電飯煲單片機(jī)控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u24511電飯煲單片機(jī)控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)案例 1200031緒論 269442智能電飯煲控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案 270082.1智能電飯煲控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介 256092.2智能電飯煲控制系統(tǒng)電路組成 3249942.3本章小結(jié) 412603智能電飯煲控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 477733.1控制系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)工作電路 5174233.1.1AT89C51單片機(jī)的引腳及其排列 5187143.1.2at89c51MCU時(shí)鐘信號(hào)控制電路框圖 6130633.1.3AT89C51單片機(jī)復(fù)位電路 7142753.1.4控制系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 863963.2控制系統(tǒng)電源電路 9169533.2.1穩(wěn)壓器件78L05簡(jiǎn)介 9200223.2.2電源電路設(shè)計(jì) 1020013.3按鍵輸入電路 1092813.3.1按鍵分類 1034223.3.2按鍵結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) 1120943.3.3按鍵輸入電路設(shè)計(jì) 12248253.4溫度傳感器電路 12306793.4.1DS18B20簡(jiǎn)介 1263143.4.2DS18B20的使用方法 13272223.4.3溫度傳感器電路設(shè)計(jì) 15275403.5LED狀態(tài)指示電路 1533353.5.1LED簡(jiǎn)介 15249223.5.2狀態(tài)指示電路設(shè)計(jì) 164633.6LCD顯示電路 17127573.6.1LCD-1602簡(jiǎn)介 17288073.6.2LCD顯示電路設(shè)計(jì) 17325963.7電飯鍋加熱電路 1832503.8本章小結(jié) 19102354智能電飯煲控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 20312064.1軟件整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2038394.2子程序設(shè)計(jì) 2132244.2.1系統(tǒng)工作模式控制流程 2112274.2.2定時(shí)功能控制流程 2246494.2.3加熱功能控制流程 231緒論本次課題主要目的是實(shí)現(xiàn)智能電飯煲的三大功能，首先就是定時(shí)煮飯功能，其次是自動(dòng)加熱功能和節(jié)能模式。該課程使用AT89c51單片機(jī)來(lái)構(gòu)造該智能系統(tǒng)，通過(guò)溫度傳感器等模塊的有效配合來(lái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能的正常運(yùn)行。該智能電飯煲會(huì)在預(yù)先下達(dá)煮飯命令后進(jìn)行煮飯工作。當(dāng)煮飯任務(wù)結(jié)束后會(huì)自動(dòng)進(jìn)入保溫模式，然后根據(jù)保溫時(shí)間的長(zhǎng)短會(huì)進(jìn)入節(jié)能模式。并且根據(jù)溫度的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)加熱模式的開(kāi)啟與閉合。該系統(tǒng)自動(dòng)化水平較高，符合人性化的設(shè)計(jì)，能夠滿足人們?nèi)粘Ｉ钪袑?duì)之智能化電器的需求，有利于提高了人們的生活水平。2智能電飯煲控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案2.1智能電飯煲控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介該智能控制管理系統(tǒng)基于一個(gè)數(shù)控單片機(jī),它是一個(gè)智能關(guān)鍵輸入控制電路單元,并通過(guò)結(jié)合了其他諸如控制按鈕,溫度傳感器等各種輸入控制電路以及其他加熱和降溫狀態(tài)信息顯示之類的各種輸出控制電路,從而基本實(shí)現(xiàn)了智能電飯煲的內(nèi)部智能自動(dòng)控制。該操作系統(tǒng)通?？梢匀N操作方式進(jìn)行操作比如電飯鍋:"加熱","湯"和"煮飯"。在每種工作模式下,控制溫度系統(tǒng)均與炊具鍋蓋溫度傳感器系統(tǒng)結(jié)合一起使用,以自動(dòng)溫度調(diào)節(jié)炊具火力并自動(dòng)限制使用炊具。在系統(tǒng)設(shè)定的最高烹飪溫度控制范圍內(nèi)每當(dāng)完成一次烹飪后,它將自動(dòng)切換到加熱狀態(tài)。該計(jì)時(shí)控制管理系統(tǒng)與單片機(jī)的工作計(jì)時(shí)模塊功能相互結(jié)合,可以為你的烹飪工作自行設(shè)置一個(gè)烹飪時(shí)間,當(dāng)你所設(shè)置的烹飪時(shí)間全部用完時(shí),它們就會(huì)自動(dòng)進(jìn)行切換并回到系統(tǒng)預(yù)定的一個(gè)烹飪時(shí)間工作計(jì)時(shí)模式。該自動(dòng)控制顯示系統(tǒng)能夠與LED兩種模塊結(jié)合一起使用,以通過(guò)實(shí)時(shí)信息顯示智能電飯鍋的具體工作原理,而且是當(dāng)與它和LCE液晶電視顯示器系統(tǒng)結(jié)合一起使用時(shí),它不僅可以實(shí)時(shí)顯示更多樣的信息。包括開(kāi)機(jī)時(shí)間,運(yùn)行系統(tǒng)狀態(tài),故障事件警報(bào)和其他詳細(xì)信息。電飯煲整體控制面板結(jié)構(gòu)如下列圖片2-1所示,主要模塊包括電子顯示屏,工作狀態(tài)知識(shí)燈和控制按鍵幾個(gè)部分。該智能控制管理系統(tǒng)大大提高了智能電飯鍋的操作自動(dòng)化,智能化和滿足人性化需求的特點(diǎn),不僅使用起來(lái)很方便，而且在安全問(wèn)題方面也有很高的提升。圖2-1智能電飯煲控制系統(tǒng)操作面板效果圖2.2智能電飯煲控制系統(tǒng)電路組成控制電路系統(tǒng)主要可以有三種基本的控制電路元件構(gòu)成:第一個(gè)指的是電源輸入輸出控制電路,第二個(gè)是單片機(jī)的輸入輸出控制電路和一個(gè)基于單片機(jī)的輸入輸出控制電路,如下列圖片2-2所示。電源控制電路把220V的三相交流電通過(guò)變頻器轉(zhuǎn)換成5V的直流電,以便于提供電流給一個(gè)用于控制變頻系統(tǒng)的專用電源。單片機(jī)的按鍵輸入輸出電路主要組成包括一個(gè)按鍵信號(hào)輸入輸出電路,頂蓋式溫度傳感器的按鍵輸入輸出電路,復(fù)位式信號(hào)輸出輸入電路和一個(gè)時(shí)鐘式信號(hào)輸出輸入電路。單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)輸出控制電路主要功能包括一個(gè)lcd信號(hào)顯示控制電路,led顯示工作時(shí)的狀態(tài)信號(hào)顯示控制電路及一種用于自動(dòng)加熱臺(tái)式電飯鍋的微型單片機(jī)驅(qū)動(dòng)輸入輸出信號(hào)狀態(tài)顯示控制電路。圖2-2智能家用電飯煲自動(dòng)控制器的系統(tǒng)部件組成框架圖2.3本章小結(jié)本章從一個(gè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的角度考慮出發(fā),首先，我們確定了該控制系統(tǒng)是自動(dòng)控制與模糊理論相結(jié)合而產(chǎn)生的。該系統(tǒng)運(yùn)用一塊數(shù)控單片式單片機(jī)為主要控制核心的模糊控制元件,結(jié)合控制按鍵,溫度控制傳感器和控制器等軟硬件綜合設(shè)計(jì),使得一臺(tái)電飯煲系統(tǒng)能夠輕松實(shí)現(xiàn)"保溫"、"煲湯"、"煮飯"等多種控制功能。3智能電飯煲控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)智能臺(tái)式電飯鍋硬件控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要組成硬件控制電路根據(jù)其主要功能范圍大小不同可以大致細(xì)分如下為7個(gè)組成部分,即進(jìn)入控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中輸入單片機(jī)最小值的操作溫度電路,控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的輸出電源和控制按鍵進(jìn)入輸出控制電路,溫度傳感器。led電源狀態(tài)自動(dòng)指示控制電路,lcd狀態(tài)顯示控制電路和智能電飯煲電源加熱控制電路。3.1控制系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)工作電路本設(shè)計(jì)選擇AT89C51單片機(jī)作為核心控制芯片。AT89C51是一款低電壓,高性能CMOS8位微處理器,具有可編程和可擦除只讀存儲(chǔ)器,通常被稱為單芯片微型計(jì)算機(jī)。單片機(jī)的只讀可重復(fù)擦除數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，每分鐘可同時(shí)重復(fù)進(jìn)行擦除1000次。該系列器件產(chǎn)品不僅集成密度很高，而且在結(jié)構(gòu)上也很堅(jiān)固，不易損壞，并且可以兼容于符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集及其輸入輸出引腳。AT89C51在一個(gè)32位硬件控制芯片上充分地利了一個(gè)多功能8位閃存cpu和64位閃存,是一種高效的小型通用微控制器。AT89C51單片機(jī)已經(jīng)給其他嵌入型的控制系統(tǒng)提供了一個(gè)靈活又便宜的基本解決辦法。在本文的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,鑒于其使用經(jīng)濟(jì)性及設(shè)備實(shí)用性的程度,選取了AT89C51單片機(jī)可以作為現(xiàn)代智能家用臺(tái)式電飯鍋?zhàn)詣?dòng)控制管理系統(tǒng)的主要一個(gè)核心組成部分用以進(jìn)行自動(dòng)控制。3.1.1AT89C51單片機(jī)的引腳及其排列AP0端口:P0端口是一個(gè)8位漏極電平開(kāi)路雙向I/O端口,每個(gè)引腳可以直接吸收8TTL柵極電流。當(dāng)端口P0上的一個(gè)引腳首次寫(xiě)入1時(shí),它被定義為高阻抗輸入。P0可用直接用作外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,并且它也可以被定義為一個(gè)數(shù)據(jù)/地址的第8位。在FIASH編程期間,端口P0用作原始代碼輸入端口，并且當(dāng)選中FIASH時(shí),P0輸出原始代碼。此時(shí),必須將P0的外部拉高。端口p1:端口p1是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉穩(wěn)壓電阻的8位雙向模擬i/o輸入端口。將一個(gè)p1端口的引腳寫(xiě)為1后,內(nèi)部將其上拉為高并將它作為一個(gè)輸入,當(dāng)外部將其從p1端口下降并拉到一個(gè)小的低電平時(shí),將其作為輸出。在進(jìn)行程序編程及數(shù)據(jù)驗(yàn)證期間,端口中的p1被程序接受了并成為第八位存儲(chǔ)地址。端口p2:端口中的p2是一個(gè)同時(shí)具有內(nèi)部上或下拉穩(wěn)壓電阻的8位雙向端口i/o數(shù)據(jù)端口,可以從這個(gè)雙向端口p2接收數(shù)據(jù)到一個(gè)緩沖區(qū)。輸出4個(gè)ttl柵極管并輸出輸入電流。如果一個(gè)輸入端口上的p2寫(xiě)"1",則端口會(huì)自動(dòng)使該引腳被內(nèi)部的上或下拉穩(wěn)壓電阻電路觸發(fā)而拉高,并且端口可以直接用作射頻輸入。因此,當(dāng)它被用作一個(gè)電流輸入時(shí),端口位于p2的引腳的值會(huì)在外部時(shí)被拉低以便于獲得一個(gè)進(jìn)入輸出端的電流。它主要原因是由于內(nèi)部的上壓下拉結(jié)構(gòu)造成。p3端口:p3端口引腳內(nèi)部是8個(gè)雙向整流i/o輸出端口,帶有內(nèi)部的上拉整流電阻,能夠同時(shí)接收和控制輸出4個(gè)點(diǎn)在ttl柵極上的電流。rst:復(fù)位后的輸入。當(dāng)系統(tǒng)輸入的一個(gè)自動(dòng)復(fù)位控制信號(hào)以一個(gè)高電平不斷地重復(fù)持續(xù)運(yùn)行超過(guò)某一個(gè)單片機(jī)器工作周期時(shí)有效,并且它可以廣泛用于直接完成對(duì)整個(gè)單片機(jī)硬件進(jìn)行自動(dòng)復(fù)位和硬件初始化。ale/prog:當(dāng)我們需要訪問(wèn)外部地址存儲(chǔ)器時(shí),地址鎖存器所提供允許的一個(gè)進(jìn)入輸出鎖定電平就是我們用來(lái)用于鎖定保存這個(gè)存儲(chǔ)地址的一個(gè)特定狀態(tài)值的字節(jié)。在進(jìn)行flash程序編程期間,此引腳被自動(dòng)設(shè)置為一個(gè)用來(lái)中斷輸入一個(gè)程序編程器的脈沖。但是,無(wú)論何時(shí)我們使用它自身來(lái)將其作為外部的一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖存儲(chǔ)器,它們自身都會(huì)自動(dòng)不斷跳過(guò)一個(gè)alee的脈沖。若要同時(shí)禁用一個(gè)ale的地址輸出,可以把a(bǔ)lsfr8eh兩個(gè)地址的輸出值分別設(shè)置為0到0。此時(shí),僅當(dāng)我們需要執(zhí)行一個(gè)movx并且執(zhí)行movc并將指令轉(zhuǎn)換成一個(gè)ale時(shí)應(yīng)該ale指令才有效。同樣,該引腳也可能會(huì)被輕輕地向下拉起。若兩個(gè)微處理器同時(shí)處于一個(gè)禁止外部指令執(zhí)行的特殊狀態(tài)例如ale,則這種狀態(tài)設(shè)置不能正常。ea/vpp:如果/ea被控制器程序保持在一個(gè)小的低電平,則無(wú)論該控制程序是否有效或沒(méi)有內(nèi)部的任何程序文件存儲(chǔ)器,外部的所有程序文件存儲(chǔ)器均有效。在一個(gè)內(nèi)部加密的應(yīng)用模式1中,/ea將內(nèi)部加密數(shù)據(jù)電平鎖定為/ereset,如果/ea在兩端子之間能夠繼續(xù)保持一個(gè)新的高電平,則此處的內(nèi)部加密應(yīng)用程序?qū)?duì)存儲(chǔ)器有效。在一個(gè)flash的可編程期間,該引腳還通常可以用來(lái)作為一個(gè)直流施加12v的可編程的直流電源(VPP)。xtal1:外部反相時(shí)鐘振蕩器信號(hào)放大器的信號(hào)輸入及內(nèi)部反相時(shí)鐘信號(hào)運(yùn)算控制電路的信號(hào)輸出。XTAL2:反相振蕩器的輸出。振蕩器特性:xtal1與新的xtal2分別提供作為兩個(gè)反相信號(hào)放大器的低通輸入與正相輸出。反相信號(hào)放大器也也可以被直接配置為集成片內(nèi)式反相振蕩器。石材磚的振動(dòng)及其他陶瓷磚的振動(dòng)都有可能被廣泛使用。如果我們需要使用外部的一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)源將它作為一個(gè)驅(qū)動(dòng)控制裝置,則我們時(shí)鐘不應(yīng)與它的xtal2連接。內(nèi)部的分頻時(shí)鐘控制信號(hào)其余的電流輸入必須由外部二分頻時(shí)鐘觸發(fā)器件來(lái)進(jìn)行,因此不再規(guī)定需要外部的分頻時(shí)鐘控制信號(hào)輸入脈沖區(qū)的寬度,但是輸入脈沖的電流高電平和脈沖低電平之間所占的需要輸入脈沖區(qū)的寬度可以作為輸入保障。3.1.2at89c51MCU時(shí)鐘信號(hào)控制電路框圖xtal1與電路xtal2分別控制作為兩個(gè)反相信號(hào)放大器的瞬時(shí)輸入與正相輸出。反相信號(hào)放大器也可以被直接配置為集成片內(nèi)式反相振蕩器。如果我們需要使用外部的一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)源將它作為一個(gè)驅(qū)動(dòng)控制裝置,則我們的時(shí)鐘不應(yīng)與它的xtal2連接。其余的脈沖輸入由一個(gè)二分頻脈沖觸發(fā)器直接控制連接至內(nèi)部的脈沖時(shí)鐘轉(zhuǎn)換信號(hào),因此不一定需要外部脈沖時(shí)鐘轉(zhuǎn)換信號(hào)的外部脈沖時(shí)間寬度,但是在脈沖的外部高電平和脈沖低電平之間所連接需要的外部脈沖時(shí)間寬度可以作為輸入保障。集成電路軟件結(jié)構(gòu)圖可參見(jiàn)軟件圖3-1。圖3-1AT89C51時(shí)鐘電路3.1.3AT89C51單片機(jī)復(fù)位電路 at89c51的啟動(dòng)和復(fù)位引腳采用施密特啟動(dòng)信號(hào)輸入。振蕩器開(kāi)始振動(dòng)后,連續(xù)兩個(gè)工作機(jī)械周期下,向rst引腳輸入一個(gè)高電平將使得器件處于復(fù)位。按照at89c51的復(fù)位電路特性,設(shè)計(jì)了一種復(fù)位控制電路,如圖3-2所示。圖3-2AT89C51單片機(jī)復(fù)位電路在電路中,串聯(lián)連接C1和R1并連接到RST引腳。上電時(shí),電容器經(jīng)過(guò)一個(gè)電阻進(jìn)行充電,并且在正負(fù)荷的脈沖下出現(xiàn)了一個(gè)復(fù)位引腳。如果脈沖寬度足夠?qū)?則可以重置微控制器。為了滿足單片機(jī)AT89C51的的復(fù)位需求，我們選用了晶體振蕩器和電容器以及電阻器，分別是24m，10uf和10k的電阻器。3.1.4控制系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)根據(jù)上述實(shí)例分析,該系統(tǒng)設(shè)計(jì)中微型單片機(jī)及微控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如框圖3-3所示。復(fù)位集成電路采用了更簡(jiǎn)單的RC復(fù)位電路,可以為AT89C51微控制器提供10ms或更高電平的復(fù)位脈沖。時(shí)鐘控制電路主要采用外部晶體振蕩器模式,該時(shí)鐘振蕩器控制電路由24m晶體振蕩器和兩個(gè)30pf電容器共同組成。由于p0端口的特殊結(jié)構(gòu),在此電路中,po端口的一個(gè)部分接口導(dǎo)線被廣泛應(yīng)用于控制器的數(shù)據(jù)輸入,因此在本次的設(shè)計(jì)中,將10k電阻作為一個(gè)上拉電阻。圖3-3智能電飯煲控制系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)電路3.2控制系統(tǒng)電源電路 該智能控制電路設(shè)計(jì)的智能電飯煲需要5v直流電源供電的移動(dòng)電源。本電路工程設(shè)計(jì)中,5v的電壓不足以支持電路進(jìn)行各種變壓和整流，所以選用了220v的電壓進(jìn)行多次變壓才能滿足要求。其中,核心期間元件是用于作為一個(gè)三端的直流穩(wěn)壓元件78l05。3.2.1穩(wěn)壓器件78L05簡(jiǎn)介78l05為常見(jiàn)的三端式穩(wěn)壓器。78l05中的05是信號(hào)輸出電壓為5v,78l05的輸入和紋波都是非常小,并且輸出功率質(zhì)量可以滿足大多數(shù)設(shè)備的需求。（1）.輸出電壓范圍在調(diào)節(jié)器內(nèi)部可以正常運(yùn)行的條件下,指標(biāo)的參考電壓上限由最大輸入電壓與最低輸入和最高輸出電壓之間的參考電壓相差確定,下限由調(diào)節(jié)器內(nèi)部參考電壓確定。（2）.最大輸入/輸出電壓差該指標(biāo)是用來(lái)表示一個(gè)穩(wěn)壓器在正常運(yùn)行條件下所能夠容納的最高輸入和輸出電壓之間的偏差,這種偏差很大程度上是由穩(wěn)壓器內(nèi)部可以調(diào)節(jié)的晶體管耐壓性指標(biāo)決定的。（3）.最小輸入/輸出電壓差該指示器用來(lái)指示穩(wěn)壓器在正常運(yùn)行條件下所需最小的輸入與輸出之間的電壓誤。（4）.輸出負(fù)載電流范圍輸出的負(fù)載的電流范圍也可以被稱為輸入的電流范圍,并且在此輸入的電流范圍內(nèi),穩(wěn)壓器必須能夠符合索引規(guī)格中指定的指標(biāo)。三端固定集成穩(wěn)壓器電路的輸出電壓是固定的,通常使用CW7800/CW7900系列。W7800系列輸出正電壓,輸出電壓具有11個(gè)5V,6V、7V、8V、9V、10V、12V、15V、18V、20V和24V等級(jí)。該系列的輸入和電壓等級(jí)劃分為5級(jí),7800系列的輸入功率等級(jí)為1.5a,78M00為0.5A,78L00為0.1A,78T00為3A,78H00為5A。w7900系列與其他w7800系列之間最大區(qū)別主要在于其進(jìn)入輸出來(lái)源電壓分別是正或是負(fù)。三端反饋穩(wěn)壓器的主要基本工作電路原理和使用方法與上面關(guān)于使用串聯(lián)端和反饋穩(wěn)壓電源的主要工作電路原理大致相同,它一般只能區(qū)別分為三個(gè)端的輸入,輸出和一個(gè)公共端。輸入輸出端直接通過(guò)一個(gè)高頻整流器的濾波輸入電路,輸出輸入端直接通過(guò)一個(gè)電路連接點(diǎn)達(dá)到電路負(fù)載,公共端直接通過(guò)一個(gè)電路連接點(diǎn)達(dá)到電路輸入和負(fù)載輸出的公共電路連接點(diǎn)。電容器的輸入并聯(lián)電路連接于具有輸入和輸出送電兩個(gè)連接端子和位于公用電源輸出兩個(gè)端子之間,以確保穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)使用三端式穩(wěn)壓器的時(shí)候,必須在其中添加一個(gè)散熱器。否則,它將不再是在額定的電流下正常工作。7805的一個(gè)典型的應(yīng)用電路結(jié)構(gòu)如圖3-4所示。輸入和輸出兩個(gè)端口分別設(shè)置為0.33uf和0.1uf非極性電容器,以提高優(yōu)化輸出功率質(zhì)量。圖3-47805典型應(yīng)用電路3.2.2電源電路設(shè)計(jì)此設(shè)計(jì)方案中電源控制系統(tǒng)的應(yīng)用電源控制集成電路的基本設(shè)計(jì)軟件框圖結(jié)構(gòu)如下圖見(jiàn)表3-5所示。通過(guò)它的j1將220v高頻交流電源值連接到交流輸出端的有源電路,然后再通過(guò)有源逆變器上的t1將220v的有源電壓值下降到8.5v的高頻交流有源電壓。低頻的交流信號(hào)電壓n1經(jīng)過(guò)全波信號(hào)整流,從而可以產(chǎn)生高頻率的脈動(dòng)式三相直流電壓。通過(guò)使用低壓差分式穩(wěn)壓器的電源芯片78l05的所有直流電源都是在需要使用5v值的直流電源，且其中的紋波振蕩系數(shù)較小時(shí)況下才能穩(wěn)定。圖3-5控制系統(tǒng)電源電路3.3按鍵輸入電路3.3.1按鍵分類按鈕按鍵的結(jié)構(gòu)和工作原理大致可以劃分為兩種。一個(gè)指的是接觸式啟動(dòng)器開(kāi)關(guān)按鈕,例如機(jī)械式啟動(dòng)器開(kāi)關(guān),導(dǎo)電式橡膠啟動(dòng)器開(kāi)關(guān)等,另一個(gè)指的就是非接觸式啟動(dòng)器開(kāi)關(guān)按鈕,例如電子式啟動(dòng)器開(kāi)關(guān),磁性傳感器開(kāi)關(guān)等。前者的價(jià)格較便宜,而后者的使用壽命較短。當(dāng)前,微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最常見(jiàn)的開(kāi)關(guān)式按鈕種類之一就是接觸式開(kāi)關(guān)。在本文的設(shè)計(jì)中,使用了一個(gè)直接接觸式開(kāi)關(guān)的按鈕,電路原理圖中的公共符號(hào)如圖3-6所示。圖3-6觸點(diǎn)式開(kāi)關(guān)按鍵3.3.2按鍵結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)鍵盤(pán)一般都會(huì)選擇采用機(jī)械式的電子接觸通斷按鍵作為開(kāi)關(guān),而且其主要功能作用就是將存在電子式的邏輯關(guān)系中的機(jī)械式接觸通斷關(guān)系變成了電子式的邏輯關(guān)系。換言之,它就是一個(gè)可以提供給定通用標(biāo)準(zhǔn)的ttl數(shù)字邏輯輸入電平相同的兩個(gè)通用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字邏輯系統(tǒng)值并提供一個(gè)相應(yīng)的數(shù)字邏輯輸入電壓水平。在一個(gè)機(jī)械具有彈性的壓力作用下再次按下或連續(xù)釋放具有機(jī)械彈性摩擦力的電動(dòng)按鈕往往可能會(huì)因?yàn)榘殡S著持續(xù)一段時(shí)間內(nèi)的觸點(diǎn)而不斷產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng),從而使觸點(diǎn)穩(wěn)定。抖動(dòng)的過(guò)程大致如下圖所示,抖動(dòng)持續(xù)時(shí)間的增加和長(zhǎng)短與啟動(dòng)器的機(jī)械運(yùn)行性能密切相關(guān),通常為5到10ms。圖3-7是接觸鍵開(kāi)關(guān)的機(jī)械抖動(dòng)示意圖。圖3-7觸點(diǎn)式按鍵開(kāi)關(guān)機(jī)械抖動(dòng)示意圖在接觸點(diǎn)產(chǎn)生振動(dòng)時(shí),同步檢測(cè)一個(gè)按鈕on/off狀態(tài),這可能會(huì)造成判斷錯(cuò)誤。必須采取防抖措施,以克服因按鍵觸點(diǎn)內(nèi)部產(chǎn)生的機(jī)械震蕩而引起的錯(cuò)誤檢查。我們可從硬件或者軟件兩個(gè)方面進(jìn)行考量。如果按鍵的數(shù)量很少,則可以使用硬件防反跳;如果按鍵的數(shù)量很大,則可以使用軟件的反跳。例如,當(dāng)一臺(tái)單片機(jī)正常工作時(shí),有一個(gè)外部的鍵盤(pán)會(huì)向用戶輸入一個(gè)信號(hào),并且在這時(shí)候,當(dāng)它可以檢測(cè)得到哪一個(gè)鍵是否被用戶按下,單片機(jī)就會(huì)執(zhí)行一個(gè)相應(yīng)的操作程序。3.3.3按鍵輸入電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)的鍵盤(pán)由五個(gè)獨(dú)立的鍵盤(pán)組成,其中包含一個(gè)設(shè)備進(jìn)行中斷。全自動(dòng)控制的智能家用電飯鍋。鍵盤(pán)的一個(gè)引腳與微控制器中的p1.0到p1.5引腳,另一個(gè)引腳與電源地相連。當(dāng)您再次按下該鍵盤(pán)時(shí),此刻該鍵的高電平將通過(guò)傳感器發(fā)送給微控制器。為了徹底消除接觸鍵啟動(dòng)開(kāi)關(guān)的機(jī)械抖動(dòng),單片機(jī)內(nèi)部設(shè)置了一個(gè)程序,它可以徹底消除抖動(dòng),檢查是否按下了哪個(gè)鍵盤(pán),然后運(yùn)行該程序以徹底完成系統(tǒng)的任務(wù)。控制系統(tǒng)中的鍵盤(pán)訪問(wèn)電路結(jié)構(gòu)如圖3-8所示。圖3-8控制系統(tǒng)鍵盤(pán)輸入電路3.4溫度傳感器電路3.4.1DS18B20簡(jiǎn)介ds18b20數(shù)字流式溫度計(jì)系統(tǒng)采用美國(guó)dallas公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的1-wire控制器件,即單總線控制元件,電路簡(jiǎn)單,體積小。因此,使用它們對(duì)于構(gòu)造一個(gè)完全具有簡(jiǎn)易控制電路的電子溫度自動(dòng)檢測(cè)控制系統(tǒng)很方便,并且?guī)讉€(gè)這樣的數(shù)碼式電子溫度計(jì)都同樣可以直接懸掛在用于無(wú)線通信的專用電纜上。DS18B20是具有以下獨(dú)特功能的產(chǎn)品:(1)僅需一個(gè)端口即可實(shí)現(xiàn)通訊。(2)DS18B20上的每個(gè)設(shè)備都有其自己的序列號(hào)。(3)在實(shí)際的應(yīng)用中,無(wú)需外部零部件就能夠直接進(jìn)行溫度計(jì)的測(cè)量。(4)測(cè)量溫度范圍是零下55攝氏度到125攝氏度(5)用戶可以在9到12位之間選擇數(shù)字溫度計(jì)的分辨率。(6)有內(nèi)部溫度上限和下限警報(bào)設(shè)置。DS18B20提供兩種封裝:T0-92封裝和8引腳SOIC封裝。每個(gè)封裝的樣式和引腳分配如圖3-9所示,引腳功能說(shuō)明如表3-10所示。圖3-9 DS18B20的引腳排列表3-10DS18B20詳細(xì)引腳功能描述序號(hào)名稱引腳功能描述1GND地信號(hào)2DQ數(shù)據(jù)發(fā)出輸入信號(hào)、輸出信號(hào)引腳。開(kāi)漏式的單總線采用接口引腳。而且它應(yīng)當(dāng)被指定使用在一個(gè)電源寄生的直流電源下,也就是它仍然可以為該電源器件的最長(zhǎng)工作時(shí)間來(lái)提供一個(gè)新的電源。3VDD可以被任意選擇的引腳vdd。但是當(dāng)它們都必須是同時(shí)工作在一個(gè)寄生器的電源上時(shí),此引腳之間必須相同或者相互接地。3.4.2DS18B20的使用方法ds18b20具有嚴(yán)密的網(wǎng)絡(luò)通訊安全協(xié)議,以便于確保其相關(guān)數(shù)據(jù)信息傳遞的安全準(zhǔn)確性與完整。該寫(xiě)入?yún)f(xié)議軟件可以同時(shí)定義多個(gè)信號(hào)寄存器中每個(gè)信號(hào)的不同時(shí)間寫(xiě)入順序,例如每個(gè)寄存器信號(hào)初始化的寫(xiě)入時(shí)序,讀出的寫(xiě)入時(shí)序和每個(gè)寄存器的信號(hào)寫(xiě)入讀出時(shí)序。每次運(yùn)行命令與主機(jī)數(shù)據(jù)的一次傳輸從每臺(tái)主機(jī)自動(dòng)地運(yùn)行開(kāi)始一并編寫(xiě)命令序列。如果單個(gè)數(shù)據(jù)總線上的設(shè)備可能需要同時(shí)主機(jī)發(fā)回多個(gè)數(shù)據(jù),則在一個(gè)系統(tǒng)主機(jī)執(zhí)行一個(gè)個(gè)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)命令之后,主機(jī)就不得不通過(guò)啟動(dòng)程序讀出單個(gè)數(shù)據(jù)的啟動(dòng)序列。而且同一數(shù)據(jù)與多個(gè)命令同時(shí)傳輸?shù)膬?yōu)先級(jí)相對(duì)較低。(1)ds18b20的一個(gè)復(fù)位運(yùn)算程序及其序列號(hào)的結(jié)構(gòu)圖形式如下程序表3-11所示。圖3-11DS18B20的復(fù)位時(shí)序（2）DS18B20的讀取時(shí)序如圖3-12所示。ds18b20的讀寫(xiě)時(shí)序可以分為兩個(gè)步驟:讀取0的時(shí)序和1的讀寫(xiě)過(guò)程。ds18b20讀時(shí)隙,必須在15秒內(nèi)自動(dòng)拉下釋放一個(gè)新的單條數(shù)據(jù)總線,以便保證ds18b20在從另外一臺(tái)虛擬主機(jī)上自動(dòng)釋放拉下這個(gè)新的單條數(shù)據(jù)總線后,能夠?qū)⑺械闹鳈C(jī)數(shù)據(jù)都自動(dòng)傳輸并讀出來(lái)。ds18b20完成了每次讀取一個(gè)整數(shù)序列的計(jì)算過(guò)程后,至少每次間隔60us計(jì)算才能夠繼續(xù)進(jìn)行。圖3-12DS18B20的讀時(shí)序(3)DS18B20的寫(xiě)時(shí)序?qū)τ赿s18b20的編譯和寫(xiě)時(shí)序仍可以劃分為編譯0時(shí)序和1寫(xiě)時(shí)序兩個(gè)步驟,如圖3-13所示。圖3-13DS18B20的寫(xiě)時(shí)序ds18b20的對(duì)于寫(xiě)入0時(shí)序和對(duì)于寫(xiě)入1時(shí)序的要求是有所區(qū)別。寫(xiě)入0時(shí)序時(shí),您可以根據(jù)需要把單個(gè)總線拉低到至少60us,以便ds18b20可以正確地采樣io總線上的"0"電平。將單個(gè)射頻總線的釋放頻率范圍拉低后,必須一定要在15us內(nèi)重新開(kāi)始釋放一個(gè)單總線。3.4.3溫度傳感器電路設(shè)計(jì)根據(jù)上圖ds18b20溫度傳感器的應(yīng)用特點(diǎn),本文所設(shè)計(jì)的溫度傳感器軟件集成電路硬件設(shè)計(jì)方案為例。如圖3-14所示。電源用于直接為DS18B20供電。為了提高DS18B20的讀寫(xiě)能力并減少通信傳輸錯(cuò)誤,R7被設(shè)置為上拉電阻。圖3-14溫度傳感器電路3.5LED狀態(tài)指示電路 本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中,led狀態(tài)指示電路是一種用來(lái)實(shí)時(shí)地指示智能家居鍋爐粥的正常工作運(yùn)行狀態(tài)。3.5.1LED簡(jiǎn)介 LED或發(fā)光二極管是一種使用復(fù)合材料創(chuàng)建PN結(jié)的光電器件。它同時(shí)具有p和pn兩種結(jié)構(gòu)元器件的互相放大性和電位化特性,即它和i-v互相放大。i-v的電路特點(diǎn)能夠表現(xiàn)出電子顯示器和pn元件的性能指標(biāo)，能夠反映各種電路特性。換言之,施加正偏置的接觸電壓可能會(huì)直接造成低于接觸點(diǎn)的電阻,反之亦然。典型led的i-v特性曲線結(jié)構(gòu)如圖3-15所示,并具有以下特性。(1).負(fù)死區(qū):點(diǎn)a是v0的開(kāi)始和負(fù)活動(dòng)電壓。當(dāng)v<va時(shí),由于受到載流子的擴(kuò)散,所施加的勢(shì)壘電場(chǎng)可以克服許多的勢(shì)壘,并且此時(shí)的R非常大。每個(gè)LED的導(dǎo)通電壓具有不同的值,GaAs為1V,紅色GaAsP為1.2V,GaP為1.8V,GaN為2.5V。(2).正向工作區(qū):施加電流if與其所施加的飽和電壓之間呈現(xiàn)一個(gè)指數(shù)性的關(guān)系。如果v>0,則v>vf的正工作區(qū)域if隨vf的增加而增加。(4).反向擊穿電壓范圍v<-vr,vr稱為逆向擊穿電壓;vr電壓與ir相對(duì)應(yīng),這是一個(gè)反向泄露電流。例如,當(dāng)反向偏壓繼續(xù)增加導(dǎo)致v<-r時(shí),則會(huì)出現(xiàn)ir突然變大而再次發(fā)生擊穿。由于使用的化合物原子和材料的種類差異,各個(gè)led的反向打孔擊穿的電壓vr也不相同。圖3-15LED的I-V特性3.5.2狀態(tài)指示電路設(shè)計(jì)根據(jù)LED的I-V特性，當(dāng)LED完全點(diǎn)亮?xí)r，電流會(huì)急劇增加。因此，在使用過(guò)程中需要向LED添加一個(gè)限流電阻。狀態(tài)指示器電路設(shè)計(jì)如圖3-16所示。圖中有5個(gè)LED指示燈，每個(gè)LED指示燈指示智能炊具的電源開(kāi)關(guān)狀態(tài)和計(jì)時(shí)狀態(tài)。并且有三種操作模式：煮飯、加熱，保溫其中，R9至R13是限流電阻，其值選擇為5.1K。圖3-16控制系統(tǒng)狀態(tài)指示電路3.6LCD顯示電路本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中選擇lcd-1602作為一個(gè)顯示器件,它能夠及時(shí)向使用者傳遞各種信息，用來(lái)即使關(guān)注電飯煲工作的狀態(tài)。其中包括定時(shí)時(shí)刻表顯示、工作模式顯示、故障提醒等。3.6.1LCD-1602簡(jiǎn)介液晶圖形文字顯示器是由5個(gè)橫向點(diǎn)列和7個(gè)縱向點(diǎn)列組合而成，來(lái)輸出文字，因而具有顯示字符多，功耗低，色彩豐富的特點(diǎn)。據(jù)顯示容分類，可以分為1行和2行，均為2x8的字節(jié)顯示。LCD-1602共有16個(gè)引腳,每個(gè)引腳的功能如下。引腳1:VSS是接地電源。引腳2:VDD連接到5V正電源。引腳3:V0是一個(gè)通常用于同時(shí)控制兩個(gè)液晶lcd顯示器電源對(duì)比度電壓調(diào)整器的端子,連接兩端到其中的一個(gè)正電源時(shí)候它們的電源對(duì)比度最低,而且在與正電源兩端接地的那個(gè)時(shí)候它們的電源對(duì)比度也是最高的。引腳4:RS選擇寄存器,高電平選擇數(shù)據(jù)寄存器,低電平選擇指令寄存器。引腳5:RW是一條支持讀寫(xiě)的數(shù)字信號(hào)傳輸接口,讀和寫(xiě)運(yùn)算為一個(gè)高電平,寫(xiě)和讀運(yùn)算為一個(gè)低電平。例如,當(dāng)您的rs或rw均顯示為一個(gè)自動(dòng)低電平時(shí),您就仍然可以在其上自動(dòng)編寫(xiě)一個(gè)命令或者在其上自動(dòng)顯示它的位置;但是例如,當(dāng)rs為一個(gè)低電平,rw為一個(gè)高電平。引腳6:E穩(wěn)壓端子指的是模塊作為一個(gè)正?；顒?dòng)的穩(wěn)壓端子,當(dāng)這個(gè)E端子由一個(gè)高電平轉(zhuǎn)換成了低穩(wěn)壓電平時(shí),lcd三個(gè)模塊就一定會(huì)自動(dòng)執(zhí)行這個(gè)活動(dòng)命令。引腳7至14:D0至D7是8位雙向數(shù)據(jù)線。15至16號(hào)引腳:bla(bl1):led背光陽(yáng)極。如果我們需要進(jìn)行背光時(shí),則將bla與限流電阻相互串聯(lián),直至連接到vdd,并且blk相互接地。被檢測(cè)模塊的背光電流大小約為50ma,通?？梢灾苯又翑?shù)十歐姆之間的電阻。BLK(BL2):LED背光源接地。3.6.2LCD顯示電路設(shè)計(jì) 此設(shè)計(jì)的LCD顯示電路設(shè)計(jì)如圖3-17所示。p0.0連接至lcd-1602的寄存器選擇端子(rs),p0.1連接至lcd-1602的讀/寫(xiě)選擇端子(RW),P0.2連接到使能端子(E)。端口p2用作兩個(gè)并行的數(shù)據(jù)端口,用于分別將兩個(gè)lcd-1602的引腳d0-d7相連接。由于這個(gè)端口p0是準(zhǔn)輸入和輸出的端口,因此它們之間沒(méi)有內(nèi)部的上拉電阻,因此可能需要在該引腳p0.0-p0.3上重新添加一個(gè)上拉電阻。在此電路中,使用10K上拉電阻,即圖中的R3-R5。圖3-17LCD顯示電路設(shè)計(jì)3.7電飯鍋加熱電路 由于電飯鍋通常采用加熱板或者是加熱園盤(pán)作為主要的加熱元件,加熱板應(yīng)直接與直流電壓相連接，用來(lái)實(shí)現(xiàn)電生熱，從而實(shí)現(xiàn)煮飯的功能。加熱盤(pán)的功率通常在1500w以上,因此電飯鍋的工作容量和電流也相對(duì)較大。所以控制系統(tǒng)必須專門(mén)地設(shè)計(jì)用于驅(qū)動(dòng)和控制加熱模塊的電路,如圖3-18所示。圖3-18加熱盤(pán)在本電路設(shè)計(jì)中的它使用了一個(gè)繼電器電流帶動(dòng)的高頻加熱盤(pán)和220v的高頻交流電源相互進(jìn)行接通。其形成原因主要因素有二,一個(gè)就是繼電器在正常工作時(shí)需要具有驅(qū)動(dòng)電流大,控制簡(jiǎn)單,穩(wěn)定可靠等重要特性,適宜在臺(tái)式電飯煲中正常使用,但是繼電開(kāi)關(guān)器在頻率相對(duì)較低的場(chǎng)合應(yīng)用較多。第二種因素是繼電器控制線圈和電源輸出電路節(jié)點(diǎn)之間完全存在著天然的靜電隔離控制功能,無(wú)須再額外考慮增設(shè)靜電光耦等其他天然隔離控制元件。該驅(qū)動(dòng)電路元件中的驅(qū)動(dòng)加熱盤(pán)溫度傳感器及其驅(qū)動(dòng)加熱電路基本結(jié)構(gòu)如下圖圖3-19所示。單片機(jī)的引腳可以經(jīng)由一個(gè)驅(qū)動(dòng)器的npn三極晶體管間接電路驅(qū)動(dòng)一個(gè)繼電器。例如,當(dāng)與之直接相連的一個(gè)單片機(jī)引腳上的水平電壓值為高時(shí),三極管就可能會(huì)一直處于導(dǎo)線接通的電壓狀態(tài),在一個(gè)繼電器的連接線圈中會(huì)明顯發(fā)現(xiàn)此時(shí)有一個(gè)接觸電流從它的三極管上反向流過(guò),從而可以使得其線圈中通電，由于電磁力的作用，產(chǎn)生磁力，吸附內(nèi)膽從而實(shí)現(xiàn)加熱功能。在電路內(nèi)把電源繼電器的觸點(diǎn)經(jīng)接口插入電源器件接口引出,方便把電源加熱盤(pán)和其他電源器件串聯(lián)在一起。其中,r8為一個(gè)自動(dòng)限流穩(wěn)壓電阻,該電路限流的額定功率可以應(yīng)用于確定其電阻值為3.3k。d1為控制系統(tǒng)熱盤(pán)驅(qū)動(dòng)電路的二極管,在此處的工作控制電路中它可以起到同時(shí)控制整個(gè)繼電器的電源線圈短路連接和電源續(xù)流的重要作用,避免電源線圈被電流傳感生的高頻率電壓直接振動(dòng)擊穿了三極的管。圖3-19控制系統(tǒng)熱盤(pán)驅(qū)動(dòng)電路3.8本章小結(jié)本章主要介紹了設(shè)計(jì)電飯煲模糊智能化控制系統(tǒng)的軟硬件。智能家用電飯鍋控制系統(tǒng)的軟硬件電路大致可按照各種功能劃分為下列幾個(gè)組成部分,最小控制系統(tǒng)，電源電路控制系統(tǒng)，輸入系統(tǒng)，溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，電子顯示屏，狀態(tài)顯示電路和狀態(tài)顯示電路和at89c51微控制器引腳的功能詳細(xì)介紹。4智能電飯煲控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1軟件整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)電飯煲模糊式智能化控制系統(tǒng)的軟件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)框圖如下表4-1所示。圖4-1主程序結(jié)構(gòu)圖從主程序流程圖中,可以看到在微控制器開(kāi)始運(yùn)行之后,控制系統(tǒng)已進(jìn)行了初始操作。初始化操作包括設(shè)置電飯鍋的初始操作狀態(tài),加熱狀態(tài)和LCD-1602的操作模式。在該設(shè)計(jì)中,系統(tǒng)通電運(yùn)行后,智能電飯鍋的工作狀態(tài)被初始化為加熱模式,LCD-1602通過(guò)兩行16個(gè)字符的命令被初始化為工作模式。初始化的操作結(jié)束后,程序?qū)⒆詣?dòng)進(jìn)入main循環(huán)函數(shù)。在此特性的功能中,程序依次地調(diào)用若干個(gè)子例程,以分時(shí)的方式對(duì)系統(tǒng)的各種輸入和各種輸出進(jìn)行處理。main的函數(shù)中需要處理的內(nèi)容主要包括對(duì)溫度傳感器的控制,以執(zhí)行溫度變化的