(毕业论文)基于单片机的智能电饭煲的控制

1、分分类类号号 编编 号号 华华北水利水北水利水电电学院学院 north china institute of water conservancy and hydroelectric power 毕毕 业业 设设 计计 题目： 基于单片机的电饭煲智能控制系统的设计 院院 系系 信息工程学院信息工程学院 专专 业业 电电子信息工程子信息工程 姓姓 名名 学学 号号 指指导导教教师师 2011 年年 05 月月 24 日日 华 北 水 利 水 电 学 院 毕 业 设 计 任 务 书 题题目：基于目：基于单单片机的片机的电饭煲电饭煲智能控制系智能控制系统统的的设计设计 专 业： 电子信息工程 班级学号

2、： 姓 名: 指导教师： 设计期限：2011 年 2 月 21 日开始 2011 年 5 月 27 日结束 院、系： 信息工程学院 2011 年 2 月 21 日 一一、毕业设计的目的 通过本次设计掌握产品设计的流程，能熟练的使用 at89c51 单片机，并根据设计要求 选择合适的元器件，充分理解相关软件，对整个产品设计时的调试等必要的环节有更深刻 的体会。 本设计通过选认元件、连线焊接、调试检测等过程，培养了搜集资料和调查研究的能 力，方案论证选择的能力，理论分析与设计运算的能力，巩固了计算机软硬件和应用系统 设计方面的能力。 二、主要设计内容及基本要求 1本设计包含以下部分：按键电路、上电

3、复位电路、晶振电路、电源电路、显示电路、mcu 系统部分、机械控制电路等部分。 2 基本要求： （1）要求定时工作时间和实时时间对比达到长时间精确地定时功能。 （2）要求定时时间和实时时间相同时通过 51 单片机控制光耦驱动电路来控制电饭煲的工 作。 三、重点研究问题 1单片机的内部结构，显示电路的调试。 2部分功能电路的软件设计：键盘显示电路、报警电路、工作指示电路。 四、主要技术指标或主要设计参数 根据模块电路，设计出完整的电路原理图，焊接出实物，并对产品进行调试。电源部分 为单片机系统提供的电压为 5v，为光耦提供的电压为 12v。 五、设计成果 拟做出一个基于 at89c51 单片机对

4、电饭煲的智能控制系统的设计，设计出整体原理 图，并做出实物，同时做出一份符合要求的毕业论文。 华华北水利水北水利水电电学院本科生学院本科生毕业设计毕业设计开开题报题报告告 2011 年 3 月 10 日 学生 姓名 李玉平学号200915512 专业电子信息工程 题目 名称 基于单片机的电饭煲智能控制系统的设计 课题 来源 自 选 主 要 内 容 早在 20 世纪早期，电子智能控制技术就已经发展起来了，并最先被应用于 工业生产中，其后随着控制理论、微电子技术和传感技术的发展，在操作复杂度、 可控对象、稳定性、经济性等方面均得到了完善，目前电子智能控制技术在家用 电器、汽车电子、智能电源保护、电

5、力自动化和电动工具等领域得到很广泛的应 用，以促进产品智能化和信息化程度的提高。例如，在空调、电磁炉、微波炉、洗 衣机、电冰箱、电视机等生活家电上，电控板的身影无处不在，而一台高档汽车 采用的电子智能控制装置更高达 20 多处。而如今随着社会的发展和现在人们生 活节奏的加快，越来越多的工薪层的人们更是忙碌，除了工作，剩余的时间也越 来越少,谁都想越来越多的智能家电在我们身边应用。比如：清晨 6：10，全家还 在熟睡中，智能系统已让电饭煲把饭煮好. 本课题就是在这样的背景下设计 的。此系统支持 24 小时预约煮饭，可灵活方便地安排煮饭时间，从而进一步实 现智能家庭的梦想。 通过本次设计掌握产品设

6、计的流程，能熟练的使用 at89c51 单片机，并根 据设计要求选择合适的元器件，通过模块框图到总体电路图再到调试，充分理 解了相关软件。 本次设计的意义在于通过选认元件、连线焊接、调试检测等过程，锻炼自己 的动手能力，从而综合性地巩固所学知识。通过这次设计我学会了综合的运用 所学专业知识去分析、解决实际问题，较熟练地掌握了通过文献检索、资料查询 从而获取新知识的方法，巩固了计算机软件、硬件和应用系统设计的基本能力。 系系统统的的主要功能和要求主要功能和要求 （1（实现电饭煲 24 小时的定时预约煮饭的功能。 （2）实现定时时间和实时时间相同时通过 51 单片机控制光耦驱动电路来控制电 饭煲的

7、工作。 （3）要求在实时时钟工作下，当到达定时时间时该控制电路会完成电饭煲的自动 给电功能和机械动作功能，从而在按照使用者预先设定的时间来完成规定 的任务，从而达到智能实时控制的目的。 系系统统的功能的功能电电路路 该设计主要的功能电路有：按键电路、上电复位电路、晶振电路、电源电路、 显示电路、机械控制电路等。 总总体体设计结设计结构构图图 显示电路 at89c51 按键电路 上电复位电路 晶振电路 电源电路 220v 控制电路 机械控制电路 光耦 光耦 采取 的主 要技 术路 线或 方法 总体设计采用的方法： 1硬件设计 （1）画流程框图 （2）选择元器件 （3）画出原理图 2软件设计 （1

8、） 画流程图，确定程序的执行方案。 （2） 程序的编写采用模块化的设计方法，使它具有易读、易改的特性。 3设计工具 （1）keil uvision2：编写、调试程序。 （2）protues：设计电路原理图并调试。 4焊接、调试 预期 的成 果及 形式 通过设计能更深刻地了解硬件设计的基本流程，熟练地运用主要的设计工 具完成从模块电路到整体电路等各个步骤的设计。根据原理图焊接出实物电路 板,从而使该电路板能够实现预期的功能。 形式有：实物电路板、设计论文、protues 仿真电路原理图。 时间 安排 第 1、2 周：熟悉毕业设计题目，搜集相关资料。 第 3、4 周：明确毕业设计任务，提交开题报告

9、。 第 5、6 周：做有关电饭煲智能控制的前期工作，对该系统进行总体框架设计。 第 7、8 周：对模块电路进行详细分析验证，从而形成系统的可行性整体方案。 第 9、10 周：进行 protues 仿真，焊接电路板，并进行实物调试。 第 11、12 周：外文翻译、撰写论文。 第 13 周： 提交论文、准备答辩，组织预答辩。 第 14 周： 答辩。 摘要摘要 近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制技术的 日益更新。如今随着社会的发展和现在人们生活节奏的加快，越来越多的工薪层的人们更 是忙碌，除了工作，剩余的时间也越来越少,谁都想越来越多的智能家电在我们身边应用。 用单

10、片机技术设计一种电饭煲的定时控制，要求用键盘输入定时时间和实时时间对比达到 长时间精确的定时功能。 本设计主要包括硬件电路的设计和系统程序的设计，硬件电路主要包括主控制器、显 示电路等，主控制器主要采用单片机 at89c51、显示电路采用 4 位共阴极的 led。系统程 序主要包括主程序、显示程序和定时程序等。本设计采用 at89c51 单片机，要求定时时间 和实时时间相同时通过光耦驱动电路控制电饭煲的工作。 指导 教师 意见 签 名： 年 月 日 备注 华北水利水电学院毕业设计 ii 关关键词键词： ：单片机; 智能 ; 程序;光耦 ;驱动 abstract with the rapid d

11、evelopment of science and technology in recent years, the application of scm is continuously strengthening,and driving the innovation of traditional control technology . now with the development of society and the accelerating rhythm of peoples life, its becoming a common phenomenon that more and mo

12、re blue-and-white collar workers are more busy，the rest of their time is less and less after completing their regular work ,which makes everybody have a dream of using more and more smart appliances as possible as they can in their daily life.the timing control of a rice cooker designed by scm techn

13、ology,which requires timing of time and real-time time input with keyboard in order to achieve 华北水利水电学院毕业设计 iii long-time timing function accurately by comparison. this design mainly included the design of the hardware electric circuit and the design of system program .the hardware electric circuit

14、of the design mainly included the master controller , display circuit and so on .the master controller mainly used at89c51 scm ,the display circuit used 4 altogether cathodes led numerical code tube . the design adopts at89c51 mcu,which demands opto- coupler driver circuit to control the work of ele

15、ctric cooker when the timing time is equal to the real-time time . keyword : scm; intelligent ;procedures;opto coupler; drivers 目目录录 摘要.i abstract.ii 第 1 章 概述.1 1.1 研究背景.1 1.2 主要内容.1 1.2.1 研究目的和意义.1 1.2.2 研究内容.1 第 2 章 设计分析.3 2.1 设计要求.3 2.2 总体设计.3 华北水利水电学院毕业设计 iv 2.3 系统方案选择.4 2.4 软件开发环境.4 第 3 章 电路主要器

16、件性能.6 3.1 at89c51 内部结构及管脚说明 .6 3.1.1 at89c51 内部结构.6 3.1.2 at89c51 部分管脚说明.7 3.2 单片机芯片内并行 i/o 口.7 3.3 74ls245 芯片.8 3.4 moc3020 芯片.9 第 4 章 电路硬件设计.10 4.1 电源电路 .10 4.1.1 电源电路的工作原理.10 4.1.2 电源电路硬件构成.10 4.2 显示电路 .11 4.2.1 数码管显示电路工作原理.11 4.2.2 数码管显示电路.13 4.3 功率控制电路.14 4.3.1 单片机控制大功率电路工作原理.14 4.3.2 单片机控制大功率电

17、路.14 4.4 附属电路.15 4.4.1 键盘电路工作原理及构成.15 4.4.2 讯响电路工作原理及构成.17 华北水利水电学院毕业设计 v 4.4.3 工作指示电路工作原理及构成.17 第 5 章 软件设计.18 5.1 程序设计流程图.18 5.2 系统的调试.19 5.2.1 单片机系统的调试.19 5.2.2 软件调试.19 结论.22 致谢.23 参考文献.24 附录一：硬件电路原理图.25 附录二：源程序代码.26 附录三：外文资料及翻译.35 第 1 章 概述 1.1 研究背景 早在 20 世纪早期，电子智能控制技术就已经发展起来了，并最先被应用于工业生产中， 其后随着控制

18、理论、微电子技术和传感技术的发展，在操作复杂度、可控对象、稳定性、经 华北水利水电学院毕业设计 2 济性等方面均得到了完善，目前电子智能控制技术在家用电器、汽车电子、智能电源保护、 电力自动化和电动工具等领域得到很广泛应用，以促进产品智能化和信息化程度的提高。 例如，在空调、电磁炉、微波炉、洗衣机、电冰箱、电视机等生活家电上，电控板的身影无处 不在，而一台高档汽车采用的电子智能控制装置更高达 20 多处。而如今随着社会的发展和 现在人们生活节奏的加快，越来越多的工薪层的人们更是忙碌，除了工作，剩余的时间也 越来越少，谁都想越来越多的智能家电在我们身边应用。比如：上午你去上班，下午下班回 来的时

19、候洗衣机已经把衣服洗好了；清晨 6：10，全家还在熟睡中，智能系统已让电饭煲把 饭煮好本课题就是在这样的背景下设计的。此系统支持 24 小时预约煮饭，可灵活方便 地安排煮饭时间，从而进一步实现智能家庭的梦想。 1.2 主要内容 1.2.1 研究目的和意义 通过本次设计掌握产品设计的流程，能熟练的使用 at89c51 单片机，并根据设计要求 选择合适的元器件，通过模块框图到总体电路图再到调试，充分理解相关软件的使用。 本次设计的目的在于通过设计电路图、编写程序、选认元件、连线焊接、调试检测等过 程，锻炼自己的实际动手操作能力，从而综合性地巩固所学的理论知识。 通过这次设计我学会了综合的运用所学专

20、业知识去分析、解决实际问题，较熟练地掌 握了通过文献检索、资料查询从而获取新知识的方法，更重要的是提高了我的动手操作能 力。 1.2.2 研究内容 本设计主要采用 at89c51、74ls245 和光耦一起制作电饭煲的智能控制系统，主要分 为：系统的硬件设计与调试和控制软件的设计与调试。 （1（硬件部分 华北水利水电学院毕业设计 3 硬件电路主要包括主控制器、驱动电路、 、键盘电路、光耦电路、显示电路等，主控制器 主要采用单片机 at89c51、驱动电路采用 74ls245、显示电路采用 4 位共阴极的 led 以动 态扫描法只读显示。键盘电路、驱动电路、显示电路和主控制器一起实现电饭煲 24

21、 小时的 定时预约煮饭的功能。 （2（软件部分 软件主要有四大部分组成：设置当前时间程序、设置定时时间程序、中断控制程序和扫 描显示程序。 华北水利水电学院毕业设计 4 第 2 章 设计分析 2.1 设计要求 该设计是在单片机的自动化控制理论原理和实时定时电路工作原理为基础上完成。要 求用键盘输入定时时间和实时时间的对比达到长时间精确的定时功能；在实时时钟工作下， 当到达定时时间时该控制电路会完成电饭煲的自动给电功能和机械动作功能，并且按照使 用者预先设定的时间来完成规定的任务，从而达到智能实时控制的目的。 2.2 总体设计 本设计为电饭煲智能控制，其工作原理为以 at89c51 为控制核心，

22、带有定时功能的实 时时钟为基础，和光耦进行电气隔离来完成单片机对大功率高电压进行控制。其工作原理 图如图 2-1 所示： 显示电路 at89c51 按键电路 上电复位电路 晶振电路 电源电路 220v 控制电路 机械控制电路 光耦 光耦 图 2-1 系统工作原理图 华北水利水电学院毕业设计 5 2.3 系统方案选择 (1）键盘选择 独立式键盘：电路简单，易于编程，但需要的 i/o 口线较多，当需要多个按键时可能造 成 i/o 线资源短缺。 行列式键盘：i/o 口分为行线和列线，按键跨接在行线和列线上，列线通过上拉电阻接 电源，特点是：占用的 i/o 口线少，但软件较为复杂。 在本设计中键盘的作

23、用就是提供模式的选择和时间的设定，只需要五个键就可以胜任， 综合考虑后选择独立式键盘。 (2) mcu 的选择 第一种：8031 单片机内没有 rom/eprom/flash 存储器，使用时需外加存储器，也 就是说，程序需要烧写到另外的一个存储芯片上，这两个芯片必须同时出现才能使用。 第二种：at89c51 单片机片内有 4k 的 rom 存储器，8051 单片机比 8031 多了一个内 部的 4k rom,他可以用编程器烧写程序，但写完之后也不能删除。 综合单片机的各部分资源及成本问题，本设计选用了后者，因为使用后者少写程序更 方便。 （3（信号显示的选择 本设计有两种数据需要显示，一种是时

24、间信号，另一种是信号灯状态显示信号。对于 前者可以选用数码管显示，也可以用液晶显示，但是液晶显示比数码管的成本高了很多， 因此选用液晶并不经济。信号灯状态显示可以选用 led，led 不仅亮度高、寿命长，而且 成本比较低。 华北水利水电学院毕业设计 6 2.4 软件开发环境 汇编语言是一种用文字助记符来表示机器指令的符号语言，是最接近机器码的一种语 言。其主要有优点是占用资源少、执行率高，但在编写复杂程序时，相对高级语言代码量较 大，而且汇编语言依赖于具体的处理器体系结构不能通用，因此不能直接在不同处理器体 系结构之间移植。 c 语言是一种结构化的高级语言。其优点是可读性好、移植容易、代码量小

25、、开发周期 短，是普遍使用的一种计算机语言。缺点是占用资源较多，执行效率没有汇编高。 对于目前的普遍使用 8bitmcu 来说，其内部 rom、ram 等资源都是有限的，如果使 用 c 语言编写，一条 c 语言指令编译后，会变成很多条机器码，很容易出现 rom 空间不 够、堆栈溢出等问题。而且一些单片机厂家也不一定能提供 c 编译器，而汇编语言，一条指 令就对应一个机器码，每一步执行什么动作都很清楚，并且程序大小和堆栈调用情况都容 易控制，调试起来也比较方便，所以本设计采用汇编语言编写源程序。 华北水利水电学院毕业设计 7 第 3 章 电路主要器件性能 3.1 at89c51 内部结构及管脚说

26、明 3.1.1 at89c51 内部结构 图 3-1 at89c51 内部结构 at89c51 是标准的 40 引脚双列直插式集成电路芯片，引脚排列如图 3-2 所示： cpu 时钟电路 p0p3p2p1txdrxdint0int1 并行接口串行接口中断系统 定时/计数器ramrom t0t1 华北水利水电学院毕业设计 8 at89c51 p1.0 1 p1.1 2 p1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 rst/vpd 9 rxd p3.0 10 txd p3.1 11 int0 p3.2 12 int1 p3.3 13 t0 p3.4 14 t1

27、 p3.5 15 wr p3.6 16 rd p3.7 17 xtal2 18 xtal1 19 vss 20 p2.0 21 p2.1 22 p2.2 23 p2.3 24 p2.4 25 p2.5 26 p2.6 27 p2.7 28 psen 29 ale/prog 30 ea/vpp 31 p0.7 32 p0.6 33 p0.5 34 p0.4 35 p0.3 36 p0.2 37 p0.1 38 p0.0 39 vcc 40 8031 8051 8751 图 3-2 at89c51 管脚图 3.1.2 at89c51 部分管脚说明 pin9:rst/vpd 复位信号复用脚，当 at

28、89c51 通电时，时钟电路开始工作，在 rst 引 脚上出现 24 个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器 pc 指向 0000h，p0-p3 输出口全部为高电平，堆栈指针写入 07h，其它专用寄存器被清“0”。rst 由高电平下降为低电平后，系统即从 0000h 地址开始执行程序。 at89c51 的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，此外，rst/vpd 还是一复 用脚，vcc 掉电其间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部 ram 的数据不丢失。 pin30:ale/ prog 当访问外部程序存储器时，ale(地址锁存器)的输出用于锁存地址 的低位字节。而访

29、问内部程序存储器时，ale 端将有一个 1/6 时钟频率的正脉冲信号，这 个信号可以用于识别单片机是否工作，也可以当作一个时钟向外输出。 pin29: psen 当访问外部程序存储器时，此脚输出负脉冲选通信号，pc 的 16 位地址 数据将出现在 p0 和 p2 口上，外部程序存储器则把指令数据放到 p0 口上，由 cpu 读入并 华北水利水电学院毕业设计 9 执行。 pin31:ea/vpp 程序存储器的内外部选通线，89c51 内置有 4kb 的程序存储器，当 ea 为高电平并且程序地址小于 4kb 时，读取内部程序存储器指令数据，而超过 4kb 地址则读 取外部指令数据。若 ea 为低电

30、平，则不管地址大小，一律读取外部程序存储器指令。 3.2 单片机芯片内并行 i/o 口 at89c51 共有 4 个 8 位的并行 i/o 口，分别记作 p0、p1、p2、p3，每个口都包含一个数 据锁存器、一个输出驱动电路和两个输入缓冲器。 在访问片外扩展存储器时，低 8 位地址和数据由 p0 口传送，高 8 位地址由 p2 口传送。 在无片外扩展存储器的系统中，这 4 个口的每一位均可作为双向的 i/o 端口使用。p1 口的 内部结构如图 3-3 所示： 图 3-3 p1 口内部结构 3.3 74ls245 芯片 74ls245 是一种三态输出的 8 总线收发器，74ls245 通常用于数

31、据的双向传送、缓冲 和驱动。其逻辑电路图和引脚图如图 3-4 所示： vcc 锁存器 p1.x d cp q q p1.x 引脚 读锁存器 写锁存器 内部总线 读引脚 内部上拉电阻 华北水利水电学院毕业设计 10 图 3-4 74ls245 内部结构图 从 3-4 图可见，该收发器有 16 个双向传送的数据端，即 a1a8，b1b8，另有两个控 制端使能端口，方向控制端 dir，该芯片的功能如表 3-5: 表 3-5 74ls245 的真值表 3.4 moc3020 芯片 光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。它由发光源和受 光器两部分组成，把发光源和受光器组装在同一密闭的

32、壳体内，此间用透明绝缘体隔离。 发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端常见的发光源为发光二极管，受光器为光 敏二极管、光敏三极管等。光电耦合器的种类较多，常见有光电二极管型、光电三极管型、 光敏电阻型、光晶闸管型等。在光电耦合器输入端加电信号使发光源发光，光的强度取决 激励电流的大小，此光照射到封装在一起的受光器上后，因光电效应而产了光电流，由受 光器输出端引出，这样就实现了电一光一电的转换。 moc3020 为光电耦合器，通过对其引脚控制可以实现对大电压和大功率功率管进行 华北水利水电学院毕业设计 11 触发控制。moc3020 为 dip6 脚封装。1、2 为单片机控制端，当有电流时内

33、部发光管导通发 光而受控管导通来触发外部双向可控硅进行工作。其内部结构图如图 3-6 所示： 图 3-6 moc3020 内部结构图 第 4 章 电路硬件设计 4.1 电源电路 4.1.1 电源电路的工作原理 电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能，所以 一般需要单独设计电源电路，单片机要求电源中应尽量减少纹波,电压要恒定，且单片机 复位电路要稳定、可靠，因此需要设计一个直流稳压电源给单片机和光耦供电，其工作原理 是先将市电电网电压经变压器转为交流电，再通过桥堆对输入的交流电进行整流，然后通 过电容滤波，稳压器进行稳压，使后续电路的电压稳定为+5v，电路板能通电,说明

34、该模块能 正常工作。 这里采用了线性稳压电源芯片 lm7805 和 lm7812 作为电源的核心器件。lm7805 和 华北水利水电学院毕业设计 12 lm7812 是 lm78 系列三端稳压 ic 中的两种，用它来组成稳压电源所需的外围元件极少,电 路内部还有过流、过热及调整管的保护电路,使用起来可靠、方便,而且价格便宜。如图 4-1 为 7805 和 7905 工作电路图： 4.1.2 电源电路硬件构成 该设计电源电路由变压器 jp、桥式整流器 d1、滤波电容、集成稳压块 7805 和 7812 两 个稳压管组成，其工作原理为 220v 交流电经过变压器降压后由次级线圈输出的电压为 24v

35、 的交流电，然后经过桥式整流后成为波动的直流电压，再经过滤波电路，输入集成电压稳 压器，最后输出+5v和+12v直流电压,提供给整个电路。+5v 为单片机、光耦器 5% 5% 和 74ls245 等提供工作电压，+12v 为隔离电路提供工作电压，其电源电路如图 4-2 所示： 图 4-2 系统工作电源电路 图 4-1 三端稳压电路的应用电路 vv + _ + _ io cc 12 in(tab)2out3 lm7812 v v + _ + _ io cc 12 1 in 1 out 3 lm7805 2 华北水利水电学院毕业设计 13 4.2 显示电路 4.2.1 数码管显示电路工作原理 1.

36、 7 段 led 数码显示器俗称“数码管”，其工作原理是将要显示的十进制数码分成 7 段，每 段为一个发光二极管，利用不同发光段组合来显示不同的数字。图 4-3（a）所示为数码管的 外形结构。 图 4-3 7 段显示器 led 的外形图及二极管的连接方式 数码管中的 7 个发光二极管有共阴极和共阳极两种接法,分别如图 4-3(a)、(b)所示，图中 的发光二极管 ag 用于显示十进制码的 10 个数字 09，h 用于显示小数点。从图中可以 看出，对于共阴极的显示器，某一段接高电平时发光；对于共阳极的显示器，某一段接低电 平时发光，使用时每个二极管要串联一个约 100 的限流电阻。 7 段数码管

37、是利用不同发光段组合来显示不同的数字。以共阴极显示器为例，若 a、b、c、d、g 各段接高电平，则对应的各段发光，显示出十进制数字 3；若 b、c、f、g 各段接 高电平，则显示十进制数字 4。ag 组合成为 7 位代码，要显示的数字一般首先转换成为 7 段码，然后驱动 7 段数码管显示。 华北水利水电学院毕业设计 14 led 显示器的特点是：清晰悦目、工作电压低（1.53v），bs202 每段最大驱动电流约 为 10ma，体积小、寿命长（大于 100kh）、响应速度快（1100ns）、颜色丰富(有红、绿、黄 等色)、工作可靠。 2. led 数码显示器的接口方法与电路 （1）led 数码显

38、示的接口方法 单片机与 led 数码显示器有以硬件为主和以软件为主的两种接口方法，以硬件为主 的接口方法，这种接口方法的电路如图 4-4 所示： 单 片 机 51 驱动电路 图 4-4 led 数码管常用驱动电路 （2）led数码显示器的接口电路 实际使用的led数码显示器位数较多。为降低成本，大 部分以软件为主的接口方法。对于多位led数码管显示器，通常采用动态扫描显示方法，即 逐个循环点亮各位显示器，这样虽然在任一时期只有一位显示器被点亮，但是由于人眼有 视觉残留效应，看起来与全部显示持续点亮的效果基本一样（在亮度上要有差别）。 （3）驱动器 led显示是单片机控制产品中常见的应用。使用l

39、ed模块,这种模块中带有 led显示管和led驱动电路,用起来比较方便。 一般用户直接采用单片机led驱动器和 华北水利水电学院毕业设计 15 led显示管的方式, 现在本设计使用的led驱动74ls245，它作为共阴极数码管的驱动器， 用单片机端口直接进行片选，它是集成电路组件。 4.2.2 数码管显示电路 该系统显示电路由四个共阴数码管和驱动芯片74ls245构成,所要显示的数据由p0口送 出，经74ls245提高驱动能力之后直接接在数码管的a到dp端口线上，四个数码管的片选有 p2口低电平进行片选，从而完成显示电路的工作，使系统更具有可视化操作。其电路如图4- 5所示： 图 4-5 数码

40、管显示电路 华北水利水电学院毕业设计 16 4.3 功率控制电路 4.3.1 单片机控制大功率电路工作原理 单片机控制输出电压和电流都很小，不能驱动高电压和大功率用电器，机械性开关不 便于集成和自动化智能控制。为了避免机械接触开关的缺点，本系统选用可控硅为主体的 完全光电隔离的中间驱动电路。可控硅是大功率开关型半导体器件，能在高电压、大电流 条件下工作，具有无器械接触、体积小、便于安装等优点，广泛应用于电力电子设备中。光 电隔离保证了系统的安全性和外界电压波动对系统的影响。系统工作电路如图 4-6 所示： 单片机 光耦驱动 器 高电压大功 率负载 图 4-6 功率控制电路 4.3.2 单片机控

41、制大功率电路 单片机的 p2.0 和 p2.1 各控制一个光耦器，当单片机内部完成预定的时间时此两个端 口会产生两个低电压使 moc1 和 moc2 两个光耦工作，moc1 控制 220v 电压的导通，当 光耦 1 工作时 4、6 脚成低阻状态时，内部的过零检测电路使光耦输出一个高电压来触发双 向可控硅使其导通，在一直保持高电平的同时双向可控硅一直工作来完成对电饭煲的电源 打开。rk3 和 ck 为滤波电路，减少高压对双向可控硅影响。另一个光耦控制机械部分的工 作，使电饭煲的工作开关打开,从而来控制电饭煲的实时控制。功率控制部分由如图 4-7 所 示： 华北水利水电学院毕业设计 17 图 4-

42、7 功率控制电路 4.4 附属电路 4.4.1 键盘电路工作原理及构成 1.键盘分类 按照结构原理按键可分为两类，一类是触点式开关按键，如机械式开关、导电橡胶式 开关等；另一类是无触点式开关按键，如电气式按键，磁感应按键等。前者造价低，后者寿 命长。目前，微机系统中最常见的是触点式开关按键。 2.按键结构与特点 微机键盘通常使用机械触点式按键开关，其主要功能是把机械上的通断转换成为电气 上的逻辑关系。也就是说，它能提供标准的 ttl 逻辑电平，以便与通用数字系统的逻辑电 平相容。 机械式按键再按下或释放时，由于机械弹性作用的影响，通常伴随有一定时间的触点 机械抖动，然后其触点才稳定下来。其抖动

43、过程如图 4-8 所示，抖动时间的长短与开关的机 械特性有关，一般为 510ms。 华北水利水电学院毕业设计 18 图 4-8 抖动过程 在触点抖动期间检测按键的通与断状态，可能导致判断出错，即按键一次按下或释放 被错误地认为是多次操作，这种情况是不允许出现的。为了克服按键触点机械抖动所致的 检测误判，必须采取去抖动措施。这一点可从硬件、软件两方面予以考虑。在键数较少时， 可采用硬件去抖，而当键数较多时，采用软件去抖。由于本设计所用的按键数较少，所以采 用硬件去抖。 单片机工作时有外接键盘输入信号，当检测到有哪一个键被按下时，单片机内部执行 相应的工作程序。该系统的键盘由 5 个独立键盘构成，

44、包括一个中断键盘单元，来完成智 能电饭煲的手动控制。键盘的一脚接在单片机的 p1.1 至 p1.4 脚上，另外一脚接在电源地上， 当有键盘按下时对应的键盘就会有一低电平送进单片机内部，由单片机内部程序进行消抖 处理然后确定哪一个键盘被按下后来执行程序完成该系统的指定工作。该系统键盘接口电 路如图 4-9 所示： 闭合 稳定 键按下 前沿抖动 后沿抖动 华北水利水电学院毕业设计 19 图 4-9 系统按键开关电路 4.4.2 讯响电路工作原理及构成 正常情况下单片机 p1.7 脚是低电平，蜂鸣器不工作，当单片机开始工作时会由于 p1.7 脚为高电平而发声，而输出端 p1.7 处于低电平时，无电流

45、通过蜂鸣器，蜂鸣器则不发声；当 预定时间到达需要蜂鸣器响时，p1.7 端口电压由低电平变为高电平，蜂鸣器通电，从而发 出报警声，r1 为限流电阻。 其工作电路为如图 4-10 所示： 图 4-10 系统讯响电路 4.4.3 工作指示电路工作原理及构成 电路正常工作时，单片机内部程序会执行，所以本设计采用内部程序执行与否来判断 电路是否工作，弥补了在电源处加指示灯亮而程序不工作的错误弊端。 该电路指示为每当程序执行一秒时灯就会闪动一下，来指示电源电路和程序执行工作。 华北水利水电学院毕业设计 20 每当 p1.0 的高低电平变化一次，指示灯就会闪动一下，其电路图为图 4-11 所示： 图 4-1

46、1 工作指示电路 第 5 章 软件设计 5.1 程序设计流程图 整个系统输入包括 5 个按键；输出包括 4 位七段数码管、3 个发光二极管、光耦控制器 等。根据系统控制功能，程序主流程图见图 5-1 所示： 华北水利水电学院毕业设计 21 程序开 始 相关变量初始化 是否有中断 中断服务程序 检查闹铃时间 闹铃执行程序 显示程序 k1 是否按下k1键处理程序 k2 是否按下k2键处理程序 k3 是否按下 k4 是否按下 k4键处理程序 图 5-1 主程序流程图 5.2 系统的调试 5.2.1 单片机系统的调试 单片机系统是指单片机能正常工作所必需的外围元件，主要分为时钟电路和复位电路。 本设计

47、采用的是 at89c51 芯片，它内部自带 4kb 的 flash 程序存储器，一般情况下，这 4kb 的存储空间足够我们使用，所以本设计将 at89c51 芯片的第 31 脚固定接高电平，所 以我们只用芯片内部的 4kb 程序存储器。单片机的时钟电路有一个 12mhz 的晶振和两个 华北水利水电学院毕业设计 22 30pf 的小电容组成，它决定了单片机的工作时间精度为 1 微妙。复位电路有 22uf 的电容 和 1k 的的电阻（实际经验），其好处是在满足单片机可靠复位的前提下降低了复位引脚对 地的阻抗，可以显著增强单片机复位电路的抗干扰能力。 判断单片机芯片及时钟系统是否正常工作：用万用表测

48、量单片机晶振引脚（18、19）的 对地电压。以正常工作的单片机用数字万用表测量为例：18 脚对地约 2.24v，19 脚对地约 2.09v。对于怀疑是复位电路故障而不能正常工作的单片机也可以用模拟复位的方法来判 断，单片机正常工作时第 9 脚对地电压为零，可以用导线短时间和+5v 连一下，模拟一下 上电复位，如果单片机正常工作了，说明复位有问题。 5.2.2 软件调试 第一步，原程序代码在 keil uvision2 进行编译，编译成功以后生成.hex 文件。 第二步，把.hex 文件加载在 at89c51 芯片里，最后在 protues 里调试。当电路上电后， 定时标志清零，蜂鸣器响之后指示

49、灯闪烁。当按下 key1 键时设置当前时间，设置完按下 key4 键，然后蜂鸣器响之后指示灯闪烁。当按下 key2 键时设置定时时间，设置完按下 key4 键，然后指示灯闪烁，最后再按下 key4 键后蜂鸣器响时，表明现在已经开通定时功 能，当定时时间和当前时间相等时，蜂鸣器响，电饭煲的指示灯亮，这时该控制电路会完成 电饭煲的自动给电功能和机械动作功能，从而在按照使用者预先设定的时间来完成规定的 任务。其仿真结果如 5-1，2,3 图所示： 华北水利水电学院毕业设计 23 图 5-2 设置当前时间 图 5-3 设置定时时间 华北水利水电学院毕业设计 24 图 5-4 定时到达时的状态 华北水利

50、水电学院毕业设计 25 结论 这次毕业设计经历了将近半年的时间，其中遇到了许多的麻烦和困难，但是几乎都解 决了，通过发现问题、分析问题、解决问题，我又学到了许多新的知识，并在一定程度上加 强了理论学习和工程实践相融合、巩固基础知识与培养创新意识相结合等方面的能力。在 这次毕业设计遇到最大的问题是在仿真的时候，蜂鸣器不响，最后在马斌老师的帮助下， 问题解决了。从设计前期的系统开发方案制定，到中间具体单元电路的制作，再到后期软 硬件的联合调试，都需要我们亲自参与。对于设计中所遇到的难点和不明白的地方，需要 自己主动地去解决，不再是像以前一样老师将大部分的工作做好，然后由学生完成剩下的 任务。 本设

51、计以 at89c51 单片机为基础，主要包括了按键电路、上电复位电路、晶振电路、 led 显示电路、机械控制电路等，先在 keil uvision2 软件中进行编程，然后在 proteus 中进 行软硬件仿真。相比较市场上的这些仪器主要简化了操作，降低了成本，有利于普及。因此， 该设计投放市场后，将会有较好的市场发展前景，将产生较好的经济效益和社会效益。 另外，通过毕业设计我们对四年来的所学知识进行了一个系统的总结。一方面，从理 论上再一次对以前的知识进行了复习，并根据我们的需要在某些方面进行了深入的研究； 另一方面紧密结合实际设计的需要将我们的理论知识融入实践的设计当中，并结合当前最 新的技

52、术，使我们的设计能紧跟科技的前沿。因此，我们的设计不仅仅是一个重新学习的 过程，而且也是对我们科研能力的培养。通过在设计中和同学的紧密协调工作，进一步培 养了自己的合作精神，为以后走向社会参与社会竞争奠定了基础。 华北水利水电学院毕业设计 26 致谢 时光如梭，转眼间本科学习生涯即将结束。时间虽短，我却从中学到了很多的东西。我 由衷地感谢关怀、教诲、帮助、支持和鼓励我完成学业的老师、朋友。 特别感谢我的导师郑辉老师，在本次毕业设计过程中，郑老师对该论文从选题，构思 到最后定稿的各个环节给予细心指引与教导。在学习中，郑老师以其严谨求实的治学态度、 丰富渊博的知识、精益求精的工作态度以及侮人不倦的

53、师者风范和大胆创新的进取精神对 我产生很大影响，是我终生学习的楷模，将会永远激励着我。 其次，感谢那些给予我帮助的同学，感谢他们，特别是王燕和魏现宾同学在设计的过 程中也给予了莫大的帮助，在此，对他们表示衷心的谢意！ 再次，感谢那些关心此次毕业设计的领导们，在他们的英明领导下，学校越办越好，为 社会不断输送高素质的人才！ 最后，我要向百忙之中抽时间对我的设计进行审阅、评议和参与本人论文答辩的各位 老师表示感谢。 华北水利水电学院毕业设计 27 参考文献 1边海龙，孙永奎.单片机开发与典型工程项目实例详解j.电子工业出版社，2008，(10)： 143-160 . 2王文青，邱文勋.51 单片机

54、开发案例精选j.人民邮电出版社，2001，(5)：45-47 . 3睢丙东.单片机应用技术与实例. 电子工业出版社,1998,7 4张鑫，华臻，陈书谦.单片机原理及应用j.电子工业出版社，2008，(5) . 5张洪润，张亚凡.单片机原理及应用j.清华大学出版社，2005, (4) . 6李广弟.单片机基础.北京：北京航空航天大学出版社，2004 7李华. mcs-51 系列单片机实用接口技术.北京：北京航空航天大学出版社,1993,5 8蒋辉平，周国雄.基于 proteus 的单片机系统设计与仿真实例m.机械工业出版社，2009 . 9张毅坤.单片微型计算机原理及应用m.西安电子科技大学出版

55、社，1998 . 10雷丽文 等.微机原理与接口技术m.北京电子工业出版社，1997.2 11张毅刚.单片机原理及应用. 北京：高等教育出版社，2004 12辛顺友.胡永生. 单片机应用系统设计与实现.福建：福建科学技术出版社,2005,3 13余锡存，曹国华.单片机原理及接口技术m.西安电子科技大学出版社，2000.7 14梅丽凤,王艳秋,汪毓铎. 单片机原理及接口技术.北京：清华大学出版社,2003,5 15黄智伟.凌阳单片机课程设计指导j.北京航空航天大学出版社，2007, (6) . 华北水利水电学院毕业设计 28 附录一：硬件电路原理图 华北水利水电学院毕业设计 29 硬件电路图 附

56、录二：源程序代码 ; 华北水利水电学院毕业设计 30 ;文件名称：电饭煲智能控制核心程序 ;该系统能完成 24 小时电饭煲预约工作 ;及其可视化操作且进行电气隔离控制 ; ;程序初始化 ;定义存放计时单元的地址 alb equ 20h.0 ;定时设置标志 buf equ 30h ;3033h 存放连续 4 个字节显示器数据 hour equ 34h ;存放小时变量 min equ 35h ;分钟变量 sec equ 36h ;秒钟变量 deda equ 37h ;存放 5ms 计数值 hh equ 38h ; 定时设置小时变量 mm equ 39h ;定时设置分钟变量 ;按键输入引脚定义 k1

57、 equ p1.4 k2 equ p1.3 k3 equ p1.2 k4 equ p1.1 k5 equ p3.2 ;蜂鸣器和指示灯引脚定义 spk equ p1.7 wled equ p1.0 ;程序开始执行地址 org 0h jmp main org 03h ljmp to_int0 华北水利水电学院毕业设计 31 org 0bh jmp to_srv 主程序 main: setb ea setb it0 setb ex0 clr alb ;清除定时标志 acall bz ;蜂鸣器连续响两声 acall bz acall led_bl ; led 闪动 表示程序开始执行 acall ini

58、t ;初始化变量 acall init_time ;设置定时器 加载显示器初始数据 mov a,#03fh mov p0,a loop: ;无穷循环 acall conv acall time_pro ;检查定时时间 acall disp ;扫描显示 jb k1,m1 ;未按下 k1 键 acall led_bl ; led 闪动 acall set_time ;设置目前时间 jmp loop ;跳转到 loop 处执行 m1:jb k2, m2 ;未按下 k2 键继续扫描 acall led_bl acall set_atime ;设置定时时间 jmp loop ;跳转到 loop 处执行

59、m2: jb k3, m3 华北水利水电学院毕业设计 32 jmp loop m3: jb k4, m4 ;未按下 k4 将，则继续扫描 jnb k4,$ cpl alb jnb alb, m31 acall bz ;定时确定三次发出响声 acall bz acall bz setb p2.0 setb p2.1 jmp loop ;跳转到 loop 处执行 m31: acall bz ;定时取消，发出一声响 jmp loop ;跳转到 loop 处执行 m4: jmp loop ;跳转到 loop 处执行 实现走时功能的子程序 init_time: mov tmod,#00000001b ;

60、设置定时器 t0 工作模式 1 mov ie, #10000010b ;启用定时器 t0 中断产生 setb et0 mov tl0,#78h ;加载初始值 mov th0,#0ech setb tr0 ;启动定时器 t0 开始计时 ret 中断服务程序 to_srv: ;定时器 t0 计时中断程序每隔 5 秒中断一次 push acc ;将 a 压入堆栈 mov tl0,#78h ;重加载初始值 华北水利水电学院毕业设计 33 mov th0,#0ech inc deda ;加 1 ;秒述出 mov a,deda cjne a,#200,tt1 ;是否 1 秒到了 mov deda,#0 ;