单片机课程设计-基于微波炉控制系统设计.doc

山东经济学院课程设计摘 要微波炉是一种利用2450兆赫的电磁波来烹饪食品的厨房器具。其工作的核心是其控制部分，本设计就是对微波炉的电脑控制系统的一个尝试，设计给出了系统软、硬件的组成和实现方法。结合实际要求，叙述了控制器电路的工作真理和微波炉的工作过程。设计具有操作简便，运行稳定，定时时间和功率控制比较精确的特点。它以STC公司生产的8位单片机STC90C516RD+为控制核心；以DS18B20作为温度传感器，用于实时测量微波炉内食物的温度；独立式键盘调整输入，用来设定温度、定时时间等工作参数；用1602LCD液晶屏来显示时间和温度。通过本设计能实现对微波炉的智能化控制，是微波炉的应用功能更强大，使用方便。 单片机最小系统以STC90C516RD+为核心,外加时钟和复位电路,电路结构简单,抗干扰能力强,成本相对较低,非常符合本设计的所有要求。 STC90C516RD+单片机系列是在STC系列的基础上发展起来的,是当前8位单片机的典型代表,采用CHMOS工艺,即互补金属氧化物的HMOS工艺, CHMOS是CMOS和HMOS的结合,具有HMOS高速度和高密度的特点,还具有CMOS低功耗的特点。 关键词：单片机，LCD液晶显示，定时器目 录摘 要- 1 -1 系统总体概述- 2 -1.1 工作原理- 2 -1.2 电路设计- 3 -1.3 设计要求- 3 -1.3.1 基本要求- 3 -1.3.2 创新部分- 3 -2 各模块方案比较与论证- 4 -2.1 计时控制部分方案- 4 -2.2 键盘和显示部分方案- 4 -3 系统硬件设计- 4 -3.1 显示部分- 4 -3.2 键盘模块电路设计- 5 -3.3 温度传感器- 5 -4 系统软件设计- 6 -4.1 计时程序设计- 6 -4.2 温度传感器程序设计- 7 -4.3 微波炉温度设定- 8 -4.4 微波炉显示- 8 -4.5 微波炉响铃设计- 9 -5 实验结果- 10 -结 论- 10 -参考文献- 11 -附录：软件设计程序- 12 -致 谢- 20 -山东经济学院课程设计引 言在生活和生产的各个领域中，凡是自动控制要求的地方都会有单片机的身影出现；从简单到复杂，从空中、地面到地下，凡是能想象到的地方几乎都有使用单片机的需求。现在尽管单片机的应用已经很普遍了，但仍有很多可以使用单片机控制而尚未实现的项目，因此，单片机的应用大有想象和扩展空间。单片机的应用有利于产品的小型化、多功能化和智能化，有助于提高劳动效率，减轻劳动强度，提高产品质量，改善劳动环境，减少能源和材料消耗，保证安全等。由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，是自动化控制具有计算准确、性能稳定、携带方便等优点。单片机应用的意义局不仅限于它的广阔范围以及所带来的经济效益，更重要的意义还在于：单片机的应用正从根本上改变着传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能使用单片机通过软件（编程序）方法实现了。这种以软件取代硬件并提高系统性能的控制系统“软化”技术，称之为为控制技术。微控制技术是一种全新的概念，是对传统控制技术的一次革命。随着单片机应用的推广普及，微控制技术必将不断发展、日益完善和更加充实。本文设计一个基于单片机的微波炉系统设计，它具有三个模块：时钟显示、定时、设定温度、温度传感器和计时功能。设定温度值、测量的温度和时间用1602LCD显示，直观明了。1 系统总体概述1.1 工作原理- 2 -山东经济学院课程设计微波炉工作分为四个步骤分别为：系统待机-用户设定-微波炉加热-加热完成蜂鸣器提示。具体流程如下图1.1.1图1.1.1 系统流程图系统上电自检后，LCD液晶屏上显示零分零秒，设定温度为零。键盘分按键K0, K1, K2, K3, K4五个按键。K4键为微波炉的启动可关闭。K0，K1, K2为微波炉的三个低、中、高档位，K3为微波炉的设定时间按键。每次按下按键后系统都会启动音箱发声模块发出“嘀”的声音。当微波炉达到设定温度时启动键数码管开始计时，当倒计时到零分，零秒微波炉会自动关闭，此时会发出提示声音。各功能实现如下图1.1.2图1.1.2 系统功能图1.2 电路设计 系统以STC90C516RD+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。系统的总体框图如下图1.2电 源温度传感器 STC90C516RD+ 温度、时间显示部分震 荡部 分矩阵 键 盘图1.2 系统总的电路图电路设计部分以单片机控制电路为核心有定时器电路，显示电路，键盘电路，门电路，电源电路，音箱发声电路共同组成微波炉控制系统电路。1.3 设计要求1.3.1 基本要求（1）运用所学的知识设计一个微波炉控制系统。（2）上电时可设置三种最高温度值，可设置最长10分钟定时，用DS18B20感知温度，当温度达到设置温度值，并持续设定时间长度时，蜂鸣器报警提示，同时时间归零。1.3.2 创新部分（1）开始加热多长时间、定的时间和温度、DS18B20测的微波炉温度在1602LCD液晶屏上显示。（2）当温度达到设定温度时，开始倒计时，当设定的时间归零是蜂鸣器响，同时停止计时，时间归零。2 各模块方案比较与论证2.1 计时控制部分方案方案一：使用专用芯片。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、定是烹饪等及时扩展功能。方案二：采用单片机内部定时器。51单片机内不含有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求，所以我们应该选择该方案完成设计。2.2 键盘和显示部分方案方案一：采用阵列式键盘和LCD1602液晶屏 此类键盘是采用列阵扫描方式，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的难度。采用液晶屏美观，能显示多种数据；缺点是变成复杂，占用大量的端口资源。方案二;采用独立式键盘电路和数码管 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。采用数码管显示，编程简单适合显示少量数据。 由于该系统没采用了常规钟表式的校对方式，用键和显示的数据较多，系统资源不够，故采用了第一种方案。3 系统硬件设计3.1 显示部分 因为系统要求把设定的温度、时间和实时温度、时间显示出来，所以就用了LCD1602液晶显示出来。脚1：VSS ，LCD地 脚2：VDD ，LCD电源 脚3：VL ，LCD负的偏压信号端 脚4：RS ，数据/命令选择端（H/L）脚5：R/W ，读/写选择端端(H/L) 脚6：E ，使能信号端 脚714：数据端口D0D7 脚15：BLA，背光源正极 脚16：BLK，背光源负极图3.1 LCD液晶1602电路原理图3.2 键盘模块电路设计在按键设计中运用了软件、硬件结合的形式进行键盘扫描，K0，K1， K2， K3， K4分别连入单片机I/O接口。通过单片机内部判断这5个I/O借口来确定按键是否被按下。键盘电路设计如图3.2所示图3.2 键盘矩阵原理图3.3 温度传感器DS18B20可设定9-12位分辨率（默认12位）；测温范围(-55- +125)摄氏度；支持（3-5.5V）电压范围；用户可设定高温及低温报警，掉电不丢失；采用单总线接口方式,即允许在一条总线（信号线）挂接数十甚至上百个数字式传感器,抗干扰强、易构成传感器网络。 温度传感器电路图入下图3.3所示引脚1：接地 引脚2：输出端，接P23 引脚3：接电源图3.3 传感器电路图4 系统软件设计系统程序总体看可分为主程序，和其他模块程序。主程序根据系统的工作流程，系统共分为四个状态，分别是：系统待机状态，用户设置状态，微波炉加热状态和加热完成响音提示状态。其他模块程序包括程序显示程序，计时程序，温度传感器程序，键盘扫描程序。4.1 计时程序设计定时方法我们采用软硬件结合的方法，定时器工作时必须给计数器送初值，将这个值送到TH和TL中。他是以加法记数的，并能从全1到全0时自动产生溢出中断请求。因此工作于方式1,定时器为16位计数器其定时时间由下式计算：定时时间=（216X）振荡周期12（或）X=216定时时间振荡周期12式中x为T0的初始值，该值和计数器工作方式有关。如单片机的主脉冲频率为，经过分频方式0定时时间213 1微秒8.192毫秒方式1定时时间216 1微秒65.536毫秒秒钟已经超过了计数器的最大定时间，所以我们只有采用定时器和软件相结合的办法才能解决这个问题，定时器需定时50毫秒，故0工作于方式1，定时20次，就可定时一秒。 流程如图4.1图4.1 计时程序流程图4.2 温度传感器程序设计DS18B20的转换后的数字温度数据是通过串行方式传输，所有总线器件应严格遵守通信协议。 该协议定义：复位脉冲、应答脉冲序列；写0、写1、读0、读1。 除应答脉冲外，命令都有主机发起。注意：DS18B20的数据，低字节在前，高字节在后。流程图如4.2所示图4.2 温度传感器流程图4.3 微波炉温度设定微波炉加热状态有三种，分别为低温、中温、高温。根据用户之前的档位系统会进入相应的加热状态。系统进入加热状态之后会根据每个档位对时间比的不同进行加热。具体状态图如下图4.3所示。图4.3 加热状态4.4 微波炉显示图4.4 LCD1602显示4.5 微波炉响铃设计加热停止后系统将关闭火力输出并进行响铃提示，响铃提示完毕后系统将自动进待机状态，具体状态图如下图4.5所示。关闭电源发出响铃提示音进入系统待机状态图4.5加热停止并响铃状态图进入加热停止状态后系统首先关闭火力输出，系统向火力输出系统发送关闭信号，并向音响发生模块发送发音信号。发生结束后系统自动进入系统待机状态。5 实验结果图5.1 实验结果结 论经过一段时间以来的学习，不断地从设计中总结和修改，并按着预期的要求反复的论证和测试。本着学习的态度，以完善设计的可靠性和稳定性，将整个设计分模块化的进行，并将每个模块加以分析和论证，成功后再联系在一起，最终达到总体效果。主要完成了以下几个方面的内容：1.制定一个在不同功能是火力的控制时序表。具有三中微波炉加热功能，分别是微波炉工作状态为低温、中温和高温。 2.实现工作步骤：复位待机-监测显示电路-设置输出功能和定时器处置-启动定时和工作开始-结束加热、蜂鸣器提示。3.在上电时，微波炉加热处于待机状态，时间显示电路位00:00；温度显示分别为0和实时温度。4.具有LCD1602液晶显示电路，按键启动时间设置，最大预设数位10:00，温度分别是20、30、50，最长可以计时位99分59秒。5.设定初值后，按开启键，定时器中断开启，计时开始，当温度达到设定温度时，开始倒计时。当倒计时到时间为0则断开微波炉加热，并给出声音提示，同时系统从新返回到待机状态。参考文献【1】 楼然苗，李光飞。单片机课程设计指导。北京：电子工业出版社，2007【2】 吴经国。单片机应用技术，北京：中国电力出版社，2000.【3】 阎石。数字电子技术基础。北京：高等教育出版社，1998【4】 马斌，韩忠华，王长涛，夏兴华等.单片机原理及应用-C语言程序设计及实现.人民邮电出版社 2009【5】 张琦，杜群贵。单片机应用系统设计技术-基于C语言编程。北京：电子工业出版社，2001附录：软件设计程序#includereg52.h#includeintrins.hsbit key1=P14;sbit key2=P15;sbit key3=P16;sbit key4=P17;sbit RS=P25;sbit RW=P26;sbit E=P27;sbit BF=P07;sbit DQ = P23; 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