1、基于C51单片机的微波炉设计大学毕 业 设 计题目： 基于C51单片机的微波炉设计 学生姓名： 学生学号： 院系名称： 专业班级： 指导教师： 年月日毕业设计任务书专业 班级 姓名 下发日期 题目基于C51单片机的微波炉设计 专题 单片机主要内容及要求本课题的主要工作是掌握单片机应用技术，显示技术，电子技术等相关知识，设计制作一个微波炉控制器电路，具有三档微波加热功能，分别表示微波加热为烹调、烘烤、解冻，试验中用LED模拟。具体要求如下：（1）如何进行时间设置（分、秒）和时钟倒计时功能；（2）如何设计智能火力控制（3）如何设计显示模块显示时间；（4）如何设计按键设置；（5）如何设计音响提示声音
2、；（6）如何设计微波炉开门停止工作主要技术参数仿真系统：伟福6000开发环境：ISplay软件进度及完成日期2012年4月11日2012年4月18日：（1周）了解单片机的应用及发展情况；2012年4月18日2012年5月2日：（2周）学习伟福6000的操作方法；2012年5月2日2012年5月9日：（1周）编写ISplay软件的框图及程序；2012年5月9日2012年5月16日：（1周）对程序进行模拟仿真及系统调试；2012年5月17日2012年6月13日：（3周）撰写毕业论文；2012年6月13日2012年6月18日：（1周）修改毕业论文的格式；系主任签字日 期教研室主任签字日 期指导教师签
3、字日 期指 导 教 师 评 语 指导教师: 年 月 日青岛理工大学毕业设计评阅意见表设计题目基于单片机的数字秒表设计评价项目评价标准（A级）满分评 分ABCDE文献资料利用能力能独立地利用多种方式查阅中外文献；能正确翻译外文资料；能正确有效地利用各种规范、设计手册等。10109876综合运用能力研究方案设计合理；设计方法科学；技术线路先进可行；理论分析和计算正确；动手能力强；能独立完成设计；能综合运用所学知识发现和解决实际问题；研究结果客观真实。20192017181516131412设计质量设计结构严谨；逻辑性强；语言文字表准确流畅；格式、图、表规范；有一定的学术水平或实际价值4037-40
4、32-3628-3125-2724创新能力有较强的创新意识；所做工作有较大突破；设计有独到见解151513-1411-12109工作量工作量饱满；圆满完成了任务书所规定的各项任务。151513-1411-12109总分是否同意将该设计提交答辩：是（ ） 否（ )具体评阅及修改意见： 评阅人： 年 月 日注：1.请按照A级标准，评出设计各项目的具体得分，并填写在相应项目的评分栏中； 2.计算出总分。若总分60分，“设计质量”24分，建议不能提交论文评阅乃至答辩。该设计须限期修改合格后重新申请答辩。 3.评阅意见栏不够可另附页。答 辩 委 员 会 评 语评定成绩周 记说明书(或论文)图 纸答 辩总
5、 评答辩委员会主席签字日 期（5%）（65%）（30%）百分制等级制摘 要 近年来随着计算机在社会领域的渗透和大规模集成电路的发展，单片机的应用正在不断地走向深入，由于它具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点，因此特别适合于与控制有关的系统，越来越广泛地应用于自动控制，智能化仪器，仪表，数据采集，军工产品以及家用电器等各个领域，单片机往往是作为一个核心部件来使用，在根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。微波炉控制系统设计采以微控制器（MCU）为核心，基于RTX51 编制软件系统，结合7位数码管（LED）显示以及必要的外围电路，完成微波炉的可编程
6、智能控制。系统由计时控制、火力设定、用户界面、音响发生几大模块组成。能够根据键盘输入完成相应的功能，同时使用LED 显示系统状态。关键词：微控制器（MCU）、微波炉、控制器ABSTRACTWith the computer in the social sphere in recent years, the penetration and the development of large scale integrated circuits, microcontroller applications are continually deepening, because of its powerfu
7、l function, small size, low power consumption, cheap, reliable, easy to use, etc. therefore particularly suitable for systems with control of more and more widely used in automatic control, intelligent instruments, meters, data acquisition, military products and home appliances fields, SCM is often
8、used as a core component in according to the specific hardware architecture, and application-specific features of the software objects are combined to make perfect. Microwave oven control system design was applied to the microcontroller (MCU) core, based on RTX51 preparation software system, combine
9、d with seven digital tube (LED) display and peripheral circuits necessary to complete the microwave oven programmable intelligent control. System by the time control, fire setting, the user interface, sound occurred several modules. Completed under the keyboard corresponding to the function, while u
10、sing the LED display system status. Key words: microcontroller (MCU), microwave oven, the controller 第一章 绪论1.1 课题背景单片机自1976年由Intel公司推出MCS-48开始，迄今已有二十多年了。由于单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗地、使用方便、价格低廉等一系列优点，目前已经渗入到人们工作和生活的方方面面，几乎“无处不在，无所不为”。单片机的应用领域已从面向工业控制、通讯、交通、智能仪表等迅速发展到家用消费产品、办公自动化、汽车电子、PC机外围以及网络通讯等广大领域。 单
11、片机有两种基本结构形式:一种是在通用微型计算机中广泛采用的，将程序存储器和数据存储器合用一个存储器空间的结构，称为普林斯顿结构。另一种是将程序存储器和数据存储器截然分开，分别寻址的结构，一般需要较大的程序存储器，目前的单片机以采用程序存储器和数据存储器截然分开的结构为多。 本文讨论的单片机多功能数字钟系统设计的核心是目前应用极为广泛的51系列单片机，多功能数字钟配置了外围设备，构成了一个可编程的计时定时系统，具有体积小，可靠性高，功能强等特点。不仅能满足所需要求而且还有很多功能可供开发，有着广泛的应用领域。 20世纪80年代中期以后，Intel公司以专利转让的形式把8051内核技术转让给许多半
12、导体芯片生产厂家，如ATMEL、PHILIPS、ANALOG、DEVICES、DALLAS等。这些厂家生产的芯片是MCS-51系列的兼容产品，准确地说是与MCS-51指令系统兼容的单片机。这些兼容机与8051的系统结构（主要是指令系统）相同，采用CMOS工艺，因而，常用80C51系列来称呼所有具有8051指令系统的单片机，它们对8051单片机一般都作了一些扩充，更有特点。其功能和市场竞争力更强，不该把它们直接称呼为MCS-51系列单片机，因为MCS只是Intel公司专用的单片机系列型号。MCS-51系列及80C51单片机有多种品种。它们的引脚及指令系统相互兼容，主要在内部结构上有些区别。目前使
13、用的MCS-51系列单片机及其兼容产品通常分成以下几类：基本型、增强型、低功耗型、专用型、超8位型、片内闪烁存储器型。1.2课题来源在日常生活和工作中，我们常常用到定时控制，如扩印过程中的曝光定时等。早期常用的一些时间控制单元都使用模拟电路设计制作的，其定时准确性和重复精度都不是很理想，现在基本上都是基于数字技术的新一代产品，随着单片机性能价格比的不断提高，新一代产品的应用也越来越广泛，大可构成复杂的工业过程控制系统，完成复杂的控制功能。小则可以用于家电控制，甚至可以用于儿童电子玩具。它功能强大，体积小，质量轻，灵活好用，配以适当的接口芯片，可以构造各种各样、功能各异的微电子产品。 随着电子技
14、术的飞速发展，家用电器和办公电子设备逐渐增多，不同的设备都有自己的控制器，使用起来很不方便。根据这种实际情况，设计了一个单片机多功能定时系统，它可以避免多种控制器的混淆，利用一个控制器对多路电器进行控制，同时又可以进行时钟校准和定点打铃。它可以执行不同的时间表（考试时间和日常作息时间）的打铃，可以任意设置时间。这种具有人们所需要的智能化特性的产品减轻了人的劳动，扩大了数字化的范围，为家庭数字化提供了可能。 1.3本文的主要研究工作本文的主要工作是掌握单片机应用技术，显示技术，电子技术等相关知识，设计制作一个微波炉控制器电路，具有三档微波加热功能，分别表示微波加热为烹调、烘烤、解冻，试验中用LE
15、D模拟。实现工作步骤：复位待机检测显示电路设置输出功能和定时器初值启动定时和工作开始结束烹调、音响提示。在上电或手动按复位键时，控制器输出的微波功率控制信号为0，微波加热处于待机状态，时间显示电路显示为00.00。具有4位时间预置电路，按键启动时间设置，最大预设数为99分59秒。设定初值后，按开启键，一方面按选择的挡位启动相应的微波加热；另一方面使计时电路以秒为单位作倒计时。当计时到时间为0则断开微波加热器，并给出声音提示，即扬声器输出23s的双音频提示音。具体的问题有：（1）如何进行时间设置（分、秒）和时钟倒计时功能；（2）如何设计智能火力控制（3）如何设计显示模块显示时间；（4）如何设计按
16、键设置；（5）如何设计音响提示声音；（6）如何设计微波炉开门停止工作第2章 系统总体概述2.1 工作原理微波炉工作分四个步骤分别为：系统待机用户设定微波炉加热加热完成响音提示。具体流程如下图2.1.1。任务结束发声系统开始工作用户进行设置系统待机状态图 2.1.1系统流程图系统上电自检后，数码管显示零分、零秒，档位通过三个发光二极管显示(分别表示烹调、烘烤、解冻)。键盘分按键K0,K1,K2,K3,REST五个按键。K0键为微波炉的启动与关闭。K1键为档位选择键，选择后相应的发光二极管会发亮。K2,K3键分别为时间的加减设定。REST为复位键。每次按下按键后系统都会启动音响发生模块发出“嘀”的
17、声音。微波炉启动数码管开始倒计时，当倒计时到零分，零秒微波炉会自动关闭，此时会发出提示声音。各功能实现如下图2.1.2。按K0键或打开微波炉炉门 计时时间为00.00时 响音提示按K4键按任意键或打开微波炉炉门 系统待机状态接通电源 图 2.1.2系统功能图在火力档位方面，不同的档位在不同时间的火力不同，根据烹调，烘烤, 解冻三个档位制定了不同档位时的加热时序表入下图 2.1.3 功能时序 时间烹 调烘 烤解 冻150%时间 高 火 75%时间 高火25%时间小火225%时间 中 火 25%时间中火50%时间中火325%时间小火 25%时间小火图2.1.3 不同功能时的加热时序表注：高中低三个
18、火力大小用三个发光二极管模拟。2.2 电路设计系统以AT89S52单片机为核心，连接各外部电路完成人机交互等各功能的控制。系统的总体框图如下图2.2.1。 单片机内部定时器电源电路音响发生电路键盘电路档位显示电路数码管显示电路门电路设计火力输出电路图2.2.1 系统的总体框图电路设计部分以单片机控制电路为核心由定时器电路，显示电路，键盘电路，门电路，电源电路，音响发声电路，火力输出电路，档位显示电路共同组成微波炉控制系统电路。2.3 软件设计考虑到本系统所编程的数据量不大并且要求系统有较高的准确度故采用汇编语言进行程序的编写，利用伟福6000作为系统的仿真软件。利用ISPlay软件进行单片机程
19、序的写入。软件界面如图2.3.1 和图2.3.2。图 2.3.1 伟福6000软件界面图 2.3.2 ISPlay软件界面2.4 本章小结经过对整个系统概述的分析，可以得到一个大致的系统设计框架，对整个系统设计有个一个大致方向，并根据系统的框架进行各模块的细分与方案论证。第三章 各模块方案比较与论证系统设计包含显示电路，键盘电路，计时控制电路，档位输出电路，音响发生电路等多个部分，每个部分都可以采用不同的方案来实现，但不同的方案有实现的难易的不同，所以通过思考分析，最终做出最好的选择，使之更加科学和合理。下面对各部分设计方案做分析和选择。3.1档位显示部分方案方案一：通过单片机的一个I/O端口
20、经A/D转换器，转换成三个输出端口进行档位控制。如图3.1 .1这种方案可以节省单片机接口资源。方案二：直接利用单片机的三个I/O端口进行档位控制。如图3.1.2 这种方案电路简单。档位显示I/OI/O档位显示I/O A/D转换单片机单片机I/O图 3.1.2图 3.1.1由于在本设计系统中单片机有充足的I/O端口资源，为了保证系统的稳定性和电路的简单化，采用方案二进行档位显示。3.2 计时控制部分方案 方案一：使用专用时钟芯片。使用微控制器控制专用时钟芯片实现计时控制，这种方案有着计时精度高、控制简单的优点，而且更易于实现日期/时间显示、定时烹调等计时扩展功能。方案二：采用单片机内部定时器。
21、51单片机 内部含有3 个定时器，可以利用一个定时器与程序计数器相结合的方式，在系统晶振的驱动下，产生标准时钟频率。由于方案二 具有较好的灵活性、较少的电路器件和较高的性价比，而且通过精确的软件补偿使精度完全可以满足控制需要，所以我们选择该方案完成设计。3.3 键盘和显示部分方案（1）、键盘方案一：采用阵列式键盘。此类键盘是采用行列扫描方式，优点是当按键较多时可以降低占用单片机的I/O口数目，缺点是电路复杂且会加大编程难度。方案二：采用独立式按键电路。每个键单独占有一根I/O接口线，每个I/O口的工作状态互不影响，此类键盘采用端口直接扫描方式。缺点是当按键较多时占用单片机的I/O数目较多，优点
22、是电路设计简单，且编程极其容易。由于该系统采用了常规钟表式的校对方式，用键较少，系统资源足够用，故采用了方案二。（2）显示方案一：采用数码管显示。数码管通过设置可以完成制作任务，经济耐用，但其显示不够直观、提供信息量少、不易理解等缺点。方案二：采用液晶显示。液晶特别是具有汉字显示功能的液晶显示器，来实现显示功能，不仅可以实现基本的显示信息，而且可以显示丰富的符号指示信息以及文字指示信息，如AM/PM，闹钟符号等，信息量丰富且直观易懂。而且液晶显示有功耗低，体积小，重量轻，寿命长，不产生电磁辐射污染等优点。由于此系统只用到4位数字显示，考虑实用问题，故采用方案一。3.4 音响发生模块方案方案一：
23、微控制器直接发生。MCU 直接输出两路不同频率的脉冲信号，叠加成为双音频信号，驱动后送扬声器。但是由于MCU 产生的方波信号含有高频分量，经测试，音效并不能令人满意方案二：采用555 振荡器实现双音频输。 采用两片555振荡器分别发生不同频率的音频，由单片机控制输出，在电阻上叠加后经功率放大电路推动扬声器发声。由于555振荡器的音响发生模块的电路简单且音质较好，故采用方案二。3.5 本章小结经过比较和分析，得出了较理想的方案：（1）计时单元由软件编程来实现。定时采用单片机内部定时器来实现，即通过单片机内部定时器产生中断，再通过软件编程实现进行计数，从而实现分、秒的倒计时。（2）时间显示采用四位
24、LED数码管显示分和秒。档位显示采用3个发光二极管显示。（3）键盘采用单片机四个端口输入电平，通过单片机扫描相应四个端口电平来判断按键的抬起与按下。（4）采用两片555振荡器分别发生不同频率的音频，由单片机控制输出，在电阻上叠加后经功率放大电路推动扬声器发声。通过方案的比较和论证之后，明确了各个模块的实现方案。然后，对整个系统总体进行设计，形成一个清晰的设计方向，并构思出系统总体设计的工作原理和系统的框图，使整个设计方案具有总体性。第四章 硬件设计4.1 门电路设计在微波炉工作过程中如果突然打开微波炉炉门，微波炉将根据当时的工作状态停止加热并报警。这样可以有效避免非法操作带来的后果。电路图如下
25、图 4.1.1。图 4.1.1 门电路开关当微波炉炉门打开时开关断开当炉门关闭时开关接通。 4.2 时钟电路设计计时控制模块是系统设计的核心，用来完成基本功能中的加热倒计时，以及时间/日期显示和定时烹调两项扩展功能。时间/日期显示功能被用来在待机状态显示当前的时间与日期。允许手动调教，并且会自动与计算机进行时间同步。定时烹调则会根据用户设定的烹调属性，在预定的时间启动烹调任务。为了实现上述功能，在设计中，我们采用AT89S52 的内部定时器2 与软件计数器相结合的方式获得1Hz的时钟。定时器2自动装入模式以保证精度。这时定时器周期T可由下式表示：CLKT = (28K) 12/ CLK （1）
26、其中K 为定时器初值、CLK 为系统晶振。考虑到串口通信，我们选定CLK为11.0592MHz， K 为27。从式（1）中不难看出，这时要获取1Hz 的时钟，计数器的预置数N 应对T/1取整，即：N=22118400/12（256-27）=8049 （2）则系统获取的时钟频率即为：f = 12/22118400（28-27）8049 1.000011Hz完全可以满足系统的计时要求。4.3 键盘模块电路设计在按键设计中K0,K1,K2,K3分别连入单片机I/O接口的P3.4,P3.5,P3.6,P3.7。通过单片机内部判断这4个I/O接口来确定按键是否被按下。三个按键通过一个与门接到P3.3接口
27、，这样可以通过P3.3口来判断有没有按键被按下。P3.3接口为中断1接口，也可用此端口进行中断操作。为了防止电路出现异常而无法控制特设计了一个复位按键。键盘电路设计如图4.3.1和如图4.3.2所示图4.3.1 控制按键电路图4.3.2 复位按键电路4.4 档位显示电路设计档位显示模块由三个发光二极管显示，分别代表“烹调”、“烘烤”、“解冻”三个档位，直接将发光二极管接至单片机I/O接口通过单片机发送低电平使发光二极管发光。如下图4.4.1。图 4.4.1 档位显示模块4.5 显示电路设计 动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为每个数码管的
28、公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能节
29、省大量的I/O端口，而且功耗更低。由于数码管是供阴极的数码管，所以需要P2口需要输出高电平，但是直接由单片机输出高电平给数码管道输出电流很小不能使数码管正常工作并且在编程中单片机输出低电平比较方便，所以在单片机P2口与数码管之间加上一个非门，数码管可以通过非门提供的电压正常工作。也简化了软件的编程。用单片机的P0口和P2口连接4位数码管的段端口和位端口。如下图4.5.1图4.5.1 LED显示电路4.6 音响发生电路设计本系统扬声器能够给出声音提示, 输出23 秒的双音频提示音。采用555 振荡器实现双音频输出。电路如图4.6.1 所示。 图4.6.1 音响发生电路图该电路的元件选取及参数选择如下：（1）由于使双音频控制，一个高音一个低音，一个频率约为另一个的50%，所以选取统一电容
