拨码开关延迟继电器设计.docx
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拨码开关延迟继电器设计
辽宁工业大学
单片机原理及接口技术课程设计（论文）
题目：
拨码开关延迟继电器设计
院（系）：
电气工程学院
专业班级：
测控092班
学号：
090301041
学生姓名：
于世震
指导教师：
起止时间：
2012.06.18-2012.06.29
课程设计（论文）任务及评语
院（系）：
电气工程学院教研室：
测控技术与仪器
学号
090301041
学生姓名
于世震
专业班级
测控092
题目
拨码开关延迟继电器设计
课程设计（论文）任务
设计一个能够根据8位拨码开关的状态构成一个延迟常数控制继电器的开关。
设计任务：
1．以单片机为控制核心，延迟指定时间后使闭合继电器；
2．读取8位拨码开关的状态，以八位开关的状态作为二进制的延迟常数；
3．设计两个按键，其中一个按键控制倒计时的开始，另一个按键重新置入倒计时常数；倒计时开始后倒计时显示计时的秒数；
4．设计相应的驱动电路；
设计要求：
1、分析系统功能，尽可能降低成本，选择合适单片机、数码管等，设计相应驱动电路和键盘电路；
2、应用专业绘图软件绘制硬件电路图和软件流程图；
3、按规定格式，撰写、打印设计说明书一份，其中程序开发要有详细的软件设计说明，详细阐述系统的设计过程，字数应在4000字以上。
工作计划
1、布置任务，查阅资料，理解掌握系统的设计要求。
（2天，分散完成）
2、选择合适单片机、数码管等元器件型号。
（1天，实验室完成）
3、绘制硬件电路图。
（1天，实验室完成）
4、按系统的控制要求，编写软件程序。
（3天，分散2天，实验室1天）
5、上机调试、修改程序、答辩。
（2天，实验室完成）
6、撰写、打印设计说明书（1天，分散完成）
指导教师评语及成绩
平时：
论文质量：
答辩：
总成绩：
指导教师签字：
年月日
注：
成绩：
平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算
摘要
随着科学技术的飞速发展，单片机技术已经迅速的运用到人们的日常生活中，在人们的生产控制中起到了至关重要的作用，这次设计就是在这样的一种情况下运用而生。
本次设计以AT89S52单片机为核心，用数码管、继电器、拨动开关等器件设计一个控制电路，实现由8位拨码开关控制继电器工作的设计，这次设计我们要用AT89S52单片机的运算与控制功能，它作为整体设计的核心部件，利用其汇编语言编写程序，协调各部分电路工作，其次我们设计显示电路，首先利用74LS244，它作为3态8位缓冲器作为驱动电路与3个动态LED数码显示管组成显示电路。
继电器电路也是人们经常运用的部件，它能作为各个方面的控制器。
在人们的机械领域起到了举足轻重的作用。
总之，拨码开关延迟继电器设计能够广泛的真正的运用到工业生产人们的日常生活中。
关键词：
单片机；拨码开关；继电器
附录II....................................................17
第1章绪论
随着社会的进步微电子技术的不断发展，单片机的智能化程度越来越高，反应速度也越来越快，产片的覆盖面也面向整个社会了，各个公司生产的不同单片机的性能也越来越高。
本次设计的单片机系统主要是利用8位拨码数码开关控制继电器工作，以AT89S52单片机为控制核心，延迟指定时间后使闭合继电器，读取8位拨码开关的状态，以八位开关的状态作为二进制的延迟常数，再设计两个按键，其中一个按键控制倒计时的开始，另一个按键重新置入倒计时常数，当倒计时开始后倒计时显示计时的秒数，来完成人类生活的需要，在本次设计中要在每个环节进行必要的测试与改正。
这次设计我们需要详细了解每个芯片的作用，例如单片机AT89S52，它作为整体设计的控制核心，协调控制各部分电路，3位8态缓冲器74LS244与3位LED动态数码显示管共同组成显示电路，使人们能够清晰了解数值的变化,希望本次设计能够真正的服务于人们的生产生活中。
第2章系统总体方案
2.1概述
以AT89S52芯片为核心，用数码管、继电器、拨动开关等器件设计一个控制电路，实现由8位拨动开关控制共阳极数码管显示时间使继电器工作的设计。
电路由电源模块、复位模块、时钟模块等。
它由5V直流电源供电，用8位拨码开关的作为输入，启动开始按键，数码管显示倒计时，单片机控制继电器工作，显示0时，继电器停止工作，重新拨动报码开关读取二进制数，启动开始按键，重新读取计时时间。
用编程语言编写程序，系统能够实现如下功能：
上电后数码管默认显示为“0”，调整8位拨动开关按二进制输入，按确定键后数码管显示对应的数字“0”-“255”,当开关按下时，数码管能够按倒计时进行，并且继电器能够闭合工作，数码管显示为0时，继电器停止工作。
2.2系统总体方案的比较
方案一：
本次设计采用AT89S52单片机，首先手动拨动8位拨码开关开关DIP，然后通过P1口连接到单片机，P0先连接缓冲器74LS244，再三位动态共阳极数码管显示。
P2口接继电器和开关1和开关2，当拨码开关输入再接位二进制数时，能在显示电路显示3位十进制数。
本方案编程简单，占用I/O端口少，电路设计较复杂，硬件增多，成本较低。
方案二：
采用AT89S52单片机，使用AT89S51单片机P1口，由手动拨动8位拨码开关开关P1口输出，P0连接74HC451，然后直接接三位静态共阳极数码管显示。
P2口接继电器和开关1和开关2，不加复位电路,方案二虽然成本较低，但是缺少相应的驱动电路，所以本次设计决定选用设计方案一，是设计能够进行下来。
方案一的显示电路的驱动电路用的是3态8位缓冲器74ls244，比方案二的74HC451便宜，而且方案二的3位静态显示管的成本也高，所以，总的来说，两个方案都能实现同样的功能，方案一，硬件较少，成本较低。
方案二成本较高，所以本次设计决定选用设计方案一，是设计能够进行下来。
2.3系统整体框图
该设计采用AT89S52单片机为核心，整个流程分为以下几个部件，本次设计的AT89S52单片机系统主要是利用数码开关控制继电器工作，以单片机为控制核心，延迟指定时间后使闭合继电器，读取8位拨码开关的状态，以八位开关的状态作为二进制的延迟常数，再设计两个按键，其中一个按键控制倒计时的开始，另一个按键重新置入倒计时常数，当倒计时开始后倒计时显示计时的秒数，然后按照上述过程，继续讲程序进行下去，本次设计显示电路通过74LS244缓冲器做驱动电路，显示管采用3为动态数码显示管，如图2.2所示：
图2.2总体框图
第3章系统硬件选择与设计
3.1电源电路设计
因为电源供电稳定是单片机能够正常工作的先决条件，所以本次设计我们所采用电源电路是由桥堆、3个100uF电解电容、2个0.01uF的瓷片电容，LM290组成，通过电源电路实现整流、滤波和稳压的作用，能够输出5V的稳定直流电压使单片机工作在稳定的5V直流激励下。
稳压器前面并联两个电容是滤波作用，单片机电源脚上面再接电容主要是处理两种问题：
1、滤除外界辐射的高频干扰；2、滤除单片机工作时自身产生的脉冲干扰，它能为AT89S52单片机持续提供稳定的电源，以便完成本次设计。
电源电路模块原理图如图3.1所示:
图3.1电源电路图
3.2复位电路设计
AT89S52的复位是由外部的复位电路实现的。
设计复位电路为采用按键电平复位电路，复位电路由1个0.1uF的电解电容和1个按键及1个300欧姆的电阻组成，电路模块一端接VCC一端接AT89S52的RST管脚,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。
AT89S52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。
上电复位的工作过程是在加电时，复位电路通过电容加给RST端一个短暂的高电平信号，此高电平信号随着Vcc对电容的充电过程而逐渐回落，即RST端的高电平持续时间取决于电容的充电时间,复位电路在本次设计中起到了防止单片机发生错误时无法使各个模块恢复到初始状态的作用。
手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平（图1）。
一般采用的办法是在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。
手动按钮复位的电路如所示。
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。
复位模块电路图如图3.2所示:
图3.2复位电路
3.3晶振电路的设计
AT89S52单片机各功能部件的运行都以时钟控制信号为基准工作的，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性，分为内部时钟方式和外部时钟方式，设计电路为外部时钟方式，如图3.3所示。
晶振电路由2个33pF的瓷片电容和1个12M晶振，连接到AT89S52的第十八、十九管脚，两电容之间通过导线接地。
单片机晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。
通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。
有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。
晶振通常与锁相环电路配合使用，以提供系统所需的时钟频率。
如果不同子系统需要不同频率的时钟信号，可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供。
其中Cv是用来调节振荡频率，一般用变容二极管加上不同的反偏电压来实现，这也是压控作用的机理；晶振电路如图3.3所示：
图3.3晶振电路
3.4显示电路的设计
本设计所利用的一种是用单片机的一个并行I／O口实现多个LED显示的简单方法，图3.4所示是该电路的硬件原理图。
其中，74LS244为3态8位缓冲器，LED采用L05F型3位共阳极数码管。
首先从AT89S52单片机的P0口连接到3态8位缓冲器74LS244，一般用作总线驱动器74LS244没有锁存的功能。
显示时，其显示数据以串行方式从AT89S52单片机的P0口输出送往3态8位缓冲器74LS244的两端，然后将变成的并行数据从输出端Y1～Y8输出，以控制开关管WT1～WT8的集电极，然后再将输出的LED段选码同时送往数码管LED1～LED3。
位选码由AT89S52的P0.1～P0.7口输出并74LS244为3态8位缓冲器送往LED数码管的a,b,c,d,e,f,dp，以对数码管LED1～LED3进行位选控制，这样，3个数码管便以一定的时间间隔轮流显示。
由于人眼的残留效应，这3个数码管看上去几乎是同时显示。
此外，本次设计的这三个LED显示数码管采用的是动态显示，动态显示就是一位一位地轮流点亮显示器的各个位（扫描），对于显示器的每一位而言，每隔一段时间点亮一次。
显示器的亮度既与导通电流有关，也与点亮的时间和间隔的比例有关。
显示电路如图3.4所示：
图3.4显示电路
3.5继电器电路的设计
本次设计，继电器与单片机的P2.4口相连，当开关键按下，显示电路开始倒计时的时候，继电器工作，当3位LED动态显示的数值为0时，继电器停止工作。
工作原理：
这里继电器由相应的S8050三极管来驱动，开机时，单片机初始化后的P2.4为高电平，＋5伏电源通过电阻使三极管导通，所以开机后继电器始终处于吸合状态，如果我们在程序中给单片机一条：
CLRP2.4的指令的话，相应三极管的基极就会被拉低到零伏左右，使相应的三极管截至，继电器就会断电释放，每个继电器都有一个常开转常闭的接点，便于在其他电路中使用，继电器线圈两端反相并联的二极管是起到吸收反向电动势的功能，保护相应的驱动三极管，这种继电器驱动方式硬件结构比较简单。
继电器电路图如图3.5所示：
3.5继电器电路
3.6拨动开关电路的设计
本次设计的8位拨码开关是一个多位BCD编码拨动开关，每个拨动开关里面都有一块电路板，通过印刷电路图案产生BCD编码，每一位开关下面的4个管脚输出相应的BCD码，8位拨码开关，当是8个开关集成在一起了，通常1就是开关闭合，0是开关断开，每一个开关开启与闭合都是不同的状态。
拨动开关有上拉电阻连接，才可以接电源。
本次设计，首先8位拨码开关要先连接上拉电阻，只有这样才能稳定的把高低电平的状态输送出来，然后连接到AT89S52单片机的P1口，通过P1口输入一个8位2进制数，接着经过AT89S52单片机用C语言将8位二进制数转换为十进制数，最后经过P0口输送给显示电路。
在这次设计中拨码开关的状态是任意的，也就是说通过拨动开关，它所输出的高，低电平的状态是任意的（00000000~11111111），通过AT89S52单片机转换，在显示电路中，3位动态的数值是在0~255的范围内变化。
拨码开关电路图如图3.5所示：
图3.6拨动开关电路
第4章软件设计
4.1总程序框图
图4.1总程序框图
首先，通过手动拨动拨码开关输入八位二级制数把信号传入AT89S52单片机的P0口，然后AT89S52单片机通过汇编语言把二级制数转换成十进制数通过P1口传递给三位动态数码管显示，此时判断开关状态，如果是按键1按下，单片机接受信号是数码管开始倒计时，并是连接在P2.4口的继电器开始工作，判断3位动态数码管显示值是否为0，如果不为0，则继电器继续工作，如果为0，则继电器停止工作。
当3位动态数码管显示数值为0时，继电器停止工作，状态重新恢复到初始状态，重新输入八位二进制数，重现按下按键，判断开关状态，重新通过AT89S52单片机把二进制数转换为十进制数送入3为动态数码管显示，按照上述过程重复进行。
4.2去抖子程序框图
图4.2键盘去抖子程序框图
当有按键按下时，首先通过单片机汇编语言程序执行一个大约10ms的延时，判断按键是否按下，如果按键按下则通过单片机实现其相应的功能，如果发现10ms过后，按键没有按下，则说明这是一个抖动的结果，单片机不应该做相应的处理，重新恢复到初始状态，继续判断其他按键。
第5章系统性能测试
系统测试：
测试仪器：
万用表、直流稳压电源5V、连续脉冲1Hz。
测试方法：
测试分两部分：
一、检查拨码开关部分，二、后测计数部分。
注意上电之前先用万用表直流档测量稳压电源是否达到5V,电源满足要求后，可以上电测试。
检查拨码开关：
用排线将编码部分即8位拨码开关输出端分别与单片机P1.0，P1.1,P1.2,P1.3，P1.4，P1.5，P1.6,P1.7连接起来，通过上端LED显示灯的亮与灭检查拨码开关是否好用。
显示部分：
用排线将AT89S52单片机的输出端接到三态输出的八路缓冲器和线路驱动器74LS244，74LS244输出与3位动态数码管相连，观察显示数值。
测试结果分析：
通过以上两步检查，发现拨码开关好用，但是数码管显示数值发生偏差，最终调试程序发现共阳数码管的显示编码有错误，最终更改为：
0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH，经重新调试，发现显示值正确。
第6章课程设计总结
通过完成这次单片机系统设计任务，不仅使我加深了对单片机的理论认识，还提高了自己的动手实践能力，此外，还锻炼了自学能力以及培养了合作意识。
我认真阅读了一些单片机方面的资料，包括书籍和网上下载的资料，弥补了之前对单片机认识的不足，重新认识了AT89S52单片机,是我对AT89S52单片机的原理获得了更深的认识。
了解了ST89S52单片机的各种引脚功能，了解了这个单片机是如何协调各种功能工作，了解了各种汇编语言的是怎样结合在一起的。
而且通过这次设计更是我了解了74LS244，了解了它如何与数码显示管组成显示电路。
这次拨码开关延迟继电器设计首先使用Protel99se画电路原理图以。
通过画继电器电路，晶振电路，复位电路，开关电路等，因为之前没有独立画过，这次完全要靠自己，经过请教以及自己的摸索，成功画出两样图形，不过，由于经验不足，某些地方欠妥。
这次完成单片机系统，不是完全一个人在做，而是整个组员的人在做，有许多问题一个人是解决不了的，经过交流和探讨，许多方法得以提出，很好的解决了问题，这是交流和合作的结果。
有时是自己请教别人一些不擅长的知识或技能，有时是别人请教自己，这样互相弥补不足，双方均有提高，这就是合作的意义。
总之，这次完成单片机系统设计的过程是一个综合的过程，使自己的许多方面的能力得以提高。
参考文献
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北京航空航天大学出版社.
附录Ⅰ
总体设计图
附录II
总程序：
ORG0000H
SJMPSTART
ORG0003H
LJMPX0_INT
ORG0013H
LJMPX1_INT
START:
MOVTMOD,#01H;
MOVTH0,#HIGH（65536-50000）;
MOVTL0,#LOW（65536-50000）;
SETBTR0
SETBIT0
SETBIT1
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MOVIP,#00000100B
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MOVA,30H
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ANLA,#0FH
MOV31H,A
JNZX0_LOOP
MOVP2,#0C0H
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POPACC
RETI
X1_INT:
PUSHACC
PUSHPSW
SETBRS0
SETBRS1
MOV32H,#0
X1_LOOP:
升级会员 