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用HT46X23设计微波炉控制器实例分析

     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。

    功能要求
    设计产品首先了解产品的要求,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的部分。本文介绍的微波炉控制器的主要功能如下:
    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。
    方案确定和芯片选型
    了解产品的详细要求后,需要确定具体的实现方案,首先是选择合适的单片机。选择合适的型号主要要看两个方面:硬件资源和软件资源。要选择合理的单片机首先必须了解单片机的各系列及各款的资源,再了解需要什么样的资源,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,整个产品的方案也基本确定。
    硬件相关资源
    硬件相关的资源是指外围硬件相关的如I/O数量、特殊驱动、工作电压等。
    首先,选择合适的单片机系列。看供电电压及工作温度抗干扰能力等是否满足要求。盛群的MCU在系统振荡频率小于4MHz时供电电压供电范围为2.2V~5.5V,当8MHz时则为3.3V~5.5V,要提高系统的抗干扰能力,最好用5V电压供电,当供电电压较高时,MCU内部所有逻辑电平幅值较高,容差电压大,干扰更强才能改变其逻辑状态。pcb抄板工作温度,选择Holtek的48和46系列工业级单片机,工作温度范围为-40℃~85℃,完全能满足微波炉控制器工作温度的要求。在选择合适的系列时,还要看特殊资源的要求,如中断口、PWM、蜂鸣器驱动、A/D转换等;在此产品的具体要求中,需要检测炉腔的温度以及在产品中需要对交流风扇调速,温度检测需要A/D转换,交流风扇调速控制需要有过零中断,所以,在这个产品中选择了46系列单片机。但此产品不需要LCD驱动、高精度A/D转换及比较器等资源,则不选择HT46R6X、HT46R5X、HT46R1X等系列,而选择HT46R2X系列。
    再就是选择的具体I/O要求和什么样封装的单片机,在Holtek单片机中同型号的单片机有多种封装,如HT46R23有DIP28或SOP28封装,也有DIP24或SOP24封装,其I/O分别为23个和19个。
    根据前面提到的功能要求,其I/O的需求列举如下:
    继电器驱动:微波、烧烤、热风烘烤、门灯/转盘、散热风扇共5个输出ports。
    蜂鸣器驱动:1个输出ports
    按键有11个:11个输入port
    门状态检测:1个输入port
    编码开关检测:2个输入port
    显示数码管:5个COM,9个段,需14输出port
    过零中断检测:1个中断输入port
    温度检测:1个A/D输入port
    简单加起来总共需要20个输出port,16个输入port。考虑复用I/O,将9个数码驱动段和5个公共端同时做输入检测;温度检测只能用A/D口PB.0,过零检测只能用单独的中断PA.5来检测,所以总共需要22个I/O,所以选择28PIN的HT46R2x可以满足要求。
    软件相关资源
    软件相关的资源主要包括程序空间即ROM的大小和数据空间RAM的多少,当功能较多且复杂时需要更多的ROM和RAM;当然还有定时器、中断、以及其它某些特殊的资源;前面已经选择了28PIN封装的46R2X系列单片机,此产品功能相对比较丰富,程序空间要求比较多,选择4K的ROM和192byteRAM的HT46R23应该能够满足要求,同样封装可以选择28PIN的HT46R24,它有8K ROM和384byteRAM,可以做后备选择,这样不必担心资源不够时换IC,反复修改硬件就很麻烦。
    总之,在选择资源时,要软硬兼顾,如果程序简单,硬件资源要求高,则可以选择封装小、I/O少的单片机,另外增加扩展IC来扩展I/O;当程序复杂,硬件资源要求少时,则选择较小封装、软件资源多的单片机。
    硬件电路设计
    在选择主芯片时,已经在考虑部分电路设计了,显示、按键检测、输出驱动等都考虑好了,pcb抄板由于篇幅有限,只简单介绍几个关键问题:
    门检测电路:给单片机检测的门开关信号的同时,还要控制微波、烧烤、热风烘烤继电器的电源。
    供电部分:考虑数码管显示内容较多,驱动电流大,变压器尽量选择继电器和单片机独立供电,一方面降低变压器功率,同时可以让单片机的电源不受继电器的工作状态影响。
    过零检测和触发:选择合适的光耦和可控硅驱动电路,实现过零驱动,过零检测电路注意适当的滤波和隔离,减少通过电源耦合的干扰。
    微波炉控制器电路原理图如图1。
    图1  HT46X23微波炉原理图
    另外,PCB设计时注意强弱电分开,注意电源与地的分布,注意生产的工艺性问题等。总之,合理的硬件设计和PCB布板对保证产品功能和性能十分重要。