基于MCS51单片机的智能控制开关的设计2

1、2010届本科生毕业设计题目： 基于MCS-51单片机的智能控制开关的设计作 者 姓 名：郝 昊学 号：2006080212系（院）：电子与电气工程系专 业：电子信息工程指导教师姓名：李光宇指导教师职称：讲师2010 年 2 月 20 日SuZhouUniversityYear 2010 Bachelor Graduationl ssignment Title:Based on MCS-51 microcontroller design of intelligent control switch Author: HaoHaoStudent ID:2006080212Department: El

2、ectronic and Electronical EngineeringMajor:Electrical Information EngineeringInstructotr: Li Guangyu Professional Title: Lecturer  Feburary 20th, 2010摘 要单片机发展到今天已经是一项很成熟的技术，使用单片机控制能实现长达几小时的定时操作，有较好的市场发展前景和技术应用价值。针对自动测控系统的要求，设计了一种基于MCS-51单片机控制的智能控制开关, 可以满足长时间无人值守的测控系统的要求。设计电路主要由单片机89C51控制电路、掉电存储

3、电路、按键与LCD显示电路以及电源电路组成。系统能实现实时显示和定时控制显示、定时断电保护、准时对开关进行控制等的功能，是一款比较实用的智能开关。关键词： 智能控制； 开关； 单片机； 定时ABSTRACTSCM has been developed to a very mature technology, using SCM to achieve up to a few hours of regular operation, there are good prospects for market development and technology application. The requ

4、irements for the automatic control system, designed based on MCS-51 MCU intelligent control switch, to meet long unattended measurement and control systems. Circuit design is composed of 89C51 control circuit, power-down memory circuit, buttons and LCD display circuit and power circuit. System that

5、can display real-time display and timing control, timing power-off protection time of the switch control function, is a more practical intelligent switch. Key words:Intelligent Control; Switch; SCM; Timing目 录绪论11设计要求1.1 智能控制开关概述21.2 本设计任务22智能控制开关硬件设计32.1 系统的硬件构成及功能32.2 AT89C51单片机及其引脚说明32.3 键盘控制和实时显示

6、电路.42.4 时间设置掉电存储电路52.5 电源电路62.6 开关控制电路73系统软件设计8 3.1 系统程序流程图83.2 系统主程序84 系统调试与测试结果分析164.1 使用的仪器仪表164.2 系统调试16结论17附录18参考文献19致谢20绪 论在自动测控系统中，特别是长时间无人值守的测控系统中，经常需要进行长达几小时的定时操作。若采用专门的计时芯片设计，一方面控制复杂，占用硬件资源，另一方面也不经济，一般的时钟芯片价格都比较贵。由于单片机内部有定时器，因此，可以基于单片机设计一款智能控制开关。由于使用了单片机来控制，因此使得该系统具有很强的灵活性和智能性。单片机发展到今天已经是一

7、项很成熟的技术了，采用单片机控制的产品也比比皆是，虽然单片机的价格比较便宜，但是功能却很强大，因此选择单片机来控制是绰绰有余的！人性化的显示设计更是该系统一大特色，能实时显示当前开关的工作状况。1 设计要求1.1 智能控制开关概述该智能控制开关是由单片机89C51控制电路、按键与LCD显示电路和掉电存储电路以及电源电路组成，电路十分的简单，主要由51芯片编程实现，功能十分的强大，时间精度非常高，是一款比较实用的智能开关。1.2 本设计任务 要求： （1） 实时显示和定时控制显示；（2） 定时断电保护；（3） 准时对开关进行控制（开和关）；（4） 写出详细的设计报告；（5） 给出全部电路和源程序

8、。2 智能控制开关硬件设计2.1 系统的硬件构成及功能智能开关控制的原理框图如图2-1所示。它由以下几个部件组成：单片机89C51、电源电路、掉电存储电路、开关控制、键盘输入和显示以及电源电路组成。时间显示采用LCD1602，以降低对单片机端口数的要求，同时也降低系统的功耗。时间控制电路和键盘输入以及掉电存储都通过89C51的I/O口控制。电源部分：电源部分由整流、滤波和集成稳压器组成，以保证系统稳定工作。AT89C51键盘输入开关控制电 源LCD1602显示EEPROM存储器图2-1 智能开关控制系统原理框图2.2 AT89C51单片机及其引脚说明AT89C51单片机是51系列单片机的一个成

9、员，内部自带4K字节可编程FLASH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，与Intel MCS-51系列单片机的指令和输出管脚相兼容。由于将多功能八位CPU和闪速存储器结合在单个芯片中，因此，AT89C51构成的单片机系统是具有结构简单、造价低廉、效率高的微控制系统，减少了硬件开销，节省了成本，提高了系统的性价比。AT89C51是一个有40个引脚的芯片，与8031相比，AT89C51自带4K的ROM和128B的RAM，因此编写中小型系统就无需任何硬件进行扩展。2

10、.3 键盘控制和实时显示电路由于采用软定时器计时，长时间运行会产生一些误差，就要通过按键修改实时时间，根据定时需要只要能够调整小时和分钟即可。采用独立按键占用了单片机I/O口，因此在设计该系统时，为了减少单片机I/O口的使用，采用了行列式键盘，如下图2-2所示。图2-2 行列式键盘原理图实时控制和显示分别采用了89C51和1602LCD液晶。首先设计实时时钟，系统利用定时器产生实时时钟，采用中断子程序实现实时时钟的功能，采用软定时的方式产生实时时钟，由定时器T0工作在50ms定时模式，采用中断的响应方式，对50ms中断计数，每20次为1秒，秒计数单元的值加1，每60秒分钟单元计数单元加“1”，

11、同理，完成小时计数单元的改变，从而实现时钟功能。为了减小整个系统的功耗，不采用数码管作为显示器件，而用1602LCD作为来显示时间和要定时的时间，它具有经济、方便、编程容易等优点，设计中显示的数据较少。1602液晶一共可以显示两行，每行可以显示16个字符。设计中，1602的第一行显示实时时间，第二行显示定时的时间，显示通过编程实现，液晶的外面要接10K的可调电阻，用来调节液晶显示的对比度。并且这两个芯片接通电源可以直接用单片机编程对它进行操作。下图2-3为实时控制和显示电路原理图。图2-3 实时控制和显示电路原理图2.4 时间掉电存储电路由于系统要显示的内容比较简单，但是定时的时间设置好了，断

12、电了之后什么都没了，因此为了保护时间，该系统就需要有断电存储电路，由于显示量不多,所以选用I2C器件AT24C02。AT24C02在单片机应用中，作为EEPROM储存器用，与单片机通过I2C通信。优点是掉电后仍可以保存数据。比如单片机运行时，手动设置了一些参数，可以用它保存起来。该存储电路如图2-4所示。 VCCGNDA1A2A3WPSCLSDA+5VSDAR10R1110KI2CU310KSCL图2-4 时间掉电存储电路2.5 电源电路为了给该数据采集系统提供一个比较稳定的工作环境，就此为该系统设计了一个稳压电源模块，电路原理如下图2-5所示，该电源模块5V固定输出，采用了稳压模块7805，

13、该系列集成稳压模块具有过流、过热和调整管安全工作区保护，以防止过载而损坏。对于整个系统的工作而言，增加了电路的可靠性能和稳定性能。图2-5 电源电路原理图2.6开关控制电路该电路采用5V继电器进行隔离控制，JDQ继电器耐压为300V，它的输出级由一个常开开关构成，它控制着主电路的导通与关断，原理图如下图2-6所示。 继电器开关+5VbeepJDQQ1NPN图2-6 开关控制电路3系统的软件设计本系统的软件系统主要完成修改时间、定时通断电等功能。在程序设计过程中，加强了部分软件抗干扰措施，以达到按键的灵活性，确保整个系统的正常运行。系统流程图如下图1所示。3.1 系统程序流程图系统流程图如下图3

14、-1 所示。开 始系统初始化时间与定时时间显示开关接通，放电开关断开，不通电修改时间子程序修改定时时间子程序修改定时时间修改时间定时时间到否NYYYNN图3-1 程序流程图3.2 系统程序FM BIT 20H;分钟到的标志，由中断子程序产生RING BIT P1.0;开关接通标志，由比较子程序产生PLUS BIT P3.5MINUSBIT P3.4STP BIT P3.3PWR BIT P2.7MSEQU 7FHSECN EQU 7EHMINU EQU 7DHHOUR EQU 7CHBCDH EQU 7BH ;伪指令定义压缩BCD码的小时表示，用于比较BCDM EQU 7AH ;伪指令定义压缩

15、BCD码的分钟表示，用于比较NUMB EQU 6BUFFEQU 60HTT EQU 20;伪指令设定开关接通的时间长度，设为20秒ORG 0000HLJMP STARTORG 000BHLJMP INTT0START:LCALL CLEARLCALL INITMAIN:LCALL BTBCDLCALL DISP JBC FM,MAINA LCALL KEYJNB RING,MAIN MOV A,SECN SUBB A,#TT JC MAINCLRRING SETB PWR LJMP MAINMAINA:LCALL BTBCD LCALL COMPLJMP MAIN-清零子程序CLEAR:MOV

16、 R0,#7FHMOV R7,#20HCLEA1:MOV R0,#0H;全部清零DEC R0DJNZ R7,CLEA1RET-初始化子程序INIT:MOV TMOD,#01HMOV TH0,#3CHMOV TL0,#0B0H MOV MS,#20;SETB TR0SETB EASETB ET0MOV SP,#30HRET-数码转换子程序BTBCD:MOV A,SECN MOV B,#10 DIV AB MOV BUFF,B MOV BUFF+1,A MOV A,MINU MOV B,#10 DIV AB MOV BUFF+2,B MOV BUFF+3,A SWAP A ORL A,B MOV

17、BCDM,A MOV A,HOUR MOV B,#10 DIV AB MOV BUFF+4,B MOV BUFF+5,A SWAP A ORL A,BMOV BCDH,A RET-按键扫描子程序KEY: MOVB,MINU INC B INC B SETB STP JNB STP,KEY11 SETB PLUS JB PLUS, KEY2A LCALL BTBCD LCALL DDISP SETB PLUS JNB PLUS, KEY22;加一分钟KEY2A:SETB MINUS JB MINUS, KEYDD;减一分钟 LCALL DDISP LCALL BTBCD LCALL DDISP

18、SETB MINUS JNB MINUS, KEY33KEYDD: LJMP KEYDKEY11:LCALL DDISP LCALL DDISP SETB STP JNB STP,KEY1 SJMP KEYDDKEY22:LJMP KEY2KEY33: LJMP KEY3KEY1:LCALL DDISP LCALL BTBCD MOV BUFF+2,#11H MOV BUFF+3,#11H MOV BUFF,#11H MOV BUFF+1,#11H SETB PLUSJNB PLUS, KEY5;判断小时+ SETB MINUSJNB MINUS, KEY4;判断小时- SETB STP JB

19、 STP,KEY1LCALL DDISP LCALL BTBCD SETB STP JB STP,KEY1KEY6:LCALLDDISPLCALLBTBCD SETB STP JNB STP,KEY6 LJMP KEYDKEY5: LCALLDDISP LCALL DDISP SETB PLUS JB PLUS,KEY1 INC HOUR MOV A,HOUR CLR C SUBB A,#24 JC KEY1 MOV HOUR,#00 LJMP KEY1KEY4: LCALLDDISP LCALL DDISP SETB MINUS JB MINUS,KEY1 DEC HOUR; MOV A,H

20、OUR CLR C SUBB A,#24 JC KEY1 MOV HOUR,#23 LJMP KEY1KEY2: LCALLDDISP SETB PLUS JB PLUS,KEYD INC MINU MOV A,MINUCLR C SUBB A,#60 JC KEYD MOV MINU,#00 LJMP KEYDKEY3: LCALLDDISP SETB MINUS JB MINUS,KEYD DEC MINU MOV A,MINU CLR C SUBB A,#60 JC KEYD MOV MINU,#59KEYD: RET-比较子程序COMP:PUSH DPH PUSH DPL PUSH A

21、CC MOV DPTR,#ALARM MOV R6,#NUMBCOMP1:CLR A MOVC A,A+DPTR INC DPTR CJNE A,BCDH, COMP0 CLR A MOVC A,A+DPTR CJNE A,BCDM, COMP0SETBRINGCLRPWR;定时时间到COMP0: INC DPTR ;指向下一个定时时间COMP2:DJNZ R6,COMP1COMPD:POP ACC POP DPL POP DPH RET-扫描显示子程序DISP: MOV R0,#BUFFMOV R2,#06HMOV R3,#01H;MOV DPTR,#TABLEDISP1:MOVA, R3M

22、OV P2, ARL AMOV R3, AMOV A,R0 MOVC A,A+DPTR MOV P0, AINC R0LCALL DELAYDJNZ R2, DISP1RETTABLE:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66HDB6DH,7DH,07H,7FH,6FH-调用3次显示子程序DDISP:MOV R1,#03HDDIS1:LCALL DISP DJNZ R1,DDIS1 RET-延时子程序DELAY:MOV R7,#100DELAY0:MOV R6,#10DELAY1:DJNZ R6, DELAY1 DJNZ R7, DELAY0RET-时钟中断程序INTT0:PUSH PSWP

23、USH ACCMOV TL1,#0B0HMOV TH1,#3CHDJNZ MS,INTDMOV MS,#14;恢复计数值 INC SECN MOV A,SECN CJNE A,#60,INTD MOV SECN,#0 INC MINU SETB FM MOV A,MINU CJNE A,#60,INTD MOV MINU,#0 INC HOUR MOV A,HOUR CJNE A,#24,INTDMOV HOUR,#00HINTD:POP ACC POP PSWRETIALARM:DW 0800H,0900H,0930H,1000H,1200H,1500HEND4 系统调试与测试结果分析4.1

24、 使用的仪器仪表 数字万用表DT9203单片机仿真器WAVE6000烧写器 GF2100双踪稳压稳流电源DH1718E-5数字示波器 TDS10024.2 系统调试根据系统设计方案，本系统的调试共分为三大部分：硬件调试，软件调试和软硬件联调。由于在系统设计中采用模块设计法，所以方便对各电路模块功能进行逐级测试。结 论上述智能开关，无论在外观上还是功能上都实现了较为完善的设计。由于在画原理图时每个集成芯片的电源脚都有一个旁路电容连到地，从而巧妙地抑制了电磁干扰。本系统在编写软件时还用了各种延迟程序来设置了按键的灵活性。因而此产品可广泛应用于家庭中，系统可靠，工作方便。通过这次做课程设计的锻炼，使

25、我学到了许多书本中没有的东西！从选题到构思设计方案，尤其是在确立设计方案的过程中了解到了很多东西！特别是在芯片的选择上，了解到了许多平时很少接触的芯片的功能及优缺点！通过这次锻炼也给自己树立起了信心！同时也深刻体会到了“遇到困难，解决困难！”这句话的含义，只有这样才能真正提高自己的水平，真正的把学到的知识应用到实际中去！真正做到学以至用！ 经过这一段时间的努力，在指导教师以及同学们的帮助下终于把毕业论文做完。毕竟自己能力有限，没有他们的帮助与支持，不可能靠一个人的力量去完成毕业论文，在此向他们表示真诚的感谢！时间的仓促及自身专业水平的不足，整篇论文肯定存在尚未发现的缺点和错误。恳请阅读此篇论文的老师、同学，多予指正，不胜感激！附录 电路原理图如下。电路原理图参考文献1 谢自美.电子线路设计·实验·测试.华中理工大学出版社2 张毅坤，陈善久，裘雪红.单