裴羊其，毛麗民，張?bào)揖?，李增增，吳余?/p>

（1.常熟理工學(xué)院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院，江蘇常熟 215500；2.上海大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院，上海 200072）

立式冷凍箱時(shí)間控制器設(shè)計(jì)

裴羊其1，毛麗民1，張?bào)揖?，李增增1，吳余生1

（1.常熟理工學(xué)院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院，江蘇常熟 215500；2.上海大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院，上海 200072）

針對(duì)家用電器的時(shí)鐘智能控制，提出了一種以PIC16F72單片機(jī)為核心的設(shè)計(jì)方案，使用4位LED數(shù)碼管顯示時(shí)間，利用DS1302時(shí)鐘芯片完成實(shí)時(shí)時(shí)鐘的基本功能，同時(shí)利用24C02存儲(chǔ)定時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)立式冷凍箱的制冷定時(shí)控制.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該立式冷凍箱時(shí)間控制器設(shè)計(jì)可靠，具有一定的實(shí)用價(jià)值和商業(yè)前景.

PIC16F72單片機(jī)；時(shí)鐘控制器；DS1302；24C02

冰箱的普及給人們的生活帶來(lái)了很大的方便，但同時(shí)冰箱制冷工質(zhì)散逸對(duì)臭氧層的破壞導(dǎo)致溫室效應(yīng)加劇，以及電冰箱廣泛普及導(dǎo)致電力消耗過(guò)大，資源浪費(fèi)和環(huán)境保護(hù)等問(wèn)題已不能忽視[1].因此，人們對(duì)電冰箱在節(jié)能環(huán)保、智能化、人性化方面的要求不斷提高，需要在冰箱生產(chǎn)中不斷應(yīng)用新技術(shù)和新工藝[2].本文基于PIC16F72單片機(jī)，設(shè)計(jì)了一種具有時(shí)鐘顯示、制冷時(shí)間設(shè)置、定時(shí)開(kāi)關(guān)功能的立式冷凍箱時(shí)間控制器[3].

1 時(shí)鐘控制器的硬件設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

圖1是時(shí)鐘顯示系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖，系統(tǒng)以單片機(jī)PIC16F72為主控器，不斷讀取實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302提供的時(shí)間，發(fā)送LED顯示時(shí)間（采取24小時(shí)模式）；PIC16F72在單片機(jī)不斷讀取DS1302提供的當(dāng)前時(shí)間的同時(shí)，也要讀取存儲(chǔ)芯片24C02設(shè)定的定時(shí)時(shí)間數(shù)據(jù).當(dāng)達(dá)到所設(shè)定的定時(shí)時(shí)間時(shí)，控制壓縮機(jī)的繼電器開(kāi)始工作以實(shí)現(xiàn)制冷；當(dāng)需要調(diào)整當(dāng)前時(shí)間或定時(shí)時(shí)間時(shí)，按下相應(yīng)鍵進(jìn)入設(shè)置系統(tǒng)設(shè)置.

1.2 控制核心的設(shè)計(jì)

該控制系統(tǒng)主控制器采用PIC系列單片機(jī)PIC16F72.PIC16F72單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路如圖2所示.單片機(jī)內(nèi)部具有一個(gè)高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器.通常在引腳OSC1和OSC2跨接石英晶體和兩個(gè)補(bǔ)償電容構(gòu)成自激振蕩器，單片機(jī)最小系統(tǒng)采用上電自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)按鍵復(fù)位兩種方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)位操作.

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖

1.3 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)時(shí)鐘應(yīng)用了實(shí)時(shí)時(shí)鐘日歷芯片DS1302，其連接如圖3所示.該硬件電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng).PIC16F72單片機(jī)RA0直接接DS1302的RST端，上電后，PIC16F72的RA0腳自動(dòng)輸出高電平.RA1作為串行時(shí)鐘接口，RB7作為時(shí)鐘數(shù)據(jù)的I/O.DS1302采用雙電源供電，平時(shí)由+5V電源供電，當(dāng)+5V掉電之后，由圖中BT1（+3V備用電池）供電.

1.4 24C02的硬件電路設(shè)計(jì)

24C02的硬件電路設(shè)計(jì)如圖4所示.其中PIC16F72與24C02通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的I2C接口相連，R10和R12為I2C總線的上位電阻.WP接地是寫(xiě)保護(hù)失效便于寫(xiě)入數(shù)據(jù).E0、E1、E2也接地是24C02的從機(jī)地址為0b1010000.由于本設(shè)計(jì)只用到了一個(gè)4C02芯片，可以將E2、E1、E0取為000，即引腳E2、E1、E0同時(shí)接地，此時(shí)24C02的寫(xiě)從器件地址為0xa0（10100000B），讀從器件地址為0xa1（10100001B）.

1.5 LED顯示電路設(shè)計(jì)

在圖5的LED顯示電路圖中，為了在顯示部分節(jié)省單片機(jī)I/O口，采用動(dòng)態(tài)顯示方式.由于本單片機(jī)的引腳有限，采用74HC4094芯片驅(qū)動(dòng)LED做顯示部分.74HC4094是帶輸出鎖存和三態(tài)控制的串入/并出高速轉(zhuǎn)換器，具有使用簡(jiǎn)單、功耗低、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)和控制靈活等優(yōu)點(diǎn).

圖2 PIC單片機(jī)的最小系統(tǒng)

圖3 時(shí)鐘電路圖

圖4 PIC16F72與24C02芯片的硬件電路

2 時(shí)鐘控制器的軟件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)

圖6所示是整個(gè)系統(tǒng)的軟件總體流程圖，首先進(jìn)行時(shí)間芯片DS1302和存儲(chǔ)定時(shí)數(shù)據(jù)24C02的程序初始化工作，再設(shè)定需要的時(shí)間，通過(guò)LED顯示，設(shè)定的時(shí)間通過(guò)鍵盤(pán)掃描程序被單片機(jī)讀取，時(shí)間芯片DS1302將當(dāng)前的時(shí)間送給單片機(jī)判斷，如果定時(shí)時(shí)間到，繼電器就動(dòng)作，冷凍箱開(kāi)始工作.

圖5 LED顯示電路圖

圖6 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)總體流程圖

2.2 鍵盤(pán)掃描軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中PIC16F72單片機(jī)在系統(tǒng)中的主要任務(wù)是接受DS1302和24C02的數(shù)據(jù)并送出顯示，完成時(shí)鐘顯示控制.PIC16F72單片機(jī)完全有能力完成以上工作，所以采用隨機(jī)掃描鍵盤(pán)方式，系統(tǒng)也能夠正常運(yùn)行.單片機(jī)掃描完鍵盤(pán)，得到鍵值，并根據(jù)鍵值轉(zhuǎn)入執(zhí)行對(duì)應(yīng)任務(wù)，以實(shí)現(xiàn)按鍵功能.如果沒(méi)有按鍵按下，返回主程序.其中S1調(diào)節(jié)顯示時(shí)間，S2調(diào)節(jié)定時(shí)時(shí)間，S3代表數(shù)值加一操作，S4代表數(shù)值減一操作.

2.3 LED顯示電路軟件設(shè)計(jì)

圖8中用的是4位8段共陰數(shù)碼管，在動(dòng)態(tài)顯示中，由于各位數(shù)碼管的線段并聯(lián)，段碼的輸出對(duì)各位數(shù)碼管來(lái)說(shuō)都是相同的.因此，在同一時(shí)刻只能一位有數(shù)碼管處于導(dǎo)通狀態(tài)，而其他幾位數(shù)碼管的位選線（公共端）處于關(guān)閉狀態(tài).同時(shí)，段線上輸出相應(yīng)位要顯示字符的字型碼.這樣在同一時(shí)刻，只有選通的那一位數(shù)碼管顯示出字符，而其他各位則是熄滅的，其中顯示延時(shí)1 ms.

3 調(diào)試

調(diào)試的過(guò)程分硬件和軟件調(diào)試兩部分.

硬件電路調(diào)試主要包括電源、單片機(jī)、外部時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和外部接口電路調(diào)試.首先檢查電源是否完好.之后使用萬(wàn)用表排查電路中是否存在斷路或者短路情況.4位一體共陰8段數(shù)碼管的引腳，在焊接時(shí)也要避免管腳之間的短路，在上電之前必須先排查電路.

圖7 鍵盤(pán)掃描流程圖

圖8 LED顯示軟件流程圖

在本設(shè)計(jì)中，軟件調(diào)試主要分三大部分：實(shí)時(shí)時(shí)鐘程序調(diào)試、定時(shí)時(shí)鐘程序調(diào)試、按鍵子程序調(diào)試.可以使用MPLAB IDE進(jìn)行編寫(xiě)及調(diào)試程序，然后用PStar V6編程器進(jìn)行反復(fù)燒寫(xiě)程序，直至達(dá)到預(yù)期效果.

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的以單片機(jī)為核心的立式冷凍箱時(shí)間控制器將普通的24小時(shí)不斷電的冷凍箱改為可自動(dòng)控制或人為設(shè)定冰箱制冷時(shí)間的可控冷凍箱.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該立式冷凍箱時(shí)間控制器設(shè)計(jì)可靠，而其顯示的新穎性往往更能吸引人們的眼球，德國(guó)，日本和美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家都先后推出了各自的相關(guān)產(chǎn)品，比如西門(mén)子冰箱和三菱冰箱都使用了時(shí)間控制器.我國(guó)的海爾也采用了這種技術(shù).因此該設(shè)計(jì)具有一定的實(shí)用價(jià)值和商業(yè)前景.

[1]肖鳳明.高新電冰箱單片機(jī)控制技術(shù)從入門(mén)到精通[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[2]馮喬.基于單片機(jī)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)計(jì)[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化，2009（6）：141-142.

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A Design of Time Control for Vertical Freezers

PEIYang-qi1,MAO Li-min1,ZHANG Li-jun2,LIZeng-zeng1,WU Yu-sheng1
（1.School of Electrical and Automation Engineering,Changshu Institute of Technology,Changshu 215500,China; 2.School of Electrical Engineering and Automation,Shanghai University,Shanghai 200072,China）

With the economic development,the market demand for intelligent clock control system increases greatly.Concerning clock intelligent control for household appliances,this paper proposes a scheme using PIC16F72 m icrocontroller as the core design.The real-time clock control is achieved by means of 4 LED digital display time,and DS1302 clock chip.At the same time,timing control of the vertical freezer is realized on the basis of timing data stored in the 24C02.The experimental results show that the design of time control for verti?cal freezers is reliable,and has both a certain practical value and business prospects.

PIC16F72 MCU;time control;DS1302;24C02

TP368.1

B

1008-2794（2012）08-0072-04

2012-04-16

裴羊其（1991—），男，江蘇靖江人，常熟理工學(xué)院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)2008級(jí)學(xué)生.

毛麗民（1981—），男，江蘇常熟人，講師，碩士，研究方向：機(jī)器人與目標(biāo)跟蹤，E-mail：maolimin_1981@163.com.