单片机在智能电饭煲中的应用的实现.docx

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单片机在智能电饭煲中的应用的实现

摘要

本文主要介绍单片机在智能电饭煲中的应用的实现。

电饭煲是一种把电能转化成热能的新型多功能烹饪器具。

在科技发展日新月异的今天,电饭煲也同其它家用电器一样经历了从简单到复杂,从手动到半自动、全自动以及到现在的智能化产品的过程。

但因为价格较高,所以它不能为普通家庭所接受。

微电脑或电脑控制的智能电饭煲符合现代人的要求，人性化的界面设计，使得人们一眼看出当前工作状态，让您更安心，各种烹调过程全部由电脑自动控制，并且大多的智能电饭煲采用太空“黑晶”内胆，超硬耐磨，恒久美观，所有的这些特点符合现代人的省时、省力、耐用的观念做出一种价格低廉、体积又小的人性化的电饭煲是市场所需求的。

本设计以凌阳科技公司的8位单片机SPMC65P2404A为核心。

该电饭煲控制器模拟煮饭专家加热曲线对煮饭过程进行控制,具有多种煮饭模式,并实现了智能控制功能。

该设计的电路结构简单,所用器件较少,达到了减小体积,节约成本的目的，实现了电饭煲的低成本、高性能。

SPMC65P2404A良好的性能和合理的资源非常适合于智能电饭煲。

关键词：

智能电饭煲  凌阳单片机 SPMC65P2404A

ABSTRACT

Thispapermainlyintroducestheapplicationofmicrocomputerintherealizationofintelligentelectriccooker.electriccookerisakindofenergyintoheatofnew-typemulti-functionalcookingutensils.Intechnologydevelopmentfast-changingtoday,electriccookerarewithotherhouseholdelectricalappliancesasexperiencedfromsimpletocomplex,frommanualtoautomaticandsemi-automatic,untilnowtheprocessoftheintelligentproduct.Butbecausethepriceishigher,soitcannotbeacceptedforordinaryfamilies.Microcomputerorcomputercontrolconformstomodernpeople'srequirementofintelligentelectriccooker,humaninterfacedesign,makepeopleseethecurrentworkofthestate,makeyoumoresecure,variouscookingprocessbyallthecomputerautomaticcontrol,andmostintelligentelectriccookerusingspace"blackcrystal"bladder,superhardwear-resisting,enduringbeautiful,allofthesefeaturesconformstomodernpeople'ssavetime,energy,anddurableideamadealowprice,volumeandsmallhumanizedelectriccookerismarketdemand.Thedesignofsunplustechnologycompanyinthe8-bitmicrocontrollerSPMC65P2404Aasthecore.Theelectriccookercontrollersimulationcurveofcookcooksexpertsheatingprocesscontrol,hasavarietyofcookingmode,andrealizedtheintelligentcontrolfunction.Thedesignofthecircuitstructureissimple,USESthedeviceless,reached&reducevolumeandcostobjective,realizedthelow-cost,high-performanceelectric.SPMC65P2404Agoodperformanceandreasonableresourcesisverysuitableforintelligentelectriccooker.

Keywords:

IntelligentelectriccookerSunplusmicrocontrollerSPMC65P2404A

1绪论

自从1955年东芝开发出世界上第一台电饭煲，电饭煲的发展已经过了50年，到现在，电饭煲已经成为了现代家庭必备的生活电器之一。

随着电饭煲技术的发展，电饭煲的控制技术也经历了几个重要的阶段，首先是机械式控制，然后是电子式控制，再是微电脑控制，再是目前将要成为主流的电磁电饭煲和微压力电饭煲。

今天，我们正经历着一个电脑技术迅速发展的时代，电脑芯片、网络和3C技术已经开始成熟和普及，成本大幅的下降，这就为我们提供了一个绝好的平台和环境，我们应该有理由也有信心将包括电饭煲在内的所有智能家电控制技术作一次大的提升。

因为随着人们生活水平的提高，对电饭煲的要求也越来越高。

日后，煮出来的米饭的可口程度、营养以及是否多功能、是否节能这些因素将成为判断一个电饭煲好坏的标准。

目前，市场上的大部分采用机械式或者是采用固定功率的方式加热，能源利用率低，功能单一，难以满足人们日益增长的生活需求。

电饭煲从机械式原理到现在的智能电饭煲，期间经历了许多的阶段。

电饭煲发挥高新技术优势，以美味炊煮为主导，使产品更加丰富与时尚化，现已形成微电脑、电脑与机械三大类型、十大不同款式。

机械电饭煲虽然价格方面体现它的优势之外，其他方面就很难满足人们对现代生活高品质的需求。

微电脑或电脑控制的智能电饭煲符合现代人的要求，人性化的界面设计，使得人们一眼看出当前工作状态，让您更安心，各种烹调过程全部由电脑自动控制，并且大多的智能电饭煲采用太空“黑晶”内胆，超硬耐磨，恒久美观，所有的这些特点符合现代人的省时、省力、耐用的观念。

中国农业部农产品质量监督检测测试中心实验报告表明：

使用智能电饭煲蒸煮米饭，可以将米饭中维生素E的含量提高55.62%，赖氨酸的含量提高10.92%，而天冬氨酸、谷氨酸、丝氨酸、酪氨酸等游离氨基酸更是首次现身米饭当中，从而大大提升了米饭的营养和口感。

电饭煲是一种把电能转化成热能的新型多功能烹饪器具。

在科技发展日新月异的今天,电饭煲也同其它家用电器一样经历了从简单到复杂,从手动到半自动、全自动以及到现在的智能化产品的过程。

但因为价格较高,所以它不能为普通家庭所接受。

做出一种价格低廉、体积又小、带语音功能的人性化的电饭煲是市场所需求。

因此，开发功能齐全，安全可靠的微电脑智能电饭煲是非常用必要的。

本文主要介绍利用SPMC65P2404A芯片来对电饭煲的过程进行控制，SPMC65P2404A是凌阳公司的8位工业级通用单片机，最高工作频率为8MHz，工作电压3V~5V，有192字节的RAM和4K字节的OTPROM，有23个可编程IO口，8通道10位A/D转换器，2通道8位定时/计数器，2通道16位定时/计数器，1个12位PWM输出口，有低电压、上电、看门狗、外部信号、错误地址复位，并且有一个蜂鸣器输出口。

利用这些资源完成的电饭煲具有以下功能：

精煮、超快煮、冷饭加热、小米量、45分稀饭、2小时粥、1小时汤、2小时汤，并且具有人性化的操作界面，使用者很容易掌握。

电饭煲的功能不再只是简简单单的煮饭了，它可以完成许许多多的功能，它是人们日常生活中不可缺少的家庭好帮手，正是由于智能控制的问世，人们的生活才变得越来越简单。

2智能电饭煲可实现的功能

2．1电饭煲煮饭过程介绍

要想煮出高质量的米饭，就要掌握各种大米的吸水量，加温时间，控温过程，维持沸腾时间，停止升温过程，焖饭过程等规律。

煮饭的过程实质上就是使大米由难以为人体所消化吸收的β淀粉转化成为人体较易吸收的α淀粉的过程，经过大量的实践和探索，一次理想的煮饭过程可以抽象成以下几个过程：

▲吸水过程

在适合的温度下，让大米尽可能的吸收水分，这样煮出来的米饭的更加的饱满，口感更好。

让大米的含水量达到25%左右，温度越高，吸水越快。

但是温度一旦超过60度，大米中含有的β淀粉就会转化成α淀粉，会变成糊状，所以控制温度在60度以下是非常有必要的，一般控制在35度左右为最佳温度。

▲升温过程

这一个过程必须使锅内的热量充分对流，以至于不会造成夹生饭。

一般说来，加热值沸腾的时间最佳是10分钟。

▲维持沸腾

为了使β淀粉充分转化成为α淀粉，需要在沸腾的状态下，温度大约控制在98度左右，维持20分钟左右，可以通过控制继电器的开与闭来实现温度的控制。

▲补炊过程

断电之后，温度会慢慢下降，当温度降到100度左右的时候，在通电一段时间，将锅内的多余的水分蒸发掉，补炊的时间根据个人而定。

▲焖饭过程

在补炊过程结束后，锅内基本上没有太多的水分，应停止加热，利用余热来进行焖饭，促进大米α淀粉的生成。

一般的焖饭时间大约控制在12分钟左右。

▲保温过程

整个煮饭过程结束后，自动进入保温模式，温度低于65度左右，加热盘就会对锅体进行加热。

使用者在此种状态下就可以享用美食了。

2．2功能介绍

利用凌阳8位单片机SPMC65P2404A开发的智能电饭煲具有以下的两大功能：

2.2.1煲煮功能

1）精煮

选择精煮功能，按下开始键，电饭煲开始加热，大约45分钟后电饭煲进入焖饭状态，此时数码显示“n”，10分钟后，电饭煲进入保温状态，数码显示“b”，这表明饭已经煮好。

2）超快煮

选择超快煮功能，按下开始键，电饭煲开始加热，大约30分钟后电饭煲进入焖饭状态，此时数码显示“n”，8分钟后饭煮好，电饭煲进入保温状态，数码显示“b”，这表明饭已经煮好。

3）冷饭加热

选择冷饭加热功能，按下开始键，电饭煲开始加热，大约15分钟后电饭煲进入保温状态，数码显示“b”，这表示冷饭加热完成。

4）小米量煮

选择小米量煮功能，按下开始键，电饭煲开始加热，大约40分钟后电饭煲进入焖饭状态，此时数码显示“n”，10分钟后饭煮好，电饭煲进入保温状态，这表明小米量的饭已经煮好。

5）45分钟稀饭

选择45分钟稀饭功能，按下开始键，电饭煲开始加热，此时数码显示“-”，45分钟后粥将煮好。

6）2小时粥

选择2小时粥功能，按下开始键，电饭煲开始加热，此时数码显示“2”，2小时后粥将煮好。

7）1小时汤

选择1小时汤功能，按下开始键，电饭煲开始加热，此时数码显示“1”，1小时后汤将熬好。

8）2小时汤

选择2小时汤功能，按下开始键，电饭煲开始加热，此时数码显示“2”，2小时后汤将熬好。

注：

以上8种功能模式中，每一种功能结束之后都自动进入保温模式，数码显示“b”。

2.2.2定时功能

选择相应功能后设置相应的定时时间，按下开始键，定时开始，每过1小时显示时间数减1。

在定时时间内，根据定时的时间和所需过程的时间差电饭锅就能自动启动，自动加热，自动保温，完成选择的功能，例如果45分钟稀饭定时2小时的话，电饭煲会在1小时15分钟的时候开时启动加热工作，并进入45分钟稀饭功能模式。

2．3总体方案介绍

利用凌阳8位单片机SPMC65P2404A设计的智能电饭煲控制系统原理框图如图2-1所示，通过按键来选择功能模式、显示电路完成显示当前状态和定时时间；通过温度传感器来对温度进行采样；通过MCU的控制最终实现对继电器的控制，从而来控制对加热盘的加热与否，电源部分完成对单片机系统和外围电路提供5V电源，并且对加热盘进行加热。

图2-1控制系统构成框图

3凌阳单片机的硬件及软件编程环境

3.1凌阳SPMC65系列单片机简介

3.1.1　凌阳通用单片机简介

凌阳科技（SunplusTechnologyCo.,Ltd.）是全球知名的芯片设计公司，致力于开发高品质的集成电路芯片。

凌阳科技的愿景是『科技落实生活』，以强大的IC设计与系统应用能力为客户提供满意的产品与服务。

凌阳科技运用多媒体影音、单片微处理器、数字信号处理器（DSP）等核心技术，发展出多样化的产品线，包括液晶IC、微控器IC、多媒体IC、语音、音乐IC及各式ASIC，并逐年扩增中。

凌阳科技在单片微处理器的核心技术上，发展了从8位系列微控制器到μ'nSP系列16位微控制器、32位微控制器的核心技术；同时，形成完整的IC产品线，应用在电子词典、计算机外围、智能家电控制器、数码相机、VCD、DVD播放器、来电显示器等产品领域，在日常生活中无所不在。

凌阳科技的16位单片机的CPU内核采用凌阳自主知识产权的μ'nSP（MicrocontrollerandSignalProcessor）16位微处理器（以下简称μ'nSP）。

而围绕μ'nSP所形成的16位μ'nSP系列单片机采用的是模块化集成结构，以μ'nSP内核为中心，集成不同规模的ROM、RAM和功能丰富的各种外设接口部件，将单片机应用引领到SOC（SystemonChip）领域。

凌阳科技的μ'nSP系列16位单片机主要产品有：

带语音功能的SPCE通用单片机系列，工业控制级控制型的SPMC通用单片机系列，应用于视频游戏类产品的SPG系列单片机，带有LCD显示驱动的SPL16系列单片机、专用于通讯产品的SPT系列单片机，应用于高档电子乐器、和弦发声的SPF系列单片机等等。

凌阳科技新近又推出了以μ'nSP为内核的SPMC75F系列单片机，用于变频马达驱动控制，广泛应用于变频家电、工业变频器、工业控制等领域。

凌阳科技的8位系列单片机产品拥有完整的产品线，以其高性价比、全面的技术支持服务、方便的工具支持为广大客户所接受，出货量排在全球半导体企业的前几位；凌阳科技8位单片机产品主要的类别有：

带LCD驱动的SOC芯片、多媒体应用芯片、语音芯片、通用单片机等。

凌阳科技最新推出的SPMC65系列单片机属于8位的通用单片机系列，是针对家电产品以及工业控制领域的高抗干扰性、高性价比的工业级芯片。

SPMC65系列单片机提供了从低档到高档一系列产品，以满足客户的不同需求，包括不带ADC的I/O控制型单片机、带ADC的I/O控制型单片机等。

3.1.2　SPMC65系列单片机简介

SPMC65系列单片机是由凌阳科技设计开发的8位通用单片机系列产品；该系列单片机具有优越的抗干扰能力、丰富易用的资源以及优良的结构，是非常适合于家用电器、工业控制、仪器仪表等方面应用的工业级微控制器。

SPMC65系列单片机采用8位的SPMC65CPU内核，并围绕这个通用的CPU内核，集成了不同的片内资源形成了从低档到高档一系列产品。

在系列芯片中相同的片内硬件功能模块具有相同的资源特点；不同型号的芯片只是对片内资源进行删减。

3.1.3　SPMC65系列单片机特点

SPMC65系列单片机为针对家用电器、工业控制应用设计的工业级芯片；并为其应用领域作了具有针对性的增强设计；如：

加强I/O端口以提高I/O端口的驱动能力、抗干扰能力；采用增强的复位系统，提高系统的可靠性；提供可靠而且完整CCP功能的定时器/计数器等。

SPMC65系列单片机目前提供最大928字节的RAM和16K字节的ROM；同时还集成了一个时基、一个看门狗定时器、最多6个16位定时器/计数器、最多9个通道的ADC等资源。

下面介绍全部的SPMC65系列单片机资源特性：

▲存储空间

　－最大16K字节的程序空间（ROM）

　－最大928字节的数据空间（RAM）

▲SPMC65CPU

　－支持182条指令

　－CPU最高频率8MHz

　－支持位操作指令

▲I/O端口

　－最多6组8位通用I/O端口

　－可设置为上拉/下拉/悬浮输入口，或者输出口

　－具有复用功能的双向I/O端口

▲中断

　－最多6通道外部中断：

NMI非屏蔽中断或IRQ可屏蔽中断

　－内部中断

▲复位

　－增强的复位系统

▲时钟管理（Clock）

　－3种时钟源：

RC振荡器、晶体和外部时钟输入。

　－具备时钟频率输出能力

▲省电模式

　－2种省电模式：

STOP、HALT

▲模拟外设

　－9通道带一个内部参考电压的10位的ADC，或8通道带内/外部参考电压的10位ADC。

　－4.0V或2.5V可选的低电压复位系统

　－1通道10位的DAC，最大输出电流为3.3mA

　－2个模拟电压比较器

▲3个16位定时/计数器（类型I，Timer0、2、4）

　－8位/16位定时、计数功能

　－捕获功能（8位脉宽/周期测量，16位脉宽测量）

　－8位/16位比较输出

　－8位PWM输出

▲2个16位定时/计数器（类型II，Timer1、3）

　－8位/16位定时/计数器，事件计数模式

　－捕获功能（8位脉宽/周期测量，16位脉宽测量）

　－8位/16位比较输出

　－12位PWM输出

▲1个16位定时/计数器（类型III，Timer5）

　－8位/16位定时/计数器，事件计数模式

　－捕获功能（8位脉宽/周期测量，16位脉宽/周期测量）

　－8位/16位比较输出

　－16位PWM输出

▲时基

　－频率选择：

1Hz~62.5kHz@8MHz

▲蜂鸣器输出

　－频率：

1kHzto2MHz@8MHz

▲可编程看门狗定时器

▲串行总线接口

　－SPI总线

　－UART总线

　－IIC总线

应用领域：

▲小家电

　－微波炉、冰箱、洗衣机、空调、电饭煲、电磁炉、充电器等；

▲ 带有I/O控制和A/D转换功能的工控场合。

为了方便用户的开发，凌阳公司还开发了一款仿真芯片ECMC653，专门用于SPMC65系列单片机的仿真。

ECMC653片内集成了SPMC65系列单片机全部的资源，具有928字节的RAM和16k字节的SRAM。

同时还集成了1个时基、1个看门狗定时/计数器、6个16位定时/计数器和9通道的ADC等。

为了帮助用户缩短开发周期，便于发现程序中隐藏的错误，芯片内部集成了专用的1k字节的PCTrace用于记录程序的运行路径，用户可以从中了解到程序是否正确执行。

用户可以通过ECMC653仿真、学习SPMC65系列全部的芯片，而且其硬件资源的应用与SPMC65系列单片机是完全一样的，需要仿真不同的芯片时，只需要在集成开发环境FortisIDE上作选择即可。

3.2凌阳单片机的硬件

3.2.1芯片特性简介

SPMC65P2404A是由凌阳公司设计开发的8位工业级单片机，采用凌阳SPMC65内核，支持位操作指令。

具有强大的定时/计数器、丰富的外部中断源以及ADC、PWM、标准通讯接口SPI等多种功能。

适用于通用工控场合、计算机外围控制和家电等。

SPMC65P2404A有20管脚和28管脚两种封装。

本设计选用28管脚封装，如图3-1所示。

28管脚封装芯片的具体特性如下：

▲工作电压：

3.0V～5.5V

▲工作速度：

8MHz

▲工作温度：

-40℃～85℃

▲超强抗干扰、抗静电ESD保护能力

▲4KbyteROM，192byteRAM

▲23个通用输入输出口

▲强大的定时计数器：

2个8位、2个16位具有CaptureComparePWM功能

▲1个1KHz～62.5KHz的时基

▲8通道10位精度的ADC（带外部参考电压）

▲4个外部中断，12个内部中断

▲SPI串行通讯接口

▲2种省电模式：

Halt、Stop

▲蜂鸣器输出功能

▲4.0V/2.5V可选低电压复位功能

▲可编程看门狗功能

图3-1SPMC65P2404A28P封装

3.3软件编程环境

凌阳科技提供了一种支持SPMC65系列单片机的集成开发环境FortisIDE，具有工程管理、文本编辑、程序编译和调试等多种功能，还具备非常友好的用户界面、下拉菜单、快捷方式和快速访问命令列表等，能够方便地进行编辑、调试程序，且其可以仿真SPMC65系列所有芯片的功能，大大提高了开发效率。

FortisIDETM集成开发环境运行的软件平台为Windows98?

/2000?

/XP?

。

▲软件开发工具的安装

SPMC65Toolkit.exe安装包运行时会把FortisIDE软件、FortisIDEBody以及Q-Writer软件一起安装到用户的PC中。

FortisIDE是集成开发环境，而FortisIDEBody则是集成开发环境所需要的有关芯片型号的信息以及对应芯片的范例程序等，如用分开的安装包进行安装时，FortistIDE安装完后必需安装FortisIDEBody；Q-Writer为配合SPMC65系列芯片进行编程的工具软件。

▲SPMC65系列单片机软件开发工具快速入门

用一根USB连接线将在线仿真编程器与PC机相连，并接上在线仿真器的电源。

1.选择[开始]→[程序]→[Sunplus]→[FortisIDE]→[FortisIDE-V1.6.5①]运行FortisIDE。

2.打开工程：

选择[File]→[OpenProject]，在“打开”对话框中选择工程路径。

新建工程：

选择[File]→[New]，在New对话框中添加工程名称，并选择工程建立的路径，在main.asm中编写程序。

3.Workspace窗口显示在左半边，此窗口内可以看到当前工程所包含的所有文件。

4.选择[Build]→[RebuildAll]，进行源文件的编译和链接，编译链接过程里的错误会显示在Output窗口内。

5.选择[Build]→[StartDebug]→[Download]，将程序下载到仿真芯片中。

6.选择[Build]→[StartDebug]→[