基于MCS51的微波炉控制系统设计

Abstract 镇 江 高 专ZHENJIANG COLLEGE 课 程 设 计 (论 文) 基于MCS51的微波炉控制系统设计Microwave Control System DesignBased on MCS 51院 名： 装备制造学院 专业班级： 机电D142 学生姓名： 王月潇 学 号： 140104414 指导教师姓名： 冷承业 指导教师职称： 副教授 2015 年 12月I摘要摘要 近年来随着计算机在社会领域的渗透和大规模集成电路的发展，单片机的应用正在不断地走向深入，由于它具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点，因此特别适合与控制有关的系统，越来越广泛地因用于自动控制。微波炉做为常用的家用电器之一，已广泛进入了家庭生活。其类型从最初的机械控制发展到目前的电脑控制。 在我国，微波炉也已经在民用领域中普及开来。由于独特的加热原理，它可以有效保持食物原有的色、香、味与营养成份，还可以迅速解冻食物，保持食物的水分与鲜嫩。而且微波炉使用中绝少产生油烟与炽热空气，使厨房保持清洁。微波炉之所以有如此优良的性能与新技术的应用是分不开的。本文对家用微波炉的控制系统进行了分析并综合比较各种控制方法，最终选用89C51单片机作为控制单元，液晶显示模块、从而构成整个微波炉控制电路。本设计可通过预设模式或人工输入模式控制微波炉工作时间以及火力调节，并通过输出不同来模仿微波炉在不同火力下的工作状态，液晶显示屏作为人机交互界面同步显示当前工作状态，。经过前期的资料查阅、模拟仿真及后期的现场调试后，整个设计安全可靠，工作稳定，顺利实现预期功能。 关键词: 89C51单片机；微波炉；控制电路 Abstract In recent years, with the development of computer penetration in the social field and large-scale integrated circuits, single-chip applications are constantly deepening, because it has strong function, small size, low power consumption, cheap, reliable, easy to use features therefore particularly suitable for the control-related systems, because more and more widely used in automatic control. Microwave as one commonly used in household appliances, has been widely into family life. The type of mechanical control from the initial to the current computer-controlled. In China, the microwave oven has also been gaining in popularity in the civilian field. Because of the unique heating principle, it can effectively keep the food original color, smell, taste and nutrients, but also can quickly thaw food, keep food and fresh water. And microwave oven use rarely produce fumes and hot air, so to keep the kitchen clean. Microwave reason why there is such a good performance and the application of new technology are inseparable. In this paper, the control system are analyzed household microwave oven and comprehensive comparison of various control methods, the final selection of 89C51 microcontroller as a control unit, a liquid crystal display modules, as well as analog microwave generation module thus constitute the entire microwave control circuit. This design can be controlled by preset mode or manual input mode microwave regulate working hours and firepower, and to mimic the microwave oven in working condition by different firepower output is different, as the human-machine interface LCD simultaneous display of the current work status. After preliminary information access, simulation and post-commissioning, the entire design is safe and reliable, stable, smoothly achieve the desired functionality.Keywords: 89C51 microcontroller; microwave; a control circuit25目录目录摘要IAbstractII第一章 绪论（单片机到底能做到什么？）51.1微波炉概述设计背景51.1.1设计意义61.1.2 设计目标61.2 国内外研究现状71.3 其它需要介绍的内容7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。第二章 方案设计7第二章 方案设计82.1 设计对象82.2 常见设计方法82.3 存在的问题和改进方向8图2.1 实验图（时间控制）9第三章典型的模块分析103.1 产品介绍113.2 模块分析113.3 重点模块11第四章系统分析124.1第一级标题硬件图124.2 第一级标题软件程序12第五章系统实现135.1第一级标题系统分步135.2 第一级标题系统使用介绍13结论14参考文献15致 谢17 第二章 填入对应的章节名称第一章 绪论（单片机到底能做到什么？）现在可以说单片机是百花齐放，百家争鸣的时期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，有与主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供广阔的天地。目前，在生活、生产的各领域中，凡是有自动控制要求的地方几乎都会有单片机的身影；从简单到复杂，从空中、地面到地下，凡是能想象到的地方几乎都有使用单片机的需求。现在尽管单片机的应用已经很普遍了，但仍有许多可以用单片机控制而尚未实现的项目，因此，单片机的应用大有前景和拓展空间。单片机的应用有利于产品的小型化、多功能化和智能化，有助于提高劳动效率，减轻劳动强度，提高产品质量，改善劳动环境，减少能源和材料消耗，保证操作安全等。随着数字集成电路技术的发展，加上采用了先进的石英技术，自动控制具有计算准确、性能稳定、携带方便等优点。单片机应用的意义绝不仅限于它的广阔范围以及所带来的经济效益上，更重要的意义还在于：单片机的应用正从根本上改变着传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须有模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能使用单片机通过软件方法实现了。这种以软件取代硬件并提高系统性能的控制系统“软化”技术，称之为微控制技术。微控制技术是一种全新的概念，是对传统控制技术的一次革命。随着单片机应用的推广普及，微控制技术必将不断发展、日益完善和更加充实。1965年，乔治福斯特对微波炉进行大胆改造，与斯本塞一起设计了一种耐用和价格低廉的微波炉。1967年，微波炉新闻发布会兼展销会在芝加哥举行，获得了巨大成功。从此，微波炉逐渐走入了千家万户。由于用微波烹饪食物又快又方便，不仅味美，而且有特色，因此有人诙谐地称之为“妇女的解放者”。传统的微波炉容易产生设定误差，定时不够准确，会造成过快或者过慢，这样会影响食物的美味。基于单片机的微波炉控制系统设计，正是利用单片机的多功能控制的特点，进行微波炉的系统控制设计，改变了传统微波炉时间不明显，控制零件繁多的局面，所以利用微处理器进行定时、准点控制，具有很大的应用市场潜力。1.1 微波炉概述设计背景单片机自1976年由Intel公司推出MCS-48开始，迄今已有二十多年了。由于单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗地、使用方便、价格低廉等一系列优点，目前已经渗入到人们工作和生活的方方面面，几乎“无处不在，无所不为”。单片机的应用领域已从面向工业控制、通讯、交通、智能仪表等迅速发展到家用消费产品、办公自动化、汽车电子、PC机外围以及网络通讯等广大领域。单片机有两种基本结构形式:一种是在通用微型计算机中广泛采用的，将程序存储器和数据存储器合用一个存储器空间的结构，称为普林斯顿结构。另一种是将程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MCS-51系列的兼容产品，准确地说是与MCS-51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MCS-51系列单片机，因为MCS只是Intel公司专用的单片机系列型号。MCS-51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MCS-51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。1.1.1 设计意义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。1.1.2 设计目标 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1.2 国内外研究现状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。1.3 其它需要介绍的内容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。第二章 方案设计2.1 设计对象传统的微波炉容易产生设定误差，定时不够准确，会造成过快或者过慢，这样会影响食物的美味。基于单片机的微波炉控制系统设计，正是利用单片机的多功能控制的特点，进行微波炉的系统控制设计，改变了传统微波炉时间不明显，控制零件繁多的局面，所以利用微处理器进行定时、准点控制，具有很大的应用市场潜力。系统具体包含显示电路，计时控制电路，火力输出电路，响铃提示电路等多个部分。2.2 常见设计方法（1）输出直接利用单片机的三个I/O口进行档位控制。（2）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。（3）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。（4）响铃提示直接由单片机控制输出2.3 存在的问题和改进方向1.目前，从功能上分析，系统存在误差，主要是系统倒计时的计时误差和时钟的走时误差，我们可以选择适当的参数，完全能够满足设计要求。如图2.1。2.本文研究的微波炉控制系统只是实现了微波炉的基本功能，与市面上的微波炉相比，功能较少，但可以进一步开发这方面的功能。图2.1 实验图（时间控制）第三章典型的模块分析 微波炉的单片机智能控制系统各模块步骤整合：朱炫谕：微波炉按钮工作实现步骤当没有实现时就会发生下面的步骤来实现1通电开始初始化2分，秒 ，功率标志位有效否 yes，烹饪开始 no,秒键闭合否3秒键闭合否 yes,秒设定程序置秒标志 no 分键闭合否4分键闭合否 yes,分设定程序置分标志 no,功率键闭合否5功率键闭合否 yes,功率设定程序置功率标志 no,再次回到秒键闭合否戎智祺： 计时，报警器1 LCD液晶的显示器，显示格式分分：秒秒。2 按开始键开始计时3 当程序开始执行后LCD显示器显示（00:00），表示程序开始运行，4 在最后一位上显示数字1到9的循环显示5 在最后跳到9后前一位数字进一6 前一位进一后后面数字清零重新循环7 秒钟到达60秒后分钟显示处加一8 分钟达到60以后显示显示处加一9 暂停按纽中断计时10 可设置时间到时震动提醒于杰： 功能显示方案1.微波炉接上电源（电源灯变亮，显示绿灯，待机灯显示红灯）2按模式键选择功能（led显示屏上显示2种功能）3.按开关键启动微波炉（待机键变为绿灯，电机为工作状态）4.按温度加减键选择功能（按温度增加键，显示屏显示a，反之向显示b）5.将模式选择在解冻上，按确认键确定选择（显示屏上显示解冻模式，电机启动，蒸霸启动）6.设置加热，按温度键进入选择页面（显示屏显示温度）6.解冻模式下自动定时20分钟（显示屏上进行20分钟倒计时，定时程序启动）7.定时时间可以自由改变，按温度上下键增减（按一下增减5分钟，定时程序中定时时间随之改变）8.倒计时归零（微波炉，蒸霸待机状态，电机关闭）9.微波炉发出声音提醒使用者加热功能结束（定时程序归零时，发出滴滴声）10.按开关键关闭空调（电机风扇进入停止状态，待机灯变为红色，拔掉电源电源灯不亮）夏天：DS18B20温度传感器1。打开电源（指示灯亮，温度传感器通电）2。按开关键启动微波炉（温度传感器开始运作）3。电机开始工作，DS18B20温度传感器开始运作）4。温度转换（运行时选择温度大小）5。到达指定时间（温顿传感器自行关闭，报警器响）时序：1.复位2.忽略ROM匹配(0xcc)3.温度转换(0x44)4.延时5.复位 6.忽略ROM匹配7.读指令8.分别读取温度两个字节3.1 产品介绍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。3.2 模块分析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，计时控制电路，火力输出电路，响铃提示电路等多个部分，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。3.3 重点模块 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，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。结论第四章系统分析在实现时间控制时用到的模块和程序。ORG 0LJMP MAIN ;跳到主程序ORG 0003HLJMP IX0SORG 000BH ;T0中断入口MOV TH0,#0F0h ;恢复初值MOV TL0,#0A0h MOV A,41H ANL A,#00001111B MOV 42H,A MOV A,41H ANL A,#11110000B SWAP A MOV 43H,ADJNZ R7,XXX ;定时时间到了100次，才加1 MOV R7,#10 JB 21H,DSL MOV A,43H MOVC A,A+DPTR MOV P3,#11111100B MOV P2,A MOV P3,#11111101B SJMP EXITDSL: MOV A,42H MOVC A,A+DPTR MOV P3,#11111100B MOV P2,A MOV P3,#11111110B SJMP EXIT EXIT: CPL 21HXXX: RETI ;RETI ，interrupt 中断返回ORG 0500HMain: MOV DPTR,#1000H SETB 21H MOV 41H,#60H CLR EA MOV SP,#60H ;只要用到子程序或中断，就需要设置堆栈位置 ;MCS51里有两个定时器，分别叫T0和T1 ;定时器默认有两种模式 方式0 -13位定时器 方式1-16位定时器 MOV TMOD,#01H MOV TH0,#0F0h ;定时器初值，这个决定定时的时间，数字越大定时越短 MOV TL0,#0A0h ; 烧杯 (两个字节，代表一个16位的存储单元） SETB TR0; 打开定时器开始计时，开始滴水 SETB EA;总开关 SETB ET0; 打开定时器 setb ex0 setb it0 MOV R7,#100 sjmp $;子程序iX0S: MOV A,#9AH CLR C SUBB A,#1 ADD A,41H DA A MOV 41H,ARETI;常数表ORG 1000H DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8HDB 80H,90H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EHEND4.1第一级标题硬件图 AT89C51主要性能4KB可改编程序Flash存储器（可经受1000次的写入/擦除周期）全静态工作：0Hz24MHz三级程序存储器保密1288字节内部RAM32条可编程I/O线2个16位定时器/计数器5个中断源可编程串行通道片内时钟振荡器 4.2 第一级标题软件程序 典型的程序模块MOV DPTR,#1000HMOV A,30H MOVC A,A+DPTR查表指令DB 和ROR1相比这个赋予的值更多。第五章系统实现接上LED灯，能否亮接上开关后能否控制熄灭装上7段式数码管实现时间控制5.1第一级标题系统分步接上电机放入控制按钮。5.2 第一级标题系统使用介绍按钮次数控制结论微波炉控制系统设计以单片机为核心。目前，很多学校有单片机开发的课程，很多企业都致力于高性能单片机的开发，提高单片机的性能和利用，单片机正向智能化、低功耗、高精度方向发展。小到家用电器，大到工业控制系统如自动化生产线，单片机在这些领域都有所建树。本论文以微波炉控制系统为研究对象，旨在阐述并实现单片机的基本功能，为后来研究者提供一个研究方向。相关工作总结如下。感想或收获本次毕业设计是基于单片机的微波炉控制系统设计，因此我们需要从多个方面去对熟悉理解单片机。单片机作为大学的一门课程，我们一直是基于实验箱做实验的。本次设计完全由个人去完成，这样我们不仅可以灵活运用单片机的理论知识，而且还可以锻炼自己的动手能力，思考能力以及解决问题的能力，以前的实验是基于某一个模块的实验论证，而毕业设计是综合多个模块来实现系统的多功能控制。这样为我们实践能力，综合运用能力的提高奠定了坚实的基础。在本次设计中，我经历不同的阶段，不同的收获，经历了无数次的苦思冥想，无数次的失败验证，更多的是成功后的那一份欣慰。能够真正体会到过程给我带来的喜悦，软件也好，硬件也好，归结到一点就是我们要有足够的耐心，足够的细心，足够的分析问题、解决问题的能力，才能不断地进取，不断地创新，不断地充实，这是我们以后行走工作岗位的时候所必备的。 存在的问题1目前，从功能上分析，系统存在误差，主要是系统倒计时的计时误差和时钟的走时误差，我们可以选择适当的参数，完全能够满足设计要求。 2.本文研究的微波炉控制系统只是实现了微波炉的基本功能，与市