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1、 河南科技大学河南科技大学 课课 程程 设设 计计 说说 明明 书书 课程名称 单片机原理课程设计 题 目 微波炉控制程序设计 学 院 农业装备工程学院 班 级 农电 131 班 学生姓名 刘宁 指导教师 邓桂扬 日 期 2015 年 6 月 3 日 1 单片机原理课程设计任务书单片机原理课程设计任务书 班级： 农电 131 姓名： 刘宁 学号：9 设计题目： 微波炉控制程序设计 一、一、设计目的设计目的 进一步巩固理论知识，培养所学理论知识在实际中的应用能力；掌握单片机设计的一 般方法；熟悉一种单片机开发软件，掌握一般单片机系统的仿真调试方法；利用单片机软 件设计一个电子技术综合问题，培养单
2、片机编程、书写技术报告的能力。为以后解决工程 实际问题的研究打下设计基础。 2、设计任务设计任务 二,设计要求: 利用实验系统的硬件资源设计一个“带 LED 显示的微波炉控制器“ 控制面板包括:两位数码显示十个数字按键键盘电源按键电源指示灯大中小火力选择开 关 工作流程如下: (1)按下电源键,指示灯亮,通过数字键设定需要加热的时间,并在 LED 上进行显示,单位为秒 (2)时间设定完后,通过大,中,小三个按键,选择火力的大小,并启动微波炉进行工作 (3)LED 实时显示剩余的工作时间,定时时间到后自动停止,指示灯灭 (4)微波炉运行过程中,若再按下电源键,则微波炉停止工作,指示灯灭 三、设计
3、要求三、设计要求 （1）通过对相应文献的收集，给出相应课题的背景、意义及现状研究分析。 （2）通过课题设计，掌握单片机系统总体方案设计方法并画出框图。 （3）设计并绘制出系统电路原理图及 PCB 图，编写软件流程图，编写 C 语言程序，用一 种单片机软件仿真调试并得到正确结果。 （4）学生应抱着严谨认真的态度积极投入到课程设计过程中，认真查阅相应文献给出单片 机系统设计和实现。学习按要求编写课程设计报告书，能正确阐述设计和实验结果。 四、设计时间安排四、设计时间安排 查找相关资料确定总体方案（1 天）、设计并绘制系统原理图及 PCB 图（2 天）、编 写 C 语言程序（2 天）、仿真调试（2
4、天）、编写设计报告（2 天）和答辩（1 天）。 五、主要参考文献五、主要参考文献 1 张毅刚 彭喜元,彭宇.单片机原理及应用.北京:高等教育出版社,2010.5 2 郭天祥 新概念 51 单片机 C 语言教程.北京:电子工业出版社,2009.1 3 阎石主编.数字电子技术基础.北京：高等教育出版社，2003. 2 4 张毅刚 基于 Proteus 的单片机课程的基础实验与课程设计 北京：人民邮电出版社， 2012 5 Alan B. Marcovitz Introduction to logic Design.北京：电子工业出版社，2003 指导教师签字： 年 月 日 3 4 摘 要 近年来随
5、着计算机在社会领域的渗透和大规模集成电路的发展，单片机的应用正在不 断地走向深入，由于它具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等 特点，因此特别适合于与控制有关的系统，越来越广泛地应用于自动控制，智能化仪器， 仪表，数据采集，军工产品以及家用电器等各个领域，单片机往往是作为一个核心部件来 使用，在根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。 微波炉控制系统设计采以微控制器（MCU）为核心，基于Keil编制软件系统和Proteus 画图仿真软件，结合两位数码管显示以及必要的外围电路，完成微波炉的可编程智能控制。 系统由计时控制、火力设定、用户界面几大模块组成
6、。能够根据键盘输入完成相应的功能， 同时使用数码管显示系统状态。 关键词：微控制器（MCU） 、微波炉、控制器 农业装备工程学院课程设计说明书 5 目录目录 第一章 绪论6 1.1 课题背景6 1.2 课题来源.7 1.3 文本的研究工作.7 第二章 系统总体概述8 2.1 工作原理.8 2.2 电路设计.9 2.3 本章小结9 第三章 各模块方案比较与论证9 3.1 档位显示部分方案10 3.2 计时控制部分方案.10 3.3 键盘和显示部分方案.11 3.3.1 键盘11 3.3.2 显示11 3.4 本章小结.11 第四章 系统硬件设计12 4.1 门电路的设计.12 4.2 时钟电路设
7、计13 4.3 键盘模块电路设计.13 4.4 档位显示电路设计.14 4.5 显示电路设计.15 4.6 火力输出控制设计.16 4.7 本章小结.16 第五章 系统软件设计16 5.1 显示程序设计.17 5.2 微波炉加热状态.17 5.3 计时程序设计17 5.4 系统待机状态设计19 5.5 用户设定状态设计19 5.6 加热停止状态设计21 6 5.7 本章小结.21 第六章 系统测试21 6.1 测试及制作所用仪器21 6.2 测试结果.22 6.2.1 基本要求22 6.2.2 误差分析22 6.3 本章小结22 第七章 结 论23 参考文献23 附录一：系统电路图24 附录二
8、：软件设计程序24 农业装备工程学院课程设计说明书 7 第一章 绪论 1.1 课题背景 单片机自 1976 年由 Intel 公司推出 MCS-48 开始，迄今已有二十多年了。 由于单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗地、使用方便、价格 低廉等一系列优点，目前已经渗入到人们工作和生活的方方面面，几乎“无处 不在，无所不为” 。单片机的应用领域已从面向工业控制、通讯、交通、智能仪 表等迅速发展到家用消费产品、办公自动化、汽车电子、PC 机外围以及网络通 讯等广大领域。 单片机有两种基本结构形式:一种是在通用微型计算机中广泛采用的，将程 序存储器和数据存储器合用一个存储器空间的结构，称为
9、普林斯顿结构。另一 种是将程序存储器和数据存储器截然分开，分别寻址的结构，一般需要较大的 程序存储器，目前的单片机以采用程序存储器和数据存储器截然分开的结构为 多。 本文讨论的单片机多功能数字钟系统设计的核心是目前应用极为广泛的 51 系列 单片机，多功能数字钟配置了外围设备，构成了一个可编程的计时定时系统， 具有体积小，可靠性高，功能强等特点。不仅能满足所需要求而且还有很多功 能可供开发，有着广泛的应用领域。 20 世纪 80 年代中期以后，Intel 公司以专利转让的形式把 8051 内核技术 转让给许多半导体芯片生产厂家，如 ATMEL、PHILIPS、ANALOG、DEVICES、DA
10、LLAS 等。这些厂家生产的芯片是 MCS- 51 系列的兼容产品，准确地说是与 MCS-51 指令系统兼容的单片机。这些兼容 机与 8051 的系统结构（主要是指令系统）相同，采用 CMOS 工艺，因而，常用 80C51 系列来称呼所有具有 8051 指令系统的单片机，它们对 8051 单片机一般 都作了一些扩充，更有特点。其功能和市场竞争力更强，不该把它们直接称呼 为 MCS-51 系列单片机，因为 MCS 只是 Intel 公司专用的单片机系列型号。MCS- 51 系列及 80C51 单片机有多种品种。它们的引脚及指令系统相互兼容，主要在 内部结构上有些区别。目前使用的 MCS-51 系
11、列单片机及其兼容产品通常分成以 8 下几类：基本型、增强型、低功耗型、专用型、超 8 位型、片内闪烁存储器型。 1 1.2 课题来源 在日常生活和工作中，我们常常用到定时控制，如扩印过程中的曝光定时 等。早期常用的一些时间控制单元都使用模拟电路设计制作的，其定时准确性 和重复精度都不是很理想，现在基本上都是基于数字技术的新一代产品，随着 单片机性能价格比的不断提高，新一代产品的应用也越来越广泛，大可构成复 杂的工业过程控制系统，完成复杂的控制功能。小则可以用于家电控制，甚至 可以用于儿童电子玩具。它功能强大，体积小，质量轻，灵活好用，配以适当 的接口芯片，可以构造各种各样、功能各异的微电子产品
12、。 随着电子技术的飞速发展，家用电器和办公电子设备逐渐增多，不同的设 备都有自己的控制器，使用起来很不方便。根据这种实际情况，设计了一个单 片机多功能定时系统，它可以避免多种控制器的混淆，利用一个控制器对多路 电器进行控制，同时又可以进行时钟校准和定点打铃。它可以执行不同的时间 表（考试时间和日常作息时间）的打铃，可以任意设置时间。这种具有人们所 需要的智能化特性的产品减轻了人的劳动，扩大了数字化的范围，为家庭数字 化提供了可能。 1.3 文本的研究工作 利用实验系统的硬件资源设计一个“带 LED 显示的微波炉控制器“控制面板 包括:两位数码显示十个数字按键键盘电源按键电源指示灯大中小火力选择
13、 开关 工作流程如下: (1)按下电源键,指示灯亮,通过数字键设定需要加热的时间,并在 LED 上进行 显示,单位为秒 农业装备工程学院课程设计说明书 9 (2)时间设定完后,通过大,中,小三个按键,选择火力的大小,并启动微波炉进 行工作 (3)LED 实时显示剩余的工作时间,定时时间到后自动停止,指示灯灭 (4)微波炉运行过程中,若再按下电源键,则微波炉停止工作,指示灯灭 第二章 系统总体概述 2.1 工作原理 微波炉工作分四个步骤分别为：系统待机用户设定微波炉加热加热 完。具体流程如下图 2.1.1。 图 2.1.1 系统流程图 系统上电自检后，数码管显示零分，档位通过三个发光二极管显示(
14、分别表 示低档、中档、高档)。键盘分按键 K1,K2,K3,K4,REST 五个按键。K4 键为微波 炉的计时开始键。K1 键为档位选择选择键，选择后相应的发光二极管会发亮。 K2,K3 键为时间设定键。REST 为复位键。 微波炉启动数码管开始倒计时，当倒计时到零分，微波炉会自动关闭，此 时发光二极管会闪烁发出提示。各功能实现如下图 2.1.2。 系统待机 状态 用户进行 设置 系统开始 工作 任务结束 按 REST 键或打开微波炉炉 门 按任意键 接通电源 系统待机状态 工作状态 计时时间为 00 分 用户设置状态 档位选择 按 K1 键 调整时间 按 K2 键 按 K3 键 系统复位 按
15、 K4 键 按 REST 键 10 图 2.1.2 系统功能图 注：高中低三个火力大小用三个发光二极管模拟。 2.2 电路设计 系统以 STC89C52 单片机为核心，连接各外部电路完成人机交互等各功能的 控制。系统的总体框图如下图 2.2.1。 图 2.2.1 系统的总体框图 电路设计部分以单片机控制电路为核心由定时器电路，显示电路，键盘电 路，电源电路，火力输出电路，档位显示电路共同组成微波炉控制系统电路。 2.3 本章小结 经过对整个系统概述的分析，可以得到一个大致的系统设计框架，对整个 系统设计有个一个大致方向，并根据系统的框架进行各模块的细分与方案论证。 单片 机 内部定时器 键盘电
16、路 电源电路 数码管显示电路火力输出电路 档位显示电路 农业装备工程学院课程设计说明书 11 第三章 各模块方案比较与论证 统设计包含显示电路，键盘电路，计时控制电路，档位输出电路，等多个 部分，每个部分都可以采用不同的方案来实现，但不同的方案有实现的难易的 不同，所以通过思考分析，最终做出最好的选择，使之更加科学和合理。下面 对各部分设计方案做分析和选择。 3.1 档位显示部分方案 方案一：通过单片机的一个 I/O 端口经 A/D 转换器，转换成三个输出端口 进行档位控制。如图 3.1 .1 这种方案可以节省单片机接口资源。 图 3.1.1 图 3.1.2 方案二：直接利用单片机的三个 I/O 端口进行档位控制。如图 3.1.2 这种 方案电路简单。 由于在本设计系统中单片机有充足的 I/O 端口资源，为了保
