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本科生课程设计 论文 辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术课程设计 论文 课程设计 论文 题目 题目 拨码开关延迟继电器设计拨码开关延迟继电器设计 院 系 院 系 电气工程学院电气工程学院 专业班级 专业班级 测测 控控 09092 2 班班 学学 号 号 090301009030104141 学生姓名 学生姓名 于世震于世震 指导教师 指导教师 起止时间 起止时间 2012 06 18 2012 06 292012 06 18 2012 06 29 本科生课程设计 论文 I 课程设计 论文 任务及评语课程设计 论文 任务及评语 院 系 电气工程学院 教研室 测控技术与仪器 注 成绩 平时20 论文质量60 答辩20 以百分制计算 学 号090301041学生姓名于世震专业班级测控092 题目拨码开关延迟继电器设计 课程设计 论文 任务 设计一个能够根据 8 位拨码开关的状态构成一个延迟常数控制继电器的开关 设计任务 设计任务 1 以单片机为控制核心 延迟指定时间后使闭合继电器 2 读取 8 位拨码开关的状态 以八位开关的状态作为二进制的延迟常数 3 设计两个按键 其中一个按键控制倒计时的开始 另一个按键重新置入倒计时常数 倒计时开始后倒计时显示计时的秒数 4 设计相应的驱动电路 设计要求 设计要求 1 分析系统功能 尽可能降低成本 选择合适单片机 数码管等 设计相应驱动电路 和键盘电路 2 应用专业绘图软件绘制硬件电路图和软件流程图 3 按规定格式 撰写 打印设计说明书一份 其中程序开发要有详细的软件设计说明 详细阐述系统的设计过程 字数应在 4000 字以上 工作计划 1 布置任务 查阅资料 理解掌握系统的设计要求 2 天 分散完成 2 选择合适单片机 数码管等元器件型号 1 天 实验室完成 3 绘制硬件电路图 1 天 实验室完成 4 按系统的控制要求 编写软件程序 3 天 分散 2 天 实验室 1 天 5 上机调试 修改程序 答辩 2 天 实验室完成 6 撰写 打印设计说明书 1 天 分散完成 指导教师评语及成绩 平时 论文质量 答辩 总成绩 指导教师签字 年 月 日 本科生课程设计 论文 II 摘 要 随着科学技术的飞速发展 单片机技术已经迅速的运用到人们的日常生活中 在人们的生产控制中起到了至关重要的作用 这次设计就是在这样的一种情况下运 用而生 本次设计以 AT89S52 单片机为核心 用数码管 继电器 拨动开关等器件 设计一个控制电路 实现由 8 位拨码开关控制继电器工作的设计 这次设计我们要 用 AT89S52 单片机的运算与控制功能 它作为整体设计的核心部件 利用其汇编语 言编写程序 协调各部分电路工作 其次我们设计显示电路 首先利用 74LS244 它作为 3 态 8 位缓冲器作为驱动电路与 3 个动态 LED 数码显示管组成显示电路 继 电器电路也是人们经常运用的部件 它能作为各个方面的控制器 在人们的机械领 域起到了举足轻重的作用 总之 拨码开关延迟继电器设计能够广泛的真正的运用 到工业生产人们的日常生活中 关键词 单片机 拨码开关 继电器 本科生课程设计 论文 III 目 录 第 1 章 绪论 1 第 2 章 系统总体方案 2 2 1 概述 2 2 2 系统总体方案的比较 2 2 3 系统整体框图 3 第 3 章 系统硬件选择与设计 4 3 1 电源电路设计 4 3 2 复位电路设计 4 3 3 晶振电路的设计 5 3 4 显示电路的设计 6 3 5 继电器电路的设计 7 3 6 拨动开关电路的设计 8 第 4 章 软件设计 10 4 1 总程序框图 10 4 2 去抖子程序框图 11 第 5 章 系统性能测试与分析 13 第 6 章 课程设计总结 14 参考文献 15 附录 16 附录 II 17 本科生课程设计 论文 1 第 1 章 绪论 随着社会的进步微电子技术的不断发展 单片机的智能化程度越来越高 反应 速度也越来越快 产片的覆盖面也面向整个社会了 各个公司生产的不同单片机的 性能也越来越高 本次设计的单片机系统主要是利用 8 位拨码数码开关控制继电器工作 以 AT89S52 单片机为控制核心 延迟指定时间后使闭合继电器 读取 8 位拨码开关的 状态 以八位开关的状态作为二进制的延迟常数 再设计两个按键 其中一个按键 控制倒计时的开始 另一个按键重新置入倒计时常数 当倒计时开始后倒计时显示 计时的秒数 来完成人类生活的需要 在本次设计中要在每个环节进行必要的测试 与改正 这次设计我们需要详细了解每个芯片的作用 例如单片机 AT89S52 它作为整 体设计的控制核心 协调控制各部分电路 3 位 8 态缓冲器 74LS244 与 3 位 LED 动 态数码显示管共同组成显示电路 使人们能够清晰了解数值的变化 希望本次设计能 够真正的服务于人们的生产生活中 本科生课程设计 论文 2 第 2 章 系统总体方案 2 1 概述 以 AT89S52 芯片为核心 用数码管 继电器 拨动开关等器件设计一个控制 电路 实现由 8 位拨动开关控制共阳极数码管显示时间使继电器工作的设计 电路 由电源模块 复位模块 时钟模块等 它由 5V 直流电源供电 用 8 位拨码开关的 作为输入 启动开始按键 数码管显示倒计时 单片机控制继电器工作 显示 0 时 继电器停止工作 重新拨动报码开关读取二进制数 启动开始按键 重新读取计时 时间 用编程语言编写程序 系统能够实现如下功能 上电后数码管默认显示为 0 调整 8 位拨动开关按二进制输入 按确定键后数码管显示对应的数字 0 255 当开关按下时 数码管能够按倒计时进行 并且继电器能够闭合工作 数 码管显示为 0 时 继电器停止工作 2 2 系统总体方案的比较 方案一 本次设计采用 AT89S52 单片机 首先手动拨动 8 位拨码开关开关 DIP 然后通过 P1 口连接到单片机 P0 先连接缓冲器 74LS244 再三位动态共阳极数码管 显示 P2 口接继电器和开关 1 和开关 2 当拨码开关输入再接位二进制数时 能在 显示电路显示 3 位十进制数 本方案编程简单 占用 I O 端口少 电路设计较复杂 硬件增多 成本较低 方案二 采用 AT89S52 单片机 使用 AT89S51 单片机 P1 口 由手动拨动 8 位 拨码开关开关 P1 口输出 P0 连接 74HC451 然后直接接三位静态共阳极数码管显示 P2 口接继电器和开关 1 和开关 2 不加复位电路 方案二虽然成本较低 但是缺少相 应的驱动电路 所以本次设计决定选用设计方案一 是设计能够进行下来 方案一的显示电路的驱动电路用的是 3 态 8 位缓冲器 74ls244 比方案二的 74HC451 便宜 而且方案二的 3 位静态显示管的成本也高 所以 总的来说 两个 方案都能实现同样的功能 方案一 硬件较少 成本较低 方案二成本较高 所以 本科生课程设计 论文 3 本次设计决定选用设计方案一 是设计能够进行下来 2 3 系统整体框图 该设计采用 AT89S52 单片机为核心 整个流程分为以下几个部件 本次设计的 AT89S52 单片机系统主要是利用数码开关控制继电器工作 以单片机为控制核心 延迟指定时间后使闭合继电器 读取 8 位拨码开关的状态 以八位开关的状态作为 二进制的延迟常数 再设计两个按键 其中一个按键控制倒计时的开始 另一个按 键重新置入倒计时常数 当倒计时开始后倒计时显示计时的秒数 然后按照上述过 程 继续讲程序进行下去 本次设计显示电路通过 74LS244 缓冲器做驱动电路 显 示管采用 3 为动态数码显示管 如图 2 2 所示 图 2 2 总体框图 AT89S52 单片机 DIP 开关 继电器 键盘 显示电路 电源 本科生课程设计 论文 4 第 3 章 系统硬件选择与设计 3 1 电源电路设计 因为电源供电稳定是单片机能够正常工作的先决条件 所以本次设计我们所采 用电源电路是由桥堆 3 个 100uF 电解电容 2 个 0 01uF 的瓷片电容 LM290 组成 通过电源电路实现整流 滤波和稳压的作用 能够输出 5V 的稳定直流电压使单片机 工作在稳定的 5V 直流激励下 稳压器前面并联两个电容是滤波作用 单片机电源脚 上面再接电容主要是处理两种问题 1 滤除外界辐射的高频干扰 2 滤除单片机 工作时自身产生的脉冲干扰 它能为 AT89S52 单片机持续提供稳定的电源 以便完 成本次设计 电源电路模块原理图如图 3 1 所示 图3 1 电源电路图 3 2 复位电路设计 AT89S52 的复位是由外部的复位电路实现的 设计复位电路为采用按键电平复 位电路 复位电路由 1 个 0 1uF 的电解电容和 1 个按键及 1 个 300 欧姆的电阻组成 电路模块一端接 VCC 一端接 AT89S52 的 RST 管脚 单片机在启动时都需要复位 以 使 CPU 及系统各部件处于确定的初始状态 并从初态开始工作 AT89S52 单片机的 复位信号是从 RST 引脚输入到芯片内的施密特触发器中的 当系统处于正常工作状 D5 Bridge1 T1 Trans Cupl VinVout GND LM2940 100uF C7 100uF C7 100uF C7 0 01uF C8 0 01uF C8 GND VOUT 本科生课程设计 论文 5 S4 SW PB 22uF C3 Cap Pol3 1K R1 VCC 1K R18 态时 且振荡器稳定后 如果 RST 引脚上有一个高电平并维持 2 个机器周期 24 个 振荡周期 以上 则 CPU 就可以响应并将系统复位 上电复位的工作过程是在加电时 复位电路通过电 容加给 RST 端一个短暂的高电平信号 此高电平信号随着 Vcc 对电 容的充电过程而逐渐回落 即 RST 端的高电平持续时间取决于电容的充电时间 复位 电路在本次设计中起到了防止单片机发生错误时无法使各个模块恢复到初始状态的 作用 手动按钮复位需要人为在复位输入端 RST 上加入高电平 图 1 一般采用的办法是在 RST 端和正电源 Vcc 之间接一个按钮 当人为按下按钮时 则 Vcc 的 5V 电平就会直接加到 RST 端 手动按钮复位的电路如所示 由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒 所 以 完全能够满足复位的时间要求 复位模块电路图如图 3 2 所示 图 3 2 复位电路 3 3 晶振电路的设计 AT89S52 单片机各功能部件的运行都以时钟控制信号为基准工作的 时钟频率 直接影响单片机的速度 时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性 分为内 部时钟方式和外部时钟方式 设计电路为外部时钟方式 如图 3 3 所示 晶振电路由 2 个 33pF 的瓷片电容和 1 个 12M 晶振 连接到 AT89S52 的第十八 十九管脚 两电容之间通过导线接地 单片机晶振的作用是为系统提供基本的时钟 本科生课程设计 论文 6 信号 通常一个系统共用一个晶振 便于各部分保持同步 有些通讯系统的基频和 射频使用不同的晶振 而通过电子调整频率的方法保持同步 晶振通常与锁相环电 路配合使用 以提供系统所需的时钟频率 如果不同子系统需要不同频率的时钟信 号 可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供 其中 Cv 是用来调节振荡频率 一般用变容二极管加上不同的反偏电压来实现 这也是压控作用的机理 晶振电路 如图 3 3 所示 图 3 3 晶振电路 3 4 显示电路的设计 本设计所利用的一种是用单片机的一个并行 I O 口实现多个 LED 显示的简单 方法 图 3 4 所示是该电路的硬件原理图 其中 74LS244 为 3 态 8 位缓冲器 LED 采用 L05F 型 3 位共阳极数码管 首先从 AT89S52 单片机的 P0 口连接到 3 态 8 位缓冲器 74LS244 一般用作总 线驱动器 74LS244 没有锁存的功能 显示时 其显示数据以串行方式从 AT89S52 单 片机的 P0 口输出送往 3 态 8 位缓冲器 74LS244 的两端 然后将变成的并行数据从输 出端 Y1 Y8 输出 以控制开关管 WT1 WT8 的集电极 然后再将输出的 LED 段选码 同时送往数码管 LED1 LED3 位选码由 AT89S52 的 P0 1 P0 7 口输出并 74LS244 为 3 态 8 位缓冲器送往 LED 数码管的 a b c d e f dp 以对数码管 LED1 LED3 进 行位选控制 这样 3 个数码管便以一定的时间间隔轮流显示 由于人眼的残留效 应 这 3 个数码管看上去几乎是同时显示 此外 本次设计的这三个 LED 显示数码管采用的是动态显示 动态显示就是一 位一位地轮流 点亮显示器的各个位 扫描 对于显示器的每一位而言 每隔一段 XTAL2 XTAL1 12 Y1 XTAL 30pF C2 30pF C1 本科生课程设计 论文 7 时间点亮一次 显示器的亮度既与导通电流有关 也与点亮的时间和间隔的比例有 关 显示电路如图3 4所示 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 P0 0 AD0 P0 1 AD1 P0 2 AD2 P0 3 AD3 P0 4 AD4 P0 5 AD5 P0 6 AD6 P0 7 AD7 EA APP ALE PROG PSEN P2 7 A15 P2 6 A14 P2 5 A13 DPA B C D E F G 1 2 3 Q1 2N3906 Q2 2N3906 Q3 2N3906 VCC OE1 1 A1 2 A2 4 A3 6 A4 8 Y4 12 Y3 14 Y2 16 Y1 18 Y8 3 Y7 5 Y6 7 Y5 9 GND 10 A5 11 A6 13 A7 15 A8 17 OE2 19 VCC 20 74LS244 116 1K R4A 1K R13 1K R14 1K R12 1K R15 1K R3 1K R2 1K R16 1K R11 1K R10 R5 1K R17 GND GND GND VCC 图 3 4 显示电路 3 5 继电器电路的设计 本次设计 继电器与单片机的 P2 4 口相连 当开关键按下 显示电路开始倒计 时的时候 继电器工作 当 3 位 LED 动态显示的数值为 0 时 继电器停止工作 工作原理 这里继电器由相应的 S8050 三极管来驱动 开机时 单片机初始化 后的 P2 4 为高电平 5 伏电源通过电阻使三极管导通 所以开机后继电器始终处 于吸合状态 如果我们在程序中给单片机一条 CLR P2 4 的指令的话 相应三极管 的基极就会被拉低到零伏左右 使相应的三极管截至 继电器就会断电释放 每个 本科生课程设计 论文 8 REL1 Relay 32 1 Q2 8050 T D1 1N4148 VCCREL1 COM REL1 O REL1 I R9 1K 继电器都有一个常开转常闭的接点 便于在其他电路中使用 继电器线圈两端反相 并联的二极管是起到吸收反向电动势的功能 保护相应的驱动三极管 这种继电器 驱动方式硬件结构比较简单 继电器电路图如图 3 5 所示 3 5 继电器电路 3 6 拨动开关电路的设计 本次设计的 8 位拨码开关是一个多位 BCD 编码拨动开关 每个拨动开关里面都 有一块电路板 通过印刷电路图案产生 BCD 编码 每一位开关下面的 4 个管脚输出 相应的 BCD 码 8 位拨码开关 当是 8 个开关集成在一起了 通常 1 就是开关闭合 0 是开关断开 每一个开关开启与闭合都是不同的状态 拨动开关有上拉电阻连接 才可以接电源 本次设计 首先 8 位拨码开关要先连接上拉电阻 只有这样才能稳定的把高低 电平的状态输送出来 然后连接到 AT89S52 单片机的 P1 口 通过 P1 口输入一个 8 位 2 进制数 接着经过 AT89S52 单片机用 C 语言将 8 位二进制数转换为十进制数 最后经过 P0 口输送给显示电路 在这次设计中拨码开关的状态是任意的 也就是说通过拨动开关 它所输出的 高 低电平的状态是任意的 00000000 11111111 通过 AT89S52 单片机转换 在 显示电路中 3 位动态的数值是在 0 255 的范围内变化 拨码开关电路图如图 3 5 所 本科生课程设计 论文 9 示 图 3 6 拨动开关电路 P1 0 P1 1 P1 2 P1 3 P1 4 P1 5 P1 6 P1 7 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 S1 SW DIP 8 COM 1 R1 2 R2 3 R3 4 R4 5 R5 6 R6 7 R7 8 R8 9 R264 7K 8 VCC GND 本科生课程设计 论文 10 第 4 章 软件设计 4 1 总程序框图 图 4 1 总程序框图 开始 程序初始化 DIP 开关输入 8 位二进制数 数码管显示数值 按键按下 继电器工作 数码管倒计时状态 数码管显示数值为 0 继电器停止工作 结束 本科生课程设计 论文 11 首先 通过手动拨动拨码开关输入八位二级制数把信号传入 AT89S52 单片机的 P0 口 然后 AT89S52 单片机通过汇编语言把二级制数转换成十进制数通过 P1 口传 递给三位动态数码管显示 此时判断开关状态 如果是按键 1 按下 单片机接受信 号是数码管开始倒计时 并是连接在 P2 4 口的继电器开始工作 判断 3 位动态数码 管显示值是否为 0 如果不为 0 则继电器继续工作 如果为 0 则继电器停止工作 当 3 位动态数码管显示数值为 0 时 继电器停止工作 状态重新恢复到初始状 态 重新输入八位二进制数 重现按下按键 判断开关状态 重新通过 AT89S52 单 片机把二进制数转换为十进制数送入 3 为动态数码管显示 按照上述过程重复进行 4 2 去抖子程序框图 图 4 2 键盘去抖子程序框图 当有按键按下时 首先通过单片机汇编语言程序执行一个大约 10ms 的延时 Y N Y 开始 有按键按下 软件延时 该按键依然按下 执行按键操作 本科生课程设计 论文 12 判断按键是否按下 如果按键按下则通过单片机实现其相应的功能 如果发现 10ms 过后 按键没有按下 则说明这是一个抖动的结果 单片机不应该做相应的处理 重新恢复到初始状态 继续判断其他按键 本科生课程设计 论文 13 第 5 章 系统性能测试 系统测试 测试仪器 万用表 直流稳压电源 5V 连续脉冲 1Hz 测试方法 测试分两部分 一 检查拨码开关部分 二 后测计数部分 注意 上电之前先用万用表直流档测量稳压电源是否达到 5V 电源满足要求后 可以上电 测试 检查拨码开关 用排线将编码部分即 8 位拨码开关输出端分别与单片机 P1 0 P1 1 P1 2 P1 3 P1 4 P1 5 P1 6 P1 7 连接起来 通过上端 LED 显示灯的亮 与灭检查拨码开关是否好用 显示部分 用排线将 AT89S52 单片机的输出端接到三态输出的八路缓冲器和线 路驱动器 74LS244 74LS244 输出与 3 位动态数码管相连 观察显示数值 测试结果分析 通过以上两步检查 发现拨码开关好用 但是数码管显示数值 发生偏差 最终调试程序发现共阳数码管的显示编码有错误 最终更改为 0C0H 0F9H 0A4H 0B0H 99H 92H 82H 0F8H 80H 90H 88H 83H 0C6H 0A1H 86H 8E H 经重新调试 发现显示值正确 本科生课程设计 论文 14 第 6 章 课程设计总结 通过完成这次单片机系统设计任务 不仅使我加深了对单片机的理论认识 还 提高了自己的动手实践能力 此外 还锻炼了自学能力以及培养了合作意识 我认真阅读了一些单片机方面的资料 包括书籍和网上下载的资料 弥补了之 前对单片机认识的不足 重新认识了 AT89S52 单片机 是我对 AT89S52 单片机的原理 获得了更深的认识 了解了 ST89S52 单片机的各种引脚功能 了解了这个单片机是 如何协调各种功能工作 了解了各种汇编语言的是怎样结合在一起的 而且通过这 次设计更是我了解了 74LS244 了解了它如何与数码显示管组成显示电路 这次拨码开关延迟继电器设计首先使用 Protel99se 画电路原理图以 通过画继 电器电路 晶振电路 复位电路 开关电路等 因为之前没有独立画过 这次完全 要靠自己 经过请教以及自己的摸索 成功画出两样图形 不过 由于经验不足 某些地方欠妥 这次完成单片机系统 不是完全一个人在做 而是整个组员的人在做 有许多 问题一个人是解决不了的 经过交流和探讨 许多方法得以提出 很好的解决了问 题 这是交流和合作的结果 有时是自己请教别人一些不擅长的知识或技能 有时 是别人请教自己 这样互相弥补不足 双方均有提高 这就是合作的意义 总之 这次完成单片机系统设计的过程是一个综合的过程 使自己的许多方面 的能力得以提高 本科生课程设计 论文 15 参考文献 1 蓝和慧 全国大学生电子设计竞赛 单片机应用技能精解 电子工业出版社 2010 年 80 88 2 梅丽凤 任国臣 单片机原理及接口技术 第三版 北京 清华大学出版社 2009 3 费业泰 误差理论与数据处理 北京 机械工业出版社 2010 3 27 4 阎 石 数字电子技术基础 第五版 北京 高等教育出版社 2005 5 月 5 康华光 陈大钦 张林 电子技术基础 第五版 武汉 高等教育出版社 2005 7 月 6 楼然苗 李光飞 51 系列单片机设计实例 第二版 M 北京 北京航空航天大学出版社 2006 7 张义和 陈敌北 例说 8051 M 北京 人民邮电出版社 2006 8 胡健 单片机原理及接口技术实践教程 M 北京 机械工业出版社 2004 9 蔡朝洋 单片机控制实习与专题制作 M 北京 北京航空航天大学出版社 本科生课程设计 论文 16 附录 AT89S52 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2021 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40P1 0 P1 1 P1 2 P1 3 P1 4 P1 5 P1 6 P1 7 RESET RX D P3 0 TX D P3 1 INTO P3 2 INT1 P3 3 T0 P3 4 T1 P3 5 WR P3 6 RD P3 7 X TAL2 X TAL1 GND V CC P0 0 AD0 P0 1 AD1 P0 2 AD2 P0 3 AD3 P0 4 AD4 P0 5 AD5 P0 6 AD6 P0 7 AD7 EA APP ALE PROG PSEN P2 7 A15 P2 6 A14 P2 5 A13 P2 4 A12 P2 3 A11 P2 2 A10 P2 1 A9 P2 0 A8 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 S1 SW DIP 8 12 Y1 XTAL 30pF C2 30pF C1S2 SW PB S3 SW PB DPA B C D E F G 1 2 3 Q1 2N3906 Q2 2N3906 Q3 2N3906 VCC COM 1 R1 2 R2 3 R3 4 R4 5 R5 6 R6 7 R7 8 R8 9 R264 7K 8 VCC REL