郝 昊基于MCS-51單片機(jī)的智能控制開關(guān)的 設(shè)計

1、 分類號： 200 屆本科生畢業(yè)論文題目： 基于MCS-51單片機(jī)的智能控制開關(guān)的設(shè)計作 者 姓 名： 郝 昊 學(xué) 號： 2006080212 系(院)、專業(yè)： 電子信息工程 指導(dǎo)教師姓名： 李光宇 指導(dǎo)教師職稱： 中級 2009 年 12 月 日摘 要在自動測控系統(tǒng)中，特別是長時間無人值守的測控系統(tǒng)中，經(jīng)常需要進(jìn)行長達(dá)幾小時的定時操作。若采用專門的計時芯片設(shè)計，一方面控制復(fù)雜，占用硬件資源，另一方面也不經(jīng)濟(jì)，一般的時鐘芯片價格都比較貴。由于單片機(jī)內(nèi)部有定時器，因此，可以基于單片機(jī)設(shè)計一款智能控制開關(guān)。關(guān)鍵詞：定時 單片機(jī) 智能控制 開關(guān)ABSTRACT In the automatic co

2、ntrol system, especially in a long time unattended monitoring and control systems, often require long hours of regular operation. The use of a specialized chip design time, on the one hand control of complex hardware resources occupied, on the other hand is not economic, the clock chip prices are ge

3、nerally more expensive. As the MCU internal timer, so you can design a microcontroller-based intelligent control switch. Key words：Timing MCU intelligent control switch目 錄第1節(jié) 引言11.1 智能控制開關(guān)概述11.2 本設(shè)計任務(wù)1第2節(jié) 智能控制開關(guān)硬件設(shè)計32.1 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成及功能32.2 AT89C51單片機(jī)及其引腳說明32.3 鍵盤控制和實時顯示電路.52.4 時間設(shè)置掉電存儲電路72.5 電源電路82.6 開關(guān)控

4、制電路8第3節(jié) 系統(tǒng)軟件設(shè)計93.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計9第4節(jié) 系統(tǒng)調(diào)試與測試結(jié)果分析124.1 使用的儀器儀表124.2 系統(tǒng)調(diào)試13結(jié)束語14參考文獻(xiàn)15附錄16智能控制開關(guān)的設(shè)計電子系 06電信班 郝昊指導(dǎo)老師：李光宇第1節(jié) 引 言在自動測控系統(tǒng)中，特別是長時間無人值守的測控系統(tǒng)中，經(jīng)常需要進(jìn)行長達(dá)幾小時的定時操作。若采用專門的計時芯片設(shè)計，一方面控制復(fù)雜，占用硬件資源，另一方面也不經(jīng)濟(jì)，一般的時鐘芯片價格都比較貴。由于單片機(jī)內(nèi)部有定時器，因此，可以基于單片機(jī)設(shè)計一款智能控制開關(guān)。由于使用了單片機(jī)來控制，因此使得該系統(tǒng)具有很強(qiáng)的靈活性和智能性。單片機(jī)發(fā)展到今天已經(jīng)是一項很成熟的技術(shù)了，采用

5、單片機(jī)控制的產(chǎn)品也比比皆是，雖然單片機(jī)的價格比較便宜，但是功能卻很強(qiáng)大，因此選擇單片機(jī)來控制是綽綽有余的！人性化的顯示設(shè)計更是該系統(tǒng)一大特色，能實時顯示當(dāng)前開關(guān)的工作狀況。1.1 智能控制開關(guān)概述該智能控制開關(guān)是由單片機(jī)89C51控制電路、按鍵與LCD顯示電路和掉電存儲電路以及電源電路組成，電路十分的簡單，主要由51芯片編程實現(xiàn)，功能十分的強(qiáng)大，時間精度非常高，是一款比較實用的智能開關(guān)，同時也是一件有欣賞價值的工藝藝術(shù)品。1.2 本設(shè)計任務(wù) 要求： （1） 實時顯示和定時控制顯示； （2） 定時斷電保護(hù)； （3） 準(zhǔn)時對開關(guān)進(jìn)行控制（開和關(guān)）； （4） 寫出詳細(xì)的設(shè)計報告； （5） 給出全部電

6、路和源程序。第2節(jié) 智能控制開關(guān)硬件設(shè)計 2.1 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成及功能智能開關(guān)控制的原理框圖如圖2所示。它由以下幾個部件組成：單片機(jī)89C51、電源電路、掉電存儲電路、開關(guān)控制、鍵盤輸入和顯示以及電源電路組成。時間顯示采用LCD1602，以降低對單片機(jī)端口數(shù)的要求，同時也降低系統(tǒng)的功耗。時間控制電路和鍵盤輸入以及掉電存儲都通過89C51的I/O口控制。電源部分：電源部分由整流、濾波和集成穩(wěn)壓器組成，以保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作。AT89C51鍵盤輸入開關(guān)控制電 源LCD1602顯示EEPROM存儲器圖2-1 智能開關(guān)控制系統(tǒng)原理框圖22 AT89C51單片機(jī)及其引腳說明AT89C51單片機(jī)是51系列單片

7、機(jī)的一個成員，內(nèi)部自帶4K字節(jié)可編程FLASH可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，與Intel MCS-51系列單片機(jī)的指令和輸出管腳相兼容。由于將多功能八位CPU和閃速存儲器結(jié)合在單個芯片中，因此，AT89C51構(gòu)成的單片機(jī)系統(tǒng)是具有結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、效率高的微控制系統(tǒng)，減少了硬件開銷，節(jié)省了成本，提高了系統(tǒng)的性價比。AT89C51是一個有40個引腳的芯片，引腳配置如圖3所示。與8031相比，AT89C51自帶4K的ROM和128B的RAM，因此編寫中小型

8、系統(tǒng)就無需任何硬件進(jìn)行擴(kuò)展。圖2-2 AT89C51引腳配置AT89C51芯片的40個引腳功能為：VCC：電源電壓。GND：接地。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)RST變?yōu)楦唠娖讲⒈３?個機(jī)器周期時，所有I/O引腳復(fù)位至“1”。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩放大器的輸出。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器

9、時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，

10、此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 P0口：8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：8位雙向I/O口。引腳P1.2P1.7提供內(nèi)部上拉，當(dāng)作為輸入并被外部下拉為低電平時，它們將輸出電流，這是因內(nèi)部上拉的緣故。P1.0和P1.1需要外部上拉，可用作片內(nèi)精確模擬比較器的正向輸入（AIN0）和反向輸入（AIN1），P1口輸出緩沖器能接收20mA電流

11、，并能直接驅(qū)動LED顯示器；P1口引腳寫入“1” 后，可用作輸入。在閃速編程與編程校驗期間，P1口也可接收編碼數(shù)據(jù)。P2口：帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P

12、3口：引腳P3.0P3.7為帶內(nèi)部上拉的雙向I/0引腳。P3口的輸出緩沖器能接收20mA的灌電流；P3口寫入“1”后，內(nèi)部上拉，可用輸入。P3口也可用作特殊功能口，其功能見表1。P3口同時也可為閃速存儲器編程和編程校驗接收控制信號。表2-1 P3口特殊功能 P3口引腳特殊功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2（外部中斷0）P3.3（外部中斷1）P3.4T0（定時器0外部輸入）P3.5T1（定時器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）23 鍵盤控制和實時顯示電路采用獨立按鍵占用了單片機(jī)I/O口，因此在設(shè)計該系統(tǒng)時，為

13、了減少單片機(jī)I/O口的使用，采用了行列式鍵盤，如下圖3所示。 圖2-3 行列式鍵盤原理圖實時控制和顯示分別采用了89C51和1602LCD液晶，為了減小整個系統(tǒng)的功耗，不采用數(shù)碼管作為顯示器件，而用1602LCD作為來顯示時間和要定時的時間，并且這兩個芯片接通電源可以直接用單片機(jī)編程對它進(jìn)行操作。下圖4為實時控制和顯示電路原理圖。D0D1D2D3D4D5D6D7+5VRSR160220+5VRP160210Klcden+Crst10ufRrst10k+5VrstC130PC230PY111.0592P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST9P3.0

14、10P3.111P3.212P3.313P3.414P3.515P3.616P3.717XTAL218XTAL119GND20P2.0(A8)21P2.1(A9)22P2.2(A10)23P2.3(A11)24P2.4(A12)25P2.5(A13)26P2.6(A14)27P2.7(A15)28/PSEN29ALE30/EP/Vpp31P0.7(AD7)32P0.6(AD6)33P0.5(AD5)34P0.4(AD4)35P0.3(AD3)36P0.2(AD2)37P0.1(AD1)38P0.0(AD0)39VCC40AT89C51+5VrstXTAL1XTAL2123456789JP010

15、KD0D1D2D3D4D5D6D7PW1PW2PW3PW4PW5PW6PW7PW8SCLSDAbeepRSlcden123456789101112131415161602 圖2-4 實時控制和顯示電路原理圖2.4 時間掉電存儲電路由于系統(tǒng)要顯示的內(nèi)容比較簡單，但是定時的時間設(shè)置好了，斷電了之后什么都沒了，因此為了保護(hù)時間，該系統(tǒng)就需要有斷電存儲電路，由于顯示量不多,所以選用I2C器件AT24C02。AT24C02在單片機(jī)應(yīng)用中，作為EEPROM儲存器用，與單片機(jī)通過I2C通信。優(yōu)點是掉電后仍可以保存數(shù)據(jù)。比如單片機(jī)運行時，手動設(shè)置了一些參數(shù)，可以用它保存起來。該存儲電路如圖5所示。 VCCGN

16、DA1A2A3WPSCLSDA+5VSDAR10R1110KI2CU310KSCL圖2-5 時間掉電存儲電路2.5 電源電路為了給該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供一個比較穩(wěn)定的工作環(huán)境，就此為該系統(tǒng)設(shè)計了一個穩(wěn)壓電源模塊，電路原理如下圖8所示，該電源模塊5V固定輸出，采用了穩(wěn)壓模塊7805，該系列集成穩(wěn)壓模塊具有過流、過熱和調(diào)整管安全工作區(qū)保護(hù)，以防止過載而損壞。對于整個系統(tǒng)的工作而言，增加了電路的可靠性能和穩(wěn)定性能。 圖 圖2-6 電源原理圖2.6開關(guān)控制電路該電路采用光電耦合器件（MOC3041）進(jìn)行隔離控制，MOC3041是耐壓為400V的光耦器件，它的輸出級由過零觸發(fā)器的雙向可控硅構(gòu)成，它控制著主電

17、路雙向可控硅的導(dǎo)通與關(guān)斷。100電阻與0.01uF電容組成雙向可控硅保護(hù)電路，原理圖如下圖9所示。 圖2-7 開關(guān)控制電路第3節(jié) 系統(tǒng)的軟件設(shè)計本系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)主要完成修改時間、定時通斷電等功能。在程序設(shè)計過程中，加強(qiáng)了部分軟件抗干擾措施，以達(dá)到按鍵的靈活性，確保整個系統(tǒng)的正常運行。系統(tǒng)流程圖如下圖所示。開始系統(tǒng)初始化顯示時間修改時間修改時間子程序YN開關(guān)接通，放電開關(guān)斷開，不通電YN放電時間到否圖3-1 程序流程圖第4節(jié) 系統(tǒng)調(diào)試與測試結(jié)果分析4.1 使用的儀器儀表 數(shù)字萬用表DT9203單片機(jī)仿真器WAVE6000燒寫器 GF2100雙蹤穩(wěn)壓穩(wěn)流電源DH1718E-5數(shù)字示波器 TDS10

18、024.2 系統(tǒng)調(diào)試根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計方案，本系統(tǒng)的調(diào)試共分為三大部分：硬件調(diào)試，軟件調(diào)試和軟硬件聯(lián)調(diào)。由于在系統(tǒng)設(shè)計中采用模塊設(shè)計法，所以方便對各電路模塊功能進(jìn)行逐級測試。結(jié) 束 語 上述智能開關(guān)，無論在外觀上還是功能上都實現(xiàn)了較為完善的設(shè)計。由于在畫原理圖時每個集成芯片的電源腳都有一個旁路電容連到地，從而巧妙地抑制了電磁干擾。本系統(tǒng)在編寫軟件時還用了各種延遲程序來設(shè)置了按鍵的靈活性。因而此產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于家庭中，系統(tǒng)可靠，工作方便。通過這次做課程設(shè)計的鍛煉，使我學(xué)到了許多書本中沒有的東西！從選題到構(gòu)思設(shè)計方案，尤其是在確立設(shè)計方案的過程中了解到了很多東西！特別是在芯片的選擇上，了解到了許多平時很

19、少接觸的芯片的功能及優(yōu)缺點！通過這次鍛煉也給自己樹立起了信心！同時也深刻體會到了“遇到困難，解決困難！”這句話的含義，只有這樣才能真正提高自己的水平，真正的把學(xué)到的知識應(yīng)用到實際中去！真正做到學(xué)以至用！ 經(jīng)過這一段時間的努力，在指導(dǎo)教師以及同學(xué)們的幫助下終于把畢業(yè)論文做完。畢竟自己能力有限，沒有他們的幫助與支持，不可能靠一個人的力量去完成畢業(yè)論文，在此向他們表示真誠的感謝！時間的倉促及自身專業(yè)水平的不足，整篇論文肯定存在尚未發(fā)現(xiàn)的缺點和錯誤。懇請閱讀此篇論文的老師、同學(xué)，多予指正，不勝感激！附 錄1 系統(tǒng)實物圖2.電路原理圖3.系統(tǒng)程序FM BIT 20H.0RING BIT p1.0PLUS

20、 BIT p3.5MINUS BIT p3.4STP BIT p3.3PWR BIT P2.7MS EQU 7FHSECN EQU 7EHMINU EQU 7DHHOUR EQU 7CHBCDH EQU 7BHBCDM EQU 7AHNUMB EQU 16BUFF EQU 60HTT EQU 20 ORG 0000H LJMP START ORG 000BH LJMP INTT0START:LCALL CLEAR LCALL INITMAIN:LCALL BTBCD LCALL DISP JBC FM,MAINA LCALL key; JNB RING,MAIN MOV A,SECN SUBB

21、 A,#TT JC MAIN SETB RING SETB PWR LJMP MAINMAINA:LCALL BTBCD LCALL COMP LJMP MAINCLEAR:MOV R0,#7FH MOV R7,#20HCLEA1:MOV R0,#0H;FULL ZERO DEC R0 DJNZ R7,CLEA1 RETINIT:MOV TMOD,#01H MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H MOV MS,#20; SETB TR0 SETB EA SETB ET0 MOV SP,#30H RETBTBCD:MOV A,SECN MOV B,#10 DIV AB MOV BU

22、FF,B MOV BUFF+1,A MOV A,MINU MOV B,#10 DIV AB MOV BUFF+2,B MOV BUFF+3,A SWAP A ORL A,B MOV BCDM,A MOV A,HOUR MOV B,#10 DIV AB MOV BUFF+4,B MOV BUFF+5,A SWAP A ORL A,B MOV BCDH,A RETKEY: MOV B,MINU INC B INC B SETB STP JNB STP,KEY11 SETB PLUS JB plus,key2A LCALL BTBCD LCALL DDISP SETB PLUS JNB plus,k

23、ey22;min+KEY2A:SETB MINUS JB minus,keyDD;min- LCALL DDISP LCALL BTBCD LCALL DDISP SETB MINUS JNB MINUS,key33;min+keydd:ljmp keydKEY11:LCALL DDISP LCALL DDISP SETB STP JNB STP,KEY1 SJMP KEYDDKEY22:LJMP KEY2key33:ljmp key3key1:LCALL DDISP LCALL BTBCD MOV BUFF+2,#11h MOV BUFF+3,#11h MOV BUFF,#11h MOV B

24、UFF+1,#11h;turn off else BIT second min SETB PLUSJNB plus,key5;ADJUST HOUR+ SETB MINUS JNB minus,key4;ADJUST HOUR- SETB STP JB STP,KEY1 LCALL DDISP LCALL BTBCD SETB stp JB stp,KEY1 key6:Lcall DDisp lcall BTBCD SETB STP JnB STP,KEY6 LJMP KEYDKEY5:lcall DDisp; LCALL DDISP SETB PLUS JB PLUS,KEY1 INC HO

25、UR;+1 MOV A,HOUR CLR C SUBB A,#24 JC KEY1 MOV HOUR,#00 LJMP KEY1key4:lcall DDisp LCALL DDISP SETB MINUS JB MINUS,KEY1 DEC HOUR; MOV A,HOUR CLR C SUBB A,#24 JC KEY1 MOV HOUR,#23 LJMP KEY1key2:lcall DDisp;ADJUST MINU SETB PLUS JB PLUS,KEYD INC MINU;+1 MOV A,MINU CLR C SUBB A,#60 JC KEYD MOV MINU,#00 L

26、JMP keydkey3:lcall DDisp SETB MINUS JB MINUS,KEYD DEC MINU MOV A,MINU CLR C SUBB A,#60 JC KEYD MOV MINU,#59keyd:ret;-comp:PUSH DPH PUSH DPL PUSH ACC MOV DPTR,#ALARM MOV R6,#NUMBCOMP1:CLR A MOVC A,A+DPTR INC DPTR CJNE A,BCDH,comp0 CLR A MOVC A,A+DPTR CJNE A,BCDM,comp0 clr RING clr PWR;turn on the rin

27、gscomp0:inc dptr;pointing to next HOURcomp2:DJNZ R6,COMP1compd:POP ACC POP DPL POP DPH RET;-Disp:mov r0,#BUFF;R1IS AVAILIABLE Mov r2,#06h Mov r3,#01h; mov dptr,#tableDisp1:Mov a,r3 Mov p2,a RL a Mov r3,a Mov a,r0 movc a,a+dptr mov p0,a Inc r0 Lcall delay Djnz r2,disp1 Rettable:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H

28、,6DH,7DH,07H,7FH,6FHdb 77H,7CH,39H,5EH,79H,71H,40H,00H;tabl:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80HDB 90H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,84H,0FFH ;-DDISP:MOV R1,#03HDDIS1:LCALL DISP DJNZ R1,DDIS1 RETdelay:MOV R7,#100delay0:MOV R6,#10delay1:DJNZ R6, delay1 DJNZ R7,delay0RET;-INTT0:PUSH psw Push acc MOV tl1,#0B0h;65536-50000=15536=3CB0H MOV TH1,#3CH DJNZ MS,INTD MOV MS,#14;恢復(fù)計數(shù)值 INC SECN MOV A,SECN CJNE A,#60,INTD; MOV SECN,#0; INC