基于單片機液晶顯示電飯煲控制系統(tǒng)畢業(yè)設計論文.doc

畢業(yè)設計 論文 I 基于單片機液晶顯示電飯煲控制系統(tǒng)基于單片機液晶顯示電飯煲控制系統(tǒng) 摘摘 要要 隨著社會發(fā)展 智能電飯煲的應用已經越來越普遍了 電飯煲的發(fā)展也經歷了很 大的變化 隨著單片機技術的飛速發(fā)展 在其推動下 現(xiàn)代的電子產品幾乎滲透到了 社會的各個領域 有力地推動了社會生產力的發(fā)展和社會信息化程度的提高 同時也 使現(xiàn)代電子產品性能進一步提高 本課題以 AT89C51 單片機為核心器件 設計了智能電飯煲控制系統(tǒng) 并在 PROTEUS 環(huán)境中對設計進行了仿真驗證 首先 對電飯煲的發(fā)展狀況進行了闡述 分 析了電飯煲的發(fā)展趨勢 以及智能電飯煲的發(fā)展優(yōu)勢 在此基礎上 對智能電飯煲控 制系統(tǒng)整體設計方案進行了論證 并確定了本課題智能電飯煲控制系統(tǒng)整體設計方案 其次 從實用性 智能化 節(jié)約成本 環(huán)保節(jié)能等角度出發(fā) 對智能電飯煲控制系統(tǒng) 的硬件 軟件進行了詳細設計 按照電飯煲實現(xiàn)的功能 對硬件 軟件進行了功能劃 分 并對各部分的原理 實現(xiàn)方法進行了詳細說明 最后 在 PROTEUS 仿真環(huán)境中對該設計進行了仿真驗證 仿真結果表明 基于 單片機的智能電飯煲控制系統(tǒng)整體設計方案的可行性 軟件和硬件設計的正確性 整 體效果較為滿意 關鍵詞關鍵詞 智能控制 電飯煲 LCD 單片機 Proteus 基于單片機液晶顯示電飯煲控制系統(tǒng) II Rice Cooker LCD Display and Control System Based on SCM Abstract With the development of society the intelligent electric cooker has been more and more common and the development of the rice cooker has undergone a great change with the rapid development of the single chip microcomputer technology modern electronic product almost permeated every area of society a powerful impetus to the development of the social productive forces and the enhancement of social informatization and at the same time make modern electronic products to further improve the performance This design with AT89C51 for the whole the core of the system designs the intelligent control system and has carried on the simulation to design in the PROTEUS environment First of all elaborates the development of the rice cooker analyzes the development trend of rice cooker and the development advantages of the intelligent electric cooker On this basis the overall design scheme of intelligent rice cooker control system is discussed and determines the overall design scheme of the intelligent electric cooker control system Secondly from practical intelligent cost saving environmental protection energy conservation perspective the intelligent cooker has carried on the detailed design of hardware and software of the control system According to the function of electric rice cooker to achieve do the functional division of software and hardware and the principle of each part the implementation method are explained in detail Finally the design has carried on the simulation in the PROTEUS simulation environment The simulation results show that the feasibility of overall design of intelligent electric cooker control system based on single chip microcomputer and the correctness of the software and hardware design the overall effect is satisfied Key words Intelligent control Electric cooker Single chip microcomputer Proteus LCD 畢業(yè)設計 論文 原創(chuàng)性聲明和使用授權說明畢業(yè)設計 論文 原創(chuàng)性聲明和使用授權說明 原創(chuàng)性聲明原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾 所呈交的畢業(yè)設計 論文 是我個人在指導教 師的指導下進行的研究工作及取得的成果 盡我所知 除文中特別 加以標注和致謝的地方外 不包含其他人或組織已經發(fā)表或公布過 的研究成果 也不包含我為獲得 及其它教育機構的學位 或學歷而使用過的材料 對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人 或集體 均已在文中作了明確的說明并表示了謝意 作 者 簽 名 日 期 指導教師簽名 日 期 使用授權說明使用授權說明 本人完全了解 大學關于收集 保存 使用畢業(yè)設計 論 文 的規(guī)定 即 按照學校要求提交畢業(yè)設計 論文 的印刷本和 電子版本 學校有權保存畢業(yè)設計 論文 的印刷本和電子版 并 提供目錄檢索與閱覽服務 學校可以采用影印 縮印 數(shù)字化或其 它復制手段保存論文 在不以贏利為目的前提下 學?？梢怨颊?文的部分或全部內容 作者簽名 日 期 學位論文原創(chuàng)性聲明學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明 所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行 研究所取得的研究成果 除了文中特別加以標注引用的內容外 本 論文不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫的成果作品 對本 文的研究做出重要貢獻的個人和集體 均已在文中以明確方式標明 本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔 作者簽名 日期 年 月 日 學位論文版權使用授權書學位論文版權使用授權書 本學位論文作者完全了解學校有關保留 使用學位論文的規(guī)定 同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版 允許論文被查閱和借閱 本人授權 大學可以將本學位 論文的全部或部分內容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索 可以采用影印 縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文 涉密論文按學校規(guī)定處理 作者簽名 日期 年 月 日 導師簽名 日期 年 月 日 指導教師評閱書指導教師評閱書 指導教師評價 指導教師評價 一 撰寫 設計 過程 1 學生在論文 設計 過程中的治學態(tài)度 工作精神 優(yōu) 良 中 及格 不及格 2 學生掌握專業(yè)知識 技能的扎實程度 優(yōu) 良 中 及格 不及格 3 學生綜合運用所學知識和專業(yè)技能分析和解決問題的能力 優(yōu) 良 中 及格 不及格 4 研究方法的科學性 技術線路的可行性 設計方案的合理性 優(yōu) 良 中 及格 不及格 5 完成畢業(yè)論文 設計 期間的出勤情況 優(yōu) 良 中 及格 不及格 二 論文 設計 質量 1 論文 設計 的整體結構是否符合撰寫規(guī)范 優(yōu) 良 中 及格 不及格 2 是否完成指定的論文 設計 任務 包括裝訂及附件 優(yōu) 良 中 及格 不及格 三 論文 設計 水平 1 論文 設計 的理論意義或對解決實際問題的指導意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格 2 論文的觀念是否有新意 設計是否有創(chuàng)意 優(yōu) 良 中 及格 不及格 3 論文 設計說明書 所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu) 良 中 及格 不及格 建議成績 建議成績 優(yōu)優(yōu) 良良 中中 及格及格 不及格不及格 在所選等級前的 內畫 指導教師 指導教師 簽名 單位 單位 蓋章 年年 月月 日日 評閱教師評閱書評閱教師評閱書 評閱教師評價 評閱教師評價 一 論文 設計 質量一 論文 設計 質量 1 論文 設計 的整體結構是否符合撰寫規(guī)范 優(yōu) 良 中 及格 不及格 2 是否完成指定的論文 設計 任務 包括裝訂及附件 優(yōu) 良 中 及格 不及格 二 論文 設計 水平二 論文 設計 水平 1 論文 設計 的理論意義或對解決實際問題的指導意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格 2 論文的觀念是否有新意 設計是否有創(chuàng)意 優(yōu) 良 中 及格 不及格 3 論文 設計說明書 所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu) 良 中 及格 不及格 建議成績 建議成績 優(yōu)優(yōu) 良良 中中 及格及格 不及格不及格 在所選等級前的 內畫 評閱教師 評閱教師 簽名 單位 單位 蓋章 年年 月月 日日 教研室 或答辯小組 及教學系意見教研室 或答辯小組 及教學系意見 教研室 或答辯小組 評價 教研室 或答辯小組 評價 一 答辯過程一 答辯過程 1 畢業(yè)論文 設計 的基本要點和見解的敘述情況 優(yōu) 良 中 及格 不及格 2 對答辯問題的反應 理解 表達情況 優(yōu) 良 中 及格 不及格 3 學生答辯過程中的精神狀態(tài) 優(yōu) 良 中 及格 不及格 二 論文 設計 質量二 論文 設計 質量 1 論文 設計 的整體結構是否符合撰寫規(guī)范 優(yōu) 良 中 及格 不及格 2 是否完成指定的論文 設計 任務 包括裝訂及附件 優(yōu) 良 中 及格 不及格 三 論文 設計 水平三 論文 設計 水平 1 論文 設計 的理論意義或對解決實際問題的指導意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格 2 論文的觀念是否有新意 設計是否有創(chuàng)意 優(yōu) 良 中 及格 不及格 3 論文 設計說明書 所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu) 良 中 及格 不及格 評定成績 評定成績 優(yōu)優(yōu) 良良 中中 及格及格 不及格不及格 在所選等級前的 內畫 教研室主任 或答辯小組組長 教研室主任 或答辯小組組長 簽名 年年 月月 日日 教學系意見 教學系意見 系主任 系主任 簽名 年年 月月 日日 目錄目錄 引 言 1 第 1 章 緒論 2 1 1 背景及發(fā)展 2 1 2 課題任務及意義 2 第 2 章 智能電飯煲控制系統(tǒng)整體設計方案 3 2 1 智能電飯煲控制系統(tǒng)簡介 3 2 2 智能電飯煲控制系統(tǒng)電路組成 3 2 3 本章小結 4 第 3 章 智能電飯煲控制系統(tǒng)硬件設計 5 3 1 控制系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)工作電路 5 3 1 1 AT89C51 單片機的引腳及其排列 5 3 1 2 AT89C51 單片機時鐘電路 7 3 1 3 AT89C51 單片機復位電路 8 3 1 4 控制系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)電路設計 8 3 2 控制系統(tǒng)電源電路 9 3 2 1 穩(wěn)壓器件 7805 簡介 9 3 2 2 電源電路設計 10 3 3 按鍵輸入電路 10 3 3 1 按鍵分類 11 3 3 2 按鍵結構與特點 11 3 3 3 按鍵輸入電路設計 11 3 4 溫度傳感器電路 12 3 4 1 DS18B20 簡介 12 3 4 2 DS18B20 的使用方法 14 3 4 3 溫度傳感器電路設計 14 3 5 LED 狀態(tài)指示電路 14 3 5 1 LED 簡介 15 3 5 2 狀態(tài)指示電路設計 16 3 6 LCD 顯示電路 16 3 6 1 LCD 1602 簡介 16 3 6 2 LCD 顯示電路設計 16 3 7 電飯鍋加熱電路 17 3 8 本章小結 17 第 4 章 智能電飯煲控制系統(tǒng)軟件設計 18 4 1 軟件整體結構設計 18 4 2 子程序設計 19 4 2 1 系統(tǒng)工作模式控制流程 22 4 2 2 定時功能控制流程 23 4 3 本章小結 24 第 5 章 智能電飯煲控制系統(tǒng)的仿真驗證 25 結論與展望 28 致謝 29 參考文獻 30 附錄 A 總體系統(tǒng)硬件原理圖 31 附錄 B 一篇引用的外文文獻及其譯文 32 附錄 C 主要參考文獻的摘要或內容提要和關鍵字 37 附錄 D 總體源程序清單 39 插圖清單插圖清單 圖 2 1 智能電飯控制系統(tǒng)組成結構圖 4 圖 3 1 AT89C51PDIP 封裝外形及引腳 6 圖 3 2 AT89C51 時鐘電路 7 圖 3 3 AT89C51 復位電路 8 圖 3 4 控制系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)電路 9 圖 3 5 7805 的典型應用電路 10 圖 3 6 控制系統(tǒng)電源電路 10 圖 3 7 觸點式開關按鍵 11 圖 3 8 控制系統(tǒng)鍵盤輸入電路 12 圖 3 9 DS18B20 實體描述 12 圖 3 10 DS18B20 復位時序 13 圖 3 11 DS18B20 的讀時序 13 圖 3 12 DS18B20 的寫時序 13 圖 3 13 溫度傳感器電路 14 圖 3 14 LED 的 I V 特性 14 圖 3 15 控制系統(tǒng)狀態(tài)指示電路 15 圖 3 16 LCD 顯示電路設計 16 圖 3 17 加熱盤 16 圖 3 18 控制系統(tǒng)熱盤驅動電路 17 圖 4 1 主程序結構圖 18 圖 4 2 定時功能控制流程 20 引言引言 電飯煲是人們日常生活中最普遍的家用電器 隨著人們生活水平的提到 電飯煲 也日趨智能化 電飯煲因其安全 簡便 實用而普及到千家萬戶 隨著科技的不斷發(fā) 展 這類小家電也在不斷的完善和提升自己 并向著智能化 節(jié)能化 網絡化的方向 發(fā)展 本課題研究的是智能電飯煲的硬件和軟件的設計以及煮飯功能的實現(xiàn)過程 智 能家用電器不僅僅實現(xiàn)了產品的原始屬性 更融入了我們人類的智慧結晶 也隨著節(jié)約型社會的形成 單片機技術在社會的各個領域中越來越來顯示出它的 優(yōu)越性 用單片機設計的產品有體積小 價格低 功能全 應用靈活等特點 所以單 片機技術得到了不斷的向前發(fā)展 用單片機技術設計一種電飯煲的定時預約工作系統(tǒng) 要求用鍵盤輸入定時工作時間和實時時間對比達到長時間精確的定時功能 單片機采 用 AT89C51 單片機 要求定時時間和實時時間相同時通過 51 單片機控制繼電器電路 來控制電飯煲的工作 以單片機為核心控制器件 結合按鍵 溫度傳感器等輸入電路 以及加熱 狀態(tài)指示等輸出電路 實現(xiàn)對電飯煲的智能控制 本課題主要基于家電智 能化的背景下 根據(jù)智能電飯煲的發(fā)展和現(xiàn)狀 探討智能電飯煲如何實現(xiàn)智能化的煮 飯 預約 再加熱等功能 該系統(tǒng)可使電飯煲工作在 保溫 煲湯 煮飯 三種工作模式 每種工作模 式下 控制系統(tǒng)結合蓋頂溫度傳感器 并將電飯煲限制在設定的最高溫度之內 煮飯 結束后自動轉入保溫狀態(tài) 并在 LCD 的基礎上 智能實現(xiàn)了顯示智能電飯煲的工作狀 態(tài) 第第 1 章章 緒論緒論 1 1 背景及發(fā)展 在科學技術進步 日新月異的今天 節(jié)能 高效 環(huán)保的觀念逐漸深入人心 人 們對家電智能化的要求也越來越高 在今天 電飯煲已經成了家庭必備的電器之一 電飯煲最初是機械式控制 這種控制方式具有結構簡單 技術門檻低 價格便宜等優(yōu) 點 但同時也有功能單一 控制方式不靈活等不足之處 電飯煲因其安全 簡便 實用而普及到千家萬戶 隨著科技的不斷發(fā)展 這類小 家電也在不斷的完善和提升自己 并向著智能化 節(jié)能化 網絡化的方向發(fā)展 本課 題研究的是智能電飯煲的硬件和軟件的設計以及煮飯功能的實現(xiàn)過程 智能家用電器 不僅僅實現(xiàn)了產品的原始屬性 更融入了我們人類的智慧結晶 隨著以計算機技術為核心的信息技術 特別是數(shù)字化技術 多媒體技術和網絡技 術的飛速發(fā)展 智能家電產業(yè)也在迅速崛起 世界著名的電腦和家電企業(yè)如 IBM 夏 普 微軟 英特爾 松下 NEC 東芝等都大力開發(fā)研制自己的智能家電產品 我國 的許多公司如聯(lián)想 長虹 海信 TCL 海爾等也都投入到智能家電的開發(fā)工作 作 為傳統(tǒng)家電代表 電飯煲也已融入到系統(tǒng)化的信息家電系統(tǒng)中 它的功能已不再只是 單純的煮飯 功能齊全 操作簡便 人性化的界面 烹調過程自動化 甚至是網絡控 制的信息化電飯煲已成為現(xiàn)代人的新需求 伴隨著生活水平的提高 電飯煲的智能化 和網絡化將成為一種趨勢 機械式飯煲必將退出市場舞臺 智能化家電 指運用現(xiàn)代 最新科技研制開發(fā)的新一代具有智能功能的家用電器 它所涉及的高新技術領域十分 廣泛 其中包括 多媒體技術 數(shù)字技術 模糊控制技術 太陽能技術 專家系統(tǒng) 人工智能 生物技術等 而人工智能的載體通過傳統(tǒng)的邏輯電路實現(xiàn)顯然是不現(xiàn)實的 而通過嵌入式系統(tǒng)就能輕松實現(xiàn) 嵌入式系統(tǒng)是將計算機硬件和軟件結合起來 構成 一個專門的計算裝置 完成特定的功能和任務 在嵌入式系統(tǒng)中 單片機是最重要也 是應用最多的智能核心器件 1 2 課題任務及意義 本課題是以 AT89C51 單片機為核心控制器件 對智能電飯煲控制系統(tǒng)進行了設計 并在 PROTEUS 環(huán)境中對設計進行了仿真驗證 本設計將電飯煲的煮食這一過程細分為煮飯 煲湯 保溫等多種工作模式 控制 系統(tǒng)可對電飯煲的溫度進行實時監(jiān)測 并以此靈活調節(jié)火力大小 自動完成煮食過程 控制系統(tǒng)支持對煮飯時間進行提前預約 定時時間到后自動進行煮飯 煮飯結束后自 動轉入保溫模式 此系統(tǒng)提高了電飯煲煮食自動化水平 提升了產品的人性化設計 使電飯煲具有 煮飯好吃 預約定時 多種功能 三大特點 滿足了人們不斷增長的 物質文化需求 第第2章章 智能電飯煲控制系統(tǒng)整體設計方案智能電飯煲控制系統(tǒng)整體設計方案 2 1 智能電飯煲控制系統(tǒng)簡介 該控制系統(tǒng)是以單片機為核心控制器件 結合按鍵 溫度傳感器等輸入電路 以 及加熱 狀態(tài)指示等輸出電路 實現(xiàn)對電飯煲的智能控制 該系統(tǒng)可使電飯煲工作在 保溫 煲湯 煮飯 三種工作模式 每種工作模 式下 控制系統(tǒng)結合蓋頂溫度傳感器 并將電飯煲限制在設定的最高溫度之內 煮飯 結束后自動轉入保溫狀態(tài) 控制系統(tǒng)結合單片機的定時功能 可對煮食時間進行預約設定 設定時間到后自 動轉入預定的工作模式進行煮飯 控制系統(tǒng)可結合 LED 實時指示電飯煲工作狀態(tài) 結合 LCD 液晶顯示器可顯示更 多信息 包括定時時間 工作狀態(tài) 故障報警等信息 智能電飯煲控制系統(tǒng)控制面板設計如圖 2 1 所示 主要包括顯示屏 狀態(tài)指示 輸入按鍵等幾部分 該控制系統(tǒng)使電飯煲提高了自動化 智能化 人性化設計水平 具有操作方便 安全可靠的特點 2 2 智能電飯煲控制系統(tǒng)電路組成 該控制系統(tǒng)主要由電源電路 單片機輸入電路 單片機輸出電路三類電路組成 如圖 2 1 所示 電源電路將 220V 交流電轉為直流 5V 作為控制系統(tǒng)的電源 單片機輸入電路有按鍵輸入電路 頂蓋溫度傳感器輸入電路 復位電路以及時鐘 電路 單片機輸出電路包括 LCD 顯示電路 LED 工作狀態(tài)指示電路以及用于電飯煲加熱 的加熱電路 AT89C51 單片機 按鍵操作輸入電路 頂蓋溫度傳感器 復位電路 時鐘電路 220VAC DC5V電源 LCD顯示電路 LED工作狀態(tài)指示電路 加熱電路 圖 2 1 智能電飯煲控制系統(tǒng)組成結構圖 2 3 本章小結 本章從整體出發(fā) 首先確定電飯煲的模糊智能控制系統(tǒng)由單片機為核心控制器件 結合按鍵 溫度傳感控制器等硬件設計電飯煲實現(xiàn) 保溫 煲湯 煮飯 等 功能 第第3章章 智能電飯煲控制系統(tǒng)硬件設計智能電飯煲控制系統(tǒng)硬件設計 智能電飯煲控制系統(tǒng)硬件電路按照功能可劃分為七個組成部分 即控制系統(tǒng)單片 機最小系統(tǒng)工作電路 控制系統(tǒng)電源電路 按鍵輸入電路 溫度傳感器電路 LED 狀 態(tài)指示電路 LCD 顯示電路以及電飯鍋加熱電路 3 1 控制系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)工作電路 本設計選用 AT89C51 單片機作為核心控制芯片 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器 FPEROM 的低電 壓 高性能 CMOS 8 位微處理器 俗稱單片機 單片機的可擦除只讀存儲器可以反 復擦除 1000 次 該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術制造 與工業(yè) 標準的 MCS 51 指令集和輸出管腳相兼容 由于將多功能8 位 CPU 和閃爍存儲器 組合在單個芯片中 因此 AT89C51 是一種高效微控制器 AT89C51 單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案 本設計選擇 AT89C51 單片機作為智能電飯煲控制系統(tǒng)核心控制芯片 兼顧了經濟 性和實用性的需求 3 1 1 AT89C51 單片機的引腳及其排列 AT89C51 具有 40 只引腳 其中 32 個是可編程輸入輸出口 AT89C51 有三種 封裝形式 即 PLCC TQFP 和 PDIP 三種 其中最為常見的封裝是 PDIP 其外形 及引腳配置如圖 3 1 所示 VCC 供電電壓 GND 接地 P0 口 P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I O 口 每引腳可吸收 8TTL 門電流 當 P0 口的管腳第一次寫 1 時 被定義為 高阻輸入 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存 儲器 它可以被定義為數(shù)據(jù) 地址的第八位 在 FIASH 編程時 P0 口作為原碼輸 入口 當 FIASH 進行校驗時 P0 輸出原碼 此時 P0 外部必須被拉高 P1 口 P1 口是一個內部提供上拉電阻的 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 被內部上拉為高 可用作輸入 P1 口被 外部下拉為低電平時 將輸出電流 這是由于內部上拉的緣故 在FLASH 編程 和校驗時 P1 口作為第八位地址接收 P2 口 P2 口為一個內部上拉電阻的 8 位雙向 I O 口 P2 口緩沖器可接收 圖 3 1 AT89C51PDIP 封裝外形及其引腳 輸出 4 個 TTL 門電流 當 P2 口被寫 1 時 其管腳被內部上拉電阻拉高 且作為輸入 并因此作為輸入時 P2 口的管腳被外部拉低 將輸出電流 這是由于內部上拉的緣故 當 P2 口用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時 P2 口輸出地址 的高八位 在給出地址 1 時 它利用內部上拉優(yōu)勢 當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進 行讀寫時 P2 口輸出其特殊功能寄存器的內容 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高 八位地址信號和控制信號 P3 口 P3 口管腳是 8 個有內部上拉電阻的雙向 I O 口 可接收輸出 4 個 TTL 門電 流 當 P3 口寫入 1 后 它們被內部上拉為高電平 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 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號 RST 復位輸入 當輸入的復位信號延續(xù)兩個機器周期以上的高電平時即為有效 用以完成單片機的復位初始化操作 ALE PROG 當訪問外部存儲器時 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 ALE 端以不變的 頻率周期輸出正脈沖信號 此頻率為振蕩器頻率的 1 6 因此它可用作對外部輸出的脈 沖或用于定時目的 然而要注意的是 每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時 將跳過一個 ALE 脈沖 如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0 此時 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 外部程序存儲器的選通信號 在由外部程序存儲器取指令期間 每個機器 周期兩次 PSEN 有效 但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時 這兩次有效的 PSEN 信號將不出 現(xiàn) EA VPP 當 EA 保持低電平時 則在此期間外部程序存儲器有效 不管是否有內 部程序存儲器 注意加密方式 1 時 EA 將內部鎖定為 RESET 當 EA 端保持高電平 時 此間內部程序存儲器有效 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部時鐘工作電路的輸入 XTAL2 來自反向振蕩器的輸出 振蕩器特性 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 內振蕩器 石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用 如采用外部時鐘源驅動器件 XTAL2 應不 接 有余輸入到內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器 因此對外部時鐘信號的脈寬 無任何要求 但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度 3 1 2 AT89C51 單片機時鐘電路 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 內振蕩器 石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用 如采用外部時鐘源驅動器件 XTAL2 應不 接 有余輸入接至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器 因此對外部時鐘信號的脈 寬無任何要求 但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度 電路結構如圖 3 2 所示 XTAL2 XTAL1 AT89C51 C1 C2 CYS XTAL2 XTAL1 AT89C51 5V VSS TTL 外部時鐘源 圖 3 2 AT89C51 時鐘電路 3 1 3 AT89C51 單片機復位電路 AT89C51 單片機的復位引腳為施密特出發(fā)輸入 當振蕩器起振以后 在 RST 引腳 上輸入連續(xù)兩個機器周期的高電平 器件便進入復位狀態(tài) 根據(jù) AT89C51 的復位特性 設計復位電路如圖 3 3 所示 圖 3 3 AT89C51 單片機復位電路 電路中將 C1 R1 串聯(lián)后接入 RST 引腳 在上電之初 電容通過電阻充電 在復 位引腳上出現(xiàn)充電的正脈沖 只要正脈沖寬度足夠寬 就可以使單片機復位 本設計 中單片機選用 24M 晶振 故復位電路中選用 10uf 電容和 10K 電阻可以滿足 AT89C51 的復位要求 3 1 4 控制系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)電路設計 根據(jù)以上分析 本設計中單片機最小系統(tǒng)如圖 3 4 所示 復位電路采用較為常用且結構簡單的阻容復位電路 可為 AT89C51 單片機提供大 于 10ms 的高電平復位脈沖 時鐘電路采用外接晶振方式 由一只 24M 晶振和 2 只 30pf 電容組成的振蕩電路 由于 P0 口的特殊結構 本電路中 P0 口中部分接口線是用于數(shù)據(jù)輸出 故本設計 中采用 10K 電阻作為上拉電阻 圖 3 4 智能電飯煲控制系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)電路 3 2 控制系統(tǒng)電源電路 智能電飯煲控制系統(tǒng)需要 5V 直流供電電源 本設計中 5V 電源由 220V 交流電 源變壓 整流 穩(wěn)壓后得到 其中 核心期間為三端穩(wěn)壓器件 7805 3 2 1 穩(wěn)壓器件 7805 簡介 7805 是常用的三端穩(wěn)壓器件 顧名思義 05 就是輸出電壓為 5V 7805 輸出波紋很 小 其輸出電源品質能滿足大多數(shù)器件需求 穩(wěn)壓器的工作指標是指穩(wěn)壓器能夠正常工作的工作區(qū)域 以及保證正常工作所必 須的工作條件 這些工作參數(shù)取決于構成穩(wěn)壓器的組件性能 1 輸出電壓范圍 符合穩(wěn)壓器工作條件情況下 穩(wěn)壓器能夠正常工作的輸出電壓范圍 該指標的上 限是由最大輸入電壓和最小輸入 輸出電壓差所規(guī)定 而其下限由穩(wěn)壓器內部的基準電 壓值決定 2 最大輸入 輸出電壓差 該指標表征在保證穩(wěn)壓器正常工作條件下穩(wěn)壓器所允許的最大輸入 輸出之間的 電壓差值 其差值主要取決于于穩(wěn)壓器內部調整晶體管的耐壓指標 3 最小輸入 輸出電壓差 該指標表征在保證穩(wěn)壓器正常工作條件下 穩(wěn)壓器所需的最小輸入 輸出之間的 電壓差值 4 輸出負載電流范圍 輸出負載電流范圍又稱為輸出電流范圍 在這一電流范圍內 穩(wěn)壓器應能保證符 合指標規(guī)范征所給出的指標 三端固定集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓是固定的 常用的是 CW7800 CW7900 系列 W7800 系列輸出正電壓 其輸出電壓有 5 6 7 8 9 10 12 15 18 20 和 24V 共 11 個檔次 該系列的輸出電流分 5 檔 7800 系列是 1 5A 78M00 是 0 5A 78 L00 和是 0 1 A 78T00 是 3A 78H00 是 5A W7900 系列與 W7800 系列所不同的是輸出 電壓為負值 三端穩(wěn)壓器的工作原理與前述串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電源的工作原理基本相同 只有三 個引出端子 輸入 輸出和公共端 輸入端接整流濾波電路 輸出端接負載 公共端 接輸入 輸出的公共連接點 為使它工作穩(wěn)定 在輸入和輸出端與公共端之間并接一 個電容 使用三端穩(wěn)壓器時注意一定要加散熱器 否則是不能工作到額定電流 7805 的典型應用電路如圖 3 5 所示 在其輸入端口和輸出端口分別有 0 33uf 0 1uf 的無極性電容 以優(yōu)化輸出電源品質 圖 3 5 7805 典型應用電路 3 2 2 電源電路設計 本設計中 控制系統(tǒng)電源電路設計如圖 3 6 所示 220V 交流電源由 J1 接入電路 后經變壓器 T1 將 220V 降壓為 8 5V 交流電壓 該 低交流電壓經 N1 進行全波整流 變?yōu)槊}動直流 最后 該脈動直流經過低壓差穩(wěn)壓芯 片 78L05 穩(wěn)定為紋波系數(shù)較小的 5V 直流電源 圖 3 6 控制系統(tǒng)電源電路 3 3 按鍵輸入電路 3 3 1 按鍵分類 按鍵按照結構原理可分為兩類 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 本設計中采用觸點式開關按鍵 其電路原理圖常見符號如圖 3 7 所示 圖 3 7 觸點式開關按鍵 3 3 2 按鍵結構與特點 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 其抖動過程如下圖所示 抖動時間的長短與 開關的機械特性有關 一般為 5 10ms 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 當按鍵數(shù)較多時 采用軟件去抖 單片機工作時有 外接鍵盤輸入信號 當檢測到有哪一個鍵被按下時 單片機內部執(zhí)行相應的工作程序 3 3 3 按鍵輸入電路設計 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 0 至 p1 5 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部 為消除觸點式按鍵開關的 機械抖動 單片機內部有程序進行消抖處理 然后確定那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 該控制系統(tǒng)鍵盤接入電路如圖 3 8 所示 圖 3 8 控制系統(tǒng)鍵盤輸入電路 3 4 溫度傳感器電路 3 4 1 DS18B20 簡介 DS18B20 數(shù)字溫度計是 DALLAS 公司生產的 1 Wire 即單總線器件 具有線路 簡單 體積小的特點 因此用它來組成一個測溫系統(tǒng) 具有線路簡單 在一根通信線 可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計 十分方便 DS18B20 是一款功能獨特的產品 其特點如下 1 只要求一個端口即可實現(xiàn)通信 2 在 DS18B20 中的每個器件上都有獨一無二的序列號 3 實際應用中不需要外部任何元器件即可實現(xiàn)測溫 4 測量溫度范圍在 55 C 到 125 C 之間 5 數(shù)字溫度計的分辨率用戶可以從 9 位到 12 位選擇 6 內部有溫度上 下限告警設置 DS18B20 有兩種封裝形式 即 TO 92 封裝和 8 pinSOIC 封裝 每種封裝的樣式及 引腳排列見圖 3 9 表 3 9 DS18B20 實體描述 3 4 2 DS18B20 的使用方法 由于 DS18B20 采用的是 1 Wire 總線協(xié)議方式 即在一根數(shù)據(jù)線里實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙 向傳輸 而對 AT89S51 單片機來說 硬件上并不支持單總線協(xié)議 因此 我們必須采 用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時序來完成對 DS18B20 芯片的訪問 由于 DS18B20 是在一根 I O 線上讀寫數(shù)據(jù) 因此 對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴格的時 序要求 DS18B20 有嚴格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性 該協(xié)議 定義了幾種信號的時序 初始化時序 讀時序 寫時序 所有時序都是將主機作為主 設備 單總線器件作為從設備 而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機主動啟動寫時 序開始 如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù) 在進行寫命令后 主機需啟動讀時序完成數(shù) 據(jù)接收 數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先 1 DS18B20 的復位時序如圖 3 10 所示 圖 3 10 DS18B20 的復位時序 2 DS18B20 的讀時序如圖 3 11 所示 對于 DS18B20 的讀時序分為讀 0 時序和讀 1 時序兩個過程 對于 DS18B20 的讀時隙是從主機把單總線拉低之后 在 15 秒之內就得釋放單總 線 以讓 DS18B20 把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上 DS18B20 在完成一個讀時序過程 至少需 要 60us 才能完成 圖 3 11 DS18B20 的讀時序 3 DS18B20 的寫時序 對于 DS18B20 的寫時序仍然分為寫 0 時序和寫 1 時序兩個過程 如圖 3 12 所示 圖 3 12 DS18B20 的寫時序 對于 DS18B20 寫 0 時序和寫 1 時序的要求不同 當要寫 0 時序時 單總線要被拉 低至少 60us 保證 DS18B20 能夠在 15us 到 45us 之間能夠正確地采樣 IO 總線上的 0 電平 當要寫 1 時序時 單總線被拉低之后 在 15us 之內就得釋放單總線 3 4 3 溫度傳感器電路設計 根據(jù) DS18B20 溫度傳感器的特點 本設計中將溫度傳感器電路設計為圖 3 13 樣式 采用電源直接為 DS18B20 供電的方式 為增強對 DS18B20 的讀寫能力 減少通信傳 輸錯誤 設置 R10 作為上拉電阻 圖 3 13 溫度傳感器電路 3 5 LED 狀態(tài)指示電路 本設計中 LED 狀態(tài)指示電路用于實時指示智能電飯煲的工作狀態(tài) 3 5 1 LED 簡介 LED 亦即發(fā)光二極管 是利用化合物材料制成 PN 結的光電器件 它具有 PN 結 結型器件的電學特性 即 I V 特性 I V 特性是表征 LED 芯片 PN 結制備性能主要參數(shù) LED 的 I V 特性具有非線性 整流性質 單向導電性 即外加正偏壓表現(xiàn)低接觸電阻 反之為高接觸電阻 一般 LED 的 I V 特性曲線如圖 3 14 所示 具有以下特點 1 正向死區(qū) a 點對于 V0 為開啟電壓 當 V Va 時 外加電場尚克服不少因 載流子擴散而形成勢壘電場 此時 R 很大 開啟電壓對于不同 LED 其值不同 GaAs 為 1V 紅色 GaAsP 為 1 2V GaP 為 1 8V GaN 為 2 5V 2 正向工作區(qū) 電流 IF 與外加電壓呈指數(shù)關系 IF IS e qVF KT 1 IS 為反向飽 和電流 V 0 時 V VF 的正向工作區(qū) IF 隨 VF 指數(shù)上升 3 反向死區(qū) V 0 時 PN 結加反偏壓 V VR 時 反向漏電流 IR V 5V 時 GaP 為 0V GaN 為 10uA 4 反向擊穿區(qū) V VR VR 稱為反向擊穿電壓 VR 電壓對應 IR 為反向漏電 流 當反向偏壓一直增加使 V R 時 則出現(xiàn) IR 突然增加而出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象 由于所用 化合物材料種類不同 各種 LED 的反向擊穿電壓 VR 也不同 圖 3 14 LED 的 I V 特性 3 5 2 狀態(tài)指示電路設計 根據(jù) LED 的 I V 特性可知 LED 一旦充分導通電流將會急劇增大 因此使用過程 中需對 LED 增加限流電阻 狀態(tài)指示電路設計如圖 3 15 所示 圖中共有五只 LED 指 示燈 分別標志智能電飯煲的電源開關狀態(tài) 定時狀態(tài) 以及保溫 煲湯 煮飯三種 工作模式 其中 R9 至 R13 為限流電阻 其值選取為 5 1K 圖 3 15 控制系統(tǒng)狀態(tài)指示電路 3 6 LCD 顯示電路 本設計中選用 LCD 1602 作為顯示器件 用于向用戶傳遞更多的信息 包括定時 時間顯示 工作模式顯示 故障提示等信息 3 6 1 LCD 1602 簡介 液晶顯示器以其微功耗 體積小 顯示內容豐富 超薄輕巧的諸多優(yōu)點 本設計 中選用的字符型液晶模塊是一種用 5x7 點陣圖形來顯示字符的液晶顯示器 根據(jù)顯示 的容量可以分為 1 行 16 個字 2 行 16 個字 2 行 20 個字等等 本設計中選用常用的 2 行 16 個字的 1602 液晶模塊 LCD 1602 共有引腳 16 個 各引腳的功能如下 第 1 腳 VSS 為地電源 第 2 腳 VDD 接 5V 正電源 第 3 腳 V0 為液晶顯示器對比度調整端 接正電源時對比度最弱 接地電源時對 比度最高 第 4 腳 RS 為寄存器選擇 高電平選擇數(shù)據(jù)寄存器 低電平時選擇指令寄存器 第 5 腳 RW 為讀寫信號線 高電平時進行讀操作 低電平時進行寫操作 當 RS 和 RW 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址 當 RS 為低電平 RW 為高電平時 可以讀忙信號 當 RS 為高電平 RW 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù) 第 6 腳 E 端為使能端 當 E 端由高電平跳變成低電平時 液晶模塊執(zhí)行命令 第 7 14 腳 D0 D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線 第 15 16 腳 BLA BL1 LED 背光正極 需要背光時 BLA 串接一個限流電阻接 VDD BLK 接地 實測該模塊的背光電流為 50mA 左右 一般接一個幾十歐姆的電阻 BLK BL2 LED 背光地端 3 6 2 LCD 顯示電路設計 本設計中 LCD 顯示電路設計如圖 3 16 所示 P0 0 于 LCD 1602 的寄存器選擇端 RS 連接 P0 1 與 LCD 1602 的讀寫選擇端 RW 連 接 P0 2 和 LCD 1602 的使能端 E 連接 P2 口作為并行數(shù)據(jù)端口分別于 LCD 1602 的 D0 D7 引腳相連 由于 P0 口是準輸入輸出口 內部沒有上拉電阻 故需在 P0 0 P0 3 引腳上添加上 拉電阻 本電路中選用 10K 上拉電阻 即圖中的 R3 R5 圖 3 16 LCD 顯示電路設計 3 7 電飯鍋加熱電路 電飯煲采用加熱盤作為加熱部件 加熱盤需要直接與 220V 交流電壓相連接 而且 功率一般在 1500 瓦以上 因此其工作電流也比較大 因此控制系統(tǒng)需要專門設計驅動 加熱盤的電路 如圖 3 18 所示 圖 3 17 加熱盤 本設計中采用繼電器驅動加熱盤與 220V 交流電源接通 原因有二 一是繼電器具有驅動電流大 控制簡單 穩(wěn)定可靠的優(yōu)點 適合電飯 煲中開關頻率不高的應用場合 二是繼電器的線圈與輸出節(jié)點之間有天然的隔離作用 無需另外添加光耦等隔離器件 本電路中加熱盤驅動電路如圖 3 17 所示 單片機引腳通過驅動 NPN 三極管間接 驅動繼電器 當與之相連的單片機引腳電平為高時 三極管處于導通狀態(tài) 繼電器線 圈中有電流流過 從而觸電吸合 電路中將繼電器觸點通過插接器件引出 方便將加 熱盤與電源串接起來 其中 R8 為限流電阻 阻值定為 3 3K D1 為二極管 在此電路中起到對繼電器 線圈續(xù)流作用 避免線圈感生高電壓擊穿三極管 圖 3 18 控制系統(tǒng)熱盤驅動電路 3 8 本章小結 本章主要設計電飯煲的模糊智能控制系統(tǒng)的硬件 智能電飯煲控制系統(tǒng)硬件電路 按照功能可劃分為七個組成部分 即控制系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)工作電路 控制系統(tǒng)電 源電路 按鍵輸入電路 溫度傳感器電路 LED 狀態(tài)指示電路 LCD 顯示電路以及電 飯鍋加熱電路 其中還對 AT89C51 單片機的引腳功能進行細致分析 第第 4 章章 智能電飯煲控制系統(tǒng)軟件設計智能電飯煲控制系統(tǒng)軟件設計 4 1 軟件整體結構設計 電飯煲模糊智能控制系統(tǒng)軟件整體結構設計如圖 4 1 所示 開始 對電飯煲工作模式 加熱控制 LCD 工作方式等初始化 控制溫度傳感器進行溫度轉換及數(shù)據(jù)讀取 對數(shù)據(jù)進行處理 輸出顯示工作模式 溫度等信息 按鍵掃描及處理 模式切換控制 加熱控制 循環(huán) 定時時間累計及其處理 圖 4 1 主程序結構圖 由主程序流程圖可以看出 單片機開始運行后首先進行控制系統(tǒng)的初始化操作 初始 化操作包括對電飯煲初始工作狀態(tài) 加熱狀態(tài) 以及 LCD 1602 的工作方式進行設置 本設計中 系統(tǒng)上電運行后 智能電飯煲工作狀態(tài)被初始化為保溫模式 LCD 1602 初 始化為兩行十六字符無光標顯示的工作模式 初始化工作完成后 程序進入 main 循環(huán)函數(shù) 在該函數(shù)中 程序依次調用多項 子程序 分時對系統(tǒng)的各項輸入輸出進行處理 Main 函數(shù)中處理的內容包括 控制傳感器進行溫度轉換及數(shù)據(jù)讀取 對讀入的溫 度數(shù)據(jù)進行處理 輸出顯示工作模式溫度等信息 按鍵掃描及處理 定時時間累計及 處理 模式切換控制 加熱控制等幾項內容 void main T init init LCD display T t while 1 keyscan if miao 0 4 2 子程序設計 4 2 1 系統(tǒng)工作模式控制流程 智能電飯煲有保溫 煲湯 煮飯四種工作模式 每種模式分別對應不同的控制方 法以及控制溫度 用軟件實現(xiàn)對電飯煲工作模式的控制與自動切換 系統(tǒng)工作后電飯煲首先進入保溫模式 之后每當 MODEL 按鍵按下一次 工作狀態(tài)就 會切換一次 狀態(tài)的切換次序是 保溫模式 煲湯模式 煮飯模式 保溫模式 4 2 2 定時功能控制流程 本設計中智能電飯煲控制系統(tǒng)支持用戶預約定時 定時時間到后電飯煲自動進入 用戶預先設定的工作模式 進行煮飯 煲湯或者保溫 定時時間可設定在 0 至 12 小時 之間的任意數(shù)值 軟件實現(xiàn)該功能的流程如圖 4 2 所示 系統(tǒng)運行后 若按下 SET 按鍵 系統(tǒng)即可進入預設定時時間狀態(tài) 此時 時 位數(shù)值開始閃爍 表示 時 位數(shù)值處于可設定狀態(tài) 此時按下 ADD 鍵 預定時 間的小時數(shù)將累加 1 若按下 DEC 鍵 預定時間的小時數(shù)減 1 本控制系統(tǒng)支持最大定時 12 小時 當小時數(shù)超出 12 后會溢出為 0 即置 時 位 數(shù)值時 若當前示數(shù)為 12 且按下 ADD 鍵 則小時數(shù)由 12 變?yōu)?0 時 0 分 小時數(shù)設定完成后 按下 OK 鍵 進入設定 分 狀態(tài) 同時 分 位數(shù)值開 始閃爍 此時按下 ADD 鍵 預定時間的分鐘數(shù)加