郝 昊基于MCS-51单片机的智能控制开关的 设计

1、 分类号： 200 届本科生毕业论文题目： 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)、专业： 电子信息工程 指导教师姓名： 李光宇 指导教师职称： 中级 2009 年 12 月 日摘 要在自动测控系统中，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。关键词：定时 单片机 智能控制 开关ABSTRACT In the automatic co

2、ntrol system, especially in a long time unattended monitoring and control systems, often require long hours of regular operation. The use of a specialized chip design time, on the one hand control of complex hardware resources occupied, on the other hand is not economic, the clock chip prices are ge

3、nerally more expensive. As the MCU internal timer, so you can design a microcontroller-based intelligent control switch. Key words：Timing MCU intelligent control switch目 录第1节 引言11.1 智能控制开关概述11.2 本设计任务1第2节 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电路.52.4 时间设置掉电存储电路72.5 电源电路82.6 开关控

4、制电路8第3节 系统软件设计93.1 系统主程序设计9第4节 系统调试与测试结果分析124.1 使用的仪器仪表124.2 系统调试13结束语14参考文献15附录16智能控制开关的设计电子系 06电信班 郝昊指导老师：李光宇第1节 引 言在自动测控系统中，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

5、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。1.1 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，同时也是一件有欣赏价值的工艺艺术品。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

6、路和源程序。第2节 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22 AT89C51单片机及其引脚说明AT89C51单片机是51系列单片

7、机的一个成员，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，引脚配置如图3所示。与8031相比，AT89C51自带4K的ROM和128B的RAM，因此编写中小型

8、系统就无需任何硬件进行扩展。图2-2 AT89C51引脚配置AT89C51芯片的40个引脚功能为：VCC：电源电压。GND：接地。RST：复位输入。当RST变为高电平并保持2个机器周期时，所有I/O引脚复位至“1”。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡放大器的输出。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器

9、时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，

10、此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 P0口：8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：8位双向I/O口。引脚P1.2P1.7提供内部上拉，当作为输入并被外部下拉为低电平时，它们将输出电流，这是因内部上拉的缘故。P1.0和P1.1需要外部上拉，可用作片内精确模拟比较器的正向输入（AIN0）和反向输入（AIN1），P1口输出缓冲器能接收20mA电流

11、，并能直接驱动LED显示器；P1口引脚写入“1” 后，可用作输入。在闪速编程与编程校验期间，P1口也可接收编码数据。P2口：带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P

12、3口：引脚P3.0P3.7为带内部上拉的双向I/0引脚。P3口的输出缓冲器能接收20mA的灌电流；P3口写入“1”后，内部上拉，可用输入。P3口也可用作特殊功能口，其功能见表1。P3口同时也可为闪速存储器编程和编程校验接收控制信号。表2-1 P3口特殊功能 P3口引脚特殊功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2（外部中断0）P3.3（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）P3.6/WR（外部数据存储器写选通）P3.7/RD（外部数据存储器读选通）23 键盘控制和实时显示电路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

13、了减少单片机I/O口的使用，采用了行列式键盘，如下图3所示。 图2-3 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，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，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4为实时控制和显示电路原理图。D0D1D2D3D4D5D6D7+5VRSR160220+5VRP160210Klcden+Crst10ufRrst10k+5VrstC130PC230PY111.0592P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST9P3.0

14、10P3.111P3.212P3.313P3.414P3.515P3.616P3.717XTAL218XTAL119GND20P2.0(A8)21P2.1(A9)22P2.2(A10)23P2.3(A11)24P2.4(A12)25P2.5(A13)26P2.6(A14)27P2.7(A15)28/PSEN29ALE30/EP/Vpp31P0.7(AD7)32P0.6(AD6)33P0.5(AD5)34P0.4(AD4)35P0.3(AD3)36P0.2(AD2)37P0.1(AD1)38P0.0(AD0)39VCC40AT89C51+5VrstXTAL1XTAL2123456789JP010

15、KD0D1D2D3D4D5D6D7PW1PW2PW3PW4PW5PW6PW7PW8SCLSDAbeepRSlcden123456789101112131415161602 图2-4 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5所示。 VCCGN

16、DA1A2A3WPSCLSDA+5VSDAR10R1110KI2CU310KSCL图2-5 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8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而言，增加了电路的可靠性能和稳定性能。 图 图2-6 电源原理图2.6开关控制电路该电路采用光电耦合器件（MOC3041）进行隔离控制，MOC3041是耐压为400V的光耦器件，它的输出级由过零触发器的双向可控硅构成，它控制着主电

17、路双向可控硅的导通与关断。100电阻与0.01uF电容组成双向可控硅保护电路，原理图如下图9所示。 图2-7 开关控制电路第3节 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。系统流程图如下图所示。开始系统初始化显示时间修改时间修改时间子程序YN开关接通，放电开关断开，不通电YN放电时间到否图3-1 程序流程图第4节 系统调试与测试结果分析4.1 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 TDS10

18、024.2 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 束 语 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

19、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1 系统实物图2.电路原理图3.系统程序FM BIT 20H.0RING BIT p1.0PLUS

20、 BIT p3.5MINUS BIT p3.4STP BIT p3.3PWR BIT P2.7MS EQU 7FHSECN EQU 7EHMINU EQU 7DHHOUR EQU 7CHBCDH EQU 7BHBCDM EQU 7AHNUMB EQU 16BUFF EQU 60HTT EQU 20 ORG 0000H LJMP START ORG 000BH LJMP INTT0START:LCALL CLEAR LCALL INITMAIN:LCALL BTBCD LCALL DISP JBC FM,MAINA LCALL key; JNB RING,MAIN MOV A,SECN SUBB

21、 A,#TT JC MAIN SETB RING SETB PWR LJMP MAINMAINA:LCALL BTBCD LCALL COMP LJMP MAINCLEAR:MOV R0,#7FH MOV R7,#20HCLEA1:MOV R0,#0H;FULL ZERO DEC R0 DJNZ R7,CLEA1 RETINIT:MOV TMOD,#01H MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H MOV MS,#20; SETB TR0 SETB EA SETB ET0 MOV SP,#30H RETBTBCD:MOV A,SECN MOV B,#10 DIV AB MOV BU

22、FF,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 BCDM,A MOV A,HOUR MOV B,#10 DIV AB MOV BUFF+4,B MOV BUFF+5,A SWAP A ORL A,B MOV BCDH,A RETKEY: MOV B,MINU INC B INC B SETB STP JNB STP,KEY11 SETB PLUS JB plus,key2A LCALL BTBCD LCALL DDISP SETB PLUS JNB plus,k

23、ey22;min+KEY2A:SETB MINUS JB minus,keyDD;min- LCALL DDISP LCALL BTBCD LCALL DDISP SETB MINUS JNB MINUS,key33;min+keydd: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 B

24、UFF+1,#11h;turn off else BIT second min SETB PLUSJNB plus,key5;ADJUST HOUR+ SETB MINUS JNB minus,key4;ADJUST HOUR- SETB STP JB STP,KEY1 LCALL DDISP LCALL BTBCD SETB stp JB stp,KEY1 key6:Lcall DDisp lcall BTBCD SETB STP JnB STP,KEY6 LJMP KEYDKEY5:lcall DDisp; LCALL DDISP SETB PLUS JB PLUS,KEY1 INC HO

25、UR;+1 MOV A,HOUR CLR C SUBB A,#24 JC KEY1 MOV HOUR,#00 LJMP KEY1key4:lcall DDisp LCALL DDISP SETB MINUS JB MINUS,KEY1 DEC HOUR; MOV A,HOUR CLR C SUBB A,#24 JC KEY1 MOV HOUR,#23 LJMP KEY1key2:lcall DDisp;ADJUST MINU SETB PLUS JB PLUS,KEYD INC MINU;+1 MOV A,MINU CLR C SUBB A,#60 JC KEYD MOV MINU,#00 L

26、JMP keydkey3:lcall DDisp SETB MINUS JB MINUS,KEYD DEC MINU MOV A,MINU CLR C SUBB A,#60 JC KEYD MOV MINU,#59keyd:ret;-comp:PUSH DPH PUSH DPL PUSH ACC 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,comp0 clr RING clr PWR;turn on the rin

27、gscomp0:inc dptr;pointing to next HOURcomp2:DJNZ R6,COMP1compd:POP ACC POP DPL POP DPH RET;-Disp:mov r0,#BUFF;R1IS AVAILIABLE Mov r2,#06h Mov r3,#01h; mov dptr,#tableDisp1:Mov a,r3 Mov p2,a RL a Mov r3,a Mov a,r0 movc a,a+dptr mov p0,a Inc r0 Lcall delay Djnz r2,disp1 Rettable:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H

28、,6DH,7DH,07H,7FH,6FHdb 77H,7CH,39H,5EH,79H,71H,40H,00H;tabl:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80HDB 90H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,84H,0FFH ;-DDISP:MOV R1,#03HDDIS1:LCALL DISP DJNZ R1,DDIS1 RETdelay:MOV R7,#100delay0:MOV R6,#10delay1:DJNZ R6, delay1 DJNZ R7,delay0RET;-INTT0:PUSH psw Push acc MOV tl1,#0B0h;65536-50000=15536=3CB0H MOV TH1,#3CH DJNZ MS,INTD MOV MS,#14;恢复计数值 INC SECN MOV A,SECN CJNE A,#60,INTD; MOV SECN,#0; INC