单片机控制系统论文20977.doc

单片机控制系统第一章:绪论随着电子技术的迅速发展，特别是随着大规模集成电路的产生，给人们的生活带来了根本性的变化，如果说微型计算机的出现则是给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命。目前，单片机在工业控制系统诸多领域得到了极为广泛的应用。其中的at89c2051单片机，在单块芯片上组合通用的cpl1和flash存储器，使at89c2051成为一强劲的微型计算机。它为许多嵌入式控制应用提供了高度灵活合成本低的解决办法。本文介绍了一种工业用红外风淋控制系统，工业用智能红外风淋控制系统是在生物电子食品医药医疗等现代生产生活中,要求与自然环境严格隔离情况下,产生的通道控制设备.自动检测,执行,警示,节能等新兴技术设计理念的引入,使得该单片机控制系统更具实用性和竞争力。本系统硬件主要采用at89c2051单片机，at89c2051是一个低电压，高性能cmos 8位单片机，片内含2k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（perom）和128 bytes的随机存取数据存储器（ram），器件采用atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准mcs-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和flash存储单元，功能强大at89c2051单片机可为您提供许多高性价比的应用场合。基于i2c总线的简单实用性，单片机只用两根线就可以与eprom进行数据交换，我们采用了i2c总线，使硬件的设计得到了最大的简化，同时系统的功能并没有受到任何的影响。系统的稳定性设计硬件看门狗电路来实现。论文的主要部分介绍了系统工作原理，硬件电路图，以及各部分功能图及相关的参数计算。第二章：硬件系统设计2.1 硬件部分工作原理2.1.1系统工作原理 设计一个典型的mcs-51系列单片机系统（芯片采用at89c2051）来控制风淋通道的检测通道门的控制风淋的启动及风淋时间和模式的控制。该系统主要实现风淋系统的智能控制，单片机系统实现功能包括：接收和处理检测电路所给信号，并给出控制信号，设置风淋系统的开启和风淋时间方式设置，以及控制着整个系统的稳定和可靠性。通道门电磁联动锁控，接收到检测电路信号后单片机实现通道门的电磁联动锁控.。门的开关状态采用可见光传感器检测，整个系统的稳定性设计硬件看门狗电路。2.1.2系统工作过程设a门为普通空间进入风淋通道门，经b门出通道进入洁净室。当人走到a门时，打开a门进入通道，关a门，由a门的可见光传感器检测门是否关好，未关好时间超过给定时间，声音警示，关好a门。若为强制风淋模式下，则不需要等待直接启动风机风淋；若为红外感应风淋模式，则当人走到红外发射器前挡住红外光线，产生信号启动风淋，按预定设置风淋，风淋结束，开b门，走出b门，b门关上，同样检测b门是否关好，一次风淋过程结束。 从b门进入风淋通道再出a门到普通空间如下图：2.1.3控制电路工作过程按3键上电后进入设定状态，按1键设定工作模式，包括红外风淋启动和强制风淋两种模式，按2健设定门未关好的声音警示等待时间长短两种情况。按3键设定风淋时间，进入风淋时间设定时，1键加10，2键加1，3键确定。不按键上电后，进入工作状态，1键控制系统运行开关，2键控制通道灯开关。系统复位采用硬件看门狗复位，通道们状态采用光敏二极管，并带声音提示电路，门开关采用继电器家电磁锁联所控制，红外监测采用红外对设式。2.2微处理器2.2.1 at89c2051介绍2.2.1.1功能特性：与mcs-51产品指令系统相兼容2k字节可重擦写闪速存储器1000次擦写周期工作电压2.7v到6v全静态操作：0 hz到24 mhz两级加密程序存贮器1288位片内ram15个可编程i/o口2个16位定时/计数器6个中断源可编程uart串行通道可直接驱动led输出端口内置一个模拟比较器低功耗空闲模式和掉电模式2.2.1.2功能特性描述：at89c2051是美国atmel公司生产的低电压，高性能cmos 8位单片机，片内含2k字节的可反复擦写的只读程序存储器(perom)和128字节的随机存取数据存储器（ram），器件采用atmel公司的高密度非易失性存储技术制造，兼容标准mcs-51指令系统，片内置通用8位cpu和flash存储单元，功能强大的at89c51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合。at89c2051提供以下标准功能：2k字节闪速存储器，128字节内部ram，15个可编程i/o口，2个16位定时/计数器，一个5向量2级中断结构，一个全双工的串行通信端口，内置一个精确的模拟比较器，片内振荡器和时钟电路。同时，at89c2051降至0hz的静态逻辑操作，并支持两种软件选择的节电运行模式。在空闲模式下，cpu停止工作，但允许ram, 定时器/计数器，串行通信端口和中断系统继续工作。在掉电模式下保存ram中的数据，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直至外中断激活或硬件复位。 2.2.1.3 at89c2051的管脚说明 vcc：电源电压 gnd：地p1口： p0是一个8位双向i/o端口。p1.2p1.7提供内部上拉电阻，p1.0和p1.1内部无上拉式电阻，主要是考虑它们分别是内部精确比较器的同相输入端（ain0）和反相输入端(ain1)，如果需要应在外部接上拉电阻。p1口输出缓冲器可吸收20 ma 电流并直接驱动led。当p1口引脚写入“1”时可作输入端，当引脚p1.2p1.7用作输入并被外部拉低时，它们将因内部的上拉电阻而输出电流. p1口还在flash闪速编程和程序校验期间接收代码数据。p3口： p3口的p3.0p3.5、p3.7是带有内部上拉电阻的7位双向i/o端口。p3.6没有引出，它作为一个通用i/o口但不可访问，但可作为固定输入片内比较器的输出信号，p3口缓冲器可吸收20 ma电流。当p3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的p3口将用上拉电阻输出电流. p3口还用于实现at89c2051特殊的功能，如下表所示：端口引脚 功能特性 p3.0rxd(串行输入口) p3.1txd(串行输入口) p3.2int0(外中断0) p3.3int0(外中断1) p3.4t0(定时/计数器0) p3.5t1(定时/计数器1)p3口还接收一些用于在flash闪速编程和程序校验的控制信号。rst: 复位输入。rst引脚一旦出现两个机器周期以上高电平，将使所有的i/o口都将复位到“1”（高电平）状态，当振荡器正在工作时，持续两个机器周期以上的高电平便可完成复位，每个机器周期为12个振荡时钟周期。xtal1：振荡器反相放大器的内部时钟发生器的输入端。xtal2：振荡器反相放大器的输出端。振荡器特征： xtal1、xtal2为片内振荡器的反相放大器的输入和输出端，如下图所示。可采用石英晶体或陶瓷振荡器组成时钟振荡器，如需从外部输入时钟驱动at89c2051，时钟信号从xtal1输入，xtal2应悬空。由于输入到内部电路是经过一个2分频触发器，所以输入的外部时钟无需特殊要求，但它必须符合电平的最大和最小值及时序规范。图1 振荡器接线图石英晶体时：c1,c2=30pf 10pf陶瓷振荡器：c1,c2=40pf10pf2.2.1.4 指令特性某些指令的约束条件：at89c2051是经济型价位的微控制器，它含有2k字节的flash闪速程序存储器，指令系统与mcs-51完全兼容，可使用mcs-51指令系统对其进行编程。但是在使用 些有关指令进行编程时，程序员须注意一些事项。和跳转或分支有关的指令有一定的空间约束，使目的地址能安全落在at89c2051的2k字节的物理程序存储器空间内，程序员须注意这一点。对于2k字节存储器的at89c2051来说，ljmp 7e0h是一条有效指令，而ljmp 900h则为无效指令。分支指令: 对于lcall, ljmp, acall, ajmp, sjmp, jmp a+dptr 等指令，只要程序员记住这些分支指令的目的地址在程序存储器大小的物理范围内（at89c2051程序地址空间为：0000h7ffh单元），这些无条件分支指令就会正确执行，超出物理空间的限制会出现不可预知的程序出错。cjne,djnz,jb,jnb,jc,jnc,jbc,jz,jnz等这些条件转移指令的适用与上述原则一样，同样，超出物理空间的限制也会引起不可预知的程序出错。至于中断的使用，80c51系列硬件结构中已保留标准中断服务子程序的地址。 2.2.1.5 数据存储器 at89c2051包含128字节数据存储器，这样，at89c2051的堆栈深度局限于内部ram的128字节范围内，它既不支持外部数据存储器的访问，也不支持外部程序存储器的执行，因此程序中不应有movx指令。一般的80c51汇编器即使在违反上述指令约束而写入指令时仍对指令进行汇编，用户应了解正在使用的at89c2051微控制器的存储器物理空间和约束范围，适当地调整所使用的指令寻址范围以适应at89c2051。2.2.1.6 at89c2051的极限参数2.2.1.8 产品序列信息2.2.2 时钟电路时钟电路时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，单片机本身就是一个复杂的同步时时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格的按时序工作。在89c2051芯片内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，其输入端为芯片的引脚xtal1，输出端为芯片引脚xtal2。在芯片的外部通过这两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容，形成反馈电路，就构成了一个稳定的自激振荡器。其电路连接如图（一）所示。 图（一） 图（二）单片机的时钟产生方法有两种：一种是内部时钟方式，一种是外部时钟方式如上图。本设计中采用内部时钟方式：利用芯片内部的振荡电路，在xtal1、xtal2引脚上外接定时元件，内部的振荡电路便产生自激振荡，利用示波器可以观察到xtal2输出的时钟信号。最常用的内部时钟方式是采用外接晶体和电容组成的并联谐振回路，即图 所示。振荡晶体可在1.2mhz12mhz之间选择。电容取值对振荡频率输出的稳定性、大小、振荡电路的起振速度有少许影响，c1、c2可在20pf100pf之间取值。本设计采用12mhz石英晶振，c1=c2=30pf+10pf。在设计印刷电路板的时候，晶体或陶瓷谐振器和电容应尽可能靠近单片机芯片安装，以减少寄生电容，更好的保证振荡器稳定和可靠的工作。2.2.3 复位电路在设计单片机应用系统时，必须了解单片机的复位状态。因为单片机应用系统工作时，会经常进入复位工作状态。应用系统的复位状态与单片机的复位状态密切相关。单片机的复位都是靠外电路来实现的，在时钟电路工作后，只要在rest引脚上出现10ms以上的高电平时，单片机便实现状态复位。复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式。复位时单片机的初始化操作，其主要功能是把pc初始化为0000h，使单片机从0000h单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误而使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需要按复位键以重新启动。rest引脚是复位信号的输入端，复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡脉冲周期(即2个机器周期)以上。本设计中采用外部看门狗电路实现单片机系统的复位。imp813l2.2.3.1 一般说明imp813l等cmos监控电路能监控电源及电池电压和p/c的工作状况。当电源电压降至4.65v以下（imp705/707/813l）或4.40v以下（imp706/708）时，即产生复位。每个器件在上电、掉电期间及在电压降低的情况下可产生一个复位信号。此外，imp813l带有一个1.6秒的看门狗定时器。2.2.3.2 特点精确的电源监控 4.65v门限（imp705/707/813l）去抖动的手动复位输入 电压监控 1.25v门限 电池监控/辅助电源监控2.2.3.3 应用范围 计算机和控制器 嵌入式控制器 电池供电系统 智能仪表 无线通讯系统 pdas及手持设备2.2.3.4引脚说明图及 2.2.3.5 极限参数 端电压（相对于地） vcc -0.3v至6.0v 所有其它输入 -0.3v至（vcc+0.3v）输入电流：vcc和地 20ma输出电流：所有输出端 20mavcc的上升速率 100v/s功耗 塑料dip（70以上按9mw/递减） 700mw so（70以上按5.9mw/递减） 470mw microso（70以上按4.1mw/递减） 330mw工作温度范围 imp705e/706e/707e/708e/813le -40至85 imp706c/707c/708c/813lc 0至70储存温度范围 -65至160引线温度（焊接，10秒） 300 强度超出所列的极限参数可能导致器件的永久性损坏。这些仅仅是极限参数，并不意味着在极限参数条件下或在任何其它超出推荐工作条件所示参数的情况下器件能有效地工作。延长在极限参数条件下的工作时间会影响器件的可靠性。2.3 存储器扩展at24c02是串行电可改写编程只读存储器eeprom,容量256k，封装是8引脚pdip方式，信息存取采用2线串行接口。2.3.1 at24c02引脚 vcc引脚，电源+5v.gnd引脚，地线。scl引脚，串行时钟输入端。在时钟的正跳沿即上升时把数据写入eeprom；在时钟的负跳沿即下降沿是把数据从eeprom中读出来。sda引脚，串行数据i/o端，用于输入和输出串行数据。这个引脚是漏极开路的端口，故可以组成“线或”结构。a0,a1,a2引脚，是芯片地址引脚。wp引脚，谢保护端。当把wp接地时，允许芯片执行一般读写操作；当把wp接到vcc时，则对芯片实施写保护。2.3.2.存储器的组织及运行2.3.2.1 存储器的组织 at2402内部含有256个字节，故需要8位地址对其内部字节进行读写。2.3.2.2运行方式 对于时钟及数据传送，串行数据i/o端sda一般需要用外部上拉电阻将其电平拉高。加到sda的数据只有在串行时钟scl对于地点平的时间周期内可以改变。当串行时钟scl处于高电平，sda的数据变化用于指明起始或停止状态。在scl为高电平期间，如果sda从低电平上升到高电平，则表示起始状态；如果sda从高电平下降到低电平，则表示停止状态，如下图：起始及停止状态定义起始状态：当scl高电平时，sda由高电平变到低电平则处于起始状态。起始状态应处于任何其他命令之前。停止状态：当scl处于高电平时，sda从低电平变成高电平则处于停止状态。在执行完读序列信号之后，停止命令将把eeprom置于低功耗的备用方式。应答信号：应答信号是由接收数据的期间发出的。当eeprom接受完一个写入数据之后，会在sda上发一个“0”应答信号ack。反之，当单片机接收完来自eeprom的数据后，单片机也应向sda发ack信号。备用方式：以保证在没有读写操作时芯片处于低功耗状态。2.3.2.3.at24c02的接口方法 at24c02时采用2线接口的存储器芯片，因此89系列单片机和at24c02之间进行数据传送只需要用两条连线就可以。这两条串行通信接口线分别称串行时钟线scl和串行数据线sda，也称2线串行总线。对at2402在2线串行总线上可以连接8片；在实际路逻辑电路中，scl线和sda线有时要产生高电平。由于在eeprom内部，它们是漏极开路结构，所以，需要外接上拉电阻。2.4 功能实现电路2.4.1 红外发射接收电路2.4.1.1.红外发射电路设计要求 一个性能良好的红外发射电路，需要考虑三个方面的要求，第一是必须具有良好的环境抗干扰性能，第二是能够进行遥控动作的空间范围必须达7米以上距离，第三是应该避免不必要的误控制，要想达到这三个要求，就必须对发出的编码信号进行调制处理，这里采用38-42khz的方波信号对编码信号进行载波调制，可以是接收电路采用选频放大器来获得良好的抗环境干扰性能。至于编码信号，现在多采用具有数字含义的脉冲码来与微处理配合使用。显然，最简单的编码信号是频率单一的方波信号。不过由于受到调制频率之间的倍率关系限制，采用频率单一的方波信号作为编码信号是，所能实现的控制路数很有限。同时，用通用的电子器件制作这种编码译码电路调试上也比较繁琐，产品生产上需要采用已经专门集成的红外发射，接收ic来进行设计才能保证质量可靠。电子爱好者在业余条件下，当然可以采用通用的电子器件来设计制作这种频率单一的编码红外遥控电路。其最大的收获就是可以提高自己的动手能力。2.4.1.2.555定时器及其应用图6.5.1 cb555的电路结构 555定时器是一种集成电路图6.5.1，因集成电路内部含有三个5千欧电阻而得名。利用555定时器可以构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。 图6.5.6 用555定时器接成的多谐振荡器 电阻和电容构成一个rc积分电路，其输入端接施密特触发器的输出端，其输出端接施密特触发器的输入端。用555定时器构成多谐振荡器就是这个思路。于是，我们先用555定时器构成一个施密特触发器，再把这个施密特触发器改接成多谐振荡器图6.5.6。不过，我们这个施密特触发器稍微复杂一些，除了“二六一搭”以外，又增加了一个电阻r1。r1与555定时器内部的放电管td构成了一个反相器。逻辑上，这个反相器的输出与555定时器的输出完全相同。因此，这个施密特触发器有两个输出端，分别为555定时器的3号脚和7号脚。我们看到，电阻r2和电容c构成了rc积分电路，施密特触发器的一个输出端（7号脚）接rc积分电路的输入端，rc积分电路的输出端接施密特触发器的输入端。这样，一个多谐振荡器就成了。也许有人会问，为什么要用两个输出端的施密特触发器呢？一个输出端的施密特触发器也可以呀！因为施密特触发器的另外一个输出端（3号脚）专门作为多谐振荡器的输出，所以我们可以最大限度地保证多谐振荡器的带负载能力。这个多谐振荡器可以驱动小型继电器！ 2.4.1.3 参数计算555构成多谐振荡器参数计算设计要求设计一个多谐振荡器，产生38khz方波信号，及振荡周期为26ms。输出脉冲为5v , 输出占空比为2:3 设计电路如下图：由q=(r5+r18)/(r5+2r18) 得：r5=r18；又 t=(r5+2r18)*c*in2=1；取c=0.01u,则代入上式得到3r5*c*in18=1；r5=r18=1.3k。红外接收电路目前常用的红外线遥控接收电路是一个三段器件（电源，地和输出脚），内含红外就收管，前置放大，解调等几部分电路，具有体积小，无需外接元件，接收角度宽，价格便宜等优点。其调制频率为38hz接受距离一般为十米左右。上图所示为cx20106a遥控接收电路图，当红外遥控器发射的遥控信号（红外光）照到红外光接受二极管（又称光电二极管）ph3028时，它将光信号转换成电信号，又1脚输入，经集成电路内部放大约7799db,再经限幅放大器后变为矩形脉冲，有滤波器进行频率选择，虑出干扰信号，有检波器滤掉载波检出指令信号，在经整形后，由7脚输出。也就是说，当接收到与cx20106a滤波器中心频率相符的红外光信号时，其输出端7脚就输出地电平。图中r1滤波器中心频率调节电阻。r2位前置放大器的反馈电阻，改变r2的大小，可以调整放大器增益。r3为输出端负载电阻。c2位检波电容。c3为积分电容。vd为红外光接受二极管，也可以用红外光接受三极管，具体接发是集电极接cx20106a的1脚，发射集接地。cx20106a的基本性能如下：（1）电源电压典型值5v，最大17v。（2）电源电流1.1！2.5ma（典型值为1.8ma）。（3）输出低电平0.2v。（4）电压增益7779db。（5）输入阻抗为27k。（6）滤波器中心频率f0为3060khz。未了减少外界光线的干扰，整个电路硬装在一个屏蔽盒里。2.4.2 可见光传感器电路在设计中用可见光传感器来判断门的开关状态电路图如下：如上图光电传感器o1和o2的承受电压：1.5-1.7v,当有光线照射时原边电流允许电流：0.004a,原边与副边电流传输比：1：1，没有光线照射时，原边电流几乎为0。所以r1=(5.0-1.5)v/0.004a=0.9k,因为at89051的高电平要求不小于4.1v,低电平不大于1v,由于9013的放大倍数是203，所以有光照时原边电流为0.004a，副边电流为0.004*203=0.812a，r2=4/0.812=0.5,通过测试没有光照时，低电平符合要求。2.4.3 门控电路利用三极管开关控制门锁互动，高电平是三级管开关接通继电器打开门，低电平开关关闭，继电器不工作。参数计算如下查阅资料可得通过继电器k1和k2的电流约为50ma(电源5v);又有：9013的放大倍数=203，ib50/203=0.25ma,r11=r1450/203=0.25ma,r(5-0.7)/0.25=17.2k。第三章：原理图和pcb图3.1 原理图的设计一、protel99原理图的设计（schematic） 原理图编辑器实际上就是原理图的设计系统，用户可以在该平台下对电路图进行编辑与设计各修改。进入原理图设计窗口的步骤如下：（1）、首先进入protel99系统，执行file(文件)/new(新建)命令建立一个新的原理图设计数据库，或者打开一个已经存在的数据库。如图1-1所示。（2）、建立或者打开一个文件后，执行file(文件)/new(新建)命令（3）、新建文件将会打包在当前所创建的文件（原理图设计数据库文件）中，系统把系统默认文件名改为你所想生成文件名后，点击图标即可进入原理图设计平台，进行原理图的设计与编辑。 (4)、进入设计窗口后，可以在首先执行design(设计)/options(选项)菜单下设置图纸的风格和大小尺寸等，具体参数设置如下： a、图纸方向的设置。在执行design/options后弹出的对话框中，选择sheet options 选择进行设置。其中landscape是横向，而portrait则是纵向图纸设置。 b、设置图纸颜色（图纸边框底色）。border选择项用来设置边框颜色，在选择了此项时，系统会弹出颜色对话框，你只需选择所需颜色后点击ok键后即可。sheet是设置图纸底纹颜色。在选择该选择页后同样会弹出颜色对话框，设置方法同上。 c、系统字体的设置。在点击design/options后，选择change system font 按钮，则可弹出字体对话框，您可以进行字体设置了。 d、电气节点的设置。在document options 对话框中，electrical grid 单选项是对电气节点的设置，如果选择此项，则系统就会将光标自动移动到它的搜索半径内，并且在该点上显示一个圆点。e、在document options 对话框中，选择organization 则是进行文档属性，名称，设计单位等进行设置。(5)、在设置好以上基本的内容后，则对原理图编辑平台半截元件库。（有些不同的元件可能半截不同的元件库，要根据自己所设计的原理图选择所要加载的元件库，具体参照本网站上有关具体说明。这里以基本元件库加以说明）执行design/add/remove library菜单，来打开对话框，在弹出的对话框中，选择design explorer 99librarysch文件夹下的文件类型为*.ddb的库元件文件，这里选择 miscellaneous devices。加入元件库后即可在编辑区内进行元件放置与元件属性的修改了。 (6)、对元件库进行装载以后，可通过place(放置)/part（元件）命令直接进行元件的放置，也可以爱过工具条上的按钮，打开所对应的对话框进行元件的放置。如果要修改元件的属性，可以直接双击所要修改的元件，在弹出的对话框中对所要修改有项进行修改。（7）、元件放置完以后，下一步工作即是对元件的位置进行调整，元件的调整非常简单，只需要点击所需移动的元件，按住不放，然后拖放到所想要放置的位置放开即可了。（8）、对元件位置调整好以后，即可以对元件进行连线，放线可以直接点击所想连接元件的管脚，然后按住不放，拖动到另下个元件的所需连接的管脚上，线自然就连接上了。(9)、作完以上步骤以后，下一步则要对所设计的电路图进行检查。若要进行电路图错误检查，可以使用命令tools/erc打开对话框，进行错误检查设置。 a、setup选项的设置。1、erc options操作框的设置。multiple net names on net 是检查同一个网络上是否拥有多个不同名称的网络标识。unconnected net labels 检查绘图页中是否有不连接到其它电气对象的网络标识。duplicate component designators 检查图纸中是否有元件编号重号的错误。（若有重号，可以通过tools/annotate对元件进行重新编号）。2、options 选项框 create report file 设置列出全部 信息并产生一个文本报告。dd error markers 设置图纸上有错误或获情况的位置上放置错误标记。 b、rule matrix 选项 setup electrical rule check 对话框是用来定义名种引脚、输入与输出及各端口间的连接情况是否构成错误或者警告。（10）、如果通过以上的检查，则可以生成网络表。执行design/create netlist命令，生成网络报表。3.2 电路板的印制随着电子技术的飞速发展和新型电子元器件的不断涌现，现代电子电路已经变得愈来愈复杂。而另一方面，微型计算机技术的迅猛发展，为我们提供了一个进行电路辅助设计的完美平台。设计中使用的protel99软件是一个功能强大的电路cad软件。protel99被设计成为一个客户/服务器应用程序，它包含有数目众多的服务器程序，原理图设计服务器、网络生成服务器、电路仿真服务器、pcb设计服务器和自动布线服务器等等。设计者可以运行各种服务器程序组件。而且，protel99有很强的兼容性，不论是protel99本身的组件，还是来自第三方的设计组件，都可以很容易地嵌入到protel99中，以增强其功能。protel99的客户程序还提供黑设计者一些基本的使用资源，如菜单、快捷键、工具栏、状态栏、工具管理等，设计者对这些资源可以自由定义，建立便于自己使用的菜单、快捷键、工具栏等。protel99强大的功能，可以使设计者随心所欲的设计各种电子电路，是一个非常实用的cad软件。印刷电路板是整个通讯协议卡系统中器件、信号线、电源线的高密度集合体，印刷电路板设计的好坏与否对抗干扰能力有很大影响，所以印刷电路板设计决不单是器件、线路的简单布局安排，同时还必须符合抗干扰的设计原则。3.2.1布局本文中的电路设计采用手工布局。手工布局的优点是：设计者可以完全按照电路工作的实际要求来进行元件的布局，所生成的元件布局可以符合实际要求，也利于后面的布线操作。同时，对于一个有着特殊要求的电路来讲，手工布局将极大地体现出设计者的构思和灵感。元件的布局首先要考虑pcb尺寸的大小。pcb尺寸过大时，印制线条长，阻抗增加，抗干扰能力下降，成本也相应的增加；pcb尺寸过小则不利于散热，而且邻近的线条也容易受干扰。在确定pcb尺寸后，再确定特殊元件的位置。最后，根据电路的功能单元对电路的全部元件进行布局。在确定特殊元件的位置时要遵循以下的原则：(1) 尽可能的缩短高频元器件之间的连线，设法减少它们的分布参数和互相间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互挨的太紧，输入和输出元件尽量远离。 (2) 一些元件或导线之间可能有较高的电位差，应加大它们之间的距离，以免放电引起短路。根据电路功能单元，对电路的全部元器件进行布局时，要符合以下原则：(1) 按电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持方向一致。(2) 以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它进行布局。元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在pcb上。尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。布局过程中，应尽量将相关的元器件就近放置，以减少走线的长度；时钟电路、晶振、电容应紧贴相接的芯片，这样有利于抗干扰，提高电路工作的可靠性。(3) 位于电路板边缘的元器件，与电路板边缘一般不小于2mm。电路板的最佳形状为矩形。3.2.2 布线布线是重要的抗干扰措施，本设计中首先对电源线进行手工布线，紧接着对电路板的其他部分进行自动布线，最后再对整个电路的布线进行手工修改。在整个布线过程中，应遵循以下原则：(1) 输入和输出端的导线应尽量避免相邻平行。最好加线间地线，以免发生反馈耦合。(2) 印制板导线的最小宽度主要由导线与绝缘基板间的粘附强度和流过它们的电流值决定。对于集成电路，尤其是数字电路，通常选0.020.3mm导线宽度。当然，只要允许，还是进可能用宽线。尤其是电源线和地线。电源线和地线应接成树状，尽量加粗，是它能通过三倍于印制板上的电流。如有可能，接地线应在23mm以上。导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定。对于集成电路，其间距最小可到0.5mm。(3) 印制导线拐弯处一般取圆弧形，而直角或夹角在高频电路中会影响电气性能。此外，尽量避免使用大面积的铜箔，否则，长时间受热时，容易发生铜箔膨胀和脱落现象。必须使用大面积铜箔时，最好用栅格状。这样有利于排除铜箔与基板粘合剂受热产生的挥发性气体。(4) 数字的地和模拟的分开。若线路板上既有逻辑电路又有线性电路，应使它们尽量分开。低频电路的地应尽量采用单点并联接地，实际布线有困难时，可部分串联后再并联接地。高频电路宜采用多点串联接地，地线应短而粗。第四章 系统调试调试工作是整个设计工作的关键，是对前期设计工作的一次实质性检查。同时，调试工作的顺利与否也可以一定程度上的反映出前期设计工作的质量。系统调试的内容很丰富，碰到的问题千变万化，解决的方案也是多种多样的，并没有统一的一种或几种模式。但大体上可以分为硬件调试和软件调试。硬件调试在设计中主要对单片机及周边电路的调试，电源上电后，给系统上电，观察单片机89c2051的晶振是否起振。晶振的频率较高，应将示波器的频率调高，观察是否有5v方波，如果能观察到方波，则表示系统正常；在调试89c55的外围电路时，检测24c02imp813l及开股开关电路是否能正常工作。如果不能，则检查其电源输入是否正常，如果正常但输入输出信号却不正常，波动很大，则看是不是存储器的接地脚是否没有接好。第五章：总结在老师的精心指导下，经过自己的努力，基本上完成了毕业设计所要求的内容。在系统可行性分析、原理设计、硬件电路搭建和参数的计算等方面都做了许多实际工作，收到了较为满意的结果。经过三个多月的学习和工作，我觉得这次设计很好的把以前所学的理论知识结合到实践中，特别是通过设计，充分理解啦单片机的结构，性能，功能等理论知识在实践中的应用，加强了对所学知识的理解和掌握。同时通过这次设计我也认识到理论知识与实践之间有一定的差距，只有通过不断的努力学习和实践才能很好的把理论知识应用于实际当中，也只有通过不断的实践才能加深对理论知识的理解。在这次设计过程中遇到很多书本上没有的问题，在老师的指导下，我学会了如何去查找相关资料，扩大了知识面，提高了知识水平；还学到很多宝贵的实践经验。通过这次设计不仅增强了自己的动脑能力和动手能力，也提高了我思考问题、分析问题和解决问题的能力，更重要的是学会用工程化的思想来解决问题。这在以前的学习过程当中是不曾学到的。通过这次设计我深切体会到严谨、科学认真得分析问题、解决问题的思想和态度是多么重要，只有拥有了科学的态度才能设计出有用产品。另外通过本次设计，使我也认识到自己理论知识和应用能力有很大的欠缺，需要在以后的学习中进一步提高。致谢本次毕业设计是在导师师公社老师悉心指导下顺利完成的。整个设计从课题选题、调研、信息收集和论文的撰写等过程都是在精心指导下完成的。师老师渊博的学识、敏锐的思维、严谨的作风，使我受益匪浅，终身难忘。求实创新、严以律己、宽以待人的崇高品质对学生将是永远的鞭策。感谢西安工业学院提供良好的学习和设计环境，使我能顺利的完成毕业设计。感谢我的同学们在整个毕业设计过程中对我的热情帮助。附录a 开题报告工业用智能红外风淋控制系统硬件部分开题报告工业用智能红外风淋控制系统是在生物电子食品医药医疗等现代生产生活中,要求与自然环境严格隔离情况下,产生的通道控制设备.自动检测,执行,警示,节能等新兴技术设计理念的引入,使得该单片机控制系统更具实用性和竞争力.一 . 工业用智能红外风淋控制系统的整体了解：设计一个典型的mcs-51系列单片机系统（芯片采用at89c2051）。at89c2051是一个低电压，高性能cmos 8位单片机，片内含2k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（perom）和128 bytes的随机存取数据存储器（ram），器件采用atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准mcs-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和flash存储单元，功能强大at89c2051单片机可为您提供许多高性价比的应用场合。at89c2051是一个功能强大的单片机，但它只有20个引脚，15个双向输入/输出（i/o）端口，其中p1是一个完整的8位双向i/o口，两个外中断口，两个16位可编程定时计数器,两个全双向串行通信口，一个模拟比较放大器。同时at89c2051的时钟频率可以为零，即具备可用软件设置的睡眠省电功能，系统的唤醒方式有ram、定时/计数器、串行口和外中断口，系统唤醒后即进入继续工作状态。省电模式中，片内ram将被冻结，时钟停止振荡，所有功能停止工作，直至系统被硬件复位方可继续运行.系统实现强制，红外风淋起动及定时（0-99s）控制，通道门采用电磁锁联动控制技术，门状态检测采用可见光传感器，设计看门狗电路维护系统的稳定性。硬件电路主要有以下几部分构成：进通道门前的检测电路，通道门状态检测及联动锁控电路，风淋启动电路及相应的时间和模式控制电路，工作，报警模式设置及电路，以及整个系统可靠性电路及设计。二、设计原理：1.系统主要实现风淋控制，采用单片机（芯片采用at89c2051）系统实现智能控制，单片机系统实现功能包括：接收和处理检测电路所给信号，并给出控制信号，设置风淋系统的开启和风淋时间方式设置，以及控制着整个系统的稳定和可靠性。通道门电磁联动锁控，接收到检测电路信号后单片机实现通道门的电磁联动锁控.。由普通空间进风淋室前的检测采用红外传感，门的开关状态采用可见光传感检测。三.各部分电路：1. 检测电路：特点：单通道门开关状态检测(可见光传感器),声音提示等. 功能: 实现由外到内,由内到外,由内到内,由外到外四种情况的判断检测以及检测的时效性和稳定性. 技术： 由普通空间是进风淋室前的检测采用红外传感，门的开关状态采用可见光传感检测。2. 通道门控制电路: 特点: 通道门电磁联动锁控(低电平动作,节 能模式).即每次只能一个门开。功能: 接收到检测电路信号后单片机实现通道门的电磁联动锁控. 技术：电磁互锁联动电路。3. 风淋启动电路: 特点:风淋启动及定时控制和模式控制. 功能:在通道门关闭状态下设置风淋的控制模式启动风淋系统,并设置风淋时间.控制模式可采用控制风淋和强制风淋两种。4. 稳定性电路: 特点:看门狗电路. 功能: 防止死循环出现确保各部分电路运行的可靠性和稳定性.有整体复位和部分复位。四. 原理框图假设a门是从普通空间进入风淋室的入口，b门是从风淋室走到洁净室的出口。则：系统原理框图如下：当人从b门进入时流程和a门基本一样。人离开通道时门两门自动关闭，强制风淋。附录b 中期报告在一个多月的学习过程中，我对工业用智能红歪风淋控制系统的硬件设计已经有了进一步的心得体会。对各部分电路的功能及其实现方法以及所需芯片都有了全面认识，对所用的芯片的性能和芯片接的连接已经基本掌握，并对系统原理的总体认识，细节功能部分的实现都有具体的了解。下一步我将着手具体的电路的设计，准备将其按功能快分别完成，包括时钟电路复位电路存储器扩展电路红外发射接收电路可见光传感器电路门控电路 键盘设计指示灯电路的设计并绘制电路原理图和pcb板布线图。 在接下来的时间里，我将按照设计要求一步一步的把设计内容完成。我相信，在老师的精心指导下和我自己的努力下，这次设计任务一定会圆满完成。附录c 系统原理图附录 d pcb图附录 e 英文资料1. at89c20518-bit microcontroller with 2k bytes flash at89c2051features compatible with mcs-51 products 2k bytes of reprogrammable flash memory endurance: 1,000 write/erase cycles 2.7v to 6v operating range fully static operation: 0 hz to 24 mhz two-level program memory lock 128 x 8-bit internal ram 15 programmable i/o lines two 16-bit timer/counters six interrupt sources programmable serial uart channel direct led drive outputs on-chip analog comparator low-power idle and power-down modesdescriptionthe at89c2051 is a low-voltage, high-performance cmos 8-bit microcomputer with2k bytes of flash programmable and erasable read only memory (perom). thedevice is manufactured using atmels high-density nonvolatile memory technologyand is compatible with the industry-standard mcs-51 instruction set. by combining aversatile 8-bit cpu with flash on a monolithic chip, the atmel at89c2051 is a powerfulmicrocomputer which provides a highly-flexible and cost-effective solution to manyembedded control applications.the at89c2051 provides the following standard features: 2k bytes of flash, 128bytes of ram, 15 i/o lines, two 16-bit timer/counters, a five vector two-level interruptarchitecture, a full duplex serial port, a precision analog comparator, on-chip oscillatorand clock circuitry. in addition, the at89c2051 is designed with static logic for operationdown to zero frequency and supports two software selectable