi)振蕩器產(chǎn)生200～800Hz掃描信號(hào)以防LED顯示器閃爍；</p><p>　　CLK：時(shí)鐘輸入端，用以提供串行接收的控制時(shí)鐘，標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘頻率為250kHz；</p><p>　　EN：使能端，為0時(shí)，MC

102、14499允許接收串行數(shù)據(jù)輸入，為1時(shí)，片內(nèi)的移位寄存器將數(shù)據(jù)送入鎖存器中鎖存。</p><p>　　MC14499的輸出端A、B、C、D、E、F、G、DP8個(gè)腳分別接在4位一體LED的段碼輸入端(a、b、c、d、e、f、g)上。字位選擇端Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ經(jīng)反向器驅(qū)動(dòng)后，分別接在4個(gè)數(shù)碼管的公共端。由內(nèi)部時(shí)序分時(shí)選通4個(gè)數(shù)碼管，進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示掃描。為了使串行口的數(shù)據(jù)輸出速率與MC14499接收速率相匹配，單片機(jī)的工作

103、頻率應(yīng)為3MHz。</p><p>　　基于以上分析，MC14499與單片機(jī)相應(yīng)的接口應(yīng)選擇串行口。AT89C51串行口工作方式0為移位寄存器方式。RXD提供串行輸出的BCD碼顯示數(shù)據(jù)，TXD提供串行移位脈沖。P2.0控制使能端EN。MC14499能接受20位數(shù)據(jù)的串行輸入，16位用作四位LED顯示，4位用作小數(shù)點(diǎn)顯示。輸入時(shí)序是先發(fā)送四位小數(shù)點(diǎn)碼，輸入時(shí)序如表3-3所示。</p><p>

104、;<b>　　表3-3 輸入時(shí)序</b></p><p>　　當(dāng)EN由高變底時(shí)，MC14499的寄存器開始接受串行數(shù)據(jù)。</p><p>　　以下是MC1499的譯碼方式：</p><p>　　0000顯示0，0001顯示1，0010顯示2，0011顯示3，0100顯示4，0101顯示5，0110顯示6，0111顯示7，1000顯示8，1001

105、顯示9等。</p><p>　　圖3-9 LED顯示電路</p><p>　　3.5.2 鍵盤部分</p><p>　　隨著儀器儀表的微型化，一鍵多功能也是目前鍵盤設(shè)計(jì)的一個(gè)趨勢(shì)?；谝陨戏治?，鍵盤所需設(shè)計(jì)的功能有：</p><p><b>　?、冁I：</b></p><p>　　為用戶設(shè)定鍵，用

106、戶可以設(shè)定冷凍室和冷藏室控制溫度。</p><p><b>　　②切換鍵：</b></p><p>　　功能為對(duì)數(shù)碼管顯示的溫度進(jìn)行切換，具體是字母A、F、C的切換。</p><p><b>　　字母“A”：</b></p><p>　　代表冷藏室溫度設(shè)定鍵，按一次切換鍵，LED第一位顯示A，用戶可

107、以在4-6℃間調(diào)節(jié)冷藏室溫度控制。</p><p><b>　　字母“F”：</b></p><p>　　代表冷凍室溫度設(shè)定鍵，按兩次切換鍵，LED第一位顯示F，用戶可以在-3---15℃間調(diào)節(jié)冷藏室溫度控制。</p><p><b>　　字母“C”：</b></p><p>　　代表環(huán)境溫度鍵，按

108、三次切換鍵，LED第一位顯示C，LED后三位直接顯示環(huán)境傳感器采樣的環(huán)境溫度。</p><p><b>　?、跘UTO鍵：</b></p><p>　　AUTO自動(dòng)鍵，按下此鍵冰箱進(jìn)入自動(dòng)制冷模式。</p><p>　　圖3-10 鍵盤界面</p><p>　　參考資料，鍵盤可采用專用鍵盤或PC鍵盤等通用鍵盤。此處選用1

109、x4行列式鍵盤。采用通用鍵盤的好處是整體性價(jià)比較高，而且便于操作，維護(hù)也比較方便。</p><p>　　若有鍵按下，當(dāng)且僅當(dāng)鍵盤陣列的對(duì)應(yīng)列為低電平時(shí)，則該鍵對(duì)應(yīng)的行線將變?yōu)榈碗娖剑ㄟ^(guò)程序?qū)︽I盤陣列行線的讀取，可唯一地確定所按下的鍵值。也就是說(shuō)，在某一時(shí)刻鍵盤陣列的列信號(hào)為：11111110、11111101、…、01111111(這些碼我們稱為鍵盤掃描碼)等8種形式之一，可通過(guò)程序?qū)υ摃r(shí)刻輸出的鍵盤掃描碼和讀

110、入的行信號(hào)確定所按下的鍵值。</p><p>　　表3-4 74LS164功能表</p><p>　　參考資料，了解到鍵盤使用串入并出移位寄存器74LS164經(jīng)串行口擴(kuò)展并行I/O口實(shí)現(xiàn)。其硬件花銷小，占用資源少，且性能穩(wěn)定，在系統(tǒng)資源問(wèn)題突出時(shí)，不失為一種好的解決方案。74LS164為TTL單向8位移位寄存器，可實(shí)現(xiàn)串行輸入，并行輸出。其中DSA、DSB腳為串行數(shù)據(jù)輸入端，2個(gè)引腳按邏輯