定时开关控制器设计

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1、word定时开关控制器设计摘要：本次设计以STC89C51RC芯片为核心，辅以必要的外围电路，设计了一个定时器，它由5V直流电源供电。在硬件方面，除了CPU外，使用四个七段LED数码管来进展显示，LED数码管采用的是动态扫描显示。数码管能够准确显示时、分。5个按键可以实现对定时时间的调整。软件方面采用C语言编程。整个定时系统能完成时间的显示，调时，启闭负载电源等功能。 关键词：STC89C51RC；定时器；数码管Timer Switch Controller DesignAbstract：This design uses STC89C51RC chip as the core, with th

2、e necessary peripheral circuits, designed a timer, which is powered by 5V DC power supply.In terms of hardware, in addition to CPU, the use of four LED seven segmentdigital tube display, LED digital tube by using dynamic scanning display. The digital tube can display, divided. 5 keys can be achieved

3、 on the timingadjustment. Software using C programming language. The timing system canachieve time display, timing, opening and closing load power function.Keywords:STC89C51;timer;Digital tube21 / 23目录11122.3 STC89C51单片机介绍22.3.1主要功能、性能参数234444556778810101010101111参考文献13致 谢14附录1：定时器源程序15附录2：定时器电路图21随

4、着产业结构的不断调整、生产工艺的飞速开展、人们生活水平的不断提高与家用电器的逐渐普与，市场对定时控制系统的需求越来越大. 如定时自动报警、定时自动打铃、定时开关烘箱、定时通断动力设备以与各种电气的定时启动等都属于定时控制系统。定时控制系统的实现方法很多, 本文主要介绍以80C51 系列单片机中的STC89C51为核心的智能定时控制系统的设计实现方式. 80C51 系列单片机进入市场时间早, 总线开放, 仿真开发设备多, 芯片与其开发价格低廉、速度较快、电磁兼容性较好。本文所述定时开关控制系统主要包括时间设置，数码管显示，中断程序设置等功能。 硬件与软件方面的设计。硬件局部主要由STC89C51

5、单片机，LED显示电路，以与调时按键电路等组成，系统通过LED显示数据，所以具有人性化的操作和直观的显示效果。软件方面主要包括中断程序、键盘程序，显示程序等。本系统以单片机的C语言进展软件设计，为了便于扩展和更改，软件的设计采用模块化结构，使程序设计的逻辑关系更加简洁明了，以便更简单地实现调整时间与显示功能。所有程序编写完成后，在Keil软件中进展调试，确定没有问题后，在Proteus软件中嵌入单片机内进展仿真。在日新月异的21世纪里，家用电子产品得到了迅速开展。许多家电设备都趋于人性化、智能化，这些电器设备大局部都含有单片机控制器，具有操作简单的特点。定时开关控制器广泛应用于日常生活与工业生

6、产中负载电源的通断，达到方便用电和节电的目的。用单片机实现电源开关控制，可以由人通过按键来设定负载电源的开/关时间，并通过显示器观察时间，达到定时开关机的目的。本设计中4位数码管中前两位显示“小时，后两位显示“分，最大预约时间为12小时。按键操作：1. 开始键：按下该键，电源接通。或当调时完毕后按下该键，电源将在设定时间到达后接通。2. 关闭键：按下该键，切断电源。3. 预约键：第一次按下该键，可以对电源的接通时间进展“小时调整；第二次按下该键，可以对电源的接通时间进展“分钟调整。“1键：按下该键，调“小时时间加1，最可加到11；调“分钟时加1，最大可加到59。即最长定时时间为11小时59分。

7、“1键：按下该键，调“小时时减1，最小值为0；调分钟时，“分钟减1，最小值为0。6.预留键：在本设计中，无作用。显示功能：（1） 按键指示灯D1:只要有按键被按下，指示灯会点亮。（2） 电源开关状态指示灯D3：当电源和负载接通时，该灯点亮。7.四位数码管：前两位为小时，后两位显示分。上电即显示“- - - -；预约调时前两位闪烁，预约调分钟后两位闪烁。预约时间内，倒计时显示。综上要求所述,对此次设计的方案选定: 以单片机STC89C51为主控制器，采用单片机内部定时、独立式按键和动态LED显示。采用51单片机可以实现一些功能不多的控制环境，既节约经济又达到了我们所需的智能化控制。本设计主要从以

8、下三个方面入手：一是实现按键功能，可以接通和关闭电源并设定时间；二是实现显示功能，显示设定时间；三是实现定时功能，当时间到达设定值时可以通过继电器动作控制负载电源的启闭，并通过指示灯显示任务的完成。设计的总体方案如图2-1所示，由单片机最小系统、LED数码管显示电路、继电器控制电路、按键电路与5V直流供电电路组成。为了实现智能控制和简化设计，选用了STC89C51集成芯片。图2-1 基于STC89系列单片机的定时控制系统2.3 STC89C51单片机介绍 STC系列单片机是最新推出的一种新型51内核的单片机。片内含有Flash程序存储器、SRAM、UART、SPI、AD、PWM等模块。该器件的

9、根本功能与普通的51单片机完全兼容。2.3.1主要功能、性能参数1. 内置标准51内核； 2.工作频率X围：040MHZ，相当于普通8051的080MHZ；3.STC89C5xRC对应Flash空间：4KB8KB15KB；4.内部存储器RAM)：512B；5.定时器计数器：3个16位；6.通用异步通信口UART1个； 7.中断源:8个；8.有ISP(在系统可编程IAP(在应用可编程),无需专用编程器仿真器；9.通用IO口：3236个； 10.工作电压：3.85.5V； 11.外形封装：40脚PDIP、44脚PLCC和PQFP等。STC89C51RC单片机引脚图如图2-2所示。图2-2 STC8

10、9C51RC引脚图根据设计要求，选用STC89C51RC作为电路的控制核心，电路中包含了时钟电路，复位电路作为单片机的最小系统。晶体振荡器频率为12MHz，P0.0P0.7作为四位七段数码管的段码输出端，P1.0P1.3作为四位数码管共阴极的位码输出端。P2.0P2.5作为键盘信号的输出端。P3.6作为控制端信号的输出，控制继电器吸合与释放。STC89C51是内部具有振荡电路的单片机，只需在18脚和19脚之间接上石英晶体，给单片机加工作所需的直流电源，振荡器就开始振荡起来。振荡电路为单片机工作提供了所需要的时钟脉冲信号，单片机开始执行程序。振荡电路不工作，整个单片机电路都不能正常工作。本设计中

11、STC89C51外接12MHz的石英晶体，单片机的机器周期恰好为1us。18脚和19脚分别对地接了一个30pF的电容，目的是防止单片机自激。假设从18脚输入外部时钟脉冲，如此19脚接地。振荡电路如图3-1所示。 图3-1 单片机内部晶振电路连接图复位电路就是在RST端9脚外接的一个电路，目的是使单片机上电开始工作时，内部存放器进展初始化，让单片机从初始状态开始工作。在时钟电路工作的情况下，只要复位引脚高电平保持在两个机器周期以上的时间，STC89C51便能完成系统初始化工作，使得内部特殊功能存放器的内容均被设置成状态，并且从ROM中地址0000H处读入程序代码而执行程序。复位电路如图3-2所示

12、。图3-2 复位电路由于P0口的输出端为漏极开路门，必须通过外接上拉电阻和+5V电源连接，输出高电平。本设计中上拉电阻的值为10k。由于P0口输出电流有限，为减轻单片机的负担，在P0口外接了一个8路同相三态双向驱动器74LS245起电流放大作用。19脚是它的片选端，低电平有效，1脚是输入/输出端口转换用，当该引脚接高电平时，信号由“A端传向“B端，该引脚接低电平时，信号由“B端传向“A端。P1口通过一个六反相器74LS04和数码管的位码输入端相连，故P1.0P1.3输出高电平时，相应的数码管才能点亮。驱动电路如图3-3所示。图3-3 驱动电路按键的开关状态通过一定的电路转换为高、低电平状态。按

13、键闭合过程在相应的I/O端口形成一个负脉冲。闭合和释放过程都要经过一定的过程才能达到稳定。这一过程是处于高、低电平之间的一种不稳定状态，称为抖动。抖动的持续时间长短与开关的机械特性有关，一般在510ms之间。为了防止CPU屡次处理按键的一次闭合，应采用软件法去抖动消除抖动。本设计采用的是独立式按键，直接用I/O口线构成独立按键电路，每个按键占用一条I/O口线，每个按键的工作状态不会产生相互影响。“1，表示无信号输入。6个按键只要有1个按键按下，相应的引脚变为低电平，表示有信号输入，执行相应的按键命令。P2.0口表示开始键；P2.1口表示关闭键；P2.2口表示预约键；P2.3口表示数字加1键；P

14、2.4口表示数字减1键；P2.5口表示预留键，在本任务中该键预留。按键电路如图3-4所示。图3-4 按键电路中断触发电路主要由8输入与非门74HC30与非门74LS04构成，当六个按键中只要有一个按键按下，8输出与非门74HC30的输出端必然输出高电平它的逻辑功能为：全1出0，有0出1，经非门电路74LS04倒相后，按键按下时输出为负脉冲，该负脉冲信号接单片机的外部中断信号输入端(即P3.2引脚)，从而引起单片机中断，停止执行正在执行的程序，转而去执行中断服务程序。电路图如图3-5所示。图3-5 中断触发电路继电器控制电路如图3-6所示。 由于单片机I/O口输出电流小驱动能力有限，从图中可以看

15、出我们利用三极管来控制，通过如图的连接方式，可以提高驱动负载的能力，利用三极管截止和饱和导通去控制继电器的闭合/断开。因为P3.6口作为控制信号的输出口，控制继电器吸合与释放，所以当定时时间未到时，P3.6引脚输出的是高电平，三极管处于截止状态，继电器无动作，开关不会闭合，负载不工作。当定时时间到，P3.6引脚输出的是低电平，三极管饱和导通，继电器动作，开关闭合，负载得电运行。电路如图3-6所示。图3-6 继电器控制电路LED显示器由多位数码管组成，各段LED显示器需要由驱动电路驱动。七段LED数码管显示器通常将各段发光二极管的阴极或阳极连在一起作为公共端。将各段发光二极管阳极连在一起的叫共阳

16、极显示器，用低电平驱动；将阴极连在一起的叫共阴极显示器，用高电平驱动。静态显示就是每一个显示器各笔画段都要独占具有一个锁存功能的输出口线，CPU把要显示的字形代码送到输出口上，就可以使显示器上显示所需的数字或符号，此后，即使CPU不再去访问它，因为各笔画段接口具有锁存功能，显示的内容也不会消失。动态显示是指显示器显示某一字符时，相应段的发光二极管恒定地导通或截止。在本系统中为共阴极数码管，采用动态扫描显示。如图3-7所示。图3-7 时间显示电路定时器电路图如附录2所示。开启仿真开关后，按下开始，电源接通。通过设置按钮，我们可以很方便的设置时间。我们调整好时间后，按开始键，当时间到达所定时时间时

17、，通过控制继电器的动作接通电源，电源接通指示灯亮。整套系统的运行都是基于8051内核指令控制运行的。由任务目标分析，采用中断处理方式设计程序流程图，如如如下图所示，主要程序见附录1。程序开始首先对按键变量和小时、分钟变量进展定义，对共阴极数码管的段码字型码以一维数组方式定义。另外对延时函数、定时器初始化子函数、求按键子函数、按键处理子函数、计时子函数、显示子函数进展声明。图4-1 主函数框图在定时器T0、T1初始化和外部中断0子函数中，规定定时器T0、T1的工作模式为方式1，定时时间为50ms。外部中断0采用下降沿触发方式。定时器工作在中断方式，即定时时间到，立即停止执行主函数，转而去执行中断

18、服务函数。图4-2 定时器T0中断函数框图 图4-3 定时器T1中断服务函数框图图4-4 外部中断0中断服务函数框图 在显示子函数中，上电复位后4位数码管显示“- - - -。其中包括走时转换函数，负责将定时器走时数据转换为分钟的十位和个位，超过60分钟的数据再转换为小时的十位和个位。在计时子函数中，设置每50ms中断1次，分钟计数器中计数值为1200时，时间为1分钟。小时计数器计数值为60时，时间为1小时.预约时间到，单片机P3.6引脚输出低电平，驱动三极管饱和导通，继电器的线圈中有电流经过，而产生吸合动作，接通电源，用电器开始工作。单片机系统经过总体设计，完成了硬件和软件设计开发。通过软件

19、和硬件相结合系统即可运行。但编制好的程序或焊接好的线路不能按预计的那样正常工作是常见的事，经常会出现一些硬件、软件上的错误，这是软件和硬件开发者经常遇见的，这就需要通过调试来发现错误并加以改正。调试可分为硬件调试和软件调试。本设计系统的已经在PC机上用模拟开发软件进展了检测和调试，并运行成功，最后进展实物图的硬件组装与调试，这样就给开发者在提供了方便。本设计是在Proteus软件和Keil软件相结合调试的，完全用仿真软件在PC机上对目标电路原理图和程序进展检测和调试。调试过程中单片机相应输入端由通用键盘鼠标设定，运行状态、各存放器状态、端口状态等都可以在指定的窗口区域显示出来，以确定程序运行有

20、无错误。目标程序纠错：该阶段工作通常在目标程序编辑时就完成。一般来说，仿真软件能为用户输入的程序指令纠错，包括书写格式、标号未定义或多重定义、转移地址溢出等错误。整体程序调试：即把各子程序整体连起来进入到综合电路调试，看是否能实现预计的功能显示。在这阶段假设发生故障，可以考虑各子程序在运行时是否破坏现场，数据缓冲单元是否发生冲突，标志位的建立和去除在设计上是否失误，堆栈是否溢出，输入输出状态是否正常等。系统测试内容包括能否正常设定时间、数码管是否正常显示、是否能正常定时与继电器电路是否正常工作，具体测试方法如表5-1所示。表5-1系统测试项目与测试方法序号测试项目测试方法1是否能正常设置时间数

21、码管是否正常显示1、打开仿真开关，通过预约键进入时间设置；2分别设置小时，分钟，观察是否正常。2是否能准确定时1、通过预约设置按钮进入定时设置；2、按下开始键，等待时间到点，观察继电器是否工作。3指示灯与继电器电路是否正常工作1、观察当项目2中定时到点时，电源接通指示灯是否亮，与继电器是否工作，是否接通电源。系统测试结果如表5-2所示。表5-2 系统测试结果序号测试项目测试结果1是否能正常设置时间数码管是否正常显示能很好的设置和保存所设置的时间，且正常工作。2是否能准确定时能够准确定时。3指示灯与继电器电路是否正常工作指示灯能正常工作，定时完毕后继电器动作，接通电源。结果：整个系统能按照预定的

22、计划运行，此次制作圆满成功。整个设计所实现的功能非常简单，归结为四个字：定时开关。所谓定时就是实现STC89C51的定时器准确定时到1秒的功能，整个显示局部实现了时显示和分显示两局部，同时实现了键盘的相关键值功能，实现了负载电源定时启闭的功能，同时在设定定时时间值的时候，实现了当前设定位的闪烁效果，当启动预约以后，也实现了所设定时间值不闪烁的效果，同时也实现了对设定时间值的保存。最后，当负载电源启动或关闭后，按下键盘当中的预约键，实现再次定时开关的功能。硬件系统关系到所要设计的电子产品好怀，如系统抗干扰性等，所以要合理的安排尽量减少干扰，提高性能。单片机是很容易受干扰的控制器，当采用外部晶振时

23、，应尽量让其靠近单片机减少对其干扰，防止程序乱飞现象。同时还可以采用隔离等方式减少干扰，硬件系统设计的好坏很大局部来源于经验，所以我们要有动手的好习惯。软件设计是核心局部，具有多样化，灵活性高，易移植等优点，要深深理会各指令的含义才能更加熟练应用，中断的合理利用可以减少CPU利用资源，具有执行效率高等优点，本设计用到定时器中断以减少对CPU的占用，更好的处理其他功能。软件的设计大局部采用模块化设计的方法以方便调试，并使其可读性大大增强，方便更改和移植。在本次毕业设计当中，自己深深的明白了理论知识一定要和实践相结合的道理，只有把理论知识贯穿到实践当中，才能真正的学到有用的知识，自己在这次毕业设计

24、中也学到了很多新的知识。参考文献1王静霞主编.单片机应用技术C语言版.3戴佳.戴卫.51单片机C语言应用程序设计实例精讲.电子工业，20064王幸之主编.AT89系列单片机原理与接口技术.高等教育，5何宏主编.单片机原理与接口技术国防工业，6李光.单片机根底.：航空航天大学，1994.：清华大学，2009根底教程.：人民名邮电，20099韩 颖.Proteus在单片机技术实训中的应用J;中国科教创新导刊,2008，31期10李贵庭.单片机应用技术与项目化训练.西南交通大学，2009致 谢不知不觉，毕业设计完毕了。我的毕业论文已整理完毕，电路调试进展良好。毕业设计的完成意味着我的大学学习生活即将

25、完毕，从此我将进入一个新的人生旅途、开始一段崭新的生活工作。在此，我衷心地感谢所有在我做毕业设计期间帮助过我人。首先我要感谢李学明教师的大力帮助和支持。在整个设计过程当中，为我的毕业设计带来了很大方便。同时在我完成毕业设计的过程中提供了很多指导性的意见使我受益匪浅。在此，我衷心感谢教师给予我的帮助和教育。此外，还要衷心感谢其他所有对本课题的研究和论文撰写有过帮助的同学。最后，我要感谢我的母校某某农林职业技术学院，在校期间，这里给我留下了美好的回忆。特别是在我即将踏上工作岗位的同时，毕业设计整个过程给了我这样一个锻炼的机会，使我加深了对以前知识的理解和巩固，拓宽了知识面，也提高了我对所学知识的综

26、合应用能力。祝愿母校的将来更美好！附录1：定时器源程序#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit KEYON =P20; /开始键sbit KEYOFF=P21; /关闭键 sbit KEYSET=P22; /预约键sbit KEYINC=P23; /加1键sbit KEYDEC=P24; /减1键sbit KEYFREE=P25; /预留键sbit POWER=P36; /电源开关指示灯sbit LED=P33 ; /按键指示灯uchar code dispcode=0x3f,0x06,0x05b,0x4f

27、,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x40; /0-9的字型码uchar data disbuf=0,0,0,0; /显示缓冲区uchar hour,min ; /小时、分变量bit Onflag,flag;uchar Setflag;void delay(uchar); /延时子函数void init(void); /定时器初始化子函数uchar GetKeyNum(); /求按键号void Keyprocess(uchar); /按键处理子函数void calculate(); /计时子函数void display(); /显示子函数/-主函数-void mai

28、n(void)init();P1=0x00;while(1)display();/-定时器TO、T1初始化，外部中断0初始化子函数-void init()TMOD=0x11; /TO、T1作定时器、工作方式1TH0=(65536-50000)/256; /定时50msTL0=(65536-50000)%256;TH1=(65536-50000)/256; TL1=(65536-50000)%256;IT0=1; /选择外部中断0为下降沿触发方式EX0=1; /开外部中断0ET1=1; /开定时器1ET0=1; /开定时器0EA =1; /开总中断TR0=1; /-显示子函数-void disp

29、lay()uchar i,j=0x08;if(Setflag=0)&!(min|hour) /数码管显示“- - - -for(i=0;i4;i+) disbufi=dispcode10;else /正常显示时间disbuf0 = dispcodemin%10; /分个位disbuf1 = dispcodemin/10; /分十位disbuf2 = dispcodehour%10+0x80; /小时个位disbuf3 = dispcodehour/10; /小时十位 if(Setflag!=0)&flag) /如果调时，数码管闪烁显示for(i=0;i2) /不显示前面的0P0=0;elseP

30、0=disbufi;if(Setflag=1) P1=j&0xfc; /调时，关断前两位位码else P1=j & 0xf3; /调分，关断后两位位码delay(5); /延时P1=0x00;j=j1;else /数码管正常显示for(i=0;i2) P0=0; /不显示前面的0else P0=disbufi;P1=j; /位选通delay(5); /延时P1=0X00;j=j1;/-外部中断0中断函数-void int0()interrupt 0 using 0uchar keynum;display(); /动态显示程序作为去抖动if(INT0=0) /判断是否有按键按下keynum=Ge

31、tKeyNum(); /有效键，获取键值while(INT0=0); /等待按键释放Keyprocess(keynum); /按键处理 /-定时器0中断子函数-void time0() interrupt 1 /处理调时、显示器闪烁static uchar ledt,num; /设置静态变量TH0=(65536-50000)/256; /定时50msTL0=(65536-50000)%256;if(Onflag & (hour | min)!=0) |! Onflag)/指示灯每隔闪烁ledt+;ledt=0;LED=LED; if(Setflag!=0) /调时闪烁num+;if(num=5

32、)num=0;flag=flag;/-定时器1中断子函数-void time1() interrupt 3TH1=(65536-50000)/256;TL1=(65536-50000)%256;calculate(); /计时/-求按键号-uchar GetKeyNum()uchar temp;if(KEYON=0) temp=1;if(KEYOFF=0) temp=2;if(KEYSET=0) temp=3;if(KEYINC=0) temp=4;if(KEYDEC=0) temp=5;if(KEYFREE=0) temp=6;return(temp);/-按键处理函数-void Keypr

33、ocess (uchar x)switch(x)case 1: /KEYON处理函数Onflag=1; /开Onflag标志Setflag=0; /关Setflag调时标志if(!Setflag)&!(hour | min) /没有调时且未处于预约，继电器通POWER=0;LED=0;elseTR1=1; /定时器1运行、执行计时程序break;case 2 : /KEYOFF，关处理，标志清0Onflag=0;Setflag=0;hour=0;min=0;POWER=1;LED=1;break;case 3: /预约调时/调分键，处理调时标志if(Onflag=0)Setflag+;if(S

34、etflag=3) Setflag=1;break;case 4: /加1键if(Setflag=1) /调时键，最大只能调到11hour+;if(hour=12)hour=0;if(Setflag=2) /调分键，最大只能调到59min+;if(min=60)min=0;break;case 5: /减1键if(Setflag=1) /调时键，减小时处理，最小0hour- ; if(hour=-1)hour=12;if(Setflag=2) /调分键，减分处理，最小0min-; if(min=-1)min=59;break; /-计算时间-void caculate()static uint tcount; /tcount为定时次数if(hour | min)!=0)tcount+; /1次50ms到，改变定时次数if(tcount=1200) /1200*50ms=1分钟tcount=0; /初始化定时次数if(min=0)min=60;hour-;min-;if(min=0)&(hour=0) /预约时间到POWER=0; /继电器接通LED=0;TR1=0;/-定时void delay(uchar x)uchar j,k;for(j=x;j0;j-)for(k=249;k0;k-);附录2：定时器电路图