基于89c51的自动断电保护系统设计

单片机系统 课程设计任务书题 目基于89c51的自动断电保护系统设计课题性质工程设计课题来源自拟指导教师臧海河主要内容（参数）利用89C51设计自动断电保护系统，实现以下功能：1实现开机后自动供电；2内部短路或超载时会自动断开电源；3利用互感，通过采集电流来控制继电器的常开，常闭触头。4，采用警报，声音来提醒使用者来处理紧急事故、任务要求（进度）第1-2天：熟悉课程设计任务及要求，查阅技术资料，确定设计方案。第3-4天：按照确定的方案设计单元电路。要求画出单元电路图，元件及元件参数选择要有依据，各单元电路的设计要有详细论述。第5-6天：软件设计，编写程序。第7-8天：实验室调试。第9-10天：撰写课程设计报告。要求内容完整、图表清晰、文理流畅、格式规范、方案合理、设计正确，篇幅合理。主要参考资料1 张迎新单片微型计算机原理、应用及接口技术（第2版）M北京：国防工业出版社，20042伟福LAB6000系列单片机仿真实验系统使用说明书3 阎石数字电路技术基础（第五版）北京：高等教育出版社，2006审查意见系（教研室）主任签字： 年 月 日 目 录一、引言4二、总体方案设计5三、硬件电路设计63.1 单片机最小系统63.2 电流采样电路和继电器控制电路73.3 A/D采样电路83.4键盘和显示接口电路103.5声光报警电路11四、系统软件设计134.1主程序设计134.2中断服务程序设计134.3键盘和显示子程序设计15五、系统调试16六、总结16参考文献：17附件A18附件B23一、引言随着家用电器的增多，人们也越来越关心用电器的保护和用电安全的问题。因此自动断电保护系统，逐步广泛应用于家庭用电器的保护设施，它能够实现开机后自动恢复供电功能。当内部电路短路，用电功率超过设定值时，自动断电保护系统就会自动断开用电器的供电回路，使用电器停止工作，能够防止用电器进一步的损坏，避免发生一些不必要的损失。该设计采用电流互感器，来采样线路上的电流值，然后与用户设定值进行比较，控制继电器的常闭点的断开与闭合， 从而控制用电器的供电回路的断开与闭合。同时该设计还提供了声光报警，用户可以及时的处理事故。用户还可以通过键盘来设置限制电流的大小，同时电流的采样值和设置值都会通过数码管显示出来，以供用户方便的使用和观察。二、总体方案设计按照任务要求和系统设计要求，控制系统包括以下几个部分：1. 控制器。作为系统的核心元件，我们采用89C51单片机。2. 电流采样。通过一个互感器进行电流的采样，将线路上的大电流转换为小电流值再通过一个电阻将其转换成电压信号，方便单片机的读取。3. 键盘。通过键盘可以设置限制电流值。4. 数码管显示。可以显示设置电流以及实时电流值大小。5. A/D转换。采用ADC0809八位模数转化器。6. 继电器。当电流过大时，继电器断开，电路回路切断。7. 声光报警。当电流值超过设定值时，二极管发光。喇叭发出经声。总体设计结构图如图2-1所示：图2-1 总体设计结构图三、硬件电路设计（1）单片机最小系统微控制器采用ATC89C51，89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器。其主要特性如下： 4K字节可编程FLASH存储器 全静态工作：0Hz-24MHz 128*8位内部RAM 32可编程I/O线 两个16位定时器/计数器 5个中断源 (五个中断源分别是 INT0外部中断0，T0定时器/计数器0中断，INT1外部中断1，T1定时器/计算器1中断，TI/RI串行口中断) 片内振荡器和时钟电路其最小系统主要包括复位电路，时钟电路。最小系统电路图如图3-1所示：图3-1 89C51单片机最小系统电路图复位电路，采用5V供电，可以实现上电复位和手动复位电路，每当系统上电，微控制器内部设置复位，所以每次启动都需要重新设置限制电流大小，否则则默认为初始设置10A。当微控制器运行发生错误时，可以对其手动复位，使其重新启动运行，再进行设置限制电流大小。时钟电路，采用6MHz晶振给单片机提供时钟信号。（2） 电流采样电路和继电器控制电路 电流采样电路，通过电流互感器按一定比例采样线路上的电流值大小，通过一个电阻，将电流信号转换为电压信号，方便单片机进行A/D转换，继电器控制电路，当线路上的电流值大于设定电流值时，将P1.1端口置1，使Q1形成通路，则继电器常闭点断开，用电器电路回路断开，则用电器停止工作。电路图如图3-2所示： 图3-2电流采样电路和继电器控制电路图（3）A/D采样电路ADC0809引脚结构 ADC0809各脚功能如下：D7-D0：8位数字量输出引脚。 IN0-IN7：8位模拟量输入引脚。VCC：+5V工作电压。 GND：地。REF（+）：参考电压正端。 REF（-）：参考电压负端。START（SC）：A/D转换启动信号输入端。ALE：地址锁存允许信号输入端。（以上两种信号用于启动A/D转换）.EOC：转换结束信号输出引脚，开始转换时为低电平，当转换结束时为高电平。OE：输出允许控制端，用以打开三态数据输出锁存器。CLK：时钟信号输入端（一般为500KHz）。A、B、C：地址输入线。CBA选择的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7SC(START)为转换启动信号。当SC上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，SC应保持低电平。EOC为转换结束信号。当EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE1，输出转换得到的数据；OE0，输出数据线呈高阻状态。D7D0为数字量输出线。 CLK为时钟输入信号线。因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供， VREF（）接+5V，VREF（）接GND。A/D转换采样电路。CS0接面板上的CS0端口，选择ADC0809芯片地址，A0,A1,A2接AD转换通道选择段，因为本设计只涉及一个通道0，所以可以赋值0即可，数据输出端接单片机AD0-AD7口，当ADC0809数据转换结束时，EOC端口输出一个高电平。经过一个反相器，接单片机的外部中断输入口。向单片机申请中断，读取数据。CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。 A/D转换采样电路。CS0接面板上的CS0端口，选择ADC0809芯片地址，A0,A1,A2接AD转换通道选择段，因为本设计只涉及一个通道0，所以可以赋值0即可，数据输出端接单片机AD0-AD7口，当ADC0809数据转换结束时，EOC端口输出一个高电平。经过一个反相器，接单片机的外部中断输入口。向单片机申请中断，读取数据。电路图如图 图3-3A/D采样电路图（4）键盘和显示接口电路显示电路，采用74LS374八路锁存器来实现数码管的段码和位码数据的锁存，将采集到的电流值以及设置的电流值大小进行实时的显示，以便用户的操作和观察。键盘电路， 通过对74LS374 八路锁存器D7引脚送入低电平，然后读取74LS245的值来判断是否有键按下，并且确定是哪个按键按下，然后执行相应的程序。图3-4 键盘和显示接口电路图（5）声光报警电路声光报警电路，采用三极管驱动音频放大器实现音频报警，当采样电流值大于电流设定值时，单片机P1.0端口产生100HZ的方波信号，控制Q2的通断，实现蜂鸣器报警；单片机P1.2端口变成高电平，则发光二极管点亮，实现报警功能。电路图如图：图3-5声光报警电路图四、系统软件设计软件设计包括主程序，中断服务程序等其它子程序（1）主程序设计主程序是系统上电或复位后首先要执行的程序，主程序主要完成系统的初始化、扫描显示、扫描键盘等工作。主程序流程图如图所示：当系统上电或者手动复位时，首先进行系统初始化，设置堆栈地址，定时器0工作方式，中断触发方式以及其它系统初始化。然后启动定时器和AD转换。然后进行不停的扫描键盘和显示。（2）中断服务程序设计外部中断服务程序流程图如图所示：当A/D转换完成时，ADC0809的EOC引脚输出一个高电平信号，通过一个非门连接到INTO|，使89C51产生外部中断，进入外部中断服务程序。首先保护现场，然后读取AD值，进行数据的转换然后存储，并与设定的电流值进行大小比较，如果超过限定值，那么P1.1为1，三极管接通，继电器断开，用电器回路断开，并置1报警标志位。恢复现场，中断返回。 定时器0中断服务程序流程图如图所示:定时器设置为10ms定时，每10ms中断一次，进入中断之后，首先保护现场，重装初值，判断是否处在报警状态，如果是，取反P1.0口，驱动扬声器进行声音报警。如果没有处于报警状态在判断是否到1S，到1S，则重置1S计数初值，启动A/D转换然后恢复现场，中断返回，如果不到1S，则直接恢复现场，中断返回。4.3键盘和显示子程序设计键盘程序，采用三个独立按键来设置限制电流值的大小，第一次按下键1，启动限制电流大小的设置，此时按键2，则实现限制电流的增加，最大限制电流20A；若按键3，则实现限制电流的减小。再次按下键1，则关闭对限制电流大小的设置。显示程序，首先要将数据缓冲区的要显示的数据进行十位和个位的分离，进行查表，找到相应的段码，向数据总线送入段码地址，再送段码数据，接下来送位码地址和位码数据。分别将电流采样值和设定值进行显示。 五、系统调试我们通过直接给ADC0809一个模拟信号可以实现当电压达到一定值时，蜂鸣器响起，同时发光二极管发光进行报警。键盘能够正常的对限制电流大小进行设置，显示部分能够正确显示出电流的设定值和采样值。六、总结通过本次的单片机课程设计，使我更好的掌握了单片机的使用，更好地理解了单片机内部的数据存储，中断和定时器的应用，单片机外部电路的接口技术，数据总线的运用，也更深入的了解了汇编语言，熟悉了汇编指令的功能以及程序的编写。让我知道想设计好一个完整稳定的系统，需要考虑很多的细节，并不是那么容易，对我以后进入工作起到很大的帮助。参考文献：1 张迎新单片微型计算机原理、应用及接口技术（第2版）M北京：国防工业出版社，20042伟福LAB6000系列单片机仿真实验系统使用说明书3 阎石数字电路技术基础（第五版）北京：高等教育出版社，2006附件A程序：ORG 0000HLJMP MAINORG 0003HLJMP TSORG 000BHLJMP T_0ORG 0030HMAIN: MOV SP,#3FH；设置堆栈 MOV 60H,#0；采集数据显示缓冲区 MOV 70H,#10；设置数据显示缓冲区 MOV R0,#60H MOV R1,#70H MOV R6,#50 MOV R7,#200；1S计数值 CLR 20H；报警状态标志位 CLR 21H；设置数据标志位 CLR P1.0；音频报警 CLR P1.1；继电器 CLR P1.2；LED MOV TH0,#0F6H；定时器0装初值 MOV TL0,#3CH SETB IT0；外部中断触发方式设置 MOV IE,#83H；开总中断，外部中断0，定时器中断0 SETB TR0；启动定时器 MOV A,#0 MOV DPTR,#8000H；片选ADC0809 MOVX DPTR,A；启动ADLOOP: LCALL DISPLAY；调用显示 LCALL KEY；扫描键盘 LJMP LOOPKEY: PUSH ACC；保护现场 PUSH PSW PUSH DPH PUSH DPL LCALL KEY_VALUE JB 21H,KEY0_0；判断是否处于设置数据状态KEY0: CJNE A,#01H,RETURN；判断键值 LCALL DISPLAY；调用显示延时，消抖 CJNE A,#01H,RETURN LCALL KEY_VALUE JNZ KEY0；等键释放 SETB 21H；设置数据状态标志位置1 LJMP RETURN；返回KEY0_0: CJNE A,#01H,KEY1；判断键值 LCALL DISPLAY；调用显示延时消抖 CJNE A,#01H,KEY1 LCALL KEY_VALUE JNZ KEY0_0；等键释放 CLR 21H；设置完成，清除标志位 LJMP RETURN；返回KEY1: CJNE A,#02H,KEY2；判断键值 LCALL DISPLAY；调用显示延时，消抖 CJNE A,#02H,KEY2 LCALL KEY_VALUE JNZ KEY1；等键释放 INC 70H；设置数据缓冲区加1 CJNE R1,#20,RETURN；判断是否到最大值20 MOV 70H,#0；是，归0 LJMP RETURN；返回KEY2: CJNE A,#04H,RETURN；判断键值 LCALL DISPLAY；调用显示延时，消抖 CJNE A,#04H,RETURN LCALL KEY_VALUE JNZ KEY2；等键释放 DEC 70H；设置数据缓冲区加1 CJNE R1,#0,RETURN；判断是否到最小值0 MOV 70H,#20；是，变为20RETURN: POP DPL；恢复现场 POP DPH POP PSW POP ACC RETKEY_VALUE:；读键值子程序 MOV DPTR,#09002H；送键盘列码地址 MOV A,#00H MOVX DPTR,A；扫描键盘 MOV DPTR,#08001H；送行码地址 MOVX A,DPTR ANL A,#0FH；读键值 RETDISPLAY: PUSH ACC；保护现场 PUSH PSW PUSH DPH PUSH DPL MOV A,R0；转换数据 MOV B,#10 DIV AB MOV DPTR,#TAB；查表 MOVC A,A+DPTR MOV DPTR,#09004H；送段码地址 MOVX DPTR,A；送采样数据十位数段码 MOV DPTR,#09002H；送位码地址 MOV A,#02H；送位码 MOVX DPTR,A MOV A,B；显示采样数据个位数据 MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV DPTR,#09004H MOVX DPTR,A MOV DPTR,#09002H MOV A,#01H MOVX DPTR,A MOV A,#0 MOVX DPTR,A MOV A,R1；显示设置数据 MOV B,#10 DIV AB MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV DPTR,#09004H MOVX DPTR,A MOV DPTR,#09002H MOV A,#08H MOVX DPTR,A MOV A,B MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV DPTR,#09004H MOVX DPTR,A MOV DPTR,#09002H MOV A,#04H MOVX DPTR,A LJMP RETURN；返回DELAY:；延时函数 MOV R6, #50DELAY_LOOP: DJNZ R6,DELAY_LOOP RETTS: