电气工程及其自动化-家用自动升降吊灯单片机控制系统设计(1).doc
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1、中北大学信息商务学院毕业设计说明书家用自动升降吊灯单片机控制系统设计学 生 姓 名:张晓东学 号:1503042205系 别:自动控制系专 业:电气工程及其自动化指导教师:樊永生职 称:教授2017年5月20日原创性声明本人郑重声明:所呈交的毕业设计说明书/毕业论文,是本人在指导教师的指导下,独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。 作者签名:日期:使 用 授 权 声 明本人完全了解中北大学信息商务学院有关保管、使用毕业设计说明书/毕业论
2、文的规定,其中包括:学院有权保管、并向有关部门送交毕业设计说明书/毕业论文的原件与复印件;学院可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存毕业设计说明书/毕业论文;学院可允许毕业设计说明书/毕业论文被查阅或借阅;学院可以学术交流为目的,复制赠送和交换毕业设计说明书/毕业论文;学院可以公布毕业设计说明书/毕业论文的全部或部分内容。 作者签名:日期: 作者签名:日期:中北大学信息商务学院2017届毕业设计说明书家用自动升降吊灯单片机控制系统设计摘要:本毕业设计是家用自动升降吊灯单片机控制系统设计,本设计以AT89C51控制器作为主控芯片,实现吊灯的升降操作。这个系统包括的部分有声光报警、模数转换、压
3、力检测、显示部分、主控部分以及电源。显示电路采用LCD12864显示数据。电机用的步进式电机,驱动用的ULN2003,然后按键来进行控制。用C语言来进行软件的整个设计,用keil软件来编写程序和设计。当设计完成以后用protues仿真软件来进行最后的仿真。最后达到系统性能要求。论文主要从选题意义为开篇进行书写。首先对整个系统进行结构设计,制作出整体结构框图,然后对每个模块进行方案选择,确定各模块使用具体方案。等方案设计好以后,再对每一个模块做出硬件的电路选择,然后绘制出相应的电路图,完成对硬件电路的一个设计,随后进行每个模块软件的程序编写,从而达到每个设备的功能。最后就是对各个模块的仿真,验证
4、各个模块软件的的功能,不断进行优化,完成整个设计内容关键词:AT89C51单片机;LCD12864;ULN2003;步进电机Design of single-chip computer control system for automatic elevator droplightAbstract:The graduation design is a home automatic chandelier single-chip control system design, the design to AT89C51 controller as the master chip, to achieve
5、 chandelier lift operation. This system includes parts of the sound and light alarm, analog conversion, pressure detection, display part, the main control part and power supply. Display circuit using LCD12864 display data. Motor stepper motor, drive with ULN2003, and then press the button to control
6、. C language to the entire design of the software, with keil software to write programs and design. When the design is completed with protues simulation software to carry out the final simulation. And finally to the system performance requirements.The thesis is mainly written from the meaning of the
7、 topic. First of all, the entire system structure design, to create a block diagram of the overall structure, and then for each module to choose the program to determine the use of specific modules of the program. Wait for the program are selected after a good selection of the hardware circuit of ea
8、ch module, and then draw the corresponding circuit diagram, and then write out the software for each module, through the development environment to do the program, and finally the normal realization of each device function indicators.Finally, the simulation of each module, verify the function of eac
9、h module software, continue to optimize the completion of the entire design contentKey words: AT89C51 MCU; LCD12864; ULN2003; stepping motor目 录1 概述11.1 背景11.2 本课题设计内容12 系统架构设计22.1 设计思路22.2 主控制器设计论证22.3 窗帘控制方案设计33 系统硬件设计43.1 主控制器设计论证43.1.1 概述43.1.2 晶振电路53.1.3 复位电路63.2 电机驱动电路63.3 显示电路73.4 按键电路93.5 绘图软
10、件Altium Designer94 系统软件设计124.1 软件整体设计124.2 显示软件设计125 系统测试155.1 Proteus仿真软件简介155.1.1PROTEUS新建工程165.2 系统仿真185.3 系统调试软件Keil185.4 故障检查205.4.1单片机不工作问题205.4.2显示器件问题20结 论21参考文献22致 谢23III中北大学信息商务学院2017届毕业说明书1 概述1.1 背景近年来随着计算机技术的发展和在各个领域的应用,单片机的功能实现也在朝着更深的层次的进步,影响了传统控制技术的变革。从传统的无线电遥控到现在的红外线遥控,遥控技术在不断的发展和成熟,红
11、外也被广泛的应用到遥控和通信上。很多的家用电器包括空调,小型玩具等也纷纷采用了这种红外线遥控。在工业生产中,红外线遥控可以隔离电气干扰,而且在复杂的生产环境中也可以实现其应用,同时不会对其他的无线电设备造成电波扰乱,而且它还具有较高的安全性。如今市场上的红外装置多采用其专用的解码集成电路和遥控编码,但是它的应用范围狭窄,灵活性也比较低,所以应用单片机进行遥控设计,可以使遥控工具具有功能性强、体积小、操控范围增大、可靠性更高等优点,所以应用单片机做红外遥控有着深远的发展前景和意义。1.2 本课题设计内容本设计是家用自动升降吊灯单片机控制系统设计,系统选择采用STC89C51单片机作为主控制器。论
12、文主要从选题意义为开篇进行书写。首先对整个系统进行结构设计,制作出整体结构框图,然后对每个模块进行方案选择,确定各模块使用具体方案。等到方案做好以后,就是硬件电路以软件的编写。最后就是对各个模块的仿真,验证各个模块软件的功能,不断进行优化,完成整个设计内容。论文的整体构思是:1、简述单片机的应用前景。2、系统各个模块方案确定。3、系统各个模块硬件电路设计。4、系统各个模块软件设计。5、系统各个模块软件仿真。2 系统架构设计2.1 设计思路本设计包括硬件和软件设计两个部分。模块可以分为按键、指示、主控、电机、显示和电源。显示模块用来当前系统状态。电机模块驱动步进电机运行。主控制器是设备的核心。按
13、键用于控制步进电机运转程度,系统结构框图如图1所示。图01 系统结构框图2.2 主控制器设计论证方案一:采用AT89C51单片机。AT89C51单片机应用的是高密度的非易失存储器技术,可以和MCS-51指令集以及输出管脚互相兼容。他是一个耗能低,而且性能极高的CMOS 8位单片机,它的片内含有8K Bytes的 Flash只读程序存储器,能够做到反复擦写十万次。而且在出厂的时候就已经加密,可以很好地做到不被解密,增强了安全性。AT89C51单片机处理速度快,频率可以达到90M HZ,抗干扰能力强,可靠性高,并且它还兼有价格低廉,易于购买,性价比高的特点。方案二:采用MSP430系列单片机。这种
14、的那片机具有16位,应用的是RISC的结构,寻址方式多样、有许多的模拟指令和27条的内核指令;通过片内数据存储器和寄存器的参与运算;有高效的查表处理指令。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。他可以灵活的降低芯片的电压,所以还具有降低功耗的优势。 方案三:采用STM32F103RBT6作为核心芯片,内核采用ARM 32位的Cortex-M3 CPU,它采用高效、低成本、低功耗的32位处理器,它被广泛的应用在嵌入式系统中,例如工业控制领域、汽车电子领域,无线控制等方面。他的工作频率能达到72MHZ,存储器的运行速度高,I/O端口多。该处理器具有最突出的优势,在2个方面,第一个是很好的计算性能,其
15、次它的响应速度也很快,所以它被广泛应用于各个领域。在性能方面,它不仅具有很快的反应速度,而且它的能耗也很低。这样可以节约能源。在功能上能通过其性能优势获得代码的大小和性能的最佳。开发人员可根据需要重新配置该处理器,其中优先级和系统时钟的中断是可以重新配置的,为开发人员提高了很大的方便。方案选择:考虑到本系统实现的功能和低成本的要求,MSP430系列单片机虽然是一个功能强大、功耗超低的单片机,但是AT89C51单片机可以实现全部功能,而且价格低廉,代码编写简单,性价比高,所以选择了AT89C51单片机作为本系统的主要控制芯片。2.3 窗帘控制方案设计方案一:选择直流电机设计窗帘控制方案。直流电机
16、转向控制需要换向器。方案二:采用步进电机作为窗帘操作方案。步进电机驱动电路,才赢ULN2003去做驱动,如此就能够系统电源匹配,设计方便。由于窗帘是一搏一厚两层设计,所以需要两个步进电机电路控制吊灯。方案选择:方案一控制转向需要转向器设计复杂,方案二步进电机只需在软件上进行处理即可,开发方便。所以选择方案二。3 系统硬件设计3.1 主控制器设计论证3.1.1 概述这一款单片机增进了8K的Flash存储器,以其超稳定性能和低廉的价格以及极其方便的编程开发迅速占领了许多市场,4组IO口,512字节的RAM和3个16位定时计数器。此4组32位IO口为全双工串行口,极大的满足了开发者对单片机IO的需求
17、。4组32位IO口中只有P0的8个IO口没有上拉电阻,在扩展的时候作为低8位地址。AT89C51时钟源有两个引脚输出,分别是18和19,这次的设计时钟源是12M的晶振;图2中的RST便是复位电路接的引脚,若想达到复位就需要2个周期以上的电平;AT89C51外接12M晶振的时候,机器周期由12个分频的6个状态组成,所以此时的机器周期为1s,在复位期间第九引脚接通备用电源保持RAM数据不受破坏;在图3-1中的ALE即第三十脚作为第一功能引脚的时候,当引脚上产生负跳变的时候,将8位地址送到锁存器中,而访问内部的时候,ALE仍以1/6振荡频率输出,即两个机器周期指出现一次ALE信号,第三十引脚用于编程
18、脉冲输入端;图3-1中的EA即第三十一引脚控制系统上电后是访问外部还是访问内部程序存储器,接高的时候访先访问内部,如果内部空间不够再访问外部,而接低的时候直接访问外部。具体引脚图如图3.1 单片机引脚说明所示。 图01 单片机引脚说明表0.1 引脚说明表引脚说明VCC(40)5VGND(20)接地P0口(3932)是一个8位的I/O口,而且是漏极开位双向的,能够做到1个引脚吸收8个TTL门的电流P1口(18)是一个8位的双向口,同时可以在内部上拉电阻器,可以做到4个TTL门电流的输出和接收P2口(2128)它是内部上拉电阻器的双向I/O口,具有8位,可以做到4个TTL门电流的输出和接收P3口(
19、1017)具有内部上拉电阻器的双向I/O口,数目为8个,可以做到4个TTL门电流的输出和接收,也能用作特殊的功能口RST(9)复位输入。ALE/PROG(30)访问外部的存储器的时候,锁存地址的低位字节通过允许的输出电平来实现,在编程FLASH的时候,这个引脚可以用来编程脉冲的输出。平时,ALE端用来输出平稳的正脉冲,它的频率达到振荡器的六分之一,可以用作对外部的脉冲和定时,每次访问外部存储器的时候都会跳过一个ALE脉冲PSEN(29)外部程序存储器的选通信号。当在访问外部存储器的时候不会出现两次的有效PSEN信号,只有在外部程序存储器取指的时候才会出现EA/VPP(31)EA在低电平的时候,
20、外部的程存储器地址保持为0000HFFFFH不变。在FLASH编程的时候,它还可以用来施加12V的VPPXTAL1(19)用于内部的时钟工作电路和反向振荡器放大器的输入XTAL2(18)来自反向振荡器的输出3.1.2 晶振电路它和复位电路都是比较突出的外围电路。单片机的工作,是从ROM中读取指令,然后执行的过程。一个机器周期是指单片机访问存储器花费的时间,它是单片机用于参考的时间。因此,晶振可以说是单片机系统的心脏。本系统采用的晶振频率为12MHz。晶振电路能够分成内、外两部分时钟方式。这次采用的是内部的晶振电路6。硬件电路如Error! Reference source not found.
21、所示。图02 晶振电路3.1.3 复位电路单片机重置就像电脑重启,在任何一个单一的工作之前复位。对于单片机,复位是一个单片机在程序完成前没有做准备工作。一般的单片机的复位只需要5ms。基本的复位电路一般有两种复位方式,一种是上电一种是复位2的方式,这次试验用的是按键的复位方式。硬件电路如Error! Reference source not found.所示。图3.3复位电路3.1.4 电机驱动电路吊灯控制电路选择的是步进电机,步进电机需要设计驱动电路。选取ULN2003去完成驱动步进电机的操作。这种电路的优势在于稳定,内部可以书送出很大的电流,这也跟其内部的集电极开路输出有关系,这样就能使继
22、电器得到驱动。电路图如下所示。图03 步进电机驱动电路3.2 显示电路在本设计中显示部分采用液晶LCD12864显示器,能够满足同时显示时间、温度值和闹钟时间等信息的需要,而且可利用其字库显示汉字,让人观察时更加的直观,理解显示的数值代表什么意思,其中的电阻作为调光电阻,可采用串行或者并行编程,能够合理的分配单片机的IO口资源,电路图如图3.4 液晶LCD12864电路图所示。图0.4 液晶LCD12864电路图液晶LCD12864介绍:液晶LCD12864内置汉字库并且可以通过打点显示图形,人机界面友好,显示更加的人性化,其内置的8192个汉字满足开发者的基本需求,而且供电要求和单片机电源兼
23、容,无需外加升压电路(内置升压),8X16点阵共128个字符。并行读写速度快,而且有方便的读写指令,利于软件移植,具有很好的软件兼容性。其光标闪烁、移动等画面效果可让应用着更好的调试程序。对于液晶LCD12864引脚连接,从Error! Reference source not found.中可以很清晰的看出,上图是并行连接方案,对于串行连接方案情况下1602_RS为串行片选信号(并行时为指令/数据选择信号),1602_WR为串行的数据口(并行时为读写选择信号),1602_EN为串行同步时钟(并行时为使能信号),第七至第十四引脚在串行时不用,其它引脚连接方式不变。如果第17引脚RDP3.7高的
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