消毒衣柜控制器模拟设计及调试.doc

学号：1109111021 2013- 2014学年 第2学期 单片机应用技术课 程 设 计 报 告 题 目：消毒衣柜控制器模拟设计与调试 专 业： 自动化 班 级： 11自动化（1）班 姓 名： 李勇 指导教师： 臧大进 宋鸿儒 成 绩： 电气工程学院2014年4月20日课 程 设 计 任 务 书学生班级： 11自动化（1）班 学生姓名： 李勇 学号：1109111021 设计名称： 消毒衣柜控制器模拟设计与调试 起止日期： 指导教师： 藏大进 宋鸿儒 设计要求：1、硬件设计 单片机主电路、按键电路、输出电路、LED显示电路2、软件设计 系统流程图、各功能程序3、安装调试 （1）能够实现四种消毒模式控制，时间分别为2分、4分、6分、10分； （2）每种消毒模式都有模式指示和剩余时间显示，时间到有声音提醒； （3）开门时停止消毒，门灯点亮，消毒灯、门灯用12V供电。摘 要 单片机消毒衣柜控制器由硬件和软件两部分组成.硬件部分主要由控制电路、震荡电路、按键电路和LED显示电路及报警电路等组成。由直流电源向系统供电,采用MCS-51单片机作为其控制芯片。软件编程由伟福仿真器编程，分为主程序，中断服务程序和延时程序组成。所研制的消毒衣柜具有存放、消毒杀菌及装饰等功能。实测参数表明,该消毒衣柜控制器具有实用性强。程序设计包括对硬件和软件的综合设计，即对硬件和软件功能的划分。软件和硬件之间有密切的相互制约的联系，在应用系统或产品中，有的地方要从硬件设计角度对软件提出特定的要求，而再另一些地方则可能要从软件考虑出发向硬件结构提出要求或限制。硬件和软件在一定程序上具有互换性，多用硬件研制周期短，工作速度快，但增加了硬件成本；多用软件则成本可降低，但增加了软件的复杂性和研制工作量。对于大批量投产的项目，可多用软件，以软代硬。关键词：MCS-51单片机；按键电路；LED显示电路目 录1 系统总体设计11.1 系统的硬件设计11.2 系统的软件设计12 硬件电路设计22.1 主要元件介绍22.2 电路图53 软件设计73.1 主程序流程图73.2 子程序流程图84 系统调试94.1 调试内容94.2 调试问题解决9总 结10参考文献11附 录12 1 系统总体设计1.1 系统的硬件设计 伟福实验系统有丰富的实验电路和灵活的组成方法。这些电路可以和8031系列芯片组合完成实验，此实验仪器将高档仿真器所具有的逻辑分析仪和程序跟踪器等强大功能移植过来，所以实验时不仅知道软件执行过程，也能直观的看到程序运行时，电路的信号状态，工作时序，非常详细的了解电路的工作情况。本实验硬件设计主要是指应用系统的扩展部分设计和各功能模块设计，包括单片机电路设计、扩展电路设计、输入/输出通道设计、控制面板设计等。（1）单片机电路的设计主要包括时钟电路、复位电路、供电电路、I/O电路的设计；（2）扩展部分的设计主要完成程序存储器、数据存储器，I/O接口电路的设计；（3）输入/输出通道的设计包括传感器电路、放大电路、多路开关、A/D转换电路、D/A转换电路、开关量接口电路、驱动及执行机构的设计；（4）控制面板的设计主要完成按键、显示器、报警电路的设计。 若单片机内部资源已能满足应用系统的要求，不必进行扩展，只需设计成一个最小应用系统就行了。 硬件电路的设计要仔细推敲，力求正确无误，从而避免硬件电路的大返工，因为系统调试中不易修改硬件。系统的硬件设计还应注意以下几点：（1）尽可能选择标准化、模块化的典型电路；（2）在条件允许的情况下，尽可能选择功能强、集成度高的电路或芯片，尽可能采用最新的技术；（3）系统的扩展、外围设备配置水平和各功能模块的设计，应充分满足应用系统的功能要求，并适当留有余地，以备将来修改、扩展之需要；（4）整个系统中相关的器件要尽可能做到性能匹配，并且要充分考虑系统各部分的驱动能力；（5）工艺设计要考虑安装、调试、维修的方面；（6）可靠性及抗干扰设计是硬件系统设计中不可缺少的一部分，它包括芯片和器件的选择、去耦滤波、印制电路板布线、通道隔离等1。电1路主要由震荡电路、指示电路、按键电路和LED数码管显示电路组成，按键电路分别负责控制消毒模式为2分钟，4分钟，6分钟，10分钟，LED显示电路可用于显示各消毒模式的剩余时间，所以还需要指示电路来显示消毒模式，不同颜色的彩灯发光就可以用来表示不同消毒模式，LED数码管可以显示消毒的剩余时间。1.2 系统的软件设计（1）每秒钟的设定延时方法可以有两种一中是利用MCS-51内部定时器才生溢出中断来确定1秒的时间，另一种是采用软延时的方法。（2）计数器硬件延时（3）计数器初值计算定时器工作时必须给计数器送计数器初值，这个值是送到TH和TL中的。他是以加法记数的，并能从全1到全0时自动产生溢出中断请求。因此，我们可以把计数器记满为零所需的计数值设定为C和计数初值设定为TC可得到如下计算通式： （式1.1）式中，M为计数器摸值，该值和计数器工作方式有关。在方式0时M为 ；在方式1时M的值为。（4）计算公式 （式1.2）是单片机时钟周期TCLK的12倍；TC为定时初值。如单片机的主脉冲频率为TCLK12MHZ，经过12分频方式0： （式1.3）方式1： （式1.4）显然1秒钟已经超过了计数器的最大定时间，所以我们只有采用定时器和软件相结合的办法才能解决这个问题2。2 硬件电路设计2.1 主要元件介绍（1）8051芯片介绍 单片机的引脚图如图2.1所示: 图2.1 单片机的引脚图主电源引脚VCC和VSS，VCC（40脚）接+5V电压，VSS（20脚）接地。外接晶体引脚XTAL1和XTAL2 ，XTAL1（19脚）接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部振荡器时，对8051单片机，此引脚应接地；对8051单片机，此引脚作为驱动端.XTAL2（18脚）接外晶体的另一端。在单片机内部，接至上述振荡器的反相放大器的输出端。采用外部振荡器时，对8051单片机，该引脚接外部振荡器的信号，即把外部振荡器的信号直接接到内部时钟发生器的输入端；对8051，此引脚应悬浮。控制或与其它电源复用引脚RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP RST/VPD（9脚）当振荡器运行时，在此脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。VCC掉电期间，此引脚可接上备用电源，以保证内部RAM的数据不丢失。当VCC主电源下掉到低于规定的电平，而VPD在其规定的电压范围（50.5V）内，VPD就向内部RAM提供备用电源。ALE/PROG（30脚）：当访问外部存贮器时，ALE（允许地址锁存）的输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器，ALE端仍以不变的频率周期性地出现正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。ALE端可以驱动（吸收或输出电流）8个LS型的TTL输入电路。PSEN（29脚）：此脚的输出是外部程序存储器的读选通信号。在从外部程序存储器取指令（或常数）期间，每个机器周期两次PSEN有效。EA/VPP（引脚）：当EA端保持高电平时，访问内部程序存储器，但在PC（程序计数器）值超过0FFFH（对851/8751/80C51）或1FFFH（对8052）时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。当EA保持低电平时，则只访问外部程序存储器，不管是否有内部程序存储器。输入/输出（I/O）引脚P0、P1、P2、P3（共32根）P0口（39脚至32脚）：是双向8位三态I/O口，在外接存储器时，与地址总线的低8位及数据总线复用，能以吸收电流的方式驱动8个LS型的TTL负载。 P1口（1脚至8脚）：是准双向8位I/O口。由于这种接口输出没有高阻状态，输入也不能锁存，故不是真正的双向I/O口。P1口能驱动（吸收或输出电流）4个LS型的TTL负载。对8052、8032，P1.0引脚的第二功能为T2定时/计数器的外部输入，P1.1引脚的第二功能为T2EX捕捉、重装触发，即T2的外部控制端。P2口（21脚至28脚）：是准双向8位I/O口。在访问外部存储器时，它可以作为扩展电路高8位地址总线送出高8位地址。在对EPROM编程和程序验证期间，它接收高8位地址。P2可以驱动（吸收或输出电流）4个LS型的TTL负载。P3口（10脚至17脚）：是准双向8位I/O口，在MCS-51中，这8个引脚还用于专门功能，是复用双功能口。P3能驱动（吸收或输出电流）4个LS型的TTL负载。作为第一功能使用时，就作为普通I/O口用，功能和操作方法与P1口相同。作为第二功能使用时，各引脚的定义如表所示。值得强调的是，P3口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入输出或第二功能3。（2）LED数码管简介 LED数码管显示器由发光二极管显示字段的显示器件，也称为数码管，其外形结构如下图所示(此图为共阴极的管脚配置，如果将图中的共阴极公共端接VCC，就是共阳极的管脚配置)。它由8个发光二极管构成，通过不同的组合可用来显示09、AF及小数点“.”等字符如图2.2:图2.2 LED数码管显示数码管有共阴极和共阳极两种结构规格，共阴极数码管的发光二极管的阴极共地，当某发光二极管的阳极为高电平时，二极管点亮：共阳极数码管的发光二极管是阳极，并接高电平，对于需点亮的发光二极管将阴极接低电平即可。在此实验中我们所选择的共阴极数码管。把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极，使用时公共阴极接地。每个发光二极管的阳极通过电阻与输入端相连。当阳极端输入高电平时，段发光二极管就导通点亮，而输入低电平时则不点亮4。2.2 电路图单片机消毒衣柜电路图如下图2.3：图2.3 单片机消毒衣柜电路图（1）按键电路按键电路中的K9负责开关柜门，即控制LED0二极管，K9控制2分钟消毒，K10控制4分钟消毒，K11控制6分钟消毒，K12控制10分钟消毒，K13K16没有实际功能。按键的电路图如图2.4所示：图2.4 按键电路图（2）LED显示电路图LED显示电路中的数码管用于显示各消毒模式的剩余消毒时间，由单片机的P2端口接UNL2803芯片，再由芯片接数码管段码，数码管另一端的位码接单片机P3端口。LED数码管显示电路图如图2.5所示：图2.5 LED数码管显示电路图（3）震荡电路设计 8051内含有一个高增益的反相放大器，通过XTAL1、XTAL2外接作为反馈元件的晶体后，构成自激振荡器，接法如图所示2.6： 图2.6 振荡电路电路图设计的程序中,利用单片机定时器设计时间处理，其时、分、秒控制原理。定时闹钟的动作利用时间计时处理来做秒计数，当所设置的时间到了，则发出一阵声响，启动继电器，由继电器可以控制家电开启或关闭。单片机定时器负责定时的计数，不会因为按键处理而中断时间秒数的增加，时、分、秒数据是存在变量内并写入七段显示器的缓冲区内，而由显示器扫描程序中定时扫描而显示时间5。（4）模式显示电路此部分电路中的LED0在柜门打开时发光，柜门关闭后LED0熄灭，当2分钟、4分钟、6分钟、10分钟消毒模式分别被选中后则分别由LED1、LED2、LED3、LED4二极管发光指示，当LED1LED4四个二极管中有一个发光时，其它三个熄灭。模式显示电路电路图如下图2.7：图2.7 模式显示电路电路图3 软件设计3.1 主程序流程图主程序实现判断柜门是否已开，若已开则不能执行消毒；若已关闭，则可选择消毒时间并实行消毒。主程序流程图如下图3.1：图3.1 主程序流程图主程序首先负责判断柜门是否已开，若已关则可以执行消毒；若为开则返回重新判断，知道柜门为关才可执行消毒。3.2 子程序流程图（1）四个子程序分别表示开始执行以选中的消毒模式，并判断各种模式下的消毒时间是否已到，若时间已到则中断返回到主程序，若未到则继续执行消毒。2，4，6，10分钟消毒控制流程图分别如如下图： 图3.2 2分钟中断服务流程图 图3.3 4分钟中断服务流程图图3.4 6分钟中断服务流程图 图3.5 10分钟中断服务流程图（2）1秒钟延时程序使用了DJNZ Rn,rel指令，此指令为2字节指令，其功能为：寄存器内容减1，如得结果不为0，则程序转移；如所得结果为0，则程序顺序执行。经过每次另Rn减1，并多次循环后使此段程序执行完成时正好历时1秒钟，实现了延时1秒钟的目的。1秒钟延时程序流程图如下图：图3.6 1秒钟延时程序流程图4 系统调试4.1 调试内容 在硬件调试过程中，首先应检查各输入输出口是否接得正确，段选，位选是否接得正确。有时由于实验设备的问题，会导致某些现象，例如，彩灯不亮，数码管无显示等等，这时就须另换接口进行调试。在软件调试的过程中，往往会因为执行语句顺序的颠倒而导致程序错误，有时也会因为添加了某条语句而使程序进入死循环。所以在软件调试过程中，检查程序的过程尤为重要，同时还要确定WAVE仿真器是否设置正确，在此基础上，一步一步的调试程序。最后通过软件仿真观察结果是否正确。在硬件调试与软件调试均结束后，再把硬件与软件相连，进行总体上的调试，看实验现象是否能通过实验箱得以实现，有时在软件上能实现的程序在硬件上未必能实现，这就需要我们在此过程中通过修改程序进行一步步的调试。 4.2 调试问题解决 在软件调试过程中，遇到了一些技术上的小问题，把CJNE总打成CJNZ，把LOOP打成L00P，把L0打成LO，这些的小问题上有些出路。在总体的设计上，总是在显示的时候在LED总是显示乱码，在查找过程中，发现是由于查表语句出现问题，把MOVC A，A+DPTR打成了MOV A,DPTR,改正错误后，显示出来就不乱码。在调试延时程序的时候，少打了循环次数语句MOV R7，#200，加上之后程序按照设计的思想运行，能运行后还要重新赋值。总 结 基于单片机的消毒衣柜控制器上的拨码开关可以控制消毒器的消毒时间，消毒时间可以分别为2分钟，4分钟，6分钟，10分钟。这几种消毒模式分别由红，绿，黄和红灯指示。每次消毒的剩余时间由LED数码管显示。并且每次消毒只能在柜门以关上的情况下才能进行，柜门未关时不能进行消毒。半个月的课程设计是对我所学专业知识、技术、技能各方面的一个总结。由于个人能力有限，因此课程设计还存在一些问题，也有很多不完善的地方。但我懂得在以后的工作中要全面考虑事情，不能急于求成。在此衷心感谢我的指导老师德湘轶老师，她教会了我在处理问题时的步骤和方式。感谢德老师在制做过程中对我的耐心指导和帮助。这次课程设计是将我大学四年中难忘的一件事，也是给各位老师的一个汇报，在以后的路上，我会更加充满信心向更深处学习，绝对不辜负你们的期望。参考文献1张毅坤： 单片微型计算机原理及应用.西安电子科技大学出版社 1998年2月.2杨光友、朱宏辉：单片微型计算机原理及接口技术.中国水利水电出版社.2002年2月.3余锡存、曹国华：单片机原理及接口技术M.西安电子科技大学出版社.2000年7月.4江力:单片机原理与应用技术.清华大学出版社.2008年4月.5蔡骏:单片机实验指导教程.安徽大学出版社.2008年7月.附 录程序如下：LED0_LV BIT P1.0LED1_HUANG BIT P1.1LED2_HONG BIT P1.2LED3_LAN BIT P1.3LED4_QING BIT P1.4BEISHU DATA 40HDINGSHIDATA 41HXD_TIME DATA 42HDINGSHI_BUFDATA43HDIG0 DATA 30HORG 0000H ;开始LJMP MAIN ;跳到主程序ORG 0003H ;外部中断入口地址RETIORG 000BHLJMP T0_SERORG 0013HRETIORG 001BHRETIORG 0023HRETIORG 0100HMAIN:SETB LED0_LV ;开门时候绿灯点亮CLR LED1_HUANG ;开门时候黄灯灭 CLR LED2_HONG ; 开门时候红灯灭 CLR LED3_LAN ;开门时蓝灯灭CLR LED4_QING ;开门时绿灯灭MOV TMOD, #01H ; 定时方式1 MOV TL0, #0B0H ;赋初值 MOV TH0, #3CH MOV BEISHU, #240 ;2s定时 MOV DINGSHI,#5 ;1分钟定时倍数 MOV XD_TIME, #2 SETB EA ;开中断 SETB ET0 ;开定时器T0中断 SETB TR0 ;关定时计数器T0MLOOP: LCALL DISPLAY ;长调用延时指令 LCALL KEY_SCAN ;长调用键盘输入指令 SJMP MLOOPT0_SER: MOV TL0, #0B0H ;赋初值 MOV TH0, #3CH DJNZ BEISHU, T0_OUT MOV BEISHU, #240 ;2s定时 DJNZ DINGSHI, T0_OUT MOV DINGSHI,#5 ;1分钟定时倍数 DJNZ XD_TIME,T0_OUT LCALL XIAO_DU_WAN_CHENG ;长调用指令T0_OUT:RETIXIAO_DU_WAN_CHENG: CLR TR0 MOV TL0, #0B0H MOV TH0, #3CH MOV BEISHU, #240 MOV DINGSHI,#5 SETB LED0_LV CLR LED1_HUANG CLR LED2_HONGCLR LED3_LANCLR LED4_QING RETKEY_SCAN: ;键盘程序 MOV P0,#01111111B MOV A,P0 JNB ACC.2,KEY_12 MOV P0,#10111111B MOV A,P0 JNB ACC.2,KEY_11 MOV P0,#11011111B MOV A,P0 JNB ACC.2,KEY_10 MOV P0,#11101111B MOV A,P0 JNB ACC.2,KEY_9 MOV P0,#11110111B MOV A,P0 JNB ACC.2,KEY_13LJMP KEY_OUTKEY_9: ;键盘9程序两分钟消毒 CLR LED0_LV SETB LED1_HUANG CLR LED2_HONG CLR LED3_LANCLR LED4_QINGMOV XD_TIME, #2 SETB TR0 LJMP KEY_OUTKEY_10: ;键盘10程序四分钟消毒 CLR LED0_LV CLR LED1_HUANG SETB LED2_H