1、 本科毕业设计 （ 20 届） 基于单片机的电参数检测插座开发 所在学院 专业班级 电子信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - 1 - 摘 要 随着电子制造技术的发展，插座向智能化、小型化、功能强等方向发展。设计的插座可由单片机控制精确测量出各类参数 .单片机电 参数插座是以 51 单片机为核心的电量参数检测系统 .该系统主要有硬件设计和软件设计，该系统可实现对插座的电压、电流、功率的高精度自动检测和记录 .该检测系统主要用于电器，质量检测，数据测量。该系统具有简单、可靠性高、成本低、测试方便等特点。 单片机是所有微处理机中性价比最高的一种，随着种类的不断全面，功能不断
2、完善，其应用领域也迅速扩大。单片机在智能仪表、实时控制、机电一体化、办公机械、家用电器等方面都有相当的应用领域。当前， 8位单片机主要用于工业控制，如温度、压力、流量、计量和机械加工的测量和控制场合；高效能的16 位单片机可用在更复杂的计算机网络。可以说，微机测控技术的应用已渗透到国民经济的各个部门，微机测控技术的应用是产品提高档次和推陈出新的有效途径。 本设计主要功能是利用单片机来检查电压电流，同时输出温度时间等信息，目的是为了，能测出电压电流防止电压电流过高引起安全事故。设计主要包含一块 STC12C5410AD 内部自带 A/D 转换器自带时钟芯片，温度传感器， LCD12864 液晶显
3、示器，一些电阻电容等。 关键词： 电子 制造技术 ； 自动检测 ； 温度传感器 ； 液晶显示器 - 2 - Abstract With the development of electronics manufacturing technology, socket to the intelligent, compact, functional and strong direction. Socket can be designed to precisely measure all types of SCM parameters. microcontroller socket electrical
4、 parameters is 51 single-chip core power parameter measurement system. The system has hardware and software design, the system can realize the outlet voltage, current, High Precision Power automatically detects and records. The system is mainly used for electrical testing, quality testing, data meas
5、urement. The system is simple, high reliability, low cost and convenient testing. SCM is the most cost-effective of all in a microprocessor, with the kind of ongoing comprehensive, functional and constantly improve, and its applications are expanding rapidly. Single chip in the smart meters, real-ti
6、me control, mechatronics, office machinery, household appliances, etc. have considerable applications. Currently, the 8-bit MCU is mainly used for industrial control, such as temperature, pressure, flow, measuring and machining of the measurement and control applications; high-performance 16-bit mic
7、rocontroller can be used in more complex computer network. It can be said, computer control technology has penetrated all sectors of the national economy, computer control technology to improve product quality and innovation is an effective way. The main function is designed to check the voltage and
8、 current using microcontrollers, while the output temperature, time and other information, the purpose, can measure voltage and current to prevent accidents caused by high voltage and current. Interior design mainly includes a STC12C5410AD own A / D converter clock chip comes with a thermal sensor,
9、a LCD12864 LCD display, a number of resistors and capacitors. Key Words: Electronic Manufacturing Technology; Automatic detection; temperature sensor; LCD Monitor - 3 - 目 录 1 引言 . 1 1.1 背景介绍 . 1 1.2 单片机插座的现状及前景 . 2 1.3 课题研究的内容 . 2 2 总体设计 . 2 2.1 设计思路 . 3 2.2 课题达到的技术要求 . 3 3 硬件部分 . 4 3.1 控制模块 . 4 3.1
10、.1 单片机 STC12C5410AD. 4 3.1.2 单片机控制电路 . 5 3.1.3 I/O 各种不同的介绍及配置 . 6 3.1.4 A/D 转换寄存器 . 6 3.2 DS1820 单线数字温度计 . 7 3.3 LCD12864 液晶显示屏 . 8 3.3.1 LCD12864 液晶显示屏介绍 . 8 3.3.1 并行接口说明 . 9 3.5 小结 . 10 4 软件设计 . 11 4.1 系统主程序流程图 . 12 4.2 电压电流采集显示程序 . 13 4.3 时钟显示程序 . 15 4.4 液晶显示程序流程图 . 16 4.5 小结 . 18 5 制作过程 . 19 6 结
11、论 . 22 致 谢 . 23 参考文献 . 24 附录 1 系统实物图 . 25 附录 2 系统原理图 . 27 附录 3 毕业设计作品说明书 . 28 - 1 - - 1 - 1 引言 1.1 背景介绍 目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数 据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能 IC 卡，民用豪华轿车的安全保障系统 1，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。
12、 总的来说，现在一般家庭家用电器基本上都是采用了单片机控制，比如电脑、电视、电冰箱、电饭煲、空调、洗衣机等设备。基本上所有家电都在朝智能化方向发展，所以我们需要利用单片机来开发电插座这样就能保证电器设备的安全。 现在微机的测量与控制一般都是以单片机为核心 .比如二路输入直流数字电压表，以单片机 STC12C5410AD 单片机 为核心部件，具有实时显示测量值的功能。单片机体积小、重量轻、价格便宜，电路外围器件少，大大地降低了成本本文采用程控放大器实现量程的自动转换。又比方 STC12C5410AD单片机 进行数据控制、处理 , 送到显示器显示 , 硬件结构简单 , 本设计采用C 语言实现 ,
13、程序简单可读写性强 , 效率高。与传统的电路相比 , 具有方便操作、处理速度快、稳定性高、性价比高的优点 , 具有一定的使用价值当然我们可以使用在设计过程中可通过 Proteus 仿真软件的调试 , 以达到电路简单、成本低、精度高、速度快和性能稳定等特点。 - 2 - - 2 - 1.2 单片机插座开发现状和前景 这是一种以 STC12C5410AD 单片机为核心，以内部 A/D 为模数转换，液晶显示器 LCD12864 液晶屏为显示部分的电插座。设计经过大量硬件测试，同时经过仿真和实际软件调试，其测量精度高，扩展功能强，性能可靠，价格又低廉，有很好的应用前景，可以将设计应用到 电脑、电视、电
14、冰箱、电饭煲、空调、洗衣机等设备，本设计技能显示当前电压电路，保证不过载又能显示温度保证安全同时也能显示当前时间，非常实用方便 。 本设计的 电插座的数字化是将连续的模拟量如直流电压转换成不连续的离散的数字形式并加以显示，具有清晰直观、读数准确、扩展功能强等特点 .这里不同于以前传统的电压电流测试方法，本设计具有精度高，扩展功能强，性能可靠，同时设计价格低等特点。同时电插座的内部 A/D 转换器的精度很大程度上影响着电插座的测量准确度 2。综上所述基于单片机插座在各行各业都是有一定前景的因为安全是任何设备的首要保证。 1.3 课题研究的内容 设计一个基于单片机的检测插座，能够检测出一个插座上的
15、当前电压，电流，并计算出功率，并在单片机中保存当前数据一 段时间，然后单片机读取数据给液晶显示器，并显示出来。于此同时也能测量出温度，以及当前时间，同时所测的数据能在单片里了保存一段时间，并且能够读取出来，并在液晶显示器上显示。 - 3 - - 3 - 2 总体设计 2.1 设计思路 本设计需要测出电流、电压、功率，那么首先就需要一个 A/D 采集然后输入到单片机上，在到液晶显示器上显示。内部 EEPROM 可以存储一些重要数据并且可以掉电保存。 图 2-1 总体框架图 如 2-1 图所示，首先我们需要有信号输入，比如电 压，电流，然后我们需要 A/D 采集信号，并转换为数字信号给单片机，单片
16、机经过内部处理，最终显示在液晶显示器上。 2.2 课题达到的技术要求 本课题设计一个 基于单片机的电参数检测插座 ，能够测试电压，电流功率等信息，能够显示当前时间等功能。本系统总体指标及功能要求如下： （ 1）用单片机作为主控芯片； （ 2）测试电压、电流、功率等电参数并且在 LCD 上进行显示； （ 3）能够显示当前时间，年月日、温度等功能； （ 4）能够对电参数数据进行一段时间的保存，并且能够进行读取； （ 5）原理图的绘制和 PCB 的制作。 电源部分 主控芯片 EEPROMM AD LCD 显示 时钟芯片 电压 电流 功率 - 4 - - 4 - 3 硬件部 分 本系统主要有 STC1
17、2C5410AD 单片 机，内部自带 A/D 转换自带时钟芯片。DS18B20 数字温度传感器， LCD12864 液晶显示器，各类电阻电容等。 3.1 控制模块 控制模块采用的是单片机 STC12C5410AD 的最小系统。 3.1.1 单片机 STC12C5410AD 本系统的单片机芯片采用 STC12C5410AD，而不是常用的 STC89C51，是因为STC12C5410AD 内部自带 A/D 转换，就不需要外接 A/D 转换模块，使电路简单化。 STC12C5410AD 系列单片机是宏晶科技生产的单时钟 /机器 周期的单片机，是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代 51 内核单片机 3
18、4，速度比 51 内核单片机快 8-12 倍。片内含有 10K 的 Flash 程序存储器， 2K 的 Data Flash 数据存储器，512 字节的 RAM 数据存储器，同时还有看门狗（ WDT），内部还集成 MAX810 专用复位电路、 4 路 PWM 和 8 路高速 10 位分辨率的 A/D 转换，具有可编程的 8 级中断源 4种优先级、系统可编程（ ISP）和应用可编程（ IAP）等特点，片内资源丰富、集成度高、使用方便。基于以上优点， STC 系列单片机在智能家电、通信产品、工业控制等领域得 到了广泛的应用。 本系统采用的是 28 条管脚的 STC12C5410AD 单片机，工作电
19、压范围是3.5V-5.5V， 工作温度 范围是 -40 -85， 工作频率范围是 0-356MHz。 图 3-1 STC12C5410AD 引脚图 - 5 - - 5 - 3.1.2 单片机控制电路 单片机 STC12C5410AD最小系统如图 3-2所示。其主要由 STC12C5410AD芯片、左下角的复位电路和右下角的时钟电路组成。 C230C130Y111. 0592MX1 X2+C310uD71N 4007R710KS1S W - P BR S T+5R S TX1X2R 1010KR 12100 KR910KR 11100 KP 2.0P 2.1P 2.2P 2.3P 2.4P 2.
20、5P 2.6P 2.7P 3.4P 3.5+5T XT ou tH ou tP 2. 21P 2. 32R S T3R X D /P 3.04T X D /P 3.15X T A L 26X T A L 17I N T 0/ P 3.28I N T 1/ P 3.39E C I /T 0/ P 3.410P W M 1/ P 3.511P W M 3/ P 2.412P 2. 513V SS14P 2. 615P 2. 716P 3. 7/ P W M 017P 1. 0/ A D C 018P 1. 1/ A D C 119P 1. 2/ A D C 220P 1. 3/ A D C 321
21、P 1. 4/ A D C 422P 1. 5/ A D C 523P 1. 6/ A D C 624P 1. 7/ A D C 725P 2. 0/ P W M 226P 2. 127V D D28U1S T C 12C 5410A DT X DR X DP 1.0P 1.1P 1.2图 3-2 单片机最小系统 单片机的时钟产生方法有内部时钟方式和外部时钟方式两种 5。本系统采用的是内部时钟方式。 STC12C5410AD 单片机内部有一个高增益反相放大器。 XTAL1 和 XTAL2 引脚分别是该放大器的输入端和输出端。该放大器与两个引脚间跨接的石英晶振 Y1 和微调电容 C1、 C2，形
22、成反馈电路，构成一个稳定的自激振荡器，如图 3-2所示。C1、 C2 的取值对振荡频率输出地频率值、稳定性及振荡电路起振速度有少许影响 16，电容值一般为 18-33pF。在焊接刷电路板时，晶振和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证晶振稳定和可靠地工作。本系统选用了大小为 11.0592MHz 的晶振和 30pF 的陶瓷电容 。 单片机的复位操作有两种方式：上电复位和上电按钮复位 5。本系统采用的是上电按钮复位 ，如图 3-2 所示。 单片机在正常工作时， RST 应保持低电平。当 RST 为高电平并且保持 一段 时间就能实现复位。 如果 RST 一直处于高电平，单片
23、机就会处于循环复位状态，无法执行程序。上电复位是单片机上电的瞬间， RC 电路充电， RST 引脚上出现高- 6 - - 6 - 电平，只要 RST 端保持两个机器周期以上的高电平，就能使单片机有效地复位。上电后，只要按下复位按键使 RST 持续一段时间的高电平，就能使单片机复位 5。图 3 中的二极管 D7 的作用是快速放电。在 上电时，二极管截止，电流流经电阻到地；在下电时，电容放电，电流反向，二极管导通，把电阻短路，实现快速放电。本系统选用的是 11.0592MHz 的晶振，因此一个机器周期约为 1.0851 s，那么复位的脉冲宽度至少要 2.1702 s。另外，实际应用中还要考虑晶振稳
24、定时间、电源稳定时间、参数漂移等因素，必须有足够的余量，增大复位的可靠性。因为晶振从起振到稳定大约需要 10ms，故复位时间通常定为大于 10ms，复位的时间由 RC 电路的时间常数来决定。用到的计算公式有 机器周期 T 的计算如式3-1 所示和时间常数 的计算如式 3-2 所示。其中 fosc 是晶振频率。 T=1/fosc 12 （ 3-1） =RC （ 3-2） RC 的典型值为 C=10 F， R=8.2K，本系统选用的 C3 的值为 10 F 和 R7的值为 10K， D7 选用 1N4007。 3.1.3 I/O 各种不同的介绍及配置 STC12C5410AD 系列单片机其所有 I
25、/O 口均 可由软件配置成为：准双向口，推挽输出，仅为输入或开漏输出功能。每个口由 2 个控制寄存器中的相应位控制每个引脚工作类型。 STC12C5410AD 系列单片机上电复位后为准双向口模式。 2V以上时为高电平， 0.8V 以下时为低电平。这里要注意的是，虽然每个 I/O 口在弱上拉时都能承受 20mA 的灌电流，在强推挽输时都能输入 20mA 的拉电流，但整个芯片的工作电流推荐不要超过 55mA，从 MCU-Gnd 流出电流不超过 55mA，整体流入 /流出电流都不能超过 55mA。 3.1.4 A/D 转换寄存器 STC12C5410AD 系 列带 A/D 转换的单片机的 A/D 转换口在 P1 口（ P1.7-P1.0），有 8 路 10位高速 A/D 转换器， STC12C5410AD 系列是 8位精度的 A/D，速度非常快。 8路 A/D，能做成电压电流检测，温度检测，按键扫描等。上电复位后 P1 口为弱上拉型 I/O 口，可以通过软件设置将 8路中的任何一路设置为 A/D 转换，不
