毕业设计-电冰箱的制冷控制系统

前言众所周知，电冰箱是现代家庭中必不可少的家用电器。

而目前我国市场销售的冰箱大多采用传统的机械式温控，其控制精度差，功能单一，控制方式简单难以满足冰箱发展的要求。

随着经济的发展和人民生活水平的进一步提高，人们对多功能的发展要求越来越高。

由于单片机性能好，控制功能强，工作可靠，成本低等优点，现在已经在家电产品中得到了广泛的应用。

面临国内电冰箱发展的现状，在技术上还与其他发达国家有一定的差距，我们在原有的基础上对电冰箱进行了一定的改进，使其适应当代个性时尚、节能环保、智能高端、精确温控的发展方式，使人们体验闻所未闻的个性化感受，快捷与原汁原味不再是梦想。

新一代产品在控制上还增加了人工智能，使家电性能更优异，使用更方便可靠。

本次设计基于大量的市场调查和理论研究。

首先，我对传统电冰箱控制系统进行了分析。

调查了10多个品牌的电冰箱的控制系统，研究了他们制冷的优缺点，吸收了一些比较好的设计思想。

其后，我又查阅了大量的资料文献，其中最多的是国内外最新发表的关于制冷方面的论文，丰富了我们的理论依据。

然后，根据我拥有的材料用单片机实现电冰箱控制系统的硬件设计，最后在硬件设计的基础上实现了其软件设计。

第1章电冰箱系统概述1.1 单片机概述自从1971年微型计算机问世以来，随着大规模集成电路技术的进一步发展，导致微型计算机正向两个方向发展：一是高速度、高性能、大容量的高档微型计算机及其系列化，向大、中型计算机挑战；另一个是稳定可靠、小而廉、能适应各种领域需要的单片机。

单片机是指把中央处理器、随机存储器、只读存储器、定时器/计数器以及I/O 接口电路等主要部件集成在一块半导体芯片上的微型计算机。

虽然单片机只是一个芯片，但从组成和功能上看，它已经具有了微型计算机系统的含义，从某种意义上来说，一块单片机就是一台微型计算机。

自从1975年美国德可萨斯公司推出世界上第一个4位单片机TMS-1000型以来，单片机技术不断发展，目前已成为微型计算机技术的一个独特分支，广泛应用于工业控制、仪器仪表智能化、家用电子产品等各个控制领域。

1.2 单片机的特点单片机结构上的设计主要是面向控制上的需要，因此，它在硬件结构、指令系统及I/O能力等方面均有独特之处，其显著的特点之一就是具有非常有效的控制能力，故也可把单片机称为微控制器。

与普通的微型计算机相比，单片机主要具有以下特点：(1)体积小、结构简单、可靠性高单片机把各功能部件集成在一个芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。

另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣环境下工作。

(2)控制能力强单片机虽然结构简单，但是它“五脏俱全”，已经具备了足够的控制功能。

单片机具有较多的I/O口，CPU可以直接对I/O进行操作、算术操作、逻辑操作和位操作，指令简单而丰富。

所以单片机也是“面向控制”的计算机。

(3)低电压、低功耗单片机可以在2.2V的电压下运行，有的已能在1.2V或0.9V 下工作；功耗降至为μA级，一颗纽扣电池就可长期使用。

(4)优异的性能/价格比由于单片机构成的硬件结构简单、开发周期短、控制功能强、可靠性高，因此，在达到同样功能的条件下，用单片机开发的控制系统比用其它类型的微型计算机开发的控制系统价格更便宜。

1.3 单片机应用(1)工业控制单片机广泛应用于工业自动化控制系统中，无论是数据采集、过程控制、生产线上的机器人系统，都是用单片机作为控制器。

自动化能使工业系统处于最佳工作状态、提高经济效益、改善产品质量和减轻劳动强度。

因此，单片机技术广泛应用于机械、电子、石油、化工、纺织、食品等工业领域。

(2)智能化仪器仪表在各种仪器仪表中引入单片机，使仪器仪表智能化、数字化、自动化，提高测试精度和准确度，结构简单，减少体积及重量，提高其性能价格比。

例如：智能仪器、医疗器械、数字示波器等。

(3)智能家电家电产品智能化程度的进一步提高就需要有单片机的参与，例如“微电脑控制”的洗衣机、电冰箱、微波炉、空调机、电视机、音响设备等，这里的微电脑实际上就是“单片机”。

(4)信息与通信技术图形终端机、传真机、复印机、调制解调器、声响处理器、数字滤波器等。

1.4 家用电冰箱的发展趋势随着家用电冰箱的发展和普及，其耗电量占民用总用电量的比例越来越大(美国为13 %) ，因而，提高冰箱的能源效率，增加我国家电产品在国内外市场上的竞争力，与国际水平接轨，已成为生产企业的重要任务。

为了鼓励企业生产节能冰箱和用户购买节能冰箱，世界各国采取了一系列的政策措施。

如美国颁布了能源法，制定了包括冰箱在内的十二种家用电器的能耗限制标准；日本实施了家用电器系列节能标准；欧洲对冰箱实行了能效等级标准；此外，加拿大、澳大利亚、台湾、香港等国家和地区也制定或实施了电冰箱的能效标准。

我国家用电器节能技术也是《“九五”国家重点技术开发指南》中的重大关键技术之一，而且国家经贸委已正式确定“九五”期间，节能与CFCS替代技术的开发将作为家用电器行业参与国际竞争、赶超国际水平的重点项目。

节能已成为全球关心的一大课题。

但由于我国冰箱工业发展较晚，冰箱节能技术的开发和应用与发达国家相比有大的差距，因此我们必须加强和发达国家的技术交流，参考和借鉴国外先进的节能经验和措施，促进我国冰箱节能工作的开展。

同时政府部门采取倾斜政策鼓励企业进行技术创新，大力开展节能产品认证工作，推动冰箱节能技术的快速发展。

总之，在家电市场竞争日趋激烈的今天，如何在节能、变频等技术领先一步，以提升产品的高科技含量来占领市场，从而引导家电产品的更新换代，已成为家电行业竞争的前沿阵地。

节能是世界家电的发展趋势。

第2章 MCS-51单片机介绍2.1 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。

2.2 内部主要组成部分介绍2.2.1 MCS-51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。

2.2.2 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。

2.2.3 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。

2.3 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 2-1 89C51引脚图(1)电源引脚Vcc和VssVss：接地端。

Vcc：芯片+5V电源端。

(2)时钟信号引脚XTAL1和XTAL2XTAL1、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/V PD 、ALE/PROG ————、PSEN ————和EA ——/V PPRST/V PD ：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V PD 作为备用电源输入端，当主电源V CC 发生故障，电压降低到低电平规定值时，可通过V PD 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ROM 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 ——/V PP :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V PP 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、P2和P3P0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(P3.0 ~ 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。

2.4 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。