精品單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計報告單片機繼電器控制定

1、 電 子 科 技 大 學單片機最小應(yīng)用系統(tǒng) 設(shè) 計 報 告 指導(dǎo)老師： 學 生： 學 號： 機電工程學院2009年5月單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計報告一、設(shè)計題目1二、設(shè)計目的1三、系統(tǒng)硬件圖1四、程序流程圖2五、系統(tǒng)分析與說明5.1系統(tǒng)主要組成部分35.2繼電器量部分45.3單片機最小系統(tǒng)部分55.4可編程并行接口芯8255A部分105.5電路板的制作155.6系統(tǒng)連線說明分析.16六、源程序 17七、設(shè)計體會20八、參考文獻 20一、 設(shè)計題目繼電器控制。用8031單片機和8255控制繼電器，實現(xiàn)外部電路轉(zhuǎn)換。按一個按鈕，第一條線通，再按一下，第一條線路斷開，第二條線路通。二、 設(shè)計目的1、 通

2、過本次實驗，掌握繼電器的基本原理和特點。2、 掌握可編程通用并行接口芯片8255芯片的結(jié)構(gòu)及編程方法。3、 搭建單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)，進一步加深對單片機應(yīng)用的理解，提高處理實際問題的能力和獨立分析思考的能力。三、 系統(tǒng)硬件圖1、 繼電器控制的硬件電路原理圖如下： 圖1 電路原理圖2、PCB圖如下： 圖2 PCB圖 四、 程序流程圖繼電器控制系統(tǒng)程序框圖如下：兩繼電器斷開Key_count=0第二個按鈕是否按下第二個繼電器閉合，另一個斷開第一個繼電器閉合第一個按鈕是否按下Key_count+開始 圖3 程序流程圖五、系統(tǒng)分析與說明5.1系統(tǒng)主要組成部分繼電器控制系統(tǒng)主要分為三個部分：單片機最小系統(tǒng)

3、，繼電器部分，可編程并行接口芯片8255A部分。所用主要元件有：AT89S51 ，SRD-05VDC-SL-C型繼電器器， 8255A，發(fā)光二級管。5.2繼電器部分 繼電器實物圖與電氣圖 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)用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。 圖4 繼電器實物圖 圖5 繼電器電氣圖5.2.2 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，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電

4、磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）吸合。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點”。繼電器的選用注意事項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。選用繼電器時，一般控制電路的電源電壓可作為選用的依據(jù)。控制

5、電路應(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； 注意器具的容積。若是用于一般用電器，除考慮機箱容積外，小型繼電器主要考慮電路板安裝布局。對于小型電器，如玩具、遙控裝置則應(yīng)選用超小型繼電器產(chǎn)品。5.3單片機最小系統(tǒng)部分MCS-51系列單片機是一種高性能的8位機系列，廣泛應(yīng)用于各種小型控制系統(tǒng)中，其引腳圖如圖所示。本論文采用的AT89C51單片機是AMTEL公司生產(chǎn)的MCS-51系列的兼容產(chǎn)品，與MCS-51指令系統(tǒng)兼容，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同，CMOS工藝制造并帶有非易失性Flash程序存儲器。全部支持12時鐘和6時鐘操作。AT89C51包含128字節(jié)RAM、32條I/O 口線、3個16位

6、定時/計數(shù)器、6輸入4優(yōu)先級嵌套中斷結(jié)構(gòu)、1個串行I/O 口（可用于多機通信I/O擴展或全雙工UART以及片內(nèi)振蕩器和時鐘電路）。CPURAMROMI/O接口電路定時器/計數(shù)器時鐘 圖6 MCS-51引腳圖MCS-51系列單片機的并行I/O口接口電路是微機必不可少的組成部分，并行輸入確出接口是CPU和外部進行信息交換的主要通道。MSC51系列單片有4個8位并行雙向I/O口P0P3，共32根I/O線。每一根線能獨立用作輸入或輸出。單片機可以外接鍵盤、顯示器等外圍設(shè)備還可以進行系統(tǒng)擴展，以解決硬件資源不足問題。4個并行口都是雙向口，既可以輸入又可以輸出。P0、P2口經(jīng)常作外部擴展存儲器時的數(shù)據(jù)、地

7、址線，P3口除作I/O口外，每一根都有第二功能。這4個I/O口結(jié)構(gòu)基本相同，但仍存在差別。(1) P1口是最常用的I/O口如圖所示，因為不作數(shù)據(jù)地址線，其結(jié)構(gòu)中沒有數(shù)據(jù)地址線，也沒有多路開關(guān)MUX，輸出驅(qū)動電路接有上拉電阻。P1口輸入輸出時與P0作I/O時相似，輸出數(shù)據(jù)時先寫入鎖存器，經(jīng)Q端反相，再經(jīng)場效應(yīng)管反相輸出到引腳。輸入時，先向鎖存器寫l，使v管截止外部引腳信號由下方讀緩沖器送入內(nèi)部總線，完成讀引腳操作。P1口也可以讀鎖存器。外部提升電阻將引腳拉升至高電平，但輸人的低電平信號能將其拉低，不會影響低電平的輸入。圖7 P1口一位結(jié)構(gòu) (2) P2口的位結(jié)構(gòu)比P1多了一個控制轉(zhuǎn)換部分如圖5所

8、示，結(jié)構(gòu)與P0口基本相似，如下圖所示。P2口改P0推拉式輸出驅(qū)動電路為上拉電阻式，當控制信號s為低電平，作I/O口使用時，多路開關(guān)MUX使鎖存器輸出端Q與輸出驅(qū)動輸入端接通，構(gòu)成一個準雙向口。此外，當外部擴展存儲器時，P2口常做高8位地址線使用。圖8 P2口一位結(jié)構(gòu)下表中概括了單片機中使用到的并行口P1、P2功能： 表1 P1、P2功能一覽表MCS-51系列單片機的工作方式和時序單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，除了基本計算機系統(tǒng)單元電路外還需配備完整的外圍電路、以完成復(fù)位、掉電保護、提供時鐘、節(jié)電等功能。（1）時鐘電路：單片機內(nèi)部有一個高增益的反相放大器，通過XTAL1和XTAL2引腳外接石英振于或陶瓷振子

9、、微調(diào)電容組成振蕩器如圖13所示。該振蕩器發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時鐘電路。振蕩器若外接的是石英扳子，微調(diào)電容通常選擇30pF；外接陶瓷娠子時選樣47pF。振蕩頻率范圍選擇1.212M。MCS5-51系列單片機也可以采用外接時鐘，這時XTAL 2腳用來輸入外部時鐘信號(XTAL2腳為內(nèi)部時鐘電路的輸入端)，XTALl腳則接地如圖13b所示。對于CHM05工藝制造的80C51單片機，則應(yīng)從XTALl腳輸入外部時鐘信號，XTAL 2腳懸空。 (a)外接石英晶體振蕩電路 （b）外接時鐘電路圖9 兩種單片機時鐘電路(a) 上電復(fù)位 (b) 按鍵電平復(fù)位 (c) RC放電過程 (d) 電平復(fù)位過程圖10

10、單片機常用復(fù)位電路（2）復(fù)位電路：復(fù)位使單片機處于起始狀態(tài)，并從此狀態(tài)開始運行MCS5-51單片機RST引腳為復(fù)位端，該引腳連續(xù)保持2個機器周期(24個時鐘振蕩周期)以上的高電平?？墒箚纹瑱C復(fù)位。本論文使用的是外部復(fù)位電路，單片機在啟動后要從復(fù)位狀態(tài)開始運行，因此上電時要完成復(fù)位工作，稱上電復(fù)位，如圖10a所示。上電瞬間電容兩端的電壓不能發(fā)生突變，只RST端為高電平5v，上電后電容通過及RC電路放電RST端電壓逐漸下降，直至低電平0V，如圖10c所示。適當選擇R、C的值，使RST端的高I電平維持2個機器周期以上即可完成復(fù)位。單片機L在運行過程中，出于本身或外并干擾的原因會導(dǎo)致出錯。這時可按復(fù)位

11、鍵以重新開始遠行，按鍵復(fù)位可分為按鍵電平復(fù)位或按健脈沖復(fù)位，如圖10b所示。按鍵脈沖復(fù)位和上電平復(fù)值的原理是一樣的，都是利用RC電路的放電原理，如圖10d所示。讓RST端能保持一段時間的高電平，以完成復(fù)位，按鍵電平復(fù)位時，按鍵時間也應(yīng)保持在兩個機器周期以上。根據(jù)設(shè)計要求和計算簡便的原則，我們選擇12M的石英晶振、30PF的電容、+5V電源，最小系統(tǒng)如下：圖11 單片機最小系統(tǒng)5.4可編程并行接口芯片8255A部分8255A可編程外圍接口芯片是INTEL公司生產(chǎn)的通用并行接口芯片，它具有A、B、C三個并行接口，用+5V單電源供電，能在以下三種方式下工作： 方式 0：基本輸入輸出式； 方式 1：選

12、通輸入輸出式； 方式 2：雙向選通工作方式。8255A可編程輸入/輸出接口1從功能上來分，8255A的結(jié)構(gòu)可分為：總線接口電路、內(nèi)部控制邏輯和輸入/輸出接口電路。 （1）總線接口電路 數(shù)據(jù)總線緩沖器和讀/寫控制邏輯。（2）內(nèi)部控制邏輯（3）輸入/輸出接口電路圖12 8255A的結(jié)構(gòu)框圖1）三個數(shù)據(jù)端口 8255A芯片內(nèi)部有三個8位的輸入輸出端口，分別為A口、 B口和C口，可用指令將它們分別設(shè)置成輸入或輸出端口，它們在結(jié)構(gòu)和功能上各有特點。端口A包含一個8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器和一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器緩仲器。端口A無論是用做輸入端口還是用做輸出端口，其數(shù)據(jù)均能鎖存。 端口B包含一個8位數(shù)據(jù)輸入緩仲器和

13、一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器準仲器。端口B用做輸出端口時，其數(shù)據(jù)能鎖存；用做輸入端口時，不具有鎖存能力，此時外設(shè)輸入的數(shù)據(jù)必須維持到被CPU讀取為土。端口C包含一個8位數(shù)據(jù)輸入緩仲器和一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器準仲器，當它被用做輸入端口時，不具有鎖存能力。端口A和端口 B一般作為獨立的I/O口使用，與外設(shè)的數(shù)據(jù)線相連。端口 C可以作為一個獨立的8位I/O口；也可以拆分為由高4位和低4位分別組成的兩個4位端口，作為兩個獨立的4位I/O口使用；端口C拆分開的高4位和低4位還可以與端口A和端口 B配合，作為端口A和端口B的信號聯(lián)絡(luò)線。2）兩組控制器 8255A將端口 A B、 C分為兩組：端口 A和端口 C的

14、高岑位構(gòu)成A組，由 A組控制器進行控制；端口B和端口C的低岑位構(gòu)成B組，由B組控制器進行控制。這兩組控制器都從讀寫控制邏輯接收命令信號和讀寫信號，從內(nèi)部數(shù)據(jù)總線接收控制字，并根據(jù)控制字確定各端口的工作方式。3)數(shù)據(jù)總線緩沖器 數(shù)據(jù)總線緩仲器是一個雙向三態(tài)的8位緩仲器，它直接與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線連接，是8255A與CPU之間傳輸數(shù)據(jù)的必經(jīng)之路，數(shù)據(jù)的輸入、輸出以及控制字的寫入都是通過這個緩仲器傳遞的。4)讀寫控制邏輯 讀寫控制邏輯電路負責管理8255A的數(shù)據(jù)傳輸過程。它接收來自控制總線的控制信號WR、RD、RESET和地址總線的AI、AD以及由地址譯碼輸出的片選信號CS，由這些信號形成對端口的讀寫控制

15、，并通過A組控制器和B組控制器實現(xiàn)對數(shù)據(jù)、狀態(tài)和控制信息的傳輸。8255A的引腳說明8255A是40根引腳，雙列直插式芯片，40根引腳的分布圖如下圖（引腳圖）所示，這些引腳可分成：（1）與外設(shè)連接的引腳（2）與CPU連接的引腳RESET：復(fù)位信號輸入端，高電平有效，有效時清除8255A內(nèi)部寄存器，同時三個端口自動設(shè)為輸入端：D0D7：數(shù)據(jù)線；VCC：電源；GND：接地線；PAsPA7： A組8位I/O口；PB。PB7：B組 8位 I/O口；PC。PC7：C組 8位 I/O口，還具備其它控制功能；CS：片選信號輸入線，低電平有效；RD：讀選通信號輸入線，低電平有效；WR：寫選通信號輸入線，低電平

16、有效；ADAI：端口信號選擇端，用于決定當前對哪一個端口進行操作。 圖13 8255A引腳分布圖8255A端口選擇表 表2 8255A端口選擇表 8255A的編程控制字（1）工作方式控制字：用來設(shè)定通道的工作方式及數(shù)據(jù)的傳送方向的。（2）C口按位置位/復(fù)位控制字：向控制寄存器寫入控制字，而使它的每一位置位或復(fù)位。（3）兩個控制字的差別工作方式控制字放在程序的開始部分；按位置位/復(fù)位控制字可放在初始化程序以后的任何地方。8255A的工作方式及應(yīng)用（1）方式0及其應(yīng)用：系統(tǒng)連接（2）方式1及其應(yīng)用： 引腳配置、輸出圖、輸出時序、狀態(tài)字（3）方式2及其應(yīng)用： 引腳定義、輸出時序、狀態(tài)字、接口電路圖1

17、4 系統(tǒng)連接圖5.5電路板的制作Protel99功能強大，為我們進行電子電路原理圖和印制板圖的設(shè)計提供了良好的操作環(huán)境。用Protell99進行電路設(shè)計分為兩大部分：原理圖的設(shè)計和電路板的設(shè)計。原理圖的設(shè)計實在SCH系統(tǒng)中進行的，電路原理圖是印刷板電路設(shè)計的基礎(chǔ)，只有設(shè)計好原理圖才有可能進行下一步的電路板設(shè)計。用protel99進行電路板設(shè)計的第一步是其原理圖的設(shè)計。顯然，原理圖決定整個電路的基本功能，也是接下來生成網(wǎng)表和設(shè)計印刷板電路的基礎(chǔ)。具體步驟如下：（1）圖面設(shè)置： Protel99允許用戶根據(jù)電路的規(guī)模設(shè)置圖面的大小，按照偏好和習慣設(shè)置圖面的樣式。實際上，設(shè)置圖面就是設(shè)置了一個工作平

18、面，以后的工作就要在這個平面上進行。所以圖面應(yīng)該設(shè)置得足夠大，為進一步工作提供一個足夠大的工作空間。（2）放置元件： 所謂放置元件就是從元件庫中選取所需得元件，將其布置到圖面上合適的位置，有時還要重定義元件的編號、封裝。元件的封裝很重要，要根據(jù)元件的實際尺寸和實際封裝來決定，要是元件沒封裝好，將會給以后電路板的制作帶來很大的麻煩。這些都是下一步工作的基礎(chǔ)。Protel99為用戶提供了一個非完備的元件庫，并且允許用戶對這個元件庫進行編輯或者新建自己的元件庫。電路板的制作過程(1) 打印：將生成的PCB圖打印到熱轉(zhuǎn)印紙上，需注意線不能太窄，墨要加重，否則制板時容易斷線，如果在操作過程中斷了線，可用

19、電烙鐵將錫帶過。(2) 熨燙：將熱轉(zhuǎn)印紙覆在銅板上，用電熨斗進行熨燙，關(guān)鍵要注意熨燙的時間，不能太久，也不能時間太短，否則，太久會把銅板燙壞，不夠的話墨跡覆不上去。(3) 腐蝕：把銅板放到三氯化鐵溶液中腐蝕，需注意溶液濃度要較高，最好用熱水配置，這樣腐蝕更快，一般3分鐘即可。如果時間過長，需剩下的銅線也可能被腐蝕。(4) 打孔：打孔時注意鉆頭尺寸，本次用的鉆頭大小是0.712mm的，最需注意的地方是集成塊的管腳，如果打孔誤差大，管座就很難插上。(5) 放置元件：放置前應(yīng)先打磨一下打孔后留下的毛刺，并均勻地涂上松香水（目的是防止銅線氧化，易于焊錫覆著焊盤，但多涂會導(dǎo)致焊接時焊點變黑，影響美觀）。

20、放置元件時注意集成塊的管腳，二極管和電解電容的正負，這些都是平時比較容易出錯的地方。(6) 焊接：焊接技術(shù)比較難掌握，焊錫、烙鐵與焊盤的位置關(guān)系，焊錫熔化時間長短，松香水的濃度，烙鐵的溫度等等，都是影響焊點美觀的因素。(7) 檢查：檢查是否有虛焊，集成塊管腳位置是否正確，電源引線位置是否恰當?shù)取z查完畢就能進行調(diào)試了。 5.6系統(tǒng)連線說明分析在本系統(tǒng)中8255的PA0、PA1分別繼電器上的串聯(lián)電阻RE1和RE2相連，發(fā)光二極管一端與繼電器觸點相連，另一端接地，單片機的P1.0P1.7連接到8255的D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7端子上，作為數(shù)據(jù)總線，單片機的P3.5與8255的

21、片選信號CS端子相連，P3.4和P3.3與8255的RD和WR端子相連，用于讀寫信號，P3.6和P3.7與8255的A1和A0端子相連，選擇8255的控制端口。調(diào)試過程：1、 保證電路板連接正確后，接上電源。2、 保證正確的按鈕次序及按下次數(shù)與要求的線路控制相符合。實驗過程中的問題及改進方法1、制作電路板過程中由于焊接等原因，造成電路連接不通現(xiàn)象，浪費了調(diào)試時間。2、由于8255的時序控制不好把握，在調(diào)試中花費了不少時間。六、源程序#include <AT89X51.H>#define A0 P3_7#define A1 P3_6#define Rest P3_2#define R

22、ead P3_4#define Write P3_3#define CS P3_5#define WR_CLK()Read=1; Write = 0;Write =1 unsigned char Key_Count = 0,TM,set_key_flag;void Set_Adr(char Adr)if(Adr&0x01)A0=1;elseA0=0;if(Adr&0x02)A1=1;elseA1=0;void Wr_Data_At(unsigned char Data,unsigned char Adr) CS=1; CS=0; Set_Adr(Adr);P1=Data;WR_

23、CLK();void Init_8255(void) Rest=1; Rest=0; CS=0; Read=1; Write=1; Wr_Data_At(0x82,3);void Set_CH1(void)Wr_Data_At(0xfe,0);void Set_CH2(void) Wr_Data_At(0xfc,0);void Clr_CH1CH2(void) Wr_Data_At(0xff,0);void delay(unsigned int n) unsigned int i=0,j=0; for (i=n;i>0;i-) for (j=0;j<1000;j+) ; unsig

24、ned char Get_Key(void) unsigned char ret=0; unsigned char temp; Read=0; Write=1; Set_Adr(1); temp =P1|0xe7; if(temp!=0xff) delay(50);if(temp = 0xf7) ret = 2;if(temp = 0xef) ret = 1; Read=1;return ret;void main(void)unsigned char key=0;Init_8255(); Clr_CH1CH2();while(1) key=Get_Key();if(key=1) Key_Co

25、unt+;switch (Key_Count)case 1: Set_CH1(); break;case 2: Set_CH2(); break; default: ; break; if(key=2) Key_Count=0; Clr_CH1CH2();七、設(shè)計體會1、在設(shè)計系統(tǒng)過程中，學會用Protel 99畫原理圖和PCB圖。2、自己動手制作電路板，提高動手能力。3、調(diào)試程序過程中，針對遇到的問題，尋找解決方法，同時學會利用C語言編制單片機程序。4、感謝在整個設(shè)計單片機最小系統(tǒng)過程中給我很大幫助的導(dǎo)師，師兄，同學等。八、參考文獻1 孫安青. AT89S51單片機實驗及實踐教程M.2 秦曉

26、梅.育斌.單片機原理綜合實驗教程M.遼寧：大連理工大學出版社，2004.3 鄧紅 張越 單片機實驗與應(yīng)用設(shè)計教程M.北京：冶金工業(yè)出版社，2004.54 李建中.單片機原理及應(yīng)用M. 西安：西安電子科技大學出版社，2008.2.5 鄭一力.殷曄 Protel 99SE電路設(shè)計與與制版M.北京：人民郵電出版社，2008.6 張齊 杜群貴 單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)M.北京：電子工業(yè)出版社，2004.8 碩士論文 是碩士研究生所撰寫的學術(shù)論文，具有一定的理論深度和更高的學術(shù)水平，更加強調(diào)作者思想觀點的獨創(chuàng)性，以及研究成果應(yīng)具備更強的實用價值和更高的科學價值。碩士論文是碩士研究生所撰寫的學術(shù)論文。優(yōu)秀的

27、碩士論文能夠反映出作者對所學習專業(yè)的理論知識掌握的程度和水平，能夠幫助作者構(gòu)建起良好的完整的知識體系，還能夠反映作者獨立的科研能力和學術(shù)理論的應(yīng)用水平，對研究的課題的思考和獨立見解。較之學士論文，碩士論文應(yīng)當具有一定的理論深度和更高的學術(shù)水平，更加強調(diào)作者思想觀點的獨創(chuàng)性，以及研究成果應(yīng)具備更強的實用價值和更高的科學價值。因而撰寫碩士論文將對作者提出更高的要求數(shù)據(jù)資料翔實充分、論證分析詳盡縝密、推理演算思路清晰、論文結(jié)構(gòu)規(guī)范清晰、專業(yè)詞匯運用準確。電路與系統(tǒng) 學科研究電路與系統(tǒng)的理論、分析、測試、設(shè)計和物理實現(xiàn)。它是信息與通信工程和電子科學與技術(shù)這兩個學科之間的橋梁，又是信號與信息處理、通信、控制、計算機乃至電力、電子等諸方面研究和開發(fā)的理論與技術(shù)基礎(chǔ)。因為電路與系統(tǒng)學科的有力支持，才使得利用現(xiàn)代電子科學技術(shù)和最新元器件實現(xiàn)復(fù)雜、高性能的各種信息和通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)成為現(xiàn)實