【文章內容簡介】 動進行煮飯，煮飯結束后自動轉入保溫模式。此系統(tǒng)提高了電飯煲煮食自動化水平，提升了產品的人性化設計，使電飯煲具有“煮飯好吃、預約定時、多種功能”三大特點，滿足了人們不斷增長的物質文化需求。 畢業(yè)設計（論文） 3 第 2 章 智能電飯煲控制系統(tǒng)整體設計方案 智能電飯煲控制系 統(tǒng)簡介 該控制系統(tǒng)是以單片機為核心控制器件，結合按鍵、溫度傳感器等輸入電路，以及加熱、狀態(tài)指示等輸出電路，實現(xiàn)對電飯煲的智能控制。 該系統(tǒng)可使電飯煲工作在“保溫”、“煲湯”、“煮飯”三種工作模式，每種工作模式下，控制系統(tǒng)結合蓋頂溫度傳感器 ， 并將電飯煲限制在設定的最高溫度之內，煮飯結束后自動轉入保溫狀態(tài)。 控制系統(tǒng)結合單片機的定時功能，可對煮食時間進行預約設定，設定時間到后自動轉入預定的工作模式進行煮飯。 控制系統(tǒng)可結合 LED 實時指示電飯煲工作狀態(tài)，結合 LCD 液晶顯示器可顯示更多信息。包括定時時間、工作狀態(tài)、 故障報警等信息。 智能電飯煲控制系統(tǒng)控制面板設計如圖 21 所示，主要包括顯示屏、狀態(tài)指示、輸入按鍵等幾部分。該控制系統(tǒng)使電飯煲提高了自動化、智能化、人性化設計水平，具有操作方便，安全可靠的特點。 智能電飯煲控制系統(tǒng)電路組成 該控制系統(tǒng)主要由電源電路、單片機輸入電路、單片機輸出電路三類電路組成，如圖 21 所示。 電源電路將 220V 交流電轉為直流 5V，作為控制系統(tǒng)的電源。 單片機輸入電路有按鍵輸入電路、頂蓋溫度傳感器輸入電路、復位電路以及時鐘電路。 單片機輸出電路包括 LCD 顯示電路、 LED 工作狀態(tài)指示電 路以及用于電飯煲加熱的加熱電路。 A T 8 9 C 5 1單 片 機按 鍵 操 作 輸 入 電 路頂 蓋 溫 度 傳 感 器復 位 電 路時 鐘 電 路2 2 0 V A C D C 5 V 電 源L C D 顯 示 電 路L E D 工 作 狀 態(tài) 指 示 電 路加 熱 電 路 圖 21 智能電飯煲控制系統(tǒng)組成結構圖 基于單片機液晶顯示電飯煲控制系統(tǒng) 4 本章小結 本章從整體出發(fā)，首先確定電飯煲的模糊智能控制系統(tǒng)由單片機為核心控制器件，結合按鍵，溫度傳感控制器等硬件設計電飯煲實現(xiàn) “保溫”、“煲湯”、“煮飯”等功能。 畢業(yè)設計（論文） 5 第 3 章 智能電飯煲控制系統(tǒng)硬件設計 智能電飯煲控制系統(tǒng)硬件電路按照功能可劃分為七個組成部分，即控制系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)工作電路、控制系統(tǒng) 電源電路、按鍵輸入電路、溫度傳感器電路、 LED 狀態(tài)指示電路、 LCD 顯示電路以及電飯鍋加熱電路。 控制系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)工作電路 本設計選用 AT89C51 單片機作為核心控制芯片。 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器 (FPEROM)的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除 1000 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中 ， 因此 AT89C51 是一種高效微控制器。 AT89C51 單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。本設計選擇 AT89C51 單片機作為智能電飯煲控制系統(tǒng)核心控制芯片，兼顧了經濟性和實用性的需求。 AT89C51 單片機的引腳及其排列 AT89C51 具有 40 只引腳，其中 32 個是可編程輸入輸出口。 AT89C51 有三種封裝形式，即 PLCC、 TQFP 和 PDIP 三種。其中最為常見的封裝是 PDIP，其外形及引腳配置如圖 31 所示。 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口 ： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每 引 腳可吸收 8TTL 門電流。當 P0 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為 高阻 輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據存儲器，它可以被定義為數(shù)據 /地址的第八位。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH 進行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 P1 口 ： P1 口是一個內部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P1 口管 腳寫入 1 后，被內部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口 ： P2 口為一個內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收， 基于單片機液晶顯示電飯煲控制系統(tǒng) 6 圖 31 AT89C51PDIP 封裝外形及其引腳 輸出 4 個 TTL 門電流，當 P2 口被寫 “1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。當 P2 口用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據存儲器進行存取時， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據存儲器進行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3 口 ： P3 口管腳是 8 個 有 內部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。 當 P3 口寫入 “1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流 (ILL)這是由于上拉的緣故。 P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST：復位輸入。 當輸入的復位信號延續(xù)兩個機 器周期以上的高電平時即為有效，用以完成單片機的復位初始化操作。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。 然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。如想禁止ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉 高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指 令 期間，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 畢業(yè)設計（論文） 7 /EA/VPP：當 /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器 有效 ，不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式 1 時， /EA 將內部鎖定為 RESET；當 /EA 端保持高電平時，此間內部程序存儲器 有效 。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源 (VPP)。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及 內部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 振蕩器特性 : XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內振蕩器。 石晶 振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件， XTAL2 應不接。有余輸入 到 內部 時鐘信號 要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 AT89C51 單片機時鐘電路 XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內振蕩器。 石晶 振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件， XTAL2 應不接。有余輸入 接 至內部 時鐘信號 要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 電路結構如圖 32 所示。 圖 32 AT89C51 時鐘電路 AT89C51 單片機復位電路 AT89C51 單片機的復位引腳為施密特出發(fā)輸入。當振蕩器起振以后，在 RST 引腳上輸入連續(xù)兩個機器周期的高電平，器件便進入復位狀態(tài)。根據 AT89C51 的復位特性 ，設計復位電路如圖 33 所示。 XTAL2 XTAL1 AT89C51 C1 C2 CYS XTAL2 XTAL1 AT89C51 +5V VSS TTL 外部時鐘源 基于單片機液晶顯示電飯煲控制系統(tǒng) 8 圖 33 AT89C51 單片機復位電路 電路中將 C R1 串聯(lián)后接入 RST 引腳，在上電之初，電容通過電阻充電，在復位引腳上出現(xiàn)充電的正脈沖，只要正脈沖寬度足夠寬，就可以使單片機復位。本設計中單片機選用 24M 晶振，故復位電路中選用 10uf 電容和 10K 電阻可以滿足 AT89C51 的復位要求。 控制系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)電路設計 根據以上分析，本設計中單片機最小系統(tǒng)如圖 34 所示。 復位電路采用較為常用且結構簡單的阻容復位電路，可為 AT89C51 單片機提供大于 10ms 的高電平復位脈沖。時鐘電路采用外接晶振方式，由一只 24M 晶振和 2 只 30pf電容組成的振蕩電路。 由于 P0 口的特殊結構，本電路中 P0 口中部分接口線是用于數(shù)據輸出，故本設計中采用 10K 電阻作為上拉電阻。 畢業(yè)設計（論文） 9 圖 34 智能電飯煲控制系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)電路 控制系統(tǒng)電源電路 智能電飯煲控制系統(tǒng)需要 5V 直流供電電源。本設計中， 5V電源由 220V 交流電源變壓、整流、穩(wěn)壓后得到。其中，核心期間為三端穩(wěn)壓器件 7805。 穩(wěn)壓器件 7805 簡介 7805 是常用的三端穩(wěn)壓器件，顧名思義 05 就是輸出電壓為 5V， 7805 輸出波紋很小 ，其輸出電源品質能滿足大多數(shù)器件需求。 穩(wěn)壓器的工作指標是指穩(wěn)壓器能夠正常工作的工作區(qū)域，以及保證正常工作所必須的工作條件，這些工作參數(shù)取決于構成穩(wěn)壓器的組件性能。 (1)、輸出電壓范圍 符合穩(wěn)壓器工作條件情況下，穩(wěn)壓器能夠正常工作的輸出電壓范圍，該指標的上限是由最大輸入電壓和最小輸入 輸出電壓差所規(guī)定，而其下限由穩(wěn)壓器內部的基準電壓值決定。 (2)、最大輸入 輸出電壓差 該指標表征在保證穩(wěn)壓器正常工作條件下穩(wěn)壓器所允許的最大輸入－輸出之間的電壓差值，其差值主要取決于于穩(wěn)壓 器內部調整晶體管的耐壓指標。 (3)、最小輸入 輸出電壓差 該指標表征在保證穩(wěn)壓器正常工作條件下，穩(wěn)壓器所需的最小輸入－輸出之間的電壓差值。 (4)、輸出負載電流范圍 輸出負載電流范圍又稱為輸出電流范圍，在這一電流范圍內，穩(wěn)壓器應能保證符合指標規(guī)范征所給出的指標。 基于單片機液晶顯示電飯煲控制系統(tǒng) 10 三端固定集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓是固定的，常用的是 CW7800/CW7900 系列。W7800 系列輸出正電壓，其輸出電壓有 1 1 1 20 和 24V共 11 個檔次。該系列的輸出電流分 5 檔， 7800 系列是 ， 78M00 是 ， 78 L00和是 A， 78T00 是 3A， 78H00 是 5A。 W7900 系列與 W7800 系列所不同的是輸出電壓為負值。 三端穩(wěn)壓器的工作原理與前述串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電源的工作原理基本相同，只有三個引出端子： 輸入、輸出和公共端。輸入端接整流濾波電路，輸出端接負載；公共端接輸入、輸出的公共連接點。為使它工作穩(wěn)定，在輸入和輸出端與公共端之間并接一個電容。使用三端穩(wěn)壓器時注意一定要加散熱器，否則是不能工作到額定電流。 7805 的典型應用電路如圖 35 所示。在其輸入端口和輸出端口分別有 、 的無極性電容，以優(yōu)化輸出電源品質。 圖 35 7805 典型應用電路 電源電路設計 本設計中，控制系統(tǒng)電源電路設計如圖 36 所示。 220V 交流電源由 J1 接入電路，后經變壓器 T1 將 220V 降壓為 交流電壓，該低交流電壓經 N1 進行全波整流，變?yōu)槊}動直流，最后，該脈動直流經過低壓差穩(wěn)壓芯片 78L05 穩(wěn)定為紋波系數(shù)較小的 5V 直流電源。 圖 36 控制系統(tǒng)電源電路 按鍵輸入電路 按鍵分類 按鍵按照結構原理可分為兩類，一類是觸點式開關按鍵，如機械式開關、導電橡膠式開關等；另一類是無觸點式開關按鍵，如電氣式按鍵，磁感應按鍵等。前者造價低，后者壽命長。目前，微機系統(tǒng)中最常見的是觸點式開關按鍵。 本設計中采用觸點式開關按鍵，其電路原理圖常見符號如圖 37 所示。 畢業(yè)設計（論文） 11 圖 37 觸點式開關按鍵 按鍵結構與特點 鍵盤通常使用