基于单片机的电饭锅电子保姆仪的设计与实现毕业设计

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1、摘 要本文所介绍的电饭锅电子保姆仪，是继普通家庭电饭锅之后所产生的新型智能化电饭锅。设计研制了一个智能化的电饭锅系统，在继承以往电饭锅的优点同时加入了定时进水与定时煮饭功能，达到根据制定时间开始煮饭，并在规定时间内把饭煮熟切自动停止工作功能。设计采用温度传感器DS18B20采集温度，通过单片机的低电压输出来控制继电器的关断，从而达到控制关闭进水阀、自动电路断开效果，并且具有显示功能，能将工作的状态随时间而显示在液晶显示器上，整个过程通过单片机来控制。本文介绍了一种新型的电饭锅控制系统，详细介绍了设计的总体思想、硬件设计与软件系统，系统而详细地对该系统的功能与实现做出了介绍，并对该设计提出了不足

2、与改进。关键词：单片机控制；定时功能；继电器控制；传感器AbstractThis article introduces the rice cooker electronic nanny instrument, and is the ordinary household rice cooker after the rice cooker produces a new type of intelligence. The design and development of an intelligent system rice cooker, rice cooker in the past, the

3、advantages of inheriting the same time joined the regular water and regular cooking function, time to start cooking under development, and the rice is cooked within the specified time stop automatically cutting function. Design uses a temperature sensor DS18B20 collecting temperature, low-voltage ou

4、tput by the microcontroller to control the relay off, and thus to control the closed inlet valve, disconnect the effect of automatic circuit, and has display function, the state can work over time shows on the LCD monitor, through the microcontroller to control the whole process.This paper introduce

5、s a new type of rice cooker control system detailed design of the overall idea, hardware design and software system, the system and detailed functions and implementation of the system made a presentation and the design of a lack of and improvement.Keyword: MCU; Timing; Relay control; Sensor 目 录引 言11

6、 系统的总体方案设计51.1 方案设计51.2 控制原理51.3 控制功能62 系统硬件设计72.1 单片机的发展趋势与介绍72.1.1 单片机的分类72.1.2 单片机的硬件结构及特点82.1.3 89C51的引脚介绍92.1.4 单片机最小系统的设计112.2 显示部分的电路设计122.2.1 显示器1602电路设计122.3 按键部分的电路设计142.3.1 键盘的分类142.3.2 键盘的工作方式162.4 温度传感器连接172.4.1 技术性能描述182.4.2 应用范围182.4.3 使用说明183 系统的软件设计213.1 软件部分的总体设计思想213.2 控制系统的主程序功能及

7、流程图213.2.1 主程序流程图213.2.2 系统子函数设计224 系统的调试294.1 硬件部分调试步骤294.2 软件部分调试29结 论31致 谢32参考文献33附录A 英文原文34附录B 中文翻译43附录C 系统设计原理图48附录D 程序清单49附录E 系统实物图65引 言自从1955年东芝开发出世界上第一台电饭煲，电饭煲的发展已经过了50年，到现在，电饭煲已经成为了现代家庭必备的生活电器之一。随着电饭煲技术的发展，电饭煲的控制技术也经历了几个重要的阶段，首先是机械式控制，然后是电子式控制，再是微电脑控制，再是目前将要成为主流的电磁电饭煲和微压力电饭煲。今天，我们正经历着一个电脑技术

8、迅速发展的时代，电脑芯片、网络和3C技术已经开始成熟和普及，成本大幅度下降，这就为我们提供了一个绝好的平台和环境，我们应该有理由也有信心将包括电饭煲在内的所有智能家电控制技术作一次大的提升。因为随着人们生活水平的提高，对电饭煲的要求也越来越高。日后，煮出来的米饭的可口程度、营养以及是否多功能、是否节能这些因素将成为判断一个电饭煲好坏的新标准1 。综合各方面的需求和目前技术的发展，今后电饭煲控制技术将向以下几个方向发展： （1） 更高端 目前市场上高档电饭煲越来越受欢迎，这是因为以前的消费者购买电饭煲是因为电饭煲使用方便，而现在的消费者更注重使用的效果。煮饭的过程实际是通过加热将大米由淀粉转为淀

9、粉的过程，控制系统需要将这个过程处于一个可控的状态，按设定的温度曲线变化。在这个过程中，使用模糊控制技术是目前最好的选择。同时，也要求电饭煲设计工程师对大米以及烹饪方面有丰富的知识。有了这些条件，制造出来的电饭煲将能煮出美味的米饭。因此，为了提升电脑电饭煲的煮饭效果，有必要制定电脑电饭煲煮饭效果的行业标准，对电脑电饭煲煮出来的米饭的含水率、化程度、还原糖量、硬度、粘度、色泽以及均匀程度等指标进行测量，以提高电饭煲行业的整体水平。 （2） 更智能 目前国内的电脑电饭煲大部分都是使用模糊控制理论来控制加热系统，模糊控制的优点在于它可以模拟人的思维，用推理的方式进行饭量的检测和加热的控制。这种控制技

10、术在国内已经开始普及和成熟。但模糊控制也有它的缺点，就是没有学习能力。在电饭煲的使用过程中存在外部环境差异、内部零件损耗及用户使用习惯的问题，这就需要电饭煲在使用过程中通过工作的积累对这些状态进行学习。举个简单的例子，一台电饭煲煮饭有偏软、适中、偏硬三种功能给用户选择，但一般用户的口味只有一种。假如用户的口味是偏硬，而电饭煲的首选默认功能是适中，那么这个用户每次都需要按下功能键将功能选到“偏硬”这一菜单上，这就增加了用户的操作难度。但如果是带学习功能的电饭煲，它可以根据用户使用功能菜单的次数进行计算，将默认功能设定在用户使用最多的菜单上，这样用户就可以省却繁琐的操作，轻轻一按就可以实现想要的功

11、能。因此，人工智能模糊控制技术将是今后电饭煲控制技术的一个发展方向。 （3） 电磁加热控制 电磁炉在这两年的发展大家有目共睹。从市场上看，消费者已经接受了电磁加热比传统加热效率更高的事实，在讲究环保和节能的今天，电饭煲使用电磁加热已经是不二的选择。从技术上看，经过大批量生产和广大用户的考验，电磁加热技术已经日趋成熟，在前几年一直困扰各个厂家的返修率问题，现在已经有部分厂家通过技术提升和生产控制得到解决。另外，电磁炉已经进入大规模的生产，电磁加热所需要的成本已经大幅的下降，在接下来一两年，售价在1000元以下的电磁电饭煲将会成为现在市场价，而这个价位是中高端消费者可以接受的，而且这将会是成本下降

12、的开始。 （4） 增加压力控制系统 压力锅跟普通的电饭煲相比有着较大的优势，它更快速、更节能、更能够保持营养，这些都符合消费者对未来电饭煲的需求。更重要的是，电饭煲通过增加压力控制系统，可以实现更多的烹饪功能，除了满足了消费者的需求外，还为如今的控制系统升级留下很大空间。为了实现压力控制系统，接下来还需要解决很多问题，例如压力的精确测量技术，这在目前仍然是一个难点。还有使用压力电饭煲煮饭的最佳温度和压力控制曲线的确定，这些都对科学研制工程人员提出了新的挑战。 （5） 网络化 提到网络化，远程控制是现代科技发展的主流技术。在很多年前一些大型家电厂家就开发了可连接在Internet互联网，并可以远

13、程控制的家电，为今后的现代化生活描绘出很多美丽的蓝图。截至今天，家居生活已经完全进入了网络时代。目前在国内，网络使用费用的降低，直接推动了宽带网络进入千家万户。在这个基础上，实现网络化家电远程控制，已经是势在必行。作为电饭煲这个产品，应该可以在这场变革中更进一步。如果电饭煲的发展像科学家预示的那样，使用电磁加热，有可以控制的压力，还有更智能的系统，那么未来的电饭煲将是一个多功能的烹调工具，而且它可以给不同的用户提供更个性化的服务。这就要求在网络家电时代的电饭煲不仅仅追求远程控制，应该还可以通过互联网的功能实现自我的升级和个性化设置。设想一下：如果想煮一道新菜，但现有的电饭煲没有这个功能，此时就

14、可以通过电脑登陆互联网找到这道菜的制作方法，并将电饭煲的工作程序安装在电脑上，通过数据线将电饭煲连接到电脑，将这个程序输入到电饭煲上。那么就可以轻松的用电饭煲完成这道新菜式。这就是网络化带来的好处。 普通电饭煲的结构：普通电饭煲主要由发热盘、限温器、保温开关、杠杆开关、限流电阻、指示灯、插座等组成。 （1） 发热盘：是电饭煲的主要发热元件。这是一个内嵌电发热管的铝合金圆盘，内锅就放在它上面，取下内锅就可以看见；（2） 限温器：又叫磁钢。它的内部装有一个永久磁环和一个弹簧，可以按动，位置在发热盘的中央。煮饭时，按下煮饭开关，靠磁钢的吸力带动杠杆开关使电源触点保持接通，当煮饭时，锅底的温度不断升高

15、，永久磁环的吸力随温度的升高而减弱，当内锅里的水被蒸发掉，锅底的温度达到1032时，磁环的吸力小于其上弹簧的弹力，限温器被弹簧顶下，带动杠杆开关，切断电源；（3） 保温开关：又称恒温器。它是由一个弹簧片、一对常闭触点、一对常开触点、一个双金属片组成。煮饭时，锅内温度升高，由于构成双金属片的两片金属片的热伸缩率不同，使双金属片向上弯曲。当温度达到80以上时，在向上弯曲的双金属片推动下，弹簧片带动常开与常闭触点进行转换，从而切断发热管的电源，停止加热。当锅内温度下降到80以下时，双金属片逐渐冷却复原，常开与常闭触点再次转换，接通发热管电源，进行加热。如此反复，即达到保温效果；（4） 杠杆开关：该开

16、关完全是机械结构，有一个常开触点。煮饭时，按下此开关，给发热管接通电源，同时给加热指示灯供电使之点亮。饭好时，限温器弹下，带动杠杆开关，使触点断开。此后发热管仅受保温开关控制； （5） 限流电阻：外观金黄色或白色为多，大小像3W电阻，按在发热管与电源之间，起着保护发热管的作用。限流电阻是保护发热管的关键元件。对于本设计的设计方法与实现和过去电饭锅的工作方式与原理是近似相同的，只是在控制上更加智能化。具体的改进部分分为以下几部分：（1） 在加热煮饭上本设计依然遵循以往的老式电饭锅的加热方式，因为这种方式成本低并且可靠性能较高；（2） 设计中做了很大改进，主要对于设计的主控制系统中加入了智能温度传

17、感器，对于主控制系统选用89C51，智能的微型计算机控制芯片，它可以类似电脑一样对芯片与外接的电路进行控制，并且用电量小，价格稳定，运行稳定具有很高的性价比，对于传感器DS18B20是近几年出现的智能化的温度传感器，它测量精度高，运行稳定，更重要的是采用一线总线技术，不但控制硬件电路的简单连接而且软件编程容易实现，这些结合更为此设计增添了亮点。电饭锅可以说已经是家喻户晓的电子产品，家家户户使用电饭锅非常普遍，正因为普遍，所以电饭锅的改良速度一直跟不上去，现如今的电饭锅存在着许多问题，对于煮饭的水位控制不是很好，水多了米饭煮成米粥，水少米饭很硬，而且对于老式电饭锅采用的是机械杠杆加上磁盘控制的自

18、动跳闸，这样的方法虽然可行但是安全性不高，而且磨损较大。当电饭锅有某个部位变形后，电饭锅就不再能够起到准确跳闸的功能。所以面对以往电饭锅的种种弊端，本次设计研制了一种新型的电饭锅，它不仅能够自动进水，而且它工作的开关完全是由继电器控制，而不用机械的开关控制，并且加入了定时开关功能，能够根据用户需要，自动调整煮饭的时间，到达设定时间煮饭加热将自动关闭。整个工作过程将完全显示在1602LCD液晶显示器上。此设计的出现将会大大增加电饭锅的使用寿命与提高其可靠性，不仅使用方便，而且成本较低，真正做到了智能与廉价的有效结合，并且可以说是为广大普通家庭用户量身打造，也为以后电饭锅产品更好更快的发展奠定了基

19、础。本文从四个部分介绍了电饭锅保姆仪。第一部分系统的总体方案设计从总体上介绍了电饭锅保姆仪的结构，是对电饭锅保姆仪的总体叙述。第二部分系统的硬件设计主要利用单片机89C51，显示器1602，以及传感器DS18B20之间的组合，确保电饭锅保姆仪的实现。第三部分系统的软件设计主要是产品的的内在，是本产品的灵魂所在，所有的功能都是靠这部分实现的。第四部分系统的调试是对上面几个部分的总体总结，只有调试成功才能保证本产品的设计与硬件软件的合理性，四个部分环环相扣，缺一不可。1 系统的总体方案设计1.1 方案设计该设计的总方案设计图如图2.1所示，单片机的外接部分总共包括四个部分：（1） 按键部分为使用者

20、输入信息的部分，在整个程序实现中起着主要的作用，设计中共用了6个按键来实现此设计的所有功能，分别控制着单片机的不同位置；（2） 继电器部分主要为单片机与电饭锅相连接的部分，可以通过单片机输出的很小电压来控制电饭锅工作的大电压，控制放便快捷，而且安全性能高；（3） 温度交换部分由温度传感器DS18B20通过与单片机的信息交换来提取电饭锅时时刻刻的温度变化，与判断是否达到米饭熟时的温度，并采取一系列的动作；（4） 控制面板LCD液晶显示器1602，这部分的实现主要能让使用者直观的看见，电饭锅的工作状态，并且显示剩余时间和实时温度，为观察电饭锅状态的核心部分。控制面板LCD显示温度传感器键 盘单 片

21、 机继电器图2.1 单片机总方框图1.2 控制原理程序的控制在老式电饭锅的基础上增加了自动化功能。对于老式的电饭锅最常见的是靠人来控制进水量，靠人来按下启动按键让电饭锅工作。老式电饭锅最多的是杠杆原理控制，工作原理是当按下煮饭按键，通过杠杆控制锅底的磁钢使电饭锅加热，当温度高于103时磁钢失去磁性，电饭锅自动停止工作，这样使用时间过久会有很大的机械磨损，并且可靠性差。为了克服这些缺点，本设计利用89C51单片机芯片的功能来实现电饭锅的智能化。将DS18B20温度传感器作为控制米饭是否煮熟的温度判断器件，将105作为温度判断的临界值，当大于这个值时电饭锅将自动断电。设计中还添加了自定义设定工作时

22、间的功能，当液晶显示器上显示达到事先规定的时间时，电饭锅开始自动进水功能，并在规定进水时间达到后自动关闭进水阀，切换到自动煮饭功能，直至达到将米饭煮熟温度后，自动断开电路，并持续保温。这样不仅给电饭锅上了双重保险，而且也方便使用，达到了智能化的效果。1.3 控制功能该程序中功能的实现主要是利用89C51单片机的输出来控制继电器的关断，从而达到自动化效果，通过按键控制对89C51芯片的程序进行控制，主要控制菜单的显示和切换与进水阀的开关。同时对程序开始工作的时间可以进行设定，当到达预订工作时间时，系统自动开始进水，在限定进水时间达到后自动关闭进水阀并切换至自动煮饭功能。同时能将整体工作时间显示在

23、LCD显示屏上。单片机的输出主要控制继电器和LCD液晶显示器显示相关字符与数字，同时每隔1秒程序都会像向DS18B20温度传感器读取一次温度值，这样能将误差控制在1秒以内，对于灵敏度很高的温度传感器会更精确的判断出米饭煮熟的时间。软件中还设计了保温程序，当煮饭完成后会自动进入到保温程序，如果不需要保温时，只需按下待机键，程序便返回初始状态。2 系统硬件设计2.1 单片机的发展趋势与介绍近年来，随着高性能单片机技术的不断发展，可以说单片机进入到了百花齐放，百家争鸣的时代，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，有与主流C51系列兼容的，也有不兼容的

24、，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供广阔的天地。2.1.1 单片机的分类纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势，大致有：1） 低功耗CMOS化 MCS-51系列的8031推出时的功耗达630mW，而现在的单片机普遍都在100mW左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS(互补金属氧化物半导体工艺)。89C51就采用了HMOS(即高密度金属氧化物半导体工艺)和CHMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺)。CMOS虽然功耗较低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而CHMOS则具备了高速和低功耗的特点，这些特征，更适合于在要求低功耗象电池供电

25、的应用场合。所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。 2） 微型单片化 现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、片内数据存储器(RAM)、只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如A/D转换器、PWM (脉宽调制电路)、WDT(看门狗)、有些单片机将LCD(液晶)驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能就越强大2。甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自己特色的单片机芯片。 3） 主流与多品种共存 现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以89C51为核心的

26、单片机占主流，兼容其结构和指令系统的有PHILIPS公司的产品，ATMEL公司的产品和中国台湾的Winbond系列单片机。所以89C51为核心的单片机占据了半壁江山。而Microchip公司的PIC精简指令集(RISC)也有着强劲的发展势头，中国台湾的HOLTEK公司近年的单片机产量与日俱增，与其低价质优的优势，占据一定的市场分额。此外还有MOTOROLA公司的产品，日本几大公司的专用单片机。在一定的时期内，这种情形将得以延续，将不存在某个单片机一统天下的垄断局面，走的是依存互补，相辅相成、共同发展的道路。 2.1.2 单片机的硬件结构及特点美国Intel公司1980年推出了MCS-51系列高

27、档8位单片机。提高了芯片的集成度，性能上大为提高，增加了多种片内硬件功能，并扩展了功能单元的种类和数量3。1） 内部程序存储器和内部数据存储器2） 输入/输出口MCS-51单片机内I/O口数量和种类较多且齐全，尤其是它有一个全双工的串行口。3） 外部程序存储器和外部数据存储器寻址空间MCS-51可对64KB的外部数据存储器寻址且不受该系列中各种芯片型号的影响，而对程序存储器是内外总空间为64KB。4） 中断与堆栈MCS-51有5个中断源，分为2个优先级，每个中断源的优先级是可编程的，它的堆栈位置也是可编程的，堆栈深度可达128字节。MCS-51子系列有2个16位的定时/计数器，通过编程可以实现

28、四种工作模式。MCS-52子系列有3个16位的定时/计数器。MCS-51在内部RAM中开设了四个通用工作寄存器区，共32个通用寄存器，以适应多种中断或子程序嵌套的要求。5） 指令系统MCS-51是一个功能很强的指令系统，主要表现在MCS-51的指令系统中增添了减法、乘法、除法、比较、堆栈操作和多种位操作指令。当振荡器频率接最高12MHZ时，大部分指令执行时间为1s，少部分为2s，乘除指令的执行时间也只有4s。6） 布尔处理器特别值得一提的是MCS-51的布尔处理器。它实际上是一个完整的一个微计算机，这个一位的微机有自己的CPU位寄存器、I/O口和指令集。把八位微机和一位微机结合在一起，是微机技

29、术上的一个突破。一位机在开关决策、逻辑电路仿真和实时测控方面非常有效，而八位机在运算处理、智能仪表常用的数据采集方面有明显的长处。在MCS-51系列单片机中八位机和一位机（布尔处理器）的硬件资源是复合在一起的，二者相辅相成，这是MCS-51在设计上的精美之处，也是一般微机所不具备的。 2.1.3 89C51的引脚介绍掌握MCS-51单片机，应先了解其引脚的功能。MCS-51系列中各种芯片的引脚是互相兼容的。制造工艺为HMOS的MCS-51单片机采用40只引脚的双列直插封装DIP方式。制造工艺为CHMOS的8031/89C51/87C51除采用DIP封装方式外，还采用表贴式封装方式，为44只引脚

30、（其中4只是无用的引脚）4。其引脚图如图3.1所示。图2.1 89C51引脚图40只引脚按其功能来分，可分为如下4类：1） 电源引脚：Vcc、Vss；电源引脚接入单片机的工作电源；2） 时钟引脚：XTAL1、XTAL2；2个时钟引脚XTAL1，XTAL2外接晶体与片内 的反相放大器构成了1个振荡器，为单片机提供时钟信号。2个时 钟引脚也可以外接独立的晶体振荡器。XTAL1是片内振荡器的反 相放大器输入端，XTAL2是输出端，使用外部振荡器时，外部振 荡信号应直接加到XTAL1，而XTAL2悬空。内部方式时，时钟发 生器对振荡脉冲二分频，如晶振为12MHz，时钟频率就为6MHz；3） 控制引脚：

31、/PSEN、ALE、/EA、RESET；此类引脚提供控制信号； 4） I/O口引脚：P0、P1、P2、P3，为4个8位I/O口的外部引脚；P1口，P2口， P3口是3个8位双向I/O口，各口线在片内均有固定的上拉电阻。 当这3个准双向I/O口作输入口使用时，要向该口先写1，另外 准双向I/O口无高阻的“浮空”状态，故称为双向三态I/O口5。下面结合表2.1来介绍各引脚的功能。表2.1 89C51引脚功能表引脚功能 符号 引脚功能说明电源引脚 VSS 40 接+5V电源 VSS 20 接地时钟引脚 XTAL1 19 接外部晶体的1个引脚。该引脚内部是1个反相放大器输入端。这 个反相放大器构成了片

32、内振荡器，如果采用外接晶体振荡器时，此 引脚应接地 XTAL2 18 接外部晶体的另一端，在该引脚内部接至内部反相放大器输出端。 若采用外部时钟振荡器时，该引脚接收时钟振荡器的信号，即把此 信号直接接到内部时钟发生器的输入端控制引脚 RST/Vpd 9 RST（RESET）是复位信号输入端，高电平有效。当单片机运行时， 在此引脚加上持续时间大于2个机器周期的高电平时候，就可以完 成复位操作。Vpd为本引脚的第二功能，即备用电源的输入端。 ALE/P 30 输出为地址锁存允许信号，当单片机上电正常工作后，ALE引脚不 断输出正脉冲信号。当单片机访问外部存储器时，ALE输出信号的 负跳沿用于单片机

33、发出的低8位地址经外部锁存器锁存的锁存控制 信号。/PROG为本引脚的第二功能。在对片内EPROM型单片机编 程写入时，此引脚作为编程脉冲输入端 /PSEN 29 程序存储器允许输出控制端。在单片机访问外部程序存储器时，此 引脚输出脉冲负跳沿作为读外部程序存储器的选通信号。 /EA/Vpp 31 /EA功能为内外程序存储器选择控制端。Vpp为本引脚的第二功能。 I/O口引脚 P0口 双向8位三态I/O口，此口为地址总线（低8位）及数据总线分时 复用口，可驱动8个LS型TTL负载 P1口 8位准双向I/O口，可驱动4个LS型TTL负载 P2口 8位准双向I/O口，与地址总线（高8位）复用，可驱动

34、4个LS 型TTL负载11 P3口 8位准双向I/O口，双功能复用口，可驱动4个LS型TTL负载2.1.4 单片机最小系统的设计 此次设计选用89C51的最小系统，89C51内部有4KB闪烁存储器，芯片本身就是一个最小系统。在能满足系统的性能要求情况下，可优先考虑采用此种方案。用这种芯片构成的最小系统简单很可靠。用89C51单片机构成的最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，该系统与其他最小系统相比，省去了外扩程序存储器的工作，该最小应用系统只能用作一些小型的数字量的测控单元6。单片机最小系统电路如图3.2所示。图2.2 89C51最小系统1） 复位电路微处理器在上电、掉电及低

35、压供电时，监控器产生脉冲信号这可以保证微处理器实现上电自动复位：当供电压过低时，防止CPU失控。电源电压Vcc升到1V时RESET引脚变为低电平，随着Vcc的继续升高，RESET一直保持低电平。当Vcc高于复位门限电平时，RESET并不马上变为高电平，而是要滞后一个复位脉冲宽度（约200ms）后再变为高电平。当Vcc低于复位门限电平，RESET引脚马上变成低电平，即使以后Vcc恢复且高于复位门限电平，RESET也不马上变成高电平，而是要延迟一个复位脉冲宽度。掉电时，Vcc只要低于复位门限电平，RESET立即变为低电平。2） 晶振电路本单片机芯片所用晶振电路由12MHZ晶振与两个20P的电容组成

36、，为单片机提供外来的震荡周期，通过改变晶振与电容的大小可以改变单片机的运行周期。2.2 显示部分的电路设计方案一：采用LED显示，这种方案的优点是软件实现简单，价格低。但是可靠性能较差、智能化程度不高。方案二：采用LCD显示，这种方案的优点是显示功能比较全面，功能多，硬件电路简单，可视化效果好，能显示字母与文字，标示性强，运行稳定可靠，但是可靠性能差、软件比较复杂；相对于本设计而言，使用此方案，能够更好的完成设计，到达一定的智能化效果。本设计选用常用的LCD显示1602。2.2.1 显示器1602电路设计LCD1602为工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符，使用简单方便，具有背光

37、功能，显示字符清晰准确，能同时显示字母与数字，可以区分大小写字母，具有较强的功能并且连线简单，背光亮度可调，并且耗电量小，是一款不错的显示器件7。1） LCD主要参数驱动芯片 KS0066（兼容HD44780） 背光 黄光/蓝光 字色 黑色/白色 字库 ASCII码字库（英文，数字，基本符号） 类型 STN 液晶模块尺寸(mm) 80 * 36 * 13.52） 引脚介绍引脚图如图2.3所示。图2.3 1602引脚图1602字符型LCD通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，多出来的2条线是背光电源线。VCC(15脚)和地线GND(16脚)，其控制原理与14脚的LCD完全一样，其中引脚介绍如

38、表2.2所示。表2.2 1602功能表引脚符号功能说明1 VSS 一般接地2 VDD 接电源（+5V）3 V0 液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对 比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。4 RS RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。5 R/W R/W为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。6 E E(或EN)端为使能(enable)端，下降沿使能。7 DB0 底4位三态、 双向数据总线 0位（最低位）8 DB1 底4位三态、 双向数据总线 1位9 DB2 底4位三态

39、、 双向数据总线 2位10 DB3 底4位三态、 双向数据总线 3位11 DB4 高4位三态、 双向数据总线 4位12 DB5 高4位三态、 双向数据总线 5位13 DB6 高4位三态、 双向数据总线 6位14 DB7 高4位三态、 双向数据总线 7位（最高位）（也是busy flang）15 BLA 背光电源正极16 BLK 背光电源负极3） 指令集1602通过D0D7的8位数据端传输数据和指令。显示模式设置：(初始化)0011 0000 0x38 设置162显示，57点阵，8位数据接口；显示开关及光标设置：(初始化)0000 1DCB D显示(1有效)、C光标显示(1有效)、B光标闪烁(1

40、有效)0000 01NS N=1(读或写一个字符后地址指针加1 &光标加1)，N=0(读或写一个字符后地址指针减1 &光标减1)，S=1 且 N=1 (当写一个字符后，整屏显示左移)S=0 当写一个字符后，整屏显示不移动数据指针设置：数据首地址为80H，所以数据地址为80H+地址码(0-27H，40-67H)其他设置：01H(显示清屏，数据指针=0，所有显示=0)；02H(显示回车，数据指针=0)。4） 硬件连接LCD液晶显示器1602与单片机的接法，如图3.4所示。图3.4 1602显示器与单片机连接电路图 2.3 按键部分的电路设计2.3.1 键盘的分类常用的键盘一般分为两种：行列式按键键

41、盘与独立式按键键盘；例如：常用的电脑键盘，家用计算器键盘都属于行列式键盘，行列式键盘的优点就是使用单片机的I/O口较少，而且连接电路简单；而独立式按键每一个按键需要占用一个独立的I/O口，使用于按键较少的硬件电路中。综上说述，设计采用行列式键盘来实现电饭锅电子保姆仪的按键功能。1） 行列式键盘接口行列式（也称矩阵式）键盘用于按键数目较多的场合，它由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上，如图3.5所示，1个33的行、列结构可以构成1个具有9个按键的键盘。同理1个44的行、列结构可以构成1个16个按键的键盘等等。如图所示。很明显，在按键数目较多的场合，行列式键盘与独立式键盘相比，要节省很多的I

42、/O口线。 图2.5 24键盘接口图2） 行列式键盘工作原理按键设置在行、列线交点上，行、列分别连接到按键开关的两端。行线通过上拉电阻接到+5V上。无按键按下时，行线处于高电平状态，而当有按键按下时，行线电平状态将由与此行线相连的列线电平决定。列线的电平如果为低，则行线电平为低；列线的电平如果为高，则行线电平亦为高。这一点是识别行列式键盘是否按下的关键所在。由于行列式键盘中行、列线为多键共用，各按键均影响该键所在的行和列的电平。因此各按键彼此将相互发生影响，所以必须将行、列线信号配合起来并作是的处理，才能确定闭合键的位置，下面以图中3号键被按下为例，来说明此键如何用扫描法被识别出来的。当3号键

43、被按下时，与3号键相连接的行线电平将由与此键相连接的列线电平决定，而行线电平在无按键按下时处于高电平状态。如果让所有的列线处于低电平，很明显，按键所在的行电平将被接成低电平，根据此行电平的变化，便能判定此行一定有按键被按下。但还不能确定是键3被按下，以为如果键3不被按下，而同一行的键2、1或0之一被按下，均会产生同样的效果。所以，行线处于低电平只能得出某行有按键被按下的结论。为进一步判定到底是哪一列的按键被按下，可采用扫描法来识别。即在某一时刻只让1条列线处于低电平，其余所有列线处于高电平。当第一列为低电平，其余各列为高电平时，以为是键3被按下，所以1行仍处于高电平状态；而当第二列为低电平，其

44、余各列为高电平时，同样我们会发现第1行仍处于高电平状态；直到让第4列为低电平，其余各列为高电平时，以为是4号键被按下，所以第一行的电平将由高电平转换到第4列所处的低电平，据此可以判断出第1行第4列的交叉点处的按键，即3号键被按下。根据上面的分析，很容易想到识别键盘有无键盘被按下的方法，此方法分2步进行：第1步，识别键盘有无键被按下；第2步，如有键盘被按下，识别出具体的按键。分别介绍如下：首先把所有的列线均置为低电平，检查各行线是否有变化，如果有变化，则说明有键被按下，如果没有变化，则说明无键被按下。上述识别具体按键的方法也称为扫描法，即先把某一列置低电平，其余各列置为高电平，检查各行线电平的变

45、化，如果某行线为低电平，则可确定次行此列交叉点处的按键被按下。2.3.2 键盘的工作方式单片机应用系统中，键盘扫描只是单片机的工作内容之一。单片机在忙于各项工作任务时，如何兼顾键盘的输入，取决于键盘的工作方式。键盘工作方式的选取应根据实际应用系统中CPU工作的忙、闲情况而定。其原则是既要保证能即使响应按键操作，又不要过多的占用CPU的时间，通常，键盘工作方式有三种：即编程扫描、定时扫描、中断扫描。1） 编程扫描方式（查表）这种方式就是只有当单片机空闲时，才调用键盘扫描子程序，反复的扫描键盘，等待用户从键盘上输入命令或数据，来响应键盘的输入请求。图为1个24矩阵键盘与89C51单片机的P1口相连

46、的原理图，键盘采用编程扫描方式工作，P1口高2位输出逐行扫描信号，在由P1口输入8位列信号，均为低电有效。首先：P1口高2位拉低状态，置全0来扫描行，若P1低四位输出全1，则说明键盘无键按下；若不完全为1，则说明键盘有可能有键按下；其次：用软件延时10ms来消除按键抖动的影响。确实有按键按下时，进行下一步；再次：发逐行扫描，即先将第一行置0扫描，然后判断是否有列被置0，如果有则在这一行有按键按下，则将P1的键值返回，然后进行查表；如果没有按键按下，则扫描下一行，如果没有按键按下则返回值为0，也就是没有按键动作；最后：等待按键释放后，在进行按键功能的处理操作。2） 定时扫描的工作方式单片机对键盘

47、扫描也可以采用定时扫描方式，即每隔一定时间对键盘扫描一次。在这种扫描方式中，通常利用单片机内的定时器，产生10ms定时中断，CPU响应定时器溢出中断请求，对键盘进行扫描，在键按下时识别该键，并执行相应键处理程序。3） 中断工作方式为了进一步提高单片机扫描键盘的工作效率，可采用中断扫描方式，即只有在键盘有按键按下时，才执行键盘扫描程序并执行该按键功能程序，如果无按键按下，单片机将不理睬键盘。4） 硬件连接设计采用行列式键盘来实现按键功能，按键部分在系统中的接法，如图3.6所示。图2.6 键盘与单片机连接电路图2.4 温度传感器连接本次设计所采用的温度传感器为当今最流行畅销的DS18B20，该传感

48、器不仅硬件接口简单而且价格低廉，灵敏度高，体积小，具有耐磨耐碰，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域，并且实现一线总线技术，只需要一根线就可以完成所有的命令与数据的传输8。外形如图3.7所示。图2.7 DS18B20外形图2.4.1 技术性能描述 1） 独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯；2） 测温范围 55125，固有测温分辨率0.5；3） 支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现多点测温；4） 工作电源：35V/DC；5） 在使用中不需要任何外围元件；6） 测量结果

49、以912位数字量方式串行传送；7） 适用于DN1525, DN40DN250各种介质工业管道和狭小空间设备测温；8） 标准安装螺纹“M10X1, M12X1.5, G1/2”任选；9） PVC电缆直接出线或德式球型接线盒出线,便于与其它电器设备连接。2.4.2 应用范围1） 该产品适用于冷库、粮仓、电讯机房、电力机房、电缆线槽等测温和控制领域；2） 轴瓦、缸体、纺机、空调、等狭小空间工业设备测温和控制；3） 汽车空调、冰箱、冷柜、以及中低温干燥箱等；4） 供热、制冷管道热量计量，中央空调分户热能计量和工业领域测温和控制。2.4.3 使用说明1） 接线说明独特的一线接口，只需要一条口线通信多点能

50、力，简化了分布式温度传感应用无需外部元件，可用数据总线供电，电压范围为3.0 V至5.5 V 无需备用电源测量温度范围为-55至+125。华氏相当于是-67F到257华氏度-10至+85范围内精度为0.5，温度传感器可编程的分辨率为912位，温度转换为12位数字格式最大值为750毫秒。用户可定义的非易失性温度报警设置，应用范围包括恒温控制、工业系统、消费、电子产品、温度计，或任何热敏感系统，温度与12位返回值对应如表3.3所示。 表2.3 温度与对应返回值表温度C数据输出（二进制）数据输出（十六进制） +125 00000000 11111010 00FA +25 00000000 00110

51、010 0032 +1/2 00000000 00000001 0001 0 00000000 00000000 0000 -1/2 111111111 11111111 FFFF -25 111111111 11001110 FFCE -55 111111111 10010010 FF9212位数据中后四位为温度值的小数部分二进制的一位数代表十进制的0.5，而剩下8位为温度显示的整数部分最大值为00FA，当返回值大于FF92实此时温度为负值，对应对温度值进行处理就可得到实际的测量温度；2） DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL

52、、配置寄存器。该装置信号线高的时候，内部电容器储存能量通由1线通信线路给片子供电，而且在低电平期间为片子供电直至下一个高电平的到来重新充电。 DS18B20的电源也可以从外部3V至5.5V的电压得到。3） DS18B20控制功能命令读ROM、ROM匹配、搜索ROM、跳过ROM、报警检查。这些指令操作作用在没有一个器件的64位光刻ROM序列号，可以在挂在一线上多个器件选定某一个器件，同时，总线也可以知道总线上挂有有多少，什么样的设备。若指令成功地使DS18B20完成温度测量，数据存储在DS18B20存储器。一个控制功能指挥DS18B20的演示测温。测量结果将被放置在DS18B20内存中，并可以让

53、阅读发出记忆功能指挥，阅读内容片上存储器。温度报警触发器TH和TL都有一字节EEPROM 数据。如果DS18B20不使用报警检查指令，这些寄存器可作为一般的用户记忆。在片上还载有配置字节以解决温度数字转换。写TH、TL指令以及配置字节利用一个记忆功能的指令完成。通过缓存器读寄存器。所有数据读、写都是从最低位开始9。4） DS18B20的控制命令A. 温度转换 44H 启动DS18B20进行温度转换；B. 读暂存器 BEH 读暂存器9个字节内容；C. 写暂存器 4EH 将数据写入暂存器的TH、TL字节； D. 复制暂存器 48H 把暂存器的TH、TL字节写到E2RAM中；E. 重新调E2RAM

54、B8H 把E2RAM中的TH、TL字节写到暂存器TH、TL字节； F. 读电源供电方式 B4H 启动DS18B20发送电源供电方式的信号给主CPU。 5） DS18B20的初始化A. 先将数据线置高电平“1”；B. 延时（该时间要求的不是很严格，但是尽可能的短一点）；C. 数据线拉到低电平“0”；D. 延时750微秒（该时间的时间范围可以从480到960微秒）；E. 数据线拉到高电平“1”；F. 延时等待（如果初始化成功则在15到60毫秒时间之内产生一个由DS18B20所返回的低电平“0”。据该状态可以来确定它的存在，但是应注意不能无限的进行等待，不然会使程序进入死循环，所以要进行超时控制）；

55、G. 若CPU读到了数据线上低电平“0”后，其延时的时间从发出的高电平算起最少要480微秒；将数据线再次拉到高电平“1”后结束。6） 硬件连接 DS18B20温度传感器在系统中应用，如图2.8所示。图2.8 DS18B20与单片机连接电路图3 系统的软件设计3.1 软件部分的总体设计思想对于软件的设计要考虑到程序的大小，与程序结构的合理性，系统主要分为以下几个部分：按键扫描部分、按键执行部分、读取温度值部分、显示部分；而对于每一个部分都应当合理安排并且不能有冲突。本设计将按键扫描部分放到主程序中，将显示部分、读取温度值部分都放在定时器0中，并由定时器控制系统每0.5秒刷新一次显示，1秒读取一次

56、温度值，并且判断是否到设定温度值。同时将倒计时程序也放到了定时器0中，这样不仅减少了程序的复杂度，同时也能更好的将程序运行同步起来，也更能提高程序的准确度10。3.2 控制系统的主程序功能及流程图软件系统主要完成下述主要功能：（1） 系统初始化的设置；（2） 按键的扫描；（3） 读取温度值并判断是否到设定温度；（4） LCD显示；（5） 控制继电器的开闭。3.2.1 主程序流程图系统主程序主要完成系统的初始化阶段（开定时器0，工作方式1；开定时器0中断；将指示灯熄灭；初始化1602）、显示系统整体运行状态、按键功能的判断，并将返回值进行处理，执行定时、中断、读取温度值的功能，系统主函数流程图如

57、图4.1所示。开始初始化阶段显示待机界面按键扫描子函数按键执行子函数读取温度值Y达到设定温度NN达到设定时间Y返回图3.1 系统主函数流程图3.2.2 系统子函数设计1） 定时器功能讲解与流程图定时器实际上都是加1计数器。其中T0由两个8位特殊功能寄存器TH0和TL0构成；T1由两个8位特殊功能寄存器TH1和TL1构成。定时器用作定时时，对机器周期进行计数，每过一个机器周期，计数器加1，直至计数器计满溢出。定时器用作计数时，计数器对来自输入引脚T0（P3.4）和T1（P3.5）的外部信号计数11。 本设计中定时器0主要完成程序的主要部分，流程图如图3.2所示。开始开定时器0到半秒，刷新显示到一

58、秒，进水阀开进水时间自减1，直至0关进水阀切换至煮饭煮饭时间自减1，直至0停止煮饭返回图3.2 定时器功能流程图定时器0所完成的为程序的最主要部分，在系统中应用定时器的优点为，可以定时调用想调用的程序，并且能够做到精确的按时调用。在开定时器后，定时器开始计时，到达50毫秒中断一次，此时定时器t0_1开始累加计数，直到计数值为10时，也就是中断了10次，此时时间累积为0.5秒，开始执行刷新一次显示。这时t0_2开始累加，当累加到20时，也就是到1秒时，判断是否打开进水阀，如果进水阀已经打开则开始倒计时，并同步判断是否达到所设定的时间，倒计时结束则关闭进水阀并切换至煮饭功能，然后再判断煮饭定制时间是否为0，如果为0则停止运行。2） 中断功能讲解与流程图单片机采用中断计数能实现以下功能。A. 分时操作。中断系统的存在可以使CPU与外部设备并行工作，即CPU在启动外部设备后，便继续执行主程序；而在外部设备启动后，按照预定的要求工作，当外部设备需要CPU进