基于單片機的寵物喂食器電路設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

摘要本設(shè)計所研究的是實現(xiàn)一個寵物自動喂食器，即先將寵物飼料放入其中，通過設(shè)定五個喂食時刻點，當(dāng)?shù)诌_這一時刻點后，系統(tǒng)發(fā)出喂食信號吸引寵物，自動進行喂食。本設(shè)計要緊研究如何設(shè)定五個時刻點并發(fā)出喂食信號。寵物喂食器系統(tǒng)要緊包括單片機操縱、自動開關(guān)和蜂鳴器提示、倒計時間設(shè)定系統(tǒng)。喂食器的喂食進程，通過鍵盤設(shè)定五個倒計時刻，當(dāng)依次抵達這五個時刻時，發(fā)光二極管發(fā)光，蜂鳴器發(fā)出響聲，吸引寵物過來進食并自動投放食物。本設(shè)計解決了工作時或節(jié)假日時由于主人不在不能對寵物進行喂食，幸免了寵物由于飲食不正常所產(chǎn)生的問題。

在整個系統(tǒng)中，利用單片機對各個系統(tǒng)進行控制。倒計時系統(tǒng)時刻通過六位七段數(shù)碼管顯示出來。利用鍵盤設(shè)定五個倒計時刻，單片機不斷的讀取時刻，并判定是不是抵達喂食時刻。開關(guān)系統(tǒng)電阻和發(fā)光二極管表示，發(fā)光二級管收到低電平常導(dǎo)通表示開關(guān)打開投放喂食。同時接有蜂鳴器，當(dāng)?shù)诌_喂食時刻后蜂鳴器發(fā)出響聲吸引寵物進行喂食。關(guān)鍵詞：智能；按時喂養(yǎng)；單片機AT89S52；AbstractThestudydesignistoachieveanautomaticpetfeeder,petfeedintowhichwillsetthefivefedpoint,whenyoureachthispointintime,automaticallyfeeding.Themainpointofhowtosetthetimewithinthepetfoodputout.PetfeedersystemincludesMCUcontrol,automaticswitchandmusicalertsystem,theremainingtimesettingsystem.Feederfeedingprocess,thefiveremainingtimesetbythekeyboard,whentheorderreachesthefivetime,whilethetimerchiptosendasignalrelayandmusic,musicplaybackchip,apieceofmusicattractedthepet,therelayswitchisclosedSothataredlightemittingdiode,saidswitchdeliveryoffood.Thisdesignsolvestheholidayswhenworkornotisnottheownerofthepettofeed,toavoidthepetfoodisnotnormalbecausetheproblemsarising.Throughoutthesystem,theuseofsinglechipcontrolsystemofeach.Countdowntothesystemtimebysixoutofsevensegmentdigitaldisplay.Usingthekeyboardtosetthefiveremainingtime,microcontrollerreadsthestoptimeandtodeterminewhetherthefeedingtimearrives.Switchingsystembytherelayandthelight-emittingdiode,saidswitchisclosedwhentherelayreceivedhighlight-emittingdiode,saidswitchisrunningfeeding.Tiphasamusicsystem,whenthearrivaltimeafterfeedingapieceofmusictipsmusicplaybackchiptofeedpets.Keywords:intelligent;automaticfeeding;MCU目錄中文摘要英文摘要1緒論 11．1設(shè)計意義 11．2設(shè)計要求 12設(shè)計方案 22．1按鍵模塊 22．2自動開關(guān)模塊 22．3蜂鳴器模塊 22．4顯示模塊 33硬件電路的設(shè)計 33．1單片機 33．1．1AT89S52單片機的簡介 33．1．2AT89S52的時鐘介紹 53．1．3單片機中斷的介紹 73．2電源電路 83．3時鐘電路 83.4復(fù)位電路 93．5LED數(shù)碼管顯示 103．5．1數(shù)碼管顯示簡介 103．5．2數(shù)碼管編碼表 113．6開關(guān)操縱 113．7單片機的去抖動 124電路的軟件部份 13參考文獻 46附錄1 47附錄2 48附錄3 49致謝 501緒論1．1設(shè)計意義單片機自20世紀(jì)70年代問世以來，以其極高的性能價錢比受到人們的重視和關(guān)注，應(yīng)用普遍，進展快速。單片機具有體積小、速度快、抗干擾能力強，環(huán)境要求不高，性能靠得住和價錢低廉等優(yōu)勢,通常在其外部配置外圍電路就可組成一完整的操縱系統(tǒng)。由于具有以上優(yōu)勢，在我國，單片機已普遍應(yīng)用與工業(yè)自動化操縱、自動檢測、智能儀器儀表、家電電器、電力電子、武器裝備、機電一體化設(shè)備等方方面面。單片機,亦稱單片微電腦或單片微型運算機。它是把中央處置器(CPU)、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、輸入/輸出端口(I/0)等要緊運算機功能部件都集成在一塊集成電路芯片上的微型運算機。此刻愈來愈多的家庭都飼養(yǎng)有貓、狗等寵物，可是由于工作等緣故，寵物的飲食規(guī)律得不到必然的保障，寵物喂食器能夠解決這一問題，寵物自動喂食器能夠按時定量的進食，且設(shè)計簡單方便，有必然的有效價值。1．2設(shè)計要求利用單片機的按時功能設(shè)計一個寵物自動喂食盒的電路，要求：能夠通過鍵盤輸入至少3個倒計不時刻，每一個倒計不時刻到后，發(fā)出寵物開始喂食信號；擴展功能：依照年/月/日/時/分的格式輸入寵物進食時刻；2設(shè)計方案分析此題，依照設(shè)計要求先確信了本系統(tǒng)的整體設(shè)計原理框圖如圖1：按鍵模塊單片機自動開關(guān)模塊按鍵模塊單片機自動開關(guān)模塊蜂鳴器顯示模塊圖1系統(tǒng)整體設(shè)計原理框圖2．1按鍵模塊采納7個觸鍵開關(guān)，可實現(xiàn)五個倒計時刻依次鍵入，同時還有兩個調(diào)時按鍵，再一個復(fù)位按鍵。2．2自動開關(guān)模塊采納三極管和發(fā)光二極管近似表示。本系統(tǒng)是基于52單片機的寵物自動喂食的設(shè)計，用電阻和發(fā)光二極管代替比較容易，當(dāng)發(fā)光二級管接收到一個低電平常開關(guān)閉合，發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)出綠光表示自動投食。2．3蜂鳴器模塊采納一個三極管和一個蜂鳴器，由蜂鳴器發(fā)出響聲吸引寵物過來進食。當(dāng)發(fā)光二極管亮燈時，蜂鳴器接收到一個低電平，蜂鳴器器發(fā)出響聲吸引寵物過來進食。2．4顯示模塊選用數(shù)碼管顯示，用一般的數(shù)碼管顯示簡單的數(shù)字、符號、字母。只需一次顯示5個倒計時刻，而且每一個時刻只需顯示6個數(shù)字，即年/月/日。3硬件電路的設(shè)計3．1單片機3．1．1AT89S52單片機的簡介AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微操縱器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。利用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash許諾程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗按時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位按時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，許諾RAM、按時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電愛惜方式下，RAM內(nèi)容被保留，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。3．1．1．1要緊性能與MCS-51單片機產(chǎn)品兼容8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器1000次擦寫周期全靜態(tài)操作：0Hz～33Hz三級加密程序存儲器32個可編程I/O口線三個16位按時器/計數(shù)器八個中斷源全雙工UART串行通道低功耗空閑和掉電模式掉電后中斷可喚醒看門狗按時器雙數(shù)據(jù)指針掉電標(biāo)識符AT89S52雙列直插式引腳圖圖AT89S52雙列直插式引腳圖3．1．1．3端口介紹P0口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，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，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。P1口：P1口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，p1輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P1端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，現(xiàn)在能夠作為輸入口利用。作為輸入利歷時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的緣故，將輸出電流（IIL）。另外，和別離作按時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（T2）和時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（T2EX）。在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。P2口：P2口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P2端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，現(xiàn)在能夠作為輸入口利用。作為輸入利歷時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的緣故，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX@DPTR）時，P2口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2口利用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在利用8位地址（如MOVX@RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些操縱信號。P3口：P3口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，p2輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P3端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，現(xiàn)在能夠作為輸入口利用。作為輸入利歷時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的緣故，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）利用。在flash編程和校驗時，P3口也接收一些操縱信號。3．1．2AT89S52的時鐘介紹單片機的工作進程是：取一條指令、譯碼、進行操作，再取一條指令、譯碼、進行微操作，如此自動的一步一步的由微操作依序完成相應(yīng)指令規(guī)定的功能。各指令的微操作在時刻上由嚴(yán)格的順序，各類微操作的時刻順序稱作為時序。3．1．2．1AT89S52的時鐘信號產(chǎn)生方式AT89S52單片機的時鐘信號通常有兩種產(chǎn)生方式：一是內(nèi)部時鐘方式，二是外部時鐘方式。內(nèi)部時鐘方式如下圖。在AT89S52單片機內(nèi)部有一振蕩電路，只要在單片機的XTAL1和XTAL2引腳外接石英晶體，就組成了自激振蕩器并在單片機內(nèi)部產(chǎn)生時鐘信號。圖中電容器C一、C2的作用是穩(wěn)固頻率，快速起振，電容值在5～30pF；晶振CYS的振蕩器頻率為～12MHz。圖內(nèi)部時鐘方式外部時鐘方式是把已有時鐘信號引入到單片機內(nèi)，如下圖。此方式多用于多片AT89S52單片機同時工作。以便于各單片機同步。一樣要求外部信號高電平的持續(xù)時刻大于20ns，且為頻率低于12MHz的方波。關(guān)于采納CHMOS工藝的單片機，外部時鐘要緊由XTAL1端引入，而XTAL2端引腳應(yīng)懸空。圖外部時鐘方式3．1．2．2AT89S52的時鐘信號晶振周期為最小的時序單元。晶振信號經(jīng)分頻器形成兩相錯開的時鐘信號P1和P2.時鐘信號的周期也稱為S狀態(tài)，它是晶振周期的兩倍。即一個時鐘周期包括兩個晶振周期。在每一個時鐘周期的前半周期，相位1有效，在每一個時鐘周期的后半周期，相位2有效。每一個時鐘周期有兩個節(jié)拍P1和P2，CPU以兩相時鐘P1和P2為大體節(jié)拍指揮各個部件和諧工作。晶振信號12分頻后形成機械周期。一個晶振周期包括12個晶振周期或6個時鐘周期。因此每一個機械周期的12個晶振脈沖能夠表示為S1P1S2P2……S6P6。晶振周期和機械周期是單片機內(nèi)計算其他時刻值的大體時序單位。如晶振頻率為12HZ，那么機械周期為1us，指令周期為1-4us。3．1．3單片機中斷的介紹在設(shè)計頂用到了外部中斷INT0/INT1和按時器T0。它們的中斷請求標(biāo)志別離為IE0,IE1和TF0。這些中斷請求標(biāo)志位別離由特殊功能寄放器TCON和TMOD的相應(yīng)位鎖存。在那個設(shè)計中，中斷許諾寄放器是首要介紹的。3．1．3．1中斷許諾寄放器IE操縱CPU對中斷源的開放或屏蔽。中斷的開放和屏蔽實現(xiàn)2級操縱，一個總開關(guān)中斷操縱所有的中斷。IE的格式如下：IEEAESET1EX1ET0EX0位地址AFHACHABHAAHA9HA8H

當(dāng)EA=0時，所有的中斷請求被屏蔽，CPU不同意任何請求。當(dāng)EA=1時，CPU開中斷，現(xiàn)在只要五個中斷源的中斷請求許諾為1，那么開中斷。3．1．3．2TMOD-工作方式操縱寄放器用于選擇按時器/計數(shù)器的工作模式，字節(jié)地址為89H,8位分2組，高4位操縱T1，低4位操縱T0,其格式如下：D7D6D5D4D3D2D1D0TMODGATEC/TM1M0GATEC/TM1M0下面對工作方式選擇位做說明：M1M0---工作方式選擇位，M1M0共有4種編碼，別離對應(yīng)4種工作方式。如表1：表1工作方式選擇M1M0工作方式00方式0，為13位定時器/計數(shù)器01方式1，為16位定時器/計數(shù)器10方式2，8位的常數(shù)自動重新裝載的定時器/計數(shù)器11方式3，僅適應(yīng)于T0,T0分為兩個8位的計數(shù)器，停止計數(shù)中斷的觸發(fā)方式：電平觸發(fā)方式和下降沿觸發(fā)方式。3．2電源電路單片機電源(220v轉(zhuǎn)5v)設(shè)計電源電路采納LM7805集成穩(wěn)壓器作為穩(wěn)壓器件，用典型接法，220V電源整流濾波后送入LM7805穩(wěn)壓，在輸出端接一個470U和電容進一步濾除紋波，取得5V穩(wěn)壓電源。電路如下圖 圖電源電路圖3．3時鐘電路單片機工作的時刻基準(zhǔn)，決定單片機工作速度。時鐘電路確實是振蕩電路，向單片機提供一個正弦波信號作為基準(zhǔn)，決定單片機的執(zhí)行速度。AT89S51單片機時鐘頻率范圍：0—33MHz，本電路選擇。電路如下圖。圖時鐘電路圖3．4復(fù)位電路單片機在啟動時都需要復(fù)位，以使CPU及系統(tǒng)各部件處于確信的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。89系列單片機的復(fù)位信號是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)固后，若是RST引腳上有一個高電平并維持2個機械周期(24個振蕩周期)以上，那么CPU就能夠夠響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。單片機系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動按鈕復(fù)位和上電復(fù)位，那個地址選用手動按鈕復(fù)位。手動按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端RST上加入高電平。一樣采納的方法是在RST端和正電源VCC之間接一個按鈕。當(dāng)人為按下按鈕時，那么VCC的+5V電平就會直接加到RST端。由于人的動作再快也會使按鈕維持接通達數(shù)十毫秒，因此，完全能夠知足復(fù)位的時刻要求。復(fù)位電路工作原理如下圖，VCC上電時，C充電，在10K電阻上顯現(xiàn)電壓，使得單片機復(fù)位；幾個毫秒后，C充滿，10K電阻上電流降為0，電壓也為0，使得單片機進入工作狀態(tài)。工作期間，按下S，C放電。S松手，C又充電，在10K電阻上顯現(xiàn)電壓，使得單片機復(fù)位。幾個毫秒后，單片機進入工作狀態(tài)。圖復(fù)位電路圖3．5LED數(shù)碼管顯示3．5．1數(shù)碼管顯示簡介數(shù)碼管LED串口顯示模塊通常有兩種顯示方式:動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示。動態(tài)顯示：連接方式是將每一個二極管的同名端連在一路，而每一個顯示器的公共極COM各自獨立的同意I/O線操縱，CPU向字段輸出端口輸出字型碼，所有顯示器同意到相同的字符，而要利用哪個顯示器要取決于他們的COM的電平，而這段是由I/O端操縱的，由單片機輸出。動態(tài)掃描時持續(xù)的動態(tài)掃描，只是肉眼暫留現(xiàn)象，乃發(fā)光二極管的余暉效應(yīng)，給人的感覺是一組穩(wěn)固的顯示數(shù)據(jù)。靜態(tài)顯示：靜態(tài)顯示顯示成效好，可是功耗大，但不占用端口，只需兩個串口線輸出，變成較為簡單。而且采納靜態(tài)顯示需要的驅(qū)動器件多，硬件本錢相對更高。比較以上兩種方案，方案一硬件簡單程序復(fù)雜，方案二硬件復(fù)雜程序簡單，考慮到實惠和對自己的編程鍛煉，選擇方案動態(tài)顯示。動態(tài)掃描方式是用其接口電路把所有顯示器的8個筆畫字段（a—g和dp）同名端連在一路，而每一個顯示器的公共極COM各自獨立的同意I/O線操縱。CPU向字段輸出端口輸出字型碼時，所有顯示器同意到相同的字型碼，但究竟利用哪個顯示，那么取決于公共極COM端，而這一端是由/WR和/RD操縱的，由單片機決定何時顯示哪一名。動態(tài)掃描用分時的方式去連番操縱各個顯示的COM端，時各個顯示器連番亮。在連番點亮掃描進程中，每為顯示器的點亮?xí)r刻極為短暫，但由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的于輝效應(yīng)，給人的印象就時一組穩(wěn)固的顯示數(shù)據(jù)。顯示部份電路圖：圖數(shù)碼管顯示原理3．5．2數(shù)碼管編碼表7段數(shù)碼管能夠包括小數(shù)點的0～9的數(shù)字和部份的英文字母，為了取得不同的字符，數(shù)碼管各段所加的電平也不同，編碼也不一樣。共陰極數(shù)碼管的字型，字段和編碼的關(guān)系如下表2：表2數(shù)碼管編碼表十六進制數(shù)hgfedcba顯示代碼0００１１１１１１0x3f1０００００１１０0x062０１０１１０１１0x5b3０１００１１１１0x4f4０１１００１１０0x665０１１０１１０１0x6d6０１１１１１０１0x7d7０００００１１１0x078０１１１１１１１0x7f9０１１０１１１１0x6f.１０００００００0x803．6開關(guān)操縱本電路要實現(xiàn)可設(shè)定5個倒計時設(shè)計要求，需要1個復(fù)位鍵，一個“+”和一個“-”按鍵，另外再加5個時刻設(shè)定按鍵用于實現(xiàn)倒計時刻設(shè)定，按鍵時可直接輸出相應(yīng)倒計時刻。3．7單片機的去抖動單片機去抖動能夠用軟件和硬件兩種方式。硬件方式確實是加去抖動電路，例如在按鍵兩頭并聯(lián)10uF的電容或通過RS觸發(fā)器連接按鍵，硬件去抖動從全然上幸免抖動；軟件方式那么采歷時刻延時以躲過抖動，待信號穩(wěn)固以后再進行鍵掃描。關(guān)于系統(tǒng)軟件量不大的場合，采納軟件去除抖動既節(jié)約硬件開銷又很有效且有效。因此本設(shè)計采納軟件去抖動。4電路的軟件部份單片的利用除硬件，一樣也要軟件的利用，咱們寫匯編程序編程CPU可執(zhí)行的機械碼有兩種方式，一種是手工匯編，一種是機械匯編。機械匯編通過匯編軟件變成機械碼，用于MSC-51單片機的匯編軟件有初期的A51，隨著單片機開發(fā)技術(shù)的不斷進展，從利用一般匯編語言到高級語言的不斷進展，Keil是目前最流行開發(fā)MCS-51系列單片機的軟件。Keilc51匯編，PLM語言和C語言的程序設(shè)計，界面友好。Keil是美國keilsoftware公司出品的52系列兼容單片機c語言開發(fā)系統(tǒng)。用過匯編語言后再利用C語言來開發(fā)，體會加倍深刻。程序框圖：Y開始Y開始系統(tǒng)初始化1號鍵按下？1號盒倒計時時間設(shè)定開始倒計時5號鍵按下？2號鍵按下？3號鍵按下？4號鍵按下？2號盒倒計時時間設(shè)定3號盒倒計時時間設(shè)定4號盒倒計時時間設(shè)定5號盒倒計時時間設(shè)定倒計時完？YYYYY結(jié)束圖程序框圖源程序如下：#include<>#include<>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitb1=P1^0;sbitb2=P1^1;sbitb3=P1^2;sbitb4=P1^3;sb