1、精選優質文檔-傾情為你奉上題 目：基于MCS-51單片機的智能控制開關的設計專心-專注-專業目 錄摘 要IAbstractII1 緒論12 設計原理和方法 2 2.1 系統的硬件構成及功能2 2.2 AT89C51單片機及其引腳說明2 2.3 鍵盤控制電路3 2.4 實時顯示電路3 2.5 電源電路5 2.6開關控制電路63系統的設計7 3.1 總電路設計7 3.2 系統的軟件設計74 系統各模塊的仿真8 4.1 鍵盤控制模塊仿真8 4.2掉電儲存電路的仿真85 心得體會10參考文獻11附錄一12附錄二13摘 要單片機發展到今天已經是一項很成熟的技術，使用單片機控制能實現長達幾小時的定時操作，

2、有較好的市場發展前景和技術應用價值。針對自動測控系統的要求，設計了一種基于MCS-51單片機控制的智能控制開關, 可以滿足長時間無人值守的測控系統的要求。設計電路主要由單片機89C51控制電路、掉電存儲電路、按鍵與LCD顯示電路以及電源電路組成。系統能實現實時顯示和定時控制顯示、定時斷電保護、準時對開關進行控制等的功能，是一款比較實用的智能開關。關鍵詞： 智能控制； 開關； 單片機； 定時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 緒論在自動測控系統中，特別是長時間無人值守的測控系統中，經常需要進行長達幾小時的定時操作。若采用專門的計時芯片設計，一方面控制復雜，占用硬件資源，另一方面也不經濟，一般的時鐘芯片價格都比較貴。由于單片機內部有定時器，因此，可以基于單片機設計一款智能控制開關。由于使用了單片機來控制，因此使得該系統具有很強的靈活性和智能性。單片機發展到今天已經是一項很成熟的技術了，采用單片機控制的產品也比比皆是，雖然單片機的價格比較便宜，但是功能卻很強大，因此選擇單片機來控制是綽綽有余的！人性化的顯示設計更是該系統一大特色，能實時顯示當前開關的工作狀況。2 設計原理和方法2.1 系統的硬件構成

6、及功能智能開關控制的原理框圖如圖2-1所示。它由以下幾個部件組成：單片機89C51、電源電路、掉電存儲電路、開關控制、鍵盤輸入和顯示以及電源電路組成。時間顯示采用LCD1602，以降低對單片機端口數的要求，同時也降低系統的功耗。時間控制電路和鍵盤輸入以及掉電存儲都通過89C51的I/O口控制。電源部分：電源部分由整流、濾波和集成穩壓器組成，以保證系統穩定工作。AT89C51鍵盤輸入開關控制電 源LCD1602顯示EEPROM存儲器圖2-1 智能開關控制系統原理框圖2.2 AT89C51單片機及其引腳說明AT89C51單片機是51系列單片機的一個成員，內部自帶4K字節可編程FLASH可編程可擦除

7、只讀存儲器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，與Intel MCS-51系列單片機的指令和輸出管腳相兼容。由于將多功能八位CPU和閃速存儲器結合在單個芯片中，因此，AT89C51構成的單片機系統是具有結構簡單、造價低廉、效率高的微控制系統，減少了硬件開銷，節省了成本，提高了系統的性價比。AT89C51是一個有40個引腳的芯片，與8031相比，AT89C51自帶4K的ROM和128B的RAM，因此編寫中小型系統就無需任何硬件進行擴展。2.3 鍵盤控制電路由于采用軟定時器計時，長時間運

8、行會產生一些誤差，就要通過按鍵修改實時時間，根據定時需要只要能夠調整小時和分鐘即可。采用獨立按鍵占用了單片機I/O口，因此在設計該系統時，為了減少單片機I/O口的使用，采用了行列式鍵盤，如下圖2-2所示。圖2-2 行列式鍵盤原理圖2.4 實時顯示電路實時控制和顯示分別采用了89C51和1602LCD液晶。首先設計實時時鐘，系統利用定時器產生實時時鐘，采用中斷子程序實現實時時鐘的功能，采用軟定時的方式產生實時時鐘，由定時器T0工作在50ms定時模式，采用中斷的響應方式，對50ms中斷計數，每20次為1秒，秒計數單元的值加1，每60秒分鐘單元計數單元加“1”，同理，完成小時計數單元的改變，從而實現

9、時鐘功能。為了減小整個系統的功耗，不采用數碼管作為顯示器件，而用1602LCD作為來顯示時間和要定時的時間，1602液晶模塊內部的字符發生存儲器（CGROM)已經存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯數字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是B（41H），顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。它具有經濟、方便、編程容易等優點，設計中顯示的數據較少。1602液晶一共可以顯示兩行，每行可以顯示16個字符。設計中，1602的第一行顯示實時時間，第二行顯示定時的時間，顯示通過編程實現，

10、液晶的外面要接10K的可調電阻，用來調節液晶顯示的對比度。并且這兩個芯片接通電源可以直接用單片機編程對它進行操作。下圖2-3為實時控制和顯示電路原理圖。圖2-3 實時控制和顯示電路原理圖2.5 時間掉電存儲電路由于系統要顯示的內容比較簡單，但是定時的時間設置好了，斷電了之后什么都沒了，因此為了保護時間，該系統就需要有斷電存儲電路，由于顯示量不多,所以選用I2C器件AT24C02。AT24C02是一個2K位串行CMOS E2PROM， 內部含有256個8位字節，CATALYST公司的先進CMOS技術實質上減少了器件的功耗。AT24C02有一個16字節頁寫緩沖器。該器件通過IIC總線接口進行操作，

11、有一個專門的寫保護功能。VCCGNDA1A2A3WPSCLSDA+5VSDAR10R1110KI2CU310KSCLAT24C02在單片機應用中，作為EEPROM儲存器用，與單片機通過I2C通信。優點是掉電后仍可以保存數據。比如單片機運行時，手動設置了一些參數，可以用它保存起來。該存儲電路如圖2-4所示。圖2-4 時間掉電存儲電路 2.5 電源電路為了給該數據采集系統提供一個比較穩定的工作環境，就此為該系統設計了一個穩壓電源模塊，電路原理如下圖2-5所示，該電源模塊5V固定輸出，采用了穩壓模塊7805，該系列集成穩壓模塊具有過流、過熱和調整管安全工作區保護，以防止過載而損壞。對于整個系統的工作

12、而言，增加了電路的可靠性能和穩定性能。圖2-5 電源電路原理圖2.6開關控制電路該電路采用5V繼電器進行隔離控制，JDQ繼電器耐壓為300V，它的輸出級由一個常開開關構成，它控制著主電路的導通與關斷，原理圖如下圖2-6所示。繼電器開關+5VbeepJDQQ1NPN圖2-6 開關控制電路3系統的設計3.1 總電路設計本系統的軟件系統主要完成修改時間、定時通斷電等功能。在程序設計過程中，加強了部分軟件抗干擾措施，以達到按鍵的靈活性，確保整個系統的正常運行。系統流程圖如圖3-1所示。總電路圖見附錄一。開 始系統初始化時間與定時時間顯示開關接通，放電開關斷開，不通電修改時間子程序修改定時時間子程序修改

13、定時時間修改時間定時時間到否NYYYNN圖3-1 程序流程圖3.2 系統的軟件設計在本次電路設計中，電源及按鍵控制電路均為硬件設計，實時顯示電路由1602LCD液晶顯示器完成，1602液晶模塊內部的字符發生存儲器（CGROM)已經存儲了160個不同的點陣字符圖形，只需使用單片機對其進行控制，所以本次設計之中的軟件設計均為單片機系統的軟件設計，軟件設計采用匯編語言，程序見附錄二。4 系統各模塊的仿真4.1 鍵盤控制模塊仿真本次設計中的鍵盤采用矩陣鍵盤，其仿真圖形如圖4-1所示。圖4-1 矩陣鍵盤仿真圖在仿真過程中，將pw1,pw2,pw3,pw4依次分別接+5V，pw5,pw6,pw7,pw8依

14、次分別接地，如當pw1接+5V，pw6接地時，分別按下各個開關，通過觀察8個引腳的高低電平情況（高顯示紅，低顯示綠）可驗證按鍵pw5導通，并且其他按鍵無短路情況。VCCGNDA1A2A3WPSCLSDA+5VSDAR10R1110KI2CU310KSCL4.2掉電儲存電路的仿真掉電儲存電路仿真圖如圖4-2所示。圖4-2 掉電電路仿真圖由于本次設計采用AT24C02芯片進行掉電電路數據儲存，所以只需對照其引腳功能圖進行相應仿真即可，其引腳功能如表4-1所示。管腳名稱功能A0 A1 A2期間地址選擇SDA串行數據/地址SCL串行時鐘WP寫保護Vcc電壓Vss地表4-1 AT24C02管腳功能表在對

15、芯片進行斷電、上電后，其內部儲存數據不變。5 心得體會在此次課設過程中，本人經歷了電路的設計、仿真，回顧了以前學的C語言、模電、數電知識，并且能綜合起來運用單片機的知識。做完課設后，作者對很多知識的記憶都加深了。親身感覺到仿真在設計電路中的作用，運用軟件的仿真，能夠不斷糾正本人在構思中所疏忽的一些軟件或者硬件問題。在仿真過程中，經常遇到一些問題，譬如疏忽了仿真軟件中管腳的接線特點，在連線時某根線連錯或者未接上，還有限流電阻阻值多大等等。在仿真結束后，自己對Protues和Keil軟件的應用變得更加熟練了，而且對硬件設計中需要注意的問題也有了初步的了解，這對于以后電子線路的設計與制作是很有幫助的

16、。通過這次做課程設計的鍛煉，使我學到了許多書本中沒有的東西！從選題到構思設計方案，尤其是在確立設計方案的過程中了解到了很多東西！特別是在芯片的選擇上，了解到了許多平時很少接觸的芯片的功能及優缺點！通過這次鍛煉也給自己樹立起了信心！同時也深刻體會到了“遇到困難，解決困難！”這句話的含義，只有這樣才能真正提高自己的水平，真正的把學到的知識應用到實際中去！真正做到學以至用！參考文獻1徐愛鈞 單片機原理實用教程:基于Proteus虛擬仿真 電子工業出版社2008.7 2郭天祥 51單片機 C語言教程電子工業出版社 2009.13鄒振春單片機原理及接口技術 機械工業出版社 2005.14于曉東主編 80

17、C51單片機原理、開發與應用實例中國電力出版社 2008.105伍時和主編 數字電子技術基礎清華大學出版社 2009.46譚浩強 C語言設計清華大學出版社 2005.7附錄一總電路圖：附錄二單片機程序FM BIT 20H ;分鐘到的標志，由中斷子程序產生RING BIT P1.0 ;開關接通標志，由比較子程序產生PLUS BIT P3.5MINUS BIT P3.4STP BIT P3.3PWR BIT P2.7 MS EQU 7FHSECN EQU 7EHMINU EQU 7DHHOUR EQU 7CHBCDH EQU 7BH ;偽指令定義壓縮BCD碼的小時表示，用于比較BCDM EQU 7

18、AH ;偽指令定義壓縮BCD碼的分鐘表示，用于比較NUMB EQU 6BUFF EQU 60HTT EQU 20 ;偽指令設定開關接通的時間長度，設為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- 數碼轉換子程序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- 按鍵掃描子程序KEY: MOV B, MINUINC BINC BSETB STPJNB STP, KEY11SETB PLUSJB PLUS, KEY2ALCALL BTBCDLCALL DDISPSETB PLUSJNB PLUS, KEY22 ;加一分鐘KEY2A: SETB MINUSJB MINUS, KEYDD ;減一分鐘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 ;判斷小時+SETB MINUSJNB MINU

22、S, KEY4 ;判斷小時-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- 比較子程序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