【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 以構(gòu)成一個(gè)含有 16 個(gè)按鍵的鍵盤，顯然，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，矩陣式鍵盤較之獨(dú)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(kāi)關(guān)的兩端，行線通過(guò)上拉電阻接到 +5V上。當(dāng)無(wú)按鍵按下時(shí)，行線處于高電平狀態(tài)；當(dāng)有鍵按下時(shí)，行、列線將導(dǎo)通，此時(shí)，行線電平將由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定。這是識(shí)別按鍵是否按下的關(guān)鍵。然而，矩陣鍵盤中的行線、列線和多個(gè)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(hào)配合起來(lái)作適當(dāng)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(gè)系統(tǒng)的硬件開(kāi)銷。 語(yǔ)音電路方案選擇 方案一：蜂鳴器 語(yǔ)音控制微波爐系統(tǒng) 13 蜂鳴器聲音單一，無(wú)法實(shí)現(xiàn)一連串的語(yǔ)音播放，對(duì)一些要求比較高的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，蜂鳴器不適合。本系統(tǒng)要求每次烹飪結(jié)束或者預(yù)約時(shí)間結(jié)束都要語(yǔ)音提示，所以本系統(tǒng)不采用蜂鳴器。 方案二：語(yǔ)音處理電路 在本設(shè)計(jì)中，提示音及語(yǔ)音播報(bào)功能都需要 語(yǔ)音電路實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)采用了 ISD1730芯片實(shí)現(xiàn)語(yǔ)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(yǔ)音錄放電路，該芯片 提供多項(xiàng)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(yùn)作模式（獨(dú)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(dòng)增益控制、麥克風(fēng)前置擴(kuò)大器、揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)線路、振蕩器與內(nèi)存等的全方位整合系統(tǒng)功能 。 其特點(diǎn)為 可錄、放音十萬(wàn)次，存儲(chǔ)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(dá) 255 段信息 ； 有豐富多樣的工作狀態(tài)提示 ； 多種采樣頻率對(duì)應(yīng)多種錄放時(shí)間 ；通過(guò)音頻放大器放大輸出； 音質(zhì)好，電壓范圍寬，應(yīng)用靈活，價(jià)廉物美 。該電路可以在單片機(jī)的控制下實(shí)現(xiàn)按地址錄、放音，并能檢測(cè)到放音是否結(jié)束。根據(jù)設(shè)計(jì)需要，語(yǔ)音提示音播放伴有 LED 燈閃爍提示，直觀方便。 ISD1730 的獨(dú)立按鍵工作模式錄放電路非常簡(jiǎn)單（ 見(jiàn)圖 6），而且功能強(qiáng)大。不僅有錄、放功能，還有快進(jìn)、擦除、音量控制、直通放音和復(fù)位等功能。這些功能僅僅通過(guò)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(yǔ)音電路P 1 2P 1 3P 1 44 7 0 u 圖 6 語(yǔ)音電路 電源方案選擇 方案一：開(kāi)關(guān)電源 用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電 源給整機(jī)供電，此方案能夠完成本作品電流源的供電，但開(kāi)關(guān)電源比較復(fù)雜，而且何種也比較大，制作不便，因而此方案難以實(shí)現(xiàn)。 方案二： LM7805 三端穩(wěn)壓電源 單片機(jī)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(guò)橋式整流，然后進(jìn)行濾波穩(wěn)壓。可提供 5V 直流給單片機(jī)，如下圖 7 所示。 語(yǔ)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(shí)方案選擇 方案一：采用實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 針對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)時(shí)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(shí)時(shí)時(shí)鐘集成電路，如 DS128 DS1288 DS1302 等。這些實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片具備年 、月、日、時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)功能和多點(diǎn)定時(shí)功能，計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)的更新每秒自動(dòng)進(jìn)行一次，不需程序干預(yù)。計(jì)算機(jī)可通過(guò)中斷或查詢方式讀取計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)并進(jìn)行顯示，因此計(jì)時(shí)功能的實(shí)現(xiàn)無(wú)需占用 CPU 的時(shí)間，程序簡(jiǎn)單。此外，實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片多數(shù)帶有鋰電池做后備電源，具備永不停止的計(jì)時(shí)功能；具有可編程方波輸出功能，可用做實(shí)時(shí)測(cè)控系統(tǒng)的采樣信號(hào)等；有的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片內(nèi)部還帶有非易失性 RAM，可用事業(yè)存放需長(zhǎng)期保存但有時(shí)也需變更的數(shù)據(jù)。由于功能完善，精度高，軟件程序設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，且計(jì)時(shí)不占用 CPU 時(shí)間，因此，在工業(yè)實(shí)時(shí)測(cè)控系統(tǒng)中多采用這一類專用芯 片來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能。但是實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片對(duì)硬件要求較高，成本相對(duì)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(shí) /計(jì)數(shù)器進(jìn)行中斷定時(shí)，配合軟件延時(shí)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒的計(jì)時(shí)，還有烹飪預(yù)約時(shí)間和烹飪時(shí)間的設(shè)置。該方案不但節(jié)省硬件成本，且能夠加深我們對(duì)定時(shí) /計(jì)數(shù)器的使用、中斷及程序設(shè)計(jì)方面的理解與提高，簡(jiǎn)化硬件設(shè)計(jì)，使整個(gè)設(shè)計(jì)整體小巧玲瓏易攜帶。軟件設(shè)計(jì)較適合現(xiàn)階段我們的學(xué)習(xí)和鍛煉，因此本系統(tǒng)將采用軟件方法實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)和定時(shí)。 [6] 16 掉電儲(chǔ)存模塊 為了在斷電的情況下能保 存好已經(jīng)設(shè)置好的時(shí)間和菜單等數(shù)據(jù)，為此系統(tǒng)采用24C01 E2PROM。 24C01 是一個(gè) 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(shí)寫周期（包括自動(dòng)擦除時(shí)間不超過(guò) 10ms 典型時(shí)間為 5ms）的串行 E2PROM。 當(dāng)系統(tǒng)在工作過(guò)程中，遇到突然斷電的情況下，系統(tǒng)會(huì)把斷電前的狀態(tài)和數(shù)據(jù)自動(dòng)存進(jìn) 24C01 E2PROM 中，在系統(tǒng)重新開(kāi)始工作時(shí)自動(dòng)從 24C01 E2PROM 中讀取數(shù)據(jù)，以繼續(xù)完成沒(méi)有完成的工作，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的掉電存儲(chǔ)功能。 A01A12A23GND4S D A5S C L6WP7V C C8U22 4 C 0 1 V C CGNDS C LS D A掉電存儲(chǔ)模塊 圖 8 掉電存儲(chǔ)模塊 火力 輸出方案選擇 微波爐的心臟是磁控管。這個(gè)叫磁控管的電子管是個(gè)微波發(fā)生器，它能產(chǎn)生每秒鐘振動(dòng)頻率為 億 赫 的微波。這種肉眼看不見(jiàn)的微波，能穿透食物達(dá) 5cm 深，并使食物中的水分子也隨之運(yùn)動(dòng)，劇烈的運(yùn)動(dòng)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(zhuǎn)換 20200 伏高壓，經(jīng)過(guò)磁控管轉(zhuǎn)化成2450MHZ 的電磁波。磁控管陽(yáng)極高壓 3000V7000V，工作頻率 2450MHz，陽(yáng)極電流為300mA1200Ma[21]， 微波爐功率調(diào)整的原理就是通過(guò)高速控制磁控管的開(kāi)停 時(shí)間來(lái)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(kāi)關(guān)狀態(tài)以實(shí)現(xiàn)對(duì)微波爐的火力設(shè)置是不可取的，現(xiàn)有兩種方案選擇。 方案一：開(kāi)關(guān)電源 語(yǔ)音控制微波爐系統(tǒng) 17 使用開(kāi)關(guān)電源方式可以達(dá)到更高頻率的開(kāi)停速度 ， 而且這個(gè)開(kāi)關(guān)頻率是可變的 ， 這就實(shí)現(xiàn)的微波功率的精度控制 ， 開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)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(jī)內(nèi)部的可編程計(jì)數(shù)器陣列（ PCA ）功能模塊含有一個(gè)特殊的16 位定時(shí)器，有 5 個(gè) 16 位的捕 獲 /比較模塊與之相連。每個(gè)模塊可編程工作在 4 種模式下：上升 /下降沿捕獲、軟件定時(shí)器、高速輸出或脈寬調(diào)節(jié)器。每個(gè)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(jì)數(shù)的 16 位 PCA 定時(shí)器的當(dāng)前值。 PCA 定時(shí)器是 5 個(gè)模塊的公共時(shí)間基準(zhǔn)，可通過(guò)編程工作在： 1/6 振蕩頻率、 1/2 振蕩頻率、定時(shí)器 0 溢出或 ECI 腳的輸入（ ）。定時(shí)器的計(jì)數(shù)源由 CMOD SFR 的 CPS1 和 CPS0 位來(lái)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(shí)器的時(shí)鐘源。由于所有模塊共用僅有的 PCA 定時(shí)器，所有它們的輸出頻率相同。各個(gè)模塊的輸出占空比是獨(dú)立變化的，與使用的捕獲寄存器 CCAPnL 有關(guān)。當(dāng) PCA CL SFR 的值小于 CCAPnL SFR 時(shí)，輸出為低，當(dāng) PCA CLSFR 的值等于或大于 CCAPnL 時(shí)，輸出為高。當(dāng) CL 的值由 FF 變?yōu)?00 溢出時(shí)， CCAPnH 的內(nèi)容裝載到 CCAPnL 中。這樣就可實(shí)現(xiàn)無(wú)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(lái)控制單片機(jī)輸出脈沖的占空比，通過(guò)改變輸出占空比控制變壓器初級(jí)繞組的通斷電狀態(tài)，即對(duì)其陽(yáng)極電壓的變壓器初級(jí)繞組通斷電的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)磁控管的開(kāi)關(guān)控制。以此控制變壓器的初級(jí)繞組微波爐磁控管的停和轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(duì)應(yīng)的電壓。 表 1 火力檔位設(shè)置表 18 檔 位 (檔 ) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 輸出電額 (V) 語(yǔ)音控制微波爐系統(tǒng) 19 四、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及操作說(shuō)明 本章主要 是介紹微波爐控制器設(shè)計(jì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及系統(tǒng)的操作說(shuō)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(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的程序見(jiàn)附錄。 根據(jù)實(shí)際的硬件電路，為了有效地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的基本功能，用軟件方法實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的定時(shí)功能、控制系統(tǒng)的語(yǔ)音播放、控制液晶顯示等等。軟件設(shè)計(jì)主程序流程圖、按鍵功能 掃描子程序圖、預(yù)約時(shí)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(yǔ)音播放子程序圖、定時(shí)服務(wù)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(fù)責(zé)與各子程序模塊的接口和檢查鍵盤功能號(hào)，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(shí)發(fā)現(xiàn)有鍵按下， CPU 必須不斷調(diào)用鍵盤處理程序，對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描以確定調(diào)用哪個(gè)功能子程序。通過(guò)調(diào)用按鍵程序掃描子程序，檢測(cè)哪些功能按鍵被按下就進(jìn)入哪種狀態(tài)模塊 ，以調(diào)用哪個(gè)功能子程序，進(jìn)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(yù)約時(shí)間子程序 進(jìn)入烹飪預(yù)約時(shí)間子程序，通過(guò)加、減按鍵和確定鍵來(lái)對(duì)時(shí)間進(jìn)行設(shè)置，首先是對(duì)時(shí)的設(shè)置，按確定鍵再對(duì)分進(jìn)行設(shè)置，接著對(duì)秒進(jìn)行設(shè)置，每次設(shè)置完就要按一次確定鍵，以完成對(duì)時(shí)間的設(shè)置。時(shí)間設(shè)置完畢返回等待系統(tǒng)開(kāi)始烹飪，流程圖如圖 14 所示。 20 火力模式子程序 進(jìn)入火力模式，通過(guò)加、減鍵，來(lái)設(shè)置烹飪時(shí)間，流程同預(yù)約時(shí)間的設(shè)置相同，時(shí)間設(shè)置完畢就直接開(kāi)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(shè)置火力，也要設(shè)置烹飪時(shí)間，流程是先通過(guò)加、減鍵設(shè)置火力檔，最高是 8 檔，最低是 1 檔，確定以后再通過(guò)加、減鍵開(kāi)始設(shè)置烹飪時(shí)間，火力和烹飪時(shí)間都設(shè)置完畢，直接開(kāi)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(yù)先已經(jīng)設(shè)置好烹飪時(shí)間和烹飪火力，只要按確定鍵就馬上進(jìn)入開(kāi)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(yù)約時(shí)間和烹飪時(shí)間，液晶顯示器采用的是并行通訊的工作方式。流程圖如圖 18 所示。 定時(shí)服務(wù)子程序 程序檢測(cè)系統(tǒng)是否開(kāi)始烹飪，當(dāng)系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入烹飪狀態(tài)，定時(shí)服務(wù)子程序開(kāi)始工作，首先通過(guò)按鍵掃描判斷預(yù)約時(shí)間標(biāo)志按鍵是否被按下，當(dāng)有按鍵按下進(jìn)入預(yù)約時(shí)間的定時(shí)服務(wù)，如果沒(méi)有按鍵按下，直接進(jìn)入烹飪時(shí)間的定時(shí)服務(wù)。流程圖如圖 19 所示。 語(yǔ)音播放子程序 進(jìn)入語(yǔ)音播放子程序，當(dāng)預(yù)約時(shí)間結(jié)束，響應(yīng)播放語(yǔ)音提示，當(dāng)烹飪時(shí)間結(jié)束，響應(yīng)播放語(yǔ)音提示。語(yǔ)音播放有 三 種情況，分別是 開(kāi)始烹飪、