基于MCS-51单片机的智能控制开关的设计

1、精选优质文档-倾情为你奉上题 目：基于MCS-51单片机的智能控制开关的设计专心-专注-专业目 录摘 要IAbstractII1 绪论12 设计原理和方法 2 2.1 系统的硬件构成及功能2 2.2 AT89C51单片机及其引脚说明2 2.3 键盘控制电路3 2.4 实时显示电路3 2.5 电源电路5 2.6开关控制电路63系统的设计7 3.1 总电路设计7 3.2 系统的软件设计74 系统各模块的仿真8 4.1 键盘控制模块仿真8 4.2掉电储存电路的仿真85 心得体会10参考文献11附录一12附录二13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，

2、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 re

3、gular operation, there are good prospects for market development and technology application. The requirements 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 contro

4、l circuit, power-down memory circuit, buttons and LCD display circuit and power circuit. System that 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;

5、 Timing 1 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。2 设计原理和方法2.1 系统的硬件构成

6、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员，内部自带4K字节可编程FLASH可编程可擦除

7、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。2.3 键盘控制电路由于采用软定时器计时，长时间运

8、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2.4 实时显示电路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”，同理，完成小时计数单元的改变，从而实现

9、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，1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。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，

10、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2.5 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是一个2K位串行CMOS E2PROM， 内部含有256个8位字节，CATALYST公司的先进CMOS技术实质上减少了器件的功耗。AT24C02有一个16字节页写缓冲器。该器件通过IIC总线接口进行操作，

11、有一个专门的写保护功能。VCCGNDA1A2A3WPSCLSDA+5VSDAR10R1110KI2CU310KSCLAT24C02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。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，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

12、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系统的设计3.1 总电路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。系统流程图如图3-1所示。总电路图见附录一。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

13、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 系统的软件设计在本次电路设计中，电源及按键控制电路均为硬件设计，实时显示电路由1602LCD液晶显示器完成，1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，只需使用单片机对其进行控制，所以本次设计之中的软件设计均为单片机系统的软件设计，软件设计采用汇编语言，程序见附录二。4 系统各模块的仿真4.1 键盘控制模块仿真本次设计中的键盘采用矩阵键盘，其仿真图形如图4-1所示。图4-1 矩阵键盘仿真图在仿真过程中，将pw1,pw2,pw3,pw4依次分别接+5V，pw5,pw6,pw7,pw8依

14、次分别接地，如当pw1接+5V，pw6接地时，分别按下各个开关，通过观察8个引脚的高低电平情况（高显示红，低显示绿）可验证按键pw5导通，并且其他按键无短路情况。VCCGNDA1A2A3WPSCLSDA+5VSDAR10R1110KI2CU310KSCL4.2掉电储存电路的仿真掉电储存电路仿真图如图4-2所示。图4-2 掉电电路仿真图由于本次设计采用AT24C02芯片进行掉电电路数据储存，所以只需对照其引脚功能图进行相应仿真即可，其引脚功能如表4-1所示。管脚名称功能A0 A1 A2期间地址选择SDA串行数据/地址SCL串行时钟WP写保护Vcc电压Vss地表4-1 AT24C02管脚功能表在对

15、芯片进行断电、上电后，其内部储存数据不变。5 心得体会在此次课设过程中，本人经历了电路的设计、仿真，回顾了以前学的C语言、模电、数电知识，并且能综合起来运用单片机的知识。做完课设后，作者对很多知识的记忆都加深了。亲身感觉到仿真在设计电路中的作用，运用软件的仿真，能够不断纠正本人在构思中所疏忽的一些软件或者硬件问题。在仿真过程中，经常遇到一些问题，譬如疏忽了仿真软件中管脚的接线特点，在连线时某根线连错或者未接上，还有限流电阻阻值多大等等。在仿真结束后，自己对Protues和Keil软件的应用变得更加熟练了，而且对硬件设计中需要注意的问题也有了初步的了解，这对于以后电子线路的设计与制作是很有帮助的

16、。通过这次做课程设计的锻炼，使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！参考文献1徐爱钧 单片机原理实用教程:基于Proteus虚拟仿真 电子工业出版社2008.7 2郭天祥 51单片机 C语言教程电子工业出版社 2009.13邹振春单片机原理及接口技术 机械工业出版社 2005.14于晓东主编 80

17、C51单片机原理、开发与应用实例中国电力出版社 2008.105伍时和主编 数字电子技术基础清华大学出版社 2009.46谭浩强 C语言设计清华大学出版社 2005.7附录一总电路图：附录二单片机程序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 P3.5MINUS BIT P3.4STP BIT P3.3PWR BIT P2.7 MS EQU 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 7

18、AH ;伪指令定义压缩BCD码的分钟表示，用于比较NUMB EQU 6BUFF EQU 60HTT EQU 20 ;伪指令设定开关接通的时间长度，设为20秒 ORG 0000H ;程序起始地址LJMP STARTORG 000BHLJMP INTT0START: LCALL CLEARLCALL INITMAIN: LCALL BTBCDLCALL DISPJBC FM, MAINALCALL KEYJNB RING, MAINMOV A, SECNSUBB A, #TTJC MAINCLR RINGSETB PWRLJMP MAINMAINA: LCALL BTBCDLCALL COMPLJ

19、MP MAIN- 清零子程序CLEAR: MOV 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, SECNMOV B, #10DIV ABMOV BUFF, BMOV BUFF+1, AMOV A, MINUMOV B, #10DIV ABMOV BUFF+2

20、, BMOV BUFF+3, ASWAP AORL A, BMOV BCDM, AMOV A, HOURMOV B, #10DIV ABMOV BUFF+4, BMOV BUFF+5, ASWAP AORL A, BMOV BCDH, A RET- 按键扫描子程序KEY: MOV B, MINUINC BINC BSETB STPJNB STP, KEY11SETB PLUSJB PLUS, KEY2ALCALL BTBCDLCALL DDISPSETB PLUSJNB PLUS, KEY22 ;加一分钟KEY2A: SETB MINUSJB MINUS, KEYDD ;减一分钟LCALL D

21、DISPLCALL BTBCDLCALL DDISPSETB MINUSJNB MINUS, KEY33 KEYDD: LJMP KEYDKEY11: LCALL DDISPLCALL DDISPSETB STPJNB STP, KEY1SJMP KEYDDKEY22: LJMP KEY2KEY33: LJMP KEY3KEY1: LCALL DDISPLCALL BTBCDMOV BUFF+2, #11HMOV BUFF+3, #11HMOV BUFF, #11HMOV BUFF+1, #11H SETB PLUSJNB PLUS, KEY5 ;判断小时+SETB MINUSJNB MINU

22、S, KEY4 ;判断小时-SETB STPJB STP, KEY1LCALL DDISPLCALL BTBCDSETB STPJB STP, KEY1KEY6: LCALL DDISPLCALL BTBCDSETB STPJNB STP, KEY6LJMP KEYDKEY5: LCALL DDISPLCALL DDISPSETB PLUSJB PLUS, KEY1INC HOUR MOV A, HOURCLR CSUBB A, #24JC KEY1MOV HOUR, #00LJMP KEY1KEY4: LCALL DDISPLCALL DDISPSETB MINUSJB MINUS, KEY

23、1DEC HOUR;MOV A, HOURCLR CSUBB A, #24JC KEY1MOV HOUR, #23LJMP KEY1KEY2: LCALL DDISP SETB PLUSJB PLUS, KEYDINC MINU MOV A, MINUCLR CSUBB A, #60JC KEYDMOV MINU, #00 LJMP KEYDKEY3: LCALL DDISPSETB MINUSJB MINUS, KEYDDEC MINUMOV A, MINUCLR CSUBB A, #60JC KEYDMOV MINU, #59KEYD: RET- 比较子程序COMP: PUSH DPHPUSH DPLPUSH ACCMOV DPTR, #ALARMMOV R6, #NUMBCOMP1: CLR AMOVC A, A+DPTRINC DPTR CJNE A, BCDH, COMP0CLR AMOVC A, A+DPTRCJNE A, BCDM, COMP0SETB RINGCLR PWR