电冰箱控制系统毕业设计

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。

2.4.1 时钟电路 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，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。

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2-2所示。

图2-2 震荡电路图由上图可见，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。

2.4.2 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=0.0833μS2.4.3 复位电路当MCS-5l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：Cl＝10-30uF，R1＝1kΩ下图(B)中：C：＝1uF，Rl＝lkΩ，R2＝10kΩ图2-3 单片机复位电路图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，而且一直在此状态下等待，直到RESE T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。

2.5 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。

第3章应用芯片介绍3.1 多通道A/D转换器ADC0809芯片介绍3.1.1 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500kHz~1MHz，典型值为640kHz。

每通道的转换需66~73个时钟脉冲，大约100~110μS。

工作温度范围为-40℃~+85℃。

功耗为15MW，输入电压范围为0~5V，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。

3.1.2 ADC0809外部引脚及引脚功能ADC0809外部引脚及引脚功能如4-1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。