HH基于MCS-51单片机的智能控制开关 的设计2

2010届本科生毕业设计题目：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）：电子与电气工程系专业：电子信息工程指导教师姓名：李光宇指导教师职称：讲师2010年2月20日SuZhouUniversityYear2010BachelorGraduationlssignmentTitle:BasedonMCS-51microcontrollerdesignofintelligentcontrolswitchAuthor:HaoHaoStudentID:2006080212Department:ElectronicandElectronicalEngineeringMajor:ElectricalInformationEngineeringInstructotr:LiGuangyuProfessionalTitle:LecturerFeburary20th,2010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，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ABSTRACTSCMhasbeendevelopedtoaverymaturetechnology,usingSCMtoachieveuptoafewhoursofregularoperation,therearegoodprospectsformarketdevelopmentandtechnologyapplication.Therequirementsfortheautomaticcontrolsystem,designedbasedonMCS-51MCUintelligentcontrolswitch,tomeetlongunattendedmeasurementandcontrolsystems.Circuitdesigniscomposedof89C51controlcircuit,power-downmemorycircuit,buttonsandLCDdisplaycircuitandpowercircuit.Systemthatcandisplayreal-timedisplayandtimingcontrol,timingpower-offprotectiontimeoftheswitchcontrolfunction,isamorepracticalintelligentswitch.Keywords:IntelligentControl;Switch;SCM;Timing目录绪论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11设计要求1.1智能控制开关概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21.2本设计任务．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22智能控制开关硬件设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32.1系统的硬件构成及功能．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32.2AT89C51单片机及其引脚说明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32.3键盘控制和实时显示电路．．．．．．．．．．．....．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．42.4时间设置掉电存储电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．52.5电源电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．62.6开关控制电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．73系统软件设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．83.1系统程序流程图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．83.2系统主程序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．84系统调试与测试结果分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．164.1使用的仪器仪表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．164.2系统调试．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16结论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17附录．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19致谢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20宿州学院2010届毕业设计绪论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。宿州学院2010届毕业设计设计要求21设计要求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。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）给出全部电路和源程序。宿州学院2010届毕业设计智能控制开关硬件设计32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2-1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。图2-1智能开关控制系统原理框图2.2AT89C51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可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，与IntelMCS-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。AT89C51键盘输入开关控制电源LCD1602显示EEPROM存储器宿州学院2010届毕业设计智能控制开关硬件设计42.3键盘控制和实时显示电路由于采用软定时器计时，长时间运行会产生一些误差，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。12PW112PW212PW312PW412PW512PW612PW712PW812PW912PW1012PW1112PW1212PW1312PW1412PW1512PW16PW1PW2PW3PW4PW5PW6PW7PW8图2-2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。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，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，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。宿州学院2010届毕业设计智能控制开关硬件设计5图2-3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2-4所示。宿州学院2010届毕业设计智能控制开关硬件设计6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1234B11N4007*4C40.3C11000PFC2334LED1LED3Vin1GND2+5V3J1LM7805CTR11kT1TRANS3VCCC3100u220V~VCCGNDA1A2A3WPSCLSDA+5VSDAR10R1110KI2CU310KSCL宿州学院2010届毕业设计智能控制开关硬件设计72.6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。图2-6开关控制电路继电器开关+5VbeepJDQQ1NPN宿州学院2010届毕业设计系统的软件设计83系统的