【正文】 轉(zhuǎn)盤等模塊構(gòu)成。本設(shè)計的主要工作內(nèi)容是通過學(xué)習(xí)定時和步進電機驅(qū)動，結(jié)合所學(xué)的課程設(shè)計出微波爐控制器。通過設(shè)計掌握微波爐控制器的設(shè)計原理與方法。一、 課題工作的總體安排及進度：第一周：收集資料。第二周：選好研究課題，并寫好開題報告。第三周至第四周：電路設(shè)計與仿真，通過分析仿真結(jié)果分析改進電路。第五周至第七周：領(lǐng)取元件進行電路制作與焊接以及調(diào)試。第八周：在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下撰寫畢業(yè)論文。第九周：準備答辯。二、 課題預(yù)期達到的效果：本論文同時還設(shè)計了手動按鍵來進行定時，有開關(guān)按鍵、加減鍵、火力大小選擇鍵。加減鍵用來控制微波爐烹調(diào)時間，即數(shù)碼管顯示時間。當(dāng)火力大小選擇鍵按下時，系統(tǒng)就自動顯示代表相應(yīng)火力大小的發(fā)光二極管發(fā)光。當(dāng)烹調(diào)的時間到了，微波爐除了會蜂鳴提醒用戶烹調(diào)時間到了之外，還會在完成烹調(diào)后自動斷電停止工作。并且控制步進電機的運轉(zhuǎn)，來實現(xiàn)微波爐轉(zhuǎn)盤的模擬運行。二、文獻綜述現(xiàn)有市售的微波爐其主要弊端為:不能按既有程序進行烹調(diào),在節(jié)能方面也未做過多考慮。烹調(diào)經(jīng)驗告訴我們,家常菜大多可按固定程序烹調(diào)、燉肉、煮飯、烘烤。若采取分時、分檔火力加熱,則可節(jié)能。微波爐控制系統(tǒng)功能比較齊全,在火力檔位設(shè)了解凍、烹調(diào)、烘烤、保溫、自定義加熱、自定義烹調(diào)以及按給定程序烹調(diào)等七種主要功能,其中程序烹調(diào)共設(shè)置了八種不同的烹調(diào)流程,供用戶選擇。在控制方面,實現(xiàn)了智能化,信息化管理,并且具有密碼開鎖功能,即只有知道相應(yīng)模式鍵繼續(xù)運行的號碼的人,才能對該機進行操作等等功能。 STC12C5404AD單片機是具有全新流水線和精簡指令集結(jié)構(gòu)的高速率、低功耗新一代單片機。它帶有8路10位精度ADC、4路PWM/PCA（可編程計數(shù)器陣列）、SPI同步通信口以及內(nèi)部集成的MAX810專用復(fù)位電路。這些特點不但增加了開發(fā)者的使用靈活性，同時還可以幫助用戶減小PCB尺寸和系統(tǒng)成本。此外，STC12C5404AD型處理器還可以通過串口（）直接下載用戶程序，從而使其適合于在系統(tǒng)（ISP）及在應(yīng)用(IAP）中編程，因而可為許多計算密集的嵌入式控制應(yīng)用領(lǐng)域提供功能強大、使用靈活且性價比高的解決方案。STC12C5404AD是STC系列單片機，采用RISC型CPU內(nèi)核，兼容普通8051指令集，片內(nèi)含有10KB Flash 程序存儲器，2KB Flash 數(shù)據(jù)存儲器，512B RAM 數(shù)據(jù)存儲器，同時內(nèi)部還有看門狗（WDT）；片內(nèi)集成MAX810專用復(fù)位電路、8通道10位ADC以及4通道PWM，具有在系統(tǒng)編程（ISP）和在應(yīng)用編程（IAP），片內(nèi)資源豐富、集成度高、使用方便。STC12C5404AD對系統(tǒng)的工作進行實施調(diào)度，實現(xiàn)外部輸入?yún)?shù)的設(shè)置、蓄電池及負載的管理、工作狀態(tài)的指示等。電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成。只要在線圈兩端加上一定的電壓,線圈中就會流過一定的電流,從而產(chǎn)生電磁效應(yīng),銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯,從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點(常開觸點)吸合。當(dāng)線圈斷電后,電磁的吸力也隨之消失,銜鐵就會在彈簧的反作用力下返回原來J21,J22的位置,使動觸點與原來的靜觸點(常閉觸點)吸合。同時常開觸點斷開。這樣選用合適的繼電器就可以用小電壓和電流控制大功率的設(shè)備,由于控制部分和觸點電氣絕緣,就比較方便和安全。繼電器有2個常開接點。當(dāng)產(chǎn)生較短時間的紅外信號時,Q2經(jīng)延時導(dǎo)通,C點為高電平,此時Q5導(dǎo)通,繼電器動作,其接點J21,J22同時吸合,J22接通被控制的電器電源,J21閉合使繼電器不通過Q2就繼續(xù)吸合,這種情況通常稱為“自鎖”。所以這時即使RI不再收到信號,因電源經(jīng)R11向Q5提供偏置,故Q5一直保持導(dǎo)通。當(dāng)接收到較長時間的紅外信號時,Q3導(dǎo)通,使得Q4導(dǎo)通這時Q5強迫截止,繼電器中的磁感應(yīng)線圈沒有電流通過,銜鐵釋放。被控電器電源斷開,其接點J21,J22斷開。步進電機作為控制執(zhí)行元件，響應(yīng)速度快、定位精度高、無積累誤差、驅(qū)動電路及控制方法簡單，是機電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)和精密機械等領(lǐng)域。但步進電機系統(tǒng)仍存在一些缺陷：低頻共振、低速運行平穩(wěn)性較差；高速運行的快速響應(yīng)能力較差、易失步、效率較低等。目前普遍認為最有效的解決方法是細分法。常用的細分法是用單片機實現(xiàn)或?qū)⒓毞謪?shù)存在EPROM類非易失性存儲器中通過邏輯電路實現(xiàn)細分輸出。然而此類方法存在單片機易受電機干擾，電路復(fù)雜、調(diào)試及研發(fā)周期較長等缺點。本文提出一種利用FPGA設(shè)計技術(shù)實現(xiàn)步進電機控制電路的方案，具有修改方便，使用靈活，可靠性高，可移植性強等優(yōu)點。步進電機工作原理步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。當(dāng)步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（稱為“步距角”），它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的。步進電機區(qū)別于其他控制電機的最大特點是，通過輸入脈沖信號來進行控制，即電機的總轉(zhuǎn)動角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機的轉(zhuǎn)速由脈沖信號頻率決定。步進電機的驅(qū)動電路根據(jù)控制信號工作，控制信號由各類控制器來產(chǎn)生。其基本工作原理如下：①控制換相順序，通電換相。這一過程稱為“脈沖分配”。例如：四相步進電機的單四拍工作方式，其各相通電順序為ABCD。通電控制脈沖必須嚴格按照這一順序分別控制A、B、C、D相的通斷，控制步進電機的轉(zhuǎn)向。如果給定工作方式正序換相通電，則步進電機正轉(zhuǎn)；如果按反序換相通電，則電機就反轉(zhuǎn)。這樣就可以通過控制脈沖“相位”來改變定子繞組的通電順序，從而達到控制電機正反轉(zhuǎn)的目的。②控制步進電機的速度。如果給步進電機發(fā)一個控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個脈沖，它會再轉(zhuǎn)一步。兩個脈沖的間隔越短，步進電機就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整控制器發(fā)出的脈沖頻率，通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。步進電機技術(shù)參數(shù)步進電機有一個重要的技術(shù)參數(shù)：空載啟動頻率，即步進電機在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負載的情況下，啟動頻率應(yīng)更低。如果要使電機達到高速轉(zhuǎn)動，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻。因此步進電機低速啟動運轉(zhuǎn)，若高于一定速度就無法啟動，并伴有嘯叫聲。步進電機細分驅(qū)動原理所謂細分驅(qū)動就是把機械步距角細分戍若干個電的步距角，當(dāng)轉(zhuǎn)子從一個位置轉(zhuǎn)到下一個位置的時候，會出現(xiàn)一些“暫態(tài)停留點”，這樣使得電機啟動時的過調(diào)量或者停止時的過調(diào)量就會減小，電機軸的振動也會減小，使電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程變得更加平滑，更加細膩，從而減小了噪聲。步進電機的細分控制從本質(zhì)上講是對步進電機的勵磁繞組中的電流的控制，使步進電機內(nèi)部的合成磁場為均勻的圓形旋轉(zhuǎn)磁場，從而實現(xiàn)步進電機步距角的細分。相鄰兩合成磁場矢量之間的夾角大小決定了步距角的大小。要想實現(xiàn)對步進電機步距角均勻細分控制，必須合理控制電機繞組中的電流，使步進電機內(nèi)部合成磁場的幅值恒定；每個進給脈沖所引起的合成磁場的角度變化要均勻。步進電機細分驅(qū)動技術(shù)可以減小步進電機的步距角，提高電機運行的平穩(wěn)性增加控制的靈活性等。步進電機驅(qū)動原理步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或直線位移的精密執(zhí)行元件,它不能直接與交直流電源相連,而只能使用專用的步進電機控制器。L297/298混合驅(qū)動電路 L297單片步進電機控制器集成電路適用于雙極性兩相步進電機或單極性四相步進電機控制。L297輸出信號可控制L298雙H橋驅(qū)動集成電路,用來驅(qū)動電壓為46V,。L297的核心是脈沖分配器。它產(chǎn)生三種相序信號,對應(yīng)三種不同的工作方式,分別為半步(HALFTEP)方式,基本步距(FULLSTEP,整步)一相激勵方式,基本步距兩相激勵方式。脈沖分配器內(nèi)部是一個3bit可逆計數(shù)器,加上一些組合邏輯,產(chǎn)生每周期八步格雷碼時序信號,此時HALF/FULL設(shè)置為低電平,即半步工作方式的時序信號。也可以選擇基本步距工作方式,即雙四拍全階梯工作方式,此時HALF/ULL設(shè)置為低電平。L297設(shè)有兩個PWM斬波器,目的是控制相繞組電流,實現(xiàn)斬波控制,以獲得良好的轉(zhuǎn)矩2頻率特性。每個斬波器由一個比較器、一個RS觸發(fā)器和外接采樣電阻組成,并設(shè)有一個公用振蕩器,向兩個斬波器提供觸發(fā)脈沖信號。脈沖頻率f是由外接RC網(wǎng)絡(luò)決定的,當(dāng)R10KΩ歐時,f=1/。振蕩脈沖使觸發(fā)器置“1”,電機繞組相電流上升,采樣電阻Rs的電壓上升到基準電壓Vref時,比較器翻轉(zhuǎn),使觸發(fā)器復(fù)位,功率開關(guān)關(guān)斷,電流下降。等待下一個振蕩器脈沖的到來。這樣,觸發(fā)器的輸出是恒頻的PWM信號,調(diào)制L297的輸出信號。相繞組電流峰值由Vref來整定。L298是雙H橋高電壓大電流功率集成電路,可驅(qū)動繼電器、線圈、直流電機和步進電機等電感性負載。輸入為標(biāo)準的TTL邏輯電平信號,用來控制H橋的開與關(guān)。L298集成芯片為具有15個引腳的多瓦數(shù)直插式封裝,由于發(fā)熱量大,要加裝散熱器。數(shù)碼管的驅(qū)動分為動態(tài)驅(qū)動和靜態(tài)驅(qū)動兩種。[9]所謂靜態(tài)驅(qū)動，就是將數(shù)碼管每個LED燈對應(yīng)一個I/O口，通過單片機的端口來控制LED燈的亮和滅。I/O口之間互相獨立。這樣的優(yōu)點是驅(qū)動很簡單，只需要用I/，靜態(tài)驅(qū)動比動態(tài)驅(qū)動占用的I/O口多。但靜態(tài)驅(qū)動方式簡單不容易出錯。步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)換為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。當(dāng)步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（稱為“步距角”），旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，進行調(diào)速。步進電機可以作為一種控制用的特種電機，利用其沒有積累誤差的特點，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制?，F(xiàn)在比較常用的步進電機,包括反應(yīng)式步進電機(VR)、永磁式步進電機(PM)、混合式步進電機(HB)和單相式步進電機等。永磁式步進電機一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，176。或15176。；反應(yīng)式步進電機一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，176。,但噪聲和振動都很大。反應(yīng)式步進電機的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩?；旌鲜讲竭M電機是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點。它又分為兩相和五相：176。，176。與靜態(tài)顯示方法不同，動態(tài)顯示驅(qū)動的設(shè)計方法是將數(shù)碼管的驅(qū)動端一對一連接在一起接單片機的數(shù)據(jù)口，而將各個數(shù)碼管的公共端單獨送至單片機的I/O進行片選。通過片選信號依次點亮各個數(shù)碼管，由于人眼有視覺暫留的特性，因此如果第一個數(shù)碼管滅和第二個數(shù)碼管亮之間的時間足夠短，人眼是感覺不出數(shù)碼管的變