小区自动售水机课计报告

课程设计报告题目小区自动售水机设计课程名称单片机原理及应用院部名称智能科学与控制工程专业自动化班级1班学生姓名学号课程设计地点课程设计学时指导教师金陵科技学院教务处制目录一设计目的与要求........................................11.1设计的内容和要求...................................11.2.设计题目和要求....................................21.3.AD转换单元.......................................3二总体设计方案..........................................3三硬件电路设计及原理分析................................43.1系统整体电路图.....................................43.2单片机的工作原理...................................43.3数码管的工作原理..................................133.4译码器的工作原理..................................143.5AD转换器的工作原理................................163.6LED灯工作原理...................................193.7按键的工作原理....................................193.8光照检测........................................229四软件部分设计.........................................194.1主程序流程图:.....................................194.2数码管程序.......................................274.4继电器程序.......................................364.5定时器...........................................374.6按键.............................................404.7光照检测与显示....................................39五设计结果与心得.......................................455.1结果.............................................455.2设计心得.........................................45六参考资料..............................................47七附件..................................................47一设计目的与要求1.1设计的内容和要求1.通过课程设计，主要达到以下目的：（1）使学生增进对单片机的感性认识，加深对单片机理论方面的理解；（2）使学生掌握单片机的内部功能模块的应用，如定时器/计数器、中断、片内外存贮器、I/O口、A/D、D/A、串行口通讯等；（3）使学生了解和掌握单片机应用系统的软硬件设计过程、方法及实现，为以后设计和实现单片机应用系统打下良好基础。1.2.设计题目和要求题目：小区自动售水机设计要求：1.按键控制单元设定按键S7为出水控制按键，当S7按下后，售水机持续出水（继电器接通，指示灯L10点亮）。设定按键S6为停水控制按键，当S6按下后，停止出水（继电器断开，指示灯L10熄灭）。2.数码管显示单元通过4位数码管DS1显示费率，单位为元/升，保留2位有效数字；通过4位数码管DS2显示当前出水量（出水时，单位为升）和总价（停止时，单位为元）：按下出水键S7后，清除数码管DS2显示数据，数码管DS2实时显示出水量，保留2位有效数字），在出水状态下，再次按下S7，不会影响出水状态，直到按下停止键S6为止；按下停止出水键S6后，数码管DS2显示总价（保留2位有效数字）。例：当S7按下后，数码管示意图如图2所示：当S6按下后，数码管示意图如图3所示：1.3.AD转换单元通过光敏电阻RD1和AD转换芯片PCF8591组成的亮度检测电路（亮度值转换为PCF8591通道1的电压）检测环境亮度；当PCF8591通道1输入的电压小于1.25V时，L1灯点亮，大于1.25V时L1熄灭。二总体设计方案本系统在实验平台CT107D基础上进行设计，设定按键S7为出水控制按键，当S7按下后，售水机持续出水（继电器接通，指示灯L10点亮）。设定按键S6为停水控制按键，当S6按下后，停止出水（继电器断开，指示灯L10熄灭）。通过4位数码管DS1显示费率，单位为元/升，保留2位有效数字；通过4位数码管DS2显示当前出水量（出水时，单位为升）和总价（停止时，单位为元）：按下出水键S7后，清除数码管DS2显示数据，数码管DS2实时显示出水量，保留2位有效数字），在出水状态下，再次按下S7，不会影响出水状态，直到按下停止键S6为止；按下停止出水键S6后，数码管DS2显示总价（保留2位有效数字）。通过光敏电阻RD1和AD转换芯片PCF8591组成的亮度检测电路（亮度值转换为PCF8591通道1的电压）检测环境亮度；当PCF8591通道1输入的电压小于1.25V时，L1灯点亮，大于1.25V时L1熄灭。系统整体框图如下：三硬件电路设计及原理分析3.1系统整体电路图MCU数码管显示数码管显示继电器LEDAD转换按键该系统主要由单片机最小系统、数码管显示模块、AD转换模块、按键模块组成。因P0口所连接的设备较多（数码管，LED，继电器，蜂鸣器等），采用38译码器和锁存器进行对P0端口进行了扩展，单片机选取12M晶振。3.2单片机的工作原理STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。该单片机具有以下标准功能：8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KBEEPROM，MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。其引脚图如下引脚说明:VCC（40引脚）：电源电压VSS（20引脚）：接地P0端口（P0.0～P0.7P0.7，39～32引脚）：P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0写入每个引脚能驱动写入“1”时，可以作为高阻抗输入。在访问外部程序和数据存储器时在访问外部程序和数据存储器时，P0口也可以提供低8位地址和8位数据的复用总线位数据的复用总线。此时，P0口内部上拉电阻有效。在FlashROM编在程时，P0端口接收指令字节端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电阻。P1端口（P1.0～P1.7，1～8引脚）：P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。P1的输出缓冲器可驱动（吸收或者输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这是可用作输入口。P1口作输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流。此外，P1.0和P1.1还可以作为定时器/计数器2的外部技术输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），在对FlashROM编程和程序校验时，P1接收低8位地址。P2端口（P2.0～P2.7，21～28引脚）：P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2的输出缓冲器可以驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。P2作为输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流I。在访问外部程序存储器和16位地址的外部数据存储器时，P2送出高8位地址。在访问8位地址的外部数据存储器时，P2口引脚上的内容（就是专用寄存器（SFR）区中的P2寄存器的内容），在整个访问期间不会改变。在对FlashROM编程和程序校验期间，P2也接收高位地址和一些控制信号。P3端口（P3.0～P3.7，10～17引脚）：P3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P3的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P3做输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输入一个电流。在对FlashROM编程或程序校验时，P3还接收一些控制信号。P3口除作为一般I/O口外，还有其他一些复用功能.RST（9引脚）：复位输入。当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成单片机单片机的复位初始化操作。看门狗计时完成后，RST引脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/ROG（30引脚）地址锁存控制信号：（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在Flash编程时，此引脚（ROG）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址位8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOV指令时有效。否则，ALE将被微弱拉高。这个ALE使能标志位（地址位8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。外部程序存储器选通信号（SEN）是外部程序存储器选SEN（29引脚）通信号。当AT89C51RC从外部程序存储器执行外部代码时，SEN在每个机器周期被激活两次，而访问外部数据存储器时，SEN将不被激活。A/VPP（31引脚）访问外部程序存储器控制信号：为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，A必须接GND。注意加密方式1时，A将内部锁定位RESET。为了执行内部程序指令，A应该接VCC。在Flash编程期间，A也接收12伏VPP电压。XTAL1（19引脚）：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2（18引脚）：振荡器反相放大器的输入端。单片机最小系统介绍：单片机最小系统,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。对51系列单片机来说,最小系统一般应该包括:单片机、晶振电路、复位电路。复位电路:由电容串联电阻构成,当系统一上电,RST脚将会出现高电平,并且,这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定.典型的51单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位,所以,适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位.一般教科书推荐C10u,R取8.2K.当然也有其他取法的,原则