基于pic单片机的电冰箱控制系统论文

基于pic单片机的电冰箱控制系统论文内容摘要：

霜结束，进入正常控制。 一进入化霜状态，屏蔽超温报警功能，定时器计时 90 分钟，90 分钟后恢复超温报警功能。 五 、单片机外加一强制化霜键，键按下时断开压机和风机，接通化霜加热丝，30 秒后，断开化 霜加热丝进入正常控制。 六 、每次压机停机后，屏蔽允许开机标志位，调用延时子程序，延时时间到后，恢复允许开机标志位，再进入正常工作。 七 、掉电记忆功能：在电源部分加一储能元件，在电源掉电时继续给单片机供电。 青岛理工大学琴岛学院本科毕业设计说明书（论文） 6 3 单片机的 选型与简介 Peripheral Interface Controller，采用 CISC 结构的单片机数据线和指令线分时复用，即所谓冯 178。 诺伊曼结构。 它的指令丰富，功能较强，但取指令和取数据不能同时进行，速度受限，价格亦高。 属于 CISC结构的单片机有 Motorola 的 M68HC系列、 Atmel 的 AT89 系列、台湾 Winbond（华邦） W78 系列、荷兰 Philips 的PCF80C51 系列等；属于 RISC 结构的有 Intel8051 系列、 Microchip 公司的 PIC系列、 Zilog 的 Z86 系列、 Atmel 的 AT90S 系列、韩国三星公司的 KS57C 系列 4位单片机、台湾义隆的 EM78 系列等。 PIC 单片机的优势 1) PIC 最大的特点是不搞单纯的功能堆积，而是从实际出发，重视产品的性能与价格比，靠发展多种型号来满足不同层次的应用要求。 就实际而言，不同的应用对单片机功能和资源的需求也是不同的。 比 如，一个摩托车的点火器需要一个 I/O 较少、 RAM 及程序存储空间不大、可靠性较高的小型单片机，若采用 40脚且功能强大的单片机，投资大不说，使用起来也不方便。 PIC 系列从低到高有几十个型号，可以满足各种需要。 其中， PIC12C508 单片机仅有 8 个引脚，是世界上最小的单片机 . 该型号有 512 字节 ROM、 25 字节 RAM、一个 8 位 定时器 、一根输入线、 5 根 I/O 线，市面售价在 3－ 6 元人人 民币。 这样一款单片机在象摩托车点火器这样的应用无疑是非常适合。 PIC 的高档型号，如 PIC16C74（尚不是最高档型号）有 40 个引脚，其内部资源为 ROM 共 4K、 192 字节 RAM、 8 路A/D、 3 个 8 位定时器、 2 个 CCP 模块、三个串行口、 1 个并行口、 11 个中断源、33 个 I/O 脚。 这样一个型号可以和其它品牌的高档型号媲美。 2) 精简指令使其执行效率大为提高。 PIC 系列 8 位 CMOS 单片机具有独特的 RISC 结构，数据总线和指令总线分离的 哈佛 总线（ Harvard）结构，使指令具有单字长的特性，且允许指令码的位数可多于 8 位的数据位数，这与传统的采用CISC 结构的 8 位单片机相比，可以达到 2:1 的代码压缩，速度提高 4 倍。 3) 产品上市零等待（ Zero time to market）。 采用 PIC 的低价 OTP 型芯片，可使单片机在其 应用程序开发 完成后立刻使该产品上市。 4) PIC 有优越开发环境。 OTP 单片机开发系统的实时性是一个重要的指标，象普通 51 单片机的开发系统大都采用高档型号仿真低档型号，其实时性不尽理想。 PIC 在推出一款新型号的同时推出相应的仿真芯片，所有的开发系统由专用的仿真芯片支持，实时性非常好。 就我个人的经验看，还没有出现过仿真结果与实际运行结果不同的情况。 5) 其引脚具有防瞬态能力 ,通过限流电阻可以接至 220V 交流电源 ,可直接与青岛理工大学琴岛学院本科毕业设计说明书（论文） 7 继电器控制电路相连 ,无须光电耦合器隔离，给应用带来极大方便。 6) 彻底的保密性。 PIC 以保密熔丝来保护代码，用户在烧入代码 后熔断熔丝，别人再也无法读出，除非恢复熔丝。 目前， PIC 采用熔丝深埋工艺，恢复熔丝的可能性极小。 7) 自带 看门狗定时器 ，可以用来提高程序运行的可靠性。 8) 睡眠和低功耗模式。 虽然 PIC 在这方面已不能与新型的 TI－ MSP430 相比，但在大多数应用场合还是能满足需要的。 PIC 单片机的 分类 PIC 单片机的型号繁多， 容易混淆， 主要对单片机作以下分类： 初档 8 位单片机： PIC12C5XXX/16C5X 系列。 PIC16C5X 系列是最早在市场上得到发展的系列，因其价格较低，且有较完善的开发手段，因此在国内应用最为广泛；而 PIC12C5XX 是世界第一个八脚低价位单片机可用于简单的智能控制等一些对单片机体积要求较高的地方，前景十分广阔。 中档 8 位单片机 ： PIC16CXXX/PIC16FXXX 系列。 PIC16CXXX/PIC16FXXX系列是 Microchip 近年来重点发展的系列产品，品种最为丰富，其性能比低档产品有所提高，增加了中断功能，指令周期可达到 200ns，带 A/D，内部 E2PROM数据存储器，双时钟工作，比较输出，捕捉输入， PWM 输出， I2C 和 SPI 接口，异步串行通讯（ USART），模拟电压比较器及 LCD 驱动等等，其封装从 8 脚到68 脚，可用于高、中、低档的电子产品设计中 ,价格适中，广泛应用在各类电子产品中。 高档 8 位单片机 ： PIC17CXX 系列。 PIC17CXX 系列 是适合高级复杂系统开发的系列产品，其性能在中档位单片机的基础上增加了硬件乘法器，指令周期可达成 160ns，它是目前世界上 8 位单片机中性价比最高的机种，可用于高、中档产品的开发，如马达控制 等。 单片机 的选 型 由于设计的需要，一共需要 25 个 I/O 口 ，普通 PIC 单片机无法满足要求。 所以选用了PIC 系列的 PIC16F877 单片机。 且属于中档单片机，价格适中。 PIC16F877 单片机 青岛理工大学琴岛学院本科毕业设计说明书（论文） 8 图 31 PIC16F877 内部结构 PIC16F877 是 MICROCHIP 公司生产的一款低功耗单片机 ,，它具有以下特点： （ 1） 精简指令集， 35 条单字节指令，易学易用 ； （ 2） 除地址分支跳转指令（ GOTO、 CALL）为双周期指令，其余皆为单周期指令 ； （ 3） 执行速度： 如表 青岛理工大学琴岛学院本科毕业设计说明书（论文） 9 表 单片机 执行速度 时钟振荡 指令周 期 40Hz 100us 1MHz 4us 4 MHz 1us 10 MHz 400ns 20 MHz 200ns （ 4） 8 级硬件推栈 ； （ 5） 多种硬件中断 ； （ 6） 直接、间接、相对三种寻址方式 ； （ 7） 带 8 位 FLASH 数据寄存器。 擦写次数达到 100 万次，数据保存时间大于40 年。 功能部件结构 ： （ 1） 带 8 位 A/D 转换输入 ； （ 2） 高驱动电流， I/O 脚可直接驱动数码管显示 ； （ 3） 双向可独立编程设置 I/O 引脚 ； （ 4） 8 位定时器 /计数器 TMR0，带 8 位预分频 ； （ 5） 16 位定时器 /计数器 TMR1，睡眠中仍可计数 ； （ 6） 8 位定时器 /计数器 TMR2,带有 8 位的周期寄存器及预分频和后分频 ； （ 7） 并行口操作 ； （ 8） 同步串行口 I2C/SPI 总线操作 ； （ 9） 同步通信接口 SCI/USART 操作。 微控制器特征 ： （ 1） 内置上电复位电路 ； （ 2） 上电延时器，保障工作电压的稳定建立 ； （ 3） 振荡定时器，保障振荡的稳定建立 ； （ 4） 断电复位锁定 ； （ 5） 内置自振动（ RC 振荡）看门狗 ； （ 6） 程序保密位，可防程序代码的非法拷贝 ； （ 7） 4 种可选振荡方式 ； ① 低成本阻容： RC ② 标准晶体 /陶瓷： XT ③ 高速晶体 /陶瓷： HS ④ 低频晶体： LP COMS 工艺特性 青岛理工大学琴岛学院本科毕业设计说明书（论文） 10 （ 1） 低功耗； 2Ma@5V,4MHZ。 60ua@3V,32KHZ。 26uA@2V,睡眠模式下。 （ 2） 全静态设计； （ 3） 宽工作电压； （ 4） 宽工作温度范围。 由于 PIC16F877 具有 FLASH 工业特性，所以它极适合于那些可能会经常改动程序编码的应用。 另外它的内部的 FLASH 数据存储器不仅有掉电保护数据的功能，更重要的时它是由单片机内部进行控制操作的，即外部电路无法对其进行读写，所以有极高的数据保密性，这使得 PIC16F877 在加密性产品中得到广泛应用。 图 32 PIC16F877 引脚图 PIC16F877 输入输出接口 ： PIC16F877 除了上述基本电路所占用的 7 只引脚外，其余的 33 支引脚都可当做 输出、输入接脚，输入输出端口是单片机基本界面，可以与周边电路进行电路控制和信号传输与检测。 引脚图如图 311， PIC是 8 位的单片机，以接脚特性分组，每组尽量凑满 8 支接脚，并将 I/O 命名为PORTA(RA0~RA5)、 PORTB(RB0~RB7)、 PORTC(RC0~RC7)、 PORTD(RD0~RD7)青岛理工大学琴岛学院本科毕业设计说明书（论文） 11 和 PORTE(RE0~RE2)等，各分组接口特性说明如下： PIC16F877 的 PORTA 总共有 6 个位 (RA0~RA5)， PORTA 的接脚可作为数字输出输入端口，而系统重置后， PORTA 自动成为模拟输入状态，可读取模拟输入讯号。 PORTB 总共有 8 个位 (RB0~RB7)，可以撰写程序规划输入输出方向、状态，其中，要进行烧录时，使用到三支接脚，分别是 Pin36(RB3/PGM)、 Pin39(RB6/PGC)与 Pin40(RB7/PGD)。 PORTC 总共有 8 个位 (RC0~RC7)，除了可作为数位 I/O 外，还和一些特殊功能的周边电路共享接脚，例如 CCP（直流马达控制）、 I2C、 SPI（同步串行通讯电路）、 UART（异步串行传输电路）等等。 PORTD总共有 8 个位 (RD0~RD7)，可作一般数字 I/O，并与 PSP(Parallel Slave Port)并列传输接口共享。 当整体系统需要多单片机时，彼此可以经由并列传输接口来快速传输资料。 青岛理工大学琴岛学院本科毕业设计说明书（论文） 12 4 电冰箱控制系统硬件设计 系统的硬件电路由 PIC16F877 单片机、 直流电源供电电路、 时钟振荡电路、制冷电路、指示灯电路、 报警电 路、键盘 显示电路、等组成。 供电直流电源 图 41 供电电路图 PIC 单片机的供电都是通过如图 41 供电电源获得的。 单片机需要 +5V直流电源供电，但由于市电为 220V，所以需要设计一个 +5V 直流电源。 电源部分由以下几部分组成： 1） 变压： 先 通过变压器将 220V变为 12V，再 采用单项桥式整流电路，将交流电压转变为直流电，但是整流后还存在交直流分量，所以要通过滤波去除其中的交流部分。 2） 稳压： 选择了大容量的电解电容作为滤波电容稳压由于整流后的电压波动很大，所以需要进行稳压，稳压部分选用了 78 系 列三端稳压器。 因为稳压后面需要加二极管等元器件，所以稳压器件选 7805。 7805 输出的为 5V，在稳压器前要加电容，用于抵消输入线较长时的电感效应，以防止电路产生自激振荡，稳压器输出需要加两个电容，一个用于消除输出电压中的高频噪声，另一个需要加 电解电容，以减小稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰。 3） 掉电保护部分 ： 图 42 掉电记忆 电路 青岛理工大学琴岛学院本科毕业设计说明书（论文） 13 为实现掉电保护功能需要加一个大容量电容，在电源掉电时给单片机供电。 电路图如图 42 所示。 二极管为保护作用，在 V1 正常工作时， D2 导通，电容C9 充电，当掉电时， D2 截 止，由于电容为法拉电容， ,电容量很大，储能量很大。 V1 掉电时，电容放电，作为备用电源，可使单片机正常工作。 时钟震荡电路 图 43 时钟振荡电路 XTAL1 和 XTAL2 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，XTAL2 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。 时钟震荡电路如图 43， 该电路由 PIC16F877 的 XTAL1 和 XTAL2 脚内电路及外接的晶体和外接电容等组成。 震荡电路产生的震荡信号提供给微电脑电路作为时基信号。 选用 4M 晶体，则提供的指令频率为 1us. 制冷部分电路 制冷部分电路如图 44 图 44 压缩机电路 压缩机 压缩机是制冷系统的心脏，它在电动机的带动下压缩和输送制冷剂蒸汽，使制冷循环得以实现。 在电冰箱中多采用活塞式和旋转式压缩机，一般为封闭式结构。 压缩机的机械部分比较简单，下面重点对压缩机电动机进行介绍。 压缩机电青岛理工大学琴岛学院本科毕业设计说明书（论文） 14 动机一般采用单相 异步电动机，输出功率在 以上的全封闭式压缩机组才使用三相异步电动机。 压缩机电动机的种类 : (1)单向电阻分相式异步电动机 电子主绕组与副绕组在空间相差 90176。 电角嵌放，副绕组与启动继电器相接。 接通电源后，因副绕组线细、匝数又少，阻抗、感抗与主绕组不同，于是形成旋转磁场，电动机启动运行。 当电动机转速达到 75%左右的同步转矩时，启动继电器切断副绕组，这时只有主绕组参与运行。 这种电动机启动转矩较小，启动电流较大，适用功率为 40W~130W。 (2)单相电容启动式异步电动机 这种电动机的结构和功能与电阻分相 式基本相同，只是在副绕组中串联一启动电容 (45uF~100uF)。 副绕组线细、匝数多，启动容易。 启动完成后继电器动作，切断副绕组，只有主绕组参与运行。 具有启动转矩较大，启动电流较小的特点，适用功率 40W~300W。 (3)单相电容启动电容运转式异步电动机 这种电动机的结构和功能与上述二种基本相同，不过电路中有两只电容。 电动机在启动时，两电容并联，增大了启动转矩。 启动完成后，启动继电器将启动电容切断、运转电容仍接于电路中。 具有启动转矩较大，运行电流较小的特点，多用于日产冰箱。 压缩机 在电冰箱这类 小型制冷设备中，制冷压缩机多采。