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......................................................................................................4
2.1 课程设计规定.........................................................................................................4
2.2 课程设计目..........................................................................................................4
第三章 设计方案选取与论证...................................................5
3.1 整体设计框架.........................................................................................................5
3.2 系统硬件选取......................................................................................................5
3.3最后方案决定及电路设计...........6
第四章 系统硬件电路设计..............................................................................................7
4.1 AT89C51简介....................................................................................................7
4.1.1 内部构造......................................................................................................7
4.1.2 引脚阐明......................................................................................................8
4.2 显示模块.................................................11
4.2.1 显示功能及实现........................................................................................12
4.2.2 数码管简介................................................................................................12
4.3 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................................................................................16
4.4 键盘输入模块.......................................................................................................16
4.5 浇水模块设计.......................................................................................................17
4.5.1 ULN2803简介.......................17
4.5.2 浇水功能实现........................................................................................18
4.6 电源设计...........................................................................................................19
第五章 系统程序设计....................................................................................................21
5.1 系统时间显示.......................................................................................................21
5.2 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....................................................................................23
5.3 浇水执行程序框图......................................24
5.4 主程序....................................................................................................................25
第六章 仿真..........................................................................................................39
6.1 仿真阐明...............................................................................................................39
6.2 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M×N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FPEROM—Flash 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：
² 一种8位微解决器
² 片内数据存储器RAM有128B
² 21个特殊功能寄存器SFR
² 片内程序存储器Flash ROM 有4KB
² 可寻址片内外统一编址64KBROM
² 可寻址片外64KBRAM
² 4个8位并行I/O接口(P0—P3)
² 一种全双工通用异步串行接口UART
² 两个16位定期器/计数器
² 五个中断源、两个优先级中断控制系统
² 具备位操作功能布尔解决机及位寻址功能
² 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。