自动化单片机课程设计基于89C51的自动断电保护系统设计.doc

单片机原理与接口技课程设计单片机原理与接口技术课 程 设 计成绩评定表设计课题 基于89C51的自动断电保护系统设计学院名称 ： 电气工程学院 专业班级 ： 自动1001 学生姓名 ： 高 洪 亮 学 号 ： 201046820113 指导教师 ： 王黎 臧海河 周刚 设计地点 ： 31-505 设计时间 ： 2012-12-172012-12-28 指导教师意见：成绩: 签名： 年 月 日 单片机原理与接口技术课 程 设 计 课程设计名称： 基于89C51的自动断电保护系统设计专 业 班 级 ： 自 动1001 学 生 姓 名 ： 高 洪 亮 学 号 ： 201046820113 指 导 教 师 ： 王黎 臧海河 周刚 课程设计地点： 31-505 课程设计时间： 2012-12-172012-12-28 单片机原理与接口技术 课程设计任务书学生姓名高洪亮 专业班级自动1001学号201046820113题 目基于89C51的自动断电保护系统设计课题性质工程设计课题来源自拟指导教师王黎、臧海河、周刚主要内容（参数）基于89C51的自动断电保护系统可以实现以下功能：1实现开机后自动恢复供电；2内部短路或超载时会自动断电保护；3采用电流互感，采集电路电流来控制继电器常闭点的断开和闭合从而控制回路断开和闭合；4采用声光报警，使用者可以及时发现和处理电路事故。任务要求（进度）第1-2天：熟悉课程设计任务及要求，查阅技术资料，确定设计方案。第3-4天：按照确定的方案设计单元电路。要求画出单元电路图，元件及元件参数选择要有依据，各单元电路的设计要有详细论述。第5-6天：软件设计，编写程序。第7-8天：实验室调试。第9-10天：撰写课程设计报告。要求内容完整、图表清晰、文理流畅、格式规范、方案合理、设计正确，篇幅合理。主要参考资料1 张迎新单片微型计算机原理、应用及接口技术（第2版）M北京：国防工业出版社，20042伟福LAB6000系列单片机仿真实验系统使用说明书3 阎石数字电路技术基础（第五版）北京：高等教育出版社，2006审查意见系（教研室）主任签字： 年 月 日 目 录1 设计任务.42 总体设计方案.42.1任务分析42.2系统组成部分4 2.3方案论证.53 硬件电路设计.83.1时钟电.83.2复位电.83.3 A/D采样电路.93.4声光报警电路.11 3.5键盘电路.12 3.6显示电路.134 系统软件设计.144.1 主程序设计.144.2 中断服务程序设计.155 系统调试与总结.16 5.1 系统功能测试.165.2 技术指标测试.175.3 总结.17参考文献.17附录A系统电路图.18附录B 仿真结果图.19附录B 源程序.201 设计任务 根据所学课程单片机微型计算机原理应用及接口技术设计一个基于89C51的自动断电保护系统，程序语言自行选择。 现在人们生活离不开家用电器，并对家用电器的安全使用等提出了更高的要求。要设计的自动断电保护系统可以通过用户自设电流值并与A/D转换的电流值进行比较，来实现用电器的自动断电保护自动断电保护电路用户设定值和A/D转换值非常重要，是电路安全的保障。 该系统可以实现以下功能：（1）实现开机后自动恢复供电；（2）内部短路或超载时会自动断电保护；（3）采用电流互感，采集电路电流来控制继电器常闭点的断开和闭合从而控制回路断开和闭合；（4）采用声光报警，使用者可以及时发现和处理电路事故。2 总体方案设计 2.1任务分析根据设计要求，首先通过键盘设定电流值，然后检测电流值，转换成数字量通过数码管显示出来。当电流过大时继电器动作，切断电路，保护用电器。总体设计图如图2.1所示： 图2.1 设计方案原理图2.2硬件组成按照任务要求和系统设计要求，控制系统包括以下几个部分：2.1.1控制器控制器是系统的核心部分，可以用工业计算机、PLC、或者单片机。2.1.2A /D转换器A/D转换器可以把测得的模拟量转换成数字量输出，可以直接读取。2.1.3继电器继电器在电路中起到断电保护作用，是系统的安全保障。其种类很多，有电流继电器、电压及电器、速度继电器等等。 2.1.4键盘通过键盘可以设置限制电流大小。 2.1.5数码管显示数码管可以显示设置电流以及实时电流值大小。2.3 方案论证2.3.1控制器控制器的选择是确定整个系统硬件方案的关键，它关系到其它几个部分方案的确定，对于自身断电保护系统设计的控制器的可选方案有以下三种： 采用工业控制计算机。工业控制计算机是专门为工业现场的自动控制而设计的计算机，其主要特点是与个人计算机兼容，具有友好的人机界面和丰富的应用软件，能较好的适应高温、严寒、震动、粉尘、潮湿以及具有较强电磁干扰等场合的工业现场的应用。但价格较贵，也不适合用于野外建筑施工现场，且一般要求操作者应具有一定的计算机专业知识。 采用PLC。PLC是一种专门为在工业环境下的应用而设计的专用计算机。其特点是抗干扰能力强，具有很高的可靠性高；各种接口配套齐全，功能完善，适用性强。采用PLC构成的控制系统的工作量小，维护方便，适合于野外使用，但价格昂贵。 采用89C51单片机。89C51d单片机在国内得到广泛的应用，其最大特点是价格低廉、体积小、重量轻。自动断电保护电路作为一种比较简单的电路，本身价值不高，更要求控制系统具有较好的性价比，经上述分析比较，确定采用89c51作为控制器。经过比较分析，确定使用89C51单片机。89c51单片机引脚图如图2.2所示：图2.2 89C51单片机引脚图单片机2.3.2A/D转换器 模数转换器是该电路中的重要组成部分，其工作效率直接影响到系统的效率。ADC0809转换器模拟输入电压范围0+5V，不需零点和满刻度校准，而且能耗低，工作温度范围宽，所以可以作为该系统的转换器。ADC0809A/D转换器的管脚图如图2.3所示：图2.3 ADC0809A/D转换器2.3.3继电器 在该系统中由于检测到的是电流，所以采用电流继电器可以减少换电路，简化系统设计，所以在本系统中就选择过电流继电器。过电流继电器的实物图如图2.4所示： 图2.4 过电流继电器3 硬件电路设计 根据系统要求硬件部分包括时钟电路、复位电路、A/D转换电路、报警电路、键盘电路和显示电路。3.1 时钟电路 单片机片内有一个高增益的反相放大器，反相放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2，由该放大器构成的振荡电路和时钟电路一起构成了单片机的时钟方式。在内部方式时钟电路中，必须在XTAL1和XTAL2引脚两端跨接石英晶体振荡器和两个微调电容构成振荡电路，通常C1和C2一般取30pF，晶振的频率取值在1.2MHz12MHz之间。对于外接时钟电路，要求XTAL1接地，XTAL2脚接外部时钟，对于外部时钟信号并无特殊要求，只要保证一定的脉冲宽度，时钟频率低于12MHz即可。 晶体振荡器的振荡信号从XTAL2端送入内部时钟电路，它将该振荡信号二分频，产生一个两相时钟信号P1和P2供单片机使用。时钟信号的周期称为状态时间S，它是振荡周期的2倍，P1信号在每个状态的前半周期有效，在每个状态的后半周期P2信号有效。CPU就是以两相时钟P1和P2为基本节拍协调单片机各部分有效工作。时钟电路图如图3.1所示： 图3.1 时钟电路3.2复位电路 在上电或复位过程中，控制CPU的复位状态：这段时间内让CPU保持复位状态，而不是一上电或刚复位完毕就工作，防止CPU发出错误的指令、执行错误操作，也可以提高电磁兼容性能。单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。单片机系统的复位方式有：手动按钮复位和上电复位 。复位方式有手动复位、上电复位和积分型复位。上电复位电路图如图3.2所示：图3.2 上电复位电路3.3 A/D转换电路 ADC0809CMOS工艺为8通道，8位逐次逼近式A/D模数转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。 引脚功能： ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装。下面说明各引脚功能。 IN0IN7：8路模拟量输入端。 2-12-8：8位数字量输出端。 ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路 ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 START： A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。 EOC： A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。 OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。 CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。 REF（+）、REF（-）：基准电压。 VCC：电源，单一+5V。 GND：地。 A/D转换采样电路。CS0接面板上的CS0端口，选择ADC0809芯片地址，A0,A1,A2接AD转换通道选择段，因为本设计只涉及一个通道0，所以可以赋值0即可，数据输出端接单片机AD0-AD7口，当ADC0809数据转换结束时，EOC端口输出一个高电平。经过一个反相器，接单片机的外部中断输入口。向单片机申请中断，读取数据。A/D转换电路图如图3.3所示： 图3.3 A/D转换电路3.4声光报警电路 声光报警电路中采用三极管驱动音频放大器实现音频报警，当电流大于设定值时就会在P1.0端口产生100HZ的方波信号，来有效的控制Q1通断， 同时P1.2端口输出高电平，发光二级管发光而报警。声光报警电路图如图3.4所示： 图3.4 声光报警电路3.5 键盘电路 键盘中有三个键，上面的键设置电流大小，中间的键可以增加电流 的数值，下面的键可以减小电流数值。三个键中都有自己独立的作用，不会相互干扰。键盘电路图如图3.5所示： 图3.5 键盘电路3.6 显示电路 显示电路采用数码管，51单片机，数码管动态显示，不影响其它程序,即可以显示设置电流的大小，还可以显示检测到的电路中的电流大小。显示电路如图3.6所示： 图3.6 显示电路 4 系统软件设计软件分为系统主程序和中断服务程序两部分。4.1 主程序设计 主程序是系统上电或复位后首先要执行的程序，主程序主要完成系统的初始化、扫描显示、扫描键盘等工作，是系统首先执行的程。 主程序流程图如图4.1所示： 图4.1主程序流程图4.2中断服务程序流程图 当A/D转换结束时，ADC0809模数转换器EOC引脚输出一个高电平信号，经过一个反向器，使89C51产生外部中断，进入外部中断服务程序。首先保护现场，然后读取AD值，进行数据的转换然后存储，并与设定的电流值进行大小比较，如果超过设定值，则继电器断开，用电器回路断开，并置1报警标志位。恢复现场，中断返回。中断服务程序流程图如图4.2所示：图4.2 外部中断服务程序5 系统调试与总结 由于硬件的限制，我们不能对互感器电流采样部分电路的测试，但是我们通过直接给ADC0809一个模拟信号可以实现当电压达到一定值时，蜂鸣器响起进行报警，同时发光二极管点亮进行报警。键盘能够正常的对限制电流大小进行设置，显示部分能够正确显示出电流的设定值和采样值。 5.1 系统功能测试 系统上电后，显示正常，进行了以下测试： 5.1.1.电路工作正常测试。 5.1.2.A/D转换功能测试。 5.1.3.电流设置测试。 5.1.4.过电流报警测试。 5.1.5.过电流断流测试。上述测试结果与预期相符。 5.2 技术指标测试 当设置电流20A时，若总电路中电流小于20A，比如为6A时，电路不会报警且正常工作。但电流大于或者大于20A时会报警器会自动蜂鸣报警，同时过电流继电器会自动断开，实现电路的切断。 5.3 总结 通过这次课程设计，让我深刻地掌握了单片机的使用，了解了单片机内部的数据存储和定时器以及A/D转换的作用。同时也知道了单片机外部电路的接口技术，数据总线的运用。通过做这次设计，让我更好了解和掌握了汇编语言，喂以后的学习和应用奠定了坚实的基础。参考文献 【1】： 张迎新单片微型计算机原理、应用及接口技术（第2版）M北京：国防工业出版社，2004 【2】：伟福LAB6000系列单片机仿真实验系统使用说明书 【3】： 阎石数字电路技术基础（第五版）北京：高等教育出版社，2006附录A 系统原理电路图附录B 仿真结果图附录C 源程序#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar code LEDData=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0,0;uint a; uchar flag1,n;char disnum;sbit alarm1=P34;sbit alarm2=P33;sbit OE=P21;sbit EOC=P32;sbit ST=P20;sbit CLK=P23;sbit wei1=P24;sbit wei2=P25;sbit wei3=P26;sbit wei4=P27;sbit key1=P37;sbit key2=P35;sbit key3=P36;void Delayms(uint ms) uchar i; while(ms-) for(i=0;i120;i+); void Display2(uint d) wei1=1; wei2=1; wei3=0; wei4=1;P1=LEDDatad/10;Delayms(2); wei3=1;wei4=0;P1=LEDDatad%10;Delayms(2); void Display1(uint d) wei4=1; wei3=1; wei2=1; wei1=0;P1=LEDDatad/10;Delayms(2); wei1=1;wei2=0;P1=LEDDatad%10; Delayms(2); void Display3() wei4=1; wei3=1;wei2=1; wei1=0;P1=LEDData17;Delayms(2); wei1=1;wei2=0;P1=LEDData17; Delayms(2); void keyscan(void) if(key1=0) Delayms(2); if(key1=0) n+; flag1=1; if(n=2) flag1=0; n=0; while(!key1); if(flag1=1) if(key2=0) Delayms(2); if(key2=0) disnum+; /Display1(disnum); if(disnum=20) disnum=0; while(!key2); if(key3=0) Delayms(2); if(key3=0) /flag1=0; disnum-; /Display1(disnum); if(disnum0) disnum=20; while(!key3); void init(void) TMOD=0x02; T