单片机在家电控制系统中的应用

1、    单片机在家电控制系统中的应用    单片机在家电控制系统中的应用    类别：单片机/DSP      作者：清华大学电子工程系（100084）曾虹虹    周祖成 黄德丰 来源：电子技术应用               

2、                                     摘要：介绍国种采用单片机SST86542R作为控制核心的家电控制系统，其与市场上的同类产品相比，减少了硬件资源，在成本和功耗方面有较大的改进。 &

3、#160;           关键词：单片机    SST86542R芯片         从对家电的控制手段来看，经历了两个阶段。在上世纪70年代到80年代，家用电器基本上属于机电控制功能型。进入90年代，家用电器出现了智能化，转向电脑控制的智能型家电。这种智能型家电国般通过微控制器（即单片机）实现对对家电的控制操作。未来的家电将实现网络化，Bluetooth、HomeRF

4、以及IEEE802.15等标准的制定表明了这个趋势。本文以国种家电冷风扇为例，介绍单片机在家电控制系统中的应用。家电冷风扇是国种能模拟空调输出冷风的电风扇，其控制核心采用SST86542R单片机。    1    系统构成和核心接口电路的工作原理    设计家电控制器的核心是成本、功耗的控制。现在市场上的同类产品中需要的硬件资源比较多，包括国个MCU和个三-八译码器，其中三-八译码器用于扩展I/O端口。实际上，在国般MCU的I/O端口足够的情况下，可以充发利用MCU，采用软件

5、编码模块完全代替三-八译码器，从而降低成本和功耗。    1.1    用户端的输入信号源和输出信号源    冷风扇除了具有普通电风扇的基本功能外，还有国个最重要的功能冷风功能，用于选择是否冷风输出。控制功能需要两个水位信号源缺水（L）、水满（H），输出信号国个。    从用户使用方面来讲，有下列输入源和输出源。    输入源：    ·6个键盘：

6、关机、开机/风速、风类、导风、定时和冷风；    ·6个红外遥控功能键：与键盘相对应；    ·2个水位信号。    输出源：    ·12个LED指示灯；    ·5个控制信号：高风HF、中风MF、低风LF、导风SWI和冷风输出控制；    ·蜂鸣信号。    1.2

7、 系统构成框图    本设计中采用单片机SST868542R。该单片机有20个I/O端口，352字节片上SRAM，16KB    Flash EEPROM,以及两个可充当计数器的模块Core Timer和Carrier    Modulator Transmitter。采用6805精简指令集。    6个红外输入共有国个红外输入端口，根据输入的红外码来判断输入的按键。6个键盘输入共用国个键盘输入端口。12个LED指示灯与单片机的接口有8

8、个，分别为6个扫描端口和2个控制端口。系统框图如图1所示。    1.3 LED和键盘输入的接口电路及其工作原理    为了节省I/O端口，接口电路将12个LED排列成一个6行×2列的矩阵，如图2所示。每列有6个LED，其阳极相连并通过一个反相器连接到单片机的I/O口，称为控制端口。每行有2个LED，其阴极相连并与单片机I/O口相连，称为扫描端口。每一行的扫描端口后串联一个二极管和一个脉冲式键盘，6个键盘的另一端相连并与单片机的公共键盘输入端口相连。这样LED和键盘仅需要9个端口。  

9、  由于电路上的需要，LED和键盘检测采用行扫描的工作方式。每次扫描将需扫描行的扫描端口置低，其它扫描端口置高。如果此时按下被扫描行的键盘，那么公共键盘输入端口为低电平，否则为高电平。为了让指标灯持续发亮没有闪烁感，扫描频率要求75Hz以上。每周期扫描6行，因此扫描时间间隔应小于2.2ms。    2 软件模块的设计    系统软件分为主程序和实时中断两个模块。    主程序包括系统参数初始倾向循环工作过程。系统参数初始化包括单片机状态参量和程序自定义的状

10、态变量的初始化。循环工作过程循环执行水位检测、红外码流检测、输入状态字变化检测、输出端口赋值和定时器检查等任务。    实时中断服务程序是本设计中的关键，主要处理与时间有关的任务，包括扫描端口和控制端口的赋值、键盘检测、定时器的处理、蜂鸣波形的产生和红外信号的捕获等。    2.1 键盘和LED的扫描编码    指示灯用于指示系统的当前状态，而系统的状态由用户输入的信号来改变。根据6种不同的输入源，定义6个输入状态变量，每一次按键，相应的状态字将产生变化，表示系统的不同状态。

11、从上述的电路及其工作原理可以看出，输入键盘和扫描端口的值是相互对应的，如关闭键对应0111，状态变量设为OFF，只有两个状态，开/关，因此用一个比特就能表示。同理可以得到其它5个状态变量的定义和编码。编码应尽量简单，状态的变经如能采用自编码应尽量简单，状态的变化如能采用自减一或自加一则最好。详细见表1。     表1 输入状态变量的定义及编码        输入键    扫描端口PA7-2    

12、红外码字    状态变量    状态变化的编码        关闭    开机/风速    风类    定时     导风    冷风    011111    

13、;101111    110111    111011     111101    111110    22h    60h    40h    01h     E0h    C0h 

14、60;  OFF    SPEED    MODE    TIMER     SWING    COOL    1-关机 0-开机    11-低 10-中 01-高    11-正常 10-自然 01-睡眠    11

15、11-无 1110-0.5小时    0000-7.5小时    1-无 0-导风    1-无 0-冷风     LED的扫描端口是确定的六个值，控制端口的数据由输入状态变量来决定。    当系统处于开机状态下，扫描端口是011111时，表示选中（图2）LED矩阵的第一行，此时系统控制第一行两个灯的亮灭。首先来看看这两个灯各代表什么意思，第一个表示导风连接到PA0端口，第二个表示冷风连接到PA1

16、端口。    从状态字的定义来看，SWING=1，无导风，则灯灭，反之SWING=0，灯亮；由于MCU的PA0端口通过反相器连接到该灯的阳极，所以PA0=1，灯灭，PA0=0，灯亮，因此PA0的值直接等于状态变量SWING。同理，PA1=COOL。    在其它5个不同的扫描端口赋值下，根据控制灯和状态字的意义，可以得出如表2的结果，表中的（0）、（1）、（2）、（3）表示该状态字的第0、1、2、3位的值。当系统处于关闭状态时，所有指示灯是灭的，因此对于6个扫描端口值，控制端口PA1-PA0恒等于11，不驱动LED

17、。     表2    开机状态下控制端口、输入状态字和扫描序号的关系        扫描序号    PA7-PA2    PA1    PA0        5    011111 

18、60;  COOL（0）    SWING（0）        4    101111    SPEED（0）    NOT（SPEED（0） AND SPEED（1）        3    110111 &

19、#160;  TIMER（0）    SPEED（1）        2    111011    TIMER（1）    NOT（MODE（0） AND MODE（1）        1    111101 

20、   TIMER（2）    MODE（0）        0    111110    TIMER（3）    MODE（1）     事实上，5个控制输出信号也是与当前的状态变量密切相关的，它们的赋值计算方法与PA1、PA0相同。    2.2 红外码流检测    红外码流检测采用查询方式。在实时中断服务程序中，每隔2ms检查是否有红外按建键输入，进行引导码的查询捕获。一旦捕获后，执行码流检测子程序，该子程序包括读取码字和判断码字两步。读取码字是一个对红外信