5255094074電磁爐單片機控制系統(tǒng)的設計

1、畢業(yè)設計(論文) 課 題 名 稱 電磁爐單片機控制系統(tǒng)的設計 學 生 姓 名 學 號 系、年級專業(yè) 信息工程系、電子信息工程 指 導 教 師 職 稱 講 師 2009 年 5 月 22 日 摘 要 本文介紹了電磁爐的功能控制系統(tǒng)，它利用單片機的多功能控制優(yōu)勢對電磁爐 進行智能控制，使之具有高效節(jié)能、健康環(huán)保、安全可靠等一系列優(yōu)點。電磁爐成 為目前發(fā)展最快的，市場增長幅度最高的家電產品之一。 本設計以at89c51為核心，實現(xiàn)電磁爐的數(shù)碼管顯示控制、多種安全保護功 能、功率自動控制、溫度自動控制、定時控制以及各種自動檢測報警功能的控制； 對單片機at89c51在系統(tǒng)控制上的應用，從軟硬件兩方面對

2、控制系統(tǒng)的設計方案 做了簡單的介紹。在軟件設計上，采用模塊化程序設計的思想，對電磁爐控制系統(tǒng) 的各個功能模塊進行劃分和設計。研究智能鍋具檢測技術，提高了鍋具檢測的快速 性和準確性，減少電磁污染并節(jié)約了電能。 最后，對整個系統(tǒng)進行仿真、調試和性能測試。測試結果表明，該控制系統(tǒng)設 計合理，穩(wěn)定，安全、可靠性高。 關鍵詞：電磁爐；單片機；多功能；控制 abstract this paper introduces the functions control system of the induction cooker, which uses the multi-functional control a

3、dvantages of single-chip microcomputer to realize an intelligent control of induction cooker so that they have a series of advantages such as high efficiency, energy-saving, healthy environmental protection,high security and reliability. it become one of household electrical appliances whose develop

4、ment is quickest and the market growth rate is highest at the present. this design uses at89c51 as the core processor which realizes many functions as nixietube display,varies of safety protection,output power ato- controllation,time setting ato-controllation and detection alarming; and simply intro

5、duces the application of single-chip at89c51 in control system , elaborates the design from both handware and software. in the software design，it uses the ideas of modularized program design to carve up and design each function module in the induction cooker. intelligent cooker testing technology en

6、hances the rapid detection and accuracy for the pan and reduces electromagnetic pollution and saving electricity. finally, the equipment is entire simulated and debugged. after many times testing and running, it has proven that this system features with reasonable，output power steady, safety and rel

7、iable. keywords: induction cooker；single-chip microcomputer；mult- function；control 目 錄 摘 要.i abstract .ii 前 言.1 第 1 章 系統(tǒng)總體方案.2 1.1 方案設計.2 1.2 方案論證.3 第 2 章 硬件設計.4 2.1 芯片介紹.4 2.2 電磁爐無鍋檢測模塊.9 2.3 定時控制模塊.10 2.4 功率控制模塊.12 2.5 溫度自動控制模塊.13 2.6 顯示模塊.14 2.7 保護電路.16 2.8 按鍵模塊.17 2.9 報警模塊.17 2.10 電源電路.18 第 3 章

8、程序設計.19 3.1 主程序流程.19 3.2 無鍋檢測程序流程.20 3.3 a/d 轉換程序流程.21 3.4 外部中斷.21 3.5 定時模塊流程.22 3.6 溫度控制程序流程.26 3.7 基本顯示模塊流程.26 3.8 報警模塊流程.27 第 4 章 系統(tǒng)仿真與調試.29 4.1 系統(tǒng)仿真.29 4.2 系統(tǒng)調試.31 第 5 章 pcb 板設計與制作 .33 5.1 pcb 板設計.33 5.2 pcb 板制作.34 結束語.37 參考文獻.38 致 謝.39 附錄 程序清單.40 附錄 系統(tǒng)原理圖.49 附錄 pcb 圖.50 附錄 元器件清單.51 前 言 當今，隨著電子技

9、術的高速發(fā)展,單片機的應用已經滲透到生產和生活中的各個 方面，有力的推動了社會的發(fā)展。單片機以其體積小，集成度高，價格便宜,在數(shù)據(jù) 處理、實時控制等方面無與倫比的強大功能而受到廣大科研工作者及生產廠家的親 睞。目前，市場熱銷的電磁爐就是單片機控制系統(tǒng)的一個典型應用，其品牌繁多、 功能強大且多樣。作為一個畢業(yè)設計的課題，對單片機控制系統(tǒng)的應用做了一些初 步的嘗試和探討。 以往家用電器采用模擬電路和數(shù)字電路設計的整體電路的規(guī)模較大，用到的器 件多，造成故障率高，難調試，而且電路復雜，維修和生產測試不太方便；而今， 采用單片機系統(tǒng)完成設計使電路設計簡單可靠，工作可靠性很好，功能強大，實現(xiàn) 控制智能化

10、。為此我們采用了單片機進行設計，相對來說功能強大，用較少的硬件 和適當?shù)能浖嗷ヅ浜峡梢院苋菀椎膶崿F(xiàn)設計要求，且靈活性強，可以通過軟件編 程來完成更多的附加功能。針對各種功能的控制，通過軟件編程就可以輕易而舉的 實現(xiàn)。 本設計以at89c51為核心，實現(xiàn)電磁爐的定時控制、溫度自動控制、功率自 動控制、保護功能、數(shù)碼管顯示控制以及無鍋檢測報警功能的控制；對單片機 at89c51在系統(tǒng)控制上的應用，從軟硬件兩方面闡述了控制系統(tǒng)的設計方案做了 簡單的介紹。在軟件設計上，采用模塊化程序設計的思想，對電磁爐控制系統(tǒng)的各 個功能模塊進行劃分和設計，提高了控制系統(tǒng)的快速性和準確性。 最后，對整個系統(tǒng)進行組裝

11、、調試和性能測試。實驗結果表明，該控制系統(tǒng)設 計合理，穩(wěn)定，安全，可靠性高。 第 1 章 系統(tǒng)總體方案 1.1 方案設計 方案一：控制部分的核心采用傳統(tǒng)的數(shù)字邏輯芯片來實現(xiàn)。系統(tǒng)的邏輯狀態(tài)以 及相互轉移更是復雜，用純粹的數(shù)字電路或小規(guī)模的可編程邏輯電路來實現(xiàn)該系統(tǒng) 有一定的困難，需要用中大規(guī)模的可編輯邏輯電路。這樣，系統(tǒng)的成本就會急劇上 升。 方案結構圖如圖1.1： 電源 ac/dc 按鍵控制電磁爐控制板驅動電路主諧振電路鍋具 顯示保護檢測電路 圖 1.1 方案一結構圖 方案二：以at89c51系統(tǒng)為核心，利用單片機豐富的i/o端口，及其控制的 靈活性，使其實現(xiàn)電磁爐數(shù)碼管顯示控制、多種安全保

12、護功能、功率自動控制、溫 度自動控制、定時控制以及各種自動檢測報警功能的控制。此系統(tǒng)的硬件和軟件都 比較容易實現(xiàn)，且滿足本題的精度要求，性價比較高的at89c51具有以下特點： 其 8k 的eprom可在固化程序上是方便地多次擦寫，獨有的低功耗性能保證器件 的長時間工作；采用最小應用系統(tǒng)設計，電路可靠、穩(wěn)定。方案結構圖如圖1.2： 單 片 機 定時控制 溫度自動控制 功率自動控制 檢測報警控制 安全保護控制 數(shù)碼管顯示控制 電源電路 圖 1.2 方案二結構圖 1.2 方案論證 方案一采用模擬電路和數(shù)字電路設計的整體電路的規(guī)模較大，用獨立振蕩單元， 多個功率管并聯(lián)、驅動放大電路采用分立元件，如：

13、定時采用 555 構成的單穩(wěn)態(tài)觸 發(fā)器控制，但是該單穩(wěn)態(tài)電路對輸入的脈沖寬度有一定的要求，即觸發(fā)脈沖寬度要 小于暫穩(wěn)時間，而實際應用中則大于暫穩(wěn)時間，于是還要先經微分電路后再加到電 路的低電平觸發(fā)端。僅一個定時控制電路就已經如此復雜，若加上其它的溫度、功 率、顯示等電路，系統(tǒng)電路更為繁雜，由此一來，用到的器件多，造成故障率高， 難調試，而且電路復雜，維修和生產測試不太方便；雖然容易實現(xiàn)，但控制和性能 方面都很差，硬件設計任務比較麻煩，而且設計的產品實際操作也不方便。 方案二是采用以at89c51為核心的單片機系統(tǒng)，可以實現(xiàn)數(shù)碼顯示、定時控 制、溫度功率自動控制等功能，大大提高了智能化自動控制的

14、速度。顯示采用8位 一體數(shù)碼管，既顯示定時又顯示溫度，其中，數(shù)碼管的前四位顯示定時的時和分， 后三位顯示溫度；定時采用單片機內部定時和外部中斷結合控制實現(xiàn)；溫度和功率 控制選用adc0808和電位器聯(lián)合控制實現(xiàn)。由此一來，系統(tǒng)利用單片機強大功能 對各個模塊進行系統(tǒng)控制，減少分立元器件的使用，使其效率高、體積小、重量輕、 噪音小、省電節(jié)能、并且系統(tǒng)所測結果的精度和性能都很高，該方案完全具有可行 性，同時體現(xiàn)了技術的先進性，經濟上也有很大的優(yōu)勢。 綜上所述，經比較，本設計采用方案二。 第 2 章 硬件設計 2.1 芯片介紹 2.1.1 at89c51 at89c511單片機是把那些作為控制應用所必

15、需的基本內容都集成在一個尺 寸有限的集成電路芯片上。如果按功能劃分，它由如下功能部件組成，即微處理器、 數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器、并行i/o口、串行口、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊 功能寄存器。它們都是通過片內單一總線連接而成，其基本結構依舊是cpu加上 外圍芯片的傳統(tǒng)結構模式。但對各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中 控制方式。 at89c51引腳如圖2.1所示。 xtal2 18 xtal1 19 ale 30 ea 31 psen 29 rst 9 p0.0/ad0 39 p0.1/ad1 38 p0.2/ad2 37 p0.3/ad3 36 p0.4/ad4 35 p0.5/a

16、d5 34 p0.6/ad6 33 p0.7/ad7 32 p1.0 1 p1.1 2 p1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 p3.0/rxd 10 p3.1/txd 11 p3.2/int0 12 p3.3/int1 13 p3.4/t0 14 p3.7/rd 17 p3.6/wr 16 p3.5/t1 15 p2.7/a15 28 p2.0/a8 21 p2.1/a9 22 p2.2/a10 23 p2.3/a11 24 p2.4/a12 25 p2.5/a13 26 p2.6/a14 27 u1 at89c51 圖2.1 主芯片 at89c5

17、1 引腳圖 微處理器：該單片機中有一個8位的微處理器，與通用的微處理器基本相同， 同樣包括了運算器和控制器兩大部分，只是增加了面向控制的處理功能，不僅可處 理數(shù)據(jù)，還可以進行位變量的處理。 數(shù)據(jù)存儲器：片內為128個字節(jié)，片外最多可外擴至64k字節(jié)，用來存儲程序 在運行期間的工作變量、運算的中間結果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標志位等，所以稱為 數(shù)據(jù)存儲器。 程序存儲器：由于受集成度限制，片內只讀存儲器一般容量較小，如果片內的 只讀存儲器的容量不夠，則需用擴展片外的只讀存儲器，片外最多可外擴至64k字 節(jié)。 中斷系統(tǒng)：具有5個中斷源，2級中斷優(yōu)先權。 定時器/計數(shù)器：片內有2個16位的定時器/計數(shù)器，

18、具有四種工作方式。 串行口：有1個全雙工的串行口，具有四種工作方式?？捎脕磉M行串行通訊， 擴展并行i/o口，甚至與多個單片機相連構成多機系統(tǒng)，從而使單片機的功能更強 且應用更廣。 并行i/o口：共有4個并行8位i/o口（p0、p1、p2、p3），每個口都有 1個鎖存器和1個驅動器組成。并行i/o口主要是用于實現(xiàn)與外部設備中數(shù)據(jù)的并 行輸入/輸出，有些i/o口還具有其他功能。 特殊功能寄存器：共有21個，用于對片內的各功能的部件進行管理、控制、 監(jiān)視。實際上是一些控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個具有特殊功能的ram區(qū)。 復位電路的設計 復位電路的實現(xiàn)通常有兩種方式： rc復位電路和專用p監(jiān)控電路。

19、前者實 現(xiàn)簡單，成本低，但復位可靠性相對較低；后者成本較高，但復位可靠性高，尤其 是高可靠重復復位。對于復位要求高、并對電源電壓進行監(jiān)視的場合，大多采用這 種方式。 本次設計采用了上電按鈕電平復位電路。電路圖如圖2. 2所示。 res c3 10uf r9 10k k 圖2. 2 復位電路圖 由上可見，單片機的硬件結構具有功能部件種類全，功能強等特點。特別值得 一提的是該單片機cpu中的位處理器，它實際上是一個完整的 1 位微計算機，這 個1位微計算機有自己的cpu、位寄存器、i/o口和指令集。1位機在開關決策、 邏輯電路仿真、過程控制方面非常有效；而8位機在數(shù)據(jù)采集，運算處理方面有明 顯的長

20、處。mcs-51單片機中8位機和1位機的硬件資源復合在一起，二者相輔相 承，它是單片機技術上的一個突破，這也是mcs-51單片機在設計的精美之處。 2.1.2 模數(shù)轉換器 adc0808 對系統(tǒng)精度至關重要的a/d轉換換器，采用的是adc08082。 （1）內部結構 adc0808片內帶有鎖存功能的8路模擬多路開關，可對8路0-5v的輸入 模擬電壓信號分時進行轉換，片內具有多路開關的地址譯碼和鎖存電路、比較器、 256r電阻t形網(wǎng)絡、樹狀電子開關、逐次逼近寄存器sar、控制與時序電路等。 輸出具有ttl三態(tài)鎖存緩沖器，可直接連到單片機數(shù)據(jù)總線上。 （2）引腳及功能 adc0808的芯片引腳如圖

21、2.3所示。 out1 21 add b 24 add a 25 add c 23 vref(+) 12 vref(-) 16 in3 1 in4 2 in5 3 in6 4 in7 5 start 6 out5 8 eoc 7 oe 9 clock 10 out2 20 out7 14 out6 15 out8 17 out4 18 out3 19 in2 28 in1 27 in0 26 ale 22 u1 adc0808 圖2.3 adc0808 的芯片引腳圖 引腳功能介紹如下所述： in0in7：8路模擬量輸入通道的端口。輸入信號為單極性，電壓范圍為0- 5v。 start，ale：s

22、tart為啟動控制輸入端口，start上跳沿時，所在內 部寄存器清零；start下跳時，開始進行a/d轉換；在a/d轉換期間， start就保持低電平。ale為地址鎖存控制信號端口。這兩個信號端可連接在一 起，當通過軟件輸入一個正脈沖，便立即啟動模/數(shù)轉換。 eoc，oe：eoc為轉換結束信號脈沖輸出端口，oe為輸出允許控制端門。 這兩個信號亦可連接在一起表示模/數(shù)轉換結束。oe端的電平由低變高，打開三態(tài) 輸出鎖存器，將轉換結果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。 ref(+)、ref(-)、vccgnd：ref(+)和ref(-)為參考電壓輸入端，vcc 為主電源輸入端，gnd為接地端。一般ref(+

23、)與vcc連接在一起，ref(-)與 gnd連接在一起。 clk：時鐘輸入端。adc0808的內部沒有時鐘電路，所需時鐘信號由外界 提供，因此有時鐘信號引腳。通常使用頻率為500khz以下時鐘信號。 adda、addb、addc：8路模擬開關的3位地址選通輸入端，以選擇 對應的輸入通道。 adc0808功能如下所述： 分辨率為8位； adc0808最大不可調誤差小于 1/2lsb，adc0809小于1lsb；由單一的+5v電源供電，模擬輸人范圍為 05v；具有鎖存控制的8路模擬開關；可鎖存三態(tài)輸出，輸出與ttl兼容； 功耗為15mw；不必進行零點和滿度調整；轉換速度取決于芯片的時鐘頻 率，時鐘

24、頻率范圍：10-1280khz，當clk=500khz時，轉換速度為128us。 adc0808與單片機at89c51接口連接如圖2.4。 eoc eoc xtal2 18 xtal1 19 ale 30 ea 31 psen 29 rst 9 p0.0/ad0 39 p0.1/ad1 38 p0.2/ad2 37 p0.3/ad3 36 p0.4/ad4 35 p0.5/ad5 34 p0.6/ad6 33 p0.7/ad7 32 p1.0 1 p1.1 2 p1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 p3.0/rxd 10 p3.1/txd 11 p

25、3.2/int0 12 p3.3/int1 13 p3.4/t0 14 p3.7/rd 17 p3.6/wr 16 p3.5/t1 15 p2.7/a15 28 p2.0/a8 21 p2.1/a9 22 p2.2/a10 23 p2.3/a11 24 p2.4/a12 25 p2.5/a13 26 p2.6/a14 27 u1 at89c51 out1 21 add b 24 add a 25 add c 23 vref(+) 12 vref(-) 16 in3 1 in4 2 in5 3 in6 4 in7 5 start 6 out5 8 eoc 7 oe 9 clock 10 out2

26、 20 out7 14 out6 15 out8 17 out4 18 out3 19 in2 28 in1 27 in0 26 ale 22 u3 adc0808 47% rv1 4.7k u3(clock) 圖2.4 adc0808 與單片機 at89c51 接口連接圖 2.1.3 譯碼器 74ls138 74ls1382是最常用的集成譯碼器之一，其引腳圖如圖2.5所示。 a 1 b 2 c 3 e1 6 e2 4 e3 5 y0 15 y1 14 y2 13 y3 12 y4 11 y5 10 y6 9 y7 7 u1 74ls138 圖2.5 74ls138 引腳圖 74ls138譯碼

27、器有3個輸入端a、b和c，8個輸出端y0y7，因此又 稱為3-8譯碼器。如圖中e1、e2和e3是3個控制輸入端（使能控制端），組 合控制譯碼器的選通和禁止，其中e2和e3為低電平有效。當= =0，e1=1 e2e3 時，譯碼器處于工作狀態(tài)，否則，當+=1或e1=0時，譯碼器被禁止（即譯 e2 e3 碼器不工作），此時，無論輸入的a、b、c為何狀態(tài)，譯碼器都無輸出。 在分析具有控制輸入端的組合電路時，要分清功能輸入信號（如74ls138的 a、b、c）和控制輸入信號（如74ls138的e1、e2、e3）。只有控制輸入處 于有效（使能）狀態(tài)時，功能輸入與輸出之間才有相應的邏輯關系。 74ls138

28、譯碼器的真值表如表2.1所示。 由真值表知，當+=1或e1=0時，譯碼器處于禁止狀態(tài)，輸出 e2 e3y0 全為1；當= =0，e1=1時，譯碼器被選通，處于工作狀態(tài)，譯碼器輸出 y7e2e3 與輸入之間的邏輯關系為： = ； = ； y0y1 = ； = ； y2y3 = 。 y7 e1e2e3 表 2.1 74ls138 譯碼器的真值表 控制輸入譯碼輸入輸出 e1+ e2 e3 abcy0y1y2y3y4y5y6y7 111111111 011111111 1000001111111 1000110111111 1001011011111 1001111101111 10100111101

29、11 1010111111011 1011011111101 1011111111110 如選用共陰極數(shù)碼管，則74ls138 與led接口方法如圖2.6所示。 圖 2.6 74ls138 與 led 連接 2.2 電磁爐無鍋檢測模塊 無鍋檢測電路的任務是檢查電磁爐上是否有鍋，若放有合適的鍋，便進行連續(xù) 加熱工作或者保溫工作；若沒有鍋，便停止加熱并發(fā)出無鍋報警，提示用戶現(xiàn)在無 鍋，以便做相應處理；如果在無鍋報警中途有鍋放上去了，則繼續(xù)加熱工作。 如圖 2.7 所示，本系統(tǒng)檢鍋模塊通過電流檢測電路來實現(xiàn)，檢測原理38：r17 分壓，d4、c10構成一個濾波電路，lm339作為電壓比較器；當lm3

30、39的 7 腳電壓高于6腳時，輸出一個高電平，可通過測定一個無鍋檢測電壓臨界值(0.94v)， 若當系統(tǒng)啟動50ms以上時，電壓小于此臨界值，則認為是無鍋，若無鍋，則從電 磁爐工作原理上進行解釋，即認為是內部加熱線圈沒有負載，也就沒有功耗，所以 主回路只有很小的輸入電流，取樣電壓也很低，即單片機檢測到的電壓將很低。系 統(tǒng)自動報警，關斷控制線；若電壓高于臨界值，則認為有鍋，恢復原來的工作狀態(tài)； 無鍋檢測時，按關機鍵，仍能關機。 無鍋檢測電路設計如圖2.7。 to 喇叭 tr2 tran-2p2s c9 r2 +5v 220v交流 d4 1n4148 r17c11 7 6 1 312 u6:a l

31、m339 q2 2n2369 +5v +5v c10 r18 25k 電流互感器 圖 2.7 無鍋檢測電路圖 2.3 定時控制模塊 電路包括信號發(fā)生器、時間顯示電路、按鍵電路以及指示電路等幾部分。 按鍵功能說明： k1：用來設置定時時間的小時，設置小時每按一下，時鐘加一。 k2：設置定時的分鐘，每按一下，分鐘加一。 k3：定時設定確認鍵，設置完后按一下k3確認并退出。顯示會自動從 00：00開始計時。 k4：定時設置，起始時間為00：00；設置首先按一下k4，然后按其他鍵設 置定時時間。 時鐘電路設計，原理圖中的c1、c2電容起著系統(tǒng)時鐘頻率微調和穩(wěn)定的作用， 因此，在本定時模塊中c1、c2選

32、擇30 pf，晶振頻率為12mhz。 其電路設計如圖2.8。 圖 2.8 定時控制電路圖 定時指示可以有聲或光兩種形式，本系統(tǒng)采用聲音指示。關鍵元件是揚聲器， 揚聲器有無源和有源兩種，前者需要輸入聲音頻率信號才能正常發(fā)聲，后者則只需 外加適當直流電源電壓即可，元件內部已封裝了音頻振蕩電路，在得電狀態(tài)下即起 振發(fā)聲。市場上的有源揚聲器分為3v、5v、6v等系列，以適應不同的應用需要。 定時電路是用比較器來比較計時系統(tǒng)和定時系統(tǒng)的輸出狀態(tài)，如果計時系統(tǒng)和定時 系統(tǒng)的輸出狀態(tài)相同，則發(fā)出一個脈沖信號，再和一個高頻信號混合，送到放大電 路驅動揚聲器發(fā)聲，從而實現(xiàn)定時報警的功能。 本次設計的定時時間可達

33、到24小時，用戶可根據(jù)自己的意愿任意設置定時的 時間，當定時時間到時，系統(tǒng)會自動報警以提示用戶進行相應的操作。若定時時間 還沒到，而用戶又想要中止時，則可通過面板上的相應按鍵進行中斷。 2.4 功率控制模塊 本設計的功率控制是基于控制pwm占空比來實現(xiàn)的，模塊主要由單片機和 adc0808組成。根據(jù)電源電壓（市電壓）利用相關公式并通過調節(jié)rv1的大小 來實現(xiàn)功率控制。結合實際，功率的測量用戶設定的 5 檔炒、炸、煮、煎、保溫火 力所對的功率分別為1600w、1400w、1200w、1100w、800w。設計預先實 現(xiàn)以下幾個步驟： (1) 控制公式4 要根據(jù)所設定的功率及當時所測市電電壓，來確

34、定要輸出的占空比，將i=p/v 代入上式，得: 占空比=0.156p/v-0.222 (2.1) 為了便于計算機處理，將占空比表示為pwm/128，128為一個pwm信號 周期計數(shù)值，32us為一個周期；功率p表示為ptab10，ptab為火力檔功率查表值， 由高至低分別為160(a0h)、140(8ch)、120(78h)、110(6eh)、80(50h)； 將v的測量解析式代入，得： pwm=128ptab/voladc28 (2.2) 市電電壓值與 adc 轉換值的近似解析公式： v=vol220/2.66=voladc79.4/51=1.557voladc (2.3) voladc為v

35、ol電壓adc值。 比較電壓vcmp與負荷電流的關系。 比較電壓vcmp的大小可以直接控制負荷電流，pwm信號正是通過控制 vcmp來達到控制負荷電流的目的。根據(jù)電路圖可得出它們之間的關系為： vcmp=5(1+20占空比)/21，它是線性且單調的，每一個pwm占空比都可 以得到唯一的一個vcmp 。因此，只要得到比較電壓vcmp與負荷電流的關系，就 可以得到pwm占空比與負荷電流的關系。本設計通過調整可變電阻來改變pwm 占空比，用pwm信號來控制負荷電流，從而達到控制功率的目的。 (2) 功率調節(jié)與控制 如電路圖2.9所示，市電的交流電源經橋式整流器變換為直流電，再經電壓諧 振變換器變換成

36、頻率為2040khz的交流電。橋式整流器br1（見電源電路） 的將市電的工頻電源變換為單向脈動的直流電，通過加熱線圈l1、二極管d5-d9 和功率管q3-q10等構成電壓諧振變換器。二極管d8、d9的作用是為部分諧振 電流提供通路，保護功率開關管。功率管是電壓諧振變換器的主開關。q3-q6將 pwm（pwm信號由單片機c51的p3.4口輸出）進行信號放大，q7-q9相當 于一個功率開關（用q表示） 。當主開關q導通時，使直流電壓加在l1上，l1 中的電流由開始按指數(shù)規(guī)律上升，通過ll向負載傳輸能量，l1 發(fā)熱，同時，ll中 也儲存能量。當主開關q關斷后，ll中的能量向cl中轉移而發(fā)生諧振。通過

37、調節(jié) rv1轉軸或滑柄，改變動觸點在電阻體上的位置，則改變了動觸點與任一個固定端 之間的電阻值，來確定要輸出的pwm占空比5。最后用軟件具體實現(xiàn)時，是用 pwm信號來控制負荷電流，即可自由調節(jié)和控制功率。由pwm信號得到的比較 電壓恒定，而電流負反饋信號隨輸出功率變化。當輸出功率大于設定功率時，得到 低電平的控制電平，輸出窄脈沖；當輸出功率小于設定功率時，得到高電平的控制 電平，輸出寬脈沖。這樣，就達到了按設定的功率穩(wěn)定輸出的目的。 功率控制電路設計如圖2.9： 220(+) 接c51的p3.4 220(-) r22 3k r21 680 q10 2n2369 q3 2n2369 r23 2k

38、 r24 1k r25 17 d5 1n4148 d6 1n4148 q5 2n2369 q4 2n2369 q6 2n2369 q7 2n2369 q8 2n2369 q9 2n2369 d7 1n4148 r27 200 d9 1n4148 d8 1n4148 c12 0.3f l1 r20 2.2k r28 18k c13 5uf +5v r26 3.3k 220v交流經整流 管輸出的電壓 加熱線圈 圖 2.9 功率控制電路圖 2.5 溫度自動控制模塊 溫度控制模塊包括定溫設置即電磁爐保溫，調溫和上、下限控制。定溫設置通 過調節(jié)電位器（rv1）的“” 、 “”進行設置定溫的大小，按一下“

39、”即溫 度值加 1，按一下“”即溫度值下降 1。本系統(tǒng)可以在溫度限制范圍內無限級選擇 要設置的溫度大小，設定后，系統(tǒng)自動處于保溫狀態(tài)。調溫時，同樣可以通過調節(jié) rv1的兩個鍵改變rv1電阻大小，經a/d0808轉換后輸出溫度5，溫度變化為 每級23度。溫度上、下限控制：若溫度高于上限或低于下限則自動報警，同時 超溫警示燈亮。 本次設計溫度上限為250度，下限為70度。當溫度達到250度或低于70度 時，峰鳴器會自動發(fā)出“b”的報警聲，同時超溫(紅)燈亮。 溫度控制電路設計如圖 2.10。 圖 2.10 溫度控制電路圖 2.6 顯示模塊 本次設計顯示分為數(shù)碼管顯示和led燈顯示。數(shù)碼管顯示主要有

40、定時顯示和 溫度顯示，采用了8位數(shù)碼管6和一個常用的3-8譯碼器74ls138實現(xiàn)系統(tǒng)定時 時間和溫度的數(shù)據(jù)顯示。在8位led顯示時，為了簡化電路，降低成本，采用動 態(tài)顯示的方式，8個led顯示器共用一個8位的i/o，8位led數(shù)碼管的位選線 分別由相應的p2.0p2.2控制， 由74ls138的輸出口a、b、c輸入經譯碼器 譯碼輸出端y0y7輸出，然后依次輸入到數(shù)碼管的位選81口。而將其相應的 段選線由p0.0p0.7依次輸入至數(shù)碼管的adp。系統(tǒng)中的數(shù)碼管集時間顯示 和溫度顯示于一體，不但減少元器件的數(shù)量，降低設計成本，而且用戶可更直觀的 運用顯示功能，使用更方便，實現(xiàn)產品人性化設計。 l

41、ed燈顯示主要有無鍋指示，超溫指示和系統(tǒng)工作正常指示。如圖2.11 中所 示，d1為無鍋指示燈，當系統(tǒng)檢測到無鍋時，d1燈亮；d2為正常指示燈，當系 統(tǒng)工作正常時，d2亮；d3為超溫指示燈，當系統(tǒng)溫度值大于250或小于70時， d3亮。 顯示電路如圖2.11： 圖 2.11 顯示電路圖 (1) 顯示時間： 譯碼顯示電路將“時” 、 “分”計數(shù)器的輸出狀態(tài)七段顯示譯碼器譯碼，通過 8位led七段顯示器高四位分別顯示時間的時十位、時個位、分十位、分個位。 校時電路時用來對“時” 、 “分” 顯示數(shù)字進行校對調整的。當電磁爐開機時，顯 示00：00，若要定時，則通過按鍵進行相應的設置：按一下k4，進

42、入定時設置， 數(shù)碼管顯示相應的時間，設置退出時顯示從00：00開始計時的時間；按一下 k1、k2分別顯示時間分、時的變化。 (2) 顯示溫度： 溫度由8位數(shù)碼管的低四位顯示（注：本系統(tǒng)中溫度顯示只用到數(shù)碼管的低3 位，分別顯示溫度百、十、個位）。溫度顯示的范圍為：0255。通過調節(jié)可變電 阻的大小來調節(jié)溫度的高低，并由數(shù)碼管顯示具體溫度數(shù)據(jù)。根據(jù)設計要求，結合 電磁爐工作的實際情況，本設計另設置了報警上下限，即上限為250，下限為70。 用一個led可顯示達到溫度上下限，當達到溫度上或下限時，該警示燈亮。 2.7 保護電路 在實際生活中，受多種因素的影響往往會出現(xiàn)市電過壓、欠壓現(xiàn)象，因此，作

43、為一種家用烹飪電器，其具有相應的保護功能。如圖2.12所示，其中 rv2，lm324的1、2、3腳和外圍組件組成欠壓保護電路79。其中 rv3，lm324的5、6、7腳和外圍組件組成過壓保護電路。電阻r5 r8為比 較器提供基準電壓， r4、r5、r6、r12、r14、r16為分壓電阻， vdl、vd2為耦合二極管。 電源電壓正常時，rv2輸出電壓使lm324的2腳電位大于3腳電位，其1 腳輸出低電平，單片機判斷電源電壓正常。當電源電壓低于160v時，rpl輸出電 壓使lm324的2腳電位小于3腳電位，其1腳輸出高電平，經 vd1、r12、r16分壓送入單片機進行欠壓判斷控制。電源電壓正常時，

44、rv3輸 出電壓使lm324的5腳電位大于6腳電位，其7腳輸出低電平，單片機判斷電源 電壓正常。當電源電壓高于245v時，rv3輸出電壓使lm324的5腳電位小于 6腳電位，其7腳輸出高電平，經vd2、r12、r16分壓送入單片機進行過壓判 斷控制。 to 89c51的vcc 220(+) 220(-) c20 1nf r4 10k r6 10k r14 10k r7 10k r8 10k r11 10k r3 10k r9 10k r15 10k r13 10k r10 10k r16 10k r5 10k vd1 1n4001 vd2 1n4001 r12 10k 3 2 1 411 u1

45、:a lm324 5 6 7 411 u1:b lm324 52% rv3 10k 59% rv2 10k 電壓來自電源 電路整流橋 圖 2.12 保護電路圖 過熱檢測和保護可參照溫度控制模塊，當系統(tǒng)溫度高于預定值時，系統(tǒng)自動報 警并作相應的處理。 2.8 按鍵模塊 按鍵設計如圖2.13所示， g k1 k2 k3 k4 to adc0808 52% rv1 1k 分分確確定定 時時定定時時 圖 2.13 按鍵設計圖 其中按鍵功能為： k4：定時設置，起始時間為00：00，設置首先按一下k4，然后按其他鍵設 置定時時間；k1：用來設置定時時間的時，設置小時每按一下，時鐘加一； k2： 設置定時

46、的分鐘，每按一下，分鐘加一； k3：定時設定確認鍵，設置完后按一下 k3確認并退出。 rv1的“” 、 “”鍵分別控制rv1阻值增加、減小，它主要有控制系統(tǒng) 兩大模塊即溫度和功率模塊，而且都是通過控制rv1的電阻來控制模塊功能。在 溫度控制中，調節(jié)rv1的“” 、 “”鍵改變其阻值經a/d轉換實現(xiàn)控制；在 功率控制中，調節(jié)rv1的“” 、 “”鍵改變其阻值經cpu輸出改變pwm 的輸出占空比則可實現(xiàn)功率控制。 2.9 報警模塊 利用程序來控制單處機某個口線的“高”電平或“低”電平，則在該口線上就 能產生一定頻率的矩形波，接上喇叭就能發(fā)出一定頻率的聲音，若再利用延時程序 控制“高”、“低”電平的

47、持續(xù)時間，就能改變輸出頻率，從而改變音調。 系統(tǒng)報警信號由單片機p3.4口接入揚聲器，有報警信號輸入時揚聲器發(fā)出 “b”的聲音。系統(tǒng)產生報警信號的情況：（1）當定時時間達到時；（2） 當溫度上限或下限達到時；（3）當系統(tǒng)檢測到無鍋時。 報警電路由一個揚聲器驅動電路8和一個揚聲器組成。 報警電路如圖2.14： p3.4 ls1 speaker d0 1n4148 q1 2n2905 r2 1k +5v 圖 2.14 報警電路圖 2.10 電源電路 電源是整個系統(tǒng)的能量來源，它直接關系到系統(tǒng)能否運行。在本系統(tǒng)中單片機、 數(shù)碼管顯示、定時、報警等電路需要5v的電源，因此電路中選用穩(wěn)壓芯片7805，

48、其最大輸出電流為1.5a，能夠滿足系統(tǒng)的要求，其電路9 10如圖2.15所示。 gnd br1 vi 1 vo 3 gnd 2 u57805 c5 2200u c6 2200u c7 330p c8 330p vcc 1 2 j1 tr1 tran-2p2s 圖 2.15 電源電路圖 第 3 章 程序設計 系統(tǒng)程序設計說明在進行微機控制系統(tǒng)設計時，除了系統(tǒng)硬件電路設計外，大 量的工作就是如何根據(jù)每個生產對象的實際需要設計應用程序。因此，程序設計在 微機控制系統(tǒng)設計中占重要地位。對于本系統(tǒng)，軟件更為重要。 在單片機控制系統(tǒng)中，大體上可分為數(shù)據(jù)處理、過程控制兩個基本類型。過程 控制程序主要是使單片

49、機按一定的方法進行計算，然后再輸出，以便控制系統(tǒng)準確 高效地實現(xiàn)各功能。 為了完成上述任務，在進行設計時，通常把整個過程分成若干個部分，每一部 分叫做一個模塊。所謂“模塊” ，實質上就是所完成一定功能，相對獨立的程序段， 這種程序設計方法叫模塊程序設計法。 模塊程序設計法的主要優(yōu)點是： （1）單個模塊比起一個完整的程序易編寫及調試； （2）模塊可以共存，一個模塊可以被多個任務在不同條件下調用； （3）模塊程序允許設計者分割任務和利用已有程序，為設計者提供方便。 本系統(tǒng)軟件采用模塊化結構，由主程序定時子程序、溫度控制子程序顯示子程 序等構成。 3.1 主程序流程 如圖3.1所示，系統(tǒng)啟動后，對整

50、個系統(tǒng)進行初始化，進入主程序循環(huán)。初始 化包括：口線初始化、測試鍵檢測、鍵盤顯示初始化、定時器中斷初始化、a/d轉 換初始化。開機啟動即開啟顯示，a/d轉換和系統(tǒng)內部定時；隨著系統(tǒng)工作的進行， 用戶可啟用中斷即可自行設置定時，定溫；當定時時間到或系統(tǒng)溫度超出設定范圍 時，系統(tǒng)自動開啟報警功能，提示用戶進行相應操作。程序代碼見附錄。 調用報警子程序 調用中斷子程序 調用轉換子程序 開啟定時、控溫 調用顯示子程序 置位初始化標志 系統(tǒng)初始化 開始 結束 如圖3.1 主程序流程圖 3.2 無鍋檢測程序流程 程序流程如圖3.2所示，本系統(tǒng)中的無鍋檢測利用電流檢測電路進行檢測，系 統(tǒng)檢測到無鍋檢測標志e

51、mpty 為1時，系統(tǒng)認為是無鍋；否則為有鍋。無鍋時， 無鍋警示燈（d1紅燈）亮。 檢測入口 電流檢測 置無鍋檢測標志為 1 無鍋檢測標 志為 1？ 判為無鍋 無鍋指示燈亮 判為有鍋 系統(tǒng)繼續(xù)工作 yn 圖 3.2 無鍋檢測流程圖 轉換復位 啟動轉換 允許轉換輸出 讀轉換結果 有轉換結束信號 n y 子程序返回 3.3 a/d 轉換程序流程 a/d轉換流程如圖3.3所示，首先系統(tǒng)自動轉換復位，啟動a/d轉換，將模 擬值通過adc0808轉換為具體可視化數(shù)字，并可以通過數(shù)碼管顯示出來。本次設 計將溫度和壓力轉換為數(shù)值。程序代碼見附錄。 圖 3.3 a/d 轉換流程圖 3.4 外部中斷 外部中斷程

52、序流程圖如圖3.4所示，系統(tǒng)進行定時設置時，啟動外部中斷。開 始掃描按鍵，當k4按下，可進行定時設置； k1設置定時的分鐘，按一k1則分 鐘加一； k2設置定時的時鐘的時，按一下k2則時鐘加一；k3設置定時確定并 退出。程序代碼見附錄。 設置定時的分 關 t1 標志位清 0 p2 口數(shù)據(jù)送累加器 入口 k4 按下？ k1 按下？ 設置定時的時 k2 按下？ n n n n n n y n n n n n y n n 中斷返回 y n n 確定定時設置 k3 按下？ n n n y n n 圖3.4 外部中斷流程圖 3.5 定時模塊流程 時間控制主模塊的程序框圖如圖3.5所示，程序代碼見附錄。

53、cpu 系統(tǒng)初始化 定時初始化 中斷初始化 cpu系統(tǒng)初始化 始 化 串行口初始化 顯示待機指示符 設置定時時間 顯示刷新 啟動計時 有關變量初始化 刷新顯示 報警 設置好定時時間 定時時間到? 1 秒鐘到了嗎? 時或分變化了嗎 延時 1 1 n n n n y y y y 圖3.5 定時控制主流程圖 3.5.1 內部定時中斷 內部定時器中斷如圖3.6所示，由于定時器中斷可能發(fā)生在主程序的任何地方， 因此對主程序和中斷服務程序都要用到的資源必須加以保護，如累加器a，在退出 中斷服務程序時將其恢復。此定時中斷還可被用于任何需要不是很嚴格的定時控制 的場合。例如，揚聲器延時，可在程序的任何地方打開

54、揚聲器，同時設置延時時間 計數(shù)器在每次1分鐘，1分鐘過后，揚聲器立即自動關斷。 此外，定時計數(shù)、無鍋檢測延時等，均可在此中斷中進行，一般情況下，在主 程序中可不必為實現(xiàn)一個與時間控制有關功能而專門編寫一段軟件延時程序。程序 代碼見附錄。 入口 數(shù)據(jù)保護 出棧，返回 時鐘清 0 時鐘加 1 分鐘加 1 開始秒計時 p3.4 取反 t0 重裝初值 m_balarm=1? m_btemp=1? 60 秒到了？ 60 分到了？ 24 時到了？ 2 n y y y y n n n n y 2 其程序流程圖如圖3.6： 圖 3.6 內部中斷流程圖 3.5.2 定時功能的實現(xiàn) 定時功能的實現(xiàn)涉及到兩個方面：

55、時間設定和是否達到設定時間判別與相應處 理。當時十位、時個位、分十位、分個位中任一位發(fā)生改變（進位）時，就必須進 行報警判別。譯碼顯示電路將“時” 、 “分”計數(shù)器的輸出送到七段顯示譯碼驅動器 譯碼驅動，通過八位七段led顯示器的低四位顯示出來。電路根據(jù)計時系統(tǒng)的輸 出狀態(tài)產生一脈沖信號，然后加上一個高頻或低頻信號送到放大電路驅動揚聲器發(fā) 聲實現(xiàn)報警。校時電路是直接加一個脈沖信號到時計數(shù)器或者分計數(shù)器或者秒計數(shù) 器來對“時” 、 “分”顯示數(shù)字進行校對調整。程序代碼見附錄。 其流程圖如圖3.7所示： 初始化 顯示 計時 調時定時修改值 讀鍵 有報警？ =定時值 判斷 報警標志 報警 y y n

56、 n 定時判別處理 時十、個位，分十、個位改變了 設置定時標志清除定時標志 設置了定時？ 當前時間是設 定時間？ 中斷返回 n y y n （a） (b) 圖 3.7 定時控制子程序流程圖 3.6 溫度控制程序流程 溫度控制流程圖如圖3.8所示，溫度控制道先進行設溫度初始化unsigned char m_bttemp，啟動a/d轉換。讀adc0808 (每250毫秒讀一次)數(shù)據(jù)標志 bit m _bread data = 0，判斷是否有溫度調整，延時并顯示。程序代碼見附錄 。 設初值 開始 啟動 a/d 轉換 是否調整？ 調上限調下限 顯示 中斷完畢？ 開始 設定溫度值 顯示溫度值 延時 退出

57、 是 否 否 是 圖 3.8 溫度控制流程圖 3.7 基本顯示模塊流程 基本顯示模塊設計的重點是由顯示代碼取得相應的段碼，顯示段碼數(shù)據(jù)的并行 發(fā)送，高精度的計時工具大多數(shù)都使用了石英晶體振蕩器，用led數(shù)碼管代替顯 示器代替指針顯示。程序代碼見附錄。 開始 讀取溫度數(shù)據(jù) 分配溫度高低位 調用轉換子程序 調溫了嗎 顯示已調溫度 n y 顯示當前溫度 返回 3.7.1 顯示時間程序流程 如圖3.9所示： 圖 3.9 顯示時間流程圖 3.7.2 顯示溫度程序流程圖 其流程圖如圖3.10 圖 3.10 溫度顯示流程圖 將 16 進制時分數(shù)據(jù)轉化為 bcd 顯示代碼 關顯示以免顯示抖動 通過 p2 口將

58、時分數(shù)據(jù)傳入數(shù)碼管 打開顯示 超溫報警入口 標志位清 0 警示燈 d3 亮 d3 不亮 red_temp = 1 標志位清 0 警示燈 d3 亮 符號位清 0 讀溫度 高于上限？ 低于下限？ n n y y 3 5 4 4 5 3 3.8 報警模塊流程 3.8.1 定時報警程序流程圖 其程序流程圖如圖3.11，程序代碼見附錄。 報警程序入口 調用定時報警 標志位置 0標志位置 1 當前時間與設定 時間相同？ 報警程序返回 n y 圖 3.11 定時報警程序流程圖 3.8.2 超溫報警 圖 3.12 超溫報警流程圖 第 4 章 系統(tǒng)仿真與調試 仿真部分采用proteus professional

59、 7.4和keil 軟件結合完成。 4.1 系統(tǒng)仿真 proteus是英國labcenter electronics公司研發(fā)的 eda 設計軟件， 是一個 基于prospice混合模型仿真器的，完整的嵌入式系統(tǒng)軟、硬件設計仿真平臺。 proteus不僅可以做數(shù)字電路、模擬電路、數(shù)?；旌想娐返姆抡?，還可進行多種 cpu的仿真，涵蓋了51、pic、avr、hc11、arm等處理器，真正實現(xiàn)了 在計算機上從原理設計、電路分析、系統(tǒng)仿真、測試到pcb板完整的電子設計， 實現(xiàn)了從概念到產品的全過程4。 4.1.1 原理圖繪制 （1）新建文件：打開proteus， 點file，在彈出的下拉菜單中選擇 ne

60、w design，即進入原理圖繪制界面。 （2）元器件選?。喊丛O計要求，在對象選擇窗口中點p，彈出pick devices對話框，在keywords中填寫要選擇的元器件，然后在右邊對話框 中選中要選的元器件，則元器件列在對象選擇的窗口中。 （3）放置元器件、電源和地、連線，得到系統(tǒng)電路圖，最后進行電氣檢測。 4.1.2 程序的設計與編譯 proteus軟件有自帶編譯器，有asm的、pic的、avr的匯編器等， 本次設計，采用keil2編譯集成調試軟件來調試程序，通過各個模塊程序的單步或 跟蹤調試，使程序逐漸趨于正確，最后統(tǒng)調程序4。 keil c51單片機軟件開發(fā)系統(tǒng) keil 提供了包括 c