維修電工智能排故系統(tǒng)裝置畢業(yè)設計論文

1、維修電工智能排故系統(tǒng)裝置 院(系)、部： 電子電氣工程系 學生姓名： 指導教師： 職稱 專 業(yè)： 班 級： 完成時間： 摘摘 要要在當今時代，大部分的儀器儀表都實現了智能化，功能多樣化，操作方便化，直觀化。本次的設計課題是為修電工智能排故系統(tǒng)裝置。此裝置具有功能多、直觀、操作方便的優(yōu)勢。維修電工智能排故系統(tǒng)裝置主要用來對學員進行培訓專用。它分為教師模式和學員培訓考核模式。在教師模式下，我們可以進行故障的設定，排故所需要2的時間設定，也可以查看所設置好的故障序號。為用戶解決維修電工智能排故系統(tǒng)裝置長時間沒有使用而忘記密碼，則采用一個開機密碼和啟動系統(tǒng)后再設密碼方案。學員培訓考核模式，是用來檢驗學

2、員的考核情況。關鍵詞：智能排故；單片機；控制；stc89c51；stc89c52；程序目目 錄錄 摘摘 要要 .2第一章第一章 緒緒 論論 .51.1 硬件方案討論.51.2 硬件方案的確定.61.3 軟件方案設計.71.4 stc89c51 單片機的性能及應用.81.5 成果預測.93第二章第二章 硬件設計硬件設計 .92.1 硬件電路設計.92.1.1 顯示電路.92.1.2 鍵盤電路.112.1.3 復位電路.132.1.4 電源設計.132.1.5 時鐘電路設計.142.1.6 輸出電路.152.1.7 系統(tǒng)原理圖.172.2 pcb 板設計 .172.2.1 主電路板原理圖繪制.18

3、2.2.2 輔助電路板設計.20第三章第三章 軟件設計軟件設計 .233.1 主片 cpu 程序設計.233.1.1 中斷和計數程序.243.1.2 動態(tài)顯示程序.243.1.3 44 矩陣鍵盤掃描程序.263.1.4 密碼程序.273.1.5 監(jiān)控程序.283.1.6 延時程序.283.1.7 并行連接輸出程序.293.1.8 設置程序設計.303.1.8 考核程序設計.303.2 從片 cpu 程序設計.31第四章 使用指南.334.1 電源指南.334.2 密碼指南.334.3 設置指南.334.3.1 故障個數設置.334.3.1.1 數字選擇故障號.334.3.1.2 用“+”和“”

4、鍵選擇.344.3.1.3 取消已設置的故障.344.3.2 定時設置.344.3.3 密碼設置.354.3.3.1 系統(tǒng)密碼.354.3.3.2 臨時密碼.354.3.3.3 臨時密碼設置.354.4 考核指南.354.5 查詢指南.364.5.1 教師模式下查詢.364.5.2 考核后查詢.364.5.3 推出查詢模式.36第五章第五章 結結 論論 .374第六章第六章 參考文獻參考文獻 .38第七章第七章 致致 謝謝 .39第八章第八章 附附 錄錄 .40附錄一 主片 cpu 程序.40附錄二 從片（u2 和 u3）程序.55緒論緒論1.硬件方案討論維修電工智能排故系統(tǒng)裝置（以下簡稱裝置

5、） ，主要用來對學員進行培訓專用。該裝置具有的四個功能：功能一，智能化；功能二，能很方便的進行人機對話，即鍵盤顯示操作系統(tǒng)的應用；功能三，能顯示排故定時，故障點的編號，以及設置的故障數等，即至少要有三組（兩個數碼管一組）數碼管顯示；功能四，能對電路中的 48 個點進行選擇性控制，來模擬電路中的故障。功能一的設計討論。智能化，采用單片機來實現。使用單片機的選擇有，5at89c51、at89c52、stc89c51、stc89c52.宏晶 stc 系列單片機的功能，性能要比 at系列的好。功能二的設計討論。需要的按鍵，有 09 十個數字按鍵，因為裝置需要輸入和設置密碼；有功能鍵，例如“模式”鍵、

6、“確認”鍵、 “清零”鍵、 “考核”鍵等；即按鍵數至少要有十四個按鍵。功能三的設計討論。顯示采用三個兩位的數碼管動態(tài)顯示。顯示數據的數值和組別的區(qū)別，用數碼管的閃爍實現。顯示有軟件譯碼和硬件譯碼。軟件譯碼比硬件譯碼占用的 i/o 口數多。硬件譯碼包括位選譯碼和數據顯示譯碼。功能四的設計討論。功能二和功能三占用了兩個 i/o 口，只剩下兩個 i/o 口可用，要實現功能四，i/o 口就必須得擴展?，F有三種擴展 i/o 口的方法：方法一，用 8255 芯片擴展 i/o 口，使其擴展到 48 個 i/o 口，但程序復雜；方法二，用 4 線 16 線譯碼器與 d 型觸發(fā)器控制電路結合使用，但這種方法的成

7、本價高，需要用到 24 片 d 型觸發(fā)器芯片；方法三，用兩片單片機擴展 i/o 口，采用并行連接法，程序簡單，成本價低。2 硬件方案的確定 綜合上述的討論與分析，確定的硬件設計方案為：采用 stc89c52 作為該裝置的主控 cpu 芯片，按鍵采用 44 矩陣鍵盤，顯示采用硬件譯碼，輸出采用兩片單片機stc89c51 作為從片 cpu 芯片與主片 cpu 芯片 stc89c52 并行連接，輸出控制點的通斷用繼電器來控制。其系統(tǒng)結構方框圖如圖 1-1。 按鍵電路晶振電路復位電路stc89c52led 驅動輸出驅動繼電器led圖 1-1 系統(tǒng)結構圖63 軟件方案設計 按維修電工智能排故系統(tǒng)裝置的硬

8、件設計，來設計 cpu 的操作應用系統(tǒng)，即軟件的設計。兩從片 cpu（stc89c51）的功能是，將主控 cpu 發(fā)過來的信號中轉控制繼電器的工作狀態(tài)，并保持當前狀態(tài)，直到下一個相同的信號到來。由于它是與主控 cpu 并行連接，所以，只要讀取與主控 cpu 相連的 i/o 口的數據，并保持相應的狀態(tài)就行。主控 cpu（stc89c52）的功能，能對按鍵的輸入進行相應的處理，并能在數碼管上顯示；操作按鍵可實現的功能有，可以輸入并設置一個六位數的密碼；設置故障點；查詢故障點；設置定時時間；清零功能等等。由于主控 cpu 的功能強大，系統(tǒng)程序長，所以主程序的運行采用中斷程序法，其它都設計成子程序。主

9、要子程序有：動態(tài)顯示程序；44 矩陣鍵盤掃描程序；密碼程序；監(jiān)控程序；延時程序；輸出程序；報警程序；中段計數程序等 4 stc89c51 單片機的性能及應用 stc89c51系列單片機是宏晶科技推出的新一代超強抗干擾、高速、低功耗的單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機，12時鐘/機器周期和6時鐘/機器周期可任意選擇。其主要特點如下：1）增強型6時鐘/機器周期，12時鐘/機器周期；2）工作電壓：5.5v-3.4v（5v單片機）；3）工作頻率范圍：0-40mhz，相當于普通8051的0-80mhz。實際工作頻率可達48mhz；4）用戶應用程序空間有4k字節(jié)；5）片上集成512字節(jié)ram；6）

10、通用i/o口（32個），復位后為：p0、p1、p2、p3是準雙向口、弱上拉（普通8051傳統(tǒng)i/o口）。p0口是開漏輸出。作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為i/o口用時，需要加上拉電阻；7）isp（在系統(tǒng)可編程） 、iap（在應用可編程） ，無需專用編程器、仿真器可通過串口（p3.0/p3.1）直接下載用戶程序，下載速度快；8）eeprom 功能；79）看門狗；10）共 3 個 16 位定時器、計數器,其中定時器 0 還可以當成 2 個 8 位定時器使用；11）外部中斷 4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷，power down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒；12）通用異步串行口（

11、uart） ，還可用定時軟件實現多個 uart； 13）工作溫度范圍： -40+85 攝氏度； stc89c52 用戶存儲器空間為 8k，其功能與 stc89c51 相同，這里就不再介紹了。5 成果預測維修電工智能排故系統(tǒng)裝置是根據高級電工培訓考核的實際情況而設計的集培訓學習、理論驗證、實際操作能力、考核鑒定于一體的多功能考核設備。整個系統(tǒng)裝置能完成高級電工考核鑒定中的電力拖動控制與照明電路的實操項目，適應各大、中專、技校、職校初、高級電工、電拖專業(yè)教學與實訓考核。8一一 元器件簡介元器件簡介1.主控芯片 stc89c52（1）stc89c52 處理芯片處理芯片（2）主要性能）主要性能與 mc

12、s-51 單片機產品兼容 、8k 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 flash 存儲器、 1000 次擦寫周期、全靜態(tài)操作：0hz33hz 、三級加密程序存儲器 、 32 個可編程 i/o 口線、三個 16 位定時器/計數器八個中斷源、全雙工 uart 串行通道、 低功耗空閑和掉電模式 、掉電后中斷可喚醒 、看門狗定時器 、雙數據指針、掉電標識符 。功能特性描述stc89c52 是一種低功耗、高性能 cmos8 位微控制器，具有 8k 在系統(tǒng)可編程flash 存儲器。使用高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè) 80c51 產品指令和引腳完全兼容。片上 flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在

13、單芯片9上，擁有靈巧的 8 位 cpu 和在線系統(tǒng)可編程 flash，使得 stc89c52 為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 stc89c52 具有以下標準功能： 8k 字節(jié)flash，256 字節(jié) ram， 32 位 i/o 口線，看門狗定時器，2 個數據指針，三個 16 位 定時器/計數器，一個 6 向量 2 級中斷結構，全雙工串行口，片內晶振及時鐘電路。另外，stc89c52 可降至 0hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，cpu 停止工作，允許 ram、定時器/計數器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，ram 內容被保存，振蕩器被凍結

14、，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。8 位微控制器 8k 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 flashp0 口：p0 口是一個 8 位漏極開路的雙向 i/o 口。作為輸出口，每位能驅動 8 個ttl 邏輯電平。對 p0 端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數據存儲器時，p0 口也被作為低 8 位地址/數據復用。在這種模式下， p0 具有內部上拉電阻。在 flash 編程時，p0 口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。p1 口：p1 口是一個具有內部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p1 輸出緩沖器能驅動 4 個 ttl 邏輯電平。對

15、p1 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（iil）。此外，p1.0 和 p1.2 分別作定時器/計數器 2 的外部計數輸入（p1.0/t2）和時器/計數器 2 的觸發(fā)輸入（p1.1/t2ex），具體如下表所示。 在 flash 編程和校驗時，p1 口接收低 8 位地址字節(jié)。引腳號第二功能p1.0 t2（定時器/計數器 t2 的外部計數輸入），時鐘輸出p1.1 t2ex（定時器/計數器 t2 的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制）10p1.5 mosi（在線系統(tǒng)編程用）p1.6 miso（在線系統(tǒng)編程用）p1.

16、7 sck（在線系統(tǒng)編程用）p2 口：p2 口是一個具有內部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p2 輸出緩沖器能驅動 4 個 ttl 邏輯電平。對 p2 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（iil）。在訪問外部程序存儲器或用 16 位地址讀取外部數據存儲器（例如執(zhí)行 movx dptr） 時，p2 口送出高八位地址。在這種應用中，p2 口使用很強的內部上拉發(fā)送1。在使用 8 位地址（如 movx ri）訪問外部數據存儲器時，p2 口輸出 p2 鎖存器的內容。在 flash 編程和校驗時，p2 口也接收

17、高 8 位地址字節(jié)和一些控制信號。p3 口：p3 口是一個具有內部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p2 輸出緩沖器能驅動 4 個 ttl 邏輯電平。對 p3 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（iil）。 p3 口亦作為 stc89c52 特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash 編程和校驗時，p3 口也接收一些控制信號。端口引腳 第二功能p3.0 rxd(串行輸入口)p3.1 txd(串行輸出口)p3.2 into(外中斷 0)p3.3 int1(外中斷 1)p3.4 to(定時/計數器

18、 0)11p3.5 t1(定時/計數器 1)p3.6 wr(外部數據存儲器寫選通)p3.7 rd(外部數據存儲器讀選通)此外，p3 口還接收一些用于 flash 閃存編程和程序校驗的控制信號。rst復位輸入。當振蕩器工作時，rst 引腳出現兩個機器周期以上高電平將是單片機復位。ale/prog當訪問外部程序存儲器或數據存儲器時，ale（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。一般情況下，ale 仍以時鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數據存儲器時將跳過一個 ale 脈沖。對 flash 存儲器編程期間，該引腳還用于

19、輸入編程脈沖（prog）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（sfr）區(qū)中的 8eh 單元的 d0 位置位，可禁止 ale 操作。該位置位后，只有一條 movx 和 movc 指令才能將 ale 激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置 ale 禁止位無效。psen程序儲存允許（psen）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當stc89c52 由外部程序存儲器取指令（或數據）時，每個機器周期兩次 psen 有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當訪問外部數據存儲器，將跳過兩次 psen 信號。ea/vpp外部訪問允許，欲使 cpu 僅訪問外部程序存儲器（地址為 0000h-ffffh

20、），ea 端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位 lb1 被編程，復位時內部會鎖存 ea 端狀態(tài)。如 ea 端為高電平（接 vcc 端），cpu 則執(zhí)行內部程序存儲器的指令。flash 存儲器編程時，該引腳加上+12v 的編程允許電源 vpp，當然這必須是該器件是使用 12v 編程電壓 vpp。122. 3-8 譯碼器譯碼器 74ls138引腳圖74ls138 為 3 線8 線譯碼器，共有 54/74s138 和 54/74ls138 兩種線路結構型式，其工作原理如下：當一個選通端（ e3）為高電平，另兩個選通端（ e1)和/(e2)）為低電平時，可將地址端（ a、b、c）的二進制編

21、碼在一個對應的輸出端以低電平譯出。 利用 e1、e2 和 e3 可級聯擴展成 24 線譯碼器；若外接一個反相器還可級聯擴展成 32 線譯碼器。 若將選通端中的一個作為數據輸入端時，74ls138 還可作數據分配器。133.數碼管 數碼管按段數分為七段數碼管和八段數碼管，八段數碼管比七段數碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數點顯示）；按能顯示多少個 “8”可分為 1 位、2 位、4 位等等數碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數碼管和共陰極數碼管。共陽數碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(com)的數碼管。共陽數碼管在應用時應將公共極com 接到+5v，當某一字段發(fā)光二極管的

22、陰極為低電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陰極為高電平時，相應字段就不亮。共陰數碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(com)的數碼管。共陰數碼管在應用時應將公共極com 接到地線 gnd 上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陽極為低電平時，相應字段就不亮。 （1）驅動方式）驅動方式數碼管要正常顯示，就要用驅動電路來驅動數碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數字，因此根據數碼管的驅動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。 靜態(tài)顯示驅動：靜態(tài)驅動也稱直流驅動。靜態(tài)驅動是指每個數碼管的每一個段碼都由一個單片機的 i/o 端口進行驅動，或者使用如 b

23、cd 碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅動。靜態(tài)驅動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用i/o 端口多，如驅動 5 個數碼管靜態(tài)顯示則需要 5840 根 i/o 端口來驅動，要知道一個 89s51 單片機可用的 i/o 端口才 32 個呢：） ，實際應用時必須增加譯碼驅動器進行驅動，增加了硬件電路的復雜性。 動態(tài)顯示驅動：數碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)14驅動是將所有數碼管的 8 個顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數碼管的公共極 com 增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的 i/o 線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數碼管都

24、接收到相同的字形碼，但究竟是那個數碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通 com 端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數碼管的的 com 端，就使各個數碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅動。在輪流顯示過程中，每位數碼管的點亮時間為 12ms，由于人的視覺暫留現象及發(fā)光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數據，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的 i/o 端口，而且功耗更低。 （2）主要參數）主要參數8 字高度：8 字上

25、沿與下沿的距離。比外型高度小。通常用英寸來表示。范圍一般為 0.25-20 英寸。長*寬*高：長數碼管正放時，水平方向的長度；寬 數碼管正放時，垂直方向上的長度；高 數碼管的厚度。時鐘點：四位數碼管中，第二位 8 與第三位 8 字中間的二個點。一般用于顯示時鐘中的秒。數碼管應用數碼管是一類顯示屏 通過對其不同的管腳輸入相對的電流 會使其發(fā)亮 從而顯示出 數字能夠顯示 時間 日期 溫度 等所有可用數字表示的參數由于它的價格便宜 使用簡單 在電器 特別是家電領域應用極為廣泛 空調 熱水器 冰箱 等等絕大多數 熱水器用的都是數碼管 其他家電 也用液晶屏與 熒光屏數碼管使用的電流與電壓電流：靜態(tài)時，推

26、薦使用 10-15ma；動態(tài)時， 16/1 動態(tài)掃描時，平均電流為4-5ma，峰值電流 50-60ma。電壓：查引腳排布圖，看一下每段的芯片數量是多少？當紅色時，使用1.9v 乘以每段的芯片串聯的個數；當綠色時，使用2.1v 乘以每段的芯片串聯的15個數。 （3）常見問題）常見問題恒流驅動與非恒流驅動對數碼管的影響1、顯示效果：由于發(fā)光二極管基本上屬于電流敏感器件，其正向壓降的分散性很大， 并且還與溫度有關，為了保證數碼管具有良好的亮度均勻度，就需要使其具有恒定的工作電流，且不能受溫度及其它因素的影響。另外，當溫度變化時驅動芯片還要能夠自動調節(jié)輸出電流 的大小以實現色差平衡溫度補償。2、安全性

27、：即使是短時間的電流過載也可能對發(fā)光管造成永久性的損壞，采用恒流驅動電路后可防止 由于電流故障所引起的數碼管的大面積損壞。另外，我們所采用的超大規(guī)模集成電路還具有級聯延時開關特性，可防止反向尖峰電壓對發(fā)光二極管的損害。超大規(guī)模集成電路還具有熱保護功能，當任何一片的溫度超過一定值時可自動關斷，并且可在控制室內看到故障顯示。為什么數碼管亮度不均勻？關于亮度一致性的問題是一個行業(yè)內的常見問題。有二個大的因素影響到亮度一致性。一是使用原材料芯片的選取，一是使用數碼管時采取的控制方式。1、原材料-芯片的 vf 和亮度和波長是一個正態(tài)分布，即使篩選過芯片， vf 和亮度和波長已在一個很小的范圍了，生產出來

28、的產品還是在一個范圍內 ,結果就是亮度不一致。2、要保證數碼管亮度一樣，在控制方式選取上也有差別最好的辦法是恒流控制，流過每一個發(fā)光二極管的電流都是相同的，這樣發(fā)光二極管看起來亮度就是一樣的了。如恒壓控制，則導致vf 不相同的發(fā)光二極管分到的電流不相同，所以亮度也不同。當然以上二個條件是相輔相成的。怎樣測量數碼管引腳，分共陰和共陽 ?16找公共共陰和公共共陽：首先，我們找個電源（ 3 到 5 伏）和 1 個 1k（幾百歐的也行）的電阻， vcc 串接個電阻后和 gnd 接在任意 2 個腳上，組合有很多，但總有一個 led 會發(fā)光的，找到一個就夠了，然后gnd 不動，vcc（串電阻）逐個碰剩下的

29、腳，如果有多個 led（一般是 8 個） ，那它就是共陰的了。相反用 vcc不動，gnd 逐個碰剩下的腳，如果有多個 led（一般是 8 個） ，那它就是共陽的。也可以直接用數字萬用表，紅表筆是電源的正極，黑表筆是電源的負極。17二二 硬件設計硬件設計1 硬件電路設計（1）顯示電路）顯示電路 1) 74ls48 是一款常用的共陽極數碼管專用譯碼芯片。它實現的功能是從 bcd 碼到七段數碼管的譯碼和驅動。引腳圖如圖 2-1 所示。 它的 ag 腳接七段數碼管的七段數字段，而a、b、c、d 引腳接單片機的數據線，3 個控制引腳接高電平。這樣當 a、b、c、d 4 個引腳輸入 015 的數據時，跟它

30、相連接的數碼管就顯示相應的字符。2）74ls138 芯片是位選譯碼器，它的 a、b、c 引腳接單片機的數據線，這樣當 a、b、c 3 個引腳輸入 05 的數據時，跟它相連接的相應數碼管工作。a7b1c2d6lt3bi/rbo4rbi5a13b12c11d10e9f15g14u1174ls48a1b2c3e14e25e36y015y114y213y312y411y510y69y77u1274ls138r9 r8 r7 r6 r5 r4 r3 vcc110g9f8a7b6d1dp2e3c4251110g9f8a7b6d1dp2e3c4252110g9f8a7b6d1dp2e3c4253p0.0三p

31、0.7p0三三圖 2-2 顯示電路3）系統(tǒng)顯示電路采用了3 個 2 位共陰數碼管，如圖2-1 所示。 3 個數碼管使用一塊74ls138 譯碼器作為位選輸出，與主片 cpu 的 p1 口低三位相連；同時采用一塊74ls48 作為段選譯碼， 與主片 cpu 的 p1 口高四位相連。用 74ls48 作為段選譯碼器， 則需要在它與數碼管之間串聯電阻（設計中用了 8 個 300 的電阻），其作用是限流，保護數碼管燈不被大電流 燒壞。圖 2-1 74ls48 引腳排列圖18圖 3-3 獨立式按鍵與單片機的連接方式穩(wěn)定階段鍵按下過程抖動抖動圖 3-4 按鍵被按下到被釋放過程的電壓波形（2）鍵盤電路）鍵盤

32、電路對于圖 3-3 的按鍵連接，一般情況下在按鍵被按下和被釋放的瞬間，單片機讀到的數據并不是理想中的從高電平到低電平和從低電平到高電平的跳變，而是如圖 3-4 所示的有抖動的電壓波形。 vccpx.ypm.nmcs-51圖 2-4 中的抖動是由按鍵的機械特性所決定的，抖動時間一般為 10ms 左右。如果不對按鍵抖動做任何處理而直接讀取，對相對操作者來說速度非?？斓膯纹瑱C，在按鍵被按下和被釋放的過程中相當于有多次按下和釋放的操作。為了保證單片機對按鍵輸入的正確判斷，必須對按鍵抖動做出處理，這個過程叫做按鍵的去抖。去抖可以采用硬件和軟件兩種方法。硬件方法就是在按鍵的輸入通道里加入一定的去抖電路，如

33、加入一個電容或低通濾波器，靠其積分作用來消除抖動；軟件方法是指采用延時的方法把抖動的時間拋掉，等電壓穩(wěn)定之后再讀取按鍵的狀態(tài)。由于抖動時間與整個按鍵操作時間相比很小，所以延時不會對按鍵狀態(tài)的判斷產生什么影響。而且軟件去抖省去了硬件電路，變得更加經濟實用。裝置的鍵盤電路采用44 矩陣鍵盤電路 與主片 cpu 的 p2 口連接 ，電路圖如圖 2-5 所示。鍵盤電路中沒有接上拉電阻，是因為單片機的p2 口內有上拉電阻。19s4s0s8scs1s5s9sds2s6sasesfsbs7s3p2.0-p2.7p2三三圖 2-5 鍵盤電路（3）復位電路）復位電路復位電路是使單片機的cpu 或系統(tǒng)中的其它部件

34、處于某一確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。當程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死機狀態(tài)時， 則需要 有復位鍵 來恢復 cpu 的正常工作 。通常單片機復位操作有上電復位、信號復位、運行監(jiān)視復位，運行監(jiān)視有程序運行監(jiān)視和電源監(jiān)視。系統(tǒng)復位電路如圖2-6 所示：上電復位要求接通電源后，單片機自動實現復位操作。上電瞬間cpu的 reset 引腳獲得高電平，隨著電容的充電，reset 引腳的高電平將逐漸下降。 reset 引腳的高電平只要能保持足夠的時間（2 個機器周期），單片機就可以進行復位操作。r2c110ufvccs1r1三三cpu三reset三圖 2-6 復位電路（4）電源設計）電源設計電源

35、的穩(wěn)壓電路根據調整元件類型可以分為電子管穩(wěn)壓電路、三極管穩(wěn)壓電路、可控硅穩(wěn)壓電路、集成穩(wěn)壓電路等；根據調整元件與負載連接方法，可以分為串聯型和并聯型；根據調整元件工作狀態(tài)不同，可以分線性和開關穩(wěn)壓電路。直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成。20由于本系統(tǒng)對電源要求相對較高，所以配備了一個獨立的開關電源，其輸出電壓為 +5v，輸出電流為1000ma。（5）時鐘電路設計）時鐘電路設計時鐘電路用于產生單片機工作所需的時鐘信號，而時序所研究的是指令執(zhí)行中各信號之間的相互聯系。單片機本身就如一個復雜的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實現，電路應在唯一的時鐘信號控制下嚴格的工作。

36、系統(tǒng)時鐘振蕩電路如圖3-7 所示 。c1c2y1三三三三x1三三三三三x2三圖 3-7 時鐘振蕩電路單片機內部有一個高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳xtal1，其輸出端為引腳xtal2。而在芯片外部， xtal1 和 xtal2 之間跨接晶體振蕩器和微調電容，從而構成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。只要在單片機的xtal1 和 xtal2 引腳外接晶體振蕩器就構成了自激振蕩器并在單片機內部產生時鐘信號。電容c1 和 c2 的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值在5-30pf 之間。外部時鐘方式是把外部已有的時鐘信號引入到單片機內。一般要求外部信號高電平的持續(xù)時間大于20ns，且為頻率不大于12mhz 的

37、方波。（4）輸出電路）輸出電路1）電路要對 48 個繼電器進行單獨控制，則所需主片 cpu 的 i/o 口21就要有 48 個，而主片 cpu 的 i/o 口顯然是不能滿足的。所以必須擴展i/o 口。 電路采用兩片單片機與主片 cpu 并行連接來擴展 i/o 口，電路 原理圖 如圖2-8 所示。 用從片 u2 和 u3 的 p0 口分別與主片cpu p1 口的低五位和p3口的高五位連接 ，則兩從片 cpu 剩余的 i/o 口數剛好為 48 個。 為了保證數據同步， 3 塊 cpu 的晶振頻率全部為12mhz。ea/vp31x119x218reset9rd17wr16int012int113t0

38、14t115p101p112p123p134p145p156p167p178p0039p0138p0237p0336p0435p0534p0633p0732p2021p2122p2223p2324p2425p2526p2627p2728psen29ale /p30txd11rxd10u1stc89c52c2c3y1ea/vp31x119x218reset9rd17wr16int012int113t014t115p101p112p123p134p145p156p167p178p0039p0138p0237p0336p0435p0534p0633p0732p2021p2122p2223p2324p

39、2425p2526p2627p2728psen29ale /p30txd11rxd10u2stc89c51ea/vp31x119x218reset9rd17wr16int012int113t014t115p101p112p123p134p145p156p167p178p0039p0138p0237p0336p0435p0534p0633p0732p2021p2122p2223p2324p2425p2526p2627p2728psen29ale /p30txd11rxd10u3stc89c51c4c6c5c7y2y3 圖 2-8 i/o 口擴展 電路 2)用兩從片剩余的48 個 i/o 口與 4

40、8 個繼電器輸出控制電路一一對應的連接。 繼電器輸出控制電路由繼電器和uln2003 芯片連接組成。一片uln2003 芯片有 8 路輸入和 8 路輸出，輸入口接單片機，輸出口接繼電器。uln2003 具有很強的驅動能力，它可以直接驅動繼電器。其原理圖如圖2-9 所示。uln2003繼電器從片 cpu的 i/o圖 2-9 輸出原理圖輸入輸出22（5）系統(tǒng)原理圖）系統(tǒng)原理圖系統(tǒng) 總原理圖如圖 3-10 所示 ，ea/vp31x119x218reset9rd17wr16int 012int 113t014t115p101p112p123p134p145p156p167p178p0039p0138p

41、0237p0336p0435p0534p0633p0732p2021p2122p2223p2324p2425p2526p2627p2728psen29ale/p30txd11rxd10u1stc89c52c3capc4capy2crystalp20p21p22p23p24p25p26p27p30p31162738495j?db912345678910111213141516u232c 0.1ufc0.1ufc0.1ufc0.1ufc22ufp30p31vccea/vp31x119x218reset9rd17wr16int 012int 113t014t115p101p112p123p134p1

42、45p156p167p178p0039p0138p0237p0336p0435p0534p0633p0732p2021p2122p2223p2324p2425p2526p2627p2728psen29ale/p30txd11rxd10u2stc8051ea/vp31x119x218reset9rd17wr16int 012int 113t014t115p101p112p123p134p145p156p167p178p0039p0138p0237p0336p0435p0534p0633p0732p2021p2122p2223p2324p2425p2526p2627p2728psen29ale/p

43、30txd11rxd10u38051c6capc2capc5capc1capy3crystaly1crystal12345678j4con812345678j5con812345678j1con812345678j3con812345678j2con812345678j6con8ls1speakera7b1c2d6lt3bi/rbo4rbi5a13b12c11d10e9f15g14u1174ls48a1b2c3e14e25e36y015y114y213y312y411y510y69y77u1274ls138r9 r8 r7 r6 r5 r4 r3 vccled1led2led3led5led6

44、led7led8110g9f8a7b6d1dp2e3c425ds302weile d110g9f8a7b6d1dp2e3c425ds312weile d110g9f8a7b6d1dp2e3c425ds322weile d圖 3-10 修電工智能排故系統(tǒng)裝置總原理圖2.pcb 板設計pcb 板的制作在 protel99se 中進行， protel99se 采用數據庫的管理方式。 protel99se 軟件沿襲了 protel99 以前版本方便易學的特點，內部界面與 protel99 大體相同，新增加了一些功能模塊，功能更加強大。新增加的層堆棧管理功能，可以設計32 個信號層， 16 個地電層，

45、16 個機械層。新增的 3d 功能讓您在加工印制板之前看到板的三維效果。增強的打印功能，使您可以輕松修改打印設置控制打印結果。protel99se 容易使用的特性還體現在“這是什么 ”幫助，按下右上角的小問號，然后輸入你所要的信息，可以很快地看到特性的功能，然后用到設計中，按下狀態(tài)欄末端的按鈕，使用自然語言幫助顧問。在硬件 設計中 ，考慮到市場上有一種可放置電路板的專用盒子（160mm120mm） ，為了能使用它，在制作pcb 板時，把硬件電路分別制成了兩快 pcb 板（一塊 pcb 放不下整個電路的元器件） 。一塊主電路板， 即23cpu 控制電路板； 另一塊輔助電路板，電路有顯示電路、鍵盤

46、電路和繼電器電路。繼電器是要控制強電，可能會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以在設計時，就把繼電器電路單獨放在電路板的一邊，做隔絕處理。在 pcb 板設計之前，先進行原理圖的繪制。（1）主電路板原理圖繪制）主電路板原理圖繪制雙擊 protel99se 圖標打開軟件后，新建一個.ddb 的庫文件。在新建好的庫文件中建立一個.sch 的原理圖文件。打開新建的原理圖文件，設置圖紙大小，寬 1600，高 1200。將所需元器件放置好，然后連線。在實際設計過程中可以利用protel99se 強大的網絡連線功能，不需要將每條電氣線路都畫出來，只需將所要連接的元件引腳設置為相同的網絡標號。原理圖畫好后進行元器件封裝。最

47、后進行erc 規(guī)則檢查。 主電路 板原理圖 如圖 2-11 所示 ，ea/vp31x119x218reset9rd17wr16int012int113t014t115p101p112p123p134p145p156p167p178p0039p0138p0237p0336p0435p0534p0633p0732p2021p2122p2223p2324p2425p2526p2627p2728psen29ale /p30txd11rxd10u1 c2c3y1ea/vp31x119x218reset9rd17wr16int012int113t014t115p101p112p123p134p145p15

48、6p167p178p0039p0138p0237p0336p0435p0534p0633p0732p2021p2122p2223p2324p2425p2526p2627p2728psen29ale /p30txd11rxd10u2 ea/vp31x119x218reset9rd17wr16int012int113t014t115p101p112p123p134p145p156p167p178p0039p0138p0237p0336p0435p0534p0633p0732p2021p2122p2223p2324p2425p2526p2627p2728psen29ale /p30txd11rxd1

49、0u3 c4c6c5c7y2y312345678j212345678910j1vccin 11in 22in 33in 44in 55in 66in 77out 116out 314out 413out 512out 611out 710out215com dio de9gnd8u6 in 11in 22in 33in 44in 55in 66in 77out 116out 314out 413out 512out 611out 710out215com diode9gnd8u7 in 11in 22in 33in 44in 55in 66in 77out 116out 314out 413o

50、ut 512out 611out 710out215com diode9gnd8u9 in 11in 22in 33in 44in 55in 66in 77out 116out 314out 413out 512out 611out 710out215com diode9gnd8u8 in 11in 22in 33in 44in 55in 66in 77out 116out 314out 413out 512out 611out 710out215com diode9gnd8u10 in 11in 22in 33in 44in 55in 66in 77out 116out 314out 413

51、out 512out 611out 710out215com dio de9gnd8u5 in 11in 22in 33in 44in 55in 66in 77out 116out 314out 413out 512out 611out 710out215com dio de9gnd8u4 r2vccls1s1r112j3vccvcc12345678910j4 12345678j5 p1p2p3p4p5p6p7p8p9p10p11p12p13p14p15p16p17p18p19p20p21p22p23p24p25p26p27p28p29p30p31p32p33p34p35p36p37p38p3

52、9p40p41p42p43p44p45p46p47p48p1p2p3p4p5p6p7p8p9p10p11p12p13p14p15p16p17p18p19p20p21p22p23p24p25p26p27p28p29p30p31p32p33p34p35p36p37p38p39p40p41p42p43p44p45p46p47p48123456789101112j6 12345678910j7 vcco1o2o3o4o5o6o7o8o9o10o11o12o13o14o15o16o17o18o19o20o21o22o23o24o25o26o27o28o29o30o31o32o33o34o35o36o37

53、o38o39o40o41o42o43o44o45o46o47o48o1o2o3o4o5o6o7o8o9o10o11o12o13o14o15o16vcco17o18o19o20o21o22o23o24o25o26o27o28o29o30o31o32o33o34o35o36o37o38o39o40o41o42o43o44o45o461234567j8 1234567j9 o47o48vccvccvccvccvccvccvccvccvccvccvccc1 ls1-1ls1-2ls1-1ls1-2圖 2-11 主電路 板原理 圖當設計好原理圖，在進行了erc 電氣規(guī)則檢查正確無誤后，就要生成網絡表，為

54、 pcb 布線做好準備。在 “design”下選取 “create netlist”對話框，設置為相應格式的網絡表。網絡表生成后，就可以進行pcb 設計了。新建議個 .pcb 的文件，設置合適的邊框大小，本設計pcb 尺寸為143mm106mm。導入網絡表，在 “design”下選擇 “l(fā)oad nets”,選取將24要導入的網絡表文件，點擊“execute”即可。接下來就可以進行布線。布線的關鍵是布局，多數設計者采用手動布局的形式?！皉oom”定義規(guī)則，可以將指定元件放到指定區(qū)域。protel99se 在布局方面新增加了一些技巧。新的交互式布局選項包括自動選擇和自動對齊。使用自動選擇方式可以

55、很快地收集相似封裝元件，然后旋轉、展開和整理成組，就可以移動到板上所需的位置上了。當簡易的布局完成后，使用自動對齊方式整齊的展開或縮緊一組封裝相似的元件。在布線之前先要設置布線規(guī)則。在“design”下選擇 “rules”對話框，選擇不同網絡布線的線寬、布線方式、布線的層數、安全間距、過孔大小等。有了布線規(guī)則，就可以進行自動或手動布線了。選擇“auto route”菜單，采用自動布線。（2）輔助電路板設計）輔助電路板設計led 由強電部分與弱電部分組成。強電部分包括16 個+5v 的繼電器以及 32 個接線端子。本設計可單獨控制48 個繼電器通斷，考慮到實際應用中可能不需要 48 個繼電器，所

56、以led 板只設計 16 個繼電器輸出，如果需要更多輸出，則可以通過cpu 板上的接口進行擴展。弱電部分包括顯示電路以及鍵盤電路。 led 板原理圖如圖2-2-4 所示：s4s0s8scs1s5s9sds2s6sasesfsbs7s3a7b1c2d6lt3bi/rbo4rbi5a13b12c11d10e9f15g14u1174ls48a1b2c3e14e25e36y015y114y213y312y411y510y69y77u1274ls138r9 r8 r7 r6 r5 r4 r3 vcc12345678910j4 12345678j5 vcco1o2o3o4o5o6o7o8o9o10o11o

57、12o13o14o15o1612345678j212345678910j1vccjp1jp2jp3jp4jp5jp6jp7jp8jp1jp2jp3jp4jp5jp6jp7jp8led1led2led3led5led6led7led8led1led2led3led5led6led7led8k7982k6982k5982k4982k3982vcck2982vcck1982vcco1o2o3o4o5o6o7vccvccvccvcck8982o8vcck10982o10vcck11982o11vcck12982o12vcck13982o13vcck14982o14vcck15982o15vcck169

58、82o16vcck9982o9vcc0011ds1dsp20011ds2dsp20011ds3dsp20011ds4dsp20011ds5dsp20011ds6dsp20011ds7dsp20011ds80011ds9dsp20011ds10dsp20011ds11dsp20011ds12dsp20011ds13dsp20011ds14dsp20011ds15dsp20011ds16dsp2110g9f8a7b6d1dp2e3c425ds302weiled110g9f8a7b6d1dp2e3c425ds312weiled110g9f8a7b6d1dp2e3c425ds322weiled25圖

59、2-2-4 led 板原理圖強電部分通電電流較大，所以線寬設置為2mm。為了使強電部分不影響弱電部分穩(wěn)定性，強電部分與弱電部分之間用地線來做一個屏蔽環(huán)。led板尺寸與 cpu 板相同。當一塊線路板已經設計好，要檢查布線是否有錯誤，protel99 se 提供了很好的檢查工具“drc”自動規(guī)則檢查。只要運行“tools”下的“design rlue check”,計算機會自動將檢查結果列出來。23三三 軟件設計軟件設計1.主片 cpu 程序設計主片 cpu 程序的主程序采用中斷運行，其流程圖如圖 4-1 所示。主程序初始化設置為 to 工作模式返回圖 4-1 主程序流程圖給 to 賦初值cpu

60、開中斷to 開中斷p1, p3 置 0啟動 to 工作調鍵盤程序主片 cpu 的子程序設計有：中斷和計數程序設計；動態(tài)顯示程序設計；44 矩陣鍵盤掃描程序設計；密碼程序設計；監(jiān)控程序設計；延時程序設計；并行連接輸出程序設計；設置程序設計；考核程序設計等等。24（1） 中斷和計數程序中斷和計數程序 在 c51 語言中，中斷服務程序是以中斷服務函數的形式存在的，該函數需要使用關鍵字 interrupt 進行定義，interrupt 后面的參數 04 表明了中斷源。在設計中斷服務函數時常使用 using 關鍵字，using 定義了在中斷服務函數中使用的寄存器組，參數 03，分別對應 03 通用工作寄