【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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。 20 世紀(jì) 80 年代中期以后， Intel 公司以專(zhuān)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(chǎng)家，如 ATMEL、 PHILIPS、 ANALOG、 DEVICES、 DALLAS等。這些廠(chǎng)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(chēng)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(chēng)呼為 MCS51 系列單片機(jī)，因?yàn)?MCS 只是 Intel 公司專(zhuān)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(lèi)：基本型、增強(qiáng)型、低功耗型、專(zhuān)用型、超 8 位型、片內(nèi)閃爍存儲(chǔ)器型。 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(mǎn)足 生產(chǎn)、生活需要 而且還有很多功能可供開(kāi)發(fā)，有著廣泛的應(yīng)用 前景 。 課題研究來(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)、洗衣機(jī)定時(shí)警報(bào)等。早期常用的一些時(shí)間控制單元都使用模擬電路硬件設(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，精確度低，不能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)點(diǎn)控制?，F(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)，如數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)，自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)系統(tǒng)等，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。單片機(jī)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)備都南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 有自己的控制器，種類(lèi)繁多，這樣使用起來(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，既減少了繁多的多控制器，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)，提高了生產(chǎn)率，擴(kuò)大了數(shù)字化的范圍，為家庭數(shù)字化提供了可能。 本文主要研究工作 本課題主要是對(duì)家用微波爐控制系統(tǒng)的研究，確定系統(tǒng)的整體方案，編寫(xiě)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)微波爐控制的基本功能。 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大火、中火、小火，模擬仿真中用不同顏色 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)束加熱、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 000000。具有 8 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 23 小時(shí) 59 分 59 秒。設(shè)定時(shí)間初值后，按檔位選擇鍵，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)間小于 20s（可以通過(guò)軟件修改任意響鈴提示時(shí)間）則斷開(kāi)微波加熱器，并給出聲音提示，即揚(yáng)聲器輸出提示音。 設(shè)計(jì)中具體的問(wèn)題有： （ 1） 如何進(jìn)行時(shí)間設(shè)置（時(shí)、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)微波爐工作或者停止 本文結(jié)構(gòu) 本文以微波爐的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為研究對(duì)象 ， 以單片機(jī)的應(yīng)用為背景，對(duì)微波爐系統(tǒng)基本功能進(jìn)行設(shè)計(jì)與研究。全文主要分七章，各章的主要內(nèi)容如下： 第一章 主要介紹了單 片機(jī)的特點(diǎn)、概念、發(fā)展背景以及微波爐的發(fā)展背景； 第二章 主要研究了微波爐控制系統(tǒng)的總體概述、工作原理、電路設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)總體要求； 第三章 主要根據(jù)微波爐的工作原理確定控制系統(tǒng)的各個(gè)控制模塊，以及對(duì)各個(gè)南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 控制模塊設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較，然后作出最優(yōu)選擇； 第四章 根據(jù)前一章的分析比較論證進(jìn)行系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)； 第五章 主要進(jìn)行系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，根據(jù)流程圖設(shè)計(jì)相應(yīng)的合理的程序，并進(jìn)行調(diào)試； 第六章 依據(jù)設(shè)計(jì)好的硬件電路和軟件程序，用 Proteus軟件進(jìn)行仿真驗(yàn)證； 第七章 總結(jié)了全文的研究工作，給出了存在 的問(wèn)題和進(jìn)一步的研究方向。 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 第二章 控制系統(tǒng)總述 工作原理 系統(tǒng)框圖 一般的家用微波爐操作流程都包括定時(shí)、檔位選擇、啟動(dòng)等。所以微波爐工作大致可以四個(gè)步驟：系統(tǒng)待機(jī) —— 用戶(hù)時(shí)間、檔位、火力設(shè)置 —— 系統(tǒng)工作 —— 完成、提示。具體系統(tǒng)框圖如圖 。 圖 系統(tǒng)框圖 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)， 8 位數(shù)碼管顯示零時(shí)、零分、零秒，即 000000?；鹆敵鰴n位通過(guò)三個(gè)不同顏色的發(fā)光二極管顯示 (分別表示 大火、小火、中火 )。鍵盤(pán)分按鍵K0,K1,K2,K3,K4,K5,K6,RESET 八個(gè)按鍵（ RESET 復(fù)位鍵采用獨(dú)立式鍵盤(pán)）。 K0 鍵為微波爐的啟動(dòng)與關(guān)閉。 K K K3 鍵為檔位選擇鍵，分別代表大火、中火、小火，選擇后相應(yīng)的發(fā)光二極管會(huì)發(fā)亮。 K4 鍵為時(shí)、分、秒設(shè)定選擇鍵。 K K6 鍵分別為時(shí)間的加減設(shè)定。 RESET 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。選擇合適的檔位，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)到軟件程序設(shè)定的固定時(shí)間（ 20s）會(huì)進(jìn)行倒計(jì)時(shí)提醒，此時(shí)會(huì)發(fā)出提示聲音。各功能實(shí)現(xiàn)如 圖 。 系統(tǒng)待機(jī) 用戶(hù)設(shè)定 開(kāi)始加熱 完成、提示 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 圖 系統(tǒng)功能圖 控制電路設(shè)計(jì) 微波爐控制系統(tǒng)以 AT89C51 單片機(jī)為核心，通過(guò)外接設(shè)備進(jìn)行微波 爐的顯示、火力輸出、定時(shí)設(shè)計(jì)，來(lái)完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。具體框圖如 圖 。 圖 系統(tǒng)的總體框圖 工作狀 態(tài) 檔位設(shè)置 用戶(hù)設(shè)置 系統(tǒng)待機(jī) 系統(tǒng)上電 時(shí)間設(shè)定 系統(tǒng)復(fù)位 按 K0 啟動(dòng) 初始時(shí)間為 000000 K K K3 分 別 代 表大、中、小 Reset 復(fù)位 K K5（ +）、K6（ ） 內(nèi)部定時(shí)器 矩陣鍵盤(pán)電路 音響發(fā)生電路 電源電路 8 位數(shù)碼管顯示電路 火力輸出電路 門(mén)電路設(shè)計(jì) 檔位顯示電路 單 片 機(jī) 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 控制電路設(shè)計(jì)部分以 AT89C51 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(mén)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 ,在本設(shè)計(jì)中，我們對(duì)火力輸出電路原理只作解釋?zhuān)蛔饔布娐返脑O(shè)計(jì)。 軟件設(shè)計(jì) 隨著科技的飛速發(fā)展， C 語(yǔ)言的地位顯得日益重要。 C 語(yǔ)言是一種結(jié)構(gòu)化的語(yǔ)言，它層次清晰便于按模塊化方式組織程序。它可以用于系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)，同樣也適用于應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)。 C 語(yǔ)言具有效率高，可移植性強(qiáng)等特點(diǎn)。如果以前采用的是匯編語(yǔ)言寫(xiě)的程序，在日后升級(jí)和維護(hù)相當(dāng)困難，別人寫(xiě)的程序不易被讀懂，但用 C 語(yǔ)言寫(xiě)程序時(shí)，相當(dāng)便利。所以本次程序設(shè)計(jì)采用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)，既能保證設(shè)計(jì)的精度，又能使程序通俗易懂。本次設(shè)計(jì) 采用 Keil 4 作為編寫(xiě)軟件，并通過(guò) Keil 4進(jìn)行編譯調(diào)試。軟件界面如圖 。 圖 軟件界面 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 Keil C51是美國(guó) Keil Software公司出品的 51系列兼容單片機(jī) C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。 Keil提供了包括 C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（ uVision）將這些部分組合在一起。運(yùn)行 Keil軟件需要 WIN9 NT、 WIN20 WINXP等操作系統(tǒng)。如果你使用 C語(yǔ)言編程，那么 Keil幾乎就是你的最佳選擇，即使不使用 C語(yǔ)言而僅用匯編語(yǔ)言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會(huì)令你事半功倍。 Keil C51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全 Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到 Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。 Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼 很緊湊，容易理解。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。與匯編相比， C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。用過(guò)匯編語(yǔ)言后再使用 C來(lái)開(kāi)發(fā)，體會(huì)更加深刻。 Keil C51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全 Windows界面。 2020年 2月發(fā)布 Keil μ Vision4， Keil μ Vision4引入靈活的窗口管理系統(tǒng)，使開(kāi)發(fā)人員能夠使用多臺(tái)監(jiān)視器，并提供了視覺(jué)上的表面對(duì)窗口位置的完全控制的任何地方。新的用戶(hù)界面可以更好地利用屏幕空間和更有效地組織多個(gè)窗口， 提供一個(gè)整潔，高效的環(huán)境來(lái)開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序。新版本支持更多最新的 ARM芯片，還添加了一些其他新功能。 2020年 3月 ARM公司發(fā)布最新集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 RealView MDK開(kāi)發(fā)工具中集成了最新版本的 Keil uVision4，其編譯器、調(diào)試工具實(shí)現(xiàn)與 ARM器件的最完美匹配。 基于 Keil的完美性能，我們將采用 Keil 4 作為本設(shè)計(jì)軟件程序的編寫(xiě)、編譯、調(diào)試工具，因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)將使用 C語(yǔ)言編寫(xiě)程序， C語(yǔ)言編寫(xiě)程序通俗易懂、便于后期修改完善、靈活性高，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)精度要求所以使用 Keil作為編寫(xiě)、編譯、調(diào)試的工具，是不二之 選。 本章小結(jié) 通過(guò)對(duì)微波爐控制系統(tǒng)的整體概述，我們已經(jīng)基本熟悉了微波爐的工作原理、硬件電路設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等各個(gè)方面。硬件電路大體包括定時(shí)電路、門(mén)電路、鍵盤(pán)電路、顯示電路、響鈴電路、火力輸出電路幾個(gè)主要模塊。軟件設(shè)計(jì)也將從這幾個(gè)模塊入手。因此，我們對(duì)微波爐控制系統(tǒng)有了初步的了解，并且確定了微波爐控制系統(tǒng)的大致研究方向，了解了微波爐控制的各個(gè)模塊的功能，為進(jìn)一步研究、細(xì)化南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 各模塊功能奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 第三章 各模塊設(shè)計(jì)方案 微波爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是以 AT89C51 單片 機(jī)為核心的。系統(tǒng)具體包含顯示電路，鍵盤(pán)電路，計(jì)時(shí)控制電路，火力輸出電路，響鈴提示電路等多個(gè)部分，根據(jù)我們所了解的，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，不同的設(shè)計(jì)要求所采取的方案也各不相同，有的需要考慮高精度，有的需要保證低功耗等等，所以通過(guò)思考分析，最終做出最合理的選擇，使之更加科學(xué)和合理，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。下面對(duì)各模塊設(shè)計(jì)方案做分析和選擇。 檔位輸出方案 方案一：我們可以通過(guò)擴(kuò)展芯片對(duì)單片機(jī)的 I/O 口進(jìn)行擴(kuò)展，將單片機(jī)的一個(gè)I/O 端口擴(kuò)展成三個(gè)輸出端口以便節(jié)省單片機(jī)的 I/O 口資源。方案一如圖 。 方案二：直接利用單片機(jī)的三個(gè) I/O 口進(jìn)行檔位控制。方案二如圖 。 I/O I/O I/O 圖 方案一 圖 方案二 結(jié)論：鑒于單片機(jī)含有豐富的 I/O 口資源，所以我們采用方案二，無(wú)須擴(kuò)展。 計(jì)時(shí)控制方案 方案一：使用專(zhuān)門(mén)的時(shí)鐘芯片控制，我們可以采用專(zhuān)門(mén)的時(shí)鐘控制芯片能夠保證高精度、操作簡(jiǎn)單等， 能夠?qū)崿F(xiàn)單片機(jī)的準(zhǔn)點(diǎn)定時(shí)控制。 方案二： AT89C51 單片機(jī)內(nèi)部就含有定時(shí)器，我們可以使用一個(gè)定時(shí)器和計(jì)數(shù)器結(jié)合，加上 12M晶振的驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)定時(shí)、