基于单片机的智能控制器设计

1、学号 1402135125 毕业设计（）题目：智能开关控制器者 王刚别 机械与电气工程系 别 2006 届业 自动化 称 教授作系届专职指导教师 完成时间 2006 年5 月8 日摘要本文详细介绍了基于 8051 系列单片机实现开关智能控制的方法。首先介绍了智能开关的发展趋势，然后详细介绍了通信电源的两种供电方式，一种是有市电时，油机不工作，市电停了用油机供，另一种是有市电时，油机不工作，在市电停电前启动油机，让两种电源并网运行。从中选取了第二种，第一种会造成短时间停电。先将市电和油机作为输入信号，利用单片机自带的A/D 转换功能将其输入信号和输出信号进行采样，按照要求进行处理，然后用点阵液晶

2、来显示电压的大小，有过压，缺相等现象警电路工作。之后详细并给予了相关说明，了硬件、的设计。硬件部分给出了实现主要功能的电路图，部分给出了相关程序和主程序。：单片机，智能开关，A/D 转换，液晶ABSTRACTThis egratedroduarticle in detailroduced based on 8,051 series monolithiccircuits realizations switchelligence control method.now theelligent switch development tendency, then in detailroduced whe

3、n the correspondenceer source twoers way, one kindhas the city electricity, the kerosene engine does not work, the city electricity stopped the oil used machine to supply, when another kind had the city electricity, the kerosene engine did not work, started the kerosene engine before the cityelectri

4、cityer cut, let two kind ofer sourincorporations movement.Hacut.ected the second kind, thekind can create the short timeerthe city electricity and the kerosene engine took the input signal,A/ which brings using the monolithicegrated circuitThe Dtransformationling, carries liquid crystalfunction carr

5、ies on its input signal and the output signal the son prosing according to the request, then with the latticedemonstrated the voltage the size, has had the prere, when lacks the equalphenomenon, alarm circuit work. Afterwards in detail discussed the hardware, the software design. The hardware has pa

6、rtially produced the realization main function circuit diagram, and gave the correlation explanation, the softwarehas partially produced the correlation procedure and the master routine.Key word: Monolithicliquid crystal.egrated circuit,elligent switch, A/D transforms,目录概述国内外动态5设计的技术要求5交流不间断供电系统微电脑控

7、制器628051 单片机系统2.1 8051 单片机简介88051 单片机的时序8单片机 8051 I/O 口的介绍9智能开关控制方案的设计系统的方框图与工作原理10系统各个单元电路的设计10模/数转换器的设计108255 扩展键盘、显示电路的设计13液晶显示器(LCD)与单片机的接口电路及应用14控制电路的设计174部分的设计单片机 8051 的 I/O 口分配18程序方框图18参考文献19 致谢20 附录21 1.概述1.1国内外动态随着我国通信事业的迅速发展，电源作为通信的能源系统，其发展也异常迅速，特别是进入 20 世纪 90 年代以来，通过几年的发展变化，可谓面貌全新。通信电源装备的

8、全面更新和技术水平的提高，已是有目共睹的事实。简单回顾历史，我国从 1963 年开始研制晶闸管整流器，并较快地取得了成果，于1967 年形成系列并得到普通应用，淘汰了电器及 DC/DC 变换器。组、硒整流器。1965 年开始研制逆变开放以来，特别是进入 20 世纪 90 年代，我国通信建设发展的速度令世界通信电源也愈来愈受重视，并得到了异常迅速的发展。主要原因有：，第一、开放的大环境，使实实在在地了解到国外通信电源的发展和装备的极大的促进。实际水平，这无疑给了第二、大市场使我国通信电源的产业力量迅速扩大。这其中有车外独资生产厂家，有内外合作引进技术（SKD 或 CKD 方式）的生产厂家及国内自

9、行研制开发生产厂家。这些厂家如雨后春笋般应运而生，各显其能，充满了勃勃生机，对推动我国通信电源装备的发展发挥着巨大作用，彻底改变了仅靠几个大家研制生产电源装备的局面。第三、大竞争迫使着电源装备的技术水平和产品质量不断提高。市场经济必然要进行激烈的竞争，技术水平不高、质量不好的产品将难以生存。目前，电源装备市场着国外和国内同类产品多方面的竞争。产品质量水平的提高，是立于不败之地的根本，这是大家公认的。第四、我国加强了质量管理和质量控制的力度，使电源装备的技术水平和性能指标迅速提高。通常将通信电源称为通信设备的心脏，有通信局（站）中，它们具有无可比拟的重要地位。近年来，我国通信事业飞速发展，各种通

10、信设备被大量应用。目前，我国主要的通信设备都已经达到或接近世界先进水平，通信网络的总体规模也已经跃居世界前列，通信设备对电源系统的要求越来越高。如果电源系统的工作不可靠，就会造成通信中断，如果电源输出电压不稳定或纹波电压过大，就会降低通信质量，甚至导致无法正常通信。这样就不能满1.2 设计的技术要求家建设、经济文化交流以及人民生活的需要。对于一些重要的电力用户，如电信、移动、网通部分，常有多路不同的电源供电，既有市电，又备有柴油发电机组，平时用市电，停电时，起动柴油发电机组发电，需用一开关，即当有市电时，将用户接通市电，市电停电时，断开市电，然后接通柴油发电机组，市电来时，断开柴油发电机组，接

11、通市电。设计一控制器自动完成上述工作，称智能切换开关。切换会造成用户短时间停电。另组，与市电并网运行，然后再停市电。式是市电停电前，先启动备用机设计一单片机系统，能检测电源的三相电压、三相电流（相电压、相电流），兼有缺相、欠压过流、短路保护、过压、过载功能，与切换功能器，带 485 接口，液晶显示，8 位功能键，14 个指示灯指示状态。1.3 交流不间断供电系统微电脑控制器随着通信技术的迅速发展，计算机在通信设备中的应用日益普及。由于计算机不允许电源中断，所以必须由 UPS（不间断电源）供电。通常 UPS 的供电时间都比较短，当市电停电时间较长时，为了保证不间断供电，必须大大增加 UPS 中蓄

12、电池的容量，同时，为了保证电池充足电，还必须增加 UPS 中充电器的输出电流。有时需要的充电要对大容量的电池进行充电。目前，在 UPS 中大量应用的免铅酸蓄电池的体积较大，而且价格昂贵。为了降低成本、减少蓄电池所占用机房的面积，许多部门都采用油机发电机作为备用电源。这样当市电中断后，UPS 只需短时间供电，然后由油机发电机供电。为了实现无人值守，油机必须能够自动起动、自动供电，并且当市电恢复正常以后，油机发电机应能快速停机，将负载转换到由市电供电。目前，这种无人值守的油机发电机具备无人值守油机发电机的功能，可采用全自动交流供电微电脑控制器。全自动交流供电微电脑控制器的主要功能如下：）自动起动油

13、机发电机：市电停电后，该控制器中起动（START）继电器的一组触点接通，使油机发电机的起动按钮自动接通，因此，油机发电机可自动点动。油机发电机因故障不能起动时，该控制器能发出起动失败声光信号。）油机发电机自动投入供电：油机发电机自动起动后，经过min（可选）的预运行，待各项参数达到正常值以后，该控制器中的切换开关自动转换，使负载改由油机发电机供电。）油机发电机自动退出供电：在油机发电机供电状态下，当市电恢复后，该控制器中的切换开关可切断油机发电机的供电，并立即转换到由市电供电。）油机发电机自动停机：油机发电机因市电恢复而退出供电且空载运转满 15min后，该控制器的停机（STOP）继电器动作，

14、使油机发电机自动停机。油机发电机因故障不能自动停机时，该控制器能发出停机失控声光信号。）自动控制油机发电机定期运行在市电长期不中断的情况下，油机发电机就长期不能运行。这样机化油器中的质量将变差，蓄电池的电压也将下降。一旦市电中断，油机发电机很难立即起动。为了克服这个缺点，该控制器中加入了控制油机发电机定期运行的功能。市电连续 14 天（可选择）未中断时，该控制器将自动起动油机发电机，发电机空载运行 15min 后自动停机。此外，也可以用手动方式控制油机发电机定期运转。市电连续 14 天未中断时，该控制器将发出声光信号，用户可用手动方式起动油机发电机。起动后发电机空载运行 15min 后自动停机

15、。）5min 延时切换（可选）：油机发电机与市电的切换时间通常为 1s。当负载为制冷压缩且制冷系统又无断电延时保护器的情况下，为了避免供电转换时损坏压缩机，该控制器可将市电供电与油机发电机的切换时间延迟为 5min。28051单片机系统2.18051单片机简介目前，8051单片机在工业检测领域中得到了广泛的应用，因此可以在许多单片机应用领域中，配接各种类型的语音接口具有语音输出能力的综合应用系统，以增强人机的功能。89C51是el公司生产的一种单片机，在一小块上集成了一个微型计算机的各个组成部分。型计算机的指挥、执行中心，由它读入用户程序，并逐条执行指令，它是由8位算术逻辑运算(简称ALu)、

16、定时控制，若干寄存组成。算术逻四则运算和逻器A、B、SP以及16位程序计数器(Pc)和数据指针寄存器(DM)等主要辑单元的硬件结构与典型微型机相似。它具有对8位信息进行+、-、x、/辑与、或、异或、取反、清“0”等运算，并具有判跳、转移、数据传送等功能，此外还提供存放中间结果及常用数据寄存器。控制器是由指令寄存器、程序计数器Pc、定时与控制电路等组成的。指令寄存器中存放指令代码。当执行指令时，从程序器中取来经译译码后，根据不同指令由定时与控制电路发出相应的控制信号，送到存储器、运算器或Io接口电路，完成指令功能。 程序计数器Pc用来存放下一条将要执行的指令，共16位可对以8K字节的程序 器直接

17、寻址c指令执行结束后，Pc计数器自动增加，指向下一条要执行的指令地址。 CPU功能，总的来说是以不同的方式，执行各种指令。不同的指令其功自略异。有的指令涉及到枷各寄存器之间的关系；有的指令涉及到单片机电路各功能的关系；有的则与外部器件如外部程序器发生联系。事实上，cRJ是通过复杂的时序电路完成不同的指令功能。所谓cRJ的时序是指控制器控照指今功能发出一系列在时间上有一定次序的信号，控制和启动一部分逻辑电路，完成某种操作。2.2时序1）时钟电路8051 片内设有一个由反向放大器所荡电路的输入端和输出端。时钟可以由的振荡电路，XTALI 和 XTAL2 分别为振方式产生或外部方式产生。采用方式时，

18、在 C1 和 C2 引脚上接石英晶体和微调电容可以振荡器， 振荡频率的选择范围为 1212MHZ 在使用外部时钟时，XTAL2 用来输入外部时钟信号，而 XTALI 接地。2）、时序两 805l 单片机的一个执器周期由 6 个状态(s1s6)组成，每个状态又持续 2 个接荡周期，分为 P1 和 P2 两个节拍。这样，一个机器周期由 12 个振荡周期组成。若采用12MHz 的晶体振荡器，则每个机器周期为 1us，每个状态周期为 16us；在一数情况下，算术和逻辑操作发生在 N 期间，而寄存器到寄存器的传输发生在 P2 期间。对于单周期指令，当指令操作码读人指令寄存器时，使从 S1P2 开始执行指

19、令。如果是双字节指令，则在同一机器周期的 s4 读人第二字节。若为单字节指令，则在 51 期间仍进行读，但所读入的字节操作码被忽略，且程序计数据也不加 1。在加结束时完成指令操作。多数 Mcs51 指令周期为 12 个机器周期，只有乘法和除法指令需要两个以上机器周期的指令，它们需 4 个机器周期。 对于双字节单机器指令，通常是在一个机器周期内从程序器中读人两个字节，但 Movx 指令例外，Movx 指令是外部数据器的单字节双机器周期指令，在执行 Movx 指令期间，外部数据次取指操作。23 单片机 8051 I/O 口的介绍器被且被选通时跳过(1)P0 口（39 脚22 脚）：P0.0P0.7

20、 统称为 P0 口。当不接外部接口时，它可作为准双向 8 位输入/输出接口。当接有外部程序P0 口为地址/数据分时复用口。它分时提供 8 位双向数据总线。器与不扩展 I/O器或扩展 I/O 口时，对于片内含有 EPROM 的单片机，当 EPROM 编程时，从 P0 口输入指令字节，而当检验程序时，则输出指令字节。P1 口（1 脚8 脚）：P1.0P1.7 统称为 P1 口，可作为准双向 I/O 接口使用。对于 MCS52 子系列单片机，P1.0 和 P1.1 还有第 2 功能：P1.0 口用作定时器/计数器 2 的计数脉冲输入端 T2；P1.1 用作定时器/计数器 2 的外部控制端 T2EX。

21、对于 EPROM 编程和进行程序校验时，P0 口接收输入的低 8 位地址。P2 口（21 脚28 脚）：P2.0P2.7 统称为 P2 口，一般可作为准双向 I/O 接口。当接有外部程序器或扩展 I/O 接口且寻址范围超过 256 个字节时，P2 口用于高 8 位地址总线送出高 8 位地址。对于 EPROM 编程和进行程序校验时，P2 口接收输入的 8 位地址。(4) P3 口（10 脚17 脚）：P3.0P3.7 统称为 P3 口。它为双功能口，可以作为一般的准双向 I/O 接口，也可以将每 1 位用于第 2 功能，而且 P3 口的每一条引脚均可独立定义为第 1 功能的输入输出或第 2 功能

22、。综上所述，MCS51 系列单片机的引脚作用可归纳为以下两点：单片机功能多，引脚数少，因而许多引脚具有第 2 功能；单片机对外呈 3 总线形式，由 P2、P0 口组成 16 位地址总线；由 P0 口分时复用作为数据总线。3智能开关控制方案的设计3.1 系统的方框图与工作原理311系统的整体方框图如图 1 所示。图 系统方框图3.1.2工作原理：在图 1 中，首先从市电和油机取电压信号，送到模/数转换器，对电压信号取样，再通过 LS373 锁存，然后送到单片机进行处理，单片机主要是完成对信号、键盘、显示、保护等功能，处理完的数据送给控制电路，控制电路的输出接有一线圈，线圈的通断来控制市电与油机互

23、锁开关的情况，即线圈通电，市电的开关合，油机的开关断开，反之。各个单元电路的设计A/D 转换器A/D 转换器是测控系统中将模拟信号转换数字信号的重要器件。本系统采用的模数转换的ADC0809。（1）ADC0809 的结构ADC0809 具有 8 路模拟量输入，可在程序控制下对任意通道进行 A/D 转换，输出 8位二进制数字量。其结构框图如图 2 所示。图 2 ADC0809 的结构框图的主要部分是一个 8 位逐次 近式 A/D 转换器。为了能实现 8 路模拟信号的分时采样，片内设置了 8 路模拟选通开关以及相应的通道地址锁存译码电路。转换的数据送入三态输出数据锁存器。IN7IN0：8 路模拟量

24、输入端，在多路开关控制下，任一时时刻只能有一路模拟量实现 A/D 转换。A、B、C：多路开关地址选择输入端，当取值 000111 时与 A/D 转换对应的通道为IN0IN7。ALE：地址锁存输入线，该信号的上升沿可将地址选择信号 A、B、C 锁入地址寄存器。START：启动转换输入线，其上升沿用以清除 A/D控制逻辑，开始 A/D 转换工作。寄存器，其下降沿用以启动EOC：转换完毕输出线，其上出现2时表示 A/D 转换结束。ref(+)，ref()（V3.2.28255 扩展键盘、显示电路的设计由于本系统所需要的 I/O 单片机 8051 不够，故需要扩展一片 8255 来增加 I/O。1）、

25、8255 管脚功能。RESET，复位控制端，RESET=1 时，控制寄存器被清除，所有 I/O 口均被置成输入方式。CS，片选信号线，当这个输入管脚为低电平时，表示被选中，允许 8255 与 CPU进行通讯。RD，读信号线，当这个输入管脚为低电平时，允许 8255 通过数据总线向 CPU发送数据或状态字。WE，写信号线，当这个输入管脚为低电平时，允许 8255 将数据或控制字写入 8255。D0D7，三态双向数据总线，8255 与 CPU 数据传送的通道，当 CPU执行输入输出指令时，通过它实现 8 位数据的读/写操作，控制字和状态信息也通过数据总线传送。PA0PA7，端口 A 输入输出线，一

26、个 8 位的 I/O 锁存器，一个 8 位的数据输入锁存器。 PB0PB7，端口 B 输入输出线，一个 8 位的 I/O 锁存器，一个 8 位的输入输出缓冲器。 PC0PC7，端口 C 输入输出线，一个 8 位的数据输出锁存器/缓冲器，一个 8 位的数据输入缓冲器，端口 C 可以通过工作方式设定而分成 2 个 4 位的端口，每个 4 位的端口包含一个 4 位的锁存器，分别与端口 A 和端口 B 配合使用，可作为控制信号输出或状态信号输入端口。A1，A0，端口地址选择，8255 中有端口 A，B，C 和一个控制字寄存器，共 4 个端口，由 A0，A1 输入地址信号来寻址，输入地址信号等于 0 是

27、为 A 口，等于 1时为 B 口，等于 2 时为 C 口，等于 3 时为控制口。2）、8255 与 8051 单片机的连接8051 单片机可以直接和 8255 连接而不需要任何外加逻辑，其连方法如图 5 所示。由于 8255 片内有地址锁存器，所以 P0 口输出的低 8 位地址不需要另加锁存器，而直接与 8255 的 AD0AD7 相连，既作低 8 位地址总线，以作数据总线。PA 口可直接与 44 键盘相连，PC 口接 LCD。3.2.3 液晶显示器(LCD)与单片机的接口电路及应用（1） LCD 各引脚及功能1Vdd(IN)电源 5（1引角引角符号功能或规格SETB MOV CLR POPR

28、ETE COM，PC EACC；E=1；读 BF 和 AC6AC0 值；E=02）写指令代码子程序：PR1： PUSHCLR SETBPR11：MOVSETB MOV CLR JB CLR MOV SETB CLR POPRETACC RSR/W PC，#0FFH EA，PC EACC.7,PR11R/W PC，COM EEACC；RS=0；R/W=1；PB 置位，准备就绪；E=1；读 BF 和 AC6AC0 值；E=0；判别 BF=1；R/W=0；写入指令代码；E=1；E=0；3）写显示数据子程序：PR3：PUSH CLR SETB MOV SETB MOV CLR JB SETB CLR

29、MOV SETBCLRACC RSR/W PC，#0FFH EA，PC EACC.7，PR21 RSR/W PC，DAT EE；RS=0；RW=1；E=1；PB 置位，准备读；读 BF 和 AC6AC0 值 E=0；E=0；判别 BF=1；RS=1；R/W=0；定入数据；E=1；E=0PR21：POPRETACC4）读显示数据子程序：PR3：PUSH CLR SETB MOV SETB MOV CLR JB SETB SETB MOV SETB MOV CLR POPRETACC RSR/W PC，#0FFH EA，PC EACC.7，PR31 RSR/W PC，#0FFH ECOM，PC E

30、ACC；RS=0；R/W=1；PC 置位，准备读；E=1；读 BF 和 AC6AC0 值；E=0；判别 BF=1；RS=1；R/W=1；PB 置位，准备读；E=1；读数据；E=0PR31：3.2.4 控制电路的设计原理图如图 3 所示图 3.控制电路图工作过程：当 P2.2 的输出为“1”时，经 1413 反向后为“0”，则 5V 电源流经线圈J。线圈 J 吸合，使 KM1 也合上，D2 发光，表示市电在供电，反之，KM2 合上，D3 发光，表示油机供电。D1 为续流二极管。4、4.1 单片机 8051 的I/O 口分配部分的设计P1.0P1.7 ，用于8255 的扩展;P0.0P0.7 用于

31、ADC0809 的采样信号的输入；P2.0用于ADC0809 的 ALE 和 START 信号控制；P2.1 ADC0809 的 EOC 信号控制；P2.6控制； P2.78255 片选信号 CS 控制端；P2.2 控制电路。8255 各输入输出口的分配：PA 口：键盘的行线与列线；PC 口：LCD 显示。4.2 程序流程图图 4 程序流程图参考文献123456789，新型智能开关电源技术国防工业，2003，1997数字信号处理华技大学， 2000，吴铁军，通信用高频开关电源.水利电力，开关电源的原理与设计电工电能新技术，2001吴建华开关磁阻电机设计与应用水利电力， 2000数字信号处理清化

32、大学， 1995，1991 大电网系统技术水利电力数字信号处理及其应用国防工业等MSC-51 系列单片机原理及应用2004，1982：机械工业，10基于 C51 语言编程的 MCS-51 单片机实用社，2004：原子能1112永权等单片机在控制系统中的应用.：电子工业：机械工业，2003，2004林电气控制及可编程控制器致谢本是在教授的悉心指导和热情下完成的。谭老师渊博的学识、严峻的治学态度及随和的为人之道给我留下了难以磨灭的印象，这将使我终身受益,为此，我要对他致以最衷心的感谢.在本科学习的四年中，我与同学建立了深厚的友谊，他们在我遇到时无私地伸出之手，对他们的帮助我特别感谢。最后，对关心、

33、支持亲人和老师致以最衷心的感谢。附录:单片机 C 语言源程序:#include #include #include#define #define #define #define #defineuchar unsigned charPA PB PCXBYTE0 x8000 XBYTE0 x8001 XBYTE0 x8002COM_8255 XBYTE0 x8003uchar uchar uchar uchar uchar uchar sbit sbit sbit sbit sbit sbit sbitdispsave0; dispsave1; dispsave2; dispsave3; disp

34、save4; dispsave5;/保存 ADC0809IN0 输入的信息/保存 ADC0809IN1 输入的信息/保存 ADC0809IN2 输入的信息/保存 ADC0809IN3 输入的信息/保存 ADC0809IN4 输入的信息/保存 ADC0809IN5 输入的信息/ADC0809 的 ALE 和 START 信号控制/ADC0809 的 EOC 控制线start=P20; eoc=P21; p23=P23; p24=P24; p25=P25;alarm=P26; p26=P26;/ADC0809 的 CS 信号线ucharkey; chushihua(); keycon();caij

35、i(); xianshi();/初始化子程序/按键子程序/子程序/显示子程序/延时delay(ucharx)while(x-);/主函数main()chushihua(); while(1)kongzhi(); caiji();/初始化chushihua() uchar i; COM_8255=0 x80;alarm=0; start=0;/键盘keycon()PA8255=0XF0; if(PA8255&0 xF0)=0 xF0)return (bit) 0); Delay(20); if(PA8255&0 xF0)=0 xF0)return (bit) return (bit)0);1);

36、unsigned charif(key()get_ch()PA8255=0XFE;switch(PA8255&0XF0)case case case case0 x70:0 xB0:0 xD0:0 xE0:while(key();return while(key();return while(key();return while(key();return(12);break;(8);break;(4);break;(0);break;PA8255=0XFD;switch(PC8255&0XF0)case 0 x70 :while(key();return (13);break;case cas

37、e case0 xB00 xD00 xE0:while(key();return:while(key();return:while(key();return(9);break;(5);break;(1);break;PA8255=0XFB;switch(PA8255&0XF0)case case case case0 x700 xB00 xD00 xE0:while(key();return:while(key();return:while(key();return:while(key();return(14);break;(10);break;(6);break;(2);break;PA8255=0XF7;switch(PA8255