基于89C51(80C51)自動斷電保護系統(tǒng)的單片機課程設(shè)計報告

1、 . . . 單片機系統(tǒng)課程設(shè)計成績評定表設(shè)計課題： 基于89C51的自動斷電保護系統(tǒng)學(xué)院名稱：專業(yè)班級：學(xué)生：學(xué)號：18 / 19目 錄一、引言4二、總體方案設(shè)計5三、硬件電路設(shè)計63.1 單片機最小系統(tǒng)63.2 電流采樣電路和繼電器控制電路73.3 A/D采樣電路83.4鍵盤和顯示接口電路103.5聲光報警電路11四、系統(tǒng)軟件設(shè)計134.1主程序設(shè)計134.2中斷服務(wù)程序設(shè)計134.3鍵盤和顯示子程序設(shè)計15五、系統(tǒng)調(diào)試16六、總結(jié)16參考文獻：17附件A18附件B23一、引言隨著家用電器的增多，人們也越來越關(guān)心用電器的保護和用電安全的問題。因此自動斷電保護系統(tǒng)，逐步廣泛應(yīng)用于家庭用電器的

2、保護設(shè)施，它能夠?qū)崿F(xiàn)開機后自動恢復(fù)供電功能。當部電路短路，用電功率超過設(shè)定值時，自動斷電保護系統(tǒng)就會自動斷開用電器的供電回路，使用電器停止工作，能夠防止用電器進一步的損壞，避免發(fā)生一些不必要的損失。該設(shè)計采用電流互感器，來采樣線路上的電流值，然后與用戶設(shè)定值進行比較，控制繼電器的常閉點的斷開與閉合，從而控制用電器的供電回路的斷開與閉合。同時該設(shè)計還提供了聲光報警，用戶可以與時的處理事故。用戶還可以通過鍵盤來設(shè)置限制電流的大小，同時電流的采樣值和設(shè)置值都會通過數(shù)碼管顯示出來，以供用戶方便的使用和觀察。二、總體方案設(shè)計按照任務(wù)要求和系統(tǒng)設(shè)計要求，控制系統(tǒng)包括以下幾個部分：1. 控制器。作為系統(tǒng)的核

3、心元件，我們采用89C51單片機。2. 電流采樣。通過一個互感器進行電流的采樣，將線路上的大電流轉(zhuǎn)換為小電流值進行采樣。通過一個電阻將其轉(zhuǎn)換成電壓信號，方便單片機的讀取。3. A/D轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換芯片采用ADC0809八位模數(shù)轉(zhuǎn)化器。4. 繼電器。當電流超過設(shè)定值時，繼電器斷開，電路回路斷開。5. 聲光報警。當電流值超過設(shè)定值時，進行報警6. 鍵盤。通過鍵盤可以設(shè)置限制電流大小。7. 數(shù)碼管顯示。可以顯示設(shè)置電流以與實時電流值大小。總體設(shè)計結(jié)構(gòu)圖如圖2-1所示：圖2-1 總體設(shè)計結(jié)構(gòu)圖三、硬件電路設(shè)計3.1 單片機最小系統(tǒng)微控制器采用ATC89C51，89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦

4、除只讀存儲器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS8位微處理器。其主要特性如下：與MCS-51 兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命：1000寫/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間：10年 全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz 三級程序存儲器鎖定 128*8位部RAM 32可編程I/O線 兩個16位定時器/計數(shù)器 5個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片振蕩器和時鐘電路其最小系統(tǒng)主要包括復(fù)位電路，時鐘電路。最小系統(tǒng)電路圖如圖3-1所示：圖3-1 89C51單片機最小系統(tǒng)電路圖復(fù)位電路，采用5V供電，可以

5、實現(xiàn)上電復(fù)位和手動復(fù)位電路，每當系統(tǒng)上電，微控制器部設(shè)置復(fù)位，所以每次啟動都需要重新設(shè)置限制電流大小，否則則默認為初始設(shè)置10A。當微控制器運行發(fā)生錯誤時，可以對其手動復(fù)位，使其重新啟動運行，再進行設(shè)置限制電流大小。時鐘電路，采用6MHz晶振給單片機提供時鐘信號。3.2 電流采樣電路和繼電器控制電路電流采樣電路，通過電流互感器按一定比例采樣線路上的電流值大小，通過一個電阻，將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，方便單片機進行A/D轉(zhuǎn)換，繼電器控制電路，當線路上的電流值大于設(shè)定電流值時，將P1.1端口置1，使Q1形成通路，則繼電器常閉點斷開，用電器電路回路斷開，則用電器停止工作。電路圖如圖3-2所示：圖3-

6、2 電流采樣轉(zhuǎn)換電路和繼電器控制電路3.3 A/D采樣電路A/D采樣電路， ADC0809是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其部有一個8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進行A/D轉(zhuǎn)換。是目前國應(yīng)用最廣泛的8位通用A/D芯片其主要特性：8路輸入通道，8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。 具有轉(zhuǎn)換起停控制端。 轉(zhuǎn)換時間為100s(時鐘為640kHz時)，130s（時鐘為500kHz時） 單個+5V電源供電 模擬輸入電壓圍0+5V，不需零點和滿刻度校準。 工作溫度圍為-40+85攝氏度 低功耗，約15mW引腳功能

7、ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝。下面說明各引腳功能。 IN0IN7：8路模擬量輸入端。 2-12-8：8位數(shù)字量輸出端。 ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路 ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。 START： A/D轉(zhuǎn)換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖（至少100ns寬）使其啟動（脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)換）。 EOC： A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)

8、門，輸出數(shù)字量。 CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHZ。 REF（+）、REF（-）：基準電壓。 VCC：電源，單一+5V。 GND：地。A/D轉(zhuǎn)換采樣電路。CS0接面板上的CS0端口，選擇ADC0809芯片地址，A0,A1,A2接AD轉(zhuǎn)換通道選擇段，因為本設(shè)計只涉與一個通道0，所以可以賦值0即可，數(shù)據(jù)輸出端接單片機AD0-AD7口，當ADC0809數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)束時，EOC端口輸出一個高電平。經(jīng)過一個反相器，接單片機的外部中斷輸入口。向單片機申請中斷，讀取數(shù)據(jù)。電路圖如圖3-3所示：圖3-3 A/D轉(zhuǎn)換電路3.4鍵盤和顯示接口電路顯示電路，采用74LS374八路鎖存器來實現(xiàn)數(shù)碼

9、管的段碼和位碼數(shù)據(jù)的鎖存，將采集到的電流值以與設(shè)置的電流值大小進行實時的顯示，以便用戶的操作和觀察。鍵盤電路， 通過對74LS374 八路鎖存器D7引腳送入低電平，然后讀取74LS245的值來判斷是否有鍵按下，并且確定是哪個按鍵按下，然后執(zhí)行相應(yīng)的程序。鍵盤顯示電路如圖3-4所示：圖3-4 鍵盤和顯示電路3.5聲光報警電路聲光報警電路，采用三極管驅(qū)動音頻放大器實現(xiàn)音頻報警，當采樣電流值大于電流設(shè)定值時，單片機P1.0端口產(chǎn)生100HZ的方波信號，控制Q2的通斷，實現(xiàn)蜂鳴器報警；單片機P1.2端口變成高電平，則發(fā)光二極管點亮，實現(xiàn)報警功能。電路圖如圖3-5所示：圖3-5 聲光報警電路四、系統(tǒng)軟件

10、設(shè)計軟件設(shè)計包括主程序，中斷服務(wù)程序等其它子程序4.1主程序設(shè)計主程序是系統(tǒng)上電或復(fù)位后首先要執(zhí)行的程序，主程序主要完成系統(tǒng)的初始化、掃描顯示、掃描鍵盤等工作。主程序流程圖如圖4-1所示：圖4-1 主程序流程圖當系統(tǒng)上電或者手動復(fù)位時，首先進行系統(tǒng)初始化，設(shè)置堆棧地址，定時器0工作方式，中斷觸發(fā)方式以與其它系統(tǒng)初始化。然后啟動定時器和AD轉(zhuǎn)換。然后進行不停的掃描鍵盤和顯示。4.2中斷服務(wù)程序設(shè)計外部中斷服務(wù)程序流程圖如圖4-2所示：圖4-2 外部中斷服務(wù)程序當A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器EOC引腳輸出一個高電平信號，經(jīng)過一個反向器，使89C51產(chǎn)生外部中斷，進入外部中斷服務(wù)程序。

11、首先保護現(xiàn)場，然后讀取AD值，進行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換然后存儲，并與設(shè)定的電流值進行大小比較，如果超過設(shè)定值，則繼電器斷開，用電器回路斷開，并置1報警標志位。恢復(fù)現(xiàn)場，中斷返回。定時器0中斷服務(wù)程序流程圖如圖4-3所示:圖4-3 定時器0中斷服務(wù)程序定時器設(shè)置為10ms定時，每10ms中斷一次，進入中斷之后，首先保護現(xiàn)場，重裝初值，判斷是否處在報警狀態(tài)，如果是，取反P1.0口，驅(qū)動揚聲器進行聲音報警。如果沒有處于報警狀態(tài)在判斷是否到1S，到1S，則重置1S計數(shù)初值，啟動A/D轉(zhuǎn)換然后恢復(fù)現(xiàn)場，中斷返回，如果不到1S，則直接恢復(fù)現(xiàn)場，中斷返回。4.3鍵盤和顯示子程序設(shè)計鍵盤程序，采用三個獨立按鍵來設(shè)置限制

12、電流值的大小，第一次按下鍵1，啟動限制電流大小的設(shè)置，此時按鍵2，則實現(xiàn)限制電流的增加，最大限制電流20A；若按鍵3，則實現(xiàn)限制電流的減小。再次按下鍵1，則關(guān)閉對限制電流大小的設(shè)置。顯示程序，首先要將數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的要顯示的數(shù)據(jù)進行十位和個位的分離，進行查表，找到相應(yīng)的段碼，向數(shù)據(jù)總線送入段碼地址，再送段碼數(shù)據(jù)，接下來送位碼地址和位碼數(shù)據(jù)。分別將電流采樣值和設(shè)定值進行顯示。 五、系統(tǒng)調(diào)試由于硬件的限制，我們不能對互感器電流采樣部分電路的測試，但是我們通過直接給ADC0809一個模擬信號可以實現(xiàn)當電壓達到一定值時，蜂鳴器響起進行報警，同時發(fā)光二極管點亮進行報警。鍵盤能夠正常的對限制電流大小進行設(shè)置，

13、顯示部分能夠正確顯示出電流的設(shè)定值和采樣值。六、總結(jié)通過本次的單片機課程設(shè)計，使我更好的掌握了單片機的使用，更好地理解了單片機部的數(shù)據(jù)存儲，中斷和定時器的應(yīng)用，單片機外部電路的接口技術(shù)，數(shù)據(jù)總線的運用，也更深入的了解了匯編語言，熟悉了匯編指令的功能以與程序的編寫。讓我知道想設(shè)計好一個完整穩(wěn)定的系統(tǒng)，需要考慮很多的細節(jié)，并不是那么容易，對我以后進入工作起到很大的幫助。參考文獻：1 迎新單片微型計算機原理、應(yīng)用與接口技術(shù)（第2版）M：國防工業(yè)，20042偉福LAB6000系列單片機仿真實驗系統(tǒng)使用說明書3 閻石數(shù)字電路技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）：高等教育，2006附件A程序：ORG 0000HLJMP M

14、AINORG 0003HLJMP TSORG 000BHLJMP T_0ORG 0030HMAIN: MOV SP,#3FH；設(shè)置堆棧 MOV 60H,#0；采集數(shù)據(jù)顯示緩沖區(qū) MOV 70H,#10；設(shè)置數(shù)據(jù)顯示緩沖區(qū) MOV R0,#60H MOV R1,#70H MOV R6,#50 MOV R7,#200；1S計數(shù)值 CLR 20H；報警狀態(tài)標志位 CLR 21H；設(shè)置數(shù)據(jù)標志位 CLR P1.0；音頻報警 CLR P1.1；繼電器 CLR P1.2；LED MOV TH0,#0F6H；定時器0裝初值 MOV TL0,#3CH SETB IT0；外部中斷觸發(fā)方式設(shè)置 MOV IE,#8

15、3H；開總中斷，外部中斷0，定時器中斷0 SETB TR0；啟動定時器 MOV A,#0 MOV DPTR,#8000H；片選ADC0809 MOVX DPTR,A；啟動ADLOOP: LCALL DISPLAY；調(diào)用顯示 LCALL KEY；掃描鍵盤 LJMP LOOPKEY: PUSH ACC；保護現(xiàn)場 PUSH PSW PUSH DPH PUSH DPL LCALL KEY_VALUE 21H,KEY0_0；判斷是否處于設(shè)置數(shù)據(jù)狀態(tài)KEY0: CJNE A,#01H,RETURN；判斷鍵值 LCALL DISPLAY；調(diào)用顯示延時，消抖 CJNE A,#01H,RETURN LCALL

16、KEY_VALUE JNZ KEY0；等鍵釋放 SETB 21H；設(shè)置數(shù)據(jù)狀態(tài)標志位置1 LJMP RETURN；返回KEY0_0: CJNE A,#01H,KEY1；判斷鍵值 LCALL DISPLAY；調(diào)用顯示延時消抖 CJNE A,#01H,KEY1 LCALL KEY_VALUE JNZ KEY0_0；等鍵釋放 CLR 21H；設(shè)置完成，清除標志位 LJMP RETURN；返回KEY1: CJNE A,#02H,KEY2；判斷鍵值 LCALL DISPLAY；調(diào)用顯示延時，消抖 CJNE A,#02H,KEY2 LCALL KEY_VALUE JNZ KEY1；等鍵釋放 INC 70H

17、；設(shè)置數(shù)據(jù)緩沖區(qū)加1 CJNE R1,#20,RETURN；判斷是否到最大值20 MOV 70H,#0；是，歸0 LJMP RETURN；返回KEY2: CJNE A,#04H,RETURN；判斷鍵值 LCALL DISPLAY；調(diào)用顯示延時，消抖 CJNE A,#04H,RETURN LCALL KEY_VALUE JNZ KEY2；等鍵釋放 DEC 70H；設(shè)置數(shù)據(jù)緩沖區(qū)加1 CJNE R1,#0,RETURN；判斷是否到最小值0 MOV 70H,#20；是，變?yōu)?0RETURN: POP DPL；恢復(fù)現(xiàn)場 POP DPH POP PSW POP ACC RETKEY_VALUE:；讀鍵值

18、子程序 MOV DPTR,#09002H；送鍵盤列碼地址 MOV A,#00H MOVX DPTR,A；掃描鍵盤 MOV DPTR,#08001H；送行碼地址 MOVX A,DPTR ANL A,#0FH；讀鍵值 RETDISPLAY: PUSH ACC；保護現(xiàn)場 PUSH PSW PUSH DPH PUSH DPL MOV A,R0；轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) MOV B,#10 DIV AB MOV DPTR,#TAB；查表 MOVC A,A+DPTR MOV DPTR,#09004H；送段碼地址 MOVX DPTR,A；送采樣數(shù)據(jù)十位數(shù)段碼 MOV DPTR,#09002H；送位碼地址 MOV A,#02

19、H；送位碼 MOVX DPTR,A MOV A,B；顯示采樣數(shù)據(jù)個位數(shù)據(jù) MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV DPTR,#09004H MOVX DPTR,A MOV DPTR,#09002H MOV A,#01H MOVX DPTR,A MOV A,#0 MOVX DPTR,A MOV A,R1；顯示設(shè)置數(shù)據(jù) MOV B,#10 DIV AB MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV DPTR,#09004H MOVX DPTR,A MOV DPTR,#09002H MOV A,#08H MOVX DPTR,A MOV A,B MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV DPTR,#09004H MOVX DPTR,A MOV DPTR,#09002H MOV A,#04H MOVX DPTR,A LJMP RETURN；返回DELAY:；延時函數(shù) MOV R6, #50DELAY_LOOP:DJNZ R6,DELAY_LOOPRETTS: PUSH ACC；保護現(xiàn)場 PUSH PSW PUSH DPH PUSH DPL