冰箱温度控制系统

冰箱温度控制系统

1．引言

嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。它对实时任务有很强的支持能力，有可扩展的处理器结构，而且功耗很低，由于这些特性，近几年嵌入式系统开始风靡。应用的领域更是广泛，通讯、仪器、仪表、汽车、船舶、航空航天、军事装备、消费类产品等方面均是嵌入式的应用领域。

随着技术的迅速发展，家用电器的发展日新月异。家里的冰箱由最初的单门到双门，由有氟到无氟，由手动调节到电脑微控，我是亲眼见证。现在用的冰箱就是带有显示的微电脑自动控制，因此在做设计时考虑自己尝试设计一个简单冰箱温度控制系统。

2．系统功能及硬件描述

在冰箱温度控制系统中，中央控制器通过总线和各个单元进行实时通讯并完成各项控制和显示功能。单元是温度感应器、手动调节按钮、温度显示器以及温度调节器。他们是系统的终端设备，温度感应器采集温度信息，通过A/D转换，经过通道上报给控制器，同时转发给温度显示器和温度调节器，温度调节器根据接收到的温度调节冰箱内的温度，同时也可以手动调节温度，按下手动调节按钮后，发出中断，控制器读取信息后发送给温度调节器和温度显示器。

图1 冰箱温度控制系统结构框图

（1）Z80和内存以及地址分配

因为小组合作设计的时候用的是Z80，相对比较熟悉，所以还是选用Z80。

CPU与内存连接示意图如下：

图2 CPU与内存连接图

图2表示CPU与内存连接情况，具体地址分配在后面会介绍，用高位地址线A15作为片选信号，MERQ有效情况下，当A15为0时，片选ROM，当A15为1时片选RAM。ROM和RAM分别采用芯片28F256和27C256。

图3 Z80引脚图

Z80是8位的微处理器，它是第四代改进的微处理器。有40个引脚，引脚图如上所示。A0到A15是16位地址线，其中内存使用16位，而I/O 只使用低8位。D0到D7是8位数据线，用于与内存以及I/O的数据交互。其他几个主要的引脚有：MREQ（Memory Request）为低时表示内存地址有效，因为Z80中内存地址和I/O地址是分开的；IORQ（I/O Request）为低时表示I/O地址有效；INT和NMI分别表示可屏蔽中断和不可屏蔽中断。

A4

图4 地址连线图

在本系统中，地址分配情况为：

A15 A14 ……………………A1 A0

0 0 ……………………0 0/1

0 0 …………………………0/1 ROM （0000H---7FFFH ）0 0 …………………… 1 0/1

A15 A14 ……………………A1 A0

1 0 ……………………0 0/1

1 0 …………………………0/1 RAM （8000H---FFFFH ）1 0 …………………… 1 0/1

A15 A14 ……………………A1 A0

0 0 …………………………0/1 I/O扩展部分

1 1 …………………………0/1 （0000H---FFFFH ）

I/O端具体地址分配：

A/D转换（ADC0804）：0000H——0003H

D/A转换（DAC0832）：0004H——0007H

调节键盘（8279）：0008H——000BH

温度调节器：000CH

（2）A/D转换（ADC0804）和D/A转换（DAC0832）

A/D转换：

A/D转换模块比较简单，由温度感应器采集到温度信息后，送给ADC0804进行A/D转换。

图5 ADC0804芯片引脚图

ADC0804芯片是8位芯片，主要引脚功能：

CS：片选信号，低电平有效

WR、RD：读写信号，低电平有效

Vin+、Vin-：模拟信号输入量，由温度传感器通过电平调整产生。

INTR：中断请求信号，低电平有效，在系统中没有使用

DB0——DB7：8位数据输出信号。

D/A转换：

实现对数据模拟化，以控制温度调节器。

使用8位ADC0832芯片，芯片内数据两极缓存，同时使用并口芯片8055模拟量引脚信号Iout1和Iout2。DAC芯片引脚图如下：

图6：ADC0832引脚图

主要引脚功能：

ILE、CS、WR1 ：输入信号，控制DAC0832中的第一级数据缓

存；低电平有效

WR2、XFER：输入信号，控制DAC0832中的第二级数据缓存；

低电平有效

DI0 －DI7：8位数据输入信号

Iout2、Iout1：D/A转换后的模拟输出信号，通过放大器放大后驱

动温度调节器。

（3）调节按钮键盘及显示

图7 按键通信及显示框图

系统中采用8279芯片来实现主机与输入按钮的接口电路。

图8 8279芯片引脚图

8279芯片是一种通用的可编程的键盘、显示接口器件，单个芯片就能完成键盘输入和LED显示控制两种功能。键盘部分提供的扫描方式，可以和64个按键或传感器的阵列相连。能自动消除开关抖动以及N个键同时按下的保护。

8279采用单一5V电源供电，40脚封装。主要引脚功能有：D0到D7为双向数据总线，用来传送8279与CPU之间的数据和命令；A0为高电平时，表示数据总线上为命令或状态，为低电平时，表示数据总线上为数据；SL0到SL3用来扫描按键开关，传感器阵列和显示数字，这些都可以被编程或译码；RL0到RL7是回送线，经过按键或传感器开关与扫描线联接，只有当一个按键闭合时，对应的返回线变为低电平；SHIFT是换位功能键；CNTL/STB对于键盘输入方式用作控制输入端，在选通输入方式中作选通用。

控制键盘如图所示：

根据需求采用12个按键。数字键用于直接设置温度，+和-用于上升一度和下降一度。对于数字键的处理，如果是一次按键：CPU解析出数值转为低4位16进制表示，并将高四为填零发往指定的端口进行显示控制，且需要暂存此值；如果是二次按键：CPU解析出数值转为低4位16进制表示，而上一次按键解析出的数值将填充高四位，再发往指定端口显示。+和-键，如果CPU识别出是这几个键时，只需做简单的送数处理，实现显示控制。

3．硬件系统电路原理图

CPU控制部分原理图