精品单片机最小应用系统设计报告-单片机继电器控制-定.doc

精品单片机最小应用系统设计报告-单片机继电器控制-定.doc

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电子科技大学

单片机最小应用系统

设

计

报

告

指导老师：

学生：

学号：

机电工程学院

2009年5月

单片机最小应用系统设计报告

一、设计题目………………………………………………………1

二、设计目的………………………………………………………1

三、系统硬件图……………………………………………………1

四、程序流程图……………………………………………………2

五、系统分析与说明

5.1系统主要组成部分………………………………………3

5.2继电器量部分……………………………………………4

5.3单片机最小系统部分……………………………………5

5.4可编程并行接口芯8255A部分…………………………10

5.5电路板的制作……………………………………………15

5.6系统连线说明分析.…………………………………….16

六、源程序………………………………………………………17

七、设计体会………………………………………………………20

八、参考文献……………………………………………………20

一、设计题目

继电器控制。

用8031单片机和8255控制继电器，实现外部电路转换。

按一个按钮，第一条线通，再按一下，第一条线路断开，第二条线路通。

二、设计目的

1、通过本次实验，掌握继电器的基本原理和特点。

2、掌握可编程通用并行接口芯片8255芯片的结构及编程方法。

3、搭建单片机最小应用系统，进一步加深对单片机应用的理解，提高处理实际问题的能力和独立分析思考的能力。

三、系统硬件图

1、继电器控制的硬件电路原理图如下：

图1电路原理图

2、PCB图如下：

图2PCB图

四、程序流程图

继电器控制系统程序框图如下：

两继电器断开

Key_count=0

第二个按钮是否按下

第二个继电器闭合，另一个断开

第一个继电器闭合

第一个按钮是否按下

Key_count++

开始

图3程序流程图

五、系统分析与说明

5.1系统主要组成部分

继电器控制系统主要分为三个部分：

单片机最小系统，继电器部分，可编程并行接口芯片8255A部分。

所用主要元件有：

AT89S51，SRD-05VDC-SL-C型继电器器，8255A，发光二级管。

5.2继电器部分

5.2.1继电器实物图与电气图

继电器是一种电子控制器件，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），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“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4继电器实物图

图5继电器电气图

5.2.2继电器的工作原理和特性

电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。

只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。

当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。

这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。

对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：

继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。

5.2.3继电器的选用注意事项

①控制电路的电源电压，能提供的最大电流；

②被控制电路中的电压和电流；

③被控电路需要几组、什么形式的触点。

选用继电器时，一般控制电路的电源电压可作为选用的依据。

控制电路应能给继电器提供足够的工作电流，否则继电器吸合是不稳定的；

④注意器具的容积。

若是用于一般用电器，除考虑机箱容积外，小型继电器主要考虑电路板安装布局。

对于小型电器，如玩具、遥控装置则应选用超小型继电器产品。

5.3单片机最小系统部分

MCS-51系列单片机是一种高性能的8位机系列，广泛应用于各种小型控制系统中，其引脚图如图所示。

本论文采用的AT89C51单片机是AMTEL公司生产的MCS-51系列的兼容产品，与MCS-51指令系统兼容，系统结构相同，CMOS工艺制造并带有非易失性Flash程序存储器。

全部支持12时钟和6时钟操作。

AT89C51包含128字节RAM、32条I/O口线、3个16位定时/计数器、6输入4优先级嵌套中断结构、1个串行I/O口（可用于多机通信I/O扩展或全双工UART以及片内振荡器和时钟电路）。

CPU

RAM

ROM

I/O接口

电路

定时器/

计数器

时钟

图6MCS-51引脚图

MCS-51系列单片机的并行I/O口

接口电路是微机必不可少的组成部分，并行输入确出接口是CPU和外部进行信息交换的主要通道。

MSC－51系列单片有4个8位并行双向I/O口P0～P3，共32根I/O线。

每一根线能独立用作输入或输出。

单片机可以外接键盘、显示器等外围设备．还可以进行系统扩展，以解决硬件资源不足问题。

4个并行口都是双向口，既可以输入又可以输出。

P0、P2口经常作外部扩展存储器时的数据、地址线，P3口除作I/O口外，每一根都有第二功能。

这4个I/O口结构基本相同，但仍存在差别。

（1）P1口是最常用的I/O口如图所示，因为不作数据地址线，其结构中没有数据地址线，也没有多路开关MUX，输出驱动电路接有上拉电阻。

P1口输入输出时与P0作I/O时相似，输出数据时．先写入锁存器，经Q端反相，再经场效应管反相输出到引脚。

输入时，先向锁存器写l，使v管截止．外部引脚信号由下方读缓冲器送入内部总线，完成读引脚操作。

P1口也可以读锁存器。

外部提升电阻将引脚拉升至高电平，但输人的低电平信号能将其拉低，不会影响低电平的输入。

图7P1口一位结构

（2）P2口的位结构比P1多了一个控制转换部分如图5所示，结构与P0口基本相似，如下图所示。

P2口改P0推拉式输出驱动电路为上拉电阻式，当控制信号s为低电平，作I/O口使用时，多路开关MUX使锁存器输出端Q与输出驱动输入端接通，构成一个准双向口。

此外，当外部扩展存储器时，P2口常做高8位地址线使用。

图8P2口一位结构

下表中概括了单片机中使用到的并行口P1、P2功能：

表1P1、P2功能一览表

MCS-51系列单片机的工作方式和时序

单片机应用系统中，除了基本计算机系统单元电路外．还需配备完整的外围电路、以完成复位、掉电保护、提供时钟、节电等功能。

（1）时钟电路：

单片机内部有一个高增益的反相放大器，通过XTAL1和XTAL2引脚外接石英振于或陶瓷振子、微调电容组成振荡器如图13所示。

该振荡器发出的脉冲直接送入内部时钟电路。

振荡器若外接的是石英扳子，微调电容通常选择30pF；外接陶瓷娠子时选样47pF。

振荡频率范围选择1.2—12M。

MCS5-51系列单片机也可以采用外接时钟，这时XTAL2脚用来输入外部时钟信号（XTAL2脚为内部时钟电路的输入端），XTALl脚则接地如图13－b所示。

对于CHM05工艺制造的80C51单片机，则应从XTALl脚输入外部时钟信号，XTAL2脚悬空。

（a）外接石英晶体振荡电路（b）外接时钟电路

图9两种单片机时钟电路

（a）上电复位（b）按键电平复位

（c）RC放电过程（d）电平复位过程

图10单片机常用复位电路

（2）复位电路：

复位使单片机处于起始状态，并从此状态开始运行MCS5-51单片机RST引脚为复位端，该引脚连续保持2个机器周期（24个时钟振荡周期）以上的高电平。

可使单片机复位。

本论文使用的是外部复位电路，单片机在启动后要从复位状态开始运行，因此上电时要完成复位工作，称上电复位，如图10－a所示。

上电瞬间电容两端的电压不能发生突变，只RST端为高电平＋5v，上电后电容通过及RC电路放电RST端电压逐渐下降，直至低电平0V，如图10－c所示。

适当选择R、C的值，使RST端的高I电平维持2个机器周期以上即可完成复位。

单片机L在运行过程中，出于本身或外并干扰的原因会导致出错。

这时可按复位键以重新开始远行，按键复位可分为按键电平复位或按健脉冲复位，如图10－b所示。

按键脉冲复位和上电平复值的原理是一样的，都是利用RC电路的放电原理，如图10－d所示。

让RST端能保持一段时间的高电平，以完成复位，按键电平复位时，按键时间也应保持在两个机器周期以上。

根据设计要求和计算简便的原则，我们选择12M的石英晶振、30PF的电容、+5V电源，最小系统如下：

图11单片机最小系统

5.4可编程并行接口芯片8255A部分

8255A可编程外围接口芯片是INTEL公司生产的通用并行接口芯片，它具有A、B、C三个并行接口，用+5V单电源供电，能在以下三种方式下工作：

方式0：

基本输入／输出式；

方式1：

选通输入／输出式；

方式2：

双向选通工作方式。

8255A可编程输入/输出接口

1．从功能上来分，8255A的结构可分为：

总线接口电路、内部控制逻辑和输入/输出接口电路。

（1）总线接口电路

数据总线缓冲器和读/写控制逻辑。

（2）内部控制逻辑

（3）输入/输出接口电路

图128255A的结构框图

1）三个数据端口

8255A芯片内部有三个8位的输入输出端口，分别为A口、B口和C口，可用指令将

它们分别设置成输入或输出端口，它们在结构和功能上各有特点。

端口A包含一个8位数据输入锁存器和一个8位数据输出锁存器／缓仲器。

端口A无论是用做输入端口还是用做输出端口，其数据均能锁存。

端口B包含一个8位数据输入缓仲器和一个8位数据输出锁存器准仲器。

端口B用做输出端口时，其数据能锁存；用做输入端口时，不具有锁存能力，此时外设输入的数据必须维持到被CPU读取为土。

端口C包含一个8位数据输入缓仲器和一个8位数据输出锁存器准仲器，当它被用做输入端口时，不具有锁存能力。

端口A和端口B一般作为独立的I/O口使用，与外设的数据线相连。

端口C可以作为一个独立的8位I/O口；也可以拆分为由高4位和低4位分别组成的两个4位端口，作为两个独立的4位I/O口使用；端口C拆分开的高4位和低4位还可以与端口A和端口B配合，作为端口A和端口B的信号联络线。

2）两组控制器

8255A将端口AB、C分为两组：

端口A和端口C的高岑位构成A组，由A组控制器进行控制；端口B和端口C的低岑位构成B组，由B组控制器进行控制。

这两组控制器都从读／写控制逻辑接收命令信号和读写信号，从内部数据总线接收控制字，并根据控制字确定各