基于51单片机的智能LED照明控制系统设计
摘要
随着社会的发展人们对生活质量的要求越来越高，照明在能耗中所占的比例日益增加,因而照明节能也日显重要。现在国内外普及使用的节能开关基本有声控型、触摸型、感光型等。这几种开关各有自己的弊端，如声控型不适合环境嘈杂场所、感光型开关在无人期间不能自动关闭。本设计通过AT89C51单片机结合LED照明技术、红外传感技术、光感技术、延时技术、处理等技术来实现对照明设备的智能控制。单片机通过继电器控制照明设备的打开或者关闭、通过光照检测电路对照明设备周边亮度进行检测，如果亮度不够则单片机同时检测BIS0001芯片是否采集到了人体热释电传感信号，根据有无人体热释电传感信号单片机立刻控制照明设备打开或关闭。
关键词：单片机；传感器；BIS0001；照明控制；节能
Abstract
With the development of society people of the quality of life in demand is higher and higher, lighting in the proportion of energy consumption, thus increasing illumination energy conservation also more and more importantly. Now universal use energy-saving switch at home and abroad have sonic basic type, touch type, photographic type and so on. This several switch have their own disadvantages, such as sonic type is not suitable for environmental noisy places, photographic switch in one period can't shut automatically. This design combined by AT89C51 LED lighting technology, infrared sensing technology, light sensor technology, the delay technique and processing technology to realize the intelligent control of lighting equipment. Microcomputer controls lighting equipment open or closed, by the relay ,through the light detection circuit for lighting equipment testing, if surrounding brightness is not enough then microcomputer detect the BIS0001 chip whether collected to human pyroelectric sensing signals, according to whether have pyroelectric sensing signals microcontroller redirected immediately control lighting equipment open or closed.
Keywords: microcontroller;sensor;BIS0001;lighting control;energy-saving
目录
摘要................................................................ I ABSTRACT............................................................ III 前言. (1)
1 概述 (2)
1.1 课题研究背景 (2)
1.2 课题研究的目的与意义 (2)
1.2.1 良好的节能效果和延长灯具寿命 (2)
1.2.2 改善工作环境，提高工作效率 (2)
1.2.3 提高管理水平 (3)
1.2.4 较好的投资收益效果 (3)
2 系统设计方案 (4)
2.1 单片机的选择 (4)
2.2光照检测方式 (5)
2.3 人体感应方式 (5)
2.4 延时参数设置电路 (6)
2.5 照明设备驱动电路 (6)
3 硬件电路设计与实现 (7)
3.1 系统硬件总述 (7)
3.2 CPU性能介绍 (7)
3.3 主控制机电路设计 (7)
3.4 菲涅尔透镜 (8)
3.5 热释电传感器及处理电路 (9)
3.5.1 热释电红外线传感器 (9)
3.5.2 信号处理电路 (10)
3.6 光照检测电路 (11)
3.7 控制电路 (11)
3.7.1 延时时间选择电路 (11)
3.7.2 输出控制电路 (12)
3.8 时钟电路 (12)
4 系统软件设计及实现 (13)
4.1 系统软件流程图 (13)
4.2 仿真环境介绍 (14)
4.2.1 Keil介绍 (14)
4.2.2 Proteus介绍 (14)
5 系统可靠性技术 (15)
5.1干扰产生的后果 (15)
5.2 单片机应用系统的硬件抗干扰设计 (16)
5.3 软件抗干扰技术 (17)
毕业设计总结.......................................... 错误!未定义书签。参考文献. (19)
致谢 (20)
随着国民经济的快速发展和社会进步，教育在全社会愈加被关注和重视，校园规模也随着受教育者的数量增加而不断扩大，教室的数量也大幅度增加。为使师生有舒适的教学和学习的环境，无论是教室的面积、设施和照度，校方在力所能及的范围内，都付出了十分的努力。但由于学校开放型的管理模式，以及全员的节能意识的淡薄，高校的教室在白天室内照度很高的情况下，仍然普遍存在开灯作业；即使室内无人或人数很少的情况下，也是全部开启室内照明。夜间许多教室，即使仅有几个学生在教室自习，但室内照明全部开启，绝不会有师生因为只有少数人而仅开几盏灯。
LED被认为是21世纪的照明光源。LED发光器件是冷光源，光效高，工作电压低，而且能耗低，同样亮度下，LED能耗为白炽灯的10％，荧光灯的50％。LED寿命可达10万小时，是荧光灯的10倍，白炽灯的100倍。用LED替代白炽灯或荧光灯，环保无污染。使用安全可靠，便于维护。我国照明用电占总发电量的12％。目前，公共建筑的照明灯具控制大多采用手动开关，经常出现没有及时开关的现象，从而造成大量的能源浪费和使用上的不便。另外，不必要的使用，也会缩短灯具的使用寿命。本文阐述了一套LED智能照明控制系统设计方案，可以根据工作环境中是否有人员和环境补光亮度等来自动控制照明的开关和亮度。采用本系统具有提高用电效率，节约电能和缓解了用电高峰的电力供应压力双重作用。
单片机的出现至今已经有30多年的历史了。微型计算机的迅速发展，促进微型计算机测量和控制技术的迅速发展和广泛应用，单片机（单片微型计算机）的应用已经渗透到广泛渗透到社会经济、军事、交通、通信等相关行业，而且也深入到家电、娱乐、艺术、社会文化等各个领域，并掀起了一场数字化技术革命。单片微型计算机就是将中央处理单元、存储器、定时/计数器和多种接口都集成到一块集成电路芯片上的微型计算机。因此一块芯片就构成了一台计算机。它已成为工业控制领域、智能仪器仪表、尖端武器、日常生活中最广泛使用的计算机。
本篇论文介绍了就是基于单片机AT89C51的室内灯光控制系统的研究和开发。本系统是以单片机为控制器的核心，本系统主要由光照检测电路、热释电红外线传感器及处理电路、单片机系统及控制电路组成。工作时，光照检测电路和热释电红外线传感器采集光照强弱、室人是否有人等信息送到单片机，单片机根据这些信息通过控制电路对LED照明设备进行开关操作，从而实现照明控制，以达到节能的目的。
1.1 课题研究背景
随着计算机网络、通信、控制等技术的发展,智能建筑的发展越来越迅猛。目前，国内大多数智能建筑存在效率低、能耗高的现象。就智能建筑的照明系统来说，许多地方的灯经常是从早到晚开着的，不管这些房间或楼道是否有人，也不管有多少人。或者，当自然光照度很好时，灯不能及时关闭；反之，当自然光照度难以满足人的需求时，又不能及时打开灯光。这种照明方式，不仅造成能源的浪费，而且不能满足人对照明的基本需求，同时也给人的视力造成了很大的影响。现代照明除了满足人的基本生活、学习要求之外，将更注重能量的节省和使用上的便利，以及满足人类工程学的个性方面的要求。特别是近年来大厦内利用计算机工作的人员比例上升，不同视觉要求的工作的数量和复杂程度大大增加。所以要做到合理、经济、节能，首先应采用先进成熟的技术和产品，如电光源、灯具、照明控制系统。因此，适应不同个人和工作需要，结合自动调节与手动调节的智能化照明系统已经成为必不可少了。
而在大学校园的建设热潮中，各大高校和他们的建设者也意识到了智能照明的重要性。相对商业楼宇而言，大学校园里的大功率动力和制冷设备比重较少，照明灯具则相对比重更多，所以控制教室照明是节能的关键。使用照明控制系统，更能体现其在节能与管理方面的优势，提高学校的科学管理水平，而且还能节省开支。
1.2 课题研究的目的与意义
1.2.1 良好的节能效果和延长灯具寿命
节能是照明控制系统的最大优势。传统的楼宇公共区域照明工作模式，只能是白天关灯，晚上开灯。而采用了智能照明控制系统后，可以根据不同场合、不同的人流量，进行时间段、工作模式的细分，把不必要的照明关掉，在需要时自动开启。同时，系统还能充分利用自然光，自动调节室内照度。控制系统实现了不同工作场合的多种照明工作模式，在保证必要照明的同时，有效减少了灯具的工作时间，节省了不必要的能源开支，也延长了灯具的寿命。
1.2.2 改善工作环境，提高工作效率
良好的工作环境是提高工作效率的一个必要条件。合理地选用光源、灯具及性能优越的照明控制系统，都能提高照明质量。智能照明控制系统具有开关和调光两
种控制方法，可以有效地控制各种照明场所的平均照度值，从而提高照度均匀性。同时，系统能根据不同的时间段，人们的不同需要，自动调节照度。
1.2.3 提高管理水平
智能照明控制系统是以自动控制为主、人工控制为辅的系统。在一般的情况下，不需要有人的参与，照明系统自动实现开关和调光功能，既大大减少了管理人员的数量，也排除了由于人为因素而出现的不定时开关，影响学校的正常教学、生活秩序的情况。
1.2.4 较好的投资收益效果
智能照明控制系统在节能和节省灯具使用的同时，有效节省了电费与管理费用的支出。根据一般的办公大楼运营的经验来看，节能效果能达到40％以上，一般的商场、酒店、地铁站等节能效果也能达到25％～30％。
2 系统设计方案
2.1 单片机的选择
方案一、MCS-51单片机
AT89C51是MSC-51单片机中应用最广泛的型号，现在以其为代表介绍其参数。AT89C51单片机是把那些作为控制应用所必需的基本内容都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上。如果按功能划分，它由如下功能部件组成，即微处理器、数据存储器、程序存储器、并行I/O口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器。它们都是通过片内单一总线连接而成，其基本结构依旧是CPU加上外围芯片的传统结构模式。但对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。其内部结构主要有以下几部分：
?微处理器该单片机中有一个8位的微处理器，与通用的微处理器基本相同，
同样包括了运算器和控制器两大部分，只是增加了面向控制的处理功能，不
仅可处理数据，还可以进行位变量的处理。
?数据存储器片内为128个字节，片外最多可外扩至64k字节，用来存储程
序在运行期间的工作变量、运算的中间结果、数据暂存和缓冲、标志位等，所以称为数据存储器。
?程序存储器由于受集成度限制，片内只读存储器一般容量较小，如果片内
的只读存储器的容量不够，则需用扩展片外的只读存储器，片外最多可外扩
至64k字节。
?中断系统具有5个中断源，2级中断优先权。
?定时器/计数器片内有2个16位的定时器/计数器，具有四种工作方式。
?串行口 1个全双工的串行口，具有四种工作方式。可用来进行串行通讯，
扩展并行I/O口，甚至与多个单片机相连构成多机系统，从而使单片机的功
能更强且应用更广。
?4个并行8位I/O口分别为P1口、P2口、P3口、P4口
?特殊功能寄存器共有21个，用于对片内的个功能的部件进行管理、控制、
监视。实际上是一些控制寄存器和状态寄存器，是一个具有特殊功能的RAM
区。
方案二、AVR 单片机
1997年,由ATMEL公司挪威设计中心的A先生与V先生利用ATMEL公司的
Flash新技术, 共同研发出RISC精简指令集的高速8位单片机，简称AVR。相对于出现较早也较为成熟的51系列单片机，AVR系列单片机片内资源更为丰富，接口也更为强大，同时由于其价格低等优势，在很多场合可以替代51系列单片机。
由于采用了高性能的MCU,省掉了大量的外围器件,如外扩RAM、ROM存储器等,使硬件结构大大简化,提高了系统的可靠性。
?它与其它结构类型单片机相比，AVR具有以下一系列的优点：
?在相同的系统时钟下AVR运行速度最快；
?芯片内部的Flash、EEPROM、SRAM容量较大；
?所有型号的Flash、EEPROM都可以反复烧写、全部支持在线编程烧写(ISP)；
?多种频率的内部RC振荡器、上电自动复位、看门狗、启动延时等功能，零
外围电路也可以工作；
?每个IO口都可以以推挽驱动的方式输出高、低电平，驱动能力强；
I2通
?内部资源丰富，一般都集成AD、DA模数器、PWM、SPI、USART、TWI、C
信口、丰富的中断源等。
方案分析：
除了以上几种单片机，市场上还有好的其它结构单片机。如果实现本系统，基本上上述三种类型的单片机都可以实现。考虑到MCS-51单片机具有较强的代表性以及该系列单片机资料较多，本设计采用AT89C51来实现。
2.2光照检测方式
方案一、采用光敏二极管或三极管等光传感器件把环境亮度转换成相应的数字电平，然后直接接入单片机IO引脚。
方案二、采用光敏电阻把环境亮度转换成相应的电压值（模拟值），然后通过运放后给单片机输入一个标准的数字信号。
由于光敏电阻属于纯阻性器件，所以采用方案一。
2.3 人体感应方式
方案一、采用红外对管进行检测。红外发送管和红外接收管分别安装在通道两侧。当某一时刻红外接收管如果接收不到信号表示两者之间有遮挡物通过，可以视为有人体进入。
方案二、采用集成电路BIS0001，该芯片是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路。它配以热释电红外传感器和少量外接元器件就可构成被动式的热释电红外
开关、报警用人体热释电传感器等。它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道、走廊等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。
由于方案一要求红外发送管和接收管必须相对才行，而且两者距离有限，实现起来较为不便，所以本设计采用方案二。
2.4 延时参数设置电路
方案一、采用NE555做延时定时器，单片机以脉冲方式触发该定时器。
方案二、采用单片机内部定时器定时。通过读取外部参数，单片机实现不同时间的定时。由于此方案简单可靠且节约成本，本系统采用这种方案。
2.5 照明设备驱动电路
方案一、采用可控硅控制。可控硅又称晶闸管，是一种具有三个PN 结的四层结构的大功率半导体器件。其具有体积小、结构相对简单、功能强等特点，是比较常用的半导体器件之一。
方案二、采用继电器控制。继电器是一种当输入量（电、磁、声、光、热）达到一定值时，输出量将发生跳跃式变化的自动控制器件。其具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中。根据结构不同，可以将其分为电磁继电器、热敏干簧继电器、固态继电器、磁簧继电器、光继电器等型号。由于电磁继电器简单易用，开关状态极其容易判断，所以本设计采用电磁继电器来控制。
3 硬件电路设计与实现
3.1 系统硬件总述
系统以单片微型计算机为核心外加多种接口电路组成，共有六个主要部分：
AT89C51芯片、光信号采集电路、人体信号采集电路、延时选择电路、输出控制电
路、时间显示电路，如图3-1所示。
N
图3-1 系统硬件总述图
3.2 CPU性能介绍
本系统采用了ATMEL公司MCS-51系列单片机中的AT89C51芯片，它是低压高性
能CMOS 8位微处理器，带有4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，15个I
／O口线，两个16位定时／计数器，—个5向量两级中断结构，一个全双工串行通
信口。
3.3 主控制机电路设计
主控制器采用AT89C51单片机作为微处理器，AT89C51是美国ATMEL公司生产
的低电压、高性能CMOS 8位单片机，片内含4K bytes的可反复擦写的Flash只读
程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高
密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处
理器（CPU）和Flash 存储单元。
主控制器系统的外围接口电路由信号处理电路、LED显示及控制电路、时间显
示电路等几部分组成。主控制器系统的硬件电路原理图如图3-2所示。
图3-2系统硬件电路图
为了使系统功能更加完善，在该系统中可以增加时间显示电路，用于显示当前的时间。由于该部分硬件与软件均已成熟，在此不做详细介绍。
3.4 菲涅尔透镜
菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用，即将热释红外信号折射（反射）在PIR 上，第二个作用是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号。当人进入感应范围，人体释放的红外光透过镜片被聚集在远距离A区或中距离B区或近距离C区的某个段的同心环上，同心环与红外线探头有一个适当的焦距，红外光正好被探头接收，探头将光信号变成电信号送入电子电路驱动负载工作。整个接收人体红外光的方式也被称为被动式红外活动目标探测器。
镜片主要有三种颜色：
一、聚乙烯材料原色，略透明，透光率好，不易变形。
二、白色主要用于适配外壳颜色。
三、黑色用于防强光干扰。镜片还可以结合产品外观注色，使产品整体更美观。每一种镜片有一型号（以年号+系列号命名），镜片主要参数：
一、外观描述——外观形状（长、方、圆）、尺寸（直径）。以毫米为单位。
二、探测范围——指镜片能探测的有效距离（米）和角度。
三、焦距——指镜片与探头窗口的距离，精确度以毫米的小数点为单位。长形和方形镜片要呈弧形以焦距为单位对准探头窗口。
镜片与探头的配合应用——我们常用的是双源式探头，揭开滤光玻璃片，其内部有两点对7—14um的红外波长特别敏感的TO—5材料连接着场效管。
图3-3 信号产生输出示意图
静态情况下空间存在红外光线，由于双源式探头采用互补技术，不会产生电信号输出。动态情况下，人体经过探头先后被A源或被B源感应，Sa
3.5 热释电传感器及处理电路
3.5.1 热释电红外线传感器
热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号。热释电传感器具有成本低、不需要用红外线或电磁波等发射源、灵敏度高、可流动安装等特点。实际使用时，在热释电传感器前需安装菲涅尔透镜，这样可大大提高接收灵敏度，增加检测距离及范围。实验证明，热释电红外传感器若不加菲涅尔透镜，则其检测距离仅为2 m左右；而配上菲涅尔透镜后，其检测距离可增加到10 m以上。由于热释电传感器输出的信号变化缓慢、幅值小(小于1 mV)，不能直接作为照明系统的控制信号，因此传感器的输出信号必须经过一个专门的信号处理电路，使得传感器输出信号的不规则波形转变成适合于单片机处理的数字信号。根据以上要求，人体热释电检测电路组成框图如图3-4所示。
图3-4人体热释电检测电路组成框图 3.5.2 信号处理电路
本设计采用BIS0001来完成对热释电传感器输出信号的处理。它配以热释电红外传感器和少量外接元器件就可构成被动式的热释电红外开关、报警用人体热释电传感器等。它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道、走廊等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。 它主要由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成。BIS0001的引脚图如图
图3-5BIS0001的引脚图
由BIS0001构成的信号处理电路如图3-6所示。
检测对象 菲涅尔透镜 热释电红外传感器 信号处理电路 Vm
图3-6 BIS0001的热释电红外开关应用电路图
图3-6中，运算放大器OP1将热释电红外传感器的输出信号作第一级放大，然后由C3耦合给运算放大器OP2进行第二级放大，再经由电压比较器COP1和COP2构成的双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号Vs去启动延迟时间定时器，输出信号Vo经晶体管T1放大驱动继电器去接通负载。R3为光敏电阻，用来检测环境照度。当作为照明控制时，若环境较明亮，R3的电阻值会降低，使9脚的输入保持为低电平，从而封锁触发信号Vs。SW1是工作方式选择开关，当SW1与1端连通时，芯片处于可重复触发工作方式；当SW1与2端连通时，芯片则处于不可重复触发工作方式。输出延迟时间Tx由外部的R9和C7的大小调整，值为Tx≈24576xR9C7；触发封锁时间Ti由外部的R10和C6的大小调整，值为Ti≈24xR10C6。
3.6 光照检测电路
如图3-2所示，当外界环境光照强时，光敏电阻R13阻值较小，则A点电平较低；当外界环境光照弱时，光敏电阻R13阻值较大，则A点电平较高，将此电平送到单片机，由程序控制是否实现照明。
3.7 控制电路
3.7.1 延时时间选择电路
系统在AT89C52的P1中设置了延时时间选择电路，其目的是在环境光照较弱时，照明设备延时一段时间后自动熄灭。电路通过P1．0～P1．3设置4个延时时间，当
P1．0～P3．0无开关闭合时，系统按初始值进行延时；当P1．0～P1．3有开关闭合时，程序从P1．3～P1．0进行检测，若检测到某一端口为低电平时，则系统按当前端口设置的值进行延时。设置时间关系值如表1所示。
3.7.2 输出控制电路
单片机对光照检测电路和传感器处理电路输出的信号进行检测，输出控制信号由单片机的P2．0输出。在室内环境光照较强或光较弱但室内又无人时，P2．0输出高电平，此时三极管V1截止，继电器J1不工作，则接在220 V上的照明设备不亮。在室内光照较弱且传感器检测室内有人时，则P2．0输出低电平，此时三极管V1导通，继电器J1工作，则220 V交流电通过继电器加到照明设备上，照明设备正常点亮。
3.8 时钟电路
AT89C51虽然有内部振荡电路，但要形成时钟，必须外部附加电路。AT89C51单片机的时钟产生方法有两种。内部时钟方式和外部时钟方式。
本设计采用内部时钟方式，利用芯片内部的振荡电路，在XTAL1、XTAL2引脚上外接定时元件，内部的振荡电路便产生自激振荡。本设计采用最常用的内部时钟方式，即用外接晶体和电容组成的并联谐振回路。振荡晶体可在1.2MHZ到12MHZ之间选择。电容值无严格要求，但电容取值对振荡频率输出的稳定性、大小、振荡电路起振速度有少许影响，CX1、CX2可在20pF到100pF之间取值。所以本设计中，振荡晶体选择6MHZ,电容选择30pF。
4 系统软件设计及实现
4.1 系统软件流程图
软件部分的主要任务是完成对光照检测电路和对热释电传感器信号处理电路的输出信号进行处理。在光照较强时，系统继续对光照检测电路的输出状态进行检测。光照较弱时，系统对信号处理电路的输出状态Vo进行检测。若室内有人时Vo为高电平，系统控制照明设备点亮并按设定的时间进行延时。在延时时间内再一次检测到有人时，则系统又按设定的时间进行延时；若在延时时间内检测到室内无人时，则系统控制照明设备熄灭并重新对信号处理电路的输出状态Vo进行检测。基于上述分析，系统软件设计流程如图4-1所示。
图4-1系统软件流程图
4.2 仿真环境介绍
4.2.1 Keil介绍
随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil。该软件是美国Keil Software公司出品的软件开发系统，其允许用户使用汇编或者C语言来开发MCS-51单片机（或与MSC-51指令兼容的其它单片机）的应用软件。功能上，Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部份组合在一起。外观上采用全Windows界面，容易上手。性能上，即便是使用高级语言开发应用程序，其生成的目标代码效率也非常高，多数语句生成的汇编代码很紧凑。
4.2.2 Proteus介绍
Porteus是一款集单片机仿真与SPICE分析于一身的EDA仿真软件，于1989年由英国Labcenter Eletronice Ltd研发成功，经过多年的发屏，现已成为当前EDA 性价比最高、性能最强的一款软件。
Proteus软件有十多年的历史，在全球广泛使用，除了其具有和其它EDA工具一样的原理布图、PCB自动或人工布线及电路仿真的功能外，其最大的特点是Proteus VSM(Virtual System Modelling)实现了混合模式的SPICE电路仿真，它将虚拟仪器、高级图表仿真、微处理器软仿真器、第三方的编译器和调试器等有机结合起来，在世界范围内第一次实现了在硬件物理模型搭建成功之前，即可在计算机上完成原理图设计、电路分析与仿真、处理器代码调试及实时仿真、系统测试，以及功能验证。
Proteus主要有两大部分组成：
ISIS——原理图设计、仿真系统。它用于电路原理图的设计以及交互式仿真。
ARES——印制电路板设计系统。它主要用于印制电路板的设计，产生最终的PCB 文件。
5 系统可靠性技术
在实验室里设计的控制系统，在安装、调试后完全符合设计要求，但把系统置入现场后，系统常常不能正常稳定地工作。产生这种情况的原因主要是现场环境复杂和各种各样的电磁干扰，所以单片机应用系统的可靠性设计、抗干扰技术变得越来越重要了。
工业现场环境中干扰是以脉冲产的形式进人单片机系统的，其主要的渠道有三条，即空干扰多发生在高电压、大电流、高频电磁场附近，并通过静电感应，电磁感应等方式侵入系统内部；供电系统干扰是由电源的噪声干扰引起的；过程通道干扰是干扰通过前向通道和后向通道进入系统的。干扰一般沿各种线路侵入系统。系统接地装置不可靠，也是产生干扰的重要原因；各类传感器，输人/输出线路的绝缘损坏均有可能引入干抚。
5.1干扰产生的后果
（1）数据采集误差的加大。当干扰侵入单片机系统的前向通道叠加在信号上，会使数据采集误差增大，特别是前向通道的传感器接口是小电压输入时，此现象会更加严重。
（2）程序运行失常：①控制状态失灵。在单片机系统中，由于干扰的加人使输出误差加大，造成逻辑状态改变，最终导致控制失常。②死机。在单片机系统受强干扰后，造成程序计数器（PC）值的改变，破坏程序正常运行。
（3）系统被控对象误操作。①单片机内部程序指针错乱，指向了其它地方，运行了错误的程序；②DRAM中的某些数据被冲乱或者特殊寄存器的值被改变，使程序计算出错误的结果。③中断误触发，使系统进行错误的中断处理。
（4）被控对象状态不稳定。锁存电路与被控对象间的线路（包括驱动电路）受干扰，从而造成被控对象状态不稳定。
（5）定时不准。①单片机内部程序指针错乱，使中断程序运行超出定时时间；
②RAM中计时数据被冲乱，使程序计算出错误的结果。
（6）数据发生变化。在单片机应用系统中，由于外部RAM是可读写的，在干扰的侵入下，RAM中数据有可能发生改变，虽然ROM能避免干扰破坏，但单片机片内RAM以及片内各种特殊功能寄存器等状态都有可能受干扰而变化，甚至EPROM中的数据也可能误读写,使程序计算出错误的结果。
针对以上出现的问题，本系统分别从硬件和软件两个方面来探讨一些提高单片
机应用系统抗干扰能力的方法。合理地使用软件和硬件抗干扰技术，可使系统最大限度地避免干扰的产生和受干扰后能使系统恢复正常运行，保证系统长期稳定可靠地工作。
5.2 单片机应用系统的硬件抗干扰设计
（1）供电系统。①防止从电源系统引入干扰，可采取交流稳压器保证供电的稳定性，防止电源的过压和欠压。使用隔离变压器滤掉高频噪声，低通滤波器滤掉工频干扰。②采用开关电源并提供足够的功率余量，主机部分使用单独的稳压电路，必要时I/O供电分别采用DC-DC模块隔离，以避免各个部分相互干扰。
（2）注意印制电路板的布线与工艺。①尽量采用多层印制电路板，多层板可提供良好的接地网，可防止产生地电位差和元件之间的耦合。②印制电路板要合理分区。模拟电路区、数字电路区、功率驱动区要尽量分开，地线不能相混，分别和电源端的地线相连。③元件面和焊接面应采用相互垂直、斜交、或者弯曲走线，避免相互平行以减小寄生耦合：避免相邻导线平行段过长；加大信号线间距。高频电路互联导线尽量短，使用45°或者圆弧折线布线，不要使用90°折线，以减小高频信号的发射。④印制电路板要按单点接电、单点心接地的原则送电。三个区域的电源线、地线分三路引出。地线、电源线要尽量粗，噪声元件与非噪声元件要尽量离远一些。时钟振荡电路、特殊高速逻辑电路部分用地线圈起来，让周围电场趋近于零。
⑤使用满足系统要求的最低频率的时钟，时钟产生器要尽量靠近用到该个TTL或20多个CMOS。如果输出负载过重，会降低输出电平，使电平处于或低于被驱动器件的输入门槛电平，从而造成系统不稳定。
（3）提高元器件的可靠性。①选用质量好的电子元件，并进行严格的测试、筛选和老化。②设计时元件技术参数要有一定的余量。③提高印制板和组装的质量。
（4）使用双机冗余设计。在对控制系统的可靠性有严格要求的场合，使用双机冗余可进一步提高系统抗干扰能力。双机冗余，就是执行同一个控制任务，可安排两个单片机来完成，即主机与从机。正常情况下，主机掌握着三总线的控制权，对整个系统进行控制，此时，从机处于待机状态，等待仲裁器的触发。当主机由于某种原因发生误动作时，仲裁器根据判别条件，若认为主机程序已混乱，则切断主机的总线控制权，将从机唤醒，从机将代替主机进行处理与控制。
（5）用好去耦电容。好的高频去耦电容可以去除高到1AHZ的高频成份。陶瓷片电容或多层陶瓷电容的高频特性较好。设计印刷线路板时，每个集成电路的电源，地之间都要加一个去耦电容。去耦电容有两个作用：一方面是本集成电路的蓄能电
《单片机技术》 课程设计报告 题目：基于MCU-51单片机的秒表设计班级： 学号： 姓名： 同组人员： 指导教师：王瑞瑛、汪淳 2014年6月17日
目录 1课程设计的目的 (3) 2 课程设计题目描述和要求 (3) 2.1实验题目 (4) 2.2设计指标 (4) 2.3设计要求 (4) 2.4增加功能 (4) 2.5课程设计的难点 (4) 2.6课程设计容提要 (4) 3 课程设计报告容 (5) 3.1设计思路 (5) 3.2设计过程 (6) 3.3 程序流程及实验效果 (7) 3.4 实验效果 (16) 4 心得体会 (17)
基于MCS-51单片机的秒表设计 摘要：单片机控制秒表是集于单片机技术、模拟电子技术、数字技术为一体的机电一体化高科技产品，具有功耗低，安全性高，使用方便等优点。本次设计容为以8051 单片机为核心的秒表，它采用键盘输入，单片机技术控制。设计容以硬件电路设计，软件设计和PCB 板制作三部分来设计。利用单片机的定时器/计数器定时和计数的原理，用集成电路芯片、LED 数码管以及按键来设计计时器。将软、硬件有机地结合起来，使他拥有正确的计时、暂停、清零、并同时可以用数码管显示，在现实生中应用广泛。 关键词:秒表;8051;定时器;计数器 1 课程设计的目的 《单片机应用基础》课程设计是学好本门课程的又一重要实践性教学环节，课程设计的目的就是配合本课程的教学和平时实验，以达到巩固消化课程的容，进一步加强综合应用能力及单片机应用系统开发和设计能力的训练，启发创新思维，使之具有独立单片机产品和科研的基本技能，是以培养学生综合运用所学知识的过程，是知识转化为能力和能力转化为工程素质的重要阶段。 2 课程设计题目描述和要求
基于51单片机课程设计报告 院系：电子通信工程 团组：电子设计大赛1组 姓名： 指导老师：
目录 一、摘要 (3) 二、系统方案的设计 (3) 三、硬件资源 (5) 四、硬件总体电路搭建 (13) 五、程序流程图 (14) 六、设计感想 (14) 七、参考文献 (16) 附录 (17) 附录 1 程序代码 (17)
一、摘要 本设计以STC89C51单片机为核心的温度控制系统的工作原理和设计方法。温度信号由温度芯片DS18B20采集，并以数字信号的方式传送给单片机。文中介绍了该控制系统的硬件部分，包括：温度检测电路、温度控制电路。单片机通过对信号进行相应处理，从而实现温度控制的目的。文中还着重介绍了软件设计部分，在这里采用模块化结构，主要模块有：数码管显示程序、键盘扫描及按键处理程序、温度信号处理程序、led控制程序、超温报警程序。 关键词：STC89C51单片机 DS18B20温度芯片温度控制 ,LED报警提示. 二、系统方案的设计 1、设计要求 基本功能： 不加热时实时显示时间，并可手动设置时间； 设定加热水温功能。人工设定热水器烧水的温度，范围在20～70度之间，打开开关后，根据设定温度与水温确定是否加热，及何时停止加热，可实时显示温度； 设定加热时间功能。限定烧水时间，加热时间内超过温度上限或低于温度下限报警，并可实时显示温度。 2、系统设计的框架
本课题设计的是一种以STC89C51单片机为主控制单元，以DS18B20为温度传感器的温度控制系统。该控制系统可以实时存储相关的温度数据并记录当前的时间。其主要包括：电源模块、温度测量及调理电路、键盘、数码管显示、指示灯、报警、继电器及单片机最小系统。 图1 系统设计框架 3 工作原理 温度传感器 DS18B20 从设备环境的不同位置采集温度，单片机STC8951获取采集的温度值，经处理后得到当前环境中一个比较稳定的温度值，再根据当前设定的温度上下限值，通过加热和降温对当前温度进行调整。当采集的温度经处理后超过设定温度的上限时，单片机通过三极管驱动继电器开启降温设备(压缩制冷器) ，当采集的温度经处理后低于设定温度的下时 , 单片机通过三极管驱动继电器开启升温设备 (加热器) ，这里采用通过LED1和LED2取代！！！ 当由于环境温度变化太剧烈或由于加热或降温设备出现故障，或者温度传感头出现故障导致在一段时间内不能将环境温度调整到规定的温度限内的时候，单片机通过三极管驱动扬声器发出警笛声，这里采用HLLED提示。
成都电子机械高等专科学校成教院毕业设计（论文） 论文题目：基于51单片机的电子日历设计 教学点：重庆科创职业学院 指导老师：张忠雨职称：讲师 学生姓名：聂燕学号: 2011700558 专业：应用电子技术 成都电子机械高等专科学校成教院制 2012 年 3 月 9 日
成都电子机械高等专科学校成教院毕业设计（论文）任务书 题目：基于51单片机的电子日历设计 任务与要求： 通过单片机设计电子日历数码管正常显示阳历、阴历日期，显示的格式为年-月-日，利用外部按键的操作实现阳历和阴历之间的 转换，实现阴历和阳历显示的暂停、运行等功能。 时间：2011年12月15日至2012 年3月15日共12 周教学点：重庆科创职业学院 学生姓名：聂燕学号：2011700558 专业：应用电子技术 指导单位或教研室： 指导教师：张忠雨职称：讲师 成都电子机械高等专科学校成教院制
毕业设计(论文)进度计划表
摘要 设计以单片机AT89C51为核心部件的电子日历，利用74LS245作为驱动器，74LS138作为译码器使用，六个七段数码管均采用共阴极的方式，P0口作为段选码输出口，P2口作为位选码输出口。 本次设计的题目是基于单片机的电子日历设计，可以正常的显示年、月、日，还可以利用外部按键实现阴历和阳历之间的转换以及暂停等功能。电子日历具有性能稳定、精确度高、成本低、易于产品化，以及方便、实用等特点。适用于家庭、公司、机关等众多场所。为人们的日常生活、出行安排提供了方便，成为人们日常生活中不可缺少的一部分。 本次设计可分为两部分：硬件系统、软件系统。 硬件系统包括：AT89S51单片机、74LS245驱动器、74LS138译码器、RC复位电路、+5V直流电源电路、去抖电路、动态显示扫描电路。 软件系统主要有单片机的编程构成。 关键词：单片机，日历，位码，段码，显示
基于51单片机简易电子琴 1 课题背景 单片微型计算机室大规模集成电路技术发展的产物，属于第四代电子计算机它具有高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳定可靠、应用广泛的特点。他的应用必定导致传统的控制技术从根本上发生变革。因此，单片机的开发应用已成为高科技和工程领域的一项重大课题。 电子琴是现代电子科技与音乐结合的产物，是一种新型的键盘乐器。它在现代音乐扮演重要的角色，单片机具有强大的控制功能和灵活的编程实现特性，它已经溶入现代人们的生活中，成为不可替代的一部分。本文的主要内容是用AT89S52单片机为核心控制元件，设计一个电子琴。以单片机作为主控核心，与键盘扬声器等模块组成核心主控制模块，在主控模块上设有8个按键，和一个复位按键。 主要对使用单片机设计简易电子琴进行了分析，并介绍了基于单片机电子琴硬件的组成。利用单片机产生不同频率来获得我们要求的音阶，最终可随意弹奏要表达的音符。并且分别从原理图，主要芯片，个模块原理及各莫奎的程序的调试来详细阐述。 一首音乐是许多不同的音阶组成的，而每个音阶对应着不同的频率，这样我们就可以利用不同的频率的组合，构成我们想演奏的那首曲目。当然对于单片机来产生不同的频率非常方便，我们可以利用单片机的定时/计数器T0来产生这样的方波频率信号，因此，我们只要把一首歌曲的音阶对应频率关系编写正确就可以达到我们想要的曲目。 2 任务要求与总体设计方案 2.1 设计任务与要求 利用所给键盘的1，2，3，4，5，6，7，8八个键，能够发出7个不同的音调，而且有一个按键可以自动播放歌曲，要求按键按下时发声，松开延时一小段时间，中间再按别的键则发另外一音调的声音，当系统扫描到键盘按下，则快速检测出是哪一个按键被按下，然后单片机的定时器启动，发出一定频率的脉冲，该频率的脉冲经喇叭驱动电路放大滤波后，就会发出相应的音调。如果在前一个按下的键发声的同时有另一个按键被按下，则启动中断系统。前面的发音停止，转到后按的键的发音程序。发出后按的键的音调。 2.2 设计方案 2.2.1 播放模块 播放模块是由喇叭构成，它几乎不存在噪声，音响效果较好，而且由于所需驱动功率较小，且价格低廉，所以，被广泛应用。 2.2.2 按键控制模块
课程设计说明书
课程设计名称
专
业
班
级
学
号
学生姓名
指导教师
单片机原理及应用课程设计 电子信息工程 140405 20141329 李延琦 胡黄水
2016 年 12 月 26 日
课程设计任务书
课程设计 题目
酒精测试仪
起止日期
2016 年 12 月 26 日— 2017 年 1 月 6 日
设计地点
计算机科学与工程学 院单片机实验室 3409
设计任务及日程安排： 设计任务：分两部分： （一）、设计实现类：进行软、硬件设计，并上机编程、联线、调试、 实现； 1.电子钟的设计 2.交通灯的设计 3.温度计的设计 4.点阵显示 5.电机调速 6.电子音乐发声（自己选曲） 7.键盘液晶显示系统 （二）、应用系统设计类：不须上机，查资料完成软、硬件设计画图。 查资料选定题目。 说明：第 1--7 题任选其二即可。（二）里题目自拟。 日程安排： 本次设计共二周时间，日程安排如下： 第 1 天：查阅资料，确定题目。 第 2--4 天：进实验室做实验，连接硬件并编写程序作相关的模块实验。 第 5--7 天：编写程序，并调试通过。观察及总结硬件实验现象和结果。 第 8--9 天：整理资料，撰写课程设计报告，准备答辩。 第 10 天：上交课程设计报告，答辩。 设计报告要求：
1. 设计报告里有两个内容，自选题目内容+附录（实验内容），每 位同学独立完成。 2. 自选题目不须上机实现，要求能正确完成硬件电路和软件程序 设计。内容包括： 1） 设计题目、任务与要求 2）硬件框图与电路图 3） 软件及流程图 （a）主要模块流程图 （b）源程序清单与注释 4） 总结 5） 参考资料 6）附录 实验上机调试内容
注：此任务书由指导教师在课程设计前填写，发给学生做为本门课程设计 的依据。
物理与电子工程学院 《数字式秒表》 课程设计报告书 设计题目：数字式秒表 专业：自动化 班级：xxx 接本 学生姓名: xxxx 学号:201xx343xxx 指导教师：xxxxx 2015年6 月14 日
物理与电子工程学院课程设计任务书
摘要 数字式秒表是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，无机械装置，具有较长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。数字式秒表从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。本次实验所做数字式秒表由信号发生系统和计时系统构成。由于需要比较稳定的信号，所以信号发生系统555定时器与电阻和电容组成的多谐振荡器构成，信号频率为100HZ。计时系统由计数器、译码器、显示器组成。计数器由74 LS160构成，由十进制计数器组成了一百进制和六十进制计数器，采用异步进位方式。译码器由74LS48构成，显示器由数码管构成。具体过程为：由晶体震荡器产生100HZ脉冲信号，传入计数系统，先进入计数器，然后传入译码器，将4位信号转化为数码管可显示的7位信号，结果以“秒”、“毫秒”依次在数码管显示出来。该秒表最大计时值为9.9秒。 关键词：数字式秒表；计时；精度；计数器；显示器
目录 1 设计目的 (1) 1.1 设计目的 (1) 1.2 设计内容和要求 (1) 1.3 设计思路 (1) 2 设计原理分析 (1) 2.1 十秒秒表系统设计 (1) 2.2 十秒秒表系统的功能要求 (1) 2.3 十秒秒表系统的基本构成及原理 (2) 3 系统硬件电路的设计 (4) 3.1 系统硬件总电路构成及原理 (4) 3.2 主控制部分――AT89C51单片机简介 (4) 3.3 其它器件 (6) 3.4 十秒秒表系统原理图 (7) 3.5 运行步骤 (7) 4 系统软件程序的简单设计 (8) 4.1 程序框图 (8) 4.2仿真结果图 (9) 总结 (11) 参考文献 (12) 附录 (13)
基于51单片机的多路温度采集控制系统设计 言： 随着现代信息技术的飞速发展，温度测量控制系统在工业、农业及人们的日常生活中扮演着一个越来越重要的角色，它对人们的生活具有很大的影响，所以温度采集控制系统的设计与研究有十分重要的意义。 本次设计的目的在于学习基于51单片机的多路温度采集控制系统设计的基本流程。本设计采用单片机作为数据处理与控制单元，为了进行数据处理，单片机控制数字温度传感器，把温度信号通过单总线从数字温度传感器传递到单片机上。单片机数据处理之后，发出控制信息改变报警和控制执行模块的状态，同时将当前温度信息发送到LED进行显示。本系统可以实现多路温度信号采集与显示，可以使用按键来设置温度限定值，通过进行温度数据的运算处理，发出控制信号达到控制蜂鸣器和继电器的目的。 我所采用的控制芯片为AT89c51，此芯片功能较为强大，能够满足设计要求。通过对电路的设计，对芯片的外围扩展，来达到对某一车间温度的控制和调节功能。 关键词：温度多路温度采集驱动电路 正文： 1、温度控制器电路设计 本电路由89C51单片机温度传感器、模数转换器ADC0809、窜入并出移位寄存器74LS164、数码管、和LED显示电路等组成。由热敏电阻温度传感器测量环境温度，将其电压值送入ADC0809的IN0通道进行模数转换，转换所得的数字量由数据端D7-D0输出到89C51的P0口，经软件处理后将测量的温度值经单片机的RXD端窜行输出到74LS164，经74LS164 窜并转换后，输出到数码管的7个显示段，用数字形式显示出当前的温度值。89C51的P2.0、P2.1、P2.2分别接入ADC0809通道地址选择端A、B、C，因此ADC0809的IN0通道的地址为F0FFH。输出驱动控制信号由p1.0输出，4个LED为状态指示，其中，LED1为输出驱动指示，LED2为温度正常指示，LED3为高于上限温度指示，LED4为低于下限温度指示。当温度高于上限温度值时，有p1.0输出驱动信号，驱动外设电路工作，同时LED1亮、LED2灭、LED3亮、LED4灭。外设电路工作后，温度下降，当温度降到正常温度后，LED1亮、LED2亮、LED3灭、LED4灭。温度继续下降，当温度降到下限温度值时，p1.0信号停止输出，外设电路停止工作，同时LED1灭、LED2灭、LED3灭、LED4亮。当外设电路停止工作后，温度开始上升，接着进行下一工作周期。 2、温度控制器程序设计 本软件系统有1个主程序，6个子程序组成。6个子程序为定时/计数器0中断服务程序、温度采集及模数转换子程序ADCON、温度计算子程序CALCU、驱动控制子程序DRVCON、十进制转换子程序METRICCON 及数码管显示子程序DISP。 （1）主程序 主程序进行系统初始化操作，主要是进行定时/计数器的初始化。 （2）定时/计数器0中断服务程序 应用定时计数器0中断的目的是进行定时采样，消除数码管温度显示的闪烁现象，用户可以根据实际环境温度变化率进行采样时间调整。每当定时时间到，调用温度采集机模数转换子程序ADCON，得到一个温度样本，并将其转换为数字量，传送给89C51单片机，然后在调用温度计算子程序CALCU，驱动控制子程序DRVCON，十进制转换子程序MERTRICCON，温度数码显示子程序DISP。
目录 前言 (2) 第1章基于51单片机的电子琴设计 (3) 1.1 电子琴的设计要求 (3) 1.2 电子琴设计所用设备及软件 (3) 1.3 总体设计方案 (3) 第2章系统硬件设计 (5) 2.1 琴键控制电路 (5) 2.2 音频功放电路 (6) 2.3 时钟-复位电路 (6) 2.4 LED显示电路 (6) 2.5 整体电路 (6) 第3章电子琴系统软件设计 (7) 3.1 系统硬件接口定义 (7) 3.2 主函数 (8) 3.2.1 主函数程序 (8) 3.3 按键扫描及LED显示函数 (9) 3.3.1 键盘去抖及LED显示子程序 (10) 3.4 中断函数 (11) 3.4.1 中断程序 (12) 第4章电子琴和调试 (12) 4.1 调试工具 (12) 4.2 调试结果 (13) 4.3 电子琴设计中的问题及解决方法 (14) 第5章电子琴设计总结 (15) 参考文献 (16) 附录 (17)
前言 音乐教育是学校美育的主要途径和最重要内容，它在陶冶情操、提高素养、开发智力，特别是在培养学生创新精神和实践能力方面发挥着独特的作用。近年来，我国音乐教育在理论与实践上都取得了有目共睹的成绩，探索并形成了具有中国特色的、较为完整的音乐教育教学体系。但我国音乐教育的改革力度离素质教育发展的要求还存在一定距离。如今，电子琴作为电子时代的新产物以其独特的功能和巨大的兼容性被人们广泛的接受和推崇。而在课堂教学方面，它拥有其它乐器无法比拟的两个瞬间：瞬间多元素思维的特殊的弹奏方法；瞬间多声部(包括多音色)展示的乐队音响效果的特点。结合电子琴自身强大的功能及独特的优点来进行音乐教育的实施，这样就应该大力推广电子琴进入音乐教室，让电子琴教学在音乐教育中发挥巨大的作用。现代乐器中，电子琴是高新科技在音乐领域的一个代表，体现了人类电子技术和艺术的完美结合。电子琴自动伴奏的稳定性、准确性，以及鲜明的强弱规律、随人设置的速度要求，都更便于人们由易到难、深入浅出的准确掌握歌曲节奏和乐曲风格，对其节奏的稳定性和准确性训练能起到非常大的作用。电子琴所包含的巨量的音乐信息和强大的音乐表现力可以帮助音乐教学更好地贯彻和落实素质教育，更有效地提高人们的音乐素质和能力。目前，市场上的电子琴可谓琳琅满目，功能也是越来越完备。以单片机作为主控核心，设计并制作的电子琴系统运行稳定，其优点是硬件电路简单、软件功能完善、控制系统可靠、性价比较高等，具有一定的实用与参考价值。这就为电子琴的普及提供了方便。 二、电子琴设计要求本设计主要是用AT89C51单片机为核心控制元件，设计一台电子琴。以单片机作为主控核心，与键盘、扬声器等模块组成核心主控制模块，在主控模块上设有7个按键和1个复位按键。本系统主要是完成2大功能：音乐自动播放、电子琴弹奏。关于声音的处理，使用单片机C语言，利用定时器来控制频率，而每个音符的符号只是存在自定义的表中。
课程设计报告 华中师范大学武汉传媒学院 传媒技术学院 电子信息工程2011 仅发布百度文库，版权所有.
AD转换 要求： A.使用单片机实现AD转换 B.可以实现一位AD转换，并显示（保留4位数字）设计框图：
方案设计： AD转换时单片机设计比较重要的实验。模数转换芯片种类多，可以满足不同用途和不同精度功耗等。 外部模拟量选择的是简单的电位器，通过控制电位器来改变模拟电压。显示电压值采用一般的四位七段数码管。而AD转换芯片采用使用最广的ADC0809 ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图所示。 下面说明各引脚功能： ?IN0～IN7：8路模拟量输入端。 ?2-1～2-8：8位数字量输出端。 ?ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。?ALE：地址锁存允许信号，输入端，高电平有效。 ?START： A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。 ?EOC： A/D转换结束信号，输出端，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。 ?OE：数据输出允许信号，输入端，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。 ?CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHz。
?REF（+）、REF（-）：基准电压。 ?Vcc：电源，单一+5V。 ?GND：地 工作原理： 首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A/D转换完成，EOC 变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。 本次实验采用中断方式 把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。 不管使用上述哪种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进行数据传送。 首先送出口地址并以信号有效时，OE信号即有效，把转换数据送上数据总线，供单片机接受。 采用中断可以减轻单片机负担。并可以使程序有更多的空间作二次开发。
1.1核心芯片8051单片机 (2) 1.2 ADC0809转换芯片 (5) 1.2.1 ADC0809的逻辑结构 (5) 1.2.2 ADC0809 的通道选择 (6) 1.2.3 ADC0809的引脚图及各引脚作用 (6) 1.3 MC14499芯片 (8) 1.3.1.MC14499的结构及功能介绍 (8) 1.3.2 MC14499在单片机中的应用 (10) 1.4 74LS373芯片 (13) 1.5 LED数码管 (15) 1.5.1 LED数码管显示器的结构 (15) 1.5.2 LED数码管显示器的显示段码 (17) 1.5.3 LED显示器的参数 (18) 1.6 X25045 (18) 2 系统硬件设计 (20) 2.1系统设计原理和系统框图 (21) 2.1.1设计原理 (21) 2.1.2系统框图 (21) 2.2液位传感器设计 (22) 2.2.1 传感器原理 (22) 2.2.2 传感器的组成 (22) 2.2.3 测量原理 (23) 2.2.4 将电容转化成电信号部分 (24) 2.2.5 电信号放大电路设计 (25) 2.3 A/D0809模数转换 (25) 2.4 显示电路的设计 (27) 2.5 键盘电路 (29) 2.5.1矩阵式键盘的工作原理 (30) 2.5.2 硬件电路设计及电路图 (30) 2.6 继电器控制水泵加水电路 (31) 2.7 报警电路 (32) 2.8 电源电路 (33) 2.8.1 直流电源电路 (33) 2.8.2 备用电源切换电路 (34) 2.9看门狗电路 (35) 3 系统软件的设计 (38) 3.1 软件设计流程图 (38) 3.2矩阵键盘程序设计 (40) 3.2.1 程序设计内容 (40) 3.2.2系统程序 (40) 3.3 ADC0809模数转换流程图 (42) 4 结论 (45) 附录A (46)
1 电源提供方案 为使模块稳定工作，须有可靠电源。因此考虑了两种电源方案：方案一：采用独立的稳压电源。此方案的优点是稳定可靠，且有各种成熟电路可供选用；缺点是各模块都采用独立电源，会使系统复杂，且可能影响电路电平。 方案二：采用单片机控制模块提供电源。改方案的优点是系统简明扼要，节约成本；缺点是输出功率不高。综上所述，选择方案二。 2 显示界面方案 该系统要求完成倒计时功能。基于上述原因，我考虑了二种方案：方案一：采用数码管显示。这种方案只显示有限的符号和数码字符，简单，方便。方案二：采用点阵式LED 显示。这种方案虽然功能强大，并可方便的显示各种英文字符，汉字，图形等，但实现复杂，成本较高。 综上所述，选择方案一。 3 输入方案： 设计要求系统能调节灯亮时间，并可处理紧急情况，我研究了两种方案：方案一：采用8155扩展I/O 口及键盘，显示等。 该方案的优点是：使用灵活可编程，并且有RAM,及计数器。若用该方案，可提供较多I/O 口,但操作起来稍显复杂。 方案二：直接在I/O口线上接上按键开关。 由于该系统对于交通灯及数码管的控制，只用单片机本身的I/O 口就可实现，且本身的计数器及RAM已经够用。
综上所述，选择方案二。 3.1单片机交通控制系统的通行方案设计 设在十字路口，分为东西向和南北向，在任一时刻只有一个方向通行，另一方向禁行，持续一定时间，经过短暂的过渡时间，将通行禁行方向对换。其具体状态如下图所示。说明：黑色表示亮，白色表示灭。交通状态从状态1开始变换，直至状态6然后循环至状态1，周而复始，即如图2.1所示： 图1 交通状态 本系统采用MSC-51系列单片机AT89C51作为中心器件来设计交通灯控制器。实现以下功能：
单片机课程设计报告 题目：温度监控系统设计 学院：能源与动力工程学院 专业：测控技术与仪器专业 班级： 2班 成员：魏振杰 二〇一五年十二月
一、引言 温度是工业控制中主要的被控参数之一，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足重轻的作用。对于不同场所、不同工艺、所需温度高低范围不同、精度不同，则采用的测温元件、测方法以及对温度的控制方法也将不同；产品工艺不同、控制温度的精度不同、时效不同，则对数据采集的精度和采用的控制算法也不同，因而，对温度的测控方法多种多样。 随着电子技术和微型计算机的迅速发展，微机测量和控制技术也得到了迅速的发展和广泛的应用。利用微机对温度进行测控的技术，也便随之而生，并得到日益发展和完善，越来越显示出其优越性。 作为获取信息的手段——传感器技术得到了显著的进步，其应用领域较广泛。传感器技术已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。因此，了解并掌握各类传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。 为了提高对传感器的认识和了解，尤其是对温度传感器的深入研究以及其用法与用途，基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。本系统利用传感器与单片机相结合，应用性比较强，本系统可以作为仓库温度监控系统，如果稍微改装可以做热水器温度调节系统、实验室温度监控系统，以及构成智能电饭煲等等。课题主要任务是完成环境温度监测，利用单片机实现温度监测并通过报警信号提示温度异常。本设计具有操作方便，控制灵活等优点。 本设计系统包括单片机，温度采集模块，显示模块，按键控制模块，报警和指示模块五个部分。文中对每个部分功能、实现过程作了详细介绍。整个系统的核心是进行温度监控，完成了课题所有要求。 二、实验目的和要求 2.1学习DS18B20温度传感芯片的结构和工作原理。 2.2掌握LED数码管显示的原理及编程方法。 2.3掌握独立式键盘的原理及使用方法。 2.4掌握51系列单片机数据采集及处理的方法。 三、方案设计
本科毕业论文 题目：基于51单片机简易计算器的设计 院（系）：物理与电子工程学院 专业：应用物理学 学生姓名：王彬 指导教师：王强 职称：
2014年11月5日 目录 摘要 (1) 关键字 (1) 引言 (1) 1、单片机及其应用 (2) 1.1 单片机介绍 (2) 1.2 单片机应用 (2) 1.3 AT89C51单片机 (3) 2、LCD1602和74LS08的工作理 (7) 2.1 选取LCD1602 ……………………………………………………… 2.2 LCD1602的功能和指令现………………………………………………… 2.3 74LS08的功能………………………………………… 3、系统实现模块框 架…………………………………………………………… 3.1 硬件设计电路框 图……………………………………………………… 3.2 实现原理框
图…………………………………………………………… 4、硬件设计及仿真…………………………………………………………… 4.1 晶振、复位电路的设 计………………………………………………… 4.2 按键电路的设计……………………………………………… 4.3 LCD1602显示电路的设计………………………………………… 5、软件设计…………………………………………………………… 6、总结…………………………………………………………… 7、参考文献…………………………………………………………… 8、附件…………………………………………………………… 摘要：简易计算器在人们的生活中应用极为广泛，由于它主要进行一些简单的运算，适用性强，并且方便携带，所以在许多的地方都必不可缺，比如在办公，交易等等。本系统主要介绍计算器实现简易计算的这个详细的过程，它的电路是以AT89C51单片机作为核心器件的，并且它的功耗低，能再3V的低压下工作，有时也可按照要求提升一定的电压。它的硬件部分主要由AT89C51单片机、按键、LCD1602显示屏、指示灯系统等部分构成。软件部分，是在Keil平台用C语言编写程序，包括运算、复位、延时、计算等。其次电路的设计会再proteus上面进行仿真，以保障硬件电路的正确。 关键字：AT89C51单片机；LCD1602显示屏；74LS08；按键；C语言。引言：计算器是日常学习和生活中的好帮手，比如对工科的学生来说，常常要用到基本的 +，-，* ，/ 运算，备有一个科学计算器在手边，可以把繁琐的计算迅速解决，对学习事半功倍。单片机是一种集成的电路芯片，它是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器
单片机双字节十六进制减法实验设计 摘要 本设计是基于51系列的单片机进行的双字节十六进制减法设计，可以完成计 算器的键盘输入，进行加、减、3位无符号数字的简单运算，并在LED上相应的显示结果。 设计过程在硬件与软件方面进行同步设计。硬件方面从功能考虑，首先选择内部存储资源丰富的AT89C51单片机，输入采用5个键盘。显示采用3位7段共阴极LED动态显示。软件方面从分析计算器功能、流程图设计，再到程序的编写进行系统设计。编程语言方面从程序总体设计以及高效性和功能性对C语言和汇编语言进行比较分析，针对计算器四则运算算法特别是乘法和除法运算的实现，最终选用KEIL公司的μVision3软件，采用汇编语言进行编程，并用proteus 仿真。 引言 十六进制减法计算器的原理与设计是单片机课程设计课题中的一个。在完成理论学习和必要的实验后，我们掌握了单片机的基本原理以及编程和各种基本功能的应用，但对单片机的硬件实际应用设计和单片机完整的用户程序设计还不清楚，实际动手能力不够，因此对该课程进行一次课程设计是有必要的。 单片机课程设计既要让学生巩固课本学到的理论，还要让学生学习单片机硬件电路设计和用户程序设计，使所学的知识更深一层的理解，十进制加法计算器原理与硬软件的课程设计主要是通过学生独立设计方案并自己动手用计算机电路设计软件，编写和调试，最后仿真用户程序，来加深对单片机的认识，充分发挥学生的个人创新能力，并提高学生对单片机的兴趣，同时学习查阅资料、参考资料的方法。 关键词：单片机、计算器、AT89C51芯片、汇编语言、数码管、加减
目录 摘要 (01) 引言 (01) 一、设计任务和要求............................. 1、1 设计要求 1、2 性能指标 1、3 设计方案的确定 二、单片机简要原理............................. 2、1 AT89C51的介绍 2、2 单片机最小系统 2、3 七段共阴极数码管 三、硬件设计................................... 3、1 键盘电路的设计 3、2 显示电路的设计 四、软件设计................................... 4、1 系统设计 4、2 显示电路的设计 五、调试与仿真................................. 5、1 Keil C51单片机软件开发系统 5、2 proteus的操作 六、心得体会.................................... 参考文献......................................... 附录1 系统硬件电路图............................ 附录2 程序清单.................................. 一、设计任务和要求
51单片机课程设计报告 学院： 专业班级： 姓名： 指导教师： 设计时间：
51单片机课程设计 一、设计任务与要求 1.任务：制作并调试51单片机学习板 2.要求： （1）了解并能识别学习板上的各种元器件，会读元器件标示； （2）会看电路原理图； （3）制作51单片机学习板； （4）学会使用Keil C软件下载调试程序； 用调试程序将51单片机学习板调试成功。 二、总原理图及元器件清单 1．总原理图 2．元件清单 三、模块电路分析 1. 最小系统： 单片机最小系统电路分为振荡电路和复位电路， 振荡电路选用12MHz 高精度晶振, 振荡电容选用22p和30p 独石电容;
图 1 图 2 复位电路使用RC 电路，使用普通的电解电容与金属膜电阻即可； 图 3 当单片机上电瞬间由于电容电压不能突变会使电容两边的电位相同，此时RST 为高电平，之后随着时间推移电源负极通过电阻对电容放电，放完电时RST 为低电平。正常工作为低电平，高电平复位。 2. 显示模块： 分析发光二极管显示电路： 图 4 发光二极管显示电路分析:它是半导体二极管的一种,可以把电能转化成光能,常简写为
LED。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成,也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后,产生自发辐射的荧光。图中一共有五个发光二极管 其中一个为电源指示灯,当学习板通电时会发光以指示状态。其余四个为功能状态指示灯,实际作用与学习板有关 分析数码管显示电路 图 5 数码管显示电路分析:数码管按段数分为七段数码管和八段数码管,图中所用为八段数码管(比七段管多了一个小数点显示位),按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管.共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。数码管主要用来显示经电路板处理后的程序的运行结果。图中使用了八个八段数码管,可以显示八个0-15的数字。使用数码管可以直观的得到程序运行所显示的结果.也可以显示预置在学习板上的程序,主要通过16个开关来控制。 四、硬件调试 1、是否短路 用万用表检查P2两端是短路。电阻为0，则短路，电阻为一适值，电路正常。 2、焊接顺序 焊接的顺序很重要，按功能划分的器件进行焊接，顺序是功能部件的焊接--调试--另一功能部件的焊接，这样容易找到问题的所在。 3、器件功能 1）检查原理图连接是否正确 2）检查原理图与PCB图是否一致 3）检查原理图与器件的DA TASHEET上引脚是否一致 4）用万用表检查是否有虚焊，引脚短路现象 5）查询器件的DA TASHEET，分析一下时序是否一致，同时分析一下命令字是否正确 6）通过示波器对芯片各个引脚进行检查，检查地址线是否有信号的 7）飞线。用别的的口线进行控制，看看能不能对其进行正常操作，多试验，
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基于51单片机的4人抢答器设计 设计要求： 以单片机为核心，设计一个4位竞赛抢答器：同时供4名选手或4个代表队比赛，分别用4个按钮S0～S3表示。 设置一个系统清除和抢答控制开关S，开关由主持人控制。 抢答器具有锁存与显示功能。即选手按按钮，锁存相应的编号，并在优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。 抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。 当主持人启动“开始”键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间为0.5s左右。 参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。 如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。 工作原理： 通过键盘改变抢答的时间，原理与闹钟时间的设定相同，将定时时间的变量置为全局变量后，通过键盘扫描程序使每按下一次按键，时间加1（超过30时置0）。同时单片机不断进行按键扫描，当参赛选手的按键按下时，用于产生时钟信号的定时计数器停止计数，同时将选手编号（按键号）和抢答时间分别显示在LED上。
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成绩： 单片机原理及应用课程设计 课程名<<单片机原理及应用>> 学部机械与电子信息工程学部 专业移动通信技术 学号 姓名 指导教师 日期
一、设计任务与要求 1.任务：制作并调试51单片机学习板 2.要求： （1）了解并能识别学习板上的各种元器件，会读元器件标示； （2）会看电路原理图； （3）制作51单片机学习板； （4）学会使用Keil C软件下载调试程序； 用调试程序将51单片机学习板调试成功。 二、实验内容 （5）AT89S52芯片工作电路，利用晶振提供控制信号。 （6）10引脚下载口与A T89S52芯片相关引脚相连完成下载电路。 （7）8个10K电阻与AT89S52芯片P0口相连，利用上拉电阻组成上拉电路。 （8）使用开关与5.1K电阻连成外部中断0、1电路和复位电路。 （9）利用16个开关做成键盘，实现输入号对已编程的AT89S52芯片的控制并通过数码管显示0--F。 （10）用2片74HC573N具有锁存功能芯片与8个数码管相连，通过编程的A T89S52位选和段选实现输出信号的显示功能。 （11）使用74HC573N锁存功能结合ULN2003AG芯片8非门芯片和74HC04N6非门芯片与4个2N5551三极管实现对步进电机的控制，和控制步进电机的信号结 合LED输出显示的功能。 （12）6、利用1片74HC573N芯片与8个共阴极LED实现跑马灯功能。 三、总原理图 1．总原理图
四、硬件调试 1、是否短路 用万用表检查P2两端是短路。电阻为0，则短路，电阻为一适值，电路正常。 2、焊接顺序 焊接的顺序很重要，按功能划分的器件进行焊接，顺序是功能部件的焊接--调试-- 另一功能部件的焊接，这样容易找到问题的所在。 3、器件功能 1）检查原理图连接是否正确 2）检查原理图与PCB图是否一致 3）检查原理图与器件的DATASHEET上引脚是否一致 4）用万用表检查是否有虚焊，引脚短路现象 5）查询器件的DATASHEET，分析一下时序是否一致，同时分析一下命令字是否正确 6）通过示波器对芯片各个引脚进行检查，检查地址线是否有信号的 7）飞线。用别的的口线进行控制，看看能不能对其进行正常操作，多试验，才能找到问题出现在什么地方。 五、软件调试 1、设置硬件仿真环境 设置硬件仿真环境的具体操作步骤如下： 首先，点击所建工程：Project菜单中的Options for Target…Targer 1?，出现工程的配置窗口，