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1、阜阳职业技术学院毕业设计（论文）阜阳职业技术学院路灯控制器的设计与实现专业：应用电子 级别：大三 姓名：陈江好 指导老师：卢献法 时间：2011.05.20目 录前言11、硬件系统设计11.1 总体框图设计11.2 单片机选型11.3 独立式按键控制电路21.4 LED动态显示电路61.5 时钟芯片DS130281.6 路灯控制电路91.7 电路原理101.8 直流稳压电源102、软件设计113.1 设计思想113.2 主程序模块113.3 显示程序模块133.4 按键程序模块143.5 定时器程序模块153、系统调试18结论19致谢20参考文献21摘 要本设计是利用单片机芯片为主体和附属电路
2、共同构成的路灯控制器。正文中首先简单描述了硬件系统工作原理，并附有硬件系统设计框图。论述了本次毕业设计所应用各种硬件接口技术和各个接口模块功能及工作过程并具体描述了外接电路接口的软硬件调试。本文写的主导思想是软硬相结合，以硬件为基础来进行各功能模块描写。关键词： 单片机 位码 段码显示 路灯控制电路前 言随着大中城市规模的不断扩大，城市市容的改善，照明路灯的数量越来越多，其用电量占城市的总用电量的比例不断增加，以往的路灯照明大多采用直接供电方式，人工送电人工关闭，这种方式有许多不足：在不需要亮灯有时没及时关灯，在需要开灯时有时又不及时开灯。利用人工送电，增加人员开资，有时又不能及时开闭，既影响
3、正常照明又浪费电能。因而有必要针对上述问题开发出一种使用方便又节能的装置，这种装置具有以下功能。（1）显示功能：可显示输入电压、输出电压、三相电流、功率因素、有功、无功等参数。（2）定时启停：不同地区不同季节，昼夜交替时间是不同的，系统能根据地区和季节自动调节开闭路灯时间。（3）调时功能：定时时间出现误差，可以进行调时。（4）去抖动：可去除前沿抖动，使CPU对键控制时一次性成功。我所设计的这个自动开灯灭灯系统简单，实用性强，成本低，使用维护方便，软件功能强，运行稳定等优点。1、硬件系统设计1.1总体框图设计我所设计的路灯控制器，自动开关灯系统用到的单片机芯片是AT89C51、独立式按键控制电路
4、、动态显示电路、路灯控制电路、除此之外还包括：晶振电路和复位电路构成的单片机最小应用系统几部分构成等。总体设计框图如图2.1所示。1.2单片选型1.2.1 AT89C51的特点：AT89C51是带4K字节可编程可擦出的只读存储器的低电压，高性能，CMOS，8位单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造。AT89C51管脚图如图2.2所示。图2.2AT89C51管脚图主要特性：1与MOS-51兼容2 4K字节可编程闪烁存储器3 数据保留时间：10年4全静态工作：0HZ-24HZ5 128*8的RAM6 32可编程I/0口线7 两个16位的定时计数器8 5个中断源9 可编程串行通道
5、10 低功耗的闲置和掉电模式11 片内振荡器和时钟电路2.2.2 单片机附属电路单片机附属电路主要有晶体振荡电路和复位电路。一晶体振荡电路1.晶体振荡器的作用：石英晶体振荡器也称石英晶体谐振器，它用来选择频率和稳定频率，是 一种可以取代LC谐振回路的谐振元件。2 本设计所用的晶体振荡电路如图2.3所示。图2.3晶体振荡电路此晶振电路所选用的石英晶振频率为12MHZ。二复位电路单片机复位是使CPU和系统的其它功能部件都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，例如复位后 CP=0000H，是单片机从第一个单元取指令。无论是在单片机刚开始接上电源时，还是断电后或者发生故障后都要复位，所以我们必
6、须弄清楚 MCS-51型单片机复位的条件，复位电路和复位后的状态。单片机复位的条件是：必须使RST/Vpd或RST引脚上加上持续两个机器周期的高电平。例如，若时钟频率为12MHZ，机器周期为1us，则只需2us以上的高电平，在RST引脚出现高电平后的第二个机器周期执行复位。单片机常用的复位电路如图2.4（a）和图2.4（b）所示。图2.4（a）复位电路图2.4（b）与单片机相连的复位电路图2.4（a）复位电路，其电阻阻值的选择和电容容量的选择都是经过计算的，而最后计算的结果时间常数可以满足我们的需求。其计算过程如下：t=0.7RC=0.7*1000*10*10-6=0.7ms此值远远大于2us
7、,所以此复位电路用。图2.4（b）是我们设计中用到的复位电路，为按键复位路，该电路除具有上电复位功能外，若要复位只需按图中RESET键，此时电源Vcc经过R1,R2分压在RESET端产生复位高电平。2.3 独立式按键控制电路独立式键盘的接口电路：在单片机应用系统中，有时只需要几个简单的按键向系统输入信息。这时可将每个按键直接接在一根I/O 接口线上，这种连接方式的键盘称为独立式键盘。如图2.5所示，每个独立按键单独占有一根I/O接口线，每根I/O接口线的工作状态不会影响到其他I/O接口线。这种按键接口电路配置灵活，硬件结构简单，但每个案件必须占有一根I/O，I/O接口线浪费较大。故只在按键数量
8、不多时采用这种按键电路。在此电路中，按键输入都采用低电平有效。上拉电阻保证了按键开时，I/O 接口线有确定的高电平。当I/O 接口内部有上拉电阻时，外电路可以不配置上拉电阻。独立式按键具体在自动报时系统中的应用，在2.3.1中有详细介绍。图2.5独立式键盘电路2.3.1 自动定时系统的按键接口及功能工作原理在自动报时系统中采用4个独立的键盘，其中一个为功能键：一个为数字调整键：一个为取消设置键，用来设定时间：一个为ALM键，用来设定定时时间。按键的接口由P1.7、P1.6、P1.5、P1.4来完成。1. 时间调整：按下功能键，系统停止计时显示，进入时间设定状态，系统只显示小时的内容加1，按动取
9、消键后又重新回到原来的时间显示状态：若再按动功能键则用来调整分钟，此时小时和秒的的4位LED指示全暗，秒显示当前的秒数，暗数字调整键可以对秒进行增1调整，按动取消键后又回到原来的时间显示状态，按动功能键后系统将自动由设定后的时间开始计时显示。2. 开关设置/启灯：定时时间到开关闭合接通电路使路灯亮，到下一个定时时间开关断开使路灯灭。2.3.2 按键开关的去除抖动功能目前， MCS-51 单片机应用系统上的按键常用机械触点式按键，它在断开、闭合时输入电压波形如图2.6所示。可以看出机械触点在闭合即断开瞬间均有抖动过程，时间长短与开关的机械性有关，一般为510ms。由于抖动，会造成被查询的开关状态
10、无法准确读出。例如，一次按键产生的正确开关状态，由于键的抖动，CPU 多次采集到底电平信号，会被误认为按键被多次按下，就会多次进行键输入操作，这不允许的。为了保证CPU 对键的一次闭合仅在按键稳定时作一次键输入处理，必须消除产生的前沿抖动影响。所以在软件设计中作了相应设计。图2.6按键过程2.4 LED 动态显示电路2.4.1 数码管简介1. 数码管结构数码管由8个发光二极管构成，通过不同的组合可用来显示数字 09 、字符 AF 及小数点“”。数码管的外形结构如图2.7（a）所示。数码管又分为共阴极和共阳极两种结构，分别如图2.7（b）和图2.7（c）所示。（a）外型结构；（b）共阴极；（c）
11、共阳极图2.7数码管结构图2 我们这个设计所使用的显示属于动态显示，其显示电路图如图2.8所示：图2.8 动态显示电路显示器由6个共阴极数码管组成。同时采用动态扫描方式依次循环点亮数码管，即构成多位动态显示电路。图中 6位数码管均采用共阴极LED，P0接口外接8路反相三态缓冲器74LS240作LED动态扫描的断码控制驱动信号，用P1接口的PI.0-P1.3外接一片集电极开路反相门电路74LS07作为8位LED的位选信号驱动口，LED共阴极端与74LS06的输出相连。74LS240的功能74LS240是原码三态输出的8缓冲数码驱动器，其管脚分布图如图2.9所示，G为控制端，又称为使能端其工作原理
12、如下：当G=0 时，A输入为低电平时，Y输出也为低电平。当G=0时，A输入为高电平时，Y输出为高电平。当G=1时，A不论输入高电平还是低电平Y为高阻状态。图2.9 74LS240管脚图2.5 时钟芯片 DS1302图2.10 DS1302引脚图2.5.1 DS1302 芯片具有以下特点1、实时时钟：提供秒、分、时。2、31字节的静态RAM:用于存储数据。实时时钟功能表：实时时钟工作原理：（1）DS1302的组成：串行时钟芯片主要由移位寄存器、控制逻辑、振荡器、实时时钟、RAM、电源电路，如图2.11所示。（2）复位时钟：为了初始化数据传送，通过把RST输入驱至高电平来启动数据传送。（3）操作方
13、式：芯片的操作受地址/命令字节控制，每一组数据的传送由命令字节初始化。（4）当命令字节为不同命令时，数据也从不同位输入。2.6 路灯控制电路路灯控制电路由开关电路与变压器控制电路组成。KM4接在母线上能接通和关闭路灯，原理如图2所示。图2.12L1相档位切换电路图在控制电路前加上一个下降沿触发器（JK）它接到单片机的P1.3口当定时时间到时输出一个触发信号用它来控制KM4开关的闭合还是断开，例如想让开关闭合就使J=1,K=1取反就可以闭合，要是保持这个状态就让J=0,K=0。这样就可以控制开关的状态。JK 触发器原理图2.7 电路原理电路的核心是89C51单片机，其内部带有4KB的FlashR
14、OM,无需扩展程序存储器;电脑没有大量的运算和暂存数据，现有的128B 片内RAM已能满足要求，也不必扩展片外RAM。系统配备6位LED显示和4个单接口键盘，采用P0接口外接8路反相三态缓冲器74LS240作LED动态扫描的段码控制驱动信号，用P2接口的P2.0-P2.5 外接一片集电极电路开路反相门电路74LS06做为6位LED的位选信号驱动口，6个数码管的8根段选线分别与74LS06的输出端相连；LED共阴极端与74LS06的输出端相连；按键接口由P1.7、P1.6、P1.5、P1.4来完成。DS1302实时时钟芯片接口由P1.0、P1.1、P1.2来控P1.3口接（路灯控制器）。其硬件原
15、理总图见附录A2.8 直流稳压电源2.8.1 直流电源的设计2.8.1直流电源的图解本课题可采用集成三端稳压器，只要加上一些外围元件即可实现。其框图和电路分别如下图：图6直流稳压电源框图2.8.3 方案论证该电路由四个部分组成，它们的功能分述如下：（1）电源变压器它的任务是把电源电压变压到合适的大小。如果u2的值太大，会造成集成三端稳压器7805的功耗太大，温度升高，且浪费电能。反之，三端稳压器不能正常工作，失去稳压作用 。因此u2的值应大小合适，这个值应该使三端稳压器在交流电网电压最低和输出电流最大时能正常工作。而且在正常稳压的前提下，它的压降尽可能小，以减少功耗。U0的输出电压为了统一我都设计为5V电压，这个输出电压给各个要电源的电路提供外电压，以保证电路的正常运行。内部电源都为电池。（2）整流电路它的任务是将正弦波变换成直流电压。这里一般采用桥
