毕业设计单片机微波炉控制系统.docx

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毕业设计单片机微波炉控制系统

电气与电子信息工程学院

《单片机》课程设计报告

题目：

微波炉控制系统

　　　专业班级：

学　　号：

　　　201　

姓名：

指导教师：

胡蔷、汤立刚

设计时间：

2013年12月23日—2013年12月27日

设计地点：

K2-407单片机、微机原理实验室

2013年11月20日

单片机课程设计成绩评定表

答辩或质疑记录：

记录：

1、微波炉控制系统的火力档位在仿真过程中，是有三个不同的发光二极管来控制，并没有热传感器来连接，因为是仿真所以无法做出效果来。

2、开关键控制显示屏，使其启动至用户状态。

可以关闭显示屏以及工作灯，但是并不能控制加热中的微波炉停止。

问题：

1、为什么使用矩阵式键盘？

答：

本次设计采用了多个按钮，如果使用独立式键盘，将占用大量的I/O口资源，所以我们采用4×4矩阵式键盘，这样可以节省大量的I/O口资源。

2、为什么要使用MAX7221这个芯片？

答：

可以很方便地和单片机相连，未经扩展最多可用于8位数码显示或64段码显示。

经实际使用发现，该芯片具有占用单片机I/O口少（仅三线）。

成绩评定依据：

课程设计考勤情况（5％）：

课程设计仿真测试情况（15％）

课程设计答辩情况（30％）：

完成设计任务及报告规范性（50％）：

最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）

指导教师签字：

2013年12月日

课程设计任务书

2013～2014学年第1学期

专业班级：

指导教师：

胡蔷汤立刚

工作部门：

电气与电子信息工程学院电气自动化教研室

一、课程设计题目单片机课程设计

二、课程设计内容（含技术指标）

1．设计目的及要求

（1）根据具体设计课题的技术指标和给定条件，以单片机为核心器件，能独立而正确地进行方案论证和电路设计，完成仿真操作。

要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整；

（2）熟悉、掌握各种外围接口电路芯片的工作原理和控制方法；

（3）熟练使用单片机汇编语言或C51进行软件设计；

（4）熟练使用Proteus、Keil软件进行仿真电路测试；

（5）熟练使用Protel软件设计印刷电路板；

（6）学会查阅有关参考资料和手册，并能正确选择有关元器件和参数；

（7）编写设计说明书，参考毕业设计论文格式撰写设计报告。

2．设计内容（题目名称：

微波炉控制系统）

本课题主要是对家用微波炉控制系统的研究，确定系统的整体方案，编写程序来实现微波炉控制的基本功能。

微波炉控制系统设计是以AT89C51单片机为核心的。

系统具体包含显示电路，键盘电路，计时控制电路，火力输出电路，响铃提示电路等多个部分。

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大火、中火、小火，模拟仿真中用不同颜色发光二极管模拟。

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——〉结束加热、音响提示。

按键启动时间设置，最大预设数为23小时59分59秒。

设定时间初值后，按档位选择键，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。

当计时到时间小于20s，给出声音提示，即扬声器输出提示音。

三、课程设计考核办法与成绩评定

根据过程、报告、答辩等确定设计成绩，成绩分优、良、中、及格、不及格五等。

2013年月日

第一章控制系统总述

一.工作原理

1.系统框图

一般的家用微波炉操作流程都包括定时、档位选择、启动等。

所以微波炉工作大致可以四个步骤：

系统待机——用户时间、档位、火力设置——系统工作——完成、提示。

系统框图

2.系统功能实现

系统启动时，8位数码管显示零时、零分、零秒，即00-00-01。

火力输出档位通过三个不同颜色的发光二极管显示（分别表示大火、小火、中火）。

键盘分按键K0,K1,K2,K3,K4,K5,K6,RESET八个按键（RESET复位键采用独立式键盘）。

K0键为微波炉的启动与关闭。

K1、K2、K3键为档位选择键，分别代表大火、中火、小火，选择后相应的发光二极管会发亮。

K4键为时、分、秒设定选择键。

K5、K6键分别为时间的加减设定。

RESET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”的声音。

选择合适的档位，微波炉启动数码管开始倒计时，当倒计时到软件程序设定的固定时间（20s）会进行倒计时提醒，此时会发出提示声音。

3.控制电路设计

微波炉控制系统以AT89C51单片机为核心，通过外接设备进行微波炉的显示、火力输出、定时设计，来完成系统设计的要求。

内部定时器

电源电路

单

片

机

音响发生电路

矩阵键盘电路

档位显示电路

8位数码管显示电路

门电路设计

火力输出电路

系统的总体框图

控制电路设计部分以AT89C51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,在本设计中，我们对火力输出电路原理只作解释，不作硬件电路的设计。

第二章方案论证

1.档位输出方案

方案一：

我们可以通过扩展芯片对单片机的I/O口进行扩展，将单片机的一个I/O端口扩展成三个输出端口以便节省单片机的I/O口资源。

方案二：

直接利用单片机的三个I/O口进行档位控制。

单片机

扩展芯片

单片机

I/OI/OI/O

方案一方案二

结论：

鉴于单片机含有丰富的I/O口资源，所以我们采用方案二，无须扩展。

2.计时控制方案

方案一：

使用专门的时钟芯片控制，我们可以采用专门的时钟控制芯片能够保证高精度、操作简单等，能够实现单片机的准点定时控制。

方案二：

AT89C51单片机内部就含有定时器，我们可以使用一个定时器和计数器结合，加上12M晶振的驱动，实现定时、计数控制。

结论:

我们采用方案二，单片机灵活性高，方案二节省器件，使电路简化，有很高的性价比，对于计时的精度我们可以通过软件设计来弥补调整。

3．键盘设计方案

方案一：

独立式键盘，每个独立按键单独占有一根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，优点是电路设计简单，且编程极其容易。

在按键不多的情况下我们可以采用独立式键盘。

独立式键盘如图3.3.1。

方案二：

4×4矩阵式键盘，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，节省单片机的I/O口资源。

结论：

我们采用方案二，因为本次设计采用了多个按钮，如果使用独立式键盘，将占用大量的I/O口资源，所以我们采用4×4矩阵式键盘，这样可以节省大量的I/O口资源。

矩阵式键盘。

独立式键盘矩阵式键盘

4．显示设计方案

方案一：

采用数码管显示，数码经济适用，只需简单的驱动芯片，即可驱动显示，但是信息量少。

方案二：

采用液晶显示，某些液晶显示器具有汉字显示功能，用液晶来实现显示功能，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，绿色环保等优点。

结论：

根据设计要求，我们只需实现定时显示，只要能显示时间即可，信息量少，只需显示时、分、秒。

所以我们采用8位数码管进行显示，完全能够达到设计要求。

5．火力输出方案

根据设计要求，只需设计高、中、低三档功能，无需多档位控制。

只需输出大火、中火、小火三档火力。

因此，我们只需模拟出三档火力即可。

我们通过三种不同颜色的发光二极管即可达到设计要求。

6．响铃提示方案

我们可以使用单片机的一个I/O端口，然后接上扬声器，通过软件方式，修改延时、周期，来达到响铃提示的效果。

7．方案确定

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，从而实现时、分、秒的倒计时。

（2）时间显示采用8位LED数码管显示时、分和秒。

档位显示采用3个不同颜色的发光二极管显示，分别表示大火、中火、小火三档火力。

（3）键盘采用单片机4×4矩阵式键盘，端口输入电平，通过单片机扫描相应端口电平来判断按键的抬起与按下。

（4）响铃提示直接由单片机控制输出，连接在扬声器在电阻上叠加推动扬声器发声。

第三章硬件设计

1.微波炉控制系统仿真硬件原理图

时钟电路：

AT89C51系列单片机的内部振荡器，由一个单极反相器组成。

我们一般采用12M的晶振，因为一个机器周期为1/12时钟周期，所以这样用12M的话，一个时钟周期为12us那么定时器计一次数就是1us。

时钟电路内部结构图

复位电路:

复位电路的基本功能是：

系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。

为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。

2．键盘电路设计

在按键设计中，为了满足设计的要求，需要使用的按键较多所以我们采用4×4矩阵式键盘，矩阵式键盘比较节省单片机的I/O的资源。

键盘的接口分别连入单片机I/O接口的P0.0,P0.1,P0.2,P0.3,P0.4,P0.5,P0.6,P0.7。

通过单片机内部判断这些I/O接口来确定按键是否被按下。

Key05、Key06、Key07、Key08通过一个与门接到P3.2接口，这样可以通过P3.2口来判断有没有按键被按下。

通过特定的扫描程序对键盘进行扫描。

P3.2接口为中断0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。

矩阵式键盘电路

3.档位显示电路设计

档位显示模块是由三个发光二极管显示，分别代表“大火”、“中火”、“小火”三个火力档位，直接将发光二极管通过三极管接至单片机I/O接口通过单片机发送低电平使发光二极管发光，用来模拟三个档位输出。

具体电路设计如图。

档位显示电路设计

注：

以上火力输出电路LED1、LED2、LED3分别代表大火、中火、小火，在研究中我们将采用不同颜色的发光二极管分别代表大火、中火、小火进行模拟仿真。

4．显示电路设计

根据前面章节的分析与方案选择，我们只需实现定时显示，只要能显示时间即可，信息量少，只需显示时、分、秒。

所以我们采用8位数码管进行显示，完全能够达到设计要求，我们选择MAX7221作为8位LED驱动芯片。

5.数码管

我们采用数码管动态驱动。

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1～2ms，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，能节省大量的I/O端口，而且功耗更低。

AT89C51单片机的P2.0、P2.1、P2.2