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AT89C51单片机单门消毒柜控制电路课程设计.doc

发布时间：2022-05-30 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.33M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    贵 贵州大学本科课程设计 第 1 页 第一章 选题背景、主要思想及方案论证 1.1 选题背景 单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个 计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体 积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使 用单片机了解计算机原理与结构的最佳选择。可以说，二十世纪跨越了三个“电” 的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过，这种电脑，通常 是指个人计算机，简称 PC 机。它由主机、键盘、显示器等组成。还有一类计算 机，大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦 称微控制器）。顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进 行简单运算和控制。因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个 装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在，这 种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、 家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常 在产品名称前冠以形容词——“智能型”，如智能型洗衣机等。现在有些工厂的技 术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品，不是电路太复杂，就是功能太 简单且极易被仿制。究其原因，可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑 器件上。 在计算机出现以前，有不少能工巧匠做出了不少精巧的机械。 进入电器时 代后，人们借助电气技术实现了自动控制机械，自动生 产线甚至自动工厂，并 且大大地发展了控制理论。然而，在一些大 中型系统中自动化结果均不理想。 只有在计算机出现后，人们才见 到了希望的曙光。如今借助计算机逐渐实现了 人类的梦想。但是，计算机出现后的相当长的时间里，计算机作为科学武器，在 科学的 神圣殿堂里默默地工作，而工业现场的测控领域并没有得到真正的 应 用。只有在单片机（Microcontroller)出现后，计算机才真正 地从科学的神圣殿 堂走入寻常百姓家，成为广大工程技术人员现代 化技术革新，技术革命的有利 武器。目前，单片机在民用和工业测 控领域得到最广泛的应用。彩电，冰箱，
    贵 贵州大学本科课程设计 第 2 页 空调，录像机，VCD，遥 控器，游戏机，电饭煲等无处不见单片机的影子，单 片机早已深深 地溶入我们每个人的生活之中。伴随着时间的推移，信息高速公 路的飞速发展以及计算机网络的成熟发展，人类已进入后 PC 时代。当今社会， 人们开始考虑如何将客户终端设备变得更加智能化、数字化，从而使得改进后的 客户终端设备轻巧便利、易于控制或具有某些特定的功能。我们的生活已经和自 动化控制密不可分了。 单片机应用在我国才刚刚起步，有着广阔的前景。大力培养单片机应用人 才，特别是在工程技术人员中普及单片机知识有着重要的现实意义。 单片机单片机是二十世纪七十年代中期发展起来的一种大规模集成电路器 件，是将计算机的基本部件微型化并集成在一块芯片上的计算机。单片机具有体 积小、可靠性高、价格低、功能多、使用方便和系统设计灵活等特点，在民用和 工业测控领域得到了广泛的应用，单片机与我们的生活息息相关。二十世纪八十 年代以来,单片机得到了迅速发展,其应用不断深入,新技术更是层出不穷.单片 机的应用技术是一项新型的工程技术,伴随着单片机的发展而得以发展. 本次课程设计是基于单片机的消毒柜的控制电路的设计，以 AT89C51 单片 机为核心设计一个单门消毒柜。旨在提高学生对所学知识的综合应用能力，增强 学生的动手能力和实践能力，为今后的生活和工作打下坚实的基础。 1.2 主要思想 众所周知，通过某一开关按下与否，可以通过程序来控制单片机某个口线 输出“高”电平或“低”电平，然后再通过继电器便可以实现小信号控制大功率 器件，从而使电热管进行加热。 1.3 方案论证 本设计采用美国 ATMEL 公司生产的 AT89C51 单片机作为控制芯片。AT89C51 是一种带 4K 字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能 CMOS 8 位微处理器。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。功能强大的 AT89C51 单
    贵 贵州大学本科课程设计 第 3 页 片机适用于本次消毒柜控制电路的设计。 本次课程设计，选用 AT89C51 单片机作为控制芯片，简化了硬件电路的结构， 具有成本低、性能高、实用性强、使用方便等诸多优点。
    贵 贵州大学本科课程设计 第 4 页 第二章 硬件电路设计及描述 2.1 硬件电路原理方框图 此次设计的消毒柜的硬件电路主要包括开关控制电路、晶振电路、上复位电 路、电热管加热控制电路、扬声器报警电路以及直流电源电路等部分。整个硬件 电路原理方框图如图 2.1 所示。 该电路采用 AT89C51 作为控制芯片。消毒柜采用 220V,50Hz 交流电，内部加 热电热管功率 1000W；消毒柜插头接上市电和电热管通电加热时，面板上都要有 相应的指示灯显示；变压电路将 220V 交流电压通过整流电路转化为 5V 的直流 电对电路提供电源；单片机通过晶振电路产生脉冲信号，通过输出各种电脉冲信 号来驱动控制各部分正常工作；掉电保护电路保证系统掉电时时钟不会停止。 开 关 控 制 电 晶振电路 上复位电路 AT89C51 单 片 机 继 电 器 电热管 加热控 制电路 指示灯 扬声器报警电路 直流电源电路 图 2.1 硬件电路原理方框图 2.2 开关控制电路 通过键盘控制电路的“启动/停止”按键控制消毒柜的开启和关闭及控制
    贵 贵州大学本科课程设计 第 5 页 故障报警器报警的解除。三个开关分别接在单片机的 P0.0、P0.1、P0.2 口，如 图 2.2 所示。 S1 控制消毒柜门的开/关，S2 为手动控制开关，S3 为温度控制开关。当开 关闭合，相应的接口为低电平，达到断开的作用；相反，当开关断开，相应的接 口为高电平，达到闭合的作用，系统开始工作。 图 2.2 键盘控制电路 2.3 晶振电路 单片机的定时控制功能是由片内的时钟电路和定时电路来完成的，而片内的 时钟产生方式有两种：内部时钟方式和外部时钟方式。在本次设计中，采用的是 内部时钟方式，如图 2.3 所示。 图 2.3 晶振电路 图中 C2、C3 为负载电容，起并联谐振作用，可以让脉冲更平稳与协调，它
    贵 贵州大学本科课程设计 第 6 页 们的取值相同，这里取 30PF，振荡器频率取 12MHz。 2.4 上复位电路 所谓上电复位。是指计算机加电瞬间，要在 RST 引脚上出现大于 10ms 的正 脉冲，使单片机进入复位状态。复位电路如图 2.4 所示。 当计算机上电时，+5V 电源立即对单片机芯片供电，同时经 R1 对 C1 充电。 C1 上电压建立的过程就产生一定宽度的负脉冲，经过非门反向，RST 上出现正脉 冲，使单片机实现了上电复位。按钮按下时，RST 上同样出现高电平，实现了按 钮复位。在应用系统中，有些外围芯片也需要复位。如果这些芯片复位端的复位 电平与单片机一致，则可以与单片机复位脚相连。这种复位电路容易使干扰窜入 复位端，在大多数情况下不会造成单片机的错误复位，但会引起内部某些寄存器 的错误复位。为此可以在 RESET 引脚上接上一个去耦电容。在实际应用系统中， 为了保证复位电路可靠地工作，常常将 RC 电路接斯密特电路后再接入单片机的 复位端课外围电路复位端。这样就特别适用于应用现场干扰大、淡雅波动大的工 作环境，并且但系统有多个复位端时，也能够保证可靠的同步复位。 图 2.4 复位电路 2.5 电热管加热控制电路 电热管是消毒柜的最重要的部分，它工作在 220V，50Hz 的交流电源下，自 身功率为 1000W。它的导通采用的是继电器的吸合方式来控制，如图 2.5 所示
    贵 贵州大学本科课程设计 第 7 页 图 2.5 电热管加热控制电路 本电路接在单片机的 P1.0 口上，当 P1.0 口输出低电平时，Q1 导通，继电 器吸合，电热丝开始工作，同时 D2 发光二极管发光；当 P1.0 口输出高电平时， 继电器不吸合，电热丝不工作，同时发光二极管 D2 不发光。 2.6 扬声器报警电路 电热管通电加热 1 小时后，需无条件自动停机，否则报警电路发出故障报警。 报警电路如图 2.6 所示。 图 2.6 报警电路 电路由 P1.1 口控制，当 P1.1 输出为“1”即高电平时，蜂鸣器鸣响；当 P1.1 输出为“0”低电平时，蜂鸣器不响。
    贵 贵州大学本科课程设计 第 8 页 2.7 直流电源电路 在本次设计中，控制电路多处用到 5V 直流电源。图 2.7 是生产 5V 直流电源 的电路图。 图 2.7 直流电源电路 该电路中用一个变压器将 220V 的交流电转变为 5V 的交流电，再用一个整流 桥将其转变为直流电，但是转换的直流电不能排除有交流成分所以需要一个电解 电容来滤除交流成分。另外得出的 5V 的直流电并不是很稳定，所以要用一个稳 压器，最后成能输出稳定的直流电压 VCC。
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