单片机毕业设计——可编程微波炉控制器系统设计

目录

第1节引言 (2)

1.1 可编程微波炉控制器系统概述 (2)

1.2 本设计任务和主要内容 (3)

第2节方案论证 (3)

2.1 主控制器的选型 (4)

2.2 计时方案选择 (4)

2.3 显示方案选择 (5)

2.4 音响发生方案选择 (5)

2.5 温度方案选择 (5)

2.6 火力控制分析选择 (5)

2.7 信息控制分析选择 (6)

第3节硬件电路设计 (7)

3.1 系统控制原理 (7)

3.2 基础系统模块 (8)

3.2.1 显示器与键盘设计 (9)

3.2.2 音响电路系统 (10)

3.2.3 温度测量电路 (11)

3.2.4 火力输出电路 (12)

第4节软件设计 (13)

4.1 主程序设计 (13)

4.2 普通控制模式 (14)

4.3 信息控制模式 (16)

第5节实验结果与分析 (17)

5.1 常规模式测试 (17)

5.2 智能控制测试 (18)

5.3 数据测试分析 (19)

5.4 操作说明 (19)

总结 (22)

参考文献 (23)

可编程微波炉控制系统设计

第1节引言

近年来随着科技的的发展，微波炉已经走进了千家万户的厨房，成为现代家庭的必备产品。尽管微波炉也得到了很大发展，功能越来越完善。为此，我们选择了本次电子设计大赛的这方面的题目，设计一个高质量的信息智能微波炉控制系统，使微波炉更人性化，使用更方便。

本可编程微波炉控制器系统，以A T89C52单片机为核心，由计时系统、手动键盘、温度测量、语音发声、网络控制器、状态显示等功能模块组成。

基于题目基本要求，本系统对功能设置、数据装入和定时设定功能进行了重点设计。此外，扩展了液晶显示工作状态、数码管时间显示、微波火力档位设定、火力指示、温度测量与显示、语音提示、Internet远程控制等功能。

其中常规基础部分可以选择火力并设定加热时间，系统通过发光二极管显示选择的火力当。系统启动后开始倒计时，数码管显示剩余时间。此外系统还能通过温度传感器DS18B20测量事物的温度，通过LED显示。LED还能显示所选择的键入的烹饪方案。计时结束即工作完毕时，系统发出警报。

智能控制部分可通过Internet实现远程控制，设定微波炉的工作方案，预制启动和结束的工作时间。LED显示IP地址，

1.1可编程微波炉控制器系统概述

微波炉已有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生产。主要生产为日本、韩国及欧洲的一些发达国家。我过自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。未来的发展趋势将一智能、信息为主流，使微波炉的发展更人性化。因此可编程微波炉控制器系统的开发有利于推动微波炉市场的发展，是老百姓能用上更优秀的微波炉。

1.2 本设计任务和主要内容

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烹调、烘烤、解冻，试验中用LED模拟。示意图如下：

主要任务：

（1）制定一个在不同功能时火力的控制时序表。具有三档微波加热功能,分别表示微波炉工作状态为烹调、烘烤、解冻，试验使用LED模拟。

（2）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——〉结束烹调、音响提示。

（3）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00.00。

（4）具有4位时间预置电路，按键启动时间设置，最大预设数为99分99秒。（5）设定初值后，按开启键，一方面按选择的挡位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。当计时到时间为0则断开微波加热器，并给出声音提示，即扬声器输出2~3s的双音频提示音。

（6）若在待机状态时按测试键，则4位数码管交替显示全亮和全灭两种状态，以检测数码管各发光段的好坏。

（7）微波炉火力档位的增加。

（8）输出显示方面的扩展。

（9）实现智能控制、信息控制。

第2节方案论证比较

2.1主控制器

方案1：采用数字逻辑芯片

本系统有功能设置、数据装入、定时、显示、音响控制多个功能模块。

各个状态保持或转移的条件依赖于键盘控制信号。由于键盘控制信号繁多，系统的逻辑状态以及相互转移更是复杂，用纯粹的数字电路或小规模的可编程逻辑电路实现该系统有一定的困难，需要用中大规模的可编程逻辑电路。

这样，系统的成本就会急剧上升〔相对于方案二〕。因此，本设计并未采用这种方案。

方案2 ：采用单片机作为整个控制系统的核心

鉴于市场上常见的51系列8位单片机的售价比较低廉，我们的设计采用了主从双AT89C52单片机系统。其中一片作为主控制器，主要负责系统的控制与协调工作。具体方案如下：首先，利用单片机多中断源的协调处理能力，通过中断接收键盘送来的信号，确认功能设置，实现数据装入，同时接收时钟芯片PCF8563的秒脉冲信号作为基准信号，完成计时任务。其次，从CPU 根据主CPU发出的信号控制语音播报、远程操作等功能。这样的设计使安装和调试工作可以并行进行，发挥团队优势，极大地缩短了总体设计和制造的时间；同时可以降低单个CPU的工作量，为发挥部分的制作以及其他功能扩展提供了充足的内部空间和更多的外部接口。

综合考虑以上因素，我们采用了方案二。

2.2 计时控制方案

方案 1 ：使用专用时钟芯片。

使用微控制器控制专用时钟芯片实现计时控制，这种方案有着计时精度高、控制简单的优点，而且更易于实现日期 / 时间显示、定时烹调等计时扩展功能。

方案 2 ：采用 MCU 内部定时器。

AT89C52 内部含有 3 个定时器，可以利用一个定时器与程序计数器相结合的方式，在系统晶振的驱动下，产生标准时钟频率。

由于方案 2 具有较好的灵活性、较少的电路器件和较高的性价比，而且通过精确的软件补偿使精度完全可以满足控制需要，所以我们选择该方案完成设计。

2.3 显示方案

方案 1 ：使用数码管显示

该方案控制最简单，但是只能显示非常有限的符号和数字，对于设计中复杂的显示功能显然不能胜任。

方案 2 ：使用点阵液晶显示

点阵液晶可以显示多种字符及图形，拥有友好的人机界面及强大的显示功能。特别适用于智能控制的可编程人性化显示。

权衡之后，我们决定选用方案 2 ，并实现了中 / 英文双语言界面。

2.4 音响发生模块

方案 1 ：微控制器直接发生

MCU 直接输出两路不同频率的脉冲信号，叠加成为双音频信号，驱动后送扬声器。但是由于 MCU 产生的方波信号含有高频分量，经测试，音效并不能令人满意。

方案 2 ：微控制器控制外部硬件电路发生

令阳单片机是目前较常用的用来实现声音输出的单片机，可实现音乐的录制与播放等。ISD2500DX键控分段板（段选板）是配有专门的微控制器得音频输出板，适配ISD2500全系列语音芯片，可实现方便的手动分段录放控制，高清晰驻极体话筒等优质部件，而且可以并行放音，控制方式极其简单。同时由于本系统的核心是单片机，可方便地输出控制信号，因此本系统采用ISD2500DX键控分段板作为声音输出电路实现报警和功能提示。

2.5 温度测量方案

方案1：利用热敏电阻或者热电偶等温度传感器进行测量

该方案对于测量精度要求高，测量温度范围宽的场合应用比较广泛。但硬件软件都比较复杂。

方案2：利用集成温度传感器DS18B20进行测量

DS18B20测温范围为-55--100℃。而且测量的温度直接转化为数字量，使用非常方便。但精度不如前者。

由于对环境温度进行测量，只是一种辅助功能，而且对温度的精度要求不高，所以我们采用了方案二。由于DS18B20的应用电路非常简单，在此从略。

2.6 火力设定

综合考虑题目要求及微波炉的实际使用情况，我们将火力强度划分为十档，十档位最强。加热功能为解冻、回热、烹调、烘烤四种。并根据各自特点及用户的使用习惯，形象的为每种加热功能分配了微、弱、中、强四种加

热强度。不同功能时的火力控制及与加热强度的对照表如下：

表 2-1：加热功能、火力控制、加热强度对照表

2.7 信息控制方案

方案 1 ：采用固定电话系统控制

控制器与电话机相连，在接到外来呼叫并接通后给出操作提示音或语音提示，并利用 DTMF 解码芯片获取对方的按键选择作为指令，对控制器进行操作。

方案 2 ：通过 Internet 实现远程控制

控制器通过 RS232 连接到计算机，并利用计算机软件将控制界面在Internet 上发布。这样，就可以方便的实现对控制器的远程操作。而且借助计算机与互联网的资源，还可以扩展实现烹调方案下载、 Internet 时间同步等信息控制功能。所以我们选择此方案为控制器的信息控制方案。

第3节硬件电路设计

3.1 系统控制原理

硬件设计以微控制器 AT89C52 为控制核心，基于 RTX51 实时多任务操作系统，结合所需的外围模块，完成键盘数据处理、控制 LCD 、生成 LED 演示及音响信号、以及与计算机通信等功能。

图3-1-1 微波炉控制系统原理图

图3-1-2 系统总体框图

3.2 系统基础模块

基础最小系统模块包括主控单元和基本外围电路，具体如下图所示。

P O W E R

P 1.6

图3-2 最小系统电路原理图

3.2.1 显示与键盘设计

显示模块采用中文液晶显示器，显示容量大，人机界面友好，其型号为OCM4X8C ，具有64×128点阵，可以显示16×16点阵的字符和汉字，也可以显示自定义的图形.。该液晶具有并行，串行两种接线方式，本系统中使用串行连接方式，串行连接时序图如下图所示。液晶自带中文字库和半宽字型库，同时提供图形显示功能，还可以自定义汉字显示，使用起来非常方便。

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

CS

SCLK

图3-2-1-1 液晶串行连接时序图

此外，液晶的显示资料RAM 提供64×2个位元组的空间，最多可以控制4行16字（64个字）的中文字型显示，当写入显示资料RAM 时，可以分别显示CGROM 、HCGROM 与CGRAM 的字型；ST7920A 可以显示三种字型 ，分别是半宽的HCGROM 字型、CGRAM 字型及中文CGROM 字型 ，三种字型的选择，由在DDRAM 中写入的编码选择，在0000H —0006H 的编码中将自动的结合下一个位元组，组成两个位元组的编码达成中文字型 的编（A140—D75F ）。

图3-2-1-2

键盘显示电路

3.2.2 音响频电路系统

1)在本设计中，2) 提示音及语音播报功能都需要语音电路实现。本设计采用了ISD25120芯片实现语音处理功能，3) 25120属于美国信息存

贮器件(ISD—Information Storage Devices)公司生产的单片语音集成电路2500系列，4) 其特点为片内的容量为480KB，5) 10个地址输入端，6)录放最多可分600段，7) 录放时间120秒，8) 采样频率4KHz。如图2-5所示。该电路可以在单片机的控制下实现按地址录、放音，9) 并能检测到放音是否结束。根据设计需要，10) 将地址低五位直接接地。这样，11) 每一个地址所能储存的音可达6.4s，12) 不13) 再是先前的0.2秒。控制端都与单片机I/O口直接相连，14) 可以方便的进行控制。语音信号从SP+输出，15) 分两路，16) 一路通过三极管Q16放大后接入电话线回路，17) 其中信号带有直流偏置电压1.5V，18) 接入的三极管Q16由R58设置合。

3-2-2-1 语音提示电路

SPEAKER

C55

图3-2-2-2 音频放大电路

适静态工作点；另一路通过音频放大器放大输出。

3.2.3 温度测量电路

温度传感器DS18B20进行测量，采用8位兼容AD转换器ADC0809。ADC0809是一个单片CMOS器件，带有8通道多路模拟开关和微处理兼容控制逻辑。在设计中我们用电位器虚拟食品重量，将模拟量电压转换为单片机可识别的数字量，查询内置表格实现火力和时间自动调节。如图2-7所示。

图3-2-3 AD转换电路

3.2.4 火力输出电路

微波炉启动后，电源除产生＋5V直流稳压电源外，还有过零信号检测电路，其作用是产生和过零时刻相对应的负脉冲信号，此过零负脉冲信号送到单片机的中断信号输入端INT,用于产生过零中断。通过由过零检测电路检测到的过零点个数，来控制微波炉磁控管的停和转，以实现对烹调功率的控制。

磁控管阳极高压3000V-7000V，工作频率2450MHz，阳极电流为

300mA-1200mA，因此直接控制磁控管的开关状态是不可取的，通过对变压器初级绕组的通断电状态的控制，即对其阳极电压的变压器初级绕组通断电的控制来实现对磁控管的开关控制。

图3-2-4 火力强度指示电路

第4节软件系统设计4.1 主程序设计

图4-1 软件流程图

4.2 普通控制模式

图4-2-1 普通模式系统的主程序流程框图

图4-2-2 启动运行子程序

图4-2-3结束子程序

图4-2-4 定时判断子程序

4.3 信息控制模式

第5节系统测试及结果分析

5.1 常规模式测试

测试仪器

计算机： Intel PentiumIII1.2GHz Windows XP Professional 操作系统。

表5-1-1 常规模式基本功能测试（1）

表5-1-2 常规模式基本功能测试（2）

5.2 信息控制部分测试

表4 信息控制测试

5.3 数据测试分析

（1）数据测试

表5 加热倒计时器误差测量

（2）误差分析

从功能分析，该系统的误差主要是加热倒计时器的计时误差走时误差。而

由于加热倒计时器系统都是由 MCU 定时器产生的 1Hz 时钟脉冲驱动，所以该时

钟是误差的最主要来源。

5.4 操作说明

功能设置：

1微波炉工作状态标识（开发板上的LED左边的数码管）：0—待机；1—烘烤；2—烹调；3—解冻。

2微波炉火力档位标识（开发板上的LED右边的数码管）：0—待机；1—高位（同时用开发板上的4个指示灯标示）；2—中高位（同时用开发板上的3个指示灯标示）；3—中位（同时用开发板上的2个指示灯标示）；4—低位（同时用开发板上的1个指示灯标示）。

3实现步骤：复位待机（上电或手动按开发板上的复位键SW8）→检测显示电路（SW1）→设置输出功能和定时器初值（SW0→SW1→SW2）→启动定时和工作开始(SW3→SW2)→结束烹调、音响提示。

4电或手动按复位键时（SW8），控制器输出的微波功率控制信号为0（开发板上的LED数码管），微波加热处于待机状态，时间显示电路显示为00.00（扩展的4个LED数码管）。

5.具有4位时间预置电路（扩展的4个数码管），在待机状态下，按启动时间键

进行时间设置(SW0→SW1→SW2)，最大的预设数为99 分99秒。

6.按开启键（SW0），一方面按选择档位启动相应的微波加热工作状态；另一方面设置计时电路时间，并且作倒计时。当时间到0时，断开微波加热器，并给出声音提示，即扬声器输出2~3秒的双频提示音。

7.若在待机状态按测试键（SW1），则四位数码关交替显示全亮和全灭两种状态，以测数码管各发光段的好坏。

8.微波炉火力档增加了一个中高火档位，实现了档位的扩展，主板上右边LED 数码管显示2，并且二极管指示灯亮3个。

9.输出显示方面，增加了LCD以显示时间以及IP地址以及定时剩余时间，实现了输出显示的扩展。

10．SW0→按键SW0在待机状态为功能设置键，当运行状态还可以作为取消键，即退出目前状态，重新设置。

11．SW1→按键SW1在功能设置状态为选择移位键；当运行状态还可以作为暂停键，暂停目前状态，若想继续，可以再按一下，取消暂停。

12．SW2→按键SW2在功能设置状态为数值设置键，即按一次则相应的数码管值加一，达到其上限时返回至零；在设置完毕状态可以作为启动键,即按下此键系统开始工作。

13．SW3→按键SW3为设置完毕后的确定键,按下此键后,所有的数值都存入寄存器。

14．SW8→为软件复位状态键。