路燈控制系統(tǒng)設計

1、目錄第一章 總體設計3第二章 硬件設計32.1 硬件設計原則32.2 硬件設計思路42.3 時鐘電路52.4 復位電路5可靠性52.4.2 人工復位62.5 按鍵電路72.6 顯示電路82.6.1 顯示方式選擇82.6.2 LED的驅(qū)動和顯示82.7 路燈電路9附錄一 元器件清單10附錄二 主程序清單10第一章 總體設計我們在設計路燈系統(tǒng)控制器之前，先了解系統(tǒng)所要實現(xiàn)的各個功能情況。在設計的過程中，除了要讓硬件電路簡潔外，還要兼顧軟件不能過于復雜。這樣才能達到設計的實際要求，硬件支持軟件，軟件帶動硬件。本電路設計的主要思路是：對路燈實現(xiàn)實時控制，最基本的程序是時鐘顯示程序，之后的設定開燈和關燈

2、時間并能對路燈進行實時控制都是在基本程序上擴展而得到的。時鐘顯示程序中最關健是否對數(shù)碼管進行動態(tài)掃描的子程序放在哪里，本課設中把動態(tài)掃描程序放在T0中斷里，中斷的時間是非1MS，也就是說每1MS掃描一次，掃描頻率非?？欤昧巳搜鄣囊曈X殘留特性,使程序更加簡潔.調(diào)時程序和對路燈的單路控制程序都是按鍵進行控制的.所以對對按鍵的控制顯得尤為重要了.本課設主程序中一直在對所有的按鍵進行掃描,當按鍵一有動作,在第一時間就執(zhí)行相應的程序,達到實時控制的目的.根據(jù)任務書上的要求進行綜合分析，總設計方案分為以下幾個步驟：根據(jù)路燈控制系統(tǒng)的功能，選用合理元器件并畫出總體原理圖。 （見附錄）畫出各個程序流程圖的

3、各模塊。根據(jù)流程圖編寫出各模塊的程序。完成主程序及實現(xiàn)模塊調(diào)用。硬件電路的焊接及調(diào)試。硬件軟件的綜合調(diào)試及程序燒制。制作PCB版根據(jù)上述步驟，設計總體方案的流程圖可簡化為如下：第二章 硬件設計2.1 硬件設計原則一般對于大型的硬件設計的主要思路如下:一個大型的單片機應用系統(tǒng)的硬件電路設計包含兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)擴展，二是系統(tǒng)的配置，即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設備，要設計合適的接口電路。系統(tǒng)的擴展和配置應遵循以下原則：1、盡可能選擇典型電路，為硬件系統(tǒng)的標準化、模塊化打下良好的基礎。2、系統(tǒng)擴展與外圍設備的配置水平應充分滿足應用系統(tǒng)的功能要求。3、硬件結(jié)構(gòu)應結(jié)合程序設計方案一并考慮?？紤]的原則是

4、：軟件能實現(xiàn)的功能盡可能由軟件實現(xiàn)，以簡化硬件結(jié)構(gòu)。4、系統(tǒng)中的相關元器件要盡可能做到性能匹配。5、可靠性及抗干擾設計是硬件設計必不可少的一部分。6、盡量減少外圍。系統(tǒng)器件越多，器件之間相互干擾也越強，功耗也增大，也不可避免地降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性1。因而在選擇器件上盡量的簡潔。由于本次的畢業(yè)設計是一個單片機的小型系統(tǒng),所以對于上述需要注意的事項在這次設計中并不需要面面具到,我總結(jié)了一下,在這次設計中需要注意的問題有: 1)注意硬件方案和軟件方案的結(jié)合.2)電路的抗干擾性能.3)對元器件的保護能力,要在電路中對電流敏感元器件進行限流控制.硬件設計是本次設計的基礎，它的成功與否關系到本次畢業(yè)設計的成

5、敗。首先我們依然是對系統(tǒng)進行分析，分析它有些什么功能，用什么樣的器件才能實現(xiàn)。根據(jù)任務書的要求，分析出需要的功能有：具備時鐘功能、時間調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)、二極管(模擬路燈)的顯示功能、定時開燈關燈的時間調(diào)整功能、按鍵控制功能?；谝陨瞎δ芤?，我們決定使用AT89C51芯片，顯示器件選用數(shù)碼管（4個），通過電阻驅(qū)動，驅(qū)動數(shù)碼管的顯示。數(shù)碼管采用動態(tài)顯示。最終確定的結(jié)構(gòu)框圖為：單片機時鐘電路復位電路按鍵輸入驅(qū)動電路數(shù)碼管顯示二極管顯示圖2-1結(jié)構(gòu)框圖2.2 硬件設計思路通過硬件電路的分析，當開機后，經(jīng)過上電復位，時鐘顯示為17：59：50，這時可以調(diào)整時、分、秒按鈕進行精確調(diào)整到當前時間，進行正常走時。

6、開機后系統(tǒng)內(nèi)部自定義開路燈時間為18：00：00，關路燈時間為6：00：00，如果不做調(diào)整的話，時間就是下午六點鐘開燈，早晨6點鐘關燈，但春、夏、秋、冬四季的晝夜并不相等，為了更好的節(jié)省資源（電力）。本設計中可以進行手動調(diào)整，根據(jù)四季的變化來調(diào)整開路燈和關路燈的時間，更有效的節(jié)省資源。本設計中另外的一大特點就是在夜晚12：00的時候，路燈會熄滅一半，這種設計也是為了節(jié)省資源，因為夜深人靜的時候，并不需要太多的路燈照明整個路面，只需要點點燈光就行。然后到早晨六點鐘或自己重新設定的時間的時候在關閉其它的路燈。本次設計中共用到了五個按鈕，和四個發(fā)光二極管，用來控制路燈和調(diào)整時間。按鈕上到下編號為、。

7、為進入調(diào)整開燈、關燈的時間按鈕，和為退出調(diào)整開燈和關燈的按鈕，只有通過它才能有效的退出定義開燈和關燈的調(diào)整狀態(tài)，為調(diào)整加一小時的按鈕，為調(diào)整減一小時的按鈕，為調(diào)加一分鐘的按鈕，為調(diào)整減一分鐘的按鈕。發(fā)光二極管從上至下的標號是1,2,320。110為路燈的左邊一排。1120為路燈的右邊一排。2.3 時鐘電路時鐘電路是計算機的心臟，它控制著計算機的工作節(jié)奏。MCS-51單片機允許的時鐘頻率是因型號而異的。晶振的選擇：6MHz的晶振，其機器周期是2us。12MHz的晶振，其機器周期是1us, 也就是說在執(zhí)行同一條指令時用6MHz的晶振所用的時間是12MHz晶振的兩倍。為了提高整個系統(tǒng)的性能我選擇了1

8、2MHz的晶振。振蕩方式的選擇：內(nèi)部振蕩方式，MCS-51內(nèi)部都有一個反相放大器，XTAL1、XTAL2分別為反相放大器輸入和輸出端，外接定時反饋元件以后就組成振蕩器，產(chǎn)生時鐘送至單片機內(nèi)部的各個部件，這樣就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。外部振蕩方式是把已有的時鐘信號引入單片機內(nèi)。這種方式適合用來使單片機的時鐘與外部信號一致。在我的這個設計中沒有也無需與外部時鐘信號一致，所以我選擇了內(nèi)部振蕩方式，由于單片機內(nèi)部有一個高增益反相放大器，當外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。晶振我選擇了12MHz，相對于6MHz的晶振，整個系統(tǒng)的運行速度更快了。電容器C1、C2起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，

9、電容值我選擇了30pF。內(nèi)部振蕩方式所得的時鐘信號穩(wěn)定性高。2.4 復位電路可靠性計算機在啟動運行是都需要復位，使中央處理器CPU和系統(tǒng)中的其它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。MCS-51單片機有一個復位引腳RST，它是施密特觸發(fā)輸入，當振蕩器起振后，該引腳上出現(xiàn)2個機器周期（即24個時鐘周期）以上的高電平。使器件復位，只要RST保持高電平，MCS-51保持復位狀態(tài)。此時ALE、/PSEN、P0、P1、P2、P3口都輸出高電平。RST變?yōu)榈碗娖胶?，退出復位，CPU從初始狀態(tài)開始工作。復位以后內(nèi)部寄存器的初始狀態(tài)為（SP=07，P0、P1、P2、P3為0FFH外，其它寄存器都

10、為0。對于NMOS型單片機，在RST復位端接一個電容至VccHE 一個電阻至Vss，就能實現(xiàn)上電自動復位，對于CMOS單片機只要接一個電容至Vcc即可。如圖，在加電瞬間，電容通過電阻充電，就在RST端出現(xiàn)一定時間的高電平，只要高電平時間足夠長，就可以使MCS-51有效地復位。RST端在加電時應保持的高電平時間包括Vcc的上升時間和振蕩器起振時間，Vcc上升時間若為10ms，振蕩器起振時間和頻率有關。10MHz時間約為1ms，1MHz時約為10ms，所以一般為了可靠地復位，RST在上電時應保持20ms以上的高電平。圖2.5中，RC時間常數(shù)越大，上電時RST端保持高電平的時間越長。振蕩頻率為12M

11、HZ時，典型值為C=10uF,R=8.2k。若復位電路失效，加電后CPU從一個隨機的狀態(tài)開始工作，系統(tǒng)就不能正常運轉(zhuǎn)。圖2-2上電復位電路 人工復位除上電自動復位以外，常常需要人工復位，將一個按鈕開關并聯(lián)于上電自動復位電路，按一下開關就RST端出現(xiàn)一段時間的高電平，即使器件復位。如圖所示圖2-3上電和開關復位而在這次的畢業(yè)設計中運用的上電復位電路.即只要一接+5V 電壓,系統(tǒng)就會自動的復位.出于可靠性和適時性的考慮，我選擇了簡單實用的上電復位電路上電后，由于電容充電，使RST持續(xù)一段高電平時間。從而實現(xiàn)上電復位操作。我選擇的C=10uF，R=1k。2.5 按鍵電路在單片機系統(tǒng)中，通常有且僅有一

12、鍵按下才視為按鍵有效。有效的確認方式通常又可以分為兩類。第一類為按下-釋放鍵方式，系統(tǒng)要求從按下倒釋放鍵才算一次有效按鍵。另一類為連擊方式，就是一次按鍵可以產(chǎn)生多次擊鍵效果，其連擊頻率可自己設定，如3次/秒、4次/秒等。根據(jù)設計的需要，我選擇了按下-釋放方式，電路如下圖9所示。電路為低電平有效輸出方式，當按鍵按下時輸出為低電平。圖2-4開關電路圖在按下-釋放鍵方式時，系統(tǒng)先判斷是否有鍵按下，若不用硬件去抖，則同時進行軟件去抖，確認有鍵按下，然后等待至該按鍵釋放才算依次按鍵，注意釋放鍵判斷同樣要進行去抖處理。2.6 顯示電路 顯示方式選擇LED數(shù)碼顯示器時常用的顯示器之一，我用的是單片機并口設計

13、的LED數(shù)碼顯示電路。LED有著顯示亮度高、響應速度快的特點，最常用的是七段式LED顯示器，又稱數(shù)碼管。七段式LED顯示器內(nèi)部由7個條形發(fā)光二極管和1個小圓點發(fā)光二極管組成，根據(jù)各管的亮暗組合成字符。從各發(fā)光段電極連接方式分有共陽極和共陰極兩種。所謂共陽方式是指筆畫顯示器各段發(fā)光管的陽極（即P區(qū)）是公共的，而陰極互相隔離。所謂共陰方式是筆畫顯示器各段發(fā)光管的陰極（即N區(qū)）是公共的，而陽極是互相隔離的。顯示方式的論證：方案一：靜態(tài)顯示方式，就是把共陰極或共陽極的公共端（位選端）連接在一起接地或接5V電源，形成位控端；每一位的段選線（adp）作為段控端。方案二：動態(tài)顯示方式，是單片機應用系統(tǒng)中最常

14、用的顯示方式，把所有的顯示器的同名段選端選線相互并接在一起，由同一個8位并行輸出口控制；而各顯示器的位選線則分別由不同輸出口線控制端。這樣各顯示位不能同時顯示不同的數(shù)字或字符。因此要選擇掃描的方法，即從左到右（或從右到左）依次輪流使每位顯示器顯示數(shù)字或字符并保留一段時間（通常位1ms），由于LED的余輝特性以及人眼視覺的惰性，盡管各位顯示器實際上使分時斷續(xù)地顯示，但只要適當選取掃描頻率，給人眼的視察印象就會是在連續(xù)地顯示，而察覺不到閃爍現(xiàn)象。相對與靜態(tài)顯示動態(tài)顯示方式雖然占用的CPU空間較多，但使用的硬件少，所占用的端口也較靜態(tài)顯示方式少，可以大大的節(jié)約系統(tǒng)的端口資源，所以根據(jù)我設計中沒有擴展

15、端口，端口資源比較緊張，因此我才用的是動態(tài)顯示，能節(jié)約線路板空間，而且效果也不亞于靜態(tài)顯示。 LED的驅(qū)動和顯示在電路設計的過程中，單片機的的P0.0-P0.7作為段選輸出口，經(jīng)上拉電阻加到數(shù)碼管的A-G和DP上，P2.0-P2.5作為位選輸出口，經(jīng)電阻驅(qū)動分別加到數(shù)碼管的COM端。LED的驅(qū)動問題是顯示設計中的一個非常重要的環(huán)節(jié)。如果驅(qū)動能力差，顯示器高度就低；且驅(qū)動器長期在超負荷下運行很容易損壞。下面就簡單介紹選擇LED驅(qū)動器時應注意的問題。顯示分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種方式，由于這兩種方式有本質(zhì)的不同，因此在選擇LED驅(qū)動器時，一定要分清顯示方式。如果是靜態(tài)顯示，則LED驅(qū)動器的選擇較為

16、簡單，只要驅(qū)動器的驅(qū)動能力與顯示器的工作電流相匹配即可，而且只需要考慮段的驅(qū)動，因為，共陽極接+5V，而共陰極接地，所以位的驅(qū)動無須考慮。動態(tài)顯示則不同，由于一位數(shù)據(jù)的表示是由段和位選信號共同配合完成的，因此必須同時考慮段與位的驅(qū)動能力和位的驅(qū)動能力，而且段的驅(qū)動能力決定位的驅(qū)動能力。段的驅(qū)動能力是由驅(qū)動能力決定位的驅(qū)動能力。段的驅(qū)動能力是由顯示器的亮度決定的，通過發(fā)光的二極管的電流較大，其亮度也就越多，對于靜態(tài)顯示器，當某位電量時，此位中點亮的段通過恒定的電流；而對于動態(tài)顯示器，此電流卻是以一定脈沖方式出現(xiàn)的，其峰值電流來考慮。我采用的是三個數(shù)碼管集成在一起的管子，這種管子的好處是在接線的時

17、候比較簡單，三個COM端接位選接口，非常適合用于動態(tài)顯示。我們所采用的是動態(tài)顯示，雖然有閃爍感，占用的CPU空間較多，但使用的硬件少，能節(jié)約線路板空間。下圖為數(shù)碼顯示的硬件電路設計:圖2-5數(shù)碼顯示的硬件電路說明:8個上拉電阻是增加D0-D8的驅(qū)動能力的。使其更清楚的顯示。六個電阻也是增加驅(qū)動能力的。2.7 路燈電路本設計中用的是四個發(fā)光二極管模擬兩路路燈控制，每兩個二極管用來代替一條街或一個干道的路燈,在加上鍵盤的點動控制，實現(xiàn)路燈的多路實時控制。原理圖如下：圖2-6路燈電路附錄一 元器件清單電阻： 1K 十二只（R1-R12） 5.1K 八只 10K 五只排阻： 1K 一只瓷片電容： 20

18、F 兩只 （C1、C2）電解電容： 10F 一只 （C3）集成塊： AT89C52按鍵： 五只 （S1、S2、S3、S4、S5）數(shù)碼顯示管： 六只（LED1-LED6）發(fā)光二極管： 8只（D1-D8）石英晶振： 一只（12MHZ）硬制電路版 一塊附錄二 主程序清單#include <at89X52.h>/ 作為功能切換鍵按一下為設置現(xiàn)在時間，再按一下為設置開燈時間,再按一下為設置關燈時間，再按一下顯示當前時間sbit function = P10; sbit hour_add = P11;sbit hour_sub = P12;sbit minute_add= P13;sbit m

19、inute_sub= P14;sbit lamp1 = P30;sbit lamp2 = P31;sbit lamp3 = P32;sbit lamp4 = P33;bit EN_COCLK = 1;bit BEGIN = 0;unsigned char cnt;unsigned char hour;unsigned char minute;unsigned char second;unsigned char half_second;unsigned int ms50;struct time unsigned char hour;unsigned char minute;unsigned ch

20、ar second; ds2;unsigned char code tab = 0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;/ CA/unsigned char code choose_bit = 0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f;unsigned char code choose_bit = 0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80;unsigned char idata disdata7;unsigned char idata dissetup7;un

21、signed char turnon4=0x01,0x02,0x04,0x08;unsigned char key_min_hour = 0;/ 分或秒閃爍unsigned char disp_type = 0;/ 記錄時間組unsigned char rn; / 按定時開關鍵次數(shù)/*延時1毫秒*/void delay1ms(unsigned int i) unsigned int a,b; for(a=0;a<i;a+) for(b=0;b<120;b+);/*顯示時鐘*/void disp_clock(void)unsigned char display;unsigned ch

22、ar i;disdata0 = hour/10;disdata1 = hour%10;disdata2 = minute/10;disdata3 = minute%10;disdata4 = second/10; disdata5 = second%10;for(i=0; i<6; i+) P0 = 0xff;display = tabdisdatai;if(half_second&&(i=3)display &= 0x7f;P2 = choose_biti;P0 = display;delay1ms(1);P0 = 0xff;/ 關燈/*顯示設置時間值*/voi

23、d disp_init(void)unsigned char display;unsigned char i;dissetup0 = dsdisp_type-1.hour/10;dissetup1 = dsdisp_type-1.hour%10;dissetup2 = dsdisp_type-1.minute/10;dissetup3 = dsdisp_type-1.minute%10;dissetup4 = dsdisp_type-1.second/10; dissetup5 = dsdisp_type-1.second%10;for(i=0;i<6;i+) P0 = 0xff;dis

24、play = tabdissetupi;if(i=3|i=1)display &= 0x7f;if(+ds1.hour>=24)ds1.hour = 0; break; default: break; if(!hour_sub) delay1ms(20); if(hour_sub=0) while(hour_sub=0);switch(disp_type)case 0:if(-hour=0xff)hour = 23;break;case 1:if(-ds0.hour=0xff)ds0.hour = 23;break;case 2:if(-ds1.hour=0xff)ds1.hou

25、r = 23;break;default:break; if(!minute_add) delay1ms(20); if(minute_add=0) while(minute_add=0); switch(disp_type) case 0:if(+minute>=60)minute = 0;break;P2 = choose_biti;P0 = display;delay1ms(1);P0 =0xff; /*鍵盤掃描子程序*/void keyscan(void) unsigned char houradd =1; unsigned char minadd =1; if(!functio

26、n) delay1ms(20); if(function=0) while(function=0); EN_COCLK = 0; if(+disp_type=3) disp_type = 0;EN_COCLK = 1; if(!hour_add) delay1ms(20); if(hour_add=0) while(hour_add=0); switch(disp_type) case 0: if(+hour>=24)hour = 0; break; case 1: if(+ds0.hour>=24) ds0.hour = 0; break; case 2: case 1:if(+

27、ds0.minute>=60)ds0.minute = 0;break;case 2:if(+ds1.minute>=60)ds1.minute = 0;break;default:break;if(!minute_sub) delay1ms(20); if(minute_sub=0) while(minute_sub=0); switch(disp_type) case 0:if(-minute=0xff)minute = 59;break;case 1:if(-ds0.minute=0xff)ds0.minute = 59;break;case 2:if(-ds1.minute=0xff)ds1.minute = 59;break;default:break; /*conctrl_lamp()控制路燈*/void conctrl_lamp(void)/ 默認狀態(tài)下設置，晚上6點