基于单片机的微波炉控制器.doc

资源描述

基于单片机的微波炉控制器.doc

《基于单片机的微波炉控制器.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的微波炉控制器.doc（45页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

基于单片机的微波炉控制器.doc

基于单片机的微波炉控制器

摘要

随着社会的快速发展，人们的生活节奏逐渐加快，微波炉方便快捷的烹饪特点为现代人的生活提供了便利，在现代家庭中，微波炉已成为必备的烹饪工具之一。

通过制作微波炉控制器，更充分了解微波炉的结构特点和工作原理。

本文介绍了微波炉控制器的设计、调试与实现。

本设计中的微波炉控制器以AT89C52单片机为核心，由矩阵键盘、时间显示、控制输出等模块组成。

并且能够实现大、中、小火力选择以及启动、停止和时间重设功能。

其中初始时间由矩阵键盘输入设置，火力大小通过发光二极管来表示、电机的转速表示在加热中。

微波炉控制器工作时，将按照设定的时间进行加热并倒计时，等时间到后报警提示、火力指示灯熄灭、转盘停止运转。

关键词：

微波炉；单片机AT89C52；控制器

Themicrowave oven controller

basedonMCU

Abstract

Withtherapiddevelopmentofoursocietyandthegraduallyspeedingstepsofourlife,theconvenientandefficientcookingfeaturesofmicrowaveovenhaveprovidedusgreathelpandmakeitanindispensablecookingtoolinourmodernlife.

Throughthemakingofthemicrowaveovencontroller,Ihaveabetterunderstandingofitsstructuralfeaturesandworkingprinciples.Thisarticleintroducesthedesign,debuggingandimplementationofmicrowaveovencontroller.WiththeSCMAT89C52atthecore,itismadeupofmodulesofmatrixkeyboard,timedisplayandcontroloutputsandetc.What’smore,youcanchooseamax,midorminpowerandmakeitworkorstoporeventimeresettingatyourwill.Andtheinitialtimeissetbymatrixkeyboard;thepowersizeisshownbylight-emittingdiodes;thespinningofthemotorshowsitsworking.Whenitworks,itheatsaccordingtothesettingtimeandcountdownsuntilthealarmingsystemringing,thepowerindicatorlightpackingupandtheturntablestopping.

Keyword:

microwaveoven；SCMAT89c52；controller

1.绪论 1

1.1微波炉的背景资料 1

1.2微波炉的工作原理 1

1.3使用微波炉时的注意事项 2

1.4微波炉控制器总体设计思路 2

2.系统总体方案 ….…..3

2.1系统总体设计 3

2.2单片机的结构和接口的基本介绍 4

2.2.1单片机的基本组成 4

2.2.2单片机的内部结构 5

2.2.3部分关键的程序存储单元 6

2.2.4中断 6

2.3显示驱动芯片7447/7448的简介 7

2.3.1认识7447/7448 8

2.3.2引脚说明 8

2.4高耐压、大电流达林顿陈列—ULN2003 9

2.4.1概述与特点 9

2.4.2方框图 9

2.4.3极限值 9

2.4.4电特性…………………………………………………………………………10

2.5LM7805稳压芯片介绍 …………………….………….10

2.5.1概述……………………………………………………………………………10

2.5.2主要特点………………………………………………………………………10

2.5.3外形图及引脚排列……………………………………………………………11

2.5.4功能框图………………………………………………………………………11

2.6三极管9013……………………………………………………………………………12

3.硬件电路与实现 13

3.1微波炉控制器的总体硬件设计 13

3.2矩阵键盘及器应用 13

3.2.1矩阵键盘的结构与工作原理 13

3.2.2矩阵式键盘的按键识别方法 14

3.2.3矩阵式键盘的按键的例子 15

3.2.4去抖处理 15

3.3四位数码管原理及应用 16

3.4步进电机控制电路 17

3.4.1步进电机工作原理 17

3.4.2步进电机控制系统原理 18

3.5蜂鸣器控制电路………………………………………………………………………19

4.控制程序设计与仿真 20

4.1键盘扫描及显示程序设计 20

4.1.1键盘扫描流程图 20

4.1.2键盘扫描仿真电路 21

4.1.3键盘扫描和显示输出的程序 21

4.2倒计时程序设计…. 23

4.2.1倒计时流程图 23

4.2.2倒计时仿真电路 24

4.2.3倒计时程序 24

4.3步进电机控制程序设计 26

4.3.1步进电机流程图 26

4.3.2步进电机仿真电路 27

4.3.3步进电机转动程序 27

4.4总体程序设计 29

4.4.1总体设计流程图 29

4.4.2总体设计仿真电路 30

4.3.3总体设计程序 30

5.电路制作与系统调试………………………………………………………………………35

6.总结与展望 36

致谢 37

参考文献 38

附录 39

附录一：

微波炉控制器实体图片 39

附录二：

微波炉控制器硬件连接电路 40

附录三：

微波炉控制器PCB板……………………………………………………………41

1绪论

1.1微波炉的背景资料

微波炉已经有50多年的发展历史，时至今日，微波炉已实现了高度工业化规模的生产。

主要生产为日本、韩国以及欧洲的一些发达国家。

我国自80年代开始小规模生产微波炉，发展至今，已具有相当的生产能力，成为该行业不可小视的生力军。

微波炉在世界上发达国家的家庭普及率很高。

美国是微波炉最大的消费市场。

中国老百姓也已经开始认识和接受微波炉。

可以预见，中国也将成为一个巨大的微波炉市场。

随着科技的发展，生活水平的提高，人们对微波炉的要求也越来越高。

未来的发展趋势将以智能、信息为主流，使微波炉的发展更人性化。

因此基于单片机的微波炉控制系统的开发有利于推动微波炉市场的发展，使老百姓能用上更优秀的微波炉。

1.2微波炉的工作原理

微波炉，顾名思义，就是用微波来煮饭烧菜的。

微波炉是一种用微波加热食品的现代化烹调工具。

微波是一种电磁波。

这种电磁波的能量不仅比通常的无线电波大得多，而且还很有"个性"，微波一碰到金属就发生反射，金属根本没有办法吸收或传导它；微波可以穿过玻璃、陶瓷、塑料等绝缘材料，但不会消耗能量；而含有水分的食物，微波不但不能透过，其能量反而会被吸收。

　　微波是指波长为0．01～1米的无线电波，其对应的频率为30000兆赫到300兆赫。

为了不干扰雷达和其他通信系统，微波炉的工作频率多选用915兆赫或2450兆赫。

微波炉由电源，磁控管，控制电路和烹调腔等部分组成。

电源向磁控管提供大约4000伏高压，磁控管在电源激励下，连续产生微波，再经过波导系统，耦合到烹调腔内。

在烹调腔的进口处附近，有一个可旋转的搅拌器，因为搅拌器是风扇状的金属，旋转起来以后对微波具有各个方向的反射，所以能够把微波能量均匀地分布在烹调腔内。

微波炉的功率范围一般为500～1000瓦。

微波加热的原理简单说来是：

当微波辐射到食品上时，食品中总是含有一定量的水分，而水是由极性分子（分子的正负电荷中心，即使在外电场不存在时也是不重合的）组成的，这种极性分子的取向将随微波场而变动。

由于食品中水的极性分子的这种运动。

以及相邻分子间的相互作用，产生了类似摩擦的现象，使水温升高，因此，食品的温度也就上升了。

用微波加热的食品，因其内部也同时被加热，使整个物体受热均匀，升温速度也快。

1.3使用微波炉时的注意事项

微波遇到金属物体，如银、铜、铝等会像镜子反射可见光一样被反射。

常用金属隔离微波，不能使用金属器皿加热食物。

金属在微波加热的情况下还会产生火花，特别是较尖锐的金属制品﹝如：

叉﹞。

因此在使用微波烹调中，不得使用密闭的金属容器或金属网状容器来装载事物，以免发生意外事故。

不要用一般普通塑料容器放入微波炉加热。

虽然塑料自身不被加热，但热的食物会使容器变得很烫。

这些塑料容器在高温下可能放出毒素，染污食物。

使用微波炉时，应注意至少离炉0.5米以上，眼睛不要看着炉门，不可在炉前久站。

食物从炉中取出后，最好先放几分钟再吃。

1.4微波炉控制器总体设计思路

通过对微波炉的了解，本设计采用89C52单片机作为设计的核心，由矩阵键盘、时间显示、控制输出等模块组成。

由矩阵键盘模块来实现时间的设置，火力大、中、小的选择以及启动、停止和时间重设功能；时间显示模块由七段数码管来实现，其中初始时间由矩阵键盘输入；火力大小通过发光二极管来表示，红、绿、黄三种灯分别表示大力大、中、小，默认为中火力；启动加热后，步进电机开始转动，七段数码管按照设定的时间进行倒计时，等时间快到零时报警提示、等于零时火力指示灯熄灭、转盘停止运转，工作结束。

2系统总体方案

2.1系统总体设计

本设计采用AT89C52单片机作为设计的核心，由矩阵键盘、时间显示、控制输出等模块组成。

表2-1元件清单

元件清单：

元件清单

数量

AT89C52

ULN2003

74LS48

LM7805

LED

三极管9013

四位数码管

步进电机

蜂鸣器

自锁开关

轻触开关

220欧电阻

10千欧电阻

10k*8排阻

30p电容

10u电容

100u电容

12MHZ晶振

USB接口

16p插槽

40p插槽

排针

2.2单片机的结构和接口的基本介绍

2.2.1单片机的基本组成

1．CPU系统

l1个8位微处理器CPU

l内部时钟电路

l总线控制逻辑

2．内部存储器

l4KB的片内程序存储器（ROM/EPROM/Flash）

l128B数据存储器（RAM）和128B特殊功能寄存器SFR（80C51只用到其中21B）

3．I/O接口及中断定时功能

l4个8位可编程的I/O（输入/输出）并行接口

l5个中断源的中断控制系统，可编程为2个优先级

l2个16位定时/计数器，既可以定时，又可以对外部事件进行计数

l1个全双工的串行I/O接口，用于数据的串行通信

所有这些都通过单片机内部的总线相连接。

下图所示为80C51单片机的基本组成，可以看出在该芯片上集成了一个微型计算机

图2-180C51单片机的基本组成

2.2.2单片机的内部结构

1.中央处理器CPU

CPU是80C51内部的1个字长为8位的中央处理单元，它由运算器、控制器两部分组成。

实际上构成了单片机的核心。

（1）运算器

l以算术逻辑单元ALU（ArithmeticLogicUnit）为核心，还包括累加器A、程序状态字寄存器PSW（ProgramStatusWord）、B寄存器、两个8位暂存器TMP1和TMP2等部件。

l可以进行加、减、乘、除、加1、减1、BCD数十进制调整、比较等算术运算；

l也可以进行与、或、非、异或等逻辑运算；

2.存储器

（1）片内ROM是程序存储器；

（2）片内RAM，可用于存放输入、输出数据和中间计算结果，或作为数据堆栈区。

3．I/O口

（1）并行口

有4个8位并行I/O口P0～P3，均可并行输入输出8位数据。

（2）串行口

有1个串行I/O口，用于数据的串行输入输出

4．定时器/计数器

（1）产生定时脉冲，实现单片机的定时控制；

（2）用于计数方式，记录外部事件的脉冲个数。

图2-2单片机的内部结构

2.2.3部分关键的程序存储单元

在程序存储器中，某些单元保留给系统使用，见下表：

表2-2中断入口

存储器单元

保留单元的作用

0000H～0002H

复位后初始化引导程序入口

0003H～000AH

外部中断0入口

000BH～0012H

定时器0溢出中断入口

0013H～001AH

外部中断1入口

001BH～0022H

定时器1溢出中断入口

0023H～002AH

串行口中断入口

002BH

定时器2溢出中断入口

注：

标注灰色背景的存储空间为增强型芯片所独有

2.2.4中断

1、中断源

51单片机有5个中断源：

两个外部中断、两个计数/定时器中断和一个串行口中断。

2、中断响应步骤：

（1）保护断点，即保存下一将要执行的指令的地址，就是把这个地址送入堆栈。

（2）寻找中断入口，根据5个不同的中断源所产生的中断，查找5个不同的入口地址。

（3）执行中断服务程序，用中断服务程序处理需要改变的变量或者事件。

（4）中断返回，执行完中断服务程序后，从中断断点处返回主程序，继续执行主程序。

3、中断的实现

寄存器IE、IP、TCON和SCON来控制中断申请、中断的开关和各种中断源的优先级确定。

（1）中断方式和标志位

单片机的中断标志位和方式的选择是通过TCON达到低4位控制字实现的。

TCON中的低4位用于外部中断的控制，高4位是T0、T1控制字。

控制字如下：

表2-3TCON中的控制字

TCON.7

TCON.6

TCON.5

TCON.4

TCON.3

TCON.2

TCON.1

TCON.0

TF1

TR1

TF0

TR0

IE1

IT1

IE0

IT0

外部中断请求源

IT0-----INT0触发方式控制位,可由软件进行置位和复位.IT0=0,INT0为低电平触发方式;IT0=1,INT0为负跳变触发方式.

IE0-----INT0中断请求标志位.当有外部的中断请求时,这位就会置1（这由软件来完成）,在CPU响应中断后,由硬件将IE0清0.

内部中断请求源

TF0-----定时器T0的溢出中断标记,当T0计数产生溢出时,由硬件置位TF0.当CPU响应中断后,再由硬件TF0清0.

TR0-----定时器T0的中断允许.

（2）中断允许寄存器IE

表2-4中断允许寄存器IE

IE.7

IE.6

IE.5

IE.4

IE.3

IE.2

IE.1

IE.0

ET1

EX1

ET0

EX0

其中：

EA：

总开关，如果它等于0，则所有中断都不允许。

ES：

串行口中断允许。

ET1：

定时器1中断允许。

EX1：

外中断1中断允许。

ET0：

定时器0中断允许。

EX0：

外中断0中断允许。

（3）5个中断源的优先级

单片机的中断服务入口地址如下，它们的自然优先级由高到低排列。

外中断0：

0003H

定时器0：

000BH

外中断1：

0013H

定时器1：

001BH

串口：

0023H

开机时，每个中断都处于低优先级，我们可以用指令对优先级进行设置，中断优先级由中断优先级寄存器IP来设置，IP中某位设为1，相应的中断就是高优先级，否则就是低优先级。

表2-5中断优先级寄存器IP

---

IP.4

IP.3

IP.2

IP.1

IP.0

PT1

PX1

PT0

PX0

2.3显示驱动芯片7447/7448的简介

2.3.1认识7447/7448

BCD码转换成7段LED数码管的译码驱动IC,首推7447系列,包括7446、7447、7448、74LS49，其中7446及7447输出低电平驱动的显示码，用以推动共阳极的7段LED数码管；而7448及74LS49输出高电平驱动的显示码，用以推动共阴极7段LED数码管。

7446、7447与7448的引角相同（双并排16Pins），74LS49为双并排14Pins,如图所示。

图2-37446、7447、7448/74LS49引脚图

2.3.2引脚说明

D、C、B、A：

BCD码输入引脚。

a、b、c…….g:

7段LED数码管输出引脚。

LampTest:

本引脚为测试引脚，简称为LT引脚。

当本引脚输入低电平时，所连接的7段LED数码管全亮。

正常显示下，本引脚应输入高电平。

RBI：

本引脚为涟波淹没输入引脚（ripple-blankinginput），正常显示下，本引脚应输入高电平。

若本引脚输入低电平（即0），且D、C、B、A引脚输入为0，则该位数不显示，这项功能称为消除前置0（leadingzerosuppression）或消除尾端0（trailingzerosuppression）

BI/RBO：

本引脚为淹没输入或涟波淹没输出引脚（blankinginand/orripple-blankingoutput）。

正常显示下，本引脚输入高电平或空接。

若本引脚连接低电平（0），则该位数将不显示。

当该位数不显示时，本引脚将输出低电平，以串接到前一个位数的RBI引脚，作为消除前置0（leadingzerosuppression）或消除尾端0（trailingzerosuppression）之用。

这4个IC都是开集极式输出,对于开集极式输出所连接的负载，其所连接的电源电压也有些差异，如下表所示。

表2-6最大负载电压、最大吸入电流对照表

最大负载电压

最大吸入电流

7446

30V

40mA

7447

15V

40mA

7448

5.5V

6.4mA

74LS49

5.5V

8mA

2.4高耐压、大电流达林顿陈列—ULN2003

2.4.1概述与特点

ULN2003是高耐压、大电流达林顿陈列，由七个硅NPN达林顿管组成。

该电路的特点如下：

ULN2003的每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻,在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路

直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。

ULN2003工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，并且能够在关态时承受50V的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。

ULN2003采用DIP—16或SOP—16塑料封装。

2.4.2ULN2003方框图

图2-4ULN2003内部框图

表2-7ULM2003极限值

2.4.3极限值（若无其他规定，Tamb=25℃）

表2-8ULM2003电特性

2.4.4电特性（若无其它规定,Tamb=25℃）

2.5LM7805稳压芯片介绍

2.5.1概述

7805系列为3端正稳压电路，TO-220封装，能提供多种固定的输出电压，应用范围广。

内含过流，过热和过载保护电路。

带散热片时，输出电流可达1A，虽然时固定稳压电路，但使用外接元件，可获得不同的电压和电流。

2.5.2主要特点

输出电流可达1A

输出电压有：

过热保护

短路保护

输出晶体管SOA保护

2.5.3外形图及引脚排列

图2-5LM7805外形图

2.5.4功能框图

图2-6LM7805功能框图

2.6三极管9013

三极管9013

9013是一种NPN型硅小功率的三极管它是非常常见的晶体三极管，在收音机以及各种放大电路中经常看到它，应用范围很广,它是npn型小功率三极管。

·集电极电流Ic：

Max500mA

·工作温度：

-55℃to+150℃

·集电极-基极电压Vcbo：

40V

·主要用途：

放大电路

图2-79013管脚图

3硬件电路与实现

3.1微波炉控制器的总体硬件设计

图3-1微波炉控制器硬件连接电路

3.2矩阵键盘及其应用

3.2.1矩阵键盘的结构与工作原理

在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式，如下图所示。

在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。

这样，一个端口（如P1口）就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9键）。

由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。

图3-2矩阵键盘

矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些，上图中，列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机的I/O口作为输出端，而列线所接的I/O口则作为输入。

这样，当按键没有按下时，所有的输出端都是高电平，代表无键按下。

行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了。

3.2.2矩阵式键盘的按键识别方法

确定矩阵式键盘上何键被按下,介绍一种“行扫描法”。

行扫描法行扫描法又称为逐行（或列）扫描查询法，是一种最常用的按键识别方法，如上图所示键盘，介绍过程如下：

判断键盘中有无键按下将全部行线Y0-Y3置低电平，然后检测列线的状态。

只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电平线与4根行线相交叉的4个按键之中。

若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下。

判断闭合键所在的位置在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。

其方法是：

依

展开阅读全文