基于单片机的紫外杀菌灯定时电路设计(编辑修改稿)

基于单片机的紫外杀菌灯定时电路设计(编辑修改稿)内容摘要：

单片机的工作方式有：复位、程序执行、掉电保护和低功耗、编程、校验与加密等方式。 通过某种方式 , 使单片机内各寄存器的值变为初始状态的操作称为复位。 复位方式是单片机的初始化操作。 单片机除了正常的初始化外，当程序运行出错或由于操作错误而使系统处于死循环时，也需要按复位键重启机器。 MCS—51 单片机复位后 , 程序计数器 PC 和特殊功能寄存器复位的状态如图 所示。 复位不影响片内 RAM 存放的内容 , 而 ALE 在复位期间将输出高电平。 由图 可以看出，复位后： (1)（ PC） =0000H 表示复位后程序的入口地址为 0000H，即单片机复位后从 0000H单元开始执行程序； (2)（ PSW） =00H， 其中 RS1()=0， RS0()=0，表示复位后单片机选择 11 工作寄存器 0 组； (3)（ SP） =07H 表示复位后堆栈在片内 RAM 的 08H 单元处建立； (4) P0 口～ P3 口锁存器为全 1 状态，说明复位后这些并行接口可以直接作输入口，无须向端口写 1。 定时器 /计数器、串行口、中断系统等特殊功能寄存器复位后的状态对各功能部件工作状态的影响。 能部件工作状态的影响。 图 与 SFR 复位状态表 单片机在时钟电路工作以后 , 在 RST/VPD 端持续给出 2 个机器周期的高电平时就可以完成复位操作。 例如使用晶振频率为 12MHz 时，则复位信号持续时间应不小于 2us。 复位方法一般有上电 自动复位和外部按键手动复位以及 “看门狗 ”复位三种类型。 前两种见 图 所示。 “看门狗 ”电路则是一种集成有单片机的电源监测、按键复位以及对程序运行进行监控，防止程序 “跑飞 ”而出现死机而设计的电路。 图 （ a）上电复位电路。 （ b）上电 /外部复位电路 程序执行方式是单片机的基本工作方式。 由于复位后 PC=0000H，因此程序执行总是从地址 0000H 开始，为此就得在 0000H 处开始的存储单元安放一条无条件转移指令，以便跳转到实际程序的入口去执行。 待机方式也称空闲方式，是一种节电工作方式。 在待机工作 方式中，振荡器保持工 作，时钟脉冲继续输出到中断、串行口、定时器等功能部件，使它们继续工作，但时钟脉冲不再送到 CPU，因而 CPU 停止工作。 掉电方式，也被称为停机方式。 在掉电方式中，振荡器工作停止，单片机内部所有功能部件停止工作。 它同样是一种为降低功耗而设计的节电工作方式。 待机方式和掉电方式都是为了进一步降低功耗而设计的节电工作方式，它们特别适合于电源功耗要求很低的应用场合。 这类系统往往是直流供电或停电时依靠备用电源供电，以维持系统的持续工作。 CHMOS 型单片机的节电方式是由特殊功能寄存器 PCON控制，其具 体使用可参考相关书籍和手册。 空闲和掉电模式外部引脚状态 如下图 所示： 图 空闲和掉电模式外部引脚状态 对于内部集成有 EPROM 可以进入编程或校验方式。 （ 1）内部 EPROM 编程 编程时，时钟频率应定在 的范围内，其余各有关引脚的接法和用法如下： P1 口和 P2 口的 ~ 为 EPROM 的 4k 地址输入， P1 为 8 位地址； ~ 以及 PSEN 应为低电平； P0 口为编程数据输入； 和 RST 应为高电平； RST 的高电平可为 ，其余 的都以 TTL 的高低电平为准； EA/VPP 端加 +21V 的编程脉冲，此电压要求稳定，不能大于 ，否则会损坏EPROM 在出现正脉冲期间， ALE/PROG 端加上 50ms 的负脉，完成一次写入。 （ 2） EPROM 程序校验 在程序的保险位未设置前，无论在写入的当时或写入以后，均可将片上程序存贮器的内容读出进行检验，在读出时，除 脚保持为 TTL 低电平之外，其他引脚与写入 13 EPROM 的连接方式相同。 要读出的程序存贮器单元地址由 P1 口和 P2 口的 ~送入， P2 口 的其他引脚及 PSEN 保持低电平， ALE、 EA 和 RST 接高电平，检验的单元内容由 P0 口送出。 在检验操作时，需在 P0 的各位外部加上电阻 10kΩ。 （ 3）程序存贮器的保险位 STC89C52 内部有一个保险位，亦称保密位，一旦将该位写入便建立了保险，就可禁止任何外部方法对片内程序存贮器进行读写。 将保险位写入以建立保险位的过程与正常写入的过程相似，仅只 脚要加 TTL 高电平而不是像正常写入时加低电平，而 P0、P1 和 P2 的 ~ 的状态随意，加上编程脉冲后就可使保险位写入。 保险位一旦写入，内部程序存贮器便不能再被写入和读出校验，而且也不能执行外部 存贮器的程序。 只有将 EPROM 全部擦除时，保险位才能被一起擦除，也才可以再次写入。 通过以上对单片机硬件系统的简单介绍，应该已经掌握了单片机的内部结构及工作的原理和过程，但是单片机要实现它的强大控制功能特性，只有硬件是不能工作的，还必须依靠它的指令才能发挥单片机的强大作用。 下面介绍单片机的指令系统。 STC89C52 的指令系统 指令是规定计算机进行某种操作的命令，一条指令只能完成有限的的功能，为使计算机完成一定的或复杂的功能就需要一系列指令。 计算机能够执行的各种指令的集合称为指令系统。 单片机的主要 功能也是有指令系统体现的。 机器指令通常由两部分组成，即操作码和操作数（或操作数地址）。 操作码用于规定指令的操作功能，如加、减、乘、除等。 操作数是指参与操作的数据，它可能是一个具体的数据，也可能是地址或符号。 汇编指令由操作码或伪操作码、目的操作数和源操作数构成，标准书写格式如下： [标号： ] 操作码 /伪操作码 [操作数 ] [；注释 ] （ 1） [ ]表示该项为可选项。 （ 2）标号：又称指令地址符号。 它是用户设定的符号，代表着该指令所在的地址。 （ 3）操作码 /伪操作码：是英文缩写的指令助记符。 它规定 了指令的操作功能，它所对应的汇编语句称为指令性语句，在汇编后有具体的目标代码。 而伪操作码说明汇编程序如何完成汇编工作，任何一条指令都必须有操作码或伪操作码，不得省略。 （ 4）操作数 ：是指参加操作的数据或数据所在的地址。 在指令系统中，操作数可以是 1 个、 2 个或 3 个，也可以没有。 不同功能的指令，操作数作用不同。 例如，传送指令多数有两个操作数，写在左边的称为目的操作数（表示操作结果存放的单元地址），写在右边的称为元操作数（支出操作数的来源）。 例如，一条传送指令的书写格式为：MOV A ， 10 H ；表示将 10 H 存储单元的内容送到累加器 A 中。 操作码 /伪操作码和操作数之间必须用空格分开，操作数与操作数之间必须用逗号分开。 （ 5）注释 ：是为该条指令作的说明，以便于阅读。 寻址方式包括立即寻址、直接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、变址寻址、相对寻址、位寻址等共 7 种寻址方式，且每一种寻址方式所涉及的存储器空间各有不同。 指令中的源操作数可以使用七种寻址方式中的任何一种，但是目的操作数只能使用寄存器寻址、寄存器间接寻址、直接寻址和位寻址四种方式。 在单片机指令系统中，根据功能不同将指令分为数据传送类指令、 算数运算类指令、逻辑运算及移位类指令、控制转移类指令和位操作类指令等五大类，共计 111 条指令。 15 3 系统电路设计 设计框架介绍 单片机复 位 电 路时 钟 电 路按 键 电 路显 示 电 路 按键输入电路：对定时器输入定时时间、时钟时间，并对其调整。 时钟电路：给单片机一个时钟信号，让其工作。 复位电路：使单片机为 初始状态，并从初态开始工作。 数码管 ：显示时间或者其它。 系统硬件单元电路设计 复位电路设计 复位操作有上电自动复位、按键电平复位和外 部脉冲复位三钟方式，本次实验用的是按键电平复位，利用电容的充放电公式来选择所需的电容、电阻，能保证复位信号高电平持续时间大于 2 个机器周期。 时钟电路设计 该时钟电路是由晶体振荡器和两个微调电容组成的。 在单片机芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为引脚 XTAL1，其输出端为引脚 XTAL2。 只需要在片外通过XTAL1和 XTAL2引脚跨接晶体振荡器或在引脚与地之间加接微调电容，形成反馈电路，振荡器即可工作。 由于该晶振使用的是 12MHZ 的晶体，因此它的时钟周期是 ,机器周期为 1us。 按键电路设计 键 K1(图中下方 )控制状态的切换： K1 为 0 时，表示出处在正常的计时工作状态；为 1，处在校正数字钟的“时”；为2，处在校正数字钟的“分”；为 3，处在调整定时起始时间的“时”；为 4，处在调整定时起始时间的“分”；为 5，处在调整定时终止时间的“时”；为 6，处在调整定时终止时间的“分”。 键 K2（图中上方）为加号键，控制在各状态时加 1。 17 该系统键扫描的方式为中断扫描方式，当键位上有键压下时，产生中断请求，CPU 响应中断，执行中断服务程序，判断键位上压下的键的键号，继而做相应 的处理。 系统硬件总电路 4 系统软件设计 系统软件流程图 如图 所示， 主程序在执行时，通过单片机内部中断对程序不断的扫描判断、刷新显示，当有键按下时，将数字钟中的时间与定时时间相比较，然后根据比较程序显示状态，并且还要延时消除抖动，之后进行按键处理，从而显示不同的状态，如此周期循环。 其程序相见附录。 图 程序设计流程图 延时子程序 流程图 此延时子程序在实验中被主程序调用，当有按键按下时，调用此程序可以达到消除振动的作用，避免发光二极管一直闪烁，此程序 延时时间不能太短，要不然不能很好的起到消振作用，也不能够太长，避免按键很长时间后才反应。 并且因为此程序用 C 语言编程，延时时间没有汇编语言精准，其流程图如图 所示，其设计程序相见附录。 19 图 延时设计流程图 5 实验结果和分析 实验使用的仪器设备 电脑， PTOTEUS 软件， KEIL 软件，电烙铁，吸锡器，钳子，直流电源，电阻，电容等基本元器件。 测试结果分析 程序烧录到单片机中后，将其接到 +5V 左右的直流电源中，并开始按键实现时间控制或调整，设置多路定时时间，每路定时时间有起始时间和 终止时间。 当设定好每路时间段后，按键恢复时钟状态并开始计时。 其设硬件设计结果最终实现其最初预期设计功能。 如图 51 所示为系统测试仿真图。 图 51 系统测试仿真图 图 是 去模软件上 人在 房间内 系统提示 仿真 图。 21 图 系统仿真图 6 总结与展望 这 次的设计是基于单片机的紫外杀菌灯定时电路设计。 在日常的生活中使用紫外线杀菌是非常的重要的这关系到人们的健康，然而如何使紫外杀菌灯智能化是一个非常重要的问题。 本次设计就是基于单片机来智能定时控制，相信随着单片机技术的发展能使得智能控制更加多的东西，为人们的生活带来方便 23 7 设计结论 通过本次实验学会了用 keil 编程，实现计时、多路定时功能，然后通过数码管显示时间还有 LED 灯的亮来提示定时。 当恢复到原来的初始状态时，再按按键可以看到原来的所定的三路时间的终止 时间。 在制作 PCB 板的过程中和编程过程中，理解和加强了对单片机的了解。 这次设计课题中，在给定的源程序上修改并增加了多路定时程序，实现实验要求。 在焊接电路板过程中也没有出现过什么问题，只是在 Protues 仿真实验中有出现数码管显示数字成零不断跳动，而且 LED 灯自动跳变，相当于是中断不停执行、判断键值，特别不稳定。 虽然这次实验没有创新，但是也是自己动手查资料，修改程序，达到实验要求。 之前做过直流稳压电源，两级放大电路和数显温度计，但是都是照葫芦画瓢，没有融合自己的思想在所做的板子当中。 虽然达到实验要求，但是总 是觉得只是为了完成老实交代的任务而已，并没有思考很多。 有时，只有经过自己亲手试验，才能更深层次的懂得实验原理和每部分电路的功能。 参考文献 [1]元增民 . 单片机原理与应用 .—长沙：国防科学大学出版社 20xx [2]刘仁宇 . 单片微型计算机原理及应用 .—西安：西安电子科技大学出版社． 20xx [3]马忠梅 . 单片机外围电路设计 —北京： 北京航空航天大学出版社 20xx [4]李光飞 . 传感器技术与应用 .—北京：北京航空航天大学出版社 20xx [5]尹勇、王洪成 .单片机开发环境μ Vision 2 的使用 指南 .北京 :北京航空航天大学出版社 [6]范立南 .PROTUES 仿真软件实例使用指南 . —北京：电子工业出版社 [7]李全利 . 单片机原理及接口技术 .北京 :北京航空航天大学出版社 [8]坎特编著 .Windows WDM 开发指南 [M].孙义，马莉波等译 .西安 :西安电子科技大学出版社， [9]徐爱钧、彭秀华．单片机高级语言 C51 应用程序设计 .北京 :北京航空航天大学。