教学楼电力控制系统设计_毕业设计(编辑修改稿)

教学楼电力控制系统设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

关闭模式，模拟数字亮度控制，一个扫描 限制寄存器 保证 用户显示 18 位数据， 拥有 一个让所有 LED 发光的检测模式。 这个 芯片以三线串行接口与单片机连接其接口的传输速率可达 10 MHz 有独立的发光二极管段控制译码 和 非译码两种显示方式可选数字、模拟两种亮度控制方式可以级联使用采用 了 1 片 MAX7219 便可 以 完成 8 位数码管的显示驱动任务。 1 MAX7219 的原理 DIN 为串行数据输入端当 CLK 为上升沿时数据载入 16 位内部移位寄存器 CLK 为串行时钟输入端最大工作频率为 10 MHzMAX7219 的三线串行接口命令 和 数据组成 16位字串从 DOUT 引脚输出当每一个 CLK 脉冲上升沿到来时串行数据从 DIN 引脚进入MAX7219 内部移位寄存器最先收到的 就 是高位 [12]。 但是 在第 16 个 CLK 上升沿 LOAD引脚若变为高电平则数据就会被锁存到内部寄存器中再过半个脉冲数据在 CLK下降沿从 DOUT 引脚输出 的。 LOAD 为片选端当 LOAD 为低电平时该器件接收来自 DIN 的数据接收完毕 后 LOAD 返回高电平时接收的数据将锁定 DIG0DIG7 为吸收显示器共阴极电流的位驱动线其最大值可达 500mA在关闭状态时输出 VSEGASEGG和 DP 为驱动显示器 7 段及小数点的输出电流约 是 40mA 可软件调整关闭状态 时接入 GNDDOUT 为串行数据输出端通常可直接接入下一片 MAX7219 的 DIN 端使多片 MAX7219 级联以便 可以 驱动更多的 LED。 MAX7219 有 14 个可寻址命令寄存器其中 8 个是位驱动寄存器 6 个是状态寄存器它提供了段选码和 BCD 解码两种方式。 当解码方式的寄存器数据位都设为 1 时为 BCD 解码方式当其都设为 0 时为段选码方式。 工作在解码方式时 LED可显示数字 09 及 “”“EFHLP”等字符和空显示。 写寄存器时只要在对应数据位的低 4 位写入 “0H”“FH”即可与数据位的高 4 位无关。 按数据位的最高位设定小数点状态则置 1点亮小数点否则为 0。 段选码方式是通过将数码管对应数据位写 “1”来使该段点亮的。 MAX7219 还有 6 个状态寄存器。 通过亮度寄存器控制 LED 的亮度该软件亮度控制可替代硬件限流亮度控制。 扫描限制寄存器用于控制扫描频率。 停机寄存器控制 15 MAX7219 的工作状态当该寄存器的数据格式为 “0”时进入关闭状态但可接受测试控制寄存器控制当该寄存器的数据格式为 “1”时进入正常工作状态。 若显示测试寄存器为 “0”时则显示驱动器进入正常工作状态若显示测试寄存器为 “1”时则显示驱动器进入测试状态。 此时 LED 应处于全亮状态。 空操 作寄存器用于 MAX7219 串联时只改变MAX7219 驱动的某个 LED 但不改变其他显示区。 MAX7219 初始化和 LED 显示时在对 MAX7219 的每一个寄存器传送数值时都要调用一次显示子程序因此应及时使 SPI的复位位清零以保证新的发送正常。 当每一次寄存器接收数值后都要取消 MAX7219片选以锁存接收到的数值。 1）功能特点 a 有 10MHz 连续串行口 b 独有立的 LED 段控制 c 数字有的译码与非译码选择 d 有 150μ A 的低功耗关闭模式 e 配置了亮度的数字和模拟控制 f 有高电压中断显示 g 有 共阴极 LED 显示驱动 h 有限制回转电流的段驱动来减少 EMI（ MAX7221） i 有 SPI, QSPI, MICROWIRE 串行接口（ MAX7221） g 有 24 脚的 DIP 和 SO 封装 2)管脚名称功能 1 DIN 串行数据输入端口在时钟上升沿时候数据被载入内部的 16 位寄存器。 2,3,58,10,11 DIG 0– DIG7 八个数据驱动线路置显示器为共阴极为低电平 [12]。 关闭时7219 此管脚会输 出高电平， 7221 会呈现高阻抗。 4,9 GND 地线，同时接地 12 LOAD 载入数据， 连续数据后 16 位在 LOAD 端的上升沿时被锁定。 CS (MAX7221) 片选端。 该端为低电平时串行数据被载入移位寄存器。 连续数据的后 16 位在 cs 端的上升沿时会被锁定。 13 CLK 时钟序列输入端。 最大速率是 ，数据移入内 部移位寄存器，下降沿时侯数据从 DOUT 端输出。 1417,2023 SEG 7 段和小数点的驱动，为显示器提供出电流。 当一个段驱动关闭时， 16 7219 的此端呈低电平， 7221 会呈现高阻抗。 18 SET 通过一个电阻连接到 VDD 提高段电流。 19 V+正极电压输入， +5V。 24 DOUT 串行数据输出端口，从 DIN 输入的数据在 个时钟周期后在此端有显著的效果。 当使用多个 MAX7219 时用此端会方便扩展。 MAX7219 同样允许用户对每一个数据选择编码或者不编码。 整个设备包含一个 150μA 的低功耗关闭模式，模拟和数字亮度控制，一个扫描限制寄存器允许用户显示 18 位数据，还有一个让所有 LED 发光的检测模式。 图 8 Max7219的引脚 Figure8 Max7219 pinout 3)串行数据格式，译码方式寄存器，内部寄存 器地址，亮度寄存器展示 表 6 串行数据格式 Table6 Serial data format D15 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 X X X X 地 址 数据位 串行数据发送 16 位为一帧，在这十六位中其中十二位到十五位是可以任意的，而内部寄存器的地址是第八位到第十一位，从零位到七位是寄存器数据。 表 7 译码方式寄存器 Table7 Decoding way to register D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 代码 0 0 0 0 0 0 0 0 0x00 17 0 0 0 0 0 0 0 0 0x01 0 0 0 0 1 1 1 1 0x0F 1 1 1 1 1 1 1 1 0xFF 从上面的表格中可以知道寄存器中每一位和一个数字位相对应，如果是逻辑高电平那么就选择 B 译码 [14]。 要是逻辑低电平就选择旁路译码器。 变量译码和显示译码两类 ，变量 译码 一般是一种较少输入变为较多输出的器件，一般分为 2n 译码和 8421BCD 码两类。 表 8 亮度寄存器 Table8 Brightness register 占空比 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 代码 1/32 X X X X 0 0 0 0 0xX0 3/32 X X X X 0 0 0 1 0xX1 5/32 X X X X 0 0 1 0 0xX2 7/32 X X X X 0 0 1 1 0xX3 9/32 X X X X 0 1 0 0 0xX4 11/32 X X X X 0 1 0 1 0xX5 13/32 X X X X 0 1 1 0 0xX6 15/32 X X X X 0 1 1 1 0xX7 17/32 X X X X 1 0 0 0 0xX8 19/32 X X X X 1 0 0 1 0xX9 21/32 X X X X 1 0 1 0 0xXA 23/32 X X X X 1 0 1 1 0xXB 25/32 X X X X 1 1 0 0 0xXC 27/32 X X X X 1 1 0 1 0xXD 29/32 X X X X 1 1 1 0 0xXE 31/32 X X X X 1 1 1 1 0xXF 该芯片可以采用 V+和 ISET 之间所接外部电阻 Rset 不控制显示亮度，从驱动器那里的峰值电流通常为进入 ISET 电流的 100 倍， Rset 既可以作为固定电阻也可以作为可变电阻使用 [13]。 表 9停机寄存器 Table9 Downtime register 18 工作方式 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 代码 停机 X X X X X X X 0 xOH 正常 X X X X X X X 1 Xoh 停机状态的时候，扫描振荡器会停止工作，所有的断电流源会被拉到地，同时所有的位驱动会被拉到 V+这个时候 LED 灯会不显示的。 晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。 半导体晶片由两部分组成，一部分是 P 型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是 N 型半导体，在这边主要是电子。 但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个 PN结。 图 9 Max7219不译码模式数据位时序图 Figure9 Max7219 Don39。 t decode schema data a sequence diagram 表 10 测试寄存器 Table9 test register 19 工作方式 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 代码 正常 X X X X X X X 0 Xoh 测试 X X X X X X X 1 Xoh 显示测试寄存器通常有两种工作方式：包括正常和显示测试，在显示测试下的 8 位数字扫描中的占空比为 1/32，它是通过控制寄存器内的控制字来接通 LED 灯显示器的。 电力监控线路保护系统显示电路设计 下图所示采用的是 AT89C51单片机与 MAX7219的接口电路图示，把单片机的 连接到 max7219 的 DIN 端口，然后 连接到 CLK 端口 [14]。 图 10 Max7219应用电路 Figure10 Max7219 application circuit 20 电力线路保护系统键盘电路设计 电路设计 键盘电路如下面的图示 功能介绍 P20P24：接上拉电阻 ，通过 S0S4 接到地。 INT0， INT1：键盘中断输入。 S2：键盘总允许开关 S3：功能选择键盘。 S4：数值加 1 键。 S5：数值减 1 键。 S6：电力线路自动合闸开关。 键盘电路 是典型的电路，它的内部功能以及各个方面的衔接故障分析处理等等都已经被前辈研究的非常透彻，所以我们只负责应用就可以。 键盘总允许开关，功能选择键盘，数值加 1 键，数值减 1键，电力线路自动合闸开关这些基本按键接口都已经标注。 CPU读取位於程式记忆体 ROM 或 EPROM 程式码，经过计算及处理后，将结果送至各 个暂存器或输出入埠上，并且接受内部和外部的中断信号， 然后执行中断服务程式。 只要电源加入且震荡器开始动作 后， CPU 就会开始不停的动作。 MCS51 系列单晶片， 8051/8751 提供内部 4096Bytes4Kbytes 的程式记忆区，专供程式储存指令码的地方。 CPU 所执行的 程式指令，即是到这里来提取。 8052 提供内部 8192Bytes8Kbytes 的程式记忆区，而 8031 则不提供此方块。 若有内部程式记忆区时， CPU 可以选择执行的程式指令，是 由内部的程式区提取或由外部的程式区提取。 程式区的内 容，只能读出但不能写入 [15]。 MCS51 系列中的 8051/8031 及 8751 单晶片都提供有 128 个 Bytes 的可读 /写资料记忆区，而 8052 系列则有256 个 Bytes 的资料记忆区。 这资料区中有 16 个 Bytes 共 128bits 的区域是可直接做单一位元定址 Bit Adress 的，同时 MCS51 也提供相当好用的位元处理指令。 这四个埠共提供 4X832 条 I/O 线，所有的埠都可以做位元组输出入埠 Byte I/O或做单一位元输出入埠 bit I/O，当 MCS51 做外部记忆体扩充时，必须用 PORT0 ，PORT2 当作资料 /位址线，配合 ALE ， /PESN ，及 /WR ， /RD 等控制线产生必要的控制信号，作读出及写入信号。 MCS51 系列的单晶片均有 2 个 16 位元的计时 /计数器，而 8052 则有 3 个。 每个计时 /计数器有多种模式供选择。 多晶片微电脑控制系统，主要用来设计较复杂 的控制系统如影像处理、通讯控制及算术运算， 21 由於使用 晶片数量多，相对的硬体成本也提高。 对於一些较简易的 控制系统，则不需要这麼多晶片来组成一个系统，於是出 现了单晶片微电脑。 单晶片微电脑是把五大基本单元，输 入单元，输出单元，控制单元，记忆体单元以及算数逻辑 单元浓缩在单一颗晶片上面，只要加上少许的电子零件便 可以组成简易的控制系统。 单晶片微电脑上的 ROM 以及 RAM 的容量较小，因此其主要功用是应用在控制电路上。 晶 片内部。