智能控制开关设计

《单片机原理与应用》

课程设计说明书

2009级电气工程及其自动化专业 0906073班级

题目智能控制开关的设计

姓名郑太锋学号090607344

指导教师王义琴职称讲师

二О一二年六月三日

一、智能控制开关设计的基本原理

智能控制开关是由单片机89C51控制电路、按键与LCD显示电路和掉电存储电路以及电源电路组成，采用了行列式键盘,实时控制和显示分别采用了89C51和1602LCD液晶，用1602LCD作为来显示时间和要定时的时间，并且这两个芯片接通电源可以直接用单片机编程对它进行操作。电路采用光电耦合器件（MOC3041）进行隔离控制,软件系统主要完成修改时间、定时通断电等功能。

二、设计方案

智能开关控制的原理框图如图1所示。它由以下几个部件组成：单片机89C51、电源电路、掉电存储电路、开关控制、键盘输入和显示以及电源电路组成。

时间显示采用LCD1602，以降低对单片机端口数的要求，同时也降低系统的功耗。时间控制电路和键盘输入以及掉电存储都通过89C2051的I/O口控制。

电源部分：电源部分由整流、滤波和集成稳压器组成，以保证系统稳定工作。

图1 智能开关控制系统原理框图

三、硬件设计

1 AT89C51单片机及其引脚说明

AT89C51单片机是51系列单片机的一个成员，内部自带4K字节可编程FLASH 可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，与Intel MCS-51系列单片机的指令和输出管脚相兼容。由于将多功能八位CPU和闪速存储器结合在单个芯片中，因此，AT89C51构成的单片机系统是具有结构简单、造价低廉、效率高的微控制系统，减少了硬件开销，节省了成本，提高了系统的性价比。

AT89C51是一个有40个引脚的芯片，与8031相比，AT89C51自带4K的ROM 和128B的RAM，因此编写中小型系统就无需任何硬件进行扩展。

AT89C51芯片的40个引脚功能为：

VCC：电源电压。

GND：接地。

RST：复位输入。当RST变为高电平并保持2个机器周期时，所有I/O引脚复位至“1”。

XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：来自反向振荡放大器的输出。

ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE 只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

P0口：8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH 进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：8位双向I/O口。引脚P1.2～P1.7提供内部上拉，当作为输入并被外部下拉为低电平时，它们将输出电流，这是因内部上拉的缘故。P1.0和P1.1需要外部上拉，可用作片内精确模拟比较器的正向输入（AIN0）和反向输入（AIN1），P1口输出缓冲器能接收20mA电流，并能直接驱动LED显示器；P1口引脚写入“1”后，可用作输入。在闪速编程与编程校验期间，P1口也可接收编码数据。

P2口：带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉

的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：引脚P3.0～P3.7为带内部上拉的双向I/0引脚。P3口的输出缓冲器能接收20mA的灌电流；P3口写入“1”后，内部上拉，可用输入。P3口也可用作特殊功能口，其功能见表1。P3口同时也可为闪速存储器编程和编程校验接收控制信号。

表1 P3口特殊功能

（外部中断0）

（外部中断1）

2 DS12887时钟芯片及引脚说明

采用独立按键占用了单片机I/O口，因此在设计该系统时，为了减少单片机I/O口的使用，采用了行列式键盘，如下图2所示。

图2 为行列式键盘原理图

实时控制和显示分别采用了DS12887时钟芯片和1602LCD液晶，DS12887时钟芯片可直接替换IBM AT计算机的时钟/日历与MC146818B和DS1287管脚兼容，在掉电方式下持续工作十年以上，内部包含锂电池，时钟和辅助电路系统，记量秒、分、小时、星期、日期、月、年和润年直到2100年，可用二进制或BCD码表示时间，日历和闹钟，12或24小时方式，有上下午的12小时方式等功能；为了减小整个系统的功耗，不采用数码管作为显示器件，而用1602LCD作为来显示时间和要定时的时间，并且这两个芯片接通电源可以直接用单片机编程对它进行操作。下图3为实时控制和显示电路原理图。

图3 实时控制和显示电路原理图

3密码、时间掉电存储电路

由于系统要显示的内容比较简单，但是定时的时间设置好了，断电了之后什么都没了，再一个进入系统需要密码，并且该密码可以人为通过键盘设置，但是设置好了，断了电和设置好的时间一样会丢失，因此为了保护时间和密码，该系统就需要有断电存储电路，由于显示量不多,所以选用I2C器件AT24C02。该存储电路如图4所示。

图4 密码、时间掉电存储电路

4电源电路

为了给该数据采集系统提供一个比较稳定的工作环境，就此为该系统设计了一个稳压电源模块，电路原理如下图5所示，该电源模块5V固定输出，采用了稳压模块7805，该系列集成稳压模块具有过流、过热和调整管安全工作区保护，以防止过载而损坏。对于整个系统的工作而言，增加了电路的可靠性能和稳定性能。

图5 电源原理图

5开关控制电路

该电路采用光电耦合器件（MOC3041）进行隔离控制，MOC3041是耐压为400V的光耦器件，它的输出级由过零触发器的双向可控硅构成，它控制着主电路双向可控硅的导通与关断。100Ω电阻与0.01uF电容组成双向可控硅保护电路，原理图如下图6所示。

图6 开关控制电路

四、软件设计

本系统的软件系统主要完成修改时间、修改密码、定时通断电等功能。在程序设计过程中，加强了部分软件抗干扰措施，以达到按键的灵活性，确保整个系统的正常运行。系统流程图如图7所示

图7 程序流程图

系统程序

FM BIT 20H.0

RING BIT p1.0

PLUS BIT p3.5

MINUS BIT p3.4

STP BIT p3.3

PWR BIT P2.7

MS EQU 7FH

SECN EQU 7EH

MINU EQU 7DH

HOUR EQU 7CH

BCDH EQU 7BH

BCDM EQU 7AH

NUMB EQU 16

BUFF EQU 60H

TT EQU 20

ORG 0000H

LJMP START

ORG 000BH

LJMP INTT0

START:LCALL CLEAR

LCALL INIT

MAIN:LCALL BTBCD

LCALL DISP

JBC FM,MAINA

LCALL key

; JNB RING,MAIN

MOV A,SECN

SUBB A,#TT

JC MAIN

SETB RING

SETB PWR

LJMP MAIN

MAINA:LCALL BTBCD

LCALL COMP

LJMP MAIN

CLEAR:MOV R0,#7FH

MOV R7,#20H

CLEA1:MOV @R0,#0H;FULL ZERO DEC R0

DJNZ R7,CLEA1

RET

INIT:MOV TMOD,#01H

MOV TH0,#3CH

MOV TL0,#0B0H

MOV MS,#20;

SETB TR0

SETB EA

SETB ET0

MOV SP,#30H

RET

BTBCD:MOV A,SECN

MOV B,#10

DIV AB

MOV BUFF,B

MOV BUFF+1,A

MOV A,MINU

MOV B,#10

DIV AB

MOV BUFF+2,B

MOV BUFF+3,A

SWAP A

ORL A,B

MOV BCDM,A

MOV A,HOUR

MOV B,#10

DIV AB

MOV BUFF+4,B

MOV BUFF+5,A

SWAP A

ORL A,B

MOV BCDH,A

RET

KEY: MOV B,MINU

INC B

INC B

SETB STP

JNB STP,KEY11

SETB PLUS

JB plus,key2A

LCALL BTBCD

LCALL DDISP

SETB PLUS

JNB plus,key22;min+ KEY2A:SETB MINUS

JB minus,keyDD;min-

LCALL DDISP

LCALL BTBCD

LCALL DDISP

SETB MINUS

JNB MINUS,key33;min+ keydd:ljmp keyd

KEY11:LCALL DDISP

LCALL DDISP

SETB STP

JNB STP,KEY1

SJMP KEYDD

KEY22:LJMP KEY2

key33:ljmp key3

key1:LCALL DDISP

LCALL BTBCD

MOV BUFF+2,#11h

MOV BUFF+3,#11h

MOV BUFF,#11h

MOV BUFF+1,#11h;turn off else BIT second min SETB PLUS

JNB plus,key5;ADJUST HOUR+

SETB MINUS

JNB minus,key4;ADJUST HOUR-

SETB STP

JB STP,KEY1

LCALL DDISP

LCALL BTBCD

SETB stp

JB stp,KEY1

key6:Lcall DDisp

lcall BTBCD

SETB STP

JnB STP,KEY6

LJMP KEYD

KEY5:lcall DDisp;

LCALL DDISP

SETB PLUS

JB PLUS,KEY1

INC HOUR;+1

MOV A,HOUR

CLR C

SUBB A,#24

JC KEY1

MOV HOUR,#00

LJMP KEY1

key4:lcall DDisp

LCALL DDISP

SETB MINUS

JB MINUS,KEY1

DEC HOUR;

MOV A,HOUR

CLR C

SUBB A,#24

JC KEY1

MOV HOUR,#23

LJMP KEY1

key2:lcall DDisp;ADJUST MINU

SETB PLUS

JB PLUS,KEYD

INC MINU;+1

MOV A,MINU

CLR C

SUBB A,#60

JC KEYD

MOV MINU,#00

LJMP keyd

key3:lcall DDisp

SETB MINUS

JB MINUS,KEYD

DEC MINU

MOV A,MINU

CLR C

SUBB A,#60

JC KEYD

MOV MINU,#59

keyd:ret

;----------------------------------

comp:PUSH DPH

PUSH DPL

PUSH ACC

MOV DPTR,#ALARM

MOV R6,#NUMB

COMP1:CLR A

MOVC A,@A+DPTR

INC DPTR

CJNE A,BCDH,comp0

CLR A

MOVC A,@A+DPTR

CJNE A,BCDM,comp0

clr RING

clr PWR;turn on the rings

comp0:inc dptr;pointing to next HOUR

comp2:DJNZ R6,COMP1

compd:POP ACC

POP DPL

POP DPH

RET

;-----------------------------------

Disp:mov r0,#BUFF;R1IS A V AILIABLE

Mov r2,#06h

Mov r3,#01h;

mov dptr,#table

Disp1:Mov a,r3

Mov p2,a

RL a

Mov r3,a

Mov a,@r0

movc a,@a+dptr

mov p0,a

Inc r0

Lcall delay

Djnz r2,disp1

Ret

table:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH db 77H,7CH,39H,5EH,79H,71H,40H,00H;

tabl:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H DB 90H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,84H,0FFH

;--------------------------------------------

DDISP:MOV R1,#03H

DDIS1:LCALL DISP

DJNZ R1,DDIS1

RET

delay:MOV R7,#100

delay0:MOV R6,#10

delay1:DJNZ R6, delay1

DJNZ R7,delay0

RET

;-----------------------------------------

INTT0:PUSH psw

Push acc

MOV tl1,#0B0h

;65536-50000=15536=3CB0H

MOV TH1,#3CH

DJNZ MS,INTD

MOV MS,#14;恢复计数值

INC SECN

MOV A,SECN

CJNE A,#60,INTD;

MOV SECN,#0;

INC minu;

SETB FM;setup flag per minute

MOV A,MINU

CJNE A,#60,INTD;

MOV MINU,#0;

INC HOUR;

MOV A,HOUR

CJNE A,#24,INTD;

MOV HOUR,#00H

INTD:POP ACC

POP PSW

RETI

ALARM:DW 0800H,0845H,0850H,0935H,0955H,1040H,1045H,1130H DW 1400h,1445h,1450h,1535h,1545h,1630h,1635h,1725h END

五、结论

该智能控制开关由单片机89C51控制电路、按键与L CD显示电路和掉电存储电路以及电源电路组成，电路十分的简单，主要由51芯片编程实现，功能十分的强大，时间精度非常高，是一款比较实用的智能开关。

六、参考资料

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