微波爐控制器的工作環(huán)境相對比較惡劣。首先是爐腔溫度比較高，控制器附近溫度也會比較高，達(dá)到60℃~70℃；另一方面，微波輻射對單片機(jī)抗干擾的要求也很高，在做多次快速開關(guān)門試驗(yàn)中，當(dāng)少量微波泄露時(shí)，對控制器有一定的輻射，以及反復(fù)開通和關(guān)斷大功率負(fù)載會產(chǎn)生較強(qiáng)的干擾。所以選擇合適的單片機(jī)十分重要，在多年的家電產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，經(jīng)常用盛群半導(dǎo)體(holtek)的48系列及46系列8bit單片機(jī)設(shè)計(jì)微波爐控制器，無論在適應(yīng)工作環(huán)境還是抗干擾等方面都完全滿足要求，在成本及供貨等方面比國外芯片也有更明顯的優(yōu)勢。
　　
本文通過實(shí)際產(chǎn)品為例，以產(chǎn)品功能要求、方案確定和芯片選型、硬件設(shè)計(jì)、軟件規(guī)劃及編寫等幾部分介紹如何用單片機(jī)設(shè)計(jì)微波爐控制器。
　　
功能要求
　　
設(shè)計(jì)產(chǎn)品首先了解產(chǎn)品的要求，了解越詳細(xì)設(shè)計(jì)反復(fù)修改就越少，特別是關(guān)于影響芯片選型及輸出控制等跟硬件直接相關(guān)的部分。本文介紹的微波爐控制器的主要功能如下：

微波加熱，功率有10檔。

燒烤加熱，功率有2檔。

熱風(fēng)烘烤加熱，溫度多檔。

混合加熱，有三種組合模式：燒烤加微波、烘烤加微波、烘烤加燒烤。

自動解凍，重量選擇有20檔。

自動菜單，6大類，各類分別有重量選擇。

顯示：88:88數(shù)碼管，四周帶14個(gè)圖標(biāo)。

按鍵：有功能選擇鍵、啟動鍵、取消鍵、熱風(fēng)烘烤鍵，時(shí)鐘及定時(shí)鍵，自動菜單各功能鍵，總共11個(gè)。

編碼開關(guān)：調(diào)節(jié)加熱時(shí)間。

另有蜂鳴器、門檢測和門燈控制。

　　
方案確定和芯片選型
　　
了解產(chǎn)品的詳細(xì)要求后，需要確定具體的實(shí)現(xiàn)方案，首先是選擇合適的單片機(jī)。選擇合適的型號主要要看兩個(gè)方面：硬件資源和軟件資源。要選擇合理的單片機(jī)首先必須了解單片機(jī)的各系列及各款的資源，再了解需要什么樣的資源，下面分別從硬件和軟件來說明怎樣根據(jù)要求選擇單片機(jī)。在選擇單片機(jī)時(shí)，整個(gè)產(chǎn)品的方案也基本確定。
　　
硬件相關(guān)資源
　　
硬件相關(guān)的資源是指外圍硬件相關(guān)的如i/o數(shù)量、特殊驅(qū)動、工作電壓等。
　　
首先，選擇合適的單片機(jī)系列?？垂╇婋妷杭肮ぷ鳒囟瓤垢蓴_能力等是否滿足要求。盛群的mcu在系統(tǒng)振蕩頻率小于4mhz時(shí)供電電壓供電范圍為2.2v~5.5v，當(dāng)8mhz時(shí)則為3.3v~5.5v，要提高系統(tǒng)的抗干擾能力，用5v電壓供電，當(dāng)供電電壓較高時(shí)，mcu內(nèi)部所有邏輯電平幅值較高，容差電壓大，干擾更強(qiáng)才能改變其邏輯狀態(tài)。工作溫度，選擇holtek的48和46系列工業(yè)級單片機(jī)，工作溫度范圍為-40℃~85℃，完滿足微波爐控制器工作溫度的要求。在選擇合適的系列時(shí)，還要看特殊資源的要求，如中斷口、pwm、蜂鳴器驅(qū)動、a/d轉(zhuǎn)換等；在此產(chǎn)品的具體要求中，需要檢測爐腔的溫度以及在產(chǎn)品中需要對交流風(fēng)扇調(diào)速，溫度檢測需要a/d轉(zhuǎn)換，交流風(fēng)扇調(diào)速控制需要有過零中斷，所以，在這個(gè)產(chǎn)品中選擇了46系列單片機(jī)。但此產(chǎn)品不需要lcd驅(qū)動、高a/d轉(zhuǎn)換及比較器等資源，則不選擇ht46r6x、ht46r5x、ht46r1x等系列，而選擇ht46r2x系列。
　　
再就是選擇的具體i/o要求和什么樣封裝的單片機(jī)，在holtek單片機(jī)中同型號的單片機(jī)有多種封裝，如ht46r23有dip28或sop28封裝，也有dip24或sop24封裝，其i/o分別為23個(gè)和19個(gè)。
　　
根據(jù)前面提到的功能要求，其i/o的需求列舉如下：

繼電器驅(qū)動：微波、燒烤、熱風(fēng)烘烤、門燈/轉(zhuǎn)盤、散熱風(fēng)扇共5個(gè)輸出ports。

蜂鳴器驅(qū)動：1個(gè)輸出ports

按鍵有11個(gè)：11個(gè)輸入port

門狀態(tài)檢測：1個(gè)輸入port

編碼開關(guān)檢測：2個(gè)輸入port

顯示數(shù)碼管：5個(gè)com，9個(gè)段，需14輸出port

過零中斷檢測：1個(gè)中斷輸入port

溫度檢測：1個(gè)a/d輸入port
　　
簡單加起來總共需要20個(gè)輸出port，16個(gè)輸入port?？紤]復(fù)用i/o，將9個(gè)數(shù)碼驅(qū)動段和5個(gè)公共端同時(shí)做輸入檢測；溫度檢測只能用a/d口pb.0，過零檢測只能用單獨(dú)的中斷pa.5來檢測，所以總共需要22個(gè)i/o，所以選擇28pin的ht46r2x可以滿足要求。
　　
軟件相關(guān)資源
　　
軟件相關(guān)的資源主要包括程序空間即rom的大小和數(shù)據(jù)空間ram的多少，當(dāng)功能較多且復(fù)雜時(shí)需要更多的rom和ram；當(dāng)然還有定時(shí)器、中斷、以及其它某些特殊的資源；前面已經(jīng)選擇了28pin封裝的46r2x系列單片機(jī)，此產(chǎn)品功能相對比較豐富，程序空間要求比較多，選擇4k的rom和192byteram的ht46r23應(yīng)該能夠滿足要求，同樣封裝可以選擇28pin的ht46r24，它有8k rom和384byteram，可以做后備選擇，這樣不必?fù)?dān)心資源不夠時(shí)換ic，反復(fù)修改硬件就很麻煩。
　　
總之，在選擇資源時(shí)，要軟硬兼顧，如果程序簡單，硬件資源要求高，則可以選擇封裝小、i/o少的單片機(jī)，另外增加擴(kuò)展ic來擴(kuò)展i/o；當(dāng)程序復(fù)雜，硬件資源要求少時(shí)，則選擇較小封裝、軟件資源多的單片機(jī)。

硬件電路設(shè)計(jì)
　　
在選擇主芯片時(shí)，已經(jīng)在考慮部分電路設(shè)計(jì)了，顯示、按鍵檢測、輸出驅(qū)動等都考慮好了，由于篇幅有限，只簡單介紹幾個(gè)關(guān)鍵問題：
　　
門檢測電路：給單片機(jī)檢測的門開關(guān)信號的同時(shí)，還要控制微波、燒烤、熱風(fēng)烘烤繼電器的電源。
　　
供電部分：考慮數(shù)碼管顯示內(nèi)容較多，驅(qū)動電流大，變壓器盡量選擇繼電器和單片機(jī)獨(dú)立供電，一方面降低變壓器功率，同時(shí)可以讓單片機(jī)的電源不受繼電器的工作狀態(tài)影響。
　　
過零檢測和觸發(fā)：選擇合適的光耦和可控硅驅(qū)動電路，實(shí)現(xiàn)過零驅(qū)動，過零檢測電路注意適當(dāng)?shù)臑V波和隔離，減少通過電源耦合的干擾。
　　
另外，pcb設(shè)計(jì)時(shí)注意強(qiáng)弱電分開，注意電源與地的分布，注意生產(chǎn)的工藝性問題等?？傊?，合理的硬件設(shè)計(jì)和pcb布板對保證產(chǎn)品功能和性能十分重要。
　　
軟件規(guī)劃及編寫
　　
芯片配置選項(xiàng)設(shè)定
　　
根據(jù)硬件電路，將按鍵、編碼開關(guān)及門檢測部分的內(nèi)部設(shè)置上拉電阻；盛群單片機(jī)的lvd功能很可靠，所以復(fù)位電路直接接到vcc，那么在設(shè)置配置選項(xiàng)時(shí)一定要開啟低電壓復(fù)位功能，不開啟容易上電復(fù)位不良。下面將主要選項(xiàng)設(shè)定列舉如下：

pa3/pfd: enable pfd

pull-high pb: enable

pull-high pc: disable

pull-high pd: enable

osc: crystal

wdt clock source: wdtosc

wdt: enable

lvr: enable

lvr voltage: 3.2v

clrwdt: two instructions.
　　
軟件整體規(guī)劃及模塊化分解
　　
將復(fù)雜的功能分解，通過變量傳遞各模塊之間的關(guān)聯(lián)內(nèi)容，模塊內(nèi)部則盡量獨(dú)立完成，這樣讓程序的可移植性提高，調(diào)試更快。把復(fù)雜的問題簡單化是程序編寫的重要原則。
　　
1)主程序
　　
通過調(diào)用各子程序，整合各模塊的功能。數(shù)碼管掃描顯示對時(shí)間要求比較高，而且各個(gè)公共端要平均分配時(shí)間，所以主程序執(zhí)行周期選擇固定周期。另外編碼開關(guān)也是掃描檢測方式，當(dāng)編碼開關(guān)旋轉(zhuǎn)很快時(shí)，脈沖頻率較高，掃描周期也不能太長，綜合整體，主程序選擇4ms為執(zhí)行周期，但顯示和按鍵及編碼開關(guān)則執(zhí)行2次，相當(dāng)于2ms的掃描周期。
　　
如果用4mhz的晶振，4ms時(shí)間可以執(zhí)行4000條指令，程序設(shè)計(jì)合理情況下完全可以運(yùn)行完各子程序，不擔(dān)心出現(xiàn)當(dāng)處理事件多時(shí)顯示閃爍等問題。
　　
2)編碼開關(guān)、按鍵及門狀態(tài)檢測
　　
因編碼開關(guān)、按鍵及門狀態(tài)檢測i/o都同顯示驅(qū)動i/o復(fù)用，所以需統(tǒng)一處理。
　　
先關(guān)閉顯示com，檢測seg上的狀態(tài)，再關(guān)閉seg，再檢測com上的狀態(tài)。
　　
此部分程序還要完成按鍵檢測及消抖動處理、編碼開關(guān)的檢測、門狀態(tài)去抖動檢測，以有效按鍵變量、編碼開關(guān)左右旋轉(zhuǎn)標(biāo)志、門狀態(tài)等為輸出。其它子程序根據(jù)按鍵、編碼開關(guān)操作和門狀態(tài)執(zhí)行對應(yīng)的操作和功能。