【《豆浆机控制系统硬件设计案例》3600字】

豆浆机控制系统硬件设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u7588豆浆机控制系统硬件设计案例 128788（一）控制系统硬件的总体框架 132314（二）MCUSTC89C52RC概述 2147721.STC89C52RC的特性 2129492.STC89C52RC的引脚说明表3-3STC89C52RC的引脚说明 330962（三）控制系统各个功能模块设计 4148611.MCU最小系统硬件设计 411792.电源模块设计 4235503.LED电源指示灯模块设计 5201214.按键及其LED指示灯模块设计 6293575.防干烧及检测温度电路模块设计 782456.防溢电路模块设计 8250947.电热器驱动电路模块设计 8138958.电机驱动电路模块设计 8167939.报警电路模块设计 918386（四）系统总体硬件的原理图设计 915177（五）控制系统的PCB图和实物图 1047221.控制系统硬件的PCB板图 10277712.控制系统硬件的实物图 119033（六）小结 11（一）控制系统硬件的总体框架本系统的硬件部分分为十大模块（如图3-1）：控制器最小系统模块、电源模块、LED电源指示灯模块、按键及其LED指示灯模块、防干烧及检测温度电路模块、防溢电路模块、电热器驱动电路模块、电机驱动电路模块、报警电路模块。图3-1系统硬件总体框架图图3-1-1系统硬件总体实物图（二）MCUSTC89C52RC概述1.STC89C52RC的特性（1）高性能、低功耗的8位AVR微处理器；（2）1KBSRAM，8KBFlashROM，512字节EEPROM；（3)23个可编程的I/O口；(4)具有ISP下载接口；（5）工作电压2.7V~5.5V；两个独立的8位定时器/计数器，一个16定时器/计数器；片内具有上电复位电路；片内具有RC3.2.2STC89C52RC的引脚配置图3-2STC89C52RC引脚配置图2.STC89C52RC的引脚说明表3-3STC89C52RC的引脚说明引脚号引脚名称I/O第二功能1PC6I/OESET复位引脚2-3PD0-1I/ORXD、TXD（USART输入、输出引脚）4-5PD2-3I/OINT0、1（外部中断0、1输入）6PD4I/OXCK（USART外部时钟输入/输）T0（T/C0外部计数器输入）7VCCP无8GNDP无9PB6I/OXTAL1（芯片时钟振荡器引脚1）TOSC1（定时振荡器引脚0）10PB7I/OXTAL2（芯片时钟振荡器引脚2）TOSC2（定时振荡器引脚2）11PD5I/OT1（T/C1外部计数器输入）12-13PD6-7I/OAIN0、1（模拟比较器正、负输入）14PB0I/OICP1(T/C1输入捕获引脚)15PB1I/OOC1A（T/C1输出比较匹配A输出）16PB2I/OSS（SP1总线主从选择）OC1B（T/C1输出比较匹配B输出）17PB3I/OMOSI(SPI)总线的主机输出/从机输入信号）OC2（T/C2输出比较匹配输出）18PB4I/OMISO(SPI)总线的主机输入/从机输出信号）19PB5I/OSCK（SPI总线的主机时钟输入）20AVCCP无21AREFP无22GNDP无23-26PC0-3I/OADC0-3（ADC输入通道0-3）27PC4I/OADC4（ADC4输入通道4）SDA（两线串行总线数据输入/输出线28PC5I/OADC5（ADC4输入通道5）SDL（两线串行总线时钟线）（三）控制系统各个功能模块设计1.MCU最小系统硬件设计本系统采用了Atmel公司的STC89C52RC单片机作为主控制芯片，与外围的电源模块便组成了一个最小系统（由于STC89C52RC片内具有1M振电路和上电复位电路，所以外部晶振和外部复位电路也可以不连接）。MCU的VCC引脚接电源，GND引脚接地就组成了所需要的最小系统，如图3-4所示图3-4MCU最小系统图2.电源模块设计此电路运用了两个技术（如图3-5所示）：一是用四个二极管组成的全桥电路进行整流，利用二极管的单向导电性，把交流电变为直流电；二是用稳压芯片把12V电压变为5V电压，稳压芯片的VI端是输入端接12V电压，GND端接地，VO端输出的就是5V电压。由变压器一次级BL、BN处给主电路中的电机和电热器供电，控制电路采用变压器降压、晶体二极管整流等方法获得工作电源。当电源插头插入220V交流电。T1开始对220V交流电进行降压。从次级输出12V左右的低压交流电。从而适应电路的使用要求；同时电源变压器还对220V交流电进行电网隔离，以提高控制电路的使用安全性能。四个晶体二极管对次级输出的交流电进行桥式整流，再由C1、C2进行U2进行稳压调整。经U2稳压作用后，输出+5V直流电压。经C3、C4滤波后输出纹波很低的+5V电压，作为控制系统的工作电源，就能保证MCU工作时的稳定和可靠。图3-5电源模块图图3-5电源及其按键实物图3.LED电源指示灯模块设计如图3-6所示，LED负极接MCU的PC0引脚，正极串连一个电阻接+5V电压。电源上电后单片机正常工作，PC0引脚输出低电平，使LED导通，LED发光表示系统正常工作。电阻R20在这里起到分压限流的作用，保证LED两端电压、电流正常。图3-6LED电源指示灯模块图图3-6-1LED电源指示灯实物图4.按键及其LED指示灯模块设计MCU的PD6、PD7、PB0引脚分别接一4.7K电阻，在其公共端各接一510电阻，和外部软键盘连接，这就组成了按键电路（如图3-7所示）。LED指示灯电路是由电阻和LED串连组合面成，LED负极端连拉4.7K电阻与510电阻的公共端，电阻的另一端接+5V电压。当按键没有按下时，LED负极端是高电平，LED截止，如果有按键按下时，对应的LED负极端被拉为低电平，LED导通发光，松开后立即灭掉。从而达到了按键按下时有指示信号的目的。同时MCU的PD6、PD7、PB0引脚对这一状态进行扫描，若发现有按键按下，执行下一步程序。图3-7按键及其LED指示灯模块图图3-7按键实物图5.防干烧及检测温度电路模块设计防干烧电路（如图3-8所示），MCU的PD3引脚与防干烧电极接口J2相连接，公共端接一个0.1UF电容C8后与地相连。电容C8起到滤波作就可以判断杯内是否有水。图3-8防干烧电路图检测温度电路如图3-9所示，防干烧电极的一端与VCC相连，另一端与R13和R10的公共端相连，R10的另一端与MCU的PD4引脚相连。其中两电容C10、C11起滤波作用。防干烧电极是由温度传感器做成，当水温达到80度左右时，内部电路会导通，从而使它的两端引出线也导通，所以R13和R10公共端的电压是VCC，MCU的PD4引脚被拉为高电平，未达到80度时，PD4引脚是低电平。MCU通过扫描这一状态，就可判断出水温是否达到80度。图3-9温度检测电路图6.防溢电路模块设计MCU的PD2引脚接防溢电极的接口，再接一电容C6然后接地，同样电容在这里起滤波作用（如图3-10所示）。在豆浆加热过程中，若豆浆发生溢出，防溢电极给MCU发送低电平信号，MCU的PD2引脚的第二功能是外部中断0，所以在这里本人采用低电平外部中断的方式起到防溢作用，使得防溢效果更加可靠，同时也提高了程序的含金量。图3-10防溢电路模块图7.电热器驱动电路模块设计电热器的通与断是通过继电器K2主触点的闭合与断开控制的（如图3-11所示）。继电器K3的动断触点两端并连一个二极管D8，当动断触点断开时，电流只能从二极管流过，由于二极管具有单向导通特性，通过二极管的交流电流只有断开之前的一半，从而达到了半功率加热，实现了文火熬煮。继电器的驱动是靠单片机控制三极管的导通与截止来实现的。单片机的PB2、PB3引脚分别控制继电器K3、K2，继电器的K3的动合触点的一端与电热器相连，另一端与继电器K2的动合触点的一端相连，继电器K2的动合触点另一端与电机控制继电器K1的动断触点相连。图3-11电热器驱动电路模块图8.电机驱动电路模块设计电机的得电与断电是通过继电器K1的接通与断开来控制的（如图3-12所示），继电器的接通与断开是由单片机PB1引脚控制三极管的导通与截止来实现的。继电器K1动合触点与电机相连，动断触点与继电器相连，从面实现了打浆时不加热，加热时不打浆的互锁。图3-12电机驱动电路模块图9.报警电路模块设计报警电路由蜂鸣器和一三极管组成，蜂鸣器工作电压在5V左右，在电路中串一电阻进行分压（如图3-13所示）。蜂鸣器的工作是单片机PB4引脚控制三极管的导通与截止来实现的（注：实际中的报警过程并伴随有LED的闪烁，是通过程序来实现的）。图3-13报警电路模块（四）系统总体硬件的原理图设计电源模块电源由市电（220V）引入（如图3-14），经变压器变压、稳压芯片稳压、电容滤波后得后稳定的+5V电压给系统控制部分供电；MCU芯片的PC0引脚输出低电平控制LED电源指示模块；PD6、PD7、PB0连接按键及其LED指示灯模块；PD3、PD4引脚连接防干烧及检测温度电路模块，PD3采集水位是否符合要求信号，PD4采集温度信号；PD2引脚连接防溢电路模块；PB2、PB3引脚连接电热器驱动电路模块，其中PB3控制是否进行加热，PB2控制选择全功率加热还是文火熬煮；PB4控制蜂鸣器报警电路模块。图3-14系统总体电路图（五）控制系统的PCB图和实物图1.控制系统硬件的PCB板图用Protel99SE电路设计软件完成了系统总体硬件的原理图设计后，接下来就是做PCB图。在做PCB到是自己手工制作电路板，钻孔所使用的钻头最小的只有1mm，PCB库中元件封装的孔一般都为0.762mm,所以所有的封装都需要自己做。把每个元件的封装设置好后对原理图电气规则检查，无误后生成网络表，新建PCB文件，在PCB导入到了PCB中，对各元件进行布局，再进行布线，最后进行规则检查确认无误方可。主电路线宽为3mm，控制电路地线线宽为2mm，12V电源线线宽为1mm，各信号线线宽为0.762mm。图3-15系统总体硬件的PCB控制系统硬件的三维图是通过选择“view”菜单下的“Boardin3