【文章內(nèi)容簡介】 了按鍵斷開時，I/O 口線有確定的高電平。當 I/O 口線內(nèi)部有上拉電阻時，外電路可不接上拉電阻。 獨立式按鍵電路配置靈活，軟件結構簡單，但每個按鍵必須占用一根 I/O 口線，因此，在按鍵較多時， I/O 口線浪費較大，不宜采用。 [12] 方案二：矩陣式按鍵 單片機系統(tǒng)中，若使用按鍵較多時，通常采用矩陣式（也稱行列式）鍵盤。矩陣式鍵盤由行線和列線組成，按鍵位于行、列線的交叉點上。 一個 4*4 的行、列結構可以構成一個含有 16 個按鍵的鍵盤，顯然，在按鍵數(shù)量較多時，矩陣式鍵盤較之獨立式按鍵鍵盤要節(jié)省很多 I/O 口。 矩陣式鍵盤中，行、列線分別連接到按鍵開關的兩端，行線通過上拉電阻接到 +5V上。當無按鍵按下時，行線處于高電平狀態(tài)；當有鍵按下時，行、列線將導通，此時，行線電平將由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定。這是識別按鍵是否按下的關鍵。然而，矩陣鍵盤中的行線、列線和多個鍵相連，各按鍵按下與否均影響該鍵所在行線和列線的電平，各按鍵間將相互影響，因此，必須將行線、列線信號配合起來作適當處理，才能確定閉合鍵的 位置。 [13] 矩陣式鍵盤大大節(jié)省了 I/O 口線，比較適合微波爐控制系統(tǒng)的要求，為其它的模塊省了很多 I/O 口線，減小了整個系統(tǒng)的硬件開銷。 語音電路方案選擇 方案一：蜂鳴器 語音控制微波爐系統(tǒng) 13 蜂鳴器聲音單一，無法實現(xiàn)一連串的語音播放，對一些要求比較高的系統(tǒng)來說，蜂鳴器不適合。本系統(tǒng)要求每次烹飪結束或者預約時間結束都要語音提示，所以本系統(tǒng)不采用蜂鳴器。 方案二：語音處理電路 在本設計中，提示音及語音播報功能都需要語音電路實現(xiàn)。本設計采用了 ISD1730芯片實現(xiàn)語音處理功能， ISD1730 屬于 華邦 ISD 公司 2020 年新推出 的單片優(yōu)質(zhì)語音錄放電路，該芯片 提供多項新功能，包括內(nèi)置專利的多信息管理系統(tǒng)，新信息提示（ vAlert ） , 雙運作模式（獨立 amp。 嵌入式），以及可定制的信息操作指示音效。芯片內(nèi)部 包含有自動增益控制、麥克風前置擴大器、揚聲器驅動線路、振蕩器與內(nèi)存等的全方位整合系統(tǒng)功能 。 其特點為 可錄、放音十萬次，存儲內(nèi)容可以斷電保留一百年 ； 兩種控制方式，兩種錄音輸入方式，兩種放音輸出方式 ； 可處理多達 255 段信息 ； 有豐富多樣的工作狀態(tài)提示 ； 多種采樣頻率對應多種錄放時間 ；通過音頻放大器放大輸出； 音質(zhì)好，電壓范圍寬，應 用靈活，價廉物美 。該電路可以在單片機的控制下實現(xiàn)按地址錄、放音，并能檢測到放音是否結束。根據(jù)設計需要，語音提示音播放伴有 LED 燈閃爍提示，直觀方便。 ISD1730 的獨立按鍵工作模式錄放電路非常簡單（ 見圖 6），而且功能強大。不僅有錄、放功能，還有快進、擦除、音量控制、直通放音和復位等功能。這些功能僅僅通過按鍵就可完成。 14 V C C D1/ L E D2/ R E S E T3M I S O4M O S I5S C L K6/ S S7V S S A8A n a I n9M I C +10M I C 11V S S P 212S P 13V C C P14S P +15V S S P 116AUD17AGC18/ V O L19R O S C20V C C A21/ F T22/ P L A Y23/ R E C24/ E R A S E25/ F W D26R D Y / I N T27V S S D28J P ?4 H E A D E RC10 .1 uC20 .1 uM K ?M I C R O P H O N E 2R14 .3 kR24 .3 kR34 .3 kC34 .7 uR?1KD?L E DV C CV C CV C CV C CR?8 2 KC?4 .7 uL S ?S P E A K E RP 2 0 P 2 1P 2 2C?0 .1 uC?1 0 0 u語音電路P 1 2P 1 3P 1 44 7 0 u 圖 6 語音電路 電源方案選擇 方案一：開關電源 用開關穩(wěn)壓電源給整機供電，此方案能夠完成本作品電流源的供電，但開關電源比較復雜，而且何種也比較大，制作不便，因而此方案難以實 現(xiàn)。 方案二： LM7805 三端穩(wěn)壓電源 單片機控制系統(tǒng)以及外圍芯片供電采用 LM7805 三端穩(wěn)壓器件，通過橋式整流，然后進行濾波穩(wěn)壓?？商峁?5V 直流給單片機，如下圖 7 所示。 語音控制微波爐系統(tǒng) 15 V i n1GND2V o ut3U57 80 59 V _29 V _1 1234D1B R I D G E 2 C60 .1C72 20 0 / 2 5 VC84 70 / 25 VV C CC90 .1電源模塊 圖 7 電源電路 定時方案選擇 方案一：采用實時時鐘芯片 針對計算機系統(tǒng)對實時時鐘功能的普遍需求，各大芯片生產(chǎn)廠家陸續(xù)推出了一系列的實時時鐘集成電路，如 DS128 DS1288 DS1302 等。這些實時時鐘芯片具備年、月、日、時、分、秒計時功能和多點定時功能，計時數(shù)據(jù)的更新每秒自動進行一次，不需程序干預。計算機可通過中斷或查詢 方式讀取計時數(shù)據(jù)并進行顯示，因此計時功能的實現(xiàn)無需占用 CPU 的時間，程序簡單。此外，實時時鐘芯片多數(shù)帶有鋰電池做后備電源，具備永不停止的計時功能；具有可編程方波輸出功能，可用做實時測控系統(tǒng)的采樣信號等；有的實時時鐘芯片內(nèi)部還帶有非易失性 RAM，可用事業(yè)存放需長期保存但有時也需變更的數(shù)據(jù)。由于功能完善，精度高，軟件程序設計相對簡單，且計時不占用 CPU 時間，因此，在工業(yè)實時測控系統(tǒng)中多采用這一類專用芯片來實現(xiàn)實時時鐘功能。但是實時時鐘芯片對硬件要求較高，成本相對而言比較高，所以不采用該方案。 [5] 方案二：軟件 控制 利用 P89V51RB2FN 內(nèi)部的 T0 定時 /計數(shù)器進行中斷定時，配合軟件延時實現(xiàn)時、分、秒的計時，還有烹飪預約時間和烹飪時間的設置。該方案不但節(jié)省硬件成本，且能夠加深我們對定時 /計數(shù)器的使用、中斷及程序設計方面的理解與提高，簡化硬件設計，使整個設計整體小巧玲瓏易攜帶。軟件設計較適合現(xiàn)階段我們的學習和鍛煉，因此本系統(tǒng)將采用軟件方法實現(xiàn)計時和定時。 [6] 16 掉電儲存模塊 為了在斷電的情況下能保存好已經(jīng)設置好的時間和菜單等數(shù)據(jù)，為此系統(tǒng)采用24C01 E2PROM。 24C01 是一個 4Kb 的支持 I2C 總線 數(shù)據(jù)傳送協(xié)議的串行 CMOS E2PROM 可用電擦除，可編程自定時寫周期（包括自動擦除時間不超過 10ms 典型時間為 5ms）的串行 E2PROM。 當系統(tǒng)在工作過程中，遇到突然斷電的情況下，系統(tǒng)會把斷電前的狀態(tài)和數(shù)據(jù)自動存進 24C01 E2PROM 中，在系統(tǒng)重新開始工作時自動從 24C01 E2PROM 中讀取數(shù)據(jù)，以繼續(xù)完成沒有完成的工作，實現(xiàn)了系統(tǒng)的掉電存儲功能。 A01A12A23GND4S D A5S C L6WP7V C C8U22 4 C 0 1 V C CGNDS C LS D A掉電存儲模塊 圖 8 掉電存儲模塊 火力輸出方案選擇 微波爐的心臟是磁控管。這個叫磁控管的電子管是個微波發(fā)生器，它能產(chǎn)生每秒鐘振動頻率為 億 赫 的微 波。這種肉眼看不見的微波，能穿透食物達 5cm 深，并使食物中的水分子也隨之運動，劇烈的運動產(chǎn)生了大量的熱能，于是食物煮熟了。這就是微波爐加熱的原理。 磁控管工作原理大意是把家用 220V 電轉換 20200 伏高壓，經(jīng)過磁控管轉化成2450MHZ 的電磁波。磁控管陽極高壓 3000V7000V，工作頻率 2450MHz，陽極電流為300mA1200Ma[21]， 微波爐功率調(diào)整的原理就是通過高速控制磁控管的開停時間來調(diào)整功率 ， 磁控管的功率是不可變的 ，因此直接控制磁控管的開關狀態(tài)以實現(xiàn)對微波爐的火力設置是不可取的，現(xiàn)有兩種 方案選擇。 方案一：開關電源 語音控制微波爐系統(tǒng) 17 使用開關電源方式可以達到更高頻率的開停速度 ， 而且這個開關頻率是可變的 ， 這就實現(xiàn)的微波功率的精度控制 ， 開關電源的使用以電子元件代替了高成本的高壓變壓器[18]，大大節(jié)省了制造成本，但是相比較方案二，開關電源還是不合適。 方案二： PWM 使能脈寬調(diào)節(jié)模式 P89V51RB2FN 單片機內(nèi)部的可編程計數(shù)器陣列（ PCA ）功能模塊含有一個特殊的16 位定時器，有 5 個 16 位的捕獲 /比較模塊與之相連。每個模塊可編程工作在 4 種模式下：上升 /下降沿捕獲、軟件定時器、高速輸出或脈寬調(diào)節(jié)器。每個模 塊都與 P1 口向連。模塊 0 連接到 （ CEX0 ），模塊 1 連接到 （ CEX1 ），依此類推。寄存器 CH 和 CL 的內(nèi)容是正在自由遞增計數(shù)的 16 位 PCA 定時器的當前值。 PCA 定時器是 5 個模塊的公共時間基準，可通過編程工作在： 1/6 振蕩頻率、 1/2 振蕩頻率、定時器 0 溢出或 ECI 腳的輸入（ ）。定時器的計數(shù)源由 CMOD SFR 的 CPS1 和 CPS0 位來確定。所有 PCA 模塊都可用作 PWM 輸出（如圖 ）。輸出頻率取決于 PCA 定時器的時鐘源。由于所有模塊共用僅有的 PCA 定時器，所有它們的輸出頻率相同。各個模塊的輸出占空比是獨立變化的，與使用的捕獲寄存器 CCAPnL 有關。當 PCA CL SFR 的值小于 CCAPnL SFR 時，輸出為低，當 PCA CLSFR 的值等于或大于 CCAPnL 時，輸出為高。當 CL 的值由 FF 變?yōu)?00 溢出時， CCAPnH 的內(nèi)容裝載到 CCAPnL 中。這樣就可實現(xiàn)無干擾地更新 PWM 。要使能 PWM 模式，模塊 CCAPMn 寄存器的 PWM 和 ECOM 位必須置位，如圖 9 所示。 本系統(tǒng)采用了 PCA 的模塊 0（ ）的使能脈寬調(diào)節(jié)模式（ PWM）來控制單片機輸出脈沖的占空比，通過改變輸出占空比控制變壓器初級繞組的通斷電狀態(tài)，即對其陽極電壓的變壓器初級繞組通斷電的控制來實現(xiàn)對磁控管的開關控制。以此控制變壓器的初級繞組微波爐磁控管的停和轉，以實現(xiàn)對烹調(diào)功率的控制。 PCA 方框圖和 PCA 模塊的 PWM 模式的方框圖分別如圖 8 和圖 9 所示，表 10 就是輸出的火力檔位對應的電壓。 表 1 火力檔位設置表 18 檔 位 (檔 ) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 輸出電額 (V) 語音控制微波爐系統(tǒng) 19 四、系統(tǒng)設計及操作說明 本章主要 是介紹微波爐控制器設計系統(tǒng)的設計及系統(tǒng)的操作說明，系統(tǒng)的液晶顯示模塊采用并行通訊的工作方式，鍵盤方面則采用程序掃描的工作方式，下面就各模塊的軟件設計進行了詳細的介紹。本系統(tǒng)軟件設計的程序見附錄。 根據(jù)實際的硬件電路，為了有效地實現(xiàn)系統(tǒng)的基本功能，用軟件方法實現(xiàn)了系統(tǒng)的定時功能、控制系統(tǒng)的語音播放、控制液晶顯示等等。軟件設計主程序流程圖、按鍵功能掃描子程序圖、預約時間子程序圖、火力模式子程序圖、火力自定義子程序圖、烹飪模式子程序圖、液晶顯示子程序圖、語音播 放子程序圖、定時服務子程序圖和按鍵掃描子程序圖分別如下圖所示。 主程序 主程序負責與各子程序模塊的接口和檢查鍵盤功能號，流程圖如圖 11 所示。 按鍵功能掃描子程序 本系統(tǒng)的矩陣式鍵盤的工作方式采用的是程序掃描方式，為了能及時發(fā)現(xiàn)有鍵按下， CPU 必須不斷調(diào)用鍵盤處理程序，對鍵盤進行掃描以確定調(diào)用哪個功能子程序。通過調(diào)用按鍵程序掃描子程序，檢測哪些功能按鍵被按下就進入哪種狀態(tài)模塊，以調(diào)用哪個功能子程序，進入哪種工作狀態(tài)，不斷地循環(huán)掃描，流程圖如圖 12 和圖 13 所示。 烹飪預約時間子 程序 進入烹飪預約時間子程序，通過加、減按鍵和確定鍵來對時間進行設置，首先是對時的設置，按確定鍵再對分進行設置，接著對秒進行設置，每次設置完就要按一次確定鍵，以完成對時間的設置。時間設置完畢返回等待系統(tǒng)開始烹飪，流程圖如圖 14 所示。 20 火力模式子程序 進入火力模式，通過加、減鍵，來設置烹飪時間，流程同預約時間的設置相同，時間設置完畢就直接開始烹飪，流程圖如圖 15 所示。 火力自定義子程序 火力自定義模式，既要設置火力，也要設置烹飪時間，流程是先通過加、減鍵設置火力檔，最高是 8 檔，最低是 1 檔， 確定以后再通過加、減鍵開始設置烹飪時間，火力和烹飪時間都設置完畢，直接開始烹飪，流程圖如圖 16 所示。 烹飪模式子程序 烹飪模式是系統(tǒng)預先已經(jīng)設置好烹飪時間和烹飪火力，只要按確定鍵就馬上進入開始烹飪狀態(tài)。流程圖如圖 17 所示。 液晶顯示子程序 液晶顯示子程序顯示各模式的工作狀態(tài)，如顯示火力模式、烹飪模式、預約時間和烹飪時間，液晶顯示器采用的是并行通訊的工作方式。流程圖如圖 1