1、. . . . 課程設計課程名稱：單片機原理與應用課程設計 學 院： 電氣工程 專 業(yè)：電子信息工程 姓 名： 燕 淵 學 號： 0908040243 年 級： 09級 任課教師： 建老師 2012年 6月 30日貴 大學本科課程設計 第 頁摘要我們正處于一個高速發(fā)展的社會，不僅是經(jīng)濟發(fā)展快，科技發(fā)展也相當迅速，微電腦控制技術開始逐步滲透到各個領域中，包括工業(yè)、農(nóng)業(yè)以與家庭生活。環(huán)境的變化對人們的生產(chǎn)和生活有一定的影響，通過對環(huán)境的檢測，分析，掌握其變化規(guī)律并合理利用，以改善人類的生活質(zhì)量，更好的為人類服務。  這次要設計的是一個以單片機為核心的單門消毒柜，它由硬件和軟件兩部分組成。

2、硬件部分主要由控制電路、單片機開關電源電路、按鍵和5V直流電源的轉(zhuǎn)換控制電路、繼電器切換電路與報警電路等部分組成。消毒柜采用220V、50HZ交流電，部加熱電熱管功率1000W，5V直流電源的轉(zhuǎn)換電路向系統(tǒng)供電，采樣AT89C51常見的單片機作為控制芯片。研發(fā)出的消毒柜具有檢測其溫度的控制，延時控制，報警控制等功能。而該課題是設計一個消毒柜其實就是設計一個智能的溫度控制系統(tǒng)，消毒柜主要通過加熱到一個指定溫度，對餐具等衛(wèi)生潔具進行高溫消毒，消毒柜將高溫控制在一個指定的圍，并維持一定時間，殺滅細菌，極增強了人們的飲食衛(wèi)生，大大降低了疾病的交叉?zhèn)魅荆瑸樘岣呷藗兊纳眢w健康起了重要的作用。關鍵字：單片機

3、、AT89C51、繼電器、延時控制貴 大學本科課程設計 第 頁目錄摘要第一章 課程設計的任務與要求11.1 課程設計的容11.2 課程設計應完成的工作11.3 課程設計的安排1第二章 緒論3第三章 硬件電路43.1 消毒柜的組成電路43.2 鍵盤控制電路43.3 晶振電路53.4 復位電路63.5 消毒柜電熱絲控制電路73.6 揚聲器報警電路73.7 產(chǎn)生VCC的直流電源電路83.8 掉電保護電路9第四章 系統(tǒng)軟件設計104.1 軟件設計流程圖104.2 軟件設計的程序11第五章 結(jié)論15貴 大學本科課程設計 第 頁致16參考文獻17附錄118附錄219貴 大學本科課程設計 第 1 頁第一章

4、課程設計任務與要求1.1課程設計的容設計一個以MCS-51系列單片機為核心的單門消毒柜控制電路，并按規(guī)制作設計文本和圖紙。主要性能要求：1.1.1消毒柜使用220V,50Hz交流電，部加熱電熱管功率1000W；1.1.2消毒柜插頭接上市電和電熱管通電加熱時，面板上都要有相應的指示燈；1.1.3面板上設置一輕觸式按鍵，手動啟動或停止加熱（按一下“啟動” 加熱，再按一下“停止”加熱，如此循環(huán)）；1.1.4若消毒柜部電熱管處于通電加熱狀態(tài)，在下列任何一種情況發(fā)生時，立即停止加熱：. 按一下“啟動/停止” 按鍵，消毒柜回到待機狀態(tài)；. 消毒柜部達到一定溫度時，延時20分鐘后自動停止加熱，回到待機狀態(tài)；

5、消毒柜門被打開時停止加熱，關好門后回到待機狀態(tài)；電熱管通電加熱1小時后，無條件自動停機，并發(fā)出故障報警；報警狀態(tài)要能通過按動一下“啟動/停止”按鍵解除。1.2課程設計應完成的工作獨立完成消毒柜控制電路的軟硬件設計任務，按規(guī)撰寫設計說明書一份，用4號標準工程圖紙繪制硬件電路原理圖和軟件流程框圖各一，并編寫單片機控制程序。1.3 課程設計的安排貴 大學本科課程設計 第 2 頁序號課程設計各階段名稱日期、周次1布置課題、讓學生充分理解題意2012年6月25日、第1周2查閱資料、設計方案論證、選擇2012年6月26日、第1周3硬件電路設計、軟件流程的構建2012年6月27日、第1周4程序的編制2012

6、年6月28日、第1周5撰寫設計報告2012年6月29日、第1周6繪制控制電路原理圖和程序流程框圖2012年6月30日、第1周7校對、整理和完善；交件、批閱和定成績2012年7月1日、第1周表1.1貴 大學本科課程設計 第 3 頁第二章 緒論 隨著社會的發(fā)展，生活水平的不斷改善，人們對生活質(zhì)量和健康問題的意識也不斷提高，深深地認識到了安全才能給人幸福，所以大多數(shù)的家庭與公共場合對生活餐具進行了安全處理，這樣就離不開我們的消毒柜，消毒柜為我們的健康提供了一道安全防線，不但省事而且方便，隨之而成為了人們生活的必需品。但是一個全自動、安全性能高、成本低的消毒柜更加能體現(xiàn)現(xiàn)代科技的成熟，也能走向市場博取

7、消費者的親睞。這一性能就需要發(fā)展迅速的單片機芯片來實現(xiàn)，現(xiàn)在大多數(shù)的電子產(chǎn)品都離不開單片機，單片機已經(jīng)深入到我們生活中的各個領域，如，家用電器，生活用品，航空，軍事等。 接下來我們一起來專研一下消毒柜的工作原理，以與單片機所起到的作用。貴 大學本科課程設計 第 4 頁第二章 硬件電路3.1 消毒柜的組成圖：鍵盤控制電路掉電保護晶振電路復位電路51單片機繼電器消毒柜的電熱絲指示燈揚聲器警器產(chǎn)生VCC的直流電源圖3.1如上圖所設計的消毒柜的硬件電路大概有這幾個部分組成鍵盤控制電路、掉電保護、復位電路、晶振電路、消毒柜的電熱絲、揚聲器等。整個電路采用AT89C51作為控制器消毒柜采用220V,50H

8、z 交流電，部加熱電熱管功率1000W，消毒柜插頭接上市電和電熱管通電加熱時，面板上都要有相應的指示燈顯示，變壓電路將220V交流電壓通過整流電路轉(zhuǎn)化為5V的直流電，對電路提供電源，單片機通過晶振電路產(chǎn)生脈沖信號，通過輸出各種電脈沖信號來驅(qū)動控制各部分，正常工作掉電保護電路保證系統(tǒng)掉電時時鐘不會停止。其他的一些簡單電路我們將會在下面的原理中一一給出。AT89C51單片機具有高速、低功耗、端口驅(qū)動能力強、抗干擾能力強、穩(wěn)定、可靠與低價實用等特點，由其作為主控制器完全能滿足設計的需要，與其連接的外圍電路分述如下。32 鍵盤控制電路3.2.1按一下“啟動/停止” 按鍵，消毒柜回到待機狀態(tài)；3.2.2

9、消毒柜部達到一定溫度時，延時20分鐘后自動停止加熱，回到待貴 大學本科課程設計 第 5 頁機狀態(tài)；3.2.3消毒柜門被打開時停止加熱，關好門后回到待機狀態(tài)；3.2.4電熱管通電加熱1小時后，無條件自動停機，并發(fā)出故障報警；報警狀態(tài)要能通過按動一下“啟動/停止”按鍵解除。因此鍵盤電路采用獨立式的按鍵，每個獨立按鍵單獨占有一根I/O口線每根I/O口線的工作狀態(tài)。利用查詢的方式對消毒柜的輸入進行控制，分別接在單片機的P1.0、P1.1、P1.2口。如下圖:圖3.2S1 控制門的控制開關 S2 控制手動開關 S3 控制溫控開關。當開關閉合時，相應的接口低電平達到斷開的作用，相反當開關斷開，相應的接口高

10、電平達到閉合的作用開始工作。33 晶振電路單片機的定時控制功能是有片的時鐘電路和定時電路來完成的，而片的時鐘產(chǎn)生方式有兩種，部時鐘方式和外部時鐘方式。這里我采用的是部時鐘方式如下圖。片高增益反相放大器通過XTAL1、XTAL2外接作為反饋元件的，晶體與電容組成的并聯(lián)諧振回路構成一個自激振蕩器向部時鐘電路提供振蕩時鐘。電容貴 大學本科課程設計 第 6 頁C1、C2的值則有微調(diào)的作用，通常取30pF左右。圖3.33.4 復位電路51 系列單片機的復位引腳 RST 上只要出現(xiàn) 10ms 以上的高電平，單片機就會實現(xiàn)復位如下圖：圖3.4上電時+5V電源立即對單片機芯片供電，同時經(jīng)R對C5充電。C5上電

11、壓建立的工程就產(chǎn)生一定寬度的負脈，經(jīng)過反向RST上出現(xiàn)正脈沖使單片機實現(xiàn)了貴 大學本科課程設計 第 7 頁上電復位。按鈕按下時，RST上同樣出現(xiàn)高電平，實現(xiàn)了按鈕復位。在應用系統(tǒng)中有些外圍芯片也需要復位。如果這些芯片復位端的復位電平與單片機一致，則可以與單片機復位腳相連。因此，非門在這里不僅起了反向的作用，還增大了驅(qū)動器的電容C3、C4起濾波作用，可以防止干擾竄入復位端而產(chǎn)生誤動作。3.5 消毒柜電熱絲控制電熱絲是消毒柜的最重要的成分，它工作在220v、50Hz的交流電源下，本身功率為1000W。它的導通采用的是繼電器的吸合方式來控制，如下圖：圖3.5接在單片機的P2.6口上，當P2.6輸出低

12、電平時，繼電器吸合電熱絲開始工作同時D1發(fā)光二極管發(fā)光，當P2.6輸出高電平時繼電器不吸合電熱絲不工作，同時發(fā)光二極管D1沒發(fā)光。Q1 放大器在這里主要起到的是開關作用，因為從單片機出來的電流不是很大，不足以驅(qū)動繼電器，因此加了一個VCC電路，使電流流經(jīng)繼電器，從Q1的集電極流向射級從而驅(qū)動繼電器的工作。3.6 揚聲器報警電路貴 大學本科課程設計 第 8 頁當電熱絲持續(xù)工作一小時而未斷開過時，電路報警，電路圖如下：圖3.6其工作原理:Q2在這里起到了開關電路的作用，利用VCC和P2.7口的高電平就可以使揚聲器發(fā)出報警聲。3.7 產(chǎn)生VCC 的直流電源控制電路中多處用到的VCC是一個5V的直流電

13、源，下圖是產(chǎn)生該直流電源的電路圖：圖3.7貴 大學本科課程設計 第 9 頁該電路中用一個變壓器將220V的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)?V的交流電，再用一個整流橋?qū)⑵滢D(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，但是轉(zhuǎn)換的直流電不能排除有交流成分所以需要一個電解，電容來濾除交流成分。另外得出的5V的直流電并不是很穩(wěn)定,所以要用一個7805的穩(wěn)壓器,最后成能輸出穩(wěn)定的直流電壓VCC。38 掉電保護電路在消毒柜工作時，突然的斷電可能給消毒柜的性能帶有影響，所以需要一個掉電保護電路，以免掉電時繼續(xù)給點偏激供電。如下圖：圖3.8當電源供電正常時,一方面給單片機供電,另一方面給電池充電,當電源斷電時電池放電,繼續(xù)給單片機供電,保證其正常工作。在電源掉

14、電時,為了不使低電平影響到單片機的VCC端,在電源與單片機的VCC端加一二極管。貴 大學本科課程設計 第 10 頁第四章系統(tǒng)軟件設計41 軟件設計流程揚聲器報警關一小時定時20分鐘定時開始切斷電熱管電源20分鐘到？開始開始/停止門關好否？溫度到否？1小時？溫度可否？開始加熱定時器初始化1小時定時開始NNNYYYNYYNYN切斷電熱管電源流程圖4.1貴 大學本科課程設計 第 11 頁如上圖為整個單片機的算法流程圖，主程序?qū)纹瑱C初始化以后進入一個主循環(huán)。在主循環(huán)中依次掃描并檢測消毒柜門的狀態(tài)、溫度情況、持續(xù)加熱一小時以與加熱溫度到達后保持20分鐘的狀態(tài)等。具體過程見流程圖。4.2 軟件設計的程序

15、整個程序采用c語言的編程方法：#include<reg51.h>sbit p1_0=p10;sbit p1_1=p11;sbit p1_2=p12;sbit speaker=p27;/*消毒柜按鍵檢測，p11口*/void disinfect_ark_key（）if（p1_1=0） ark_key=1;p2_0=0;disinfector=1;/*啟動消毒柜*/ else ark_key=0;p2_0=1;disinfector=0;/*停止消毒柜*/*消毒柜門檢測，p10口*/void disinfect_door_key()/*消毒柜門檢測，p10口*/if(p1_0=0) d

16、oor_key=1; /*消毒柜門關閉*/else door_key=0; /*消毒柜門開啟*/*溫度檢測，p12口*/貴 大學本科課程設計第 12 頁void temperature_key() if(p1_2=0) temperature=1; /*到達一定溫度*/else temperature=0; /*未到達一定溫度*/*延時程序*/Void(x=z)for(x = z;x>0;x-) for(y = 110;y>0;y-);/*定時器的初始化*/ void overflow_T0()interrupt 1 using 1 TR0=0;TH1=(65536-50000)/

17、256; /*對 TH1 進行初始化*/TL0=(65536-50000)%256; /*對 TL0 進行初始化*/TH1=256-20;TH0=256-20;TR1=1;void init_T0()TMOD=0x61;/use T0 as timer work in fuction1 TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256;TR0=1貴 大學本科課程設計第 13 頁voidoverflow_T1() interrupt 3 using 1sec+; counter+; if(sec=60) minu+;sec=0; if(counter=10

18、&&flag!=2)counter=0;keyscan();void main()int ark_key,door_key,temperatue,disinfector,time_1_hour; int time_20_munite; disinfect_ark_key(); /*消毒柜按鍵檢測，p12口*/disinfect_door_key(); /*消毒柜門檢測，p10口*/temperature_key(); /*溫度檢測，p11口*/delay(20)/*延時程序*/for(;ark_key=1;)/*啟動、停止檢測*/delay(20);for(door_key=1

19、;)/*門檢測*/ delay(20); for(;temperatue=1;) /*溫度檢測*/ if(time_1_hour=1)/*1 小時到了*/disinfector=0;/*切斷電源*/speaker=0;/*開報警*/for(;ark_key=1;)/*啟動、停止檢測*/貴 大學本科課程設計第 14 頁delay(20);speaker=1;/*關報警*/continue（）；elsetime_1_hour=0;/*關 1 小時定時*/for()/*20 分鐘檢測*/disinfector=0;/*切斷電源*/貴 大學本科課程設計 第 15 頁第五章 結(jié)論剛開始聽老師說這次課程設

20、計的容是設計一個消毒柜時，我一片迷茫，不知從何入手，但隨后在老師的講解下，我開始有點思路，之后在查找了相關資料后，慢慢的對消毒柜的工作原理有所了解，然后再通過單片機以與C語言中所學到的知識，加上查詢的資料，以與幾天的努力奮斗，現(xiàn)在終于做完了這個設計。但是設計的過程中遇到了許多問題，例如，利用DXP畫電路圖的時候在library 里面找不到51單片機以與邏輯非門，通過在百度的詢問才知道很多元件都要下載元件庫安裝在DXP里面才能用。這確實也是一種進步，同時也是對學過的DXP的一種鞏固，之前我還怕不會用DXP，下載了一個word的教程來看了一天之后也確實獲得了不少的東西。當然做這個課程設計必須對題目

21、很熟掌握了所要的要求才能入手。這方面我也花了很多的功夫去查詢課本，上網(wǎng)查資料，做了許多的準備。光是在硬件方面就花了差不多2天的時間，其余就是程序方面的問題，在程序方面我采用的是C語言編程，運用的是德國Keil共識開發(fā)的Keil C51軟件進行仿真。在編寫程序的過程中給我最大的幫助的還是單片機以與C語言中的匯編程序解說，當然也和同學交流了許多的意見，對我的幫助也是很大的。所以完成了這次課程設計不但對我硬件上面的提升，軟件上面當然也得到了鞏固?？偠灾?，本次課程設計讓我得到了很好的鍛煉機會，讓我認識到了理論和實踐的差別與聯(lián)系，實踐是檢驗理論的真理，我們只學到書本上的知識是遠遠不夠的，最重要的是把學

22、到的知識運用到生活中，讓學到的東西體現(xiàn)它的價值。我還從本次設計中學到了很多東西，軟件以與硬件上的都有，開始時我好多軟件都不會用，在經(jīng)過查詢和不恥下問之后，我終于學會了。通過本次課程設計我也對以后的學習、工作以與生活有了新的認識，不管我們在以后的學習生活中我們都會遇到很多困難與挫折，當我們遇到這些困難與挫折的時候，不是要選擇逃避，而是要迎難而上，想辦法解決問題，正確的使用一切可以運用的資源，懂得怎樣查找資料，找到解決方案。我還從中認識到了“三人行必有我?guī)熝伞钡览?，我們要有不恥下問的精神，沒有誰是生來就什么都懂的，只要我們有一顆愛學習的心，善于思考的大腦，那一切的問題將不再是問題，我們逐個的將之擊破，最