1、電氣與電子信息工程學院?單片機?課程設計報告題 目： 微波爐控制系統 專業班級： 學號： 201 姓 名： 指導教師： 胡薔、湯立剛 設計時間： 2013年12月23日2013年12月27日 設計地點： K2-407單片機、微機原理實驗室 2013年11月20日 單片機 課程設計成績評定表辯論或質疑記錄：記錄：1、微波爐控制系統的火力檔位在仿真過程中，是有三個不同的發光二極管來控制，并沒有熱傳感器來連接，因為是仿真所以無法做出效果來。2、開關鍵控制顯示屏，使其啟動至用戶狀態。可以關閉顯示屏以及工作燈，但是并不能控制加熱中的微波爐停止。問題：1、為什么使用矩陣式鍵盤？答：本次設計采用了多個按鈕，

2、如果使用獨立式鍵盤，將占用大量的I/O口資源，所以我們采用44矩陣式鍵盤，這樣可以節省大量的I/O口資源。2、為什么要使用MAX7221這個芯片？答：可以很方便地和單片機相連，未經擴展最多可用于8 位數碼顯示或64 段碼顯示。經實際使用發現，該芯片具有占用單片機I/O 口少僅三線。成績評定依據：課程設計考勤情況 5：課程設計仿真測試情況 15課程設計辯論情況 30：完成設計任務及報告標準性50：最終評定成績以優、良、中、及格、不及格評定 指導教師簽字： 2021 年 12 月 日課程設計任務書20212021 學年第 1 學期專業班級： 指導教師：胡薔 湯立剛工作部門： 電氣與電子信息工程學院

3、 電氣自動化教研室 一、課程設計題目 單片機課程設計 二、課程設計內容含技術指標1設計目的及要求1 根據具體設計課題的技術指標和給定條件，以單片機為核心器件，能獨立而正確地進行方案論證和電路設計，完成仿真操作。要求概念清楚、方案合理、方法正確、步驟完整； 2 熟悉、掌握各種外圍接口電路芯片的工作原理和控制方法； 3 熟練使用單片機匯編語言或C51進行軟件設計； 4 熟練使用Proteus、Keil軟件進行仿真電路測試； 5 熟練使用Protel軟件設計印刷電路板； 6 學會查閱有關參考資料和手冊，并能正確選擇有關元器件和參數；7 編寫設計說明書，參考畢業設計論文格式撰寫設計報告。2設計內容題目

4、名稱： 微波爐控制系統 本課題主要是對家用微波爐控制系統的研究，確定系統的整體方案，編寫程序來實現微波爐控制的根本功能。微波爐控制系統設計是以AT89C51單片機為核心的。系統具體包含顯示電路，鍵盤電路，計時控制電路，火力輸出電路，響鈴提示電路等多個局部。設計制作一個微波爐控制器電路，具有三檔微波加熱功能，分別表示微波加熱為大火、中火、小火，模擬仿真中用不同顏色發光二極管模擬。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加熱、音響提示。 按鍵啟動時間設置，最大預設數為23小時59分59秒。設定時間初值后，按檔位選擇鍵，啟動相應的微波加熱；另一方面使計時電路以

5、秒為單位作倒計時。當計時到時間小于20s，給出聲音提示，即揚聲器輸出提示音。三、課程設計考核方法與成績評定根據過程、報告、辯論等確定設計成績，成績分優、良、中、及格、不及格五等。2021年 月 日 控制系統總述1.系統框圖系統待機用戶設定開始加熱完成、提示一般的家用微波爐操作流程都包括定時、檔位選擇、啟動等。所以微波爐工作大致可以四個步驟：系統待機用戶時間、檔位、火力設置系統工作完成、提示。系統框圖2.系統功能實現系統啟動時，8位數碼管顯示零時、零分、零秒，即00-00-01。火力輸出檔位通過三個不同顏色的發光二極管顯示(分別表示大火、小火、中火)。鍵盤分按鍵K0,K1,K2,K3,K4,K5

6、,K6,RESET八個按鍵RESET復位鍵采用獨立式鍵盤。K0鍵為微波爐的啟動與關閉。K1、K2、K3鍵為檔位選擇鍵，分別代表大火、中火、小火，選擇后相應的發光二極管會發亮。K4鍵為時、分、秒設定選擇鍵。K5、K6鍵分別為時間的加減設定。RESET為復位鍵。每次按下按鍵后系統都會啟動音響發生模塊發出“嘀的聲音。選擇適宜的檔位，微波爐啟動數碼管開始倒計時，當倒計時到軟件程序設定的固定時間20s會進行倒計時提醒，此時會發出提示聲音。工作狀態檔位設置用戶設置系統待機系統上電時間設定系統復位按K0啟動 初始時間為00-00-01K1、K2、K3分別代表大、中、小Reset復位K4、K5+K6-3.控制

7、電路設計 微波爐控制系統以AT89C51單片機為核心，通過外接設備進行微波爐的顯示、火力輸出、定時設計，來完成系統設計的要求。 內部定時器電源電路單片機音響發生電路矩陣鍵盤電路檔位顯示電路8位數碼管顯示電路門電路設計火力輸出電路系統的總體框圖控制電路設計局部以AT89C51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,在本設計中，我們對火力輸出電路原理只作解釋，不作硬件電路的設計。 方案論證1. 檔位輸出方案方案一：我們可以通過擴展芯片對單片機的I/O口進行擴展，將單片機的一個I/O端口擴展成三個輸

8、出端口以便節省單片機的I/O口資源。方案二：直接利用單片機的三個I/O口進行檔位控制。單片機擴展芯 片單片機 I/O I/O I/O方案一 方案二結論：鑒于單片機含有豐富的I/O口資源，所以我們采用方案二，無須擴展。2. 計時控制方案方案一：使用專門的時鐘芯片控制，我們可以采用專門的時鐘控制芯片能夠保證高精度、操作簡單等，能夠實現單片機的準點定時控制。方案二：AT89C51 單片機內部就含有定時器，我們可以使用一個定時器和計數器結合，加上12M晶振的驅動，實現定時、計數控制。結論:我們采用方案二，單片機靈活性高，方案二節省器件，使電路簡化，有很高的性價比，對于計時的精度我們可以通過軟件設計來彌

9、補調整。3鍵盤設計方案方案一：獨立式鍵盤，每個獨立按鍵單獨占有一根I/O接口線，每個I/O口的工作狀態互不影響，此類鍵盤采用端口直接掃描方式。缺點是當按鍵較多時占用單片機的I/O數目較多，優點是電路設計簡單，且編程極其容易。在按鍵不多的情況下我們可以采用獨立式鍵盤。獨立式鍵盤如圖。方案二：44矩陣式鍵盤，此類鍵盤是采用行列掃描方式，優點是當按鍵較多時可以降低占用單片機的I/O口數目，節省單片機的I/O口資源。結論：我們采用方案二，因為本次設計采用了多個按鈕，如果使用獨立式鍵盤，將占用大量的I/O口資源，所以我們采用44矩陣式鍵盤，這樣可以節省大量的I/O口資源。矩陣式鍵盤。獨立式鍵盤 矩陣式鍵

10、盤4顯示設計方案方案一：采用數碼管顯示，數碼經濟適用，只需簡單的驅動芯片，即可驅動顯示，但是信息量少。方案二：采用液晶顯示，某些液晶顯示器具有漢字顯示功能，用液晶來實現顯示功能，不僅可以實現根本的顯示信息，而且可以顯示豐富的符號指示信息以及文字指示信息，如AM/PM，鬧鐘符號等，信息量豐富且直觀易懂。而且液晶顯示有功耗低，體積小，重量輕，壽命長，綠色環保等優點。結論：根據設計要求，我們只需實現定時顯示，只要能顯示時間即可，信息量少，只需顯示時、分、秒。所以我們采用8位數碼管進行顯示，完全能夠到達設計要求。5火力輸出方案根據設計要求，只需設計高、中、低三檔功能，無需多檔位控制。只需輸出大火、中火

11、、小火三檔火力。因此，我們只需模擬出三檔火力即可。我們通過三種不同顏色的發光二極管即可到達設計要求。6響鈴提示方案 我們可以使用單片機的一個I/O端口，然后接上揚聲器，通過軟件方式，修改延時、周期，來到達響鈴提示的效果。7方案確定經過比擬和分析，得出了較理想的方案：1計時單元由軟件編程來實現。定時采用單片機內部定時器來實現，即通過單片機內部定時器產生中斷，再通過軟件編程實現進行計數，從而實現時、分、秒的倒計時。2時間顯示采用8位LED數碼管顯示時、分和秒。檔位顯示采用3個不同顏色的發光二極管顯示，分別表示大火、中火、小火三檔火力。3鍵盤采用單片機44矩陣式鍵盤，端口輸入電平，通過單片機掃描相應

12、端口電平來判斷按鍵的抬起與按下。4響鈴提示直接由單片機控制輸出，連接在揚聲器在電阻上疊加推動揚聲器發聲。硬件設計1.微波爐控制系統仿真硬件原理圖 時鐘電路：AT89C51系列單片機的內部振蕩器，由一個單極反相器組成。我們一般采用12M的晶振，因為一個 HYPERLINK :/wenwen.soso /z/Search.e?sp=S%E6%9C%BA%E5%99%A8%E5%91%A8%E6%9C%9F&ch=w.search.yjjlink&cid=w.search.yjjlink t _blank 機器周期為1/12時鐘周期，所以這樣用12M的話，一個時鐘周期為12us那么 HYPERLIN

13、K :/wenwen.soso /z/Search.e?sp=S%E5%AE%9A%E6%97%B6%E5%99%A8&ch=w.search.yjjlink&cid=w.search.yjjlink t _blank 定時器計一次數就是1us。時鐘電路內部結構圖復位電路: 復位電路的根本功能是：系統上電時提供復位信號，直至系統電源穩定后，撤銷復位信號。為可靠起見，電源穩定后還要經一定的延時才撤銷復位信號，以防電源開關或電源插頭分-合過程中引起的抖動而影響復位。 2鍵盤電路設計在按鍵設計中，為了滿足設計的要求，需要使用的按鍵較多所以我們采用44矩陣式鍵盤，矩陣式鍵盤比擬節省單片機的I/O的資源

14、。鍵盤的接口分別連入單片機I/O接口的P0.0,P0.1,P0.2,P0.3,P0.4,P0.5,P0.6,P0.7。通過單片機內部判斷這些I/O接口來確定按鍵是否被按下。Key05、Key06、Key07、Key08通過一個與門接到P3.2接口，這樣可以通過P3.2口來判斷有沒有按鍵被按下。通過特定的掃描程序對鍵盤進行掃描。P3.2接口為中斷0接口，也可用此端口進行中斷操作。為了防止電路出現異常而無法控制特設計了一個復位按鍵。 矩陣式鍵盤電路3. 檔位顯示電路設計檔位顯示模塊是由三個發光二極管顯示，分別代表“大火、“中火、“小火三個火力檔位，直接將發光二極管通過三極管接至單片機I/O接口通過

15、單片機發送低電平使發光二極管發光，用來模擬三個檔位輸出。具體電路設計如圖。檔位顯示電路設計注：以上火力輸出電路LED1、LED2、LED3分別代表大火、中火、小火，在研究中我們將采用不同顏色的發光二極管分別代表大火、中火、小火進行模擬仿真。4顯示電路設計根據前面章節的分析與方案選擇，我們只需實現定時顯示，只要能顯示時間即可，信息量少，只需顯示時、分、秒。所以我們采用8位數碼管進行顯示，完全能夠到達設計要求，我們選擇MAX7221作為8位LED驅動芯片。5. 數碼管我們采用數碼管動態驅動。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

16、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翻開，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12ms，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

17、量的I/O端口，而且功耗更低。AT89C51單片機的 分別接MAX7221 的DIN、CS、CLK引腳。顯示電路6. 響鈴、提示電路設計在微處理器的發聲裝置成為蜂鳴器buzzer。一般來說，蜂鳴器就是小型喇叭speaker，也是一種電感性負載。單片機驅動蜂鳴器的信號為各頻率的脈沖。7. 蜂鳴器發聲原理蜂鳴器的聲音是由蜂鳴器的振動產生的。蜂鳴器就像一個電磁鐵，電流經過它即可產生磁性，這樣蜂鳴器里發生的膜片將被吸住；電流消失時，膜片將被放開。假設要產生頻率為f的脈沖，那么需要在T時間內進行吸放各一次，換言之，產生磁性、消除此磁性的時間各位T/2，稱為半周期。響鈴、提示電路8. 火力大小輸出設計 微

18、波爐的火力大小是由內部功率調節器設定的。功率調節器也由定時器所用的同一電機驅動。 實際工作時，當設定好功率值后，功率調節器便控制磁控管工作一段時間再休止一段時間，并按一定周期不斷循環這個過程，直至微波爐工作結束。這里假設磁控管在個循環周期內的工作時間為t1，休止時間為t2，那么一個循環周期T=t1+t2，可清楚地看出功率調節器控制微波輸出功率的方式。循環周期T取值很有講究，從加熱角度考慮取短些好，但太短將使功率調節開關頻繁動作，影響磁控管的工作穩定和使用壽命。正如前文所提到的，在本文的研究中我們只顯示檔位輸出，對微波爐火力的大小比例不作設計模擬。軟件設計系統軟件設計主要是對微波爐系統程序進行設

19、計。系統程序總體可以分成主程序、鍵盤顯示模塊程序、計時模塊程序等。主程序跟據系統的工作流程，系統可分為四個狀態，分別是：系統待機狀態，用戶設置狀態，微波爐加熱狀態和響鈴、提示狀態。我們將使用C語言對系統程序進行編寫，下面我們分別對這這些程序進行詳細設計和研究。1. 顯示程序設計我們主要是使用數碼管驅動芯片MAX7221，實現8位數碼管顯示的。流程圖MAX7221流程圖和圖顯示子程序流程圖。開始聲明變量延時程序CS=0寫地址，片選置低YNaddr = 1有進位DIN=CYYCLK=1;_nop_();CLK=0發送數據、鎖存數據循環8次YN返回 MAX7221流程圖開始聲明驅動信號數組聲明延遲函

20、數初始化MAX7221返回顯示8位 顯示程序流圖2. 鍵盤模塊程序設計本次設計主要采用的是44矩陣式鍵盤，其中包含4行、4列，構成一個44的數組。鍵盤的掃描方式 有低電平掃描、高電平掃描兩種方式。當我們進行掃描時，將掃描信號送入行，再由列信號讀取鍵盤狀態。開始聲明變量掃描初始值讀取數組數據輸出 延時下一個掃描碼4次掃描返回YN鍵盤模塊程序流程圖3. 計時模塊程序設計通過單片機內部定時器0進行時間控制，單片機外接晶振，在主程序中設置定時器初值來獲得1Hz的中斷。流程圖如下。聲明變量開始設定定時器中斷設置定時量TH0,TL0，啟動定時停滯開始重新設定定時量50次Y重新計數秒加160s?秒歸0，分加

21、1Y60minY分歸0，時加124hY時歸0填入顯示區返回NNNN主程序 計時程序流程圖4. 系統待機程序設計我們接通電源后系統進入待機狀態，此時LED亮，當翻開系統后將進入用戶設置狀態，如下圖。系統待機狀態調用顯示程序用戶狀態設置按鍵系統待機框圖系統通過判斷單片機P3.2接口的輸入電壓來判斷按鍵是否按下，具體流程圖如下。顯示程序P3.2=1鍵盤掃描程序N開始返回 系統待機流程圖5用戶設定程序設計系統啟動時，8位數碼管顯示零時、零分、零秒，即00-00-01。火力輸出檔位通過不同顏色的發光二極管顯示(分別表示大火、小火、中火)。鍵盤分按鍵K0,K1,K2,K3,K4,K5,K6,REST八個按

22、鍵。用戶可以通過按鍵進行檔位和時間的設定，首先按下K0鍵啟動微波爐，K1、K2、K3鍵為檔位選擇鍵，選擇后相應的發光二極管會發亮。K4鍵為時、分、秒設定選擇鍵。K5、K6鍵分別為時間的加減設定。 仿真結果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。微波爐初始化界面： 微波爐運行界面： 總 結 微波爐控制系統設計以單片機為核心。目前，很多學校有單片機開發的課程，很多企業都致力于高性能單片機的開發，提高單片機的性能和利用，單片機正向智能化、低功耗、高精度方向開展。小到家用電器，大到工業控制系統如自動化生產線，單片機在這些領域都有所建樹。以微波爐控制系統為研究對象，旨在闡述并實現單片機的根本功能。相關工作總結如下。經過一段時間以來的學習，不斷地從設計中總結和修改，