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1、 电 子 科 技 大 学单片机最小应用系统设计报告指导老师： 学 生： 学 号： 机电工程学院2009 年 5 月单片机最小应用系统设计报告单片机最小应用系统设计报告一、设计题目一、设计题目1 1二、设计目的二、设计目的1 1三、系统硬件图三、系统硬件图1 1四、程序流程图四、程序流程图2 2五、系统分析与说明五、系统分析与说明5.1 系统主要组成部分3 5.2 继电器量部分4 5.3 单片机最小系统部分5 5.4 可编程并行接口芯 8255A 部分10 5.5 电路板的制作155.6 系统连线说明分析.16六、源程序 17七、设计体会20八、参考文献 20一、 设计题目继电器控制。用 803
2、1 单片机和 8255 控制继电器，实现外部电路转换。按一个按钮，第一条线通，再按一下，第一条线路断开，第二条线路通。 二、 设计目的1、通过本次实验，掌握继电器的基本原理和特点。2、掌握可编程通用并行接口芯片 8255 芯片的结构及编程方法。3、搭建单片机最小应用系统，进一步加深对单片机应用的理解，提高处理实际问题的能力和独立分析思考的能力。三、 系统硬件图1、继电器控制的硬件电路原理图如下：123456ABCD654321DCBAT itleN umberR evisionSizeBD ate:9-May-2009 Sheet of File:E :下下下下下下下下下下下下8255z.dd
3、bD raw n By:C FU 22u30P130pC 30P230pY 1 12M HzX TA 1X TA 2P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0X TA 1 X TA 2R STR ST下下下下1104PS1 下下下下R 2 2.2K+5V CC xx下下下下1 2D C IN 下下下下123VVG NDINO UT7805 下下下C DIAN下下下下P10 P11 P12 P13 P14
4、P15 P16 P17 R ST 30/R XD 31/T XD 32/IN T0 33/IN T1 34/T 0 35/T 1 36/W R 37/R D X TA L2 X TA L1 V SSP20P21P22P23P24P25P26P27PSENA LEE AP07P06P05P04P03P02P01P00V CC8051P1.5 P1.6 P1.7 RST+5G ND+5+5+5G NDSS 0SW -PBPA0PB0PA1PB1PA2PB2PA3PB3PA4PB4PA5 PA6 PA7A 0 A 1D 0 D 1 D 2 D 3 D 4 D 5 D 6 D 7R ESE TW RR
5、 DC SG ND272829303132333412343738394018 19 20 21 22 23 24 25 14 15 16 17101112135678 3536 926U 8255A 8255APC0 PC1 PC2 PC3 PC4 PC5 PC6 PC7下下下 L EDD 0 D 1 D 2 D 3 D 4 D 5 D 6 D 7A 0A 1R ESE T W R R D C SV C下下 2.2KG ND1 2 3 4 5 6下下下下下 6P下下+5G NDG NDG ND G NDG ND源源源源100U 下下下下+5D D21 L EDP0.0PB3+5+5G NDS
6、S 1SW -PBPB4R S14.7kR S24.7kQ S1 PNP2Q S2 PNP2J1 下下下J2 下下下+5+5PA0PA1G NDG NDJL ED 1 L EDJL ED 2 L EDG NDG NDR E11KR E21KR E3 1KR E4 1K图 1 电路原理图2、PCB 图如下：图 2 PCB 图 四、 程序流程图继电器控制系统程序框图如下：图 3 程序流程图五五、系统分析与说明5.15.1 系统主要组成部分系统主要组成部分继电器控制系统主要分为三个部分：单片机最小系统，继电器部分，可编程并行开始两继电器断开第一个按钮是否按下Key_count+第一个继电器闭合第二个
7、按钮是否按下Key_count=0第二个继电器闭合，另一个断开接口芯片 8255A 部分。所用主要元件有：AT89S51 ，SRD-05VDC-SL-C 型继电器器， 8255A，发光二级管。5.25.2 继电器部分继电器部分5.2.1 继电器实物图与电气图 继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路） ，通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关” 。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。图 4 继电器实物图图 5 继电器电气图5.2.2 继电器的工作原理和特性电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片
8、等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点” ；处于接通状态的静触点称为“常闭触点” 。5.2.3 继电器的选用注意事项控制电路的电源电压，能提供的最大电流；被控制电路中的电压和电流；
9、被控电路需要几组、什么形式的触点。选用继电器时，一般控制电路的电源电压可作为选用的依据。控制电路应能给继电器提供足够的工作电流，否则继电器吸合是不稳定的； 注意器具的容积。若是用于一般用电器，除考虑机箱容积外，小型继电器主要考虑电路板安装布局。对于小型电器，如玩具、遥控装置则应选用超小型继电器产品。5.35.3 单片机最小系统部分单片机最小系统部分MCS-51 系列单片机是一种高性能的 8 位机系列，广泛应用于各种小型控制系统中，其引脚图如图所示。本论文采用的 AT89C51 单片机是 AMTEL 公司生产的 MCS-51 系列的兼容产品，与 MCS-51 指令系统兼容，系统结构相同，CMOS
10、 工艺制造并带有非易失性 Flash 程序存储器。全部支持 12 时钟和 6 时钟操作。AT89C51 包含 128 字节RAM、32 条 I/O 口线、3 个 16 位定时/计数器、6 输入 4 优先级嵌套中断结构、1 个串行 I/O 口（可用于多机通信 I/O 扩展或全双工 UART 以及片内振荡器和时钟电路）。CPUROMRAM定时器/计数器I/O 接口电路 时钟图 6 MCS-51 引脚图MCS-51系列单片机的并行I/O口接口电路是微机必不可少的组成部分，并行输入确出接口是CPU和外部进行信息交换的主要通道。MSC51系列单片有4个8位并行双向I/O口P0P3，共32根I/O线。每一
11、根线能独立用作输入或输出。单片机可以外接键盘、显示器等外围设备还可以进行系统扩展，以解决硬件资源不足问题。4个并行口都是双向口，既可以输入又可以输出。P0、P2口经常作外部扩展存储器时的数据、地址线，P3口除作I/O口外，每一根都有第二功能。这4个I/O口结构基本相同，但仍存在差别。(1) P1口是最常用的I/O口如图所示，因为不作数据地址线，其结构中没有数据地址线，也没有多路开关MUX，输出驱动电路接有上拉电阻。P1口输入输出时与P0作I/O时相似，输出数据时先写入锁存器，经Q端反相，再经场效应管反相输出到引脚。输入时，先向锁存器写l，使v管截止外部引脚信号由下方读缓冲器送入内部总线，完成读
12、引脚操作。P1口也可以读锁存器。外部提升电阻将引脚拉升至高电平，但输人的低电平信号能将其拉低，不会影响低电平的输入。图7 P1口一位结构(2) P2口的位结构比P1多了一个控制转换部分如图5所示，结构与P0口基本相似，如下图所示。P2口改P0推拉式输出驱动电路为上拉电阻式，当控制信号s为低电平，作I/O口使用时，多路开关MUX使锁存器输出端Q与输出驱动输入端接通，构成一个准双向口。此外，当外部扩展存储器时，P2口常做高8位地址线使用。图8 P2口一位结构下表中概括了单片机中使用到的并行口 P1、P2 功能：表 1 P1、P2 功能一览表MCS-51系列单片机的工作方式和时序单片机应用系统中，除
13、了基本计算机系统单元电路外还需配备完整的外围电路、以完成复位、掉电保护、提供时钟、节电等功能。（1）时钟电路：单片机内部有一个高增益的反相放大器，通过XTAL1和XTAL2引脚外接石英振于或陶瓷振子、微调电容组成振荡器如图13所示。该振荡器发出的脉冲直接送入内部时钟电路。振荡器若外接的是石英扳子，微调电容通常选择30pF；外接陶瓷娠子时选样47pF。振荡频率范围选择1.212M。MCS5-51系列单片机也可以采用外接时钟，这时XTAL 2脚用来输入外部时钟信号(XTAL2脚为内部时钟电路的输入端)，XTALl脚则接地如图13b所示。对于CHM05工艺制造的80C51单片机，则应从XTALl脚输
14、入外部时钟信号，XTAL 2脚悬空。(a)外接石英晶体振荡电路 （b）外接时钟电路 图9 两种单片机时钟电路(a) 上电复位 (b) 按键电平复位(c) RC放电过程 (d) 电平复位过程图10 单片机常用复位电路（2）复位电路：复位使单片机处于起始状态，并从此状态开始运行 MCS5-51 单片机RST 引脚为复位端，该引脚连续保持 2 个机器周期(24 个时钟振荡周期)以上的高电平。可使单片机复位。本论文使用的是外部复位电路，单片机在启动后要从复位状态开始运行，因此上电时要完成复位工作，称上电复位，如图 10a 所示。上电瞬间电容两端的电压不能发生突变，只 RST 端为高电平5v，上电后电容
15、通过及 RC 电路放电 RST端电压逐渐下降，直至低电平 0V，如图 10c 所示。适当选择 R、C 的值，使 RST 端的高 I 电平维持 2 个机器周期以上即可完成复位。单片机 L 在运行过程中，出于本身或外并干扰的原因会导致出错。这时可按复位键以重新开始远行，按键复位可分为按键电平复位或按健脉冲复位，如图 10b 所示。按键脉冲复位和上电平复值的原理是一样的，都是利用 RC 电路的放电原理，如图 10d 所示。让 RST 端能保持一段时间的高电平，以完成复位，按键电平复位时，按键时间也应保持在两个机器周期以上。根据设计要求和计算简便的原则，我们选择 12M 的石英晶振、30PF 的电容、+5V电源，最小系统如下：图 11 单片机最小系统5.45.4 可编程并行接口芯片可编程并行接口芯片 8255A82
