毕业设计方案自动浇水控制器.doc

目 录第一章 引言.1 1.1单片机概述.1 1.2单片机分类及发展.1 1.3灌溉技术发展简介.2第二章 设计题目与规定.42.1 课程设计规定.42.2 课程设计目.4第三章 设计方案选取与论证.53.1 整体设计框架.53.2 系统硬件选取.53.3最后方案决定及电路设计.6第四章 系统硬件电路设计.74.1 AT89C51简介.7 4.1.1 内部构造.7 4.1.2 引脚阐明.84.2 显示模块.11 4.2.1 显示功能及实现.12 4.2.2 数码管简介.124.3 时钟电路及复位电路设计.14 4.3.1 时钟电路.14 4.3.2 复位电路.164.4 键盘输入模块.164.5 浇水模块设计.17 4.5.1 ULN2803简介.17 4.5.2 浇水功能实现.184.6 电源设计.19第五章 系统程序设计.215.1 系统时间显示.215.2 键盘控制时间设立.22 5.2.1 按键校对系统时间.22 5.2.2 按键设立浇水时间.235.3 浇水执行程序框图.245.4 主程序.25第六章 仿真.396.1 仿真阐明.396.2 仿真电路图.39第七章 结论.41道谢.42参照文献.43附录 电路图 第一章 引言 当前，农业、工业、生活、军事等各个方面都向自动化、智能化、数字化发展。为了适应时代发展电子技术迅猛发展。数字化、智能化、自动化实现方式各种各样，从而产生了诸多设计工具。单片机就是其中之一，它正朝着多品种和高性能发展，正在进一步向着COMS化、小体积、低功耗、高性能、大容量和外部电路内装化等各种方向发展。卓越性价比受到了设计者们欢迎。 随着农业规模化、系统化，老式管理办法需要大量人力并且不能及时。为了满足更高效更高产，并提高管理水平。本文将简介一种可以自动定期、多路浇水、定浇水时间系统，它重要基于51单片机来设计，并将随着社会生活进步、人们对效率规定，将会得到大量应用和不断完善。 本论文中将会应用单片机等电子技术，实现自动浇水控制。 1.1 单片机概述 为了适应社会发展需求，微型计算机不断地更新换代，新产品层出不穷。在微型计算机人们庭中，几年来单片微型计算机异军突起，发展极为迅速。 单片微型计算机(Single-Chip Microcomputer)简称单片机。它是微型计算机一种重要分支，也是一种非常活跃且具生命力机种。特别合用于控制领域，故又称微控制器(Microcontroller)。 普通单片机由单块集成电路芯片构成，内部包具有计算机基本功能功能部件：中央解决器(Central Processing Unit，CPU)、随机存储器(Random Access Memory，RAM)、只读存储器(Read Only Memory，ROM)、定期/计数器及I/O(Input/Output)接口电路等部件。因而单片机只需要与恰当软件及外部设备相结合，便可成为一种单片机控制系统。 它特点是：高性能、高速度、体积小，价格低廉，稳定可靠，应用广泛。1.2 单片机分类及发展 20世纪80年代以来，单片机有了新长足发展，各个半导体器件厂商也相继推出自己产品。到当前为止，市面上出售单片机品种已达60各种系列，600各种品种。如果按照CPU对数据解决位数来分，普通可以把单片机分为4位单片机、8位单片机、16位单片机、32位单片机四类。它产生和发展过程也经历了相应四个阶段。 第一阶段(1970-1974)为4位单片机阶段。这种单片机特点为：价格便宜并且控制功能强，片内具有各种I/O接口，有依照不同用途还配有许多专用接口，丰富I/O功能大大增强了四位单片机应用于录音机、摄像机、电冰箱、电视机、洗衣机等产品。 第二阶段(1974-1978)为低中档8位单片机阶段。它是八位单片机初期产品，以Intel公司MCS-48系列单片机为代表产品，这个系列单片机在片内集成八位CPU、并行I/O口、8位定期/计数器、RAM和ROM等，中断解决较简朴，片内RAM和ROM容量较小，且寻址范畴不不不大于4KB。 第三阶段(1978-1983)为高档8位单片机阶段。此类单片机在低、中档基本上发展起来，其性能有明显额提高。还是以Intel公司MCS-48系列单片机为代表，在片内还增长了串行接口，有多级中断解决系统，尚有16位定期/计数器，片内RAM和ROM容量也增大了，寻址范畴已经可达64KB，有片内还加有A/D转换接口。此类单片机功能强大，应用领域辽阔，是当前各类单片机中应用最多一种。第四阶段(1983-当前)为8位额单片机巩固发展阶段和16位单片机、32位单片机推出阶段。这个阶段特点是：一方面不断发展16位单片机、32位单片机和某些专用单片机。近年来，各个计算机厂家已进入了高性能32位单片机研制和生产阶段，32位单片机除了具备更高集成度以外，主振频率已经达到20MHz，这使32位单片机数据解决速度可以16位单片机快得多，性能比8位、16位单片机也更加优越。 而需要阐明是，单片机发展虽然经历了4位、8位、16位三阶段，但4位、8位、16位单片机依然各有其应用领域，例如4位单片机在简朴家用电器、高档玩具中尚有应用，而8位单片机在中、小规模应用场合仍占主流地位，16位单片机在比较复杂控制系统中才有应用，32位单片机因控制领域对它规定并不十分迫切因此32位单片机在国内应用并不多。 正是由于单片机具备上述明显特点，使得单片机应用范畴也日益扩大。单片机应用打破了人们老式设计思想，本来诸多用模仿电路、脉冲数字电路和逻辑部件来实现功能，当前均可以使用单片机。使用软件来实现。使用单片机具备体积小、可靠性高、性价高和容易产品化长处。1.3 灌溉技术发展简介 生命之来源，水为必然条件。没有了水，地球上生命将会枯竭。人文明之数千年历史，为水而奋斗可以说是非常重要篇章。例如国内古代灵渠、郑渠和都江堰，埃及尼罗河两岸历史非常悠久灌溉工程都是非常好例证。 20世纪此前，人类通过了数个世纪摸索，学会了拦河蓄水，筑渠引水和开畦灌溉技术。但水运用效率比较低下，限制了灌溉面积扩大。如何生产大量粮食，来为飞快增长人口提供粮食，如何提高水运用率已经成了20世纪一大难题，并且随着着劳务成本大迅速提高，如何节约人力来消减劳务成本也成了亟待解决问题。 国内从70年代开始引进喷灌、滴灌技术，80年代中期曾一度得到迅速发展。但由于经济及技术落后，不几年即纷纷下马。进入90年代中期以来，国内充分意识到国内水资源短缺问题，重新积极推广节水技术。通过数年努力，已获得长足进步。 尽管各种节水技术已经发展很成熟，但是还不能满足是智能化定期浇水，要两者结合才干更自动化及智能化。限于本论文篇幅，这里只设计自动系统，有八路出水，而采用什么节水设备，可依照实际应用场合自行选用，只需对接到出口即可。 第二章 设计题目与规定2.1 课程设计规定 设计一种自动浇水控制器，可以实现设定每周内任意几天需要浇水，每天何时开始浇水，每路每次浇水多长时间，八路依次自动浇水。状态显示在平时模式现实当前时间及星期几，从左至右，前两位显示时，中间两位显示分，最后一位显示星期。时与分之间两个LED为秒闪批示，每秒闪动一次。制作出适合系统运营电源。2.2 课程设计目(1) 巩固、加深和扩大单片机应用知识面。提高综合及灵活运用所学知识解决实际控制能力； (2) 培养针对课题需要，选取和查阅关于手册、图标及文献资料自学能力，提高构成系统、编程、调试动手能力； (3) 学会对课程设计方案分析、选取、比较、熟悉系统开发、研制过程，软硬件设计办法、内容及环节； (4) 掌握计数器、加法器、LED使用； (5) 掌握数码管显示电路应用与按键设立。 第三章 设计方案选取与论证3.1 整体设计框架 图3-1是本次设计整体系统框图，本电路是由AT89C51单片机为控制核心，具备在线编程功能，低功耗，高性能等长处；显示模块有三个数码管，CD4511译码器构成，使用动态扫描显示方式对数字进行显示；按键模块位五个独立按键构成，分别设定期、分、星期、定期、定天；电源电路是为了给AT89C51提供稳定工作电压而设计；时钟电路采用晶振提供时钟频率，再结合编程来实现时间显示与设定。显示模块键盘模块浇水输出模块时钟电路复位电路电源模块 AT89C51 图3-1 系统整体设计框图3.2 系统硬件选取 (1)控制系统模块方案选取和论证 方案一：采用89C2051芯片作为硬件核心，有2KB存储空间，虽然加上端口扩展，键盘不做独立式，也可以满足电路规定，但是它无法扩展ROM，也不能用C语言编程，由于C第一条指令是跳转，会挥霍诸多空间，因而导致空间不够，就只能用汇编语音。 并且2051P3.7在芯片引脚上没有，只在内部有用，P1.0,P1.1没有内部上拉，要用做输入输出，就需要外接上拉。 方案二：采用89C51芯片作为硬件核心，采用FlashROM，内部具备4KB ROM存储空间，能于3V超低压工作，并且与MCS-51系列单片机完全兼容，有40个引脚，完全满足电路规定，具备电路进行调试时，由于程序错误修改或对程序新增功能需要烧入程序时，不需要对芯片进行多次拔插，因此不会对芯片导致损坏。结合两者优缺陷考虑，在本设计中选取采用AT89C51作为主控制系统。 (2)显示模块选取方案和论证 方案一：采用点阵式数码管显示，点阵式数码管是由八行八列发光二极管构成，对于显示文字比较适当，如果用在显示数字显得太挥霍，且价格也相对比较高，因此不采用此种作为显示。 方案二：采用LED液晶显示屏，液晶显示屏显示功能强大，可显示大量文字，图形，显示多样，清晰可见，但是价格昂贵，需要接口线多，因此在此设计中也不用这种作为显示。 方案三：采用LED数码管动态扫描，LED数码管价格适中，对于显示数字最适当，并且采用动态扫描法与单片机连接时，占用单片机口线少。 在本设计中选取采用了LED数码管作为显示。 (3)时钟电路选取方案和论证 方案一：采用DS12887时钟芯片实现时钟，DS12887芯片是一种高性能时钟芯片，可自动对秒、分、时、周、月、年以及闰年补偿年进行计数，虽然精度高，但是成本相对高，本设计不需要如此显示精度及详细度。 方案二：采用外部晶振提供时钟频率，直接采用单片机定期计数器提供秒信号，使用程序实现星期、时、分、秒计数。采用此种方案可以减少芯片使用，节约成本，合用更多顾客需求。 在本设计中直接采用方案二时钟电路为电路提供时钟控制模块。 (4)键盘模块选取方案和论证 方案一：采用独立式非编码键盘模式，在此种连接方式中，每个按键都是互相独立，均需占用CPU一条I/O输入数据线。 方案二：采用行列式非编码键盘，它是一种把所有按键排列成行列矩阵键盘，因此，一种MN行列式非编码键盘只需M条行线以及N条列线，共要占用M+N条单片机端口线，本设计中按键只有五个，因而不采用此方案。 在本设计中采用方案一键盘来对现实电路，和浇水设立进行设定。3.3 最后方案决定及电路设计 综上各方案所述，对本次设计方案选定：采用AT89C51作为主控制系统；LED数码管动态扫描作为显示系统；采用单片机自身定期计数器作为时钟电路；系统电路图见附录。 第四章 系统硬件电路设计 硬件电路是系统重要某些，在本次设计中重要是以AT89C51为核心控制器。外加某些控制电路来实现本系统基本功能。下面分别简介各个控制电路功能及工作原理。 4.1 AT89C51简介 89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory)CMOS8位微解决器，简称单片机。它低电压、高性能。该器件采用ATMEL高密度肥肉非易失存储器制造技术来加工，并且可以与工业原则MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器结合在一种芯片中，使得ATMEL89C51成为一种高效微控制器 89C单片机，为许多嵌入式控制系统完美提供了一种不但灵活性高并且价廉方案。 4.1.1 内部构造 AT89C51内部构造框图如图4-1所示 图4-1 89C51内部构造框图 89C51单片机基本构成涉及有： 一种8位微解决器 片内数据存储器RAM有128B 21个特殊功能寄存器SFR 片内程序存储器Flash ROM 有4KB 可寻址片内外统一编址64KBROM 可寻址片外64KBRAM 4个8位并行I/O接口(P0P3) 一种全双工通用异步串行接口UART 两个16位定期器/计数器 五个中断源、两个优先级中断控制系统 具备位操作功能布尔解决机及位寻址功能 片内振荡器和时钟产生电路 AT89C51重要部件也可以划分为CPU、存储器、I/O端口、定期器/计数器和终端系统等五某些。CPU涉及运算器、控制器；存储器涉及程序存储器、片内数据存储器、片外数据存储器。