基于單片機的智能電飯煲的控制

1、分類號分類號 編編 號號 華北水利水電學院華北水利水電學院 North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power 畢 業(yè) 設 計 題目： 基于單片機的電飯煲智能控制系統(tǒng)的設計 院院 系系 信息工程學院信息工程學院 專專 業(yè)業(yè) 電子信息工程電子信息工程 姓姓 名名 李李 玉玉 平平 學學 號號 指導教師指導教師 鄭鄭 輝輝 20112011 年年 0505 月月 2424 日日 華 北 水 利 水 電 學 院 畢 業(yè) 設 計 任 務 書 題目：基于單片機的電飯煲智能控制系統(tǒng)的設計題目：基于單片機的電飯煲智能控制系統(tǒng)的

2、設計 專 業(yè)： 電子信息工程 班級學號： 姓 名: 李 玉 平 指導教師： 鄭 輝 設計期限：2011 年 2 月 21 日開始 2011 年 5 月 27 日結束 院、系： 信息工程學院 2011 年 2 月 21 日 一一、畢業(yè)設計的目的 通過本次設計掌握產(chǎn)品設計的流程，能熟練的使用 AT89C51 單片機，并根據(jù)設計要 求選擇合適的元器件，充分理解相關軟件，對整個產(chǎn)品設計時的調(diào)試等必要的環(huán)節(jié)有更 深刻的體會。 本設計通過選認元件、連線焊接、調(diào)試檢測等過程，培養(yǎng)了搜集資料和調(diào)查研究的 能力，方案論證選擇的能力，理論分析與設計運算的能力，鞏固了計算機軟硬件和應用 系統(tǒng)設計方面的能力。 二、主

3、要設計內(nèi)容及基本要求 1本設計包含以下部分：按鍵電路、上電復位電路、晶振電路、電源電路、顯示電路、 MCU 系統(tǒng)部分、機械控制電路等部分。 2 基本要求： （1）要求定時工作時間和實時時間對比達到長時間精確地定時功能。 （2）要求定時時間和實時時間相同時通過 51 單片機控制光耦驅(qū)動電路來控制電飯煲的 工作。 三、重點研究問題 1單片機的內(nèi)部結構，顯示電路的調(diào)試。 2部分功能電路的軟件設計：鍵盤顯示電路、報警電路、工作指示電路。 四、主要技術指標或主要設計參數(shù) 根據(jù)模塊電路，設計出完整的電路原理圖，焊接出實物，并對產(chǎn)品進行調(diào)試。電源 部分為單片機系統(tǒng)提供的電壓為 5V，為光耦提供的電壓為 12

4、V。 五、設計成果 擬做出一個基于 AT89C51 單片機對電飯煲的智能控制系統(tǒng)的設計，設計出整體原理 圖，并做出實物，同時做出一份符合要求的畢業(yè)論文。 華北水利水電學院本科生畢業(yè)設計開題報告華北水利水電學院本科生畢業(yè)設計開題報告 2011 年 3 月 10 日 學生 姓名 李玉平學號專業(yè)電子信息工程 題目 名稱 基于單片機的電飯煲智能控制系統(tǒng)的設計 課題 來源 自 選 主 要 內(nèi) 容 早在 20 世紀早期，電子智能控制技術就已經(jīng)發(fā)展起來了，并最先被應用 于工業(yè)生產(chǎn)中，其后隨著控制理論、微電子技術和傳感技術的發(fā)展，在操作復 雜度、可控對象、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性等方面均得到了完善，目前電子智能控制技

5、術在家用電器、汽車電子、智能電源保護、電力自動化和電動工具等領域得到 很廣泛的應用，以促進產(chǎn)品智能化和信息化程度的提高。例如，在空調(diào)、電磁 爐、微波爐、洗衣機、電冰箱、電視機等生活家電上，電控板的身影無處不在， 而一臺高檔汽車采用的電子智能控制裝置更高達 20 多處。而如今隨著社會的 發(fā)展和現(xiàn)在人們生活節(jié)奏的加快，越來越多的工薪層的人們更是忙碌，除了工 作，剩余的時間也越來越少,誰都想越來越多的智能家電在我們身邊應用。比 如：清晨 6：10，全家還在熟睡中，智能系統(tǒng)已讓電飯煲把飯煮好. 本課題 就是在這樣的背景下設計的。此系統(tǒng)支持 24 小時預約煮飯，可靈活方便地安 排煮飯時間，從而進一步實現(xiàn)

6、智能家庭的夢想。 通過本次設計掌握產(chǎn)品設計的流程，能熟練的使用 AT89C51 單片機，并根 據(jù)設計要求選擇合適的元器件，通過模塊框圖到總體電路圖再到調(diào)試，充分理 解了相關軟件。 本次設計的意義在于通過選認元件、連線焊接、調(diào)試檢測等過程，鍛煉自 己的動手能力，從而綜合性地鞏固所學知識。通過這次設計我學會了綜合的運 用所學專業(yè)知識去分析、解決實際問題，較熟練地掌握了通過文獻檢索、資料 查詢從而獲取新知識的方法，鞏固了計算機軟件、硬件和應用系統(tǒng)設計的基本 能力。 系統(tǒng)的系統(tǒng)的主要功能和要求主要功能和要求 （1）實現(xiàn)電飯煲 24 小時的定時預約煮飯的功能。 （2）實現(xiàn)定時時間和實時時間相同時通過 5

7、1 單片機控制光耦驅(qū)動電路來控制 電飯煲的工作。 （3）要求在實時時鐘工作下，當?shù)竭_定時時間時該控制電路會完成電飯煲的 自動給電功能和機械動作功能，從而在按照使用者預先設定的時間來完成 規(guī)定的任務，從而達到智能實時控制的目的。 系統(tǒng)的功能電路系統(tǒng)的功能電路 該設計主要的功能電路有：按鍵電路、上電復位電路、晶振電路、電源電 路、顯示電路、機械控制電路等。 總體設計結構圖總體設計結構圖 顯示電路 AT89C51 按鍵電路 上電復位電路 晶振電路 電源電路 220V 控制電路 機械控制電路 光耦 光耦 采取 的主 要技 術路 線或 方法 總體設計采用的方法： 1硬件設計 （1）畫流程框圖 （2）選擇

8、元器件 （3）畫出原理圖 2軟件設計 （1） 畫流程圖，確定程序的執(zhí)行方案。 （2） 程序的編寫采用模塊化的設計方法，使它具有易讀、易改的特性。 3設計工具 （1）Keil uVision2：編寫、調(diào)試程序。 （2）Protues：設計電路原理圖并調(diào)試。 4焊接、調(diào)試 預期 的成 果及 形式 通過設計能更深刻地了解硬件設計的基本流程，熟練地運用主要的設計工 具完成從模塊電路到整體電路等各個步驟的設計。根據(jù)原理圖焊接出實物電路 板,從而使該電路板能夠?qū)崿F(xiàn)預期的功能。 形式有：實物電路板、設計論文、protues 仿真電路原理圖。 時間 安排 第 1、2 周：熟悉畢業(yè)設計題目，搜集相關資料。 第

9、3、4 周：明確畢業(yè)設計任務，提交開題報告。 第 5、6 周：做有關電飯煲智能控制的前期工作，對該系統(tǒng)進行總體框架設計。 第 7、8 周：對模塊電路進行詳細分析驗證，從而形成系統(tǒng)的可行性整體方案。 第 9、10 周：進行 protues 仿真，焊接電路板，并進行實物調(diào)試。 第 11、12 周：外文翻譯、撰寫論文。 第 13 周： 提交論文、準備答辯，組織預答辯。 第 14 周： 答辯。 指導 教師 意見 簽 名： 年 月 日 摘要摘要 近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機的應用正在不斷深入，同時帶動傳統(tǒng)控制技術 的日益更新。如今隨著社會的發(fā)展和現(xiàn)在人們生活節(jié)奏的加快，越來越多的工薪層的人 們更是忙

10、碌，除了工作，剩余的時間也越來越少,誰都想越來越多的智能家電在我們身邊 應用。用單片機技術設計一種電飯煲的定時控制，要求用鍵盤輸入定時時間和實時時間 對比達到長時間精確的定時功能。 本設計主要包括硬件電路的設計和系統(tǒng)程序的設計，硬件電路主要包括主控制器、 顯示電路等，主控制器主要采用單片機 AT89C51、顯示電路采用 4 位共陰極的 LED。系統(tǒng) 程序主要包括主程序、顯示程序和定時程序等。本設計采用 AT89C51 單片機，要求定時 時間和實時時間相同時通過光耦驅(qū)動電路控制電飯煲的工作。 關鍵詞：關鍵詞：單片機; 智能 ; 程序;光耦 ;驅(qū)動 備注 Abstract With the rap

11、id development of science and technology in recent years, the application of SCM is continuously strengthening,and driving the innovation of traditional control technology . Now with the development of society and the accelerating rhythm of peoples life, its becoming a common phenomenon that more an

12、d more blue-and-white collar workers are more busy，the rest of their time is less and less after completing their regular work ,which makes everybody have a dream of using more and more smart appliances as possible as they can in their daily life.The timing control of a rice cooker designed by SCM t

13、echnology,which requires timing of time and real-time time input with keyboard in order to achieve long-time timing function accurately by comparison. This design mainly included the design of the hardware electric circuit and the design of system program .The hardware electric circuit of the design

14、 mainly included the master controller , display circuit and so on .The master controller mainly used AT89C51 SCM ,the display circuit used 4 altogether cathodes LED numerical code tube . The design adopts AT89C51 MCU,which demands Opto- coupler driver circuit to control the work of electric cooker

15、when the timing time is equal to the real-time time . Keyword : scm; intelligent ;procedures;opto coupler; drivers 目錄目錄 摘要 .I ABSTRACT .II 第 1 章 概述 .1 1.1 研究背景 .1 1.2 主要內(nèi)容.1 1.2.1 研究目的和意義.1 1.2.2 研究內(nèi)容.1 第 2 章 設計分析 .3 2.1 設計要求.3 2.2 總體設計.3 2.3 系統(tǒng)方案選擇.4 2.4 軟件開發(fā)環(huán)境.4 第 3 章 電路主要器件性能 .6 3.1 AT89C51 內(nèi)部結構及

16、管腳說明 .6 3.1.1 AT89C51 內(nèi)部結構 .6 3.1.2 AT89C51 部分管腳說明 .7 3.2 單片機芯片內(nèi)并行 I/O 口.7 3.3 74LS245 芯片 .8 3.4 MOC3020 芯片 .9 第 4 章 電路硬件設計 .10 4.1 電源電路 .10 4.1.1 電源電路的工作原理.10 4.1.2 電源電路硬件構成.10 4.2 顯示電路 .11 4.2.1 數(shù)碼管顯示電路工作原理.11 4.2.2 數(shù)碼管顯示電路.13 4.3 功率控制電路.14 4.3.1 單片機控制大功率電路工作原理.14 4.3.2 單片機控制大功率電路.14 4.4 附屬電路.15 4

17、.4.1 鍵盤電路工作原理及構成.15 4.4.2 訊響電路工作原理及構成.17 4.4.3 工作指示電路工作原理及構成.17 第 5 章 軟件設計 .18 5.1 程序設計流程圖.18 5.2 系統(tǒng)的調(diào)試.19 5.2.1 單片機系統(tǒng)的調(diào)試.19 5.2.2 軟件調(diào)試.19 結論 .22 致謝 .23 參考文獻 .24 附錄一：硬件電路原理圖 .25 附錄二：源程序代碼 .26 附錄三：外文資料及翻譯 .35 第 1 章 概述 1.1 研究背景 早在 20 世紀早期，電子智能控制技術就已經(jīng)發(fā)展起來了，并最先被應用于工業(yè)生產(chǎn) 中，其后隨著控制理論、微電子技術和傳感技術的發(fā)展，在操作復雜度、可控

18、對象、穩(wěn) 定性、經(jīng)濟性等方面均得到了完善，目前電子智能控制技術在家用電器、汽車電子、智 能電源保護、電力自動化和電動工具等領域得到很廣泛應用，以促進產(chǎn)品智能化和信息 化程度的提高。例如，在空調(diào)、電磁爐、微波爐、洗衣機、電冰箱、電視機等生活家電 上，電控板的身影無處不在，而一臺高檔汽車采用的電子智能控制裝置更高達 20 多處。 而如今隨著社會的發(fā)展和現(xiàn)在人們生活節(jié)奏的加快，越來越多的工薪層的人們更是忙碌， 除了工作，剩余的時間也越來越少，誰都想越來越多的智能家電在我們身邊應用。比如： 上午你去上班，下午下班回來的時候洗衣機已經(jīng)把衣服洗好了；清晨 6：10，全家還在熟 睡中，智能系統(tǒng)已讓電飯煲把飯

19、煮好本課題就是在這樣的背景下設計的。此系統(tǒng)支 持 24 小時預約煮飯，可靈活方便地安排煮飯時間，從而進一步實現(xiàn)智能家庭的夢想。 1.2 主要內(nèi)容 1.2.1 研究目的和意義 通過本次設計掌握產(chǎn)品設計的流程，能熟練的使用 AT89C51 單片機，并根據(jù)設計要 求選擇合適的元器件，通過模塊框圖到總體電路圖再到調(diào)試，充分理解相關軟件的使用。 本次設計的目的在于通過設計電路圖、編寫程序、選認元件、連線焊接、調(diào)試檢測 等過程，鍛煉自己的實際動手操作能力，從而綜合性地鞏固所學的理論知識。 通過這次設計我學會了綜合的運用所學專業(yè)知識去分析、解決實際問題，較熟練地 掌握了通過文獻檢索、資料查詢從而獲取新知識的

20、方法，更重要的是提高了我的動手操 作能力。 1.2.2 研究內(nèi)容 本設計主要采用 AT89C51、74LS245 和光耦一起制作電飯煲的智能控制系統(tǒng)，主要分 為：系統(tǒng)的硬件設計與調(diào)試和控制軟件的設計與調(diào)試。 （1） 硬件部分 硬件電路主要包括主控制器、驅(qū)動電路、鍵盤電路、光耦電路、顯示電路等，主控 制器主要采用單片機 AT89C51、驅(qū)動電路采用 74LS245、顯示電路采用 4 位共陰極的 LED 以動態(tài)掃描法只讀顯示。鍵盤電路、驅(qū)動電路、顯示電路和主控制器一起實現(xiàn)電飯煲 24 小時的定時預約煮飯的功能。 （2） 軟件部分 軟件主要有四大部分組成：設置當前時間程序、設置定時時間程序、中斷控制

21、程序 和掃描顯示程序。 第 2 章 設計分析 2.1 設計要求 該設計是在單片機的自動化控制理論原理和實時定時電路工作原理為基礎上完成。 要求用鍵盤輸入定時時間和實時時間的對比達到長時間精確的定時功能；在實時時鐘工 作下，當?shù)竭_定時時間時該控制電路會完成電飯煲的自動給電功能和機械動作功能，并 且按照使用者預先設定的時間來完成規(guī)定的任務，從而達到智能實時控制的目的。 2.2 總體設計 本設計為電飯煲智能控制，其工作原理為以 AT89C51 為控制核心，帶有定時功能的 實時時鐘為基礎，和光耦進行電氣隔離來完成單片機對大功率高電壓進行控制。其工作 原理圖如圖 2-1 所示： 顯示電路 AT89C51

22、 按鍵電路 上電復位電路 晶振電路 電源電路 220V 控制電路 機械控制電路 光耦 光耦 圖 2-1 系統(tǒng)工作原理圖 2.3 系統(tǒng)方案選擇 (1）鍵盤選擇 獨立式鍵盤：電路簡單，易于編程，但需要的 I/o 口線較多，當需要多個按鍵時可 能造成 I/o 線資源短缺。 行列式鍵盤：I/o 口分為行線和列線，按鍵跨接在行線和列線上，列線通過上拉電阻 接電源，特點是：占用的 I/o 口線少，但軟件較為復雜。 在本設計中鍵盤的作用就是提供模式的選擇和時間的設定，只需要五個鍵就可以勝 任，綜合考慮后選擇獨立式鍵盤。 (2) MCU 的選擇 第一種：8031 單片機內(nèi)沒有 ROM/EPROM/FLASH

23、存儲器，使用時需外加存儲器，也就 是說，程序需要燒寫到另外的一個存儲芯片上，這兩個芯片必須同時出現(xiàn)才能使用。 第二種：AT89C51 單片機片內(nèi)有 4K 的 ROM 存儲器，8051 單片機比 8031 多了一個內(nèi) 部的 4K ROM,他可以用編程器燒寫程序，但寫完之后也不能刪除。 綜合單片機的各部分資源及成本問題，本設計選用了后者，因為使用后者少寫程序 更方便。 （3） 信號顯示的選擇 本設計有兩種數(shù)據(jù)需要顯示，一種是時間信號，另一種是信號燈狀態(tài)顯示信號。對 于前者可以選用數(shù)碼管顯示，也可以用液晶顯示，但是液晶顯示比數(shù)碼管的成本高了很 多，因此選用液晶并不經(jīng)濟。信號燈狀態(tài)顯示可以選用 LED

24、，LED 不僅亮度高、壽命長， 而且成本比較低。 2.4 軟件開發(fā)環(huán)境 匯編語言是一種用文字助記符來表示機器指令的符號語言，是最接近機器碼的一種 語言。其主要有優(yōu)點是占用資源少、執(zhí)行率高，但在編寫復雜程序時，相對高級語言代 碼量較大，而且匯編語言依賴于具體的處理器體系結構不能通用，因此不能直接在不同 處理器體系結構之間移植。 C 語言是一種結構化的高級語言。其優(yōu)點是可讀性好、移植容易、代碼量小、開發(fā)周 期短，是普遍使用的一種計算機語言。缺點是占用資源較多，執(zhí)行效率沒有匯編高。 對于目前的普遍使用 8bitMCU 來說，其內(nèi)部 ROM、RAM 等資源都是有限的，如果使用 C 語言編寫，一條 C

25、語言指令編譯后，會變成很多條機器碼，很容易出現(xiàn) ROM 空間不夠、 堆棧溢出等問題。而且一些單片機廠家也不一定能提供 C 編譯器，而匯編語言，一條指 令就對應一個機器碼，每一步執(zhí)行什么動作都很清楚，并且程序大小和堆棧調(diào)用情況都 容易控制，調(diào)試起來也比較方便，所以本設計采用匯編語言編寫源程序。 第 3 章 電路主要器件性能 3.1 AT89C51 內(nèi)部結構及管腳說明 3.1.1 AT89C51 內(nèi)部結構 圖 3-1 AT89C51 內(nèi)部結構 AT89C51 是標準的 40 引腳雙列直插式集成電路芯片，引腳排列如圖 3-2 所示： AT89C51 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3

26、 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 RST/VPD 9 RXD P3.0 10 TXD P3.1 11 INT0 P3.2 12 INT1 P3.3 13 T0 P3.4 14 T1 P3.5 15 WR P3.6 16 RD P3.7 17 XTAL2 18 XTAL1 19 VSS 20 P2.0 21 P2.1 22 P2.2 23 P2.3 24 P2.4 25 P2.5 26 P2.6 27 P2.7 28 PSEN 29 ALE/PROG 30 EA/VPP 31 P0.7 32 P0.6 33 P0.5 34 P0.4 35 P0.3 36 P0.2 3

27、7 P0.1 38 P0.0 39 VCC 40 8031 8051 8751 圖 3-2 AT89C51 管腳圖 CPU 時鐘電路 P0P3P2P1TXDRXDINT0INT1 并行接口串行接口中斷系統(tǒng) 定時/計數(shù)器RAMROM T0T1 3.1.2 AT89C51 部分管腳說明 Pin9:RST/VPD 復位信號復用腳，當 AT89C51 通電時，時鐘電路開始工作，在 RST 引 腳上出現(xiàn) 24 個時鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復位。初始化后，程序計數(shù)器 PC 指 向 0000H，P0-P3 輸出口全部為高電平，堆棧指針寫入 07H，其它專用寄存器被清“0” 。 RST 由高電平下降為低

28、電平后，系統(tǒng)即從 0000H 地址開始執(zhí)行程序。 AT89C51 的復位方式可以是自動復位，也可以是手動復位，此外，RST/VPD 還是一復 用腳，Vcc 掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機內(nèi)部 RAM 的數(shù)據(jù)不丟失。 Pin30:ALE/ PROG 當訪問外部程序存儲器時，ALE(地址鎖存器)的輸出用于鎖存地址 的低位字節(jié)。而訪問內(nèi)部程序存儲器時，ALE 端將有一個 1/6 時鐘頻率的正脈沖信號， 這個信號可以用于識別單片機是否工作，也可以當作一個時鐘向外輸出。 Pin29: PSEN 當訪問外部程序存儲器時，此腳輸出負脈沖選通信號，PC 的 16 位地 址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在 P0 和 P

29、2 口上，外部程序存儲器則把指令數(shù)據(jù)放到 P0 口上，由 CPU 讀入 并執(zhí)行。 Pin31:EA/Vpp 程序存儲器的內(nèi)外部選通線，89C51 內(nèi)置有 4kB 的程序存儲器，當 EA 為高電平并且程序地址小于 4kB 時，讀取內(nèi)部程序存儲器指令數(shù)據(jù)，而超過 4kB 地址則 讀取外部指令數(shù)據(jù)。若 EA 為低電平，則不管地址大小，一律讀取外部程序存儲器指令。 3.2 單片機芯片內(nèi)并行 I/O 口 AT89C51 共有 4 個 8 位的并行 I/O 口，分別記作 P0、P1、P2、P3，每個口都包含一 個數(shù)據(jù)鎖存器、一個輸出驅(qū)動電路和兩個輸入緩沖器。 在訪問片外擴展存儲器時，低 8 位地址和數(shù)據(jù)由

30、 P0 口傳送，高 8 位地址由 P2 口傳 送。在無片外擴展存儲器的系統(tǒng)中，這 4 個口的每一位均可作為雙向的 I/O 端口使用。 P1 口的內(nèi)部結構如圖 3-3 所示： VCC 鎖存器 P1.X D CP Q Q P1.X 引腳 讀鎖存器 寫鎖存器 內(nèi)部總線 讀引腳 內(nèi)部上拉電阻 圖 3-3 P1 口內(nèi)部結構 3.3 74LS245 芯片 74LS245 是一種三態(tài)輸出的 8 總線收發(fā)器，74LS245 通常用于數(shù)據(jù)的雙向傳送、緩沖 和驅(qū)動。其邏輯電路圖和引腳圖如圖 3-4 所示： 圖 3-4 74LS245 內(nèi)部結構圖 從 3-4 圖可見，該收發(fā)器有 16 個雙向傳送的數(shù)據(jù)端，即 A1A

31、8，B1B8，另有兩個 控制端使能端口，方向控制端 DIR，該芯片的功能如表 3-5: 表 3-5 74LS245 的真值表 3.4 MOC3020 芯片 光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電一光一電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)光源和受 光器兩部分組成，把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，此間用透明絕緣體隔離。 發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端常見的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為 光敏二極管、光敏三極管等。光電耦合器的種類較多，常見有光電二極管型、光電三極 管型、光敏電阻型、光晶閘管型等。在光電耦合器輸入端加電信號使發(fā)光源發(fā)光，光的 強度取決激勵電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后

32、，因光電效應而產(chǎn)了光 電流，由受光器輸出端引出，這樣就實現(xiàn)了電一光一電的轉(zhuǎn)換。 MOC3020 為光電耦合器，通過對其引腳控制可以實現(xiàn)對大電壓和大功率功率管進行觸 發(fā)控制。MOC3020 為 dip6 腳封裝。1、2 為單片機控制端，當有電流時內(nèi)部發(fā)光管導通發(fā) 光而受控管導通來觸發(fā)外部雙向可控硅進行工作。其內(nèi)部結構圖如圖 3-6 所示： 圖 3-6 Moc3020 內(nèi)部結構圖 第 4 章 電路硬件設計 4.1 電源電路 4.1.1 電源電路的工作原理 電子設備對電源電路的要求就是能夠提供持續(xù)穩(wěn)定、滿足負載要求的電能，所以 一般需要單獨設計電源電路， 單片機要求電源中應盡量減少紋波,電壓要恒定，

33、且單片機 復位電路要穩(wěn)定、可靠，因此需要設計一個直流穩(wěn)壓電源給單片機和光耦供電，其工作原 理是先將市電電網(wǎng)電壓經(jīng)變壓器轉(zhuǎn)為交流電，再通過橋堆對輸入的交流電進行整流，然后 通過電容濾波，穩(wěn)壓器進行穩(wěn)壓，使后續(xù)電路的電壓穩(wěn)定為+5V，電路板能通電,說明該模 塊能正常工作。 這里采用了線性穩(wěn)壓電源芯片 LM7805 和 LM7812 作為電源的核心器件。LM7805 和 LM7812 是 LM78 系列三端穩(wěn)壓 IC 中的兩種，用它來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少,電 路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護電路,使用起來可靠、方便,而且價格便宜。如圖 4- 1 為 7805 和 7905 工作電路圖：

34、4.1.2 電源電路硬件構成 該設計電源電路由變壓器 JP、橋式整流器 D1、濾波電容、集成穩(wěn)壓塊 7805 和 7812 兩個穩(wěn)壓管組成，其工作原理為 220v 交流電經(jīng)過變壓器降壓后由次級線圈輸出的電壓為 24v 的交流電，然后經(jīng)過橋式整流后成為波動的直流電壓，再經(jīng)過濾波電路，輸入集成電 壓穩(wěn)壓器，最后輸出+5V和+12V直流電壓,提供給整個電路。+5V 為單片機、 5% 5% 圖 4-1 三端穩(wěn)壓電路的應用電路 VV + _ + _ io CC 12 IN(TAB)2OUT3 LM7812 V V + _ + _ io CC 12 1 IN 1 OUT 3 LM7805 2 光耦器和 7

35、4LS245 等提供工作電壓，+12V 為隔離電路提供工作電壓，其電源電路如圖 4- 2 所示： 圖 4-2 系統(tǒng)工作電源電路 4.2 顯示電路 4.2.1 數(shù)碼管顯示電路工作原理 1. 7 段 LED 數(shù)碼顯示器俗稱“數(shù)碼管” ，其工作原理是將要顯示的十進制數(shù)碼分成 7 段， 每段為一個發(fā)光二極管，利用不同發(fā)光段組合來顯示不同的數(shù)字。圖 4-3（a）所示為數(shù) 碼管的外形結構。 圖 4-3 7 段顯示器 LED 的外形圖及二極管的連接方式 數(shù)碼管中的 7 個發(fā)光二極管有共陰極和共陽極兩種接法,分別如圖 4-3(a)、(b)所示， 圖中的發(fā)光二極管 ag 用于顯示十進制碼的 10 個數(shù)字 09，

36、h 用于顯示小數(shù)點。從圖 中可以看出，對于共陰極的顯示器，某一段接高電平時發(fā)光；對于共陽極的顯示器，某 一段接低電平時發(fā)光，使用時每個二極管要串聯(lián)一個約 100 的限流電阻。 7 段數(shù)碼管是利用不同發(fā)光段組合來顯示不同的數(shù)字。以共陰極顯示器為例，若 a、b、c、d、g 各段接高電平，則對應的各段發(fā)光，顯示出十進制數(shù)字 3；若 b、c、f、g 各段接高電平，則顯示十進制數(shù)字 4。ag 組合成為 7 位代碼，要顯示的數(shù) 字一般首先轉(zhuǎn)換成為 7 段碼，然后驅(qū)動 7 段數(shù)碼管顯示。 LED 顯示器的特點是：清晰悅目、工作電壓低（1.53V） ，BS202 每段最大驅(qū)動電流 約為 10mA，體積小、壽命

37、長（大于 100KH） 、響應速度快（1100ns） 、顏色豐富(有紅、 綠、黃等色)、工作可靠。 2. LED 數(shù)碼顯示器的接口方法與電路 （1）LED 數(shù)碼顯示的接口方法 單片機與 LED 數(shù)碼顯示器有以硬件為主和以軟件為主的兩種接口方法，以硬件為主 的接口方法，這種接口方法的電路如圖 4-4 所示： 單 片 機 51 驅(qū)動電路 圖 4-4 LED 數(shù)碼管常用驅(qū)動電路 （2）LED數(shù)碼顯示器的接口電路 實際使用的LED數(shù)碼顯示器位數(shù)較多。為降低成本， 大部分以軟件為主的接口方法。對于多位LED數(shù)碼管顯示器，通常采用動態(tài)掃描顯示方法， 即逐個循環(huán)點亮各位顯示器，這樣雖然在任一時期只有一位顯示

38、器被點亮，但是由于人 眼有視覺殘留效應，看起來與全部顯示持續(xù)點亮的效果基本一樣（在亮度上要有差別）。 （3）驅(qū)動器 LED顯示是單片機控制產(chǎn)品中常見的應用。使用LED模塊,這種模塊中帶有 LED顯示管和LED驅(qū)動電路,用起來比較方便。 一般用戶直接采用單片機LED驅(qū)動器和LED 顯示管的方式, 現(xiàn)在本設計使用的LED驅(qū)動74LS245，它作為共陰極數(shù)碼管的驅(qū)動器，用 單片機端口直接進行片選，它是集成電路組件。 4.2.2 數(shù)碼管顯示電路 該系統(tǒng)顯示電路由四個共陰數(shù)碼管和驅(qū)動芯片74LS245構成,所要顯示的數(shù)據(jù)由P0口 送出，經(jīng)74LS245提高驅(qū)動能力之后直接接在數(shù)碼管的a到dp端口線上，四

39、個數(shù)碼管的片 選有P2口低電平進行片選，從而完成顯示電路的工作，使系統(tǒng)更具有可視化操作。其電 路如圖4-5所示： 圖 4-5 數(shù)碼管顯示電路 4.3 功率控制電路 4.3.1 單片機控制大功率電路工作原理 單片機控制輸出電壓和電流都很小，不能驅(qū)動高電壓和大功率用電器，機械性開關 不便于集成和自動化智能控制。為了避免機械接觸開關的缺點，本系統(tǒng)選用可控硅為主 體的完全光電隔離的中間驅(qū)動電路?？煽毓枋谴蠊β书_關型半導體器件，能在高電壓、 大電流條件下工作，具有無器械接觸、體積小、便于安裝等優(yōu)點，廣泛應用于電力電子 設備中。光電隔離保證了系統(tǒng)的安全性和外界電壓波動對系統(tǒng)的影響。系統(tǒng)工作電路如 圖 4-

40、6 所示： 單片機 光耦驅(qū)動 器 高電壓大功 率負載 圖 4-6 功率控制電路 4.3.2 單片機控制大功率電路 單片機的 P2.0 和 P2.1 各控制一個光耦器，當單片機內(nèi)部完成預定的時間時此兩個 端口會產(chǎn)生兩個低電壓使 MOC1 和 MOC2 兩個光耦工作，MOC1 控制 220V 電壓的導通，當光 耦 1 工作時 4、6 腳成低阻狀態(tài)時，內(nèi)部的過零檢測電路使光耦輸出一個高電壓來觸發(fā)雙 向可控硅使其導通，在一直保持高電平的同時雙向可控硅一直工作來完成對電飯煲的電 源打開。Rk3 和 ck 為濾波電路，減少高壓對雙向可控硅影響。另一個光耦控制機械部分 的工作，使電飯煲的工作開關打開,從而來

41、控制電飯煲的實時控制。功率控制部分由如圖 4-7 所示： 圖 4-7 功率控制電路 4.4 附屬電路 4.4.14.4.1 鍵盤電路工作原理及構成 1.鍵盤分類 按照結構原理按鍵可分為兩類，一類是觸點式開關按鍵，如機械式開關、導電橡膠 式開關等；另一類是無觸點式開關按鍵，如電氣式按鍵，磁感應按鍵等。前者造價低， 后者壽命長。目前，微機系統(tǒng)中最常見的是觸點式開關按鍵。 2.按鍵結構與特點 微機鍵盤通常使用機械觸點式按鍵開關，其主要功能是把機械上的通斷轉(zhuǎn)換成為電 氣上的邏輯關系。也就是說，它能提供標準的 TTL 邏輯電平，以便與通用數(shù)字系統(tǒng)的邏 輯電平相容。 機械式按鍵再按下或釋放時，由于機械彈性

42、作用的影響，通常伴隨有一定時間的觸 點機械抖動，然后其觸點才穩(wěn)定下來。其抖動過程如圖 4-8 所示，抖動時間的長短與開 關的機械特性有關，一般為510ms。 閉合 穩(wěn)定 鍵按下 前沿抖動 后沿抖動 圖 4-8 抖動過程 在觸點抖動期間檢測按鍵的通與斷狀態(tài)，可能導致判斷出錯，即按鍵一次按下或釋 放被錯誤地認為是多次操作，這種情況是不允許出現(xiàn)的。為了克服按鍵觸點機械抖動所 致的檢測誤判，必須采取去抖動措施。這一點可從硬件、軟件兩方面予以考慮。在鍵數(shù) 較少時，可采用硬件去抖，而當鍵數(shù)較多時，采用軟件去抖。由于本設計所用的按鍵數(shù) 較少，所以采用硬件去抖。 單片機工作時有外接鍵盤輸入信號，當檢測到有哪一

43、個鍵被按下時，單片機內(nèi)部執(zhí) 行相應的工作程序。該系統(tǒng)的鍵盤由 5 個獨立鍵盤構成，包括一個中斷鍵盤單元，來完 成智能電飯煲的手動控制。鍵盤的一腳接在單片機的 P1.1 至 P1.4 腳上，另外一腳接在 電源地上，當有鍵盤按下時對應的鍵盤就會有一低電平送進單片機內(nèi)部，由單片機內(nèi)部 程序進行消抖處理然后確定哪一個鍵盤被按下后來執(zhí)行程序完成該系統(tǒng)的指定工作。該 系統(tǒng)鍵盤接口電路如圖 4-9 所示： 圖 4-9 系統(tǒng)按鍵開關電路 4.4.24.4.2 訊響電路工作原理及構成 正常情況下單片機 P1.7 腳是低電平，蜂鳴器不工作，當單片機開始工作時會由于 P1.7 腳為高電平而發(fā)聲，而輸出端 P1.7

44、處于低電平時，無電流通過蜂鳴器，蜂鳴器則不發(fā)聲； 當預定時間到達需要蜂鳴器響時，P1.7 端口電壓由低電平變?yōu)楦唠娖?，蜂鳴器通電，從 而發(fā)出報警聲，R1 為限流電阻。 其工作電路為如圖 4-10 所示： 圖 4-10 系統(tǒng)訊響電路 4.4.34.4.3 工作指示電路工作原理及構成 電路正常工作時，單片機內(nèi)部程序會執(zhí)行，所以本設計采用內(nèi)部程序執(zhí)行與否來判 斷電路是否工作，彌補了在電源處加指示燈亮而程序不工作的錯誤弊端。 該電路指示為每當程序執(zhí)行一秒時燈就會閃動一下，來指示電源電路和程序執(zhí)行工 作。每當 P1.0 的高低電平變化一次，指示燈就會閃動一下，其電路圖為圖 4-11 所示： 圖 4-11

45、 工作指示電路 第 5 章 軟件設計 5.5.1 程序設計流程圖 整個系統(tǒng)輸入包括 5 個按鍵；輸出包括 4 位七段數(shù)碼管、3 個發(fā)光二極管、光耦控制 器等。根據(jù)系統(tǒng)控制功能，程序主流程圖見圖 5-1 所示： 程序開 始 相關變量初始化 是否有中斷 中斷服務程序 檢查鬧鈴時間 鬧鈴執(zhí)行程序 顯示程序 K1 是否按下K1鍵處理程序 K2 是否按下K2鍵處理程序 K3 是否按下 K4 是否按下 K4鍵處理程序 圖 5-1 主程序流程圖 5.25.2 系統(tǒng)的調(diào)試 5.2.1 單片機系統(tǒng)的調(diào)試 單片機系統(tǒng)是指單片機能正常工作所必需的外圍元件，主要分為時鐘電路和復位電 路。本設計采用的是 AT89C51

46、 芯片，它內(nèi)部自帶 4KB 的 FLASH 程序存儲器，一般情況下， 這 4KB 的存儲空間足夠我們使用，所以本設計將 AT89C51 芯片的第 31 腳固定接高電平， 所以我們只用芯片內(nèi)部的 4KB 程序存儲器。單片機的時鐘電路有一個 12MHz 的晶振和兩 個 30pF 的小電容組成，它決定了單片機的工作時間精度為 1 微妙。復位電路有 22uF 的 電容和 1k 的的電阻（實際經(jīng)驗） ，其好處是在滿足單片機可靠復位的前提下降低了復 位引腳對地的阻抗，可以顯著增強單片機復位電路的抗干擾能力。 判斷單片機芯片及時鐘系統(tǒng)是否正常工作：用萬用表測量單片機晶振引腳 （18、19）的對地電壓。以正常

47、工作的單片機用數(shù)字萬用表測量為例：18 腳對地約 2.24V，19 腳對地約 2.09V。對于懷疑是復位電路故障而不能正常工作的單片機也可以用 模擬復位的方法來判斷，單片機正常工作時第 9 腳對地電壓為零，可以用導線短時間和 +5V 連一下，模擬一下上電復位，如果單片機正常工作了，說明復位有問題。 5.2.2 軟件調(diào)試 第一步，原程序代碼在 Keil uVision2 進行編譯，編譯成功以后生成.hex 文件。 第二步，把.hex 文件加載在 AT89C51 芯片里，最后在 protues 里調(diào)試。當電路上電 后，定時標志清零，蜂鳴器響之后指示燈閃爍。當按下 Key1 鍵時設置當前時間，設置完

48、 按下 Key4 鍵，然后蜂鳴器響之后指示燈閃爍。當按下 Key2 鍵時設置定時時間，設置完 按下 Key4 鍵，然后指示燈閃爍，最后再按下 Key4 鍵后蜂鳴器響時，表明現(xiàn)在已經(jīng)開通 定時功能，當定時時間和當前時間相等時，蜂鳴器響，電飯煲的指示燈亮，這時該控制 電路會完成電飯煲的自動給電功能和機械動作功能，從而在按照使用者預先設定的時間 來完成規(guī)定的任務。其仿真結果如 5-1，2,3 圖所示： 圖 5-2 設置當前時間 圖 5-3 設置定時時間 圖 5-4 定時到達時的狀態(tài) 結論 這次畢業(yè)設計經(jīng)歷了將近半年的時間，其中遇到了許多的麻煩和困難，但是幾乎都 解決了，通過發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問

49、題，我又學到了許多新的知識，并在一定程 度上加強了理論學習和工程實踐相融合、鞏固基礎知識與培養(yǎng)創(chuàng)新意識相結合等方面的 能力。在這次畢業(yè)設計遇到最大的問題是在仿真的時候，蜂鳴器不響，最后在馬斌老師 的幫助下，問題解決了。從設計前期的系統(tǒng)開發(fā)方案制定，到中間具體單元電路的制作， 再到后期軟硬件的聯(lián)合調(diào)試，都需要我們親自參與。對于設計中所遇到的難點和不明白 的地方，需要自己主動地去解決，不再是像以前一樣老師將大部分的工作做好，然后由 學生完成剩下的任務。 本設計以 AT89C51 單片機為基礎，主要包括了按鍵電路、上電復位電路、晶振電路、 LED 顯示電路、機械控制電路等，先在 Keil uVisi

50、on2 軟件中進行編程，然后在 Proteus 中進行軟硬件仿真。相比較市場上的這些儀器主要簡化了操作，降低了成本，有利于普 及。因此，該設計投放市場后，將會有較好的市場發(fā)展前景，將產(chǎn)生較好的經(jīng)濟效益和 社會效益。 另外，通過畢業(yè)設計我們對四年來的所學知識進行了一個系統(tǒng)的總結。一方面，從 理論上再一次對以前的知識進行了復習，并根據(jù)我們的需要在某些方面進行了深入的研 究；另一方面緊密結合實際設計的需要將我們的理論知識融入實踐的設計當中，并結合 當前最新的技術，使我們的設計能緊跟科技的前沿。因此，我們的設計不僅僅是一個重 新學習的過程，而且也是對我們科研能力的培養(yǎng)。通過在設計中和同學的緊密協(xié)調(diào)工作

51、， 進一步培養(yǎng)了自己的合作精神，為以后走向社會參與社會競爭奠定了基礎。 致謝 時光如梭，轉(zhuǎn)眼間本科學習生涯即將結束。時間雖短，我卻從中學到了很多的東西。 我由衷地感謝關懷、教誨、幫助、支持和鼓勵我完成學業(yè)的老師、朋友。 特別感謝我的導師鄭輝老師，在本次畢業(yè)設計過程中，鄭老師對該論文從選題，構 思到最后定稿的各個環(huán)節(jié)給予細心指引與教導。在學習中，鄭老師以其嚴謹求實的治學 態(tài)度、豐富淵博的知識、精益求精的工作態(tài)度以及侮人不倦的師者風范和大膽創(chuàng)新的進 取精神對我產(chǎn)生很大影響，是我終生學習的楷模，將會永遠激勵著我。 其次，感謝那些給予我?guī)椭耐瑢W，感謝他們，特別是王燕和魏現(xiàn)賓同學在設計的 過程中也給予

52、了莫大的幫助，在此，對他們表示衷心的謝意！ 再次，感謝那些關心此次畢業(yè)設計的領導們，在他們的英明領導下，學校越辦越好， 為社會不斷輸送高素質(zhì)的人才！ 最后，我要向百忙之中抽時間對我的設計進行審閱、評議和參與本人論文答辯的各 位老師表示感謝。 參考文獻 1邊海龍，孫永奎.單片機開發(fā)與典型工程項目實例詳解J.電子工業(yè)出版社， 2008，(10)：143-160 . 2王文青，邱文勛.51 單片機開發(fā)案例精選J.人民郵電出版社，2001，(5)：45-47 . 3睢丙東.單片機應用技術與實例. 電子工業(yè)出版社,1998,7 4張鑫，華臻，陳書謙.單片機原理及應用J.電子工業(yè)出版社，2008，(5)

53、. 5張洪潤，張亞凡.單片機原理及應用J.清華大學出版社，2005, (4) . 6李廣弟.單片機基礎.北京：北京航空航天大學出版社，2004 7李華. MCS-51 系列單片機實用接口技術.北京：北京航空航天大學出版社,1993,5 8蔣輝平，周國雄.基于 Proteus 的單片機系統(tǒng)設計與仿真實例M.機械工業(yè)出版社， 2009 . 9張毅坤.單片微型計算機原理及應用M.西安電子科技大學出版社，1998 . 10雷 麗文等.微機原理與接口技術M.北京電子工業(yè)出版社，1997.2 11張毅剛.單片機原理及應用. 北京：高等教育出版社，2004 12辛順友.胡永生. 單片機應用系統(tǒng)設計與實現(xiàn).福

54、建：福建科學技術出版社,2005,3 13余錫存，曹國華.單片機原理及接口技術M.西安電子科技大學出版社，2000.7 14梅麗鳳,王艷秋,汪毓鐸. 單片機原理及接口技術.北京：清華大學出版社,2003,5 15黃智偉.凌陽單片機課程設計指導J.北京航空航天大學出版社，2007, (6) . 附錄一：硬件電路原理圖 硬件電路圖 附錄二：源程序代碼 ; ;文件名稱：電飯煲智能控制核心程序 ;該系統(tǒng)能完成 24 小時電飯煲預約工作 ;及其可視化操作且進行電氣隔離控制 ; ;程序初始化 ;定義存放計時單元的地址 ALB EQU 20H.0 ;定時設置標志 BUF EQU 30H ;3033H 存放連

55、續(xù) 4 個字節(jié)顯示器數(shù)據(jù) HOUR EQU 34H ;存放小時變量 MIN EQU 35H ;分鐘變量 SEC EQU 36H ;秒鐘變量 DEDA EQU 37H ;存放 5ms 計數(shù)值 HH EQU 38H ; 定時設置小時變量 MM EQU 39H ;定時設置分鐘變量 ;按鍵輸入引腳定義 K1 EQU P1.4 K2 EQU P1.3 K3 EQU P1.2 K4 EQU P1.1 K5 EQU P3.2 ;蜂鳴器和指示燈引腳定義 SPK EQU P1.7 WLED EQU P1.0 ;程序開始執(zhí)行地址 ORG 0H JMP MAIN ORG 03H LJMP TO_INT0 ORG 0

56、BH JMP TO_SRV 主程序 MAIN: SETB EA SETB IT0 SETB EX0 CLR ALB ;清除定時標志 ACALL BZ ;蜂鳴器連續(xù)響兩聲 ACALL BZ ACALL LED_BL ; led 閃動 表示程序開始執(zhí)行 ACALL INIT ;初始化變量 ACALL INIT_TIME ;設置定時器 加載顯示器初始數(shù)據(jù) MOV A,#03FH MOV P0,A LOOP: ;無窮循環(huán) ACALL CONV ACALL TIME_PRO ;檢查定時時間 ACALL DISP ;掃描顯示 JB K1,M1 ;未按下 k1 鍵 ACALL LED_BL ; led 閃動

57、 ACALL SET_TIME ;設置目前時間 JMP LOOP ;跳轉(zhuǎn)到 loop 處執(zhí)行 M1:JB K2, M2 ;未按下 k2 鍵繼續(xù)掃描 ACALL LED_BL ACALL SET_ATIME ;設置定時時間 JMP LOOP ;跳轉(zhuǎn)到 loop 處執(zhí)行 M2: JB K3, M3 JMP LOOP M3: JB K4, M4 ;未按下 k4 將，則繼續(xù)掃描 JNB K4,$ CPL ALB JNB ALB, M31 ACALL BZ ;定時確定三次發(fā)出響聲 ACALL BZ ACALL BZ SETB P2.0 SETB P2.1 JMP LOOP ;跳轉(zhuǎn)到 loop 處執(zhí)行 M

58、31: ACALL BZ ;定時取消，發(fā)出一聲響 JMP LOOP ;跳轉(zhuǎn)到 loop 處執(zhí)行 M4: JMP LOOP ;跳轉(zhuǎn)到 loop 處執(zhí)行 實現(xiàn)走時功能的子程序 INIT_TIME: MOV TMOD,#B ;設置定時器 T0 工作模式 1 MOV IE, #B ;啟用定時器 T0 中斷產(chǎn)生 SETB ET0 MOV TL0,#78H ;加載初始值 MOV TH0,#0ECH SETB TR0 ;啟動定時器 T0 開始計時 RET 中斷服務程序 TO_SRV: ;定時器 T0 計時中斷程序每隔 5 秒中斷一次 PUSH ACC ;將 a 壓入堆棧 MOV TL0,#78H ;重加載初

59、始值 MOV TH0,#0ECH INC DEDA ;加 1 ;秒述出 MOV A,DEDA CJNE A,#200,TT1 ;是否 1 秒到了 MOV DEDA,#0 ;計數(shù)器清零 CPL WLED ; LED 燈亮滅變化 INC SEC ; 秒計數(shù)加 1 MOV A,SEC CJNE A,#60,TT1 ;是否 1 分鐘到了 ;分輸出 INC MIN ;分加 1 MOV SEC,#0 ;秒清零 MOV A,MIN CJNE A,#60,TT1 ;是否 1h 到了 INC HOUR ;時加 1 MOV MIN,#0 ;分清零 MOV A,HOUR CJNE A,#24,TT1 ;是否 24h

60、 到了 MOV SEC, #0 ;時分秒全部清零 MOV MIN ,#0 MOV HOUR,#0 TT1: POP ACC ;將 a 由堆棧取出 RETI 實現(xiàn)顯示功能子程序 CONV : ;轉(zhuǎn)化小時數(shù)據(jù) MOV A,HOUR MOV B,#10 DIV AB MOV DPTR,#TABLE ;查表轉(zhuǎn)換 MOVC A,A+DPTR MOV BUF,A MOV A, B MOVC A, A+DPTR MOV BUF+1,A MOV A,MIN MOV B,#10 DIV AB MOV DPTR,#TABLE ;查表轉(zhuǎn)換 MOVC A,A+DPTR MOV BUF+2,A MOV A, B MOV