基于单片机的智能电饭煲设计开题报告

毕业设计（论文）材料之二（2）

本科毕业设计(论文)开题报告题目：基于单片机的智能电饭煲控制器

课题类型：设计□√实验研究□论文□

学生姓名：丁路

学号： 3080203101

专业班级：电科081

学院：电气工程学院

指导教师：许钢

开题时间： 2012年2月15日

2012 年 3月 1日

开题报告内容与要求

一、毕业设计（论文）内容及研究意义（价值）

设计内容：

本次毕业设计要求基于单片机智能电饭煲控制系统的设计。本课题要求以单片机为主控制器，以电饭煲为控制对象，通过热敏电阻把温度信号转变成电压信号，再经 A/D 转换把电压信号变成的数字信号，然后由MCU处理进而去控制继电器，达到对发热盘的温度控制工作。本电饭煲采用波浪式起伏加热模式，通过微电脑控制将模糊控制技术应用于电饭煲的开发，本文在借鉴前人的工作基础上，实现一种多功能的模糊电饭煲控制系统，并重点研究了以下内容：

（1）实现米量测量；

（2）研究电饭煲硬件控制系统，重点研究了低成本优化设计方案；

（3）根据多个功能及判米量的方法，设计了相应的软件控制程序；

（4）提出一种基于模糊控制电饭煲参数整定的专家系统，以提高电饭煲设计开发效率。

研究意义:

随着我国经济的不断发展，人们生活水平的不断提高，对饮食的要求也越来越高，过去那种机械式、电子式的电饭煲已经不能满足人们的要求啦，安全、简便、节能、实用，多功能化已经是当代人追求的主旋律了，而微电脑电饭煲的问世，不仅满足人们的要求，而且把电饭煲的各项功能发挥的淋漓尽致。本文研究的一种模糊控制的微电脑电饭煲正是满足人们需求的典型代表。基于模糊控制的微电脑电饭煲能够判断出米量的多少，并对不同的米量选择不同的加热方案，并且具有多种烹调功能，因此不但控制效果好，而且高效、节能环保。微电脑电饭煲还可以实现预约、记忆等功能，大大方便了人们的生活。

本文从实际工程出发，对模糊控制的微电脑电饭煲进行了深入研究，主要讨论一种准确的判米量的方法，真正实现了电饭煲的模糊控制，这对电饭煲控制程序的研究将是很有意义的，将使之在高效，节能等方面做的更好。

本次论文设计的技术指标及功能要求：

1.具有16种烹调功能；

2.24小时预约功能；

3.烹调时间设定，根据不同烹调功能设计不同的时间；

4.立体加热；

5.2小时掉电记忆功能；

6.自检功能；

7.传感器开短路保护功能；

8.要求独立选择芯片、设计电路、编制程序、仿真、调试、完成整个系统的功能。

本次论文设计，选择MC80F7708A单片机为主要控制芯片的功能电路，以模块化的设计理念分别设计温度传感器电路、时钟电路、LCD显示电路、蜂鸣器电路、按键电路、复位电路、温度采集电路等，使其具备智能电饭煲的基本功能。在软件上实现预约、保温、米量推算、智能炊煮和冷饭加热等功能。其中智能炊煮、米量推算和保温功能采用模糊控制技术实现智能化煮饭，外加一些预约、声音、灯光提示灯附加功能。将实际采集的温度与人们生活经验中得到的最佳炊煮曲线中的温度信息值进行对比，经过单片机的模糊推理后来控制继电器及可控硅的导通时间，从而实现煮饭的模糊化控制。本系统精度高，可靠性好，结构简单，成本低，是一款适合实现智能化电饭煲控制系统的最好选择。

二、毕业设计（论文）研究现状和发展趋势（文献综述）

自从1965年美国的控制专家L.A.Zadeh教授创立了模糊集合论以来，将模糊集合理论运用于自动控制而形成的模糊控制理论，在近年来得到迅速的发展。模糊控制作为智能控制领域中最具有实际意义的一种控制方法，已经广泛运用在工业控制、自动化领域、智能家电控制领域和其他许多行业中的控制，都已经取得了令人瞩目的成效。并且这一技术引起了越来越多的控制理论的研究人员和相关工程技术人员的极大兴趣。随着计算机及其相关技术的发展，模糊控制也由最初的经典模糊控制发展到自适应模糊控制、专家模糊控制和基于神经网络的自学习模糊控制。模糊控制理论和应用虽然已经取得了很大的进展，但就目前状况来看，还是缺乏重大的的突破，因此模糊控制无论在理论和应用上都有待于进一步的深入研究和讨论。

目前，最令模糊控制专家们感兴趣的是模糊逻辑同神经网络算法的结合。神经网络在知识获取方面表现卓越，它能够生成无须明确表现知识规则和具有强大的自学能力。而模糊技术的优点在于可以用模糊性的自然语言表现知识，和可以用简单的max-min运用实现知识的推理，但在知识的获取方面十分脆弱。模糊逻辑同神经网络算法互相结合，

取长补短，可以通过自学自动的进行模糊规则的产生和修改，从而在智能控制方面产生强大的威力。

就我国来说，模糊控制技术的起步比较晚，近年来，随着模糊家用电器的兴起，模糊控制在各个领域的应用获得了飞速的发展，同时培养了一大批进行模糊控制研究的优秀人才。但总的来说，在我国，模糊控制的应用水平落后于模糊控制理论方面的研究。这主要是研究者常常把模糊控制器的设计分成几个独立的部分来进行，例如：隶属度函数的确定、规则的获取、控制器的合成等。这样做的好处是把问题简单胡，便于初学者上手，快速进行问题的分析和解决。但是这样做带来的问题是很难对设计好的系统进行理论分析和设计优化。

所谓智能化家电，是指运用现代最新科技研制开发的新一代具有智能功能的家用电器。它涉及科技领域十分广泛，其中包括：多媒体技术、数字技术、模糊控制技术、太阳能技术、专家系统、人工智能、生物技术等。而人工智能的载体通过传统的逻辑电路实现是不现实的，而通过嵌入式系统就能很容易实现。嵌入式系统是将计算机硬件和软件结合起来，构成一个专门的计算装置，完成特定的功能和任务。在嵌入式系统中，单片机是最重要也是应用最多的智能核心器件。在智能家电方面的研究，日本走在世界的前面。资料统计表明，目前日本家用单片机的使用率在85%——94%之间，其中使用模糊控制的家电产品约占50%.日本甚至在几乎所有的迷糊控制应用领域都在世界上处于领先地位。日本仔90年代初期就有模糊家电问世，而那时我国的模糊家电还没有起步。现在，在家电控制器中应用模糊控制在我国收到普遍重视。由于我国家电行业的飞速发展，模糊家电在我国大有可为。

目前来看，模糊家电的发展有三大发展动向：

1.进一步扩大传感器的组合，利用多个传感器的功能组合可以不断改进家电的控制技术，而对多个量采样后再进行综合判断正是模糊家电的长处。

2.与AI（人工智能）和神经网络技术相结合（如前所述），这将进一步提高模糊家电的智能化水平。

3.模糊家电网络化，随着网络经济的逐步发展，未来的家用电器必将改变目前这种单机运作的模式，而且具有与Internet网通信的能力。家用电器走网络化的道路，这也是当今家电产业发展的趋势之一。

三、毕业设计（论文）研究方案及工作计划（含工作重点与难点及拟采用的途径）

研究方案：下面是本毕业设计的研究方案，主要从工作的重点与难点及拟采用的途径来分析

1.重点与难点

本次课程设计是基于单片机的智能微电脑电饭煲控制系统的设计,能够实现多种功能，如：预约、米种选择、冷饭加热等, 设计要求独立选着芯片,仿真、调试，实物制作等，完成整个系统的功能。

本次设计是以MC80F7708A单片机为主控制器的基本系统为核心的一套控制系统，其中包括单片机、复位电路、温度传感电路、键盘及显示、驱动电路、系统软件等部分设计。

重难点可分为软件部分和硬件部分。系统软件采用模块化设计，是根据其硬件电路结构和所需达到的功能来进行编制的。全部软件流程由主程序、蜂鸣器子程序、整个系统初始化子程序、延时子程序、液晶显示子程序组成。，系统开始先进行上电复位，检测各个模块初始化是否处于工作状态，处于工作状态则发出检测命令，等待返回数据并处理。

2.系统的工作原理

本系统用ABOV半导体公司的8位闪速存储器(flash ROM)型单片机芯片MC80F7708A 单片机为核心，通过热敏电阻把温度信号变成电压信号，再经过A/D转换把电压信号变成数字信号，然后由MCU处理进而去控制继电器，达到对发热盘的温度控制工作。本微电脑电饭煲采用波浪式起伏加热模式，通过微控制器的控制作用，模拟人工炊煮。轻轻按下开始键便能完成炊煮功能。还有一些其他功能，只需要通过相应的选择键便可以完成，这些功能的完成也是通过MCU来实现的。系统的整体结构框图如下图一所示。

MC80F7708MCU With 10-bit ADC

顶部NTC 温度采集底部NTC 温度采集蜂鸣器驱动

上电复位时钟振荡源

开关电源

TM1629C LED 驱动IC CY8C20524电容按键控制IC 光电隔离

光电隔离底部发热盘驱动继电器

高段位数码管

触摸按键双向可控硅(顶部输出驱动)双向可控硅(侧部部输出驱动)

220V 50Hz

+12V ，+5V

图一:系统整体结构框图

研究手段：

我们对各个设计模块的解决方法如下： 1.主控模块单片机的选择

本系统主控单片机选用ABOV 半导体公司的8位闪速存储器(flash ROM)型单片机芯片MC80F7708A 。MC80F7708A 是拥有8K 字节FLASH 程序存储器的COMS 8位单片机。本芯片功能强大，可以为许多LCD 应用提供高度灵活和低成本的解决方案。该芯片有如下特点：8K 字节FLASH ROM ，256字节RAM ，20字节分段LCD 显示RAM ，8/16位定时/计数器，10位A/D 转换器，7位看门狗定时器，拥有7位自动重计数的21位实时定时器，8位UART ，片内晶振和时钟电路等。另外，本芯片还支持节电模式以降低功耗。故MC80F7708A 是使用LCD 显示和ADC 的系统中最好的控制器解决方案。

2.LED 显示模块的选择

本次设计LED 模块选用智能电饭煲专用LED CY6905，该芯片采用公阴的连接方式，有黄、橙、蓝三种发光颜色，其表面状态有黑色表面，白色字段，是客户最好的选择。

3.LED 驱动模块选择

TM1629C 系列产品是一种专用的LED 数码管驱动芯片，性价比高，可替代74HC164、74HC595，374等芯片传统繁琐的LED 数码管驱动电路，TM1629C 无需加三极管及电阻而

直接驱动LED数码管，且驱动电流大（8级辉度可调）。在单片机程序方面，只要刷新一次显示RAM数据而不用动态扫描，而且芯片带有键盘接口，3线或2线串行单片机通信，非常省单片机硬件和软件资源。轻轻松松2个或3个I/O就可驱动十几段到高达 120 多段数码管。

4.电容触摸按键传感模块的选择

本次设计的电容传感模块选用CY8C20524芯片，该芯片具有低功耗、抗干扰能力强、简化硬件电路的设计、能够驱动28个通用I/O口等功能，是此次设计电容传感最好的选择。

工作计划

起止日期（日/月）周

次

内容进程

备

注

2.10—2.20 1 接受设计的课题，查找相关参考文献和资料。

2.21—2.26 2 熟悉设计的课题，查阅、整理参考文献和资料学习相关参考文献和资料。

2.28—

3.10 3 理清思路，撰写开题报告

3.11—3.29 4 开题答辩，对设计课题的方案作初步论证

3.30—

4.05 5 方案论证，方案改进，方案定稿

4.06—4.12 6 设计实现本课题的原理电路

4.13—4.19 7 设计实现本课题的原理电路

4.20—4.26 8 软件仿真调试

4.27—

5.03 9 软件仿真调试

5.04—5.10 10 熟悉毕业论文格式、撰写论文初稿

5.11—5.17 11 撰写论文初稿

5.18—5.24 12 完成论文初稿，提交论文初稿

5.25—5.31 13 修改毕业论文，用Protel画硬件原理图

6.01—6.07 14 修改毕业论文，用Protel画硬件原理图

6.08—6.14 16 总体完善，完成论文终稿，提交论文终稿

6.15—6.21 16 准备好自述讲稿，打印，参加论文答辩

6.22—6.28 17 准备好自述讲稿，打印，参加论文答辩

四．主要参考文献

[1] 童诗白华成英模拟电子技术高等教育出版社 2006.5

[2] 阎石数字电子技术基础高等教育出版社2008/02

[3] 李道华李玲朱艳传感器电路分析与设计武汉大学出版社2003.3

[4] 李军李赋海检测技术及仪表中国轻工业出版社2000.8

[5] 何立民主编单片机应用技术选编北京航空航天大学出版社 1993.2

[6] 余永权.模糊控制技术与模糊家用电器.北京：北京航空航天大学出版社，2000

[7] 刘增良.模糊技术与应用选编（2）.北京：北京航空航天大学出版社，1997

[8] 张毅刚.MCS-51单片机应用设计.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1990

[9] 杨振江.智能仪器与数据采集系统中的新器件及应用.西安：西安电子科技大学出版社，2001

[10] 余永权，模糊电饭煲控制器研制报告，模糊电饭煲鉴定文件，1933

[11] 春元李文涛江杰杜平.C51单片机典型模块设计与应用.机械工业出版社,2008.4

[12] Intel. Software Handbook, 1984

[13]J . E. Brignell, The future of intelligent senseors : a problem of technology or ethics? Sensor and Actuator 1996

[14] Kevin R. Hoskins ,Data Acquisition Circuit Collection ,Linear Technology 1996.10

[15]Yang.Y.,Yi.J.,Y.Y.and Kim.B.:'Optimum design for linearity andefficiency of Microwave Doherty amplifier using anew load matching technique',Microw.j.,2001.4

[16] Hyvarinen A,Karhunen J,Oja E.Independent Component Analysis[M].John Wiley and Sons Inc,2001.

[17] MC80F7708A CMOS SINGLE-CHIP 8-BIT MICROCONTROLLER WITH LCD

CONTROLLER/DRIVER , ABOV SEMICONDUCTOR Co. Ltd.

英文原文:

MC80F7708 CMOS SINGLE-CHIP 8-BIT MICROCONTROLLER

WITH LCD CONTROLLER/DRIVER

1. OVERVIEW

1.1 Description

The MC80F7708 are an advanced CMOS 8-bit microcontroller with 8K bytes of FLASH ROM(MTP). This device is one of the MC800 family and a powerful microcontroller which provides a high flexibility and cost effective solution to many LCD applications. The MC80F7708 provide the following standard features: 8K bytes of FLASH ROM, 256 bytes of RAM, 20 bytes of segment LCD display RAM, 8/16-bit timer/counter, 10-bit A/D converter, 7-bit watch dog timer, 21-bit watch timer with 7-bit auto reload counter, 8-bit UART, on-chip oscillator and clock circuitry. In addition, this device supports power saving modes to reduce power consumption. So the MC80F7708 is the best controller solution in system which uses chara- tered LCD display and ADC.

1.2 Features

? 8K Bytes On-chip FLASH ROM (MTP)

? FLASH Memory

- Endurance : 100 cycles

- Data Retention : 10 years

? 256 Bytes On-chip Data RAM

? 20 bytes Display RAM

? Instruction Cycle Time:

- 333ns at 12MHz (2 cycle NOP instruction)

? LCD display/controller

- 1/4 Duty Mode (20Seg × 4Com, 1/3 Bias)

- 1/8 Duty Mode (16Seg × 8Com, 1/4 Bias)

? Four 8-bit Timer/Counter(They can be used as two 16-bit Timer/Counter)

? One 7-bit Watch Dog Timer

? One 21-bit Watch Timer

- 1 minute interrupt available

? One 8-bit Basic Interval Timer

? One 6-bit Buzzer Driving Port

? Dual Clock Operation

- Main Clock : 400kHz ~ 12MHz

- Sub Clock : 32.768kHz

? Main Clock Oscillation

- Crystal

- Ceramic Resonator

- Internal Oscillation : 8MHz/4MHz/2MHz

? Operating Temperature : -40~85 °C

? Built-in Noise Immunity Circuit

- Noise Filter

- BIR (Built-in Reset)

? Power Down Mode

- Main Clock : STOP, SLEEP mode

? 400kHz to 12MHz Wide Operating Frequency

? On-Chip POR (Power On Reset)

? Internal Resistor for LCD Bias

? 42/40 Programmable I/O Pins

? 6/4-channel 10-bit On-chip A/D Converter

? One 10-bit High Speed PWM Output

? 14 Interrupt sources

- External Interrupt : 4

- Timer : 4

- UART : 2

- ADC, WDT, WT, BIT

? One Universal Asynchronous Receiver/Trans- mitter (UART) at FLASH MCU

? 2.2V to 5.5V Wide Operating V oltage Range

2. PIN FUNCTION

VDD: Supply V oltage.

VSS: Circuit ground.

RESET: Reset the MCU Reset.

XIN: Input to the inverting oscillator amplifier and input to the internal main clock operating circuit.

XOUT: Output from the inverting oscillator amplifier.

SXIN: Input to the internal sub system clock operating cir- cuit.

SXOUT: Output from the inverting subsystem oscillator amplifier.

SEG0~SEG19: Segment signal output pins for the LCD display. See "18. LCD DRIVER" on page 75 for details. Also SEG0~SEG19 are shared with normal I/O ports and SEG16~19 are multiplexed with COM7~COM4.

COM0~COM7: Common signal output pins for the LCD display. See "18. LCD DRIVER" on page 75 for details. Also COM0~SEG7 are shared with normal I/O ports and COM4~COM7 are multiplexed with SEG19~682849b6d0d233d4b14e69ff 4~COM7 an d SEG 19~SEG 16 are selected byLCDD0 of the LCR register.

3. MEMORY ORGANIZATION

The have separate address spaces for Program memory, Data Memory and Display memory. Program memory can only be read, not written to. It can be up to 8K bytes of Program memory. Data memory can be read and written to up to 1024 bytes including the stack area. Display memory has prepared 27 nibbles for LCD.

4. I/O PORTS

The MC80F7708 have seven I/O ports, LCD segment ports (R0, R1, R2, R4, R50/SEG0/RX0 ~ R73/SEG19/COM4) and LCD common ports (R77/COM0 ~ R74/COM3, R73/ SEG19/COM4 ~ R70/SEG16/COM7).These ports pins may be multiplexed with an alternate function for the peripheral features on the device.

5. CLOCK GENERATOR

As shown in Figure 10-1, the clock generator produces the basic clock pulses which provide the system clock to be supplied to the CPU and the peripheral hardware. It contains two oscillators which are main-frequency clock oscil- lator and a sub-frequency clock oscillator.The system clock can also be obtained from the external oscillator.By setting configuration option, the internal 8MHz, 4MHz,2MHz can also be selected for system clock source.

The clock generator produces the system clocks forming clock pulse, which are supplied to the CPU and the periph- eral hardware.The internal system clock should be selected to main oscil- lation by setting bit1 and bit0 of the system clock mode register (SCMR).

To the peripheral block, the clock among the not-pided original clocks, pided by 2, 4,..., up to 4096 can be provided. Peripheral clock is enabled or disabled by STOP instruction. The peripheral clock is controlled by clock control register (CKCTLR). See "11. BASIC INTERV AL TIMER" on page 41 for details.

6. TIMER / COUNTER

Timer/Event Counter consists of prescaler, multiplexer, 8- bit timer data register, 8-bit counter register, mode register, input capture register and Comparator as shown in Figure12-4. And the PWM high register for PWM is consisted separately.

The timer/counter has seven operating modes.

- 8 Bit Timer/Counter Mode

- 8 Bit Capture Mode

- 8 Bit Compare Output Mode

- 16 Bit Timer/Counter Mode

- 16 Bit Capture Mode

- 16 Bit Compare Output Mode

- PWM Mode

In the “timer” function, the register is increased every in- ternal clock input. Thus, one can think of it as counting in- ternal clock input. Since a least clock consists of 2 andmost

clock consists of 2048 oscillator periods, the count rate is 1/2 to 1/2048 of the oscillator frequency in Timer0. And Timer1 can use the same clock source too. In addition, Timer1 has more fast clock source (1/1 to 1/8).In the “counter” function, the register is increased in re- sponse to a 0-to-1 (rising edge) transition at its correspond- ing external input pin EC0 (Timer 0).In addition the “capture” function, the register is increased in response external or internal clock interrupt same with timer/counter function. When external interrupt edge in- put, the count register is captured into capture data register TMx.Timer3 is shared with “PWM” function and Timer2 is shared with “Compare output” function.

7. WATCH TIMER

The watch timer generates interrupt for watch operation. The watch timer consists of the clock selector, 21-bit bina- ry counter and watch timer mode register. It is a multi-pur- pose timer. It is generally used for watch design.The bit 0, 1, 2 of WTMR select the clock source of watch timer among sub-clock, fMAIN÷28 ,fMAIN÷27 ,fMAIN or fMAIN÷2 of main-clock and fMAIN of main-clock. Thef MAIN of main-clock is used usually for watch timer test, so timer is also stopped. If the sub-clock is used as the watch timer source clock, the watch timer count cannot be stopped. Therefore, the sub-clock does not stop and contin- ues to oscillate even when the CPU is in the STOP mode. The timer counter consists of 21-bit binary counter and it can count to max 60 seconds at sub-clock.The bit 3, 4 of WTMR select the interrupt request interval of watch timer among 2Hz, 4Hz, 16Hz and 1/64Hz.generally it is not used for the clock source of watch timer. The fMAIN÷27 or fMAIN÷28 clock is used when the single clock system is organized. If fMAIN÷28 or fMAIN÷27 clock is used as watch timer clock source, when the CPU enters into stop mode, the main clock is stopped and then watch.

8. WATCH DOG TIMER

The watch dog timer (WDT) function is used for checkingprogram malfunction due to external noise or other causes and return the operation to the normal contion.The watchdog timer consists of 7-bit binary counter and the watchdog timer register(WDTR). The source clock of WDT is overflow of Basic Interval Timer. When the value of 7-bit binary counter is equal to the lower 7-bits of Note: WDTR and WTR has same address 0E8h. The LOADEN bit is used to select WDTR or WTR. When LOADEN of watch timer mode register(WTMR) is set to “1”, WDTR can not be wrote and WTR is wrote.Th e LOADEN bit should be cleared to “0” when writing any value to WDTR. WDTR, the interrupt request flag is generated. This can be used as WDT interrupt or CPU reset signal in accordance with the bit WDTON. When WDTCL is set, 7-bit counter of WDT is reset. After one cycle, it is cleared by hardware. When writing WDTR, the LOADEN bit of WTMR regis-ter should be cleared to “0”.

9. ANALOG TO DIGITAL CONVERTER

The analog-to-digital(A/D) converter allows conversion of an analog input signal to an

corresponding 10-bit digital value. The A/D module has six analog inputs, which are multiplexed into one sample and hold. The output of the sample and hold is the input of the converter, which generates the result via successive approximation. The analog supply voltage is connected to A VDD of ladder resistance of A/D module.

10. BUZZER OUTPUT FUNCTION

The buzzer driver consists of 6-bit binary counter, the buzzer driver register BUZR and the clock selector. It gen- erates square-wave which is very wide range frequency (500 Hz~125 kHz at fMAIN = 4MHz) by user programmable counter.

11. INTERRUPTS

The MC80F7708 interrupt circuits consist of Interrupt en- able register (IENH, IENM, IENL), Interrupt request flag register(IRQH, IRQM, IRQL), Interrupt flag register(IN- TFH, I NTFL), Interrupt Edge Selection Register (IEDS), priority circuit and Master enable flag (“I” flag of PSW). The interrupts are controlled by the interrupt master enable flag I-flag (bit 2 of PSW), the interrupt enable register and the interrupt request flag register except Power-on reset and software BRK interrupt.

12. LCD DRIVER

The MC80F7708 has the circuit that directly drives the liq- uid crystal display (LCD) and its control circuit. The seg- ment/common driver directly drives the LCD panel, and the LCD controller generates the segment/common signals according to the RAM which stores display data. VCL3 ~ VCL0 voltage are made by the internal bias resistor circuit.

13. UNIVERSAL ASYNCHRONOUS SERIAL INTERFACE

The Asynchronous serial interface(UART) enables full-duplex operation wherein one byte of data after the start bit is transmitted and received. The on-chip baud rate generator dedicated to UART enables communications using a wide range of selectable baud rates.

The UART driver consists of TXSR0, RXBR0, ASIMR0 and BRGCR0 register. Clock asynchronous serial I/O mode (UART) can be selected by ASIMR register. Figure 19-1 shows a block diagram of thes.

中文翻译：

MC80F7708 CMOS 8 位单片机 LCD 控制器/驱动器

1、概述

1.1、描述

MC80F7708是拥有8K字节FLASH程序存储器的CMOS 8位单片机。本芯片功能强大，可以为许多 LCD应用提供高度灵活和低成本的解决方案。该芯片有如下特点：8K字节FLASH ROM，256字节 RAM，20字节分段LCD显示RAM，8/16位定时/计数器，10位A/D 转换器，7位看门狗定时器，拥有7位自动重计数的21位实时定时器，8位UART，片内晶振和时钟电路等。另外，本芯片还支持节电模式以降低功耗。故MC80F7708是使用LCD显示和ADC的系统中最好的控制器解决方案。

1.2 特性

(1) 8K字节片内 FLASH (MTP)

- 擦写次数 : 100 times

- 保持时间 : 10 years

(2) 支持在系统编程

(3) 256字节片内数据RAM

(4) 最快指令执行时间:

- 330ns at 12MHz (2周期NOP指令)

(5) LCD显示/控制器

- 1/4占空比模式(20Seg×4Com,1/3Bias)

- 1/8占空比模式(16Seg×4Com,1/4Bias)

(6) 四个8位定时/计数器 (可以用作两个16位定时/计数器)

(7) 一个7位看门狗定时器

(8) 一个21位实时定时器

-提供1分钟中断

(9) 一个8位基本间隔定时器

(10) 一个6位蜂鸣器驱动口

(11) 双时钟操作

- 主时钟：400KHz~12MHz

- 子时钟：32.768KHz

(12) 主时钟晶振类型

- 石英晶振

- 陶瓷振荡器

- 内部晶振：8MHz/4MHz/2MHz

(13) 操作温度 : -40℃ ~ 85℃

(14) 植入噪声免疫电路

- 噪声去除

- BIR (片内复位)

(15) 节电方式

- 主时钟：STOP，SLEEP方式

(16) 400KHz到12MHz宽频率操作范围

(17) 片内POR(上电复位)

(18) 调整LCD偏压的内部电阻

(19) 42/40可编程I/O引脚

(20) 6/4信道10位片内A/D转换器

(21) 一个10位高速PWM输出

(22) 14个中断源

-外部中断：4

-定时器：4

-UART：2

-ADC,WDT,WT,BIT

(23) FLASH MCU 具有一个通用异步接收/发送器(UART)

2、引脚功能

VDD：电源 VSS：地 RESET：复位

XIN ：反相振荡放大器输入,内部时钟电路输入端。

XOUT：反相振荡放大器输出。

SXIN：内部子系统时钟控制电路输入端。

SXOUT：内部子系统时钟控制电路输出端。

SEG0-SEG19：LCD显示段信号输出引脚。SEG0-SEG19还可作为普通I/O口使用，且SEG19-SEG16与COM4-COM7复用。通过LCR寄存器中的LCDD0 选择SEG19-SEG16与COM4-COM7的使用。

R00,R04,R06,R07: R0是4位CMOS, 双向I/O口。将口方向寄存器(R0IO)写入“1”or“0”决定R0口的输出或输入。还可通过软件定义上拉电阻和漏极开关输出。另外，R0还可提供多种特殊功能。

R10: R1是1位CMOS,双向I/O口。将口方向寄存器(R1IO)写入“1”or“0”决定R1口的输出或输入。还可通过软件定义上拉电阻和漏极开关输出。另外，R1还可提供多种特殊功能。

R20-R25: R2是4/6位 CMOS,双向I/O口。将口方向寄存器(R2IO)写入“1”or“0”决定R2口的输出或输入。还可通过软件定义上拉电阻和漏极开关输出。另外，R2 还可提供多种特殊功能。

R41-R47: R4是7位CMOS,双向I/O口.将口方向寄存器(R4IO)写入“1”or“0”决定R4口的输出或输入。还可通过软件定义上拉电阻和漏极开关输出。另外，R4还可提供多种特殊功。

R50-R57: R5是8位CMOS 双向I/O口和LCD段输出口。将口方向寄存器(R5IO)写入“1”or“0”决定每个R5口的输出或输入。且每个端口可通过设置寄存器 R5PSR 的1-bit用作段输出模式。

R60-R67: R6是8位CMOS 双向 I/O口和LCD段输出口。将口方向寄存器(R6IO)写入“1”or“0”决定每个R6口的输出或输入。且每个端口可通过设置寄存器 R6PSR的1-bit用作段输出模式。

R70-R77: R7 是 4 位 CMOS 双向 I/O口和LCD段输出口。且每个端口可通过设置寄存器 R7PSR 的 1- bit 用作段输出模式。

3.存储器结构

MC80F7708有独立的程序存储空间，数据存储空间和显示存储空间。其中8K的程序存储空间为只读模式，不能写入。1024Bytes的数据存储空间可以读写。显示存储区27个半字节用于LCD显示。

4.I/O端口

MC80F7708有7个I/O端口(R0, R1,R2,R4,R50/SEG0/RX0-R73/SEG19/COM4)和LCDCOM端口 (R77/COM0-R74/COM3,R73/SEG19/ COM4-R70/SEG16/COM7)。这些I/O端口一般都有可选第二功能，用于器件的其它功能。

5. 时钟发生器

时钟发生器产生基本的时钟脉冲，给CPU和外围电路提供系统时钟。它包含一个主频率时钟和一个子频率时钟两个振荡电路。系统时钟也可以由外部时钟输入产生，在使用外部时钟状态下，外部时钟信号接入XIN，XOUT悬空。当引入外部时钟时，对外部时钟的占空比没有严格要求，因为内部时钟模块有一个两分频触发器。通过对配置选项的设置，可以对内部8MHz，4MHz，2MHz的系统时钟进行选择。时钟发生器产生供CPU 和外围硬件使用的脉冲时钟信号。通过设置系统时钟模式寄存器(SCMR)的位1和位0可以选择内部系统时钟为主频振荡模式。外围电路时钟可选择对系统时钟进行2,4,…,直至4096分频获得。外围时钟通过STOP指令使能或禁止。由时钟控制寄存器(CKCTLR)控制。

6. 定时器/计数器

定时/计数器由复用器、8位定时数据寄存器、8位计数器存储器、输入捕捉寄存器、方式寄存器和比较器组成。PWM的寄存器由PWM高位寄存器独立构成。定时器/计数器有7个工作模块

-8位定时器/计数器模式

-8位捕捉模式

-8位比较输出模式

-16位定时器/计数器模式

-16位捕捉模式

-16位比较输出模式

-PWM模式

在定时器功能中，寄存器在每个内部时钟输入时加1，因此，可将其看作是内部时钟输入的计数。由于一个时钟周期最短为2个最长包括2048个振荡周期。因此，定时器0的计数速率为振荡器频率的1/2— 1/2048。定时器1使用同样的时钟源。另外，定时器1有更快的时钟源(1/1—1/8)。在计数器功能中，寄存器在对应外部输入脚EC0(定时器0)产生0到1的跳变(上升沿)时加1。在增加的捕捉功能中，寄存器的增加与定时器功能时一样，但在外部中断跳沿输入时，计数寄存器的值被捕捉到捕捉数据寄存器TMx 中。定时器3有一个“PWM”功能，与定时器2共用一个比较输出功能。

7. 看门狗定时器

看门狗定时器WDT迅速发现CPU的故障，比如由噪声或其他干扰造成的程序死循环，并使CPU恢复正常状态。看门狗定时器检测到故障信号可以选择复位 CPU或者产生一个中断请求。

看门狗定时器由7位二进制计数器和看门狗定时器数据寄存器组成。基本间隔定时器的溢出作为WDT的时钟源。当7位二进制计数器的值等于 WDTR的低7位时，产生中断请求标志。请求标志根据位WDTON的状态确定用作WDT中断或是CPU复位信号。7 位二进制计数器通过置位WDTCL（WDTR.7) 清零，WDTCL在一个机器周期后自动清零。将WTMR 寄存器的LOADEN 位清“0 ”，可控制写WDTR。

8. A/D转换

A/D 转换器可以将输入的模拟信号转换成对应10位数字信号值。 A/D 转换模块有六个模拟信号输入通道，它们共用一个采样保持器，由通道选择器选择其中一路信号经采样保持后的信号进入转换，转换模块采用逐次逼近法。

A/D 模块有三个寄存器：一个控制寄存器ADCM ，两个A/D转换结果寄存器 ADCRH 和 ADCRL. 其中ADCRH的[7:6] 也用来选择ADC的时钟分频比例。

9. 蜂鸣器功能

蜂鸣器驱动模块包含一个6位的二进制计数器，一个蜂鸣器寄存器BUZR和时钟选择寄存器。可以产生频率范围为（500Hz ~ 125kHz at fMAIN= 4MHz)的方波信号。R04 / BUZO 脚可通过将R0功能寄存器(R0FUNC)的BUZO位置“1”定义为蜂鸣器驱动输出口。当往BUZR写入信号时，6位计数器被清零同时开始计数。从00H到与它赋予的值相等，它每个时钟周期进行一次加1操作。同样可以通过计数器溢出来清零，计数时输出占空比为50%的方波。 BUZR中的位0到5决定蜂鸣器的输出频率。BUZR[5:0]复位后初始化值为3FH。

10. 中断

MC80F7708 中断电路由中断使能寄存器(IENH,IENM,IENL)，中断请求标志(IRQH,IRQM,IRQL)，中断标志寄存器 (INTFH,INTFL),中断边沿选择寄存器(IEDS),优先级电路和主使能标志(程序状态字PWM的“I”标志位)。中断由主使能位（程序状态字 PSW 第二位）、中断使能寄存器和中断请求标志控制，上电复位中断和软件BRK中断除外。

11. LCD驱动

MC80F7708带有LCD驱动电路及相应的控制电路可以直接驱动LCD显示。segment/common可直接用来驱动LCD显示盘。LCD控制器根据存放显示码的RAM数据输出相应的信号到SEG和COM端口。VCL3-VCL0 由内部电阻分压形成。MC80F7708有16个SEG(SEG0-SEG15)和8个COM(COM0-COM7)口。如果LCR中LCDD0位置“1”，COM4-COM7可做SEG19-SEG16用。

12.通用异步串行接口

通用异步串行接口(UART)支持全双工单字节收发操作。内置波特率发生器提供可选多种波特率应用于实际UART传输中。UART模块由TXSR0,RXBR0,ASIMR0和BRGCR0等寄存器组成。异步串行通信I/O模式(UART)功能由ASIMR寄存器选择使能。

13.操作模式

系统时钟控制器开启和关闭系统主时钟振荡器。由系统时钟模式寄存器(SCMR)控制。系统时钟模式寄存器(SCMR)对系统时钟进行控制。复位期间，该寄存器初始值为“0”，因此默认设置为选择系统主时钟。

主时钟工作模式：该模式为高频工作模式，CPU和外围硬件都工作在高频状态。系统复位后，调用此工作模式。

SLEEP模式：在此模式中，CPU时钟停止，但外围电路及时钟振荡电路仍然工作。

STOP模式：在模式中，系统各种操作都停止。因此要保存相关的工作状态在电源降到相应电平之前。

14.振荡电路

MC80F7708内部有三个振荡电路。XIN 和 XOUT 是主时钟的输入和输出，SXIN 和SXOUT 是子时钟的输入和输出。

15.复位

MC80F7708支持四种复位方式：外部复位，上电复位(POR)，片内复位(BIR)和看门狗复位。

MC80F7708有一个内置复位电路（BIR）用来消除电源噪声。BIR控制寄存器BIRR 可以使能或者禁止使用此功能。

16. FLASH编程规范

17.在线编程(ISP)

指导教师意见

签名：

月日

教研室意见

教研室主任（签章）：

月日

评审小组意见

参加评审人员（签字）：

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