直冷式电冰箱课程设计

山西大同大学煤炭工程学院
单片机原理及其应用
课程设计报告书
课题：直冷式电冰箱的控制
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指导教师：
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日期：2013年6月第三周
目录
第一章直冷式电冰箱内部结构 (3)
第二章课程设计目的及要求 (4)
第三章课程设计内容 (10)
第四章课程设计总结 (18)
第五章附录参考书目 (18)
第一章直冷式电冰箱内部结构
直冷式电冰箱又称有霜式电冰箱，是通过蒸发器直接吸收食品的热量来达到冷却降温的目的。

其箱内空气的循环是依靠冷、热空气的密度不同，使空气在箱内形成自然对流。

它的蒸发器有内藏式和外露式两种。

在直冷式电冰箱中，冷藏室或冷冻室内蒸发器直接吸收食品的热量，使食品的冷却速度快并且节省电能。

但由于箱内空气依靠自然对流来循环，因此，箱内温度的均匀性不如间冷式电冰箱好; 同时，由于蒸发器表面结霜会影响食品与制冷剂间的热量交换，需进行化霜，化霜时需要将食品从冷冻室取出，对食品的长期储存不利。

冬天环境温度较低时，会出现压缩机不启动等问题。

图1为直冷式电冰箱内部结构图。

图1直冷式电冰箱内部结构
1.副冷凝器
2.蒸发盘
3.压缩机
4.干燥过滤器
5.毛细管
6.排水管
7.冷
凝器8.滴水盘9.吸气管 10.隔热板 11.蒸发器 12. 照明灯 13.搁架 14.
冷藏室15.果蔬盒 16.冷冻室
第二章课程设计目的及要求
·课程设计目的：
1 以MCS51单片机为主完成计算机控制技术（单片机）课程设计，掌握此次课程设计所用知识。

2 理解课程设计使用原理，使此次设计的程序及电路能够正常使用。

3 深刻理解MCS51单片机在冰箱中的应用，并推及其他电气设备的自动控制系统。

·课程设计要求：
1 测量范围：－26℃～＋26℃，精度±0.5℃。

2 利用功能键分别控制温度设定、冷藏室及冷冻室温度设定。

3 制冷压缩机停机后自动延时3分钟后自动再次启动。

4当霜厚达到3mm时自动除霜。

5开门超过2min则报警
·系统硬件结构图：
图2 系统硬件结构图
MCS-51单片机简介
单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微处理器，最早被用于工业领域。

单片机由芯片内仅有CPU 的专门处理器发展而来。

早期的单片机都是8位或4位的。

其中最成功的是INTEL的8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。

此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。

基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。

MCS－５１系列单片机的主要功能
(1)８位CPU。

(2)片内带振荡器，震荡频率范围为1.2-12MHZ；可有时钟输出。

(3)128个字节的片内数据存储器。

(4)4KB片内数据存储器（8031无）。

(5)程序存储器的选址范围是64KB。

(6)片外数据存储器的选址范围是
64KB。

(7)21个字节专用寄存器。

(9)4个8位并行I/O接口：P0、P1、P2、P3。

(10)1个全双工I/O接口，可多机通信。

(11)2个16位定时器/计算机。

(12)中断系统有5个中断源，可编程为两个优先级。

(13)111条指令，含乘法指令和除法指令。

(14)有强的位选寻址，位处理能力。

(15)片内采用单总线结构。

(16)单一+5v电源。

内部结构
内部结构图可以看出：含运算器，控制器，片内存储器，4个I/O接口，串行接口，定时器/计数器，中断系统，振荡器等功能部件。

如图3所示。

图3 MCS结构图
外部引脚
MCS-51系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装的双列直接DIP结构。

如图3所示
图4 MCS-51外部引脚图
•Pin20:接地脚。

•Pin40:正电源脚，正常工作或对片内EPROM烧写程序时，接+5V电源。

•Pin19:时钟XTAL1脚，片内振荡电路的输入端。

•Pin18:时钟XTAL2脚，片内振荡电路的输出端。

8051的时钟有两种方式，一种是片内时钟振荡方式，但需在18和19脚外接石英晶体(2-12MHz)和振荡电容，振荡电容的值一般取10p-30p。

另外一种是外部时钟方式，即将XTAL1接地，外部时钟信号从XTAL2脚输入。

•输入输出(I/O)引脚：
Pin39-Pin32为P0.0-P0.7输入输出脚，Pin1-Pin8为P1.0-P1.7输入输出脚，Pin21-Pin28为P2.0-P2.7输入输出脚，Pin10-Pin17为P3.0-P3.7输入输出脚。

•Pin9:RESET/Vpd复位信号复用脚，单片机的振荡器工作时，引脚上出现持续两个机器周期的高电平就可以实现复位操作，使单片机回复到初始状态。

8051的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位。

RESET/Vpd还是一复用脚，Vcc掉电期间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部RAM 的数据不丢失。

•Pin30:ALE/当访问外部程序器时，ALE(地址锁存)的输出用于锁存地址的低位字节。

而访问内部程序存储器时，ALE端将有一个1/6时钟频率的正脉冲信号，这个信号可以用于识别单片机是否工作，也可以当作一个时钟向外输出。

更有一个特点，当访问外部程序存储器，ALE会跳过一个脉冲。

如果单片机是EPROM，在编程其间，将用于输入编程脉冲。

•Pin29:当访问外部程序存储器时，此脚输出负脉冲选通信号，PC的16位地址数据将出现在P0和P2口上，外部程序存储器则把指令数据放到P0口上，由CPU读入并执行。

•Pin31:EA/Vpp程序存储器的内外部选通线，8051和8751单片机，内置有4kB的程序存储器，当EA为高电平并且程序地址小于4kB时，读取内部程序存储器指令数据，而超过4kB 地址则读取外部指令数据。

时钟电路
时钟电路用于产生单片机工作所需的时钟信号，时序是指令执行中各信号之间的相互关系。

单片机本身就如同一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作。

在MCS8051单片机内部带有时钟电路，因此，只需要在片外通过XTAL1和XTAL2引脚接入定时控制元件（晶体振荡器和电容），即可构成一个稳定的自激振荡器。

在MCS8051单片机芯片内部有一个高增益反相放大器，而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容。

晶体呈感性，与C1、C2构成并联谐振电路。

振荡器的振荡频率主要取决于晶体；电容的值则有微调作用，通常取30pF 左右。

电容的安装装置应尽量靠近单片机芯片。

MCS8051的时钟电路如图5 所示。

图5
时钟电路
3.1.3 复位电路
复位是单片机的初始化操作，其主要功能是使单片机从0000H单元开始执行程序。

除了进入系统的正常初始化以外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境也需按复位键以重新启动。

MCS51系列单片机的复位（RST）引脚上只要出现10ms以上的高电平，单片机就实现复位。

MCS51单片机系统常常有上电复位和操作复位两种方法。

所谓上电复位，是指计算机上电瞬间，要在RST引脚上出现宽度大于10ms的正脉冲，使计算机进入复位状态。

操作复位指用户按下“复位”按钮是计算机进入复位状态。

复位是靠外部电路实现的。

上电时+5V 电源立即对单片机芯片供电，同时经
R对C
3
充电。

C
3
上电压建立的过程就是负脉冲的宽度，经倒相后，RST上出现正脉冲使单片机实现了上电复位。

按钮按下时RST上同样出现高电平，实现了操作复位。

在应用系统中，有些外围芯片也需要复位。

如果这类芯片复位端的复位电平与单片机一致，则可以与单片机复位脚相连。

因此，非门在这里不仅起到了倒相的
作用，还增加了驱动能力。

电容C
1
、
C
2
其滤波作用，防止干扰窜入复位端产生误动作。

图6 复位电路
3.1.4 电源供电电路
本设计总电源是有效值220V，频率50Hz的单相交流电网电压，通过变压器降压输出一组8V低压交流电，然后再经过整流桥，整流输出直流电压。

为了得到标准的±5V直流电，故选用三端稳压器7805作为稳压元件，使输出直流电压基本不受电网电压波动和负载电阻变化的影响，从而输出得到足够高稳定性的直流电源。

LM7805是常用的三端稳压器，一般使用的是TO-220封装，要求输入输出电压差保持在2V以上，能提供直流5V的输出电压，应用范围广，内含过流和过载保护电路。

带散热片时能持续提供1A的电流，如果使用外围器件，它还能提供不同的电压和电流。

图中，C5，C6两个电容接LM7805的Vin端对外电源输入的电压进行滤波；C7，C8两个电容接
LM7805的Vout端对整形后的电压进行滤波，确保Vcc端输入+5V直流电压。

D1为发光二级管，接通电源时，灯亮表示电源电路供电正常，否则电源电路出错。

用LM7805设计的+5V 稳压电源电路图如图7所示。

图7 稳压电源电路
第三章课程设计内容
主程序流程
主程序是整个电冰箱的总控制程序，控制各单元初始化、控制中断、定时、显示、键盘程序的启动与重复等。

图8 主程序流程
主程序
ORG 0000H
AJMP MAIN
ORG 0003H
LJMP DY_INT
ORG 000B
LJMP TIME0_INT
ORG 0030H
DATA EQUP1.0
V1 EQU P1.3
V2 EQU P1.4
V3 EQU P1.5
SET_KEY EQU P1.5
V3 EQU P1.5
V3 EQU P1.5
SET_KEY EQU P1.5
ADD_KEY EQU P1.6
SUB_KEY EQU P1.7
L1 EQU P0.6
L2 EQU P0.7
L3 EQU P2.5
L4 EQU P2.6
MAIN：CLR A
START：LCALL INIT1 初始化
LCALL KEY 键盘扫描
LCALL GETWD 获得冷藏室温度
MOV 62H , R0
INC DATA
LCALL GETWD 获得冷冻室温度
MOV 63H , R0
DEC DATA
MOV R3 , 62H 显示两室温度值
MOV R4 , 63H
LCALL DISP
MOV A , 60H
CLR C
HIGH：CJNE A , 62H , HIGH1 冷藏室温度等于高于设定值时AJMP HIGH2
HIGH1：JC HIGH3
HIGH2：SETB V1 开启压缩机
LCALL OPEN
AJMP LOW
HIGH3：MOV A , 61H
CLR C
CJNE A , 63H , HIGH4 冷冻室温度等于高于设定值时AJMP HIGH5
HIGH4：JC LOW
HIGH5：SETB V2 开启压缩机
LCALL OPEN
LOW：MOV A , 61H
CLR C
CJNE A , 63H , LOW1 冷冻室温度等于低于最低值时
AJMP LOW2
LOW1：JNC LOW3
LOW2：CLR V2 关闭压缩机
LCALL CLOSE
AJMP LS
LOW3：MOV A , 60H
CLR C
CJNE A , 62H , LOW4 冷冻室温度等于低于最低值时
AJMP LOW5
LOW4：JNC LS
LOW5：CLR V1 关闭压缩机
LCALL CLOSE
LS：MOV R1 , #10H 延时1S
LS1：LCALL DLY_100MS
DJNZ R1 , LS1
INC 65H 化霜时间计数加1
MOV A , 65H
CJNE A , #00H , LS2
INC 66H
LS2：MOV A , 65H
CJNE A , #08H , LOOP
MOV A , 66H
CJNE A , #07H , LOOP
JB V1 , LOOP 化霜定时时间到且V1,V2均关闭
JB V2 , LOOP
SETB V3 打开V3开始化霜
MOV R0 , #50 化霜时间5 S
LS3 ：LCALL DLY_100MS
DJNZ R0 , LS3
LOOP：AJMP START
END
初始化子程序
INTI1：CLR A
MOV DPTR , #20H 读取冷藏室温度设定值
MOVC A , @DPTR
LCALL DLY_100MS 延时确保数据读完
MOV 60H , A
INC DPTR 读取冷藏室温度设定值
MOVC A , @DPTR
LCALL DLY_100MS 延时确保数据读完
MOV 61H , A
MOV 64H , #00H 清空各状态位
SETB EX0 允许外部中断0中断
SETB IT0 选择边沿触发方式
SETB EA ;CPU开中断
RET
键盘扫描子程序
KEY：CLR A 键盘扫描子程序
MOV R0 , #00H
START：MOV R4 , #1EH 边延时边扫描3S
LOOP：LCALL DLY_100MS
JNB SETB_KEY , SET
JNB ADD-KEY , ADD
JNB SUB_KEY , SUB
DJNZ R4 , LOOP
AJMP EXIT 3S内没有键按下结束扫描SET：CJNE R0 , #03H , SET1 设置键按下三次，设置完成CLR L1
CLR L2
AJMP EXIT
SET1：INC R0
CJNE R0 , #01H , SET2 设置键按下一次
SETB L1
AJMP START
SET2：CLR L1 设置键按下二次
SETB L2
AJMP START 加键按下
ADD：CJNE R0 , #01H , ADD1 冷藏室温度为正时加1 MOV A , 60H
JB ACC.7 , ADD_1
INC A
MOV 60H , A
ADD_1：CLR ACC.7 冷藏室温度为负时加1 DEC A
SETB ACC.7
MOV 60H , A
AJMP DSP
ADD1：CJNE R0 , #02H , START
MOV A , 61H 冷冻室温度为正时加1 JB ACC.7 , ADD1_1
INC A
MOV 61H , A
AJMP DSP
ADD1_1：CLR ACC.7 冷冻室温度为负时加1 DEC A
SETB ACC.7
MOV 61H , A
AJMP DSP 减键按下
SUB：CJNE R0 , #01H , SUB1 冷藏室温度为正时减1 MOV A , 60H
JB ACC.7 , SUN_1
DEC A
MOV 60H , A
AJMP DSP
SUB_1：CLR ACC.7 冷藏室温度为负时减1 INC A
SETB ACC.7
MOV 60H , A
AJMP DSP
SUB1：CJNE R0 , #02H , START
CLR ACC.7 冷冻室温度为正时减1 JB ACC.7 , SUB1_1
DEC A
MOV 61H , A
SUB1_1：CLR ACC.7 冷冻室温度为负时减1
INC A
SETB ACC.7
MOV 61H , A
AJMP DSP
DSP：MOV DPTR , #20H 将设定值存放在闪烁存储器上MOV A , 62H
MOVC @DPTR , A
LCALL DLY_100MS
INC DPTR
MOV A , 63H
MOVC @DPTR , A
LCALL DLY_100MS
MOV R3 , 60H 显示设定值
MOV R4 , 61H
LCALL DISP
AJMP START
EXIT：RET
OPEN：CLR A ；
延时子程序
DLY_100MS：MOV R1 , #64H
LOOP1：MOV R2 , #7DH
LOOP2：NOP
DJNZ R2 , LOOP2
DJNZ R1 , LOOP1
RET
第四章课程设计总结
单片微型计算机简称单片机，又称微控制器(MCU)，它的出现是计算机发展史
上的一个重要的里程碑，它以体积小、功能全、性价比高等诸多优点独具特色，在工业控制、尖端武器、通信设备、信息处理、家用电器等嵌入式应用领域中独占鳌头。

在系统的设计过程中，应用了多门学科的知识，使我对各学科有了更深入的理解，加强了知识的灵活应用。

同时学会了一个完整系统设计的步骤和方案的选择，以及获取资料的方法，最重要的是设计过程中的团队合作，这些都为我以后工作实践打下了良好基础。

第五章参考书目
《家用电冰箱快学速修》河南科学技术出版社李改莲,胡春霞,金听祥
李改莲,胡春霞,金听祥家用电冰箱快学速修.. 河南科学技术出版社张旭涛曾现峰单片机原理及应用北京理工出版社，2010
邹振春 MCS-51系列单片机原理及接口技术机械工业出版社，1995 房小翠单片机实用系统设计技术[M] ．国防工业出版社，1999
李广第单片机基础[M] ．(修定本)北京航空航天大学出版社，2000 舒怀林单片机原理与接口技术[M] ．华中科技大学出版社，2001 郭维芹实用模拟电子技术．电子工业出版社，1999。