毕业设计（论文）-单片机电冰箱控制器设计.doc

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1、武汉理工大学毕业设计 I 目目 录录 摘要.III ABSTRACT.IV 1 绪论绪论.1 1.1 电冰箱的系统组成.1 1.2 工作原理.2 1.3 本系统采用单片机控制的电冰箱主要功能及要求.2 2 硬件设计硬件设计.3 2.1 系统结构图.3 2.2 微处理器（单片机）.3 2.2.1 性能介绍.3 2.2.2 主要特性.4 2.2.3 管脚说明.4 2.2.4 振荡器特性.6 2.2.5 芯片擦除.6 2.2.6 运算器.6 2.2.7 中断系统.7 2.3 温度传感器.7 2.3.1 引脚功能.7 2.3.2 内部结构.8 2.3.3 测温原理.9 2.3.4 DS18B20与单片

2、机的接口10 2.4 A/D 转换器10 2.4.1 主要特性.10 2.4.2 内部结构.11 2.4.3 引脚功能.11 2.4.4 工作过程.12 2.4.5 ADC0809与单片机的接口.12 2.5 功能按键.13 2.5.1 结构特点.13 2.5.2 功能按键与单片机的接口.14 2.6 显示电路.14 2.6.1 七段数字显示器.15 2.6.2 七段显示译码器.15 2.6.3 显示方式.17 2.6.4 显示电路与单片机的接口.17 2.7 除霜电路.18 2.8 电源电压检测电路.18 2.9 压缩机，电热丝控制电路.19 2.10 故障报警电路.20 2.11 其余外围

3、电路.20 武汉理工大学毕业设计 II 2.12 硬件的总体设计图.21 3 软件设计软件设计.22 3.1 主程序：MAIN22 3.2 初始化子程序：INTI1.25 3.3 温度转换及读取子程序：GETWD25 3.4 键盘扫描子程序：KEY 27 3.5 数据转换子程序：DATA_CH30 3.6 显示子程序：DISP31 3.7 打开压缩机子程序：OPEN32 3.8 关闭压缩机子程序：CLOSE33 3.9 定时器 0 中断程序：用于压缩机延时.33 3.10 延时子程序.34 4 分析与结论分析与结论35 致 谢 .36 参考文献 .37 附录 程序清单 .38 武汉理工大学毕业

4、设计 III 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，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。 本文在第一章介绍了电冰箱的系

5、统组成及工作原理，第二章论述了本控制 系统的硬件设计部分。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。 关键词关键词：单片机；温度传感器；电冰箱；温度控制 武汉理工大学毕业设计 IV Abstract With the infiltration in the social field of the computer in recent years, th e application of the one-chip computer is moving towa

6、rds deepening constantly, drive tradition is it measure crescent benefit to upgrade day to control at the s ame time. In measuring in real time and automatically controlled one-chip com puter application system, the one-chip computer often uses as a key part, only one-chip computer respect knowledge

7、 is not enough, should also follow the str ucture of the concrete hardware , and direct against and use the software of ta rgets characteristic to combine concretly, in order to do perfectly. The electric refrigerator temperature control system is uses the temperature sensor DS18B20 gathering electr

8、ic refrigerator cold-storageroom and the freezin g room temperature, monolithic integrated circuit carries on the digital signal p rocessing through INTEL Corporations highly effective micro controller MCS-C 51, thus achieves the intelligent control the goal. This system may realize the electric ref

9、rigerator cold-storageroom and the freezing room temperature establis hment, the electric refrigerator automatically defrosts, opens the gate to report t o the police and so on the function. This article introduced in the first chapter the electric refrigerator system c omposition and the principle

10、of work, the second chapter elaborated this contro l system hardware design part. Third chapter elaborated the system software de sign part. By improving the refrigerating system of refrigerator and applying the vag ue-control technology, the goal of double-temperature, double-control has been r eal

11、ized;it makes possible for the refrigerator to regulate the amount of cold air in a speedy and rational way. Thus, power saving is available Key words：The one-chip computer；The temperature sensor；The electric refrigerator；Temperature control 武汉理工大学毕业设计 1 1 绪论 随着集成电路技术的发展，单片微型计算机的功能也不断增强，许多高性 能的新型机种不

12、断涌现出来。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低 和开发周期短等优点，称为自动化和各个测控领域中广泛应用的器件，在工业 生产中称为必不可少的器件，尤其在日常生活中发挥的作用也越来越大。人们 对家用电冰箱的控制功能越来越高，这对电冰箱控制器提出了更高的要求。多 功能，智能化是其发展方向之一，传统的机器控制，简单的电子控制已经难以 满足发展的要求。而采用基于单片机温度控制系统，不仅可大大缩短设计新产 品的时间，同时只要增加少许外围器件在软件设计方面就能实现功能的扩展， 以及智能化方面的提高，因此可最大限度地节约成本。本文即为基于单片机的 电冰箱温度控制系统。 目前市场销售的双门直冷式电冰箱，

13、含有冷冻室和冷藏室，冷冻室通常用 于冷冻的温度为-6-18；冷藏室用于在相对冷冻室较高的温度下存放食品， 要求有一定的保鲜作用，不能冻伤食品，室温一般为 010. 传统的电冰箱温度一般是由冷藏室控制，冷藏室、冷冻室的不同温度是通 过调节蒸发器在两室的面积大小来实现的，温度调节完全依靠压缩机的开停来 控制.但是冰箱内的温度受诸多因素的影响，如放入冰箱物品初始温度的高低、 存放品的散热特性及热容量、物品在冰箱的充满率、环境温度的高低、开门的 频繁程度等.因此对这种受控参数及随机因素很多的温度控制，既难以建立一个 标准的数学模型，也无法用传统的 PID 调节来实现.一台品质优良的电冰箱应该 具有较高

14、的温度控制精度，同时又有最优的节能效果，而为了达到这一设计要 求采用模糊控制技术无疑是最佳的选择. 1.1 电冰箱的系统组成 液体由液态变为气态时，会吸收很多热量，简称为“液体汽化吸热”，电 冰箱就是利用了液体汽化的过程中需要吸热的原理来制冷的。 蒸气压缩式电冰箱制冷系统原理图如图 1-1 所示，主要由压缩机、冷凝器 、干燥过滤器、毛细管、蒸发器等部件组成，其动力均来自压缩机，干燥过滤 器用来过滤赃物和干燥水分，毛细管用来节流降压，热交换器为冷凝器和蒸发 器。制冷压缩机吸入来自蒸发器的低温低压的气体制冷剂，经压缩后成为高温 高压的过热蒸气，排入冷凝器中，向周围的空气散热成为高压过冷液体，高压

15、过冷液体经干燥过滤器流入毛细管节流降压，成为低温低压液体状态，进入蒸 发器中汽化，吸收周围被冷却物品的热量，使温度降低到所需值，汽化后的气 体制冷剂又被压缩机吸入，至此，完成一个循环。压缩机冷循环周而复始的运 行，保证了制冷过程的连续性。 直冷式电冰箱的控制原理是根据蒸发器的温度控制制冷压缩机的启、停， 使冰箱内的温度保持在设定温度范围内。冷冻室用于冷冻食品通常用于冷冻的 温度为3C15C,冷藏室用于相对于冷冻室较高的温度下存放食品，要求 有一定的保鲜作用，不能冻伤食品，温度一般为 0C10C，当测得冷冷冻室 温度高至3C 0C 时或者是冷冻室温度高至 10C13C 是启动压缩机制冷， 武汉理

16、工大学毕业设计 2 当冷冻室温度低于15C18C 或都冷藏室温度低于 0C3C 时停止制冷 ，关断压缩机。采用单片机控制，可以使控制更为准确、灵活。 图 1-1 电冰箱制冷系统原理图 1.2 工作原理 如图 1-1，根据冷藏室和冷冻室的温度情况决定是否开压缩机，若冷藏室 的温度过高，则打开电磁冷门 V1,关闭阀门 V2，V3，同时打开压缩机，产生高 温高压过热蒸气，经过冷凝器冷凝，干燥过滤器干燥，毛细节流管降压后，在 蒸发器汽化制冷，产生低温低压的干燥气体。经过电磁阀门 V1 流入冷藏室， 使冷藏的温度迅速降低，当温度达到要求时关闭压缩机，同时关闭电磁阀门 V1 。若是冷冻室的温度过高，则应打

17、开 V2 关闭 V1, V3 。电磁阀门 V3 主要用于 冷冻室的化霜。需要化箱时打开 V3,从压缩机流出的高温高压气体流经冷冻室 可匀速将冷冻室霜层汽化。达到化霜的效果。一般化霜的时间要短，不然会伤 存放的食品。 1.3 本系统采用单片机控制的电冰箱主要功能及要求 1) 设定 2 个测温点，测量范围：26C26C，精度0.5C； 2) 利用功能键分别控制温度设定、冷藏室及冷冻室温度设定等； 3) 利用数码管显示冷藏室及冷冻室温度，压缩机启，停及速冻，报警状态 ； 4) 制冷压缩机停机后自动延时 3 分钟后方能再启动； 5) 电冰箱具有自动除霜功能，当霜厚达 3mm 时自动除霜； 6) 开门延

18、时超过 20 秒发声报警； 7) 连续速冻时间设定范围 18 小时； 武汉理工大学毕业设计 3 8) 工作电压为 180240V，当欠压或过压时，禁止启动压缩机并用指示灯 显示。 2 硬件设计 2.1 系统结构图 控制系统结构如图 2-1 所示，主要由单片机，A/D 转换器，存储器，电压 检测装置，温度传感器，功能按键，显示电路，继电器，化霜装置和故障报警 装置等够成。主机电路采用 8051 单片机，扩展一片 2732（EPROM）程序存储器 和一片 A/D 转换芯片 ADC0809，构成基本控制系统。功能按键为独立按键结构 ，显示器由 6 为 LED 和 CC14547 以及 74LS373

19、 构成。另外还有一些附加复位电 路，时钟电路，开门报警电路和压缩机电热丝控制电路等。 图 2-1 控制系统结构图 2.2 微处理器（单片机） 微处理器是本系统的核心，其性能的好坏直接影响系统的稳定，鉴于本系 统为实时控制系统，系统运行时需要进行大量的运算，所以单片机采用 INTEL 公司的高效微控制器 MSC-C51。 武汉理工大学毕业设计 4 2.2.1 性能介绍 51 系列单片微机封装形式为双排直列式结构（DIP），引脚共 40 个，如图 2-2 所示。MCS51 单片机的典型芯片是 8051，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，4K

20、byte 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。这种结构特点决定了单 片机具有体积小、成本低、可靠性高、应用灵活、开发效率高、易于被产品化 等优点，使其具有很强的面向控制的能力，在工业自动化控制、家用电器、智 能化仪表、机器人、军事装置等领域获得了广泛的应用。 图 2-2 8051 单片机引脚图 2.2.2 主要特性 4K 字节可编程闪烁存储器 全静态工作：0Hz-24Hz 三级程序存储器锁定 128*8 位内部 RAM 32 可编程 I/O 线 两个 16 位定

21、时器/计数器 5 个中断源 武汉理工大学毕业设计 5 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 2.2.3 管脚说明 VCC：供电电压。 GND：接地。 P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。 当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据 存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原 码输入口，当 FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。 P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能 接

22、收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入， P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收。 P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收， 输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且 作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由 于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器 进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内

23、部上拉 优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器 的内容。P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3 口：P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。 作为输入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的 缘故。P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 P3 口也可作为 8051 的一些特殊功能口，如表 2.1 所示： 表 2.1 8051P3 管脚第二功能 口管脚 备选功能 P3.0（10

24、脚） RXD（串行口输入端） P3.1（11 脚） TXD（串行口输出端） P3.2（12 脚） /INT0（外部中断 0 输入端） P3.3（13 脚） /INT1（外部中断 1 输入端） P3.4（14 脚） T0（定时器/计数器 0 外部输入端） 武汉理工大学毕业设计 6 P3.5（15 脚） T1（定时器/计数器 1 外部输入端） P3.6（16 脚） /WR（片外数据存贮器写选通信号输出端） P3.7（17 脚） /RD（片外数据存贮器读选通信号输出端） RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电 平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁

25、存允许的输出电平用于锁存地址 的地位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端 以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用 作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存 储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。 此时， ALE 只有在执行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，该引脚被略 微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个 机器周期两次/PSEN

26、有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN 信 号将不出现。 /EA/VPP：当/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H- FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，/EA 将内部锁定为 RESET；当/EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此 引脚也用于施加 12V 编程电源（VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 2.2.4 振荡器特性 XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置 为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷

27、振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件， XTAL2 应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外 部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 2.2.5 芯片擦除 整个 PEROM 阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保 持 ALE 管脚处于低电平 10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1” 且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。 此外，AT89C51 设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两 种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU 停止工作。但 RAM，定时器，计数 器，串口和中断系统仍在

28、工作。在掉电模式下，保存 RAM 的内容并且冻结振荡 器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。 武汉理工大学毕业设计 7 2.2.6 运算器 1)算术逻辑部件 ALU：用以完成+、-、*、/ 的算术运算及布尔代数的逻 辑运算，并通过运算结果影响程序状态寄存器 PSW 的某些位，从而为判断、转 移、十进制修正和出错等提供依据。 2)累加器 A：在算术逻辑运算中存放一个操作数或结果，在与外部存储 器和 I/O 接口打交道时，进行数据传送都要经过 A 来完成。 3)寄存器 B：在 *、/ 运算中要使用寄存器 B 。乘法时，B 用来存放乘数 以及积的高字节；除法时，B 用来存放除数及余数。不

29、作乘除时，B 可作通用寄 存器使用。 4)程序状态标志寄存器 PSW：用来存放当前指令执行后操作结果的某些特 征，以便为下一条指令的执行提供依据。 2.2.7 中断系统 8051 单片机的中断系统简单实用，其基本特点是：有 5 个固定的可屏蔽中 断源，3 个在片内，2 个在片外，它们在程序存储器中各有固定的中断入口地址 ，由此进入中断服务程序；5 个中断源有两级中断优先级，可形成中断嵌套；2 个特殊功能寄存器用于中断控制和条件设置的编程。5 个中断源的符号、名称 及产生的条件如下: INT0：外部中断 0，由 P32 端口线引入，低电平或下跳沿引起。 INT1：外部中断 1，由 P33 端口线

30、引入，低电平或下跳沿引起。 T0：定时器计数器 0 中断，由 T0 计满回零引起。 T1：定时器计数器 l 中断，由 T1 计满回零引起。 TIRI：串行 IO 中断，串行端口完成一帧字符发送接收后引起。 2.3 温度传感器 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。 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

31、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 DS18B 20 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。 武汉理工大学毕业设计 8 2.3.1 引脚功能 16 2 5 3 4 3 NC NC NC GND DQ VDD 图 2-3 DS18B20 的引脚图 DS18B20 的管脚排列如图 2-3 所示： DQ： 为数字信号输入输出端，开漏当总线接口引脚。当被用在寄生 电源下，也可以

32、向器件提供电源。 GND：为电源地; VDD：为外接供电电源输入端。在寄生电源接线方式时接地。 2.3.2 内部结构 DS18B20 内部结构如图 2-4 所示,主要由 4 部分组成：64 位 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。 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,每个 DS18B20 的 64 位序列号均不相同。64 位 ROM 的排的循环冗余校 验码（CRC=X8X5X41）。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。

33、温度传感器温度传感器 高温触发器高温触发器TH 低温触发器低温触发器TL 配置寄存器配置寄存器 高速暂存器高速暂存器 存储和控制逻辑存储和控制逻辑 8 位位 CRC 生成器生成器 64 位位 ROM 和一线数据端口和一线数据端口 供电方式供电方式 选择选择 武汉理工大学毕业设计 9 图 2-4 DS18B20 的内部结构 DS18B20 用 12 位存贮温度值,最高位为符号位.表 2.2 为 18B20 的温度存 储方式,负温度 S = 1 ,正温度 S = 01 如:0550H 为+ 85 ,0191H 为 25.0625 ,FC90H 为- 55 . 23 22 21 20 21 22 2

34、3 24 表 2.2a 温度值低字节 LSB S S S S S 26 25 24 表 2.2b 温度值高字节 MSB 高低温报警触发器 TH 和 TL、配置寄存器均由一个字节的 EEPROM 组成,使 用一个存储器功能命令可对 TH、TL 或配置寄存器写入。其中配置寄存器的格式 如下： 0 R1 R0 1 1 1 1 1 R1、R0 决定温度转换的精度位数：R1R0=00，9 位精度,最大转换时间为 9 3.75ms，R1R0=01，10 位精度,最大转换时间为 187.5ms，R1R0=10，11 位精度, 最大转换时间为 375ms，R1R0=11，12 位精度,最大转换时间为 750m

35、s;未编程时 默认为 12 位精度。 高速暂存器是一个 9 字节的存储器。开始两个字节包含被测温度的数字量 信息;第 3、4、5 字节分别是 TH、TL、配置寄存器的临时拷贝,每一次上电复位 时被刷新;第 6、7、8 字节未用,表现为全逻辑 1;第 9 字节读出的是前面所有 8 个字节的 CRC 码,可用来保证通信正确。 武汉理工大学毕业设计 10 2.3.3 测温原理 斜率累加器 减法计数器 1 减到 0 减法计数器 温度寄存器 减到 0 预置 比较器 低温度系数振荡器 高温度系数振荡器 预置 增加 停止 置 1/清 0 图 2-5 DS18B20 工作原理图 DS18B20 的测温原理如图

36、 2-5 所示，从图中看出，其主要由斜率累加器， 温度系数振荡器，减法计数器，温度寄存器等功能部分组成。斜率累加器用于 补偿和修正测温过程的非线性，其输出用于修正减法计数器的预置值；温度系 数振荡器用于产生减法技术脉冲信号，其中低温系数的振荡频率受温度的影响 很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器 1；高温度系数振荡器受 温度的影响较大，随着温度的变化其振荡频率明显改变，产生的信号作为减法 计数器 2 的脉冲输入。减法计数器是对脉冲信号进行减法技术；温度寄存器暂 存温度数值。 在图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20 就对低温系数振荡器 产生的时钟脉冲进行计数，从而完成温度

37、测量。计数门的开启时间由高温系数 振荡器决定，每次测量前，首先将-25所对应的基数分别置入减法计数器 1 和 温度寄存器中，减法寄存器 1 和温度寄存器被预置在-25所对应的一个基数值。 减法计数器 1 对低温系数振荡器产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计 数器 1 的预置减到 0 时，温度寄存器的值将加 1。之后，减法计数器 1 的预置 将重新被装入，减法计数器 1 重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行 计数，如此循环直到减法计数器 2 计数到 0 时，停止温度寄存器值的累加，此 时温度寄存器中的值即为所测温度。斜率累加器不断补偿和修正测温过程中的 非线性，只要计数门仍未关闭就重复上述

38、过程，直至温度寄存器值达到被测温 度值。 由于 DS18B20 是单总线芯片，在系统中若多个单总线芯片时，每个芯片的 信息交换是分时完成的，均有严格的读写时序要求。系统对 DS18B20 的操作协 议为：初始化 DS18B20(发复位脉冲)发 ROM 功能命令发存储器操作命令 处理数据。 武汉理工大学毕业设计 11 2.3.4 DS18B20 与单片机的接口 DS18B20 可以寄生电源供电两种模式。寄生电源供电模式是靠 DQ 端从总线 获取电流。而外部电源供采用外部电源供电和电模式如图 2-6 所示，将 DS18B20 的 GND 直接接地，DQ 与单总线相连作为总线信号，VDD 与外部电源

39、正 极相连。 本设计采用外部供电模式连接 DS18B20。 图 2-6 DS18B20 与微处理器的典型连接图 2.4 A/D 转换器 A/D 转换电路采用逐次逼近式 8 位 ADC0809 芯片。ADC0809 共有 8 路模拟输 入通道，本系统只用了其中 4 个通道 IN0IN3。其中 IN0 作为冷冻室温度检测 通道，IN1 作为冷藏室温度检测通道，IN2 作为除霜检测通道；IN3 作为电源电 压检测通道。 2.4.1 主要特性 1）8 路 8 位 AD 转换器，即分辨率 8 位。 2）具有转换起停控制端。 3）转换时间为 100s 4）单个5V 电源供电 5）模拟输入电压范围 05V，

40、不需零点和满刻度校准。 6）工作温度范围为-4085 摄氏度 7）低功耗，约 15mW。 武汉理工大学毕业设计 12 2.4.2 内部结构 图 2-7 ADC0809 的内部逻辑框图 如图 2-7，ADC0809 具有 8 个通道的模拟输入线(IN0IN7)，可在程序控制下对 任意通道进行 A/D 转换，获得 8 位二进制数字量(D7D0)。 模拟输入部分有 8 路多路开关，可由 3 位地址输入 ADDA、ADDB、ADDC 的不 同组合来选择，ALE 为地址锁存信号，高电平有效，锁存这三条地址输入信号。 主体部分是采用逐次逼近式的 A/D 转换电路，由 CLK 控制的内部电路的工作, STA

41、RT 为启动命令，高电平有效，启动 ADC0809 内部的 A/D 转换，当转换完成， 输出信号 EOC 有效，OE 为输出允许信号，高电平有效，打开输出三态缓冲器, 把转换后的结果送 DB。 2.4.3 引脚功能 ADC0809 芯片有 28 条引脚，采用双列直插式封装，如图 2-8 所示。下面说 明各引脚功能。 IN0IN7：8 路模拟量输入端。 D0D7：8 位数字量输出端。 ADDA、ADDB、ADDC：3 位地址输入线，用于选通 8 路模拟输入中的一路 ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 START： AD 转换启动信号，输入，高电平有效。 EOC： AD 转换结束信号，输

42、出，当 AD 转换结束时，此端输出一个高 电 武汉理工大学毕业设计 13 平（转换期间一直为低电平） 。 OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当 AD 转换结束时，此端输 入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。 CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于 640KHZ。 REF（+） 、REF（-）：基准电压。 Vcc：电源，单一5V。 GND：地。 图 2-8 ADC0809 引脚图 2.4.4 工作过程 1）当模拟量送至某一输入通道 INi 后，CPU 将标识该通道编码的三位地址 信号经数据线或地址线输入到 ADDC、ADDB、ADDA 引脚上。 2）地址锁存允许 ALE 锁

43、存这三位地址信号，启动命令 START 启动 A/D 转换。 3）转换开始,EOC 变低电平，转换结束，EOC 变为高电平。EOC 可作为中断 请求信号。 4）转换结束后，可通过执行 IN 指令，设法在输出允许 OE 脚上形成一个正 脉冲，打开三态缓冲器把转换的结果输入到 DB，一次 A/D 转换便完成 2.4.5 ADC0809 与单片机的接口 ADC0809 与单片机接口电路见图 2-9，图中 ADC0809 的 A、B、C 三端通过地 址锁存器接于 P0 口的 P0.0-P0.2,该三端控制模拟通道信号的选择。P1.6 与 WR、RD 端经与非门接于 0809 的 ALE、START、O

44、E 端，控制 0809 的启动、读、 武汉理工大学毕业设计 14 写。ADC0809 的 EOC 端悬空，转换后利用软件延时一段时间在读结果，而不采 用中断方式。 ALE P0.0- P0.7 8051 WR P1.6 RD 3732732 D0-D7 A-C ALE START OE DS18B20 DS18B20 除霜测温电路 电压检测电路 ADC0809 CLK 图 2-9 ADC0809 与单片机的接口电路 2.5 功能按键 功能按键通过开关状态来设置控制功能或输入数据。当所设置的功能键活 数字键按下时，系统应完成该按键所设定的功能，键信息输入是与软件结构密 切相关的过程。键盘通过接口

45、和 CPU 相连，CPU 可以采用查询或中断方式了 解有无按键输入并检查拿一个按键按下，将该按键好送入累加器 ACC，然后通 过跳转指令转入执行该键的功能程序，执行完后再返回主程序。 2.5.1 结构特点 按键是常开式按钮开关，利用机械触点的闭合和断开来输入电平，其主要 功能是把机械上的通断转换成为电器上的逻辑关系。也就是说，它能提供标准 的 TTL 逻辑电平，以便与通用的逻辑电平相容。 机械式按键在按下或释放时，由于机械弹性作用的影响，通常伴随有一定 时间的触点机械抖动，然后其触点才稳定下来，其抖动时间的长短与开关的机 械特性有关，一般为 5-10ms。在触点抖动期间检测按键通断状态，可能导

46、致判 断出错。即按键一次按下或释放被错误地认为是多次操作，这种情况是不允出 现的。为了克服按键触点机械抖动所致的检测误判，必须采用去抖措施。 由于本系统按键较少，可采用硬件去抖，在键输出端加 R-S 触发器或单稳 态触发器构成去抖电路，如图 2-10 所示。用两个与非门构成一个 RS 触发器。 当按键未按下时输出为 1 ; 刚键按下时输出为 0 。 此时即使用按键的机器性 武汉理工大学毕业设计 15 能，使按键因弹性抖动而产生瞬时断开(抖动跳开 B) ，只要按键不返回原来状 态 A ，双稳态电路的状态不会改变，输出保持为 0 ,不会产生抖动的波形。也 就是说，即使 B 点的电压波形是抖动的，但

47、经双稳态电路之后，其输出为正规 的矩形波。 图 2-10 硬件去抖电路 2.5.2 功能按键与单片机的接口 由于本设计按键较少，采用独立按键结构可使配置灵活，软件简单。如图 2-11 所示，直接用 I/O 线构成的单个按键电路，每一键互相独立地各自接通一 条输入线，每根 I/O 线上的按键工作状态不影响其它 I/O 线的工作状态，此亦 称非编码键盘结构。 5.1k +5v P2.5 P2.6 P2.7 8051 图 2-11 独立式按键接口 武汉理工大学毕业设计 16 2.6 显示电路 显示电路由七段数码显示器和七段显示译码器以及保存器构成。单片机通 过向译码器 CC14547 发送电平信号，

48、译码后输入 6 位 LED，可以将二进制代码 表示为相应的数字和小数点，从而使人们获取直观的信息。 2.6.1 七段数字显示器 常见的七段数字显示器有半导体数码显示器（LED）和液晶显示器（LCD） 等。这种显示器由七段发光的字段组合而成。LED 是利用半导体构成的。而 LCD 是利用液晶的特点制成的。由七段发光二极管组成的数码显示器如图 2-12。 图 2-12 七段数码管的结构和管脚 显示举例如图 2-13 所示: 武汉理工大学毕业设计 17 图 2-13 共阴极显示举例 2.6.2 七段显示译码器 本系统采用 C14547 七段显示译码器，其管脚有 12 个。如图 2-14 所示， Ya

49、-Yg 为译码驱动输出端，高电平有效; BI 为消隐控制端，低电平有效；A-D 为 8421 码输入端。 图 2-14 CC14547 管脚 CC14547 的功能如下: 1) 消隐功能。当=0 时，输出 ab 都为低电平 0，各字段都熄灭，显示BI 器不显示数字。 2) 数码显示。当=1 时，译码器工作。当、（D、C、B、BI 3 A 2 A 1 A 0 A A）端输入 8421BCD 码时，译码器有关输出端输出高电平 1，数码显示 器显示与输入代码相对应的数字。A-D 的输入电平与显示数值的对应关 系如表 2.3 所示。 表 2.3 输入电平与显示数字的对应 2.6.3 显示方式 本系统采用静态显示方式。此方式下，数码管的共阴极或共阳极接地或十 5V，每一个数码管的 8 段码需扩展一个 8 位输出口与之相连接，输出口可将令 该管显示某字符的段码锁存，同一时间里，每一位的段码均可不同，即显示不 武汉理工大学毕业设计 18 同字符，如图 2-12。 静态显示方式中，有 N 位数码管则需扩展 N 个 8 位输出口，占用 I/O 资