【正文】 開(kāi)始，迄今已有二十多年了。由于單片機(jī)集成度高、功能強(qiáng)、可靠性高、體積小、功耗地、使用方便、價(jià)格低廉等一系列優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)滲入到人們工作和生活的方方面面，幾乎“無(wú)處不在，無(wú)所不為” 。單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域已從面向工業(yè)控制、通訊、交通、智能儀表等迅速發(fā)展到家用消費(fèi)產(chǎn)品、辦公自動(dòng)化、汽車電子、PC 機(jī)外圍以及網(wǎng)絡(luò)通訊等廣大領(lǐng)域。 單片機(jī)有兩種基本結(jié)構(gòu)形式:一種是在通用微型計(jì)算機(jī)中廣泛采用的，將程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合用一個(gè)存儲(chǔ)器空間的結(jié)構(gòu)，稱為普林斯頓結(jié)構(gòu)。另一種是將程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器截然分開(kāi)，分別尋址的結(jié)構(gòu)，一般需要較大的程序存儲(chǔ)器，目前的單片機(jī)以采用程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器截然分開(kāi)的結(jié)構(gòu)為多。 本文討論的單片機(jī)多功能數(shù)字鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心是目前應(yīng)用極為廣泛的 51 系列單片機(jī)，多功能數(shù)字鐘配置了外圍設(shè)備，構(gòu)成了一個(gè)可編程的計(jì)時(shí)定時(shí)系統(tǒng)，具有體積小，可靠性高，功能強(qiáng)等特點(diǎn)。不僅能滿足所需要求而且還有很多功能可供開(kāi)發(fā)，有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。 20 世紀(jì) 80 年代中期以后，Intel 公司以專利轉(zhuǎn)讓的形式把 8051 內(nèi)核技術(shù)轉(zhuǎn)讓給許多半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)廠家，如 ATMEL、PHILIPS、ANALOG、DEVICES、DALLAS 等。這些廠家生產(chǎn)的芯片是 MCS51 系列的兼容產(chǎn)品，準(zhǔn)確地說(shuō)是與 MCS51 指令系統(tǒng)兼容的單片機(jī)。這些兼容機(jī)與 8051 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（主要是指令系統(tǒng)）相同，采用 CMOS工藝，因而，常用 80C51 系列來(lái)稱呼所有具有 8051 指令系統(tǒng)的單片機(jī)，它們對(duì) 8051單片機(jī)一般都作了一些擴(kuò)充，更有特點(diǎn)。其功能和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力更強(qiáng)，不該把它們直接稱呼為 MCS51 系列單片機(jī)，因?yàn)?MCS 只是 Intel 公司專用的單片機(jī)系列型號(hào)。MCS51 系列及 80C51 單片機(jī)有多種品種。它們的引腳及指令系統(tǒng)相互兼容，主要在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上有些區(qū)別。目前使用的 MCS51 系列單片機(jī)及其兼容產(chǎn)品通常分成以下幾類：基本型、增強(qiáng)型、低功耗型、專用型、超 8 位型、片內(nèi)閃爍存儲(chǔ)器型。 課題來(lái)源在日常生活和工作中，我們常常用到定時(shí)控制，如擴(kuò)印過(guò)程中的曝光定時(shí)等。早期常用的一些時(shí)間控制單元都使用模擬電路設(shè)計(jì)制作的，其定時(shí)準(zhǔn)確性和重復(fù)精度都不是很理想，現(xiàn)在基本上都是基于數(shù)字技術(shù)的新一代產(chǎn)品，隨著單片機(jī)性能價(jià)格比的基于 51 單片機(jī)的微波爐控制系統(tǒng)4不斷提高，新一代產(chǎn)品的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，大可構(gòu)成復(fù)雜的工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)，完成復(fù)雜的控制功能。小則可以用于家電控制，甚至可以用于兒童電子玩具。它功能強(qiáng)大，體積小，質(zhì)量輕，靈活好用，配以適當(dāng)?shù)慕涌谛酒?，可以?gòu)造各種各樣、功能各異的微電子產(chǎn)品。 隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，家用電器和辦公電子設(shè)備逐漸增多，不同的設(shè)備都有自己的控制器，使用起來(lái)很不方便。根據(jù)這種實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了一個(gè)單片機(jī)多功能定時(shí)系統(tǒng)，它可以避免多種控制器的混淆，利用一個(gè)控制器對(duì)多路電器進(jìn)行控制，同時(shí)又可以進(jìn)行時(shí)鐘校準(zhǔn)和定點(diǎn)打鈴。它可以執(zhí)行不同的時(shí)間表（考試時(shí)間和日常作息時(shí)間）的打鈴，可以任意設(shè)置時(shí)間。這種具有人們所需要的智能化特性的產(chǎn)品減輕了人的勞動(dòng)，擴(kuò)大了數(shù)字化的范圍，為家庭數(shù)字化提供了可能。 本文的主要研究工作本文的主要工作是掌握單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)，顯示技術(shù)，電子技術(shù)等相關(guān)知識(shí)，設(shè)計(jì)制作一個(gè)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烹調(diào)、烘烤、解凍，試驗(yàn)中用 LED 模擬。實(shí)現(xiàn)工作步驟：復(fù)位待機(jī)——〉檢測(cè)顯示電路——〉設(shè)置輸出功能和定時(shí)器初值——〉啟動(dòng)定時(shí)和工作開(kāi)始——〉結(jié)束烹調(diào)、音響提示。在上電或手動(dòng)按復(fù)位鍵時(shí)，控制器輸出的微波功率控制信號(hào)為 0，微波加熱處于待機(jī)狀態(tài)，時(shí)間顯示電路顯示為 。具有 4 位時(shí)間預(yù)置電路，按鍵啟動(dòng)時(shí)間設(shè)置，最大預(yù)設(shè)數(shù)為 99 分 59 秒。設(shè)定初值后，按開(kāi)啟鍵，一方面按選擇的擋位啟動(dòng)相應(yīng)的微波加熱；另一方面使計(jì)時(shí)電路以秒為單位作倒計(jì)時(shí)。當(dāng)計(jì)時(shí)到時(shí)間為 0 則斷開(kāi)微波加熱器，并給出聲音提示，即揚(yáng)聲器輸出 2~3s 的雙音頻提示音。具體的問(wèn)題有：（1）如何進(jìn)行時(shí)間設(shè)置（分、秒）和時(shí)鐘倒計(jì)時(shí)功能；（2）如何設(shè)計(jì)智能火力控制（3）如何設(shè)計(jì)顯示模塊顯示時(shí)間；（4）如何設(shè)計(jì)按鍵設(shè)置；（5）如何設(shè)計(jì)音響提示聲音；（6）如何設(shè)計(jì)微波爐開(kāi)門停止工作九江學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文5系統(tǒng)待機(jī)狀態(tài)接通電源第 2 章 系統(tǒng)總體概述 工作原理微波爐工作分四個(gè)步驟分別為：系統(tǒng)待機(jī)—用戶設(shè)定—微波爐加熱—加熱完成響音提示。具體流程如下圖 。系統(tǒng)上電自檢后，數(shù)碼管顯示零分、零秒，檔位通過(guò)三個(gè)發(fā)光二極管顯示(分別表示烹調(diào)、烘烤、解凍)。鍵盤(pán)分按鍵 K0,K1,K2,K3,REST 五個(gè)按鍵。K0 鍵為微波爐的啟動(dòng)與關(guān)閉。K1 鍵為檔位選擇鍵，選擇后相應(yīng)的發(fā)光二極管會(huì)發(fā)亮。 K2,K3 鍵分別為時(shí)間的加減設(shè)定。REST 為復(fù)位鍵。每次按下按鍵后系統(tǒng)都會(huì)啟動(dòng)音響發(fā)生模塊發(fā)出“嘀”的聲音。微波爐啟動(dòng)數(shù)碼管開(kāi)始倒計(jì)時(shí)，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)到零分，零秒微波爐會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，此時(shí)會(huì)發(fā)出提示聲音。各功能實(shí)現(xiàn)如下圖 。 系統(tǒng)待機(jī)狀態(tài)用戶進(jìn)行設(shè)置系統(tǒng)開(kāi)始工作任務(wù)結(jié)束發(fā)聲圖 系統(tǒng)流程圖工作狀態(tài)計(jì)時(shí)時(shí)間為 時(shí) 響音提示用戶設(shè)置狀態(tài)檔位選擇按 K1鍵調(diào)整時(shí)間按 K2鍵按 K3鍵 系統(tǒng)復(fù)位按 K0鍵按 K4鍵按 K0 鍵或打開(kāi)微波爐爐門 按任意鍵或打開(kāi)微波爐爐門 基于 51 單片機(jī)的微波爐控制系統(tǒng)6在火力檔位方面，不同的檔位在不同時(shí)間的火力不同，根據(jù)烹調(diào)，烘烤, 解凍三個(gè)檔位制定了不同檔位時(shí)的加熱時(shí)序表入下圖 功能時(shí)序 時(shí)間烹 調(diào) 烘 烤 解 凍1 50%時(shí)間 高 火 75%時(shí)間 高火25%時(shí)間小火2 25%時(shí)間 中 火 25%時(shí)間中火50%時(shí)間中火3 25%時(shí)間小火 25%時(shí)間小火圖 不同功能時(shí)的加熱時(shí)序表注：高中低三個(gè)火力大小用三個(gè)發(fā)光二極管模擬。 電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)以 AT89S52 單片機(jī)為核心，連接各外部電路完成人機(jī)交互等各功能的控制。系統(tǒng)的總體框圖如下圖 。 單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器鍵盤(pán)電路 音響發(fā)生電路電源電路數(shù)碼管顯示電路火力輸出電路圖 系統(tǒng)功能圖門電路設(shè)計(jì)檔位顯示電路九江學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文7電路設(shè)計(jì)部分以單片機(jī)控制電路為核心由定時(shí)器電路，顯示電路，鍵盤(pán)電路，門電路，電源電路，音響發(fā)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(tǒng)電路。 軟件設(shè)計(jì)考慮到本系統(tǒng)所編程的數(shù)據(jù)量不大并且要求系統(tǒng)有較高的準(zhǔn)確度故采用匯編語(yǔ)言進(jìn)行程序的編寫(xiě)，利用偉福 6000 作為系統(tǒng)的仿真軟件。利用 ISPlay 軟件進(jìn)行單片機(jī)程序的寫(xiě)入。軟件界面如圖 和圖 。圖 系統(tǒng)的總體框圖圖 偉福 6000 軟件界面基于 51 單片機(jī)的微波爐控制系統(tǒng)8 本章小結(jié)經(jīng)過(guò)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)概述的分析，可以得到一個(gè)大致的系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)有個(gè)一個(gè)大致方向，并根據(jù)系統(tǒng)的框架進(jìn)行各模塊的細(xì)分與方案論證。圖 ISPlay 軟件界面九江學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文9I/O I/OI/OI/O第 3 章 各模塊方案比較與論證系統(tǒng)設(shè)計(jì)包含顯示電路，鍵盤(pán)電路，計(jì)時(shí)控制電路，檔位輸出電路，音響發(fā)生電路等多個(gè)部分，每個(gè)部分都可以采用不同的方案來(lái)實(shí)現(xiàn)，但不同的方案有實(shí)現(xiàn)的難易的不同，所以通過(guò)思考分析，最終做出最好的選擇，使之更加科學(xué)和合理。下面對(duì)各部分設(shè)計(jì)方案做分析和選擇。 檔位顯示部分方案方案一：通過(guò)單片機(jī)的一個(gè) I/O 端口經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成三個(gè)輸出端口進(jìn)行檔位控制。如圖 .1 這種方案可以節(jié)省單片機(jī)接口資源。方案二：直接利用單片機(jī)的三個(gè) I/O 端口進(jìn)行檔位控制。如圖 這種方案電路簡(jiǎn)單。 由于在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中單片機(jī)有充足的 I/O 端口資源，為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和電路的簡(jiǎn)單化，采用方案二進(jìn)行檔位顯示。 計(jì)時(shí)控制部分方案方案一：使用專用時(shí)鐘芯片。使用微控制器控制專用時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)控制，這種方案有著計(jì)時(shí)精度高、控制簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，而且更易于實(shí)現(xiàn)日期/時(shí)間顯示、定時(shí)烹調(diào)等計(jì)時(shí)擴(kuò)展功能。方案二：采用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器。51單片機(jī) 內(nèi)部含有3 個(gè)定時(shí)器，可以利用一個(gè)定時(shí)器與程序計(jì)數(shù)器相結(jié)合的方式，在系統(tǒng)晶振的驅(qū)動(dòng)下，產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)時(shí)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(jià)比，而且通過(guò)精確的軟件補(bǔ)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(shè)計(jì)。單片機(jī) 單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換檔位顯示 檔位顯示圖 圖 基于 51 單片機(jī)的微波爐控制系統(tǒng)10 鍵盤(pán)和顯示部分方案（1）、鍵盤(pán)方案一：采用陣列式鍵盤(pán)。此類鍵盤(pán)是采用行列掃描方式，優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)按鍵較多時(shí)可以降低占用單片機(jī)的 I/O 口數(shù)目，缺點(diǎn)是電路復(fù)雜且會(huì)加大編程難度。方案二：采用獨(dú)立式按鍵電路。每個(gè)鍵單獨(dú)占有一根 I/O 接口線，每個(gè) I/O 口的工作狀態(tài)互不影響，此類鍵盤(pán)采用端口直接掃描方式。缺點(diǎn)是當(dāng)按鍵較多時(shí)占用單片機(jī)的 I/O 數(shù)目較多，優(yōu)點(diǎn)是電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，且編程極其容易。由于該系統(tǒng)采用了常規(guī)鐘表式的校對(duì)方式，用鍵較少，系統(tǒng)資源足夠用，故采用了方案二。（2）顯示方案一：采用數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管通過(guò)設(shè)置可以完成制作任務(wù)，經(jīng)濟(jì)耐用，但其顯示不夠直觀、提供信息量少、不易理解等缺點(diǎn)。方案二：采用液晶顯示。液晶特別是具有漢字顯示功能的液晶顯示器，來(lái)實(shí)現(xiàn)顯示功能，不僅可以實(shí)現(xiàn)基本的顯示信息，而且可以顯示豐富的符號(hào)指示信息以及文字指示信息，如 AM/PM，鬧鐘符號(hào)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(zhǎng)，不產(chǎn)生電磁輻射污染等優(yōu)點(diǎn)。由于此系統(tǒng)只用到 4 位數(shù)字顯示，考慮實(shí)用問(wèn)題，故采用方案一。 音響發(fā)生模塊方案方案一：微控制器直接發(fā)生。MCU 直接輸出兩路不同頻率的脈沖信號(hào)，疊加成為雙音頻信號(hào)，驅(qū)動(dòng)后送揚(yáng)聲器。但是由于MCU 產(chǎn)生的方波信號(hào)含有高頻分量，經(jīng)測(cè)試，音效并不能令人滿意方案二：采用 555 振蕩器實(shí)現(xiàn)雙音頻輸。采用兩片555振蕩器分別發(fā)生不同頻率的音頻，由單片機(jī)控制輸出，在電阻上疊加后經(jīng)功率放大電路推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。由于555振蕩器的音響發(fā)生模塊的電路簡(jiǎn)單且音質(zhì)較好，故采用方案二。九江學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文11 本章小結(jié)經(jīng)過(guò)比較和分析，得出了較理想的方案：（1）計(jì)時(shí)單元由軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。定時(shí)采用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，即通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器產(chǎn)生中斷，再通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)分、秒的倒計(jì)時(shí)。（2）時(shí)間顯示采用四位 LED 數(shù)碼管顯示分和秒。檔位顯示采用 3 個(gè)發(fā)光二極管顯示。（3）鍵盤(pán)采用單片機(jī)四個(gè)端口輸入電平，通過(guò)單片機(jī)掃描相應(yīng)四個(gè)端口電平來(lái)判斷按鍵的抬起與按下。（4）采用兩片555振蕩器分別發(fā)生不同頻率的音頻，由單片機(jī)控制輸出，在電阻上疊加后經(jīng)功率放大電路推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。通過(guò)方案的比較和論證之后，明確了各個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)方案。然后，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)總體進(jìn)行設(shè)計(jì)，形成一個(gè)清晰的設(shè)計(jì)方向，并構(gòu)思出系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的工作原理和系統(tǒng)的框圖，使整個(gè)設(shè)計(jì)方案具有總體性?；?51 單片機(jī)的微波爐控制系統(tǒng)12第 4 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 門電路設(shè)計(jì) 在微波爐工作過(guò)程中如果突然打開(kāi)微波爐爐門，微波爐將根據(jù)當(dāng)時(shí)的工作狀態(tài)停止加熱并報(bào)警。這樣可以有效避免非法操作帶來(lái)的后果。電路圖如下圖 。VCCR單片機(jī)I/O 端口開(kāi)關(guān)當(dāng)微波爐爐門打開(kāi)時(shí)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，當(dāng)爐門關(guān)閉時(shí)開(kāi)關(guān)接通。 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)控制模塊是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，用來(lái)完成基本功能中的加熱倒計(jì)時(shí)，以及時(shí)間/日期顯示和定時(shí)烹調(diào)兩項(xiàng)擴(kuò)展功能。時(shí)間/日期顯示功能被用來(lái)在待機(jī)狀態(tài)顯示當(dāng)前的時(shí)間與日期。允許手動(dòng)調(diào)教，并且會(huì)自動(dòng)與計(jì)算機(jī)進(jìn)行時(shí)間同步。定時(shí)烹調(diào)則會(huì)根據(jù)用戶設(shè)定的烹調(diào)屬性，在預(yù)定的時(shí)間啟動(dòng)烹調(diào)任務(wù)。為了實(shí)現(xiàn)上述功能，在設(shè)計(jì)中，我們采用AT89S52 的內(nèi)部定時(shí)器2 與軟件計(jì)數(shù)器相結(jié)合的方式獲得1Hz的時(shí)鐘。定時(shí)器2自動(dòng)裝入模式以保證精度。這時(shí)定時(shí)器周期T可由下式表示：CLKT = (28?K) 12/ CLK … （1）其中K 為定時(shí)器初值、CLK 為系統(tǒng)晶振?？紤]到串口通信，我們選定CLK為， K 為27。從式（1）中不難看出，這時(shí)要獲取1Hz 的時(shí)鐘，計(jì)數(shù)器的預(yù)置數(shù)N 應(yīng)對(duì) T/1取整，即：N=[22118400/12（25627）]=8049 … （2）則系統(tǒng)獲取的時(shí)鐘頻率即為：f = 12/22118400（2 827）8049 ≈完全可以滿足系統(tǒng)的計(jì)時(shí)要求。 鍵盤(pán)模塊電路設(shè)計(jì)在按鍵設(shè)計(jì)中 K0,K1,K2,K3 分別連入單片機(jī) I/O 接口的 ,。通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部判斷這 4 個(gè) I/O 接口來(lái)確定按鍵是否被按下。三個(gè)按鍵通過(guò)一個(gè)與門接到 接口，這樣可以通過(guò) 口來(lái)判斷有沒(méi)有按鍵被按下。 接口為中斷 1 接口，圖 門電路九江學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文13也可用此端口進(jìn)行中斷操作。為了防止電路出現(xiàn)異常而無(wú)法控制特設(shè)計(jì)了一個(gè)復(fù)位按鍵。鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì)如圖 和如圖 所示圖 控制按鍵電路圖 復(fù)位按鍵電路基于 51 單片機(jī)的微波爐控制系統(tǒng)14 檔位顯示電路設(shè)計(jì)檔位顯示模塊由三個(gè)發(fā)光二極管顯示，分別代表“烹調(diào)”、“烘烤”、“解凍”三個(gè)檔位，直接將發(fā)光二極管接至單片機(jī) I/O 接口通過(guò)單片機(jī)發(fā)送低