「单片机的电冰箱控制系统硬件设计」.pdf
系统的硬件设计 硬件是指单片机本身及其外围设备,是单片机控制系统的物质基础，其结构的合理与否，直接影响整个系统的性能,必须慎重选择。电冰箱控制器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。用LE将设定温度或实际温度显示出来。基于 5单片机的电冰箱控制系统的硬件结构(如图 1-1 所示）采用了模块结构设计,主要包括：A/D 转换电路、温度采集电路、除霜电路、键盘电路、LED 显示电路、制冷压缩机和除霜电热丝启停控制电路、电源电压检测电路、语音输出报警电路、直流电源供电电路、晶体振荡电路等模块。图 1-系统硬件结构图 冷 藏 室温 度 传感器 冷 冻 室温 度 传感器 霜 厚 传感器 放大器 放大器 放大器 欠电压保护 压缩机 加热丝 键 盘 电路 显示器 A/D 转换器 功放 AT89C51单片机 直流电源供电电路 晶体振荡电路 报警电路 1单片机的选择 单片机是整个测控系统的核心部件,它直接影响到整个系统的软硬件设计,并对系统的功能、性价比以及研制周期起决定性作用。本控制系统的单片机采用美国TL 公司生产的 8 位单片机 AT89C51，它是 80C51 微控制器系统的派生。AT8951 芯片采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MS-5指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能位 CP和闪烁存储器组合在单个芯片中，TML 的 AT89C5是一种高效微控制器,而且价格低,是目前性能比较高的单片机之一。该芯片完全满足系统需要,不需要再外扩程序存储器和数据存储器，可以大大简化系统的硬件电路。此外,T89C51 单片机在市场上的货源充足,技术比较成熟,同时也具有较好的开发环境。1.1 AT8951 的特点 ATC1 具有以下特点:（1）与CS-5 兼容。该芯片具有CS51 系列单片机的所有特性,与工业标准的 MC51 指令集和输出管脚相兼容。（2）S制造工艺，功耗低,成本低廉。全静态工作时 0Hz-4H，正常运行电压 5V，速度可达 33MH。片内有 4K 字节可编程闪烁存储器，18 字节的A存储器和字节的EPR存储器,不扩展存储器可满足系统需要,采用低功耗的闲置和掉电模式可降低成本且提高系统抗干扰能力。(3)可靠性高。芯片本身按工业测控环境要求设计,抗噪声干扰强;运行温度范围宽(4-60）；允许电源波动范围大(520),芯片内有振荡器和时钟电路。()扩展性能好。具有个 8 位I/口,通过芯片外引脚构成三总线结构(地址总线A、数据总线DB、控制总线CB）。RM可扩展到 6字节,另外具有片内S程序存储器，同时含有 2 个外部中断口,2 个 16 位可编程定时计数器，2 个全双工串行通信口,个中断源。AT89C51 可以按照常规方法进行编程,也可以在线编程。(5)稳定性好。寿命可达 1000 写/擦循环，数据保留时间可达 10 年。1.2 管脚说明 A89C51 芯片引脚排列如图 1所示。引脚按功能可分为：电源和时钟引线、IO口线、控制口线三部分。1.电源和时钟引线:VCC:供电电压。VSS:接地。XA1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL:来自反向振荡器的输出。2.IO口线:P0 口：P0 口为一个位漏级开路双向I/口,每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1 口的管脚第一次写时,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 FLASH 编程时，0 口作为原码输入口,当 FLAH 进行校验时,P0 输出原码，此时0 外部必须被拉高。P1 口：口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出TTL 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LASH 编程和校验时，P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 TL 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，P口输出地址的高八位。在给出地址“”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，2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在 FLAS编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。3 口：口(第二功能如表2-1）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（IL)这是由于上拉的缘故。(）控制口线：RS：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。ALEPRG：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地位字节。在LA编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。在平时，E 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 16。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L的输出可在 SR8EH 地址上置。此时，AE 只有在执行MOX，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/PP:当EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-H),不管是否有内部程序存储器。注意加密方式时,EA将内部锁定为ESE;当，EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。在LAS编程期间,此引脚也用于施加1V 编程电源(VPP)。表 1 P3 口第二功能 I/O 引脚 第二功能 注释 P.0 3 P3.3.P3.4 P.5 3.6 P3.7 RXD DXD 0INT 1INT 0T 1T WR RD 串行数据输入口 串行数据输出口 外部中断 0 请求 外部中断请求 定时器计数器 0 外部输入 定时器计数器 1 外部输入 外部数据存储器写选通 外部数据存储器读选通 .振荡器特性和时钟电路 1.振荡器特性：XTAL和 XTA2 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。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件,XAL2 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。复位电路及时钟电路：单片机应该是一个最小应用系统，但在这个最小系统中，仍有一些功能器件如晶体振荡器、复位电路等无法集成到芯片内部，因而需要在片外接相应的电路。8951 通常采用电自动复位和开关复位两种方式,本系统选用上电复位电路，复位电路如图 1-3（）所示，在 RC 电路的充电过程中,ESET端出现正脉冲，ESE端保持 10 以上的高电平，单片机可有效复位。图 1-2 AT89C51 芯片引脚列图
