电脑电饭煲控制器设计

/辽宁工业大学单片机原理及接口技术课程设计（论文）题目：电脑电饭煲限制器设计院（系）：电气工程学院专业班级：电气学号：学生姓名：指导老师：（签字）起止时间：2013.06.24-2013.07.12

课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：电气教研室学号学生姓名专业班级课程设计（论文）题目电脑电饭煲限制器设计课程设计（论文）任务电脑电饭煲限制器可实现温度限制和定时时间设置，显示定时时间和工作状态。采纳电阻丝加热盘。温度测量范围0～125度。设计任务：1.CPU最小系统设计（包括CPU选择，晶振电路，复位电路）2.温度传感器选择及接口电路设计3.加热驱动设计4.程序流程图设计及程序清单编技术参数：1．温度测量范围0-125度2．限制器工作电源为220V设计要求：1、分析系统功能，尽可能降低成本，选择合适的单片机、AD转换器、输出电路等；2、应用专业绘图软件绘制硬件电路图和软件流程图；3、按规定格式，撰写、打印设计说明书一份，其中程序开发要有具体的软件设计说明，具体阐述系统的工作过程，字数应在4000字以上。进度安排第1天 查阅收集资料第2天 总体设计方案的确定第3-4天 CPU最小系统设计温度传感器选择及接口电路设计第6天 加热驱动电路设计第7天 程序流程图设计第8天 软件编写和调试第9天设计说明书完成第10天 答辩指导老师评语及成果平常：论文质量：答辩：总成果：指导老师签字：年月日注：成果：平常20%论文质量60%答辩20%以百分制计算

摘要本课程设计对电脑电饭煲限制器进行设计，在硬件部分，本文在具体说明白单片机限制的温控表电路和定时电路的设计原理及其构造的基础上，对其各个部分进行了设计。即分别对电源电路、CPU最小系统、温度传感器、温度测量通道、复位电路、时钟电路、定时显示电路、加热驱动电路进行了设计。CPU最小系统由单片机、片外RAM、键盘/显示接口、复位电路构成。其中CPU选用的是美国ATMEL公司生产的AT89C51单片机。温度测量通道主要由K型热电偶、AD595芯片、A/D转换器ICL7135芯片构成。在软件部分采纳了模块化的设计方法。本系统的程序设计主要包括主程序流程图和汇编程序。关键词：CPU；传感器；驱动电路；目录TOC\o"1-3"\f\h\z第1章绪论 11.1电脑电饭煲概况 11.2本文探讨内容 1第2章CPU最小系统设计 22.1电脑电饭煲总体设计方案 22.2时钟电路 22.3复位电路 32.4CPU最小系统图 42.5CPU的选择 42.6显示电路 62.7电源电路 62.8加热驱动电路的设计 72.9温度采集部分电路 8第3章系统软件设计 103.1主程序流程 103.2子程序介绍 11诊断子程序 11键盘扫描子程序 11温度采集子程序 113.3程序清单 11第4章课程设计总结 15参考文献 16绪论电脑电饭煲概况目前，市场上的电饭煲大部分采纳机械式或者是采纳固定功率的方式加热，能源利用率低，功能单一，难以满意人们日益增长的生活需求。因此，开发功能齐全，平安牢靠的微电脑电饭煲是特别用必要的。电饭煲从机械式原理到现在的智能电饭煲，期间经验了很多的阶段。电饭煲发挥高新技术优势，以美味炊煮为主导，使产品更加丰富和时尚化，现已形成微电脑、电脑和机械三大类型、十大不同款式。机械电饭煲虽然价格方面体现它的优势之外，其他方面就很难满意人们对现代生活高品质的需求。微电脑或电脑限制的智能电饭煲符合现代人的要求，人性化的界面设计，使得人们一眼看出当前工作状态，让您更安心，各种烹调过程全部由电脑自动限制，并且大多的智能电饭煲采纳太空“黑晶”内胆，超硬耐磨，恒久美观，全部的这些特点符合现代人的省时、省力、耐用的观念。

本文探讨内容本文主要介绍利用89C51芯片来对电饭煲的过程进行限制，工作频率为12MHz，工作电压5V，有64KB的RAM和64K字节的ROM，有32个可编程I/O口，8通道10位A/D转换器，2个16位定时/计数器，有低电压、上电、看门狗、外部信号、错误地址复位，并且有一个蜂鸣器输出口。

CPU最小系统设计电脑电饭煲总体设计方案利用89C51设计的智能电饭煲限制系统原理框图如图2.1所示，通过按键来选择功能模式、显示电路完成显示当前状态和定时时间；通过温度传感器来对温度进行采样；通过MCU的限制最终实现对继电器的限制，从而来限制对加热盘的加热和否，电源部分完成对单片机系统和外围电路供应5V电源，并且对加热盘进行加热重量传感器重量传感器磁文传感器湿度传感器门检测可控硅A/D转换器89C51数码显示管限制板报警电路旋转电机风扇图2.1限制系统构成框图时钟电路计算机工作时，是在统一的时钟脉冲限制下一拍一拍地进行的，这个脉冲是由单片机限制器中的时序电路发出的。时钟电路用于产生单片机所需的时钟信号，时钟信号可以由两种方式产生：内部时钟方式和外部时钟方式。如图2.2所示图2.2时钟电路复位电路复位电路的设计在整个原理的设计中特别重要，并且要结合本项目的功能要求进行复位电路的设计。复位操作可以使单片机初始化，也可以使死机状态下的单片机重新启动，因此特别重要。单片机的复位都是靠外部复位电路来实现的，在时钟电路工作后，只要在单片机的RESET引脚上出现24个时钟振荡脉冲（两个机器周期）以上的高电平，单片机就能实现复位。复位电路如图2.3所示图2.3复位电路CPU最小系统图图2.4CPU最小系统图CPU的选择本系统采纳89C51单片机，此芯片是一种带4KBFlashROM程序存储器的低电压、高性能的8位微处理器。（1）基本特性和MCS—51系列单片机兼容；片内有4KB可重新编程的Flash程序存储器，可擦/写1000次以上；全静态逻辑，工作频率范围：0~24Hz；三级程序存储器加密；128B字节片内RAM；32个可编程I/O口；供应待机和掉电两种省电工作方式；两个16位定时/计数器；有5个中断矢量，允许6个中断源；一个全双工串行口；具有和工业标准80C51一样的指令集和引脚布置。AT89C51是低功耗高性能COMS8位单片机。它除了具有和MCS—51完全兼容的若干特性外，最为突出的优点就是片内集成了4K字节FlashPEROM（ProgramableErasableReadOnlyMemory），可存放应用程序，这个Flash程序存储器允许用一般的编程器离线编程外，还允许在应用系统中实现在线编程，并且还供应了对程序进行三级加密爱护的功能。AT89C51的另一个特点是工作速度更高，晶振频率可高达24MHz，一个周期仅500μs，比MSC—51快了一倍。（2）AT89C51增加的功能AT89C51引脚布置和定义和MCS—51完全兼容，电脑由于它具有片内Fla程序存储器，一些引脚在编程时能供应特地的用途。P0口在编程时接受程序代码，校验时输出程序代码。校验时要求将P0口由外部电路上拉（尽管全部的I/O端口都具有内置上拉电路）；P1口在编程期间有内部多路开关切换到地址总线，接受编程器送来的低8位地址信息；P2口在编程期间接受编程器送来的高4位地址信息，同时P2口的另外两个引脚（P2.6，P2.7）还接受编程和校验的有关限制信息；P3口除了具有和MCS—51相同的双功能外，在编程期间，P3.6，P3.7两端口线还接受有关的限制信息；ALE/PROG端除了输出地址锁存允许（ALE）脉冲外，在编程期间还作为编程脉冲输入端，参和限制对Flash存储器的读、写、加密、擦除等工作。一般状况下，ALE端输出频率为fose/6的脉冲，可作为一个要求并不很严格的时钟源去限制其它芯片和设备。该（ALE）脉冲串仅在每次外部数据存储器存取周期仅有一个ALE周期被跳过。假如须要，AT89C51的ALE脉冲输出可以禁止，只要对特别寄存器区域8EH单元的bit0写入1就禁止了ALE，这时仅当单片机处于MOVX或MOVC指令周期时ALE才生效，否则该引脚呈现弱上拉逻辑状态。假如AT89C51构成的系统运用外部存储器，即处于外部程序执行模式，对8EH的bit置1将是无效的，不会对系统的正常工作产生影响；/EA/Vpp端在寻址片内4KBFlash程序存储器（000H——FFFH）时，必需连到Vcc，假如将此端连到GND端，将迫使单片机寻址外部000H——FFFH范围的程序存储器。假如加密位被编程了，AT89C51的CPU将对/EA的状态不得和实际运用的内部或外部程序存储器的状态发生冲突。对那些须要12V编程电压的器件。这个端子还接受12V编程运用电压（Vpp）。显示电路显示电路由共阳极数码管和10个LED组成，通过单片机位选和所送的数据来点亮相应的LED和数码管的显示状态。其电路原理图如图2.5所示：图2.5显示电路原理图电源电路电源部分为单片机供应+5V的直流稳压源，并且通过降压、整流、滤波之后的+14V电压对继电器进行供电，通过限制三极管射极的导通和否来限制继电器的工作状态。电源电路原理图如图2.6所示图2.6电源电路加热驱动电路的设计为保证驱动电路牢靠工作，其驱动电路应满意如下要求：1）动态驱动实力强，能供应驱动脉冲，使加热电路快速导通。2）能供应适当的正向偏压和足够的反向偏压，使加热电路牢靠的开通和关断，一般取正偏电压为+15V，反偏电压为-10V为宜。3)有足够的输入输出电气隔离实力，使信号电路和栅极驱动电路隔离，且具有灵敏的短路、过流爱护功能。其中HP3101是高速光耦，用于实现输入输出信号的电气隔离，Q1，Q2组胜利率放大电路，采纳+15V和-10V双电源供电，保证正负偏压满意要求。OUT1、OUT3来自限制电路。该驱动电路能平安接受输入信号，在接到正确的限制信号后对加热电路进行驱动，加热电路起先工作，对外部进行加热，最大功率可达到2000W。从而实现电饭煲的加热过程。驱动电路工作原理电路如图2.7所示图2.7驱动电路工作原理电路温度采集部分电路J2和J3是温度传感器的两个接口，其中J2和J3分别是顶盖和底盘温度传感器的接口，单片机检测的信号事实上是和温度传感器分压的电阻的电压值，因为温度传感器的电阻值会随温度的上升而减小，所以分压电阻的电压值间接反映了某一时刻的温度，电路原理图如图2.8所示：图2.8温度传感器热电阻传感器主要用于测量温度及和温度有关的参数，在工业生产中被广泛用于测量-200到+500℃范围内的温度，依据热电阻的热度不同，热电阻可以分为金属热电阻和半导体热电阻两类，前者称为热电阻，后者称为热敏电阻。以热电阻或热敏电阻为主要器件制成的传感器称为热电阻传感器或热敏电阻传感器。依据本设计中所须要测量的温度范围、敏感度、精确度以及考虑其经济性，热敏电阻传感器为最合适的测温元件。由金属氧化物的粉末依据肯定比例混合烧结而成的热敏电阻是今年来出现的一种新型半导体测温元件。热敏电阻的工作原理简洁，即在温度的作用下，热敏电阻的有关参数将发生改变，从而变换成电量输出。以具有负温度系数的热敏电阻为例，这类热敏电阻随着温度的上升而阻值下降，并在下降过程中把温度量的改变转换成电量的改变。本系统的对温度限制的要求是0～150℃，所以选用热电偶作测温元件，热电偶具有结构简洁、热容量小、材料的互换性好，滞后效应小，信号能够远距离传送和多点测量，便于检测和限制等优点。在这里依据本系统的测温范围选用国际标准化热电偶的K标记热电偶，K型热电偶属于廉金属热电偶，故价格便宜。鉴于以上状况，在设计温度测量系统的前向通道中，从简化电路及程序设计保证采集精度动身，在以K型热电偶作为温度传感器时选择集成温度放大器AD595使热电偶的冷端温度得到补偿，并使之输出信号放大、线性化选择ICL7135作为A/D转换器，利用它的“BUSY"(引脚21)输出特性辅以单片机89C51的定时器干脆计数，通过一个简洁算法就可以得到最终的温度值.系统软件设计主程序流程从样机分析中大致设计整个系统，整个系统输入包括2个温度传感器，5个按键；输出包括2位七段数码管、10个发光二极管、继电器限制信号等。依据限制功能，将程序设计为几个主要的模块，程序主流程见图3.1所示：系统时钟CLOCK系统时钟CLOCK时间复位时间复位显示子程序温度测量调用诊断程序采样值有效吗？关掉传感器起先定时定时到？功能选择ID起先工作定时工作时间：XX分钟定时工作时间：XX小时XX分钟程序初始化起先起先NNYYYY定时时间到N定时时间到NYYNN图3.1限制器软件流程图子程序介绍诊断子程序诊断程序主要进行温度采集并推断传感器是否良好，主要对2个温度传感器连续检测20次，若测到的数据不在范围内（温度范围：0℃~150℃），则表明传感器短路或断路错误，数码显示“E”，并禁止按键操作。键盘扫描子程序程序每循环一次扫描一次键盘，假如扫描到有键按下，则暂存键值，假如连续5次扫描到的键值都一样，则认为是稳定的键值。温度采集子程序热敏电阻灵敏度高，为了防止干扰及其它缘由导致测出的温度值改变太快，引起限制部件频繁动作，温度采集采纳滑动平均值滤波方法。即在同一个通道上连续采集三个数据，取其中的中间值。

程序清单系统共有2位七段数码管显示及10个发光二极管显示。数码管主要有6种状态须要显示：待机状态、出错显示、焖饭、保温、煮饭中及定时时间显示。发光二极管显示所选择的功能、起先及保温状态。功能显示需采纳轮循方式，在按下起先键之前，起先灯闪耀。进入保温状态后，保温指示灯亮。LED显示程序由位码扫描子程序及数码显示状态选定子程序组成。计时子程序.iram.public_end_120.var_end_120=0.code.public_Time_Count_Time_Count:.procr1=[_STATUS]cmpr1,0jeCount_endr1=[T1_1]//取第一个数据//r1+=[T1_2]//第一个数据和其次个数据相加//r1+=[T1_3]//前三个数据相加//r1+=[T1_4]//前四个数据相加//cmpr1,0//和和0相比较//jeTime2_Count//等于0转到定时2的计数//r1=[_end_120]cmpr1,120//是否到了120次//jneADD_1//不到转向ADD_1接着相加//r1=0x00[_end_120]=r1//到了清0为下次中断作打算//call_Time_count_down1//调用预置减子程序//jmpTime_Count_OverADD_1:r1=r1+1[_end_120]=r1Time_Count_Over:r1=[P_IOA_Buffer]//一次中断计时后秒点反相//r2=0x8000r1^=r2[P_IOA_Data]=r1jmpCount_endTime2_Count:r1=[T2_1]//取第一个数据//r1+=[T2_2]//第一个数据和其次个数据相加//r1+=[T2_3]//前三个数据相加//r1+=[T2_4]//前四个数据相加//cmpr1,0jeCount_endr1=[_end_120]cmpr1,120jneADD_2r1=0x00[_end_120]=r1call_Time_count_down2jmpCount_endADD_2:r1+=1[_end_120]=r1Count_end:retf.endp中断子程序IRQ3.text.public_IRQ3_IRQ3:pushr1,r5to[sp]r1=0x0080r1&=[P_INT_Ctrl]jnzIRQ3_Is_Keyr1=0x0100r1&=[P_INT_Ctrl]jnzIRQ3_Is_Exit1r1=0x0200r1&=[P_INT_Ctrl]jnzIRQ3_Is_Exit2IRQ3_Is_Key:[P_INT_Clear]=r1popr1,r5from[sp]retiIRQ3_Is_Exit1:[P_INT_Clear]=r1call_F_Export//调用功率输出子程序//popr1,r5from[sp]retiIRQ3_Is_Exit2:[P_INT_Clear]=r1popr1,r5from[sp]reti键盘扫描子程序.defineC_DebounceCnt5;//去抖延时循环次数//.ram.varKey_Buff;//本次键值存储单元//.varKey_Debounce;//计数单元//.code.public_KeyScan;_KeyScan:.procr2=[P_IOA_Data]r2&=0x001F//读键口//jnzF_SomeKeyIsPressed//有键按下跳转进行按键比较//r1=0x0000[Key_Buff]=r1retfF_SomeKeyIsPressed://按键比较//r1=[Key_Buff]//读上次键值//[Key_Buff]=r2//存本次键值//cmpr1,r2jeL_KS_StableTWOSample//若按键相同跳转进行去抖延时//r1=C_DebounceCnt//初始化计数单元//[Key_Debounce]=r1r1=0x0010retfL_KS_StableTWOSample://去抖延时//r1=[Key_Debounce]jzL_KS_StableOverDebounce//计数结束跳转形成键码//r1-=1[Key_Debounce]=r1r1=0x0010retf