【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 既簡(jiǎn)化電路又使單片機(jī)引腳得到充分利用[1315]。 顯示部分對(duì)于顯示界面，可以采用數(shù)碼管，液晶模塊及其他顯示形式。從目前發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，類似的智能系統(tǒng)采用字符型或圖形液晶顯示模塊比較常見。本設(shè)計(jì)顯示器用來(lái)顯示箱內(nèi)溫度。當(dāng)使用按鍵改變溫度預(yù)設(shè)值時(shí)，LED會(huì)閃爍地顯示當(dāng)前的預(yù)設(shè)值，并隨用戶的調(diào)整而改變。當(dāng)用戶調(diào)整完預(yù)設(shè)溫度后5秒，閃爍自動(dòng)停止。用戶設(shè)定好的值存在flash存儲(chǔ)器里，不會(huì)隨掉電而丟失。每次藥品冷藏箱重新啟動(dòng)時(shí)，顯示內(nèi)容為實(shí)際箱內(nèi)溫度，溫控目標(biāo)為上次斷電前的設(shè)置值；設(shè)置溫度是在需要時(shí)進(jìn)行，而平時(shí)LED顯示器顯示采樣溫度。四路采樣通道，冷凍室，冷藏室，環(huán)境三路溫度均需顯示，其依次用字母A、F、C代表，所以必須設(shè)置一個(gè)置換鍵，用來(lái)置換A、F、C。因而第一位LED被用來(lái)顯示A、F、C?；谒幤防洳叵鋬?nèi)溫度有正有負(fù)，第二位LED被用于顯示“+”，“”。第三位，第四位LED則用于顯示具體溫度值?；谝陨显?，本設(shè)計(jì)選用四位一體的LED顯示器，共陰或共陽(yáng)均可以，選用共陰。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，顯示器顯示常用兩種方法：靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)掃描顯示。所謂靜態(tài)顯示，就是每一個(gè)顯示器都要占用單獨(dú)的具有鎖存功能的I/O接口用于筆劃段字形代碼。N位靜態(tài)顯示器要求有N*8根I/O口線，占用I/O資源較多。為了簡(jiǎn)化電路，降低成本，選用動(dòng)態(tài)顯示方式。這種顯示方式是將所有數(shù)碼管的各字段電極對(duì)應(yīng)連在一起，由一個(gè)8位I/O控制。這個(gè)I/O口送出的信號(hào)用來(lái)控制顯示的字形，稱為段碼或字選碼。而每個(gè)數(shù)碼管的共陰極或共陽(yáng)極由另一個(gè)I/O口線控制。這個(gè)I/O口送出的信號(hào)用來(lái)選擇第幾位數(shù)碼管工作，稱為位碼。相比之下，采用動(dòng)態(tài)顯示方式進(jìn)行LED顯示較適合四位一體的LED顯示器。顯示驅(qū)動(dòng)芯片的選擇：很多鍵盤顯示系統(tǒng)中采用并行口數(shù)據(jù)串行數(shù)據(jù)傳輸，其中具有代表性的接口芯片是8279。由于是并行數(shù)據(jù)傳輸，不可避免地造成地址空間的浪費(fèi)，鍵盤顯示系統(tǒng)電路也較為復(fù)雜。另外，8279沒有數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)能力，要對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)還需外加驅(qū)動(dòng)電路，這提高了系統(tǒng)的成本，并進(jìn)1步增加了電路的復(fù)雜性。為了節(jié)省微處理器系統(tǒng)的地址空間，許多廠商開發(fā)了串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)碼顯示驅(qū)動(dòng)芯片。串行數(shù)據(jù)傳輸數(shù)碼顯示驅(qū)動(dòng)芯片有MAX7219和MC14499選常用的MC14499作顯示驅(qū)動(dòng)芯片。用MC14499組成單片機(jī)的顯示電路，具有占用單片機(jī)軟件資源小，不再外加電路即可與單片機(jī)協(xié)調(diào)工作，使用靈活方便，電路簡(jiǎn)單可靠等特點(diǎn)。MC14499是由MOTOROLA公司開發(fā)的高集成度LED顯示驅(qū)動(dòng)器，采用動(dòng)態(tài)掃描方式顯示驅(qū)動(dòng)4個(gè)LED數(shù)碼管。它集鎖存、譯碼、驅(qū)動(dòng)、掃描、時(shí)鐘于一體。所需的輔助電路簡(jiǎn)單，MC14499與單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳送采用串行同步方式。MC14499是一個(gè)CMOSLED譯碼驅(qū)動(dòng)器，片內(nèi)主要包括一個(gè)20位移位寄存器、一個(gè)鎖存器、一個(gè)多路輸出器，由多路輸出器輸出的BCD碼經(jīng)段譯碼器譯碼后，換成點(diǎn)七段碼送至片驅(qū)動(dòng)器輸出(a、b、c、d、e、f、g)和小數(shù)點(diǎn)DP。另外，由片內(nèi)振蕩器經(jīng)過(guò)四分頻的信號(hào)，經(jīng)位譯碼后提供4個(gè)位控信號(hào)，經(jīng)位驅(qū)動(dòng)器至四位控制線(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)。由于MC14499片內(nèi)具有BCD譯碼器和串行接口，所以它幾乎可以與任何單片機(jī)接口相連。MC14499芯片主要控制信號(hào)為：串行數(shù)據(jù)輸入端；a、b、c、d、e、f、g七段顯示輸出；Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ字位選擇端，用來(lái)產(chǎn)生LED選通信號(hào)；OSC：振蕩器外接電容端，外接電容使片內(nèi)振蕩器產(chǎn)生200～800Hz掃描信號(hào)以防LED顯示器閃爍；CLK：時(shí)鐘輸入端，用以提供串行接收的控制時(shí)鐘，標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘頻率為250kHz；EN：使能端，為0時(shí)，MC14499允許接收串行數(shù)據(jù)輸入，為1時(shí)，片內(nèi)的移位寄存器將數(shù)據(jù)送入鎖存器中鎖存。MC14499的輸出端A、B、C、D、E、F、G、DP8個(gè)腳分別接在4位一體LED的段碼輸入端(a、b、c、d、e、f、g)上。字位選擇端Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ經(jīng)反向器驅(qū)動(dòng)后，分別接在4個(gè)數(shù)碼管的公共端。由內(nèi)部時(shí)序分時(shí)選通4個(gè)數(shù)碼管，進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示掃描。為了使串行口的數(shù)據(jù)輸出速率與MC14499接收速率相匹配，單片機(jī)的工作頻率應(yīng)為3MHz?；谝陨戏治?，MC14499與單片機(jī)相應(yīng)的接口應(yīng)選擇串行口。AT89C51串行口工作方式0為移位寄存器方式。RXD提供串行輸出的BCD碼顯示數(shù)據(jù)，TXD提供串行移位脈沖。MC14499能接受20位數(shù)據(jù)的串行輸入，16位用作四位LED顯示，4位用作小數(shù)點(diǎn)顯示。輸入時(shí)序是先發(fā)送四位小數(shù)點(diǎn)碼，輸入時(shí)序如表33所示。表33 輸入時(shí)序位號(hào)移入2019181716151413121110987654321LSBMSBLSBMSBLSBMSBLSBMSBLSBMSB第四位第三位第二位第一位小數(shù)位當(dāng)EN由高變底時(shí)，MC14499的寄存器開始接受串行數(shù)據(jù)。以下是MC1499的譯碼方式：0000顯示0，0001顯示1，0010顯示2，0011顯示3，0100顯示4，0101顯示5，0110顯示6，0111顯示7，1000顯示8，1001顯示9等。圖39 LED顯示電路 鍵盤部分隨著儀器儀表的微型化，一鍵多功能也是目前鍵盤設(shè)計(jì)的一個(gè)趨勢(shì)?；谝陨戏治?，鍵盤所需設(shè)計(jì)的功能有：①鍵：為用戶設(shè)定鍵，用戶可以設(shè)定冷凍室和冷藏室控制溫度。②切換鍵：功能為對(duì)數(shù)碼管顯示的溫度進(jìn)行切換，具體是字母A、F、C的切換。字母“A”：代表冷藏室溫度設(shè)定鍵，按一次切換鍵，LED第一位顯示A，用戶可以在46℃間調(diào)節(jié)冷藏室溫度控制。字母“F”：代表冷凍室溫度設(shè)定鍵，按兩次切換鍵，LED第一位顯示F，用戶可以在315℃間調(diào)節(jié)冷藏室溫度控制。字母“C”：代表環(huán)境溫度鍵，按三次切換鍵，LED第一位顯示C，LED后三位直接顯示環(huán)境傳感器采樣的環(huán)境溫度。③AUTO鍵：AUTO自動(dòng)鍵，按下此鍵藥品冷藏箱進(jìn)入自動(dòng)制冷模式。圖310 鍵盤界面參考資料，鍵盤可采用專用鍵盤或PC鍵盤等通用鍵盤。此處選用1x4行列式鍵盤。采用通用鍵盤的好處是整體性價(jià)比較高，而且便于操作，維護(hù)也比較方便。若有鍵按下，當(dāng)且僅當(dāng)鍵盤陣列的對(duì)應(yīng)列為低電平時(shí)，則該鍵對(duì)應(yīng)的行線將變?yōu)榈碗娖?，通過(guò)程序?qū)︽I盤陣列行線的讀取，可唯一地確定所按下的鍵值。也就是說(shuō)，在某一時(shí)刻鍵盤陣列的列信號(hào)為：1111111111110…、01111111(這些碼我們稱為鍵盤掃描碼)等8種形式之一，可通過(guò)程序?qū)υ摃r(shí)刻輸出的鍵盤掃描碼和讀入的行信號(hào)確定所按下的鍵值。表34 74LS164功能表輸入輸出清零時(shí)鐘ABQABQHLXXXLLLHLXXQAOQBOQHOH↑HHHQANQGNH↑LXLQANQGNH↑XLLQANQGN參考資料，了解到鍵盤使用串入并出移位寄存器74LS164經(jīng)串行口擴(kuò)展并行I/O口實(shí)現(xiàn)。其硬件花銷小，占用資源少，且性能穩(wěn)定，在系統(tǒng)資源問(wèn)題突出時(shí)，不失為一種好的解決方案。74LS164為TTL單向8位移位寄存器，可實(shí)現(xiàn)串行輸入，并行輸出。其中DSA、DSB腳為串行數(shù)據(jù)輸入端，2個(gè)引腳按邏輯與運(yùn)算規(guī)律輸入信號(hào)，共一個(gè)輸入信號(hào)時(shí)可并接。CP為時(shí)鐘輸入端，可連接到串行口的TXD端。每一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的上升沿加到CP端時(shí)，移位寄存器移一位，8個(gè)時(shí)鐘脈沖過(guò)后，8位二進(jìn)制數(shù)全部移入74LS164中。本接口只擴(kuò)了4個(gè)鍵，如不夠，還可串接。鍵盤工作過(guò)程：列線是掃描信號(hào)輸出口，74LS164移位寄存器4位輸出端；行線為信號(hào)接收口。列線上加上信號(hào)，根據(jù)行線的狀態(tài)，便可得知是否有鍵按下，如果在列線上逐行加上一個(gè)掃描信號(hào)，就可以判斷按鍵的位置，讀出鍵值。鍵盤/顯示共用串行口實(shí)現(xiàn)，其工作原理：AT89C51系列單片機(jī)片上有UART(通用異步接收P發(fā)送)用于串行通信，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)由TXD端送出，接收時(shí)數(shù)據(jù)由RXD端接收。有2個(gè)緩沖區(qū)SBUF，一個(gè)作發(fā)送緩沖區(qū)，另一個(gè)為接受緩沖區(qū)。它是可編程的全雙工的串行口。單片機(jī)的串行通信都是經(jīng)數(shù)據(jù)緩沖器SBUF發(fā)送和接收的。實(shí)際在SBUF中有兩個(gè)獨(dú)立的寄存器：一個(gè)是發(fā)送緩沖器，另一個(gè)是接收緩沖器。當(dāng)數(shù)據(jù)被寫入SBUF時(shí)，就被發(fā)送到發(fā)送緩沖器中準(zhǔn)備發(fā)送；而從SBUF讀出數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)一定是從接收緩沖器中送來(lái)的。所以顯示，鍵盤輸入均通過(guò)AT89C51的串行口實(shí)現(xiàn)。顯示，鍵盤輸入均通過(guò)AT89C51的串行口?！?”時(shí)，MC14499使能端起作用，AT89C51的TXD端輸出同步脈沖發(fā)送到移位寄存器MC14499的移位脈沖輸入端，這樣AT89C51預(yù)顯示數(shù)據(jù)，由RDX端輸出，移為讀入到顯示器通道?！?”時(shí)，AT89C51的RDX的數(shù)據(jù)僅能被移位讀入到鍵盤掃描用的移位寄存器中。由于顯示通道采用LED數(shù)碼管并用MC14499作為驅(qū)動(dòng)器，所以簡(jiǎn)化了線路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，顯示字位擴(kuò)充方便，驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)容易。鍵盤工作原理也很簡(jiǎn)單，AT89C51通過(guò)RDX向鍵盤掃描移位寄存器74LS164逐位發(fā)送數(shù)據(jù)“0”，若讀得0表示有鍵按下，轉(zhuǎn)入處理鍵功能程序。該系統(tǒng)人機(jī)交互界面非常方便。四路LED顯示溫度值，4位鍵盤手動(dòng)設(shè)置溫度，用戶可以用安裝在藥品冷藏箱上的行列式鍵盤方便的設(shè)置所要求的藥品冷藏箱內(nèi)溫度，最小間隔為1度。此模塊是利用單片機(jī)的TDX，RDX管腳串聯(lián)方式輸出實(shí)現(xiàn)的。這種鍵盤顯示枝術(shù)節(jié)省了來(lái)統(tǒng)資源，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，穩(wěn)定性。鍵盤電路如圖311所示。圖311 獨(dú)立按鍵電路 制冷電路的設(shè)計(jì)（1）首先明確藥品冷藏箱的制冷原理制冷原理是根據(jù)蒸發(fā)器的溫度控制壓縮機(jī)的啟、停，使藥品冷藏箱內(nèi)的溫度保持在設(shè)定溫度范圍內(nèi)。一般當(dāng)蒸發(fā)器溫度高至5～7℃時(shí)啟動(dòng)壓縮機(jī)制冷，當(dāng)溫度低于10～15℃時(shí)停止制冷，壓縮機(jī)停止運(yùn)行。采用單片機(jī)控制，可以使控制更準(zhǔn)確、靈活。制冷電路圖如圖312所示[1518]。各部分功能的學(xué)習(xí)：①壓縮機(jī)將蒸發(fā)器內(nèi)吸收了的制冷劑吸入壓縮機(jī)內(nèi)，壓縮成高溫高壓氣體，送至冷凝器。②冷凝器由壓縮機(jī)輸送來(lái)的高溫高壓氣態(tài)制冷劑在冷凝器中散熱冷卻，使氣態(tài)制冷劑液化。③毛細(xì)管來(lái)自冷凝器的液態(tài)制冷劑經(jīng)過(guò)毛細(xì)管被節(jié)流，然后進(jìn)入蒸發(fā)器膨脹蒸發(fā)。由于毛細(xì)管的節(jié)流作用，使冷凝器保持一定的高壓（冷凝壓力），蒸發(fā)器保持一定的抵壓（蒸發(fā)壓力）。④蒸發(fā)器當(dāng)高壓液態(tài)制冷劑進(jìn)入蒸發(fā)器時(shí)，由于壓力驟減而引起強(qiáng)烈沸騰蒸發(fā)，同時(shí)吸收被冷卻物品的熱量。⑤制冷劑在管道內(nèi)循環(huán)的過(guò)程來(lái)自冷凝器的常溫高壓制冷劑液體，經(jīng)過(guò)干燥過(guò)濾器，再經(jīng)過(guò)毛細(xì)管降低壓力，溫度也隨著降低，然后進(jìn)入蒸發(fā)器吸熱沸騰，變?yōu)榈蜏氐蛪簹怏w，最后被壓縮機(jī)吸入，并壓縮成高溫高壓氣體，送至冷凝器散熱，成為常溫高壓制冷劑液體，在流經(jīng)干燥過(guò)濾器，形成制冷循環(huán)。圖312 制冷系統(tǒng)原理圖（2）其次了解藥品冷藏箱制冷系統(tǒng)組成圖312為采用AT89C51單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的醫(yī)用特種藥品冷藏箱制冷系統(tǒng)原理圖。制冷系統(tǒng)由壓縮機(jī)、冷凝器、過(guò)濾器、電磁閥、毛細(xì)管、蒸發(fā)器及控制器等構(gòu)成，各部分以管道連接成一個(gè)封閉系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)注入制冷劑。管路系統(tǒng)中，在能夠反映制冷劑狀態(tài)的關(guān)鍵部位設(shè)置了溫度傳感器，用以檢測(cè)其溫度。本系統(tǒng)控制的制冷電路采用雙路循環(huán)，也稱雙溫雙控系統(tǒng)。圖中所示系統(tǒng)為冷藏蒸發(fā)器與冷凍蒸發(fā)器并列制冷，相互間不受影響。基于并列制冷，電磁閥必須選用可以控制制冷劑分配流向的。兩位三通電磁閥即可滿足此需要。因?yàn)獒t(yī)用藥品冷藏箱制冷系統(tǒng)為冷藏蒸發(fā)器與冷凍蒸發(fā)器并列制冷，相互間不受影響。可據(jù)冷藏室或冷凍室對(duì)制冷量的不同需求，通過(guò)電磁閥控制分配流向冷藏室或冷凍室的循環(huán)制冷劑，冷凍室和冷藏室溫度分別可以由溫度控制系統(tǒng)獨(dú)立控制。當(dāng)冷藏室要求制冷時(shí)，三通電磁閥會(huì)接通冷藏室蒸發(fā)器，使制冷系統(tǒng)只對(duì)冷藏室制冷，當(dāng)溫度達(dá)到要求后，會(huì)自動(dòng)停止向冷藏室輸送制冷劑；當(dāng)冷凍室要求制冷時(shí)，三通電磁閥會(huì)接通冷凍室蒸發(fā)器，制冷系統(tǒng)只對(duì)冷凍室制冷。由于兩室的制冷過(guò)程互不關(guān)聯(lián)，因此兩室的溫度也相互不影響，從而保證兩室的溫度相對(duì)穩(wěn)定，也由于兩室的制冷相對(duì)獨(dú)立，可以分別作不同的溫度調(diào)節(jié)或停止制冷運(yùn)轉(zhuǎn)，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種使用環(huán)境和溫度環(huán)境的適應(yīng)要求。三通電磁閥分配的制冷劑是由壓縮機(jī)送來(lái)的。壓縮機(jī)選用全封閉式壓縮機(jī)。因?yàn)閱㈤_式壓縮機(jī)的最大缺點(diǎn)是它的傳動(dòng)主軸密封裝置（即軸封）很難保證長(zhǎng)期不漏氣，因而需要經(jīng)常檢查充氣。為了克服這種毛病，后來(lái)就出現(xiàn)了將壓縮機(jī)與電動(dòng)機(jī)直接連動(dòng)，密封在一個(gè)金屬殼內(nèi)，即全封閉式壓縮機(jī)。這種壓縮機(jī)密封性能好，可連續(xù)使用十多年也不需要維修，因而現(xiàn)小型設(shè)備都用這種壓縮機(jī)。此種壓縮機(jī)內(nèi)部樣式很多，我選用曲柄導(dǎo)管式，法國(guó)泰康公