基于单片机的宠物喂食器电路设计

1、 摘要本设计所研究的是实现一个宠物自动喂食器，即先将宠物饲料放入其中，通过设定五个喂食时间点，当到达这一时间点后，系统发出喂食信号吸引宠物，自动进行喂食。本设计主要研究如何设定五个时间点并发出喂食信号。宠物喂食器系统主要包括单片机控制、自动开关和蜂鸣器提示、倒计时间设定系统。喂食器的喂食过程，通过键盘设定五个倒计时间，当依次到达这五个时间时，发光二极管发光，蜂鸣器发出响声，吸引宠物过来进食并自动投放食物。本设计解决了工作时或节假日时由于主人不在不能对宠物进行喂食，避免了宠物由于饮食不正常所产生的问题。在整个系统中，利用单片机对各个系统进行控制。倒计时系统时间通过六位七段数码管显示出来。利用键盘

2、设定五个倒计时间，单片机不停的读取时间，并判断是否到达喂食时间。开关系统电阻和发光二极管表示，发光二级管收到低电平时导通表示开关打开投放喂食。同时接有蜂鸣器，当到达喂食时间后蜂鸣器发出响声吸引宠物进行喂食。关键词：智能；定时喂养；单片机AT89S52；AbstractThestudydesignistoachieveanautomaticpetfeeder,petfeedintowhichwillsetthefivefedpoint,whenyoureachthispointintime,automaticallyfeeding.Themainpointofhowtosetthetimewit

3、hinthepetfoodputout.PetfeedersystemincludesMCUcontrol,automaticswitchandmusicalertsystem,theremainingtimesettingsystem.Feederfeedingprocess,thefiveremainingtimesetbythekeyboard,whentheorderreachesthefivetime,whilethetimerchiptosendasignalrelayandmusic,musicplaybackchip,apieceofmusicattractedthepet,t

4、herelayswitchisclosedSothataredlightemittingdiode,saidswitchdeliveryoffood.Thisdesignsolvestheholidayswhenworkornotisnottheownerofthepettofeed,toavoidthepetfoodisnotnormalbecausetheproblemsarising.矚慫润厲钐瘗睞枥庑Throughoutthesystem,theuseofsinglechipcontrolsystemofeach.Countdowntothesystemtimebysixoutofse

5、vensegmentdigitaldisplay.Usingthekeyboardtosetthefiveremainingtime,microcontrollerreadsthestoptimeandtodeterminewhetherthefeedingtimearrives.Switchingsystembytherelayandthelight-emittingdiode,saidswitchisclosedwhentherelayreceivedhighlight-emittingdiode,saidswitchisrunningfeeding.Tiphasamusicsystem,

6、whenthearrivaltimeafterfeedingapieceofmusictipsmusicplaybackchiptofeedpets.聞創沟燴鐺險爱氇谴净。Keywords:intelligent;automaticfeeding;MCU基于单片机的宠物喂食器电路设计目录中文摘要英文摘要1绪论1残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。11设计意义1酽锕极額閉镇桧猪訣锥。12设计要求1彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。2设计方案2謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。21按键模块2厦礴恳蹒骈時盡继價骚。22自动开关模块2茕桢广鳓鯡选块网羈泪。23蜂鸣器模块2鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。24显示模块2籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。3硬件电路

7、的设计3預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。31单片机3渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。3.1.1AT89S52单片机的简介3铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。312AT89S52的时钟介绍5擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。3.1.3单片机中断的介绍7贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。3.2电源电路8坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。3.3时钟电路8蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。3.4复位电路9買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。3.5LED数码管显示10綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。TOC o 1-5 h z数码管显示简介10数码管编码表11驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。3.6开关控制113.7单片机的去抖动12 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document

8、4电路的软件部分13 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 参考文献46附录147附录248附录349致谢50猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑基于单片机的宠物喂食器电路设计 绪论11设计意义单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比受到人们的重视和关注，应用广泛，发展快速。单片机具有体积小、速度快、抗干扰能力强，环境要求不高，性能可靠和价格低廉等优点,通常在其外部配置外围电路就可构成一完整的控制系统。由于具有以上优点，在我国，单片机已广泛应用与工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家电电器、电力电子、武器装备、机电一体化设备等各个方面。锹籁饗单片

9、机，亦称单片微电脑或单片微型计算机。它是把中央处理器(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、输入/输出端口(I/O)等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。構氽頑黉碩饨荠龈话骛。现在越来越多的家庭都饲养有猫、狗等宠物，但是由于工作等原因，宠物的饮食规律得不到一定的保障，宠物喂食器可以解决这一问题，宠物自动喂食器可以定时定量的进食，且设计简单方便，有一定的实用价值。12设计要求利用单片机的定时功能设计一个宠物自动喂食盒的电路，要求：可以通过键盘输入至少3个倒计时时间，每一个倒计时时间到后，发出宠物开始喂食信号；輒峄陽檉簖疖扩展功能：按照年/月/日/时/分的

10、格式输入宠物进食时间；设计方案分析本题，根据设计要求先确定了本系统的整体设计原理框图如图1图1系统整体设计原理框图21按键模块采用7个触键开关，可实现五个倒计时间依次键入，同时还有两个调时按键，再一个复位按键。22自动开关模块采用三极管和发光二极管近似表示。本系统是基于52单片机的宠物自动喂食的设计，用电阻和发光二极管代替比较容易，当发光二级管接收到一个低电平时开关闭合，发光二极管导通发出绿光表示自动投食。尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。23蜂鸣器模块采用一个三极管和一个蜂鸣器，由蜂鸣器发出响声吸引宠物过来进食。当发光二极管亮灯时，蜂鸣器接收到一个低电平，蜂鸣器器发出响声吸引宠物过来进食。24显示模块选

11、用数码管显示，用普通的数码管显示简单的数字、符号、字母。只需一次显示5个倒计时间，而且每个时间只需显示6个数字，即年/月/日。识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。硬件电路的设计31单片机3.1.1AT89S52单片机的简介AT89S52是一种低功耗、高性能CM0S8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。凍鈹鋨劳臘AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，

12、一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至OHz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。3.1.1.1主要性能与MCS-51单片机产品兼容8K字节在系统可编程Flash存储器1000次擦写周期全静态操作：OHz33Hz三级加密程序存储器32个可编程I/O口线三个16位定时器/计数器八个中断源全双工UART串行通道低功耗空闲和掉电模式掉电后中断可唤醒看门狗定时

13、器双数据指针掉电标识符3.1.1.2AT89S52双列直插式引脚图AT89S52T2/P1.0140VCCP0.0/AD0T2EX/P1.1239P1.2338P0.1/AD1P1.3437P0.2/AD2P1.4536P0.3/AD3M0SI/P1.5635P0.4/AD4MISO/P1.6734P0.5/AD5SCK/P1.7833P0.6/AD6RST932P0.7/AD7RXD/P3.01031EA/VTXD/P3.1pp1130ALE/PROGINT1/P3.31229PSENINT0P3.21328P2.7/A15T0/P3.41427P2.6/A14T1/P3.51526P2.5

14、/A13WR/P3.61525P2.4/A12RD/P3.71724P2.3/A11XTAL21823P2.2/A10XTAL11922P2.1/A9GND2021P2.0/A8图2.1AT89S52双列直插式引脚图3.1.1.3端口介绍P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。P

15、1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流(IIL)。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入(P1.0/T2)和时器/计数器2的触发输入(P1.1/T2EX)。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口

16、使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流(IIL)。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器(例如执行MOVXDPTR)时，P2口送出高八位地址。在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址(如MOVXRI)访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。阌擻輳嬪諫迁择楨秘P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由

17、于内部电阻的原因，将输出电流(IIL)。P3口亦作为AT89S52特殊功能(第二功能)使用。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。氬嚕躑竄贸恳彈濾颔澩。3.1.2AT89S52的时钟介绍单片机的工作过程是：取一条指令、译码、进行操作，再取一条指令、译码、进行微操作，这样自动的一步一步的由微操作依序完成相应指令规定的功能。各指令的微操作在时间上由严格的次序，各种微操作的时间次序称作为时序。釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。3.1.2.1AT89S52的时钟信号产生方式AT89S52单片机的时钟信号通常有两种产生方式：一是内部时钟方式，二是外部时钟方式。内部时钟方式如图2.2所示。在AT89S5

18、2单片机内部有一振荡电路，只要在单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接石英晶体，就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟信号。图中电容器C1、C2的作用是稳定频率，快速起振，电容值在530pF；晶振CYS的振荡器频率为1.212MHz。怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉ri-RC2-HXIALL|IX7AL2AND图2.2内部时钟方式外部时钟方式是把已有时钟信号引入到单片机内，如图2.3所示。此方式多用于多片AT89S52单片机同时工作。以便于各单片机同步。一般要求外部信号高电平的持续时间大于20ns，且为频率低于12MHz的方波。对于采用CHMOSX艺的单片机，外部时钟主要由XTAL1端引入，而XTAL2

19、端引脚应悬空。狰辞調担砒丹禪泻類NCX7AL2懈更X1AL-3口图2.3外部时钟方式3.1.2.2AT89S52的时钟信号晶振周期为最小的时序单元。晶振信号经分频器形成两相错开的时钟信号P1和P2.时钟信号的周期也称为S状态，它是晶振周期的两倍。即一个时钟周期包含两个晶振周期。在每个时钟周期的前半周期，相位1有效，在每个时钟周期的后半周期，相位2有效。每个时钟周期有两个节拍P1和P2,CPU以两相时钟P1和P2为基本节拍指挥各个部件协调工作。嘰觐註纟累锄嗫偽純紀卷。晶振信号12分频后形成机器周期。一个晶振周期包含12个晶振周期或6个时钟周期。因此每个机器周期的12个晶振脉冲可以表示为S1P1S

20、2P2S6P6。晶振周期和机器周期是单片机内计算其他时间值的基本时序单位。如晶振频率为12HZ，则机器周期为lus，指令周期为1-4uso举绐譏耕咖鷹緇機库313单片机中断的介绍在设计中用到了外部中断INT0/INT1和定时器TO。它们的中断请求标志分别为IEO,IE1和TF0。这些中断请求标志位分别由特殊功能寄存器TCON和TMOD的相应位锁存。在这个设计中，中断允许寄存器是首要介绍的。鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。3.1.3.1中断允许寄存器IE控制CPU对中断源的开放或屏蔽。中断的开放和屏蔽实现2级控制，一个总开关中断控制所有的中断。IE的格式如下：IEEAESET1EX1ET0EX0位地址AF

21、HACHABHAAHA9HA8H当EA=0时，所有的中断请求被屏蔽，CPU不接受任何请求。当EA=1时，CPU开中断，此时只要五个中断源的中断请求允许为1,则开中断。3.1.3.2TMOD-工作方式控制寄存器用于选择定时器/计数器的工作模式，字节地址为89H,8位分2组，高4位控制T1，低4位控制TO,其格式如下：纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛D7D6D5D4D3D2D1D0TMODGATEC/TM1M0GATEC/TM1M0下面对工作方式选择位做说明：M1M0-工作方式选择位，M1M0共有4种编码，分别对应4种工作方式。如表1：表1工作方式选择M1M0工作方式00方式0，为13位定时器/计数器01方式

22、1，为16位定时器/计数器10方式2，8位的常数自动重新装载的定时器/计数器11方式3,仅适应于T0,T0分为两个8位的计数器，停止计数中断的触发方式：电平触发方式和下降沿触发方式。32电源电路单片机电源（220v转5v）设计电源电路采用LM7805集成稳压器作为稳压器件，用典型接法，220V电源整流滤波后送入LM7805稳压，在输出端接一个470U和0.1U电容进一步滤除纹波，得到5V稳压电源。电路如图2.4所示颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷图2.4电源电路图33时钟电路单片机工作的时间基准，决定单片机工作速度。时钟电路就是振荡电路，向单片机提供一个正弦波信号作为基准，决定单片机的执行速度。AT89S

23、51单片机时钟频率范围：033MHz，本电路选择11.0592MHZ。电路如图2.5所示。濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻图2.5时钟电路图34复位电路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。89系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期（24个振荡周期）以上，则CPU就可以响应并将系统复位。銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。单片机系统的复位方式有：手动按钮复位和上电复位，这里选用手动按钮复位。手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平。一般采用的办法是

24、在RST端和正电源VCC之间接一个按钮。当人为按下按钮时，则VCC的+5V电平就会直接加到RST端。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，完全能够满足复位的时间要求。挤貼綬电麥结鈺贖哓类。复位电路工作原理如图所示，VCC上电时，C充电，在10K电阻上出现电压，使得单片机复位；几个毫秒后，C充满，10K电阻上电流降为0，电压也为0，使得单片机进入工作状态。工作期间，按下S,C放电。S松手，C又充电，在10K电阻上出现电压，使得单片机复位。几个毫秒后，单片机进入工作状态。赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。图2.6复位电路图3.5LED数码管显示351数码管显示简介数码管LED串口显示模块通常有两

25、种显示方法:动态显示和静态显示。动态显示：连接方法是将每个二极管的同名端连在一起，而每个显示器的公共极COM各自独立的接受I/O线控制，CPU向字段输出端口输出字型码，所有显示器接受到相同的字符，而要使用哪个显示器要取决于他们的COM的电平，而这段是由I/O端控制的，由单片机输出。动态扫描时连续的动态扫描，只是肉眼暂留现象，乃发光二极管的余辉效应，给人的感觉是一组稳定的显示数据。塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。静态显示：静态显示显示效果好，但是功耗大，但不占用端口，只需两个串口线输出，变成较为简单。而且采用静态显示需要的驱动器件多，硬件成本相对更高。裊比较以上两种方案，方案一硬件简单程序复杂，方案二硬件

26、复杂程序简单，考虑到实惠和对自己的编程锻炼，选择方案动态显示。仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。动态扫描方法是用其接口电路把所有显示器的8个笔画字段（ag和dp）同名端连在一起，而每个显示器的公共极COM各自独立的接受I/O线控制。CPU向字段输出端口输出字型码时，所有显示器接受到相同的字型码，但究竟使用哪个显示，则取决于公共极COM端，而这一端是由/WR和/RD控制的，由单片机决定何时显示哪一位。动态扫描用分时的方法去轮流控制各个显示的COM端，时各个显示器轮流亮。在轮流点亮扫描过程中，每为显示器的点亮时间极为短暂，但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的于辉效应，给人的印象就时一组稳定的显示数据。绽萬璉轆

27、娛閬蛏鬮绾瀧。显示部分电路图:+5VgCJTDa1jed.GNDc劭图2.7数码管显示原理3.5.2数码管编码表7段数码管可以包括小数点的09的数字和部分的英文字母，为了获得不同的字符，数码管各段所加的电平也不同，编码也不一样。共阴极数码管的字型，字段和编码的关系如下表2：骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙表2数码管编码表卜六进制数0123456789hgfedcba显示代码TOC o 1-5 h z001111110 x3f000001100 x06010110110 x5b010011110 x4f011001100 x66011011010 x6d011111010 x7d000001110 x070

28、11111110 x7f011011110 x6f0 x803.6开关控制本电路要实现可设定5个倒计时设计要求，需要1个复位键，一个“+”和一个“-”按键，另外再加5个时间设定按键用于实现倒计时间设定，按键时可直接输出相应倒计时间。瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。37单片机的去抖动单片机去抖动可以用软件和硬件两种方法。硬件方法就是加去抖动电路，例如在按键两端并联10uF的电容或通过RS触发器连接按键，硬件去抖动从根本上避免抖动；软件方法则采用时间延时以躲过抖动，待信号稳定之后再进行键扫描。对于系统软件量不大的场合，采用软件去除抖动既节约硬件开销又很实用且有效。所以本设计采用软件去抖动。鎦诗涇艳损楼紲鯗餳

29、類。电路的软件部分单片的使用除了硬件，同样也要软件的使用，我们写汇编程序编程CPU可执行的机器码有两种方法，一种是手工汇编，一种是机器汇编。机器汇编通过汇编软件变为机器码，用于MSC-51单片机的汇编软件有早期的A51,随着单片机开发技术的不断发展，从使用普通汇编语言到高级语言的不断发展，Keil是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件。Keilc51汇编，PLM语言和C语言的程序设计，界面友好。Keil是美国keilsoftware公司出品的52系列兼容单片机c语言开发系统。用过汇编语言后再使用C语言来开发，体会更加深刻。栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。程序框图：图2.8程序框图源程序如下：#in

30、clude#include#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitbl二P0;sbitb2二P1;sbitb3二P2;sbitb4二P3;sbitb5二P4;sbitbell二P2飞；sbits1=P30;sbits2二P3l;sbits3=P32;sbits4=P33;sbits5=P34;sbitadd二P3飞；sbitdec二P3“7;charsecond1=1,minute1=1,hour1=1,second2=2,minute2=2,hour2=2,second3=3,minute3=3,hour3=3;峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺

31、。charsecond4=4,minute4=4,hour4=4,second5=5,minute5=5,hour5=5;詩叁撻訥烬忧毀ucharg;unsignedcharcodetable二/共阴极0f数码管编码TOC o 1-5 h z0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,/030 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,/470 x7f,0 x6f,0 x77,0 x7c,/8b0 x39,0 x5e,0 x79,0 x71/cf;voiddelay(uintz)uintx,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);voiddelay1(uintz

32、)for(;z0;z-);voiddisplay(uchara,ucharb,ucharc)uchari,j;i=a/10;j=a%10;P2=0 xfb;P0=tablei;delay(2);P2=0 xf7;P0=tablej;delay(2);i=b/10;j=b%10;P2=0 xef;P0=tablei;delay(2);P2=0 xdf;P0=tablej;delay(2);i=c/10;j=c%10;P2=0 xfe;P0=tablei;delay(2);P2=0 xfd;P0=tablej;delay(2);voiddelay2(uintz)uintx,y;for(x=z;x0

33、;x-)for(y=110;y0;y-)display(0,0,0);voidinit()EA=1;/开总中断ETO=1;/本例中使用的是定时器TO,如果用T1。则为ETl=O,TMOD=OxlO。TMOD=0 x01;/定时器工作方式1TH0=(65535-50000)/256;/因为晶振用的是11.0592MHZ。在取初值时，大概定义为一个中断为50MS胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。TLO=(65535-5OOOO)%256;TRO=1;P1=Oxff;voidturn_val1(charnewval,ucharflag,ucharslnum)if(flag)/判断是加一还是减一newval+;s

34、witch(slnum)case1:if(newval23)newval=0;display(hour1,minute1,second1);hour1=newval;break;case2:if(newval59)newval=0;display(hour1,minute1,second1);minute1=newval;break;case3:if(newval59)newval=0;display(hour1,minute1,second1);second1=newval;break;default:break;elsenewval-;switch(slnum)case1:if(newva

35、l0)newval=23;display(hour1,minute1,second1);hour1=newval;break;case2:if(newval0)newval=59;display(hour1,minute1,second1);minute1=newval;break;case3:if(newval23)newval=0;display(hour2,minute2,second2);hour2=newval;break;case2:if(newval59)newval=0;display(hour2,minute2,second2);minute2=newval;break;case3:if(newval59)newval=0;display(hour2,minute2,second2);second2=newval;break;default:break;elsenewval-;switch(slnu