电冰箱温度控制系统设计样本

电冰箱温度控制系统设计

一、引言

电冰箱是每个家庭现代化厨房必备的家用电器之一，它是利

用电能在箱体内形成低温环境,用于冷藏冷冻各种食品和其它物品

的家用电器设备。它的主要任务就是控制压缩机、化霜加热等来

保持箱内食品的最佳温度达到食品保鲜的目的，即保证所储存的

食品在经过冷冻或冷藏之后保持色、味、水分、营养基本不变。

从19世界上第一台电机压缩式电冰箱研制成功，随着科学技术的

飞速发展电冰箱也在不断的演变和更新特别是近年来高新技犬的

迅猛崛起更使得电冰箱的发展日新月异。现代社会每一个家庭

都处在快节奏的生活中人们大多已无闲暇的时间和精力花费在经

常性的采购日常生活用品上。因此集中时间大量采购的新型生活方

式已为越来越多的人所接受从而决定了大容量电冰箱将是一种国

际化的发展趋势。传统的机械式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,使电冰箱内的温度保持在设

定温度范围内。一般，当蒸发器温度升至3~5c时启动压缩机制冷;

当温度低于-10〜-20C时停止制冷,关断压缩机。

随着微机技术的飞速发展，单片机以其体积小、价格低、应用

灵活等优点在家用电器、仪器仪表等领域中得到了广泛的应月。

采用单片机进行控制，能够使电冰箱的控制更准确、灵活、直观。

本次所设计的就是基于51单片机的电冰箱温度控制系统，以

AT89c51单片机为核心控制压缩机的启动和停止，解决了传统电冰

箱控制系统存在的不足，能够使控制更准确、更灵活。

本次设计的目的是设计一个温度控制系统，要求：

1.利用键盘分别控制冷藏室、冷冻室温度(0〜5?,・7〜.18匕);

2.显示各室的温度值；

3.制冷压缩机运行后若突然断电要有30秒延时；

4.各个门开后超过2分钟要报警。

本次设计的意义是经过此次设计加深对测控系统原理与设计

课程的理解，掌握微机化测控系统设计的思路，了解一般设计

过程。

二、电冰箱温度控制系统硬件电路设计

1.总体设计方案

以AT89s51单片机为核心，来实现各个模块的功能。温度传感

器模块、键盘输入模块作为系统的输入模块，液晶显示模块、温

度控制器模块、报警模块作为系统的输出模块，构成基本电路,原

理框图如图2-1所示：

温度传感器（经指导老师建议，使用DS18B20,因其自带A/D

转换模块）从设备环境的不同位置采集温度，单片机AT89S51获取

采集的温度值，经处理得到当前环境中一个比较稳定的温度值、再

根据当前设定的温度上下限值，经过加热和降温对当前温度进行

调整。当采集的温度经处理后超过设定温度上限时，单片机经过三

极管3仅动继电器开启降温设备（压缩制冷器），当采集的温度经处理

后低于设定温度下限时，单片机经过三极管驱动继电器开启JI温

设备（加热器）。

DC

图2.1冰箱控制原理图

当由于环境温度变化太剧烈或由于加热或降温设备出现故障,

或者温度传感头出现故障导致在一段时间内不能揩环境温度调整

到规定的温度限内的时候，单片机经过三极管3仅动扬声器发出警

由严。

系统中将经过串口通讯连接PC机存储温度变化时的历史数据,

以便观察整个温度的控制过程及监控温度的变化全过程。

2.主控制部分方案

AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4k

BytesISP（In-systemprogrammable）的可重复擦写1000次的Flash只

读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技

术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集

成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元AT89s51在众多嵌

入式控制应用系统中得到广泛应用。

2.1AT89S51主要性能特点

1、4kBytesFlash片内程序存储器；

2、128bytes的随机存取数据存储器（RAM）;

3、32个外部双向输入/输出（I/O）口；

4、2个中断优先级、2层中断嵌套中断;

5、6个中断源；

6、2个16位可编程定时器/计数器；

7、2个全双工串行通信口；

X、看门狗（WD1）电路；

9、片内振荡器和时钟电路；

10、与MCS-51兼容；

11、全静态工作：0Hz-33MHz;

12、三级程序存储器保密锁定；

13、可编程串行通道；

14、低功耗的闲置和掉电模式。

2.2管脚说明

VCC：电源电压输入端。

GND:电源地。

P0□:P0口为一个8位漏级开路双向I/O□,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，它能够被定义为数据/地址的低八位。

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。PDIP封装的AT89S51管脚

图

PI口:PI口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O□,PI□

缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部二拉

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□：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□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□：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O□,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□将输出

电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口除了作为普通I/O口，还有

第二功能：

P3.0RXD（串行输入口）

P3.1TXD（串行输出口）

P3.2/1NTO（外部中断。）

P3.3/INT1（外部中断1）

P3.4T0（TO定时器的外部计数输入）

P3.5TKT1定时器的外部计数输入）

P3.6/WR（外部数据存储器的写选通）

P3.7/RD（外部数据存储器的读选通）

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

I/O口作为输入口时有两种工作方式，即所谓的读端口与读引

脚。读端口时实际上并不从外部读入数据，而是把端口锁存器的内

容读入到内部总线,经过某种运算或变换后再写回到端口锁存器。

只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线。89C51的

PO、Pl、P2、P3□作为输入时都是准双向口。除了P1口外P0、

P2、P3□都还有其它的功能。

RST:复位输入端，高电平有效。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:地址锁存允许/编程脉冲信号端。当访问外部存储

器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。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1/6O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，低电平有效。在由外部程

序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN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:外部程序存储器访问允许。当/EA保持低电平时，则

在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不论是否有内部程序

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)o

XTAL1:片内振荡器反相放大器和时钟发生器的输入端。

XTAL2:片内振荡器反相放大器的输出端。

2.3下载程序

AT89SXX系列单片机实现了ISP下载功能，故而取代了

89CXX系列的下载方式，也是因为这样,ATMEL公司已经停止生

产89CXX系列的单片机，现在市面上的AT89CXX多是停产前的

库存产品。

1.控制线，共4根。

(1)输入：

RST——复位瑜入信号，高电平有效。在振荡器工作时，在RST

上作用两个机器周期以上的高电平，将器件复位。

EA/Vpp——片外程序存储器访问允许信号，低电平有效。在编

程时，其上施加12V的编程电压。

(2)输入,输出:

ALE/PROG——地址锁存允许信号，输出。用做片外存储器访

问时，低字节地址锁存。ALE以1/6的振荡频率稳定速率输出，可

用做对外输出的时钟或用于定时。在EPROM编程期间，作输入。

输入编程脉冲。ALE能够3仅动8个LSTTL负载。

(3)输出:

PSEN——片外程序存储器选通信号,低电平有效。在从片外程

序存储器取指期间，在每个机器周期中，当PSEN有效时，程序存储

器的内容被送上P0□(数据总线)oPSEN能够3仅动8个LSTTL负

载。

2.1/0口:4个口，32根

单片机51系列共有四个8位双向并与I/O通道口，分别是P0、

Pl、P2、P3,各具有特殊的电路结构，每位均有自己的锁存器、输

出驱动器和输入缓冲器。这种结构，在数据输出时可锁存，即输出

新的数据之前，通道口上原数据一直保持不变，但对输入信息是不

锁存的，因此从外部输入的信息必须保持到取数指令执行完为止。

在这四个8位双向并行I/O通道口中，我们应该选择哪一个通道口

作为输入信号和输出信号的端口呢？下面我们先来了解一下四个

通道□的结构。

(1)PO□介绍

P0□在访问外部存储器时,P0□既是一个真正的双向数据总

线口，又是从分时输出8位地址口。它包括一个输出锁存器，两个

三态缓冲器，一个输出3仅动电路和一个输出控制电路

(2)P1口介绍

Pl口是专门为用户使用的I/O口，是准双向口,P1口为8位准

双向口，每一位均可单独定义为输入或输出口。在编程校验期间，

用做输入低位字节地址。P1口能够3仅动4个LSTTL负载。

(3)P2□介绍

P2□也是双向口。它是供系统扩展区输出高8位地址。如果

没有系统扩展时，也能够作为用户的I/O□使用。P2口作为外部数

据存储器或程序存储器的地址总线的高8位输出口AB8-AB15,P0

□由ALE选通作为地址总线的低8位输出口AB0-AB7o外部的程

序存储器由PSEN信号选通，数据存储器则由WR和RD读写信号

选通，因为2=64k,因此89S51最大可外接64kB的程序存储器和数

据存储器

(4)P3口介绍

P3口是个双功能口，第一功能作通用I/O口，第二功能是作变

异功能用，为适应引脚的第二功能的需要，增加了第二功能控制逻

辑，在真正的应用电路中，第二功能显得更为重要。由于第二功能

信号有输入输出两种情况，我们分别加以说明。

P3口的输入输出及P3口锁存器、中断、定时/计数器、串

行口和特殊功能寄存器有关,P3口的第一功能和P1□一样可作为

输入输出端口，同样具有字节操作和位操作两种方式，在位操作模

式下，每一位均可定义为输入或输出。

表2-1P3口的第二功能

端口引脚功能特征

P3.0串行输入口(RXD)

P3.1串行输出口(TXD)

P3.2外中断0(INTO)

P3.3外中断l(INTl)

P3.4定时/计数器0的外部输入口(T0)

P3.5定时/计数器1的外部输入口(T1)

P3.6外部数据存储器写选通(WR)

P3.7外部数据存储器读选通(RD)

现在我们已经对四个8位双向并行I/O口有了初步的了解。根

据以上的介绍我们知道只有P1口是标准的I/O口,因此我们选用

P0口作为数据端口,P0口可逐位分别定义各口线为输入或输出线。

2.4AT89S51单片机的中断系统

本次设计的报警器是利用外部中断触发单片机中断处理程序，

以实现报警的功能。因此，以下内容是对89s51单片机的中断系统

的介绍。

L中断：程序执行过程中，允许外部或内部事件经过硬件打断

程序的执行，使其转向为处理内部事件的中断服务程序中去；完成

中断服务的程序后,CPU继续原来被打断的程序，这样的过程称为

中断过程。

2.中断源：能产生中断的外部和内部事件。

89s51有5个中断源：

(DINTO:外部中断0请求，低电平有效。经过P3.2引脚输入。

(2)INT1:外部中断1请求，低电平有效。经过P3.3引脚输入。

(3)T0:定时器/计数器。溢出中断请求。

(4)TI:定时器/计数器1溢出中断请求。

(5)TXD/RXD:串行口中断请求。当串行口完成一帧数据的发

送或接收时，便请求中断。

每一个中断源都对应一个中断请求标志位，它们设置在特殊

功能寄存器TCON和SCON中。当这些中断源请求中断时，相应的

标志分别有TCON和SCON中的相应位来锁存。

3.AT89S51中断系统有以下4个特殊功能寄存器：

(1)定时器控制寄存器TCON(用6位)；

(2)串行口控制寄存器SCON(用2位)；

(3)中断允许寄存器IE;

(4)中断优先级寄存器IP。

其中,TCON和SCON只有一部分用于中断控制。经过对以上

各特殊功能寄存器的各位进行置位或复位等操作，可实现各种中

断控制功能。

4.中断的响应过程及中断矢量地址

中断处理过程可分为3个阶段：中断响应、中断处理和中断返

回。89C51的CPU在每个机器周期的S5P2期间顺序采样每个中断

源,CPU在下一个机器周期S6期间按优先级顺序查询中断标志。

如查询到某个中断标志为1,则将在接下来的机器周期S1期间按优

先级进行中断处理,中断系统经过硬件自动将相应的中断矢量地址

装入PC,以便进入相应的中断服务程序。表2既是各个中断源对应

的中断矢量地址。

由于89S51系列单片机的两个相邻的中断源中断服务程序入

口地址相距只有八个单元，一般的中断服务程序是容纳不下的，-

般是在相应的中断服务程序入口地址中放一条常跳转指令LJMP,

这样就能够转到64KB任何可用区域了。

表2-2中断源及其对应的矢量地址

中断源中断矢量地址

外部中新0()0003H

定时•器/计数器0(T0)000BH

外部中断1()00I3H

定时器/计数器1(T1)001BH

串行口中断(RI、TI)0023H

中断服务程序从矢量地址开始执行，一直到返回指令RETI为

止。RETT指令的操作一方面告诉中断系统该中断服务程序已执行

完毕，另一方面把原来压入堆栈保护断点地址从栈顶弹出，装入程

序寄存器PC,使程序返回到被中断的程序断点处继续执行。

5.在编写中断服务程序时应注意：

(1)在中断矢量地址单元处存放一条无条件转移指令(如

LJMPxxxXH),使中断程序可灵活的安排在64KB程序存储器

的任何空间。

(2)在中断服务程序中，用户应注意用软件保护现场，以免中

断返回后丢失原寄存器、累加器中的信息。

(3)若要在执行当前中断程序时禁止更高优先级中断，则可先

用软件关闭CPU中断或禁止某中断源中断，在中断返回前在开放

中断。

2.5AT89s51单片机的优势

1.性能强大

AT89s51具有完整的输入输出、控制端口、以及内部程序存

储空间。与我们一般意义上的微机原理类似，能够经过外接A/D,

D/A转换电路及运放芯片实现对传感器传送信息的采集，且能够提

供以点阵或LCD液晶及外接按键实现人机交互，能对内部众多I/O

端口连接步进电机对外围设备进行精确操控，具有强大的工控能

力。

2.易于学习

AT89S51系列单片机编写程序的基本流程。其语法结构与我们

常见的计算机C语言基本相同，不同之处在于增加了控制具体引脚

工作的语句和命令,相对于计算机C语言，单片机C语言更简练和

明确.能够控制每个引脚的输入输出状态。其主要语句集中在例

如："ifelse"、"while"、“for”等循环与判断语句上，相比计算

机C语言更简单。有过计算机C语言学习经历经过一段时间的熟

悉就能够熟练进行编程.

使用AT89S51系列单片机编程，能够在没有实物单片机的情

况下在普通电脑上进行程序编写甚至是调试工作。一般工作中使用

Keil公司开发的51单片机编程软件进行编程，它采用当前流行的

开友环境，集编辑，编译和仿真于一体。在该软件上用户能够编写

汇编语言或C语言源程序，并利用该软件生成单片机能运行的程

序。

3.价格低廉

AT89S51芯片价格便宜，适合对大批量的计量仪器进行规模化

改造，其单片售价不超过5元。

3.测温模块的选择方案

3.1DS18B20简介

DS18B20是一种单端通信的数字式温度传感器，这就大大减

小了温度测量电路的复杂程度。我们把单片机的一条I/O分配给温

度传感器，即可完成温度采集。单片机经过对温度传感器的初始化,

发出温度转换命令，写入和读出数据的命令来实现温度的测量。

本系统在温度采集中使用的DS18B20测温原理图如图3-1所

示：图中低温度系数晶振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;高温度系数晶振振荡频

率随着温度变化，变化明显，所产生的信号作为减法计数器2的脉

冲输入。图中还隐含着计数门，当计数门打开时,DS18B20就对低

温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数，进而完成温度测量，计

数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定。每次测量前，首先将

-55C所对应的一个基数分别置入减法计数器1、温度寄存器中。

图3-1DS18B20测温原理图

DS18B20是一种使用方便的温度传感器，其性能特点如下：

(1)具有独特的单线接口方式，只要求一个端口即可实现通

信；

(2)内含64位经过激光修正的只读存储器ROM;(3)在

DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号；

(4)实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温；

(5)测量温度范围在-55C到+125C之间，测量分辨率为

0.0625C;

(6)数字温度计的分辨率用户能够从9位到12位选择；

(7)内部有温度上、下限告警设置，用户可分别设定各路温度

的上、下限;

(8)支持多接点；

(9)可用数据线供电，电压范围:3.0—5.5V;

(10)负压特性：电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁,

但不能正常工作。

系统所选的是3脚的PR-35封装DS18B20数字温度传感器，引

脚功能如表3所示。

表3-1DS18B20详细引脚功能描述

序号名称引脚功能描述

1GND地信号

2DQ数据输入/榆出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用在寄生电源下，也可以向

器件提供电源。

3VDD可选择的VDD引脚。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。

DS18B20的内部有一个高速暂存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、TLO高

速暂存存储器由9个字节组成，其分配如表3.2所示。当温度转换

命令发布后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在高速

暂存存储器的第1和第2个字节。单片机可经过单线接口读到该数

据，读取时低位在前，高位在后，对应的温度计算：当符号位S=0时,

直接将二进制位转换为十进制；当S=1时，先将补码变为原码，再

计算十进制值。第3和第4字节是TH和TL的拷贝，是易失性的，每

次上电复位时被刷新，第5字节为配置寄存器，它主要用来确定温

度值的数字转换分辨率。6、7、8字节保留未用，为全逻辑1,第

9字节是冗余检验字节。

根据DS18B20的通信协议，主机控制DS18B20完成温度转换

必须经过3个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复

位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对

DS18B20进行预订的操作。

表3-2DS18B20暂存寄存器分布

寄存器内容字节地址

温度值低位0

温度值高位1

高温限值TH2

低温限值TL3

配置寄存器4

保留5

保留6

保留7

CRC检验8

表3-3ROM指令

指令约定代码功能

读ROM33H读取DSI8B20温度传感器ROM的编码

发出命令后，接着发出64位ROM编码，访问单总线上与该编码

符合ROM55H对应的DS18B2O,使之做出相应，为下一步对该DS18B2O读写

作好准备

搜索ROMOFOH用于确定挂接在同一总线上DS18B20的个数和识别64位ROM

地址，为操作各器件做好准备

跳过ROMOCCH忽略64位ROM地址、直接向DS1820发温度变换命令。适

用于单片工作.

报警搜索命令OECH执行后只有温度越过设定值上限或下限的芯片才能做出相应

表3-4RAM指令

指令约定代码功能

温度变化44H启动DS18B2O,进行温度转换，12位转换时最长为750ms,结果

存入内部9字节RAM中

读暂存器OBEH读内部RAM中9字节的内容

写暂存器4EH发出向内部RAM的3、4字节写上、下限温度数据命令。紧跟该

命令之后是传送两字节的数据

复制暂存器48H将RAM中第3、4字节的内容复制到EEPROM

重调EEPROM0B8H将EEPROM中内容恢复到RAM中的第3、4字节

读供电方式OB4H读DS18B20的供电模式.寄生供电时DS18B20发送0,外接电

源供电DSI8B20发送1

主CPU将数据下拉500微秒，然后释放,DS18B20收到信号等

待16到60微秒，然后发出60到240微秒的存在低脉用主CPU收

到此信号表示复位成功。ROM指令如表3-3所示,RAM指令如表

3-4所示。

DS18B20的温度采集过程：如图3.2所示。

3.2DS18B20的工作时序

DS18B20的工作时序主要包括初始化时序、写时序、读时序。

初始化时序下：

(1)先招数据线置高电平；

(2)延时2ms;

(3)数据线拉到低电平；

(4)延时750us(从480us到960us);

(5)数据线拉到高电平；

(6)延时等待。如果初始化成功，在15到60us时间之内产生

一个由DS18B20返回的低电平，据该状态能够来确定它的存在，可

是应注意不能无限的进行等待，不然会使程序进入死循环，因此要

进行超时判断；

(7)若CPU读到了数据线上的低电平后，还要做延时，其廷时

的时间从发出的高电平算起(第方步的时间算起)最少要480us;

(8)将数据线再次拉高到高电平1后结束。

DS18B20写数据时序如下：

(1)数据线先置低电平；

(2)延时时间为15us;

(3)按从低位到高位的顺序发送数据(一次只发送一位)；

(4)延时时间为45us;

(5)将数据线拉到高电平；

(6)重复上述步骤，直到发送完整个字节；

(7)最后将数据线拉高。

从DS18B20读数据时序如下：

(1)将数据线拉高；

(2)延时2us;

(3)将数据线拉低；

(4)延时6us;

(5)将数据线拉高；

(6)延时4us;

(7)读数据线的状态得到1个状态位，而且进行数据处理;

(8)延时30us;

(9)重复上述步骤，直到读取完一个字节。

3.3DS18B20的连接电路

DS18B20的常见连接电路图如图3.3所示。

图3・3DS18B20连接电路

4.各单元的设计

4.1单片机时钟电路及复位电路

(1)时钟电路

时钟电路对于单片机系统而言是必须的，因为单片机内部是

由各种各样的数字逻辑器件构成，而这些器件又必须按时间顺序

完成。因此在管脚的XTAL1和XTAL2引脚外接石英晶体和俩个谐

振电容，电容采用2个30u电容，采用12M的石英晶体。这样就能

够构成单片机的基本时钟电路，时钟频率为12MO电路图如图4-1

所示：

图4-1单片机时钟电路

(2)复位电路

复位电路是对单片机进行初始化操作，使单片机处于一个确

定的初始状态。而要AT89s51复位得在RESET引脚上力口5V的高电

平信号就能够了。复位电路参数为30U的电解电容和10kQ的电阻。

如图4-2为单片机的复位电路。

图4-2复位电路

复位电路的作用是使单片机实行位操作，复位主要操作是把

PC初始化为0000H,使单片机从程序存储器的0000H单元开始执

行程序。程序存储器的0003H单元即MCS-51单片机的外部中断0

的中断处理程序的人口地址留出的0000H-00002H三个单元地址,

仅能够放置一条转移指令，因此，单片机的主程序的第一条指令一

般情况下是一条无条件转移指令。除PC之外，复位还对其它一些

特殊功能的寄存器也有影响，它们的复位状态如下表所示。利用它

们的复位状态，能够减少应用程序中的初始化编程，如表4-1所小,

SP=07H,P0-P4的锁存器均为FFH外，其它所有的寄存器均为0.单

片机的复位状态不影响片内RAM的状态。

表4-1寄存器复位状态

寄存器复位状态寄存器复位状态

PCOOOOHTMODOOH

ACCOOHTCONOOH

PSWOOHTLOOOH

SP07HTHOOOH

DPTROOOOHTL1OOH

P0'P3FFHTH1OOH

IPOxxOOOOOBSCONOOH

IEOxxOOOOOBPCONOxxOOOOOB

(3)单片机最小系统

根据AT89s51的引脚定义，单片机、时钟电路、复位电路构

成了单片机最小系统，如图4.3所示:

U1

啜

>XTAL1P0.0/AD0

P0.1/AD1

P0.2/AD237

XTAL2P0.3/AD3

P0.4/AD4

P0.5/AD5

P0.6/AD6_21

RSTP0.7/AD7式

P2.0/A8

P2.1/A9

P2.2/A10

-=1

iq-PSENP2.3/A11

ALEP2.4/A12

」EAP2.5/A13=§3

P2.6/A14―

工P2.7/A15

上

P15P3.0/RXD

工uHl

±P1.1P3.1/TXD

P12P3.2/INT0H

P13P3.3/INT1

P1.4P3.4/T0di

±8=P15P3.5/T1嘘

P1BP3.6/VVR

P1.7P37商―

P7AT89S51LL

图4.3单片机的最小系统

4.2键盘

单片机应用系统中除了复位按键有专门的复位电路，以及专一

的复位功能外，其它的按键或键盘都是以开关状态来设置控制功能

或输入数据。

键开关状态的可靠输入：为了去抖动我采用软件方法，它是

在检测到有键按下时，执行一个10ms的延时程序后，再确认该键

电平是否仍保持闭合状态电平，如保持闭合状态电平则确认为真

正键按下状态，从而消除了抖动影响

在这种行列式矩阵键盘非编码键盘的单片机系统中，键盘处

理程序首先执行等待按键并确认有无按键按下的程序段。当确认有

按键按下后，下一步就要识别哪一个按键按下。对键的识别一般有

两种方法：一种是常见的逐行扫描查询法；另一种是速度较快的线

反转法。

对照图示的4*4键盘，说明线反转法工作原理。首先辨别键盘

中有无键按下，有单片机I/O口向键盘送全扫描字，然后读入行线

状态来判断。方法是：向行线输出全扫描字00H,把全部列线置为

低电平，然后将列线的电平状态读入累加器A中。如果有按键按下,

总会有一根行线电平被拉至低电平从而使行线不全为lo判断键盘

中哪一个键被按下是经过将列线逐列置低电平后，检查行输入状

态来实现的。方法是：依次给列线送低电平，然后查所有行线状态,

如果全为1,则所按下的键不在此列；如果不全为1,则所按下的键

必在此列，而且是在与零电平行线相交的交点上的那个键。

键盘共有16个按键，用于方便设定温度。

□□

…：数字按键，输入数字0--9;

TN4I

：设置的确认，修改设置温度时进行确认;

、士OZK

:设置的清除，修改设置温度时进行删除;

开启电源

:关闭电源

一:显示及设置转换到温度点I,按此按键后，显示预设置

温度的数码管闪烁；

:显示及设置转换到温度点2,按此按键后，显示预设置

温度的数码管闪烁;

表4-1键盘的按键分布

P2.00121b__

P2.14567

P2.289F1F2

P2.3清除开启关闭确定

P2.4P2.5P2.6P2.7

4.3温度控制及超温和超温警报单元

当采集的温度经处理后超过规定温度上限时，单片机经过

P1.4输出控制信号驱动三极管D1,使继电器K1开启降温设备

（压缩制冷设备）：当采集的温度经处理后低于设定温度下限时,

单片机经过P1.5输出控制信号驱动三极管D2，使继电器K2开

启升温设备（加热器1）o当由于环境温度变化太剧烈或由于加热

或降温设备出现故障，或者温度传感头出现故障导致在一段时间

内不能将环境温度调整到规定的温度限内的时候，单片机经过三

极管驱动扬声器发出警笛声。具体电路连接如图4-1所示。

图4-1具体电路连接图

4.4数码管的显示电路

(DLED显示器

LED显示器是由若干个发光二极管组成的显示字段的显示器

件，当发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔画发光，控制不

同组合的二极管导通就能显示不同字符。LED显示器有多种形状,

如：米字型显示器、点阵显示器和七段数码显示器等，在单片机系

统中使用最多的是七段数码管显示器。

七段LED数码显示器是由a、b、c、d、e、f、g、h这

8段发光二极管组成的“8"字型显示器件。根据内部发光二极管

的连接形式不同,LED有共阴极和共阳极两种。所有发光二极管的

阳极连在一起称共阳极LED;阴极连在一起称共阴极LEDoLED

的结构及连接图如图4-2所示

图4-2LED结构及连接图

(2)LED的工作原理

当选用共阴极的LED显示器时，所有发光二极管的阴极连在

一起接地，当某个发光二极管的阳极接高电平时，对应的二极管点

亮。因此要显示某字型的相应段的二极管点亮，实际上就是送一个

用不同电平组合代表的数据字来控制LED的显示，此数据称为字

符的段码或字形码，字形码与LED显示器各段的关系如表4-2所

小：

表4-2字形码与LED显示器各段的关系

D7D6D5D4D3D2DIDO

dpgfedcba

(3)LED的接口电路

LED数码显示接口电路分静态显示和动态显示两种。

所谓静态显示,就是每个显示器都要占用独立的具有锁存功

能的I/O接口，显示的字型码送到接口电路。在字位数较多时，目路

比较复杂，需要的接口芯片较多，成本也较高。因此在实际应用中

常常应用动态显示器接口电路如图4.9所示。它是把所有显示器的

同名字段互相连接在一起，并把它们连到字形口上。每个数码管的

公共端受单片机的I/O口控制。CPU送出字段码，只有公共端符合

条件的数码管才显示。根据这个原理，采用分时导通的办法，利用

人眼的滞留性，达到动态扫描的目的。

...................RP1・・.

.....................ABBRACKB

..........................

・.八..

1234

VADO

UMM

3?

^ADZ

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35

“AO,

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&AD6

UM?

2Ms

2.1供9

2fA1D

3TA11

WA12

F

»A13

&AU

，，6・■4

图4-3数码管的显示电路

4.5蜂鸣器电路

本次设计采用蜂［鸟器电路如图4-11所示作为报警装置。

图4-4蜂鸣器电路

4.6接口通讯单元

(l)max232资料简介:

该产品是由德州仪器公司（TI）推出的一款兼容RS23