1、信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)设计题目: 基于单片机的模拟 烘手器设计 专 业: 应用电子技术 班 级: 2 学 号: 07 姓 名: 指导教师: 二一年九月十日 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)四川信息职业技术学院毕业设计任务书学 生姓 名学号7班级应电08-2专业应用电子技术设计（或论文）题目基于单片机的模拟烘手器设计指导教师姓名职 称工作单位及所从事专业联系方式备 注工程师工程系应用电子技术设计（论文）内容：1.模拟烘手器设有凉风档、热风档；2.模拟烘手器设有三个风速档；3.电路复位时显示“0000”；4.完成电路设计方案的选择；5.单元电路的设计；6.整机电路的原理分
2、析；7.设计仿真与调试。进度安排（时间具体到周）：第23周：消化课题，查找资料，选择参考方案；第45周：确定设计方案并熟悉部分器件的用途；第67周：查找资料，进行单元电路的设计；第89周：分析电路原理，完成设计过程，撰写初稿；第1011周：按毕业论文的各项要求，整理论文；第1213周：修改、完善论文，检查定稿；第14周：制作答辩PPT，准备答辩；第15周：答辩。主要参考文献、资料(写清楚参考文献名称、作者、出版单位)：1 余锡存.单片机原理及接口技术.陕西:西安电子科技大学出版，20002 康华光.模拟电子技术基础.北京:高等教育出版社，20023 华永平.电子线路课程设计.福建:东南大学出版
3、社，20044 林春方.电子线路学习指导与实训.北京:电子工业出版社，20045 杨宝清.实用电路手册.北京:机械工业出版社，20026 余载泉.Protel实战演练.北京:人民邮电出版社，2000审批意见教研室负责人：年 月 日备注：任务书由指导教师填写，一式二份。其中学生一份，指导教师一份I 目录摘要1第1章绪论2第2章整体设计方案32.1 方案选择32.2 方案论证4第3章硬件设计53.1 单片机系统介绍53.2 时钟电路及复位电路73.2.1 时钟电路73.2.2 复位电路83.3 显示电路93.4 红外检测电路103.5 热释检测电路103.6 按键电路113.7 加热及风控电路11
4、3.8 整机工作原理12第4章软件设计144.1 主函数流程图144.2 按键检测模块154.3 驱动模块154.4 中断模块16第5章系统的仿真185.1 模拟烘手器Keil软件的仿真185.1.1 keil的介绍185.1.2 模拟烘手器的Keil仿真185.2 模拟烘手器protenus软件的仿真185.2.1 protenus的介绍185.2.2 模拟烘手器的protenus仿真195.3 仿真结果19总结24参考文献25附录1整机原理图26附录2元器件明细表27附录2源程序28 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)摘要对于一台全自动的模拟烘手器而言，首先要能完成冷风、热风的烘手
5、功能；同时还要根据用户的不同要求设置几种不同的烘手程序；还要考虑是否检测到信号的输入输出情况等。采用AT89C52芯片为核心元件，与红外检测模块、热释检测模块、显示模块、按键模块、加热及风控模块等构成模拟烘手器系统。利用了单片机的时钟电路、复位电路、检测电路、驱动电路、显示电路设计的模拟烘手器，并采用C语言编程，具有实时显示烘手器的各种工作状态的特点。设计的模拟烘手器主要功能有六项：冷风风速一挡功能设置、冷风风速二挡功能设置、冷风风速三挡功能设置、热风风速一挡功能设置、热风风速二挡功能设置以及热风风速三挡功能设置。烘手器具有风量大、噪音小、灵敏度高、使用方便、反映迅速和安全等特点。关键词模拟烘
6、手器；AT89C52；C语言第1章绪论随着科学技术的迅速发展，电子技术突飞猛进，人们生活水平日益增长，对生活的要求也越来越高。而新时代的新产品将逐渐的替代落后的产品。在如今的社会，逐渐的开始实现绿色、环保、卫生、安全的的美好城市。为了大家的安全健康着想，设计出一款多功能化的烘手器已成为必要，比如许多宾馆和饭店等公共场合安装了自动烘手器，它能够在不需要手接触的情况下将手烘干，使用方便，杜绝接触性细菌感染。家庭要是安装上一个也是很实用的，不过市面上的绝大多数产品都是采用普通数字器件例如：NE555，NE567，CD4069等构成。其电路经过发射、接收、放大、整形、控制五个过程。但目前市场上的烘手器
7、的功能少、性能低、灵敏度低、可靠性差、电路安装调试不方便，在许多方面还不能达到人们的需求。这就意味者设计者们应该有更高的专业和技术水平，能够提出更多更好的建议和新的课题，将人们的需要变成现实，设计出更节能、功能更全面、体积更小、控制力更强的烘手器。为此，特设计了一款基于单片机的模拟烘手器，再配合常用的电吹风就能轻松制作出一台自动烘手器。其除了具有以上功能外还伴有显示功能。该产品具有风量大、噪声小、灵敏度高、使用方便、反映迅速和安全等特点，在当今，它是一个先进和理想的卫生清洁器具。当您洗手后，将双手伸在烘手器的出风口下，烘手器会自动送出舒适的暖风，迅速使您的双手去湿变干，而当您把手一离开烘手器出
8、风口时它又自动停风关机。因此，设计出基于单片机的模拟烘手器并对系统物理结构进行优化，很有城市的“模型”味。第2章整体设计方案2.1 方案选择方案一：采用单片机设计，以AT89C52芯片为核心元件，由时钟模块、复位模块、红外检测模块、热释检测模块、显示模块、按键模块、加热及风控模块七部分组成，如图2-1所示。 C P U 控 制 系 统 时钟模块 复位模块 显示模块 红外检测模块 热释检测模块 加热及风控模块 按键模块 图2-1 方案一红外检测模块和热释检测模块主要用来检测是否有人手的伸入，将光信号和热释信号转为电信号，送往CPU控制系统。时钟模块是为控制系统产生工作所需要的时钟信号。复位模块是
9、使控制系统恢复到一个确定的初始状态。按键模块是通过检测是否有按键按下，改变I/O接口状态。显示模块是将经过控制系统处理后的信号实时的显示在数码管上。加热及风控模块是在控制系统的驱动下，进行加热、风控功能的运行。此方案电路连接简单、功能多、易于实现等特点。方案二：由红外线发射模块，红外线接收模块，时间延迟模块，烘手器开关模块和电源模块五部分构成的，如图2-2所示。红外线发射电路是利用红外线发光管发射脉冲，从而实现电路对人体的感应。红外线接收电路是利用光敏元件接收发射出来的光脉冲，并且将光脉冲信号转化为电信号，同时对其进行放大。时间延迟电路是利用单稳态电路的特性，实现对自动干手器开关打开时间的控制
10、。自动干手器电路是利用电磁阀作为自动干手器的开关，从而可以通过按按键开关对干手器进行控制。电源电路的功能是为上述所有电路提供直流电源。但此电路复杂、功能少、不易于多次维修。红外线发 射模块 红外线接 收模块 时间延迟 模块 烘手器开关模块 电源模块 图2-2 方案二2.2 方案论证从以上两种方案中看出，方案一采用了CPU控制系统、显示模块、红外检测模块、热释检测模块等，而方案二不同于方案一，采用了红外发射模块、时间延迟模块、烘手器开关模块、电源模块等。方案二的电路复杂、功能少及精度低，因此这种功能的烘手器已经不能满足于人们的需求了。随着社会的需要，多功能化、智能化、多样化、自动化的产品需求越来
11、越多，而在方案二中，存在很多不足，例如：电路需要充电、延时、整流、滤波等，才能将烘手器功能全过程的进行；另外，也要用到一些相关的芯片，如NE555、CD4069等。若采用方案二，需耗费的资本多，投入大，而且不能多次维修，容易毁坏。但在方案一中，只需要一个芯片，也就是具有CPU控制系统的单片机。它具有结构简单、多次擦除、控制功能强、可靠性高、体积小、价格低等特点。为此利用单片机具有的特点，将检测到的信号输入输出，并通过按键控制直接实现了烘手器的多功能化。因此在本次的设计中，考虑到设计电路的性能、成本还有功能的需要，我们选择方案一。第3章硬件设计3.1 单片机系统介绍AT89C52是美国ATMEL
12、公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8Kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-52指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和FLASH存储单元，功能强大，适用于许多较为复杂控制应用场合。因此，在众多的芯片中，我们将选择89C52，因为它具有众多芯片中的优点：支持并行写入，同时需要VPP烧写高压；89C52电源范围宽达4.55V；89C52系列支持最高高达24MHz的工作频率；市场价格比其他ATMEL系列便宜；向下兼容89C5
13、1，就是说用89C52可以替代89C51使用，同样的程序，运行结果相同；具有抗干扰性；烧写寿命长。就目前中国市场应用的情况来看，AT89C52有更大的市场地位与实用价值，所以我选择了AT89C52单片机芯片进行本课题的设计。1.AT89C52单片机的结构在这一块芯片上，集成了一台微型计算机的主要组成部分，其中包括CPU、存储器、可编程I/O口、定时器/计数器、串行口等，各部分通过内部总线相连。图3-1 89C52单片机组成框图2.AT89C52管脚说明ATMEL公司的AT89C52是一种高效微控制器。采用40引脚双列直插封装形式。AT89C52单片机是高性能单片机，因为受引脚数目的限制，所以有
14、不少引脚具有第二功能。外形及引脚排列如图3-2所示。图3-2 AT89C52外形及引脚排列图RST：复位输入。当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电平时即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作。/VPP：当保持低电平时，对ROM的读操作限定在外部程序存储器；而当信号为高电平时，对ROM的读操作上从内部程序存储器中，因此该引脚与+5V电源连接。XTAL1和XTAL2：外接晶体引线端。当使用芯片内部时钟时，两引脚用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于连接外部时钟脉冲信号。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻
15、输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，使驱动电路的场效应管截止，处于高阻态，然后通过缓冲器进行输入操作。P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写1时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流
16、。当P3口写入1后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C52的一些特殊功能口，如表3-1所示。表3-1 P3端口引脚兼用功能表P3引脚 兼用功能P3.0 串行通讯输入（RXD） P3.1 串行通讯输出（TXD） P3.2 外部中断0（INT0） P3.3 外部中断1（INT1） P3.4 定时器0输入(T0) P3.5 定时器1输入(T1) P3.6 外部数据存储器写选通WR P3.7 外部数据存储器写选通RD 3.2 时钟电路及复位电路3.2.1 时钟电路1.石英晶体振荡器石英晶体振荡器是利
17、用石英晶体的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片，在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶振。石英钟走时准、耗电省、经久耐用为其最大优点。随着电视技术的发展，近来彩电多采用500KHz或503KHz的晶体振荡器作为行、场电路的振荡源，经1/3的分频得到15625Hz的行频，其稳定性和可靠性大为提高。而且晶振价格便宜，更换容易。2.时钟电路的构成89C52单片机内有一个高增益反相放大器，其频率范围为1.2MHz12MHz，XTAL1和XTAL2分别为放大器的输入
18、端和输出端。时钟可以由内部方式或外部方式产生。在本次设计中采用的是内部方式。如图3-3所示。在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，就能构成自激振荡电路。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振电路。电容器C1和C2主要起频率微调作用，电容值可选取为30pF左右或40pF左右。通过以上元器件连接，就构成了时钟电路，这样就能够用于产生单片机工作所需要的时钟信号。图3-3 89C52内部方式时钟电路3.2.2 复位电路无论是在单片机刚开始接上电源时，还是断电后或者发生故障后都要复位。单片机复位时是CPU和系统中的其他功能部件都恢复到一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，例如复位后PC=
19、0000H，使单片机从程序存储器的第一个单元取指令执行。单片机复位条件是：必须使RST加上持续两个机器周期（即24个脉冲振荡周期）以上的高电平。若时钟频率为12MHz，每个机器周期为1us，则需要加上持续2us以上的高电平。单片机的复位有上电复位和按钮手动复位两种。在本次设计中，我们选择的是按键复位电路，如图3-4所示。图3-4 复位电路按键复位电路的工作原理：当按下复位按键时，RST端产生高电平，使单片机复位后，片内RAM内容不变。另外，在复位有效期间（即高电平），89C51单片机的ALE引脚和引脚均为高电平，且内部RAM不受复位的影响。如果采用上电复位方式的话就得先下电，再上电才能起到重新
20、复位的作用，采用这种方式比较繁琐。所以在复位电路设计中我选择了上电按键复位电路。3.3 显示电路在单片机应用系统中，对于系统的运行状态和运行结果，通常都需要直观显示出来。单片机应用系统中最常用的显示器有LED和LCD两种。这两种显示器都可以显示数字、字符及系统的状态，LED和LCD数码显示最为普遍，本设计采用的是更为环保的4位LED显示器，如图3-5所示。图3-5 显示电路4位数码管动态显示原理与实现：P0.0-P0.6端口接动态数码管的字形码笔段，P2.0-P2.3端口接动态数码管的数位选择端。4位数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp 的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共
21、极COM增加位选端控制电路，位选端由独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选端控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位元就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态显示原理。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极体的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示资料，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O口，而且功耗更低。3.4 红外检测电路
22、红外检测电路的设计主要有7406、电阻、NPN型晶体管、按键（代替光电传感器）等相关元器件组成，如图3-6所示。（本次设计中此处电路用开关代替）图3-6 红外检测电路红外检测电路的原理与实现：接通电源，通过光电传感器检测是否有手伸入，进行判断，将光信号转化为电信号，并通过相关元器件通过P3口输入，从而使电机运行。3.5 热释检测电路热释检测电路主要由热释传感器、充电电路、放大电路、整流电路、滤波电路、稳压电路七部分组成，如图3-7所示。（本次设计中此处电路用开关代替）图3-7 热释检测电路热释检测实现原理：当人手进入探测区域内，通过热释传感器，将感应到的热释信号，转为电信号，通过四级放大电路放
23、大信号；另一方面通入电源，进行整流、滤波、稳压，给热释检测提供电压。在电路中有两种供电方式，一种是使用三端稳压电路；另一种是采用充电电路。充电电路主要是用在供电不足，或者停电的情况下，使热释检测电路能正常运行。3.6 按键电路按照键盘与单片机的连接方式可分为独立式键盘与矩阵式键盘。在本次设计中使用的是独立式键盘，如图3-8所示。图3-8 按键电路按键电路的原理与实现：逐位查询每根I/O端口线的输入状态，如果某一根I/O端口线的输入为低电平，则可确认该I/O端口线所对应的按键已按下，然后，再转向该键的功能处理程序。3.7 加热及风控电路图3-9a 加热及风控电路加热及风控电路主要由晶体管型光电耦
24、合器、电风扇、加热丝、继电器等元器件组成，如图3-9a所示。（在本次电路设计中此处用两个LED灯代替,其中D1是加热丝，D2是电风扇，如图3-9b所示。）图3-9b 加热及风控电路加热及风控电路的原理与实现：闭合开关S3、S4，加上电源，电路开始工作：当选择热风档时，由光电耦合器产生感应，继电器开关闭合，加热丝开始加热，风扇开始转动，按下不同的开关按键，调节风扇的风速，使其风速逐渐的增加，而热能逐渐增大，所得的热风风速就逐渐的增加；但当选择冷风档时，继电器开关闭合，加热丝停止工作，风扇开始转动，按下不同挡数的开关按键，调节风速，使其风速逐渐的增加，所得的冷风风速就逐渐的增加。(在本次电路设计中
25、：加热时，D1会亮，D2会根据选择不同风速开关进行闪烁；停止加热时，D1会灭，D2会根据选择不同风速开关进行闪烁。)3.8 整机工作原理本系统采用单片机作为整个控制核心。控制系统的七个模块为：显示模块、按键控制模块、红外检测模块、热释检测模块、按键模块、加热及风控模块（原理图见附录一）。U1为AT89C52单片机。C1，R3和复位按钮BUTTON组成手动电平复位；C1，C2以及晶振Y1组成时钟电路；D1、D2LED灯分别代替加热丝和风扇，其负极端接与P3口，P3口设置为输出状态，当P3口为0时，D1、D2发黄光。按键红外检测开关代替红外检测电路，按键热释检测电路代替热释检测电路，分别接到P3口
26、上。在单片机的控制下，检测开关高电平有效，而在低电平是无效的，并在信号来时开始检测。两个检测信号同时检测到信号时，数码管显示“1111”。因此，在工作时，当接通电源或K7按下即电路复位时，系统处于初始状态，数码管显示“0000”；当系统在无效工作状态，即热释检测电路和红外感应检测电路均没有检测到信号或者只有一个检测电路检测到信号时，显示“0000”；当烘手器有效工作时，即热释检测电路和红外感应检测电路同时检测到信号时，显示“1111”。（即一通电，无信号和无热释，显示0000；有信号和热释，显示1111。）在有信号输入，数码管显示为1111的情况下，由设置的按键状态从P1口输入控制单片机，在从
27、单片机输出信号控制P2口、P3口得到模拟烘手器所需要的工作状态。具体输出工作状态如表3-2所示。表3-2 模拟烘手器工作状态表烘手器工作状态无信号或断电风速挡热风冷风显示D1D2无效无效无效0000不亮不亮有信号或复位有效有效有效1111不亮不亮一挡按下L001不亮亮闪烁比较快（高速）按下H001亮亮闪烁比较快 (高速)二挡按下L002不亮亮闪烁快（中速）按下H002亮亮闪烁快（中速）三挡按下L003不亮亮闪烁慢（低速）按下H003亮亮闪烁慢（低速）通过以上的设计，将以上的各个硬件连接起来就能完成整个电路的工作原理。此次采用单片机设计的模拟烘手器，具有风量大、灵敏度高、使用方便、反映迅速和安全
28、等性能，另外具有可靠性高，可操作性强，扩展功能强，能够完全实现多功能化模拟烘手器的功能。第4章软件设计硬件平台结构一旦确定，大的功能框架即形成。软件在硬件平台上构筑，完成各部分硬件的控制和协调。系统功能是由软硬件共同实现的，由于软件的可伸缩性，最终实现的系统功能可强可弱，差别可能很大。因此，软件是本系统的灵魂。软件采用模块化设计方法，不仅易于编程和调试，也可减小软件故障率和提高软件的可靠性。同时，对软件进行全面测试也是检验错误排除故障的重要手段。因此，在这里我们选用了移值性好、结构清晰、能进行复杂运算的C语言来实现编程。软件总体设计方案：当有人把手伸入到烘手器的出风口时，红外检测电路感应到红外
29、线，开启开关，进行红外检测，风控开始工作 ，热释检测电路开始检测，进行热风加热和冷风的调节，达到吹出冷风、热风及风速快慢的功能。整个软件由主程序和子服务程序构成。设计程序包括：延时程序、按键检测程序、驱动程序、中断函数五个部分组成。设计程序框图如图4-1所示。 主函数 延时程序中断函数驱动程序按键检测程序图4-1 设计程序框图4.1 主函数流程图主函数主要完成各部分软件控制和相互之间的协调。本系统主程序模块主要完对系统的初始化，主要包括：电机启动初始化、热释及红外检测初始化、定时器的启动以及根据所需的功能进行相应的操作。主程序比较简单，初始化完成后，调用按键扫描程序，取得键值，并根据当前系统状态调用相应的子程序。其流程图如图4-2所示。开始初始化循环检测有效工作状态下显示0000显示1111启动电机启动延时无效工作状态
