基于c5的自動斷電保護系統(tǒng)設(shè)計

1、 單片機系統(tǒng) 課程設(shè)計任務(wù)書題 目基于89c51的自動斷電保護系統(tǒng)設(shè)計課題性質(zhì)工程設(shè)計課題來源自擬指導(dǎo)教師臧海河主要內(nèi)容（參數(shù)）利用89C51設(shè)計自動斷電保護系統(tǒng)，實現(xiàn)以下功能：1實現(xiàn)開機后自動供電；2內(nèi)部短路或超載時會自動斷開電源；3利用互感，通過采集電流來控制繼電器的常開，常閉觸頭。4，采用警報，聲音來提醒使用者來處理緊急事故、任務(wù)要求（進(jìn)度）第1-2天：熟悉課程設(shè)計任務(wù)及要求，查閱技術(shù)資料，確定設(shè)計方案。第3-4天：按照確定的方案設(shè)計單元電路。要求畫出單元電路圖，元件及元件參數(shù)選擇要有依據(jù)，各單元電路的設(shè)計要有詳細(xì)論述。第5-6天：軟件設(shè)計，編寫程序。第7-8天：實驗室調(diào)試。第9-10天

2、：撰寫課程設(shè)計報告。要求內(nèi)容完整、圖表清晰、文理流暢、格式規(guī)范、方案合理、設(shè)計正確，篇幅合理。主要參考資料1 張迎新單片微型計算機原理、應(yīng)用及接口技術(shù)（第2版）M北京：國防工業(yè)出版社，20042偉福LAB6000系列單片機仿真實驗系統(tǒng)使用說明書3 閻石數(shù)字電路技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）北京：高等教育出版社，2006審查意見系（教研室）主任簽字： 年 月 日 目 錄一、引言4二、總體方案設(shè)計5三、硬件電路設(shè)計63.1 單片機最小系統(tǒng)63.2 電流采樣電路和繼電器控制電路73.3 A/D采樣電路83.4鍵盤和顯示接口電路103.5聲光報警電路11四、系統(tǒng)軟件設(shè)計134.1主程序設(shè)計134.2中斷服務(wù)程序設(shè)

3、計134.3鍵盤和顯示子程序設(shè)計15五、系統(tǒng)調(diào)試16六、總結(jié)16參考文獻(xiàn)：17附件A18附件B23一、引言隨著家用電器的增多，人們也越來越關(guān)心用電器的保護和用電安全的問題。因此自動斷電保護系統(tǒng)，逐步廣泛應(yīng)用于家庭用電器的保護設(shè)施，它能夠?qū)崿F(xiàn)開機后自動恢復(fù)供電功能。當(dāng)內(nèi)部電路短路，用電功率超過設(shè)定值時，自動斷電保護系統(tǒng)就會自動斷開用電器的供電回路，使用電器停止工作，能夠防止用電器進(jìn)一步的損壞，避免發(fā)生一些不必要的損失。該設(shè)計采用電流互感器，來采樣線路上的電流值，然后與用戶設(shè)定值進(jìn)行比較，控制繼電器的常閉點的斷開與閉合， 從而控制用電器的供電回路的斷開與閉合。同時該設(shè)計還提供了聲光報警，用戶可以及

4、時的處理事故。用戶還可以通過鍵盤來設(shè)置限制電流的大小，同時電流的采樣值和設(shè)置值都會通過數(shù)碼管顯示出來，以供用戶方便的使用和觀察。二、總體方案設(shè)計按照任務(wù)要求和系統(tǒng)設(shè)計要求，控制系統(tǒng)包括以下幾個部分：1. 控制器。作為系統(tǒng)的核心元件，我們采用89C51單片機。2. 電流采樣。通過一個互感器進(jìn)行電流的采樣，將線路上的大電流轉(zhuǎn)換為小電流值再通過一個電阻將其轉(zhuǎn)換成電壓信號，方便單片機的讀取。3. 鍵盤。通過鍵盤可以設(shè)置限制電流值。4. 數(shù)碼管顯示?？梢燥@示設(shè)置電流以及實時電流值大小。5. A/D轉(zhuǎn)換。采用ADC0809八位模數(shù)轉(zhuǎn)化器。6. 繼電器。當(dāng)電流過大時，繼電器斷開，電路回路切斷。7. 聲光報警

5、。當(dāng)電流值超過設(shè)定值時，二極管發(fā)光。喇叭發(fā)出經(jīng)聲。總體設(shè)計結(jié)構(gòu)圖如圖2-1所示：圖2-1 總體設(shè)計結(jié)構(gòu)圖三、硬件電路設(shè)計（1）單片機最小系統(tǒng)微控制器采用ATC89C51，89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS8位微處理器。其主要特性如下： 4K字節(jié)可編程FLASH存儲器 全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz 128*8位內(nèi)部RAM 32可編程I/O線 兩個16位定時器/計數(shù)器 5個中斷源 (五個中斷源分別是 INT0外部中斷0，T0定時器/計數(shù)器0中斷

6、，INT1外部中斷1，T1定時器/計算器1中斷，TI/RI串行口中斷) 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路其最小系統(tǒng)主要包括復(fù)位電路，時鐘電路。最小系統(tǒng)電路圖如圖3-1所示：圖3-1 89C51單片機最小系統(tǒng)電路圖復(fù)位電路，采用5V供電，可以實現(xiàn)上電復(fù)位和手動復(fù)位電路，每當(dāng)系統(tǒng)上電，微控制器內(nèi)部設(shè)置復(fù)位，所以每次啟動都需要重新設(shè)置限制電流大小，否則則默認(rèn)為初始設(shè)置10A。當(dāng)微控制器運行發(fā)生錯誤時，可以對其手動復(fù)位，使其重新啟動運行，再進(jìn)行設(shè)置限制電流大小。時鐘電路，采用6MHz晶振給單片機提供時鐘信號。（2） 電流采樣電路和繼電器控制電路 電流采樣電路，通過電流互感器按一定比例采樣線路上的電流值大小，通過一

7、個電阻，將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，方便單片機進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，繼電器控制電路，當(dāng)線路上的電流值大于設(shè)定電流值時，將P1.1端口置1，使Q1形成通路，則繼電器常閉點斷開，用電器電路回路斷開，則用電器停止工作。電路圖如圖3-2所示： 圖3-2電流采樣電路和繼電器控制電路圖（3）A/D采樣電路ADC0809引腳結(jié)構(gòu) ADC0809各腳功能如下：D7-D0：8位數(shù)字量輸出引腳。 IN0-IN7：8位模擬量輸入引腳。VCC：+5V工作電壓。 GND：地。REF（+）：參考電壓正端。 REF（-）：參考電壓負(fù)端。START（SC）：A/D轉(zhuǎn)換啟動信號輸入端。ALE：地址鎖存允許信號輸入端。（以上兩種信號用于

8、啟動A/D轉(zhuǎn)換）.EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換時為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時為高電平。OE：輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。CLK：時鐘信號輸入端（一般為500KHz）。A、B、C：地址輸入線。CBA選擇的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7SC(START)為轉(zhuǎn)換啟動信號。當(dāng)SC上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，SC應(yīng)保持低電平。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當(dāng)EOC為高電平時，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到

9、的數(shù)據(jù)。OE1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7D0為數(shù)字量輸出線。 CLK為時鐘輸入信號線。因ADC0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供， VREF（）接+5V，VREF（）接GND。A/D轉(zhuǎn)換采樣電路。CS0接面板上的CS0端口，選擇ADC0809芯片地址，A0,A1,A2接AD轉(zhuǎn)換通道選擇段，因為本設(shè)計只涉及一個通道0，所以可以賦值0即可，數(shù)據(jù)輸出端接單片機AD0-AD7口，當(dāng)ADC0809數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)束時，EOC端口輸出一個高電平。經(jīng)過一個反相器，接單片機的外部中斷輸入口。向單片機申請中斷，讀取數(shù)據(jù)。CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640

10、KHZ。 A/D轉(zhuǎn)換采樣電路。CS0接面板上的CS0端口，選擇ADC0809芯片地址，A0,A1,A2接AD轉(zhuǎn)換通道選擇段，因為本設(shè)計只涉及一個通道0，所以可以賦值0即可，數(shù)據(jù)輸出端接單片機AD0-AD7口，當(dāng)ADC0809數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)束時，EOC端口輸出一個高電平。經(jīng)過一個反相器，接單片機的外部中斷輸入口。向單片機申請中斷，讀取數(shù)據(jù)。電路圖如圖 圖3-3A/D采樣電路圖（4）鍵盤和顯示接口電路顯示電路，采用74LS374八路鎖存器來實現(xiàn)數(shù)碼管的段碼和位碼數(shù)據(jù)的鎖存，將采集到的電流值以及設(shè)置的電流值大小進(jìn)行實時的顯示，以便用戶的操作和觀察。鍵盤電路， 通過對74LS374 八路鎖存器D7引腳送入

11、低電平，然后讀取74LS245的值來判斷是否有鍵按下，并且確定是哪個按鍵按下，然后執(zhí)行相應(yīng)的程序。圖3-4 鍵盤和顯示接口電路圖（5）聲光報警電路聲光報警電路，采用三極管驅(qū)動音頻放大器實現(xiàn)音頻報警，當(dāng)采樣電流值大于電流設(shè)定值時，單片機P1.0端口產(chǎn)生100HZ的方波信號，控制Q2的通斷，實現(xiàn)蜂鳴器報警；單片機P1.2端口變成高電平，則發(fā)光二極管點亮，實現(xiàn)報警功能。電路圖如圖：圖3-5聲光報警電路圖四、系統(tǒng)軟件設(shè)計軟件設(shè)計包括主程序，中斷服務(wù)程序等其它子程序（1）主程序設(shè)計主程序是系統(tǒng)上電或復(fù)位后首先要執(zhí)行的程序，主程序主要完成系統(tǒng)的初始化、掃描顯示、掃描鍵盤等工作。主程序流程圖如圖所示：當(dāng)系統(tǒng)

12、上電或者手動復(fù)位時，首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，設(shè)置堆棧地址，定時器0工作方式，中斷觸發(fā)方式以及其它系統(tǒng)初始化。然后啟動定時器和AD轉(zhuǎn)換。然后進(jìn)行不停的掃描鍵盤和顯示。（2）中斷服務(wù)程序設(shè)計外部中斷服務(wù)程序流程圖如圖所示：當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完成時，ADC0809的EOC引腳輸出一個高電平信號，通過一個非門連接到INTO|，使89C51產(chǎn)生外部中斷，進(jìn)入外部中斷服務(wù)程序。首先保護現(xiàn)場，然后讀取AD值，進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換然后存儲，并與設(shè)定的電流值進(jìn)行大小比較，如果超過限定值，那么P1.1為1，三極管接通，繼電器斷開，用電器回路斷開，并置1報警標(biāo)志位?；謴?fù)現(xiàn)場，中斷返回。 定時器0中斷服務(wù)程序流程圖如圖所示:定時器設(shè)

13、置為10ms定時，每10ms中斷一次，進(jìn)入中斷之后，首先保護現(xiàn)場，重裝初值，判斷是否處在報警狀態(tài)，如果是，取反P1.0口，驅(qū)動揚聲器進(jìn)行聲音報警。如果沒有處于報警狀態(tài)在判斷是否到1S，到1S，則重置1S計數(shù)初值，啟動A/D轉(zhuǎn)換然后恢復(fù)現(xiàn)場，中斷返回，如果不到1S，則直接恢復(fù)現(xiàn)場，中斷返回。4.3鍵盤和顯示子程序設(shè)計鍵盤程序，采用三個獨立按鍵來設(shè)置限制電流值的大小，第一次按下鍵1，啟動限制電流大小的設(shè)置，此時按鍵2，則實現(xiàn)限制電流的增加，最大限制電流20A；若按鍵3，則實現(xiàn)限制電流的減小。再次按下鍵1，則關(guān)閉對限制電流大小的設(shè)置。顯示程序，首先要將數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的要顯示的數(shù)據(jù)進(jìn)行十位和個位的分離，進(jìn)

14、行查表，找到相應(yīng)的段碼，向數(shù)據(jù)總線送入段碼地址，再送段碼數(shù)據(jù)，接下來送位碼地址和位碼數(shù)據(jù)。分別將電流采樣值和設(shè)定值進(jìn)行顯示。 五、系統(tǒng)調(diào)試我們通過直接給ADC0809一個模擬信號可以實現(xiàn)當(dāng)電壓達(dá)到一定值時，蜂鳴器響起，同時發(fā)光二極管發(fā)光進(jìn)行報警。鍵盤能夠正常的對限制電流大小進(jìn)行設(shè)置，顯示部分能夠正確顯示出電流的設(shè)定值和采樣值。六、總結(jié)通過本次的單片機課程設(shè)計，使我更好的掌握了單片機的使用，更好地理解了單片機內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲，中斷和定時器的應(yīng)用，單片機外部電路的接口技術(shù)，數(shù)據(jù)總線的運用，也更深入的了解了匯編語言，熟悉了匯編指令的功能以及程序的編寫。讓我知道想設(shè)計好一個完整穩(wěn)定的系統(tǒng)，需要考慮很多的

15、細(xì)節(jié)，并不是那么容易，對我以后進(jìn)入工作起到很大的幫助。參考文獻(xiàn)：1 張迎新單片微型計算機原理、應(yīng)用及接口技術(shù)（第2版）M北京：國防工業(yè)出版社，20042偉福LAB6000系列單片機仿真實驗系統(tǒng)使用說明書3 閻石數(shù)字電路技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）北京：高等教育出版社，2006附件A程序：ORG 0000HLJMP MAINORG 0003HLJMP TSORG 000BHLJMP T_0ORG 0030HMAIN: MOV SP,#3FH；設(shè)置堆棧 MOV 60H,#0；采集數(shù)據(jù)顯示緩沖區(qū) MOV 70H,#10；設(shè)置數(shù)據(jù)顯示緩沖區(qū) MOV R0,#60H MOV R1,#70H MOV R6,#50

16、MOV R7,#200；1S計數(shù)值 CLR 20H；報警狀態(tài)標(biāo)志位 CLR 21H；設(shè)置數(shù)據(jù)標(biāo)志位 CLR P1.0；音頻報警 CLR P1.1；繼電器 CLR P1.2；LED MOV TH0,#0F6H；定時器0裝初值 MOV TL0,#3CH SETB IT0；外部中斷觸發(fā)方式設(shè)置 MOV IE,#83H；開總中斷，外部中斷0，定時器中斷0 SETB TR0；啟動定時器 MOV A,#0 MOV DPTR,#8000H；片選ADC0809 MOVX DPTR,A；啟動ADLOOP: LCALL DISPLAY；調(diào)用顯示 LCALL KEY；掃描鍵盤 LJMP LOOPKEY: PUSH

17、ACC；保護現(xiàn)場 PUSH PSW PUSH DPH PUSH DPL LCALL KEY_VALUE JB 21H,KEY0_0；判斷是否處于設(shè)置數(shù)據(jù)狀態(tài)KEY0: CJNE A,#01H,RETURN；判斷鍵值 LCALL DISPLAY；調(diào)用顯示延時，消抖 CJNE A,#01H,RETURN LCALL KEY_VALUE JNZ KEY0；等鍵釋放 SETB 21H；設(shè)置數(shù)據(jù)狀態(tài)標(biāo)志位置1 LJMP RETURN；返回KEY0_0: CJNE A,#01H,KEY1；判斷鍵值 LCALL DISPLAY；調(diào)用顯示延時消抖 CJNE A,#01H,KEY1 LCALL KEY_VALU

18、E JNZ KEY0_0；等鍵釋放 CLR 21H；設(shè)置完成，清除標(biāo)志位 LJMP RETURN；返回KEY1: CJNE A,#02H,KEY2；判斷鍵值 LCALL DISPLAY；調(diào)用顯示延時，消抖 CJNE A,#02H,KEY2 LCALL KEY_VALUE JNZ KEY1；等鍵釋放 INC 70H；設(shè)置數(shù)據(jù)緩沖區(qū)加1 CJNE R1,#20,RETURN；判斷是否到最大值20 MOV 70H,#0；是，歸0 LJMP RETURN；返回KEY2: CJNE A,#04H,RETURN；判斷鍵值 LCALL DISPLAY；調(diào)用顯示延時，消抖 CJNE A,#04H,RETURN

19、 LCALL KEY_VALUE JNZ KEY2；等鍵釋放 DEC 70H；設(shè)置數(shù)據(jù)緩沖區(qū)加1 CJNE R1,#0,RETURN；判斷是否到最小值0 MOV 70H,#20；是，變?yōu)?0RETURN: POP DPL；恢復(fù)現(xiàn)場 POP DPH POP PSW POP ACC RETKEY_VALUE:；讀鍵值子程序 MOV DPTR,#09002H；送鍵盤列碼地址 MOV A,#00H MOVX DPTR,A；掃描鍵盤 MOV DPTR,#08001H；送行碼地址 MOVX A,DPTR ANL A,#0FH；讀鍵值 RETDISPLAY: PUSH ACC；保護現(xiàn)場 PUSH PSW P

20、USH DPH PUSH DPL MOV A,R0；轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) MOV B,#10 DIV AB MOV DPTR,#TAB；查表 MOVC A,A+DPTR MOV DPTR,#09004H；送段碼地址 MOVX DPTR,A；送采樣數(shù)據(jù)十位數(shù)段碼 MOV DPTR,#09002H；送位碼地址 MOV A,#02H；送位碼 MOVX DPTR,A MOV A,B；顯示采樣數(shù)據(jù)個位數(shù)據(jù) MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV DPTR,#09004H MOVX DPTR,A MOV DPTR,#09002H MOV A,#01H MOVX DPTR,A MOV A,#0

21、MOVX DPTR,A MOV A,R1；顯示設(shè)置數(shù)據(jù) MOV B,#10 DIV AB MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV DPTR,#09004H MOVX DPTR,A MOV DPTR,#09002H MOV A,#08H MOVX DPTR,A MOV A,B MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV DPTR,#09004H MOVX DPTR,A MOV DPTR,#09002H MOV A,#04H MOVX DPTR,A LJMP RETURN；返回DELAY:；延時函數(shù) MOV R6, #50DELAY_LOOP: DJNZ R6,DELAY_LOOP RETTS: