【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 前 言 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，我們對(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，我們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)我們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)。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 第 1 章 電 冰箱系統(tǒng)概述 單片機(jī)概述 自從 1971 年微型計(jì)算機(jī)問(wèn)世以來(lái)，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，導(dǎo)致微型計(jì)算機(jī)正向兩個(gè)方向發(fā)展：一是高速度、高性能、大容量的高檔微型計(jì)算機(jī)及其系列化，向大、中型計(jì)算機(jī)挑戰(zhàn)；另一個(gè)是穩(wěn)定可靠、小而廉、能適應(yīng)各種領(lǐng)域需要的單片機(jī)。 單片機(jī)是指把中央處理器、隨機(jī)存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器以及 I/O接口電路等主要部件集成在一塊半導(dǎo)體芯片上的微型計(jì)算機(jī)。雖然單片機(jī)只是一個(gè)芯片，但從組成和功能上看，它已經(jīng)具有了微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的含義，從某種意義上來(lái)說(shuō)，一塊單片機(jī)就是一臺(tái)微 型計(jì)算機(jī)。 自從 1975 年美國(guó)德可薩斯公司推出世界上第一個(gè) 4 位單片機(jī) TMS1000 型以來(lái)，單片機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展，目前已成為微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的一個(gè)獨(dú)特分支，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、儀器儀表智能化、家用電子產(chǎn)品等各個(gè)控制領(lǐng)域。 單片機(jī)的特點(diǎn) 單片機(jī)結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)主要是面向控制上的需要，因此，它在硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)及 I/O 能力等方面均有獨(dú)特之處，其顯著的特點(diǎn)之一就是具有非常有效的控制能力，故也可把單片機(jī)稱為微控制器。 與普通的微型計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)主要具有以下特點(diǎn)： (1)體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高 單片機(jī)把各 功能部件集成在一個(gè)芯片上，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連線，大大提高了單片機(jī)的可靠性與抗干擾能力。另外，其體積小，對(duì)于強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合在惡劣環(huán)境下工作。 (2)控制能力強(qiáng) 單片機(jī)雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是它“五臟俱全”，已經(jīng)具備了足夠的控制功能。單片機(jī)具有較多的 I/O口， CPU 可以直接對(duì) I/O 進(jìn)行操作、算術(shù)操作、邏輯操作和位操作，指令簡(jiǎn)單而豐富。所以單片機(jī)也是“面向控制”的計(jì)算機(jī)。 (3)低電壓、低功耗 單片機(jī)可以在 ，有的已能在 或 下工作；功耗降至為μ A 級(jí)，一顆紐扣電池就可長(zhǎng)期使用。 (4)優(yōu)異的性能 /價(jià)格比 由于單片機(jī)構(gòu)成的硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、開發(fā)周期短、控制功能強(qiáng)、可靠性高，因此，在達(dá)到同樣功能的條件下，用單片機(jī)開發(fā)的控制系統(tǒng)比用其畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 它類型的微型計(jì)算機(jī)開發(fā)的控制系統(tǒng)價(jià)格更便宜。 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。 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)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 。 總 之 ， 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) 。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 第 2 章 MCS51 單片機(jī)介紹 MCS51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)。 內(nèi)部主要組成部分介紹 MCS51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。 MCS51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。 MCS51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。 MCS51單片機(jī)引腳介紹 MCS51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。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 MCS51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： 圖 21 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 XTAL 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/PROG————、 PSEN————和 EA——/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/PROG————: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 PROG————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。