1、成 績 評 定 表學生姓名王子豪班級學號1103030423專 業電子信息工程課程設計題目時間繼電器設計評語組長簽字：成績日期 20 年 月 日課程設計任務書學 院信息科學與工程學院專 業電子信息工程學生姓名王子豪班級學號1103030423課程設計題目時間繼電器設計實踐教學要求與任務:1.能正確認識元器件；2.能讀懂電路原理圖；3.能正確掌握PCB圖和原理圖關系；4.掌握基本焊接技巧，保證不能出現斷路、短路、極性軟件焊反等情況，以便保證下一步調試程序的運行工作計劃與進度安排:2014年11月03日2015年01月11日2014年11月03日2014年11月30日為上機時間；2015年01月0

2、5日進行答辯并且收課程設計報告指導教師：201 年 月 日專業負責人：201 年 月 日學院教學副院長：201 年 月 日目錄1 總體設計11.1 設計任務11.2 設計要求11.3 方案論證12設計思想12.1 硬件設計思想12.2 軟件設計思想23電路原理與電路圖23.1 電路原理23.2 電路原理圖33.3 AT89C52單片機及其引腳說明33.4 數碼管顯示系統電路53.4.1 數碼管的介紹53.4.2 四位數碼管的介紹63.5繼電器電路74 系統程序的設計94.1 主程序94.2 顯示子程序104.3 定時器T0、T1中斷服務程序114.4 程序清單115 仿真結果145.1 仿真環

3、境145.2 仿真結果156 設計總結17參考文獻17沈陽理工大學創新實踐課程設計時間繼電器設計1 總體設計1.1 設計任務（1）實現STC89C52繼電器控制。（2）實現定時器倒計時并用數碼管顯示。（3）實現單片機的三個控制鍵；開始鍵，分鐘鍵和秒鍵。1.2 設計要求用STC89C52單片機時間繼電器設計，可以通過鍵盤設定時間，時間在數碼管上顯示，最后控制繼電器動作。1.3 方案論證方案一：用AT89C51作為主要芯片，采用排阻，并用匯編語言寫程序，采用硬件消抖方案二：采用三極管驅動數碼管，C語言編寫程序，在編寫程序時進行軟件消抖相比之后方案二更簡便，因為軟件消抖更容易，C語言程序更容易懂，易

4、修改，硬件電路更簡單。2 設計思想2.1 硬件設計思想數字電子秒表具有顯示直觀、讀取方便、精度高等優點，在計時中廣泛使用。本設計用單片機組成數字電子秒表，力求結構簡單、精度高為目標。設計中包括硬件電路的設計和系統程序的設計。其硬件電路主要有主控制器，計時與顯示電路和回零、啟動等。主控制器采用單片機AT89C52，顯示電路采用四位共陽極LED數碼管顯示計時時間。由于本實驗有四位數碼管，如果采用靜態顯示要占用全部的I/O端口，所以本次試驗采用靜態顯示，建立最小單片機系統，在AT89C51單片機的P2端通過三極管接上4位七段共陰極數碼管，P2.0腳接第一位數碼管片選端，P2.1腳接第二位數碼管片選端

5、，P2.2腳接第三位數碼片選端，P2.3腳接第四位數碼管片選端，這四位分別顯示秒時間的十位，個位，小數點后一位 ，小數點后兩位顯示的片選控制端。P2.4腳接小數點控制端。秒表控制鍵盤。用P3.0接鍵盤開啟計時鍵，P3.1接鍵盤計時暫停鍵，P3.2接鍵盤計時復位鍵。2.2 軟件設計思想采用C語言編寫程序，程序共有四部分；第一部分是主程序，用于對程序的中斷控制、數據等的初始化，并且對秒表控制鍵盤的掃描。第二部分時間產生程序，用定時/計數器0中斷程序用時產生時間，利用每10m進入本中斷程序一次第三部分4位七段共陰極數碼管動態顯示程序，用定時/計數1中斷程序每50ms對數碼管各掃描一次，是利用人眼視覺

6、暫留實現數碼管的顯示。第四部分動態掃描延時程序，用于在對數碼管動態掃描時，每掃描一個數碼管后的延時程序。以實現四位數碼時間同時顯示的效果。3電路原理與電路圖3.1 電路原理AT89C51單片機做為控制電路，用P1口做為數據輸出端，P2口做為4位七段共陰極數碼管的片選控制輸出口，P3.0，P3.1，P3.2做為鍵盤接口。時間顯示器，由4位七段共陰極數碼管構成。3.2 電路原理圖圖3-1 單片機系統電路原理圖3.3 AT89C52單片機及其引腳說明AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內含8k bytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數據存

7、儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS-51指令系統，片內置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強大的AT89C52單片機可為您提供許多較復雜系統控制應用場合。AT89C52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數器,2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，AT89C52可以按照常規方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發成本。主要功能特性： 兼容MCS51指令系統 8k可反復擦寫(>1000

8、次）Flash ROM 32個雙向I/O口 256x8bit內部RAM 3個16位可編程定時/計數器中斷 時鐘頻率0-24MHz 2個串行中斷可編程UART串行通道 2個外部中斷源共6個中斷源 2個讀寫中斷口線 3級加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設置睡眠和喚醒功能圖3-2 51單片機引腳圖3.4 數碼管顯示系統電路3.4.1 數碼管的介紹本系統輸出結果選用4個LED顯示。LED數碼管的外形結構如圖2-4，外部有10個引腳，其中3, 8腳為公共端也稱位選端，其余8個引腳稱為段選端，當要使某一位數碼管顯示某一數字(0-9中的一個)必須在這個數碼管的段選端加上與數字顯示數字對應的8位段選碼(也稱字形

9、碼)，在位選端加上低電平即可。LED有共陰極和共陽極兩種。如圖2-4所示。二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地，而共陽極則將發光二極管的陽極連接在一起，接入+5V的電壓。一位顯示器由8個發光二極管組成，其中7個發光二極管構成字型“8”的各個筆劃（段）ag，另一個小數點為dp發光二極管。當在某段發光二極管施加一定的正向電壓時，該段筆劃即亮；不加電壓則暗。為了保護各段LED不被損壞，需外加限流電阻。共陰極 共陽極圖 3-3 LED數碼管結構原理圖圖3-4 LED數碼管引腳圖數碼管顯示器有兩種工作方式，即靜態顯示方式和動態掃描顯示方式。為節省端口及降低功耗，本系統采用動態掃描顯示方式。動態掃描

10、顯示方式需要解決多位LED數碼管的“段控”和“位控”問題，本電路的通過P1口實現：而每一位的公共端，即LED數碼管的“位控”，則由P3口控制。這種連接方式由于多位字段線連在一起，因此，要想顯示不同的內容，必然要采取輪流顯示的方式，即在某一瞬間，只讓其中的某一位的字位線處于選通狀態，其它各位的字位線處于斷開狀態，同時字段線上輸出這一位相應要顯示字符的字段碼。在這一瞬時，只有這一位在顯示，其他幾位則暗。在本系統中，字位線的選通與否是通過PNP三極管的導通與截止來控制，即三極管處于“開頭”狀態。使用LED顯示器時，要注意區分這兩種不同的接法。為了顯示數字或字符，必須對數字或字符進行編碼。七段數碼管加

11、上一個小數點，共計8段。因此為LED顯示器提供的編碼正好是一個字節。TX實驗板用共陰LED顯示器，根據電路連接圖顯示16進制數的編碼已列在下表。表3-1 LED字形顯示代碼表字型共陽極段共陰極段字型共陽極段共陰極段0C0H3FH990H6FH1F9H06HA88H77H2A4H5BHB83H7CH3B0H4FHCC6H39H499H66HDA1H5EH592H6DHE86H79H682H7DHF84H71H7F8H07H空白FFH00H880H7FHP8CH73H 3.4.2 四位數碼管的介紹數碼管按段數分為七段數碼管和八段數碼管，八段數碼管比七段數碼管多一個發光二極管單元（多一個小數點顯示）

12、；按能顯示多少個“8”可分為1位、2位、4位等等數碼管；按發光二極管單元連接方式分為共陽極數碼管和共陰極數碼管。四位數碼管陽=陰極連接在一起，陽極分開有各自的位選，動態顯示的特點是將所有位數碼管的段選線并聯在一起，由位選線控制是哪一位數碼管有效。選亮數碼管采用動態掃描顯示。所謂動態掃描顯示即輪流向各位數碼管送出字形碼和相應的位選，利用發光管的余輝和人眼視覺暫留作用，使人的感覺好像各位數碼管同時都在顯示。動態顯示的亮度比靜態顯示要差一些，所以在選擇限流電阻時應略小于靜態顯示電路中的。圖3-5 數碼管顯示效果圖圖3-6 數碼管內部驅動電路3.5繼電器電路繼電器（英文名稱：relay）是一種電控制器

13、件，是當輸入量（激勵量）的變化達到規定要求時，在電氣輸出電路中使被控量發生預定的階躍變化的一種電器。它具有控制系統（又稱輸入回路）和被控制系統（又稱輸出回路）之間的互動關系。通常應用于自動化的控制電路中，它實際上是用小電流去控制大電流運作的一種“自動開關”。故在電路中起著自動調節、安全保護、轉換電路等作用。圖3-7 繼電器繼電器線圈在電路中用一個長方框符號表示，如果繼電器有兩個線圈，就畫兩個并列的長方框。同時在長方框內或長方框旁標上繼電器的文字符號“J”。繼電器的觸點有兩種表示方法：一種是把它們直接畫在長方框一側，這種表示法較為直觀。另一種是按照電路連接的需要，把各個觸點分別畫到各自的控制電路

14、中，通常在同一繼電器的觸點與線圈旁分別標注上相同的文字符號，并將觸點組編上號碼，以示區別。繼電器的觸點有三種基本形式：1、動合型（常開）（H型）線圈不通電時兩觸點是斷開的，通電后，兩個觸點就閉合。以合字的拼音字頭“H”表示。2、動斷型（常閉）（D型）線圈不通電時兩觸點是閉合的，通電后兩個觸點就斷開。用斷字的拼音字頭“D”表示。3、轉換型（Z型）這是觸點組型。這種觸點組共有三個觸點，即中間是動觸點，上下各一個靜觸點。線圈不通電時，動觸點和其中一個靜觸點斷開和另一個閉合，線圈通電后，動觸點就移動，使原來斷開的成閉合，原來閉合的成斷開狀態，達到轉換的目的。這樣的觸點組稱為轉換觸點。用“轉”字的拼音字

15、頭“z”表示。繼電器是具有隔離功能的自動開關元件，廣泛應用于遙控、遙測、通訊、自動控制、機電一體化及電力電子設備中，是最重要的控制元件之一。繼電器一般都有能反映一定輸入變量（如電流、電壓、功率、阻抗、頻率、溫度、壓力、速度、光等）的感應機構（輸入部分）；有能對被控電路實現“通”、“斷”控制的執行機構（輸出部分）；在繼電器的輸入部分和輸出部分之間，還有對輸入量進行耦合隔離，功能處理和對輸出部分進行驅動的中間機構（驅動部分）。作為控制元件，概括起來，繼電器有如下幾種作用：1）擴大控制范圍：例如，多觸點繼電器控制信號達到某一定值時，可以按觸點組的不同形式，同時換接、開斷、接通多路電路。2）放大：例如

16、，靈敏型繼電器、中間繼電器等，用一個很微小的控制量，可以控制很大功率的電路。3）綜合信號：例如，當多個控制信號按規定的形式輸入多繞組繼電器時，經過比較綜合，達到預定的控制效果。4）自動、遙控、監測：例如，自動裝置上的繼電器與其他電器一起，可以組成程序控制線路，從而實現自動化運行。圖3-8 繼電器驅動電路4 系統程序的設計4.1 主程序本設計中，計時采用定時器T0中斷完成，其余狀態循環調用顯示子程序，當端口開關按下時，轉入相應功能程序。其主程序執行流程見下圖。nyy調用顯示子程序開始顯示單元清0T0，T1設為16位計數器模式允許T0中斷進入功能程序鍵按下？ 整分鐘？圖4-1 主程序流程圖4.2

17、顯示子程序數碼管顯示的數據存放在內存單元70H75H中。其中70H-71H存放秒數據，72H-73H存放分數據，74H-75H存放時數據，每一地址單元內均為十進制BCD碼。由于采用軟件動態掃描實現數據顯示功能，顯示用十進制BCD碼數據的對應段碼存放在ROM表中。顯示時，先取出70H-75H某一地址中的數據，然后查得對應的顯示用段碼，并從P0口輸出，P2口將對應的數碼管選中供電，就能顯示該地址單元的數據值。為了顯示小數點及“”、“A”等特殊字符，在顯示班級及計時時采用不同的顯示子程序。4.3 定時器T0、T1中斷服務程序定時器TO、T1用于時間計時，定時溢出中斷周期可分別設為50ms和10ms.

18、中斷進入后，現判斷是時鐘計時還是秒表計時，時鐘計時累計中斷20次（即1s）時，對秒計數單元進行加1操作，秒表計時每10ms進行加1操作。在計數單元中采用十進制BCD碼計數，滿60（秒表功能時有100）進位，T0中斷服務程序執行流程見下圖圖4-2 定時器流程圖4.4 程序清單#include<reg52.h>#define uint unsigned int；/定義變量類型#define uchar unsigned charsbit key1=P31; /定義按鍵接口sbit key2=P32;sbit DP=P17;uint bb,shu; /定義變量int aa=0;uchar

19、 table= 0X3F,0X06,0X5B,0X4F,0X66,0X6D,0X7D,0X07,0X7F,0X6F; /寄存器地址定義void delay(uint z);延時程序void keyscan();/鍵盤掃描程序void display(aa);/顯示程序void delay(uint z)；/延時子程序uint x,y;for(x=20;x>0;x-)；/每20秒延時一次for(y=z;y>0;y-);void keyscan()；/鍵盤掃描，采用循環嵌套if(key1=0) /判斷P1.0的電平，決定是否延時 delay(10); if(key1=0) shu=1;

20、 while(!key1); if(key2=0) delay(10); if(key2=0) shu=2; while(!key2); void display(aa)；/顯示子程序，輸出到七段四位數碼管 P1=tableaa/1000; P2=0x7f; delay(15); /延時 P2=0xff; P2=0xff; delay(1); P1=tableaa/100%10; DP=0; P2=0xbf; delay(15); P2=0xff; P2=0xff; delay(1); P1=tableaa%100/10; P2=0xdf; delay(15); P2=0xff; P2=0xf

21、f; delay(1); P1=tableaa%10; P2=0xef; delay(15); P2=0xff; P2=0xff; delay(1); void time0() interrupt 1 /定時模塊 TH0=(65536-10000)/256;/TH0中斷TL0=(65536-10000)%256;/TL0中斷aa+;if(aa>9999) aa=0;void main() /主程序TMOD=0X01;TH0=(65536-10000)/256;TL0=(65536-10000)%256;EA=1;ET0=1;while(1)keyscan();if(shu=1)TR0=1

22、;/寄存器初始化shu=0;if(shu=2)TR0=0;shu=0;display(aa);5 仿真結果5.1 仿真環境Proteus 是英國Labcenter公司開發的電路分析與實物仿真軟件。它運行于Windows操作系統上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點是：實現了單片機仿真和SPICE電路仿真相結合。具有模擬電路仿真、數字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統的仿真、RS232動態仿真、I2C調試器、SPI調試器、鍵盤和LCD系統仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發生器等。支持主流單片機系統的仿真。目前支持的單片機類型有：ARM7(LPC21xx)、 8051/52系列、AVR系列、PIC10/12/16/18系列、HC11系列以