电磁炉单片机控制系统的设计VIP

毕业设计(论文)课 题 名 称 电磁炉单片机控制系统的设计 学 生 姓 名 学 号 系、年级专业 信息工程系、电子信息工程 指 导 教 师 职 称 讲 师 2009 年 5 月 22 日邵阳学院毕业设计(论文)I摘 要本文介绍了电磁炉的功能控制系统，它利用单片机的多功能控制优势对电磁炉进行智能控制，使之具有高效节能、健康环保、安全可靠等一系列优点。电磁炉成为目前发展最快的，市场增长幅度最高的家电产品之一。本设计以 AT89C51 为核心，实现电磁炉的数码管显示控制、多种安全保护功能、功率自动控制、温度自动控制、定时控制以及各种自动检测报警功能的控制；对单片机 AT89C51 在系统控制上的应用，从软硬件两方面对控制系统的设计方案做了简单的介绍。在软件设计上，采用模块化程序设计的思想，对电磁炉控制系统的各个功能模块进行划分和设计。研究智能锅具检测技术，提高了锅具检测的快速性和准确性，减少电磁污染并节约了电能。最后，对整个系统进行仿真、调试和性能测试。测试结果表明，该控制系统设计合理，稳定，安全、可靠性高。关键词：电磁炉；单片机；多功能；控制邵阳学院毕业设计(论文)IIAbstract This paper introduces the functions Control System of the Induction cooker, which uses the multi-functional control advantages of single-chip microcomputer to realize an intelligent control of induction cooker so that they have a series of advantages such as high efficiency, energy-saving, healthy environmental protection,high security and reliability. It become one of household electrical appliances whose development is quickest and the market growth rate is highest at the present.This design uses AT89C51 as the core processor which realizes many functions as nixietube display,varies of safety protection,output power ato-controllation,time setting ato-controllation and detection alarming; and simply introduces the application of single-chip AT89C51 in control system , elaborates the design from both handware and software. In the software design，it uses the ideas of modularized program design to carve up and design each function module in the induction cooker. Intelligent cooker testing technology enhances the rapid detection and accuracy for the pan and reduces electromagnetic pollution and saving electricity.Finally, the equipment is entire simulated and debugged. After many times testing and running, it has proven that this system features with reasonable， output power steady, safety and reliable. Keywords: Induction cooker；Single-chip microcomputer；Mult-function；Control邵阳学院毕业设计(论文)III目 录摘 要 .IABSTRACT .II前 言 .1第 1 章 系统总体方案 .21.1 方案设计 .21.2 方案论证 .3第 2 章 硬件设计 .42.1 芯片介绍 .42.2 电磁炉无锅检测模块 .92.3 定时控制模块 .102.4 功率控制模块 .122.5 温度自动控制模块 .132.6 显示模块 .142.7 保护电路 .162.8 按键模块 .172.9 报警模块 .172.10 电源电路 .18第 3 章 程序设计 .193.1 主程序流程 .193.2 无锅检测程序流程 .203.3 A/D 转换程序流程 .213.4 外部中断 .213.5 定时模块流程 .223.6 温度控制程序流程 .263.7 基本显示模块流程 .263.8 报警模块流程 .27第 4 章 系统仿真与调试 .294.1 系统仿真 .294.2 系统调试 .31第 5 章 PCB 板设计与制作 .33邵阳学院毕业设计(论文)IV5.1 PCB 板设计 .335.2 PCB 板制作 .34结束语 .37参考文献 .38致 谢 .39附录 程序清单 .40附录 系统原理图 .49附录 PCB 图 .50附录 元器件清单 .51邵阳学院毕业设计(论文)1前 言当今，随着电子技术的高速发展,单片机的应用已经渗透到生产和生活中的各个方面，有力的推动了社会的发展。单片机以其体积小，集成度高，价格便宜,在数据处理、实时控制等方面无与伦比的强大功能而受到广大科研工作者及生产厂家的亲睐。目前，市场热销的电磁炉就是单片机控制系统的一个典型应用，其品牌繁多、功能强大且多样。作为一个毕业设计的课题，对单片机控制系统的应用做了一些初步的尝试和探讨。以往家用电器采用模拟电路和数字电路设计的整体电路的规模较大，用到的器件多，造成故障率高，难调试，而且电路复杂，维修和生产测试不太方便；而今，采用单片机系统完成设计使电路设计简单可靠，工作可靠性很好，功能强大，实现控制智能化。为此我们采用了单片机进行设计，相对来说功能强大，用较少的硬件和适当的软件相互配合可以很容易的实现设计要求，且灵活性强，可以通过软件编程来完成更多的附加功能。针对各种功能的控制，通过软件编程就可以轻易而举的实现。本设计以 AT89C51 为核心，实现电磁炉的定时控制、温度自动控制、功率自动控制、保护功能、数码管显示控制以及无锅检测报警功能的控制；对单片机AT89C51 在系统控制上的应用，从软硬件两方面阐述了控制系统的设计方案做了简单的介绍。在软件设计上，采用模块化程序设计的思想，对电磁炉控制系统的各个功能模块进行划分和设计，提高了控制系统的快速性和准确性。最后，对整个系统进行组装、调试和性能测试。实验结果表明，该控制系统设计合理，稳定，安全，可靠性高。邵阳学院毕业设计(论文)2第 1 章 系统总体方案1.1 方案设计方案一：控制部分的核心采用传统的数字逻辑芯片来实现。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来实现该系统有一定的困难，需要用中大规模的可编辑逻辑电路。这样，系统的成本就会急剧上升。方案结构图如图 1.1：电源 AC/DC按键控制 电磁炉控制板 驱动电路 主谐振电路 锅具显示 保护检测电路图 1.1 方案一结构图方案二：以 AT89C51 系统为核心，利用单片机丰富的 I/O 端口，及其控制的灵活性，使其实现电磁炉数码管显示控制、多种安全保护功能、功率自动控制、温度自动控制、定时控制以及各种自动检测报警功能的控制。此系统的硬件和软件都比较容易实现，且满足本题的精度要求，性价比较高的 AT89C51 具有以下特点：其 8K 的 EPROM 可在固化程序上是方便地多次擦写，独有的低功耗性能保证器件的长时间工作；采用最小应用系统设计，电路可靠、稳定。方案结构图如图 1.2：单 片 机定时控制温度自动控制功率自动控制检测报警控制安全保护控制数码管显示控制电源电路图 1.2 方案二结构图邵阳学院毕业设计(论文)31.2 方案论证方案一采用模拟电路和数字电路设计的整体电路的规模较大，用独立振荡单元，多个功率管并联、驱动放大电路采用分立元件，如：定时采用 555 构成的单稳态触发器控制，但是该单稳态电路对输入的脉冲宽度有一定的要求，即触发脉冲宽度要小于暂稳时间，而实际应用中则大于暂稳时间，于是还要先经微分电路后再加到电路的低电平触发端。仅一个定时控制电路就已经如此复杂，若加上其它的温度、功率、显示等电路，系统电路更为繁杂，由此一来，用到的器件多，造成故障率高，难调试，而且电路复杂，维修和生产测试不太方便；虽然容易实现，但控制和性能方面都很差，硬件设计任务比较麻烦，而且设计的产品实际操作也不方便。方案二是采用以 AT89C51 为核心的单片机系统，可以实现数码显示、定时控制、温度功率自动控制等功能，大大提高了智能化自动控制的速度。显示采用 8 位一体数码管，既显示定时又显示温度，其中，数码管的前四位显示定时的时和分，后三位显示温度；定时采用单片机内部定时和外部中断结合控制实现；温度和功率控制选用 ADC0808 和电位器联合控制实现。由此一来，系统利用单片机强大功能对各个模块进行系统控制，减少分立元器件的使用，使其效率高、体积小、重量轻、噪音小、省电节能、并且系统所测结果的精度和性能都很高，该方案完全具有可行性，同时体现了技术的先进性，经济上也有很大的优势。综上所述，经比较，本设计采用方案二。邵阳学院毕业设计(论文)4第 2 章 硬件设计2.1 芯片介绍2.1.1 AT89C51AT89C511单片机是把那些作为控制应用所必需的基本内容都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上。如果按功能划分，它由如下功能部件组成，即微处理器、数据存储器、程序存储器、并行 I/O 口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器。它们都是通过片内单一总线连接而成，其基本结构依旧是 CPU 加上外围芯片的传统结构模式。但对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。AT89C51 引脚如图 2.1 所示。XTAL218 XTAL119ALE30 EA31 PSEN29RST9P0.0/AD0 39P0.1/AD1 38P0.2/AD2 37P0.3/AD3 36P0.4/AD4 35P0.5/AD5 34P0.6/AD6 3P0.7/AD7 32P1.01 P1.12 P1.23 P1.34P1.45 P1.56 P1.67 P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD1P3.2/INT0 12P3.3/INT1 13P3.4/T0 14P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T1 15P2.7/A15 28P2.0/A8 21P2.1/A9 2P2.2/A10 23P2.3/A1 24P2.4/A12 25P2.5/A13 26P2.6/A14 27U1AT89C51图 2.1 主芯片 AT89C51 引脚图微处理器：该单片机中有一个 8 位的微处理器，与通用的微处理器基本相同，同样包括了运算器和控制器两大部分，只是增加了面向控制的处理功能，不仅可处理数据，还可以进行位变量的处理。数据存储器：片内为 128 个字节，片外最多可外扩至 64k 字节，用来存储程序在运行期间的工作变量、运算的中间结果、数据暂存和缓冲、标志位等，所以称为数据存储器。邵阳学院毕业设计(论文)5程序存储器：由于受集成度限制，片内只读存储器一般容量较小，如果片内的只读存储器的容量不够，则需用扩展片外的只读存储器，片外最多可外扩至 64k 字节。中断系统：具有 5 个中断源，2 级中断优先权。定时器/计数器：片内有 2 个 16 位的定时器/计数器， 具有四种工作方式。串行口：有 1 个全双工的串行口，具有四种工作方式。可用来进行串行通讯，扩展并行 I/O 口，甚至与多个单片机相连构成多机系统，从而使单片机的功能更强且应用更广。并行 I/O 口：共有 4 个并行 8 位 I/O 口（P0、P1、P2、P3 ） ，每个口都有1 个锁存器和 1 个驱动器组成。并行 I/O 口主要是用于实现与外部设备中数据的并行输入/输出，有些 I/O 口还具有其他功能。特殊功能寄存器：共有 21 个，用于对片内的各功能的部件进行管理、控制、监视。实际上是一些控制寄存器和状态寄存器，是一个具有特殊功能的 RAM 区。复位电路的设计复位电路的实现通常有两种方式： RC 复位电路和专用 P 监