畢業(yè)論文宿舍用電智能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-07-23 19:36 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 C通常附在PC機(jī)上，是初學(xué)編程的第一種語(yǔ)言。一臺(tái)計(jì)算機(jī)，無(wú)論是大型機(jī)還是微型機(jī)，如果只有硬件，而沒(méi)有軟件 (程序)，是不能工作的。單片機(jī)也不例外，它必須配合各種各樣的軟件才能發(fā)揮其運(yùn)算和控制功能。匯編語(yǔ)言是一種采用助記符表示指令、數(shù)據(jù)和地址來(lái)設(shè)計(jì)程序的語(yǔ)言。是一種表示機(jī)器指令的符號(hào)語(yǔ)言。但是不同的CPU，其匯編語(yǔ)言可能有所差異，所以不易移植。C語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)是可讀性好，移植容易，是普遍使用的一種計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。缺點(diǎn)是占用資源較多，執(zhí)行效率沒(méi)有匯編高。最好的單片機(jī)編程者應(yīng)是由匯編轉(zhuǎn)用C而不是原來(lái)用過(guò)標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言的人。由此來(lái)看，單片機(jī)有著微處理器所不具備的功能，它可單獨(dú)地完成現(xiàn)代工業(yè)控制所要求的智能化控制功能，這是單片機(jī)最大的特征。 系統(tǒng)選擇本系統(tǒng)以MCS51單片機(jī)成員中的AT89C51為控制核心。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖3所示： 圖3單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 AT89C51引腳功能介紹 Vcc：電源電壓，GND(10腳)：接地端。 XTALl（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。該引腳輸入外部時(shí)鐘脈沖如圖4和圖5所示：圖4 AT89S51單片機(jī)晶振接法 圖5 外部時(shí)鐘電路RES(8腳)“RST是復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。當(dāng)此輸入端保持兩個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)時(shí)鐘振蕩周期)的高電平時(shí)，可以完成復(fù)位操作。／O(輸入／輸出) P0、 P P2和 P3標(biāo)準(zhǔn)51單片機(jī)，如805803AT89C5AT89S5P89C51等有4個(gè)I／O(輸入／輸出)口，分別為：P0口(39—32腳)：P0口是一個(gè)漏極開(kāi)路的8位雙向埠。作為漏極八路的輸出端口，每次能驅(qū)動(dòng)8個(gè)Ls型TTL負(fù)載。當(dāng)P0口作為輸入口使用時(shí)，其先向鎖存器(地址80H)寫(xiě)入全1，此時(shí)P0口的全部引腳懸空，叫作為高阻抗輸入。P1口(1—8腳)：P1口是一個(gè)帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O端口每一位能驅(qū)動(dòng)(吸收成輸出電流)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。在P1口是輸入端，應(yīng)該先向鎖存器寫(xiě)入全1,向上拉電阻接高電平。P2口(21—28腳)：P2口是一個(gè)內(nèi)部上接電阻8位準(zhǔn)雙向埠的接口。P2口的每一個(gè)二進(jìn)制位能帶動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載。P3口(21—28腳)：P3口是一個(gè)帶內(nèi)部上接電阻的8位準(zhǔn)雙向埠。P3口的每一位能驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。P3口與其它的I/O埠有很大區(qū)別，它除作為—般準(zhǔn)雙向I／O口外，每個(gè)引腳還具有專門(mén)的功能，見(jiàn)表1。表1 端口引腳功能圖6 P1口作通用I/O口使用圖P1口也是一個(gè)準(zhǔn)雙向口，作通用I/O口使用。其電路結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖6。輸出驅(qū)動(dòng)部分內(nèi)部有上拉負(fù)載電阻與電源相連。實(shí)質(zhì)上拉電阻是兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管(FET)并在一起，—個(gè)FET為負(fù)載管，其電阻固定；另一個(gè)FET可工作在導(dǎo)通或截止兩種狀態(tài)，使其總電阻值變化近為0或阻值很大兩種情況。當(dāng)阻值近似為0時(shí)，可將引腳快速上拉至全高電平，當(dāng)阻值很大時(shí)，P1口為高阻輸入狀態(tài)。當(dāng)P1口輸出高電平時(shí)，能向外提供拉電流負(fù)載，所以不必再接上拉電阻。在埠用作輸入時(shí)，也必須先向?qū)?yīng)的鎖存器寫(xiě)入“1”，使FET截止。由于片內(nèi)負(fù)載電阻較大，約20k—40k，所以不會(huì)對(duì)輸入的數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響。 學(xué)生宿舍樓用電量計(jì)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)以80C196KB為核心，進(jìn)行了必要的擴(kuò)展。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，已經(jīng)考慮到輸入端的泄漏電流、采樣電容的大小等重要因素。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖7所示。鍵盤(pán)用于輸入及功能選擇，LCD用于顯示測(cè)量結(jié)果，A/D轉(zhuǎn)換接口電路外部電路應(yīng)根據(jù)應(yīng)用的需要來(lái)設(shè)計(jì)，它的好壞直接影響系統(tǒng)的性能。圖 7 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖4 硬件設(shè)計(jì)限電控制器的硬件包括AT89C51單片機(jī)、ADE775分壓分流電路、電源電路、LED顯示電路等。如圖8所示。ADE7755微處理 器按鍵電路 繼電器接口電路顯示電路分流器分壓電路電源電路圖8 硬件系統(tǒng)圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng),或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng),是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。對(duì)51系列單片機(jī)來(lái)說(shuō),最小系統(tǒng)包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)、晶振電路、復(fù)位電路。前面已經(jīng)提到單片機(jī)選用AT89C51。單片機(jī)及外圍電路如圖9。圖9 單片機(jī)及外圍電路對(duì)于AT89C51單片機(jī)，其最小系統(tǒng)只需要電源、上電復(fù)位電路、時(shí)鐘電路就能工作。由于我們的程序存儲(chǔ)器（ROM）采用內(nèi)部Flash存儲(chǔ)單元，所以單片機(jī)上的EA接高。時(shí)鐘電路的晶振采用12M的晶振，它由晶振、CC9和單片機(jī)內(nèi)部的OSC電路組成，為單片機(jī)提供12MHz的時(shí)鐘信號(hào)源。微處理器系統(tǒng)在開(kāi)始工作時(shí)必須對(duì)微處理器內(nèi)部的寄存器等進(jìn)行復(fù)位，使各個(gè)寄存器的值設(shè)為預(yù)定狀態(tài)才能順利開(kāi)始工作。本文從可靠性和成本考慮最終選用電阻電容來(lái)搭建復(fù)位電路。對(duì)于51內(nèi)核的單片機(jī)，RST是復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。當(dāng)此輸入端保持兩個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)時(shí)鐘振蕩周期)的高電平時(shí)，可以完成復(fù)位操作。R和C5為上電復(fù)位電路。當(dāng)單片機(jī)加電時(shí)由于RC充電的效果，使得復(fù)位腳保持一會(huì)高電平使單片機(jī)內(nèi)部寄存器徹底復(fù)位。 供電電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用對(duì)市電220V電壓進(jìn)行變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓的方法獲得系統(tǒng)所需的電源。系統(tǒng)需要兩種電壓信號(hào)，一種是+12V，一種是+5V。其中+12V電壓為繼電器控制電路供電。+5v電源分為兩路，一路為模擬電源，為ADE7755供電，另一路數(shù)字電源為微控制器電路供電。在+5V電源電路中，經(jīng)變壓器變壓后的電壓范圍為830V。在這里選用12V。即使市電電壓由220V降低到146V，仍能正常工作。電源電路由變壓器、整流橋、三端穩(wěn)壓集成電路7805,以及濾波環(huán)節(jié)組成，其原理圖參見(jiàn)圖10所示。圖10 電源電路 繼電器接口電路繼電器在本設(shè)計(jì)中的作用是當(dāng)剩余電量小于斷電限度值時(shí)，繼電器斷開(kāi)供電卡回路，停止供電。如果是小繼電器,可以通過(guò)光耦直接驅(qū)動(dòng),單片的端口引腳接光耦輸入,在光耦輸出端,繼電器的線圈作為上拉在接電源,或作為下拉接地,以單片端口的39。039?；?9。139?？刂乒怦畹耐〝?從而控制繼電器線圈上電流的通斷,從而決定繼電器刀的開(kāi)與閉。如果繼電器電流較大，需要在光耦與繼電器之間加三極管驅(qū)動(dòng)。繼電器驅(qū)動(dòng)電路采用開(kāi)關(guān)三極管8050，如圖11所示。 圖11 繼電器驅(qū)動(dòng)電路5 軟件設(shè)計(jì) Keil C51簡(jiǎn)介，現(xiàn)有四種語(yǔ)言支持，即匯編、FI／M、C和BASIC。 C是一種源于編寫(xiě)UNIX操作系統(tǒng)的語(yǔ)言，它是一種結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言，可產(chǎn)生緊湊代碼。C結(jié)構(gòu)是以括號(hào)()而不是字和特殊符號(hào)的語(yǔ)言。C可以進(jìn)行許多機(jī)器級(jí)函數(shù)控制而不用匯編語(yǔ)言。與匯編相比，有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）對(duì)單片機(jī)的指令系統(tǒng)不要求了解，僅要求對(duì)8051的存貯器結(jié)構(gòu)有初步了解（2）寄存器分配、不同存貯器的尋址及數(shù)據(jù)類型等細(xì)節(jié)可由編譯器管理；（3）程序有規(guī)范的結(jié)構(gòu)，可分為不同的函數(shù)，這種方式可使程序結(jié)構(gòu)化；（4）具有將可變的選擇與特殊操作組合在一起的能力，改善了程序的可讀性；（5）關(guān)鍵字及運(yùn)算函數(shù)可用近似人的思維過(guò)程方式使用；8051系列單片機(jī)作為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)地位，從1985年開(kāi)始就有8051單片機(jī)的C語(yǔ)言編譯器。簡(jiǎn)稱C51。，在這個(gè)集合中有僅有一個(gè)名為main的函數(shù)(主函數(shù)).主函數(shù)
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