【導讀】設(shè)計（論文）題目《基于單片機控制系統(tǒng)電磁爐的設(shè)計》。辦學點（系）江蘇城市職業(yè)學院南通辦學點。專業(yè)電氣自動化技術(shù)。指導教師李雪峰職稱講師

　　

【正文】 250，下限為 70。用一個 LED 可顯示達到溫度上 下限，當達到溫度上或下限時，該警示燈亮。 保護電路 在實際生活中，受多種因素的影響往往會出現(xiàn)市電過壓、欠壓現(xiàn)象，因此，作為一種家用烹飪電器，其具有相應的保護功能。 如圖 所示 ， 其中 RV2， LM324的 3 腳和外圍組件組成欠壓保護電路 [7][9]。其中 RV3， LM324 的 7 腳和外圍組件組成過壓保護電路。電阻 R5 ~ R8 為比較器提供基準電壓， RR R R1 R1 R16 為分壓電阻， VDl、 VD2 為耦合二極管。 電源電壓正常時， RV2 輸出電壓使 LM324 的 2 腳電位大于 3 腳電位，其 1腳輸出低電平，單片機判斷電源電壓正常。當電源電壓低于 160V 時， RPl 輸出電壓使 LM324 的 2 腳電位小于 3 腳電位，其 1 腳輸出高電平，經(jīng) VD R1 R16分壓送入單片機進行欠壓判斷控制。電源電壓正常時， RV3 輸出電壓使 LM324的 5 腳電位大于 6 腳電位，其 7 腳輸出低電平，單片機判斷電源電壓正常。當電源電壓高于 245V 時， RV3 輸出電壓使 LM324 的 5 腳電位小于 6 腳電位，其 7 腳輸出高電平，經(jīng) VD R1 R16 分壓送入單片機進行過壓判斷控制。 to 89 C 51 的 V C C22 0( + )22 0( )C 2 01nFR410 kR610 kR 1 410 kR710 kR810 kR 1 110 kR310 kR910 kR 1 510 kR 1 310 kR 1 010 kR 1 610 kR510 kV D 11N40 0 1V D 21N40 0 1R 1 210 k321411U 1 : ALM 32 4567411U 1 : BLM 32 452%R V 310 K59%R V 210 K電壓來自電源電路整流橋 圖 保護電路圖 過熱檢測和保護可參照溫度 控制模塊，當系統(tǒng)溫度高于預定值時，系統(tǒng)自動報警江蘇城市職業(yè)學院 20 并作相應的處理。 按鍵 模塊 按鍵設(shè)計如圖 所示， GK1K2K3K4T O A D C 08 0852%R V 11k分 確定時 定時 圖 按鍵設(shè)計圖 其中按鍵功能為： K4： 定時設(shè)置，起始時間為 00： 00，設(shè)置首先按一下 K4，然后按其他鍵設(shè)置定時時間； K1：用來設(shè)置定時時間的時，設(shè)置小時每按一下，時鐘加一； K2：設(shè)置定時的分鐘，每按一下，分鐘加一； K3：定時設(shè)定確認鍵，設(shè)置完后按一下K3 確認并退出。 RV1 的 “↑” 、“↓” 鍵分別控制 RV1 阻值 增加、減小，它主要有控制系統(tǒng)兩大模塊即溫度和功率模塊，而且都是通過控制 RV1 的電阻來控制模塊功能。在溫度控制中，調(diào)節(jié) RV1 的 “↑” 、“↓” 鍵改變其阻值經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換實現(xiàn)控制；在功率控制中，調(diào)節(jié) RV1 的 “↑” 、“↓” 鍵改變其阻值 經(jīng) CPU 輸出 改變 PWM的輸出占空比 則 可實現(xiàn)功率控制。 報警模塊 利用程序來控制單處機某個口線的 “ 高 ” 電平或 “ 低 ” 電平，則在該口線上就能產(chǎn)生一定頻率的矩形波，接上喇叭就能發(fā)出一定頻率的聲音，若再利用延時程序控制 “ 高 ”、“ 低 ” 電平的持續(xù)時間，就能改變輸出頻率，從而改變音調(diào)。 系統(tǒng) 報警信號由單片機 口接入揚聲器，有報警信號輸入時揚聲器發(fā)出“ B——” 的聲音。系統(tǒng)產(chǎn)生報警信號的情況： （ 1） 當定時時間達到時； （ 2） 當溫度上限或下限達到時； （ 3） 當系統(tǒng)檢測到無鍋時。 報警電路由一個揚聲器驅(qū)動電路 [8]和一個揚聲器組成。 報警電路如圖 ： 江蘇城市職業(yè)學院 21 P 3. 4L S 1S P E A K E RD01N414 8Q12N290 5R21k+5v 圖 報警電路圖 電源電路 電源是整個系統(tǒng)的能量來源，它直接關(guān)系到系統(tǒng)能否運行。在本系統(tǒng)中單片機、數(shù)碼管 顯示、定時、報警等電路需要 5V 的電源，因此電路中選用穩(wěn)壓芯片 7805，其最大輸出電流為 ，能夠滿足系統(tǒng)的要求，其電 路 [9] [10]如圖 所示。 T2N L T _ P Q _ 4 _ 2 0..1243D11 B 4 B 4 2RL1 . 0 k o h mC14 7 0 u FV12 2 0 V 1 0 0 0 H z 0 D e gA BTGX S C 1C21 0 u FL11 0 0 u HK e y = S p a c eJ1V3 VC VOV2U1L M 7 8 0 5 C T260590101215 1 圖 電源電路圖 圖 電源電路 測試 圖江蘇城市職業(yè)學院 19 第 3 章 程序設(shè)計 系統(tǒng)程序設(shè)計說明在進行微機控制系統(tǒng)設(shè)計時，除了系統(tǒng)硬件電路設(shè)計外，大量的工作就是如何根據(jù)每個生產(chǎn)對象的實際需要設(shè)計應用程序。因此，程序設(shè)計在微機控制系統(tǒng)設(shè)計中占重要地位。對于本系統(tǒng)，軟件更為重要。 在單片機控制系統(tǒng)中，大體上可分為數(shù)據(jù)處理、過程控制兩個基本類型。過程控制程序主要是使單片機按一定的方法進行計算，然后再輸出，以便控制系統(tǒng)準確高效地實現(xiàn)各功能。 為了完成上述任務，在進行設(shè)計時，通常把整個過程分成若干個部分，每一部分叫做一個模塊。所謂 “ 模塊 ”， 實質(zhì)上就是所完成一定功能，相對獨立的程序段，這種程序設(shè)計方法叫模塊程序設(shè)計法。 模塊程序設(shè)計法的主要優(yōu)點是： （ 1） 單個模塊比起一個完整的程序易編寫及調(diào)試； （ 2） 模塊可以共存，一個模塊可以被多個任務在不同條件下調(diào)用； （ 3） 模塊程序允許設(shè)計者分割任務和利用已有程序，為設(shè)計者提供方便。 本系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，由主程序﹑定時子程序、溫度控制子程序﹑顯示子程序等構(gòu)成。 主程序流程 如 圖 所示，系統(tǒng)啟動后，對整個系統(tǒng)進行初始化，進入主程序循環(huán)。初始化包括：口線初始化、測試鍵檢測、鍵盤顯示初始化、定時器中斷初始化、 A/D 轉(zhuǎn)換初始化。開機啟動即開啟顯示， A/D 轉(zhuǎn)換和系統(tǒng)內(nèi)部定時；隨著系統(tǒng)工作的進行，用戶可啟用中斷即可自行設(shè)置定時，定溫；當定時時間到或系統(tǒng)溫度超出設(shè)定范圍時，系統(tǒng)自動開啟報警功能，提示用戶進行相應操作。程序代碼見附錄 Ⅰ 。 江蘇城市職業(yè)學院 20 如 圖 主程序流程圖 無鍋檢測程序流程 程序流程如圖 所示，本系統(tǒng)中的無鍋檢測利用 電流檢測電路 進行 檢測 ，系統(tǒng) 檢測到 無鍋檢測標志 EMPTY 為 1 時 ， 系統(tǒng) 認為是無鍋；否則為有鍋。無鍋時，無鍋警示燈 （ D1 紅燈 ） 亮。 圖 無鍋檢測流程圖 檢測入口 電流檢測 置無鍋檢測標志為 1 無鍋檢測標志為 1？ 判為無鍋 無鍋指示燈亮 判為有鍋 系統(tǒng)繼續(xù)工作 Y N 調(diào)用報警子程序 調(diào)用中斷子程序 調(diào)用轉(zhuǎn)換子程序 開啟定時、控溫 調(diào)用顯示子程序 置位初始化標志 系統(tǒng)初始化 開始 結(jié)束 江蘇城市職業(yè)學院 21 轉(zhuǎn)換復位 啟動轉(zhuǎn)換 允許轉(zhuǎn)換輸出 讀轉(zhuǎn)換結(jié)果 有轉(zhuǎn)換結(jié)束信號 N Y 子程序返回 A/D 轉(zhuǎn)換程序流程 A/D 轉(zhuǎn)換流程如圖 所示，首先系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)換復位，啟動 A/D 轉(zhuǎn)換，將模擬值通過 ADC0809 轉(zhuǎn)換為具體可視化數(shù)字，并可以通過數(shù)碼管顯示出來。本次設(shè)計將溫度和壓力轉(zhuǎn)換為數(shù)值。程序代碼見附錄 Ⅰ 。 圖 A/D 轉(zhuǎn)換流程圖 外部中斷 外部中斷程序流程圖如圖 所示，系統(tǒng)進行定時設(shè)置時，啟動外部中斷。開始掃描按鍵，當 K4 按下，可進行定時設(shè)置； K1 設(shè)置定時的分鐘，按一 K1 則分鐘加一； K2 設(shè)置定時的時鐘的時，按一下 K2 則時鐘加一； K3 設(shè)置定時確定并退出。程序代碼見附錄 Ⅰ 。 江蘇城市職業(yè)學院 22 圖 外部中斷流程圖 定時模塊 流程 時間控制主模塊的程序框圖如圖 所示，程序代碼見附錄 Ⅰ 。 設(shè)置定時的分 關(guān) T1 標志位清 0 P2 口數(shù)據(jù) 送累加器 入口 K4 按下？ K1 按下？ 設(shè)置定時的時 K2 按下？ N NN N N Y NN N NN Y NN 中斷返回 Y NN 確定定時設(shè)置 K3 按下？ N NN Y NN 江蘇城市職業(yè)學院 23 CPU 系統(tǒng)初始化 定時 初始化 中斷初始化 CPU系統(tǒng)初 始化 始化 串行口 初始化 顯示待機指示符 設(shè)置定時時間 顯示刷新 啟動計時 有關(guān)變量 初始化 刷新顯示 報警 設(shè)置好定時時間 定時時間到 ? 1 秒鐘到了嗎 ? 時或分變化了嗎 延時 1 1 N N N N Y Y Y Y 圖 定時控制主流程圖 定時中斷 內(nèi)部定時器中斷如圖 ，由于定時器中斷可能發(fā)生在主程序的任何地方，因此對主程序和中斷服務程序都要用到的資源必須加以保護，如累加器 A，在退出中斷服務程序時將其恢復。此定時中斷還可被用于任何需要不是很嚴格的定時控制的場合。例如，揚聲器延時，可在程序的任何地方打開揚聲器，同時設(shè)置延時時間計數(shù)器在每次 1 分鐘， 1 分鐘過后，揚聲器立即自動關(guān)斷。 此外，定時計數(shù)、無鍋檢 測延時等，均可在此中斷中進行，一般情況下，在主程序中可不必為實現(xiàn)一個與時間控制有關(guān)功能而專門編寫一段軟件延時程序。程序代碼見附錄 Ⅰ 。 江蘇城市職業(yè)學院 24 入口 數(shù)據(jù)保護 出棧，返回 時鐘清 0 時鐘加 1 分鐘加 1 開始秒計時 取反 T0 重裝初值 m_bAlarm=1? m_bTemp=1? 60 秒到了？ 60 分到了？ 24 時到了？ 2 N Y Y Y Y N N N N Y 2 其程序流程圖如圖 ： 圖 內(nèi)部中斷流程圖 定時功能的實現(xiàn)涉及到兩個方面：時間設(shè)定和是否達到設(shè)定時間判別與相應處理。當時十位、時個位、分十位、分個位中任一位發(fā)生改變 （ 進位 ） 時，就必須進行報警判別。譯碼顯示電路將 “ 時 ”、“ 分 ” 計數(shù)器的輸出 送到七段顯示譯碼驅(qū)動器譯碼驅(qū)動，通過八位七段 LED 顯示器的低四位顯示出來。電路根據(jù)計時系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一脈沖信號，然后加上一個高頻或低頻信號送到放大電路驅(qū)動揚聲器發(fā)聲實現(xiàn)報 警 。校時電路是直接加一個脈沖信號到時計數(shù)器或者分計數(shù)器或者秒計數(shù)器來對 “ 時 ”、“ 分 ” 顯示數(shù)字進行校對調(diào)整。程序代碼見附錄 Ⅰ 。 其流程圖如圖 所示： 江蘇城市職業(yè)學院 25 初始化 顯示 計時 調(diào)時 定時 修改值 讀鍵 有報警？ =定時值 判斷 報警標志 報警 Y Y N N 定時 判別處理 時十、個位，分十 、個位改變了 設(shè)置 定時 標志 清除 定時 標志 設(shè)置了 定時？ 當前時間是設(shè)定時間 ？ 中斷返回 N Y Y N （ a）