繼電器控制實驗

1、電氣工程學(xué)院課程設(shè)計說明書設(shè)計題目： 繼電器控制實驗 系 別： 年級專業(yè)： 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 教師職稱： 電氣工程學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書課程名稱： 單片機原理及應(yīng)用課程設(shè)計 基層教學(xué)單位： 自動化儀表系 指導(dǎo)教師： 學(xué)號學(xué)生姓名（專業(yè)）班級設(shè)計題目繼電器控制實驗設(shè)計技術(shù)參數(shù)1. 獨立完成設(shè)計任務(wù)。2. 編程，上機調(diào)試。3. 連接硬件實驗線路，實現(xiàn)所要求的功能。4. 完成設(shè)計，提交課程設(shè)計報告。設(shè)計要求1、用單片機的端口，輸出電平控制繼電器的吸合和斷開，實現(xiàn)對外部裝置的控制2、學(xué)習(xí)I/O端口的使用方法3、掌握繼電器的控制的基本方法參考資料1）單片機原理及應(yīng)用技術(shù) 張淑清，國防工業(yè)出版

2、社（教材）;2) 過程控制系統(tǒng)及儀表 邵裕森 巴莜云 編（教材）3）單片機及應(yīng)用 李大友，高等教育出版社（教材）4）機械量測量 機械工業(yè)出版社（教材）應(yīng)完成內(nèi)容繪制硬件電路，軟件流程圖熟悉偉福單片機編程環(huán)境讀程序，修改軟件參數(shù)修改硬件地址，硬件調(diào)試撰寫課程設(shè)計報告指導(dǎo)教師簽字基層教學(xué)單位主任簽字說明：1、此表一式三份，系、學(xué)生各一份，報送院教務(wù)科一份。 2、學(xué)生那份任務(wù)書要求裝訂到課程設(shè)計報告前面。電氣工程學(xué)院 教務(wù)科目錄 摘要1緒論2第一章 基本原理31.1電磁繼電器31.2電磁繼電器的驅(qū)動41.3單片機基本功能原理5第三章 硬件設(shè)計電路7第四章 程序設(shè)計94.1設(shè)計流程圖94.2匯編程序9

3、4.3改進后匯編程序94.4程序分析10第五章 課設(shè)總結(jié)11參考文獻12摘要現(xiàn)代自動控制設(shè)備中，都存在一個電子電路與電氣電路的互相連接問題，一方面要使電子電路的控制信號能夠控制電氣電路的執(zhí)行元件（電動機，電磁鐵，電燈等），另一方面又要為電子線路的電氣電路提供良好的電氣隔離，以保護電子電路和人身的安全。繼電器便能完成這一橋梁作用。繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”，故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。本課設(shè)采用的繼電器其控制電壓是5V。本電路的控制端為

4、高電平時，繼電器工作常開觸點吸合，連觸點的LED燈被點亮。當(dāng)控制端為低電平時，繼電器不工作。執(zhí)行時，對應(yīng)的LED將隨繼電器的開關(guān)而亮滅。關(guān)鍵字：自動開關(guān) 繼電器緒論在現(xiàn)代工業(yè)中，人員和電子電路安全保障一直是首要考慮的問題，尤其在一些高危惡劣環(huán)境下，如高溫高壓等，如何在保障操作人員和電子電路安全的前提下對電路進行良好地控制便成為了工業(yè)進步不可回避的問題。一方面要使電子電路的控制信號能夠控制電氣電路的執(zhí)行元件（電動機，電磁鐵，電燈等），另一方面又要為電子線路的電氣電路提供良好的電氣隔離，以保護電子電路和人身的安全，符合這種需求的元件便是繼電器。繼電器是一種能自動執(zhí)行斷續(xù)控制的部件，當(dāng)其輸入量達到一

5、定值時，能使其輸出的被控制量發(fā)生預(yù)計的狀態(tài)變化，如觸點打開、閉合或電平由高變低、由低變高等，具有對控制電路實現(xiàn)“通”、“斷”控制作用。因此在現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，例如遙控、遙測、通訊、自動控制、機電一體化及電力電子設(shè)備等，具有動作快、工作穩(wěn)定、使用壽命長、體積小等優(yōu)點，是最重要的控制元件之一。繼電器的種類很多，比如常用的電磁繼電器、熱敏干簧繼電器、固態(tài)繼電器、磁簧繼電器以及光繼電器等，在本課設(shè)中，我選用了電磁繼電器，介紹電磁繼電器的基本工作原理，并在其基礎(chǔ)上設(shè)計程序，連接硬件電路，實現(xiàn)各種功能。第一章 基本原理1.1電磁繼電器電磁繼電器是有觸點電磁電器的一種，一般由鐵芯、線圈、銜鐵、

6、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）釋放。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。在各種自動控制設(shè)備中，都要求用一個低壓電路控制一個高壓的電氣電路。這樣不僅可以為電子線路和電氣電路提供良好的電隔離，還可以保護電子電路和人員安全，而電磁繼電器一般有兩股電路，低壓控制電路和高壓工作電路。它利用電磁效應(yīng)實現(xiàn)電路開、關(guān)控制作

7、用，很好地實現(xiàn)了低壓控制高壓這一功能，因此廣泛應(yīng)用在電子設(shè)備、儀器儀表及自動化設(shè)備中。1.2電磁繼電器的驅(qū)動圖1-2 電磁繼電器驅(qū)動電路單片機是一個弱電器件，一般情況下它們大都工作在5V甚至更低。驅(qū)動電流在mA級以下。而要把它用于一些大功率場合，比如控制電動機，顯然是不行的。所以，就要有一個環(huán)節(jié)來銜接，這個環(huán)節(jié)就是所謂的“功率驅(qū)動”。繼電器驅(qū)動就是一個典型的、簡單的功率驅(qū)動環(huán)節(jié)。它包括：對繼電器進行驅(qū)動，因為繼電器本身對于單片機來說就是一個功率器件；還有就是繼電器去驅(qū)動其他負(fù)載，比如繼電器可以驅(qū)動中間繼電器，可以直接驅(qū)動接觸器，所以，繼電器驅(qū)動就是單片機與其他大功率負(fù)載接口。在電磁繼電器驅(qū)動電

8、路中，三極管是很重要的一個元件，它有兩個作用，一個是放大作用，一個是開關(guān)作用。其次，二極管D也有著重要作用，它是用于保護三極管的，當(dāng)繼電器K處于吸合狀態(tài)時，二極管D截止，不會對電路產(chǎn)生影響。當(dāng)繼電器釋放時，由于繼電器線圈存在電感，會產(chǎn)生很強的感應(yīng)電壓，該感應(yīng)電壓的正極加在三極管上。如果電壓過大，就有可能使處于截止?fàn)顟B(tài)的三極管損壞。加入二極管D后，當(dāng)感應(yīng)電壓出現(xiàn)時，將使二極管導(dǎo)通，所以不會產(chǎn)生過高的的感應(yīng)電壓，保護了三極管。1.3單片機基本功能原理（1）時鐘電路單片機的時鐘可以有內(nèi)部方式或外部方式產(chǎn)生，本課設(shè)選用內(nèi)部時鐘電路，如圖所示，利用內(nèi)部的振蕩電路，并在XTAL1和XTAL2兩引腳間外接晶

9、體及電容CX1和CX2構(gòu)成的并聯(lián)諧振電路，使內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生自激振蕩。組成時鐘電路的晶體振蕩器的頻率大小決定單片機系統(tǒng)的工作頻率，既決定了單片機系統(tǒng)的工作頻率，可以在1.2MHz12MHz之間。晶體電容CX1和CX2可以在20pF100pF之間選擇，電容的大小對振蕩頻率有微小的影響，可起頻率微調(diào)的作用。本課設(shè)所選用的單片機晶振頻率為6MHz。 MCS-51XTAL1XTAL2VSS陶瓷晶體振蕩器CX1CX2圖1-1單片機內(nèi)部時鐘電路（2）單片機復(fù)位電路單片機在開機時都需要復(fù)位，以便中央處理器CPU以及其他功能部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。51的RST引腳是復(fù)位信號的輸入端。

10、復(fù)位電平是高電平有效持續(xù)時間要有24個時鐘周期以上。本系統(tǒng)中單片機時鐘頻率為6MHz則復(fù)位脈沖至少應(yīng)為4us。本課程設(shè)計單片機采用外部上電與按鈕復(fù)位電路，如圖2-1。典型的上電外部復(fù)位電路是既具有上電復(fù)位又具有外部復(fù)位電路，上電瞬間，C與Rx構(gòu)成充電電路，RST引腳出現(xiàn)正脈沖，只要RST端保持10ms以上的高電平，就能使單片機有效復(fù)位。圖2-1 外部上電與按鈕復(fù)位一般取C=22uF，R=200,Rx=1k,此時=22ms，滿足單片機復(fù)位要求。在需要手動復(fù)位情況下，Rs取200歐姆，Rk取1k，RST端出現(xiàn)5=4.2V（出現(xiàn)高電平），使可靠地實現(xiàn)單片機復(fù)位。第三章 硬件設(shè)計電路如圖，該電路由80

11、51、74LS373、27256、6264、8255A和繼電器組成。單片機8051采用內(nèi)部方式時鐘電路，復(fù)位電路采用上點自動復(fù)位電路。單片機的數(shù)據(jù)總線為8位，由P0口組成。在擴展時P0口用于數(shù)據(jù)總線完成單片機與外部存儲單元或者I/O端口之間的數(shù)據(jù)傳遞。單片機的控制總線有兩個功能，一是傳送單片機對外部擴展系統(tǒng)的控制信號，另一個是傳送外部擴展系統(tǒng)對單片機的控制信號。單片機的地址總線為16位，由P2口作為地址的高8位，而P0口作為地址的低8位，所以可尋址范圍最大為64KB。由于P0口還要作為數(shù)據(jù)總線口使用，因此需要對P0口進行分時復(fù)用，分時輸出地址和數(shù)據(jù)。為了把地址信息分離保存，使用一個外部地址鎖存

12、器74LS373將地址信號鎖存起來。P0口首先將輸出的低8位地址由鎖存器鎖存起來，這樣使P0口能再次發(fā)送出數(shù)據(jù)信號。以保證P0口線作數(shù)據(jù)總線使用時所選外部存儲器單元的16位地址不丟失。在圖中，程序存儲器27256由8051的P2.7作為片選信號。尋址范圍為0000H7FFFH，共32KB。數(shù)據(jù)存儲器6264由8051的P2.5端口作為片選信號，尋址范圍為0C000H0DFFFH，共8KB。8255A由8051的P2.4作為片選信號，尋址范圍為0EFFCH0EFFFH。具體計算過程如下表芯片P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P0.3P0.2P0.1P0.0地址范圍2725600000000

13、00000H7FFFH0111111116264110000000C000HDFFFH1101111118255A111011100EFFCHEFFFH111011111第四章 程序設(shè)計4.1設(shè)計流程圖4.2匯編程序 OUTPUT EQU P1.0 ; P1.0 PORTLOOP: CLR C MOV OUTPUT,C CALL DELAY SETB C MOV OUTPUT,C CALL DELAY LJMP LOOPDELAY: MOV R6, #0 MOV R7, #0DLOOP: DJNZ R7, DLOOP DJNZ R6, DLOOP RET END4.3改進后匯編程序演示程序才有

14、T0方式1定時，晶振頻率ORG 0000H MOV DPTR,#0EFFFH ；指向8255A的控制口 MOV A,#80H ；方式字，A、B和C口均以方式0輸出 MOVX DPTR,A ；8255A初始化 MOV DPTR,#0EFFCH ；指向8255A的PA端口LOOP: MOV A,#01H ；輸出數(shù)據(jù)#01H傳入累加器A MOVX DPTR,A ；向PA端口寫入數(shù)據(jù) CALL DELAY ；調(diào)用延時子程序DELAY 2s MOV A,#00H ；輸出數(shù)據(jù)#01H傳入累加器A MOVX DPTR,A ；向PA端口寫入數(shù)據(jù) CALL DELAY ；調(diào)用延時子程序DELAY 2s SJMP

15、 LOOP ；轉(zhuǎn)移到LOOP 程序循環(huán)DELAY:MOV R7,#20 ；設(shè)置循環(huán)次數(shù) 存入R7LOOP1:MOV TMOD,#01H ；設(shè)置定時器T0為定時方式1 MOV TH0,#3CH ；設(shè)置計數(shù)初值 MOV TL0,#0B0H SETB TR0 ；啟動定時LOOP2:JBC TF0,LOOP3 ；判斷定時是否到 SJMP LOOP2LOOP3:DJNZ R7,LOOP1 ；定時循環(huán) RET ；返回主程序 END 4.4程序分析原程序直接對P0.1口輸出一個循環(huán)置1清零的數(shù)，以此高低電平來引發(fā)繼電器的吸合與斷開，進而控制LED燈的點亮熄滅。在對8031進行外擴以后，通過8255的PA口輸

16、出來控制繼電器，并修改了延時程序，原始延時程序存在誤差，且不容易調(diào)控，通過選用8031內(nèi)部定時器，極大地提高了延時的精度，并且很容易調(diào)整延時時間。第五章 課設(shè)總結(jié)通過這次繼電器程序設(shè)計的課程設(shè)計和測試，我學(xué)到了很多。通過對該課題的了解，收集資料，研究其可行性，前期做了很多準(zhǔn)備工作，查看了很多資料，但這都是值得的，為后面程序的編寫和調(diào)試打下了基礎(chǔ)，不僅學(xué)到了編程，還加深了對電路的了解，比如繼電器工作原理、延時定時、外擴芯片等等，雖然都是一些已經(jīng)學(xué)習(xí)過的知識，但結(jié)合起來還是有一定的難度。對于該課題，改進地方主要是重新設(shè)計電路和程序，通過擴展I/O口8255PA口輸出，計算地址，編寫程序，我對于單片機實際的應(yīng)用也加深了理解。最后謝謝張淑清老師和我的同學(xué)們在課設(shè)過程中給我的指導(dǎo)與幫助。參考文獻1張淑清單片機原理及應(yīng)用技術(shù)M 北京：國防工業(yè)出版社，20102蔡朝洋單片機控制實習(xí)與專題制作M 北京：北京航空航