1、基于單片機(jī)的智能電飯煲的控制分類號 編 號華北水利水電學(xué)院North Chi na In stitute of Water Con serva ncy and Hydroelectric Power畢業(yè)設(shè)計題目：基于單片機(jī)的電飯煲智能控制系統(tǒng)的設(shè)計院系信息工程學(xué)院專業(yè)電子信息工程姓名李玉平學(xué) 號 200915512指導(dǎo)教師鄭輝2011年05月24日華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書題目：基于單片機(jī)的電飯煲智能控制系統(tǒng)的設(shè)計專業(yè):電子信息工程班級學(xué)號：2姓名:李玉平指導(dǎo)教師：鄭 輝設(shè)計期限：2011年2月21日開始2011年5月27日結(jié)束院、系：2011年 2月 21日一、畢業(yè)設(shè)計的目的通過本次設(shè)計

2、掌握產(chǎn)品設(shè)計的流程，能熟練的使用 AT89C51單片機(jī)，并根據(jù)設(shè)計要求 選擇合適的元器件，充分理解相關(guān)軟件，對整個產(chǎn)品設(shè)計時的調(diào)試等必要的環(huán)節(jié)有更深刻 的體會。本設(shè)計通過選認(rèn)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(shè)計運算的能力，鞏固了計算機(jī)軟硬件和應(yīng)用系統(tǒng) 設(shè)計方面的能力。二、主要設(shè)計內(nèi)容及基本要求1 本設(shè)計包含以下部分：按鍵電路、上電復(fù)位電路、晶振電路、電源電路、顯示電路、 MC!系統(tǒng)部分、機(jī)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(dá)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

3、機(jī)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(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，顯示電路的調(diào)試。2部分功能電路的軟件設(shè)計：鍵盤顯示電路、報警電路、工作指示電路。四、主要技術(shù)指標(biāo)或主要設(shè)計參數(shù)根據(jù)模塊電路，設(shè)計出完整的電路原理圖，焊接出實物，并對產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)試。電源部 分為單片機(jī)系統(tǒng)提供的電壓為5V,為光耦提供的電壓為12V。五、設(shè)計成果擬做出一個基于AT89C5仲片機(jī)對電飯煲的智能控制系統(tǒng)的設(shè)計，設(shè)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(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計開題報告2011年3月10日學(xué)生 姓名李玉平學(xué)號200915512專業(yè)電子信息工程題目 名稱基于單片機(jī)的電飯煲智

4、能控制系統(tǒng)的設(shè)計課題來源自選主 要 內(nèi) 容早在20世紀(jì)早期，電子智能控制技術(shù)就已經(jīng)發(fā)展起來了， 并最先被應(yīng)用于 工業(yè)生產(chǎn)中，其后隨著控制理論、微電子技術(shù)和傳感技術(shù)的發(fā)展，在操作復(fù)雜 度、可控對象、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性等方面均得到了完善，目前電子智能控制技術(shù) 在家用電器、汽車電子、智能電源保護(hù)、電力自動化和電動工具等領(lǐng)域得到很 廣泛的應(yīng)用，以促進(jìn)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(jī)、電冰箱、電視機(jī)等生活家電上，電控板的身影無處不在，而 一臺咼檔汽車米用的電子智能控制裝置更咼達(dá) 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

5、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(yīng)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(shè)計的。此系統(tǒng)支持24小時預(yù)約煮飯，可靈活方便地安排煮飯時 間，從而進(jìn)一步實現(xiàn)智能家庭的夢想。通過本次設(shè)計掌握產(chǎn)品設(shè)計的流程，能熟練的使用AT89C51單片機(jī)，并根據(jù)設(shè)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(guān)軟件。本次設(shè)計的意義在于通過選認(rèn)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(xué)知識。通過這次設(shè)計我學(xué)會了綜合的運 用所學(xué)專業(yè)知識去分析、解決實際問題，較熟練地掌握了通過文

6、獻(xiàn)檢索、資料 查詢從而獲取新知識的方法，鞏固了計算機(jī)軟件、硬件和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的基本 能力。系統(tǒng)的主要功能和要求(1) 實現(xiàn)電飯煲24小時的定時預(yù)約煮飯的功能。(2) 實現(xiàn)定時時間和實時時間相同時通過 51單片機(jī)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(dāng)?shù)竭_(dá)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(jī)械動作功能，從而在按照使用者預(yù)先設(shè)定的時間來完成規(guī) 定的任務(wù)，從而達(dá)到智能實時控制的目的。系統(tǒng)的功能電路該設(shè)計主要的功能電路有：按鍵電路、上電復(fù)位電路、晶振電路、電源電 路、顯示電路、機(jī)械控制電路等?？傮w設(shè)計結(jié)構(gòu)圖顯示電路AT89C51光耦光耦220V控制電路機(jī)械控

7、制電路采取 的主 要技 術(shù)路 線或 方法總體設(shè)計采用的方法:1 硬件設(shè)計(1) 畫流程框圖(2) 選擇元器件(3) 畫出原理圖2 軟件設(shè)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(shè)計方法，使它具有易讀、易改的特性。3 設(shè)計工具(1) Keil uVision2:編寫、調(diào)試程序（2） Protues :設(shè)計電路原理圖并調(diào)試。4焊接、調(diào)試預(yù)期 的成 果及 形式通過設(shè)計能更深刻地了解硬件設(shè)計的基本流程，熟練地運用主要的設(shè)計工 具完成從模塊電路到整體電路等各個步驟的設(shè)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(yù)期的功能。形式有：實物電路板、設(shè)計論文、protu

8、es仿真電路原理圖。時間 安排第1、2周：熟悉畢業(yè)設(shè)計題目，搜集相關(guān)資料。第3、4周：明確畢業(yè)設(shè)計任務(wù)，提交開題報告。第5、6周：做有關(guān)電飯煲智能控制的前期工作，對該系統(tǒng)進(jìn)行總體框架設(shè)計。 第7、8周：對模塊電路進(jìn)行詳細(xì)分析驗證，從而形成系統(tǒng)的可行性整體方案。第9、10周：進(jìn)行protues仿真，焊接電路板，并進(jìn)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(zhǔn)備答辯，組織預(yù)答辯。第14周：答辯。指導(dǎo)教師意見簽名：年 月日備注摘要近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷深入，同時帶動傳統(tǒng)控制技術(shù)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

9、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(yīng)用。 用單片機(jī)技術(shù)設(shè)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(dá)到 長時間精確的定時功能。本設(shè)計主要包括硬件電路的設(shè)計和系統(tǒng)程序的設(shè)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(jī) 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(shè)計采用 AT89C5仲片機(jī)，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(guān)鍵詞：單片機(jī); 智能 ; 程序;光耦 ; 驅(qū)動AbstractWith the rapid develo

10、pment 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 people's life, it's becoming a common phenomenon that more a

11、nd more blue-and-white collar workers are more bus，y 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 possibleas they can in their daily life.The timing control of a rice cooker designed by SCM

12、technology,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

13、 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 w

14、hen the timing time is equal to the real-time time .Keyword : scm; intelligent ;procedures;opto -coupler; drivers目錄摘要 . ABSTRAC.T第 1 章 概述 . 1.1 研究背景 . 11.2 主要內(nèi)容 11.2.1 研究目的和意義 11.2.2 研究內(nèi)容 5第 2 章 設(shè)計分析 . 62.1 設(shè)計要求 62.2 總體設(shè)計 62.3 系統(tǒng)方案選擇 72.4 軟件開發(fā)環(huán)境 8第 3 章 電路主要器件性能 . 93.1 AT89C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)及管腳說明 93.1.1 AT89C51

15、 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 93.1.2 AT89C5倍E分管腳說明 103.2 單片機(jī)芯片內(nèi)并行 I/O 口 113.3 74LS245芯片 113.4 MOC302芯片 12第 4 章 電路硬件設(shè)計 134.1 電源電路 134.1.1 電源電路的工作原理 134.1.2 電源電路硬件構(gòu)成 144.2 顯示電路 144.2.1 數(shù)碼管顯示電路工作原理 144.2.2 數(shù)碼管顯示電路 164.3 功率控制電路 174.3.1 單片機(jī)控制大功率電路工作原理 174.3.2 單片機(jī)控制大功率電路 184.4 附屬電路 194.4.1 鍵盤電路工作原理及構(gòu)成 194.4.2 訊響電路工作原理及構(gòu)成 204.4.3

16、 工作指示電路工作原理及構(gòu)成 21第 5 章 軟件設(shè)計 . 215.1 程序設(shè)計流程圖 215.2 系統(tǒng)的調(diào)試 225.2.1 單片機(jī)系統(tǒng)的調(diào)試 225.2.2 軟件調(diào)試 23結(jié)論 . 25致謝 . 26參考文獻(xiàn) . 27附錄一：硬件電路原理圖 . 28附錄二：源程序代碼 . 29附錄三：外文資料及翻譯 . 38第 1 章 概述1.1 研究背景早在 20 世紀(jì)早期，電子智能控制技術(shù)就已經(jīng)發(fā)展起來了，并最先被應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn) 中，其后隨著控制理論、微電子技術(shù)和傳感技術(shù)的發(fā)展，在操作復(fù)雜度、可控對象、穩(wěn)定 性、經(jīng)濟(jì)性等方面均得到了完善，目前電子智能控制技術(shù)在家用電器、汽車電子、智能電 源保護(hù)、電力自

17、動化和電動工具等領(lǐng)域得到很廣泛應(yīng)用，以促進(jìn)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(jī)、電冰箱、電視機(jī)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(dá) 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(yīng)用。比如：上午你去上 班，下午下班回來的時候洗衣機(jī)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)已讓電飯煲把飯煮好本課題就是在這樣的背景下設(shè)計的。此系統(tǒng)支持24小時預(yù)約煮飯，可靈活方便地安排煮飯時間，從而進(jìn)一步實現(xiàn)智

18、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(shè)計掌握產(chǎn)品設(shè)計的流程，能熟練的使用 AT89C51單片機(jī)，并根據(jù)設(shè)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(guān)軟件的使用。本次設(shè)計的目的在于通過設(shè)計電路圖、編寫程序、選認(rèn)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(xué)的理論知識。通過這次設(shè)計我學(xué)會了綜合的運用所學(xué)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(xiàn)檢索、資料查詢從而獲取新知識的方法，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(shè)計主要采用 AT89C51、74LS245 和光耦一起制作

19、電飯煲的智能控制系統(tǒng)，主要分 為：系統(tǒng)的硬件設(shè)計與調(diào)試和控制軟件的設(shè)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(jī)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(yù)約煮飯的功能。（ 2） 軟件部分 軟件主要有四大部分組成：設(shè)置當(dāng)前時間程序、設(shè)置定時時間程序、中斷控制程序和 掃描顯示程序。第 2 章 設(shè)計分析2.1 設(shè)計要求該設(shè)計是在單片機(jī)的自動化控制理論原理和實時定時電路工作原理為基礎(chǔ)上完成。要 求用鍵盤

20、輸入定時時間和實時時間的對比達(dá)到長時間精確的定時功能；在實時時鐘工作 下，當(dāng)?shù)竭_(dá)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(jī)械動作功能，并且按 照使用者預(yù)先設(shè)定的時間來完成規(guī)定的任務(wù)，從而達(dá)到智能實時控制的目的。2.2 總體設(shè)計本設(shè)計為電飯煲智能控制，其工作原理為以 AT89C5偽控制核心，帶有定時功能的實時時鐘為基礎(chǔ)，和光耦進(jìn)行電氣隔離來完成單片機(jī)對大功率高電壓進(jìn)行控制。其工作原理 圖如圖 2-1 所示：顯示電路AT89C51光耦光耦220V控制電路機(jī)械控制電路圖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(dāng)需要多個按

21、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(fù)雜。在本設(shè)計中鍵盤的作用就是提供模式的選擇和時間的設(shè)定，只需要五個鍵就可以勝 任，綜合考慮后選擇獨立式鍵盤。MCU的選擇第一種：8031單片機(jī)內(nèi)沒有ROM/EPROM/FLA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(jī)片內(nèi)有4K的ROM存儲器，8051單片機(jī)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

22、片機(jī)的各部分資源及成本問題，本設(shè)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(shè)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(jì)。信號燈狀態(tài)顯示可以選用 LED 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(jī)器指令的符號語言，是最接近機(jī)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(fù)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(jié)構(gòu)不能通用，因此不能直接在不

23、同處理器 體系結(jié)構(gòu)之間移植。C 語言是一種結(jié)構(gòu)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(jī)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語言指令編譯后，會變成很多條機(jī)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(jī)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(yīng)一個機(jī)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(shè)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

24、 AT89C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)及管腳說明3.1.1 AT89C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)P0 P1 P2 P3TXD RXDINTO IN T1圖3-1 AT89C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)AT89C51是標(biāo)準(zhǔn)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:2345678910111213141516171819201P1.0 P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7 RST/VPD RXD P3.0 TXD P3.1 INT0 P3.2 INT1 P3.3 T0 P3.4 T1 P3.5 WR P3.6 RD P3.7 XTAL2 XTAL1 VSSAT89C51kVCCP0.0P0.1P0.2P0

25、.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VPP ALE/PROG PSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.03938373635343332313029282726252423222140圖3-2 AT89C51管腳圖3.1.2 AT89C51部分管腳說明Pin 9:RST/VPD復(fù)位信號復(fù)用腳，當(dāng) 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(fù)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 高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從

26、0000H地址開始執(zhí)行程序。AT89C5啲復(fù)位方式可以是自動復(fù)位，也可以是手動復(fù)位，此外，RST/VPD還是一復(fù)用腳，Vcc掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機(jī)內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。Pin30:ALE/ PROG當(dāng)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(jī)是否工作，也可以當(dāng)作一個時鐘向外輸出。Pin29: PSEN當(dāng)訪問外部程序存儲器時，此腳輸出負(fù)脈沖選通信號，PC的16位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在P0和P2 口上，外部程序存儲器則把指令數(shù)據(jù)放到 P0 口上，由CPU賣

27、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(dāng)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(jī)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 PO、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(kuò)展存儲器時，低8位地址和數(shù)據(jù)由P0 口傳送，高8位地址由P2 口傳送。在無片外擴(kuò)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

28、口的 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-3所示：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:E)IR 1A 2A 34 4A 5A 6A 7A SA GNC圖3-4 74LS245 內(nèi)部結(jié)構(gòu)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 A 氏，Bi B8,另有兩個控制端一使能端口，方向控制端DIR,該芯片的功能如表3-5:表3-5 74LS245 的真值表方冋從制C OIRJLILLIMX3.4 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

29、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(qiáng)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，因光電效應(yīng)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。MOC302C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(jìn)行觸發(fā)控制。MOC3020為dip6腳封裝。1、2為單片機(jī)控制端，當(dāng)有電流時內(nèi)部發(fā)光

30、管導(dǎo)通發(fā)光而受控管導(dǎo)通來觸發(fā)外部雙向可控硅進(jìn)行工作。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3-6所示:6154.1*i MOC3020121 3圖3-6 MOC3020 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖第4章電路硬件設(shè)計4.1 電源電路4.1.1 電源電路的工作原理電子設(shè)備對電源電路的要求就是能夠提供持續(xù)穩(wěn)定、滿足負(fù)載要求的電能，所以一般需要單獨設(shè)計電源電路，單片機(jī)要求電源中應(yīng)盡量減少紋波，電壓要恒定，且單片機(jī)復(fù)位電路要穩(wěn)定、可靠，因此需要設(shè)計一個直流穩(wěn)壓電源給單片機(jī)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(jìn)行整流，然后 通過電容濾波，穩(wěn)壓器進(jìn)行穩(wěn)壓，使后續(xù)電路的電壓穩(wěn)定為+5V，電路板能通

31、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乍為電源的核心器件。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(hù)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：INOUT+ 丄13+V62C2"oLM7805LM7812IN(TAB)V1OUTC2V。圖4-1三端穩(wěn)壓電路的應(yīng)用電路4.1.2 電源電路硬件構(gòu)成該設(shè)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

32、 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(jī)、光 耦器和74LS245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：JP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(jìn)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(jié)構(gòu)。10 9| S

33、-r 7gfa bafbaecdhedc h1 1 354eW ? g 7 Eg f Vcc 丑 ae d Vcc c hC <1 e立立立SZVWSZSZ+VctKB®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(jìn)制碼的10個數(shù)字09, 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 Q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)

34、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(yīng)的各段發(fā)光，顯示出十進(jìn)制數(shù)字3；若b、c、f、g各段接高電平，則顯示十進(jìn)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、壽命長（大于 100KH、響應(yīng)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(jī)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

35、路如圖 4-4所示：圖4-4 LED數(shù)碼管常用驅(qū)動電路（2）LED碼顯示器的接口電路實際使用的LED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器被點亮，但是由于人眼 有視覺殘留效應(yīng)，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(jī)控制產(chǎn)品中常見的應(yīng)用。使用 LED模塊,這種模塊中帶有 LEE顯示管和LE驅(qū)動電路，用起來比較方便。一般用戶直接采用單片機(jī)LE驅(qū)動器和LEE顯示管的方式,現(xiàn)在本設(shè)計使用的LE驅(qū)動74LS245,它作為共

36、陰極數(shù)碼管的驅(qū)動器，用單片 機(jī)端口直接進(jìn)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(gòu)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，四個數(shù)碼管的片選 有P2 口低電平進(jìn)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：RESPiCK-8 二"EXT> -RP1b$p斗itf7£6dp9"i-A0前A131A2B2A393M04A535A6羽A737CE =17t>'10C*15f14色113F121

37、1dp' 十sO.O/AXi30.1/A51 »0.2/©2 羽3WDG *即砂PQ5WS s0.6/AX.S0.7.W7P2 10 =2.2/AI0 P23AM 肥4皿 P2.S/AI3 說如4 P2.7/15托363736垂M332S里252t2726D) id圖4-5 數(shù)碼管顯示電路4.3功率控制電路431單片機(jī)控制大功率電路工作原理單片機(jī)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(jī)械性開關(guān)不便于集成和自動化智能控制。為了避免機(jī)械接觸開關(guān)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(guān)型半導(dǎo)體器件，能在高電壓、大電

38、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(yīng)用于電力電子設(shè)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4-6所示:圖4-6功率控制電路432單片機(jī)控制大功率電路單片機(jī)的P2.0和P2.1各控制一個光耦器，當(dāng)單片機(jī)內(nèi)部完成預(yù)定的時間時此兩個端 口會產(chǎn)生兩個低電壓使 MOC和MOC兩個光耦工作，MOC控制9 220V電壓的導(dǎo)通，當(dāng)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(dǎo)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

39、一個光耦控制機(jī)械部分的工作，4-7所示:使電飯煲的工作開關(guān)打開，從而來控制電飯煲的實時控制。功率控制部分由如圖P2jOSP2化P2.3/A11FZ鐘2P2P3.0JR.KDfsmntTP3.4mDP35jT1P3.6AURIP3.7/RDIU0C1RM1ISOiso RM2 -MOLSOE-I 苞 T l.MOC2MGC3021 ! JDIOClE| .XT-E；T I . TRIAG-ck :-n.oi2Q>!<RM3I11190 -圖4-7功率控制電路4.4附屬電路4.4.1鍵盤電路工作原理及構(gòu)成1. 鍵盤分類按照結(jié)構(gòu)原理按鍵可分為兩類，一類是觸點式開關(guān)按鍵，如機(jī)械式開關(guān)、導(dǎo)電

40、橡膠式 開關(guān)等；另一類是無觸點式開關(guān)按鍵，如電氣式按鍵，磁感應(yīng)按鍵等。前者造價低，后者 壽命長。目前，微機(jī)系統(tǒng)中最常見的是觸點式開關(guān)按鍵。2. 按鍵結(jié)構(gòu)與特點微機(jī)鍵盤通常使用機(jī)械觸點式按鍵開關(guān)，其主要功能是把機(jī)械上的通斷轉(zhuǎn)換成為電氣 上的邏輯關(guān)系。也就是說，它能提供標(biāo)準(zhǔn)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(jī)械式按鍵再按下或釋放時，由于機(jī)械彈性作用的影響，通常伴隨有一定時間的觸點 機(jī)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(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般為510ms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(dǎo)致判斷出錯，即按鍵一次按下或釋放

41、被錯誤地認(rèn)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(jī)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(dāng)鍵數(shù)較多時，采用軟件去抖。由于本設(shè)計所用的按鍵數(shù)較少，所以 采用硬件去抖。單片機(jī)工作時有外接鍵盤輸入信號，當(dāng)檢測到有哪一個鍵被按下時，單片機(jī)內(nèi)部執(zhí)行 相應(yīng)的工作程序。該系統(tǒng)的鍵盤由5個獨立鍵盤構(gòu)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(jī)的P1.1至P1.4腳上，另外一腳接在電源地上，當(dāng)有鍵盤按下時對應(yīng)的鍵盤就會有一低電平送進(jìn)單片機(jī)內(nèi)部，由單片機(jī)內(nèi)部程序進(jìn)行 消抖處理然后確定哪一個鍵

42、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:.燈.yTl . 一乂.仃工.OT< - FlKEY3-P1J0 pi 1P12F1SP14P15P1BP1.7.AT.&9.C51 .CTEXT>.mlect，一 KE¥1圖4-9系統(tǒng)按鍵開關(guān)電路ATSQC51<t'exd4.4.2 訊響電路工作原理及構(gòu)成正常情況下單片機(jī)P1.7腳是低電平，蜂鳴器不工作，當(dāng)單片機(jī)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處于低電平時，無電流通過蜂鳴器，蜂鳴器則不發(fā)聲； 當(dāng)預(yù)定時間到達(dá)需要蜂鳴器響時，P1.7端口電壓由低電

43、平變?yōu)楦唠娖剑澍Q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：1 - -Q0,； “ +§ Q ifil'iiiiiaBna* - a a a * / 03 .BUZ1/u訂、 一 .PNP4 jiI<TEXT>加盤郎''科曰口：圖4-10系統(tǒng)訊響電路443 工作指示電路工作原理及構(gòu)成電路正常工作時，單片機(jī)內(nèi)部程序會執(zhí)行，所以本設(shè)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(dāng)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 R10 作。每當(dāng)P1.0的高

44、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:F1D門dP12P13 Q2 XT>. LED*RED 圖4-11工作指示電路第5章軟件設(shè)計5. 1程序設(shè)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：圖5-1主程序流程圖5.2系統(tǒng)的調(diào)試5.2.1單片機(jī)系統(tǒng)的調(diào)試單片機(jī)系統(tǒng)是指單片機(jī)能正常工作所必需的外圍元件，主要分為時鐘電路和復(fù)位電路。本設(shè)計采用的是AT89C51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(shè)計將AT89C51芯片的第

45、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(jī)的時鐘電路有一個12MHZ勺晶振和兩個30pF的小電容組成，它決定了單片機(jī)的工作時間精度為1微妙。復(fù)位電路有22uF的電容和1kQ的的電阻（實際經(jīng)驗），其好處是在滿足單片機(jī)可靠復(fù)位的前提下降低了復(fù)位引腳 對地的阻抗，可以顯著增強(qiáng)單片機(jī)復(fù)位電路的抗干擾能力。判斷單片機(jī)芯片及時鐘系統(tǒng)是否正常工作：用萬用表測量單片機(jī)晶振引腳（18、19）的對地電壓。以正常工作的單片機(jī)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(fù)位電路故障而不能正常工作的單片機(jī)也可以用模擬復(fù)位的方法來 判斷，單片機(jī)正常工作時第 9腳

46、對地電壓為零，可以用導(dǎo)線短時間和 +5V連一下，模擬一 下上電復(fù)位，如果單片機(jī)正常工作了，說明復(fù)位有問題。5.2.2軟件調(diào)試第一步，原程序代碼在Keil uVision2 進(jìn)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(dāng)電路上電后， 定時標(biāo)志清零，蜂鳴器響之后指示燈閃爍。當(dāng)按下Key1鍵時設(shè)置當(dāng)前時間，設(shè)置完按下Key4鍵，然后蜂鳴器響之后指示燈閃爍。當(dāng)按下Key2鍵時設(shè)置定時時間，設(shè)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(dāng)定時時間和當(dāng)前時間相等時，蜂鳴器響，電飯

47、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(jī)械動作功能，從而在按照使用者預(yù)先設(shè)定的時間來完成規(guī)定的任 務(wù)。其仿真結(jié)果如5-1，2,3圖所示：*0ita 1Hiijrii*1lal<-Ai-irnl£ i*urflHBIlwe.tf二擊怎"“圖5-2設(shè)置當(dāng)前時間匚=)Iru圖5-3設(shè)置定時時間a hL：口Zx£ -卜皿AV-wlrtAE磧孑a FD3P.U3ra.-ecTFMI*Z#*W 曙W*iPIB*1 innE * f工M.lM.lnWB ft 曲!！-PiwnP3driT1JjQjfM?nrJ DTIiHNH/"1 aI pQ

48、C«nW：Z31圖5-4 定時到達(dá)時的狀態(tài)結(jié)論這次畢業(yè)設(shè)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、解決問題，我又學(xué)到了許多新的知識，并在一定程度上 加強(qiáng)了理論學(xué)習(xí)和工程實踐相融合、鞏固基礎(chǔ)知識與培養(yǎng)創(chuàng)新意識相結(jié)合等方面的能力。 在這次畢業(yè)設(shè)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(shè)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(shè)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

49、由學(xué)生完成剩下的 任務(wù)。本設(shè)計以AT89C51單片機(jī)為基礎(chǔ)，主要包括了按鍵電路、上電復(fù)位電路、晶振電路、 LED 顯示電路、機(jī)械控制電路等，先在 Keil uVision2 軟件中進(jìn)行編程，然后在 Proteus 中進(jìn)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(shè)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(jì)效益和社會效、人益。另外，通過畢業(yè)設(shè)計我們對四年來的所學(xué)知識進(jìn)行了一個系統(tǒng)的總結(jié)。一方面，從理 論上再一次對以前的知識進(jìn)行了復(fù)習(xí)，并根據(jù)我們的需要在某些方面進(jìn)行了深入的研究； 另一方面緊密結(jié)合實際設(shè)計的需要將我們的理論知識融入實踐的

50、設(shè)計當(dāng)中，并結(jié)合當(dāng)前最 新的技術(shù)，使我們的設(shè)計能緊跟科技的前沿。因此，我們的設(shè)計不僅僅是一個重新學(xué)習(xí)的 過程，而且也是對我們科研能力的培養(yǎng)。通過在設(shè)計中和同學(xué)的緊密協(xié)調(diào)工作，進(jìn)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(chǔ)。致謝時光如梭，轉(zhuǎn)眼間本科學(xué)習(xí)生涯即將結(jié)束。時間雖短，我卻從中學(xué)到了很多的東西。 我由衷地感謝關(guān)懷、教誨、幫助、支持和鼓勵我完成學(xué)業(yè)的老師、朋友。特別感謝我的導(dǎo)師鄭輝老師，在本次畢業(yè)設(shè)計過程中，鄭老師對該論文從選題，構(gòu)思 到最后定稿的各個環(huán)節(jié)給予細(xì)心指引與教導(dǎo)。 在學(xué)習(xí)中，鄭老師以其嚴(yán)謹(jǐn)求實的治學(xué)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(fēng)

51、范和大膽創(chuàng)新的進(jìn)取精神對 我產(chǎn)生很大影響，是我終生學(xué)習(xí)的楷模，將會永遠(yuǎn)激勵著我。其次，感謝那些給予我?guī)椭耐瑢W(xué)，感謝他們，特別是王燕和魏現(xiàn)賓同學(xué)在設(shè)計的過 程中也給予了莫大的幫助，在此，對他們表示衷心的謝意！再次，感謝那些關(guān)心此次畢業(yè)設(shè)計的領(lǐng)導(dǎo)們，在他們的英明領(lǐng)導(dǎo)下，學(xué)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(shè)計進(jìn)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(xiàn)1 邊海龍，孫永奎 . 單片機(jī)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(jī)開發(fā)案例精選 J. 人民郵電出版社，

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