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。