毕业论文基于单片机的智能插座设计

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1、1引言随着现代科学技术的发展，由于单片机具有优异的性能价格比，集成度高、体积 小、可靠性高，控制功能强，低电压、低功耗等特点，因此它的应用相当广泛，无论 是工业部门、民用部门、事业部门和家用等领域，到处都有它的身影。而单片机在智 能仪器仪表中的应用是便其中最多、最活跃的领域之一。在各种仪器仪表中引入单片 机，不但使仪器仪表智能化，提高测试的自动化程度和精度，更能简化仪器仪表的硬 件结构，提高其性能价格比。单片微型计算机作为微型计算机的一个分支，它成为今天工业控制领域、通讯设 备、信息处理以及日常生活中最广泛使用的计算机。如：数控电梯、数控机床、交通 灯管理系统、掌上电脑、手机、电子词典、各种智

2、能医疗器械等；家用电器中常用产 品如：微波炉、电磁炉、洗衣机、电视机等内均看到它的身影；游戏机、手提电话机 等、就连一台微机系统中也嵌入了很多片的单片机。电子定时器可用一般数字电路搭 建而成，一台四位数的定时器要用十多片数字电路组成，电路结构复杂、体积庞大， 而且功能有一定的局限性。如用单片机制作定时器，外围电路简单，用其灵活的编程, 使定时器可有更多的功能选择。目前市场上的排插功能太简单，有时满足不了人们需要！比如我们经常遇到的就 是电动车充电问题，电动车充电时间通常是8个小时左右，太长则容易损耗电池，太 短则充不满，如果在晚上充电，又经常不想从家里出来到车库去给车充电，或者白天 充电了，晚

3、上不想下车库或者忘了拔电等等，造成很大的不方便。于是提出了本课题, 其创新性体现在：1、利用单片机，直流控制交流继电器等部件实现排插的定时开关 功能（比如，什么时候接通，接通多久时间后断开），2、提供语音服务功能，比如播 放音乐，如使用这一排插控制电饭煲，则在作饭时还可以享受音乐的服务。为了解决以上问题，本课题在利用微型单片机、语音芯片等器件设计一个具备定 时开关、语音服务等功能的智能插座，体积较小，确保能嵌入到当前使用的排插中。2方案设计根据设计的要求及性能以及考虑到使用的可能性，智能插座的主要功能是定时 作用，使日常使用的需充电的电器设备在充电中更加方便。插座的功能即是在电器完 成定时充电

4、以后插座能自行切断电源。因此对于智能插座的设计可以理解为设计一个 由单片机构成的定时器。同时，需要有播放语音的功能，因此需要用到蜂鸣器模块。 所以电路主要包括主控制器，定时与显示电路，键盘电路，蜂鸣器电路等。主控制器 采用单片机AT89C2051,显示电路采用共阳极LED数码管显示时间。本设计采用 AT89C2051单片机的定时器计数器定时计数和计数原理，使其能精确定时。利用中断 系统使其能实现开始暂停得功能。P0 口输出断码数据，P1.0-P1.7 作为扫描输出。 P3. 0,P3. 1.P3.2 ,P3. 3.P3. 4,接5个按钮开关，分别实现复位，暂停，开始计时，调 节小时，调节分。P

5、3.5作为蜂鸣器的按钮开关。电路的基本要求是正确性，其次是布 局合理，最后在这两点下要求美观（如图2-1） o控制开关数码管位驱动蜂鸣器控制开关3整体方案的设计3. 1单片机的选择单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片 机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中 央处理器、存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备 相结合，便可成为一个单片机控制系统。目前，我国生产很多型号的单片机，在此，我们采用型号为AT89C2052的单片机。第一，ATC89C2

6、051单片机采用Flash存储器技术，降低了制造成本，其软件、硬件与 MCS-51完全兼容。第二，AT89C2051片内含有2K字节的Flash程序存储器，128字节的片内RAM。第三，允许工作的时钟为024MHz第四，AT89C2051不允许构造外部总线来扩充程序/数据存储器，所以它不需要ALE、 PSEN、RA、WR一类的引脚。第五，AT89C2051共有20个引脚，它只继承了 8031最重要的引脚，体积小巧。3. 2单片机的基本性能及结构3. 2. 1 AT89C2051 主要性能AT89C2051是ATMEL公司生产的带2K字节闪速可编程可擦除只读存储器(EEPR0M)的8位单片机，它

7、具有如下主要特性：和MCS-51产品的兼容2K字节可重编程闪速存储器耐久性：1,000写/擦除周期 2. 7V-6V的操作范围全静态操作：0Hz24MHz两级加密程序存储器 128X8位内部RAM 15根可编程I/O引线两个16位定时器/计数器六个中断源,可编程串行UART通道直接LED驱动输出片内模拟比较器低功耗空载和掉电方式RST/VPPE (RXD)P3.0L (IXD)P3,1C XTAL2C XTAL1L (1NTO)P3.2L (iNTf)P3,3C (TO)P3.4C (T1)P3.5L GNDLu ISON060012345678910987654321IVCCP1,7:P1.

8、6:P1.5P1,4JP1.33P1.2:P1.1(AIN1)JP1.0(AIN0)JP3.7图3-1 AT89C2051的引脚图1. Vcc：电源电压。2. GND：地。3. Pl n：Pl 口是一8位双向I/O 口。口引脚Pl. 2P1. 7提供内部上拉电阻。P1. 0 和P1. 1要求外部上拉电阻。P1. 0和P1. 1还分别作为片内精密模拟比较器的同相输入 (AINO)和反相输入(AIN1) oPl 口输出缓冲器可吸收20mA电流并能直接驱动LED显示。 当P1 口引脚写入“1”时，其可用作输入端。当引脚P1.2-P1.7用作输入并被外部拉 低时，它们将因内部的上拉电阻而流出电流(HL

9、)oPl 口还在闪速编程和程序校验期间 接收代码数据。4. P3 口： P3 口的P3.0P3.5、P3. 7是带有内部上拉电阻的七个双向I/O引脚。 P3. 6用于固定输入片内比较器的输出信号并且它作为一通用I/O引脚而不可访问。 P3 口缓冲器可吸收20mA电流。当P3 口引脚写入“ 1 ”时,它们被内部上拉电阻拉高并 可用作输入端。用作输入时，被外部拉低的P3 口引脚将用上拉电阻而流出电流(IIL)。 P3 口还用于实现AT89C2051的各种功能,如下表1所示。P3 口还接收一些用于闪速 存储器编程和程序校验的控制信号。5. RST：复位输入。RST-旦变成高电平，所有的I/O引脚就复

10、位到“1” -当振荡 器正在运行时，持续给出RST引脚两个机器周期的高电平便可完成复位。每一个机器 周期需12个振荡器或时钟周期。6. XTAL1：作为振荡器反相放大器的输入和内部时钟发生器的输入。7. XTAL2：作为振荡器反相放大器的输出。P3 口的功能（如表3-2）:表3-2P3 口引脚功能P3. 0RXD （串行输入端口）P3. 1TXD（串行输出端口）P3. 2INTO（外中断0）P3. 3INT1（外中断1）P3. 4TO （定时器0外部输入）P3. 5T1 （定时器1外部输入）3. 2. 3 AT89C2051 内部结构图3-3 AT89C2051内部结构图AT89C2051 (

11、如图3-3)是一带有2K字节闪速可编程可擦除只读存储体(EEPROM)的 低电压，高性能8位CMOS微型计算机。如图1所示，它采用ATMEL的高密非易失存储 技术制造并和工业标准MCS-51指令集和引脚结构兼容。通过在单块芯片上组合通用 的CPL1和闪速存储器,ATMEL AT89C2051是一强劲的微型计算机,它对许多嵌入式控制 应用提供一高度灵活和成本低的解决办法。此外，从AT89C2051内部结构图也可看出，其内部结构与8051内部结构基本一致 (除模拟比较器外)，引脚RST、XTALK XTAL2的特性和外部连接电路也完全与51系 列单片机相应引脚一致，但P1 口、P3 口有其独特之处

12、。AT89C2051是一个有20个引 脚的芯片，引脚如图1所示，与8051内部结构进行对比可发现.AT89C2051减少了两个 对外端口(即P0、P2 口)，使它最大可能地减少了对外引脚，因而芯片尺寸有所减少。3. 2. 4 AT89C2051的软硬件约束AT89C2051单片机由于引脚的限制，没有设置外部存储器的接口，所以，对于外 部存储器的读/写指令如M0VX等不起作用。由于ROM空间为2KB,所以，对于跳转指令要注意转移的目的地址范围(000H 7FFH),超出地址范围时，将产生不可遇见的错误结果。数据存储的范围是(OOH7FH), 堆栈操作时亦应加以注意。模拟比较器的输入信号经原来的P

13、3. 6引脚引入到单片机内，所以原来的P3. 6脚已 无法再外部使用。模拟比较器可以方便的比较两个模拟电压的大小，若外接一个D/A 转换器并将其输出作为模拟比较器的一个输入，而由模拟比较器的另一个输入端引入 被测电压，通过软件的方法也可以实现A/D转换。3.2.5 AT89C2051的存储器编程AT89C2051单片机提供有2KB的片内Flash程序存储器，它允许在线修改或使用专 用编程器编程。a. Flash存储器加密位AT89C2051单片机有2个加密位，可以编程(P)或不编程(U)以获得不同的加密功能。加密功能表如表3. 2. 5所示。表3. 2. 5 (a) AT89C2051单片机加

14、密功能表LB1LB2加密功能UU无加密功能PU禁止对Flash再编程PP禁止对Flash再编程，还禁止程序校验加密位内容的擦除只能通过片擦除操作来完成。b. Flash存储器的编程和程序校验(1) AT89C2051单片机的片内Flash存储器编程模式如表3. 2. 5 (b)所示。表3. 2.5 (b) AT89C2051单片机编程模式表模式RESETP3. 2/PROGP3. 3P3. 4P3. 5P3. 7写入代码数据12VATLHHH读出代码数据HHLLHH写加密位LB112V7HHHH写加密位LB212V冒HHLL芯片擦除12VHLLL读信号字节HHLLLL注：内部EPROM的计数器

15、在RESET的上升沿复位到000H,并由XTAL1,引脚正脉冲执行计数; 片擦除需要10ms而PROG脉冲； 编程期间P3. 1被拉低来指示rdyTbsy.c. AT89C2051单片机的片内Flash存储器编程步骤如下： 上电次序是在VCC、GND引脚加工作电压，RESET, XTAL1引脚接到GND,悬浮其 它引脚，等待大于10ms以上时间； 在RESET. P3. 2引脚加高电平; 在P3. 3、P3.4、P3. 5、P3. 7引脚加模式电平; 经P1. 0P1. 7对000H单元加入数据字节； 升高RESET到12V激活编程； 使P3. 2跳变一次，编程一个字节或加密位； 校验已被编程数据，使RESET从12V降到逻辑电平“H”并设置P3. 3P3. 7为 正确的电平，可以在P1 口输出数据； 进行下一地址单元的字节编程，在XTAL1加一脉冲，使地址计数器加1,在P1 口加入编程数据。重复步骤一