单片机毕业设计论文 应用电子继电线路设计.docx
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单片机毕业设计论文应用电子继电线路设计
1引言
在日新月异的21世纪里，家用电子产品得到了迅速发展。
许多家电设备都趋于人性化、智能化，这些电器设备大部分都含有CPU控制器或者是单片机。
单片机以其高可靠性、高性价比、低电压、低功耗等一系列优点，近几年得到迅猛发展和大范围推广，广泛应用于工业控制系统、通讯设备、日常消费类产品和玩具等。
并且已经深入到工业生产的各个环节以及人民生活的各个方面，如车间流水线控制、自动化系统等、智能型家用电器（冰箱、空调、彩电）等。
用单片机来控制的小型家电产品具有便携实用，操作简单的特点。
本文设计的电子万年历属于小型智能家用电子产品。
利用单片机进行控制，实时时钟芯片进行记时，外加掉电存储电路和显示电路，可实现时间的调整和显示。
电子万年历既可广泛应用于家庭,也可应用于银行、邮电、宾馆、医院、学校、企业、商店等相关行业的大厅，以及单位会议室、门卫等场所。
因而，此设计具有相当重要的现实意义和实用价值。
2系统概述
本设计以AT89S52单片机为核心，构成单片机控制电路，结合DS1302时钟芯片和24C02FLASH存储器，显示阳历年、月、日、星期、时、分、秒和阴历年、月、日，在显示阴历时间时，能标明是否闰月，同时完成对它们的自动调整和掉电保护，全部信息用液晶显示。
人机接口由三个按键来实现，用这三个按键对时间、日期可调，并可对闹铃开关进行设置。
软件控制程序实现所有的功能。
整机电路使用+5V稳压电源，可稳定工作。
系统框图如图2-1所示，其软硬件设计简单，时间记录准确，可广泛应用于长时间连续显示的系统中。
图2-1系统框图
3方案选择
由于电子万年历的种类比较多，因此方案选择在设计中是至关重要的。
正确地选择方案可以减小开发难度，缩短开发周期，降低成本，更快地将产品推向市场。
3.1方案1——基于AT89S52单片机的建筑防盗系统设计
不使用时钟芯片，而直接用AT89S52单片机来实现建筑防盗系统设计。
AT89S52是一种带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦写1000余次。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89S52是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
若采用单片机计时，利用它的一个16位定时器/计数器每50ms产生一个中断信号，中断20次后产生一个秒信号，然后根据时间进制关系依次向分、时、日、星期、月、年进位。
这样就实现了直接用单片机来实现建筑防盗系统设计。
用单片机来实现建筑防盗系统设计，无须外接其他芯片，充分利用了单片机的资源。
但是精度不够高，误差较大，掉电后丢失所有数据，软件编程较复杂。
3.2方案2——应用电子、继电线路设计
4系统硬件电路的设计
4.1系统核心部分——BISS0001
1BISS0001的结构和工作原理：
1．1BISs0001引脚功能说明
引脚1（A）：
可重复触发和不可重复触发选择端．当设为“l”时，允许重复触发；反之，不可重复触发．
引脚2（VO）：
控制信号输出端．由有效触发的上跳变沿触发，使输出从低电平跳变到高电平视为有效触发．在输出延迟时间外和无有效触发时，保持低电平．
引脚3、4（RR1、RC1）：
输出延迟时间TX调节端，TX＝49152R1C1
引脚5、6（RC1、RR2）：
触发封锁时间Ti调节端．Ti=24R2C2
引脚11、7（VDDVSS）：
工作电源正、负端．
引脚8（VRF／RESET）：
参考电压及复位输入端．通常接VDD，当接“0”时，可使定时器复位．
引脚9（Vc）：
触发禁止端．当V<0．2V。
。
时，禁止触发；反之，允许触发．
引脚10（IB）：
运算放大器偏置电流设置端端．
引脚13、12（2IN一、2OUT）：
第2级运算放大器反向输入端、输出．
引脚l4、l5、l6（1IN+、1IN一、1OUT）：
第1级运算放大器同向输入端、反向输入端、输出端．
1．2BISSO001的电气参数
BISSO001采用高性能CMOS工艺制造，功耗很低；工作电压是3～6V，推荐使用5V；当工作电压为5V时，输出的驱动电流对应为10mA；工作温度为-20--+70℃；贮存温度-40--+125℃．
1．3BISSO001工作原理
BISS0001是由运算放大器、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的数模混合专用集成电路．它可被设置为可重复触发和不可重复触发2种方式．下面分别介绍2种工作方式．
根据实际需要，利用运算放大器0P1组成传感信号预处理电路，将信号放大．然后耦合给运算放大器OP2再进行第2级放大，同时将直流电位抬高为图2所标注的VM（＝0.5VDD）后，将输出信号V2转换成有效触发信号Vs．由于VH=0.7VDD、VL=0．3VDD，所以，当VD=5V时，可有效抑制±1V的噪声干扰，提高系统的可靠性．COP3是一个条件比较器．当输入电压VCVR时，COP3输出为高电平，进入延时周期．当A端接“0”电平时，在TX时间内任何V2的变化都被忽略，直至TX时间结束，即所谓不可重复触发工作方式．当TX时间结束时，VO下跳回低电平，同时启动封锁时间定时器而进入封锁周期．在Ti时间内，任何V2的变化都不能使VO跳变为有效状态（高电平），可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰.
可重复触发方式工作原理图见图４
可重复触发工作方式下的波形在VC=“0”、A=“0”期间，信号VS不能触发,VS为有效状态．在Vc=“1”、A=“1”时，Vs可重复触发Vo为有效状态并可促使Vo在TX周期内一直保持有效状态．在TX时间内，只要Vs发生上跳变，则Vo将从Vs上跳变时刻起继续延长一个TX周期；若Vs保持为“1”状态，则一直保持有效状态；若Vs保持为“0”状态，则在TX周期结束后Vo恢复为无效状态，并且，同样在封锁时间Ti内，任何Vs的变化都不能触发Vo为有效状态．
2BISS0001在热释电红外开关上的应用实例
图中Ｒ２为１００Ｋ电位器
1
热释电传感器是一种近十几年发展起来的新型红外传感器，在红外检测领域中占有越来越重要的地位，已广泛应用于红外测温、红外报警、工业过程自动监控、激光测量、光谱分析、气体分析、红外摄像和空间技术等诸多方面。
与其它红外传感器相比，突出的优点之一是可在室温条件下工作，无需致冷。
尽管如此，对于它的温度稳定性仍有必要研究。
这是因为这种传感器的应用场合不同，环境温度可能差别很大。
2响应率与温度的关系
由热平衡理论可以证得，红外热释电传感器的电流响应率和电压响应率分别为
式中：
A为传感器的极板面积；A为热释电系数；叩为传感器受辐照的吸收率；H，G为传感器的热容量和等效热导；为调制频率；r，为传感器的热时间常数和电时间常数；C为热释电薄片的等效电容与前放输入电容之和。
在式
（1）和式
（2）中，H和G分别为L2J
式中：
C为定容比热；lD，d为热释电材料的密度和厚度；T为环境温度；为斯特藩一玻耳兹曼常数。
由热释电系数定义式
式中：
K，为居里一韦斯常数和极化系数；为传感器材料的居里温度。
通常，热释电传感器的等效电容远大于前放的输入电容，故有式中：
￡0，￡，为传感器材料的真空介电常数和相对介电常数；d为热释电薄片的厚度。
至此，得到热释电传感器的流响应率和电压响应率与温度的函数关系式。
应该指出的是，式（9）中C也与温度有关，即电流响应率通过C隐含与温度的关系。
式（10）中电时间常数也随温度变化。
因此式（9）和式（10）表示的响应率与温度的关系是一个较复杂的函数关系。
通常研究响应率与温度的关系用一个实验公式。
3测试结果分析
用国产KTL系列hTaO3传感器和KAT系列3F,S传感器，并按常规，即黑体温度取500K，黑体与传感器距离为30cm，调制频率为12．5Hz，分别进行测试，得出2组数据。
见图1。
由测试结果可见，LiTa％传感器具有较好的温度稳定性。
在一10～+50℃范围内，电压相对响应值变化平缓，而在这范围之外，传感器的温度稳定性变差，但应该指出的是，hTaO~材料本身的温度稳定性比构成传感器之后的温度稳定性好得多。
在一40～+75℃范围内，材料参数随温度变化值甚小l4J。
实验中，前放的有源器件采3DJ4F型结型场效应管。
在低于一10℃，高于+50℃时，这种电路的工作点变化较大，不能正常工作，使温度稳定性变坏。
80—60-40-200204U叫80lUU代
热释电传感器温度特性曲线
TGS传感器与LiTaO~传感器相比，温度稳定性较差。
在一10～+45℃范围内，电压相对响应值随温度变化不大，故此种传感器可工作在这个温度区。
当温度偏离这个范围，传感器的输出电压明显下降。
应该指出，产生这样的结果在一定程度上取决于材料自身的性能。
由于实验中所用TGS的居里温度为52℃，如前面指出c与温度有关，在居里点附近比热有突变，所以这种传感器使用范围高温只能小于45℃，不会有较温度稳定性。
尽管TGS传感器的最佳工作温度区比LXaO~传感器的小，且稳定性差，但在这个区域内，前者的归一化探测率比后者高1～2倍。
上述结果与理论推证是吻合的。
对式（9）和式（1O）求偏微分可以看出，工作温度越接近居里温度，R和R的变化率越大，但符号相反，前者的变化率是负的，后者的变化率是正的。
可见，不同的热释电晶体，由于居里温度不同，材料参数随温度的变化情况也不同，由此构成的传感器也就具有不同的温度特性。
要使传感器受工作温度的影响小，温度稳定性好，应该选
52InstnunentTechniqueandSensorJtm2O04
用居里温度比工作温度高很多的热释电材料。
理论和实验表明：
两种典型的热释电传感器的温度稳定性差别较大。
TGS器件的居里点低，器件本身的温度稳定性较差。
而LiTa器件温度稳定性较好，但由于受前放的制约，这种器件的温度稳定性不能完全发挥出来。
此外，两种器件又别具特色：
rIGS器件的探测率比较高，而LiTaO3器件不易潮解。
仿真，保证了其正确性。
另外，使用这种方法还大大减小了电路板的面积，适用于微型化仪器中。
当然，使用哪种设计方法还取决于具体的应用要求，需要从整体上考虑。
由于载玻片的存在，导致在棱镜／载玻片、载玻片／金膜两个表面的反射光发生干涉，干涉条纹在SPR曲线上产生了周期性的明暗条纹变化。
通过计算干涉条纹周期随入射角度的变化，发现干涉条纹周期在原SPR谐振角附近，存在着一个奇
异的尖锐的突起，把这个尖突称为SPR干涉谐振峰，相应的峰顶对应的入射角称为干涉谐振角．nt—sPR．讨论了干涉谐振角Oint-s陬与生物膜厚度d3和生物膜折射率n，的关系。
计算表明：
干涉谐振角0一sPR在厚度d3或者折射率n分别变化时，与变化的参量（d或／7,3）有着良好的线性关系，与SPR谐振角0spa的线性具有相同的量级，这说明有可能通过测定干涉谐振角0int-sPR来检测生物样品的细微变
化，从而提出了一种确定SPR峰值移动的全新的方法。
__为了提高对32个地址的寻址能力（地址/命令位1～5＝逻辑1），可以把时钟/日历或RAM寄存器规定为多字节（burst）方式。
位6规定时钟或RAM，而位0规定读或写。
在时钟/日历寄存器中的地址9～31或RAM寄存器中的地址31不能存储数据。
在多字节方式中，读或写从地址0的位0开始。
必须按数据传送的次序写最先的8个寄存器。
但是，当以多字节方式写RAM时，为了传送数据不必写所有31字节。
不管是否写了全部31字节，所写的每一字节都将传送至RAM。
数据读写程序如图4-6所示。
图4-6数据读写程序
采用热释电红外传感器及专用芯片构成的被动式人体红外探测器，具有监测范围宽、探测距离远、可靠性高等优点，在安全防范及自动控制领域已得到广泛应用。
本文介绍的热释电红外探测器是由热释电红外传感器RE200B、红外专用芯片BISS0001及其外围电路组成，热释电红外传感器通过接收移动人体辐射出的特定波长的红外线，可以将其转化为与人体运动速度、距离、方向等有关的低频电信号，经过后级状态控制器即可产生相应输出信号，从而达到探测移动目标的目的。
1热释电效应
在热释电红外探测器中有两个关键性的元件，一个是热释电红外传感器（PTR），R能将红外信号转变为电信号，并能对自然界中的白光信号具有抑制作用。
另一个是菲涅尔透镜，用来配合热释电红外线传感器，以达到提高接收灵敏度。
热释电传感器具有自极化效应，晶体处于低于Curie温度的恒温环境时，其自极化强度保持不变¨，即极化电荷面密度保持不变。
这些极化电荷被空气中的带电粒子中和，如图1所示，当红外辐射入射晶体，被晶体吸收后，晶体温度升高，自极化强度变小，即电荷面度变小。
这样，晶体表面存在多余的中和电荷，这些电荷以电压或电流的形式输出，该输出信号可用来探测辐射。
相反，当截断该辐射时，晶体温度降低，自极化强度增大由相反方向的电流或电压输出。
3热释电红外探测器电路设计
由电压响应度表达式可知，传感器的电压响应度与入射光辐射变化的频率成反比，因此物体移动速度越快，同样的入射功率下，输出电压就会越小，只有达到报警阈值电平时，探测器电路才会有电压信号输出。
利用热释电探测器PSPICE等效电路模型设计实用探测器电路原理框图如图3所示。
当人体进入警戒区，人体温度会引起环境温度辐射场的变化，通过菲涅尔透镜，热释电红外探头应到的是人体温度与背景温度的差异信号，则在负载电阻上产生一个电信号，采集的电信号触发外围电路，最终实现报警。
热释电红外探测器外电路采用的器件包括红外探测器专用芯片——红外传感信号处理BISSO001、热释电红外探头RE200B（传感器）及一些外围元件（电阻电容）。
检测元件BISS0001是CMOS数模混合专用集成电路，具有独立的高输入阻抗运算放大器，可与多种传感器匹配，进行信号预处理。
另外它还具有双向鉴幅器，可有效抑制干扰，其内部设有延迟时间定时器和封锁时间定时器。
管脚各点波形如图4所示。
当A端等于“0”时，为不可重复触发工作方式，即在时间内，任何，c，的变化都被忽略，直至延迟时间结束。
当时间结束时，下跳回低电平，同时启动封锁时间定时器进入封锁周期。
在周期内，任何的变化都不能使为有效状态。
本电路中由于BISSO001的1脚接的是低电平，即此时芯片设置为不可重复触发状态，所以在延时周期内，路不会被重复触发，直到延时周期结束。
这一功能的设置，可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。
图5所示为探测器分立元件电路图。
当热释电红外探头接收到人体发出的红外线后，输出一个微弱的低频电信号到BISSO001芯片对信号进行放大预处理，同时将直流电位抬高到。
再经内部双向鉴幅检出有效触发信号去启动延迟时间定时器（只要有触发信号的上跳沿则可启动延迟时间定时器）。
由于3．15V，．1．35V，所以当VCC为+4．5V电压时，可有效地抑制4-0．9V（一，）的噪声干扰，提高系统的可靠性。
，c为一条件比较器，当输入电压Vc<时，，c输出为低电平，封锁了与门，禁止触发信号向下级传递；当V>时，，c输出为高电平，则打开与门，c，此时，如果有触发信号的上跳变沿到来，将启动延迟时间定时器，同时脚输出高电平信号，可实现信号的检测或报警。
此时探测器进入延时周期，延迟与封锁时间可调。
4结论
利用PSPICE中的ABM功能建立的多层薄膜热释电探测器的等效模型，设计了一种实用的热释电红外探测器电路。
模拟结果与实验数据基本一致。
根据模型选取适当的参数，可以设计不同的红外探测器实用电路，为红外探测器电路设计提供了新的思路。
致谢
不知不觉，六周的毕业设计结束了。
我的毕业论文已整理完毕，电路调试进展良好。
毕业设计的完成意味着我的大学学习生活即将结束，从此我将进入一个新的人生旅途、开始一段崭新的生活——工作。
在此，我衷心地感谢所有在我做毕业设计期间帮助过我的人。
首先我要感谢我的指导老师李杰的大力帮助和支持。
在整个设计过程当中，李老师在大局上指导我毕业设计的每一进程，还在百忙中抽空为我答疑解难，帮我分析讲解毕业设计中所遇到的问题。
不仅如此，李老师还无私的给我提供了丰富的学习资源和良好的学习环境，为我的毕业设计带来了很大方便。
同时在我完成毕业设计的过程中提供了很多指导性的意见，使我受益匪浅。
另外，李老师渊博的学识、严谨的治学态度和为人给了我很大的教育，这些将使我终身受益。
在此，我衷心感谢李老师给予我的帮助和教育。
此外，我还要感谢谭璐同学给予我的无私的帮助，他们在程序编写和调试过程中给予了我莫大的帮助。
在此，我真诚地感谢他们。
最后，我要感谢我的母校——天津工程师范学院，在校期间，这里给我留下了美好的回忆。
特别是在我即将踏上工作岗位的同时，毕业设计整个过程给了我这样一个锻炼的机会，使我加深了对以前知识的理解和巩固，拓宽了知识面，也提高了我对所学知识的综合应用能力。
我要对母校说：
母校有我三五载，我爱母校一生。
祝愿母校的将来更美好！
图4-108031与液晶的接口电路
根据以上电路原理图中液晶的各引脚与单片机的接法，可得本设计的液晶模块电路如图4-11所示。
VSS接地；数字电源VDD接＋5V；对比度控制电压V0接电位器，可通过调节电位器调整液晶亮度；数据、指令选择信号RS接单片机P2.0口；读写选择信号R/W接单片机P2.1口；单片机读、写选通信号/RD、/WR通过与非门接液晶的读写使能信号E；DB0～DB7分别接单片机的P0.0～P0.7口；芯片1、芯片2的片选分别接单片机的P2.2、P2.3口；复位端RST、背光正电源LEDA接＋5V；液晶驱动电压VEE、背光负电源LEDK接地。
图4-11液晶模块电路
4.5键盘电路
本设计共采用按键3个，分别与单片机的P1.7、P1.6、P1.5口相连，分别对应光标移动，时间、日期调整，退出、闹铃开关键的功能。
与单片机的接法可参照附录1——电子万年历设计电路原理图。
4.6闹铃电路
当闹铃显示“关”时，闹铃不起作用；当闹铃显示“开”时，设定闹铃时间，闹铃时间只可设定时和分，当前时间不断与设定的闹铃时间比较，不相等时不产生任何现象，一旦相等，P3.5输出一个高电平使三极管导通，从而使蜂鸣器工作，闹铃起作用。
闹铃电路如图4-12所示。
图4-12闹铃电路
5系统程序的设计
5.1阳历程序的设计
因为使用了时钟芯片DS1302，阳历程序只需从DS1302各寄存器中读出年、周、月、日、［小］时、分、秒等数据，再处理即可。
在首次对DS1302进行操作之前，必须对它进行初始化，然后从DS1302中读出数据，再经过处理后，送给显示缓冲单元。
阳历程序流程图见图5-1所示。
图5-1阳历程序流程图
5.2时间调整程序设计
调整时间用三个调整按钮，一个作为移位、控制用，一个作为加用，一个作为退出调整和闹铃开关用。
分别定义为控制按钮、加按钮、退出按钮。
在调整时间过程中，要调整的位与别的位应该有区别，所以增加了闪烁功能，即调整的位一直在闪烁，直到调整下一位。
闪烁原理就是，让要调整的一位每隔一定的时间熄灭一次，例如间隔时间为50ms。
利用定时器计时，当达到50ms溢出时，就送给该位熄灭符，在下一次溢出时，再送正常显示的值，不断交替，直到调整该位结束。
此时送正常显示值给该位，再进入下一位调整闪烁程序。
时间调整程序流程图如图5-2所示。
图5-2时间调整程序流程图
5.3阴历程序设计
阴历程序的实现是要靠阳历日期来推算的。
要根据阳历来推算阴历日期，首先要设计算法。
推算方法是，根据阳历当前日期在一年中的天数来计算阴历日期。
阳历一个月不是30天就是31天（2月除外，闰年2月为29天，平年2月为28天）。
阴历一年有12个月或13个月（含闰月），一个月为30天或29天。
如果把一个只有29天的月称为小月，用1为标志，把30天的月称为大月，用0为标志，那么12位二进制就能表示一年12个月的大小。
如果有闰月，则把闰月的月份作为一个字节的高4位，低4位表示闰月大小，大月为0，小月为1，这样一个字节就包括了所有闰月的信息。
阴历春节和阳历元旦相差的天数也用一个字节表示。
总共用4字节就可以存储一年中任何一天阳历和阴历的对应关系的有关数据，例如2004年的阴历和阳历对应关系如表5-1所示。
表5-12004年的阴历和阳历对应关系表
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
闰2月
大小
小
大
大
大
小
大
小
大
小
大
小
大
小
二进制
1
0
0
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
天数
29
30
30
30
29
30
29
30
29
30
29
30
十六进制
4
2
5
2
21
2004年的春节和元旦差21天，这样2004年的信息表示为：
21，42H，52H，21H。
其中表示12个月大小信息的字节，第4位和第7位不用，第1个字节为十进制，其它的都为十六进制。
按此方法，50年的阳历和阴历对应关系表总共使用200字节。
有了算法和数据以后，就可以设计软件了。
先要根据当前阳历的日期，算出阳历为该年中的第几天。
图5-3为计算阳历中任何一天在该年中为第几天的程序流程图。
图5-3计算阳历天数程序流程图
计算出当前阳历日期为该年中的第几天后，再减去阳历该年春节和元旦的日差，如果够减，则相减的结果就是阴历在该年中的总第几天了。
根据该数据就可以推算出具体的当前阴历日期；如果不够减，则表示当前阴历年为阳历年的前一年。
这种情况下，根据实际，当前阴历日期会处于阴历11月或12月，此时春节和元旦的日差减去前面计算出的当前阳历日期在阳历年为第几天的数据，其结果表示当前阴历日期离春节的天数。
计算出的阳历天数为该年的第几天，存放在寄存器R2和R3中。
计算出天数后，如果大于#FFH，则把#FFH存放在R2中，余值存放在R3中。
也就是说在用寄存器R2和R3表示的天数信息中，R2充当主寄存器，数据先存满R2，再存R3。
在整个转换程序中，这里面的数据不能被覆盖。
计算出阳历总天数后，就可以根据它来推算阴历日期。
推算方法是，先用总天数减去春节和元旦的日差，如果结果为1，则该天正好是春节（因为春节在元旦之后，在计算春节和元旦的日差时，假设元旦为0天，春节为n天，则日差为n。
而前面计算的阳历总天数是该天在该年中的第几天，是以元旦为1而得到的，与计算春节和元旦日差的这样方法相比，其数值少了1，所以要在原来本应该以0作为该天就是春节的依据的基础上加1，所以以1作为该天是春节的标志）；如果结果小于1，则阴历应该是阳历的前一年；如果结果大于1，说明阳历和阴历为同一年。
再根据查表所得的该年的阴历的闰年和大小月的信息，就可以推算出该天的阴历日期了。
图5-4为由总天数推算出阴历日期的程序流程图。
图5-4推算阴历日期的程序流程图
6测试结果
设计完成后，给系统上电，液晶显示屏显示结果如图6-1所示。
图6-1液晶显示屏的显示结果
调节10K电位器R4可调整液晶显示屏的亮度。
调整到合适亮度后，按控制按钮，光标会从阳历年位开始闪烁，进入设定调整状态。
此时按加按钮，当前数字就可改变。
按一次，数字加1；若长按，则数字连续加。
此时，调整的位一直在闪烁，直到再次按光标移动控制位，光标跳到下一位闪烁。
调整
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