毕业设计基于单片机的冰箱控制系统设计.doc
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1、单片机原理及应用课程设计题 目: 基于单片机的冰箱控制系统 学 院: 沈阳工业大学工程学院 专 业: 测控技术与仪器 班 级: 0901 姓 名: 学 号: 220090310 指导教师: 英顺 起止日期:2011年12月12日2011年12月26日 目 录1. 课程设的目的22. 课程设计题目要求23. 课程设计设计内容23.1 MCS-51单片机硬件介绍23.2 内部主要组成部分介绍 23.3 单片机的时钟及复位53.4 多通道A/D转换器ADC0809芯片介绍9 4. 控制系统的硬件设计114.1 微电脑硬件控制结构124.2 微电脑正常工作必备条件电路124.3 温度检测电路144.4
2、 键盘电路和显示电路144.5 过、欠电压检测154.6 存储器154.7 键盘/显示器 154.8 执行器154.9 开关检测164.10 报警器165.控制系统的软件设计 175.1 主程序175.2 T0中断服务程序175.3 T1中断服务程序185.4 A/D转换和数码显示子程序20 6. 总结 27参考书目27附录1课程设计目的(1)查阅资料:搜集与本设计有关部门的资料(包括从已发表的文献中和从生产现场中搜集)的能力;(2)方案的选择:树立既考虑技术上的先进性与可行性,又考虑经济上的合理性,并注意提高分析和解决实际问题的能力;(3)迅速准确的进行工程计算的能力,计算机应用能力;(4)
3、用简洁的文字,清晰的图表来表达自己设计思想的能力。2.课程设计题目要求2.1 课程设计题目:基于单片机的电冰箱控制系统2.2 课程设计要求:以MCS-51单片机为核心,设计的温度控制系统 (1)有输入部分(键盘开关量) (2)有输出部分(显示开关量) (3)模拟量的输入部分(A/D) (4)模拟量的输出部分(D/A) (5)电源部分,为单片机控制系统供电3.课程设计的内容3.1 MCS-51单片机硬件介绍单片机主要组成部分分为中央处理器(CPU)、内部数据存储器-内部RAM、内部程序存储器-内部ROM、I/O端口、串行口、定时器、终端程序系统。3.2 内部主要组成部分介绍3.2.1 MCS-5
4、1单片机中央处理器 单片机的内部最核心的部分是CPU,它是单片机的大脑和心脏。CPU的主要功 能是产生各种控制信号、以控制存储器、输入/输出端口的数据传送、数据的算术运算和逻辑运算以及位操作处理等。它的功能可分为运算器和控制器两种。 3.2.2 MCS-51单片机存储器 89C51单片机中共有256个RAM单元,包括低128个单元(地址为00H 7FH)的内部RAM区和高128位(地址为80H FFH)的特殊功能寄存器区。 89C51单片机还有4KB的内部ROM,用于存放程序或表格,称为程序存储器。3.2.3 MCS-51单片机中断系统 89C51单片机的中断功能比较强,有5个中断元,即外部中
5、断2个,定时器中断2个,串行中断1个,有2个中断优先级。中断控制电路主要包括用于中断控制的四个寄存器:定时器控制寄存器TCON,串行口控制寄存器SCON,中断允许控制寄存器IE,中断优先级控制寄存器IP等。 3.2.4 MCS-51单片机引脚介绍 MCS-51系列单片机采用40引脚双列直插式封装(DIP),4个并行口共有32根引脚,可分别作为地址线、数据线和I/O线;2根电源线;2根时钟震荡电路引脚和4根控制线。MCS-51单片机是高性能单片机,因为受引脚数目的限制,所以有许多引脚具有第二功能,以89C51芯片为例,说明各引脚功能如下:图 3-1 89C51引脚图(1)电源引脚Vcc和Vss
6、Vss:接地端。 Vcc:芯片+5V电源端。 (2)时钟信号引脚XTAL1和XTAL2 XTAL1、XTAL2:当使用单片机内部震荡电路时,用来外接石英晶体和微调电容,XTAL1是片内震荡电路反相放大器的输入端,XTAL2是片内震荡电路反相放大器的输出端,震荡电路的频率就是晶体的固有频率。当使用外部时钟时,XTAL1接地,XTAL2接外部时钟信号源。(3)控制信号引脚RST/VPD、ALE/PROG()、PSEN()和EA()/VPP RST/VPD:RST是复位信号输入端。当输入的复位信号保持两个机器周期(24个时钟周期)以上的高电平时有效,用来完成复位操作;第二功能VPD作为备用电源输入端
7、,当主电源VCC发生故障,电压降低到低电平规定值时,可通过VPD为单片机内部RAM提供电源,以保护片内RAM中的信息不丢失,使系统在上电后能继续正常运行。 ALE/PROG():ALE为地址锁存允许输出信号。在访问外部存储器时,ALE用来锁存P0口扩展低8位地址的控制信号。在不访问外部存储器时,ALE也以时钟震荡频率的1/6的固定频率输出,因而它又可用作对外输出时钟信号或其他需要,例如可以用示波器查看ALE是否有脉冲信号输出来确定89C51芯片的好坏;第二功能PROG()是对内部有EPROM的单片机的EPROM编程时编程脉冲输入端,它和31号引脚的第二功能Vpp一起使用。 PSEN():外部R
8、OM的读选通信号输出端。在访问外部ROM时,PSEN()产生负脉冲作为读外部ROM的选通信号。而在访问外部RAM或片内ROM时,不会产生有效PSEN()信号。 EA()/VPP:EA()是访问外部ROM的控制信号。当EA()为低电平时,CPU只执行外部ROM中的程序。当EA()为高电平且PC值小于0FFF(4K)时,CPU执行内部ROM的程序,但当PC的值超出4K时将自动转去执行片外ROM的程序。对于无片内ROM的8031或不使用内部ROM的89C51,需外扩EPROM,此时EA()必须接地;第二种功能VPP是对8751的片内EPROM的+21V编程电源输入端。(4)并行I/O端口P0、P1、
9、P2和P3 P0口(P0.0 P0.7):P0口是一个8位双向I/O端口(需外接上拉电阻)。在访问外部存储器时,分时提供低8位地址线和8位双向数据线。P0口先输出片外存储器的低8位地址并锁存在地址锁存器中,然后再输入或输出数据。 P1口(P1.0 P1.7):P1口是一个内部带有上拉电阻的8位准双向I/O端口。P1口只能作为一般I/O口使用。 P2口(P2.0 P2.7):P2口是一个内部带有上拉电阻的8位准双向I/O端口。在访问外部ROM或外部RAM时,输出高8位地址,与P0口提供的低8位地址一起组成16位地址总线。P0口和P2口用做数据/地址线后,不能在作为通用I/O口使用。P3口(P3.
10、0 P3.7):P3口是一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O端口,在系统中8个引脚都有各自的第二功能。3.3 单片机的时钟及复位单片机的时钟信号用来提供单片机片内各种微操作的时间基准,复位操作则使单片机的片内电路初始化,使单片机从一种确定的初态开始运行。3.3.1时钟电路 外部振荡模式 内部振荡模式89C51单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到:内部振荡方式和外部振荡方式。在引脚XTAL1和XTAL2外接晶体振荡器(简称晶振)或陶瓷谐振器,就构成了内部振荡方式。由于单片机内部有一个高增益反相放大器,当外接晶振后,就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。内部振荡方式的外部电路如图2-2所示。图中
11、,电容器C01,C02起稳定振荡频率、快速起振的作用,其电容值一般在5-30pF。晶振频率的典型值为12MH2,采用6MHz的情况也比较多。内部振荡方式所得的时钟信号比较稳定,实用电路中使用较多。 图3-2 振荡电路图外部振荡方式是把外部已有的时钟信号引入单片机内。这种方式适宜用来使单片机的时钟与外部信号保持同步。外部振荡方式的外部电路如图3-2所示 由上图可见,外部振荡信号由XTAL2引入,XTAL1接地。为了提高输入电路的驱劝能力,通常使外部信号经过一个带有上拉电阻的TTL反相门后接入XTAL2。3.3.2基本时序单位单片机以晶体振荡器的振荡周期(或外部引入的时钟周期)为最小的时序单位,片
12、内的各种微操作都以此周期为时序基准。振荡频率二分频后形成状态周期或称s周期,所以,1个状态周期包含有2个振荡周期。振荡频率foscl2分频后形成机器周期MC。所以,1个机器周期包含有6个状态周期或12个振荡周期。1个到4个机器周期确定一条指令的执行时间,这个时间就是指令周期。8031单片机指令系统中,各条指令的执行时间都在1个到4个机器周期之间。4种时序单位中,振荡周期和机器周期是单片机内计算其它时间值(例如,波特率、定时器的定时时间等)的基本时序单位。下面是单片机外接晶振频率12MHZ时的各种时序单位的大小:振荡周期1/fosc=1/12MHZ=0.0833S 3.3.3复位电路当MCS-5
13、l系列单片机的复位引脚RST(全称RESET)出现2个机器周期以上的高电平时,单片机就执行复位操作。如果RST持续为高电平,单片机就处于循环复位状态。根据应用的要求,复位操作通常有两种基本形式:上电复位和上电或开关复位。上电复位要求接通电源后,自动实现复位操作。常用的上电复位电路如下图A中左图所示。图中电容C1和电阻R1对电源+5V来说构成微分电路。上电后,保持RST一段高电平时间,由于单片机内的等效电阻的作用,不用图中电阻R1,也能达到上电复位的操作功能,如下图(A)中右图所示。上电或开关复位要求电源接通后,单片机自动复位,并且在单片机运行期间,用开关操作也能使单片机复位。常用的上电或开关复
14、位电路如下图(B)所示。上电后,由于电容C3的充电和反相门的作用,使RST持续一段时间的高电平。当单片机已在运行当中时,按下复位键K后松开,也能使RST为一段时间的高电平,从而实现上电或开关复位的操作。 根据实际操作的经验,下面给出这两种复位电路的电容、电阻参考值。 下图(A)中:Cl10-30uF,R11k 下图(B)中:C:1uF,Rllk,R210k A B 单片机的复位电路 A:上电复位 B:上电或开关复位电路 图3-3 单片机复位电路图单片机复位后的状态:单片机的复位操作使单片机进入初始化状态,其中包括使程序计数器PC0000H,这表明程序从0000H地址单元开始执行。单片机冷启动后
15、,片内RAM为随机值,运行中的复位操作不改变片内RAM区中的内容,21个特殊功能寄存器复位后的状态为确定值。值得指出的是,记住一些特殊功能寄存器复位后的主要状态,对于了解单片机的初态,减少应用程序中的初始化部分是十分必要的。说明:表中符号*为随机状态;A00H,表明累加器已被清零;表2-1 特殊功能寄存器表特殊功能寄存器 初始状态 特殊功能寄存器 初始状态 A 00H TMOD 00H B 00H TCON 00H PSW 00H TH0 00H SP 07H TL0 00H DPL 00H TH1 00H DPH 00H TL1 00H P0P3 FFH SBUF 不定 IP *00000B
16、 SCON 00H IE 0*00000B PCON 0*B PSW00H,表明选寄存器0组为工作寄存器组;SP07H,表明堆栈指针指向片内RAM 07H字节单元,根据堆栈操作的先加后压法则,第一个被压入的内容写入到08H单元中;Po-P3FFH,表明已向各端口线写入1,此时,各端口既可用于输入又可用于输出;IP00000B,表明各个中断源处于低优先级;IE000000B,表明各个中断均被关断;系统复位是任何微机系统执行的第一步,使整个控制芯片回到默认的硬件状态下。51单片机的复位是由RESET引脚来控制的,此引脚与高电平相接超过24个振荡周期后,51单片机即进入芯片内部复位状态,而且一直在此
17、状态下等待,直到RESET引脚转为低电平后,才检查EA引脚是高电平或低电平,若为高电平则执行芯片内部的程序代码,若为低电平便会执行外部程序。51单片机在系统复位时,将其内部的一些重要寄存器设置为特定的值,至于内部RAM内部的数据则不变。3.4多通道A/D转换器ADC0809芯片介绍3.4.1电路组成和转换原理ADC0809是采用CMOS工艺制造的双列直插式单片8位A/D转换器。分辨率8位,精度7位,带8个模拟量输入通道,有通道地址译码锁存器,输出带三态数据锁存器。启动信号为脉冲启动方式,最大可调节误差为1LSB,ADC0809内部设有时钟电路,故CLK时钟需由外部输入,fclk允许范围为500
18、kHz1MHz,典型值为640kHz。每通道的转换需6673个时钟脉冲,大约100110S。工作温度范围为-40+85。功耗为15MW,输入电压范围为05V,单一+5V电源供电。它可以直接与Z80、8085、8080、8031等CPU相连,也可以独立使用。 3.4.2 ADC0809外部引脚及引脚功能ADC0809外部引脚及引脚功能如3-4所示,ADC0809A/D转换器,逐次比较寄存器(SAR)一个8位三态输出缓冲器。ADC0809其与单片机接口见总电路图。(1)IN0IN7:8路输入通道的模拟量输入端,输入;(2)D0D7:8位数字量输出端;D0为最低位(LSB),D7为最高位(MSB),
19、输出,三态;(3)ALE:地址锁存控制信号,输入,上升沿有效。将地址选择信号A、B、C锁入地址寄存器;(4)START:启动A/D转换控制信号,输入,上升沿有效。当输入一个正脉冲,便立即启动A/D转换器,同时使EOC变为低电平;(5)EOC:A/D转换结束信号,输出,高电平有效。EOC由低电平变为高电平,表明本次A/D转换已经结束;(6)OE:输出允许控制信号,输入,高电平有效。OE由低电平变为高电平,打开三态输出锁存器,将转换的结果输出到数据总线上;(7)VREF(-)、VREF(+):片内D/A转换器的参考电压输入端。VREF(-)不能为负值,VREF(+)不能高于VCC,且1/2VREF
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- 毕业设计 基于 单片机 冰箱 控制系统 设计
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