理论教育 中央微控制器电路及其应用原理介绍

中央微控制器电路及其应用原理介绍

时间:2023-06-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:中央微控制器电路又称微电脑控制电路,主要以CPU为核心。MCU是Micro Controller Unit的缩写词,其中文释义为中央微控制器或简称微控制器。而在生产及维修中,常将单片机或中央微控制器简称为微电脑块,由其组成的控制电路,就又称为微电脑控制电路,故就有了微电脑控制式微波炉的说法,并被普遍认可。本节就主要以一些具有代表性的微控制器为例,并结合具体应用机型分析介绍其控制电路的工作原理。

中央微控制器电路及其应用原理介绍

中央微控制器电路又称微电脑控制电路,主要以CPU为核心。CPU是Central Pro-cessing Unit的缩写词,其中文释义为中央处理单元,俗称中央微处理器或简称微处理器。它是电子计算机的运算核心和控制核心,其功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。CPU与存储器输入输出设备是电子计算机的三大核心部件。电子计算机是应不同数值的计算要求而诞生的技术,它在长期的发展过程中,总是以满足越来越多的计算量为目标,如应用于智能仪表、机电设备家用电器等多方面的控制系统。无论其规模大小、性能高低,计算机的硬件系统都是由运算器、存储器、输入输出设备以及控制器等组成,而将这些单元全部集成到一块集成电路中,就称为SCM。SCM是Single Cnip Microcomputer的缩写词,其中文释义为单片微型计算机。用一块SCM芯片就可构成一个完整的计算机系统。但随着单片机技术的不断发展。单片机已无法确切地表达其内涵,国际上便逐渐采用了MCU来称呼这类计算机,并成为业界公认的、最终统一的名词。MCU是Micro Controller Unit的缩写词,其中文释义为中央微控制器或简称微控制器。我国相关行业内由于多年来一直使用单片机的称号,已约定俗称,所以目前在小家电等领域中仍采用单片机这一名称。而在生产及维修中,常将单片机或中央微控制器简称为微电脑块,由其组成的控制电路,就又称为微电脑控制电路,故就有了微电脑控制式微波炉的说法,并被普遍认可。

在微电脑控制式微波炉中,所用微控制器的型号比较繁多,且在不同品牌型号中又有不同的应用形式。本节就主要以一些具有代表性的微控制器为例,并结合具体应用机型分析介绍其控制电路的工作原理。

1.SH69P25K微电脑控制电路

SH69P25K是一种内核为80C51 CPU的单片机,它主要应用在格兰仕等一些微电脑控制式微波炉中。它在不同机型中,因其内部编程软件不同,引脚使用功能也不同。因此,在不同机型中,版本不同的单片机,尽管基本型号一致也不能互换。限于维修目的,本书只对其引脚使用功能及其外部应用电路进行分析介绍,而对其内部结构及软件编程等就不予介绍。

本节主要以格兰仕G8023CSL-K3型微电脑控制式微波炉为例,对其控制系统的功能电路进行分析介绍。格兰仕G8023CSL-K3型微波炉控制系统主要由SH69P25K(0636-J 028KU N21A3)中央微控制器及一些接口电路等组成,并安放在一个独立的电脑板上,其实物如图3-1所示,电脑板印制电路板如图3-2所示,电路原理图如图3-3所示。

在图3-1或图3-3中,U1(SH69P25K 0636-J 028KU N21A3)为中央微控制器,是微电脑控制电路中的核心器件,其引脚使用功能及正常状态下的电压值、电阻值见表3-1。

在图3-3中,电脑板电路主要用于完成微波加热和烧烤加热两种控制功能。同时,也包含有低压电源电路。

(1)微波加热控制电路

在图3-3中,微波加热控制电路主要由U1(SH69P25K 0636-J 028KU N21A3)的(20)脚、(25)脚及外接Q7、Q5、Q3等元器件组成,其中Q5是在门控开关控制下首先进入预备状态的。门控开关电路如图3-4所示,其中门控第二联锁开关S2的两端电极,分别通过黄色导线和黑色导线与图3-3中的“◎Y”点和“◎B”点相接。当关闭炉门使S2接通时,图3-3中Q5的发射极通过隔离二极管D13→“◎Y”→S2→“◎B”接地;同时U1的(24)脚通过R44、D14被钳位在0.4V低电平,微电脑控制电路进入了预备状态。

在预备状态下,按动一下面板上的微波功能选择键,U1的(20)脚有PWM脉冲输出(此时(20)脚为1.8V低电平),通过C8使Q7导通,+5V电压通过Q7的e、c极和R41、R39、R24、R38分别加到Q4、Q5的基极上,使Q4、Q5导通。其中,Q4导通使继电器RY1导通,将市网电压N输入线路接通,如图3-4所示;Q5导通将Q3、Q2的发射极接地,使Q3和Q2进入准预备状态,此时,按一下面板上的启动键,U1的(25)脚输出4.3V高电平,使Q3导通,继电器RY2导通,市网电压N输入线路被接到高压变压器T一次绕组的一个接线端子,而另一个接线端子已在关闭炉门时与L输入线路接通,因而使高压电路启动工作,微波炉进入微波加热状态,其加热时间由U1(20)脚输出PWM脉冲的占空比决定。

(2)烧烤加热控制电路

在图3-3中,烧烤加热控制电路主要由U1的(26)脚、Q2、RY3等组成。当微电脑控制系统进入准预备状态时,按动烧烤启动键,U1的(26)脚输出4.3V高电平,使Q2导通,继电器RY3导通,图3-4中烧烤加热管的蓝线被接通,微波炉工作在烧烤加热状态。

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图3-1 格兰仕G8023CSL-K3型微波炉中电脑板元器件实物及其功能

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图3-2 格兰仕G8023CSL-K3型微波炉中电脑板印制电路板实物

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图3-3 格兰仕G8023CSL-K3型微波炉电脑板电路原理图

注:该图依实物绘制,仅供参考。

表3-1 U1(SH69P25K 0636-J 028KU N21A3中央微控制器)引脚功能及正常状态下的电压值、电阻值

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注:表中电阻值是在拔掉控制板中的所有插头情况下,用MF47型万用表的R×1k档测得,仅供参考。测量电压值时要注意,必须拔下高压变压器的电源输入插头。

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图3-4 格兰仕G8023CSL-K3型微波炉门控开关与继电器控制电路原理图

注:该图依实物绘制,仅供参考。

(3)低压电源电路

在图3-3中,低压电源电路主要由低压电源变压器、两组全桥整流电路及+5V稳压电路等组成。其中,电源变压器有两组二次绕组和一个一次绕组,一次绕组通过T01插座接入220V市网交流电压,见图3-4;两个二次绕组分别输出11V和7V交流电压,11V交流电压经二极管D2~D5组成的全桥整流电路整流后形成+12V电压,为继电器RY1、RY2、RY3绕组及蜂鸣器供电,7V交流电压经二极管D6~D9组成的全桥整流电路整流及Q1、ZD1等稳压后形成+5V电压,为U1(SH69P25K 0636-J 028KU N21A3)及其接口电路供电。

低压电源电路在接通电源插头时就进入工作状态,有+12V和+5V电压输出。因此,在该种电脑控制式微波炉使用完毕后,应将电源插头拔下,以避免低压电源电路长期工作。

2.TMP47C400BN微电脑控制电路

TMP47C400BN是由东芝公司开发的中央微控制器,其应用范围比较广泛。当它应用在微波炉中时,则主要用于控制微波加热和烧烤加热。本节就以格兰仕WD750 B型微电脑控制式微波炉为例,对其控制系统的功能电路进行分析介绍。

格兰仕WD750B型微电脑控制式微波炉中的控制系统,主要由IC01(TMP47C400BN-RH31)及一些接口电路等组成,并安放在一个独立的电脑板上,其实物如图3-5所示,电脑板印制电路如图3-6所示,电路原理图如图3-7所示,其中IC01(TMP47C400BN-RH31)的引脚使用功能及正常状态下的正、反向电阻值见表3-2。

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图3-5 格兰仕WD750B型微波炉中微电脑控制板元器件实物及其功能

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图3-6 格兰仕WD750B型微电脑控制板印制电路板实物

表3-2 IC01(TMP47C400BN-RH31中央微控制器)引脚功能及正常状态下的正、反向电阻值

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续表

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注:表中数据用MF47型万用表R×1k档测得,仅供参考。(www.daowen.com)

(1)微波控制电路

在图3-7中,IC01(TMP47C400BN-RH31)的(15)脚与外接的R17、Q4、RY3等组成微波加热控制电路。该电路的动作条件必须是Q6首先进入预备状态。

在图3-7中,S2为门控第二联锁开关,在炉门打开时,S2断开,+12V电压通过R5使Q3的基极呈现高电平,但由于Q3是PNP型晶体管,故在开门时,Q3呈截止状态,IC01(TMP47C400BN-RH31)的(13)脚为低电平,(16)脚输出高电平,使Q13、Q14截止;同时,+12V电压还通过R6加到D 10的负极端,使D10反偏截止,Q6不具备导通条件。当关闭炉门时,S2接通,Q3的基极电位被下拉,因而Q3正偏导通,IC01的⑬脚为高电平,CPU自动控制(16)脚输出低电平,Q13和Q14进入预备状态;同时,S2接通后又通过D10将Q6的C极接通于地,使Q6也进入预备状态。

在Q6处于预备状态时,按一下启动键,+5V电压通过D11、R20触发Q13导通,随后使Q14导通。Q13和Q14组成模拟晶闸管电路,一旦触发导通,就被锁定在导通状态,进而使Q6正偏导通,Q5的C极通过Q6的e、c极和D10、S2接地,因而使Q4、Q5进入预备状态。此时若操作微波加热控制键,IC01的(15)脚就会输出具有一定占空比的方波脉冲,使Q4导通,RY3触头接通,高压变压器及其输出电路进入工作状态,微波炉开始微波加热。微波加热的强度由IC01(15)脚输出方波脉冲控制开关管Q4的导通与截止时间来控制,其导通与截止的周期为30s。在30s周期内,Q4的导通时间越长,微波加热的强度就越高,反之,Q4的导通时间越短,微波加热的强度就越低。

(2)烧烤控制电路

在图3-7中,烧烤控制电路主要由IC01(TMP47C400BN-RH31)的(12)脚与外接的Q5、RY2等组成。它的工作条件必须是Q6首先进入预备状态。

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图3-7 格兰仕WD750B型微波炉中微电脑控制系统电路原理图

注:该图依实物绘制仅供参考。

在Q6处于预备状态时,按一下烧烤控制键,IC01的(12)脚输出低电平,Q5导通,RY2触头接通,烧烤加热管H进入工作状态,微波炉开始烧烤加热。

3.PIC16F73微电脑控制电路

PIC16F73是一种具有两组8位输出的微控制器集成电路,其主要特点是在特定编程软件CCP(捕捉/比较/脉宽调制)模块的支持下进行工作的。CCP模块主要用于产生PWM脉宽调制信号,并给出测量脉冲宽度或一种二进制码的源程序,以使微控制器能够工作在捕捉输入、比较输出和脉冲宽度调制输出的三种状态,且三种状态又能各自独立工作。在特定编程软件中的应用程序都是依据具体功能电路的要求而编写的,故在具体应用电路中,PIC16F73的引脚使用功能是自定义的。本节就以海尔WH2485EG型微电脑控制式微波炉为例,对其控制系统的功能电路进行简要介绍。

海尔WH2485EG型微电脑控制式微波炉的控制系统主要由IC1(PIC16F73-1/SP4AP,版本号为8C0F)微控制器和IC2、IC3、IC4(DLN 2003AC)驱动器及IC5、IC6、IC7(74HC595N)逻辑门电路等组成在一个独立的电脑板上,其实物如图3-8所示,电脑板印制电路如图3-9所示。其中IC1微控制器的引脚应用电路原理图,如图3-10所示。IC1的引脚使用功能及正常状态下的电压值、电阻值见表3-3。

表3-3 IC1(PIC16F73-1/SP4AP 8C0F)微控制器引脚功能及电压值、电阻值

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(续)

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注:表中数据用MF47型万用表测得,但测量电压值时,必须拔下高压变压器的电源输入插头。表中※表示不可测量。

(1)电脑板供电电源电路

在图3-8中,电脑板供电电源电路主要由TB12V电源变压器、WZ(L7806CV)+6V稳压器等组成,其电路原理图如图3-11所示。其中,CN1市网电压输入插座中的A、B脚用于输入220V交流电压,其输入电压加到TB电源变压器的一次绕组,经降压后由二次侧输出约15V交流电压,再由D5~D8桥式整流后在C20(1000μF/25V)电解电容器两端形成+12V直流电压,一方面供给K3继电器,另一方面经L7806CV稳压输出+6V直流电压,为IC1(PIC16F73-1/SP4AP)微控制器电路供电。因此,当电脑板不能工作时,应首先检查供电源电路是否有正常的+12V和+6V电压输出。

在图3-11中,CN1插座中的F脚及外接蓝白线主要用于连接照明灯、转盘电动机、风扇电动机的供电输入电极,如图3-12所示。当IC1微控制器进入工作状态后,使图3-11中的V6导通时,K3继电器内置触头开关闭合,图3-12中的照明灯点亮,风扇电动机和转盘电动机转动,微波炉进入加热工作状态。

(2)微波加热控制电路

在海尔WH2485EG型微波炉中,微波加热控制电路主要由K2继电器及灰色导线等组成,见图3-12中所示。当操作启动键使微波炉进行微波加热时,继电器K2在IC1(8C0F)微控制器的控制下呈导通状态,电源插头的蓝线端通过热切断保护器1→黑线→K2→灰线接到高压变压器T一次绕组的A端,电源插头棕线端通过8A/250V电源熔断器→白线→S1→灰线接到高压变压器T一次绕组的B端,从而使高压变压器T起动工作,磁控管开始发射微波。其中,K2的导通时间决定了磁控管发射微波的时间,也就决定了微波加热的时间。

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图3-8 海尔WH2485EG微波炉中电脑板元器件实物图

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图3-9 海尔WH2485EG型微波炉中电脑板印制电路板实物

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图3-10 海尔WH2485EG型微波炉中微控制器引脚应用原理(简)图

注:该图依实物绘制仅供参考。

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图3-11 电脑板中供电电源电路原理图

注:该图依实物绘制,仅供参考。

(3)烧烤加热控制电路

在海尔WH2485EG型微波炉中,烧烤加热控制电路主要由K1继电器及白色导线等组成,如图3-12所示。当操作烧烤功能键使微波炉进行烧烤加热时,继电器K1在IC1(8C0F)微控制器的控制下呈导通状态,电源插头的蓝线端通过热切断保护器1→黑线→蓝线→K1→白线→热切断保护器2→白线接到加热棒H2的B端,电源插头棕线端通过8A/250V电源熔断器→白线→S1→灰线→蓝线接到加热棒H1的A端,从而使加热棒获得工作电压,微波炉工作在烧烤状态。其中,K1的导通时间决定了加热棒的加热时间,也就决定了烧烤加热的时间。

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图3-12 海尔WH2485EG型微波炉中整机供电源及加热控制电路原理图

注:该图依实物绘制,仅供参考。

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