繼電器控制試驗

1、電氣工程學院課程設計說明書設計題目：繼電器控制實驗系別：年級專業(yè)：學號：學生姓名：指導教師：教師職稱：電氣工程學院課程設計任務書課程名稱：單片機原理及應用課程設計基層教學單位：自動化儀表系指導教師：學號學生姓名（專業(yè)） 班級設計題 目繼電器控制實驗設 計 技 術 參 數(shù)1 .獨立完成設計任務。2 .編程，上機調試。3 .連接硬件實驗線路，實現(xiàn)所要求的功能。4 .完成設計，提交課程設計報告。設 計 要 求1、用單片機的端口，輸出電平控制繼電器的吸合和斷開，實現(xiàn) 對外部裝置的控制2、學習I/O端口的使用方法3、掌握繼電器的控制的基本方法參 考 資 料1）單片機原理及應用技術張淑清，國防工業(yè)出版社（

2、教材）；2）過程控制系統(tǒng)及儀表邵裕森巴攸玄編（教材）3）單片機及應用李大友，高等教育出版社（教材）4）機械量測量機械工業(yè)出版社（教材）應 完 成 內(nèi) 容繪制硬件電路，軟件流程圖 熟悉偉福單片機編程環(huán)境 讀程序，修改軟件參數(shù) 修改硬件地址，硬件調試 撰寫課程設計報告指導教師簽字基層教學 單位主任 簽字說明：1、此表一式三份，系、學生各一份，報送院教務科一份。2、學生那份任務書要求裝訂到課程設計報告前面。電氣工程學院教務科目錄摘要 1緒論 2第一章 基本原理 31.1 電磁繼電器 31.2 電磁繼電器的驅動 41.3 單片機基本功能原理 5第三章硬件設計電路 7第四章程序設計94.1 設計流程圖

3、94.2 7匚編程序 94.3 改進后匯編程序 94.4 程序分析 10第五章課設總結11參考文獻 12燕山大學課程設計說明書摘要現(xiàn)代自動控制設備中，都存在一個電子電路與電氣電路的互相連接問 題，一方面要使電子電路的控制信號能夠控制電氣電路的執(zhí)行元件（電動 機，電磁鐵，電燈等），另一方面又要為電子線路的電氣電路提供良好的電 氣隔離，以保護電子電路和人身的安全。繼電器便能完成這一橋梁作用。繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被 控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應用于自動控制電路中，它實際上是用較 小的電流去控制較大電流的一種“自動開關”，故在電路中起著自動調節(jié)、 安全保護、轉

4、換電路等作用。本課設采用的繼電器其控制電壓是 5Vo本電路的控制端為高電平時， 繼電器工作常開觸點吸合，連觸點的LED燈被點亮。當控制端為低電平時, 繼電器不工作。執(zhí)行時，對應的 LED將隨繼電器的開關而亮滅。關鍵字：自動開關繼電器緒論在現(xiàn)代工業(yè)中，人員和電子電路安全保障一直是首要考慮的問題，尤 其在一些高危惡劣環(huán)境下，如高溫高壓等，如何在保障操作人員和電子電 路安全的前提下對電路進行良好地控制便成為了工業(yè)進步不可回避的問 題。一方面要使電子電路的控制信號能夠控制電氣電路的執(zhí)行元件（電動 機，電磁鐵，電燈等），另一方面又要為電子線路的電氣電路提供良好的電 氣隔離，以保護電子電路和人身的安全，符

5、合這種需求的元件便是繼電器。繼電器是一種能自動執(zhí)行斷續(xù)控制的部件， 當其輸入量達到一定值時, 能使其輸出的被控制量發(fā)生預計的狀態(tài)變化，如觸點打開、閉合或電平由 高變低、由低變高等，具有對控制電路實現(xiàn)“通”、“斷”控制作用。因此 在現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)中得到了廣泛的應用，例如遙控、遙測、通訊、自動控制、 機電一體化及電力電子設備等，具有動作快、工作穩(wěn)定、使用壽命長、體 積小等優(yōu)點，是最重要的控制元件之一。繼電器的種類很多，比如常用的電磁繼電器、熱敏干簧繼電器、固態(tài) 繼電器、磁簧繼電器以及光繼電器等，在本課設中，我選用了電磁繼電器， 介紹電磁繼電器的基本工作原理，并在其基礎上設計程序，連接硬件電路， 實現(xiàn)

6、各種功能。第一章基本原理1.1 電磁繼電器電磁繼電器是有觸點電磁電器的一種，一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸 點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定 的電流，從而產(chǎn)生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈 簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。 當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回 原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）釋放。這樣吸合、釋 放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。在各種自動控制設備中，都要求用一個低壓電路控制一個高壓的電氣 電路。這樣不僅可以為電子線路和電氣電路提供良好的電隔離，還可以

7、保 護電子電路和人員安全，而電磁繼電器一般有兩股電路，低壓控制電路和 高壓工作電路。它利用電磁效應實現(xiàn)電路開、關控制作用，很好地實現(xiàn)了 低壓控制高壓這一功能，因此廣泛應用在電子設備、儀器儀表及自動化設 備中。1.2 電磁繼電器的驅動圖1-2 電磁繼電器驅動電路單片機是一個弱電器件，一般情況下它們大都工作在5V甚至更低。驅 動電流在mA級以下。而要把它用于一些大功率場合，比如控制電動機， 顯然是不行的。所以，就要有一個環(huán)節(jié)來銜接，這個環(huán)節(jié)就是所謂的“功 率驅動”。繼電器驅動就是一個典型的、簡單的功率驅動環(huán)節(jié)。它包括：對繼電 器進行驅動，因為繼電器本身對于單片機來說就是一個功率器件；還有就 是繼電

8、器去驅動其他負載，比如繼電器可以驅動中間繼電器，可以直接驅 動接觸器，所以，繼電器驅動就是單片機與其他大功率負載接口。在電磁 繼電器驅動電路中，三極管是很重要的一個元件，它有兩個作用，一個是 放大作用，一個是開關作用。其次，二極管 D也有著重要作用，它是用于保護三極管的，當繼電器K處于吸合狀態(tài)時，二極管D截止，不會對電路 產(chǎn)生影響。當繼電器釋放時，由于繼電器線圈存在電感，會產(chǎn)生很強的感 應電壓，該感應電壓的正極加在三極管上。如果電壓過大，就有可能使處 于截止狀態(tài)的三極管損壞。加入二極管 D后，當感應電壓出現(xiàn)時，將使二 極管導通，所以不會產(chǎn)生過高的的感應電壓，保護了三極管。1.3 單片機基本功能

9、原理(1)時鐘電路單片機的時鐘可以有內(nèi)部方式或外部方式產(chǎn)生，本課設選用內(nèi)部時鐘 電路，如圖所示，利用內(nèi)部的振蕩電路，并在 XTALi和XTAL2兩弓I腳間外 接晶體及電容CXi和CX2構成的并聯(lián)諧振電路，使內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生自激振 蕩。組成時鐘電路的晶體振蕩器的頻率大小決定單片機系統(tǒng)的工作頻率， 既決定了單片機系統(tǒng)的工作頻率，可以在 1.2MHz12MHz之間。晶體電容 CXi和CX2可以在20pF100pF之間選擇，電容的大小對振蕩頻率有微小的 影響，可起頻率微調的作用。本課設所選用的單片機晶振頻率為6MHz 0圖1-1單片機內(nèi)部時鐘電路(2)單片機復位電路單片機在開機時都需要復位，以便中央處理

10、器CPU以及其他功能部件 都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。51的RST引腳是復 位信號的輸入端。復位電平是高電平有效持續(xù)時間要有 24個時鐘周期以上。本系統(tǒng)中單片機時鐘頻率為6MHz則復位脈沖至少應為4us。本課程設計單片機采用外部上電與按鈕復位電路，如圖 2-1。典型的上 電外部復位電路是既具有上電復位又具有外部復位電路，上電瞬間，C與Rx構成充電電路，RST引腳出現(xiàn)正脈沖，只要RST端保持10ms以上的高 電平，就能使單片機有效復位。圖2-1外部上電與按鈕復位一般取 C=22uF, R=200,Rx=1k,止匕時 i=22M10J6M1M103=22ms,滿足單片機復位要求

11、。在需要手動復位情況下，Rs取200歐姆，Rk取1k, RST端出現(xiàn)膽 X5=4.2V （出現(xiàn)高電平）,使可靠地實現(xiàn)單片機復位。1200第三章硬件設計電路U?GNDP10P11P12P13P14P15P16P17P00P01P02P03P04P05P06P07P20P21P22P23P24P25P26P27RDWRR?>GNDINT1INT0T1T0EA/VPX1X2RESETRXDTXD ALE/PPSENGNDQ?OE1SCo2Q?GNDU?62647 654 3210D DDD DDDD98/654320A A A A A AAA A A343332313029536-9-8D0D

12、1D2D3D4D5D6D7"RDWRA0A1RESETCS4-3CI -91如圖，該電路由8051、74LS373、27256、6264、8255A和繼電器組成。單片機8051采用內(nèi)部方式時鐘電路，復位電路采用上點自動復位電路。單片機的數(shù)據(jù)總線為8位，由P0 口組成。在擴展時P0 口用于數(shù)據(jù)總 線完成單片機與外部存儲單元或者I/O端口之間的數(shù)據(jù)傳遞。單片機的控制總線有兩個功能，一是傳送單片機對外部擴展系統(tǒng)的控制信號，另一個是傳送外部擴展系統(tǒng)對單片機的控制信號。單片機的地址總線為16位，由P2 口作為地址的高8位，而P0 口作為地址的低8位，所以可尋址范圍最大為 64KB。由于P0 還

13、要作為數(shù)據(jù)總 線口使用，因此需要對P0 口進行分時復用，分時輸出地址和數(shù)據(jù)。為了把 地址信息分離保存，使用一個外部地址鎖存器74LS373將地址信號鎖存起來。P0 口首先將輸出的低8位地址由鎖存器鎖存起來，這樣使P0 口能再次 發(fā)送出數(shù)據(jù)信號。以保證P0 線作數(shù)據(jù)總線使用時所選外部存儲器單元的 16位地址不丟失。在圖中，程序存儲器27256由8051的P2.7作為片選信號。尋址范圍為 0000H7FFFH,共32KB。數(shù)據(jù)存儲器 6264由8051的P2.5端口作為片選 信號，尋址范圍為0c000H0DFFFH,共8KB。8255A由8051的P2.4作為 片選信號，尋址范圍為0EFFCH0E

14、FFFH。具體計算過程如下表芯片P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P0.3P0.2P0.1P0.0地址范圍272560000000000000H-7FFFH0111111116264110000000C000H-DFFFH1101111118255A111011100EFFCHEFFFH111011111第四章程序設計4.1 設計流程圖4.2 匯編程序OUTPUT EQU P1.0; P1.0 PORTLOOP:CLR CMOV OUTPUT,CCALL DELAYSETB CMOV OUTPUT,CCALL DELAYLJMP LOOPDELAY:MOV R6, #0MOV R7, #

15、0DLOOP:DJNZ R7, DLOOPDJNZ R6, DLOOPRETEND4.3 改進后匯編程序演示程序才有T0方式1定時，晶振頻率f0sc=6MHz oscn f0sc16 6 106x=2 - T=2 0.1 =15536 =3CB0H1212ORG 0000HMOV DPTR,#0EFFFH;指向8255A的控制口MOV A,#80H;方式字，A、B和C 口均以方式0¥俞出MOVX DPTR,A;8255A初始化MOV DPTR,#0EFFCH;指向8255A的PA端口LOOP:MOV A,#01H；輸出數(shù)據(jù)#01H傳入累加器AMOVX DPTR,A;向PA端口寫入數(shù)據(jù)

16、CALL DELAY;調用延時子程序 DELAY 2sMOV A,#00H；輸出數(shù)據(jù)#01H傳入累加器AMOVX DPTR,A;向PA端口寫入數(shù)據(jù)CALL DELAY;調用延時子程序 DELAY 2sSJMP LOOP;轉移到LOOP程序循環(huán)DELAY:MOV R7,#20;設置循環(huán)次數(shù) 存入R7LOOP1:MOV TMOD,#01H;設置定時器T0為定時方式1MOV TH0,#3CH;設置計數(shù)初值MOV TL0,#0B0HSETB TR0;啟動定時LOOP2:JBC TF0,LOOP3;判斷定時是否到SJMP LOOP2LOOP3:DJNZ R7,LOOP1；定時循環(huán)RET;返回主程序END

17、4.4程序分析原程序直接對P0.1 口輸出一個循環(huán)置1清零的數(shù)，以此高低電平來引發(fā)繼電器的吸合與斷開，進而控制 LED燈的點亮熄滅。在對8031進行外擴以后，通過8255的PA 口輸出來控制繼電器，并修改了延時程序，原始延時程序存在誤差，且不容易調控，通過選用8031內(nèi)部定時器，極大地提高了延時的精度，并且很容易調整延時時間。第五章課設總結通過這次繼電器程序設計的課程設計和測試，我學到了很多。通過對 該課題的了解，收集資料，研究其可行性，前期做了很多準備工作，查看 了很多資料，但這都是值得的，為后面程序的編寫和調試打下了基礎，不 僅學到了編程，還加深了對電路的了解，比如繼電器工作原理、延時定時、 外擴芯片等等，雖然都是一些已經(jīng)學習過的知識，但結合起來還是有一定 的難度。對于該課題，改進地方主要是重新設計電路和程序，通過擴展I/O口 8255PA 口輸出，計算地址，編寫程序，我對于單片機實際的應用也加深 了理解。最后謝謝張淑清老師和我的同學們在課設過程中給我的指導與幫助。參考文獻1張淑清.單片機原理及應用技術M.北京：國防工業(yè)出版社，20102蔡朝洋.單片機控制實習與專題制