基于单片机的智能电饭煲的控制.docx
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基于单片机的智能电饭煲的控制
分类号
编
号
华北水利水电学院
NorthChinaInstituteofWaterConservancyandHydroelectricPower
毕业设计
题目：
基于单片机的电饭煲智能控制系统的设计
院
专
姓
系
业
名
信息工程学院
电子信息工程
李玉平
学
号200915512
指导教师
郑
辉
2011年05月24日
华北水利水电学院
毕业设计任务书
题目：
基于单片机的电饭煲智能控制系统的设计
专
业：
电子信息工程
班级学号：
200915512
姓
名:
李
玉
平
指导教师：
郑
辉
设计期限：
2011年2月21日开始2011年5月27日结束
院、系：
信息工程学院
2011年
2月
21日
一、毕业设计的目的
通过本次设计掌握产品设计的流程，能熟练的使用AT89C51单片机，并根据设计要求选择合适的元器件，充分理解相关软件，对整个产品设计时的调试等必要的环节有更深刻的体会。
本设计通过选认元件、连线焊接、调试检测等过程，培养了搜集资料和调查研究的能力，方案论证选择的能力，理论分析与设计运算的能力，巩固了计算机软硬件和应用系统设计方面的能力。
二、主要设计内容及基本要求
1．本设计包含以下部分：
按键电路、上电复位电路、晶振电路、电源电路、显示电路、MCU系统部分、机械控制电路等部分。
2．基本要求：
（1）要求定时工作时间和实时时间对比达到长时间精确地定时功能。
（2）要求定时时间和实时时间相同时通过51单片机控制光耦驱动电路来控制电饭煲的工作。
三、重点研究问题
1．单片机的内部结构，显示电路的调试。
2．部分功能电路的软件设计：
键盘显示电路、报警电路、工作指示电路。
四、主要技术指标或主要设计参数
根据模块电路，设计出完整的电路原理图，焊接出实物，并对产品进行调试。
电源部分为单片机系统提供的电压为5V，为光耦提供的电压为12V。
五、设计成果
拟做出一个基于AT89C51单片机对电饭煲的智能控制系统的设计，设计出整体原理图，并做出实物，同时做出一份符合要求的毕业论文。
，
华北水利水电学院本科生毕业设计开题报告
2011年3月10日
学生
姓名
李玉平
学号
200915512
专业
电子信息工程
题目
名称
基于单片机的电饭煲智能控制系统的设计
课题
来源
自选
主
要
内
容
早在20世纪早期，电子智能控制技术就已经发展起来了，并最先被应用于工业生产中，其后随着控制理论、微电子技术和传感技术的发展，在操作复杂度、可控对象、稳定性、经济性等方面均得到了完善，目前电子智能控制技术在家用电器、汽车电子、智能电源保护、电力自动化和电动工具等领域得到很广泛的应用，以促进产品智能化和信息化程度的提高。
例如，在空调、电磁炉、微波炉、洗衣机、电冰箱、电视机等生活家电上，电控板的身影无处不在而一台高档汽车采用的电子智能控制装置更高达20多处。
而如今随着社会的发展和现在人们生活节奏的加快，越来越多的工薪层的人们更是忙碌，除了工作，剩余的时间也越来越少,谁都想越来越多的智能家电在我们身边应用。
比如：
清晨6：
10，全家还在熟睡中，智能系统已让电饭煲把饭煮好…...本课题就是在这样的背景下设计的。
此系统支持24小时预约煮饭，可灵活方便地安排煮饭时间，从而进一步实现智能家庭的梦想。
通过本次设计掌握产品设计的流程，能熟练的使用AT89C51单片机，并根据设计要求选择合适的元器件，通过模块框图到总体电路图再到调试，充分理解了相关软件。
本次设计的意义在于通过选认元件、连线焊接、调试检测等过程，锻炼自己的动手能力，从而综合性地巩固所学知识。
通过这次设计我学会了综合的运用所学专业知识去分析、解决实际问题，较熟练地掌握了通过文献检索、资料查询从而获取新知识的方法，巩固了计算机软件、硬件和应用系统设计的基本能力。
系统的主要功能和要求
（1）实现电饭煲24小时的定时预约煮饭的功能。
（2）实现定时时间和实时时间相同时通过51单片机控制光耦驱动电路来控制
电饭煲的工作。
（3）要求在实时时钟工作下，当到达定时时间时该控制电路会完成电饭煲的自动给电功能和机械动作功能，从而在按照使用者预先设定的时间来完成规定的任务，从而达到智能实时控制的目的。
系统的功能电路
该设计主要的功能电路有：
按键电路、上电复位电路、晶振电路、电源电路、显示电路、机械控制电路等。
总体设计结构图
显示电路
按键电路光耦
220V控制电路
上电复位电路
晶振电路光耦机械控制电路
AT89C51
电源电路
采取
的主
要技
术路
线或
方法
总体设计采用的方法：
1．硬件设计
（1）画流程框图
（2）选择元器件
（3）画出原理图
2．软件设计
（1）画流程图，确定程序的执行方案。
（2）程序的编写采用模块化的设计方法，使它具有易读、易改的特性。
3．设计工具
（1）KeiluVision2：
编写、调试程序。
（2）Protues：
设计电路原理图并调试。
4．焊接、调试
预期
的成
果及
形式
通过设计能更深刻地了解硬件设计的基本流程，熟练地运用主要的设计工具完成从模块电路到整体电路等各个步骤的设计。
根据原理图焊接出实物电路板,从而使该电路板能够实现预期的功能。
形式有：
实物电路板、设计论文、protues仿真电路原理图。
时间
安排
第1、2周：
熟悉毕业设计题目，搜集相关资料。
第3、4周：
明确毕业设计任务，提交开题报告。
第5、6周：
做有关电饭煲智能控制的前期工作，对该系统进行总体框架设计。
第7、8周：
对模块电路进行详细分析验证，从而形成系统的可行性整体方案。
第9、10周：
进行protues仿真，焊接电路板，并进行实物调试。
第11、12周：
外文翻译、撰写论文。
第13周：
提交论文、准备答辩，组织预答辩。
第14周：
答辩。
指导
教师
意见
签名：
年月日
摘要
近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制技术的日益更新。
如今随着社会的发展和现在人们生活节奏的加快，越来越多的工薪层的人们更是忙碌，除了工作，剩余的时间也越来越少,谁都想越来越多的智能家电在我们身边应用。
用单片机技术设计一种电饭煲的定时控制，要求用键盘输入定时时间和实时时间对比达到长时间精确的定时功能。
本设计主要包括硬件电路的设计和系统程序的设计，硬件电路主要包括主控制器、显示电路等，主控制器主要采用单片机AT89C51、显示电路采用4位共阴极的LED。
系统程序主要包括主程序、显示程序和定时程序等。
本设计采用AT89C51单片机，要求定时时间和实时时间相同时通过光耦驱动电路控制电饭煲的工作。
关键词：
单片机;智能;程序;光耦;驱动
华北水利水电学院毕业设计
Abstract
Withtherapiddevelopmentofscienceandtechnologyinrecentyears,the
applicationofSCMiscontinuouslystrengthening,anddrivingtheinnovationof
traditionalcontroltechnology.Nowwiththedevelopmentofsocietyandthe
acceleratingrhythmofpeople'slife,it'sbecomingacommonphenomenonthat
moreandmoreblue-and-whitecollarworkersaremorebusy，therestoftheirtime
islessandlessaftercompletingtheirregularwork,whichmakeseverybodyhavea
dreamofusingmoreandmoresmartappliancesaspossibleastheycanintheir
dailylife.ThetimingcontrolofaricecookerdesignedbySCMtechnology,which
requirestimingoftimeandreal-timetimeinputwithkeyboardinordertoachievelong-timetimingfunctionaccuratelybycomparison.
Thisdesignmainlyincludedthedesignofthehardwareelectriccircuitandthe
designofsystemprogram.Thehardwareelectriccircuitofthedesignmainly
includedthemastercontroller,displaycircuitandsoon.Themastercontroller
mainlyusedAT89C51SCM,thedisplaycircuitused4altogethercathodesLED
numericalcodetube.ThedesignadoptsAT89C51MCU,whichdemandsOpto-
couplerdrivercircuittocontroltheworkofelectriccookerwhenthetimingtimeisequaltothereal-timetime.
II
华北水利水电学院毕业设计
Keyword:
scm;intelligent;procedures;opto–coupler;drivers
摘要.............................................................I
ABSTRACT........................................................II
第1章概述......................................................1
1.1研究背景...................................................1
1.2主要内容....................................................1
1.2.1研究目的和意义..........................................1
1.2.2研究内容................................................1
第2章设计分析..................................................3
2.1设计要求....................................................3
2.2总体设计....................................................3
2.3系统方案选择................................................4
2.4软件开发环境................................................4
第3章电路主要器件性能..........................................6
3.1AT89C51内部结构及管脚说明...................................6
3.1.1AT89C51内部结构........................................6
3.1.2AT89C51部分管脚说明....................................7
3.2单片机芯片内并行I/O口.......................................7
3.374LS245芯片.................................................8
3.4MOC3020芯片.................................................9
第4章电路硬件设计.............................................10
4.1电源电路..................................................10
III
华北水利水电学院毕业设计
4.1.1电源电路的工作原理....................................10
4.1.2电源电路硬件构成......................................10
4.2显示电路..................................................11
4.2.1
数码管显示电路工作原理..............................11
4.2.2数码管显示电路.......................................13
4.3功率控制电路...............................................14
4.3.1单片机控制大功率电路工作原理..........................14
4.3.2单片机控制大功率电路..................................14
4.4附属电路...................................................15
4.4.1键盘电路工作原理及构成................................15
4.4.2讯响电路工作原理及构成................................17
4.4.3工作指示电路工作原理及构成............................17
第5章软件设计.................................................18
5.1程序设计流程图..............................................18
5.2系统的调试..................................................19
5.2.1单片机系统的调试.......................................19
5.2.2软件调试...............................................19
结论............................................................22
致谢............................................................23
参考文献........................................................24
附录一：
硬件电路原理图..........................................25
附录二：
源程序代码..............................................26
附录三：
外文资料及翻译..........................................35
IV
华北水利水电学院毕业设计
第1章概述
1.1研究背景
早在20世纪早期，电子智能控制技术就已经发展起来了，并最先被应用于工业生产中，其后随着控制理论、微电子技术和传感技术的发展，在操作复杂度、可控对象、稳定性、经济性等方面均得到了完善，目前电子智能控制技术在家用电器、汽车电子、智能电源保护、电力自动化和电动工具等领域得到很广泛应用，以促进产品智能化和信息化程度的提高。
例如，在空调、电磁炉、微波炉、洗衣机、电冰箱、电视机等生活家电上，电控板的身影无处不在，而一台高档汽车采用的电子智能控制装置更高达20多处。
而如今随着社会的发展和现在人们生活节奏的加快，越来越多的工薪层的人们更是忙碌，除了工作，剩余的时间也越来越少，谁都想越来越多的智能家电在我们身边应用。
比如：
上午你去上班，下午下班回来的时候洗衣机已经把衣服洗好了；清晨6：
10，全家还在熟睡中，智能系统已让电饭煲把饭煮好……本课题就是在这样的背景下设计的。
此系统支持24小时预约煮饭，可灵活方便地安排煮饭时间，从而进一步实现智能家庭的梦想。
1.2主要内容
1.2.1研究目的和意义
通过本次设计掌握产品设计的流程，能熟练的使用AT89C51单片机，并根据设计要求选择合适的元器件，通过模块框图到总体电路图再到调试，充分理解相关软件的使用。
本次设计的目的在于通过设计电路图、编写程序、选认元件、连线焊接、调试检测等过程，锻炼自己的实际动手操作能力，从而综合性地巩固所学的理论知识。
通过这次设计我学会了综合的运用所学专业知识去分析、解决实际问题，较熟练地掌握了通过文献检索、资料查询从而获取新知识的方法，更重要的是提高了我的动手操作能力。
1
华北水利水电学院毕业设计
1.2.2研究内容
本设计主要采用AT89C51、74LS245和光耦一起制作电饭煲的智能控制系统，主要分为：
系统的硬件设计与调试和控制软件的设计与调试。
（1）硬件部分
硬件电路主要包括主控制器、驱动电路、键盘电路、光耦电路、显示电路等，主控制器主要采用单片机AT89C51、驱动电路采用74LS245、显示电路采用4位共阴极的LED以动态扫描法只读显示。
键盘电路、驱动电路、显示电路和主控制器一起实现电饭煲24小时的定时预约煮饭的功能。
（2）软件部分
软件主要有四大部分组成：
设置当前时间程序、设置定时时间程序、中断控制程序和扫描显示程序。
2
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第2章设计分析
2.1设计要求
该设计是在单片机的自动化控制理论原理和实时定时电路工作原理为基础上完成。
要求用键盘输入定时时间和实时时间的对比达到长时间精确的定时功能；在实时时钟工作下，当到达定时时间时该控制电路会完成电饭煲的自动给电功能和机械动作功能，并且按照使用者预先设定的时间来完成规定的任务，从而达到智能实时控制的目的。
2.2总体设计
本设计为电饭煲智能控制，其工作原理为以AT89C51为控制核心，带有定时功能的实时时钟为基础，和光耦进行电气隔离来完成单片机对大功率高电压进行控制。
其工作原理图如图2-1所示：
图2-1系统工作原理图
3
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2.3系统方案选择
（1）键盘选择
独立式键盘：
电路简单，易于编程，但需要的I/o口线较多，当需要多个按键时可能造成I/o线资源短缺。
行列式键盘：
I/o口分为行线和列线，按键跨接在行线和列线上，列线通过上拉电阻接电源，特点是：
占用的I/o口线少，但软件较为复杂。
在本设计中键盘的作用就是提供模式的选择和时间的设定，只需要五个键就可以胜任，综合考虑后选择独立式键盘。
（2）MCU的选择
第一种：
8031单片机内没有ROM/EPROM/FLASH存储器，使用时需外加存储器，也就是说，程序需要烧写到另外的一个存储芯片上，这两个芯片必须同时出现才能使用。
第二种：
AT89C51单片机片内有4K的ROM存储器，8051单片机比8031多了一个内部的4KROM,他可以用编程器烧写程序，但写完之后也不能删除。
综合单片机的各部分资源及成本问题，本设计选用了后者，因为使用后者少写程序更方便。
（3）信号显示的选择
本设计有两种数据需要显示，一种是时间信号，另一种是信号灯状态显示信号。
对于前者可以选用数码管显示，也可以用液晶显示，但是液晶显示比数码管的成本高了很多，因此选用液晶并不经济。
信号灯状态显示可以选用LED，LED不仅亮度高、寿命长，而且成本比较低。
2.4软件开发环境
汇编语言是一种用文字助记符来表示机器指令的符号语言，是最接近机器码的一种语言。
其主要有优点是占用资源少、执行率高，但在编写复杂程序时，相对高级语言代码量较大，而且汇编语言依赖于具体的处理器体系结构不能通用，因此不能直接在不同处理器体系结构之间移植。
C语言是一种结构化的高级语言。
其优点是可读性好、移植容易、代码量小、开发周期短，是普遍使用的一种计算机语言。
缺点是占用资源较多，执行效率没有汇编高。
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华北水利水电学院毕业设计
对于目前的普遍使用8bitMCU来说，其内部ROM、RAM等资源都是有限的，如果使用C语言编写，一条C语言指令编译后，会变成很多条机器码，很容易出现ROM空间不够、堆栈溢出等问题。
而且一些单片机厂家也不一定能提供C编译器，而汇编语言，一条指令就对应一个机器码，每一步执行什么动作都很清楚，并且程序大小和堆栈调用情况都容易控制，调试起来也比较方便，所以本设计采用汇编语言编写源程序。
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第3章
电路主要器件性能
3.1AT89C51内部结构及管脚说明3.1.1AT89C51内部结构
T0T1
P0P1P2P3
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图3-1AT89C51内部结构
AT89C51是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，引脚排列如图3-2所示：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
40
39
38
37
36
35
34
33
32
31
30
29
28
27
26
25
24
23
22
21
图3-2AT89C51管脚图
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3.1.2AT89C5
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