基于單片機(jī)控制的消毒柜

第1章緒論隨著人們的生活質(zhì)量的提高，對(duì)于健康生活的要求也隨之提高，飲食健康成為了人們所關(guān)注的重點(diǎn)問題。消毒柜的誕生和普及，適應(yīng)了人們對(duì)于健康生活的要求。本章就本課題的研究意義及研究現(xiàn)狀等做詳細(xì)的概述。1.1研究意義臭氧技術(shù)產(chǎn)品功能強(qiáng)，產(chǎn)品新穎，屬高科技環(huán)保型產(chǎn)品，符合國家21世紀(jì)優(yōu)先工程方案中的清潔產(chǎn)品行業(yè)，而且涉及國內(nèi)各種產(chǎn)業(yè)，潛力極大。由于小型臭氧技術(shù)產(chǎn)品對(duì)發(fā)生器性能要求較低，由于小型臭氧技術(shù)產(chǎn)品對(duì)發(fā)生器性能要求較低，價(jià)格廉價(jià)，應(yīng)用面廣，因此從八十年代中期開始在我國迅速開展。在國內(nèi)大市場的吸引下，在短短十幾年內(nèi)，開展了不下十幾種小型臭氧產(chǎn)品如礦泉水處理設(shè)備、臭氧管、臭氧發(fā)生器、空氣凈化器、消毒柜、消毒盒等。隨著人們對(duì)消毒柜的需求要求，各廠家也在相繼改良自己的產(chǎn)品。同時(shí)隨著技術(shù)的不斷開展，消毒柜新品的高技術(shù)含量也表達(dá)在模糊邏輯化的控制、觸摸屏式面板、數(shù)碼、微電腦液晶顯示和納米等新材料的使用上?？梢哉f，家電產(chǎn)品的新技術(shù)已全面使用在消毒柜上了。1.2研究現(xiàn)狀我國臭氧技術(shù)的研究及應(yīng)用起步較晚，70年代中期由華東化工學(xué)院、北京環(huán)保所、清華大學(xué)的水處理技術(shù)人員借鑒國外技術(shù)，進(jìn)行了試驗(yàn)性研究。80年代在蛋果蔬易腐食品防霉保鮮、食品加工、殺菌凈化領(lǐng)域有一定開展。90年代，臭氧技術(shù)進(jìn)入醫(yī)療、家電行業(yè)。到目前有機(jī)構(gòu)或企業(yè)研究生產(chǎn)、使用和研制用于水消毒、食品加工殺菌凈化、易腐儀器儲(chǔ)藏防霉保鮮、醫(yī)療衛(wèi)生與家庭消毒凈化等方面臭氧產(chǎn)品。但生產(chǎn)單位分解，規(guī)模小，技術(shù)力量缺乏，資金短缺，目前最高水平僅停留在1kg/h的水平。按產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域分屬國家環(huán)保局〔建設(shè)部〕、醫(yī)藥管理局、輕工總會(huì)等部門管理。主要部門近來陸續(xù)制定了臭氧消毒柜、家用食具消毒柜的二個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。從對(duì)家用電器的控制手段來看，經(jīng)歷了兩個(gè)階段，在上世紀(jì)70年代到80年代，家用電器根本上屬于機(jī)電控制功能；進(jìn)入90年代，家用電器出現(xiàn)了智能化，轉(zhuǎn)向電腦控制的智能化型家電，這種智能家電一般通過微控制器〔即單片機(jī)〕實(shí)現(xiàn)對(duì)家電的控制操作；未來的家電將實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，Bluetooth,HomeRF以及IEEE802.15等標(biāo)準(zhǔn)的制定說明了這個(gè)趨勢。單片機(jī)的產(chǎn)生，使計(jì)算機(jī)正式形成了通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分支。在單片機(jī)產(chǎn)生之前，為了滿足工控對(duì)象的嵌入式應(yīng)用要求，只能將通用計(jì)算機(jī)進(jìn)行機(jī)械加固，電氣加固后嵌入到對(duì)象體系〔如船艦〕中構(gòu)成諸如自動(dòng)駕駛儀、輪機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)等。由于通用計(jì)算機(jī)的巨大體積和高本錢，無法嵌入到大多數(shù)對(duì)象體系〔如家用電器、汽車、機(jī)器人、儀器儀表〕中。單片機(jī)那么應(yīng)嵌入式應(yīng)運(yùn)而生，單片機(jī)單芯片的微小體積和極低本錢，可廣泛地嵌入到如玩具、家用電器、機(jī)器人、儀器儀表、汽車電子系統(tǒng)、工業(yè)控制單元、辦公自動(dòng)化設(shè)備、金融電子系統(tǒng)、艦船、個(gè)人信息終端及通信產(chǎn)品中，成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中最重要的智能化工具。單片機(jī)應(yīng)用的意義絕不限于它的功能以及所帶來的經(jīng)濟(jì)效益上；更重要的意義在于，單片機(jī)的應(yīng)用正從根本上改變著傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大局部控制功能，現(xiàn)在已能使用單片機(jī)通過軟件方法實(shí)現(xiàn)了，這種以軟件取代硬件，并能提高系統(tǒng)性能的控制技術(shù)，稱之為控制技術(shù)，這標(biāo)志著一種全新概念的建立。1.3消毒柜的介紹消毒柜的種類市場上銷售的消毒柜品種多樣，可根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)劃分它們。按功能分,有單功能的和多功能的兩種。單功能消毒柜通常采用高溫或臭氧或紫外線等單一功能進(jìn)行消毒；多功能消毒柜多采用高溫、臭氧、紫外線、蒸汽、納米等不同組合方式來消毒，能夠殺滅多種病毒、細(xì)菌。按消毒方式分，有臭氧、紫外線臭氧、紅外線高溫、超溫蒸汽、紫外臭氧加高溫等類型。其中，臭氧、紫外線臭氧屬于超低溫消毒，消毒溫度一般在600C以下，適合各類餐具，特別適合于不耐高溫的塑料、玻璃制品。而紅外線高溫、超溫蒸汽、紫外臭氧加高溫屬于熱消毒或多重組合消毒方式，消毒溫度一般在100按消毒室數(shù)量分,有單門、單門雙層、雙門及多門消毒柜。單門消毒柜一般只有一種消毒功能；雙門消毒柜一般為兩種或兩種以上消毒方式的組合。一般地說，單門消毒柜適用于集體飯?zhí)煤途频甑鹊牟途呦?，屬高溫消毒；而雙門宜為家庭選用，因?yàn)榧彝ブ械牟途咭话憧煞譃槟透邷睾筒荒透邷貎深?，而一般的雙門柜都具有高溫和低溫消毒兩種功能。按容積大小分,目前市場上主要有30升、50升、80升、100升、150升、250升、350升等系列。作為日常家用的消毒柜，容積在50～80L、功率600W左右就比擬適宜了。按安裝方式分，有立式、臥式、壁掛式、嵌入式、落地式、臺(tái)式、開門式和抽屜式等。目前市場上較流行與整體廚房配套的嵌入式消毒柜，這種消毒柜集食具消毒、烘干、存放于一體，非常實(shí)用。近來市場上的消毒柜新品層出不窮，如具有VFD動(dòng)態(tài)顯示、數(shù)碼控制、熱風(fēng)內(nèi)循環(huán)功能的康寶系列消毒碗柜；具有歐式豪華外形，采用微電腦控制，定時(shí)開關(guān)、自動(dòng)除臭的老板牌消毒柜；采用高新納米磁性門封材料、排氣孔特設(shè)防蟲網(wǎng)，有效杜絕二次污染的美的消毒柜等。消毒柜的物理特性1.電熱食具消毒柜指由電熱元件加熱空氣來消毒食具的食具消毒柜，如市面上常見的單門電熱型消毒柜，規(guī)定柜內(nèi)消毒溫度應(yīng)不低于1200C，消毒時(shí)間應(yīng)不少于15min；電熱食具消毒柜適用于耐高溫于2.臭氧食具消毒柜指通過臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧來消毒食具的食具消毒柜，如市面上各種臭氧保鮮食具消毒柜，規(guī)定柜內(nèi)臭氧濃度應(yīng)不少于13.6mg/m3，消毒時(shí)間應(yīng)不少于30min；臭氧食具消毒柜適用于非耐高溫類餐具的消毒，如塑料制品等。3.組合型食具消毒柜指由電熱消毒室和臭氧消毒室組合而成的食具消毒柜，如市面上流行的雙門消毒柜，其結(jié)構(gòu)特征是具有一個(gè)低溫臭氧消毒室和一個(gè)高溫電熱消毒室，其上下室的要求同上述1、2條規(guī)定相同。4.臭氧加紫外線食具消毒柜指由臭氧和紫外線共同作用而成的食具消毒柜，如廣東康寶牌消毒柜，特別適合于大容積消毒，臭氧產(chǎn)生的速度快，濃度分布均勻，消毒時(shí)間短。消毒柜的工作原理食具消毒是利用物理或化學(xué)方法殺滅清洗過的食具中病原微生物的過程。市場上五花八門的消毒柜從功能上說，通常只有高溫消毒、臭氧消毒和紫外線消毒3種消毒方式，以及它們之間的組合消毒方式，比方目前市場上流行的“上層為臭氧保潔，下層為紅外線加熱〞的消毒方式。1.電熱型消毒柜電熱型消毒柜是利用高溫發(fā)揮殺菌作用。高溫對(duì)細(xì)菌有明顯的致死作用。細(xì)菌中的蛋白質(zhì)因受熱而發(fā)生變性凝固，活性消失，代謝發(fā)生障礙，導(dǎo)致死亡。電熱型消毒柜,一般以乳白石英管遠(yuǎn)紅外輻射電熱元件為熱源,對(duì)消毒柜內(nèi)腔及其中的食(飲)具加熱,依賴1200C乳白石英是高輻射系數(shù)的材料，其熱慣性小，外表允許溫度高，能將輸入電能的70%轉(zhuǎn)換為輻射能，因此，柜內(nèi)傳熱方式以熱輻射為主。紅外線對(duì)食具外表附著的水分和微生物，具有一定的穿透能力，殺菌效果好。作為能量載體的紅外線，具有類光特性。它能以光速直接入射或經(jīng)柜內(nèi)壁反射到食具外表，使消毒工作周期相對(duì)減短。紅外線是直接傳播的，被食具遮擋的部位，開成“陰影區(qū)〞。在消毒柜工作時(shí)，柜內(nèi)的空氣和食具托架也被加熱。柜內(nèi)溫度場中存在溫度梯度，形成流體密度差，產(chǎn)生流體與固體外表之間的對(duì)流換熱。同時(shí)，柜內(nèi)相接觸物體及同一物體上的不同點(diǎn)之間，因存在溫差而產(chǎn)生人傳導(dǎo)。在加熱過程中，在上述三種傳熱方式的共同作用下，使柜內(nèi)溫度逐漸趨于均勻，以消除消毒“死角〞，處于“陰影區(qū)〞的致病微生物也能被殺滅。2.臭氧消毒柜臭氧消毒柜是利用臭氧的強(qiáng)氧化性進(jìn)行消毒。臭氧在常溫下為帶藍(lán)色的爆炸性氣體，有特臭，為最強(qiáng)的氧化劑之一，是一種光譜殺菌劑。但是臭氧泄漏會(huì)危害人體健康，作業(yè)現(xiàn)場空氣中允許的閥限值為0.2mg/m3。所以臭氧型消毒柜需在保證臭氧在不泄漏的情況下，保持柜內(nèi)臭氧的濃度，以確保消毒效果。它是以物理方法產(chǎn)生一定濃度的臭氧氣體，依賴生物化學(xué)反響殺滅致病微生物。臭氧消毒作為氣相消毒，與直接照射的紫外線消毒相比，不純在“陰影區(qū)〞或消毒死角，用于食具消毒的效果好。因?yàn)槌粞醴肿咏佑|細(xì)菌，才能殺菌，不僅需要一定的濃度，還需要足夠的使臭氧分子充分?jǐn)U散的時(shí)間，消毒過程具有積累性。所以為到達(dá)預(yù)期的消毒效果，柜內(nèi)需保持一定的臭氧體積濃度及消毒時(shí)間。臭氧的殺菌能力還與濕度、溫度及壓力等空氣狀態(tài)參數(shù)有關(guān)。因此，應(yīng)視允許消毒時(shí)間長短而選用。當(dāng)然污染程度和消毒對(duì)象是選擇臭氧發(fā)生裝置的濃度和產(chǎn)品規(guī)格的根底。消毒柜一旦進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，就由臭氧濃度建立起物理吸附、化學(xué)氧化、微生物殺滅與自然分解四方面綜合形成的消毒空間。如根據(jù)消毒對(duì)象預(yù)先設(shè)定好消毒時(shí)間，當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)一個(gè)周期結(jié)束后，就可以翻開柜門〔此時(shí)臭氧殘留量應(yīng)不大于0.2mg/m3〕完成整個(gè)消毒過程。3.組合型食具消毒柜它是高溫殺菌與強(qiáng)氧化消毒相結(jié)合，其消毒原理與其上1、2相同。4.臭氧加紫外線食具消毒柜臭氧加紫外線食具消毒柜是利用紫外線和臭氧作為消毒手段的消毒柜。消毒滅菌使用的紫外燈應(yīng)是高臭氧紫外燈，紫外線的波長范圍是200～275nm，其中殺菌作用最強(qiáng)的波段是250～270nm。用于消毒的紫外燈在電壓為220V時(shí)，輻射的253.7nm紫外線強(qiáng)度應(yīng)不低于70μw/cm2。紫外線輻射能量低，穿透力弱，僅能殺滅直接照射到的微生物，因此消毒時(shí)必須使消毒部位充分暴露于紫外線下。紫外燈同時(shí)產(chǎn)生臭氧，也起到殺菌作用。兩者的共同作用，使常溫消毒擴(kuò)大了滅菌范圍，強(qiáng)化了消毒效果。1.4研究內(nèi)容目前單片機(jī)在家用電器中得到了廣泛的應(yīng)用，本課題旨在通過設(shè)計(jì)基于單片機(jī)技術(shù)的消毒柜來熟悉單片機(jī)在家用電器中的應(yīng)用，從而掌握一定的單片機(jī)應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)方法和編程技巧。綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，學(xué)會(huì)獨(dú)立分析和解決問題的能力，培養(yǎng)查閱文獻(xiàn)，計(jì)算機(jī)操作和處理以及外文解說和翻譯的能力。第1章介紹了本課題的研究背景與研究內(nèi)容及消毒柜的相關(guān)信息。第2章介紹了系統(tǒng)方案的選擇。對(duì)于各法案進(jìn)行比擬論證。第3章介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，主要介紹了本系統(tǒng)中重要元器件的選取，各個(gè)單元電路的選擇、原理及功能。第4章介紹了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，主要介紹本系統(tǒng)的主程序以及各功能模塊各完成的功能和流程圖。第5章介紹了系統(tǒng)的軟件仿真，主要介紹了仿真軟件以及本系統(tǒng)的仿真結(jié)果。第2章系統(tǒng)方案的選擇2.1系統(tǒng)概述該消毒柜采用臭氧消毒，具有消毒與加熱功能，適合對(duì)碗筷等進(jìn)行枯燥和消毒。臭氧消毒指示燈兩個(gè)，假設(shè)分別為LED1，LED2；加熱指示燈兩個(gè)，假設(shè)分別為LED3，LED4；消毒按鍵一個(gè)，假設(shè)為A1；消毒柜照明按鍵一個(gè)，假設(shè)為A2；門吸開關(guān)一個(gè)，假設(shè)為K；按鍵報(bào)鳴器一個(gè)。開機(jī)時(shí)所有的指示燈均熄滅，按一下A1那么LED1亮，臭氧發(fā)生器開始工作，45分鐘后，LED1熄滅，LED2點(diǎn)亮；45分鐘后，LED2熄滅，LED3點(diǎn)亮，臭氧消毒結(jié)束，進(jìn)入加熱枯燥階段。30分鐘后，LED3熄滅，LED4點(diǎn)亮，再經(jīng)過30分鐘后LED4熄滅，整個(gè)消毒、加熱枯燥過程結(jié)束。需要不同種類的消毒、加熱枯燥時(shí)，可以通過按A1進(jìn)行選擇，每按一次A1，點(diǎn)亮的LED指示燈就下移一位，只進(jìn)行余下的消毒、枯燥程序。本消毒柜有四種消毒枯燥程序：1.LED1亮：消毒45分鐘→消毒45分鐘→加熱30分鐘→加熱30分鐘2.LED2亮：消毒45分鐘→加熱30分鐘→加熱30分鐘3.LED3亮：加熱30分鐘→加熱30分鐘4.LED4亮：加熱30分鐘用數(shù)碼管顯示消毒加熱的時(shí)間，需表達(dá)分鐘、秒的顯示。A2單獨(dú)控制，按一下A2，點(diǎn)亮照明燈，再按一下A2，關(guān)閉照明燈。當(dāng)A1或A2任何一個(gè)按下時(shí)，按鍵報(bào)鳴器都會(huì)發(fā)出“嘟〞的聲音。門吸開關(guān)K，只有當(dāng)消毒柜門關(guān)閉時(shí)臭氧發(fā)生器才能工作，防止臭氧的泄漏。如果門沒關(guān)好，那么報(bào)警器將一直報(bào)警，直到將門關(guān)好為止。如果在消毒過程中，將門翻開，為確保平安，蜂鳴器也將一直報(bào)警。2.2系統(tǒng)方案的選擇與論證2.2.1方案1：僅由硬件電路實(shí)現(xiàn)。根據(jù)系統(tǒng)功能的要求，它主要由電源電路、定時(shí)電路、臭氧發(fā)生電路、加熱控制電路、顯示電路和報(bào)警電路組成。各電路都是由硬件來實(shí)現(xiàn)，不涉及到軟件的設(shè)計(jì)。原理框圖如圖2.1：圖2.1方案一原理框圖方案2：由硬件電路加軟件設(shè)計(jì)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)。采用單片機(jī)作為主控芯片來實(shí)現(xiàn)控制要求，通過軟、硬件相結(jié)合的方式來完成系統(tǒng)功能。原理框圖如圖2.2：圖2.2方案二原理框圖2.2.2從本設(shè)計(jì)的功能要求和實(shí)現(xiàn)的難易程度來考慮，選用第二種方案。與第一種方案相比擬，它存在各方面的優(yōu)勢。從硬件電路設(shè)計(jì)上來看，采用第一種方案的電路實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，每一個(gè)小功能都需要很多元器件構(gòu)成電路來完成，且操作控制不精確；同時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)要求的多程序消毒枯燥實(shí)現(xiàn)起來特別麻煩，工作量比擬大；然而第二種方案克服了第一種方案的諸多缺點(diǎn)，電路實(shí)現(xiàn)起來顯而易見、一目了然；許多的功能主要由軟件來實(shí)現(xiàn),除鍵盤控制模塊由硬件電路實(shí)現(xiàn)以外，其它模塊都以軟件進(jìn)得控制，以軟件代替硬件，能夠精確實(shí)現(xiàn)控制要求，提高了系統(tǒng)的控制精度。鍵盤控制模塊作用是人發(fā)出通過按鍵選擇向系統(tǒng)發(fā)出命令進(jìn)行哪種工作過程的操作，狀態(tài)顯示模塊的功能是通過LED指示燈顯示系統(tǒng)工作消毒或是加熱枯燥的哪個(gè)狀態(tài)，時(shí)間顯示的功能通過數(shù)碼管能讓使用一目了然的知道系統(tǒng)工作的時(shí)間；消毒、加熱，照明模塊那么是收到單片機(jī)的指令后對(duì)碗筷進(jìn)行消毒和枯燥，其中照明功能為使用者在黑暗的環(huán)境下機(jī)進(jìn)操作提供了方便；報(bào)鳴模塊的作用是能讓使用者確定其所進(jìn)行的操作；報(bào)警電路模塊的功能是在當(dāng)消毒柜門沒有關(guān)好的情況下給使用者警示，提高了消毒柜的平安性和可靠性。本方案當(dāng)然也要有電源電路、臭氧發(fā)生電路，根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，主要是實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的控制功能。第3章系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)本章將對(duì)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹，它從芯片的選擇到各個(gè)電路的設(shè)計(jì)原理，設(shè)計(jì)方案都做了詳細(xì)的闡述。3.1元器件的選擇以及功能單片機(jī)的選擇單片機(jī)的品種很多，從它的本錢上分為廉價(jià)單片機(jī)、常規(guī)單片機(jī)和高檔單片機(jī)。高檔單片機(jī)用于系統(tǒng)比擬復(fù)雜，要求實(shí)現(xiàn)的功能比擬多，需要的I/O口比擬多的場合。如工業(yè)控制系統(tǒng)等。廉價(jià)單片機(jī)用在要求實(shí)現(xiàn)的功能比擬單一，被控對(duì)象比擬少的場合。如家用電器中廣泛應(yīng)用到的、價(jià)格低廉的PIC系列的單片機(jī)。單片機(jī)的選型從以下幾個(gè)方面考慮:(=1\*Arabic1)單片機(jī)的系統(tǒng)適應(yīng)性適應(yīng)性指單片機(jī)能否完成應(yīng)用系統(tǒng)的控制功能，它主要從以下幾個(gè)方面表達(dá)。eq\o\ac(○,1)單片機(jī)的CPU是否有適宜的處理能力。eq\o\ac(○,2)單片機(jī)是否有系統(tǒng)所需要的I/O端口數(shù).eq\o\ac(○,3)單片機(jī)是否含有系統(tǒng)所需的中斷源和定時(shí)器。eq\o\ac(○,4)單片機(jī)片內(nèi)是否有系統(tǒng)所需的外接口。eq\o\ac(○,5)單片機(jī)的極限性能是否能夠滿足要求。(2)單片機(jī)的市場供給情況我們必須根據(jù)市場的供給狀況來選擇，只能在市場上所提供的機(jī)型中選擇，特別是將作為產(chǎn)品生產(chǎn)的系統(tǒng)。所以機(jī)型應(yīng)較為流行、性能可靠、有穩(wěn)定、充足的貨源。(3)單片機(jī)的可開發(fā)性結(jié)合上述選型依據(jù)，雖然Microchip公司的PIC16C54單片機(jī)具有電源電壓適應(yīng)范圍寬、抗干擾能力和驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、價(jià)格廉價(jià)等特點(diǎn)，是目前家用電器生產(chǎn)中常用的機(jī)型。然而對(duì)這個(gè)系統(tǒng)來說，一個(gè)顯著的缺點(diǎn)是，它的I/O端口太少。另外由于本人所學(xué)的是51系列的單片機(jī)和實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)器材的現(xiàn)實(shí)情況，該系統(tǒng)選用AT89C51單片機(jī)作為主控芯片。AT89C51單片機(jī)和80C51單片機(jī)是完全兼容的，它與80C51的顯著區(qū)別在于它內(nèi)部有一個(gè)閃存。2.AT89C51單片機(jī)的介紹AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器〔FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory〕的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案?！?〕AT89C51引腳圖見圖3.1：★AT89C51的主要特性：與MCS-51兼容4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保存時(shí)間：10年全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定128*8位內(nèi)部RAM32可編程I/O線兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器5個(gè)中斷源可編程串行通道圖3.1AT89C51引腳圖低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路〔2〕AT89C51引腳簡介VCC：供電電壓。

GND：接地。

P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。

P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能存放器的內(nèi)容。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流〔ILL〕這是由于上拉的緣故。

P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：

口管腳備選功能

P3.0RXD〔串行輸入口〕

P3.1TXD〔串行輸出口〕

P3.2/INT0〔外部中斷0〕

P3.3/INT1〔外部中斷1〕

P3.4T0〔記時(shí)器0外部輸入〕

P3.5T1〔記時(shí)器1外部輸入〕

P3.6/WR〔外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通〕

P3.7/RD〔外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通〕

P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。

/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，那么在此期間外部程序存儲(chǔ)器〔0000H-FFFFH〕，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源〔VPP〕。

XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。

XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。震蕩器特性XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的上下電平要求的寬度。3.1.21.蜂鳴器簡介蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、機(jī)等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場，振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動(dòng)發(fā)聲。

壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成，當(dāng)接通電源后〔1.5~15V直流工作電壓〕，多諧振蕩器起振,輸出1.5～2.5kHZ的音頻信號(hào)，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)聲。在此我們選擇電磁式蜂鳴器，電磁式蜂鳴器又分兩種，有源和無源的。有源蜂鳴器直接接上額定電源(新的蜂鳴器在標(biāo)簽上都有注明)就可連續(xù)發(fā)聲，而無源蜂鳴器那么和電磁揚(yáng)聲器一樣，需要接在音頻輸出電路中才能發(fā)聲。

有源要單片機(jī)普通IO端口直接上下電平驅(qū)動(dòng)，如果你的單片機(jī)端口驅(qū)動(dòng)能力不夠可以用三極管驅(qū)動(dòng)。程序也簡單，但只能發(fā)出一種聲音。無源的話要頻率驅(qū)動(dòng)，不同頻率驅(qū)動(dòng)會(huì)發(fā)出不同的聲音。IO選擇上最好是選擇定時(shí)器的io輸出，PWM輸出或其他方便生成不同頻率輸出的端口。程序略復(fù)雜，根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇和編程的復(fù)雜度選擇無源蜂鳴器。蜂鳴器的工作原理蜂鳴器發(fā)聲原理是電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場來驅(qū)動(dòng)振動(dòng)膜發(fā)聲的，因此需要一定的電流才能驅(qū)動(dòng)它，單片機(jī)IO引腳輸出的電流較小，單片機(jī)輸出的TTL電平根本上驅(qū)動(dòng)不了蜂鳴器，因此需要增加一個(gè)電流放大的電路。通過一個(gè)三極管來放大驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，原理圖見下面圖3.2：

圖3.2單片機(jī)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器原理圖如下圖，蜂鳴器的正極接到VCC〔＋5V〕電源上面，蜂鳴器的負(fù)極接到三極管的發(fā)射極E，三極管的基級(jí)B經(jīng)過限流電阻R1后由單片機(jī)的P3.7引腳控制，當(dāng)P3.7輸出高電平時(shí)，三極管T1截止，沒有電流流過線圈，蜂鳴器不發(fā)聲；當(dāng)P3.7輸出低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，這樣蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音。因此，我們可以通過程序控制P3.7腳的電平來使蜂鳴器發(fā)出聲音和關(guān)閉。3.2 系統(tǒng)硬件電路介紹3.2.1單片機(jī)最小系統(tǒng)由單片機(jī)，電源電路，時(shí)鐘電路，復(fù)位電路構(gòu)成。過單片機(jī)最小系統(tǒng)通過軟件的作用對(duì)消毒框的工作進(jìn)程進(jìn)行控制。1.電源電路由于單片機(jī)的供電電源為5V，又要保持電壓穩(wěn)定，所以我們必須設(shè)計(jì)一個(gè)5V的直流電源，直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成，本電源電路采用采用單相橋式整流電路。電源電路原理圖見圖4.5:圖3.3電源電路原理圖設(shè)變壓器的原邊電壓為220V工頻交流電，經(jīng)整流橋整流后為直流6V。其中Uc起濾波作用。后半局部為集成穩(wěn)壓電路。三端固定輸出集成穩(wěn)壓器通用產(chǎn)品有CW7800系列〔正電源〕和CW78900系列〔負(fù)電源〕。集成穩(wěn)電路確實(shí)輸出主要取決于集成穩(wěn)壓器，由于本電路所采用的集成器為CW7805所以輸出確實(shí)電壓為+5V，額定輸出電流為1.5A。其中C3可以起抵消電感效應(yīng)，以防止起自激振蕩，還可以抑制電源高頻脈沖干擾，一般取0.1～1uF。輸出端電容C2～C3用以改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng),消除電路的高頻噪聲,同時(shí)也具有消振作用,二級(jí)管是用來防止輸入端短路時(shí)輸出電容C3所儲(chǔ)存電荷通過穩(wěn)壓器放電而損壞器件。時(shí)鐘電路時(shí)鐘信號(hào)通常由兩種方式產(chǎn)生：一是內(nèi)部振蕩方式，二是外部時(shí)鐘方式。在AT89C51芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益的反相放大器，其輸入端為引腳X1，輸出端為引腳X2，而在AT89C51芯片X1和X2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器，在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)。這就是時(shí)鐘電路，電路圖見圖3.4：圖3.4時(shí)鐘電路電容C1和C2一般取30pF左右，作用是穩(wěn)定頻率和快速起振,而晶體的振蕩頻率范圍通常是1.2MHz-12MHz,晶體振蕩頻率高,那么系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率也高,單片機(jī)運(yùn)行的速度也就快但反過來運(yùn)行速度快對(duì)存儲(chǔ)器的速度要求就高，對(duì)印刷電路板的工藝要求也高。這里我們采用晶振頻率為12MHz。故機(jī)器周期為1微秒。外部時(shí)鐘方式是把外部已有的時(shí)鐘信號(hào)引入到單片機(jī)內(nèi)。此方式常用于多片單片機(jī)同時(shí)工作，以便于各單片機(jī)的同步。一般要求外部信號(hào)高電平的持續(xù)時(shí)間大于20ns，且為頻率低于12MHz的方波。3．復(fù)位電路單片機(jī)復(fù)位是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處于在一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并且從這個(gè)狀態(tài)開始工作。復(fù)位操作有兩種根本形式：一種是上電自動(dòng)復(fù)位，另一種是按鍵手動(dòng)復(fù)位。上電復(fù)位要求接通電源后，單片機(jī)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。上電瞬間RST引腳獲得高電平，隨著電容的充電，RST引腳的高電平將逐漸下降。RST引腳的高電平只要能保持足夠的時(shí)間〔2個(gè)機(jī)器周期〕，單片機(jī)就可以進(jìn)行復(fù)位操作。上電與按鍵均有效的復(fù)位電路不僅在上電時(shí)可以自動(dòng)復(fù)位，而且在單片機(jī)運(yùn)行期間，利用按鍵也可以完成復(fù)位操作。我們采用按鍵復(fù)位電路,電路圖見圖3.5：圖3.5復(fù)位電路3.2.21.指示電路柜內(nèi)工作狀態(tài)通過4只LED指示燈指示，它們分別由單片機(jī)的P1.1~P1.4口控制。在選擇程序時(shí)，指示燈根據(jù)按鍵次數(shù)來顯示相應(yīng)的位〔按第一次只有LED1亮，按第二次只有LED2亮，按第三次只有LED3亮，按第四次那么只有LED4亮〕。2.照明電路為方便用戶在昏暗環(huán)境下使用，設(shè)置了照明燈，由P1.0口控制。3．消毒和枯燥電路因?yàn)樵诖嗽O(shè)計(jì)中主要表達(dá)單片機(jī)消毒柜中的控制作用，故這兩個(gè)電路不在此做詳細(xì)介紹，用兩個(gè)發(fā)光二極管來代替，消毒電路由接在P1.5上的發(fā)光二極管代替，二極管亮那么代表啟動(dòng)了臭氧發(fā)生電路。枯燥電路由接在P1.6上的發(fā)光二極管代替，二極管亮那么代表啟動(dòng)了枯燥電路。圖3.6狀態(tài)顯示電路3.2.31.數(shù)碼管簡介數(shù)碼管由7個(gè)發(fā)光二極管組成,行成一個(gè)日字形,它門可以共陰極,也可以共陽極.通過解碼電路得到的數(shù)碼接通相應(yīng)的發(fā)光二極而形成相應(yīng)的字,這就是它的工作原理.根本的半導(dǎo)體數(shù)碼管是由7個(gè)條狀的發(fā)光二極管排列而成的，可實(shí)現(xiàn)數(shù)字"0～9"及少量字符的顯示。另外為了顯示小數(shù)點(diǎn)，增加了1個(gè)點(diǎn)狀的發(fā)光二極管，因此數(shù)碼管就由8個(gè)LED組成，排列順序如下列圖3.7，我們分別把這些發(fā)光二極管命名為"a,b,c,d,e,f,g,dp"。圖3.7數(shù)碼管LED數(shù)碼顯示器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)共有兩種不同形式，一種是共陽極顯示器，一種是共陰極顯示器。共陽極接法是把LED的陽極連接在一起，使用時(shí)公共陽極接+5V，這時(shí)陰極接低電平的段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而接高電平的那么不亮。共陰極接法是把LED的陰極連在一起，使用時(shí)公共陰極接地，這時(shí)陽極接高電平的段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而接低電平的那么不點(diǎn)亮。LED顯示器見圖3.8：圖3.8數(shù)碼管共陰共陽接法以及外部引腳圖2.數(shù)碼管顯示在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，LED數(shù)碼顯示器的顯示方法有兩種：靜態(tài)顯示法和動(dòng)態(tài)掃描顯示法?！?〕靜態(tài)顯示靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示那么需要5×8＝40根I/O端口來驅(qū)動(dòng)，一個(gè)89S51單片機(jī)可用的I/O端口才32個(gè)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。〔2〕動(dòng)態(tài)顯示動(dòng)態(tài)顯示是把所有顯示器的8個(gè)筆畫段的各同段名端互相并接在一起，并把它們接到字段輸出口上。為了防止各個(gè)顯示器同時(shí)顯示相同的數(shù)字，各個(gè)顯示器的公共端COM還要受到另一組信號(hào)的控制，即把它們接到位輸出口上。這樣，對(duì)于一組LED數(shù)碼顯示器需要由兩組信號(hào)來控制：一組是字段輸出口輸出的字形碼，用來控制顯示的字形，稱為段碼；另一組是位輸出口輸出的控制信號(hào)，用來控制第幾位顯示器工作，稱為位碼。在這兩組信號(hào)的控制下，可以一位一位地輪流點(diǎn)亮各個(gè)顯示器顯示各自的數(shù)碼，以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)掃描顯示。在輪流點(diǎn)亮一遍的過程中，每位顯示器點(diǎn)亮的時(shí)間那么是極為短暫的。由于LED具有余輝特性以及人眼視覺的惰性，盡管各位顯示器實(shí)際是分時(shí)斷續(xù)地顯示，但只要適中選擇掃描頻率，給人眼的視覺印象就會(huì)是在穩(wěn)定連續(xù)地顯示，并不發(fā)覺有閃爍的現(xiàn)象。動(dòng)態(tài)掃描顯示由于各個(gè)數(shù)碼管的字段線是并聯(lián)使用的，因而大大簡化了硬件線路。這兩種顯示方式各有利弊；靜態(tài)顯示雖然數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用很少的CPU時(shí)間，但每個(gè)顯示單元都需要單獨(dú)的顯示驅(qū)動(dòng)電路，使用的硬件較多；動(dòng)態(tài)顯示雖然有閃爍感，占用的CPU時(shí)間多，但使用的硬件少，能節(jié)省線路板空間。在此選擇動(dòng)態(tài)顯示方式。原理圖如圖3.9所示圖3.9單片機(jī)控制數(shù)碼管原理圖3.2.4圖3.10鍵盤控制電路按一下A1那么LED1亮，臭氧發(fā)生器開始工作，45分鐘后，LED1熄滅，LED2點(diǎn)亮；45分鐘后，LED2熄滅，LED3點(diǎn)亮，臭氧消毒結(jié)束，進(jìn)入加熱枯燥階段。30分鐘后，LED3熄滅，LED4點(diǎn)亮，再經(jīng)過30分鐘后LED4熄滅，整個(gè)消毒、加熱枯燥過程結(jié)束。需要不同種類的消毒、加熱枯燥時(shí)，可以通過按A1進(jìn)行選擇，每按一次A1，點(diǎn)亮的LED指示燈就下移一位按鍵報(bào)鳴器都會(huì)發(fā)出“嘟〞的聲音。如果在消毒或枯燥過程中，對(duì)于已選定的工作方式不滿意，可以通過A3鍵〔復(fù)位鍵〕重新選擇工作方式。A2單獨(dú)控制，按一下A2，點(diǎn)亮照明燈，再按一下A2，關(guān)閉照明燈。門吸開關(guān)S1，只有當(dāng)消毒柜門關(guān)閉時(shí)臭氧發(fā)生器才能工作，防止臭氧的泄漏。報(bào)警電路壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當(dāng)接通電源后〔1.5~15V直流工作電壓〕,多諧振蕩器起振,輸出1.5~2.5kHZ的音頻信號(hào)，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)聲。蜂鳴器的原理跟發(fā)光二極管一樣，只要在它的正極加高電平，在它的負(fù)極加低電平，就能使蜂鳴器工作，為了提高蜂鳴器的電流，就需要加驅(qū)動(dòng)電路，在這里加PNP型三極管做驅(qū)動(dòng)。在進(jìn)行鍵操作時(shí)，每按一次，蜂鳴器響叫一聲。蜂鳴器由P3.7來控制，從P3.7輸出不同頻率的方波促使蜂鳴器產(chǎn)生不同音調(diào)的聲音，以區(qū)分功能鍵按鍵和燈控鍵的按鍵操作，該功能的實(shí)現(xiàn)由軟件來實(shí)現(xiàn)。報(bào)鳴電路圖見圖3.11圖3.11報(bào)鳴電路如果A1鍵按下，那么啟動(dòng)蜂鳴器，延時(shí)0.5S時(shí)間后再將蜂鳴器關(guān)閉，構(gòu)成提示音，如果在沒有關(guān)好門的情況下啟動(dòng)臭氧發(fā)生電路或者在消毒期間將門翻開，蜂鳴器將會(huì)一直響，直到將門關(guān)好為止。第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本章根據(jù)硬件電路，進(jìn)行系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，根據(jù)硬件的設(shè)計(jì)，程序可分為主程序、按鍵識(shí)別子程序、A1鍵保存子程序、A2鍵保存子程序、鍵處理子程序、工作流程執(zhí)行子程序、定時(shí)中斷子程序、顯示子程序、報(bào)警子程序。4.1主程序圖4.1主程序流程圖在主程序中主要完成對(duì)于各中斷的初始化，以及鍵值處理程序的調(diào)用。此系統(tǒng)中用到了定時(shí)計(jì)數(shù)器中斷0以及外部中斷0外部中斷1.定時(shí)計(jì)數(shù)器中斷0用來對(duì)消毒和枯燥程序執(zhí)行時(shí)間進(jìn)行控制。外部中斷0接A1按鍵，用來選擇工作方式。外部中斷1接A2鍵，為照明開關(guān)的控制。設(shè)置外部中斷1為高優(yōu)先級(jí)。然后循環(huán)調(diào)用鍵值處理子程序，對(duì)于在外部中斷0中得到得鍵值，也就是工作方式進(jìn)行相應(yīng)的操作，即再轉(zhuǎn)到各工作方式的處理程序。如果沒有外部中斷產(chǎn)生，將循環(huán)調(diào)用鍵值處理子程序，直到產(chǎn)生中斷即有鍵值為止。4.2各子程序鍵值處理子程序在系統(tǒng)中將會(huì)循環(huán)調(diào)用鍵值處理子程序，對(duì)于鍵的處理沒有用到獨(dú)立式或者矩陣式鍵盤，而是直接將兩個(gè)按鍵A1,A2接到了外部中斷0和外部中斷1.在外部中斷中得到鍵值。然后轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)子程序，圖4.2為鍵值處理程序的流程框圖。圖4.2鍵值處理子程序流程圖在此程序中，開始延時(shí)兩秒鐘的時(shí)間，等待外部中斷，如果沒有那么沒有鍵值，這時(shí)就不能執(zhí)行相應(yīng)的工作方式程序。等待兩秒后將直接結(jié)束返回主程序。因?yàn)樵谥鞒绦蛑袑?huì)不斷的調(diào)用這個(gè)鍵值處理子程序，而返回跟調(diào)用的時(shí)間幾微妙相對(duì)于兩秒的時(shí)間來說可以忽略。所以可以認(rèn)為是在此一直等待中斷。有中斷后將會(huì)得到鍵值。在兩秒的時(shí)間內(nèi)如果對(duì)于選擇的工作方式不滿意，可以重新選擇。兩秒以后關(guān)閉外部中斷0，這時(shí)將根據(jù)鍵值執(zhí)行相應(yīng)的工作方式。時(shí)間顯示子程序?qū)τ跁r(shí)間顯示，采用的是動(dòng)態(tài)顯示方式。具體方法如圖4.3圖4.3時(shí)間顯示子程序流程圖此程序?qū)⒃诟鞴ぷ鞣绞皆谘h(huán)調(diào)用，這樣就可以將定時(shí)的時(shí)間，實(shí)時(shí)的顯示。消毒處理子程序消毒處理程序?qū)儆诠ぷ鞣绞揭缓凸ぷ鞣绞蕉械囊痪植?。中間涉及到了報(bào)警程序，時(shí)間顯示程序的調(diào)用。首先程序?qū)Ⅻc(diǎn)亮各階段所對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管，然后判斷門是否關(guān)好，如果門沒有關(guān)好將啟動(dòng)報(bào)警電路，直到門關(guān)好為止。這時(shí)程序繼續(xù)往下，啟動(dòng)臭氧發(fā)生電路，啟動(dòng)定時(shí)計(jì)數(shù)器，然后循環(huán)的調(diào)用時(shí)間顯示程序，檢測門是否被翻開，并判斷消毒時(shí)間到了沒有。如果門被翻開，啟動(dòng)報(bào)警，直到門關(guān)好消毒程序繼續(xù)往下。如果定時(shí)時(shí)間到了，那么關(guān)閉定時(shí)計(jì)數(shù)器，并將在定時(shí)計(jì)數(shù)器中斷0中用到得各存儲(chǔ)單元清零。這個(gè)子程序?qū)⒃诟麈I值處理程序中被調(diào)用到。圖4.4消毒處理子程序枯燥處理子程序枯燥處理程序相對(duì)于消毒程序來說比擬容易，因?yàn)樵诳菰镞^程中可以將門翻開。不用時(shí)刻檢測門是否被翻開。只需循環(huán)調(diào)用時(shí)間顯示以及判斷定時(shí)時(shí)間。圖4.5消毒處理子程序4.2.5報(bào)警圖4.6報(bào)警子程序流程圖報(bào)警程序在消毒處理程序在將被調(diào)用到，當(dāng)程序執(zhí)行到消毒時(shí)，會(huì)判斷門是否關(guān)好，在消毒過程中也會(huì)判斷門是否被翻開。如果沒有關(guān)好那么調(diào)用此程序。首先將啟動(dòng)蜂鳴器，然后關(guān)閉定時(shí)計(jì)數(shù)器。四個(gè)數(shù)碼管全部顯示0。直到門關(guān)好，關(guān)閉蜂鳴器，程序結(jié)束。外部中斷0子程序外部中斷0引腳接的是A1按鍵，在整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中沒有用到獨(dú)立式或者矩陣式鍵盤。A1鍵是對(duì)工作方式的選擇。系統(tǒng)一共有四種工作方式。如果有外部中斷產(chǎn)生，a1加1，如果a1的值為5，將a1賦值為1。兩秒之內(nèi)如果沒有改變a1的值，那么表示已經(jīng)選定好了工作方式。在鍵值處理程序中將會(huì)把外部中斷0關(guān)閉。此時(shí)再按A1鍵無效。如果要重新選擇那么要按A3鍵即復(fù)位鍵。當(dāng)然在按A1鍵時(shí)即產(chǎn)生外部中斷時(shí)，程序?qū)⒏鶕?jù)a1的值，點(diǎn)亮相應(yīng)的發(fā)光二極管。告訴用戶他選擇的是第幾種工作方式。按鍵時(shí)還將啟動(dòng)蜂鳴器0.5秒左右，表示剛剛的按鍵操作是有效的。圖4.7外部中斷0子程序流程圖外部中斷1子程序外部中斷1引腳接的是A2按鍵，A2鍵是對(duì)照明燈的控制，按一下開燈，再按一下關(guān)掉。因?yàn)檎彰麟娐芬S時(shí)可以翻開關(guān)閉，所以外部中斷1要設(shè)為高優(yōu)先級(jí)中斷。圖4.8為外部中斷1的效勞子程序。圖4.8為外部中斷1的效勞子程序流程圖因?yàn)檎彰鳠艚釉赑1.0引腳上，所以在產(chǎn)生外部中斷0即A2鍵按下以后，只需對(duì)P1.0取反就能改變照明燈的狀態(tài)。然后稍微延時(shí)0.5秒左右之后返回。定時(shí)計(jì)數(shù)器中斷0子程序在定時(shí)計(jì)數(shù)中斷子程序中，要完成秒信號(hào)的產(chǎn)生、60秒的計(jì)數(shù)后產(chǎn)生分信號(hào)，最后，再以分鐘為時(shí)間單位，根據(jù)所選工作程序的執(zhí)行流程所需要的時(shí)間逐一遞增并隨時(shí)顯示所用的時(shí)間。在某一工作狀態(tài)下，當(dāng)?shù)竭_(dá)定時(shí)時(shí)間，那么該狀態(tài)下的定時(shí)過程也就完成了，此時(shí)要將定時(shí)計(jì)數(shù)器0中斷中用到得所以存儲(chǔ)單元清零，使顯示器輸出0000。關(guān)閉定時(shí)計(jì)數(shù)器，并且將各狀態(tài)下的標(biāo)志位賦0值，使程序能跳出此種工作狀態(tài)。定時(shí)方式采用定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0的方式1，定時(shí)時(shí)間為50ms,由此可計(jì)算出的定時(shí)常數(shù)為t=65536-50000=15536即二進(jìn)制的3CB0H。其流程圖見圖4.9。圖4.9定時(shí)計(jì)數(shù)器0中斷子程序第5章仿真與調(diào)試5.1仿真軟件PROTUES簡介Proteus是由英國Labcenterelectronics公司開發(fā)的EDA工具軟件。它從1989年出現(xiàn)到現(xiàn)在已經(jīng)有十多年的歷史，在全球廣泛使用。Proteus安裝以后，主要由兩個(gè)程序組成：Ares和Isis。前者主要用于PCB自動(dòng)或人工布線及其電路仿真，后者主要采用原理布圖的方法繪制電路并進(jìn)行相應(yīng)的仿真。除了上述根本應(yīng)用之外，Proteus革命性的功能在于它的電路仿真是互動(dòng)的，針對(duì)微處理器的應(yīng)用，可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，并實(shí)現(xiàn)軟件代碼級(jí)的調(diào)試，還可以直接實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地模擬按鈕、鍵盤的輸入，LED、液晶顯示的輸出，同時(shí)配合虛擬工具如示波器、邏輯分析儀等進(jìn)行相應(yīng)的測量和觀測。5.1.1PROTUES仿真軟件的功能作為一款EDA仿真軟件，Proteus與同類軟件有著很多的相似之處。相比之下，其主要的特點(diǎn)有兩個(gè)：一是對(duì)動(dòng)態(tài)元件的實(shí)時(shí)仿真，它對(duì)“人機(jī)對(duì)話〞的模擬增強(qiáng)了系統(tǒng)的真實(shí)性；二是虛擬工具箱的功能，它能與仿真同時(shí)進(jìn)行，測量方便而準(zhǔn)確。下面著重介紹一下該軟件的這兩個(gè)突出特點(diǎn)。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)仿真與多數(shù)仿真軟件相似，Proteus有著數(shù)量龐大的元件庫。Labcenter公司與相關(guān)的第三方軟件陣容共同開發(fā)了6000多個(gè)模擬和數(shù)字電路中常用的spice模型以及各種動(dòng)態(tài)元件，根本元件如電阻、電容、各種二極管、三極管、MOS管、555定時(shí)器等；74系列TTL元件和4000系列CMOS元件；存儲(chǔ)芯片包括各種常用的ROM,RAM，EEPROM,還有常見I2C器件等。在豐富的庫元件的支持下，原理布圖時(shí)只要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)用和連線，通過對(duì)每個(gè)元件的屬性設(shè)置完成繪圖，然后即可進(jìn)行仿真和虛擬測量。與Multisim等仿真軟件的一大不同，在于Proteus支持微處理器的仿真。這些仿真的實(shí)現(xiàn)是基于Labcenter公司提出的VSM的概念。在物理原型調(diào)試之前用于仿真整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)的一種設(shè)計(jì)方法。對(duì)動(dòng)態(tài)外設(shè)的支持是Proteus在區(qū)別于其他等仿真軟件最直接的地方。VSM為用戶提供了一個(gè)實(shí)時(shí)交互的環(huán)境，在仿真的過程中，你可以用鼠標(biāo)去點(diǎn)擊開關(guān)和按鈕，微處理器根據(jù)輸入的信號(hào)做出相應(yīng)的中斷響應(yīng)，同時(shí)輸出運(yùn)算的結(jié)果到顯示終端。整個(gè)過程與真實(shí)的硬件調(diào)是極其相似的，在動(dòng)態(tài)外設(shè)支持下的實(shí)時(shí)輸入和輸出為實(shí)驗(yàn)者呈現(xiàn)了一個(gè)最接近現(xiàn)實(shí)的調(diào)試環(huán)境。2．虛擬工具箱Proteus的虛擬工具箱提供了電路測試中的常用工具和儀器，主要用于在實(shí)時(shí)仿真同時(shí)的電路參數(shù)觀測，測量結(jié)果隨仿真動(dòng)態(tài)變化并顯示，可以滿足精度要求不是很高的測量分析，對(duì)于電路特性的定性分析可以起到事半功倍的效果，大大節(jié)約了測試時(shí)間和開發(fā)本錢。軟件提供的虛擬工具和儀器如圖5.1所示。圖5.1虛擬工具箱5.1.2P基于VSM的理論，Proteus可以仿真很多常用的微處理器。具體來講，它支持PIC,8051,AVR,HC11,ARM7/LPC2000等系列多種型號(hào)的微處理器、微控制器，仿真時(shí)只需在設(shè)定元件屬性時(shí)指定下載程序的路徑即可進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)仿真。仿真時(shí)，首先繪制原理圖，然后將任何源程序編譯器〔KEIL等〕生成的下載文件〔*.hex格式〕路徑指定給原理圖中的芯片，就可以觀察程序的運(yùn)行。另外值得一提的是，實(shí)時(shí)仿真運(yùn)行的過程中，每個(gè)管腳的旁邊會(huì)出現(xiàn)一個(gè)小正方形的指示，紅色代表高電平，藍(lán)色帶表低電平，從這個(gè)小正方形我們可以不用虛擬工具的測量很直觀的看到每個(gè)管腳的電平變化，對(duì)程序的運(yùn)行做出最根本的判斷，對(duì)于簡單的分析可以節(jié)省很多的時(shí)間。5.2系統(tǒng)在PROTUES中的仿真與調(diào)試5.2.1在沒有閉合開關(guān)SW1即在沒有關(guān)好門的情況下，如果按下功能選擇鍵，進(jìn)入臭氧消毒階段。此時(shí)蜂鳴器報(bào)警，如圖5.2所示。如果閉合SW1那么蜂鳴器不響，如圖5.3所示。圖5.2蜂鳴器報(bào)警圖5.3蜂鳴器停止工作5.2在SW1即門關(guān)好的情況下，按下外部中斷0所接的按鍵，進(jìn)入工作方式的選擇。兩秒后不管選擇的是何種工作方式，時(shí)間顯示將會(huì)運(yùn)行，并將隨定時(shí)計(jì)數(shù)器刷新各位的數(shù)值。如圖5.4所示圖5.4數(shù)碼管顯示時(shí)間5.2在關(guān)閉SW1的情況下如果按下外部中斷0所接的按鍵，既進(jìn)入了工作方式的選擇，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)a1鍵的鍵值使相應(yīng)的發(fā)光二極管亮，告訴用戶此是選擇的是哪種工作方式。如圖5.5。每次只能亮一個(gè)指示燈，因?yàn)橐淮沃荒苓x擇其中的一種工作方式。因?yàn)槭前淹獠恐袛嘣O(shè)置在高優(yōu)先級(jí)，所以在任意時(shí)刻啟動(dòng)照明電路，這也是為了方便用戶在任意時(shí)刻觀察和使用消毒柜所設(shè)計(jì)的。在選擇好工作方式以后，如果兩秒鐘之內(nèi)不在改變工作方式。系統(tǒng)將關(guān)閉外部中斷0，然后進(jìn)入此工作方式所對(duì)應(yīng)的各個(gè)工作階段。圖5.5工作狀態(tài)顯示和照明顯示結(jié)論單片機(jī)運(yùn)用在家用電器中，實(shí)現(xiàn)家用電器的自動(dòng)化和智能化已成為主流。不僅降低了產(chǎn)品的本錢，而且提高了系統(tǒng)的可靠性。在此系統(tǒng)中采取消毒、加熱分步進(jìn)行的工作程序，既可保證消毒效果，又能消除臭氧對(duì)人體的不良影響；同時(shí)配有多種消毒、加熱工作程序，當(dāng)用戶根據(jù)消毒柜的使用季節(jié)、環(huán)境溫度、柜內(nèi)存放的物品的種類及數(shù)量等具體情況，選用適宜的工作程序提供了方便，提高了系統(tǒng)的靈活性。采取數(shù)碼顯示實(shí)時(shí)顯示工作程序時(shí)間，為用戶更清晰明了的了解工作進(jìn)程提供了依據(jù)。采取實(shí)時(shí)檢測門控開關(guān)，保證臭氧泄漏量低于平安標(biāo)準(zhǔn)起到了重要的作用；同時(shí)加以語音提示，給人以親切感。在實(shí)現(xiàn)各種功能的前提下，加之從經(jīng)濟(jì)性和可靠性等方面的綜合考慮，經(jīng)過多方比擬論證各種方案的可行性、優(yōu)化度，完成了本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。然而，隨著人們生活水平的不斷提高，人們除了注重產(chǎn)品的實(shí)用性外，越來越多的消費(fèi)者關(guān)心產(chǎn)品的高科技帶來的美觀和舒適、操作簡便、環(huán)保、節(jié)能等特點(diǎn)。因此，在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，我們可以一改固定死板的消毒、枯燥工作流程的限制，將模糊控制理論運(yùn)用到消毒柜的設(shè)計(jì)之中，從而，用戶只需要按一下啟動(dòng)鍵，消毒柜就能自己根據(jù)物品的消毒狀況來實(shí)時(shí)調(diào)整消毒、枯燥時(shí)間的長短及至停機(jī)等一系列的工作。這還有待我們進(jìn)一步的開發(fā)應(yīng)用。參考文獻(xiàn)[1]梁斯.電子消毒柜及其展望[J].家用電器,2001(7):25-26[2]楊振江.消毒柜真能殺菌消毒么.hc360慧聰網(wǎng),[3]賴衛(wèi)平.食具枯燥消毒柜的開發(fā)設(shè)計(jì)[J].家用電器科技,2000(1):37[4]夏大元.自制臭氧消毒碗柜[J].家用電器,1999(11):15-16[5]楊國治.新穎實(shí)用電子器具制作148例[M].北京:郵電出版社,1999[6]張景水.消毒碗柜控制電路BA9202[J].家用電器科技,1994(6):24-25[7]周迭輝.用單片機(jī)控制的ZGP系列保潔柜[J].家用電器,2001(7):25[8]張繼輝.用AT89C2051單片機(jī)制作消毒柜自控開關(guān)[J].電子制作,2004(9):29-30[9]王南陽.ISD1420等系列單片永久性語音錄放電路.強(qiáng)力單片機(jī)技術(shù)網(wǎng),2005.2[10]吳炳勝.80C51單片機(jī)原理與應(yīng)用[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2001[11]余永權(quán).ATMEL89系列單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)[M].北京:航空航天大學(xué)出版社,2004[12]余家春.Protel99se電路設(shè)計(jì)應(yīng)用教程[M].北京:中國鐵道出版社,2002[13]周慈航.單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù).第二版[M].北京:航空航天大學(xué)出版社,2002[14]賴麒文.8051單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,2002[15]Camberley.8-bitmicrocontrollerwith4kbytesflash.,2000-4-2[16]SanJose.AboutMicrocomputerAT89C51[J].ElectronicDesign,2003(1):60-62致謝經(jīng)過一兩個(gè)月的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)?？粕漠厴I(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方。如果沒有導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)，以及一起學(xué)習(xí)的同學(xué)們的支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。在這里我首先要衷心感謝的是我的指導(dǎo)師胡新晚老師！您的悉心指導(dǎo)令我終身受益，千言萬語在此刻化為了一句“謝謝您〞。還有我宿舍C6109的姐妹，在畢業(yè)設(shè)計(jì)中給了我很多幫助意見。還要感謝所有共同學(xué)習(xí)和生活過的同學(xué)們?nèi)甏髮W(xué)的學(xué)習(xí)和生活馬上就要結(jié)束了，有許許多多的舍不得，但留下更多的是我們一起經(jīng)歷的許多重要和美好的回憶。再次對(duì)所有關(guān)心、幫助我的人說一聲“謝謝〞。附錄1元器件清單器件名稱數(shù)量備注AT89C51芯片1塊數(shù)碼管〔共陰〕4個(gè)一位一體按鍵4個(gè)蜂鳴器1個(gè)晶振1個(gè)12MHz三極管5個(gè)電阻4個(gè)5101個(gè)2004個(gè)1K15個(gè)470電容1個(gè)22uF2個(gè)10μF1個(gè)1000μF2個(gè)33pF附錄2程序清單#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitL11=P1^1; sbitL12=P1^2; sbitL13=P1^3; sbitL14=P1^4; sbitxiaodu=P1^5; sbitganzao=P1^6; sbitmk=P1^7; sbitlight=P1^0; sbitsound=P3^7;uchardma[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xbf};ucharwma[]={0x7f,0xbf,0xdf,0xef};ucharsecond,minute;uchars1,s2,m1,m2;ucharv,i,j;uchar*p;ucharcounter;uchara1,xd,gz;ucharpp[]={0,0,0,0};voiddisplay(void);voiddisplay0(void);voidset();voidclear(void);voiddelay1(ucharms);voiddelay0(ucharus);voidprocess(void);voidprocess1(void);voidprocess2(void);voidprocess3(void);voidprocess4(void);voidbaojing(void);voidmain(void){ set(); while(1) { process(); } }voidset(void){ TMOD=0x01; TH0=0x3c; TL0=0xc0; ET0=1; EX0=1; EX1=1;EA=1; PX1=1; TR0=0; }voidclear(void){s1=0;s2=0;m1=0;m2=0;second=0;minute=0;counter=0;}voidprocess(void){ delay0(15); switch(a1) { case1: EX0=0; process1(); case2: EX0=0; process2(); case3: EX0=0; process3(); case4: EX0=0; process4(); default: break;}}voidprocess1(void){xd=1; //點(diǎn)亮LED1L11=0;while