【文章內(nèi)容簡介】 功能 時序 時間 烹 調(diào) 烘 烤 解 凍 1 50%時間 高火 75%時間 高火 25%時間 小火 2 25%時間 中火 25%時間 中火 50%時間 中火 3 25%時間 小火 25%時間 小火 注：高中低三個火力大小用三個發(fā)光二極管模擬。 電路設(shè)計 本 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)總體框圖如下圖 23 所示 。 圖 22 系統(tǒng)功能圖 工作狀態(tài) 檔位選擇 用戶狀態(tài)設(shè)置 調(diào)整時間 系統(tǒng)復(fù)位 系統(tǒng)待機(jī)狀態(tài) 接通電源 按 K0 鍵 或打開微波爐爐門 計時時間為 時 響音提示 按 K0 鍵 按 任意 鍵或打 開微波爐爐門 按 K1 鍵 按 K2 鍵 按 K3 鍵 按 K4 鍵 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 4 各模塊之間的關(guān)系為： 電路 接通電源 后 ， 微波 系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)，按下門電路爐門開啟的開關(guān)， 電路接通電源，微波爐處于工作的狀態(tài)， 此時用戶可以根據(jù)自己的需要 通過鍵盤電路和檔位選擇電路兩個模塊 給微波系統(tǒng)設(shè)定定時的時間和檔 位的選擇，微波 將會按照用戶設(shè)定的要求 進(jìn)入 相應(yīng)的 工作狀態(tài)， 此時 數(shù)碼管顯示電路 開始倒計時，當(dāng)?shù)褂嫊r時間為零分零秒時，音響電路發(fā)出相應(yīng)的提示聲音， 火力輸出將關(guān)閉，表示 此次任務(wù)完成，微波爐再次進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。 單片機(jī) 內(nèi)部定時器 鍵盤電路 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 23 系統(tǒng)的總體框圖 門電路設(shè)計 檔位顯示電路 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 5 第 3 章 各模塊 方案比較與論證 系統(tǒng)設(shè)計包含顯示電路，鍵盤電路，計時控制電路，檔位輸出電路，音響發(fā)生電路等多個部分，每個部分都可以采用不同的方案來實(shí)現(xiàn)，但不同的方案有實(shí)現(xiàn)的難易 程度 不同，所以 要 通過思考分析，最終做出最好的選擇，使之更加科學(xué)和合理。下面對各部分設(shè)計方案做分 析和選擇。 檔位顯示部分方案 方案一：通過單片機(jī)的一個 I/O 端口經(jīng) 過 A/D 轉(zhuǎn)換器 轉(zhuǎn)換 ，轉(zhuǎn)換成三個輸出端口進(jìn)行檔位控制。如圖 31 所示， 這 樣 可以節(jié)省單片機(jī) 的 接口資源。 方案二：直接利用單片機(jī)的三個 I/O 端口進(jìn)行檔位控制。如圖 32 所示， 這種方案電路簡單。 圖 31 方案一結(jié)構(gòu)圖 圖 32 方案二結(jié)構(gòu)圖 由于在本設(shè)計系統(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)定性和電路的簡單化，采用方案二進(jìn)行檔位顯示。 計時控制部分方案 方案 一 ：使用專 用時鐘芯片。 使用微控制器控制專用時鐘芯片實(shí)現(xiàn)計時控制，這種方案有著計時精度高、控制簡單的優(yōu)點(diǎn)，而且更易于實(shí)現(xiàn)日期 /時間顯示、定時烹調(diào)等計時擴(kuò)展功能。 方案 二 ：采用 單片機(jī) 內(nèi)部定時器。 51單片機(jī) 內(nèi)部含有 3個定時器 ， 可以利用一個定時器與程序計數(shù)器相結(jié)合的方式，在系統(tǒng)晶振的驅(qū)動下，產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)時鐘頻率。 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比，而且 通過精確的軟件補(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。 鍵盤和顯示部分方案 鍵盤 方案一： 采用陣列式鍵盤。 此類鍵盤是采用行列掃描方式，優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)按鍵較多時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)雜且會加大編程難度。 方案二： 采用獨(dú)立式按鍵電路。 每個鍵單獨(dú)占有一根 I/O 接口線，每個 I/O 口的工作狀態(tài)互不影響，此類鍵盤采用端口直接掃描方式。缺點(diǎn)是當(dāng)按鍵較多時占用單片機(jī)的 I/O 數(shù)目較多，優(yōu)點(diǎn)是電路設(shè)計簡單，且編程極其容易。 由于該系統(tǒng)采用了常規(guī)鐘表式的校對方式，用鍵較少，系統(tǒng)資源足夠用，故采用了方案二。 顯示 方案一： 采用數(shù)碼管顯示。 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 6 數(shù)碼管通過設(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。 用 液晶 顯示器 來實(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指示信息以及文字指示信息， 如 AM/PM，鬧鐘符號等，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，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，疊加成為雙音頻信號，驅(qū)動后送揚(yáng)聲器。但是由于 MCU 產(chǎn)生的方波信號含有高頻 分量，經(jīng)測試，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 電路簡單 且音質(zhì)較好，故采用方案二。 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 7 第 4 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 本 次設(shè)計 系統(tǒng)的硬件組成可分為：電源部分、按鍵部分、 LED 數(shù)碼顯示部分、數(shù)碼采集部分、控制端口部分、并且在顯示方面增加了五個數(shù)碼管，用以顯示當(dāng)前的微波爐所進(jìn)行的流程。 門電路 設(shè)計 如果在 微波爐工作 的 過程中 爐門突然被打開，微波爐將停止當(dāng)前的工作并通過單片機(jī)發(fā)出相應(yīng)的提示聲音，這樣可以避免由于非法操作帶來的不必要的后果，而用戶也可以放心使用。 電路圖如下圖 41 所示。 圖 41 門電路 時鐘電路設(shè)計 計時控制模塊是微波爐工作過程共核心的部分，它用來實(shí)現(xiàn)微波爐加熱狀態(tài)的倒計時 時間計算，也用來調(diào)整用戶設(shè)定的時間和日期的顯示， 并且 用戶調(diào)整的時間和日期 會自動與計算機(jī)進(jìn)行時間同步。 定時烹調(diào)根據(jù)用戶設(shè)定的時間并在用戶設(shè)定的時間下完成任務(wù)。 為了實(shí)現(xiàn)上述功能，在設(shè)計中采用 AT89S52 的內(nèi)部定時器 2與軟件計數(shù)器相結(jié)合的方式獲得 1Hz的時鐘 。在此設(shè)計中采用一個晶振產(chǎn)生一個振蕩周期，產(chǎn)生一個 計時 脈沖 ，滿足電路倒計時的需求。 如下圖 42所示。 圖 42 時鐘電路 定時器 2自動裝入模式以保證精度。這時定時器周期 T可由下式表示： T = (28?K) 12/ CLK ? （ 1） 其中 K為定時器初值、 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， 這時要獲取 1Hz 的時鐘， 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 8 計數(shù)器的預(yù)置數(shù) N應(yīng)對 T/1取整，即： N=[22118400/12 （ 25627） ]=8049 ? （ 2） 則系統(tǒng)獲取的時鐘頻率即為： f = 12/22118400 （ 2827） 8049 ≈ 完全可以滿足系統(tǒng)的計時要求。 鍵盤模塊電路設(shè)計 當(dāng) 鍵盤中按鍵數(shù)量較多 的時候 ，為了減少 單片機(jī) I/O 口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式，如圖 43 所示 。 通過單片機(jī)內(nèi)部判斷這 4 個 I/O 接口來確定按鍵是否被按下。 四 個按鍵通過一個與門接到 接口，這樣可以通過 口來判斷有沒有按鍵被按下 ，若與門輸出為 1 則四個按鍵被按下，相反 若與門輸出為0 則按鍵未被按下 ，其中電阻在電路中起著降流限壓的作用，防止開關(guān)開啟的瞬間由于電壓太大而燒毀單片機(jī) ，其中 K0 鍵控制微波爐爐門的開啟與關(guān)閉， K1鍵實(shí)現(xiàn)檔位選擇， K K3 鍵實(shí)現(xiàn)時間的調(diào)節(jié) ,K4 建則為復(fù)位鍵，供微波爐恢復(fù)原始設(shè)定的狀態(tài)時使用。 而單片機(jī) 接口為中斷 1 接口，也可用此端口進(jìn)行中斷操作。 圖 43 鍵盤電路 檔位顯示電路設(shè)計 檔位 顯示模塊由三個發(fā)光二極管 顯示實(shí)現(xiàn) ，分別代表 “ 烹調(diào) ” 、 “ 烘烤 ” 、―解凍 ‖三個檔位 ，直接將發(fā)光二極管接至單片機(jī) I/O 接口 ， 當(dāng)單片機(jī) 接口端 發(fā)送的是低電平 時，由于發(fā)光二極管正極接的是高電平，這樣二極管陽極電壓高于陰極電壓，此時發(fā)光二極管導(dǎo)通 ， 產(chǎn)生一個電壓降，二極管得電導(dǎo)通發(fā)光，電阻串聯(lián)在電路中起降流限壓的作用，防止二極管導(dǎo)通瞬間由于電壓降太大而燒毀二極管。 此時用戶根據(jù)二極管的發(fā)光可以確定此時微波的工作狀態(tài)。 如下圖 44。 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 9 顯示電路設(shè)計 靜態(tài)驅(qū)動方式的主要特點(diǎn)是每個數(shù)碼管都有相互獨(dú)立的數(shù)據(jù)線，并且所有的數(shù)碼管被同時點(diǎn)亮；而動態(tài)驅(qū)動方式則是所有數(shù)碼管共用一組數(shù)據(jù)線，數(shù)碼管依次被點(diǎn)亮，因此，動態(tài)驅(qū)動顯示方式每個數(shù)碼管都要有一個點(diǎn)亮控制輸入端口。為 節(jié)省 I/O 端口，此設(shè)計采用動態(tài)顯示方式，所有數(shù)碼管動態(tài)顯示控制時序 由于數(shù)碼管是供陰極的數(shù)碼管，所以需要 P2 口需要輸出高電平，但是直接由單片機(jī)輸出高電平給數(shù)碼管道輸出電流很小不能使數(shù)碼管正常工作并且在編程中單片機(jī)輸出低電平比較方便，所以在單片機(jī) P2 口與數(shù)碼管之間加上一個非門，數(shù)碼管可以通過非門提供的電壓正常工作。 動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的 8 個顯示筆劃 a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極 COM 增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的 I/O 線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時，所有 數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機(jī)對位選通 COM 端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的 COM 端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為 1～ 2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感 。 用單片機(jī)的 P0 口和 P2 口連接 4 位數(shù)碼 管的段端口和位端口。如下圖 45。 圖 44 檔位顯示模塊 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 10 音響發(fā)生電路設(shè)計 555 是一個 8 腳集成芯片，主要由分壓器、 2 個高精度電壓比較器、 1 個基本 RS 觸發(fā)器、 1 個放電管和輸出驅(qū)動反相器組成 。 本系 統(tǒng)揚(yáng) 聲器能 夠給 出聲音提示 , 輸 出 2— 3 秒的雙音 頻 提 示音。 本次設(shè)計電路采用兩片 555 振 蕩 器 實(shí)現(xiàn) 雙音 頻輸 出，其輸入由單片 P1 口 ， 接口控制， 給一個高電平電壓使 555內(nèi)部工作，輸出端接揚(yáng)聲器，從而實(shí)現(xiàn)音頻輸出。 電 路如 圖 46 所示。 圖 45 LED顯示電路 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 11 圖 46 音響發(fā)生電路圖 該電路的元件選取及參數(shù)選擇如下： （ 1） 由于使雙音頻控制，一個高音一個低音，一個頻率約為另一個的 50%，所以選取統(tǒng)一電容值即可，我們選用 C1=,產(chǎn)生不同的頻率依據(jù)選配不同的電阻來實(shí)現(xiàn)，其中高音頻時，選取 R1=2K,R2= 則 fh=1/(R1+2R2)C1Ln2 KHZ = 925HZ 低音頻時，選取 R1 = ,R2 = 10K,故 fl=1/(R1+2R2)C1Ln2KHZ = 622HZ 占空比 D: D = (R1+R2)/(R1+2R2) ，應(yīng)當(dāng)接近 50% 雖然可以用帶有二極管的電路使 D 可以 很接近 50%，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且二極管的動態(tài)電阻影響頻率計算，調(diào)節(jié)起來很麻煩，為此，選用 R1 較小，而 R2較大的參數(shù)。 對 FH D =(2+)/(2+)=% 對 fL D =(+10)/(+2x10)=% D 也較接近 50%，音質(zhì)較好。 （ 2） C2 的選?。褐灰?C2 對 NE555 輸出中的基頻有足夠小的阻抗即可，選取 C2=47uf,喇叭的阻抗為 8， 對低音 FL ZCL =1/ 2πfLC2=1/2π622x47= 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 12 對高音 FH ZCH=1/2π fhC2= ,由于喇叭是感性負(fù)載，而 ZCL ,ZCH 與感抗部分抵消，對電流起限制作用的主要阻抗是喇叭的電阻和兩個 5Ω 電阻，喇