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电冰箱温度控制系统设计

一、 引言

电冰箱是每个家庭现代化厨房必备家用电器之一，它是利用电能在箱体内形成低温环境,用于冷藏冷冻多种食品和其它物品家用电器设备。它关键任务就是控制压缩机、化霜加热等来保持箱内食品最好温度达成食品保鲜目标，即确保所储存食品在经过冷冻或冷藏以后保持色、味、水分、营养基础不变。从19世界上第一台电机压缩式电冰箱研制成功，伴随科学技术飞速发展电冰箱也在不停演变和更新尤其是多年来高新技术迅猛崛起更使得电冰箱发展日新月异。 现代社会每一个家庭全部处于快节奏生活中大家大多已无闲暇时间和精力花费在常常性采购日常生活用具上。所以集中时间大量采购新型生活方法已为越来越多人所接收从而决定了大容量电冰箱将是一个国际化发展趋势。传统机械式直冷式电冰箱控制原理是依据蒸发器温度控制制冷压缩机启、停,使电冰箱内温度保持在设定温度范围内。通常,当蒸发器温度升至3~5℃时开启压缩机制冷;当温度低于-10 ~ -20℃时停止制冷,关断压缩机。
伴随微机技术飞速发展,单片机以其体积小、价格低、应用灵活等优点在家用电器、仪器仪表等领域中得到了广泛应用。采取单片机进行控制,能够使电冰箱控制更正确、灵活、直观。
此次所设计就是基于51单片机电冰箱温度控制系统，以AT89C51单片机为关键控制压缩机开启和停止，处理了传统电冰箱控制系统存在不足，能够使控制更正确、更灵活。
此次设计目标是设计一个温度控制系统，要求：
1. 利用键盘分别控制冷藏室、冷冻室温度（0~5℃，-7 ~ -18℃）；
2. 显示各室温度值；
3. 制冷压缩机运行后若忽然断电要有30秒延时；
4. 各个门开后超出2分钟要报警。
此次设计意义是经过此次设计加深对测控系统原理和设计课程了解，掌握微机化测控系统设计思绪，了解通常设计过程。

二、电冰箱温度控制系统硬件电路设计

1. 总体设计方案
以AT89S51单片机为关键，来实现各个模块功效。温度传感器模块、键盘输入模块作为系统输入模块，液晶显示模块、温度控制器模块、报警模块作为系统输出模块，组成基础电路，原理框图图2-1所表示：
温度传感器（经指导老师提议，使用DS18B20，因其自带A/D转换模块）从设备环境不一样位置采集温度，单片机AT89S51获取采集温度值，经处理得到目前环境中一个比较稳定温度值，再依据目前设定温度上下限值，经过加热和降温对目前温度进行调整。当采集温度经处理后超出设定温度上限时，单片机经过三极管驱动继电器开启降温设备(压缩制冷器)，当采集温度经处理后低于设定温度下限时，单片机经过三极管驱动继电器开启升温设备 (加热器)。
PC机

MAX232电平转换芯片
LED数据显示

复位电路
键盘电路

AT89S51

时钟电路
DS18B20 温度芯片数据传输

报警电路

输入电源

压缩制冷器
继电器1

加热器
继电器2

图2-1 冰箱控制原理图
当因为环境温度改变太猛烈或因为加热或降温设备出现故障，或温度传感头出现故障造成在一段时间内不能将环境温度调整到要求温度限内时候，单片机经过三极管驱动扬声器发出警笛声。
系统中将经过串口通讯连接PC机存放温度改变时历史数据，方便观察整个温度控制过程及监控温度改变全过程。
2. 主控制部分方案
AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)可反复擦写1000次Flash只读程序存放器，器件采取ATMEL企业高密度、非易失性存放技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存放单元，AT89S51在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。
2.1 AT89S51关键性能特点
1、4k Bytes Flash片内程序存放器；
2、128 bytes随机存取数据存放器（RAM）；
3、32个外部双向输入/输出（I/O）口；
4、2个中止优先级、2层中止嵌套中止；
5、6个中止源；
6、2个16位可编程定时器/计数器；
7、2个全双工串行通信口；
8、看门狗（WDT）电路；
9、片内振荡器和时钟电路；
10、和MCS-51兼容；
11、全静态工作：0Hz-33MHz；
12、三级程序存放器保密锁定；
13、可编程串行通道；
14、低功耗闲置和掉电模式。
2.2管脚说明
VCC：电源电压输入端。
GND：电源地。
P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存放器，它能够被定义为数据/地址低八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必需被拉高。 PDIP封装AT89S51管脚图
P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是因为内部上拉缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：P2口为一个内部上拉电阻8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并所以作为输入时，P2口管脚被外部拉低，将输出电流。这是因为内部上拉缘故。P2口当用于外部程序存放器或16位地址外部数据存放器进行存取时，P2口输出地址高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存放器进行读写时，P2口输出其特殊功效寄存器内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，因为外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是因为上拉缘故。P3口除了作为一般I/O口，还有第二功效：
P3.0 RXD（串行输入口）
P3.1 TXD（串行输出口）
P3.2 /INT0（外部中止0）
P3.3 /INT1（外部中止1）
P3.4 T0（T0定时器外部计数输入）
P3.5 T1（T1定时器外部计数输入）
P3.6 /WR（外部数据存放器写选通）
P3.7 /RD（外部数据存放器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收部分控制信号。
I/O口作为输入口时有两种工作方法，即所谓读端口和读引脚。读端口时实际上并不从外部读入数据，而是把端口锁存器内容读入到内部总线，经过某种运算或变换后再写回到端口锁存器。只有读端口时才真正地把外部数据读入到内部总线。89C51P0、P1、P2、P3口作为输入时全部是准双向口。除了P1口外P0、P2、P3口全部还有其它功效。
RST：复位输入端，高电平有效。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期高电平时间。
ALE/PROG：地址锁存许可/编程脉冲信号端。当访问外部存放器时，地址锁存许可输出电平用于锁存地址低位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率1/6。所以它可用作对外部输出脉冲或用于定时目标。然而要注意是：每当用作外部数据存放器时，将跳过一个ALE脉冲。如想严禁ALE输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在实施MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。假如微处理器在外部实施状态ALE严禁，置位无效。
PSEN：外部程序存放器选通信号，低电平有效。在由外部程序存放器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存放器时，这两次有效/PSEN信号将不出现。
EA/VPP：外部程序存放器访问许可。当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存放器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存放器。注意加密方法1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存放器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：片内振荡器反相放大器和时钟发生器输入端。
XTAL2：片内振荡器反相放大器输出端。
2.3下载程序
AT89SXX系列单片机实现了ISP下载功效，故而替换了89CXX系列下载方法，也是因为这么，ATMEL企业已经停止生产89CXX系列单片机，现在市面上AT89CXX多是停产前库存产品。
1.控制线，共4根。
（1）输入：
RST——复位输入信号，高电平有效。在振荡器工作时，在RST上作用两个机器周期以上高电平，将器件复位。
EA/Vpp——片外程序存放器访问许可信号，低电平有效。在编程时，其上施加12V编程电压。
（2）输入，输出：
ALE/PROG——地址锁存许可信号，输出。用做片外存放器访问时，低字节地址锁存。ALE以1/6振荡频率稳定速率输出，可用做对外输出时钟或用于定时。在EPROM编程期间，作输入。输入编程脉冲。ALE能够驱动8个LSTTL负载。
（3）输出：
PSEN——片外程序存放器选通信号，低电平有效。在从片外程序存放器取指期间，在每个机器周期中，当PSEN有效时，程序存放器内容被送上P0口（数据总线）。PSEN能够驱动8个LSTTL负载。
2.I/O口：4个口，32根
单片机51系列共有四个8位双向并行I/O通道口，分别是P0、P1、P2、P3，各含有特殊电路结构，每位全部有自己锁存器、输出驱动器和输入缓冲器。这种结构，在数据输出时可锁存，即输出新数据之前，通道口上原数据一直保持不变，但对输入信息是不锁存，所以从外部输入信息必需保持到取数指令实施完为止。在这四个8位双向并行I/O通道口中，我们应该选择哪一个通道口作为输入信号和输出信号端口呢？下面我们先来了解一下四个通道口结构。
（1）P0口介绍
P0口在访问外部存放器时，P0口既是一个真正双向数据总线口，又是从分时输出8位地址口。它包含一个输出锁存器，两个三态缓冲器，一个输出驱动电路和一个输出控制电路
（2）P1口介绍
P1口是专门为用户使用I/O口，是准双向口，P1口为8位准双向口，每一位均可单独定义为输入或输出口。在编程校验期间，用做输入低位字节地址。P1口能够驱动4个LSTTL负载。
（3）P2口介绍
P2口也是双向口。它是供系统扩展时输出高8位地址。假如没有系统扩展时，也能够作为用户I/O口使用。P2口作为外部数据存放器或程序存放器地址总线高8位输出口AB8-AB15，P0口由ALE选通作为地址总线低8位输出口AB0-AB7。外部程序存放器由PSEN信号选通，数据存放器则由WR和RD读写信号选通，因为2=64k，所以89S51最大可外接64kB程序存放器和数据存放器
（4）P3口介绍
P3口是个双功效口，第一功效作通用I/O口，第二功效是作变异功效用，为适应引脚第二功效需要，增加了第二功效控制逻辑，在真正应用电路中，第二功效显得更为关键。因为第二功效信号有输入输出两种情况，我们分别加以说明。
P3口输入输出及P3口锁存器、中止、定时/计数器、串行口和特殊功效寄存器相关，P3口第一功效和P1口一样可作为输入输出端口，一样含有字节操作和位操作两种方法，在位操作模式下，每一位均可定义为输入或输出。
表2-1 P3口第二功效
端口引脚
功效特征
P3.0
串行输入口（RXD）
P3.1
串行输出口(TXD)
P3.2
外中止0(INT0)
P3.3
外中止1(INT1)
P3.4
定时/计数器0外部输入口(T0)
P3.5
定时/计数器1外部输入口(T1)
P3.6
外部数据存放器写选通(WR)
P3.7
外部数据存放器读选通(RD)
现在我们已经对四个8位双向并行I/O口有了初步了解。依据以上介绍我们知道只有P1口是标准I/O口，所以我们选择P0口作为数据端口，P0口可逐位分别定义各口线为输入或输出线。
2.4 AT89S51单片机中止系统
此次设计报警器是利用外部中止触发单片机中止处理程序，以实现报警功效。所以，以下内容是对89S51单片机中止系统介绍。
1.中止：程序实施过程中，许可外部或内部事件经过硬件打断程序实施，使其转向为处理内部事件中止服务程序中去；完成中止服务程序后，CPU继续原来被打断程序，这么过程称为中止过程。
2.中止源：能产生中止外部和内部事件。
89S51有5个中止源：
(1) INT0：外部中止0请求，低电平有效。经过P3.2引脚输入。
(2)INT1：外部中止1请求，低电平有效。经过P3.3引脚输入。
(3)T0：定时器/计数器0溢出中止请求。
(4)TI：定时器/计数器1溢出中止请求。
(5)TXD/RXD：串行口中止请求。当串行口完成一帧数据发送或接收时，便请求中止。
每一个中止源全部对应一个中止请求标志位，它们设置在特殊功效寄存器TCON和SCON中。当这些中止源请求中止时，对应标志分别有TCON和SCON中对应位来锁存。
3.AT89S51中止系统有以下4个特殊功效寄存器：
（1）定时器控制寄存器TCON（用6位）；
（2）串行口控制寄存器SCON（用2位）；
（3）中止许可寄存器IE；
（4）中止优先级寄存器IP。
其中，TCON和SCON只有一部分用于中止控制。经过对以上各特殊功效寄存器各位进行置位或复位等操作，可实现多种中止控制功效。
4.中止响应过程及中止矢量地址
中止处理过程可分为3个阶段：中止响应、中止处理和中止返回。89C51CPU在每个机器周期S5P2期间次序采样每个中止源，CPU在下一个机器周期S6期间按优先级次序查询中止标志。如查询到某个中止标志为1，则将在接下来机器周期S1期间按优先级进行中止处理。中止系统经过硬件自动将对应中止矢量地址装入PC，方便进入对应中止服务程序。表2既是各个中止源对应中止矢量地址。
因为89S51系列单片机两个相邻中止源中止服务程序入口地址相距只有八个单元，通常中止服务程序是容纳不下，通常是在对应中止服务程序入口地址中放一条常跳转指令LJMP，这么就能够转到64KB任何可用区域了。
表2-2 中止源及其对应矢量地址
中止源
中止矢量地址
外部中止0（）
0003H
定时器/计数器0（T0）
000BH
外部中止1（）
0013H
定时器/计数器1（T1）
001BH
串行口中止（RI、TI）
0023H
中止服务程序从矢量地址开始实施，一直到返回指令RETI为止。RETI指令操作首先告诉中止系统该中止服务程序已实施完成，其次把原来压入堆栈保护断点地址从栈顶弹出，装入程序寄存器PC，使程序返回到被中止程序断点处继续实施。
5.在编写中止服务程序时应注意：
（1）在中止矢量地址单元处存放一条无条件转移指令（如LJMP ××××H），使中止程序可灵活安排在64KB程序存放器任何空间。
（2）在中止服务程序中，用户应注意用软件保护现场，以免中止返回后丢失原寄存器、累加器中信息。
（3）若要在实施目前中止程序时严禁更高优先级中止，则可先用软件关闭CPU中止或严禁某中止源中止，在中止返回前在开放中止。
2.5 AT89S51单片机优势
1.性能强大
AT89S51含有完整输入输出、控制端口、和内部程序存放空间。和我们通常意义上微机原理类似，能够经过外接A/D，D/A转换电路及运放芯片实现对传感器传送信息采集，且能够提供以点阵或LCD液晶及外接按键实现人机交互，能对内部众多I/O端口连接步进电机对外围设备进行正确操控，含有强大工控能力。
2.易于学习
AT89S51系列单片机编写程序基础步骤。其语法结构和我们常见计算机C语言基础相同，不一样之处于于增加了控制具体引脚工作语句和命令，相对于计算机C语言，单片机C语言更简练和明确.能够控制每个引脚输入输出状态。其关键语句集中在比如：“ifelse”、“while”、“for”等循环和判定语句上，相比计算机C语言更简单。有过计算机C语言学习经历经过一段时间熟悉就能够熟练进行编程.
使用AT89S51系列单片机编程，能够在没有实物单片机情况下在一般电脑上进行程序编写甚至是调试工作。通常工作中使用Keil企业开发51单片机编程软件进行编程，它采取现在流行开友环境，集编辑，编译和仿真于一体。在该软件上用户能够编写汇编语言或C语言源程序，并利用该软件生成单片机能运行程序。
3.价格低廉
AT89S51芯片价格廉价，适合对大批量计量仪器进行规模化改造，其单片售价不超出5元。
3.测温模块选择方案
3.1 DS18B20介绍
DS18B20是一个单端通信数字式温度传感器，这就大大减小了温度测量电路复杂程度。我们把单片机一条I/O分配给温度传感器，即可完成温度采集。单片机经过对温度传感器初始化，发出温度转换命令，写入和读出数据命令来实现温度测量。
本系统在温度采集中使用DS18B20测温原理图图3-1所表示：图中低温度系数晶振振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率脉冲信号，送给减法计数器1；高温度系数晶振振荡频率伴随温度改变，改变显著，所产生信号作为减法计数器2脉冲输入。图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生时钟脉冲进行计数，进而完成温度测量，计数门开启时间由高温度系数振荡器来决定。每次测量前，首先将-55℃所对应一个基数分别置入减法计数器1、温度寄存器中。

图3-1 DS18B20测温原理图
DS18B20是一个使用方便温度传感器，其性能特点以下：
（1）含有独特单线接口方法，只要求一个端口即可实现通信；
（2）内含64位经过激光修正只读存放器ROM；（3）在DS18B20中每个器件上全部有独一无二序列号；
（4）实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温；
（5）测量温度范围在－55℃到＋125℃之间，测量分辨率为0.0625℃；
（6）数字温度计分辨率用户能够从9位到12位选择；
（7）内部有温度上、下限告警设置，用户可分别设定各路温度上、下限；
（8）支持多接点；
（9）可用数据线供电，电压范围：3.0～5.5V；
（10）负压特征：电源极性接反时，温度计不会因发烧而烧毁，但不能正常工作。
系统所选是3脚PR-35封装DS18B20数字温度传感器，引脚功效如表3所表示。
表3-1 DS18B20具体引脚功效描述

DS18B20内部有一个高速暂存RAM和一个非易失性可电擦除EEPRAM，后者存放高温度和低温度触发器TH、TL。高速暂存存放器由9个字节组成，其分配如表3.2所表示。当温度转换命令公布后，经转换所得温度值以二字节补码形式存放在高速暂存存放器第1和第2个字节。单片机可经过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，对应温度计算：当符号位S=0时，直接将二进制位转换为十进制；当S=1时，先将补码变为原码，再计算十进制值。第3和第4字节是TH 和TL拷贝，是易失性，每次上电复位时被刷新，第5字节为配置寄存器，它关键用来确定温度值数字转换分辨率。6、7、8字节保留未用，为全逻辑1，第9字节是冗余检验字节。
依据DS18B20通信协议，主机控制DS18B20完成温度转换必需经过3个步骤：每一次读写之前全部要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最终发送RAM指令，这么才能对DS18B20进行预订操作。
表3-2 DS18B20暂存寄存器分布

表3-3 ROM指令

表3-4 RAM指令

主CPU将数据下拉500微秒，然后释放，DS18B20收到信号等候16到60微秒，然后发出60到240微秒存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。ROM指令如表3-3所表示，RAM指令如表3-4所表示。

DS18B20温度采集过程：图3-2所表示。
3.2 DS18B20工作时序
DS18B20工作时序关键包含初始化时序、写时序、读时序。 初始化时序下：
（1）先将数据线置高电平；
（2）延时2ms；
（3）数据线拉到低电平；
（4）延时750us（从480us到960us）；
（5）数据线拉到高电平；
（6）延时等候。假如初始化成功，在15到60us时间之内产生一个由DS18B20返回低电平，据该状态能够来确定它存在，不过应注意不能无限进行等候，不然会使程序进入死循环，所以要进行超时判定；
（7）若CPU读到了数据线上低电平后，还要做延时，其延时时间从发出高电平算起（第五步时间算起）最少要480us；
（8）将数据线再次拉高到高电平1后结束。
DS18B20写数据时序以下：
（1）数据线先置低电平；
（2）延时时间为15us；
（3）按从低位到高位次序发送数据（一次只发送一位）；
（4）延时时间为45us；
（5）将数据线拉到高电平；
（6）反复上述步骤，直到发送完整个字节；
（7）最终将数据线拉高。
从DS18B20读数据时序以下：
（1）将数据线拉高；
（2）延时2us；
（3）将数据线拉低；
（4）延时6us；
（5）将数据线拉高；
（6）延时4us；
（7）读数据线状态得到1个状态位，而且进行数据处理；
（8）延时30us；
（9）反复上述步骤，直到读取完一个字节。
3.3 DS18B20连接电路
DS18B20 常见连接电路图图3-3所表示。

图3-3 DS18B20连接电路
4.各单元设计
4.1单片机时钟电路及复位电路
（1）时钟电路
时钟电路对于单片机系统而言是必需，因为单片机内部是由多种多样数字逻辑器件组成，而这些器件又必需按时间次序完成。所以在管脚XTAL1和XTAL2引脚外接石英晶体和俩个谐振电容，电容采取2个30u电容，采取12M石英晶体。这么就能够组成单片机基础时钟电路，时钟频率为12M。电路图图4-1所表示：

图4-1 单片机时钟电路

（2）复位电路
复位电路是对单片机进行初始化操作，使单片机处于一个确定初始状态。而要AT89S51复位得在RESET引脚上加5V高电平信号就能够了。复位电路参数为30U电解电容和10kΩ电阻。图4-2为单片机复位电路。

图4-2复位电路
复位电路作用是使单片机实施位操作，复位关键操作是把PC初始化为0000H，使单片机从程序存放器0000H单元开始实施程序。程序存放器0003H单元即MCS-51单片机外部中止0中止处理程序入口地址留出0000H~00002H三个单元地址，仅能够放置一条转移指令，所以，单片机主程序第一条指令通常情况下是一条无条件转移指令。除PC之外，复位还对其它部分特殊功效寄存器也有影响，它们复位状态以下表所表示。利用它们复位状态，能够降低应用程序中初始化编程，如表4-1所表示，SP=07H，P0-P4锁存器均为FFH外，其它全部寄存器均为0.单片机复位状态不影响片内RAM状态。
表4-1 寄存器复位状态
寄存器
复位状态
寄存器
复位状态
PC
0000H
TMOD
00H
ACC
00H
TCON
00H
PSW
00H
TL0
00H
SP
07H
TH0
00H
DPTR
0000H
TL1
00H
P0`P3
FFH
TH1
00H
IP
0xx00000B
SCON
00H
IE
0xx00000B
PCON
0xx00000B
（3）单片机最小系统
依据AT89S51引脚定义，单片机、时钟电路、复位电路组成了单片机最小系统，图4-3所表示：

图4-3 单片机最小系统
4.2 键盘
单片机应用系统中除了复位按键有专门复位电路,和专一复位功效外,其它按键或键盘全部是以开关状态来设置控制功效或输入数据。
键开关状态可靠输入 ：为了去抖动我采取软件方法，它是在检测到有键按下时，实施一个10ms延时程序后，再确定该键电平是否仍保持闭合状态电平，如保持闭合状态电平则确定为真正键按下状态，从而消除了抖动影响
在这种行列式矩阵键盘非编码键盘单片机系统中，键盘处理程序首先实施等候按键并确定有没有按键按下程序段。当确定有按键按下后，下一步就要识别哪一个按键按下。对键识别通常有两种方法：一个是常见逐行扫描查询法；另一个是速度较快线反转法。
对照图示4*4键盘，说明线反转法工作原理。首先分辨键盘中有没有键按下，有单片机I/O口向键盘送全扫描字，然后读入行线状态来判定。方法是：向行线输出全扫描字00H，把全部列线置为低电平，然后将列线电平状态读入累加器A中。假如有按键按下，总会有一根行线电平被拉至低电平从而使行线不全为1。判定键盘中哪一个键被按下是经过将列线逐列置低电平后，检验行输入状态来实现。方法是：依次给列线送低电平，然后查全部行线状态，假如全为1，则所按下键不在此列；假如不全为1，则所按下键必在此列，而且是在和零电平行线相交交点上那个键。
键盘共有16个按键，用于方便设定温度。
0
9

… ：数字按键，输入数字0----9；
确定

， ：设置确实定，修改设置温度时进行确定；
清除

：设置清除，修改设置温度时进行删除；
开启

： 开启电源
关闭

：关闭电源

F1

：显示及设置转换到温度点1，按此按键后，显示预设置温度数码管闪烁；
F2

：显示及设置转换到温度点2，按此按键后，显示预设置温度数码管闪烁；
表4-1键盘按键分布
P2.0
0
1
2
3
P2.1
4
5
6
7
P2.2
8
9
F1
F2
P2.3
清除
开启
关闭
确定

P2.4
P2.5
P2.6
P2.7

4.3温度控制及超温和超温警报单元
当采集温度经处理后超出要求温度上限时，单片机经过 P1.4 输出控制信号驱动三极管 D1 ，使继电器 K1 开启降温设备 ( 压缩制冷设备 ) ：当采集温度经处理后低于设定温度下限时，单片机经过 P1.5 输出控制信号驱动三极管 D2 ，使继电器 K2 开启升温设备 ( 加热器1) 。当因为环境温度改变太猛烈或因为加热或降温设备出现故障，或温度传感头出现故障造成在一段时间内不能将环境温度调整到要求温度限内时候，单片机经过三极管驱动扬声器发出警笛声。具体电路连接图 4-1 所表示。

图4-1具体电路连接图
4.4数码管显示电路
(1)LED显示器
LED显示器是由若干个发光二极管组成显示字段显示器件，当发光二极管导通时，对应一个点或一个笔画发光，控制不一样组合二极管导通就能显示不一样字符。LED显示器有多个形状，如：米字型显示器、点阵显示器和七段数码显示器等，在单片机系统中使用最多是七段数码管显示器。
七段LED数码显示器是由a、b、c、d、e、f、g、h这8段发光二极管组成“8”字型显示器件。依据内部发光二极管连接形式不一样，LED有共阴极和共阳极两种。全部发光二极管阳极连在一起称共阳极LED；阴极连在一起称共阴极LED。LED结构及连接图图4-2所表示

图4-2 LED结构及连接图
（2）LED工作原理
当选择共阴极LED显示器时，全部发光二极管阴极连在一起接地，当某个发光二极管阳极接高电平时，对应二极管点亮。所以要显示某字型对应段二极管点亮，实际上就是送一个用不一样电平组合代表数据字来控制LED显示，此数据称为字符段码或字形码。字形码和LED显示器各段关系如表4-2所表示：
表4-2 字形码和LED显示器各段关系
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
dp
g
f
e
d
c
b
a
（3）LED接口电路
LED数码显示接口电路分静态显示和动态显示两种。
所谓静态显示，就是每个显示器全部要占用独立含有锁存功效I/O接口，显示字型码送到接口电路。在字位数较多时，电路比较复杂，需要接口芯片较多，成本也较高。所以在实际应用中常常应用动态显示器接口电路图4-9所表示。它是把全部显示器同名字段相互连接在一起，并把它们连到字形口上。每个数码管公共端受单片机I/O口控制。CPU送出字段码，只有公共端符合条件数码管才显示。依据这个原理，采取分时导通措施，利用人眼滞留性，达成动态扫描目标。

图4-3 数码管显示电路
4.5蜂鸣器电路
此次设计采取蜂鸣器电路图4-11所表示作为报警装置。

图4-4 蜂鸣器电路
4.6接口通讯单元
（1）max232资料介绍：
该产品是由德州仪器企业（TI）推出一款兼容RS232标准芯片。因为电脑串口rs232电平是-10v +10v，而通常单片机应用系统信号电压是ttl电平0 +5v,max232就是用来进行电平转换,该器件包含2驱动器、2接收器和一个电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F电平。
该器件符合TIA/EIA-232-F标准，每一个接收器将TIA/EIA-232-F电平转换成5-V TTL/CMOS电平。每一个发送器将TTL/CMOS电平转换成TIA/EIA-232-F电平。
（2）关键特点 ：
1）、单5V电源工作
2）、 LinBiCMOSTM工艺技术
3）、 两个驱动器及两个接收器
4）、 ±30V输入电平
5）、低电源电流：经典值是8mA
6）、符合甚至优于ANSI标准 EIA/TIA-232-E及ITU推荐标准V.28
7）、ESD保护大于MIL-STD-883（方 法3015）标准V

图4-5 通讯接口连线图
51单片机有一个全双工串行通讯口，所以单片机和电脑之间能够方便地进行串口通讯。进行串行通讯时要满足一定条件，比如电脑串口是RS232电平，而单片机串口是TTL电平，二者之间必需有一个电平转换电路，我采取了专用芯片MAX232进行转换，即使也能够用多个三极管进行模拟转换，不过还是用专用芯片更简单可靠。
在本设计中采取了三线制连接串口，也就是说和电脑9针串口只连接其中3根线：第5脚GND、第2脚RXD、第3脚TXD。这是最简单连接方法，不过对我来说已经足够使用了，电路以下图所表示，MAX232第10脚和单片机11脚连接，第9脚和单片机10脚连接，第15脚和单片机20脚连接，串口通讯具体图4-5。
5.程序设计
5.1程序结构分析
主程序调用了5个子程序，分别是数码管显示程序、键盘扫描及按键处理程序、温度信号处理程序、继电器控制程序、单片机和PC机串口通讯程序。

图5-1 程序结构图
键盘扫描电路及按键处理程序：实现键盘输入按键识别及进入对应程序。
温度信号处理程序：对温度芯片送过来数据进行处理，进行判定和显示。
数码管显示程序：向数码显示送数，控制系统显示部分。
继电器控制程序：控制继电器动作
串口通讯程序：实现PC机和单片机通讯，将温度数据传送给PC机。
5.2主程序
图5-2 主程序结构图
程序开始时候先设置初始化，然后就控制数码管显示目前温度。接着就判定F1、F2按键是否被按下。按下F1进入温度控制点1程序、按下F2进入温度控制点2程序。程序控制设置温度两个数码管闪烁，此时键盘输入有效。有按键按下时候进入按键处理程序。按下“确定”按键后，程序进入判定程序和继电器控制程序。继电器动作后，程序回到显示目前途序，并开始循环。
三、课程设计总结及心得
本系统关键以AT89S51单片机为关键关键部件，在工业生产和日常生活中，对温度控制系统要求，关键是确保温度在一定温度范围内改变，稳定性好，不振荡，对系统快速性要求不高。在此次设计汇报中，简单分析了单片机温度控制系统设计过程及实现方法。本系统测温范围为-20℃～40℃，温度检测系统依据用户设定温度范围完成一定范围温度控制。
89S51时钟最高可达12M，I/O口可达32个，高时钟频率和丰富I/O，全部为我们实现电路功效提供了很有利条件。同时也因为开发环境友好，易用，方便，大大加紧本系统设计开发。
此次设计中使用了继电器控制只是插座电路，所以，该系统可扩展性很强。伴随插入插座电器不一样，能够实现很多其它功效电路。
经过此次课程设计，使我愈加扎实掌握了相关测控技术方面知识，在设计过程中即使碰到了部分问题，但经过一次又一次思索，一遍又一遍检验最终找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面知识欠缺和经验不足。实践出真知，经过亲自动手操作，使我们掌握知识不再是纸上谈兵。
过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不停发觉错误，不停更正，不停领悟，不停获取。
此次设计也让我明白了思绪即出路，有什么不懂不明白地方要立即请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思索，动手实践，就没有弄不懂知识，收获颇丰。