毕业设计（论文）基于单片机的工业生产节能时控器设计.doc

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1、摘 要本设计中介绍的工业生产节能时控器就是用来定时控制生产设备工作的一种节能装置。由于其体积小、成本低，不仅适合嵌入到各种能耗大的工控设备中进行控制，也是和居民的家用电器节能控制。节能节支的效果显著。工业生产节能时控器的核心实际上是一台基于单片机的数字电子钟，设有4位LED数码管显示，具有2个时间控制点（控制一路负载的通断）。因要求其成本低、体积小，因此设计时采用精简型、小引脚、低价位AT89C2051单片机来实现工业生产节能时控器的所有功能。关键词 工业生产节能时控器，单片机，LED数码管显示器AbstractDescribed in the design of energy-efficie

2、nt industrial production when the controller，it is used to control the production equipment from time to time an energy-saving devices work. Because of its small size, low cost, not only for energy consumption is embedded in a large variety of industrial control equipment, but also energy-saving app

3、liances and control residents. The effect of energy savings is significantly.Energy-efficient industrial production, when in fact the core controller is a microcontroller-based digital electronic clock with a 4-bit LED digital display, with two-time control points (control-off load all the way). Due

4、 to its low cost, small size, therefore the use of thin design, small footprint, low-cost single-chip AT89C2051 to achieve energy efficiency in industrial production at all the features of controller.Key Words When energy-saving industrial production controller, Single-chip Computer, LED digital tub

5、e display目 录摘 要IAbstractII1 引言11.1设计背景介绍11.2系统功能描述12 单片机原理22.1单片机的特点22.2单片机的应用22.3单片机的基本组成22.4 MCS-51的寻址方式42.5指令简介42.6计数初值的计算42.7串行口工作方式及帧格式63 电路设计73.1 系统方案论证73.1.1 方案选择73.1.2 单片机计时原理83.2 主要元器件介绍83.2.1 AT89C2051单片机83.2.2 三端稳压集成电路7805113.2.3 继电器123.3 主要单元电路分析143.3.1 电源电路分析143.3.2 LED数码管显示器电路分析143.3.3

6、 按键输入电路分析183.3.4 蜂鸣器电路分析203.3 完整电路设计204 软件设计224.1 程序设计224.1.1 主程序设计224.1.2变量定义及初始化模块234.1.3 判断按键输入的T0定时中断服务子程序模块244.1.4完整代码254.2 功能调试31结 论33致 谢34参考文献35附 录 A1.1361 引言 1.1设计背景介绍众所周知，现阶段我国的能源缺口很大，而人们的生产及生活又少不了能源。以电力供求为例，有些家用电器的耗电量很大，如家庭取暖器、冷暖式空调等。有些工厂是名副其实的耗电大户，如电解铝、电解铜生产厂、炼钢厂等。如能采取一些合理化的用电方式，则可望能较大幅度地

7、节能或节支。其中一个较好的方法就是分时控制作业。现阶段不仅工业用电而且生活用电均采用分时计费的方法。如果能将白天用电高峰期开动的一些设备改在夜晚用电低谷期使用，则不仅可大大减轻电网的负担，而且还可有效减少用户的用电费用。我们以北京市电采暖低谷用电优惠办法实施细则来看，电采暖用户每年从11月1日起至次年3月31日止享受低谷用电优惠，低谷优惠时段为晚23：00至次日早7：00。同样，工业生产中，低谷用电的用户也能享受不少的优惠1.2系统功能描述本设计中介绍的工业生产节能时控器就是用来定时控制生产设备工作的一种节能装置。由于其体积小、成本低，不仅适合嵌入到各种能耗大的工控设备中进行控制，也适合于居民

8、的家用电器节能控制。节能节支的效果显著。工业生产节能时控器的核心实际上是一台基于单片机的数字电子钟，设有4位LED数码管显示，具有2个时间控制点（控制一路负载的通断）。因要求其成本低、体积小，因此设计时采用精简型、小引脚、低价位AT89C2051单片机来实现工业生产节能时控器的所有功能。 2 单片机原理基于单片机的工业生产节能器的设计，首先是单片机的应用。在设计系统电路之前，先要了解单片机的结构，熟悉单片机的组成和工作原理。随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的CPU 、RAM 、 ROM 、定时/数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机，因此单片机早期的含义称为单片微型

9、计算机，直译为单片机 。2.1单片机的特点 1 )具有优异的性能价格比 2 )集成度高、体积小、可靠性高 3 )控制功能强 4 )低电压、低功耗2.2单片机的应用1 ) 在智能仪器仪表中的应用：在各类仪器仪表中引入单片机，使仪器仪表智能化，提高测试的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比。 2 ) 在机电一体化中的应用：机电一体化产品是指集机械、微电子技术、计算机技术于一本，具有智能化特征的电子产品。 3 ) 在实时过程控制中的应用：用单片机实时进行数据处理和控制，使系统保持最佳工作状态，提高系统的工作效率和产品的质量。 4 ) 在人类生活中的应用：目前国外各种家用电器已普

10、通采用单片机代替传统的控制电路。 5 ) 在其它方面的应用：单片机除以上各方面的应用，它还广泛应用于办公自动化领域、商业营销领域、汽车及通信、计算机外部设备、模糊控制等各领域中。 2.3单片机的基本组成 MCS-51单片机内部结构如图2.1，它由 CPU 、存储器（包括 RAM 和 ROM ）、 I/O 接口、定时 / 计数器、中断控制功能等均集成在一块芯片上，片内各功能通过内部总线相互连接起来。 输入 / 输出引脚 P0 、 P1 、 P2 、 P3 的功能 ：P0.0P0.7 ： P0 口是一个 8 位漏极开路型双向 I/O 端口。在访问片外存储器时，它分时作低 8 位地址和 8 位双向数

11、据总线用。在EPROM 编程时，由 P0 输入指令字节，而在验证程序时，则输出指令字节。验证程序时，要求外接上拉电阻。 P0 能以吸收电流的方式驱动8个LSTTL 负载。 图2.1 MCS-51单片机内部结构框图P1. 0 P1. 7 （ 18 脚）： P1 是一上带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。在 EPROM 编程和验证程序时，由它输入低 8 位地址。 P1 能驱动 4 个 LSTTL 负载。 在 8032/8052 中， P1. 0 还相当于专用功能端 T2 ，即定时器的计数触发输入端； P1. 1 还相当于专用功能端T2EX ，即定时器 T2 的外部控制端。P2.0P2.7 （

12、 2128 脚）： P2 也是一上带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。在访问外部存储器时，由它输出高 8 位地址。在对 EPROM 编程和程序验证时，由它输入高 8 位地址。 P2 可以驱动 4 个 LSTTL 负载。P3. 0 P3. 7 （ 1017 脚）： P3 也是一上带内部上拉电阻的双向 I/O 口。在 MCS-51 中，这 8 个引脚还用于专门的第二功能。 P3 能驱动 4 个 LSTTL 负载。 P3. 0 RXD （串行口输入）P3. 1 TXD （串行口输出） P3. 2 INT0 （外部中断 0 输入） P3. 3 INT1 （外部中断 1 输入） P3. 4 T0

13、（定时器 0 的外部输入）P3. 5 T1 （定时器 1 的外部输入） P3. 6 WR （片外数据存储器写选通） P3. 7 RD （片外数据存储器读选通）2.4 MCS-51的寻址方式1 ) 立即寻址 如： MOV A ， #40H 2）直接寻址 如： MOV A ， 3AH 3）寄存器寻址 如： MOV A ， Rn 4）寄存器间接寻址 如： MOV A ， Rn5）基址加变址寻址 如： MOVC A ， A+DPTR 6）相对寻址 如： SJMP 08H 7）位寻址 如： MOV 20H ， C2.5指令简介 MOV ： 片内 RAM 传送MOVX ： 片外 RAM 传送 MOVC ：

14、 ROM 传送 XCH ： 交换（和 A 交换） SWAP ： A 内半字节交换 ADD ： 不带进位加 ADDC ： 带进位加 SUBB ： 带进位减 INC ： 加 1 DEC ： 减 1 MUL ： 乘法 DIV ： 除法 DAA ： 调整2.6计数初值的计算 定时或计数方式下计数初值如何确定，定时器选择不同的工作方式，不同的操作模式其计数值均不相同。若设最大计数值为 M ，各操作模式下的 M 值为： 模式 0 ： M=2 13 =8192 模式 1 ： M=2 16 =65536 模式 2 ： M=2 8 =256 模式 3 ： M=256 ，定时器 T0 分成 2 个独立的 8 位计

15、数器，所以 TH0 、 TL0 的 M 均为 256 。 因为MCS-51 的两个定时器均为加 1 计数器，当初到最大值（ 00H 或 0000H ）时产生溢出，将 TF 位置 1 ，可发出溢出中断，因此计数器初值 X 的计算式为： X=M- 计数值式中的 M 由操作模式确定，不同的操作模式计数器的长不相同，故M值也不相同。而式中的计数值与定时器的工作方式有关。 1 ）计数工作方式时 计数工作方式时，计数脉冲由外部引入，是对外部冲进行计数，因此计数值根据要求确定。其计数初值： X=M- 计数值 例如：某工序要求对外部脉冲信号计 100 次， X=M-100 2 ）定时工作方式时 定时工作方式时

16、，因为计数脉冲由内部供给，是对机器周期进行计数，故计数脉冲频率为 f cont =f osc 1/12 、计数周期 T=1/f cont =12/f osc 定时工作方式的计数初值 X 等于： X=M- 计数值 =M-t/T=M- （ f osc t ） /12 式中： f osc 为振荡器的振荡频率， t 为要求定时的时间。 定时器有两种工作方式 ：即定时和计数工作方式。由 TMOD 的 D6 位和 D2 位选择，其中 D6 位选择 T1 的工作方式， D2 位选择 T0 的工作方式。 =0 工作在定时方式， =1 工作在计数方式。并有四种操作模式： 1 ）模式 0 ： 13 位计数器， T

17、Li 只用低 5 位。 2 ）模式 1 ： 16 位计数器。 3 ）模式 2 ： 8 位自动重装计数器， THi 的值在计数中不变， TLi 溢出时， THi 中的值自动装入 TLi 中。 4 ）模式 3 ： T0 分成 2 个独立的 8 位计数器， T1 停止计数。MCS-51 有 5 个中断源，可分为 2 个中断优先级，即高优先级和低优先级，中断自然优先级： 外部中断 0 ；定时器 0 中断； 外部中断 1 ；定时器 1 中断 ；串行口中断 ；定时器 2 中断 （一）中断响应条件 CPU 响应中断的条件有： 1 ）有中断源发出中断请求； 2 ）中断总允许位 EA=1 ，即 CPU 开中断；

18、 3 ）申请中断的中断源的中断允许位为 1 ，即没有被屏蔽。 （二）中断响应会受到阻断的条件 1 ）同级或高优先级的中断正在进行中； 2 ）现在的机器周期还不是执行指令的最后一上机器周期，即正在执行的指令还没完成前不响应任何中断； 3 ）正在执行的是中断返回指令 RET1 或是访问专用寄存器 IE 或 IP 的指令，换而言之，在 RETI 或者读写 IE 或 IP 之后，不会马上响应中断请求，至少要在执行其它一要指令之后才会响应。 2.7串行口工作方式及帧格式MCS-51 单片机串行口可以通过软件设置四种工作方式： 方式 0 ：这种工作方式比较特殊，与常见的微型计算机的串行口不同，它又叫同步移

19、位寄存器输出方式。在这种方式下，数据从 RXD 端串行输出或输入，同步信号从 TXD 端输出，波特率固定不变，为振荡率的 1/12 。该方式是以 8 位数据为一帧，没有起始位和停止位，先发送或接收最低位。方式 1 ：在方式1下，串行口为10位通用异步接口。发送或接收一帧数据，包括1位起始位0，8位数据位和1位停止位1。其传送波特率可调。方式 2 ：采用这种方式可接收或发送 11 位数据，以 11 位为一帧，比方式 1 增加了一个数据位，其余相同。第 9 个数据即 D8 位具有特别的用途，可以通过软件搂控制它，再加特殊功能寄存器 SCON 中的 SM2 位的配合，可使 MCS-51 单片机串行口

20、适用于多机通信。方式 2 的波特率固定，只有两种选择，为振荡率的 1/64 或 1/32 ，可由 PCON 的最高位选择。 方式 3 ：方式 3 与方式 2 完全类似，唯一的区别是方式 3 的小组特率是可变的。而帧格式与方式 2- 样为 11 位一帧。所以方式 3 也适合于多机通信。 3 电路设计3.1 系统方案论证 工业生产节能时控器的核心实际上是一台基于单片机的数字电子钟，通常通过用单片机设计电子时钟有两种方法：一是通过单片机内部的定时器/计数器。采用软件编程实现时钟计数，一般称为软时钟，这种方法硬件线路简单。系统的功能一般与设计相关，通常用在对时间精度要求不高的场合；二是采用时钟芯片，它

21、的功能强大，功能部件集成在芯片内部，自动产生时钟等相关功能。时钟芯片的硬件成本相对较高，软件编程简单，通常用在对时钟精度要求较高的场合，目前相应的时钟芯片有并行接口和串行接口两种方式。3.1.1 方案选择本设计中对时间精度的要求不是太高，而且要求其成本低、体积小，因此采用软时钟方式。具体的系统方案如下：图3.1为工业生产节能时控器的系统构成方框图，由单片机、按键输入、数码管显示、继电器、蜂鸣器及电源等6部分组成。蜂鸣器继电器电源按键输 入单片机数码管显示器 图3.1 工业生产节能时控器方框图单片机是整个系统的核心，整个系统的所有运行均由单片机完成，如生产精确时钟及计时、LED数码管显示器输出扫

22、描显示、输出驱动继电器、驱动蜂鸣器、扫描按键输入等。按键输入电路负责输入单片机中一系列工作参数及功能设定，如进行走时设置、定时设置等。LED数码管显示器主要用于显示走时及定时设置。其采用程序动态扫描显示，这样与静态显示相比，可节约大量的外部元器件。电源部分负责对整个系统供电，平时，交流电经降压、整流、滤波、稳压成5V直流电源供系统工作。当交流电源断电时，则由3.6V镍铬电池进行后备供电，保证走时准确，但此时LED数码管显示器关闭，以降低3.6V镍铬电池的消耗。3.1.2 单片机计时原理单片机作为精确的电子时钟使用，其根本原因是利用了单片机内部的一个16位定时器（T0或T1），通过设置，使T0（

23、或T1）产生一定时间（100ms）的精确定时中断。另外，还需建立几个软件计数器单元（如deda,sec,min等）进行配合。例如：每次定时中断时，使用deda加1，当sec满60时（此时时间为1000ms），使sec加1，同时清除deda。当sec满60时（此时时间为60s），使min加1，同时清除sec。这样即可完成精确计时。由于软件编程的灵活性，实际上可随意做出任意进制的正计时或倒计时电子钟。图3.2为单片机构成电子钟的原理框图。hour单元加1min单元加1Sec单元加1100ms单元（ded）加1T0定时器100ms定时中断Ymin=60?YYsec=60?ded=10?NNN图3.2

24、 单片机构成电子时钟的原理框图3.2 主要元器件介绍3.2.1 AT89C2051单片机 AT89C系列与MCS-51系列单片机相比有两大优势：第一，片内程序存储器采用闪速存储器，使程序的写入更加方便；第二，提供了更小尺寸的芯片(AT89C2051/1051)，使整个硬件电路的体积更小。AT89C2051的功能：1） 和MCS-51产品 的兼容 2） 2K字节可重编程闪速存储器 3） 耐久性：1000次写擦除周期 4） 2.7V6V 的操作范围 5） 全静态操作：024MHz 6） 两级加密程序存储器 7） 1288位内部RAM 8） 15根可编程I/O引线 9） 两个16位定时器/计数器 1

25、0）六个中断源 11）可编程串行UART通道 12）直接LED驱动输出 13）片内模拟比较器 14）低功耗空载和掉电方式AT89C2051结构AT89C2051是一个有20个引脚的芯片，引脚配置如图3.3所示，内部结构如图3.4所示。与8051内部结构进行对比后可发现，AT89C2051减少了两个对外端口(即P0、P2口)，使它最大可能地减少了对外引脚，因而芯片尺寸有所减小。AT89C2051芯片的20个引脚功能为：VCC 电源电压。GND 接地。RST复位输入。当RST变为高电平并保持2个机器周期时，所有I/O引脚复位至“1”。 图3.3 AT89C2051引脚配置图3.4 AT89C205

26、1内部结构XTAL1反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2来自反向振荡放大器的输出。P1口8位双向I/O口。引脚P1.2P1.7提供内部上拉，当作为输入并被外部下拉为低电平时，它们将输出电流(IIL),这是因内部上拉的缘故。P3口引脚P3.0P3.5与P3.7为7个带内部上拉的双向I/O引脚。P3.6在内部已与片内比较器输出相连，不能作为通用I/O引脚访问。 表3.1 P3口特殊功能P3口引脚特殊功能P3.0RXD(串行输入口)P3.1TXD（串行输出口）P3.2（外部中断0）P3.3（外部中断1）P3.4T0（定时器0外部输入）P3.5T1（定时器1外部输入）3.2.2 三

27、端稳压集成电路7805电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的78 系列和负电压输出的79系列。顾名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端，如图3.5所示，它的样子象是普通的三极管，TO- 220 的标准封装，也有9013样子的TO-92封装。用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压IC型号中的78或79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如7806表示输出电压为正6V，7909表示输出电压为负9V。 图3.5 7805

28、管脚图78XX系列集成稳压器的典型应用电路如下图3.6所示，这是一个输出正5V直流电压的稳压电源电路。IC采用集成稳压器7805，C1、C2分别为输入端和输出端滤波电容，RL为负载电阻。当输出电较大时，7805应配上散热板。图3.6 直流电压的稳压电源电路3.2.3 继电器1）继电器（relay）的工作原理和特性 当输入量(如电压、电流、温度等)达到规定值时，使被控制的输出电路导通或断开的电器。可分为电气量(如电流、电压、频率、功率等)继电器及非电气量(如温度、压力、速度等)继电器两大类。具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中

29、。继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。2）继电器主要产品技术参数1、额定工作电压是指继电器正常工作时线圈所需要的电压。根据继电器的型号不同，可以是交流电压，也可以是直流电压。2、直流电阻是指继电器中线圈的直流电阻，可以通过万能表测量。3、吸合电流是指继电器能够产生吸合动作的最小电流。在正常使用时，给定的电流必须略大于吸合电流，这样继电器才能稳定地工作。而对于线圈所加的工作电压，一般不要超过额定工作电压的1.5倍，否

30、则会产生较大的电流而把线圈烧毁。4、释放电流是指继电器产生释放动作的最大电流。当继电器吸合状态的电流减小到一定程度时，继电器就会恢复到未通电的释放状态。这时的电流远远小于吸合电流。 5、触点切换电压和电流是指继电器允许加载的电压和电流。它决定了继电器能控制电压和电流的大小，使用时不能超过此值，否则很容易损坏继电器的触点。3）继电器测试1、测触点电阻用万能表的电阻档，测量常闭触点与动点电阻，其阻值应为0，(用更加精确方式可测得触点阻值在100毫欧以内)；而常开触点与动点的阻值就为无穷大。由此可以区别出那个是常闭触点，那个是常开触点。2、测线圈电阻可用万能表R10档测量继电器线圈的阻值，从而判断该

31、线圈是否存在着开路现象。3、测量吸合电压和吸合电流找来可调稳压电源和电流表，给继电器输入一组电压，且在供电回路中串入电流表进行监测。慢慢调高电源电压，听到继电器吸合声时，记下该吸合电压和吸合电流。为求准确，可以试多几次而求平均值。4、测量释放电压和释放电流也是像上述那样连接测试，当继电器发生吸合后，再逐渐降低供电电压，当听到继电器再次发生释放声音时，记下此时的电压和电流，亦可尝试多几次而取得平均的释放电压和释放电流。一般情况下，继电器的释放电压约在吸合电压的1050，如果释放电压太小（小于1/10的吸合电压），则不能正常使用了，这样会对电路的稳定性造成威胁，工作不可靠。4）继电器的电符号和触点

32、形式 继电器线圈在电路中用一个长方框符号表示，如果继电器有两个线圈，就画两个并列的长方框。同时在长方框内或长方框旁标上继电器的文字符号“J”。继电器的触点有两种表示方法：一种是把它们直接画在长方框一侧，这种表示法较为直观。另一种是按照电路连接的需要，把各个触点分别画到各自的控制电路中，通常在同一继电器的触点与线圈旁分别标注上相同的文字符号，并将触点组编上号码，以示区别。继电器的触点有三种基本形式：1.动合型（H型）线圈不通电时两触点是断开的，通电后，两个触点就闭合。以合字的拼音字头“H”表示。2.动断型（D型）线圈不通电时两触点是闭合的，通电后两个触点就断开。用断字的拼音字头“D”表示。3.转

33、换型（Z型）这是触点组型。这种触点组共有三个触点，即中间是动触点，上下各一个静触点。线圈不通电时，动触点和其中一个静触点断开和另一个闭合，线圈通电后，动触点就移动，使原来断开的成闭合，原来闭合的成断开状态，达到转换的目的。这样的触点组称为转换触点。用“转”字的拼音字头“z”表示。5）继电器的选用1.先了解必要的条件控制电路的电源电压，能提供的最大电流；被控制电路中的电压和电流；被控电路需要几组、什么形式的触点。选用继电器时，一般控制电路的电源电压可作为选用的依据。控制电路应能给继电器提供足够的工作电流，否则继电器吸合是不稳定的。2.查阅有关资料确定使用条件后，可查找相关资料，找出需要的继电器的

34、型号和规格号。若手头已有继电器，可依据资料核对是否可以利用。最后考虑尺寸是否合适。3.注意器具的容积。若是用于一般用电器，除考虑机箱容积外，小型继电器主要考虑电路板安装布局。对于小型电器，如玩具、遥控装置则应选用超小型继电器产品。3.3 主要单元电路分析3.3.1 电源电路分析电路如图3.6所示，电网输出电压经过变压、整流、滤波和稳压四个环节输出稳定的直流电压。3.3.2 LED数码管显示器电路分析在单片机系统中，经常用LED（发光二极管）数码管显示器来显示单片机系统的工作状态，运算结果等信息。LED数码管显示器是单片机与人对话的一种重要输出设备。1） LED数码管显示器的构造及特点图3.7是

35、LED数码管显示器的构造，它实际上是由8个发光二极管构成，其中7个发光二极管排列成“8”字形的笔画段，另一个发光二极管为圆点形状，安装在显示器的右下角作为小数点使用。通过发光二极管亮暗的不同组合，从而可显示出09的阿拉伯数字以及其他能由这些笔画段构成的各种字符。LED数码管显示器的内部结构共有两种不同的形式，一种是共阳极显示器，其内部电路如图3.8所示，即8个发光二极管的正极全部连接在一起组成公共端，负极则各自独立引出。使用时公共阳极接+5V，这时阴极接低电平的发光二极管就导通点亮，接高电平的则不亮。另一种是共阴极显示器，其内部电路如图3.9所示，即8个发光二极管的负极全部连接在一起组成公共端

36、，正极则各自独立引出。使用时公共阴极接地，这时阳极接高电平的发光二极管就导通点亮，接低电平的则不亮。图3.7 LED数码管显示器的构造 图3.8 共阳极显示器内部结构 图3.9 共阴极显示器内部结构从尺寸上分，LED数码显示管的种类很多，常用的有0.3、0.5、0.8、1.0、1.2、1.5、1.8、2.3、3.0、4.0、5.0寸等。一般小于1.0寸的为单管芯，1.21.5寸为双管芯，1.8寸以上的为3个以上管芯，因而他们的供电电压不同，一般每个管芯的压降为2V左右。通常，0.8寸以下采用5V供电，1.023.寸采用12V供电，3.0以上的选择更高电压供电。驱动电路中的限流电阻R通常根据LE

37、D的工作电流计算得到。R=(Vcc-VLED)/ILED式中，Vcc为电源电压（+5V），VLED为压降（一般取2V左右），ILED为工作电流（可取120mA）。通常取几百。在此使用的AT89C51单片机，其I/O口具有20 mA的灌电流输出能力，因此可直接驱动共阳极的LED数码管显示器。2) LED数码管显示器的基本原理 为了显示数字或符号，要为LED数码管显示器提供代码，因为这些代码是为显示字形的，因此称之为字形代码。七段发光二极管，再加上一个小数点位，共计8位代码，由一个数据字节提供。各位数据的对应关系如表3.2所列。 表3.2数据位D7D6D5D4D3D2D1D0显示段H(或称dp)g

38、fedcba LED数码管显示器的字形（段）码表如表3.3所列。 表3.3显示字形字型码（共阳极）字型码（共阴极）0C0H3FH1F9HF9H2A4HA4H3B0HB0H499H66H592H6DH682H7DH7F8H07H880H7FH990H6FHA88H77HB83H7CHCC6H39HDA1H5EHE86H79HF8EH71H熄灭FFH00H 3） LED数码管显示器的显示方法在单片机应用系统中，的显示方法有两种：静态显示法和动态扫描显示法。所谓静态显示，就是每一个显示器各笔画段都要独占具有锁存功能的输出口线，CPU把欲显示的字形代码送到输出口上，就可以使显示器显示出所需要的数字或符

39、号。此后，即使CPU不再去访问它，显示的内容也不会消失（因为各笔画段接口具有锁存功能）。静态显示法的优点是显示程序十分简单，显示亮度大。由于CPU不必经常扫描显示器，所以节约了CPU的工作时间。但静态显示也有其缺点，主要是占用的I/O口线较多，硬件成本也较高。所以静态显示法常用在显示数目较少的应用系统中。图3.8为静态显示示意图。图3.10中由74LS273（8D锁存器）作扩展输出口，输出控制信号由P2.0和WR合成。当二者同时为0时，或门输出为0，将P0口数据锁存到74LS273中，口地址为FEEEH。输出口线的低4位和高4位分别接BCD-7段显示译码驱动器74LS47，他们驱动两位数码管作

40、静态的连续显示。图3.10 静态显示示意图动态扫描显示是单片机应用系统中最常用的显示方式之一。它是把所有显示器的8个笔画段ah的各同名端互相并接在一起，并把它们接到字段输出口上。为了防止各个显示器同时显示相同的数字，各个显示器的公共端COM还要受到另一组信号的控制，即把它们接到位输出口上。这样，对于一组LED数码管显示器需要由两组信号来控制：一组是字段输出口输出的字形代码，用来控制显示的字形，称为段码；另一组是位输出口输出的控制信号，用来选择第几位显示器工作，称为位码。在这两组信号的控制下，可以一位一位地轮流点亮各个显示器，显示各自的数码，以实现动态扫描显示。在轮流点亮一遍的过程中，每位显示器

41、点亮地时间是极为短暂的（15ms）。由于LED具有余辉特性以及人眼视觉的惰性，尽管各位显示器实际上是分时断续的显示，但只要适当选取扫描频率，给人眼的视觉印象就会是在连续稳定地显示，并不觉察有闪烁现象。动态扫描显示由于各个数码管的字段线是并联使用的，因而大大简化了硬件电路。动态显示示意图如图3.11所示。图3.11 动态显示示意图在实际的单片机系统中，LED显示程序都是作为一个子程序供监控程序调用，因此各位显示器都扫过一遍之后，就返回监控程序。返回监控程序后，进行一些其他操作，再调用显示扫描程序，通过这种反复调用来实现LED数码管显示器的动态扫描。动态扫描显示在使用时必须反复调用显示子程序，若C

42、PU要进行其他操作，显示子程序只能插入循环子程序中，这往往束缚了的CPU工作，降低了CPU的工作效率。另外扫描显示电路电路中，显示器数目也不宜太多，一般在12个以内，否则会使人察觉出显示器在分时轮流显示。这两种显示方式各有利弊：静态显示法虽然数据显示稳定，占用很少的CPU工作时间,但每个显示单元都需要单独的显示驱动电路，使用的电路硬件较多。动态扫描显示占用的时间多，但CPU使用的硬件少，能节省线路板空间及降低成本。动态扫描显示由于外围元件少，降低了成本，充分发挥了软件的优势，因而在单片机系统中得到了广泛的应用。工业生产节能时控器也采用动态扫描显示。3.3.3 按键输入电路分析工业生产节能时控器的一个设计难点就是其按键输入部分，因此这里详细分析一下按键输入子程序模块。学习单片机技术的人都知道，单片机的按键输入一般可分为简单的独立式按键输入及行列式键盘输入两种。图3.12为简单的独立式键盘输入示意图，独立式键盘输入适合于按键输入不多的情况（5个按键），具有占用线口少、软件编写简单容易等特点。图3.12 独立式键盘输入示意图图3.13为行列式键盘输入示意图，列线接P1.0P1.3，行线接P1.4P1.7。行列式键盘输入适合于按键输入多的情况，如有16按键输入，用简单按键输入要占用2个输入口（共16位），而使用行列式键盘输入只需占用1个输入口（8位）。 图3.13 行列式键盘输入