基于AT89C51单片机的多功能打铃系统的设计
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浙江工业大学浙西分校03电气毕业设计第1页目录第一章：前言2第一节：设计要求2第二节：单片机发展历程2第二章：摘要3第三章：设计综述4第一节：中文资料4第二节：英文资料4第四章：硬件部分设计方案5第一节：单片机的选择7AT89单片机的特点7AT8989系列单片机结构简况8第二节：键盘与显示电路8键盘输入电路9显示输出电路10第三节：打铃系统输出部分设计13固态继电器系统设计13交流电铃选取设计14第四节：X25043芯片描述设计.16第五节：片外资源的扩展23第六节5V稳压电源24第五章：抗干扰措施25第六章：软件部分设计方案26第一节：设计总体思路26第二节：框架流程浙江工业大学浙西分校03电气毕业设计第2页图28第三节：单片机资源分配30第四三节：程序列表软件2831第七章：结论60第八章:英文资料61第九章：中文资料71第十章：文献综述75附录：参考资料75致谢第一章前言1.1任务与要求设计基本参数及技术要求：1、正常情况下能显示时钟：用LED显示器显示年份、月份、日期、星期及时、分、秒等信息；2、能自动修正时间：可通过按键修改上述年、月、日、时、分、秒等数据；3、具有定时功能：可通过按键输入需要定时的时间，定时时间到了后能发出声光信号；4、可以任意设定一天的打铃时间：通过按键输入每节课的时间，课间的休息时间及中饭、晚饭等时间间隔值；1.2单片机发展历程浙江工业大学浙西分校03电气毕业设计第3页单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。1.SCM即单片微型计算机（SingleChipMicrocomputer）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功，奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。在开创嵌入式系统独立发展道路上，Intel公司功不可没。2.MCU即微控制器（MicroControllerUnit）阶段，主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，发展MCU的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。从这一角度来看，Intel逐渐淡出MCU的发展也有其客观因素。在发展MCU方面，最著名的厂家当数Philips公司。Philips公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势，将MCS-51从单片微型计算机迅速发展到微控制器。因此，当我们回顾嵌入式系统发展道路时，不要忘记Intel和Philips的历史功绩。3.单片机是嵌入式系统的独立发展之路，向MCU阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的发展自然形成了SoC化趋势。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展，基于SoC的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统第二章浙江工业大学浙西分校03电气毕业设计第4页摘要系统核心：AT89C51特性与MCS-51产品兼容在系统内有可编程的4KB闪存耐久性:1,000写/擦除周期全静态工作:0Hz24MHz三级程序存储器保密128x8字节的内部RAM32条可编程I/O线两个16位的定时/计数器六个中断源空闲模式和掉电方式AT89C51是一个带有4K字节闪速可编程可擦写只读存储器(EEPROM)的低压、高性能8位CMOS微型计算机。它采用ATMEL的高密非易失存储技术制造并和工业标准MC-51指令集和引脚结构兼容。通过在单块芯片上组合通用的CPU和闪速存储器，ATMEL89C51是一个强劲的微型机算计，它对许多嵌入式控制应用提供一高度灵活和成本低的解决办法。本多功能打铃设计应用AT89单片机的中断定时系统，进行定时、时间设置、打铃等功能，是嵌入系统的一个典型应用。关键字：嵌入系统AT89多功能打铃浙江工业大学浙西分校03电气毕业设计第5页AT89C51FeaturesCompatiblewithMCS-51Products4KBytesofIn-SystemReprogrammableFlashMemoryFullyStaticOperation:0Hzto24MHzThree-levelProgramMemoryLock128x8-bitInternalRAM32ProgrammableI/OLinesTwo16-bitTimer/CountersSixInterruptSourcesProgrammableSerialChannelLow-powerIdleandPower-downModesTheAT89C51isalow-power，high-performanceCMOS8-bitmicrocomputerwith4KbytesofFlashprogrammableanderasablereadonlymemory(PEROM).ThedeviceismanufacturedusingAtmelshigh-densitynonvolatilememorytechnologyandiscompatiblewiththeindustry-standardMCS-51instructionsetandpinout.Theon-chipFlashallowstheprogrammemorytobereprogrammedin-systemorbyaconventionalnonvolatilememoryprogrammer.Bycombiningaversatile8-bitCPUwithFlashonamonolithicchip，theAtmelAT89C51isapowerfulmicrocomputerwhichprovidesahighly-flexibleandcost-effectivesolutiontomanyembeddedcontrolapplic-ations第三章浙江工业大学浙西分校03电气毕业设计第6页浙江工业大学浙西分校03电气毕业设计第7页中文资料参考资料1.AT89C51特性与MCS-51产品兼容在系统内有可编程的4KB闪存耐久性:1,000写/擦除周期全静态工作:0Hz24MHz三级程序存储器保密128x8字节的内部RAM32条可编程I/O线两个16位的定时/计数器六个中断源空闲模式和掉电方式浙江工业大学浙西分校03电气毕业设计第8页描述AT89C51是一个带有4K字节闪速可编程可擦写只读存储器(EEPROM)的低压、高性能8位CMOS微型计算机。它采用ATMEL的高密非易失存储技术制造并和工业标准MC-51指令集和引脚结构兼容。通过在单块芯片上组合通用的CPU和闪速存储器，ATMEL89C51是一个强劲的微型机算计，它对许多嵌入式控制应用提供一高度灵活和成本低的解决办法。关键字：单片机AT89多功能打铃AT89C51FeaturesCompatiblewithMCS-51Products4KBytesofIn-SystemReprogrammableFlashMemoryFullyStaticOperation:0Hzto24MHzThree-levelProgramMemoryLock128x8-bitInternalRAM32ProgrammableI/OLinesTwo16-bitTimer/CountersSixInterruptSourcesProgrammableSerialChannelLow-powerIdleandPower-downModes浙江工业大学浙西分校03电气毕业设计第9页DescriptionTheAT89C51isalow-power，high-performanceCMOS8-bitmicrocomputerwith4KbytesofFlashprogrammableanderasablereadonlymemory(PEROM).ThedeviceismanufacturedusingAtmelshigh-densitynonvolatilememorytechnologyandiscompatiblewiththeindustry-standardMCS-51instructionsetandpinout.Theon-chipFlashallowstheprogrammemorytobereprogrammedin-systemorbyaconventionalnonvolatilememoryprogrammer.Bycombiningaversatile8-bitCPUwithFlashonamonolithicchip，theAtmelAT89C51isapowerfulmicrocomputerwhichprovidesahighly-flexibleandcost-effectivesolutiontomanyembeddedcontrolapplic-ations.浙江工业大学浙西分校03电气毕业设计第10页浙江工业大学浙西分校03电气毕业设计第11页设计综述主控器件选择AT89S51单片机，他内部有4k字节闪存，可擦写次数为1000次，128字节的RAM,16位的定时/记数器，芯片内部自带Watchdog电路.总线DBO-DB7通过锁存器74LS374去控制LED(七段数码管共阳极)的显示。价格在200元左右，适合本课题，并且价格便宜。接线方面我们使用P3.2控制DS12887。当调用或读写DS12887内的数据时，P3.2置0，操作完成后置1,P3.1控制发光二极管作显示的秒闪信号。P3.0控制启动外部设备，当需要启动时，P3.0输出低电平，使光藕工作，光藕的输出信号使继电器的吸合来控制设备启动.采用6MHz晶振接XTALI和XTAL2。单片机复位键通过10uF电解电容接高电平，10k电阻接地，以保证当复位键由高电位变为低电位时，自动复位。大致框架如下：浙江工业大学浙西分校03电气毕业设计第12页我采用AT89S51的PlC!的五个引脚对按键进行控制，P3.0,P3.1和P3.2三个端口分别控制继电器、发光二极管(秒闪)和时钟芯片DS12887。通过74LS138译码器控制四个锁存器74HC374,实现时和分的LED显示。通过光藕来控制继电器，实现外部设备的启动。五个功能按键实现了对基准时间和定时时间的设定、修改和清零等全部操作。同时在程序的执行过程中加入了看门狗电路，使得在程序运行的过程中，在程序跑飞的情况下及时复位。从而提高了整个系统的抗干扰能力.在工作状态下，单片机通过查询子程序对DS12887p7部地址OOH(秒)、02H(分)和04H(时)的提取，经过显示子程序，送到外部LED进行时和分的显示.利用DS12887可利用的114个字节进行对定时时间的存储。通过时间比较子程序每分钟都对存储的定时时间和DS12887的走时时间进行比较，当定时时间和走时时间相等时。P3.0的输出低电平，执行启动外部设各操作。具体单片机型号：ATMEL89系列单片机（简称89系列单片机）是ATMEL公司的8位FLASH单片机系列。这个系列单片机的最大特点就是在片内含有FLASH存储器。因此，有着十分广泛的用途，特别是在便携式、省电和特殊信息保存的仪器系统中显得更为有用。第四章浙江工业大学浙西分校03电气毕业设计第13页浙江工业大学浙西分校03电气毕业设计第14页中文资料参考资料1.AT89C51特性与MCS-51产品兼容在系统内有可编程的4KB闪存耐久性:1,000写/擦除周期全静态工作:0Hz24MHz三级程序存储器保密128x8字节的内部RAM32条可编程I/O线浙江工业大学浙西分校03电气毕业设计第15页两个16位的定时/计数器六个中断源空闲模式和掉电方式描述AT89C51是一个带有4K字节闪速可编程可擦写只读存储器(EEPROM)的低压、高性能8位CMOS微型计算机。它采用ATMEL的高密非易失存储技术制造并和工业标准MC-51指令集和引脚结构兼容。通过在单块芯片上组合通用的CPU和闪速存储器，ATMEL89C51是一个强劲的微型机算计，它对许多嵌入式控制应用提供一高度灵活和成本低的解决办法。关键字：单片机AT89多功能打铃AT89C51FeaturesCompatiblewithMCS-51Products4KBytesofIn-SystemReprogrammableFlashMemoryFullyStaticOperation:0Hzto24MHzThree-levelProgramMemoryLock128x8-bitInternalRAM32ProgrammableI/OLinesTwo16-bitTimer/Counters浙江工业大学浙西分校03电气毕业设计第16页SixInterruptSourcesProgrammableSerialChannelLow-powerIdleandPower-downModesDescriptionTheAT89C51isalow-power，high-performanceCMOS8-bitmicrocomputerwith4KbytesofFlashprogrammableanderasablereadonlymemory(PEROM).ThedeviceismanufacturedusingAtmelshigh-densitynonvolatilememorytechnologyandiscompatiblewiththeindustry-standardMCS-51instructionsetandpinout.Theon-chipFlashallowstheprogrammemorytobereprogrammedin-systemorbyaconventionalnonvolatilememoryprogrammer.Bycombiningaversatile8-bitCPUwithFlashonamonolithicchip，theAtmelAT89C51isapowerfulmicrocomputerwhichprovidesahighly-flexibleandcost-effectivesolutiontomanyembeddedcontrolapplic-ations.浙江工业大学浙西分校03电气毕业设计第17页浙江工业大学浙西分校03电气毕业设计第18页硬件部分设计方案4.1单片机的选择89系列单片机是以8031为核心构成的。所以，它和8051系列单片机是兼容的系列。这个系列对于8051为基础的系统来说，是十分容易进行取代和构成的。一、89系列单片机的特点：(1).内部含FLASH存储器。(2).和AT80C51插座兼容。(3).静态时钟方式。(4).错误编程亦无废品产生。(5).可反复进行系统试验。二、89系列单片机结构简况89系列单片的内部结构和80C51相近，主要含有如下一些部件。(1).8031CPU。(2).振荡电路。浙江工业大学浙西分校03电气毕业设计第19页(3).总线控制部件。(4).中断控制部件。(5).片内Flash存储器。(6).片内RAM。(7).并行I/O接口。(8).定时器。(9).串行I/O接口。本次设计采用的是AT89C51单片机。我们从系统硬件原理框图可以看到，在该系统中，单片机AT89C51是该系统的核心，它将完成脉冲的读取与传送。AT89C51是一种低功耗、低电压、高性能的8位单片机，片内带有一个4KB的Flash可编程、可擦除、只读存储器，它采用了工艺和ATMEL公司的高密度非易失性存储器技术,而且其输出引脚和指令系统都与MCS-51兼容。AT89C51主要性能：4KB可改编程序Flash存储器（可经受1000次的写入/擦除）。全静态工作：0Hz24MHz。3级程序存储器保密。1288字节内部RAM。32条可编程I/O线。2个16位定时器/计数器。6个中断源。可编程串行通道。片内时钟振荡器。另外，AT89C51是用静态逻辑来设计的，其工作频率可下降到0Hz，并提供两种可用软件来选择的省电方式空闲方式(IdleMode)和掉电方式(PowerDownMode)。在空闲方式中，CPU停止工作，而RAM、定时器/计数器、串行口和中断系统都继续工作。在掉电方式中，片内振荡器停止工作，由于时钟被“冻结”，使一切功能都暂停，故只保存片内RAM中的内容，直到下一次硬件复位为止。单片机AT89C51的封装方式有双列直插封装(DIP)方式和方形封装方式。对于双列直插封装方式，AT89C51引脚排列如图3-4所示。P1.0VccP1.1P0.0P1.2P0.1P1.3P0.2P1.4P0.3P1.5P0.4P1.6P0.5P1.7P0.614023933843753663573483393210311130122913281427152616251724182319222021浙江工业大学浙西分校03电气毕业设计第20页RESETP0.7P3.0EA/VppP3.1ALE/PP3.3PSENP3.2P2.7T0P2.6T1P2.5P3.6P2.4P3.7P2.3XTAL2P2.2XTAL1P2.1GNDP2.0AT89C51的引脚排列2.引脚功能说明：(1).主电源引脚：Vcc：电源端。GND：接地端。(2).外接晶体引脚：XTAL1：接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是构成片内振荡器的反相放大器的输入端。当采用外部振荡器时，该引脚接收振荡器的信号，即把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。XTAL2：接外部晶体的另一个引脚。在单片机内部，它是上述振荡器的反相放大器的输出端。采用外部振荡器时，此引脚应悬浮不连接。(3).控制或其他电源复用引脚：RESET：复位输入端。当振荡器运行时，在该引脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/PROG：当访问外部存储器时，ALE（地址锁存允许）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（此频率为振荡器频率的1/6）周期性地出现正脉冲信号。因此，它可用作对外输出的时钟或用于定时目的。然而要注意的是：每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。在对Flash存储器编程其期间，该引脚还用于输入编程脉冲(PROG)。PSEN：程序存储允许(PSEN)输出是外部程序存储器的读选通信号；EA/Vpp：外部访问允许端；当EA端保持高电平（接Vcc端）时，CPU则执行内部程序存储器的程序。在Flash存储器编程期间，该引脚也用于施加12V的编程允许电源Vpp（如果选用12V编程）。(4).输入/输出引脚：P0.0P0.7，P1.0P1.7，P2.0P2.7和P3.0P3.7P0端口（P0.0P0.7)：P0是一个8位漏极开路型双向I/O端口。作为输出口用时，每位能以吸收电流的方式驱动8个TTL输入，对端口写1时，又可作高阻抗输入端用。在访问外部程序和数据存储器时，它是分时多路转换的地址（低8位）/数据总线，在访问期间激活了内部上拉电阻。在Flash编程时，P0端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。浙江工业大学浙西分校03电气毕业设计第21页验证时，要求外接上拉电阻。P1端口（P1.0P1.7）：P1是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P1的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P1作输入口使用时，因为又内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流(IIL)。在对Flash编程和程序校验时，P1接收低8位地址。P2端口（P2.0P2.7）：P2是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P2作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流(IIL)。在对Flash编程和程序校验时，P2也接收高位地址和一些控制信号。P3端口（P3.0P3.7）：P3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P3的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P3作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流(IIL)。在对Flash编程和程序校验时，P3还接收一些控制信号。在AT89C51中，P3端口还用于一些复用功能。其复用功能如表3.2所示。端口引脚复用功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2INT0（外部中断0）P3.3INT1（外部中断1）P3.4T0（定时器0外部输入）P3.5T1（定时器1外部输入）P3.6WR（外部数据存储器写选通）P3.7RD（外部数据存储器读选通）P3各端口引脚与复用功能表以AT89C51单片机为中心构成的控制系统，由于程序存储器在单片机内部，四个口都可以作为IO使用，大大简化了外围电路，提高了系统的可靠性。在本人设计的系统中，将AT89C51设计为多功能可编程接口，其相关程序固化在片内的FlashROM中。在本次设计当中，P2口工作在基本输入输出方式，控制EEPROM的读写，串行EEPROM电路用了一块X25045，它既能存储编码器的参数，防止掉电丢失，又担当了监控CPU的看门狗。P1口的P1.0P1.3工作在输出状态，控制LED显示；P1.4P1.7用于操作键盘输入信息。其中，计数传感信号连到外部中断INT0端，它是正确编码的关键信号。复位电路和晶振电路比较简单，此处不再赘述。浙江工业大学浙西分校03电气毕业设计第22页4.2键盘与显示电路4.2.1键盘输入电路：键盘是一组开关的集合，是单片机系统中最常用的输入设备之一，键盘接口必须解决以下一些问题：(1).检测是否有键按下；(2).如有键按下，判定是哪一个键；(3).确定被按键的读数；(4).反弹跳（去抖动）；(5).不管一次按键持续的时间有多长，仅采用一个数据；(6).处理同时按键；键盘功能主要有按键识别、去抖、重键处理、发送扫描码、自动重发、接收键盘命令、处理命令等。键盘可以分为独立联接式和矩阵式两类，每一类按其译码方法又都可分为编码及非编码两种形式。编码键盘程序设计简单，但硬件电路复杂，价格较高；非编码键盘用软件来实现识别键、编码转换、去抖等功能，硬件电路简单，价格便宜。现代微机系统中广泛采用非编码键盘，采用行扫描法识别按下的按键。在本次设计中我采用的是独立联接式非编码键盘。这是最简单的键盘结构，每一键互相独立地各自接通一条输入数据线，如图3-9所示。任何一个键按下时，与之相联的输入数据线即被置0（低电平），而平时该线为1（高电平）。要判别是否有键按下，用单片机的位处理指令，十分简单和方便。独立联接式非编码键盘按键的功能:按键1：:执行多项功能。只有该键按下时，表示可调走时时间，SET键，设置键，通过他的输入，确定当前系统状态。此时可操作按键4。当只有按键3按下时，该键按下，表示56条定时均清0。浙江工业大学浙西分校03电气毕业设计第23页按键2:：在只有按键3按下时，该键为定时时间的存储显示。前两位为定时时间的小时位，后两位为分钟位。在只有按键1按下时，该键为走时时间清0键，此时走时时间的小时和分钟均为00,从00:00重新走时。加一按键，对系统选定的数值进行加一操作。按键3：:定时时间的选择。默认为第0条。键按下时加一。共56系统数值修改的位数选择，即分，时，天，修改的选择。条定时时间。依次循环显示显示器接口：按键4：ENTER键，确认键。4.2.2显示输出电路在单片机系统中，最常用的两种显示器是发光二极管显示器(LED)和液晶显示器(LCD)。本次设计，我采用发光二极管显示器。七段LED有共阴极与共阳极两种。为了在七段LED上显示字母或数字，必须将其转换可通过硬件译码或软件来实现。我选用8155芯片扩展来做显示输出电路。Intel8155是一种多功能的可编程接口芯片，它具有3个可编程I/O端口（A口和B口是8位，C口是16位）、1个可编程14位定时器/计数器和256B的RAM，能方便地进行I/O扩展和RAM扩展，其组成框图及引脚如图所示。浙江工业大学浙西分校03电气毕业设计第24页256B静态RAM14位定时器计数器8155为40脚双列直插式封装，其引脚的功能及特点说明如下：RESET：复位端，高电平有效。当RESET端加入5us左右宽的正脉冲时，8155初始化复位，把A口、B口、C口均初始化为输入方式。AD0-AD7：三态地址数据总线。采用分时方法区分地址及数据信息。通常与MCS-51单片机的P0口相连。其地址码可以是8155中RAM单元地址或I/O地址。地址信息由ALE的下降沿锁存到8155的地址锁存器中，与RD和WR信号配合输入或输出数据。CE：片选信号端，低电平有效。它与地址信息一起由ALE信号的下降沿锁存到8155的锁存器中。IO/M：RAM和I/O接口选择端。IO/M=0时，选中8155的片内RAM，AD0-AD7为RAM地址（00H-FFH）；IO/M=1时，选中8155片内3个I/O接口以及命令/状态寄存器和定时器/计数器。AD0-AD7为I/O接口地址，见下表AD0-AD7A7A6A5A4A3A2A1A0选中的寄存器XXXXX000命令/状态寄存器XXXXX001A口（PA0-PA7）XXXXX010B口（PB0-PB7）XXXXX011C口（PC0-PC7）XXXXX100定时器/计数器低8位寄存器XXXXX101定时器/计数器高6位寄存器及输出波形方式（2位）RD：读选通信号端，低电平有效。当CE=0、RD=0时，将8155片内RAM单元或I/O接口的内容传送到AD0-AD7总线上。WR：写选通信号端，低电平有效。当CE=0、WR=0时，将CPU输出送到AD0-AD7总线上的信息写到片内RAM单元或I/O接口中。浙江工业大学浙西分校03电气毕业设计第25页ALE：地址锁存允许信号端。ALE信号的下降沿将AD0-AD7总线上的地址信息和CE及IO/M的状态信息都锁存到8155内部锁存器中。PA7-PA0：A口通用输入/输出线。它由命令寄存器中的控制字来决定输入/输出。PB7-PB0：B口通用输入/输出线。它由命令寄存器中的控制字来决定输入/输出。PC5-PC0：可用编程的方法来决定C口作为通用输入/输出线或作A口、B口数据传送的控制应答联络线。TIMERIN：定时器/计数器脉冲输入端。TIMEOUT：定时器/计数器矩形脉冲或方波输出端（取决于工作方式）。VCC：+5V电源端。集电极开路高压输出的六反相缓冲器/驱动器74LS06，其引脚排列如图所示。74LS06的引脚排列其管脚1，3，5，9，11，13为输入端；管脚2，4，6，8，10，12为输出端。其推荐工作条件如表所示。参数最小额定最大电源电压Vcc4.75V4.75V5.25V输入高电平电压VIH2V输入低电平电压VIL0.8V输出截止态电压Vo(OFF)30V输出低电平电流IOL40mA表74LS06工作条件注意到74LS06输出低电平电流为40mA，为了能够驱动4个显示器，限流电阻的大小要配备合适。电源电压是5V，一个发光二极管的管压降约为1.2V，经过计算，限流电阻选1K左右合适。5V稳压电源具有过压保护的5V稳压电源，采用集电极输出串调电源，具有成本底、体浙江工业大学浙西分校03电气毕业设计第26页积小、效率高、重量轻、纹波底和稳定精度高高等特点，具有过流和过压保护装置。可供实验室做电路试验，也可做固态电路和微处理机的供电电源，还可做专用的仪器仪表等其他电器的电源。1.工作原理电路如附图所示。闭合电源开关S，电网电源220V经变压器T降压，由桥式整流二极管VD1-VD4和电容C4整流、滤波使输出端获得稳定的5V电压。集成稳压器W7850的最大输出电流为1.5A，要想使输出电流1.5A，则要扩大输出电流，为此在W7850的外围接一只大功率三极管VT，它采用的是并接式扩流方式，即W7850的1号脚与VT的基极相连，W7850的2号脚与VT的集电极相连，这样两输出电流之和满足输出1.6A电流的要求。W7850集成稳压器的内部有过热和安全区保护电路。尽管如此，由W7850和三极管VT等组成的稳压电源输出端仍有可能发生过压，为确保负载的安全，本电源在集成块的典型应用电路基础上，加上过压保护电路，该电路由稳压二极管VD7、电阻R3、晶闸管VS和快速熔丝管FU等组成。本电源工作正常时输出电压为5V，晶闸管VS呈截止状态，当稳压电源由于某种原因（如集成块损坏或调整管击穿）使输出电压超过限定值时，即超过5.6V，稳压管VD7击穿，取样电压Ur3升高使晶闸管VS触发而导通，造成熔丝熔断，从而保护了负载。在集成稳压器W7850的1、2号脚和扩流管VT的发射极和集电极间分别并联二极管VD5和VD6。主要是用来保护集成块和扩流管。当输入端发生短路或输出端电压过高而使晶闸管VS导通造成输入端短路时，稳压端电压因熔丝熔断立刻为零，而输出端电容器C8上充足的电荷不能立即放光，因而造成输出端瞬间电压高于输入端，为了防止这个反向峰值电压击穿稳压器W7850或功率管VT，故加了二极管VD5和VD6将此电荷泄放掉，从而保护W7850和VT。电容C1和C2为二极管VD1-VD4的输入和输出电容，可抑制高频谐波干扰。电阻R1为电容C4提供泄放电流回路。发光二极管LED用与工作指示。2.元器件选择大功率三极管VT为2SB683。整流二极管VD1-VD4为4G4B41或5A400V全桥。单向晶闸管VS为SF8841。稳压管VD7为2CW103。对发光二极管LED的型号无特殊要求。除电阻R1功率不小于3W外，其他均为1/2-1/4W型电阻。大功率管2SB683和集成块W7850属功耗较大的元件，除采用标准大功率三极管外壳封装外，还必须加足够的散热面积的散热器。如果散热不良，稳压器的过热保护电路将限制正常的电流输出浙江工业大学浙西分校03电气毕业设计第27页晶振：型号XO53规格：5.0x3.2x1.0频率：1.0MHz-125MHz_温度稳定性：10PPM100PPM_工作电压：5.0Vor3.3V_输出形式：TTL/COMS_对称性：45%-55%_外型尺寸：SMD因为我们选择AT89的编程电压为5V频率为6MHZ所以以上的选择完全符合我们的要求。具体图片：LED的选择：LED是利用化合物材料制成pn结的光电器件。它具备pn结结型器件的电学特性：I-V特性、C-V特性和光学特性：光谱响应特性、发光光强指向特性、时间特性以及热学特性。由于本课题的工作环境并不恶劣，所以可以选择比较简单。可以选择一般的LED即可。我选择的LED：名称：3短脚普亮红发红型号：3AR2PD08浙江工业大学浙西分校03电气毕业设计第28页八D锁存器(3S,锁存允许输入有回环特性)简要说明:373为三态输出的八D透明锁存器,共有54/74S373和54/74LS373两种线路结构型式，其主要电器特性的典型值如下(不同厂家具体值有差别):型号tPdPD54S373/74S3737ns525mW54LS373/74LS37317ns120mW373的输出端O0O7可直接与总线相连。当三态允许控制端OE为低电平时，O0O7为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当OE为高电平时，O0O7呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。当锁存允许端LE为高电平时，O随数据D而变。当LE为低电平时，O被锁存在已建立的数据电平。当LE端施密特触发器的输入滞后作用，使交流和直流噪声抗扰度被改善400mV。引出端符号：D0D7数据输入端OE三态允许控制端（低电平有效）LE锁存允许端O0O7输出端外部管腿图：逻辑图：真值表：极限值:电源电压.7V输入电压54/74S373.5.5V54/74LS373.7V输出高阻态时高电平电压.5.5V工作环境温度浙江工业大学浙西分校03电气毕业设计第29页54XXX.-5512574XXX.070存储温度.-65150推荐工作条件：54/74S37354LS373/74LS373单位最小额定最大最小额定最大电源电压Vcc544.555.54.555.5V744.7555.254.7555.25输入高电平电压ViH22V输入低电平电压ViL540.80.7V740.80.8输出高电平电流IOH54-2-1mA74-6.5-2.6输出低电平电流IOL542012mA742024脉冲宽度twLE(H)615nsLE(L)7.315保持时间tHD1010ns建立时间tsetD00ns静态特性（TA为工作环境温度范围）参数测试条件【1】S373LS373单位最小最大最小最大VIK输入嵌位电压Vcc=最小，Iik=-18mA1.5-1.5VVOH输出高电平电压Vcc最小，VIL最大，VIH=2V，IOH最大2.42.4VVOL输出低电平电压Vcc=最小，VIL最大，VIH=2V,IOL=最大540.50.4V740.50.5II最大输入电压时输入VI=5.5V1mA电流Vcc最大VI=7V0.1IIL输入低电平电流Vcc最大,VIL=0.5V-0.25mAVIL=0.4V-0.4IIH输入高电平电流Vcc最大,VIH2.7V5020uAIOS输出短路电流Vcc最大-40-100-30-130mA浙江工业大学浙西分校03电气毕业设计第30页Icc电源电流Vcc最大，OE接4.5V16040mAIOZH输出高阻态时高V02.4V50mA电平电流Vcc最大，VIH=2VV02.7V20IOZL输出高阻态时低V00.5V-50mA电平电流Vcc最大，VIH=2VV00.4V-201:测试条件中的“最小”和“最大”用推荐工作条件中的相应值。动态特性(TA=25)参数【2】测试条件S373LS373单位最大最大tPLHD到O1218nstPHL1218tPLHLE到Vcc=5VCL=50pF(L1430nstPHLO0O7RL=280S373为1830tPZHOE到(LS373为45pF)1528nstPZLO0O7667)1836tPHZOE到920nstPLZO0O7CL=5pF12252tPLH输出由低到高传输延迟时间tPHL输出由高到低传输延迟时间tPZH输出由高阻态到高允许时间tPZL输出由高阻态到低允许时间tPHZ输出由高到高阻态禁止时间tPLZ输出由低到高阻态禁止时间4.3打铃响应输出部分信号源为单片机.P1.6口，作为第二功能使用的串行输入输出端口。4.3.1固态继电器系统设计：继电器作为直流小电流信号与交流大电流负载的连接元件，需要其有一定的稳定性，和高效开关的特性，普通的继电器已无法满足这些需求，所以本设计使用固体继电器（SOLIDSTATERELAY）以下简单称为SSR固体继电器的特点：1）工作可靠浙江工业大学浙西分校03电气毕业设计第31页2）开关速度快3）工作频率高4）寿命长5）噪声低这些特点非常适合作为工作频繁的各种微电脑控制仪表、仪器中使用。使用SSR时应注意以下几点：！）SSR的负载能力会随温度升高而下降，因此，在使用温度较高的情况下，选用时必须留一定余量。2）当SSR断开和接通电感性负载时，在其输出端必须加接RM压敏电阻，其额定电压的选择可以取电源电压有效值的1.9倍。3）因为组成SSR的内部电子元件均具有一定的漏电流，其值通常在5-10MA，故在使用时，尤其是在开断小功率电机和变压器时，容易产生误动作。4）使用SSR时，切忌负载两端短路，以免损坏器件。5）对针孔焊接式SSR和触发用SSR，使用时要注意焊接温度应不大于260C，焊接时间不大于10S。SSR主要参数浪涌电流（电网一周）700%普通型SSR静态电压上升率dVs/dt100V/s普通型SSR换向电压上升率dVc/dt10V/s增强型SSR静态电压上升率dVs/dt100V/s增强型SSR换向电压上升率dVc/dt100V/s2A、3A、4A、5A、6ASSR漏电流小于2mA大于等于10A的SSR漏电流小于12mA过零型SSR过零区域15V输出通态压降3V绝缘电阻（输入、输出及外壳间）1000M绝缘电压（输入、输出及外壳间）2000VAC使用温度范围-30+75过零型SSR开启最大延时10msSSR关断最大延时10ms电网频率50Hz（或60Hz）选用SSR型号为HS350Z主要参数：工作电压UinDC4-8V输入电流Iin10MA输出电流Io50A负载电压Ur交流160-430VSSR外型和内部原理图浙江工业大学浙西分校03电气毕业设计第32页4.3.2交流电铃选取设计：交流电铃作为负载是本系统的输出信号最终端，而由于学校用电铃需要覆盖范围较大，所以要求电铃功率较大（电铃功率的影响发声响度的关键因素）。所以采用直接与220V交流电源相接，保证有足够的电源功率供应。而SSR继电器只是作为触发电路。4寸交流电铃直径：100MM，功率：20VA。本产品系无火花冲击式电铃，使用电压220V，可配每个打铃仪使用，停电不打铃。单价：50元/只P3.0P3.1所发出信号由高电平与低电平组成，高电平代表逻辑真，而低电平代表逻辑假。假设P3.0发出的定时为逻辑A，P3.1发出的循环定时为逻辑B。画出其卡诺图为AB01000111得出其值与AB的逻辑表达式为Q=AB浙江工业大学浙西分校03电气毕业设计第33页由于会出现竞争冒险，所以改变逻辑电路为时序逻辑电路消除竞争冒险引进T1作为CP脉冲并且设置为上升沿有效，那CP当AB逻辑值改变时并不直接触发电铃，而是等待CP脉冲有效才触发既实际打铃开始时间略微延迟，这样就保证了AB值在交互时不产生误打铃。构成门电路的元件通常分为两大类：1）用双极型半导体器件作为元件的双极型集成逻辑电路2）用金属-氧化物-半导体场效应管作为元件的MOS集成逻辑门电路。第一类就是晶体管-晶体管逻辑电路（Transistor-transistorLogic简称为TTL）TTL电路具有中等开关速度，每级门的传输延迟时间最快为3X10-9-7X10-9S；电路占用管芯面积较大，电路驱动能力较强；电路功耗较大。第二类就是（Metal-Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistor简称为MOSFET）。其特点是功耗低（25-100W）、电源电压范围宽（318V）抗干扰能力强，输入阻抗高（大于100M）、扇出能力强、逻辑摆幅大等特点，应用范围极广，发展速度很快的特点。综合以上各特点选用TTL更为实用。使用TTL集成电路使用注意事项：1）为保证电路正常工作，电路的工作条件不应超过所规定的极限范围。2）电路如用手工焊接，不得使用大于45W的电烙铁，焊剂选用中性焊剂。3）TTL电路电源电压典型值为+5V4）TTL电路的工作状态告诉转换时，电源电流会出现瞬间尖峰值，称为尖峰电流或浪涌电流，幅度可达4-5MA，该电流在电源线与地线上产生的压降讲引起噪声干扰。为此在集成电路电源和地之间接0.01F的高频滤波电容，在电源输入端接20-50F的低频滤波电容，消除干扰。5）不能将电源和地线接反，否则将烧毁电路。6）输出端不允许与低电阻连接。时序逻辑电路图交流电铃与SSR的连接由单片机芯片部分的P3.0，P3.1I/O口发出的信号由一个或门作为选通，将Ui信号送至SSR将信号放大后驱动电铃产生铃响。由于输出功率足够大，所以如果在情况要求下也可以外并接一个发光元件作光信号输出。SSR与负载连线图浙江工业大学浙西分校03电气毕业设计第34页4.3.3秒信号计时电路由石英晶振所产生的信号电路XTAL1是单片机接外部晶体管的引脚。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。XTAL2为输出端，在片内通过这两个引酵的震荡与微调电容C形成反馈电路，构成稳定的自激振荡器。电路中的C一般取30PF左右。有晶振所产生的信号为fosc=6MHZ所以机器周期为2s将T0设置成定时状态T0=50MS将T1设置成计数状态T1=10n计满溢出产生中断T1产生中断为1S4.4.X25043芯片描述芯片控制的指令被组织成一个8bit,这些命令中有两条只要直接将指令代码写入芯片即可,有两条读指令用于初始化输出数据其他的指令,还需要一个8位浙江工业大学浙西分校03电气毕业设计第35页的地址,以及相关的数据所有指令见于下表它们都是通过SP1串行总线来写入器件的写允许。指令名称指令格式完成的操作WREN00000110写允许WRDI00000100写禁止RSDR00000101读状态寄存器WRSR00000001写状态寄存器看门狗和块锁定
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