微波炉控制器的设计与实现

微波炉控制系统的设计与实现微波炉是当今家庭中必不可少的家用电器之一，其方便、快捷、安全的特点受到了人们的欢迎。

然而，微波炉在工作过程中需要通过控制系统来调节电磁波的输出，以确保食品的加热效果和安全性。

因此，设计和实现一个稳定可靠的微波炉控制系统是必不可少的。

一、控制系统的功能需求微波炉控制系统主要需要完成如下功能：电源控制、电磁波输出控制、时间计时和显示以及安全机制的设计。

其中，电源控制需要控制微波炉的电源输入和输出，以保证稳定工作；电磁波输出控制主要用于调节电磁波的输出功率；时间计时和显示则是通过LED显示屏或者液晶屏来显示时间，并进行倒计时；安全机制用于保证用户的安全，在炉门未关闭时自动切断电源。

二、控制系统的工作原理微波炉的工作原理是通过控制系统来调节电源输入和输出电磁波的功率、频率和时序。

当用户开启微波炉时，系统首先进行电源控制，确保电源正常工作，然后进入电磁波输出控制阶段。

在输出控制阶段中，系统根据用户设定的输出功率和烹饪时间来控制电磁波的输出功率和时序，以确保食品能够均匀加热。

同时，系统还需要进行时间计时和显示，为用户提供倒计时和时间显示功能。

当烹饪结束时，系统自动关闭电源，同时启动安全机制，切断电源，以保证用户的安全。

三、控制系统的硬件设计控制系统的硬件主要包括中央处理器（CPU）、晶振、存储器、显示屏、光电传感器和电源控制模块等。

其中，CPU是控制系统的核心，用于控制微波炉的工作流程。

晶振则提供稳定的时钟信号，为系统提供精准的时间计时功能。

存储器用于存储微波炉的各种工作参数和数据，以便后续的查询和更新。

显示屏则提供时间计时和烹饪过程的显示功能，便于用户操作和使用。

光电传感器则用于检测炉门的关闭状态，以触发安全机制的启动。

电源控制模块用于对电源进行控制和管理，确保系统的稳定性和安全性。

四、控制系统的软件设计控制系统的软件设计涉及到编程语言、操作系统和控制程序的编写等方面。

在编程语言方面，常用的有C语言、汇编语言和嵌入式语言等。

目录一、绪论 (2)二、关键技术简介 (2)2.1 FPGA简介 (2)2.2 VHDL语言概述 (2)2.3 ALTIUM DESIGNER简介 (3)三、微波炉定时控制器的设计方案分析 (4)3.1 系统设计的要求 (4)3.2 系统总体功能描述 (4)3.3 各模块的功能实现 (5)3.3.1 输入模块 (5)3.3.2 状态控制模块 (5)3.3.3 显示模块 (5)四、系统详细设计 (7)4.1控制模块 (7)4.1.1状态转换控制 (7)4.1.2数据装载 (9)4.1.3 烹饪计时 (10)4.1.4 控制模块的实现 (11)五、系统仿真 (11)5.1状态控制器仿真 (11)5.2 数据装载器的仿真 (12)5.3 烹饪计时器的仿真 (13)六、结论 (14)一、绪论随着人民生活水平的提高，微波炉开始进人越来越多的家庭，它给人们的生活带来了极大的方便。

微波炉由 2450MHz 的超高频来加热食物。

它省时、省电、方便和卫生。

作为现代的烹饪工具，微波炉的控制器体现着它的重要性能指标。

目前大部分微波炉控制器采用单片机进行设计，电路比较复杂，性能不够灵活。

本文采用先进的EDA技术，利用ALTIUM DESIGNER工作平台和VHDL设计语言，设计了一种新型的微波炉控制器系统。

该系统具有系统复位、时间设定、烹饪计时等功能，在 FPGA 上实现。

二、关键技术简介2.1 FPGA简介FPGA（Field－Programmable GateArray），即现场可编程门阵列，它是在PAL、 GAL、CPLD 等可编程器件的基础上进一步发展的产物。

它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

目前以硬件描述语言（Verilog 或 VHDL）所完成的电路设计，可以经过简单的综合与布局，快速的烧录至 FPGA 上进行测试，是现代 IC 设计验证的技术主流。

微波炉控制器微波炉是一种微波加热食品的现代化烹调灶具，它由电源、磁控管、控制电路和烹调腔组成。

其中，微波炉控制器部分完成各工作状态之间的切换功能，可以通过硬件语言描述的数字系统来实现。

详细分析微波炉控制器的原理和组成结构，并设计一个简单的具有定时和信息显示功能的微波炉控制器。

一、系统设计要求设计一个具备定时和信息显示功能的微波炉控制器。

要求该微波炉控制器能够在任意时刻取消当前工作，复位为初始状态。

可以根据需要设置烹调时间的长短，系统最长的烹调时间为59分59秒；开始烹调后，能够显示剩余时间的多少。

显示微波炉控制器的烹调状态。

二、系统设计方案分析上述设计要求，微波炉控制器可由以下四个电路模块组成：状态控制电路，其功能是控制微波炉工作过程中的状态转换，并发出相关控制信号；数据装载电路，其功能是根据控制信号选择定时时间，测试数据或计时完成信息的载入；计时电路，其功能是对时钟进行减法计数，提供烹调完成时的状态信号；显示译码电路，其功能是显示微波炉控制器的各状态信息。

图1 微波炉控制器的系统框图微波炉控制器的系统框图如图1所示。

其中，CLK为时钟输入信号，时钟上升沿敏感；RESET为复位信号，高电平有效时系统复位清零；TEST为数码显示管测试信号，高电平有效，用于测试显示管是否正常工作；SET_T为烹调时间设置信号，高电平有效时允许设置烹调时间；DATA为定时时间输入信号，用于设置烹调时间的长短，其由高到低分别表示定时时间分、秒的十位，个位；START为烹调开始信号，高电平有效时开始烹调；输出信号COOK指示微波炉状态，高电平时表示烹调进行时；SEC0、SEC1、MIN0、MIN1分别表示秒个位、秒十位、分个位、分十位。

顶层模块的RTL原理图如下：微波炉控制器的工作流程如下：首先，对系统进行复位清零，使其各电路模块均处于初始状态；当烹调时间设置信号SET_T有效时，读入时间信号DATA[15…0]的取值，此时系统自动复位并显示设置的时间信息，按下开始键START，系统进入烹调状态，COOK信号变为高电平，时钟计数器开始减法计数，显示剩余烹调时间。

基于FPGA 的微波炉控制器的设计一、设计任务及要求该实验主要完成微波炉控制器的设计。

主要功能有复位开关、模式选择、烹调时间设置、LED 指示烹调状态及数码管显示烹调剩余时间。

上电后，系统处于复位状态。

工作时首先进行烹调时间设置，并使用数码管显示时间信息，设要求最长的烹调时间为59分59秒，时间设置完毕后系统处于等待状态状态；选择开始烹调模式时系统进入烹调状态，时间显示数码管按每秒减1的倒计时方式显示剩余烹调时间；烹调结束后，系统回到复位状态。

二、设计方案及流程微波炉控制器系统主要有一下五个电路模块组成：分频模块、模式选择电路、时间设置电路、倒计时模块、显示模块。

分频模块完成系统50MHz 的时钟向1Hz 的分频，使计时器能够按照1S 的频率倒计时。

模式选择电路，其功能是控制微波炉工作过程中模式的切换，选择不同的模式系统计入不同的工作状态。

时间设置模块，该模块主要是可根据用户需求输入烹调时间；倒计时电路会根据用户所设置的时间进行倒计时，由数码管显示电路显示目前烹调状态，同时由LED 灯指示系统反正在烹调。

系统总体框图如下：系统的输入输出信号如下：输入clk ，key0，key1，key2，key3，key4五个信号，输出hex0，hex1，hex2，hex3，sec_flag ，cook 六个信号。

时间设置模块50MHz 分1Hz 的 分频模块数码管显示电路倒计时电路模式选择模块图1 系统总体框图clk作为50MHz分频模块的输入，时钟上升沿有效。

Key3作为模式选择信号，mode0表示系统进入分设置模块，mode1表示系统进入秒设置模块，mode2表示系统设置时间完成，进入烹调状态。

key2的作用是在mode0及mode1模式下对分、秒设置进行加操作，按一下分、秒加1。

key1的作用是在mode0及mode1模式下对分、秒设置进行减操作，按一下分、秒信号减1。

key0作为系统的复位信号，在不同模式下按下key0系统都会进入复位状态，数码管显示”0000”，cook标志的LED灯处于灭状态。

二、文献综述现有市售的微波炉其主要弊端为:不能按既有程序进行烹调,在节能方面也未做过多考虑。

烹调经验告诉我们,家常菜大多可按固定程序烹调、炖肉、煮饭、烘烤。

若采取分时、分档火力加热,则可节能。

微波炉控制系统功能比较齐全,在火力档位设了解冻、烹调、烘烤、保温、自定义加热、自定义烹调以及按给定程序烹调等七种主要功能,其中程序烹调共设置了八种不同的烹调流程,供用户选择。

在控制方面,实现了智能化,信息化管理,并且具有密码开锁功能,即只有知道相应模式键继续运行的号码的人,才能对该机进行操作等等功能。

STC12C5404AD单片机是具有全新流水线和精简指令集结构的高速率、低功耗新一代单片机。

它带有8路10位精度ADC、4路PWM/PCA（可编程计数器阵列）、SPI同步通信口以及内部集成的MAX810专用复位电路。

这些特点不但增加了开发者的使用灵活性，同时还可以帮助用户减小PCB尺寸和系统成本。

此外，STC12C5404AD型处理器还可以通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，从而使其适合于在系统（ISP）及在应用(IAP）中编程，因而可为许多计算密集的嵌入式控制应用领域提供功能强大、使用灵活且性价比高的解决方案。

STC12C5404AD是STC系列单片机，采用RISC型CPU内核，兼容普通8051指令集，片内含有10KB Flash 程序存储器，2KB Flash 数据存储器，512B RAM 数据存储器，同时内部还有看门狗（WDT）；片内集成MAX810专用复位电路、8通道10位ADC以及4通道PWM，具有在系统编程（ISP）和在应用编程（IAP），片内资源丰富、集成度高、使用方便。

STC12C5404AD对系统的工作进行实施调度，实现外部输入参数的设置、蓄电池及负载的管理、工作状态的指示等。

电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成。

只要在线圈两端加上一定的电压,线圈中就会流过一定的电流,从而产生电磁效应,衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯,从而带动衔铁的动触点与静触点(常开触点)吸合。

数电综合实验报告--简易微波炉控制器的设计与实现班级：姓名：学号：日期：：设计课题的任务要求--------------------------------------------------- 3基本要求： ----------------------------------------------------------- 3提高要求： ----------------------------------------------------------- 3 二：系统设计（包括设计思路、总体框图、分块设计）----------------------- 3设计思路 ------------------------------------------------------------- 3总体框图 ------------------------------------------------------------- 4分块设计 ------------------------------------------------------------- 41 分频器---------------------------------------------------- 42：防抖模块-------------------------------------------------- 53：控制器---------------------------------------------------- 54：数据装载-------------------------------------------------- 64：倒计时模块------------------------------------------------ 75:译码模块--------------------------------------------------- 8 6：数码管驱动模块------------------------------------------- 87：火力显示------------------------------------------------- 98：led 显示模块--------------------------------------------- 109：蜂鸣器模块----------------------------------------------- 10三：仿真波形及波形分析------------------------------------------------- 111：控制器仿真----------------------------------------------- 122 数据装载仿真--------------------------------------------- 123 倒计时模块：--------------------------------------------- 134:decoder 译码电路模块-------------------------------------- 135：驱动数码管模块------------------------------------------- 146：led 显示模块--------------------------------------------- 147：蜂鸣器模块----------------------------------------------- 148：总体仿真------------------------------------------------- 15四：源程序------------------------------------------------------------- 151：分频器--------------------------------------------------- 152：防抖模块------------------------------------------------- 163：控制器--------------------------------------------------- 164:数据装载模块---------------------------------------------- 195：倒计时模块----------------------------------------------- 209：火力模块------------------------------------------------- 2611：蜂鸣器模块---------------------------------------------- 32五：功能说明----------------------------------------------------------- 33 六：元件清单和利用情况------------------------------------------------- 33 七：故障和问题分析----------------------------------------------------- 33八：总结和结论------------------------------------------ 错误!未定义书签。

可编程微波炉控制器系统设计(E)
一．任务
设计制作一个微波炉控制器电路，具有三档微波加热功能，分别表示微波加热为烹调、烘烤、解冻，试验中用LED 模拟。

示意图如下：
二．要求
1．基本要求
（1） 制定一个在不同功能时火力的控制时序表。

具有三档微波加热功
能,分别表示微波炉工作状态为烹调、烘烤、解冻，试验使用LED 模拟。

（2） 实现工作步骤：复位待机——〉检测显示电路——〉设置输出功
能和定时器初值——〉启动定时和工作开始——〉结束烹调、音响提示。

（3） 在上电或手动按复位键时，控制器输出的微波功率控制信号为0，
微波加热处于待机状态，时间显示电路显示为
00.00。

（4） 具有4位时间预置电路，按键启动时间设置，最大预设数为99
分99秒。

（5） 设定初值后，按开启键，一方面按选择的挡位启动相应的微波加
热；另一方面使计时电路以秒为单位作倒计时。

当计时到时间为0则断开微波加热器，并给出声音提示，即扬声器输出2~3s 的双音频提示音。

（6）若在待机状态时按测试键，则4位数码管交替显示全亮和全灭两种状态，以检测数码管各发光段的好坏。

2．发挥部分
（1）微波炉火力档位的增加。

（2）输出显示方面的扩展。

（3）实现智能控制、信息控制。

三．评分标准。

单片机的微波炉控制器系统设计作品编号：E甲0501参赛学生王勇自动化专业张雷鸣自动化专业郭文杰电子专业指导教师迟洁茹原明亭摘要本可编程微波炉控制器系统，以A T89C52单片机为核心，由键盘显示、语音发声、电话控制器、串口服务器等功能模块组成。

基于题目基本要求，本系统对功能设置、数据装入和定时设定功能进行了重点设计。

此外，扩展了液晶显示、微波火力档位设定、自动烹饪、智能感应烹饪、语音提示、日历时钟、E2PROM、电话和Internet远程控制等功能。

关键字：单片机自动控制远程控制无线传输一、方案比较1、主控制器方案一采用数字逻辑芯片。

本系统有功能设置、数据装入、定时、显示、音响控制多个功能模块。

各个状态保持或转移的条件依赖于键盘控制信号。

由于键盘控制信号繁多，系统的逻辑状态以及相互转移更是复杂，用纯粹的数字电路或小规模的可编程逻辑电路实现该系统有一定的困难，需要用中大规模的可编程逻辑电路。

这样，系统的成本就会急剧上升〔相对于方案二〕。

因此，本设计并未采用这种方案。

方案二采用单片机作为整个控制系统的核心。

鉴于市场上常见的51系列8位单片机的售价比较低廉，我们的设计采用了主从双AT89C52单片机系统。

其中一片作为主控制器，主要负责系统的控制与协调工作。

具体方案如下：首先，利用单片机多中断源的协调处理能力，通过中断接收键盘送来的信号，确认功能设置，实现数据装入，同时接收时钟芯片PCF8563的秒脉冲信号作为基准信号，完成计时任务。

其次，从CPU根据主CPU发出的信号控制语音播报、远程操作等功能。

这样的设计使安装和调试工作可以并行进行，发挥团队优势，极大地缩短了总体设计和制造的时间；同时可以降低单个CPU的工作量，为发挥部分的制作以及其他功能扩展提供了充足的内部空间和更多的外部接口。

综合考虑以上因素，我们采用了方案二。

2、键盘显示模块方案一采用Intel8279可编程键盘/显示接口芯片。

Intel8279是一个专用的显示器键盘接口，它用硬件完成对显示器和键盘的扫描，大大方便了用户，使程序变得简洁、易读和模块化。

用HT46X23设计微波炉控制器实例分析微波炉控制器工作环境相对比较恶劣。

首先是炉腔温度比较高，控制器附近温度也会比较高，达到60℃~70℃；另一方面，微波辐射对单片机抗干扰要求也很高，在做多次快速开关门试验中，当少量微波泄露时，对控制器有一定辐射，以及反复开通和关断大功率负载会产生较强干扰。

所以选择合适单片机十分重要，在多年家电产品设计中，经常用盛群半导体(Holtek)48系列及46系列8bit单片机设计微波炉控制器，无论在适应工作环境还是抗干扰等方面都完全满足要求，在成本及供货等方面比国外芯片也有更明显优势。

本文通过实际产品为例，以产品功能要求、方案确定和芯片选型、硬件设计、软件规划及编写等几部分介绍如何用单片机设计微波炉控制器。

字串1功能要求设计产品首先了解产品要求，了解越详细设计反复修改就越少，特别是关于影响芯片选型及输出控制等跟硬件直接相关部分。

本文介绍微波炉控制器主要功能如下：微波加热，功率有10档。

烧烤加热，功率有2档。

热风烘烤加热，温度多档。

混合加热，有三种组合模式：烧烤加微波、烘烤加微波、烘烤加烧烤。

自动解冻，重量选择有20档。

自动菜单，6大类，各类分别有重量选择。

显示：88:88数码管，四周带14个图标。

按键：有功能选择键、启动键、取消键、热风烘烤键，时钟及定时键，自动菜单各功能键，总共11个。

编码开关：调节加热时间。

另有蜂鸣器、门检测和门灯控制。

字串6方案确定和芯片选型了解产品详细要求后，需要确定具体实现方案，首先是选择合适单片机。

选择合适型号主要要看两个方面：硬件资源和软件资源。

要选择合理单片机首先必须了解单片机各系列及各款资源，再了解需要什么样资源，下面分别从硬件和软件来说明怎样根据要求选择单片机。

在选择单片机时，整个产品方案也基本确定。

硬件相关资源硬件相关资源是指外围硬件相关如I/O数量、特殊驱动、工作电压等。

字串1首先，选择合适单片机系列。

看供电电压及工作温度抗干扰能力等是否满足要求。

二、文献综述现有市售的微波炉其主要弊端为:不能按既有程序进行烹调,在节能方面也未做过多考虑。

烹调经验告诉我们,家常菜大多可按固定程序烹调、炖肉、煮饭、烘烤。

若采取分时、分档火力加热,则可节能。

微波炉控制系统功能比较齐全,在火力档位设了解冻、烹调、烘烤、保温、自定义加热、自定义烹调以及按给定程序烹调等七种主要功能,其中程序烹调共设置了八种不同的烹调流程,供用户选择。

在控制方面,实现了智能化,信息化管理,并且具有密码开锁功能,即只有知道相应模式键继续运行的号码的人,才能对该机进行操作等等功能。

STC12C5404AD单片机是具有全新流水线和精简指令集结构的高速率、低功耗新一代单片机。

它带有8路10位精度ADC、4路PWM/PCA（可编程计数器阵列）、SPI同步通信口以及内部集成的MAX810专用复位电路。

这些特点不但增加了开发者的使用灵活性，同时还可以帮助用户减小PCB尺寸和系统成本。

此外，STC12C5404AD型处理器还可以通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，从而使其适合于在系统（ISP）及在应用(IAP）中编程，因而可为许多计算密集的嵌入式控制应用领域提供功能强大、使用灵活且性价比高的解决方案。

STC12C5404AD是STC系列单片机，采用RISC型CPU内核，兼容普通8051指令集，片内含有10KB Flash 程序存储器，2KB Flash 数据存储器，512B RAM 数据存储器，同时内部还有看门狗（WDT）；片内集成MAX810专用复位电路、8通道10位ADC以及4通道PWM，具有在系统编程（ISP）和在应用编程（IAP），片内资源丰富、集成度高、使用方便。

STC12C5404AD对系统的工作进行实施调度，实现外部输入参数的设置、蓄电池及负载的管理、工作状态的指示等。

电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成。

只要在线圈两端加上一定的电压,线圈中就会流过一定的电流,从而产生电磁效应,衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯,从而带动衔铁的动触点与静触点(常开触点)吸合。