基于單片機(jī)的智能冰箱控制器-畢業(yè)論文.doc

更多論文 /fanteral - 1 - 題題 目：目： 智能冰箱控制器智能冰箱控制器 院、部（系）：院、部（系）： 電氣工程系電氣工程系 專專 業(yè)：業(yè)： 電氣自動(dòng)化電氣自動(dòng)化 更多論文 /fanteral - 2 - 摘要 近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)在社會(huì)領(lǐng)域的滲透, 單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時(shí)帶 動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)日新月益更新。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī) 往往是作為一個(gè)核心部件來(lái)使用，僅單片機(jī)方面知識(shí)是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié) 構(gòu)，以及針對(duì)具體應(yīng)用對(duì)象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，以作完善。 電冰箱溫度控制系統(tǒng)是利用溫度傳感器 ds18b20 采集電冰箱冷藏室和冷凍室的溫 度以及蒸發(fā)表面溫度。通過(guò) intel 公司的高效微控制器 mcs-c51 單片機(jī)進(jìn)行數(shù)字信 號(hào)處理，從而達(dá)到智能控制的目的。本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)電冰箱冷藏室和冷凍室的溫度設(shè)置 、電冰箱自動(dòng)除霜、開門報(bào)警等功能。 本設(shè)計(jì)第二章論述了硬件設(shè)計(jì)部分。第三章論述了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)部分。 通過(guò)對(duì)直冷式電冰箱制冷系統(tǒng)的改進(jìn)和采用模糊控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了電冰箱的雙溫 雙控，使電冰箱能根據(jù)使用條件的變化迅速合理地調(diào)節(jié)制冷量，且節(jié)能效果良好。 關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；溫度傳感器；電冰箱；溫度控制 更多論文 /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 更多論文 /fanteral - 4 - 目錄 第一章第一章 緒論緒論.6 1.1 電冰箱的結(jié)構(gòu)和工作原理6 1 .2 智能冰箱控制器的實(shí)現(xiàn)功能6 1.3 家用電冰箱的發(fā)展趨勢(shì)7 第二章第二章 智能冰箱控制器系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)智能冰箱控制器系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).9 2.1 系統(tǒng)硬件方案設(shè)計(jì)9 2.2 硬件電路主要組成10 2.2.1 mcs-51 單片機(jī)硬件介紹.10 2.2.2 mcs-51 單片機(jī)中央處理器.10 2.2.3 mcs-51 單片機(jī)存儲(chǔ)器.10 2.2.4 mcs-51 單片機(jī)中斷系統(tǒng).11 2.2.5 mcs-51 單片機(jī)引腳介紹.11 2.2.6 單片機(jī)的時(shí)鐘及復(fù)位13 2.2.7 時(shí)鐘電路13 2.2.8 基本時(shí)序單位14 2.2.9 復(fù)位電路14 2.2.10 單片機(jī)應(yīng)用16 2.2.11 智能冰箱控制器中使用 89c51 單片機(jī)的說(shuō)明.17 2.3 溫度傳感器 ds18b20 .18 2.3.1 ds18b20 的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu).18 2.3.2 ds18b20 的供電方式選擇.21 2.3.3 智能冰箱控制器中采用 ds18b20 的論證23 2.4 外圍電路設(shè)計(jì)23 2.4.1 供電直流電源23 2.4.2 時(shí)鐘震蕩電路24 2.4.3 復(fù)位電路24 2.4.4 過(guò)、欠電壓檢測(cè)25 2.4.5 開關(guān)檢測(cè)26 2.4.6 報(bào)警器26 2.5 溫度檢測(cè)電路26 2.6 鍵盤與顯示電路27 2.6.1 鍵盤顯示電路27 2.6.2 單片機(jī)與顯示器接口電路28 2.7 執(zhí)行器28 2.8電冰箱主要電器零部件 .29 2.8.1 壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)29 更多論文 /fanteral - 5 - 2.8.2 啟動(dòng)繼電器30 2.8.3 過(guò)載保護(hù)器31 2.8.4 化霜裝置31 2.8.5 電加熱器32 第三章第三章 電冰電冰箱箱控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì).33 3.1 主程序33 3.2 t0 中斷服務(wù)程序.34 3.3 t1 中斷服務(wù)程序.34 3.4 ds18b20 測(cè)溫子程序圖 .36 3.5 程序設(shè)計(jì)36 第四章第四章 結(jié)論結(jié)論.41 結(jié)束語(yǔ)結(jié)束語(yǔ).43 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).44 致謝致謝.46 更多論文 /fanteral - 6 - 第一章第一章 緒論緒論 眾所周知，電冰箱是現(xiàn)代家庭中必不可少的家用電器。而目前我國(guó)市場(chǎng)銷售的冰 箱大多采用傳統(tǒng)的機(jī)械式溫控，其控制精度差，功能單一，控制方式簡(jiǎn)單難以滿足冰 箱發(fā)展的要求。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的進(jìn)一步提高，人們對(duì)多功能的發(fā)展 要求越來(lái)越高。由于單片機(jī)性能好，控制功能強(qiáng)，工作可靠，成本低等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在已 經(jīng)在家電產(chǎn)品中得到了廣泛的應(yīng)用。面臨國(guó)內(nèi)電冰箱發(fā)展的現(xiàn)狀，在技術(shù)上還與其他 發(fā)達(dá)國(guó)家有一定的差距，我們?cè)谠械幕A(chǔ)上對(duì)電冰箱進(jìn)行了一定的改進(jìn)，使其適應(yīng) 當(dāng)代個(gè)性時(shí)尚、節(jié)能環(huán)保、智能高端、精確溫控的發(fā)展方式，使人們體驗(yàn)聞所未聞的 個(gè)性化感受，快捷與原汁原味不再是夢(mèng)想。新一代產(chǎn)品在控制上還增加了人工智能， 使家電性能更優(yōu)異，使用更方便可靠。 本次設(shè)計(jì)基于大量的市場(chǎng)調(diào)查和理論研究。首先，我對(duì)傳統(tǒng)電冰箱控制系統(tǒng)進(jìn)行 了分析。調(diào)查了 10 多個(gè)品牌的電冰箱的控制系統(tǒng)，研究了他們制冷的優(yōu)缺點(diǎn)，吸收了 一些比較好的設(shè)計(jì)思想。其后，我又查閱了大量的資料文獻(xiàn)，其中最多的是國(guó)內(nèi)外最 新發(fā)表的關(guān)于制冷方面的論文，豐富了我們的理論依據(jù)。然后，根據(jù)我擁有的材料用 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電冰箱控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，最后在硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了其軟件設(shè)計(jì)。 1.1 電冰箱的結(jié)構(gòu)和工作原理電冰箱的結(jié)構(gòu)和工作原理 電冰箱由箱體、制冷系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和附件構(gòu)成。在制冷系統(tǒng)中，主要組成有壓 縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器和毛細(xì)管節(jié)流器四部分，自成一個(gè)封閉的循環(huán)系統(tǒng)。其中蒸發(fā) 器安裝在電冰箱內(nèi)部的上方，其它部件安裝在電冰箱的背面。系統(tǒng)里充灌了一種叫 “氟利昂 12（cf2c12,國(guó)際標(biāo)號(hào) r12）“的物質(zhì)作為制冷劑。r12 在蒸發(fā)器里由低壓液 體氣化為氣體，吸收冰箱內(nèi)的熱量，使箱內(nèi)溫度降低。變成氣態(tài)的 r12 被壓縮機(jī)吸入， 靠壓縮機(jī)做功把它壓縮成高溫高壓的氣體，再排入冷凝器。在冷凝器中 r12 不斷向周 圍空間放熱，逐步凝結(jié)成液體。這些高壓液體必須流經(jīng)毛細(xì)管，節(jié)流降壓才能緩慢流 入蒸發(fā)器，維持在蒸發(fā)器里繼續(xù)不斷的氣化，吸熱降溫。就這樣，冰箱利用電能做功， 借助制冷劑 r12 的物態(tài)變化，把箱內(nèi)蒸發(fā)器周圍的熱量搬運(yùn)到箱后冷凝器里去放出， 如此周而復(fù)始不斷地循環(huán)，以達(dá)到制冷的目的。 更多論文 /fanteral - 7 - 1 .2 智能冰箱控制器的實(shí)現(xiàn)功能智能冰箱控制器的實(shí)現(xiàn)功能 這個(gè)由單片機(jī)設(shè)計(jì)的智能冰箱控制器，與傳統(tǒng)的電冰箱相比，在功能上有了很大 的擴(kuò)展，更加人性化，更加方便，真正實(shí)現(xiàn)了智能化的要求。 它的智能化主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 第一，用戶可以通過(guò)控制面板上的按鈕，對(duì)冷凍室的溫度進(jìn)行預(yù)先設(shè)定，而不 必打開冰箱門，電腦能根據(jù)用戶設(shè)定的溫度，控制壓縮機(jī)的開、停，使冷凍室的溫度 達(dá)到設(shè)定的溫度，同時(shí)在控制面板上有數(shù)碼管向用戶顯示冷凍室的實(shí)時(shí)溫度和預(yù)設(shè)的 溫度值。 第二，通過(guò)按鈕轉(zhuǎn)換，數(shù)碼管還可以向用戶顯示冰箱壓縮機(jī)開機(jī)時(shí)間和停機(jī)時(shí)間， 用戶通過(guò)觀察這兩個(gè)計(jì)時(shí)時(shí)間能估計(jì)出實(shí)時(shí)的壓縮機(jī)開機(jī)時(shí)間百分率，了解冰箱的工 作狀況及耗電情況，了解在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中冰箱的性能、效率、能耗變化情況。 第三，該冰箱具有“大腦”功能，能夠根據(jù)自身的“感覺(jué)” ，不斷做出自身的 調(diào)整，如自己控制壓縮機(jī)的啟動(dòng)/停止，以及相應(yīng)的時(shí)間；同時(shí)，它還忠誠(chéng)的響應(yīng)主人 的號(hào)召，時(shí)刻按照主人的要求行事。主人下達(dá)最終的執(zhí)行任務(wù)，它就通過(guò)自身的方式 執(zhí)行，如它的行動(dòng)方向與主人的輸入指令是一致的。 第四，當(dāng)用戶開啟冰箱門之后，未關(guān)嚴(yán)或開門時(shí)間過(guò)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，當(dāng)電冰箱因氟利昂泄漏或壓縮機(jī)等機(jī)械部件性能劣化， 發(fā)生制冷效率下降而使壓縮機(jī)長(zhǎng)時(shí)間開機(jī)連續(xù)超過(guò) 6 小時(shí)以上，發(fā)出 1 報(bào)警，以及冷 凍室溫度下降不下去，高于零下 5 度時(shí)發(fā)出故障 2 報(bào)警。 總而言之，電冰箱使用這個(gè)由單片機(jī)設(shè)計(jì)的冰箱控制器后，用戶再也不用像以前 那樣，對(duì)使用電冰箱的工作狀況，性能好壞漠然無(wú)知，而是通過(guò)電腦對(duì)電冰箱工作狀 況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和顯示，實(shí)時(shí)清楚了解溫度、效率、能耗的情況；它使得一臺(tái)普通的電 冰箱有了“大腦” ，它能夠通過(guò)不斷的檢測(cè)，調(diào)整自己的“行為” ，使之維持在正常的 水平上。當(dāng)自己“生病”時(shí)，便向它的主人發(fā)出病態(tài)信號(hào)，并且給予“治療” 。這個(gè)控 制器真正使得電冰箱智能化，因此，稱之為“智能冰箱控制器” 。 1.3 家用電冰箱的發(fā)展趨勢(shì)家用電冰箱的發(fā)展趨勢(shì) 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(美國(guó)為 13 %) ，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)上的競(jìng)爭(zhēng)力， 與國(guó)際水平接軌，已成為生產(chǎn)企業(yè)的重要任務(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、澳大利亞、臺(tái)灣、香港等國(guó)家和地區(qū) 更多論文 /fanteral - 8 - 也制定或?qū)嵤┝穗姳涞哪苄?biāo)準(zhǔn)。 我國(guó)家用電器節(jié)能技術(shù)也是“九五”國(guó)家重點(diǎn) 技術(shù)開發(fā)指南中的重大關(guān)鍵技術(shù)之一，而且國(guó)家經(jīng)貿(mào)委已正式確定“九五”期間， 節(jié)能與cfcs替代技術(shù)的開發(fā)將作為家用電器行業(yè)參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)、趕超國(guó)際水平的重點(diǎn) 項(xiàng)目。 節(jié)能已成為全球關(guān)心的一大課題。 但由于我國(guó)冰箱工業(yè)發(fā)展較晚，冰箱節(jié)能 技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用與發(fā)達(dá)國(guó)家相比有大的差距，因此我們必須加強(qiáng)和發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù) 交流，參考和借鑒國(guó)外先進(jìn)的節(jié)能經(jīng)驗(yàn)和措施，促進(jìn)我國(guó)冰箱節(jié)能工作的開展。 同時(shí) 政府部門采取傾斜政策鼓勵(lì)企業(yè)進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，大力開展節(jié)能產(chǎn)品認(rèn)證工作，推動(dòng)冰 箱節(jié)能技術(shù)的快速發(fā)展?？傊?，在家電市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的今天，如何在節(jié)能、變頻 等技術(shù)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)，從而引導(dǎo)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。 節(jié)能是世界家電的發(fā)展趨勢(shì)。 更多論文 /fanteral - 9 - 第第二章二章 智能冰箱控制器系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)智能冰箱控制器系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 2.1 系統(tǒng)硬件方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖所示。系統(tǒng)的硬件電路由 80c51 單片機(jī)、溫度傳感器 ds18b20、復(fù)位電路、直流電源供電電路、鍵盤、顯示電路、電壓檢測(cè)和報(bào)警電路等組 成。 圖 2-1 應(yīng)用89c51單片機(jī)控制電冰箱的原理框圖如圖2-1，mcs51單片機(jī)的典型芯片是 89c51，其內(nèi)部基本組成為：一個(gè)8位的中央處理器（cpu），256byte片內(nèi)ram單元， 4kbyte掩膜式rom，2個(gè)16位的定時(shí)器計(jì)數(shù)器，四個(gè)8位的并行io口 （p0，p1，p2，p3），一個(gè)全雙工串行口5個(gè)中斷源，一個(gè)片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘發(fā)生電路。 其中2路溫度輸入p1.0和p3.0，一路狀態(tài)電平輸入p2.0，三路鍵盤輸入 p0.2、p2.1、p2.5；其中故障報(bào)警和冷藏室溫度t2公用一個(gè)端口p0.0. 采用溫度傳感器dsi8b20測(cè)得冷凍室溫度t1，通過(guò)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(guò)控制版面的按鍵輸入某一冷凍室溫度設(shè)定值（電冰箱出廠時(shí) 更多論文 /fanteral - 10 - 候，已經(jīng)輸入了 一個(gè)比較合適的溫度值，或叫做隱含值），這個(gè)設(shè)定的溫度值由單片 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，如下：t1t 設(shè)+8？即冷凍室溫度是否比設(shè)定的溫度高8度，若是的話，單片機(jī)p2.0口輸出高電平， 使得vt1飽和導(dǎo)通，繼電器k1吸合，壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，電冰箱開始制冷過(guò)程。若比較結(jié)果是 否定的，則壓縮機(jī)保持原來(lái)狀態(tài)不變，這里會(huì)有2種情況：一種是壓縮機(jī)在開機(jī)后使冷 凍室溫度t1降下來(lái)，使得t1不再大于t設(shè)+8的情況，這也需要保持壓縮機(jī)繼續(xù)停機(jī)。程 序設(shè)計(jì)必須考慮對(duì)于非變頻式壓縮機(jī)（即活塞式、玄片式等開停式溫控器型），為避 免壓縮機(jī)的頻繁啟動(dòng)/停止，而規(guī)定的大約8c范圍內(nèi)，是上升還是下降進(jìn)入兩種不同 情形時(shí)壓縮機(jī)應(yīng)有的狀態(tài)。 壓縮機(jī)運(yùn)行后，冷凍室溫度不斷下降，控溫程序?qū)?duì)t1t設(shè)繼續(xù)進(jìn)行比較，當(dāng)冷 凍室溫度t1降至設(shè)定溫度以下時(shí)，單片機(jī)p2.0口輸出低電平，繼電器k1釋放，控制壓 縮機(jī)停機(jī)，若比較結(jié)果是否定的，則保持壓縮機(jī)開機(jī)狀態(tài)不變。 只要壓縮機(jī)一運(yùn)轉(zhuǎn)，單片機(jī)就對(duì)壓縮機(jī)開機(jī)進(jìn)行計(jì)時(shí)，當(dāng)壓縮機(jī)開機(jī)時(shí)間達(dá)到10 小時(shí)后，主程序使p2.0口變成低電平，壓縮機(jī)停機(jī)，同時(shí)p1.2口送出高電平，使得vt2 飽和導(dǎo)通，繼電器k2吸合，化霜加熱器接通市電220v，化霜開始?；^(guò)程的結(jié)束是 由蒸發(fā)器表面的溫度t3來(lái)決定的，當(dāng)結(jié)霜融化，蒸發(fā)器表面溫度t3ds18b20的單線輸入 單片機(jī)的p.0口，溫度存入單片機(jī)，該溫度值與化霜結(jié)束溫度值13度進(jìn)行比較，t3大于 等于13度？若果結(jié)果是肯定，則執(zhí)行兩個(gè)動(dòng)作，一是p2.0回復(fù)低低電平，使化霜繼電 器k2釋放，化霜電熱器斷電。二是將壓縮機(jī)開機(jī)累計(jì)時(shí)間清零，為下一個(gè)化霜控制周 期做好準(zhǔn)備！ 2.2 硬件電路主要組成硬件電路主要組成 2.2.1 mcs-51 單片機(jī)硬件介紹單片機(jī)硬件介紹 單片機(jī)主要組成部分分為中央處理器(cpu)、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器-內(nèi)部ram、內(nèi)部程 序存儲(chǔ)器-內(nèi)部rom、i/o端口、串行口、定時(shí)器、終端程序系統(tǒng)。 2.2.2 mcs-51 單片機(jī)中央處理器單片機(jī)中央處理器 單片機(jī)的內(nèi)部最核心的部分是cpu，它是單片機(jī)的大腦和心臟。cpu的主要功能是 產(chǎn)生各種控制信號(hào)、以控制存儲(chǔ)器、輸入/輸出端口的數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算和邏 輯運(yùn)算以及位操作處理等。它的功能可分為運(yùn)算器和控制器兩種。 更多論文 /fanteral - 11 - 2.2.3 mcs-51 單片機(jī)存儲(chǔ)器單片機(jī)存儲(chǔ)器 89c51單片機(jī)中共有256個(gè)ram單元，包括低128個(gè)單元(地址為00h 7fh)的內(nèi)部 ram區(qū)和高128位(地址為80h ffh)的特殊功能寄存器區(qū)。 89c51單片機(jī)還有4kb的內(nèi)部rom，用于存放程序或表格，稱為程序存儲(chǔ)器。 2.2.4 mcs-51 單片機(jī)中斷系統(tǒng)單片機(jī)中斷系統(tǒng) 89c51單片機(jī)的中斷功能比較強(qiáng)，有5個(gè)中斷元，即外部中斷2個(gè)，定時(shí)器中斷2個(gè)， 串行中斷1個(gè)，有2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)。中斷控制電路主要包括用于中斷控制的四個(gè)寄存器: 定時(shí)器控制寄存器tcon，串行口控制寄存器scon，中斷允許控制寄存器ie，中斷優(yōu)先 級(jí)控制寄存器ip等。 2.2.5 mcs-51 單片機(jī)引腳介紹單片機(jī)引腳介紹 mcs-51系列單片機(jī)采用40引腳雙列直插式封裝(dip)，4個(gè)并行口共有32根引腳， 可分別作為地址線、數(shù)據(jù)線和i/o線；2根電源線；2根時(shí)鐘震蕩電路引腳和4根控制線。 mcs-51單片機(jī)是高性能單片機(jī)，因?yàn)槭芤_數(shù)目的限制，所以有許多引腳具有第二功 能，以89c51芯片為例，說(shuō)明各引腳功能如下： 更多論文 /fanteral - 12 - 圖 2-2 89c51引腳圖 (1)電源引腳vcc和vss vss：接地端。 vcc：芯片+5v電源端。 (2)時(shí)鐘信號(hào)引腳xtal1和xtal2 xtal1、xtal2：當(dāng)使用單片機(jī)內(nèi)部震蕩電路時(shí)，用來(lái)外接石英晶體和微調(diào)電容， xtal1是片內(nèi)震蕩電路反相放大器的輸入端，xtal2是片內(nèi)震蕩電路反相放大器的輸出 端，震蕩電路的頻率就是晶體的固有頻率。當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，xtal1接地，xtal2接 外部時(shí)鐘信號(hào)源。 (3)控制信號(hào)引腳rst/vpd、ale/error!error!、error!error!和error!error!/vpp rst/vpd：rst是復(fù)位信號(hào)輸入端。當(dāng)輸入的復(fù)位信號(hào)保持兩個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)時(shí)鐘 周期)以上的高電平時(shí)有效，用來(lái)完成復(fù)位操作；第二功能vpd作為備用電源輸入端，當(dāng) 主電源vcc發(fā)生故障，電壓降低到低電平規(guī)定值時(shí)，可通過(guò)vpd為單片機(jī)內(nèi)部ram提供電 源，以保護(hù)片內(nèi)ram中的信息不丟失，使系統(tǒng)在上電后能繼續(xù)正常運(yùn)行。 ale/error!error!:ale為地址鎖存允許輸出信號(hào)。在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ale用來(lái)鎖存p0 口擴(kuò)展低8位地址的控制信號(hào)。在不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ale也以時(shí)鐘震蕩頻率的1/6的 固定頻率輸出，因而它又可用作對(duì)外輸出時(shí)鐘信號(hào)或其他需要，例如可以用示波器查 看ale是否有脈沖信號(hào)輸出來(lái)確定89c51芯片的好壞；第二功能error!error!是對(duì)內(nèi)部有eprom 的單片機(jī)的eprom編程時(shí)編程脈沖輸入端，它和31號(hào)引腳的第二功能vpp一起使用。 error!error!:外部rom的讀選通信號(hào)輸出端。在訪問(wèn)外部rom時(shí)，error!error!產(chǎn)生負(fù)脈沖作為讀 外部rom的選通信號(hào)。而在訪問(wèn)外部ram或片內(nèi)rom時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生有效error!error!信號(hào)。 error!error!/vpp:error!error!是訪問(wèn)外部rom的控制信號(hào)。當(dāng)error!error!為低電平時(shí)，cpu只執(zhí)行外部 rom中的程序。當(dāng)error!error!為高電平且pc值小于0fff(4k)時(shí)，cpu執(zhí)行內(nèi)部rom的程序，但 當(dāng)pc的值超出4k時(shí)將自動(dòng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行片外rom的程序。對(duì)于無(wú)片內(nèi)rom的8031或不使用內(nèi) 部rom的89c51，需外擴(kuò)eprom，此時(shí)error!error!必須接地；第二種功能vpp是對(duì)8751的片內(nèi) eprom的+21v編程電源輸入端。 (4)并行i/o端口p0、p1、p2和p3 p0口(p0.0 p0.7)：p0口是一個(gè)8位雙向i/o端口(需外接上拉電阻)。在訪問(wèn)外部 存儲(chǔ)器時(shí)，分時(shí)提供低8位地址線和8位雙向數(shù)據(jù)線。p0口先輸出片外存儲(chǔ)器的低8位地 址并鎖存在地址鎖存器中，然后再輸入或輸出數(shù)據(jù)。 p1口(p1.0 p1.7)：p1口是一個(gè)內(nèi)部帶有上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向i/o端口。p1口只 更多論文 /fanteral - 13 - 能作為一般i/o口使用。 p2口(p2.0 p2.7)：p2口是一個(gè)內(nèi)部帶有上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向i/o端口。在訪問(wèn) 外部rom或外部ram時(shí)，輸出高8位地址，與p0口提供的低8位地址一起組成16位地址總 線。p0口和p2口用做數(shù)據(jù)/地址線后，不能在作為通用i/o口使用。 p3 口(p3.0 p3.7)：p3 口是一個(gè)內(nèi)部帶上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 i/o 端口，在系 統(tǒng)中 8 個(gè)引腳都有各自的第二功能。 2.2.6 單片機(jī)的時(shí)鐘及復(fù)位單片機(jī)的時(shí)鐘及復(fù)位 單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來(lái)提供單片機(jī)片內(nèi)各種微操作的時(shí)間基準(zhǔn)，復(fù)位操作則使單 片機(jī)的片內(nèi)電路初始化，使單片機(jī)從一種確定的初態(tài)開始運(yùn)行。 2.2.7 時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路 80c51 單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式 。在引腳 xtal1 和 xtal2 外接晶體振蕩器(簡(jiǎn)稱晶振)或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了內(nèi)部振 蕩方式。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振 蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。內(nèi)部振蕩方式的外部電路如圖 2-2 所示。圖中，電容器 c01 ，c02 起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，其電容值一般在 5-30pf。晶振頻率的典型 值為 12mh2，采用 6mhz 的情況也比較多。內(nèi)部振蕩方式所得的時(shí)鐘信號(hào)比較穩(wěn)定，實(shí) 用電路中使用較多。 外部振蕩方式是把外部已有的時(shí)鐘信號(hào)引入單片機(jī)內(nèi)。這種方式適宜用來(lái)使單片 機(jī)的時(shí)鐘與外部信號(hào)保持同步。外部振蕩方式的外部電路如圖 2-2 所示。 更多論文 /fanteral - 14 - 圖2-2 震蕩電路圖 由上圖可見，外部振蕩信號(hào)由 xtal2 引入，xtal1 接地。為了提高輸入電路的驅(qū)勸能 力，通常使外部信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)帶有上拉電阻的 ttl 反相門后接入 xtal2。 2.2.8 基本時(shí)序單位基本時(shí)序單位 單片機(jī)以晶體振蕩器的振蕩周期(或外部引入的時(shí)鐘周期)為最小的時(shí)序單位，片 內(nèi)的各種微操作都以此周期為時(shí)序基準(zhǔn)。 振蕩頻率二分頻后形成狀態(tài)周期或稱 s 周期，所以，1 個(gè)狀態(tài)周期包含有 2 個(gè)振蕩 周期。振蕩頻率 foscl2 分頻后形成機(jī)器周期 mc。所以，1 個(gè)機(jī)器周期包含有 6 個(gè)狀態(tài) 周期或 12 個(gè)振蕩周期。1 個(gè)到 4 個(gè)機(jī)器周期確定一條指令的執(zhí)行時(shí)間，這個(gè)時(shí)間就是 指令周期。8031 單片機(jī)指令系統(tǒng)中，各條指令的執(zhí)行時(shí)間都在 1 個(gè)到 4 個(gè)機(jī)器周期之 間。 4 種時(shí)序單位中，振蕩周期和機(jī)器周期是單片機(jī)內(nèi)計(jì)算其它時(shí)間值(例如，波特率、 定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間等)的基本時(shí)序單位。下面是單片機(jī)外接晶振頻率 12mhz 時(shí)的各種 時(shí)序單位的大小： 狀態(tài)周期f mhzfosc 0167 . 0 12 22 機(jī)器周期f mhzfosc 1 12 1212 指令周期=（14）機(jī)器周期=（14） f 振蕩周期1/fosc=1/12mhz=0.0833s 2.2.9 復(fù)位電路復(fù)位電路 當(dāng) mcs-5l 系列單片機(jī)的復(fù)位引腳 rst(全稱 reset)出現(xiàn) 2 個(gè)機(jī)器周期以上的高電 平時(shí)，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。如果 rst 持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài) 。 更多論文 /fanteral - 15 - 根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和上電或開關(guān)復(fù)位。 上電復(fù)位要求接通電源后，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。常用的上電復(fù)位電路如下圖 a 中左圖 所示。圖中電容 c1 和電阻 r1 對(duì)電源+5v 來(lái)說(shuō)構(gòu)成微分電路。上電后，保持 rst 一段高 電平時(shí)間，由于單片機(jī)內(nèi)的等效電阻的作用，不用圖中電阻 r1，也能達(dá)到上電復(fù)位的 操作功能，如下圖(a)中右圖所示。 上電或開關(guān)復(fù)位要求電源接通后，單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位，并且在單片機(jī)運(yùn)行期間，用 開關(guān)操作也能使單片機(jī)復(fù)位。常用的上電或開關(guān)復(fù)位電路如下圖(b)所示。上電后，由 于電容 c3 的充電和反相門的作用，使 rst 持續(xù)一段時(shí)間的高電平。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行 當(dāng)中時(shí)，按下復(fù)位鍵 k 后松開，也能使 rst 為一段時(shí)間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)上電或開 關(guān)復(fù)位的操作。 根據(jù)實(shí)際操作的經(jīng)驗(yàn)，下面給出這兩種復(fù)位電路的電容、電阻參考值。 下圖(a)中：cl10-30uf，r11k 下圖(b)中：c：1uf，rllk，r210k 圖2-3 單片機(jī)復(fù)位電路圖 單片機(jī)復(fù)位后的狀態(tài)：?jiǎn)纹瑱C(jī)的復(fù)位操作使單片機(jī)進(jìn)入初始化狀態(tài)，其中包括使 程序計(jì)數(shù)器 pc0000h，這表明程序從 0000h 地址單元開始執(zhí)行。單片機(jī)冷啟動(dòng)后，片 內(nèi) ram 為隨機(jī)值，運(yùn)行中的復(fù)位操作不改變片內(nèi) ram 區(qū)中的內(nèi)容，21 個(gè)特殊功能寄存 器復(fù)位后的狀態(tài)為確定值。 更多論文 /fanteral - 16 - 值得指出的是，記住一些特殊功能寄存器復(fù)位后的主要狀態(tài)，對(duì)于了解單片機(jī)的 初態(tài)，減少應(yīng)用程序中的初始化部分是十分必要的。 說(shuō)明：表中符號(hào)*為隨機(jī)狀態(tài)； a00h，表明累加器已被清零； 特殊功能寄存器 初始狀態(tài) 特殊功能寄存器 初始狀態(tài) 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，表明選寄存器 0 組為工作寄存器組； sp07h，表明堆棧指針指向片內(nèi) ram 07h 字節(jié)單元，根據(jù)堆棧操作的先加后壓法 則，第一個(gè)被壓入的內(nèi)容寫入到 08h 單元中； po-p3ffh，表明已向各端口線寫入 1，此時(shí)，各端口既可用于輸入又可用于輸出； ip00000b，表明各個(gè)中斷源處于低優(yōu)先級(jí)； ie000000b，表明各個(gè)中斷均被關(guān)斷； 系統(tǒng)復(fù)位是任何微機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行的第一步，使整個(gè)控制芯片回到默認(rèn)的硬件狀態(tài)下 。51 單片機(jī)的復(fù)位是由 reset 引腳來(lái)控制的，此引腳與高電平相接超過(guò) 24 個(gè)振蕩周期 后，51 單片機(jī)即進(jìn)入芯片內(nèi)部復(fù)位狀態(tài)，而且一直在此狀態(tài)下等待，直到 reset 引腳 轉(zhuǎn)為低電平后，才檢查 ea 引腳是高電平或低電平，若為高電平則執(zhí)行芯片內(nèi)部的程序 代碼，若為低電平便會(huì)執(zhí)行外部程序。 51 單片機(jī)在系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，將其內(nèi)部的一些重要寄存器設(shè)置為特定的值，至于內(nèi)部 ram 內(nèi)部的數(shù)據(jù)則不變。 更多論文 /fanteral - 17 - 2.2.10 單片機(jī)應(yīng)用單片機(jī)應(yīng)用 (1)工業(yè)控制 單片機(jī)廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，無(wú)論是數(shù)據(jù)采集、過(guò)程 控制、生產(chǎn)線上的機(jī)器人系統(tǒng)，都是用單片機(jī)作為控制器。自動(dòng)化能使工業(yè)系統(tǒng)處于 最佳工作狀態(tài)、提高經(jīng)濟(jì)效益、改善產(chǎn)品質(zhì)量和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。因此，單片機(jī)技術(shù)廣 泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、石油、化工、紡織、食品等工業(yè)領(lǐng)域。 (2)智能化儀器儀表 在各種儀器儀表中引入單片機(jī)，使儀器儀表智能化、數(shù)字化、 自動(dòng)化，提高測(cè)試精度和準(zhǔn)確度，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，減少體積及重量，提高其性能價(jià)格比。 例如：智能儀器、醫(yī)療器械、數(shù)字示波器等。 (3)智能家電 家電產(chǎn)品智能化程度的進(jìn)一步提高就需要有單片機(jī)的參與，例如“微 電腦控制”的洗衣機(jī)、電冰箱、微波爐、空調(diào)機(jī)、電視機(jī)、音響設(shè)備等，這里的微電 腦實(shí)際上就是“單片機(jī)”。 (4)信息與通信技術(shù) 圖形終端機(jī)、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)、調(diào)制解調(diào)器、聲響處理器、數(shù) 字濾波器等。 2.2.11 智能冰箱控制器中使用智能冰箱控制器中使用 89c51 單片機(jī)的說(shuō)明單片機(jī)的說(shuō)明 在我設(shè)計(jì)的這個(gè)智能冰箱控制器中，我使用的是intel的51系列，由于產(chǎn)品硬件結(jié) 構(gòu)合理，指令系統(tǒng)規(guī)范，加之生產(chǎn)歷史“悠久”，有先入為主的優(yōu)勢(shì)。 （1）51系列優(yōu)點(diǎn)之一是它從內(nèi)部的硬件到軟件有一套完整的按位操作系統(tǒng)，稱作位 處理器，或布爾處理器。它的處理對(duì)象不是字或字節(jié)而是位。它不光能對(duì)片內(nèi)某些特 殊功能寄存器的某位進(jìn)行處理，如傳送、置位、清零、測(cè)試等，還能進(jìn)行位的邏輯運(yùn) 算，其功能十分完備，使用起來(lái)得心應(yīng)手。雖然其他種類的單片機(jī)也具有位處理功能， 但能進(jìn)行位邏輯運(yùn)算的實(shí)屬少見。51系列在片內(nèi)ram區(qū)間還特別開辟了一個(gè)雙重功能的 地址區(qū)間，十六個(gè)字節(jié)，單元地址20h2fh，它既可作字節(jié)處理，也可作位處理（作 位處理時(shí)，合128個(gè)位，相應(yīng)位地址為00h7fh），使用極為靈活。這一功能無(wú)疑給使 用者提供了極大的方便，因?yàn)橐粋€(gè)較復(fù)雜的程序在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)遇到很多分支，因而 需建立很多標(biāo)志位，在運(yùn)行過(guò)程中，需要對(duì)有關(guān)的標(biāo)志位進(jìn)行置位、清零或檢測(cè)，以 確定程序的運(yùn)行方向。而實(shí)施這一處理（包括前面所有的位功能），只需用一條位操 作指令即可。 （2）51系列的i/o腳的設(shè)置和使用非常簡(jiǎn)單，當(dāng)該腳作輸入腳使用時(shí)，只須將該腳 設(shè)置為高電平（復(fù)位時(shí)，各i/o口均置高電平）。當(dāng)該腳作輸出腳使用時(shí)，則為高電平 或低電平均可。低電平時(shí)，吸入電流可達(dá)20ma，具有一定的驅(qū)動(dòng)能力；而為高電平時(shí)， 更多論文 /fanteral - 18 - 輸出電流僅數(shù)十a(chǎn)甚至更?。娏鲗?shí)際上是由腳的上拉電流形成的），基本上沒(méi)有驅(qū) 動(dòng)能力。其原因是高電平時(shí)該腳也同時(shí)作輸入腳使用，而輸入腳必須具有高的輸入阻 抗，因而上拉的電流必須很小才行。作輸出腳使用，欲進(jìn)行高電平驅(qū)動(dòng)時(shí)，得利用外 電路來(lái)實(shí)現(xiàn)（見附圖），i/o腳不通，電流經(jīng)r驅(qū)動(dòng)led發(fā)光；低電平時(shí)，i/o腳導(dǎo)通， 電流由該腳入地，led滅（i/o腳導(dǎo)通時(shí)對(duì)地的電壓降小于1v，led的域值1.51.8v）。 2.3 溫度傳感器溫度傳感器 ds18b20 溫度傳感器是本系統(tǒng)不可或缺的元件，其性能的好壞直接影響系統(tǒng)的性能，因此溫 度傳感器采用dallas公司生產(chǎn)的高性能數(shù)字溫度傳感器ds18b20 。 數(shù)字溫度傳感器ds18b20的原理與應(yīng)用 ： ds18b20是dallas公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器,具有3引腳to92小體積封裝形 式;溫度測(cè)量范圍為55125,可編程為9位12位a/d轉(zhuǎn)換精度,測(cè)溫分辨率可 達(dá)0.0625,被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出;其工作電源既可在遠(yuǎn)端 引入,也可采用寄生電源方式產(chǎn)生;多個(gè)ds18b20可以并聯(lián)到3根或2根線上,cpu只需一根 端口線就能與諸多ds18b20通信,占用微處理器的端口較少,可節(jié)省大量的引線和邏輯電 路。以上特點(diǎn)使ds18b20非常適用于遠(yuǎn)距離多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)。 2.3.1 ds18b20 的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu) 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。ds18b20的管腳排列如下: 更多論文 /fanteral - 19 - 圖 2-3-1（1）ds18b20 外形圖 引腳定義： (1) dq 為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端； (2) gnd 為電源地； (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）。 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 2-3-2 ds18b20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 ds18b20 有 4 個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件： （1）光刻 rom 中的 64 位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是該 ds18b20 的地址序列碼。64 位光刻 rom 的排列是：開始 8 位（28h）是產(chǎn)品類型標(biāo)號(hào)，接著的 48 位是該 ds18b20 自身的序列號(hào)，最后 8 位是前面 56 位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼 （crc=x8+x5+x4+1）。光刻 rom 的作用是使每一個(gè) ds18b20 都各不相同，這樣就可以 實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè) ds18b20 的目的。 （2） ds18b20 中的溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測(cè)量，以 12 位轉(zhuǎn)化為例：用 16 位 符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以 0.0625/lsb 形式表達(dá)，其中 s 為符號(hào)位。 表 2-3-3 ds18b20 溫度值格式表 這是 12 位轉(zhuǎn)化后得到的 12 位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在 18b20 的兩個(gè) 8 比特的 ram 中，二進(jìn)制中 的前面 5 位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于 0，這 5 位為 0，只要將測(cè)到的數(shù)值乘于 0. 更多論文 /fanteral - 20 - 0625 即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于 0，這 5 位為 1，測(cè)到的數(shù)值需要取反加 1 再乘 于 0.0625 即可得到實(shí)際溫度。 例如+125的數(shù)字輸出為 07d0h，+25.0625的數(shù)字輸出為 0191h，-25.0625的數(shù)字 輸出為 ff6fh，-55的數(shù)字輸出為 fc90h。 表 2-3-4 ds18b20 溫度數(shù)據(jù)表 （3）ds18b20 溫度傳感器的存儲(chǔ)器 ds18b20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存 ram 和一個(gè)非易失性的可電擦除的 eepram,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器 th、tl 和結(jié)構(gòu)寄存器。 （4）配置寄存器 該字節(jié)各位的意義如下： 表 2-3-5 配置寄存器結(jié)構(gòu) tmr1r011111 低五位一直都是 1 ，tm 是測(cè)試模式位，用于設(shè)置 ds18b20 在工作模式還是在測(cè) 試模式。在 ds18b20 出廠時(shí)該位被設(shè)置為 0，用戶不要去改動(dòng)。r1 和 r0 用來(lái)設(shè)置分辨 率，如下表所示：（ds18b20 出廠時(shí)被設(shè)置為 12 位） 分辨率設(shè)置表： 更多論文 /fanteral - 21 - 表 2-3-6 溫度值分辨率設(shè)置表 r1r0 分辨率 溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí) 間 00 9 位 93.75ms 01 10 位 187.5ms 10 11 位 375ms 11 12 位 750ms 2.3.2 ds18b20 的供電方式選擇的供電方式選擇 如下面圖 3-4 所示，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(méi)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 要想使 ds18b20 進(jìn)行精確的 溫度轉(zhuǎn)換，i/o 線必須保證在溫度轉(zhuǎn)換期間提供足夠的能量，由于每個(gè) ds18b20 在溫度 轉(zhuǎn)換期間工作電流達(dá)到 1ma，當(dāng)幾個(gè)溫度傳感器掛在同一根 i/o 線上進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫時(shí)， 只靠 4.7k 上拉電阻就無(wú)法提供足夠的能量，會(huì)造成無(wú)法轉(zhuǎn)換溫度或溫度誤差極大。 因此，圖 3-4 電路只適應(yīng)于單一溫度傳感器測(cè)溫情況下使用，不適宜采用電池供電 系統(tǒng)中。并且工作電源 vcc 必須保證在 5v，當(dāng)電源電壓下降時(shí)，寄生電源能夠汲取的 能量也降低，會(huì)使溫度誤差變大。 更多論文 /fanteral - 22 - 圖 2-3-2 在外部電源供電方式下，ds18b20 工作電源由 vdd 引腳接入，此時(shí) i/o 線不需要強(qiáng) 上拉，不存在電源電流不足的問(wèn)題，可以保證轉(zhuǎn)換精度，同時(shí)在總線上理論可以掛接 任意多個(gè) ds18b20 傳感器，組成多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)。注意：在外部供電的方式下，ds18b20 的 gnd 引腳不能懸空，否則不能轉(zhuǎn)換溫度，讀取的溫度總是 85。 更多論文 /fanteral - 23 - 圖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 的論證的論證 ds18b20溫度傳感器以其極高的性價(jià)比在溫度測(cè)量系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，在家 電的溫度控制中應(yīng)用也極為廣泛。在這個(gè)設(shè)計(jì)的智能冰箱控制器中，要求對(duì)冷凍室的 溫度、蒸發(fā)器表面溫度、冷藏室溫度進(jìn)行測(cè)量。若采用傳統(tǒng)的測(cè)溫器件，如熱電阻、 熱電偶、熱敏電阻、pn結(jié)等，伴隨而來(lái)的是相應(yīng)的補(bǔ)償校正電路、放大電路等一系列 電路，不僅硬件開銷巨大，而且調(diào)試起來(lái)相當(dāng)?shù)睦щy，即便如此，測(cè)量效果仍然不盡 人意。而且，一旦要求精確測(cè)量和精確控制，采用以上這些模擬器幾乎不可能實(shí)現(xiàn)。 因此因該盡可能的使用集成器件，而ds18b20作為其中的杰出代表，無(wú)論從硬件上還是 從軟件上，都使溫度測(cè)量得到了極大的簡(jiǎn)化，首先，它采用單線與單片機(jī)直接進(jìn)行通 信，無(wú)需任何外部器件，簡(jiǎn)單易行；另外，精度夠高，誤差在-5度-+5度間，分辨率最 大可達(dá)0.0625度，可以說(shuō)，幾乎能滿足在其測(cè)量范圍內(nèi)的任何精度要求；還有一個(gè)特 別值得稱道的優(yōu)點(diǎn)，那就是它的負(fù)電壓特性和寬供電范圍，即當(dāng)電源極性接反時(shí)，溫 度計(jì)也不會(huì)因?yàn)榘l(fā)熱而燒毀，只是不能正常工作而已，還有，它的電壓供電范圍是 3.0v-5.0v，即使電壓有所波動(dòng)，也不會(huì)影響正常工作；另外，ds18b20價(jià)格便宜，使 用期限長(zhǎng)，而且極易采購(gòu)，可以說(shuō)，采用ds18b20進(jìn)行溫度測(cè)量絕對(duì)是明智的選擇。 dis18b20的測(cè)量范圍-55度-+125度，用在這個(gè)設(shè)計(jì)的智能冰箱控制器中，完全可以滿 足要求。 綜上所述，采用ds18b20溫度傳感器用于溫度測(cè)量，實(shí)為最佳選擇。 2.4 外圍電路設(shè)計(jì)外圍電路設(shè)計(jì) 2.4.1 供電直流電源供電直流電源 更多論文 /fanteral - 24 - 圖2-4-1 直流電源圖 89c51芯片的vcc、p3.4拐腳和復(fù)位電壓、都是為+5v供電電壓的輸入端，該電壓的獲 得如上圖2-4-1所示。 整流濾波后得到的直流輸入電壓u1接在輸入端和公共端之間，在輸出端即可得到穩(wěn) 定的輸出電壓u0。為了改善紋波電壓，常在輸入端接入電容c1，一般c1的電容為 0.33uf。同時(shí)在輸出端接上電容c0，以改善負(fù)載的瞬時(shí)響應(yīng)，c0的電容一般為0.1uf。 2.4.2 時(shí)鐘震蕩電路時(shí)鐘震蕩電路 該電路由89c51的xtal1和xtal2腳內(nèi)電路及外接的晶體和外接電容等組成。震蕩電 路產(chǎn)生的震蕩信號(hào)提供給微電腦電路作為時(shí)基信號(hào)。震蕩電路的震蕩頻率為6mhz，由 晶體震蕩頻率確定。 圖2-4-2 2.4.3 復(fù)位電路復(fù)位電路 89c51的rst腳為復(fù)位信號(hào)輸入端，低電平復(fù)位，在每次開機(jī)時(shí)進(jìn)行復(fù)位，然后在 +5v的高電平進(jìn)入工作狀態(tài)。10us電容用于使芯片在反復(fù)上電的情況下得到可靠復(fù)位。 更多論文 /fanteral - 25 - 圖2-4-3 2.4.4 過(guò)、欠電壓檢測(cè)過(guò)、欠電壓檢測(cè) 本電壓檢測(cè)是利用 tl431 的轉(zhuǎn)移特性，組成實(shí)用電壓監(jiān)視器。當(dāng)電壓處于上下限 電壓之間，led 電量，上下限電壓分別為（1+r1/r2）vref 和（1+r3/r4）vref。 更多論文 /fanteral - 26 - 圖2-4-4 2.4.5 開關(guān)檢測(cè)開關(guān)檢測(cè) 開關(guān)狀態(tài)的檢測(cè)電路由門開關(guān)和 led 發(fā)光二極管組成。開門時(shí)，觸點(diǎn) a 接通 89c51 的 p1.0 位高電平；關(guān)門時(shí)，觸點(diǎn) b 接通，p1.0 為低電平。軟件通過(guò)對(duì) p1.0 查詢來(lái)分 析門的開閉，并計(jì)時(shí)開門狀態(tài)的時(shí)間。當(dāng)開門時(shí)間超過(guò) 2min 則自動(dòng)報(bào)警以防忘記關(guān)門。 2.4.6 報(bào)警器報(bào)警器 圖2-4-6 當(dāng)出現(xiàn)電源過(guò)欠壓、溫度超限失控、開門超時(shí)等情況時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)生報(bào)警，并 顯示報(bào)警原因。 2.5 溫度檢測(cè)電路溫度檢測(cè)電路 溫度傳感器如圖 2.5.1 所示。冷藏室溫度 t2，冷凍室溫度 t1 溫度蒸發(fā)器表面溫度 t3 均由 ds18b20 溫度傳感器獲得。采用 ds18b20 較普通傳感器有諸多優(yōu)點(diǎn)，這在前面 已經(jīng)介紹過(guò)。最主要的是它省去了大量的硬件電路，避免了太多的調(diào)試問(wèn)題，而且精 度高，響應(yīng)迅速，實(shí)在是上上之舉。它通過(guò)單數(shù)據(jù)線 dq 與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，簡(jiǎn)單、 可靠、易行。 更多論文 /fanteral - 27 - 圖2-5-1 2.6 鍵盤與顯示電路鍵盤與顯示電路 2.6.1 鍵盤顯示電路鍵盤顯示電路 更多論文 /fanteral - 28 - 2.6.2 單片機(jī)與顯示器接口電路單片機(jī)與顯示器接口電路 本顯示電路采用 wgm-12832 芯片，at89s51 和液晶 wg