目錄

1.1  課題背景

1.2  課題來源

1.3  本文的主要研究工作

2.1  工作原理

2.2  電路設計

2.3  軟件設計

2.4  本章小結

3.1  檔位顯示部分方案

3.2  計時控制部分方案

3.3 鍵盤和顯示部分方案

3.4  音響發生模塊方案

3.5  本章小結

4.1  門電路設計

4.2  時鐘電路設計

4.3  鍵盤模塊電路設計

4.4  檔位顯示電路設計

4.5  顯示電路設計

4.6  音響發生電路設計

4.7  火力輸出控制設計

4.8  電源電路設計

4.6 本章小結

5.1 顯示程序設計

5.2 計時程序設計

5.3 系統待機狀態設計

5.4 用戶設定狀態設計

5.5 微波爐加熱狀態

5.6 加熱停止并響鈴狀態設計

5.7 本章小結

5.1  測試及制作所用儀器

5.2  測試結果

5.3  本章小結

• 緒論
  

單片機自1976年由Intel公司推出MCS-48開始，迄今已有二十多年了。由于單片機集成度高、功能強、可靠性高、體積小、功耗地、使用方便、價格低廉等一系列優點，目前已經滲入到人們工作和生活的方方面面，幾乎“無處不在，無所不為”。單片機的應用領域已從面向工業控制、通訊、交通、智能儀表等迅速發展到家用消費產品、辦公自動化、汽車電子、PC機外圍以及網絡通訊等廣大領域。
    單片機有兩種基本結構形式:一種是在通用微型計算機中廣泛采用的，將程序存儲器和數據存儲器合用一個存儲器空間的結構，稱為普林斯頓結構。另一種是將程序存儲器和數據存儲器截然分開，分別尋址的結構，一般需要較大的程序存儲器，目前的單片機以采用程序存儲器和數據存儲器截然分開的結構為多。
本文討論的單片機多功能數字鐘系統設計的核心是目前應用極為廣泛的51系列單片機，多功能數字鐘配置了外圍設備，構成了一個可編程的計時定時系統，具有體積小，可靠性高，功能強等特點。不僅能滿足所需要求而且還有很多功能可供開發，有著廣泛的應用領域。
    20世紀80年代中期以后，Intel公司以專利轉讓的形式把8051內核技術轉讓給許多半導體芯片生產廠家，如ATMEL、PHILIPS、ANALOG、DEVICES、DALLAS等。這些廠家生產的芯片是MCS-51系列的兼容產品，準確地說是與MCS-51指令系統兼容的單片機。這些兼容機與8051的系統結構（主要是指令系統）相同，采用CMOS工藝，因而，常用80C51系列來稱呼所有具有8051指令系統的單片機，它們對8051單片機一般都作了一些擴充，更有特點。其功能和市場競爭力更強，不該把它們直接稱呼為MCS-51系列單片機，因為MCS只是Intel公司專用的單片機系列型號。MCS-51系列及80C51單片機有多種品種。它們的引腳及指令系統相互兼容，主要在內部結構上有些區別。目前使用的MCS-51系列單片機及其兼容產品通常分成以下幾類：基本型、增強型、低功耗型、專用型、超8位型、片內閃爍存儲器型。

圖2.1.3 不同功能時的加熱時序表

電路設計部分以單片機控制電路為核心由定時器電路，顯示電路，鍵盤電路，門電路，電源電路，音響發聲電路，火力輸出電路，檔位顯示電路共同組成微波爐控制系統電路。

考慮到本系統所編程的數據量不大并且要求系統有較高的準確度故采用匯編語言進行程序的編寫，利用偉福6000作為系統的仿真軟件。利用ISPlay軟件進行單片機程序的寫入。軟件界面如圖2.3.1 和圖2.3.2。

第3章  各模塊方案比較與論證

方案一：使用專用時鐘芯片。

使用微控制器控制專用時鐘芯片實現計時控制，這種方案有著計時精度

高、控制簡單的優點，而且更易于實現日期/時間顯示、定時烹調等計時擴

展功能。

方案二：采用單片機內部定時器。

51單片機 內部含有3 個定時器，可以利用一個定時器與程序計數器相結

合的方式，在系統晶振的驅動下，產生標準時鐘頻率。

由于方案二 具有較好的靈活性、較少的電路器件和較高的性價比，而且

通過精確的軟件補償使精度完全可以滿足控制需要，所以我們選擇該方案完成設計。

MCU 直接輸出兩路不同頻率的脈沖信號，疊加成為雙音頻信號，驅動

后送揚聲器。但是由于MCU 產生的方波信號含有高頻分量，經測試，音效并不能令人滿意

第4章 系統硬件設計

計時控制模塊是系統設計的核心，用來完成基本功能中的加熱倒計時，以及時間/日期顯示和定時烹調兩項擴展功能。時間/日期顯示功能被用來在待機狀態顯示當前的時間與日期。允許手動調教，并且會自動與計算機進行時間同步。定時烹調則會根據用戶設定的烹調屬性，在預定的時間啟動烹調任務。為了實現上述功能，在設計中，我們采用AT89S52 的內部定時器2 與軟件計數器相結合的方式獲得1Hz的時鐘。

定時器2自動裝入模式以保證精度。這時定時器周期T可由下式表示：

CLK

T = (28?K)× 12/CLK     … （1）

其中K 為定時器初值、CLK 為系統晶振。考慮到串口通信，我們選定CLK為11.0592MHz， K 為27。從式（1）中不難看出，這時要獲取1Hz 的時鐘，

計數器的預置數N 應對T/1取整，即：

N=[22118400/12×（256-27）]=8049      … （2）

則系統獲取的時鐘頻率即為：

f = 12/22118400×（28-27）×8049 ≈1.000011Hz

完全可以滿足系統的計時要求。

檔位顯示模塊由三個發光二極管顯示，分別代表“烹調”、“烘烤”、“解凍”三個檔位，直接將發光二極管接至單片機I/O接口通過單片機發送低電平使發光二極管發光。如下圖4.4.1。

    動態驅動是將所有數碼管的8個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個數碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數碼管的COM端，就使各個數碼管輪流受控顯示，這就是動態驅動。在輪流顯示過程中，每位數碼管的點亮時間為1～2ms，由于人的視覺暫留現象及發光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩定的顯示數據，不會有閃爍感，動態顯示的效果和靜態顯示是一樣的，能節省大量的I/O端口，而且功耗更低。由于數碼管是供陰極的數碼管，所以需要P2口需要輸出高電平，但是直接由單片機輸出高電平給數碼管道輸出電流很小不能使數碼管正常工作并且在編程中單片機輸出低電平比較方便，所以在單片機P2口與數碼管之間加上一個非門，數碼管可以通過非門提供的電壓正常工作。也簡化了軟件的編程。

用單片機的P0口和P2口連接4位數碼管的段端口和位端口。如下圖4.5.1

               圖4.6.1 音響發生電路圖

通過單片機的三個I/O端口輸出信號控制火力大小，接收端用發光二極管模擬。電路圖如圖4.7.1。

只有一個發光二極管亮時火力為“小火”，兩個發光二極管亮時火力為“中火”，三個發光二極管都亮時火力為“大火”。

    生為了更好的產一個5V左右的電壓，在此特用了一個改進的電源，通過一個充電器而改裝成的一個電源給電路提供電源。如下圖4.8.1所示。

   各模塊電路分析完成之后對整個電路已經有了一個很清晰的電路設計思路，將各模塊電路整合成整體電路圖，并經行檢查修改，檢查無誤后進行電路板的焊接。具體電路圖見附件一：系統電路圖。

圖5.5.2 不同功能時的加熱時序表

軟件系統在本設計中尤其重要，基本功能大部分是由軟件完成的，發揮功能的關鍵控制部分同樣需要軟件的密切配合才能順利實現。鑒于軟件設計的精確性和高效性，我們采用匯編語言編寫程序。 整個軟件系統采用模塊化的程序設計方法，共分為初始化，顯示程序，準備程序，運行程序，定時器程序，聲音發聲程序等。軟件系統的主要特點是整個過程完全在鍵盤的控制之下，實現了完全的友好的人機交互功能。主程序通過判斷鍵盤的輸入情況調用不同的子程序。子程序的功能實現也是在鍵盤的配合之下完成的。

• 上電復位后，顯示器顯示0分0秒，檔位顯示為“烹調”；、烘烤、解凍
• 按“K1”鍵，可進行檔位的切換，用戶可以在“烹調”、“烘烤”、“解凍”這三個檔位之間任意切換。
• 按下“K2”鍵，顯示器時間增加1分鐘，長按“K2”鍵顯示器將增加10分鐘，當增加的時間大于99分59秒時時間變為0分0秒；按下“K3”鍵，顯示器時間減少1分鐘，長按“K2”鍵顯示器將減少10分鐘，當減少的時間小于0分0秒時顯示的時間將保持在0分0秒。
• 按“K0”鍵，微波爐變為運行狀態，顯示器開始倒計時，此時再按下“K0”鍵微波爐返回準備狀態，顯示器清0，若沒有按“K0”顯示器倒計時到0分0秒或微波爐爐門被打開微波爐也會返回準備狀態。
  

   從功能分析，該系統的誤差主要是加熱倒計時器的計時誤差與日期/時鐘系統的走時誤差。而由于加熱倒計時器與日期/時鐘系統都是由MCU定時器產生的1Hz 時鐘脈沖驅動，所以該時鐘是誤差的最主要來源。如(式1,2)所示，由于選用的晶振數值為11.0592Mhz，定時器周期和1Hz的標準時鐘不成整數倍比關系，計數器預制數的近似選擇，勢必引入計算誤差。根據所選擇的參數不難算出系統產生時鐘與標準1Hz 時鐘之間存在的誤差Δ為：

Δ = 12/22118400×（28 ? 27）× 8049 – 1 ≈ 0.000011Hz…… （式4）

對于加熱倒計時器，以99 分59 秒計算，累計誤差為：

（99×60 + 59）× 0.000011 = 0.039589 秒

盡管上述誤差的影響不可避免，但是通過適當選擇計算參數，以及對日期/

時間系統采用時鐘同步措施，是完全可以滿足設計要求的。

    通過系統的測試，查出每個模塊的錯誤，并且盡量簡化硬件電路設計和軟件程序設計，使得測試結果達到論文設計的目的和要求。

經過一段時間以來的學習，不斷的從設計中總結和修改，并按著預期的要求反復的論證和測試。本著學習的態度，以完善設計的可靠性和穩定性，將整個設計分模塊化的進行，并將每個模塊加以分析和論證，成功后再聯系再一起，最終達到總體效果。

1.制定一個在不同功能時火力的控制時序表。具有三檔微波加熱功能,分別表示微波爐工作狀態為烹調、烘烤、解凍，試驗使用LED模擬。

2.實現工作步驟：復位待機——〉檢測顯示電路——〉設置輸出功能和定時器初值——〉啟動定時和工作開始——〉結束烹調、音響提示。

3.在上電或手動按復位鍵時，控制器輸出的微波功率控制信號為0，微波加熱處于待機狀態，時間顯示電路顯示為00.00。

4.具有4位時間預置電路，按鍵啟動時間設置，最大預設數為99分59秒。

5.設定初值后，按開啟鍵，一方面按選擇的擋位啟動相應的微波加熱；另一方面使計時電路以秒為單位作倒計時。當計時到時間為0則斷開微波加熱器，并給出聲音提示，即揚聲器輸出2~3s的雙音頻提示音。
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基于C51單片機的微波爐課程設計.doc (1.12 MB, 下載次數: 20)

2018-6-19 11:35 上傳

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