无人职守航标灯的设计

渤海石油职业学院课程设计题目无人职守航标灯的设计学生姓名年级2008专业电气自动化指导教师董瑞情课程设计任务书一、设计目的微机测控课程设计是在学完微机测控课程之后的实践教学环节。该实践教学是软件设计的综合训练,包括问题分析,总体结构设计,程序设计基本技能和技巧。使学生在设计中逐步提高程序设计能力,能根据实际问题的具体情况选择科学的工作方法。二、设计班级2008电气三、设计题目无人职守航标灯的设计四、设计内容及要求：1、设计要求：熄灭航标灯在黑夜能够定时闪烁发光，设定时间间隔为2s，即点亮2s熄灭2s，周期循环进行；当白天到来时，航标灯熄灭，停止工作。2、设计内容：（1）总体方案的设计（2）系统硬件电路的设计（3）系统程序的设计（包括流程图和源程序）五、课程设计报告要求：1、封面：写清题目、班级、姓名、指导教师。2、目录3、正文：要求字迹工整，思路清晰4、课程设计的体会5、参考书目六、考核办法及成绩总成绩=模拟控制系统效果成绩+课程设计报告成绩目录摘要.............................................................（1）一、总体方案的确定..............................................（1）二、系统硬件设计................................................（2）1、课题背景.................................................（2）2、单片机的选择.............................................（3）3、设计思想.................................................（5）三、系统软件......................................................5）1、电路的设计...............................................（5）2、元器件列表...............................................（6）3、方案二程序流程图...........................................7）4、程序清单.................................................（8）四、设计总结...................................................（10）1、结论....................................................（11）2、单片机的发展趋势........................................（11）五、致谢词.....................................................（12）六、参考文献...................................................（12）无人职守航标灯的设计#####[摘要]本设计的目的是利用AT89C51单片机的定时和中断功能对航标灯进行自动控制。利用单片机的定时和中断功能使航标灯在黑夜能够定时闪烁发光，即点亮2S熄灭2S，周期循环进行；而当白天都来时，航标灯熄灭，停止工作。航标灯广泛应用的与江河大海的航行中，为来往船只在黑夜中航行提供安全保障。现在我们利用AT89C51单片机的定时和中断功能对航标灯进行自动控制。[关键词]AT89C51单片机航标灯一、总体设计概述对于此航标灯的设计，可以选择多种方案。方案一：1．控制电路。AT89C51定时的启动控制信号由INT0来控制（夜晚使得INT0=0,白天INT0=1）。2．实现较长时间的定时，采用Y0定时加软件计数的方法实现2S。3．识别白天与黑夜。采用如图3-1所示的光敏三极管来区分白天和黑夜。其工作原理是：当黑夜降临时，无光照，VT1、VT2均截至，VT2输出高电平反向后使INT0=0，向单片机发出中断请求，CPU接受外部中断请求后，进入INT0中断处理程序，启动定时器工作；利用定时器中断控制航标灯定时闪烁发光。在黑夜结束之前，一直在外部终端程序过程中。另外，从硬件上看，加在INT0引脚的低电平并为撤销，因此可以用软件：查询INT0引脚，只要INT0=0，定时器继续工作，当白天到来时，日光照到光敏三极管VT1的基极，是VT1导通，VT2输出低电平反相是INT0为高电平，软件查询到INT0=1,立即关闭定时器，结束外部中断处理返回到主程序，等待下一次黑夜的到来再次产生中断。在INT0请求的外部中断处理程序中，又用软件查询INT0引脚，这种用法很特殊。此外，本例中选用了两种中断，外部中断和定时中断，定时器中断发生在外部中断正在经行的时候，因此要将定时器中断设为高优先级的中断。根据以上分析，可编写如下控制程序1。设T0定时50ms，方式1，计数初值X：CBHX312/1000*50*12216R7软件计数2*1000/50=40T0的定时和R7软件计数达到延时2s。方案二：使用门控位GATE为1的条件，允许外部输入电平控制启动或停止定时器/计数器工作的方法来实现，即GATE=1、INT0=1、TR0=1时启动定时器T0工作。此时硬件电路如图3-1要略做改动，省略输入电路的反向器，光敏放大电路的输出端接INT0，保障使得白天INT0=0，夜晚INT0=1。对于T0控制程序将设置GATE为1，夜晚INT0为1，TR0为1触发T0启动。二、系统硬件设计1．课题背景单片机自1976年由Intel公司推出MCS-48开始，迄今已有二十多年了。由于单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗地、使用方便、价格低廉等一系列优点，目前已经渗入到人们工作和生活的方方面面，几乎“无处不在，无所不为”。单片机的应用领域已从面向工业控制、通讯、交通、智能仪表等迅速发展到家用消费产品、办公自动化、汽车电子、PC机外围以及网络通讯等广大领域。单片机有两种基本结构形式:一种是在通用微型计算机中广泛采用的，将程序存储器和数据存储器合用一个存储器空间的结构，称为普林斯顿结构。另一种是将程序存储器和数据存储器截然分开，分别寻址的结构，一般需要较大的程序存储器，目前的单片机以采用程序存储器和数据存储器截然分开的结构为多。本文讨论的单片机多功能定时器和中断系统的核心是目前应用极为广泛的51系列单片机，配置了外围设备，构成了一个可编程的计时定时系统，具有体积小，可靠性高，功能强等特点。不仅能满足所需要求而且还有很多功能可供开发，有着广泛的应用领域。20世纪80年代中期以后，Intel公司以专利转让的形式把8051内核技术转让给许多半导体芯片生产厂家，如ATMEL、PHILIPS、ANALOG、DEVICES、DALLAS等。这些厂家生产的芯片是MCS-51系列的兼容产品，准确地说是与MCS-51指令系统兼容的单片机。这些兼容机与8051的系统结构（主要是指令系统）相同，采用CMOS工艺，因而，常用80C51系列来称呼所有具有8051指令系统的单片机，它们对8051单片机一般都作了一些扩充，更有特点。其功能和市场竞争力更强，不该把它们直接称呼为MCS-51系列单片机，因为MCS只是Intel公司专用的单片机系列型号。MCS-51系列及80C51单片机有多种品种。它们的引脚及指令系统相互兼容，主要在内部结构上有些区别。目前使用的MCS-51系列单片机及其兼容产品通常分成以下几类：标准型、低档型和高档型三种类型。下表列举出ATMEL系列单片机的概况。表1-1列举出ATMEL89系列单片机的概况。表1-1ATMEL89系列单片机的概况2．单片机的选择MCS-51单片机是把那些作为控制应用所必需的基本内容都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上。如果按功能划分，它由如下功能部件组成，即微处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM/EPROM）、并行I/O口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器（SFR）。它们都是通过片内单一总线连接而成，其基本结构依旧是CPU加上外围芯片的传统结构模式。但对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器（SFR）的集中控制方式。1)控制器控制器是单片机的指挥控制部件，控制器的主要任务是识别指令，并根据指令的性质控制单片机各功能部件，从而保证单片机各部分能自动而协调地工作。单片机执行指令是在控制器的控制下进行的。首先从程序存储器中读出指令，送指令寄存器保存，然后送至指令译码器进行译码，译码结果送定时控制逻辑电路，由定时控制逻辑产生各种定时信号和控制信号，再送到单片机的各个部件去进行相应的操作。这就是执行一条指令的全过程，执行程序就是不断重复这一过程。控制器主要包括程序计数器、程序地址寄存器、指令寄存器IR、指令译码器、条件转移逻辑电路及时序控制逻辑电路。2)存储器的结构MCS-51单片机存储器采用的是哈佛结构,即程序存储器空间和数据存储器空间截然分开,程序存储器和数据存储器各有自己的寻址方式,寻址空间和控制系统。这种结构对于单片机面向控制的实际应用极为方便,有利.在8051/8751弹片击中,不仅在片内集成了一定容量的程序存储器和数据存储器及众多的特殊功能寄存器,而且还具有极强的外存储器的扩展能力,寻址能力分别可达64KB,寻址和操作简单方便.MCS-51的存储器空间可划分为如下几类:程序存储器单片机系统之所以能够按照一定的次序进行工作,主要是程序存储器中存放了经调试正确的应用程序型号AT89C51AT89C52AT89C1051AT89C2051AT89S8252档次标准型低档型高档型Flash/KB48128片内RAM/B12825664128256I/O/条3232151532定时器/个23123中断源/个58369串行接口/个11111M加密/级33223片内振荡器有有有有有EEPROM/KB无无无无2和表格之类的固定常数。程序实际上是一串二进制码,程序存储器可以分为片内和片外两部分。8031由于无内部存储器,所以只能外扩程序存储器来存放程序。MCS-51单片机复位后,程序存储器PC的内容为0000H,故系统必须从0000H单元开始取指令,执行程序.程序存储器中的0000H地址是系统程序的启动地址.一般在该单元存放一条绝对跳转指令,跳向用户设计的主程序的起始地址。内部数据存储器MCS-51单片机内部有128个字节的随机存取存储器RAM,作为用户的数据寄存器,它能满足大多数控制型应用场合的需要,用作处理问题的数据缓冲器。MCS-51单片机的片内存储器的字节地址为00H-7FH.MCS-51单片机对其内部RAM的存储器有很丰富的操作指令,从而使得用户在设计程序时非常方便。地址为00H-1FH的32个单元是4组通用工作寄存器区,每个区含8个8位寄存器,编号为R7-R0。用户可以通过指令改变PSW中的RS1,RS0这二位来切换当前的工作寄存器区,这种功能给软件设计带来极大的方便,特别是在中断嵌套时,为实现工作寄存器现场内容保护提供了极大的方便。特殊功能寄存器(SFR-SpecialFunctionRegister)特殊功能寄存器反映了MCS-51单片机的状态,实际上是MCS-51单片机各功能部件的状态及控制寄存器.SFR综合的,实际的反应了整个单片机基本系统内部的工作状态及工作方式.SFR实质上是一些具有特殊功能的片内RAM单元,字节地址范围为80H-FFH.特殊功能寄存器的总数为21个,离散的分布在该区域中,其中]有些SFR还可以进行位寻址.128个字节的SFR块中仅有21个字节是由定义的.对于尚未定义的字节地址单元,用户不能作寄存器使用,若访问没有定义的单元,则将得到一个不确定的随机数.3)并行I/O