智能电饭煲的设计学士学位论文(编辑修改稿)

智能电饭煲的设计学士学位论文(编辑修改稿)内容摘要：

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 6如下图 24所示。 图中电容 C1 和电阻 R1对电源十 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 24图所示。 图 24 上电复位电路 按键复位电路 按键复位的工作原理是在复位输入端 RST 处人为加入高电平。 为达到这一目的，一般情况下，我们在 RST 端与电源 VCC 之间加一个按钮，如下图所示。 当我们按下按钮时， RST 端与 VCC 端之间接通，使 RST 端升为高电平，完成复位功能。 复位电路可在单片机运行出错或进入死机循环时，通过复位使系统重新运行。 对于 51 单片机而言，只要 REST 端保持二个机器周期 (24 个时钟振荡周期 )的高电平即可硬件复位。 考虑到从电源接通到电源电压稳定需要一定的时间，故图 25所示 RC复位时间一般均应大于 10ms，典型取值为 R=1K、 C=22uF。 由于按键复位电路包括上电复位电路，能实现随时复位。 所以在方案中选择按键复位电路方式。 7图 25 按键复位电路 显示电路设计 在智能电饭煲中，显 示装置是一个重要组成部分，主要用来显示煮饭过程的状况与运行情况，以便于使用者方便的操作，是人机信息交换的主要窗口。 常用的显示器件有发光二极管显示器 LED、液晶显示器 LCD 等其他显示设备。 数码管和液晶 LED 数码管 由于具有结构简单、体积小、功耗低、配置灵活、显示清晰、可靠性高等优点，目前已被微型计算机控制系统及智能化仪表广泛采用。 在小型控制装置和数字化仪器仪表中，往往只要几个简单的数字显示或字符状态便可满足人机界面的需求，而显示数码的 LED 因其成本低廉、配置灵活，与计算机接口方便等特点在小 型微机控制系统中得到极为广泛的应用。 LED 显示器有多种结构形式，单段的圆形或方形 LED 常用来显示设备的运行状态， 8段 LED 可以显示各种数字和字符，所以也称为 LED 数码管，其外形如图 26所示。 8 段 LED 在控制系统中应用最为广泛，其接口电路也具有普遍借鉴性。 图 26 LED 数码管 8 段 LED 显示器的结构与工作原理如图 27 所示 图 27 8 段 LED 数码管结构原理 一个 8段 LED 显示器的结构与工作原理如图 27所示。 它是由 8个发光二极 8管组成，各段依次记为 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 dp ，其中 dp表示 小数点（不带小数点的称为 7 段 LED）。 8 段 LED 显示器有共阴极和共阳极两种结构，分别如图27（ b）、（ c）所示。 共阴极 LED 的所有发光管的阴极并接成公共端 COM，而共阳极 LED 的所有发光管的阳极并接成公共端 COM。 当共阴极 LED 的 COM 端接地，则某个发光二极管的阳极加上高电平时，则该管有电流流过因而点亮发光；当共阳极 LED 的 COM端接高电平，则某个发光管的阴极加上低电平时，则该管有电流流过因而点亮发光。 LCD(液晶显示器 Liquid Crystal Display 的英文缩写 )是借助外界光线照射液晶 材料而实现显示的被动显示器件。 液晶是一种介于液体与固体之间的热力学的中间稳定相，在一定的温度范围内既有液体的流动性和连续性，又有晶体的各向异性和光学特性。 液晶显示模块 1602 主要由行 /列驱动器及 16 02 全点阵液晶显示器组成。 内部含有的 ASCII 字符集。 它与单片机的接口连线采用并行方式。 1602LCD 采用标准的 14 脚（无背光）或 16 脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表 21所示 表 21 1602 液晶接口信号说明 编号 符号 引脚说明 编号 符号 引脚说明 1 VSS 电源地 9 D2 数据口 2 VDD 电源正极 10 D3 数据口 3 VO 对比度调节端 11 D4 数据口 4 RS 数据命令选择端 12 D5 数据口 5 R/W 读写选择端 13 D6 数据口 6 E 使能端 14 D7 数据口 7 D0 数据口 15 BLA 背光电源正极 8 D1 数据口 16 BLK 背光电源负极 由于 1602LCD 共占用单片机 11个口线，相对于数码管，占用口线少，电路简单，无需外围驱动电路，占用 PCB 面积也较少，操作简单，此显示电路采用液晶方式显示，液晶模块选用 1602 液晶。 显 示电路具体连接 图 28为液晶与单片机连接电路，其中 P1 为 8*10k 欧姆的排阻作为 P0 口的上拉电阻，液晶的 6脚与单片机相连作为控制信号， 7－ 14脚与单片机 P0口相连作为数据信号传送。 前三个引脚分别为电源地、电源正极和液晶显示偏压。 RS 和 R/W 为数据／命令选择和读／写选择，引脚 15 和 16 分别是背光源正、负极。 单片机 P0口用于对 LCD 的数据传输， P2 .5～ 都是作为控制端对 LCD输入读／写数据信号，选择数据寄存器或指令寄存器，以及是否进行显示。 单片机采集温度信息，显示在 1602 液晶上，同时现在的 时间也显示在液晶上。 单片机通过控制液晶的相应接口，对液晶实现操作，从而实现显示电路的设计。 9 图 28 液晶显示电路 键盘接口电路设计 在智能电饭煲系统中，除了液晶显示进行信息传递的输出设备以外，还要有与操作人员进行信息交换的常规输入设备。 键盘是一种最常用的输入设备 ,它是一组按键的集合，从功能上可分为数字键和功能键两种，作用是输入数据与命令，查询和控制系统的工作状态，实现简单的人机对话。 按键采用独立式按键接口，分为 5个按键，分别对应快煮、慢煮、预约定时、时间加、时间减的功能。 独立式键 盘是直接用 IO 口构成的单个按键电路，如图29 所示，每根 IO口线上按键的工作状态小会影响其他 IO 口的工作状态，该电路属于查询方式电路，当按键没有按下时，单片机 IO 口默认输出其为高电平；当某按键按下后，对应 IO口变低电平， IO 输出灌电流在 5mA 左右 图 29 按键电路 10 按键的抖动 通常所用的按键为轻触机械开关，正常情况下按键的接点是断开的，当我们按压按钮时， 由于机械触点的弹性作用， 一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通，在断开时也不会一下子断开。 因而机械触点在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的 抖动，按键的时序如下图 210 所示 ， 抖动时间的长短由按键的机械特性及操作人员按键动作决定， 一般为 5ms～ 20ms。 图 210 按键开关的抖动特性 按键消抖 按键的抖动会造成按一次键产生的开关状态被单片机误读几次。 为了使单片机能正确地读取按键状态，必须在按键闭合或断开时，消除产生的前沿或后沿抖动，去抖动的方法有硬件方法和软件方法两种。 1．硬件方法 硬件方法是设计一个滤波延时电路或单稳态电路等硬件电路来避开按键的抖动时间。 图 211 是由 R2 和 C 组成的滤波延时消抖电路，设置在按键 S 与 CPU数据线 Di之间。 按键 S 未按下时，电容两端电压为 0，即与非门输入 Vi 为 0，输出 Vo 为 1。 当 S 按下时，由于 C 两端电压不能突变，充电电压 Vi 在充电时间内未达到与非门的开启电压，门的输出 Vo 将不会改变，直到充电电压 Vi 大于门的开启电压时，与非门的输出 Vo 才变为 0。 这段充电延迟时间取决于 R R2 和 C 值的大小，电路设计时只要使之大于或等于 100ms 即可避开按键抖动的影响。 同理，按键 S 断开时，即使出现抖动，由于 C 的放电延迟过程，也会消除按键抖动的影响。 图中， V1 是未施加滤波电路含有前沿抖动、后沿抖动的波形， V2 是 施加滤 11 波电路后消除抖动的波形。 图 211 滤波延时消抖电路 2．软件方法 软件方法是指编制一段时间大于 10ms 的延时程序，在第一次检测到有键按下时，执行这段延时子程序使键的前沿抖动消失后再检测该键状态，如果该键仍保持闭合状态电平，则确认为该键已稳定按下，否则无键按下，从而消除了抖动的影响。 同理，在检测到按键释放后，也同样要延迟一段时间，以消除后沿抖动，然后转入对该按键的处理。 由于软件方法去抖的方法容易实现，同时节约了硬件资源，是硬件电路体积减小，器件减少，可靠性提高，本课题采用软件消抖的 方式。 温度采集电路设计 美国 Dallas 半导体公司的数字化温度传感器 DS18B20 是世界上第一片支持 单总线 接口的温度传感器。 全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。 一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。 现在，新一代的 DS18B20体积更小、更经济、更灵活。 本课题利用温度传感器 DSl8B20 来检测温度的变化从而使单片机进行控制，实现多种功能。 DS18B20 的控制方式 在具体硬件上， DS18B20 与单片机的连接 有两种方法，一种是 Vcc 接外部电源， GND 接地， I/O 与单片机的 I/O 线相连；另一种是用寄生电源供电，此时 VDD GND 接地， I/O 接单片机 I/O。 无论是内部寄生电源还是外部供电， I/O 口线接一个。 DS18B20 有六条控制命令，如下表 22 所示。 表 22 DS18B20 控制命令 指令 约定码 操作说明 温度转换 44H 启动 DS18B20 进行温度转换 12 读暂存器 BEH 读暂存器 9 个字节内容 写暂存器 4EH 将数据写入暂存器的 TH、 TL字节 复制暂存器 48H 把暂存器的 TH、 TL 字节写到 E2PROM 中 重新调 E2PROM B8H 把 E2PROM 中的 TH、 TL 字节写到暂存器 TH、 TL 字节 读电源供电方式 B4H 启动 DS18B20 发送电源供电方式的信号给主 CPU CPU 对 DS18B20 的访问流程是：先对 DS18B20 初始化，再进行 ROM 操作命令，最后才能对存储器操作，数据操作。 DS18B20 每一步操作都要遵循严格的工作时序和通信协议。 如 CPU 控制 DS18B20 完成温度转换这一过程，根据 DS18B20 的通讯协议，须经三个步骤：每一次读写之前都要对 DS18B20 进行复位，复位成功后发送一条 ROM 指令，最后发送 RAM 指令，这样才能对 DS18B20 进行预定的操作。 引脚排序如图 212 所示，引脚说明如表 23 图 212 DS18B20 引脚图 表 23 DS18B20 引脚说明 序号 引脚名称 引脚功能描述 1 GND 电源地 2 IO 数据输入 /输出引脚 3 VDD 电源端 DS18B20 具体连接 温度传感器 DSl8B20 采用数据线供电方式，其工作电压范围在 3～ 5. 5V，温度测量范围在 55℃～ 125℃精度为177。 2℃，在 10℃～ 85℃范围内，其精度为177。 0 5℃，可编程为 9～ 12 位 A/D 转换精度。 测温分辨率可达 0． 0625 摄氏度，如图 213 所示，为了保证 DSl8B20 温度变换的精确性，当温度转换时，数据线必须提供足够功率，此时必须提供一个强上拉。 该电路通常要求外接一个 4. 7K的上拉电阻至电源。 13 图 213 DS18B20 与单片机连接 预约定时电路设计 智能电饭煲实现预约定时的功能，定时的功能实现方法有很多种，本文采用DS1302 实现预约定时的功能。 DS1302 是美国 DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗、带 RAM 的实时时钟电路，它。