【文章內容簡介】 功能 時序 時間 烹 調 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。 電路設計 本 系統(tǒng)以 AT89S52 單片機為核心，連接各外部電路完成人機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)設置 調整時間 系統(tǒng)復位 系統(tǒng)待機狀態(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)技術學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設計論文 4 各模塊之間的關系為： 電路 接通電源 后 ， 微波 系統(tǒng)處于待機狀態(tài)，按下門電路爐門開啟的開關， 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)設定定時的時間和檔 位的選擇，微波 將會按照用戶設定的要求 進入 相應的 工作狀態(tài)， 此時 數碼管顯示電路 開始倒計時，當倒計時時間為零分零秒時，音響電路發(fā)出相應的提示聲音， 火力輸出將關閉，表示 此次任務完成，微波爐再次進入待機狀態(tài)。 單片機 內部定時器 鍵盤電路 音響發(fā)生電路 電源電路 數碼管顯示電路 火力輸出電路 圖 23 系統(tǒng)的總體框圖 門電路設計 檔位顯示電路 常州信息職業(yè)技術學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設計論文 5 第 3 章 各模塊 方案比較與論證 系統(tǒng)設計包含顯示電路，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現，但不同的方案有實現的難易 程度 不同，所以 要 通過思考分析，最終做出最好的選擇，使之更加科學和合理。下面對各部分設計方案做分 析和選擇。 檔位顯示部分方案 方案一：通過單片機的一個 I/O 端口經 過 A/D 轉換器 轉換 ，轉換成三個輸出端口進行檔位控制。如圖 31 所示， 這 樣 可以節(jié)省單片機 的 接口資源。 方案二：直接利用單片機的三個 I/O 端口進行檔位控制。如圖 32 所示， 這種方案電路簡單。 圖 31 方案一結構圖 圖 32 方案二結構圖 由于在本設計系統(tǒng)中單片機有充足的 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現計時控制，這種方案有著計時精度高、控制簡單的優(yōu)點，而且更易于實現日期 /時間顯示、定時烹調等計時擴展功能。 方案 二 ：采用 單片機 內部定時器。 51單片機 內部含有 3個定時器 ， 可以利用一個定時器與程序計數器相結合的方式，在系統(tǒng)晶振的驅動下，產生標準時鐘頻率。 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)點是當按鍵較多時可以降低占用單片機的 I/O口數目，缺點是電路復雜且會加大編程難度。 方案二： 采用獨立式按鍵電路。 每個鍵單獨占有一根 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。缺點是當按鍵較多時占用單片機的 I/O 數目較多，優(yōu)點是電路設計簡單，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： 采用數碼管顯示。 常州信息職業(yè)技術學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設計論文 6 數碼管通過設置可以完成制作任務，經濟耐用，但其顯示不夠直觀、 提供信息量少、不易理解等缺點。 方案二： 采用液晶顯示。 用 液晶 顯示器 來實現顯示功能，不僅可以實現基本的顯示信息，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，不產生電磁輻射污染等優(yōu)點。 由于此系統(tǒng)只用到 4 位數字顯示，考慮實用問題，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，驅動后送揚聲器。但是由于 MCU 產生的方波信號含有高頻 分量，經測試，音效并不能令人滿意 方案二： 采用 555 振蕩器實現雙音頻輸 。 采用兩片 555振蕩器分別發(fā)生不同頻率的音頻，由 單片機 控制輸出，在電阻上疊加后經功率放大電路推動揚聲器發(fā)聲。 由于 555振蕩器的 音響發(fā)生模塊的 電路簡單 且音質較好，故采用方案二。 常州信息職業(yè)技術學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設計論文 7 第 4 章 系統(tǒng)硬件設計 本 次設計 系統(tǒng)的硬件組成可分為：電源部分、按鍵部分、 LED 數碼顯示部分、數碼采集部分、控制端口部分、并且在顯示方面增加了五個數碼管，用以顯示當前的微波爐所進行的流程。 門電路 設計 如果在 微波爐工作 的 過程中 爐門突然被打開，微波爐將停止當前的工作并通過單片機發(fā)出相應的提示聲音，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，它用來實現微波爐加熱狀態(tài)的倒計時 時間計算，也用來調整用戶設定的時間和日期的顯示， 并且 用戶調整的時間和日期 會自動與計算機進行時間同步。 定時烹調根據用戶設定的時間并在用戶設定的時間下完成任務。 為了實現上述功能，在設計中采用 AT89S52 的內部定時器 2與軟件計數器相結合的方式獲得 1Hz的時鐘 。在此設計中采用一個晶振產生一個振蕩周期，產生一個 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)技術學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設計論文 8 計數器的預置數 N應對 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。 鍵盤模塊電路設計 當 鍵盤中按鍵數量較多 的時候 ，為了減少 單片機 I/O 口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式，如圖 43 所示 。 通過單片機內部判斷這 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，防止開關開啟的瞬間由于電壓太大而燒毀單片機 ，其中 K0 鍵控制微波爐爐門的開啟與關閉， K1鍵實現檔位選擇， K K3 鍵實現時間的調節(jié) ,K4 建則為復位鍵，供微波爐恢復原始設定的狀態(tài)時使用。 而單片機 接口為中斷 1 接口，也可用此端口進行中斷操作。 圖 43 鍵盤電路 檔位顯示電路設計 檔位 顯示模塊由三個發(fā)光二極管 顯示實現 ，分別代表 “ 烹調 ” 、 “ 烘烤 ” 、―解凍 ‖三個檔位 ，直接將發(fā)光二極管接至單片機 I/O 接口 ， 當單片機 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)光二極管導通 ， 產生一個電壓降，二極管得電導通發(fā)光，電阻串聯在電路中起降流限壓的作用，防止二極管導通瞬間由于電壓降太大而燒毀二極管。 此時用戶根據二極管的發(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)技術學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設計論文 9 顯示電路設計 靜態(tài)驅動方式的主要特點是每個數碼管都有相互獨立的數據線，并且所有的數碼管被同時點亮；而動態(tài)驅動方式則是所有數碼管共用一組數據線，數碼管依次被點亮，因此，動態(tài)驅動顯示方式每個數碼管都要有一個點亮控制輸入端口。為 節(jié)省 I/O 端口，此設計采用動態(tài)顯示方式，所有數碼管動態(tài)顯示控制時序 由于數碼管是供陰極的數碼管，所以需要 P2 口需要輸出高電平，但是直接由單片機輸出高電平給數碼管道輸出電流很小不能使數碼管正常工作并且在編程中單片機輸出低電平比較方便，所以在單片機 P2 口與數碼管之間加上一個非門，數碼管可以通過非門提供的電壓正常工作。 動態(tài)驅動是將所有數碼管的 8 個顯示筆劃 a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數碼管的公共極 COM 增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的 I/O 線控制，當單片機輸出字形碼時，所有 數碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通 COM 端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數碼管的 COM 端，就使各個數碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅動。在輪流顯示過程中，每位數碼管的點亮時間為 1～ 2ms，由于人的視覺暫留現象及發(fā)光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數據，不會有閃爍感 。 用單片機的 P0 口和 P2 口連接 4 位數碼 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)技術學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設計論文 10 音響發(fā)生電路設計 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 個放電管和輸出驅動反相器組成 。 本系 統(tǒng)揚 聲器能 夠給 出聲音提示 , 輸 出 2— 3 秒的雙音 頻 提 示音。 本次設計電路采用兩片 555 振 蕩 器 實現 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內部工作，輸出端接揚聲器，從而實現音頻輸出。 電 路如 圖 46 所示。 圖 45 LED顯示電路 常州信息職業(yè)技術學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設計論文 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=,產生不同的頻率依據選配不同的電阻來實現，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) ，應當接近 50% 雖然可以用帶有二極管的電路使 D 可以 很接近 50%，但結構復雜，而且二極管的動態(tài)電阻影響頻率計算，調節(jié)起來很麻煩，為此，選用 R1 較小，而 R2較大的參數。 對 FH D =(2+)/(2+)=% 對 fL D =(+10)/(+2x10)=% D 也較接近 50%，音質較好。 （ 2） C2 的選取：只要 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)技術學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設計論文 12 對高音 FH ZCH=1/2π fhC2= ,由于喇叭是感性負載，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，