基于單片機(jī)的定時(shí)插座設(shè)計(jì)

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目 基于單片機(jī)的時(shí)控插座設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí) 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 設(shè)計(jì)所在單位 基于單片機(jī)的時(shí)控插座設(shè)計(jì)摘要：隨著家用電器的越來(lái)越普及和人們生活節(jié)奏的加快，人們對(duì)電器的依賴性進(jìn)一步提高，對(duì)電器的定時(shí)需求也進(jìn)一步增大。定時(shí)開(kāi)關(guān)插座可用于電飯煲、飲水機(jī)、電視機(jī)、電腦等需要定時(shí)供電的場(chǎng)合。定時(shí)開(kāi)關(guān)插座的使用能夠做到節(jié)能、安全、方便等。本文介紹了一種基于STC89C51RC單片機(jī)的定時(shí)開(kāi)關(guān)插座設(shè)計(jì)方案。本文首先介紹定時(shí)開(kāi)關(guān)插座設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的功能，接著闡述系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)及原理說(shuō)明，包括設(shè)計(jì)方案選擇、關(guān)鍵元器件介紹、電路設(shè)計(jì)說(shuō)明（包括電源電路、鍵盤(pán)、單片機(jī)控制電路、液晶1602顯示、繼電器工作電路）軟件設(shè)計(jì)流程以及系統(tǒng)的測(cè)試。最后總結(jié)了定時(shí)開(kāi)關(guān)插座設(shè)計(jì)完成的任務(wù)，分析系統(tǒng)的不足并提出了系統(tǒng)的應(yīng)用展望。關(guān)鍵詞：STC89C51RC；定時(shí)插座；1602液晶；鍵盤(pán) Design of Control Outlet Based on SCMAbstract：With the increasing popularity of home appliances and the People living rhythm speeding up, the dependence of people on electrical appliances further to improve, the demand of timing also become further increasing. Socket timer switch can be used in the occasions where need for regular supply such as rice cookers, water dispenser, TV, computer, timer switch electric blankets. The use of socket timer switch can be energy saving, safe, healthy, and convenient and so on.This article presents a timer switch socket design which is based on the AT89S52 microcontroller.This paper introduces the function what the timer switch socket design should achieve first of all, and then describes the circuit design and principles of the system description, including design choices, concerning component description, circuit design description (including the power circuit, keyboard, single chip control circuit, LCD 1602 display ,the relay operating circuit), software design and testing of the system. Finally, it will sum up the timer switch socket design the tasks should be completed, analyze systems deficiencies and propose the systems application prospect.Key words：STC89C51RC,Timer switch,LCD 1602,Keyboard目錄第一章 緒論11.1 選題的目的與意義11.2本課題在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)11.3 本課題要解決的主要問(wèn)題2第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案32.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能32.2 方案框圖32.2.1 方案132.2.2 方案232.3 開(kāi)關(guān)的選擇42.4 顯示方式選擇42.5 時(shí)鐘的實(shí)現(xiàn)及單片機(jī)的選擇52.6 按鍵控制部分的實(shí)現(xiàn)5第三章 主要元器件原理及其應(yīng)用73.1 單片機(jī)STC89C51簡(jiǎn)介73.1.1 主要特性73.1.2 引腳功能說(shuō)明83.2 1602工業(yè)字符型液晶簡(jiǎn)介103.2.1 主要特性103.3 繼電器介紹113.3.1 繼電器的繼電特性113.3.2 繼電器工作原理及特性113.3.3 繼電器主要產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)123.3.4 繼電器的選用13第四章 硬件電路的設(shè)計(jì)144.1 電源電路144.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)154.3 液晶顯示174.4 繼電器驅(qū)動(dòng)電路184.5 鍵盤(pán)電路194.6 插座電源控制電路194.7 報(bào)警電路20第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)215.1 開(kāi)發(fā)環(huán)境215.2 各模塊程序設(shè)計(jì)215.2.1 主程序流程圖215.2.2 時(shí)鐘程序設(shè)計(jì)285.2.3 人機(jī)界面程序設(shè)計(jì)29第六章 系統(tǒng)制作及調(diào)試316.1 硬件制作316.2 硬件電路調(diào)試316.2.1 獨(dú)立元件的檢測(cè)316.2.2 電源電路的調(diào)試316.2.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)的調(diào)試326.2.4 顯示模塊的調(diào)試326.2.5 鍵盤(pán)模塊的調(diào)試326.2.6 繼電器電路的調(diào)試326.3 軟件調(diào)試326.3.1 顯示模塊調(diào)試326.3.2 時(shí)鐘模塊調(diào)試326.3.3 鍵盤(pán)模塊調(diào)試326.3.4 人機(jī)界面模塊調(diào)試33結(jié)束語(yǔ)34致謝35參考文獻(xiàn)36附錄一 系統(tǒng)原理圖37附錄二 程序清單38附錄三 英文文獻(xiàn)翻譯49第一章 緒論1.1 選題的目的與意義現(xiàn)如今，生活水平提高，生活節(jié)奏加快，市面上的插座往往由于其功能過(guò)于單一而不能滿足我們的需求。比如：電動(dòng)車(chē)充電通常是8小時(shí)左右，太長(zhǎng)則容易損耗電池，太滿則充不滿，如果晚上充電，又經(jīng)常不想從家里出來(lái)到車(chē)庫(kù)去給車(chē)充電。白天充電又忘記拔電源；家中的水塔忘記抽水而造成生活的一時(shí)不便；學(xué)校的起床廣播因值班人員睡過(guò)頭而推遲廣播；家中的魚(yú)缸因太久沒(méi)有供氧造成魚(yú)兒缺氧死亡；許多球迷或者新聞愛(ài)好者因?yàn)殄e(cuò)過(guò)了開(kāi)機(jī)時(shí)間而與精彩球賽或者新聞擦肩而過(guò)；夏天里風(fēng)扇的定時(shí)時(shí)間過(guò)短（一般為1個(gè)小時(shí)），不便于晚上分段定時(shí)使用等等。隨著電器產(chǎn)品待機(jī)能耗的迅速增長(zhǎng)，家庭和社會(huì)付出了太多的代價(jià)，中國(guó)節(jié)能認(rèn)證中心對(duì)家庭待機(jī)能耗做過(guò)的調(diào)查顯示，待機(jī)能耗占到家庭電力消耗的10左右，僅以電視機(jī)為例，平均每臺(tái)電視機(jī)的待機(jī)能耗是8.07W，按每天待機(jī)2小時(shí)大約耗電0.016度。除此之外，長(zhǎng)期通電會(huì)使家用電器電路老化，降低了電器的使用壽命，還容易漏電引發(fā)火災(zāi)。據(jù)公安和消防部門(mén)有關(guān)資料顯示，全過(guò)平均每天發(fā)生火災(zāi)358起，其中電器火災(zāi)占30%以上，其主要原因是超負(fù)荷、短路、電弧等。大多數(shù)情況下并不是我們不去關(guān)閉電源，而是由于忘記了切斷電源。綜合以上原因考慮，我們急需要一款智能插座。此插座能夠?qū)崿F(xiàn)定時(shí)給電器供電，在工作時(shí)間之外把電器的電源切斷，這樣就能解決電器的待機(jī)損耗，達(dá)到節(jié)約用電的目的，還能消除安全隱患，最終使我們的生活更加方便化、智能化。時(shí)控插座是一款能在特定時(shí)間段內(nèi)控制電器通、斷電的開(kāi)關(guān)插座。能實(shí)現(xiàn)24小時(shí)制時(shí)鐘走時(shí)模式，定時(shí)時(shí)間范圍最小為1分鐘。本文闡述了定時(shí)開(kāi)關(guān)插座的硬件電路設(shè)計(jì)、軟件算法設(shè)計(jì), 給出了自動(dòng)開(kāi)關(guān)插座的設(shè)計(jì)和定型方案,它可以對(duì)家中一些需要在特定時(shí)間對(duì)電器進(jìn)行自動(dòng)斷、通電控制,而不需要拔掉插頭，減少電器的待機(jī)損耗，解決生活中的一些煩惱。1.2本課題在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)目前，在市面上，時(shí)間控制器技術(shù)相對(duì)先進(jìn)，種類(lèi)齊全，時(shí)間控制器被廣泛應(yīng)用于各類(lèi)電器中，通過(guò)對(duì)時(shí)間的控制是人們的生活更加簡(jiǎn)單化、智能化。在智能插座的領(lǐng)域卻還處于剛剛發(fā)展的階段，智能插座也僅僅限制于旋鈕定時(shí)器，或者計(jì)數(shù)器芯片設(shè)計(jì)的體積較大的時(shí)控插座。這種插座定時(shí)時(shí)間單一，功能單一，定時(shí)準(zhǔn)確性低，很難真正滿足我們?nèi)粘Ｉ畹男枨蟆，F(xiàn)在急需將一種功能強(qiáng)大的時(shí)控插座來(lái)滿足市場(chǎng)需求，改善我們的生活。隨著現(xiàn)代電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，由于單片機(jī)具有優(yōu)異的性價(jià)比、集成度高、體積小、可靠性高、控制功能強(qiáng)、低電壓、低功耗等特點(diǎn)，成品價(jià)格下降，越來(lái)越被廣泛應(yīng)用。這種新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，勢(shì)必在日常生活中產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)插座的定時(shí)控制正符合這一發(fā)展規(guī)律。以單片機(jī)為核心的時(shí)控插座具有一下特點(diǎn)：1、定時(shí)功能。2、采用1602液晶顯示技術(shù)，準(zhǔn)確的顯示現(xiàn)實(shí)時(shí)間、定時(shí)時(shí)間。3、具有鬧鈴提示功能，可以用于提醒定時(shí)時(shí)間結(jié)束。隨著科技的發(fā)展，以后的時(shí)控插座已經(jīng)不足夠滿足人們的需求。比如：對(duì)家中家用電器的集中管理；燈的開(kāi)關(guān)、光強(qiáng)，窗簾的控制；回到家中可以設(shè)計(jì)模式、休閑模式、睡眠模式等；還有家中的安全問(wèn)題，門(mén)窗監(jiān)控、視頻監(jiān)控、煤氣和溫度監(jiān)控等等。將這些統(tǒng)一放在一起管理，就方便了我們的生活。于是智能家居就誕生了。智能家居是一個(gè)居住環(huán)境，是以住宅為平臺(tái)安裝有智能家居系統(tǒng)的居住環(huán)境，實(shí)施智能家居系統(tǒng)的過(guò)程就稱為智能家居集成。智能家居集成是利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、音視頻技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)備集成。由于智能家居采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議的不同，大多數(shù)智能家居系統(tǒng)都采用綜合布線方式，但少數(shù)系統(tǒng)可能并不采用綜合布線技術(shù)，如電力載波，不論哪一種情況，都一定有對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)來(lái)完成所需的信號(hào)傳輸任務(wù)，因此網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)是智能家居集成中關(guān)鍵的技術(shù)之一。安全防范技術(shù)是智能家居系統(tǒng)中必不可少的技術(shù)，在小區(qū)及戶內(nèi)可視對(duì)講、家庭監(jiān)控、家庭防盜報(bào)警、與家庭有關(guān)的小區(qū)一卡通等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。自動(dòng)控制技術(shù)是智能家居系統(tǒng)中必不可少的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在智能家居控制中心、家居設(shè)備自動(dòng)控制模塊中，對(duì)于家庭能源的科學(xué)管理、家庭設(shè)備的日程管理都有十分重要的作用。音視頻技術(shù)是實(shí)現(xiàn)家庭環(huán)境舒適性、藝術(shù)性的重要技術(shù)，體現(xiàn)在音視頻集中分配、背景音樂(lè)、家庭影院等方面。通過(guò)智能家居我們能更方便的生活。冬天時(shí)，在回家之前打開(kāi)家中的電暖器或者空調(diào)、電飯煲，等回到家中，能感到久違的溫暖。夏天時(shí)，回家之前打開(kāi)空調(diào)，回到家中體驗(yàn)涼爽。睡覺(jué)時(shí)，按下睡眠模式，監(jiān)控設(shè)備打開(kāi)，燈光控制系統(tǒng)關(guān)閉光源，窗簾自動(dòng)拉上，再體驗(yàn)輕松睡眠的同時(shí)也保證了家中的安全。周末了，在家中也可以體驗(yàn)一把電影院的樂(lè)趣，按下影院模式，窗簾拉上，家庭影院打開(kāi)，投影儀開(kāi)啟，投影幕落下。科技改變生活，隨著科技的發(fā)展，智能家居智能生活已不是個(gè)夢(mèng)想。1.3 本課題要解決的主要問(wèn)題本論文主要是完成一種低成本、低價(jià)格、功能強(qiáng)大的單片機(jī)定時(shí)控制插座系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。包括硬件電路和主要的軟件設(shè)計(jì)。本課題詳細(xì)分析系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，給出電路原理圖，以及主要程序設(shè)計(jì)的流程圖和程序。主要采用51單片機(jī)為核心單元，利用單片機(jī)的定時(shí)器，I/O等功能設(shè)計(jì)的一款具有定時(shí)和記憶的單片機(jī)時(shí)控插座。第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案本章主要討論了系統(tǒng)的總體方案以及各模塊的設(shè)計(jì)方案，包括了控制核心、開(kāi)關(guān)、顯示模塊、時(shí)鐘電路以及鍵盤(pán)電路方案。2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）人機(jī)交互界面：通過(guò)1602液晶顯示屏，與獨(dú)立按鍵建立起一套完善的人機(jī)交互界面。可以用于設(shè)置定時(shí)的參數(shù)。查看定時(shí)參數(shù)，現(xiàn)實(shí)時(shí)間。（2）設(shè)置定時(shí)時(shí)間：用戶通過(guò)人機(jī)交互界面，查找到設(shè)定時(shí)間界面，設(shè)置對(duì)應(yīng)的每一組的設(shè)置時(shí)間。（3）設(shè)置現(xiàn)實(shí)時(shí)間：由于各種外界因素會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)現(xiàn)實(shí)時(shí)間與實(shí)際現(xiàn)實(shí)時(shí)間相異，系統(tǒng)支持修改系統(tǒng)現(xiàn)實(shí)時(shí)間。用戶通過(guò)人機(jī)交互界面，查找到設(shè)定時(shí)間界面，設(shè)置系統(tǒng)現(xiàn)實(shí)時(shí)間。（4）報(bào)警：當(dāng)用戶設(shè)定時(shí)間結(jié)束時(shí)會(huì)出現(xiàn)報(bào)警提示。2.2 方案框圖2.2.1 方案1采用數(shù)字電路控制。用以74LS161計(jì)數(shù)器構(gòu)成的定時(shí)器電路做為智能插座的核心控制，用撥碼開(kāi)關(guān)做為用戶設(shè)置按鍵，其中包括了定時(shí)時(shí)間設(shè)定，系統(tǒng)時(shí)間初始化設(shè)定，開(kāi)始停止控制時(shí)間的設(shè)定。通過(guò)555定時(shí)電路為計(jì)數(shù)器提供時(shí)鐘，通過(guò)級(jí)聯(lián)74LS161做為倒計(jì)時(shí)電路，通過(guò)與輸出時(shí)間比較控制觸發(fā)器從而控制電路的開(kāi)關(guān)。采用數(shù)字電路設(shè)計(jì)的方案需要大量的74LS161芯片以提供較長(zhǎng)的定時(shí)時(shí)間（若定時(shí)時(shí)鐘為1Hz，定時(shí)10小時(shí)需要36000S，需要四片74LS161），系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，系統(tǒng)穩(wěn)定性差，定時(shí)時(shí)間調(diào)整不靈活。故不采用此方案。2.2.2 方案2采用一種以STC89C51為核心的單片機(jī)控制方案。選用單片機(jī)AT89S51 作為本設(shè)計(jì)的核心元件，利用單片機(jī)靈活的編程設(shè)計(jì)和豐富的IO端口，及其控制的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)基本的定時(shí)控制功能。在單片機(jī)的外圍電路外接輸入鍵盤(pán)及1602液晶用于構(gòu)造人機(jī)交互界面以設(shè)置各個(gè)參數(shù)。其原理如下圖2.1所示：圖2.1 單片機(jī)控制密碼鎖原理圖由此可以看出方案二控制靈活、節(jié)約成本和穩(wěn)定性強(qiáng)的特點(diǎn)，此外還具有擴(kuò)展功能，根據(jù)現(xiàn)實(shí)生活的需要此次設(shè)計(jì)采用此方案。2.3 開(kāi)關(guān)的選擇現(xiàn)代自動(dòng)控制設(shè)備中，都存在一個(gè)電子電路電氣電路的互相連接的問(wèn)題，一方面要是電子電路的控制信號(hào)能夠控制電氣電路的執(zhí)行元件（電動(dòng)機(jī)、電燈、熱水器等），另一方面又要為電子線路的電器電路提供良好的電隔離，以保護(hù)電子電路和人身的安全。電子繼電器和光耦合器便能起到這一橋梁的作用。下面簡(jiǎn)要介紹各個(gè)方案的特點(diǎn)。方案一：采用繼電器作為控制220V通、斷的開(kāi)關(guān)。固態(tài)繼電器(SSR)與機(jī)電繼電器相比，是一種沒(méi)有機(jī)械運(yùn)動(dòng)，不含運(yùn)動(dòng)零件的繼電器，但它具有與機(jī)電繼電器本質(zhì)上相同的功能。SSR是一種全部由固態(tài)電子元件組成的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)元件，他利用電子元器件的點(diǎn)，磁和光特性來(lái)完成輸入與輸出的可靠隔離，利用大功率三極管，功率場(chǎng)效應(yīng)管，單項(xiàng)可控硅和雙向可控硅等器件的開(kāi)關(guān)特性，來(lái)達(dá)到無(wú)觸點(diǎn)，無(wú)火花地接通和斷開(kāi)被控電路。選用SRD-05VCD-SL-C繼電器最大電路可達(dá)到10A，即繼電器的正常工作范圍為0到2200瓦，可以給大部分家用電器供電。方案二：采用光耦合器實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制開(kāi)關(guān)。耦合器（optical coupler，英文縮寫(xiě)為OC）亦稱光電隔離器，簡(jiǎn)稱光耦。光耦合器以光為媒介傳輸電信號(hào)。它對(duì)輸入、輸出電信號(hào)有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應(yīng)用。目前它已成為種類(lèi)最多、用途最廣的光電器件之一。本次設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)部分可以用繼電器也可以用光耦合器?？紤]到本設(shè)計(jì)繼電器足以滿足設(shè)計(jì)要求，而且繼電器比光耦合器便宜，故選用繼電器。2.4 顯示方式選擇在模擬電子和數(shù)字電子中,常用顯示數(shù)據(jù)的有數(shù)碼管和液晶顯示器。方案一：采用LED數(shù)碼管顯示。雖然功耗低，控制簡(jiǎn)單，但卻只能顯示數(shù)字和一些簡(jiǎn)單的字符，而且顯示信息少，需要較多位的數(shù)碼管，占用了較多的單片機(jī)I/O口，沒(méi)有較好的人機(jī)界面。方案二：采用LCD液晶顯示，可以顯示所有字符及自定義字符，并能同時(shí)顯示多組數(shù)據(jù)、漢字，字符清晰。由于自身具有控制器，不但可以減輕主單片機(jī)的負(fù)擔(dān)，而且可以實(shí)現(xiàn)菜單驅(qū)動(dòng)方式的顯示效果，達(dá)到友好的人機(jī)介面。LCD顯示能解決LED只能顯示數(shù)字等幾個(gè)簡(jiǎn)單字符的缺點(diǎn)，性能好，效果多，控制方便，顯示方式多，且能耗也較少。這次設(shè)計(jì)中不僅要顯示相應(yīng)的時(shí)鐘、定時(shí)組別、目前運(yùn)行的模式，而且還要顯示出相應(yīng)的定時(shí)開(kāi)始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，需要顯示的信息較多，所以采用方案二，用LCD顯示結(jié)果。2.5 時(shí)鐘的實(shí)現(xiàn)及單片機(jī)的選擇時(shí)鐘的實(shí)現(xiàn)可已通過(guò)使用時(shí)鐘芯片或者單片機(jī)的定時(shí)器實(shí)現(xiàn)。下面簡(jiǎn)要介紹幾種方案的特點(diǎn)。單片機(jī)僅用于控制繼電器、鍵盤(pán)，實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘和定時(shí)，用51結(jié)構(gòu)的有Atmel的AT89CXX系列、AT89SXX系列、AT89C20系列（20引腳）或STC的所有單片機(jī)都可以實(shí)現(xiàn)。根據(jù)在學(xué)校比較流行的學(xué)習(xí)單片機(jī)是STC89C51系列，而且STC89C51單片機(jī)便宜，購(gòu)買(mǎi)方便，下載方便，故單片機(jī)選用STC89C51單片機(jī)。方案一：時(shí)鐘通過(guò)使用時(shí)鐘芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，控制部分通過(guò)使用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。時(shí)鐘芯片種類(lèi)非常多，有內(nèi)置晶振及充電電池的，也有外置晶振的，現(xiàn)在流行的時(shí)鐘芯片有DS1302、 DS1307、PCF8485、SB2068等。使用時(shí)鐘芯片可以得到準(zhǔn)確的時(shí)鐘走時(shí)，可用簡(jiǎn)單的程序?qū)崿F(xiàn)定時(shí)開(kāi)關(guān)插座的定時(shí)功能。方案二：時(shí)鐘通過(guò)單片機(jī)的內(nèi)部定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘。單片機(jī)的內(nèi)部定時(shí)器可實(shí)現(xiàn)較為精確的時(shí)鐘走時(shí)，定時(shí)50毫秒的誤差率極小，可達(dá)到定時(shí)開(kāi)關(guān)插座的使用要求。使用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器可簡(jiǎn)化硬件電路，可以節(jié)省開(kāi)支，但是編程的難度有所提高。本次設(shè)計(jì)的時(shí)鐘走時(shí)用單片機(jī)定時(shí)器已經(jīng)可以完全達(dá)到定時(shí)開(kāi)關(guān)插座的使用要求，并可省去時(shí)鐘芯片，節(jié)省開(kāi)支?？紤]到軟件的難度增加可換來(lái)更好的性價(jià)比，所以選用方案二。2.6 按鍵控制部分的實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘時(shí)間和定時(shí)時(shí)間的設(shè)置功能可以通過(guò)按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)。按鍵的實(shí)現(xiàn)可以通過(guò)以下兩種方案實(shí)現(xiàn)：方案一：?jiǎn)纹瑱C(jī)的每一個(gè)I/O口與一個(gè)按鍵相連，這樣就可以根據(jù)掃描I/O口的電平變化實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能。這樣可以很簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)按鍵的功能。方案二：使用矩陣鍵盤(pán)實(shí)現(xiàn)。矩陣鍵盤(pán)可以用較少的I/O口實(shí)現(xiàn)多個(gè)按鍵功能，能節(jié)省更多的I/O口，利于系統(tǒng)擴(kuò)展功能。但是編程復(fù)雜。根據(jù)本定時(shí)開(kāi)關(guān)插座的設(shè)置要求，用到4個(gè)按鍵。通過(guò)兩個(gè)方案的對(duì)比，方案一的實(shí)施辦法更符合要求。第三章 主要元器件原理及其應(yīng)用本章主要討論了各模塊元器件的選擇以及元器件的工作原理。3.1 單片機(jī)STC89C51簡(jiǎn)介主CPU電路選用STC89C51RC系列單片機(jī)，STC89C51RC是采用8051核的ISP（In System Programming）在系統(tǒng)可編程芯片，最高工作時(shí)鐘頻率為80MHz，片內(nèi)含8K Bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，具有在系統(tǒng)可編程（ISP）特性，配合PC端的控制程序即可將用戶的程序代碼下載進(jìn)單片機(jī)內(nèi)部，省去了購(gòu)買(mǎi)通用編程器，而且速度更快。STC89C51RC系列單片機(jī)是單時(shí)鐘/ 機(jī)器周期(1T)的兼容8051 內(nèi)核單片機(jī)，是高速/ 低功耗的新一代8051 單片機(jī)，全新的流水線/ 精簡(jiǎn)指令集結(jié)構(gòu),內(nèi)部集成MAX810 專用復(fù)位電路。3.1.1 主要特性(1)增強(qiáng)型1T流水線/精簡(jiǎn)指令集結(jié)構(gòu)8051CPU(2)工作電壓：3.4V-5.5V（5V 單片機(jī)）/2.0V-3.8V（3V 單片機(jī)）(3)工作頻率范圍：0-35MHz，相當(dāng)于普通8051的0420MHz.實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz.(4)用戶應(yīng)用程序空間12K/10K/8K/6K/4K/2K字節(jié)(5)片上集成512字節(jié)RAM(6)通用I/O口（27/23個(gè)），復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)I/O口）可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口/弱上拉，推挽/強(qiáng)上拉，僅為輸入/高阻，開(kāi)漏每個(gè)I/O口驅(qū)動(dòng)能力均可達(dá)到20mA，但整個(gè)芯片最大不得超過(guò)55mA(7)ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專用編程器可通過(guò)串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片(8)EEPROM功能(9)看門(mén)狗(10)內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路（外部晶體20M以下時(shí)，可省外部復(fù)位電路）(11)時(shí)鐘源：外部高精度晶體/時(shí)鐘，內(nèi)部R/C振蕩器。用戶在下載用戶程序時(shí)，可選擇是使用內(nèi)部R/C 振蕩器還是外部晶體/時(shí)鐘。常溫下內(nèi)部R/C振蕩器頻率為：5.2MHz6.8MHz。精度要求不高時(shí)，可選擇使用內(nèi)部時(shí)鐘，因?yàn)橛袦仄?qǐng)選4MHz 8MHz(12)有2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(13)外部中斷2路,下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷,Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒(14)PWM(4路）/PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列），也可用來(lái)再實(shí)現(xiàn)4個(gè)定時(shí)器或4個(gè)外部中斷(上升沿中斷/下降沿中斷均可支持)(15)STC89Cc516AD具有ADC功能。10位精度ADC，共8路 (16)通用異步串行口(UART)(17)SPI同步通信口，主模式/從模式 (18)工作溫度范圍：0-75/-40-+85 (19)封裝：PDIP-28，SOP-28，PDIP-20，SOP-20，PLCC-32,TSSOP-20(超小封狀，定貨)3.1.2 引腳功能說(shuō)明管腳圖如3.1所示。圖3.1 STC89C51管腳圖P0口：P0口是一個(gè)8位漏極開(kāi)路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P0端口寫(xiě)“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時(shí)，P0口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。P1口：P1口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè) TTL邏輯電平。對(duì)P1端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和時(shí)器/計(jì)數(shù)器2 的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體如下表所示。 在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。引腳號(hào)第二功能P1.0 T2（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出P1.1 T2EX（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制）P1.5 MOSI（在線系統(tǒng)編程用）P1.6 MISO（在線系統(tǒng)編程用）P1.7 SCK（在線系統(tǒng)編程用）P2口：P2口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì)P2端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX DPTR）時(shí)，P2口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX RI）訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。P3 口：P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì)P3 端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為STC89C52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P3口也接收一些控制信號(hào)。端口引腳第二功能P3.0 RXD(串行輸入口)P3.1 TXD(串行輸出口)P3.2 INTO(外中斷0)P3.3 INT1(外中斷1)P3.4 TO(定時(shí)/計(jì)數(shù)器0)P3.5 T1(定時(shí)/計(jì)數(shù)器1)P3.6 WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通)P3.7 RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)此外，P3口還接收一些用于FLASH閃存編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。RST復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。對(duì)FLASH存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無(wú)效。PSEN程序儲(chǔ)存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)STC89C52由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過(guò)兩次PSEN信號(hào)。EA/VPP外部訪問(wèn)允許，欲使CPU僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H-FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。FLASH存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。3.2 1602工業(yè)字符型液晶簡(jiǎn)介3.2.1 主要特性工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示16x02即32個(gè)字符。（16列2行）。1602液晶管腳圖如圖3.2所示。圖3.2 1602液晶管腳圖1602字符型LCD通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD，多出來(lái)的2條線是背光電源線VCC(15腳)和地線GND(16腳)，其控制原理與14腳的LCD完全一樣。1602管腳說(shuō)明表如表3.1所示。表3.1 1602液晶管腳說(shuō)明引腳符號(hào)功能說(shuō)明1VSS一般接地2VDD接電源（+5V）3V0液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度）。4RSRS為寄存器選擇，高電平1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時(shí)選擇指令寄存器。5R/WR/W為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平(1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平(0)時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。6EE(或EN)端為使能(enable)端，下降沿使能。7DB0低4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 0位（最低位）8DB1低4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 1位9DB2低4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 2位10DB3低4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 3位11DB4高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 4位12DB5高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 5位13DB6高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 6位14DB7高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 7位（最高位）（也是busy flag）15BLA背光電源正極16BLK背光 電源負(fù)極3.3 繼電器介紹繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開(kāi)關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。3.3.1 繼電器的繼電特性繼電器的輸入信號(hào)x從0連續(xù)增加達(dá)到銜鐵開(kāi)始吸合時(shí)的動(dòng)作值xx，繼電器的輸出信號(hào)立刻繼續(xù)增大，輸出信號(hào)y將不再起變化。當(dāng)輸入量x從某一大于xx值下降到xf，繼電器開(kāi)始釋放，常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)。我們把繼電器的這種特性叫做繼電特性，也叫繼電器的輸入-輸出特性。釋放值xf與動(dòng)作值xx的比值叫做反饋系數(shù)，即Kf=xf/xx。觸點(diǎn)上輸出的控制功率Pc與線圈吸收的最小功率P0之比叫做繼電器的控制系數(shù)，即Kc=Pc/P0。3.3.2 繼電器工作原理及特性（1）電磁繼電器的工作原理和特性電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過(guò)一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開(kāi)觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）釋放。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對(duì)于繼電器的“常開(kāi)、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來(lái)區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開(kāi)觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)”。（2）熱敏干簧繼電器的工作原理和特性熱敏干簧繼電器是一種利用熱敏磁性材料檢測(cè)和控制溫度的新型熱敏開(kāi)關(guān)。它由感溫磁環(huán)、恒磁環(huán)、干簧管、導(dǎo)熱安裝片、塑料襯底及其他一些附件組成。熱敏干簧繼電器不用線圈勵(lì)磁，而由恒磁環(huán)產(chǎn)生的磁力驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作。恒磁環(huán)能否向干簧管提供磁力是由感溫磁環(huán)的溫控特性決定的。（3）固態(tài)繼電器（SSR）的工作原理和特性固態(tài)繼電器是一種兩個(gè)接線端為輸入端，另外兩個(gè)接線端為輸出端的四端器件，中間采用隔離器件實(shí)現(xiàn)輸入輸出的電隔離。 固態(tài)繼電器按負(fù)載電源類(lèi)型可分為交流型和直流型。按開(kāi)關(guān)型式可分為常開(kāi)型和常閉型。按隔離型式可分為混合型、變壓器隔離型和光電隔離型，其中以光電隔離型最多。（4）磁簧繼電器磁簧繼電器是以線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)將磁簧管發(fā)生動(dòng)作的繼電器，為一種線圈傳感裝置。因此磁簧繼電器具有尺寸小、輕量、反應(yīng)速度快、短跳動(dòng)時(shí)間等特性。 當(dāng)整塊鐵磁金屬或者其它導(dǎo)磁物質(zhì)與之靠近的時(shí)候發(fā)生動(dòng)作，開(kāi)通或者閉合電路。由永久磁鐵和干簧管組成。永久磁鐵、干簧管固定在一個(gè)不導(dǎo)磁也不帶有磁性的支架上。以永久磁鐵的南北極的連線為軸線，這個(gè)軸線應(yīng)該與干簧管的軸線重合或者基本重合。由遠(yuǎn)及近的調(diào)整永久磁鐵與干簧管之間的距離，當(dāng)干簧管剛好發(fā)生動(dòng)作（對(duì)于常開(kāi)的干簧管，變?yōu)殚]合；對(duì)于常閉的干簧管，變?yōu)閿嚅_(kāi)）時(shí)，將磁鐵的位置固定下來(lái)。這時(shí)，當(dāng)有整塊導(dǎo)磁材料，例如鐵板同時(shí)靠近磁鐵和干簧管時(shí)，干簧管會(huì)再次發(fā)生動(dòng)作，恢復(fù)到?jīng)]有磁場(chǎng)作用時(shí)的狀態(tài)；當(dāng)該鐵板離開(kāi)時(shí)，干簧管即發(fā)生相反方向的動(dòng)作。磁簧繼電器結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，觸點(diǎn)為密封狀態(tài)，耐用性高，可以作為機(jī)械設(shè)備的位置限制開(kāi)關(guān)，也可以用以探測(cè)鐵制門(mén)、窗等是否在指定位置。（5）光繼電器光繼電器為AC/DC并用的半導(dǎo)體繼電器，是發(fā)光器件和受光器件一體化的器件。輸入側(cè)和輸出側(cè)電氣性絕緣，但信號(hào)可以通過(guò)光信號(hào)傳輸。 其特點(diǎn)為壽命為半永久性、微小電流驅(qū)動(dòng)信號(hào)、高阻抗絕緣耐壓、超小型、光傳輸、無(wú)接點(diǎn)等。主要應(yīng)用于量測(cè)設(shè)備、通信設(shè)備、保全設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備等。3.3.3 繼電器主要產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)（1）額定工作電壓額定工作電壓是指繼電器正常工作時(shí)線圈所需要的電壓，也就是控制電路的控制電壓，根據(jù)繼電器的型號(hào)不同，可以是交流電壓，也可以是直流電壓。（2）直流電阻直流電阻是指繼電器中線圈的直流電阻，可以通過(guò)萬(wàn)能表測(cè)量。 （3）吸合電流吸合電流是指繼電器能夠產(chǎn)生吸合動(dòng)作的最小電流。在正常使用時(shí)，給定的電流必須略大于吸合電流，這樣繼電器才能穩(wěn)定地工作。而對(duì)于線圈所加的工作電壓，一般不要超過(guò)額定工作電壓的1.5倍，否則會(huì)產(chǎn)生較大的電流而把線圈燒毀。 （4）釋放電流釋放電流是指繼電器產(chǎn)生釋放動(dòng)作的最大電流。當(dāng)繼電器吸合狀態(tài)的電流減小到一定程度時(shí)，繼電器就會(huì)恢復(fù)到未通電的釋放狀態(tài)。這時(shí)的電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于吸合電流。 （5）觸點(diǎn)切換電壓和電流觸點(diǎn)切換電壓和電流是指繼電器允許加載的電壓和電流。它決定了繼電器能控制電壓和電流的大小，使用時(shí)不能超過(guò)此值，否則很容易損壞繼電器的觸點(diǎn)。3.3.4 繼電器的選用（1）先了解必要的條件 控制電路的電源電壓，能提供的最大電流；被控制電路中的電壓和電流； 被控電路需要幾組、什么形式的觸點(diǎn)。選用繼電器時(shí)，一般控制電路的電源電壓可作為選用的依據(jù)?？刂齐娐窇?yīng)能給繼電器提供足夠的工作電流，否則繼電器吸合是不穩(wěn)定的。 （2）查閱有關(guān)資料確定使用條件后，可查找相關(guān)資料，找出需要的繼電器的型號(hào)和規(guī)格號(hào)。若手頭已有繼電器，可依據(jù)資料核對(duì)是否可以利用。最后考慮尺寸是否合適。（3）注意器具的容積。若是用于一般用電器，除考慮機(jī)箱容積外，小型繼電器主要考慮電路板安裝布局。對(duì)于小型電器，如玩具、遙控裝置則應(yīng)選用超小型繼電器產(chǎn)品。通過(guò)上面的性能了解和比較，及考慮的器件的性價(jià)比，本設(shè)計(jì)選擇電磁繼電器。第四章 硬件電路的設(shè)計(jì)本章節(jié)詳細(xì)討論了各個(gè)模塊的具體電路的設(shè)計(jì)，包括電源模塊、單片機(jī)最小系統(tǒng)、液晶顯示模塊、繼電器驅(qū)動(dòng)模塊以及鍵盤(pán)模塊。4.1 電源電路系統(tǒng)要提供穩(wěn)定的直流5V供單片機(jī)及其所控制的外圍電路（包括液晶、鍵盤(pán)、繼電器等）和提供220交流電給插座。在電源的設(shè)計(jì)中，用220V交流電經(jīng)過(guò)變壓器降壓后經(jīng)7805穩(wěn)壓后給單片機(jī)控制系統(tǒng)供電。7805三端穩(wěn)壓集成芯片有很多種型號(hào)，但是標(biāo)稱最大輸出電流均為1.5A，在實(shí)際應(yīng)用中，該最大輸出電流往往取決于兩個(gè)方面：（1）足夠大的散熱面積；（2）在設(shè)計(jì)中，必須保證7805的輸入電壓Vi和輸出電壓Vo的壓差大于2.5V，即Vi-Vo=2.5V，否則會(huì)失去穩(wěn)壓能力。同時(shí)單片機(jī)控制系統(tǒng)還用6V干電池作為儲(chǔ)備電源，當(dāng)交流電源失電或者失效時(shí)，電壓為6V的直流電源通過(guò)二極管投入作用，硅二極管的導(dǎo)通壓降約為0.2V,因襲滿足系統(tǒng)的電源要求。P25接的是經(jīng)5W變壓器降壓后的交流電。D33二極管起到保護(hù)電路的作用。發(fā)光二級(jí)DS11是指示電源是否有電壓輸出。Header2所接的是（由干電池提供）6V直流電的輸入接口，2接正，1接負(fù)。X78xx系列是三端正電源穩(wěn)壓電路，它的封裝形式為T(mén)O-220。它有一系列的穩(wěn)固電壓輸出，應(yīng)用非常的廣泛。每種類(lèi)型由于內(nèi)部電流的限制，以及過(guò)熱保護(hù)和安全工作區(qū)的保護(hù)，使它基本上不會(huì)損壞。如果能夠提供足夠的散熱片，它們就能夠提供大于1.5A的輸出電流。雖然是按照固定電壓值來(lái)設(shè)計(jì)的，但是當(dāng)接入適當(dāng)?shù)耐獠科骷?，就能獲得各種不同的電壓和電流。7805使用時(shí)應(yīng)該注意的事項(xiàng)：在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)在三端集成穩(wěn)壓電路上安裝足夠大的散熱器（當(dāng)然小功率的條件下不用）。當(dāng)穩(wěn)壓管溫度過(guò)高時(shí)，穩(wěn)壓性能將變差，甚至損壞。當(dāng)制作中需要一個(gè)能輸出1.5A以上電流的穩(wěn)壓電源，通常采用幾塊三端穩(wěn)壓電路并聯(lián)起來(lái)，是其中最大輸出電流為N個(gè)1.5A，但應(yīng)用時(shí)需要注意：并聯(lián)使用的集成穩(wěn)壓電路應(yīng)采用同一廠家、同一批號(hào)的產(chǎn)品，以保證參數(shù)的一致。另外在輸出電流上留有一定的流量，以避免個(gè)別集成穩(wěn)壓電路失效時(shí)導(dǎo)致其他電路的連鎖燒毀。7805穩(wěn)壓管如圖4.1所示。圖4.1 7805穩(wěn)壓管管腳說(shuō)明電源電路如圖4.2所示。圖4.2 電源電路4.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)由復(fù)位電路、時(shí)鐘電路和單片機(jī)STC89C51組成，如圖4.3所示。圖4.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路(1)時(shí)鐘電路模塊由于系統(tǒng)需要計(jì)算精確時(shí)間，所以該模塊使用了一個(gè)12MHz的晶振。時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格地按照時(shí)序工作。時(shí)鐘電路圖如圖4.4所示。圖4.4 時(shí)鐘電路(2)復(fù)位電路模塊復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，單片機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，都必須復(fù)位。復(fù)位電路包括了上電復(fù)位于手動(dòng)復(fù)位兩個(gè)部分。單片機(jī)復(fù)位信號(hào)為高電平復(fù)位。商店復(fù)位工作原理：上電時(shí)對(duì)電容充電，使復(fù)位管腳電平拉高單片機(jī)復(fù)位，沖完后電容隔斷電源于復(fù)位管腳由下拉電阻拉至第電平單片機(jī)正常工作。手動(dòng)復(fù)位原理：按下按鈕復(fù)位管腳電平被拉高單片機(jī)復(fù)位，松開(kāi)按鈕復(fù)位管腳電平拉低單片機(jī)正常工作。它的作用是使CPU和系統(tǒng)中其他的部件處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。一般，51系列單片機(jī)本身是不能自動(dòng)復(fù)位的，必須配合相應(yīng)的外部電路才能實(shí)現(xiàn)。當(dāng)程序和電路都要回到最初的狀態(tài)時(shí)使用此電路。復(fù)位電路圖如圖4.5所示。圖4.5 復(fù)位電路(3)單片機(jī)STC89C51宏晶公司的89C51單片機(jī)是低功耗的具有4KB在線可編程Flash存儲(chǔ)器的單片機(jī)。片內(nèi)的Flash可允許在線重新編程，也可使用通用非易失性存儲(chǔ)器編程。它將通用CPU和在線可編程Flash集成在一個(gè)芯片上，形成了功能強(qiáng)大、使用靈活和具有較高性能價(jià)格比的微控制器。4.3 液晶顯示本設(shè)計(jì)選用的1602液晶為16管腳液晶，即帶背光液晶。與單片機(jī)接口設(shè)計(jì)如下：714：連接P0端口4： 連接P2.25： 連接P2.16： 連接P2.01602液晶顯示電路圖如圖4.6所示。圖4.6 1602液晶顯示電路4.4 繼電器驅(qū)動(dòng)電路繼電器的驅(qū)動(dòng)電路如圖4.4所示。這是典型的繼電器驅(qū)動(dòng)電路。單片機(jī)是一個(gè)弱電器件，一般情況下它們大多工作在5V甚至更低。驅(qū)動(dòng)電流在mA級(jí)以下。而要把它用于一些大功率場(chǎng)合，比如繼電器驅(qū)動(dòng)，顯然是不行的。所以就要有一個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)銜接，這個(gè)環(huán)節(jié)就是所謂的“功率驅(qū)動(dòng)”。繼電器驅(qū)動(dòng)就是一個(gè)典型的、簡(jiǎn)單的功率驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)。圖中三極管8050有兩個(gè)作用：一個(gè)是起放大作用，一個(gè)是起開(kāi)關(guān)作用（嚴(yán)格來(lái)講開(kāi)關(guān)作用是放大作用的極限情況）。P1處連接的是單片機(jī)的P2.7口。P2.7口給出高電平時(shí)，三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，并起放大作用，這樣，繼電器就能得到足夠的驅(qū)動(dòng)電流來(lái)正常工作。當(dāng)P2.7口給出低電平時(shí)，三極管不工作，繼電器因沒(méi)電流通過(guò)而不工作。二極管4148起到保護(hù)作用。發(fā)光二極管LED0用于指示繼電器是處于導(dǎo)通狀態(tài)（燈亮）還是處于斷開(kāi)狀態(tài)（燈滅）。繼電器驅(qū)動(dòng)電路如圖4.7所示。圖4.7 繼電器驅(qū)動(dòng)電路4.5 鍵盤(pán)電路本設(shè)計(jì)采用了獨(dú)立鍵盤(pán)設(shè)計(jì)，只是用了5個(gè)獨(dú)立案件與單片機(jī)IO口連接，利用簡(jiǎn)單的邏輯方式實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互界面。該界面操作簡(jiǎn)單，便于控制。人機(jī)界面在軟件設(shè)計(jì)板塊中將詳細(xì)介紹。獨(dú)立鍵盤(pán)電路如圖4.8所示。圖4.8 鍵盤(pán)電路4.6 插座電源控制電路由于電源的通斷并不頻繁所以本設(shè)計(jì)才用了價(jià)格相對(duì)較低的繼電器做為插座電源的控制電路器件。由單片機(jī)的一個(gè)I/O口經(jīng)過(guò)三極管控制繼電器的通斷，從而控制插座的通斷電。插座電源控制電路如圖4.9所示。圖4.9 插座電源控制電路4.7 報(bào)警電路本設(shè)計(jì)報(bào)警電路由單片機(jī)I/O口經(jīng)三極管控制蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。報(bào)警電路如圖4.10。圖4.10 報(bào)警電路第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本章詳細(xì)介紹了各個(gè)模塊的軟件設(shè)計(jì)流程以及部分源代碼，包括了時(shí)鐘程序、人機(jī)界面以及主程序。5.1 開(kāi)發(fā)環(huán)境STC89C51單片機(jī)軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)為Keil uvision4 C51，仿真環(huán)境為Protues，下載軟件為STC_ISP。Keil C51是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。運(yùn)行Keil軟件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。Protues軟件是英國(guó)Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國(guó)內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛(ài)好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即將增加Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯。STC-ISP 是一款單片機(jī)下載編程燒錄軟件，是針對(duì)STC系列單片機(jī)而設(shè)計(jì)的，可下載STC89系列、12C2052系列和12C5410等系列的STC單片機(jī)，使用簡(jiǎn)便，現(xiàn)