单片机课程设计-消毒柜控制器的设计.doc

消毒柜控制器设计 课程设计报告课程名称： 单片机课程设计 院 部： 电气与信息工程学院 专业班级： 自动化07102班 学生姓名： 指导教师： 完成时间： 评阅意见：评阅教师 日期 报告成绩： 21电气与信息工程学院自动化07102班 消 毒 柜 控 制 器 设 计目 录摘 要4第一章 消毒柜控制器总体方案设计5第二章 消毒柜控制器单元设计61、独立式键盘接口电路设计6 键盘说明.6 键盘设计方案.62、LED显示接口电路设计8 显示说明.9 显示设计方案及工作原理.9第三章 消毒柜控制器单元电路仿真分析103.1按键仿真103.2 功能及显示仿真10总 结13致 谢14参考文献：15附录一 消毒柜控制器程序：16附录二 消毒柜控制器总电路图20附录三 消毒柜控制器元件详细清单.21摘 要随着人们生活水平的不断提高，以及随着科学技术特别是微型计算机技术的高速发展，单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中消毒柜控制器是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活提供更好更方便的设施就需要从单片机技术入手，一切想着数字化控制，智能化控制方向发展。目前，单片机已经在日常生活和控制领域等方面得到广泛的应用，它正为我国经济的快速发展发挥着举足轻重的作用。作为自动化专业的一名工科学生应该牢牢掌握这一重要技术。而课程设计这一环节是我们提高单片机应用能力的很好机会，也是我们学好这一课程的必经环节。通过课程设计可以进一步巩固我们前面所学理论知识，使我们对单片机理论知识有一个深刻的认识和全面的掌握。另外通过这一真正意义上的实践活动，我们可以从中发现自己不足之处并能够在自己的深思下和老师的指导下得到及时的解决。再次，它能使我们的应用能力和科技创新能力得到较大的提高本课程设计是单片机系统在消毒柜控制器方面的简单应用。目前单片机技术已经在消毒柜等为控制对象的控制系统中得到了广泛的应用，而在这一控制过程中必须通过单片机来进行数据的输入、输出及分析与处理。基于此本课程设计以8051单片机为核心，p2.4、p2.5、p2.6为按键输入，P1.0P1.5口分别接发光二极管用于消毒、干燥和照明状态指示，利用串行口RXD、TXD发送数据，连接两个LED数码管作为串行显示模块，借助汇编语言形成功能完善的控制软件，从而达到了本次课程设计中消毒柜的控制要求。第一章 消毒柜控制器总体方案设计为了确定其设计方案，首先必须构思好初步的设计思路。根据设计要求和实验仿真条件，初步的设计思路可以总结如下：1) 采用内部振荡方式来产生频率为12MHZ的时钟脉冲。2) 键盘采用三个开关按键作为独立式键盘。3) 显示部分采用串行静态显示。4) 用软件加硬件的方法采用定时/计数器0来实现定时1s。5) 通过按键扫描的方法来实现各种不同消毒干燥过程。6) 用四个发光二极管来表示各种不同消毒干燥过程，用一个发光二极管来表示照明。根据设计要求与设计思路，可以确定该系统的设计方案，图1为该系统设计的硬件电路设计框图。硬件主要由四部分组成，即时钟源和复位电路、单片机、小键盘、LED显示器。单片机采用AT89C51。LED显示采用静态串口显示，需用2个LED数码管和2个74LS164移位寄存器,以及5个发光二极管。时冲源用一个12MHZ晶振构成内部振荡方式来产生12MHZ的时钟脉冲。8051单片机 时钟源复位电路键盘LED数码管功能执行部分图1 消毒柜控制器硬件框图 LED显示也可以采用动态显示。但综合考虑本设计还是采用如上方案。第二章 消毒柜控制器单元设计本设计需用到AT89C51单片机、独立式键盘接口、发光二极管、LED数码管和74LS164移位寄存器等硬件，与其它设计相比其硬件设计相对简单，且在实验室也容易实现。LED和74LS164一起构成静态串口显示。硬件设计总图见附录二。下面对各部分硬件的设计进行简单的介绍。1、独立式键盘接口电路设计根据设计要求与设计思路，并考虑到实际情况，键盘采用三个开关按键。其中2个按键为控制键，即A1用来控制不同种类的消毒、加热干燥过程;A2用来控制照明;A3为A1按键所按次数确认键。 键盘说明a. 开机时所有指示灯均熄灭，按一下A1则LED1亮，臭氧发生器开始工作，20s后，LED1灭，LED2亮；20s后，LED2灭，LED3亮，臭氧消毒结束，进入加热干燥阶段。20秒后，LED3灭，LED4亮，再经过20秒后LED4灭，整个消毒、加热干燥过程结束。b. 需要不同种类的消毒、加热干燥时，可以通过按A1进行选择，每按一次A1，点亮的LED指示灯下移一位，只进行余下的消毒、干燥过程。要求消毒柜有如下四种消毒干燥过程：、（1）LED1亮消毒20秒消毒20秒加热20秒加热20秒；（2） LED2亮消毒20秒加热20秒加热20秒；（3）LED3亮加热20秒加热20秒； （4）LED4亮加热20秒c. A2单独控制，按一下A2，点亮照明灯LED5，再按一下A2，关闭照明灯LED5。 键盘设计方案根据课题要求键盘模块有两种方案：第一种就是常见的扫描式（见图），即CPU不断的对按键部分进行扫描，知道有按键按下，然后对其进行判断，最后跳到相应的功能子模块。图2 扫描式键盘第二种方案就是采用外部中断（见图），即当某一按键按下时，同时启动外部中断，从而跳到中断子程序进行相应的判断。图2 中断式键盘两种方案相比较而言，第一种则会大量占用CPU的时间，CPU将不断的对接口进行扫描，这时候CPU的效率将大大降低，但是与第二种采用外部中断相比较来说它的程序将简单的多。2、LED显示接口电路设计根据设计要求可知，系统需要显示2位数字，因此需用到2个LED数码管。LED显示接口有两种方案。第一种是动态显示接口，它利用人眼视觉暂留特性来实现显示的。第二种方案是静态显示。采用动态显示，即使显示内容没有变化CPU也必须反复执行显示程序，当CPU 执行程序时动态显示将不能工作，CPU利用效率低。与第一种方案比较而言，第二种方案静态显示将会更加稳定。故考虑到显示的数字需要移位以及实验室的条件，本系统采用串口静态显示。串口静态显示需用到2个移位寄存器，这里采用2个74LS164。其硬件图如下：图4 LED显示接口电路 显示说明如图4所示，两个LED是8段共阴极数码管，它们的端口9接地；LED的a,b,c,d,e,f,g,d接限流电阻后分别与74LS164的QA,QB,QC,QD,QE,QF,QG,QH相连；编号为1的74LS164的端口A、B连在一起并与单片机的RXD相连，另一个74LS164的A、B端口连在一起并与前一个QH端口相连；两个74LS164的端口CLK连在一起并与单片机的TXD相连，与+5V电源相连。 两个LED的主要功能是用来显示两位时间；74LS164的主要功能是在脉冲的作用下移位，并具有锁存作用。 显示设计方案及工作原理图4与单片机连在一起构成静态串口显示，当单片机执行指令MOV SBUF,A时单片机开始通过串行输入口RXD向74LS164移位寄存器传送一个字节的数据，与此同时前一个移位寄存器向后移位寄存器也传送它之前寄存的一个字节数据。因为LED与移位寄存器是对应相连的，因此LED会根据74LS164寄存器中的值作出对应的显示。移位寄存器接收数据是单片机通过TXD向74LS164的CLK发送脉冲所致，脉冲的频率直接影响发送数据的速度。第三章 消毒柜控制器单元电路仿真分析借助keil和Proteus软件对电路进行仿真。其次借助protel软件绘画电路图。Keil是德国keil software公司开发的一个51单片机开发软件平台，是一个用户比较广大的单片机应用系统开发软件。Keil是针对51系列单片机推出的基于32位Windows平台，以51系列单片机为开发目标、高效率的C语言集成为基础的开发环境。Proteus软件有十多年的历史，在全球广泛使用，除了其具有和其它EDA工具一样的原理布图、PCB自动或人工布线及电路仿真的功能外，其革命性的功能是，它的电路仿真是互动的，针对微处理器的应用，还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，并实现软件源码级的实时调试。Keil与Proteus可以联合使用，在单片机应用系统开发工作中，结合Keil与Proteus各自的特点，综合应用，可以提高开发工作效率。3.1按键仿真通过Proteus对按键部分进行仿真。当A1按下一次并按下确认键A3，LED1点亮。如图所示。当按下A2时，LED5照明灯点亮。3.2 功能及显示仿真通过Proteus对功能及显示部分进行仿真。如下图所示，当跳到功能子程序一时，LED1点亮，显示部分进行20秒的倒计时。在此过程中，当A2健按下时，照明灯将点亮。如下图所示。如下图所示，在LED1点亮20秒后熄灭，LED2点亮，并且显示部分进行20秒的倒计时。其他仿真过程相同。总 结通过持续二周的学习，我终于完成了该课程设计。本设计的题目是消毒柜控制器的设计。在这两周内，通过书本、网上、图书馆收集了大量跟这个设计相关的资料，然后再根据课程设计的任务和要求，利用收集的资料来完成我的设计任务。单片机课程设计是大学中一个非常有意义的实习。在设计的这段时间中，我不仅使我将课本上的知识运用到实际中，同时更重要的是让我学到了书本以外的知识和解决问题的方法。本设计利用汇编语言结合单片机处理器来完成，在设计中，能用软件实现的功能尽量采用软件实现，以避免硬件结构的庞大，保证电路工作性能稳定可靠。但是在设计过程中，也遇到了一些问题，譬如说对定时器的应用不是很了解。其次，在按键部分不知如何确定按键次数等等。当然经过这次课程设计也使我对单片机课程有了跟深层次的了解。总之，经过这次课程设计，让我受益匪浅。我不仅仅是学到了新的知识，提高了硬件设计能力，锻炼了汇编语言的编程能力与技巧，而且对单片机领域的知识有了进一步的理解。课程设计让我增强了能力、增长了知识。致 谢首先我要感谢的是我的父母，是他们辛苦地将我抚养长大！同时也感谢院里给我们创造了这样一个难得的好机会，使我们能够锻炼自己，培养自己独立思考的能力。在这期间，尤其是我的指导老师给了我莫大的帮助。他不厌其烦地认真地指导我的课程设计，耐心地指导我如何去撰写好一份报告，从他身上我学到了许多受用一生的道理和书本上无法学到的知识，其次我要感谢同学，他们的帮助对我的消毒柜控制器的课程设计起到了非常重要的作用，在此表示衷心的感谢！参考文献：1彭介华.电子技术课程设计指导M.北京：高等教育出版社，20062谢自美.电子线路设计实验测试M.武汉：华中理工大学出版社，20003陈光东.赵性出.单片微机原理与接口技术.武汉：华中大学出版社科技，19994孙育才等.Atmel新型AT89S52系列单片机及其应用.北京：清华大学出版社，20055鲍可进等.C8051F单片机原理与应用.北京:中国电力出版社,20066周润景等.基于Proteus的电路及单片机系统设计与仿真.北京:北京航空航天大学出版社，20061012附录一 消毒柜控制器程序： GW EQU 40H SW EQU 41H JS EQU 46H DSQ EQU 47H ORG 0000H AJMP MAIN ORG 000BH AJMP INTT0 ORG 0030HMAIN:MOV SCON, #10H MOV IE, #10000010B MOV TMOD, #01H MOV TH0, #3CH MOV TL0, #0B0H MOV JS, #00H MOV R0,0P24: JB P2.4,P26 LCALL DELAY JB P2.4,P26 JNB P2.4,$ INC R0 CJNE R0,#4,P25 AJMP PANDUANP25: JB P2.5,P24 LCALL DELAY JB P2.5,P24PANDUAN: CJNE R0,#1,B1 LCALL ZICHENGXU1 AJMP GGB1: CJNE R0,#2,B2 LCALL ZICHENGXU2 AJMP GGB2: CJNE R0,#3,B3 LCALL ZICHENGXU3 AJMP GGB3: LCALL ZICHENGXU4GG: MOV R0,0 LJMP P24ZICHENGXU1: MOV R2,4 MOV A,#01HAA1: MOV P1,A MOV GW, #0C0H MOV SW, #0C0H LCALL LED SETB TR0 CJNE R5,#20H,$ MOV JS,#00 RL A DJNZ R2,AA1 RETZICHENGXU2: MOV R2,#3 MOV A,#02HAA2: MOV P1,A MOV GW, #0C0H MOV SW, #0C0H LCALL LED SETB TR0 CJNE R5,#20H,$ MOV JS,#00 RL A DJNZ R2,AA2 RETZICHENGXU3: SETB C MOV R2,#2 MOV A,#04HAA3: MOV P1,A MOV GW, #0C0H MOV SW, #0C0H LCALL LED SETB TR0 CJNE R5,#20H,$ MOV JS,#00 RL A DJNZ R2,AA3 RETZICHENGXU4: MOV A,#08H MOV P1,A MOV GW, #0C0H MOV SW, #0C0H LCALL LED SETB TR0 CJNE R5,#20H,$ MOV JS,#00 RETINTT0: PUSH PSW PUSH ACC MOV TH0, #0C0H MOV TL0, #0C0H MOV R6,DSQ DJNZ