电子电路]基于单片机的微波炉控制系统设计毕业设计论文

电子电路]基于单片机的微波炉控制系统设计毕业设计论文内容摘要：

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。 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 MCS51 系列的兼容产品，准确地说是与 MCS51 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 MCS51 系列单片机，因为 MCS 只是 Intel 公司专用的单片机系列型号。 MCS51 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。 目前使用的 MCS51 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。 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 生产、生活需要 而且还有很多功能可供开发，有着广泛的应用 前景。 课题研究来源 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、洗衣机定时警报等。 早期常用的一些时间控制单元都使用模拟电路硬件设计制作的，其定时准确性和重复 精度都不是很理想，精确度低，不能实现准点控制。 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，如数控机床控制系统，自动化生产线系统等，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。 单片机功能强大，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，不同的设备都南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 3 有自己的控制器，种类繁多，这样使用起来很不 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，既减少了繁多的多控制器，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，提高了生产率，扩大了数字化的范围，为家庭数字化提供了可能。 本文主要研究工作 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。 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大火、中火、小火，模拟仿真中用不同颜色 LED 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。 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 000000。 具有 8 位时间预置电路，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（可以通过软件修改任意响铃提示时间）则断开微波加热器，并给出声音提示，即扬声器输出提示音。 设计中具体的问题有： （ 1） 如何进行时间设置（时、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； （ 6） 如何设计微波炉工作或者停止 本文结构 本文以微波炉的控制系统设计为研究对象 ， 以单片机的应用为背景，对微波炉系统基本功能进行设计与研究。 全文主要分七章，各章的主要内容如下： 第一章 主要介绍了单 片机的特点、概念、发展背景以及微波炉的发展背景； 第二章 主要研究了微波炉控制系统的总体概述、工作原理、电路设计及软件设计总体要求； 第三章 主要根据微波炉的工作原理确定控制系统的各个控制模块，以及对各个南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 4 控制模块设计方案进行比较，然后作出最优选择； 第四章 根据前一章的分析比较论证进行系统硬件电路设计； 第五章 主要进行系统的软件设计，根据流程图设计相应的合理的程序，并进行调试； 第六章 依据设计好的硬件电路和软件程序，用 Proteus软件进行仿真验证； 第七章 总结了全文的研究工作，给出了存在 的问题和进一步的研究方向。 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 5 第二章 控制系统总述 工作原理 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。 具体系统框图如图。 图 系统框图 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 000000。 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。 K K 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。 K 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。 各功能实现如 图。 系统待机 用户设定 开始加热 完成、提示 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 6 图 系统功能图 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。 具体框图如 图。 图 系统的总体框图 工作状 态 档位设置 用户设置 系统待机 系统上电 时间设定 系统复位 按 K0 启动 初始时间为 000000 K K K3 分 别 代 表大、中、小 Reset 复位 K K5（ +）、K6（ ） 内部定时器 矩阵键盘电路 音响发生电路 电源电路 8 位数码管显示电路 火力输出电路 门电路设计 档位显示电路 单 片 机 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 7 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。 软件设计 随着科技的飞速发展， C 语言的地位显得日益重要。 C 语言是一种结构化的语言，它层次清晰便于按模块化方式组织程序。 它可以用于系统软件的开发，同样也适用于应用软件的开发。 C 语言具有效率高，可移植性强等特点。 如果以前采用的是汇编语言写的程序，在日后升级和维护相当困难，别人写的程序不易被读懂，但用 C 语言写程序时，相当便利。 所以本次程序设计采用 C 语言编写，既能保证设计的精度，又能使程序通俗易懂。 本次设计 采用 Keil 4 作为编写软件，并通过 Keil 4进行编译调试。 软件界面如图。 图 软件界面 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 8 Keil C51是美国 Keil Software公司出品的 51系列兼容单片机 C语言软件开发系统，与汇编相比， C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。 Keil提供了包括 C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（ uVision）将这些部分组合在一起。 运行 Keil软件需要 WIN9 NT、 WIN20 WINXP等操作系统。 如果你使用 C语言编程，那么 Keil几乎就是你的最佳选择，即使不使用 C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。 Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全 Windows界面。 另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到 Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。 在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。 Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码 很紧凑，容易理解。 在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。 与汇编相比， C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。 用过汇编语言后再使用 C来开发，体会更加深刻。 Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全 Windows界面。 2020年 2月发布 Keil μ Vision4， Keil μ Vision4引入灵活的窗口管理系统，使开发人员能够使用多台监视器，并提供了视觉上的表面对窗口位置的完全控制的任何地方。 新的用户界面可以更好地利用屏幕空间和更有效地组织多个窗口， 提供一个整洁，高效的环境来开发应用程序。 新版本支持更多最新的 ARM芯片，还添加了一些其他新功能。 2020年 3月 ARM公司发布最新集成开发环境 RealView MDK开发工具中集成了最新版本的 Keil uVision4，其编译器、调试工具实现与 ARM器件的最完美匹配。 基于 Keil的完美性能，我们将采用 Keil 4 作为本设计软件程序的编写、编译、调试工具，因为本次设计将使用 C语言编写程序， C语言编写程序通俗易懂、便于后期修改完善、灵活性高，满足设计精度要求所以使用 Keil作为编写、编译、调试的工具，是不二之 选。 本章小结 通过对微波炉控制系统的整体概述，我们已经基本熟悉了微波炉的工作原理、硬件电路设计、软件设计等各个方面。 硬件电路大体包括定时电路、门电路、键盘电路、显示电路、响铃电路、火力输出电路几个主要模块。 软件设计也将从这几个模块入手。 因此，我们对微波炉控制系统有了初步的了解，并且确定了微波炉控制系统的大致研究方向，了解了微波炉控制的各个模块的功能，为进一步研究、细化南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 9 各模块功能奠定了坚实的基础。 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 10 第三章 各模块设计方案 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，根据我们所了解的，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，不同的设计要求所采取的方案也各不相同，有的需要考虑高精度，有的需要保证低功耗等等，所以通过思考分析，最终做出最合理的选择，使之更加科学和合理，达到设计要求。 下面对各模块设计方案做分析和选择。 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。 方案一如图。 方案二：直接利用单片机的三个 I/O 口进行档位控制。 方案二如图。 I/O I/O I/O 图 方案一 图 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。 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、。