单片机继电器控制.docx

1、单片机继电器控制 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35.2继电器量部分45.3单片机最小系统部分55.4可编程并行接口芯8255A部分105.5电路板的制作155.6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、

2、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2 PCB图 四、 程序流程图继电器控制系统程序框图如下： 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，

3、 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

4、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控制电路的电源电压，能提供的最大电流；被控制电路中的电压和电流；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； 注意器具的容积。若是用于一般用电器，除

5、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

6、以及片内振荡器和时钟电路）。CPURAMROMI/O接口电路定时器/计数器时钟 图6 MCS-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。MSC51系列单片有4个8位并行双向I/O口P0P3，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

7、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7 P1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

8、，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8 P2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1 P1、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

9、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1.212M。MCS5-51系列单片机也可以采用外接时钟，这时XTAL 2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13b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，XTAL 2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RS

10、T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10a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10c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10b所示。按键脉冲复位和上电平复值的

11、原理是一样的，都是利用RC电路的放电原理，如图10d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

12、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12 8255A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

13、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 A B、 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

14、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端口的工作方式。3)数据总线缓冲器 数据总线缓仲器是一个双向三态的8位缓仲器，它直接与系统数据总线连接，是8255A与CPU之间传输数据的必经之路，数据的输入、输出以及控制字的写入都是通过这个缓仲器传递的。4)读写控制逻辑 读写控制逻辑电路负责管理8255A的数据传输过程。它接收来自控制总线的控制信号WR、RD、RESET和地址总线的AI、AD以及由地址译码输出的片选信号CS，由这些信号形成对端口的读写控制，并通过A组控制器和B组控制器实现对数据、状态和控制信息的传输。8255A的引脚说明8255A是40根

15、引脚，双列直插式芯片，40根引脚的分布图如下图（引脚图）所示，这些引脚可分成：（1）与外设连接的引脚（2）与CPU连接的引脚RESET：复位信号输入端，高电平有效，有效时清除8255A内部寄存器，同时三个端口自动设为输入端：D0D7：数据线；VCC：电源；GND：接地线；PAsPA7： A组8位I/O口；PB。PB7：B组 8位 I/O口；PC。PC7：C组 8位 I/O口，还具备其它控制功能；CS：片选信号输入线，低电平有效；RD：读选通信号输入线，低电平有效；WR：写选通信号输入线，低电平有效；ADAI：端口信号选择端，用于决定当前对哪一个端口进行操作。 图13 8255A引脚分布图825

16、5A端口选择表 表2 8255A端口选择表 8255A的编程控制字（1）工作方式控制字：用来设定通道的工作方式及数据的传送方向的。（2）C口按位置位/复位控制字：向控制寄存器写入控制字，而使它的每一位置位或复位。（3）两个控制字的差别工作方式控制字放在程序的开始部分；按位置位/复位控制字可放在初始化程序以后的任何地方。8255A的工作方式及应用（1）方式0及其应用：系统连接（2）方式1及其应用： 引脚配置、输出图、输出时序、状态字（3）方式2及其应用： 引脚定义、输出时序、状态字、接口电路图14 系统连接图5.5电路板的制作Protel99功能强大，为我们进行电子电路原理图和印制板图的设计提供

17、了良好的操作环境。用Protell99进行电路设计分为两大部分：原理图的设计和电路板的设计。原理图的设计实在SCH系统中进行的，电路原理图是印刷板电路设计的基础，只有设计好原理图才有可能进行下一步的电路板设计。用protel99进行电路板设计的第一步是其原理图的设计。显然，原理图决定整个电路的基本功能，也是接下来生成网表和设计印刷板电路的基础。具体步骤如下：（1）图面设置： Protel99允许用户根据电路的规模设置图面的大小，按照偏好和习惯设置图面的样式。实际上，设置图面就是设置了一个工作平面，以后的工作就要在这个平面上进行。所以图面应该设置得足够大，为进一步工作提供一个足够大的工作空间。（

18、2）放置元件： 所谓放置元件就是从元件库中选取所需得元件，将其布置到图面上合适的位置，有时还要重定义元件的编号、封装。元件的封装很重要，要根据元件的实际尺寸和实际封装来决定，要是元件没封装好，将会给以后电路板的制作带来很大的麻烦。这些都是下一步工作的基础。Protel99为用户提供了一个非完备的元件库，并且允许用户对这个元件库进行编辑或者新建自己的元件库。电路板的制作过程(1) 打印：将生成的PCB图打印到热转印纸上，需注意线不能太窄，墨要加重，否则制板时容易断线，如果在操作过程中断了线，可用电烙铁将锡带过。(2) 熨烫：将热转印纸覆在铜板上，用电熨斗进行熨烫，关键要注意熨烫的时间，不能太久，

19、也不能时间太短，否则，太久会把铜板烫坏，不够的话墨迹覆不上去。(3) 腐蚀：把铜板放到三氯化铁溶液中腐蚀，需注意溶液浓度要较高，最好用热水配置，这样腐蚀更快，一般3分钟即可。如果时间过长，需剩下的铜线也可能被腐蚀。(4) 打孔：打孔时注意钻头尺寸，本次用的钻头大小是0.712mm的，最需注意的地方是集成块的管脚，如果打孔误差大，管座就很难插上。(5) 放置元件：放置前应先打磨一下打孔后留下的毛刺，并均匀地涂上松香水（目的是防止铜线氧化，易于焊锡覆着焊盘，但多涂会导致焊接时焊点变黑，影响美观）。放置元件时注意集成块的管脚，二极管和电解电容的正负，这些都是平时比较容易出错的地方。(6) 焊接：焊接

20、技术比较难掌握，焊锡、烙铁与焊盘的位置关系，焊锡熔化时间长短，松香水的浓度，烙铁的温度等等，都是影响焊点美观的因素。(7) 检查：检查是否有虚焊，集成块管脚位置是否正确，电源引线位置是否恰当等。检查完毕就能进行调试了。 5.6系统连线说明分析在本系统中8255的PA0、PA1分别继电器上的串联电阻RE1和RE2相连，发光二极管一端与继电器触点相连，另一端接地，单片机的P1.0P1.7连接到8255的D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7端子上，作为数据总线，单片机的P3.5与8255的片选信号CS端子相连，P3.4和P3.3与8255的RD和WR端子相连，用于读写信号，P3.6和P3.

21、7与8255的A1和A0端子相连，选择8255的控制端口。调试过程：1、 保证电路板连接正确后，接上电源。2、 保证正确的按钮次序及按下次数与要求的线路控制相符合。实验过程中的问题及改进方法1、制作电路板过程中由于焊接等原因，造成电路连接不通现象，浪费了调试时间。2、由于8255的时序控制不好把握，在调试中花费了不少时间。六、源程序#include #define A0 P3_7#define A1 P3_6#define Rest P3_2#define Read P3_4#define Write P3_3#define CS P3_5#define WR_CLK() Read=1; Wr

22、ite = 0;Write =1 unsigned char Key_Count = 0,TM,set_key_flag;void Set_Adr(char Adr) if(Adr&0x01) A0=1; else A0=0; if(Adr&0x02) A1=1; else A1=0;void Wr_Data_At(unsigned char Data,unsigned char Adr) CS=1; CS=0; Set_Adr(Adr); P1=Data; WR_CLK();void Init_8255(void) Rest=1; Rest=0; CS=0; Read=1; Write=1;

23、 Wr_Data_At(0x82,3);void Set_CH1(void) Wr_Data_At(0xfe,0);void Set_CH2(void) Wr_Data_At(0xfc,0);void Clr_CH1CH2(void) Wr_Data_At(0xff,0);void delay(unsigned int n) unsigned int i=0,j=0; for (i=n;i0;i-) for (j=0;j1000;j+) ; unsigned char Get_Key(void) unsigned char ret=0; unsigned char temp; Read=0;

24、Write=1; Set_Adr(1); temp =P1|0xe7; if(temp!=0xff) delay(50); if(temp = 0xf7) ret = 2; if(temp = 0xef) ret = 1; Read=1; return ret;void main(void) unsigned char key=0; Init_8255(); Clr_CH1CH2(); while(1) key=Get_Key(); if(key=1) Key_Count+; switch (Key_Count) case 1: Set_CH1(); break; case 2: Set_CH

25、2(); break; default: ; break; if(key=2) Key_Count=0; Clr_CH1CH2(); 七、设计体会1、在设计系统过程中，学会用Protel 99画原理图和PCB图。2、自己动手制作电路板，提高动手能力。3、调试程序过程中，针对遇到的问题，寻找解决方法，同时学会利用C语言编制单片机程序。4、感谢在整个设计单片机最小系统过程中给我很大帮助的导师，师兄，同学等。八、参考文献1 孙安青. AT89S51单片机实验及实践教程M.2 秦晓梅.育斌.单片机原理综合实验教程M.辽宁：大连理工大学出版社，2004.3 邓红 张越 单片机实验与应用设计教程M.北京：冶金工业出版社，2004.54 李建中.单片机原理及应用M. 西安：西安电子科技大学出版社，2008.2.5 郑一力.殷晔 Protel 99SE电路设计与与制版M.北京：人民邮电出版社，2008.6 张齐 杜群贵 单片机应用系统设计技术M.北京：电子工业出版社，2004.8