基于AT89C51的密码电源开关设计

随着现代技术的发展,电与我们生活的关系越来越密切,从工业生产到居家生活的每一个细节都离不开电。但令人头疼的是却有许多人在偷电漏电,盗用别人的电源使用,给别人造成了经济上的损失。现在,在同一间办公室办公的情况越来越普遍了,为了使非法用户在不知道密码的情况下,无法使用电源,笔者在这里设计了一个密码电源开关,它是基于微控制芯片A T89C51 的一项新的具有实用价值的系统。这个系统结构简单,保密性好,可以同时控制多路电源,具有输入错误密码告警,输入正确密码开、关电源,用电器关电后自动启动保护延时等功能。

工作原理及硬件结构

利用89C51 设计的密码电源开关原理如图1所示,系统以89C51 为核心,89C51 是Intel 公司的一款集CPU 、RAM、ROM、I/ O 接口、定时器/ 计数器、中断系统为一体的单片机, 片上带有4 K 的ROM 和128 ×8 位的RAM。系统中按键采用查询方法与单片机连接,可以实现输入正确密码开电源,输入正确密码关电源,修改密码,修改延时等功能。8 路继电器全部连接在P0口,通过P0口的电平变化来控制继电器,进而控制电源的开关,为了节省端口,L ED 显示连在普通口,因为要在关电后保证密码不丢失,利用I2 C 技术在单片机外部扩展了一个E2 PROM(A T24C02) ,来存储正确的密码。


单片机最小系统

如图2 所示,89C51 的外部通过18 ,19 脚连接一个晶振和两个电容,构成振荡电路,可以为单片机提供时钟频率。9 脚通过一个10kΩ 电阻和一个10μF 的电容构成了一个简单的复位电路, EA 接高电平,AL E、PSEN 信号不用,这样就构成了一个单片机最小系统。这个最小系统未设复位键,系统加电时自动复位。


继电器电路

本系统中要实现用弱电去控制强电,所以我们使用了继电器,用以对电源通断的控制,如图3 所示,继电器通过一个三极管直接连接到P0 口,当P0口为高电平时,继电器导通,接通外部电源,反之,断开外部电源。


外部存储器的扩展

为了把修改后的正确密码保存起来,不至于在断电后密码丢失,所以在设计中通过I2 C 技术扩展了一个外部存储器。I2 C 总线是一种串行数据总线,只有二根信号线,一根是双向的数据线SDA ,另一根是时钟线SCL 。如图4 所示,因为89C51 没有直接的I2 C 接口,所以使用模拟I2 C 技术,SDA 连接在P2. 3 口,SCL 连接在P2. 2 口,用软件程序控制数据的输入输出。

在I2 C 总线上传送的一个数据字节由8 位组成。总线对每次传送的字节数没有限制,但每个字节后必须跟一位应答位。数据传送首先传送最高位(MSB) ,首先由主机发出启动信号"S"(SDA 在SCL高电平期间由高电平跳变为低电平) ,然后由主机发送一个字节的数据。启动信号后的第一个字节数据具有特殊含义:高7 位是从机的地址,第8 位是传送方向位,0 表示主机发送数据(写) ,1 表示主机接收数据(读) 。被寻址到的从机设备按传送方向位设置为对应工作方式。标准I2 C 总线的设备都有一个七位地址,所有连接在I2 C 总线上的设备都接收启动信号后的第一个字节,并将接收到的地址与自己的地址进行比较,如果地址相符则为主机要寻访的从机,应在第9 位应答时钟脉冲时向SDA 线送出低电平作为应答。除了第一字节是通用呼叫地址或十位从机地址之外,第二字节开始即数据字节。数据传送完毕,由主机发出停止信号"P"( SDA 在SCL 高电平期间由低电平跳变为高电平) 。A T24CX 系列串行E2 PROM 具有I2 C 总线接口功能,功耗小,宽电源电压(根据不同型号2. 5V～6. 0V) ,工作电流约为3mA ,静态电流随电源电压不同为30μA～110μA ,所以在本系统中使用A T24C02 作为外部存储器。

其他硬件电路

本系统中的使用到的按键较少,只有4 个,分别是通道选择,功能切换,数字切换/ 修改延时,确认/修改密码。为了简化电路结构,节省成本,在系统中未使用扫描键盘的连接思路,而是采用了图5 的连接方法。

按键一端接P3 口,一端接地,当有按键按下时,相应口的电平就会被拉低。然后用软件程序就可以检查出是哪个键按下,随后执行相应的功能。因为P3 口全做了I/ O 口使用,所以在连接硬件的时候,每一个口上都接了一个上拉电阻。L ED 显示部分通过模拟串行口来进行显示,时钟线和数据线连接到单片机的普通口。电源电路使用典型的电源电路,一个整流桥加一个稳压管,就可以构成一个电源电路。为了增加系统的可操作性,特加了三个L ED 指示灯,分别是修改延时指示灯、修改密码指示灯、告警灯,都直接连接在P1 口,用程序控制。

控制软件设计

结合设计的要求和电路要实现的功能,系统的主要程序流程如下:


主程序

这个程序采用了数枝状的结构,这样比较适合于此硬件电路,也容易实现系统的功能。