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1、盐城工学院本科生毕业设计说明书（2009）课程设计说明书单片机原理与接口技术专业电气工程及其自动化学生姓名宋丰宇班级B电建101学号1010602108指导教师吴冬春完成日期2014年1月17日8前言 单片机已经渗透到生活的各个领域,它是很难找到哪些领域没有单片机的痕迹。导弹的导航装置,在飞机上控制各种仪器,计算机网络通信和数据传输,工业自动化过程的实时控制和数据处理。该微控制器被广泛用于在该领域的智能管理和过程控制,仪器仪表,家电产品,医疗设备,航空航天,专门的设备。近年来,随着电子信息产业的快速发展,作为继电器的基本组成部分,广泛应用于家电,通讯，汽车,仪器仪表,机械设备,航空航天自动化和
2、控制领域。最近的统计数据显示,继电器已经成为第一大产品在电子元件产品之中。单片机控制继电器的电路在生活中随处可见,小的元件但是作用无穷。 继电器是当输入量（如电压、电流、温度等）达到规定值时，使被控制的输出电路导通或断开的电器。它可分为电气量（如电流、电压、频率、功率等）继电器及非电气量（如温度、压力、速度等）继电器两大类。继电器具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中。 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
3、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。本设计基于单片机AT89C51所设计，通过P1口输出高低电平，控制几点起的开合，以实现对外部的控制。目 录一 理论部分31课题要求与内容32 系统方案设计33 系统硬件的设计44 系统软件设计9二 实践部分101 系统硬件原理简介102 系统硬件调试中出现的问题及解决措施103 系统软件113.1 软件设计113.2软件调试中出现的问题及解决措施12三 结束语12四 参考文献12五 附录131参考程序清单132元器件清单143系统仿真图15一 理论部分光电隔离多路继电器控制1课题要求与内容设计目的：（1）掌握用继电器的基本方法和编程。
4、 （2）熟悉 Proteus 的操作环境，能够使用 keil u-vision 和proteus 对单片机程序进行联合调试的方法。 （3）学习C51语言的程序设计方法，已经其编程与调试方法。 设计要求：利用P1口输出高低电平，控制继电器的开合，以实现对外部的控制。2 系统方案设计根据设计要求，提出如下方案：方案一：PICl6F87X 系列8位单片机是采用精简指令集（RISC）结构和 FLAS存储技术的高性能的嵌入式单片机，突出的优点是内部集成了一个在线调 试器（In Circuit Debugger），可以实现在线调试和在线编程。方案二：采用51单片机系统中的8051单片机从功耗、驱动能力、外
5、围模块设计等方面，8051单片机也有一些独到之处如：上电、掉电延时复位保护和看门狗功能，I/O 管脚驱动能力和抗干扰能力强。该系列单片机的功能基本相近，只是在存储器大小、引脚数目、A/D 转换器个数等有所区别，用户可方便地选择最适用的型号。两种方案的特点比较如下：方案一的图案显示逼真，单片机占用端口资源少，缺点是需要大量的硬件， 电路复杂，耗电量大，不太适合于模型制作。 方案二具有电路简单，设计方便，显示亮度高，耗电较少，可靠性高等特点；可见方案二优于方案一，因此本设计选用方案二。本次设计的整体方案确定如下：该设计的控制系统的基本原理图如图1，主要由单片机AT89C51，光耦隔离器OPTOCO
6、UPLER，电磁继电器RTE24005F，按键、灯泡以及一些其他相关元件设计而成。图1 基本原理图3 系统硬件的设计本设计的硬件电路主要包括最小系统、开关电路、信号部分。最小系统主要是为了使单片机正常工作。控制电路主要由开关和按键组成，由操作者根据相应的工作需要进行操作。驱动电路主要由光耦隔离器和继电器组成，控制灯泡的点亮和熄灭。3.1最小系统单片机（如图2）：本次设计使用单片机芯片AT89C51AT89C51的工作特性： 内含4KB的FLASH存储器檫写次数1000次； 内含128字节的RAM；具有32根可编程I/O线；具有2个16位编程定时器；具有6个中断源，5个中断矢量，2级优先权的中断
7、结构； 具有1个全双工的可编程串行通信接口；具有1个数据指针DPTR；具有可编程3级程序锁定位；AT89C51的工作电源为5（10.2）V且典型值为5V；AT89C51最高工作频率为24MHZ；AT89C51的编程频率为324MHZ，编程启动电流和启动电压分别为1mA、5或12V。图2 AT89C51管脚说明： P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须接上
8、拉电阻。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1
9、”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端
10、以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH）
11、，不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。3.2开关电路设计如图3所示，根据系统的控制要求，设置3个开关S1、S2、S3，从而控制驱动电路的驱动。利用P1口输出高低电平，控制继电器的开合，以实现对外部的控制，控制灯泡的点亮和熄灭。图3 开关电路3.3驱动电路的设计（1）光电隔离器介绍光电隔离器（optical coupler，英文缩写为OC）亦称光耦合器，简称光耦
12、。光耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电光电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提
13、高信噪比。大大增加计算机工作的可靠性。光电隔离器可以组成多种多样的应用电路。如组成光电隔离电路，长传输线隔离器，TTL电路驱动器，CMOS电路驱动器，脉冲放大器等。目前，在AD模拟转换开关，光斩波器，交流、直流固态继电器等方面也有广泛应用。光电隔离器的输入部分为红外发光二极管，可以采用TTL或CMOS数字电路驱动。 图4 光耦隔离器 （2）电磁继电器的介绍电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。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
14、，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”。图5 电磁继电器3.4晶振模块晶振是为电路提供频率基准的元器件，通常分成有源晶振和无源晶振两个大 类，无源晶振需要芯片内部有振荡器，并且晶振的信号电压根据起振电路而定， 允许不同的电压，但无源晶振通常信号质量和精度较差，需要精确匹配外围电路 （电感、电容、电阻等），如需更换晶振时要同时更换外围的电
15、路。有源晶振不 需要芯片的内部振荡器，可以提供高精度的频率基准，信号质量也较无源晶振要好。晶振是单片机正常工作的必要器件，它提供时钟周期，执行程序代码。它的连接方式是XTAL1和XTAL2端分别接晶振的两端，再接两个小电容后接地，如图6所示。单片机工作时，是一条一条地从ROM中取指令，然后一步一步地执行。单片机访问一次存储器的时间，成为一个机器周期，这是一个时间基准。一个机器周期包括12个时钟周期。为了实现准确定时，本设计中采用的晶振为12MHz，它的时钟周期是1/12us，它的一个机器周期是1us。图6 晶振模块3.5电源模块单片机要有个好的运行状态，电源一定要稳定。为了给单片机提供5V电源，设计了如图7所示的电源模
