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文档简介
1、微波炉控制器的选型及其实例分析作者:dianzi9 来源:电子技术交流网 字体:大 中 小 在百度搜索相关内容编辑导读:基于单片机实现遥控编码器PT2262的软件解码|基于MCU的多机并行通信|微型低功耗大容量心电记录仪的研制(图)|Keil C51开发系统基本知识2|Proteus软件调试实现的数字式指针温度计|飞利浦51LPC系列单片机用于控制交流电机|I2C总线的单片机C语言实现及其应用|基于PIC 单片机的热水控制器设计|基于SST89C58型单片机的远程灯控箱系统|PIC18FXX8单片机通用同步异步收发器的编程应用|正文: 微波炉控制器
2、的工作环境相对比较恶劣。首先是炉腔温度比较高,控制器附近温度也会比较高,达到6070;另一方面,微波辐射对单片机抗干扰的要求也很高,在做多次快速开关门试验中,当少量微波泄露时,对控制器有一定的辐射,以及反复开通和关断大功率负载会产生较强的干扰。 所以选择合适的单片机十分重要,在多年的家电产品设计中,经常用盛群半导体(holtek)的48系列及46系列8bit单片机设计微波炉控制器,无论在适应工作环境还是抗干扰等方面都完全满足要求,在成本及供货等方面比国外芯片也有更明显的优势。
3、 本文通过实际产品为例,以产品功能要求、方案确定和芯片选型、硬件设计、软件规划及编写等几部分介绍如何用单片机设计微波炉控制器。 功能要求 设计产品首先了解产品的要求,了解越详细设计反复修改就越少,特别是关于影响芯片选型及输出控制等跟硬件直接相关的部分。本文介绍的微波炉控制器的主要功能如下:微波加热,功率有10档。 烧烤加热,功率有2档。
4、0; 热风烘烤加热,温度多档。 混合加热,有三种组合模式:烧烤加微波、烘烤加微波、烘烤加烧烤。 自动解冻,重量选择有20档。 自动菜单,6大类,各类分别有重量选择。 显示:88:88数码管,四
5、周带14个图标。 按键:有功能选择键、启动键、取消键、热风烘烤键,时钟及定时键,自动菜单各功能键,总共11个。 编码开关:调节加热时间。 另有蜂鸣器、门检测和门灯控制。 方案确定和芯片选型 了解产品的详细
6、要求后,需要确定具体的实现方案,首先是选择合适的单片机。选择合适的型号主要要看两个方面:硬件资源和软件资源。要选择合理的单片机首先必须了解单片机的各系列及各款的资源,再了解需要什么样的资源,下面分别从硬件和软件来说明怎样根据要求选择单片机。在选择单片机时,整个产品的方案也基本确定。 硬件相关资源 硬件相关的资源是指外围硬件相关的如i/o数量、特殊驱动、工作电压等。 首先,选择合适的单片机系列。看供电电压及工作温度抗干扰能力等是否满足要求。盛群的mcu在
7、系统振荡频率小于4mhz时供电电压供电范围为2.2v5.5v,当8mhz时则为3.3v5.5v,要提高系统的抗干扰能力,最好用5v电压供电,当供电电压较高时,mcu内部所有逻辑电平幅值较高,容差电压大,干扰更强才能改变其逻辑状态。工作温度,选择holtek的48和46系列工业级单片机,工作温度范围为-4085,完全能满足微波炉控制器工作温度的要求。 在选择合适的系列时,还要看特殊资源的要求,如中断口、pwm、蜂鸣器驱动、a/d转换等;在此产品的具体要求中,需要检测炉腔的温度以及在产品中需要对交流风扇调速,温度检
8、测需要a/d转换,交流风扇调速控制需要有过零中断,所以,在这个产品中选择了46系列单片机。但此产品不需要lcd驱动、高精度a/d转换及比较器等资源,则不选择ht46r6x、ht46r5x、ht46r1x等系列,而选择ht46r2x系列。 再就是选择的具体i/o要求和什么样封装的单片机,在holtek单片机中同型号的单片机有多种封装,如ht46r23有dip28或sop28封装,也有dip24或sop24封装,其i/o分别为23个和19个。 根据前面提到
9、的功能要求,其i/o的需求列举如下: 继电器驱动:微波、烧烤、热风烘烤、门灯/转盘、散热风扇共5个输出ports。 蜂鸣器驱动:1个输出ports 按键有11个:11个输入port 门状态检测:1个输入port
10、60; 编码开关检测:2个输入port 显示数码管:5个com,9个段,需14输出port 过零中断检测:1个中断输入port 温度检测:1个a/d输入port 简单加起来总共需要20个输出port,16个输入port。考虑复用i/o,将9个数码驱动段
11、和5个公共端同时做输入检测;温度检测只能用a/d口pb.0,过零检测只能用单独的中断pa.5来检测,所以总共需要22个i/o,所以选择28pin的ht46r2x可以满足要求。 软件相关资源 软件相关的资源主要包括程序空间即rom的大小和数据空间ram的多少,当功能较多且复杂时需要更多的rom和ram;当然还有定时器、中断、以及其它某些特殊的资源;前面已经选择了28pin封装的46r2x系列单片机,此产品功能相对比较丰富,程序空间要求比较多,选择4k的r
12、om和192byteram的ht46r23应该能够满足要求,同样封装可以选择28pin的ht46r24,它有8k rom和384byteram,可以做后备选择,这样不必担心资源不够时换ic,反复修改硬件就很麻烦。 总之,在选择资源时,要软硬兼顾,如果程序简单,硬件资源要求高,则可以选择封装小、i/o少的单片机,另外增加扩展ic来扩展i/o;当程序复杂,硬件资源要求少时,则选择较小封装、软件资源多的单片机。 硬件电路设计
13、0; 在选择主芯片时,已经在考虑部分电路设计了,显示、按键检测、输出驱动等都考虑好了,由于篇幅有限,只简单介绍几个关键问题: 门检测电路:给单片机检测的门开关信号的同时,还要控制微波、烧烤、热风烘烤继电器的电源。 供电部分:考虑数码管显示内容较多,驱动电流大,变压器尽量选择继电器和单片机独立供电,一方面降低变压器功率,同时可以让单片机的电源不受继电器的工作状态影响。
14、160; 过零检测和触发:选择合适的光耦和可控硅驱动电路,实现过零驱动,过零检测电路注意适当的滤波和隔离,减少通过电源耦合的干扰。 微波炉控制器电路原理图如图1。 图1 ht46x23微波炉原理图 另外,pcb设计时注意强弱电分开,注意电源与地的分布,注意生产的工艺性问题等。总之,合理的硬件设计和pcb布板对保证产品功能和性能十分重要。 软件规划
15、及编写 芯片配置选项设定 根据硬件电路,将按键、编码开关及门检测部分的内部设置上拉电阻;盛群单片机的lvd功能很可靠,所以复位电路直接接到vcc,那么在设置配置选项时一定要开启低电压复位功能,不开启容易上电复位不良。下面将主要选项设定列举如下:pa3/pfd: enable pfdpull-high pb: enablepull-high pc: disablepull-high pd: enableosc: crystalwdt clock sour
16、ce: wdtoscwdt: enablelvr: enablelvr voltage: 3.2vclrwdt: two instructions. 软件整体规划及模块化分解 将复杂的功能分解,通过变量传递各模块之间的关联内容,模块内部则尽量独立完成,这样让程序的可移植性提高,调试更快。把复杂的问题简单化是程序编写的重要原则。 1)主程序
17、0; 通过调用各子程序,整合各模块的功能。数码管扫描显示对时间要求比较高,而且各个公共端要平均分配时间,所以主程序执行周期选择固定周期。另外编码开关也是扫描检测方式,当编码开关旋转很快时,脉冲频率较高,扫描周期也不能太长,综合整体,主程序选择4ms为执行周期,但显示和按键及编码开关则执行2次,相当于2ms的扫描周期。 如果用4mhz的晶振,4ms时间可以执行4000条指令,程序设计合理情况下完全可以运行完各子程序,不担心出现当处理事件多时显示闪烁等问题。
18、; 2)编码开关、按键及门状态检测 因编码开关、按键及门状态检测i/o都同显示驱动i/o复用,所以需统一处理。 先关闭显示com,检测seg上的状态,再关闭seg,再检测com上的状态。 此部分程序还要完成按键检测及消抖动处理、编码开关的检测、门状态去抖动检测,以有效按键变量、编码开关左右旋转标志、门状态等为输出。其它子程序根据按键、编码开关操作和门状态执行
19、对应的操作和功能。 3)过零检测及过零触发 过零检测在外部中断程序中完成,中断后根据当前运行状态设置散热风扇半功率、全功率和关三种状态。开和关状态直接设置控制光耦状态,当需要半功率时,需要记录中断次数,调整导通和关闭周期,这里没有用调整可控硅导通移相的方法调功,可减少电磁辐射。 4)按键设置 按键操作设置程序的
20、输入条件为有效的按键和编码开关左右旋转标志,再细分每个按键分别处理,在什么条件下设置对应的工作时间、输出模式、显示模式、蜂鸣器鸣叫等。 5)显示状态设置 设置4字节保存显示数字部分内容,另2字节保存四周图标变量,由于四周的图标有闪烁和不闪烁状态,另2字节设置图标的闪烁状态。 6)显示输出扫描 根据显示状态变量的
21、8字节变量内容,设置数码管对应com和seg,扫描显示输出。 7)加热输出及功率控制设置 加热和功率控制程序通过统一的变量输入,设置当前的微波、烧烤、热风还是几种混合加热,以及设置内灯及散热风扇输出等。 8)温度检测及计算 设置a/d转换,检测热敏电阻的值,并滤波处理,以及开路短路保护检测。其输出为故障状态标志
22、和当前炉腔温度。在热风烘烤输出程序中根据温度设置对应的加热状态。 9)时钟、定时及运行时间计算及对应输出模式切换 程序中关于时间的设置很多,大多都在这个子程序中完成,如时钟计算、预约比较、倒计时、自动功能的多段加热模式切换等。 10)蜂鸣器设置 两个变量buz_n,buz_long来设置蜂鸣器鸣叫次数和单声鸣叫
23、长度。可单独设置buz_long值为单声的鸣叫,在上电和按键操作时设置单声鸣叫。当定时结束或定时启动或故障提示等情况时,需要设置鸣叫多时,设置buz_n值就可以了。 11)定时中断子程序 定时中断子程序相对很简单,只设置中断次数记录就可以了。由于蜂鸣器鸣叫频率为2khz,所以定时中断时间为250us。 其中内容比较多的部分是:按键操作、显示状态设置、时钟、定时及运行时
24、间计算及对应输出模式切换、加热输出及功率设置等部分。 在软件的编写中,变量规划很重要,下面还列出了几个典型的变量规划: 整个产品的主要工作模式用run_state来记录:run_state equ 40hs_hotfan equ run_state.0 ;热风烘烤s_micro equ run_state.1 ;微波s_grill equ run_state
25、.2 ;烧烤s_mix equ run_state 3 ;混合模式s_aut o equ run_state.4 ;自动解冻s_mu equ run_state.5 ;自动菜单工作模式s_fast equ run_state.6 ;快速启动模式显示模式用dsp_state来记录:dsp_state equ 41hs_time equ
26、dsp_state.0 ;显示时钟状态s_timer equ dsp_state.1 ;显示定时时间状态s_off_t equ dsp_state.2 ;显示倒计时状态s_code equ dsp_state.3 ;显示菜单或工作模式状态 加热模式heat_mode变量来控制当前的输出,其具体数据说明如下:0则关闭所有输出。bit0_
27、bit3(10_1)保存微波100% /90% /80% /70% /60% /50% /40% /30% /20% /10% /10档,即最后4bit来记录微波输出功率,在自动解冻、自动菜单、混合等非简单微波模式时,加热功率输出时只需要判断此变量,就直接设置微波输出。bit4_bit5保存烧烤功率100%和50%。bit7保存热风烘烤输出。 当有混合状态时,则同时设置对应的位就可以了。 合理设计变量对整个程序的编写很有用,同时也是对产品功能的规划和理
28、解的具体化,找出主要的和关键的控制关系,设计合适的、适当通用的算法。而且对于经常编写同类产品时,移植程序变得很简单;比如将此产品数码管换为lcd显示时,基本上只需要将显示输出部分修改为驱动显示ic或显示ram就可以了,其显示得内容还是显示时间、定时、倒计时时间、菜单或模式,只需要修改对应得显示表就可以了。 程序编写和程序调试 软件简单规划后,就需要具体的编写,将任务分解后,每部分已经比较简单了,调试时可以考虑各子程序单独调试,人为模拟输入各种情况下的数
29、据及状态,检查输出是否正确。再将相关联的一起调试。除非很有把握,不要将程序全编写完了再调试,那样就不知道到底哪里有问题。 程序简单题纲如下:;定义常量,某些固定的值,多次用到或经常修改的常量,单独定义后调用。buz_l0 equ 50d ;50*4=200ms设置所有默认蜂鸣器鸣叫声音长度。sw_t0 equ 70d ;有效按键响应时间,按键去抖动时间。;定义i/o,将各输入/输出单独按功能或原理图网络标号定义,当原理图修改时方便软件修改buz_p e
30、qu pa.3grill_p equ pc.0micro_p equ pc.1.;定义变量,run_state equ 40h ;或则用自动变量定义.;程序开始 org 0h jmp start_l org 04h ;外部中断向量 jmp int_set ;跳转过零中断处理程序 org 08h ;定时中断向量,中断周期为250us mov te
31、mp_a,a ;保存 mov a,status mov temp_s,a inc t_int0 ;每次中断0.25us mov a,temp_s mov status,a mov a,temp_a reti;中断处理程序,注意先保存用到的acc和标志寄存器status,返回前恢复int_set: .;中断处理程序,设置风扇输出 reti;主程序开始start_l:;初始化ram、i/o、timer、中断等,一般先将通用ram全清零;注意继电器等关键变量的初始化,否则上电时继电器可能会跳一下。;初始化
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