微波爐控制器的設(shè)計[1]

1、主要研究內(nèi)容目標(biāo)特色本文主要給出基于單片機控制的可編程的微波爐定時系統(tǒng)。除了可以實現(xiàn)常規(guī)的火力大小選擇和定時控制基本功能之外，又用步進電機模擬微波爐的轉(zhuǎn)盤。該設(shè)計由數(shù)碼管顯示時間，發(fā)光二極管顯示火力大小，時間結(jié)束時蜂鳴及步進電機模擬微波爐的轉(zhuǎn)盤等模塊構(gòu)成。成果描述通過調(diào)試后可以實現(xiàn)常規(guī)的火力大小選擇和定時控制基本功能，并且可以用步進電機模擬微波爐的轉(zhuǎn)盤。成果價值在現(xiàn)代生活中，微波爐已經(jīng)成為生活的一部分，因此有較大的研究價值。 開展本課題的意義及工作內(nèi)容：在現(xiàn)代人快節(jié)奏生活中，微波爐已經(jīng)成為便捷生活的一部分。隨著控制技術(shù)和智能技術(shù)的發(fā)展，微波爐也向著智能化、信息化發(fā)展。本文主要給出基于單片機控制

2、的可編程的微波爐定時系統(tǒng)。除了可以實現(xiàn)常規(guī)的火力大小選擇和定時控制基本功能之外，又用步進電機模擬微波爐的轉(zhuǎn)盤。該設(shè)計由數(shù)碼管顯示時間，發(fā)光二極管顯示火力大小，時間結(jié)束時蜂鳴及步進電機模擬微波爐的轉(zhuǎn)盤等模塊構(gòu)成。本設(shè)計的主要工作內(nèi)容是通過學(xué)習(xí)定時和步進電機驅(qū)動，結(jié)合所學(xué)的課程設(shè)計出微波爐控制器。通過設(shè)計掌握微波爐控制器的設(shè)計原理與方法。一、 課題工作的總體安排及進度：第一周：收集資料。第二周：選好研究課題，并寫好開題報告。第三周至第四周：電路設(shè)計與仿真，通過分析仿真結(jié)果分析改進電路。第五周至第七周：領(lǐng)取元件進行電路制作與焊接以及調(diào)試。第八周：在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下撰寫畢業(yè)論文。第九周：準(zhǔn)備答辯。二、

3、 課題預(yù)期達(dá)到的效果：本論文同時還設(shè)計了手動按鍵來進行定時，有開關(guān)按鍵、加減鍵、火力大小選擇鍵。加減鍵用來控制微波爐烹調(diào)時間，即數(shù)碼管顯示時間。當(dāng)火力大小選擇鍵按下時，系統(tǒng)就自動顯示代表相應(yīng)火力大小的發(fā)光二極管發(fā)光。當(dāng)烹調(diào)的時間到了，微波爐除了會蜂鳴提醒用戶烹調(diào)時間到了之外，還會在完成烹調(diào)后自動斷電停止工作。并且控制步進電機的運轉(zhuǎn)，來實現(xiàn)微波爐轉(zhuǎn)盤的模擬運行。二、文獻綜述現(xiàn)有市售的微波爐其主要弊端為:不能按既有程序進行烹調(diào),在節(jié)能方面也未做過多考慮。烹調(diào)經(jīng)驗告訴我們,家常菜大多可按固定程序烹調(diào)、燉肉、煮飯、烘烤。若采取分時、分檔火力加熱,則可節(jié)能。微波爐控制系統(tǒng)功能比較齊全,在火力檔位設(shè)了解凍

4、、烹調(diào)、烘烤、保溫、自定義加熱、自定義烹調(diào)以及按給定程序烹調(diào)等七種主要功能,其中程序烹調(diào)共設(shè)置了八種不同的烹調(diào)流程,供用戶選擇。在控制方面,實現(xiàn)了智能化,信息化管理,并且具有密碼開鎖功能,即只有知道相應(yīng)模式鍵繼續(xù)運行的號碼的人,才能對該機進行操作等等功能。 STC12C5404AD單片機是具有全新流水線和精簡指令集結(jié)構(gòu)的高速率、低功耗新一代單片機。它帶有8路10位精度ADC、4路PWM/PCA（可編程計數(shù)器陣列）、SPI同步通信口以及內(nèi)部集成的MAX810專用復(fù)位電路。這些特點不但增加了開發(fā)者的使用靈活性，同時還可以幫助用戶減小PCB尺寸和系統(tǒng)成本。此外，STC12C5404AD型處理器還可以

5、通過串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶程序，從而使其適合于在系統(tǒng)（ISP）及在應(yīng)用(IAP）中編程，因而可為許多計算密集的嵌入式控制應(yīng)用領(lǐng)域提供功能強大、使用靈活且性價比高的解決方案。STC12C5404AD是STC系列單片機，采用RISC型CPU內(nèi)核，兼容普通8051指令集，片內(nèi)含有10KB Flash 程序存儲器，2KB Flash 數(shù)據(jù)存儲器，512B RAM 數(shù)據(jù)存儲器，同時內(nèi)部還有看門狗（WDT）；片內(nèi)集成MAX810專用復(fù)位電路、8通道10位ADC以及4通道PWM，具有在系統(tǒng)編程（ISP）和在應(yīng)用編程（IAP），片內(nèi)資源豐富、集成度高、使用方便。STC12C5404AD對系統(tǒng)的

6、工作進行實施調(diào)度，實現(xiàn)外部輸入?yún)?shù)的設(shè)置、蓄電池及負(fù)載的管理、工作狀態(tài)的指示等。電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成。只要在線圈兩端加上一定的電壓,線圈中就會流過一定的電流,從而產(chǎn)生電磁效應(yīng),銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯,從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點(常開觸點)吸合。當(dāng)線圈斷電后,電磁的吸力也隨之消失,銜鐵就會在彈簧的反作用力下返回原來J21,J22的位置,使動觸點與原來的靜觸點(常閉觸點)吸合。同時常開觸點斷開。這樣選用合適的繼電器就可以用小電壓和電流控制大功率的設(shè)備,由于控制部分和觸點電氣絕緣,就比較方便和安全。繼電器有2個常開接點。當(dāng)產(chǎn)生較短時間的

7、紅外信號時,Q2經(jīng)延時導(dǎo)通,C點為高電平,此時Q5導(dǎo)通,繼電器動作,其接點J21,J22同時吸合,J22接通被控制的電器電源,J21閉合使繼電器不通過Q2就繼續(xù)吸合,這種情況通常稱為“自鎖”。所以這時即使RI不再收到信號,因電源經(jīng)R11向Q5提供偏置,故Q5一直保持導(dǎo)通。當(dāng)接收到較長時間的紅外信號時,Q3導(dǎo)通,使得Q4導(dǎo)通這時Q5強迫截止,繼電器中的磁感應(yīng)線圈沒有電流通過,銜鐵釋放。被控電器電源斷開,其接點J21,J22斷開。步進電機作為控制執(zhí)行元件，響應(yīng)速度快、定位精度高、無積累誤差、驅(qū)動電路及控制方法簡單，是機電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)和精密機械等領(lǐng)域。但步進電機

8、系統(tǒng)仍存在一些缺陷：低頻共振、低速運行平穩(wěn)性較差；高速運行的快速響應(yīng)能力較差、易失步、效率較低等。目前普遍認(rèn)為最有效的解決方法是細(xì)分法。常用的細(xì)分法是用單片機實現(xiàn)或?qū)⒓?xì)分參數(shù)存在EPROM類非易失性存儲器中通過邏輯電路實現(xiàn)細(xì)分輸出。然而此類方法存在單片機易受電機干擾，電路復(fù)雜、調(diào)試及研發(fā)周期較長等缺點。本文提出一種利用FPGA設(shè)計技術(shù)實現(xiàn)步進電機控制電路的方案，具有修改方便，使用靈活，可靠性高，可移植性強等優(yōu)點。步進電機工作原理步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。當(dāng)步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（稱為“步距角”），它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一

9、步一步運行的。步進電機區(qū)別于其他控制電機的最大特點是，通過輸入脈沖信號來進行控制，即電機的總轉(zhuǎn)動角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機的轉(zhuǎn)速由脈沖信號頻率決定。步進電機的驅(qū)動電路根據(jù)控制信號工作，控制信號由各類控制器來產(chǎn)生。其基本工作原理如下：控制換相順序，通電換相。這一過程稱為“脈沖分配”。例如：四相步進電機的單四拍工作方式，其各相通電順序為A-B-C-D。通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制A、B、C、D相的通斷，控制步進電機的轉(zhuǎn)向。如果給定工作方式正序換相通電，則步進電機正轉(zhuǎn)；如果按反序換相通電，則電機就反轉(zhuǎn)。這樣就可以通過控制脈沖“相位”來改變定子繞組的通電順序，從而達(dá)到控制電機正反轉(zhuǎn)的目的

10、?？刂撇竭M電機的速度。如果給步進電機發(fā)一個控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個脈沖，它會再轉(zhuǎn)一步。兩個脈沖的間隔越短，步進電機就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整控制器發(fā)出的脈沖頻率，通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進電機技術(shù)參數(shù)步進電機有一個重要的技術(shù)參數(shù)：空載啟動頻率，即步進電機在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動頻率應(yīng)更低。如果要使電機達(dá)到高速轉(zhuǎn)動，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻。因此步進電機低速啟動運轉(zhuǎn)，若高于一定速度就無法啟動，并伴有嘯叫聲。步進電機細(xì)

11、分驅(qū)動原理所謂細(xì)分驅(qū)動就是把機械步距角細(xì)分戍若干個電的步距角，當(dāng)轉(zhuǎn)子從一個位置轉(zhuǎn)到下一個位置的時候，會出現(xiàn)一些“暫態(tài)停留點”，這樣使得電機啟動時的過調(diào)量或者停止時的過調(diào)量就會減小，電機軸的振動也會減小，使電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程變得更加平滑，更加細(xì)膩，從而減小了噪聲。步進電機的細(xì)分控制從本質(zhì)上講是對步進電機的勵磁繞組中的電流的控制，使步進電機內(nèi)部的合成磁場為均勻的圓形旋轉(zhuǎn)磁場，從而實現(xiàn)步進電機步距角的細(xì)分。相鄰兩合成磁場矢量之間的夾角大小決定了步距角的大小。要想實現(xiàn)對步進電機步距角均勻細(xì)分控制，必須合理控制電機繞組中的電流，使步進電機內(nèi)部合成磁場的幅值恒定；每個進給脈沖所引起的合成磁場的角度變化要均勻

12、。步進電機細(xì)分驅(qū)動技術(shù)可以減小步進電機的步距角，提高電機運行的平穩(wěn)性增加控制的靈活性等。步進電機驅(qū)動原理步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或直線位移的精密執(zhí)行元件,它不能直接與交直流電源相連,而只能使用專用的步進電機控制器。L297/298混合驅(qū)動電路 L297單片步進電機控制器集成電路適用于雙極性兩相步進電機或單極性四相步進電機控制。L297輸出信號可控制L298雙H橋驅(qū)動集成電路,用來驅(qū)動電壓為46V,每相電流為2.5A以下的步進電機。L297的核心是脈沖分配器。它產(chǎn)生三種相序信號,對應(yīng)三種不同的工作方式,分別為半步(HALFTEP)方式,基本步距(FULLSTEP,整步)一相激勵方

13、式,基本步距兩相激勵方式。脈沖分配器內(nèi)部是一個3bit可逆計數(shù)器,加上一些組合邏輯,產(chǎn)生每周期八步格雷碼時序信號,此時HALF/FULL設(shè)置為低電平,即半步工作方式的時序信號。也可以選擇基本步距工作方式,即雙四拍全階梯工作方式,此時HALF/ULL設(shè)置為低電平。L297設(shè)有兩個PWM斬波器,目的是控制相繞組電流,實現(xiàn)斬波控制,以獲得良好的轉(zhuǎn)矩2頻率特性。每個斬波器由一個比較器、一個RS觸發(fā)器和外接采樣電阻組成,并設(shè)有一個公用振蕩器,向兩個斬波器提供觸發(fā)脈沖信號。脈沖頻率f是由外接RC網(wǎng)絡(luò)決定的,當(dāng)R>10K歐時,f=1/0.69RC。振蕩脈沖使觸發(fā)器置“1”,電機繞組相電流上升,采樣電阻

14、Rs的電壓上升到基準(zhǔn)電壓Vref時,比較器翻轉(zhuǎn),使觸發(fā)器復(fù)位,功率開關(guān)關(guān)斷,電流下降。等待下一個振蕩器脈沖的到來。這樣,觸發(fā)器的輸出是恒頻的PWM信號,調(diào)制L297的輸出信號。相繞組電流峰值由Vref來整定。L298是雙H橋高電壓大電流功率集成電路,可驅(qū)動繼電器、線圈、直流電機和步進電機等電感性負(fù)載。輸入為標(biāo)準(zhǔn)的TTL邏輯電平信號,用來控制H橋的開與關(guān)。L298集成芯片為具有15個引腳的多瓦數(shù)直插式封裝,由于發(fā)熱量大,要加裝散熱器。數(shù)碼管的驅(qū)動分為動態(tài)驅(qū)動和靜態(tài)驅(qū)動兩種。9所謂靜態(tài)驅(qū)動，就是將數(shù)碼管每個LED燈對應(yīng)一個I/O口，通過單片機的端口來控制LED燈的亮和滅。I/O口之間互相獨立。這樣

15、的優(yōu)點是驅(qū)動很簡單，只需要用I/O口直接控制LED.一般來說，靜態(tài)驅(qū)動比動態(tài)驅(qū)動占用的I/O口多。但靜態(tài)驅(qū)動方式簡單不容易出錯。步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)換為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。當(dāng)步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（稱為“步距角”），旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，進行調(diào)速。步進電機可以作為一種控制用的特種電機，利用其沒有積累誤差的特點，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制?，F(xiàn)在比較常用的步進電機,包括反應(yīng)式步進電機(VR)、永磁式步進電機(PM)、混合式步進電機(HB)和單相式步進電機等。永磁式步進電機一般為兩相，轉(zhuǎn)矩

16、和體積較小，步進角一般為7.5°或15°；反應(yīng)式步進電機一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進角一般為.5°,但噪聲和振動都很大。反應(yīng)式步進電機的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩?；旌鲜讲竭M電機是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點。它又分為兩相和五相：兩相步進角一般為1.8°，而五相步進角一般為0.72°。與靜態(tài)顯示方法不同，動態(tài)顯示驅(qū)動的設(shè)計方法是將數(shù)碼管的驅(qū)動端一對一連接在一起接單片機的數(shù)據(jù)口，而將各個數(shù)碼管的公共端單獨送至單片機的I/O進行片選。通過片選信號依次點亮各個數(shù)碼管，由于人眼有視覺暫留的特性，因此如果第

17、一個數(shù)碼管滅和第二個數(shù)碼管亮之間的時間足夠短，人眼是感覺不出數(shù)碼管的變化的。微波爐控制器的設(shè)計【摘要】在現(xiàn)代人快節(jié)奏生活中，微波爐已經(jīng)成為便捷生活的一部分。隨著控制技術(shù)和智能技術(shù)的發(fā)展，微波爐也向著智能化、信息化發(fā)展。本文主要給出基于單片機控制的可編程的微波爐定時系統(tǒng)。除了可以實現(xiàn)常規(guī)的火力大小選擇和定時控制基本功能之外，又用步進電機模擬微波爐的轉(zhuǎn)盤。該設(shè)計由數(shù)碼管顯示時間，發(fā)光二極管顯示火力大小，時間結(jié)束時蜂鳴及步進電機模擬微波爐的轉(zhuǎn)盤等模塊構(gòu)成。引言31、 系統(tǒng)總體設(shè)計3 1.1 設(shè)計要求3 1.2 系統(tǒng)組成方框圖32、 芯片性能特點介紹4 2.1 單片機STC12C5404AD4 2.2

18、 高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列ULN20034 2.3 四位數(shù)碼管6 2.4 繼電器 JRC-21F(4100)6 2.5 步進電機M42SP-573、系統(tǒng)硬件設(shè)計8 3.1 顯示模塊8 3.2按鍵電路8 3.3蜂鳴模塊8 3.4 火力檔位選擇模塊9 3.5 步進電機驅(qū)動模塊104、 系統(tǒng)軟件設(shè)計11 4.1主程序流程圖11 4.2按鍵掃描流程圖12 4.3定時0中斷流程圖14 4.4定時1中斷流程圖155、 系統(tǒng)測試及分析156、 結(jié)論16致謝詞16參考文獻16附錄17 1.protel原理圖17 2.PCB圖17 3.元件清單18 4.程序清單18引言微波爐是一種用微波加熱食品的現(xiàn)代化烹調(diào)灶具

19、。在現(xiàn)代生活中，微波爐已經(jīng)成為生活的一部分。烹調(diào)經(jīng)驗告訴我們,家常菜大多可按固定程序烹調(diào)、燉肉、煮飯、烘烤。1人們可以利用微波爐進行加熱，烹調(diào)等等。用戶只要按照固定的程序，如選擇好分檔火力，設(shè)定好時間，就可以開始進行烹調(diào)。等時間到了，食物也就烹制完成。本設(shè)計擁有微波爐簡單的定時控制系統(tǒng)，并且控制步進電機的運轉(zhuǎn)來實現(xiàn)微波爐的模擬運行。 1、系統(tǒng)總體設(shè)計1.1 設(shè)計要求應(yīng)用單片機STC12C5404AD的I/O端口P1.0P1.7驅(qū)動數(shù)碼管顯示，而單片機INT0(外部中斷0)和INT1（外部中斷1）控制數(shù)碼管顯示前兩位（我用的是四位是數(shù)碼管）。另外的I/O端口P2.5P2.7控制發(fā)光二極管低電平點

20、亮。定時值可以通過手動按鍵調(diào)節(jié)且結(jié)果直接在兩位數(shù)碼管上顯示出來。單片機STC12C5404AD端口P2.4引腳連接到蜂鳴器驅(qū)動電路，控制蜂鳴器蜂鳴。本論文同時還設(shè)計了手動按鍵來進行定時，有開關(guān)按鍵、加減鍵、火力大小選擇鍵。加減鍵用來控制微波爐烹調(diào)時間，即數(shù)碼管顯示時間。當(dāng)火力大小選擇鍵按下時，系統(tǒng)就自動顯示代表相應(yīng)火力大小的發(fā)光二極管發(fā)光。當(dāng)烹調(diào)的時間到了，微波爐除了會蜂鳴提醒用戶烹調(diào)時間到了之外，還會在完成烹調(diào)后自動斷電停止工作。并且控制步進電機的運轉(zhuǎn)，來實現(xiàn)微波爐轉(zhuǎn)盤的模擬運行。1.2 系統(tǒng)組成方框圖主控模塊蜂鳴模塊按鍵模塊顯示模塊單片機控制步進電機，模擬微波爐的運行圖1-1 系統(tǒng)模塊組成

21、方框圖2、 芯片性能特點介紹2.1 單片機STC12C5404AD STC12C5404AD單片機是具有全新流水線和精簡指令集結(jié)構(gòu)的高速率、低功耗新一代單片機。它帶有8路10位精度ADC、4路PWM/PCA（可編程計數(shù)器陣列）、SPI同步通信口以及內(nèi)部集成的MAX810專用復(fù)位電路。2這些特點不但增加了開發(fā)者的使用靈活性，同時還可以幫助用戶減小PCB尺寸和系統(tǒng)成本。此外，STC12C5404AD型處理器還可以通過串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶程序，從而使其適合于在系統(tǒng)（ISP）及在應(yīng)用(IAP）中編程，因而可為許多計算密集的嵌入式控制應(yīng)用領(lǐng)域提供功能強大、使用靈活且性價比高的解決方案。

22、STC12C5404AD是STC系列單片機，采用RISC型CPU內(nèi)核，兼容普通8051指令集，片內(nèi)含有10KB Flash 程序存儲器，2KB Flash 數(shù)據(jù)存儲器，512B RAM 數(shù)據(jù)存儲器，同時內(nèi)部還有看門狗（WDT）；片內(nèi)集成MAX810專用復(fù)位電路、8通道10位ADC以及4通道PWM，具有在系統(tǒng)編程（ISP）和在應(yīng)用編程（IAP），片內(nèi)資源豐富、集成度高、使用方便。3STC12C5404AD對系統(tǒng)的工作進行實施調(diào)度，實現(xiàn)外部輸入?yún)?shù)的設(shè)置、蓄電池及負(fù)載的管理、工作狀態(tài)的指示等。 圖2-1 單片機STC12C5404AD引腳排列2.2 高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列ULN2003ULN20

23、03是高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列，由七個硅NPN達(dá)林頓管組成。 該電路的特點如下： ULN2003的每一對達(dá)林頓都串聯(lián)一個2.7K的基極電阻,在5V的工作電壓下它能與TTL和CMOS電路直接相連，可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。ULN2003工作電壓高，工作電流大，灌電流可達(dá)500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時承受50V的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運行。ULN2003采用DIP16或SOP16塑料封裝。表2-1和表2-2分別是ULN2003的極限值和電特性(若無其它規(guī)定，Tamb=25)。圖2-2 ULN2003方框圖表2-1 極限值(若無其它規(guī)定，Tamb=25)表2-2 電特性

24、(若無其它規(guī)定，Tamb=25)2.3 四位數(shù)碼管 數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點顯示）；按能顯示多少個“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到

25、地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字。 內(nèi)部的四個數(shù)碼管共用adp這8根數(shù)據(jù)線，為人們的使用提供了方便，因為里面有四個數(shù)碼管，所以它有四個公共端，加上adp，共有12個引腳，下面便是一個共陰的四位數(shù)碼管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖（共陽的與之相反）。引腳排列依然是從左下角的那個腳（1腳）開始，以逆時針方向依次為112腳，下圖中的數(shù)字與之一一對應(yīng)。圖2-3 四位數(shù)碼管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2.4 繼電器 JRC-21F(4100) 繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系

26、統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。當(dāng)輸入量(如電壓、電流、溫度等)達(dá)到規(guī)定值時，使被控制的輸出電路導(dǎo)通或斷開的電器?？煞譃殡姎饬?如電流、電壓、頻率、功率等)繼電器及非電氣量(如溫度、壓力、速度等)繼電器兩大類。具有動作快、工作穩(wěn)定、使用壽命長、體積小等優(yōu)點。廣泛應(yīng)用于電力保護、自動化、運動、遙控、測量和通信等裝置中。電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點彈簧等組成。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會

27、在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力下返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）吸合。同時常開觸點斷開。4 這樣選用合適的繼電器就可以用小電壓和電流控制大功率的設(shè)備，由于控制部分和觸點電氣絕緣，就比較方便和安全。2.5 步進電機M42SP-5步進電機作為控制執(zhí)行元件，5響應(yīng)速度快、定位精度高、無累積誤差、驅(qū)動電路及控制方法簡單，是機電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)和精密機械等領(lǐng)域。步進電機在控制系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用。6它可以把脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移，并

28、且可用作電磁制動輪、電磁差分器、或角位移發(fā)生器等。步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或直線位移的精密執(zhí)行元件,它不能直接與交直流電源相連,而只能使用專用的步進電機控制器。 現(xiàn)在比較常用的步進電機,包括反應(yīng)式步進電機(VR)、永磁式步進電機(PM)、混合式步進電機(HB)和單相式步進電機等。永磁式步進電機一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進角一般為7.5°或15°；反應(yīng)式步進電機一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進角一般為.5°,但噪聲和振動都很大。反應(yīng)式步進電機的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩?；旌鲜讲竭M電機是指混合了永磁式和

29、反應(yīng)式的優(yōu)點。7 它又分為兩相和五相：兩相步進角一般為1.8°，而五相步進角一般為0.72°。步進電機M42SP-5為一四相步進電機，采用單極性直流電源供電。只要對步進電機的各相繞組按合適的時序通電，就能使步進電機步進轉(zhuǎn)動。圖1是該四相反應(yīng)式步進電機工作原理示意圖。圖2-4  四相步進電機步進示意圖 開始時，開關(guān)SB接通電源，SA、SC、SD斷開，B相磁極和轉(zhuǎn)子0、3號齒對齊，同時，轉(zhuǎn)子的1、4號齒就和C、D相繞組磁極產(chǎn)生錯齒，2、5號齒就和D、A相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。當(dāng)開關(guān)SC接通電源，SB、SA、SD斷開時，由于C相繞組的磁力線和1、4號齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)

30、子轉(zhuǎn)動，1、4號齒和C相繞組的磁極對齊。而0、3號齒和A、B相繞組產(chǎn)生錯齒，2、5號齒就和A、D相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。依次類推，A、B、C、D四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會沿著A、B、C、D方向轉(zhuǎn)動。    四相步進電機按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉(zhuǎn)動力矩小。八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持較高的轉(zhuǎn)動力矩又可以提高控制精度。    單四拍、雙四拍與八拍工作方式的電源通電時序與波形分別如圖2-5的a、b、c所示。圖

31、2-5 步進電機工作時序波形圖3、系統(tǒng)硬件設(shè)計 3.1 顯示模塊方案一：采用LCD液晶顯示器顯示。它可視面積大，畫面好，抗干擾能力強，可以節(jié)省軟件中斷資源，其缺點是顯示內(nèi)容需要存儲字摸信息，需要一定存儲空間。方案二：采用LED數(shù)碼管顯示。用發(fā)光二極管（簡稱LED）組成的字形來顯示數(shù)字，七個條形發(fā)光二極管排列成七段組合字型，便構(gòu)成了半導(dǎo)體數(shù)碼管。半導(dǎo)體數(shù)碼光分共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管，此次設(shè)計采用了共陰極數(shù)碼管顯示，即七個發(fā)光二極管的陰極連在一起接地。8當(dāng)共陰極數(shù)碼管的某一陽極接高電平時，相應(yīng)的二極管發(fā)光，根據(jù)字形使某幾段二極管發(fā)光，所以共陰極數(shù)碼管需要輸出高電平有效的譯碼器來驅(qū)動?；谝陨纤?/p>

32、述，本設(shè)計采用方案二。數(shù)碼管的驅(qū)動分為動態(tài)驅(qū)動和靜態(tài)驅(qū)動兩種。9所謂靜態(tài)驅(qū)動，就是將數(shù)碼管每個LED燈對應(yīng)一個I/O口，通過單片機的端口來控制LED燈的亮和滅。I/O口之間互相獨立。這樣的優(yōu)點是驅(qū)動很簡單，只需要用I/O口直接控制LED.一般來說，靜態(tài)驅(qū)動比動態(tài)驅(qū)動占用的I/O口多。但靜態(tài)驅(qū)動方式簡單不容易出錯。與靜態(tài)顯示方法不同，動態(tài)顯示驅(qū)動的設(shè)計方法是將數(shù)碼管的驅(qū)動端一對一連接在一起接單片機的數(shù)據(jù)口，而將各個數(shù)碼管的公共端單獨送至單片機的I/O進行片選。通過片選信號依次點亮各個數(shù)碼管，由于人眼有視覺暫留的特性，因此如果第一個數(shù)碼管滅和第二個數(shù)碼管亮之間的時間足夠短，人眼是感覺不出數(shù)碼管的變

33、化的。本設(shè)計選擇是靜態(tài)驅(qū)動方式。如圖3-1所示。圖3-1 LED顯示電路3.2 按鍵電路按鍵電路與顯示電路一樣,采用掃描方式,利用動態(tài)顯示時的數(shù)碼管驅(qū)動位置信號判斷相應(yīng)按鍵的狀態(tài)。而STC12C5404AD的P2.0P2.3口平時為低電平,當(dāng)某一鍵(如S1)按下時,P2.0被上拉為高電平,這時單片機利用程序查詢P2.0是否為高電平,如果P3.7為高電平,就讀回單片機，進行相應(yīng)的控制。如圖3-2所示。圖3-2 按鍵原理圖3.3 蜂鳴模塊如圖3-3所示，蜂鳴器使用PNP三極管Q3進行驅(qū)動控制。當(dāng)P2.4控制電平輸出0時，Q3導(dǎo)通，蜂鳴器蜂鳴；當(dāng)P2.4控制電平輸出1時，Q3截止，蜂鳴器停止蜂鳴。

34、圖3-3 蜂鳴器控制電路3.4 火力檔位選擇模塊單片機STC12C5404AD的I/O端口P2.5P2.7控制發(fā)光二極管低電平點亮。繼電器實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”。在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護作用。圖3-4是火力檔位選擇電路圖。圖3-4 火力檔位選擇電路圖3.5步進電機驅(qū)動模塊ULN2003 是高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列，由七個硅NPN 達(dá)林頓管組成。該電路的特點如下： ULN2003 的每一對達(dá)林頓都串聯(lián)一個2.7K 的基極電阻,在5V 的工作電壓下它能與TTL 和CMOS 電路直接相連，可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。ULN2003 工作電壓高，

35、工作電流大，灌電流可達(dá)500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時承受50V 的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運行。步進電動機驅(qū)動系統(tǒng)的性能，10除了與電動機自身有關(guān)外，也有很大程度上取決于驅(qū)動電路的性能。 圖3-5是步進電機驅(qū)動硬件圖。其中J2是單片機STC12C5404AD，J2的14引腳分別代表單片機的P3.0、P3.1、P3.4、P3.5。圖3-5 步進電機驅(qū)動硬件圖微波爐控制器的整體電路圖見附錄1和附錄2。4、 系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 主程序流程圖如圖41開始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換關(guān)閉所有初始化掃描按鍵結(jié)束 圖4-1 主程序流程圖按鍵S4是否按下掃描按鍵選模式1，time=99,打開定時器中斷按鍵S3是否按下clo

36、se=1?關(guān)閉所有YNY數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換使能清零等待釋放Ntime>1,time-數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換使能清零等待釋放Y按鍵S2是否按下time>1,time-數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換YNN4.2 按鍵掃描流程圖如圖42：使能清零等待釋放按鍵S1是否按下YY mode=0?NNmode<3mode=1Y模式轉(zhuǎn)換mode+使能清零等待釋放圖4-2 按鍵掃描流程圖4.3 定時0中斷流程圖如圖43：定時0中斷初值close=1?i=1?顯低位顯高位數(shù)碼管顯示i取反enble time+enble time=655?所有按鍵響應(yīng)允許退出Y Y NN Y N 圖4-3 定時0中斷流程圖4.4 定時1中斷流程圖如圖44：定

37、時1中斷初值(50ms)time_flag+speaktime+time_flag=0, 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換關(guān)閉time=0time_flag=100time_flag>10且time<3time-取反，speaktime=0speaktime=1NYNY圖4-4 定時1中斷流程圖5、系統(tǒng)測試及分析按下開關(guān)按鍵S4，數(shù)碼管顯示出數(shù)字"99"（單位：分鐘），代表微波爐開始工作；再次按下S4時，微波爐停止工作。三個發(fā)光二極管分別代表不同火力檔位。按鍵S1是火力大小選擇，按一下是代表大火的發(fā)光二極管亮，兩下是中火的亮，三下是小火的亮，四下是大火的亮，如此規(guī)律循環(huán)。按鍵S3、S2

38、分別是加、減鍵。數(shù)碼管顯示從9901，01顯示完就自動關(guān)閉。當(dāng)開始工作時，數(shù)碼管的顯示為"99"（分鐘），每過60秒（因等待時間太長，我將程序的60秒改為5秒）數(shù)碼管會自動減1 。按鍵S3每按一下時，數(shù)碼管顯示時間會增加1；但如果當(dāng)時數(shù)碼管顯示為"99",S3按下數(shù)碼管依然顯示為 "99"。按鍵S2每按一下時，數(shù)碼管顯示時間會減少1。當(dāng)選擇好火力檔位和設(shè)定好時間后，按下按鍵S6，模擬微波爐運行的步進電機開始運轉(zhuǎn)。在最后1分鐘內(nèi)，蜂鳴器在倒數(shù)3秒中時開始蜂鳴。所設(shè)定的時間到了（即蜂鳴3秒后），微波爐會自動斷電停止一切工作。在此基礎(chǔ)上，我

39、又增加了用步進電機的運轉(zhuǎn)來模擬微波爐轉(zhuǎn)盤的運行。具體實現(xiàn)的功能如下：當(dāng)開關(guān)按鍵按下時，步進電機開始運行；再按時，步進電機停止。選擇火力為大火時，步進電機的轉(zhuǎn)速最快；選擇火力為中火時，步進電機的轉(zhuǎn)速正常；選擇火力為小火時，步進電機的轉(zhuǎn)速最慢。所設(shè)定的時間到了（即一分鐘最后3秒蜂鳴完后），微波爐轉(zhuǎn)盤自動斷電停止轉(zhuǎn)動即步進電機停止運轉(zhuǎn)。6、結(jié)論本設(shè)計是針對單片機STC12C5404AD的定時控制模塊和步進電機控制模塊系統(tǒng)，在實際運用中可以根據(jù)設(shè)定好的火力大小和時間控制微波爐進行烹調(diào)食物。它能根據(jù)按鍵是否按下，把結(jié)果送到單片機然后根據(jù)需要來選擇相對應(yīng)的程序，可以看到實現(xiàn)微波爐轉(zhuǎn)盤模擬運行的步進電機運轉(zhuǎn)

40、。本設(shè)計基本設(shè)計出微波爐的雛形。在這個設(shè)計的基礎(chǔ)上，還可以再進一步的進行改良，例如液晶顯示、自動烹飪、智能感應(yīng)烹飪、語音提示、日歷時鐘、溫度控制、電話和Internet遠(yuǎn)程控制等功能。在節(jié)能方面，可以采用在食物的不同加熱階段，輸送不同的但與之相對應(yīng)的加熱功率的方法，從而在保證對食物的加熱質(zhì)量的同時，也達(dá)到了節(jié)約能源的目的。另外，為了保證系統(tǒng)能夠正常并且高效的工作，我們還可以進行一些輔助設(shè)備的設(shè)計，比如抗干擾，對磁控管的冷卻，以及對爐腔進行照明等，從而在保證系統(tǒng)正常工作的同時，也極大的方便了人們?nèi)粘Ｉ?。這些都可以在這個設(shè)計的基礎(chǔ)上進行改良設(shè)計。使微波爐在未來發(fā)展中更智能化、更人性化、更節(jié)能環(huán)保

41、。 附錄附錄整體電路protel原理圖附錄2 PCB圖附錄3 元件清單器件名稱器件型號 數(shù)量器件名稱器件型號數(shù)量單片機STC12C5404AD1四位數(shù)碼管（共陰） 1晶振12M 1磁介電容30pF 2電解電容10uF 2電阻100 1電阻2K 3電阻4.7K 3電阻1K 6三極管2N90124繼電器4100JRC-21F(5V)3發(fā)光二極管3按鍵5蜂鳴器1達(dá)林頓陳列ULN20031步進電機M42SP-51電源5V1附錄4 程序清單#include "intrins.h"#include "STC12C5410AD.h"#define uint8 unsi

42、gned char #define int8 signed char #define uint16 unsigned short #define int16 signed short #define uint32 unsigned int #define int32 signed int #define fp32 float #define fp64 double #define bit1 0x01#define bit2 0x02#define bit3 0x04#define bit4 0x08#define bit5 0x10#define bit6 0x20#define bit7 0

43、x40#define bit8 unsigned char speak_time=0;/喇叭5*60MS 電平變化一次sbit P00=P00;sbit P01=P01;sbit P02=P02;sbit speak=P24;sbit P23=P23;sbit P22=P22;sbit P21=P21;sbit P20=P20;unsigned int time_flag=0;unsigned char mode=0;/模式/大小中模式/大中小火的控制位bit close=0; /開關(guān)標(biāo)志位/使能標(biāo)志位和使能開關(guān)時間unsigned char enable_bit=0xff;unsigned

44、int enable_time=0x00;/微波爐的三種工作方式。低電平亮。sbit da=P25;sbit zhong=P26;sbit xiao=P27;unsigned char time=99,timeled2;unsigned char f_cs=0;bit i=0;unsigned char code change10=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x27,0x7f,0x6f;/共地接的LEDunsigned char m,j,k;int y=150;/定義轉(zhuǎn)動速度，數(shù)值越大電機轉(zhuǎn)速越慢反之則快unsigned char code JIA8

45、 = 0x31,0x21,0x23,0x03,0x13,0x12,0x32,0x30;/*/void delay(m)/延時函數(shù) for(j=0;j<m;j+) for(k=0;k<250;k+); /*關(guān)閉所有*/void close_all() P00=1; P01=1; da=1; zhong=1; xiao=1; close=0; ET1=0;/關(guān)閉定時1中斷/*模式的轉(zhuǎn)換*/void change_mode(void) if(mode=0) close_all(); if(mode=1) da=1; zhong=1; xiao=0; if(mode=2) da=1; xi

46、ao=1; zhong=0; if(mode=3) zhong=1; xiao=1; da=0; /*數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換*/void timechange(void) unsigned char t,change; t=time; change=t/100; t=time; timeled0=t/10-change*10; t=time; timeled1=(t-change*100-timeled0*10);/*定時一的中斷入口* */Time0() interrupt 1 using 3 if(close) f_cs+; if(f_cs = 20)/如果散得厲害可以把這個20改小一點。 f_cs=0

47、; if(i) P0=2; else P0=1; P1=changetimeledi; i=!i; else close_all(); enable_time+; if(enable_time=655) enable_time=0; enable_bit=0xff;/所有響應(yīng)按鍵允許 /*定時0的中斷入口* */Time1() interrupt 3 using 3 time_flag+; if(time_flag >950 && time =1 )/最后要關(guān)閉的5S喇叭開始響 speak_time+; if(speak_time = 5) speak=!speak; s

48、peak_time=0; if(time_flag =1000)/60MS中斷一次 60ms*1000=60s 一分鐘減1 time-; if(time =0) time=99; close_all(); time_flag=0; timechange(); TH1=(65535-50000)/256;/60MS中斷一次 TL1=(65536-60000)%256; TR1=1;/*/void zrun()/ 正轉(zhuǎn)運行 for(z=0;z<8;z+) P3=(P3&0xcc)|(JIAz); delay(y); /*/main()P2=0;PT0=1;IT0=1;ET0=1;ET

49、1=1;TMOD=0x12; TL0=0x00;TH0=0x00;TR0=1;TH1=(65535-50000)/256;/60MS中斷一次TL1=(65536-60000)%256;TR1=1;EA=1;timechange();close_all();/關(guān)閉所有的for(;) if(P23 && (enable_bit & bit4) if(close) close_all(); close=0; mode=0; else xiao=1;/開起小火 mode=1; close =1; time=99; ET1=1;/開啟定時1的中斷 TH1=(65535-50000)/256;/60MS中斷一次 TL1=(65536-60000)%256; TR1=1