电冰箱温度控制系统

1、 长长 春春 工工 业业 大大 学学毕业设计、毕业论文毕业设计、毕业论文题题 目目 电冰箱温度测控系统电冰箱温度测控系统 学学 院院 电气与电子工程学院电气与电子工程学院 专业班级专业班级 自动化自动化 080302 指导教师指导教师 王王 霆霆 姓姓 名名 徐井超徐井超 2012 年年 6 月月 11 日日I摘摘 要要近年来，随着计算机在社会领域的渗透，单片机的应用正在不断的走向深入，同时带动传统控制检测日新月异不断更新。在实时监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，以作完善。电冰箱的温度控制系统是利用温度传感器 AD590 来采集电冰箱的冷冻室和冷藏室的温度。

2、通过高级微控制器 AT89C51 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、电冰箱手动除霜等功能。本文在第一章介绍了电冰箱的发展状况及背景，第二章论述了本系统控制所要求的技术参数和各种元器件的选择论证，第三章给出了各种系统的硬件电路设计，第四章阐述了本控制系统的软件部分。通过对电冰箱系统的分析与改进，基本实现了电冰箱的温度控制，且使电冰箱能根据使用条件的变化迅速合理的调节制冷量，并且节能效果良好。关键字关键字 温度控制系统 AD590 AT89C51 IITemperature Measurement and Control SystemAbs

3、tractIn recent years, with the development of computer penetration in the social sphere, SCM applications are constantly deepening, led the traditional control test change rapidly and continuously updated. In real-time monitoring and automatic control of the SCM application system, the microcontroll

4、er is often used as a core component, to make perfect.Refrigerator temperature control system is the use of temperature sensor AD590 to collect the refrigerator freezing chamber and a refrigerating chamber temperature. Through advanced microcontroller SCM AT89C51digital signal processing,so as to ac

5、hieve the purpose of intelligent control. This system may realize the electricrefrigerator refrigerating chamber and the freezing chamber of the refrigerator temperature setting, manual defrost function. The first chapter introduces the development and background of the refrigerator,the second chapt

6、er discusses the system control the required technical parameters andvarious components of the selection and demonstration, the third chapter gives a variety of system hardware circuit design, the fourth chapter elaborated the control system software part.Based on the analysis and improvement of the

7、 refrigeration system, the basic realization of the refrigerator temperature control, and the refrigerator to conditions change rapidly and reasonable regulation of cooling capacity, and good energy-savingeffect. Key word temperature control system AD590 AT89C51 III目录第一章 绪论 .11.1 电冰箱的发展概况.11.2 电冰箱的国

8、内研究现状.21.3 电冰箱的国外研究现状.31.4 论文研究的内容.4第二章 电冰箱温度测控系统的方案论证 .62.1 总体方案的主要技术参数.62.2 硬件电路的方案.62.2.1 单片机的选择论证.62.2.2 传感器的选择论证.7第三章 测控系统硬件电路的设计 .93.1 电源供电电路.93.1.1 系统电源设计.93.1.2 元器件的选择.93.2 单片机与看门狗复位电路.103.2.1 单片机.103.2.2 看门狗复位电路.153.3 A/D 转换电路 .153.4 温度采集电路和除霜电路.163.5 键盘电路和显示电路.163.6 制冷压缩机和除霜电热丝启、停控制电路.173.

9、7 报警电路.183.8 电冰箱的异味消除电路.18第四章 系统软件设计 .204.1 主程序的设计.204.2 T0 中断服务程序 .214.3 T1 中断服务程序 .224.4 系统的软件程序.244.4.1 主程序：MAIN.244.4.2 初始化子程序：INTI1.264.4.3 键盘扫描子程序：KEY.27IV4.4.4 打开压缩机子程序：OPEN.294.4.5 关闭压缩机：CLOSE.304.4.6 定时器 0 中断程序：用于压缩机延时.314.4.7 延时子程序.31第五章 总结 .33致 谢 .34参考文献 .35附录 1：系统电路图.371第一章第一章 绪论绪论1.1 电冰

10、箱的发展概况电冰箱的发展概况一个在英格兰工作的美国人雅可比帕金斯有了一个新发现，这一发现导致了冰箱的发明。1834 年他发现当某些液体蒸发时，会有一种冷却效应。帕金斯要求一群技工来制造一个可证实这个想法的工作模型。 果然，这个装置在某个晚上真的产生了一些冰。技工们兴奋地拿着冰，跳进一辆马车，飞速驶向帕金斯的住房，向他展示所取得的成果。帕金斯此时已上了年纪，虽然他没有在市场上出售自己的发明物，但是哈里森的工作成果为人类早期家用冰箱铺垫了道路。 出售发明物的人的生活在澳大利亚的一个苏格兰印刷工约翰哈里森。哈里森很可能在并不了解帕金斯成果的情况下发现了冷却效应。他用醚来清洗金属印刷铅字，某一天注意到

11、了物质的冷却效应。到 1862 年，他的第一批冰箱就上市了。哈里森还在维多利亚本狄哥一家啤酒厂里设置了第一个制冷车间。在 19 世纪末，只有专门造了冰库的富人才能享受到这种好处。绝大多数人奢望的只是一个冷藏柜。 那时候，冰箱最重要的用途之一是在轮船上。大型冷藏库意味着船舶能够在长距离航行中运载食用鲜肉，例如羔羊肉能从新西兰出口到欧洲。 德国工程师卡尔冯林德在 1879 年制造出了第一台家用冰箱。但在 20 世纪 20 年代电动冰箱发明出来之前，冰箱并没有大规模进入家庭。世界上首台家用的制冷设备在 1910 年左右出现， 1913 年拉森制造了一台人工操作的家用冰箱， 1918 年美国卡尔维纳特

12、公司首次成功地试制出商业和家用自动电冰箱，到 1920 年为止约售出 200 台，1926 年美国奇异公司经过 11 年的试验，制造出世界第一台密封式制冷系统的电冰箱， 1927 年第一台家用吸收式冰箱问世。自第一台冰箱出现至今已有半个多世纪 ,当前全世界每年电冰箱的总产量在4000 万台以上，其中产量居前几位的国家是美国、俄罗斯、意大利、日本等国。电冰箱的种类繁多，按照制冷形式来分，可以分为蒸气压缩式冰箱，吸收扩散式冰箱(简称吸收式冰箱)以及半导体冰箱等；按箱体外形可分为立式冰箱、卧式冰箱，茶几式以及炊具组合式等；按箱门型式可分为单门冰箱、双门冰箱、三门冰箱及多门冰箱。(1) 蒸汽压缩式冰箱

13、压缩式冰箱按制冷方式可分为直接冷却式和间接冷却式两种。 直冷式冰箱中，冷气以自然对流方式冷却食品，蒸发器一般直接安装在上部的冷冻室，在下部的冷藏室内另有一个小的蒸发器，或者将冷冻室的冷气分一部分进入冷藏室，冷藏室借助冷冻室来的冷气进行食品冷藏。2间冷式冰箱的蒸发器多数位于冷冻 室和冷藏室的夹层之间，在箱内看不到 蒸发器，只能看到一些风孔，夹层内有一 个微型电风扇将冷气吹出，达到制冷效果，这种冰箱有自动除霜装置，因此又叫无霜冰箱。压缩式冰箱按结构可分为单门、双门和多门几种。单门冰箱的冷冻室与冷藏室共用一个箱门。三门冰箱是冷冻室，冷藏室和果菜室分别设门，就有利于水果和蔬菜的保鲜。三门冰箱有的还在箱

14、门上设有可取冰，取冷饮水的装置，不仅给消费者带来更大的方便，而且还能减少制冷量的损失。多门冰箱一般没有冷冻室、冷藏室、轻度冷冻室、果菜室。为了使用上的方便，其轻度冷冻室(温度保持 0左右)和果菜室采用抽屉式结构。这种电冰箱轻度冷冻室的位置一般处于冷藏室下面，可以保存冷冻后的食品和需较长一点时间存放的熟食品。(2) 吸收扩散式冰箱吸收扩散式冰箱的构造与压缩式冰箱类似，也分为箱体、制冷系统和控制系统三部分。家用吸收式冰箱可以采用各种热源作为动力，例如天然气，油、煤气、太阳能等。因此此种冰箱都装有气、电两用的加热装置，该装置由燃烧器、自动点火装置、温度控制器组成。燃烧中还带有安全装置，当燃烧器的火焰

15、熄灭时，感受火焰温度的热电偶可自动断开燃气通路，以确保保安全。在制冷系统中充有三种物质，即制冷剂氨、吸收剂水、扩散剂一氢或氦。(3) 半导体式冰箱半导体式电冰箱与压缩式电冰箱的主要区别是制冷系统不同，半导体冰箱是利用半导体温差电现象，形成温差而实现制冷。其优点是，体积小、重量轻，可靠性高。因为半导体冰箱无机械传动装置，因而无噪声、无磨损、操作简单、维修方便；又因它不用制冷剂，所以无制冷剂泄漏和污染等问题。半导体冰箱可以弥补压缩式冰箱的不足。在一般情况下，制冷温度也比较低，它已引起人们的重视。1.2 电冰箱的国内研究现状电冰箱的国内研究现状我国冰箱起步较迟，第一台冰箱是 1954 年由沈阳医疗器

16、械厂生产的 200 升单门冰箱：1956 年开始，卫生部门的一些医疗器械厂开始具备了电冰箱生产能力，并投入了小批量生产，80 年代初电冰箱产量连年翻番，1983 年产量约 18 万台，1984 年产量超过 40 万台，目前国家确定四十几家电冰箱定点厂，全国引进 50 多条电冰箱生产装配线，年产能力达 1500 万台以上，规格已有 50 升到 200 升以上大型冰箱的多种系列，品种有单门、双门、多门、型式有直冷式，也有间冷式。在 90 年代，电冰箱注数已向高效率、智能化和多门多温多功能的方向发展。自 1999 年 11 月，三星电子推出首款数字化电冰箱1后，有关网络冰箱的新闻就被媒体炒得红红火火

17、。对此，业内人士提出了自己的见解：现在国内搞网络冰箱3还为时过早，国外的网络冰箱也是刚刚开始。目前国内许多企业宣布开发，甚至推出的网络冰箱，无非是在制造一种噱头，想引起公众注意而已，或是其产品形象的一种包装策略。所以网络冰箱还只是概念炒作，目前几年不可能规模上市，即便上市，买的人也不会多。 专家指出：开发网络冰箱，首先得有网络环境。但是目前，我们还没有这个网络基础。现在国内的生产管理还很落后，有很多分析都是手工化，跟国外计算机数据统计分析还差很远，国内各企业的资源管理、规划、数据的统计分析以及供应商的电脑管理化都很缺乏，在这种基础上，搞网络冰箱，无疑是有制造噱头之嫌。再者目前中国绝大多数的消费

18、者，尚未达到这个收入水平去购买如此昂贵的网络冰箱，享受其带来的所谓的众多便利。作为中国市场的庞大消费群体老百姓，他们注重的是产品的性能、价格、品牌等，而不是“华而不实”的产品。因此，网络冰箱作为未来冰箱发展的趋势，企业应该重视，加强科研开发，进一步降低成本。相信随着中国网络大环境的构建，网络冰箱可能在不久的将来会真正走向市场，服务大众。1.3 电冰箱的国外研究现状电冰箱的国外研究现状随着经济的不断发展，其饮食文化也随之发展，人们的生活品味不断提高，对食品需求多样化，加之越来越多的家庭妇女步入职业阶层，因此对家用电冰箱的要求愈来愈高，即要求电冰箱功能越多越好，容积越大越好。1996 年日本冰箱销

19、售量为 495 万台，其中 120 升以下占 30%(主要为宾馆、旅店等商用) ，300 升以上占57%，400 升以上呈快速地增长趋势，多门冰箱占 70%左右。因此，为了顺应市场需要，更好地满足广大消费者不断增长的生活需求，日本各冰箱制造公司都不断改进自己的原有产品，迅速开发新产品，使冰箱功能更加完善，规格更加齐全，诸如自动制冰、采用变频或双转子旋转式压缩机、模糊逻辑控制、无 CFC、自动除臭抗菌等技术已经普遍用于冰箱之中。目前，对电冰箱产品结构调整影响最大 ，最突出、最迫切的问题是 CFC 制冷工质的限制和禁用。国际社会对 CFC 的控制并逐步禁止已成定局 ，电冰箱将因此而面临产品改型的任

20、务 ，这正是电冰箱工业必须正视的现实。各国正在努力加快对各种新型制冷系统的研究及商品化进程。在多能源冰箱的开发方面 ，国外吸收式、吸附式2冰箱发展迅速 ，近几年来日本三洋公司在吸收式冰箱方面突破了一些技术难关 ，发展到耗电量可与压缩式冰箱相近的水平。目前全世界吸收式和吸附式冰箱的年产量约为150 万台，以瑞典和瑞士的产量最多 ，质量也最好，太阳能冰箱，半导体冰箱也是近年来较为引人注目的新产品。为了更科学地贮存和保鲜食品，国外电冰箱还增加了快速冷冻和快速解冻的功能。快速冷冻是使冷冻室底面温度达 -40左右的低温，让食品迅速通过 -1-45冰结晶生成防止营养成分的破坏， 保持食品原有的鲜度；快速解

21、冻是在冰 箱内增设快速解冻室，通过解冻风扇，把 冰箱冷藏室的空气吹人到解冻室，使解冻室内的食品快速解冻，以适应短期保鲜 贮存的需要。电冰箱是家庭中主要耗电的家用电器，为此目前有关厂家及研究单位正在开发节电型的电冰箱。采用滚动转式压缩机，不仅减小压缩机的体积，减轻重量，而且降低能耗。目前日本 100W 以上的滚动转子式压缩机已投入使用，用电量比同类冰箱节电 2025；应用微机控制电冰箱可以节电 1520；改进隔热层，将电冰箱隔热厚度增至 3 寸，可节电 14；应用新型绝热材料，日本东芝公司应用聚铬硅氧的新材料，使冰箱每月节电2 度，应用上述各种新技术以达到节能之目的3。自 1999 年 11 月

22、，三星电子推出首款数字化电冰箱后，有关网络冰箱的新闻就被媒体炒得红红火火。1999 年 12 月，LG 公司新推出 MP3 网络冰箱。2001 年 6 月 18 日，在上海第 10 届信息通信展上，爱立信与伊莱克斯合作展出了一款智能化网络冰箱。2001 年 10 月 23 日，美菱网络冰箱通过省级鉴定。2001 年 10 月 26 日，首批智能网络冰箱在丹麦亮相。韩国 LG 公司同年也向市场推出了自己的“网络冰箱”。何谓网络冰箱？网络冰箱是将冰箱的操作、控制实现网络化。消费者可以上网检查食物的存量、食物是否过期或在食品包装上打上条形码，食品就会自动解冻等；这种冰箱的门上有个 15 英寸的液晶显

23、示器，用户可以通过冰箱上网、打可视电话和观看影片；液晶显示器还可以显示冰箱内部的温度和食品的保质期；如果冰箱出了问题，它还可以自动通知维修服务中心。网络冰箱市场现状如何呢？当时一位记者询问了 10 余名准备购买冰箱的顾客，大多数都表示不太了解。其中一位老同志还向这位记者提出了这样的疑问：冰箱的主要功能不就是储存食品，保质保鲜吗？再附加一个电脑的功能有必要吗？而且价格高昂，是不是离百姓生活太遥远了？那么首先把网络冰箱推向市场的三星公司对此有何解释？苏州三星电子有限公司市场营销部部长元善表示，之所以推出网络冰箱，是想借此反映冰箱发展的趋势，展示三星的品牌形象和自己拥有的先进技术，意在展现三星有实力

24、为消费者带来最优质的生活。1.4 论文研究的内容论文研究的内容本论文主要研究电冰箱的温度控制，其中包括对电冰箱冷藏室及冷冻室的温度测定，还有对电冰箱的报警、除异味等等。主要利用了 AT89C51 来做系统的核心器件，其中用温度传感器 AD590 来实现对电冰箱冷冻及冷藏温度的检测，其中需要把模拟信号转换成数字信号，这一点用了 ADC0809 来实现。而当中也有用到按键及数5码显示装置来实现对温度测定的精确性。本课题主要是想适应于社会的发展，设计出一种更好更方便完善更适用于大众的冰箱温度控制系统。6第二章第二章 电冰箱温度测控系统的方案电冰箱温度测控系统的方案论证论证2.12.1 总体方案的主要

25、技术参数总体方案的主要技术参数电冰箱采用单片机控制主要功能及要求:(1) 设定三个测温点，测量范围-26+26，精度0.5；(2) 利用功能键分别控制温度设定、速冻设定、冷藏设定等；(3) 利用数码管显示冷冻室、冷藏室温度，压缩机启、停和速冻、报警状态；(4) 开门延时超过 2min 发声报警。 (5)工作电压 180240V，当欠压或过压时，禁止启动压缩机并用指示灯显示。2.22.2 硬件电路的方案硬件电路的方案2.2.12.2.1 单片机的选择论证单片机的选择论证单片机采用美国 ATMEL 公司生产的 AT89C51 单片机。该芯片不仅具有 MCS-514系列单片机的所有特性，而且片内集成

26、有 4KBFLASH 程序存储器和 256B 数据存储器，价格低，是目前性能价格比较高的单片机之一。芯片完全满足系统需要，不需再外扩程序存储器和数据存储器。AT89C51 它具有如下优点：1)集成度高;2)系统结构简单;3)系统扩展方便;4)可靠性高;5)处理功能强、速度高;6)容易产品化。另外： AT89C51 完全兼容 MCS-51 系列单片机的所有功能，并且本身带有 2K 的内存储器，可以在编程器上实现闪烁式的电擦写达几万次以上，比以往惯用的8031CPU 外加 EPROM 为核心的单片机系统在硬件上具有更加简单方便等优点，具体如下：1)AT89C51 单片机是最早期也最典型的产品，低功

27、耗、高性能、采用 CHMOS 工艺的 8 位单片机。2)它在硬件资源和功能、软件指令及编程上与 Intel 80C3X 单片机完全相同。在应用中可直接替换。3)在 AT89C51 内部有 FLASH 程序存储器，既可用常规的编程器编程，也可用在线使之处于编程状态对其编程。编程速度很快，擦除时也无需紫外线，非常方便。4)AT89C5X 系列可认为是 Intel 80C3X5的内核与 Atmel FLASH 技术的结合体。它为许多嵌入式控制系统提供了灵活、低成本的解决方案。72.2.22.2.2 传感器的选择论证传感器的选择论证1：温度传感器首先有 MF53-1 型热敏电阻，它具有负温度系数，灵敏

28、度较高。但是它主要是适用于 0 一 45的温度范围,其阻值和温度的关系为：R(t)=286/(26.8+t)-2.68k它主要适用于远距离多点位温度、湿度的测量和控制系统作感温元件，也适用于厂房、宾馆的空气调节；油库、仓库的火警预报；铁路、桥梁地温的监视；矿山、煤井的温度测量和控制等方面作感温元件。2：AD590 是电流输出型两端温度传感器，它是 AD 公司利用 PN 结构正向电流与温度的关系制成的电流输出型两端温度传感器。AD590的主要特性 (1)流过器件的电流（mA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即：mA/K 式中： 流过器件（AD590）的电流，单位为 mA； T热力学温

29、度，单位为 K。 (2)AD590 的测温范围为-55+150。 (3)AD590 的电源电压范围为 4V30V。电源电压可在 4V6V 范围变化，电流 变化 1mA，相当于温度变化 1K。AD590 可以承受 44V 正向电压和 20V 反向电压，因而器件反接也不会被损坏。(4)输出电阻为 710MW。 (5)精度高。AD590 共有 I、J、K、L、M 五档，其中 M 档精度最高，在-55+150范围内，非线性误差为0.3。因此 AD590L，AD590M 一般用于精密温度测量电路。AD590 温度感测器是一种已经 IC 化的温度感测器,它会将温度转换为电流,在 8051 的各种课本中常看

30、到它,相当常用到。 本系统所采用的是 AD590 温度传感器，利用这种温度传感器7可以很容易测得电冰箱的冷藏室温度和冷冻室温度。系统的硬件电路如图 2-1 所示，它由 AT89C51 单片机、一片 A/D 转换芯片ADC0809、看门狗复位电路、直流电源供电电路、键盘电路、LED 显示电路、报警电路等组成。8AT89C51单片机LEN显示器键盘时钟电路复位电源A/D转换器功放锁存器放大器放大器放大器冷冻室温度传感器冷冻室温度传感器除霜传感器压缩机加热丝图2-1 系统硬件结构图9第三章第三章 测控系统硬件电路的设计测控系统硬件电路的设计3.13.1 电源供电电路电源供电电路3.1.13.1.1

31、系统电源设计系统电源设计传感器工作检测时需要稳定的直流电源供电；单片机工作时也需要比较稳定的直流电源供电和较大的工作电流，若电压跌落太大单片机就不能正常工作，控制部分就有可能输出不正确的信号，进而使执行部分执行错误动作，严重时有可能发生重大事故。因此，为了满足控制系统稳定可靠的工作，设计一个稳定的直流电源供电是很重要的步骤。本设计总电源是有效值 220V，频率 50Hz 的单相交流电网电压（即市电） ，通过变压器降压输出一组 9V 和一组 24V 低压交流电，然后再经过整流桥和整流输1D2D出直流电压。前者提供给数字电路部分（如图 3-1） ，后者为模拟电路部分提供电能（如图 3-2） 。为了

32、得到标准的12V，5V，+5V 直流电，故选用三端稳压器7912，7812，7905 和 7805 作为稳压元件，使输出直流电压基本不受电网电压波动和负载电阻变化的影响，从而输出得到足够高稳定性的直流电源。3.1.23.1.2 元器件的选择元器件的选择(1)三端稳压器：输出12V、5V、+5V 供信号的检测和放大使用，需要最大电流为 100mA。故可以选择 7812、7912、7905 和 78058，这四种型号输出的最大电流可以达到 100mA，可以满足系统需要。(2)电容：电源模块中使用的电容分为滤波电容和稳压电容。整流桥、整1D2D流输出直流电压都含有较大的脉动成分，后面接的电容、和的目

33、的是：一种1C4C5C目的是尽量抑制脉动成分；另一种目的是尽量保留直流成分，使输出电压接近理想的直流。滤波电容的容量可根据负载电流选用，其经验数据为：负载电流为 2A 左右时，滤波电容用 4000F，电流为 1A 左右时，电容选用 2000F，电流为 0.51A 时，电容选用 1000F，电流为 200mA 以下时，电容选用 200500F，电流为 50mA 以下时，电容选用 200F。本设计输出的最大瞬时电流为 3A，故此电源滤波电容均选择 4700F，为了系统的可靠性，电解电容选择方法为降额使用，即焊接电路时选择电容的耐压均为 40V。电容、和的作用是为了使电路稳定工作，2C6C7C10C

34、11C当稳压器输入阻抗降低时，防止发生振荡，可采用 0.11F 的陶瓷电容或钽电容。电容、和为输出稳定电容9，对于降低输出纹波，输出噪声及负3C8C9C12C13C载电流变化的影响都有较好的效果，可采用 0.11F 的陶瓷电容或钽电容，此电路采用 0.1F 钽电容。10Vin12Vout3GNDF2VCC0.1ufC34700ufC1220V50HzW7805下下下下下下下9V50HzW10.1ufC2图 3-1 数字电路供电图Vin12Vout3GNDVin12Vout3GND124700ufC40.1ufC64700ufC50.1ufC70.1ufC90.1ufC110.1ufC80.1u

35、fC100.1ufC120.1ufC13+12-12+5-5220v50HzW7812W7805W7912W7905下下下下下下下24V50HzW2VinVoutGNDGNDVinVout图 3-2 模拟电路供电图3.23.2 单片机与看门狗复位电路单片机与看门狗复位电路3.2.13.2.1 单片机单片机单片机采用美国 ATMEL 公司生产的 AT89C51 单片机。该芯片不仅具有 MCS-51 系列单片机的所有特性，而且片内集成有 4KBFLASH 程序存储器10和 256B 数据存储器，价格低，是目前性能价格比较高的单片机之一。芯片完全满足系统需要，不需再外扩程序存储器和数据存储器。主要性

36、能参数：(1) 与 MCS-51 产品指令系统完全兼容(2) 4k 字节可重擦写 Flash 闪速存储器(3) 1000 次擦写周期(4) 全静态操作：0Hz24MHz(5) 三级加密程序存储器(6) 128X8 字节内部 RAM (7) 32 个可编程 I/O 口线(8) 2 个 16 位定时/计数器(9) 6 个中断源11(10) 可编程串行 UART 通道(11) 低功耗空闲和掉电模式AT89C51 提供以下标准功能：4k 字节 Flash 闪速存储器，128 字节内部RAM，32 个 I/O 口线，两个 16 位定时/计数器，一个 5 向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器

37、及时钟电路。同时，AT89C51 可降至 0Hz 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止 CPU 的工作，但允许RAM，定时计/数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式11保存 RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。AT89C51内部结构如图 3-3 所示。图 3-3 AT89C51 结构图引脚功能说明 VCC：电源电压；GND：地；P0 口：P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口，也即地址数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。在访问外

38、部数据存储器或程序存储器12时，这组口线分时转换地址（低 8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在 Flash 编程时，P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。Pl 口：P1 是一个内部带上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，Pl 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（I）。Flash 编程和程序校验期间，Pl 接收11低 8 位地址。12 P2 口：P2 是一个带有内部上拉

39、电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1” ，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（I）。在访问外部程序存储器或 16 位地11址的外部数据存储器（例如执行 MOVX DPTR 指令）时，P2 口送出高 8 位地址数据。在访问 8 位地址的外部数据存储器（如执行 MOVX R 指令）时，P2 口线上的内容（也即特殊功能寄存器（SFR)区中 R2 寄存器的内容），在整个访问期间不改变。Flash 编程或校验时，P2 亦接收高位地址和

40、其它控制信号。P3 口：P3 口是一组带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对 P3 口写入“l”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的 P3 口将用上拉电阻输出电流（I）。P3 口还接收一些用于 Flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号13。11RST：复位输入。当振荡器工作时，RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。ALE/ROG ：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节。即使不访问外部存储器，ALE 仍以时钟

41、振荡频率的 1/6 输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲。 对 Flash 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的 8EH 单元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。该位置位后，只有一条 MOVX 和 MOVC 指令 ALE 才会被激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置 ALE14无效。PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C51 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次 P

42、SEN 有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，这两次有效的 PSEN 信号不出现。 EA/VPP：外部访问允许。欲使 CPU 只访问外部程序存储器（地址为 0000H-FFFFH)，EA 端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位 LBI 被编程，复位时内部会锁存 EA 端状态。 如 EA 端为高电平（接 VCC 端），CPU 则执行内部程序存储器中的指令。Flash 存储器编程时，该引脚加上+12v 的编程允许电源 VPP，当然这必须是该器件是使用 12v 编程电压 VPP。XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。时

43、钟振荡器：13AT89C51 中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚 XTAL1 和XTAL2 分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器。 外接石英晶体（或陶瓷谐振器）及电容 C1、C2 接在放大器的反馈回路15中构成并联振荡电路。对外接电容 C1、C2 虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性，如果使用石英晶体，推荐电容使用 30pF10pF，而如使用陶瓷，由于外部时钟信号是通过一个 2 分频触发器后作为内部时钟信号的，所以对外部时钟信号的占空比没有

44、特殊要求，但最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。由于外部时钟信号是通过一个 2 分频触发器后作为内部时钟信号的，所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求，但最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。AT89C51 有两种可用软件编程的省电模式，它们是空闲模式和掉电工作模式。这两种方式是控制专用寄存器 PCON（即电源控制寄存器）中的 PD(PCON.l)和IDL(PCON.0)位来实现的。PD 是掉电模式16，当 PD=1 时，激活掉电工作模式，单片机进入掉电工作状态。IDL 是空闲等待方式，当 IDL=1，激活空闲工作模式，单片机进入睡眠状

45、态。如需同时进入两种工作模式，即 PD 和 IDL 同时为 1，则先激活掉电模式。 在空闲工作模式状态，CPU 保持睡眠状态而所有片内的外设仍保持激活状态，这种方式由软件产生。此时，片内 RAM 和所有特殊功能寄存器的内容保持不变。空闲模式可由任何允许的中断请求或硬件复位终止。 终止空闲工作模式的方法有两种，其一是任何一条被允许中断的事件被激活，IDL(PCON.0）被硬件清除，即刻终止空闲工作模式。程序会首先响应中断，进入中断服务程序，执行完中断服务程序17并紧随 RETI（中断返回）指令后，下一条要执行的指令就是使单片机进入空闲模式那条指令后面的一条指令。 其二是通过硬件复位也可将空闲工作

46、模式终止。需要注意的是，当由硬件复位来终止空闲工作模式时，CPU 通常是从激活空闲模式那条指令的下一条指令开始继续执行程序的，要完成内部复位操作，硬件复位脉冲要保持两个机器周期（24 个时钟周期）有效，在这种情况下，内部禁止 CPU 访问片内 RAM，而允许访问其它端口。为了避免可能对端口产生意外写入，激活空闲模式的那条指令后一条指令不应是一条对端口或外部存储器的写入指令。掉电模式：在掉电模式下，振荡器停止工作，进入掉电模式的指令是最后一条被执行的指令，片内 RAM 和特殊功能寄存器的内容在终止掉电模式前被冻结。退出掉电模式的14唯一方法是硬件复位，复位后将重新定义全部特殊功能寄存器但不改变

47、RAM 中的内容，在 VCC 恢复到正常工作电平前，复位应无效，且必须保持一定时间以使振荡器重启动并稳定工作。3.2.23.2.2 看门狗复位电路看门狗复位电路看门狗复位电路是采用 CATALYST 公司生产的 CAT24C02118芯片。它有三种功能：看门狗定时器、电压监控和 EEPROM（电可擦可编程只读存储器一种掉电后数据不丢失的存储芯片）功能。在系统出现故障或上电/掉电期间，CAT24C021能给 CPU 提供一个复位信号，以确保系统的正确操作。看门狗定时器为微控制器提供一个独立的保护。当系统出现故障时，由于失去正确操作，CPU1.6 秒内没有触发SDA（I2C 总线的数据信号线 ）

48、，看门狗定时器将溢出，CAT24C021 产生一个复位信号给 CPU。而 I2C 串行 CMOSE2PROM 可以存储单片机系统的重要参数。图 3-4 示出了 CAT24C021 与 AT89C51 单片机的硬件连接电路。CAT24C021 芯片的 RESET 端接单片机的复位引脚19，SDA 和 SCL（I2C 总线的时钟信号线） 端接P2.0、P2.1 两根引脚。本系统用它来保存用户设定的冷藏室温度值、冷冻室温度值和速冻状态、速冻时间等参数，以保证数据正常使用和不会因为掉电而丢失。10K10K10K10KNCRESETWDVSSVCCRESETSDASCLCAT24C021100pFVCC

49、RESETP2.0P2.1图 3-4 看门狗复位电路3.3 A/D 转换电路转换电路A/D 转换电路采用逐次逼进式 8 位 ADC0809 芯片。0809 共有 8 路模拟输入通道，本系统只用了其中 2 个通道，即 IN0 和 IN1。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。 ADC0809 与单片机接口电路如图 3-5 所示。图中ADC0809 的 A、B、C 三端通过地址锁存器21接于 P0 口的 P0.0、P0.1、P0.2，该三端控制模22拟通道信号的选择。P1.6 与 WR、RD 端经与非门接于 0809 的AL、START、OE，控制 0809 的启动

50、、读、写。0809 的 EOC 端悬空，转换后利用软件延时一段时间再读结果，不用中断方式。15EA/VPP31X119X218RESET9RD/P3717WR/P3616P32/INT012P33/INT113P34/T014P35/T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/PRDG30P31/TXD11P30/RXD10U1AT89C51IN-026msb2-1212-220IN-12

51、72-3192-418IN-2282-582-615IN-312-714lsb2-817IN-42EOC7IN-53ADD-A25IN-64ADD-B24ADD-C23IN-75ALE22ref(-)16ENABLE9START6ref(+)12CLOCK10U3ADC0809D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719OE1LE11U274LS373U4AU4A下下下下下下下下下下10K+5+53261574OP0747KR1515KR14+520KR18-120.01C422KR19+1247KR1668KR170.01C

52、3AD590图 3-5 ADC0809 与单片机接口电路3.43.4 温度采集电路和除霜电路温度采集电路和除霜电路温度传感器 AD590 的测温范围在-55+150之间，而且精度高。M 档在测温范围内非线形误差为0.3。AD590 可以承受 44V 正向电压和 20V 反向电压，因而器件反接也不会损坏。使用可靠。它只需直流电源就能工作，而且，无需进行线性校正，所以使用也非常方便，接口也很简单。作为电流输出型传感器的一个特点是，和电压输出型相比，它有很强的抗外界干扰能力。如图 3-5 所示，利用 AD590 温度传感器可以很容易测得冷藏室温度25（零下 010 度左右）和冷冻室温度26 (零下

53、20 度左右)。除此之外，除霜电路则是将热敏电阻安装在距蒸发器 3mm 的某个合适的位置，当霜厚大于 3mm 时，热敏电阻接触到霜从而感到较低的温度，其阻值有所变化，运算放大器输出信号改变，经 A/D 转换后送入 CPU，经单片机分析、判断、给出除霜命令。3.53.5 键盘电路和显示电路键盘电路和显示电路从图 3-6 中可以看出，键盘电路和 LED 显示电路27由串行口扩展 5 片 74LS164实现。系统采用了 6 个功能键控制冷冻室、冷藏室及速冻时间设定，4 个 LED 数码管用于显示冷冻室、冷藏室温度及压缩机启、停和故障等状态。显示输出通道和键盘输入通道的选择由端口线 P3.228和一个

54、与门完成。当 P3.2为“1”时，AT89C51 的 TXD 端输出同步脉冲，通过与门发送到显示移位寄存器74LS164 的移位脉冲输入端，这样 89C51 要显示的数据，由 RXD 端输出，移位读入到显示器通道。当 P3.2 为“0”时，89C51 的 RXD 端的数据仅能被移位读入到键盘扫描用的移位寄存器29中。由于显示通道采用 LED 数码管并用 74LS164 作为驱动器，16所以简化了线路，结构简单，显示字位扩充方便，驱动程序设计容易。键盘工作原理也很简单，89C51 通过 RXD30端向键盘扫描移位寄存器 74LS164 逐位发送数据“0”，每次发送后即从 T0(即 P3.4)端读

55、入键盘信号，若读得“0”表示有键按下，转入处理键功能程序。A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9U674LS164A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR974LS164A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR974LS164A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR974LS164A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR974LS164abcdDPY1234567abcd8DPY_LED_BARSabcdDPY1

56、234567abcd8DPY_LED_BARSabcdDPY1234567abcd8DPY_LED_BARSabcdDPY1234567abcd8DPY_LED_BARSD10.5K*80.5K*80.5K*80.5K*8500RXDA AS1S2S3S4S5S60.5K*6+5TXDP3.1P3.2图 3-6 键盘与显示电路3.63.6 制冷压缩机和除霜电热丝启、停控制电路制冷压缩机和除霜电热丝启、停控制电路工作原理：AT89C51 单片机控制信号经 P1.3 和 P1.4 端口输出，并在 P1.7 的控制下锁存在 74LS273 中，74LS273 的输出再经达林顿驱动器 MC141331

57、后驱动固态继电器 SSR1 和 SSR2。当 MC1413 的 16 端有高电平输出时，SSR1 的 3，4 引脚端接通，使加热丝接通电源而除霜32，当 MC1413 的 15 端输出高电平时，SSR2 的3，4 端接通，使压缩机绕组接通电源而启动，开始制冷。74LS273 锁存控制信号，一方面增加输出功率，另一方面也防止单片机复位时引起控制的误动作，采用固态继电器作为压缩机和除霜电热丝33的开关：属于无触点开关，内部是大功率的晶闸管电路，不产生火花，无电磁干扰并使高压与单片机系统隔离。制冷压缩机和除霜电热丝启、停控制电路如图 3-7 所示。17EA/VPP31X119X218RESET9RD

58、/P3717WR/P3616P32/INT012P33/INT113P34/T014P35/T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/PRDG30P31/TXD11P30/RXD10U1AT89C51D13Q12D24Q25D37Q36D48Q49D513Q512D614Q615D717Q716D818Q819CLK11CLR1U574LS2731K1KIN1IN2MC14131615S

59、SR1SSR21K+12下下下下+53412图 3-7 制冷压缩机和除霜电热丝启、停控制电路3.73.7 报警电路报警电路在用声音或灯光报警时，连续的声响或照明灯的灯光往往不易引起人们的警觉，只有断续的声音或闪烁的灯光，才能取得最佳报警效果。由发光二级管 D5 和一个蜂鸣器以及一个三级管组成的报警电路如图 3-8 所示。其中两条线与 AT89C51 单片机的管脚 P1.0 与 P1.1 相连接。当 P1.0 与 P1.1 有一个为低电平时，或者说当任意的一个二极管或者三极管不导通时，那么蜂鸣器就不会发出声音，即不会报警。只有当P1.0 与 P1.1 同时为高电平时即发光二级管导通，与此同时下面

60、的三极管也会导通，这是蜂鸣器就会发出断断续续的“嘀、嘀、”报警声。SpeakerQ1NPN10KR10VCCD5LEDP1.1P1.0图 3-8 报警电路183.83.8 电冰箱的异味消除电路电冰箱的异味消除电路利用 TWH9221 构成的冰箱异味消除器电路41如图 3-9 示。A2 为臭氧发生器专用固态集成电路 TWH9221，其内部由电光控制触发电路、15kHz 振荡器，4min 定时电路、工作指示灯推动电路及 15kHz 功率输出级42等部分组成。4 脚为电源正极、1 脚为电源负极、3 脚为触发端、2 脚为工作状态输出端、5、6 脚为脉冲输出端。平时冰箱门关闭，光线不能照射到光敏管 BG