基于單片機的寵物喂食器電路設計

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上 摘要本設計所研究的是實現(xiàn)一個寵物自動喂食器，即先將寵物飼料放入其中，通過設定五個喂食時間點，當?shù)竭_這一時間點后，系統(tǒng)發(fā)出喂食信號吸引寵物，自動進行喂食。本設計主要研究如何設定五個時間點并發(fā)出喂食信號。寵物喂食器系統(tǒng)主要包括單片機控制、自動開關和蜂鳴器提示、倒計時間設定系統(tǒng)。喂食器的喂食過程，通過鍵盤設定五個倒計時間，當依次到達這五個時間時，發(fā)光二極管發(fā)光，蜂鳴器發(fā)出響聲，吸引寵物過來進食并自動投放食物。本設計解決了工作時或節(jié)假日時由于主人不在不能對寵物進行喂食，避免了寵物由于飲食不正常所產生的問題。在整個系統(tǒng)中，利用單片機對各個系統(tǒng)進行控制。 倒計時系統(tǒng)時間通過六位

2、七段數(shù)碼管顯示出來。利用鍵盤設定五個倒計時間，單片機不停的讀取時間，并判斷是否到達喂食時間。開關系統(tǒng)電阻和發(fā)光二極管表示 ，發(fā)光二級管收到低電平時導通表示開關打開投放喂食。同時接有蜂鳴器，當?shù)竭_喂食時間后蜂鳴器發(fā)出響聲吸引寵物進行喂食。關鍵詞：智能；定時喂養(yǎng)；單片機AT89S52；AbstractThe study design is to achieve an automatic pet feeder, pet feed into which will set the five fed point, when you reach this point in time, automatical

3、ly feeding. The main point of how to set the time within the pet food put out. Pet feeder system includes MCU control, automatic switch and music alert system, the remaining time setting system. Feeder feeding process, the five remaining time set by the keyboard, when the order reaches the five time

4、, while the timer chip to send a signal relay and music, music playback chip, a piece of music attracted the pet, the relay switch is closed So that a red light emitting diode, said switch delivery of food. This design solves the holidays when work or not is not the owner of the pet to feed, to avoi

5、d the pet food is not normal because the problems arising. Throughout the system, the use of single chip control system of each. Countdown to the system time by six out of seven segment digital display. Using the keyboard to set the five remaining time, microcontroller reads the stop time and to det

6、ermine whether the feeding time arrives. Switching system by the relay and the light-emitting diode, said switch is closed when the relay received high light-emitting diode, said switch is running feeding. Tip has a music system, when the arrival time after feeding a piece of music tips music playba

7、ck chip to feed pets.Key words: intelligent; automatic feeding; MCU專心-專注-專業(yè)目 錄中文摘要英文摘要1 緒論11 設計意義單片機自20世紀70年代問世以來，以其極高的性能價格比受到人們的重視和關注，應用廣泛，發(fā)展快速。單片機具有體積小、速度快、抗干擾能力強，環(huán)境要求不高，性能可靠和價格低廉等優(yōu)點,通常在其外部配置外圍電路就可構成一完整的控制系統(tǒng)。由于具有以上優(yōu)點，在我國，單片機已廣泛應用與工業(yè)自動化控制、自動檢測、智能儀器儀表、家電電器、電力電子、武器裝備、機電一體化設備等各個方面。單片機,亦稱單片微電腦或單片微型計算機。

8、它是把中央處理器(CPU)、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、輸入/輸出端口(I/0)等主要計算機功能部件都集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機。 現(xiàn)在越來越多的家庭都飼養(yǎng)有貓、狗等寵物，但是由于工作等原因，寵物的飲食規(guī)律得不到一定的保障，寵物喂食器可以解決這一問題，寵物自動喂食器可以定時定量的進食，且設計簡單方便，有一定的實用價值。12 設計要求 利用單片機的定時功能設計一個寵物自動喂食盒的電路，要求：可以通過鍵盤輸入至少3個倒計時時間，每一個倒計時時間到后，發(fā)出寵物開始喂食信號；擴展功能： 按照 年/月/日/時/分 的格式輸入寵物進食時間；2 設計方案分析本題，根據(jù)設計要求先

9、確定了本系統(tǒng)的整體設計原理框圖如圖1：按鍵模塊單片機自動開關模塊蜂鳴器顯示模塊圖1 系統(tǒng)整體設計原理框圖21 按鍵模塊采用7個觸鍵開關， 可實現(xiàn)五個倒計時間依次鍵入，同時還有兩個調時按鍵，再一個復位按鍵。22 自動開關模塊采用三極管和發(fā)光二極管近似表示。 本系統(tǒng)是基于52單片機的寵物自動喂食的設計，用電阻和發(fā)光二極管代替比較容易，當發(fā)光二級管接收到一個低電平時開關閉合，發(fā)光二極管導通發(fā)出綠光表示自動投食。23 蜂鳴器模塊采用一個三極管和一個蜂鳴器，由蜂鳴器發(fā)出響聲吸引寵物過來進食。當發(fā)光二極管亮燈時，蜂鳴器接收到一個低電平，蜂鳴器器發(fā)出響聲吸引寵物過來進食。24 顯示模塊選用數(shù)碼管顯示，用普通

10、的數(shù)碼管顯示簡單的數(shù)字、符號、字母。只需一次顯示5個倒計時間，而且每個時間只需顯示6個數(shù)字，即年/月/日。3 硬件電路的設計31 單片機311 AT89S52單片機的簡介AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工80C51 產品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。AT89S52具有以下標準功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個16 位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結構，全雙工

11、串行口，片內晶振及時鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。 3111 主要性能與MCS-51單片機產品兼容8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器1000次擦寫周期全靜態(tài)操作：0Hz33Hz三級加密程序存儲器32個可編程I/O口線三個16位定時器/計數(shù)器八個中斷源全雙工UART串行通道低功耗空閑和掉電模式掉電后中斷可喚醒看門狗定時器雙數(shù)據(jù)指針掉電標識符3112 AT89S52雙列

12、直插式引腳圖圖2.1 AT89S52雙列直插式引腳圖3113 端口介紹P0口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復用。在這種模式下，P0具有內部上拉電阻。在flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。P1口：P1口是一個具有內部上拉電阻的8位雙向I/O口，p1輸出緩沖器能驅動4個TTL邏輯電平。對P1端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低

13、的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX）。在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。P2口：P2口是一個具有內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅動4個TTL邏輯電平。對P2端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX DPTR）時，P2口送出高八位地址。在這種應用中，P2口使用

14、很強的內部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內容。在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。 P3口：P3口是一個具有內部上拉電阻的8位雙向I/O 口，p2輸出緩沖器能驅動4個TTL邏輯電平。對P3端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用。在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。312 AT89S52的時鐘介紹單片機的工作過程是：取一條指令、譯碼、進行操作

15、，再取一條指令、譯碼、進行微操作，這樣自動的一步一步的由微操作依序完成相應指令規(guī)定的功能。各指令的微操作在時間上由嚴格的次序，各種微操作的時間次序稱作為時序。3121 AT89S52的時鐘信號產生方式AT89S52單片機的時鐘信號通常有兩種產生方式：一是內部時鐘方式，二是外部時鐘方式。內部時鐘方式如圖2.2所示。在AT89S52單片機內部有一振蕩電路，只要在單片機的XTAL1和XTAL2引腳外接石英晶體，就構成了自激振蕩器并在單片機內部產生時鐘信號。圖中電容器C1、C2的作用是穩(wěn)定頻率，快速起振，電容值在530pF；晶振CYS的振蕩器頻率為1.212MHz。圖2.2 內部時鐘方式外部時鐘方式是

16、把已有時鐘信號引入到單片機內，如圖2.3所示。此方式多用于多片AT89S52單片機同時工作。以便于各單片機同步。一般要求外部信號高電平的持續(xù)時間大于20ns，且為頻率低于12MHz的方波。對于采用CHMOS工藝的單片機，外部時鐘主要由XTAL1端引入，而XTAL2端引腳應懸空。圖2.3 外部時鐘方式3122 AT89S52的時鐘信號晶振周期為最小的時序單元。晶振信號經(jīng)分頻器形成兩相錯開的時鐘信號P1和P2.時鐘信號的周期也稱為S狀態(tài)，它是晶振周期的兩倍。即一個時鐘周期包含兩個晶振周期。在每個時鐘周期的前半周期，相位1有效，在每個時鐘周期的后半周期，相位2有效。每個時鐘周期有兩個節(jié)拍P1和P2，

17、CPU以兩相時鐘P1和P2為基本節(jié)拍指揮各個部件協(xié)調工作。晶振信號12分頻后形成機器周期。一個晶振周期包含12個晶振周期或6個時鐘周期。因此每個機器周期的12個晶振脈沖可以表示為S1P1 S2P2S6P6。晶振周期和機器周期是單片機內計算其他時間值的基本時序單位。如晶振頻率為12HZ，則機器周期為1us，指令周期為1-4us。313 單片機中斷的介紹在設計中用到了外部中斷INT0/INT1和定時器T0。它們的中斷請求標志分別為IE0,IE1和TF0。這些中斷請求標志位分別由特殊功能寄存器TCON和TMOD的相應位鎖存。在這個設計中，中斷允許寄存器是首要介紹的。3131 中斷允許寄存器IE控制C

18、PU對中斷源的開放或屏蔽。中斷的開放和屏蔽實現(xiàn)2級控制，一個總開關中斷控制所有的中斷。IE的格式如下：IEEAESET1EX1ET0EX0位地址AFHACHABHAAHA9HA8H當EA=0時，所有的中斷請求被屏蔽，CPU不接受任何請求。當EA=1時，CPU開中斷，此時只要五個中斷源的中斷請求允許為1，則開中斷。3132 TMOD-工作方式控制寄存器用于選擇定時器/計數(shù)器的工作模式，字節(jié)地址為89H,8位分2組，高4位控制T1，低4位控制T0,其格式如下： D7D6D5D4D3D2D1D0TMODGATEC/TM1M0GATEC/TM1M0下面對工作方式選擇位做說明：M1 M0-工作方式選擇位

19、，M1 M0共有4種編碼，分別對應4種工作方式。如表1：表1 工作方式選擇M1 M0工作方式0 0方式0，為13位定時器/計數(shù)器0 1方式1，為16位定時器/計數(shù)器1 0方式2，8位的常數(shù)自動重新裝載的定時器/計數(shù)器1 1方式3，僅適應于T0,T0分為兩個8位的計數(shù)器，停止計數(shù)中斷的觸發(fā)方式：電平觸發(fā)方式和下降沿觸發(fā)方式。32 電源電路單片機電源(220v轉5v)設計電源電路采用LM7805集成穩(wěn)壓器作為穩(wěn)壓器件，用典型接法，220V電源整流濾波后送入LM7805穩(wěn)壓，在輸出端接一個470U和0.1U電容進一步濾除紋波，得到5V穩(wěn)壓電源。電路如圖2.4所示圖2.4 電源電路圖33 時鐘電路單片

20、機工作的時間基準，決定單片機工作速度。時鐘電路就是振蕩電路，向單片機提供一個正弦波信號作為基準，決定單片機的執(zhí)行速度。AT89S51單片機時鐘頻率范圍：0 33MHz，本電路選擇11.0592MHZ。電路如圖2.5所示。圖2.5 時鐘電路圖34 復位電路 單片機在啟動時都需要復位，以使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。89系列單片機的復位信號是從RST引腳輸入到芯片內的施密特觸發(fā)器中的。當系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后，如果RST引腳上有一個高電平并維持2個機器周期(24個振蕩周期)以上，則CPU就可以響應并將系統(tǒng)復位。 單片機系統(tǒng)的復位方式有：手動按鈕復位和上電

21、復位，這里選用手動按鈕復位。手動按鈕復位需要人為在復位輸入端RST上加入高電平。一般采用的辦法是在RST端和正電源VCC之間接一個按鈕。當人為按下按鈕時，則VCC的+5V電平就會直接加到RST端。由于人的動作再快也會使按鈕保持接通達數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿足復位的時間要求。復位電路工作原理如圖所示，VCC上電時，C充電，在10K電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機復位；幾個毫秒后，C充滿，10K電阻上電流降為0，電壓也為0，使得單片機進入工作狀態(tài)。工作期間，按下S，C放電。S松手，C又充電，在10K電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機復位。幾個毫秒后，單片機進入工作狀態(tài)。圖2.6 復位電路圖35 LED數(shù)碼管顯

22、示351 數(shù)碼管顯示簡介數(shù)碼管LED串口顯示模塊通常有兩種顯示方法:動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示。動態(tài)顯示：連接方法是將每個二極管的同名端連在一起，而每個顯示器的 公共極COM各自獨立的接受I/O線控制，CPU向字段輸出端口輸出字型碼，所有顯示器接受到相同的字符，而要使用哪個顯示器要取決于他們的COM的電平，而這段是由I/O端控制的，由單片機輸出。動態(tài)掃描時連續(xù)的動態(tài)掃描，只是肉眼暫留現(xiàn)象，乃發(fā)光二極管的余輝效應，給人的感覺是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)。靜態(tài)顯示： 靜態(tài)顯示顯示效果好，但是功耗大，但不占用端口，只需兩個串口線輸出，變成較為簡單。而且采用靜態(tài)顯示需要的驅動器件多，硬件成本相對更高。 比較以上兩種方

23、案，方案一硬件簡單程序復雜，方案二硬件復雜程序簡單，考慮到實惠和對自己的編程鍛煉，選擇方案動態(tài)顯示。動態(tài)掃描方法是用其接口電路把所有顯示器的8個筆畫字段（ag和dp）同名端連在一起，而每個顯示器的公共極COM各自獨立的接受I/O線控制。CPU向字段輸出端口輸出字型碼時，所有顯示器接受到相同的字型碼，但究竟使用哪個顯示，則取決于公共極COM端，而這一端是由/WR和/RD控制的，由單片機決定何時顯示哪一位。動態(tài)掃描用分時的方法去輪流控制各個顯示的COM端，時各個顯示器輪流亮。在輪流點亮掃描過程中，每為顯示器的點亮時間極為短暫，但由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的于輝效應，給人的印象就時一組穩(wěn)定的顯

24、示數(shù)據(jù)。顯示部分電路圖：圖2.7 數(shù)碼管顯示原理352 數(shù)碼管編碼表7段數(shù)碼管可以包括小數(shù)點的09的數(shù)字和部分的英文字母，為了獲得不同的字符，數(shù)碼管各段所加的電平也不同，編碼也不一樣。共陰極數(shù)碼管的字型，字段和編碼的關系如下表2：表2 數(shù)碼管編碼表十六進制數(shù)h gf edcba顯示代碼00x3f10x0620x5b30x4f40x6650x6d60x7d70x0780x7f90x6f.0x8036 開關控制 本電路要實現(xiàn)可設定5個倒計時設計要求，需要1個復位鍵，一個“+”和一個“-”按鍵，另外再加5個時間設定按鍵用于實現(xiàn)倒計時間設定，按鍵時可直接輸出相應倒計時間。37 單片機的去抖動 單片機去

25、抖動可以用軟件和硬件兩種方法。硬件方法就是加去抖動電路，例如在按鍵兩端并聯(lián)10uF的電容或通過RS觸發(fā)器連接按鍵，硬件去抖動從根本上避免抖動；軟件方法則采用時間延時以躲過抖動，待信號穩(wěn)定之后再進行鍵掃描。對于系統(tǒng)軟件量不大的場合，采用軟件去除抖動既節(jié)約硬件開銷又很實用且有效。所以本設計采用軟件去抖動。4 電路的軟件部分單片的使用除了硬件，同樣也要軟件的使用，我們寫匯編程序編程CPU可執(zhí)行的機器碼有兩種方法，一種是手工匯編，一種是機器匯編。機器匯編通過匯編軟件變?yōu)闄C器碼，用于MSC-51單片機的匯編軟件有早期的A51，隨著單片機開發(fā)技術的不斷發(fā)展，從使用普通匯編語言到高級語言的不斷發(fā)展，Keil

26、是目前最流行開發(fā)MCS-51系列單片機的軟件。Keil c51匯編，PLM語言和C語言的程序設計，界面友好。Keil是美國keilsoftware公司出品的52系列兼容單片機c語言開發(fā)系統(tǒng)。用過匯編語言后再使用C語言來開發(fā)，體會更加深刻。程序框圖：Y開始系統(tǒng)初始化1號鍵按下？1號盒倒計時時間設定開始倒計時5號鍵按下？2號鍵按下？3號鍵按下？4號鍵按下？2號盒倒計時時間設定3號盒倒計時時間設定4號盒倒計時時間設定5號盒倒計時時間設定倒計時完？YYYYY結束圖2.8 程序框圖源程序如下：#include#include#define uchar unsigned char#define uint

27、unsigned intsbit b1=P10;sbit b2=P11;sbit b3=P12;sbit b4=P13;sbit b5=P14;sbit bell=P26;sbit s1=P30;sbit s2=P31;sbit s3=P32;sbit s4=P33;sbit s5=P34;sbit add=P36;sbit dec=P37;char second1=1,minute1=1,hour1=1,second2=2,minute2=2,hour2=2,second3=3,minute3=3,hour3=3;char second4=4,minute4=4,hour4=4,second

28、5=5,minute5=5,hour5=5;uchar g;unsigned char code table=/共陰極0f數(shù)碼管編碼0x3f,0x06,0x5b,0x4f, /030x66,0x6d,0x7d,0x07, /470x7f,0x6f,0x77,0x7c, /8b0x39,0x5e,0x79,0x71 /cf;void delay(uint z) uint x,y; for(x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-);void delay1(uint z)for(;z0;z-);void display(uchar a,uchar b,uchar c)uchar i,j

29、;i=a/10;j=a%10;P2=0xfb;P0=tablei;delay(2);P2=0xf7;P0=tablej;delay(2);i=b/10;j=b%10;P2=0xef;P0=tablei;delay(2);P2=0xdf;P0=tablej;delay(2);i=c/10;j=c%10;P2=0xfe;P0=tablei;delay(2);P2=0xfd;P0=tablej;delay(2);void delay2(uint z)uint x,y; for(x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-) display(0,0,0);void init() EA=1; /

30、開總中斷 ET0=1; /本例中使用的是定時器T0，如果用T1。則為ET1=0,TMOD=0x10。 TMOD=0x01; /定時器工作方式1 TH0=(65535-50000)/256; /因為晶振用的是11.0592MHZ。在取初值時，大概定義為一個中斷為50MS TL0=(65535-50000)%256; TR0=1; P1=0xff;void turn_val1(char newval,uchar flag,uchar slnum) if(flag) /判斷是加一還是減一 newval+; switch(slnum) case 1:if(newval23) newval=0; dis

31、play(hour1,minute1,second1); hour1=newval; break; case 2:if(newval59) newval=0; display(hour1,minute1,second1); minute1=newval; break; case 3:if(newval59) newval=0; display(hour1,minute1,second1); second1=newval; break; default:break; else newval-; switch(slnum) case 1:if(newval0) newval=23; display

32、(hour1,minute1,second1); hour1=newval; break; case 2:if(newval0) newval=59; display(hour1,minute1,second1); minute1=newval; break; case 3:if(newval23) newval=0; display(hour2,minute2,second2); hour2=newval; break; case 2:if(newval59) newval=0; display(hour2,minute2,second2); minute2=newval; break; c

33、ase 3:if(newval59) newval=0; display(hour2,minute2,second2); second2=newval; break; default:break; else newval-; switch(slnum) case 1:if(newval0) newval=23; display(hour2,minute2,second2); hour2=newval; break; case 2:if(newval0) newval=59; display(hour2,minute2,second2); minute2=newval; break; case

34、3:if(newval23) newval=0; display(hour3,minute3,second3); hour3=newval; break; case 2:if(newval59) newval=0; display(hour3,minute3,second3); minute3=newval; break; case 3:if(newval59) newval=0; display(hour3,minute3,second3); second3=newval; break; default:break; else newval-; switch(slnum) case 1:if

35、(newval0) newval=23; display(hour3,minute3,second3); hour3=newval; break; case 2:if(newval0) newval=59; display(hour3,minute3,second3); minute3=newval; break; case 3:if(newval23) newval=0; display(hour4,minute4,second4); hour4=newval; break; case 2:if(newval59) newval=0; display(hour4,minute4,second4); minute4=newval; break; case 3:if(newval59)