基于at89s52单片机的微波炉控制系统

基于at89s52单片机的微波炉控制系统内容摘要：

功能 时序 时间 烹 调 烘 烤 解 冻 1 50%时间 高火 75%时间 高火 25%时间 小火 2 25%时间 中火 25%时间 中火 50%时间 中火 3 25%时间 小火 25%时间 小火 注：高中低三个火力大小用三个发光二极管模拟。 电路设计 本 系统以 AT89S52 单片机为核心，连接各外部电路完成人机交互等各功能的控制。 系统总体框图如下图 23 所示。 图 22 系统功能图 工作状态 档位选择 用户状态设置 调整时间 系统复位 系统待机状态 接通电源 按 K0 键 或打开微波炉炉门 计时时间为 时 响音提示 按 K0 键 按 任意 键或打 开微波炉炉门 按 K1 键 按 K2 键 按 K3 键 按 K4 键 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 4 各模块之间的关系为： 电路 接通电源 后 ， 微波 系统处于待机状态，按下门电路炉门开启的开关， 电路接通电源，微波炉处于工作的状态， 此时用户可以根据自己的需要 通过键盘电路和档位选择电路两个模块 给微波系统设定定时的时间和档 位的选择，微波 将会按照用户设定的要求 进入 相应的 工作状态， 此时 数码管显示电路 开始倒计时，当倒计时时间为零分零秒时，音响电路发出相应的提示声音， 火力输出将关闭，表示 此次任务完成，微波炉再次进入待机状态。 单片机 内部定时器 键盘电路 音响发生电路 电源电路 数码管显示电路 火力输出电路 图 23 系统的总体框图 门电路设计 档位显示电路 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 5 第 3 章 各模块 方案比较与论证 系统设计包含显示电路，键盘电路，计时控制电路，档位输出电路，音响发生电路等多个部分，每个部分都可以采用不同的方案来实现，但不同的方案有实现的难易 程度 不同，所以 要 通过思考分析，最终做出最好的选择，使之更加科学和合理。 下面对各部分设计方案做分 析和选择。 档位显示部分方案 方案一：通过单片机的一个 I/O 端口经 过 A/D 转换器 转换 ，转换成三个输出端口进行档位控制。 如图 31 所示， 这 样 可以节省单片机 的 接口资源。 方案二：直接利用单片机的三个 I/O 端口进行档位控制。 如图 32 所示， 这种方案电路简单。 图 31 方案一结构图 图 32 方案二结构图 由于在本设计系统中单片机有充足的 I/O 端口资源，为了保证系统的稳定性和电路的简单化，采用方案二进行档位显示。 计时控制部分方案 方案 一 ：使用专 用时钟芯片。 使用微控制器控制专用时钟芯片实现计时控制，这种方案有着计时精度高、控制简单的优点，而且更易于实现日期 /时间显示、定时烹调等计时扩展功能。 方案 二 ：采用 单片机 内部定时器。 51单片机 内部含有 3个定时器 ， 可以利用一个定时器与程序计数器相结合的方式，在系统晶振的驱动下，产生标准时钟频率。 由于方案 二 具有较好的灵活性、较少的电路器件和较高的性价比，而且 通过精确的软件补偿使精度完全可以满足控制需要，所以我们选择该方案完成设计。 键盘和显示部分方案 键盘 方案一： 采用阵列式键盘。 此类键盘是采用行列扫描方式，优点是当按键较多时可以降低占用单片机的 I/O口数目，缺点是电路复杂且会加大编程难度。 方案二： 采用独立式按键电路。 每个键单独占有一根 I/O 接口线，每个 I/O 口的工作状态互不影响，此类键盘采用端口直接扫描方式。 缺点是当按键较多时占用单片机的 I/O 数目较多，优点是电路设计简单，且编程极其容易。 由于该系统采用了常规钟表式的校对方式，用键较少，系统资源足够用，故采用了方案二。 显示 方案一： 采用数码管显示。 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 6 数码管通过设置可以完成制作任务，经济耐用，但其显示不够直观、 提供信息量少、不易理解等缺点。 方案二： 采用液晶显示。 用 液晶 显示器 来实现显示功能，不仅可以实现基本的显示信息，而且可以显示丰富的符号指示信息以及文字指示信息， 如 AM/PM，闹钟符号等，信息量丰富且直观易懂。 而且液晶显示有功耗低，体积小，重量轻，寿命长，不产生电磁辐射污染等优点。 由于此系统只用到 4 位数字显示，考虑实用问题，故采用方案一。 音响发生模块方案 方案一： 微控制器直接发生。 MCU 直接输出两路不同频率的脉冲信号，叠加成为双音频信号，驱动后送扬声器。 但是由于 MCU 产生的方波信号含有高频 分量，经测试，音效并不能令人满意 方案二： 采用 555 振荡器实现双音频输。 采用两片 555振荡器分别发生不同频率的音频，由 单片机 控制输出，在电阻上叠加后经功率放大电路推动扬声器发声。 由于 555振荡器的 音响发生模块的 电路简单 且音质较好，故采用方案二。 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 7 第 4 章 系统硬件设计 本 次设计 系统的硬件组成可分为：电源部分、按键部分、 LED 数码显示部分、数码采集部分、控制端口部分、并且在显示方面增加了五个数码管，用以显示当前的微波炉所进行的流程。 门电路 设计 如果在 微波炉工作 的 过程中 炉门突然被打开，微波炉将停止当前的工作并通过单片机发出相应的提示声音，这样可以避免由于非法操作带来的不必要的后果，而用户也可以放心使用。 电路图如下图 41 所示。 图 41 门电路 时钟电路设计 计时控制模块是微波炉工作过程共核心的部分，它用来实现微波炉加热状态的倒计时 时间计算，也用来调整用户设定的时间和日期的显示， 并且 用户调整的时间和日期 会自动与计算机进行时间同步。 定时烹调根据用户设定的时间并在用户设定的时间下完成任务。 为了实现上述功能，在设计中采用 AT89S52 的内部定时器 2与软件计数器相结合的方式获得 1Hz的时钟。 在此设计中采用一个晶振产生一个振荡周期，产生一个 计时 脉冲 ，满足电路倒计时的需求。 如下图 42所示。 图 42 时钟电路 定时器 2自动装入模式以保证精度。 这时定时器周期 T可由下式表示： T = (28−K) 12/ CLK „ （ 1） 其中 K为定时器初值、 CLK为系统晶振。 考虑到串口通信，我们选定 CLK为， K为 27。 从式（ 1）中不难看出， 这时要获取 1Hz 的时钟， 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 8 计数器的预置数 N应对 T/1取整，即： N=[22118400/12 （ 25627） ]=8049 „ （ 2） 则系统获取的时钟频率即为： f = 12/22118400 （ 2827） 8049 ≈ 完全可以满足系统的计时要求。 键盘模块电路设计 当 键盘中按键数量较多 的时候 ，为了减少 单片机 I/O 口的占用，通常将按键排列成矩阵形式，如图 43 所示。 通过单片机内部判断这 4 个 I/O 接口来确定按键是否被按下。 四 个按键通过一个与门接到 接口，这样可以通过 口来判断有没有按键被按下 ，若与门输出为 1 则四个按键被按下，相反 若与门输出为0 则按键未被按下 ，其中电阻在电路中起着降流限压的作用，防止开关开启的瞬间由于电压太大而烧毁单片机 ，其中 K0 键控制微波炉炉门的开启与关闭， K1键实现档位选择， K K3 键实现时间的调节 ,K4 建则为复位键，供微波炉恢复原始设定的状态时使用。 而单片机 接口为中断 1 接口，也可用此端口进行中断操作。 图 43 键盘电路 档位显示电路设计 档位 显示模块由三个发光二极管 显示实现 ，分别代表 “ 烹调 ” 、 “ 烘烤 ” 、―解冻 ‖三个档位 ，直接将发光二极管接至单片机 I/O 接口 ， 当单片机 接口端 发送的是低电平 时，由于发光二极管正极接的是高电平，这样二极管阳极电压高于阴极电压，此时发光二极管导通 ， 产生一个电压降，二极管得电导通发光，电阻串联在电路中起降流限压的作用，防止二极管导通瞬间由于电压降太大而烧毁二极管。 此时用户根据二极管的发光可以确定此时微波的工作状态。 如下图 44。 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 9 显示电路设计 静态驱动方式的主要特点是每个数码管都有相互独立的数据线，并且所有的数码管被同时点亮；而动态驱动方式则是所有数码管共用一组数据线，数码管依次被点亮，因此，动态驱动显示方式每个数码管都要有一个点亮控制输入端口。 为 节省 I/O 端口，此设计采用动态显示方式，所有数码管动态显示控制时序 由于数码管是供阴极的数码管，所以需要 P2 口需要输出高电平，但是直接由单片机输出高电平给数码管道输出电流很小不能使数码管正常工作并且在编程中单片机输出低电平比较方便，所以在单片机 P2 口与数码管之间加上一个非门，数码管可以通过非门提供的电压正常工作。 动态驱动是将所有数码管的 8 个显示笔划 a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极 COM 增加位选通控制电路，位选通由各自独立的 I/O 线控制，当单片机输出字形码时，所有 数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通 COM 端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。 通过分时轮流控制各个数码管的 COM 端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。 在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为 1～ 2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感。 用单片机的 P0 口和 P2 口连接 4 位数码 管的段端口和位端口。 如下图 45。 图 44 档位显示模块 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 10 音响发生电路设计 555 是一个 8 脚集成芯片，主要由分压器、 2 个高精度电压比较器、 1 个基本 RS 触发器、 1 个放电管和输出驱动反相器组成。 本系 统扬 声器能 够给 出声音提示 , 输 出 2— 3 秒的双音 频 提 示音。 本次设计电路采用两片 555 振 荡 器 实现 双音 频输 出，其输入由单片 P1 口 ， 接口控制， 给一个高电平电压使 555内部工作，输出端接扬声器，从而实现音频输出。 电 路如 图 46 所示。 图 45 LED显示电路 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 11 图 46 音响发生电路图 该电路的元件选取及参数选择如下： （ 1） 由于使双音频控制，一个高音一个低音，一个频率约为另一个的 50%，所以选取统一电容值即可，我们选用 C1=,产生不同的频率依据选配不同的电阻来实现，其中高音频时，选取 R1=2K,R2= 则 fh=1/(R1+2R2)C1Ln2 KHZ = 925HZ 低音频时，选取 R1 = ,R2 = 10K,故 fl=1/(R1+2R2)C1Ln2KHZ = 622HZ 占空比 D: D = (R1+R2)/(R1+2R2) ，应当接近 50% 虽然可以用带有二极管的电路使 D 可以 很接近 50%，但结构复杂，而且二极管的动态电阻影响频率计算，调节起来很麻烦，为此，选用 R1 较小，而 R2较大的参数。 对 FH D =(2+)/(2+)=% 对 fL D =(+10)/(+2x10)=% D 也较接近 50%，音质较好。 （ 2） C2 的选取：只要 C2 对 NE555 输出中的基频有足够小的阻抗即可，选取 C2=47uf,喇叭的阻抗为 8， 对低音 FL ZCL =1/ 2πfLC2=1/2π622x47= 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 12 对高音 FH ZCH=1/2π fhC2= ,由于喇叭是感性负载，而 ZCL ,ZCH 与感抗部分抵消，对电流起限制作用的主要阻抗是喇叭的电阻和两个 5Ω 电阻，喇。