创新实践周课程设计——基于51单片机的时间继电器设计

1、成 绩 评 定 表学生姓名王子豪班级学号1103030423专 业电子信息工程课程设计题目时间继电器设计评语组长签字：成绩日期 20 年 月 日课程设计任务书学 院信息科学与工程学院专 业电子信息工程学生姓名王子豪班级学号1103030423课程设计题目时间继电器设计实践教学要求与任务:1.能正确认识元器件；2.能读懂电路原理图；3.能正确掌握PCB图和原理图关系；4.掌握基本焊接技巧，保证不能出现断路、短路、极性软件焊反等情况，以便保证下一步调试程序的运行工作计划与进度安排:2014年11月03日2015年01月11日2014年11月03日2014年11月30日为上机时间；2015年01月0

2、5日进行答辩并且收课程设计报告指导教师：201 年 月 日专业负责人：201 年 月 日学院教学副院长：201 年 月 日目录1 总体设计11.1 设计任务11.2 设计要求11.3 方案论证12设计思想12.1 硬件设计思想12.2 软件设计思想23电路原理与电路图23.1 电路原理23.2 电路原理图33.3 AT89C52单片机及其引脚说明33.4 数码管显示系统电路53.4.1 数码管的介绍53.4.2 四位数码管的介绍63.5继电器电路74 系统程序的设计94.1 主程序94.2 显示子程序104.3 定时器T0、T1中断服务程序114.4 程序清单115 仿真结果145.1 仿真环

3、境145.2 仿真结果156 设计总结17参考文献17沈阳理工大学创新实践课程设计时间继电器设计1 总体设计1.1 设计任务（1）实现STC89C52继电器控制。（2）实现定时器倒计时并用数码管显示。（3）实现单片机的三个控制键；开始键，分钟键和秒键。1.2 设计要求用STC89C52单片机时间继电器设计，可以通过键盘设定时间，时间在数码管上显示，最后控制继电器动作。1.3 方案论证方案一：用AT89C51作为主要芯片，采用排阻，并用汇编语言写程序，采用硬件消抖方案二：采用三极管驱动数码管，C语言编写程序，在编写程序时进行软件消抖相比之后方案二更简便，因为软件消抖更容易，C语言程序更容易懂，易

4、修改，硬件电路更简单。2 设计思想2.1 硬件设计思想数字电子秒表具有显示直观、读取方便、精度高等优点，在计时中广泛使用。本设计用单片机组成数字电子秒表，力求结构简单、精度高为目标。设计中包括硬件电路的设计和系统程序的设计。其硬件电路主要有主控制器，计时与显示电路和回零、启动等。主控制器采用单片机AT89C52，显示电路采用四位共阳极LED数码管显示计时时间。由于本实验有四位数码管，如果采用静态显示要占用全部的I/O端口，所以本次试验采用静态显示，建立最小单片机系统，在AT89C51单片机的P2端通过三极管接上4位七段共阴极数码管，P2.0脚接第一位数码管片选端，P2.1脚接第二位数码管片选端

5、，P2.2脚接第三位数码片选端，P2.3脚接第四位数码管片选端，这四位分别显示秒时间的十位，个位，小数点后一位 ，小数点后两位显示的片选控制端。P2.4脚接小数点控制端。秒表控制键盘。用P3.0接键盘开启计时键，P3.1接键盘计时暂停键，P3.2接键盘计时复位键。2.2 软件设计思想采用C语言编写程序，程序共有四部分；第一部分是主程序，用于对程序的中断控制、数据等的初始化，并且对秒表控制键盘的扫描。第二部分时间产生程序，用定时/计数器0中断程序用时产生时间，利用每10m进入本中断程序一次第三部分4位七段共阴极数码管动态显示程序，用定时/计数1中断程序每50ms对数码管各扫描一次，是利用人眼视觉

6、暂留实现数码管的显示。第四部分动态扫描延时程序，用于在对数码管动态扫描时，每扫描一个数码管后的延时程序。以实现四位数码时间同时显示的效果。3电路原理与电路图3.1 电路原理AT89C51单片机做为控制电路，用P1口做为数据输出端，P2口做为4位七段共阴极数码管的片选控制输出口，P3.0，P3.1，P3.2做为键盘接口。时间显示器，由4位七段共阴极数码管构成。3.2 电路原理图图3-1 单片机系统电路原理图3.3 AT89C52单片机及其引脚说明AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存

7、储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。主要功能特性： 兼容MCS51指令系统 8k可反复擦写(>1000

8、次）Flash ROM 32个双向I/O口 256x8bit内部RAM 3个16位可编程定时/计数器中断 时钟频率0-24MHz 2个串行中断可编程UART串行通道 2个外部中断源共6个中断源 2个读写中断口线 3级加密位低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能图3-2 51单片机引脚图3.4 数码管显示系统电路3.4.1 数码管的介绍本系统输出结果选用4个LED显示。LED数码管的外形结构如图2-4，外部有10个引脚，其中3, 8脚为公共端也称位选端，其余8个引脚称为段选端，当要使某一位数码管显示某一数字(0-9中的一个)必须在这个数码管的段选端加上与数字显示数字对应的8位段选码(也称字形

9、码)，在位选端加上低电平即可。LED有共阴极和共阳极两种。如图2-4所示。二极管的阴极连接在一起，通常此公共阴极接地，而共阳极则将发光二极管的阳极连接在一起，接入+5V的电压。一位显示器由8个发光二极管组成，其中7个发光二极管构成字型“8”的各个笔划（段）ag，另一个小数点为dp发光二极管。当在某段发光二极管施加一定的正向电压时，该段笔划即亮；不加电压则暗。为了保护各段LED不被损坏，需外加限流电阻。共阴极 共阳极图 3-3 LED数码管结构原理图图3-4 LED数码管引脚图数码管显示器有两种工作方式，即静态显示方式和动态扫描显示方式。为节省端口及降低功耗，本系统采用动态扫描显示方式。动态扫描

10、显示方式需要解决多位LED数码管的“段控”和“位控”问题，本电路的通过P1口实现：而每一位的公共端，即LED数码管的“位控”，则由P3口控制。这种连接方式由于多位字段线连在一起，因此，要想显示不同的内容，必然要采取轮流显示的方式，即在某一瞬间，只让其中的某一位的字位线处于选通状态，其它各位的字位线处于断开状态，同时字段线上输出这一位相应要显示字符的字段码。在这一瞬时，只有这一位在显示，其他几位则暗。在本系统中，字位线的选通与否是通过PNP三极管的导通与截止来控制，即三极管处于“开头”状态。使用LED显示器时，要注意区分这两种不同的接法。为了显示数字或字符，必须对数字或字符进行编码。七段数码管加

11、上一个小数点，共计8段。因此为LED显示器提供的编码正好是一个字节。TX实验板用共阴LED显示器，根据电路连接图显示16进制数的编码已列在下表。表3-1 LED字形显示代码表字型共阳极段共阴极段字型共阳极段共阴极段0C0H3FH990H6FH1F9H06HA88H77H2A4H5BHB83H7CH3B0H4FHCC6H39H499H66HDA1H5EH592H6DHE86H79H682H7DHF84H71H7F8H07H空白FFH00H880H7FHP8CH73H 3.4.2 四位数码管的介绍数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）

12、；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。四位数码管阳=阴极连接在一起，阳极分开有各自的位选，动态显示的特点是将所有位数码管的段选线并联在一起，由位选线控制是哪一位数码管有效。选亮数码管采用动态扫描显示。所谓动态扫描显示即轮流向各位数码管送出字形码和相应的位选，利用发光管的余辉和人眼视觉暂留作用，使人的感觉好像各位数码管同时都在显示。动态显示的亮度比静态显示要差一些，所以在选择限流电阻时应略小于静态显示电路中的。图3-5 数码管显示效果图图3-6 数码管内部驱动电路3.5继电器电路继电器（英文名称：relay）是一种电控制器

13、件，是当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。图3-7 继电器继电器线圈在电路中用一个长方框符号表示，如果继电器有两个线圈，就画两个并列的长方框。同时在长方框内或长方框旁标上继电器的文字符号“J”。继电器的触点有两种表示方法：一种是把它们直接画在长方框一侧，这种表示法较为直观。另一种是按照电路连接的需要，把各个触点分别画到各自的控制电路

14、中，通常在同一继电器的触点与线圈旁分别标注上相同的文字符号，并将触点组编上号码，以示区别。继电器的触点有三种基本形式：1、动合型（常开）（H型）线圈不通电时两触点是断开的，通电后，两个触点就闭合。以合字的拼音字头“H”表示。2、动断型（常闭）（D型）线圈不通电时两触点是闭合的，通电后两个触点就断开。用断字的拼音字头“D”表示。3、转换型（Z型）这是触点组型。这种触点组共有三个触点，即中间是动触点，上下各一个静触点。线圈不通电时，动触点和其中一个静触点断开和另一个闭合，线圈通电后，动触点就移动，使原来断开的成闭合，原来闭合的成断开状态，达到转换的目的。这样的触点组称为转换触点。用“转”字的拼音字

15、头“z”表示。继电器是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中，是最重要的控制元件之一。继电器一般都有能反映一定输入变量（如电流、电压、功率、阻抗、频率、温度、压力、速度、光等）的感应机构（输入部分）；有能对被控电路实现“通”、“断”控制的执行机构（输出部分）；在继电器的输入部分和输出部分之间，还有对输入量进行耦合隔离，功能处理和对输出部分进行驱动的中间机构（驱动部分）。作为控制元件，概括起来，继电器有如下几种作用：1）扩大控制范围：例如，多触点继电器控制信号达到某一定值时，可以按触点组的不同形式，同时换接、开断、接通多路电路。2）放大：例如

16、，灵敏型继电器、中间继电器等，用一个很微小的控制量，可以控制很大功率的电路。3）综合信号：例如，当多个控制信号按规定的形式输入多绕组继电器时，经过比较综合，达到预定的控制效果。4）自动、遥控、监测：例如，自动装置上的继电器与其他电器一起，可以组成程序控制线路，从而实现自动化运行。图3-8 继电器驱动电路4 系统程序的设计4.1 主程序本设计中，计时采用定时器T0中断完成，其余状态循环调用显示子程序，当端口开关按下时，转入相应功能程序。其主程序执行流程见下图。nyy调用显示子程序开始显示单元清0T0，T1设为16位计数器模式允许T0中断进入功能程序键按下？ 整分钟？图4-1 主程序流程图4.2

17、显示子程序数码管显示的数据存放在内存单元70H75H中。其中70H-71H存放秒数据，72H-73H存放分数据，74H-75H存放时数据，每一地址单元内均为十进制BCD码。由于采用软件动态扫描实现数据显示功能，显示用十进制BCD码数据的对应段码存放在ROM表中。显示时，先取出70H-75H某一地址中的数据，然后查得对应的显示用段码，并从P0口输出，P2口将对应的数码管选中供电，就能显示该地址单元的数据值。为了显示小数点及“”、“A”等特殊字符，在显示班级及计时时采用不同的显示子程序。4.3 定时器T0、T1中断服务程序定时器TO、T1用于时间计时，定时溢出中断周期可分别设为50ms和10ms.

18、中断进入后，现判断是时钟计时还是秒表计时，时钟计时累计中断20次（即1s）时，对秒计数单元进行加1操作，秒表计时每10ms进行加1操作。在计数单元中采用十进制BCD码计数，满60（秒表功能时有100）进位，T0中断服务程序执行流程见下图图4-2 定时器流程图4.4 程序清单#include<reg52.h>#define uint unsigned int；/定义变量类型#define uchar unsigned charsbit key1=P31; /定义按键接口sbit key2=P32;sbit DP=P17;uint bb,shu; /定义变量int aa=0;uchar

19、 table= 0X3F,0X06,0X5B,0X4F,0X66,0X6D,0X7D,0X07,0X7F,0X6F; /寄存器地址定义void delay(uint z);延时程序void keyscan();/键盘扫描程序void display(aa);/显示程序void delay(uint z)；/延时子程序uint x,y;for(x=20;x>0;x-)；/每20秒延时一次for(y=z;y>0;y-);void keyscan()；/键盘扫描，采用循环嵌套if(key1=0) /判断P1.0的电平，决定是否延时 delay(10); if(key1=0) shu=1;

20、 while(!key1); if(key2=0) delay(10); if(key2=0) shu=2; while(!key2); void display(aa)；/显示子程序，输出到七段四位数码管 P1=tableaa/1000; P2=0x7f; delay(15); /延时 P2=0xff; P2=0xff; delay(1); P1=tableaa/100%10; DP=0; P2=0xbf; delay(15); P2=0xff; P2=0xff; delay(1); P1=tableaa%100/10; P2=0xdf; delay(15); P2=0xff; P2=0xf

21、f; delay(1); P1=tableaa%10; P2=0xef; delay(15); P2=0xff; P2=0xff; delay(1); void time0() interrupt 1 /定时模块 TH0=(65536-10000)/256;/TH0中断TL0=(65536-10000)%256;/TL0中断aa+;if(aa>9999) aa=0;void main() /主程序TMOD=0X01;TH0=(65536-10000)/256;TL0=(65536-10000)%256;EA=1;ET0=1;while(1)keyscan();if(shu=1)TR0=1

22、;/寄存器初始化shu=0;if(shu=2)TR0=0;shu=0;display(aa);5 仿真结果5.1 仿真环境Proteus 是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是：实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：ARM7(LPC21xx)、 8051/52系列、AVR系列、PIC10/12/16/18系列、HC11系列以