51单片机对继电器的控制.doc

盐城工学院单片机技术课程设计说明书光电隔离多路继电器控制专业电气工程及其自动化学生姓名褚文杰班级BM电气072学号0751402218指导教师周云龙完成日期2010年 6 月 16 日目 录1. 概述12. 课程设计内容12.1. 设计方案论证13. 系统硬件设计23.1 单片机控制方框图23.2 电磁阀控制模块23.3 电磁继电器53.4 继电器通断显示53.5 键盘接口工作原理73.6 晶振模块83.7 电源模块94. 系统软件设计125. 结束语13参考文献13附 录14附录1：程序清单14附录2：设计图纸14光电隔离多路继电器控制1概述电磁继电器是有触点继电器的一种。它是利用电磁效应实现电路开、关控制作用的元件，广泛应用在电子设备、仪器仪表及自动化设备中1。在各种自动控制设备中，都要求用一个低压的电路去控制高压的电气电路。这样不仅可以为电子线路和电气电路提供良好的电隔离，还可以保护电子电路和人员的安全。 Intel推出首款8位单片机-8051Intel在80-82年陆续推出和8051指令系统完全相同，内部结构基本相同的8031、8052和8032等型号单片机，初步形成MCS-51系列，被奉为“工业控制单片机标准”8051系列单片机是 inter 公司生产的中级产品，该系列单片机采用 COMS 技术和静态设计技术，实现了低功耗和宽工作电压范围。因此，采用 51单片机控制电磁继电器能够达到这样的要求。2设计要求基于单片机对继电器进行控制，所设计的系统功能：以MCS-51系列单片机作为控制核心，实现利用P1口对继电器的开与关进行控制并用发光二极管来显示开与通。 2.1设计方案论证根据设计要求，提出如下方案:方案一: PICl6F87X 系列 8位单片机是采用精简指令集（RISC）结构和FLAS存储技术的高性能的嵌入式单片机，突出的优点是内部集成了一个在线调试器（In Circuit Debugger），可以实现在线调试和在线编程2。方案二:采用51单片机系统中的8051单片机从功耗、驱动能力、外围模块设计等方面，8051 单片机也有一些独到之处如：上电、掉电延时复位保护和看门狗功能，I/O 管脚驱动能力和抗干扰能力强。该系列单片机的功能基本相近，只是在存储器大小、引脚数目、A/D 转换器个数等有所区别，用户可方便地选择最适用的型号。二种方案的特点比较如下：方案一的图案显示逼真，单片机占用端口资源少，缺点是需要大量的硬件，电路复杂，耗电量大，不太适合于模型制作。方案二具有电路简单，设计方便，显示亮度高，耗电较少，可靠性高等特点；可见方案二优于方案一，因此本设计选用方案二 3系统硬件设计该设计的控制系统的基本原理图如图1所示，主要包括电源模块、继电器的驱动、电磁阀控制模块和单片机控制模块:电源 8051单片机 光电隔离 电磁阀控制电路3. 1单片机控制方框图： 图1 基本原理图 3. 2电磁阀控制模块电磁阀控制模块是电磁继电器控制的控制部分，它控制着继电器的工作。如图2是电磁阀控制模块图（51单片机与继电器的接口） 图 27407 TTL 集电极开路六正相高压驱动器驱动器:Vcc6A6Y5A5Y4A4Y 1413121110 9 8Y = A） 六驱动器(OC高压输出) 74LS07 1 2 3 4 5 6 7 1A1Y2A2Y3A3YGND器件供电7V 输入 5V 输出 30V 真值表:Y=AINPUTOUTPUTA Y 11 00 3.3 电磁继电器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。工作原理：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”。3.4继电器通断显示模块74LS164 为 8 位移位寄存器,其主要电特性的典型值如下： 54/74164 185mW 54/74LS164 80mW当清除端（CLEAR）为低电平时，输出端（QAQH）均为低电平。 串行数据输入端（A，B）可控制数据。当 A、B任意一个为 低电平，则禁止新数据输入，在时钟端（CLOCK）脉冲上升沿作用下Q0 为低电平。当A、B 有一个为高电平，则另一个就允许输入数据，并在CLOCK 上升沿作用下决定Q0 的状态。 引脚功能：CLOCK ：时钟输入端CLEAR： 同步清除输入端（低电平有效） A，B ：串行数据输入端QAQH： 输出端内部逻辑图：真值表InputOutputclearclockABQA QB QHLXXXL L LHLXXQA0 QB0 QH0HHHH QAn QGnHLXL QAn QGnHXLL QAn QGnH高电平 L低电平 X任意电平 低到高电平跳变 QA0,QB0,QH0 规定的稳态条件建立前的电平 QAn,QGn 时钟最近的前的电平3.5 键盘接口的工作原理 原理如图所示：单片机中应用的一般是由机械触点组成的。当开<键盘结构图>关S未被按下时，P1。0输入为高电平，S闭合后，P1。0输入为低电平。由于按钮是机械触点，当机械触点断开、闭合时，会有抖动动，P1。0输入端的波形如图2所示。这种抖动对于人来说是感觉不到的，但对计算机来说，则是完全能感应到的，因为计算机处理的速度是在微秒级，而机械抖动的时间至少是毫秒级，对计算机而言，这已是一个“漫长”的时间了。前面我们讲到中断时曾有个问题，就是说按钮有时灵，有时不灵，其实就是这个原因，你只按了一次按钮，可是计算机却已执行了多次中断的过程，如果执行的次数正好是奇数次，那么结果正如你所料，如果执行的次数是偶数次，那就不对了。为使CPU能正确地读出P1口的状态，对每一次按钮只作一次响应，就必须考虑如何去除抖动，常用的去抖动的办法有两种：硬件办法和软件办法。单片机中常用软件法，因此，对于硬件办法我们不介绍。软件法其实很简单，就是在单片机获得P1。0口为低的信息后，不是立即认定S1已被按下，而是延时10毫秒或更长一些时间后再次检测P1。0口，如果仍为低，说明S1的确按下了，这实际上是避开了按钮按下时的抖动时间。而在检测到按钮释放后（P1。0为高）再延时5-10个毫秒，消除后沿的抖动，然后再对键值处理。不过一般情况下，我们常常不对按钮释放的后沿进行处理，实践证明，也能满足一定的要求。当然，实际应用中，对按钮的要求也是千差万别，要根据不一样的需要来编制处理程序，但以上是消除键抖动的原则。3.6晶振模块晶振是为电路提供频率基准的元器件，通常分成有源晶振和无源晶振两个大类，无源晶振需要芯片内部有振荡器，并且晶振的信号电压根据起振电路而定，允许不同的电压，但无源晶振通常信号质量和精度较差，需要精确匹配外围电路（电感、电容、电阻等），如需更换晶振时要同时更换外围的电路。有源晶振不需要芯片的内部振荡器，可以提供高精度的频率基准，信号质量也较无源晶振要好。这种电路是单片机内部振荡电路，由只需要在单片机的XTAL1和XTAL2引脚边接一个晶体振荡器或一个陶瓷振荡器，并通过两个电容后接地即可， XTAL1 和XTAL2分别为单片机片内反相器的输入和输出端口，因为单片机内部工作 需要时钟，产生机器周期，振荡电容一般选取10-30PF，振荡电路的频率要满足单片机的工作频率要求，单片机才能正常工作，如89S52,其工作频率为0-33MHz3.7电源模块电源模块为了给单片机提供5V的电源，设计了如图5的电源模块。 图 5其中24V电源由外部提供，经开关稳压器LM317变换后得到5V电平，为单片机控制模块、电磁阀控制模块LM317的输出电压范围为1.2537V连续可调。LM317的脚和脚分别为输入和输出端。脚为调整端。1. 基本电路工作LM317是三段浮动稳压器，工作时，LM317建立并保持输出与调节端之间1.25VC的标称参考电压(Vref)这一参考电压由R1转换成编程电流，改恒定电流经R2到地。稳压输出电压由下式给出： Vout=Vref(1+R2/R1)+IadjR2因为调节电流（Iadj）在式中代表误差项，所以LM317设计成控制Iadj小于0.1mA并使之保持恒定。为达到这一点，所以静态工作电流都返回到输出端。这样就需要最小负载电流。如果负载电流小于最小值，输出电压会上升。因为LM317是浮动稳压器，所以只有电路两端电压对性能是重要的，工作在对地呈高电平也就成为可能。如图 6 所示：2. 负载调整率 LM317能提供极良好的负载调整率，但为实现最优性能需要注意几点。编程电阻（R1）应尽可能连接需要注意几点。编程电阻（R1）应尽可能连接在与稳压器靠近处，以使与参考电压有效串联的线路压降最小，避免调整率变差。R2的接地端可以回到靠近负载接地端处，以提供远程接地取样并回到靠近负载接地端处，以提供远程接地取样并改进提高负载调整率3.外部电容建议使用0.1F片电容后1.0F钽电容作为输入旁路电容以减小对输入电源阻抗的敏感性。可通过吧调节端旁路到地来提高纹波抑制。该电容防止 输出电压增大时纹波被放大。在10 v应用中，10F电容能在120Hz处改进纹波抑制约为15dB。尽管LM317在无输出电容时时稳定的，但想其他反馈电路一样，某些值的外部电容会引起过分震荡。1F钽电容或25F铝电解电容作为输出电容会消除这一现象并保证稳定性。4.保护二极管当外部电容应用于任何集成电路稳压器时，有时必须加保护二极管以防止电容在低电流点向稳压器放电。图18显示了在输出电压超过25V或高电容值（Co>25uF,CAdj>10uF)时带所推荐的保护二级管的LM317。二极管D1防止输入短路时Co经集成对集成电路放电。二极管D2防止输出短路时电容CAdj放电对集成电路放电。二极管D1和D2的组合防止输入短路时CAdj通过集成电路放电。4系统软件设计程序流程如图75结束语通过对本次的学习，让我们学到许多东西，让我们有不少的长进。首先它让我们懂得团体合作的重要性。在做我们选定的项目的过程中，我们分工合作，在网上找资料，然后整理资料，共同讨论方案的可行性和不足的地方，再对它进行改进，在这过程中我们体会到在学习或在工作中合作是很重要的。 第二，它让我们对书本知识有进一步的理解。平时在学习书本知识时，觉得难以理解，对元件的认识也是不太清楚的。但经过这次的课程设计制作，让我们收获不少。平时对书本知识的学习我们只是记，并没有将知识结合实践和实物来理解。经过这次设计制作，让我们运用了书本的知识，真让我们学有所用，也让我们将书本知识记得更牢固，同时也让我们找到好的学习方法，就是要将书本知识联系实际和电子实物。在元件的认识中我们也体会不少。 第三，它让我们学到更多书本上没有的知识。以前我们只看书本，学书本的知识，眼光只停留在书本，对其它资料是不加留意的。而这次的方案设计制作让我们知道书本知识是远远不够的，电子行业知识更新换代是很快的，这就要求我们有更多更丰富的知识，所以我们不仅要掌握好书本知识，也要对其他资料的知识进行了解。总的来说，这次方案设计制作让我们学到很多，不仅让我们对知识理解加深，也让我们的动手能力，理解能力有提高；更重要的是它还让我们体会到学习的方法和培养了我们对方案制作的思维！参考文献1 周俊峰.怎样选用继电器M.北京:国防工业出版社, 1985.2 彭树生. PIC 单片机原理与接口技术M.北京:电子工业出版社, 2008.3 罗翼，张宏伟. PIC 单片机应用系统开发典型实例M. 北京:中国电力出版社, 2005.4 武锋，陈新建.PIC 单片机 C 语言开发入门M.北京：北京航空航天大学出版社，2005. Control Design of Electromagnetic Relay Based on PICMicrocontrollerZhong Hu, Zhou Zhiyan, Liang Bing School of Information and Electrical Engineering of CUMT, Xuzhou, PRC (221008)Abstract In order to protect the circuit a good isolation and crew safety, an intelligent-safe electromagnetic relay control circuit is proposed Based on the requirements that people can set electromagnetic relays opening and closing time, the PIC16F873A microcontroller core module as a control, in this paper, designs the hardware part of the electromagnetic relay control, and gives a corresponding flow chart ofthe control circuitry and software source code. The circuit is simple, practical.Keywords：16F87X; electromagnetic relay; DIP switch; LM317附录附录表 1 程序清单：S1 BIT P0。1 S2 BIT P0。2 S3 BIT P0。3 S4 BIT P0。4 S5 BIT P0。5 S6 BIT P0。6 S7 BIT P0。7 S8 BIT P0。8 ORG 0000H JMP STARTSTART： LP1：JZ S1，LP1 CALL DEL SETB P1。0 CALL DELAY LP2： JZ S2，LP2 CALL DEL SETB P1。1 CALL DEALY LP3：JZ S3，LP3 CALL DEL SETB P1。2 CALL DELAY LP4： JZ S4，LP4 CALL DEL SETB P1。3 CALL DEALY LP5：JZ S5，LP5 CALL DEL SETB P1。4 CALL DELAY LP6： JZ S6，LP6 CALL DEL SETB P1。5 CALL DEALY LP7：JZ S7，LP7 CALL DEL SETB P1。6 CALL DELAY LP8： JZ S8，LP8 CALL DEL SETB P1。7 CALL DEALY LP9：JZ S9，LP9 CALL DEL SETB P3。0 CALL DELAY LP12： JZ S12，LP12 CALL DEL SETB P3。1 CALL DEALY DEL ：MOV R0，#200 HUI： MOV R1，#150 FAN：DJNZ R1， FAN DJNZ R0，HUI RETDEALY：MOV R2，#200 HU： MOV R3，#100 FA：DJNZ R3，FA DJNZ R2，HU RET附录表 2设计图纸：