09325125电子可调定时器设计.docx
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09325125电子可调定时器设计
东华理工大学长江学院
课程设计报告
课程设计题目:
电子可调定时器设计
学生学号:
09325125
学生姓名:
姚颖
专业:
电子信息工程
指导教师:
徐坚
2011年12月20日
目录
引言2
一、设计要求2
二、设计思路2
三、设计方法3
3.1系统硬件电路设计4
3.2STC89C52与8255路设计;4
3.3矩阵键盘电路的设计5
3.5继电器电路的设计5
3.6蜂鸣器电路的设计6
3.7数码管显示电路设计6
四、系统软件工作流程图8
4.1系统工作流程8
4.2定时器T0中断工作分析9
五、设计感想10
六、参考文献11
附录表:
11
引言
20世纪末,电子技术获得了飞速的发展,在其推动下,现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域,有力的推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高,同时出现了家庭电子的迅猛发展,产品更新节奏的加快,数字钟成为日常生活中:
给人们的生活,学习,生活中必不可少的必需品,广泛用于个人家庭及车站,等公共场所,给人们的生活,娱乐,工作带来了极大的方便。
由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术,使电子钟走时准确,性能稳定,集成电路有体积小,功耗小,功能多,携带方便等优点,因此在许多电子设备中被广泛使用,在可调定时器领域中具有举足轻重的地位。
本次设计主要以数字电子为主,分别对IS时钟信号源,秒即时显示,分计时显示,小时计时显示,对于计时达到要求采取中断声音提示,采用蜂鸣器才完成整个过程。
整个设计过程中采用了单片机AT89C52,8255芯片实现功能,同时继电器对于整个电路的控制有着很好的效果。
一、设计要求
利用单片机为核心,设计并制作电子可调定时器,具有以下功能:
(1)电子定时器能定时给电器供电或断电;
(2)给电最大时间可以长达30min;
(3)四位数码管显示时间;
(4)4位共阳数码管显示时间,继电器作电器电源输出控制
二、设计思路
该方案仅由待命状态、预定时间、定时器开始与暂停系统、系统处理、继电器供电或断电、蜂鸣器报警、数码显示四个模块组成。
整个系统的计时功能皆由STC89C52内部自带的定时器T0来实现。
同样,结合继电器给电器供电,并利用蜂鸣器进行断电报警。
原理框图如图2所示:
图1--系统方框图
三、设计方法
硬件电路要实现对交流大电流电源的控制、定时时间的设定显示和到点提醒等功能。
若采用40脚的单片机有利于设计,但会增大电路板的体积。
本设计采用ATMEL公司的STC89C52单片机,芯片引脚为20脚,工作电压范围宽(2.7V~6V)时性价比比较高。
单片机是一种集成电路芯片,采用超大规模技术把具有数据处理能力(如算术运算,逻辑运算、数据传送、中断处理)的微处理器(CPU),随机存取数据存储器(RAM),只读程序存储器(ROM),输入输出电路(I/O口),可能还包括定时计数器,串行通信口(SCI),显示驱动电路(LCD或LED驱动电路),脉宽调制电路(PWM),模拟多路转换器及A/D转换器等电路集成到一块单块芯片上,构成一个最小然而完善的计算机系统。
这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。
3.1系统硬件电路设计
本文采用的单片机为STC89C52,STC89C52是一种低功耗、高性能的片内含有4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。
它的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的STC89C52是一种高效微控制器,STC89C52是它的一种精简版本。
STC89C52C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
3.2STC89C52与8255路设计;
在本次设计中,需用到多个输出端口,所以熟悉单片机的接口也是至关重要的。
本系统采用8255I/O扩展,P0、P2口为总线控制I/O扩展;在扩展的IO口中,PA口作为数码管的位选端口;PB作为数码管的段选端口;P1^2口连接继电器,P3口分别用以控制各个中断、蜂鸣器等各个模块的控制。
在XTAL2引脚和XTAL1引脚之间接有一块12M的晶振,从而使芯片内部的定时器能实现计时功能。
单片机接口分配电路如图3所示:
图2--STC89C52与8255电路设计
3.3矩阵键盘电路的设计
根据设计要求,需要通过按键来选择系统的工作方式,所以我从4×4矩阵键盘上定义了四个按键,可以通过按键S4、S8来设定定时时间;通过按键S12、S16来控制系统工作的开始和暂停。
矩阵键盘电路如图4所示:
图3--矩阵键盘电路原理图
在程序中,先将第一列的公共线拉高,即给PC4口赋一个值(如0x10)。
然后如果这一排有键被按下的话,PC3口的值就会发生改变,例如按下S4号键,PC3口的值就会由低电平变成高电平,依次类推,我们就可以根据PC3-PC0口值的变化来获得各个键值。
3.5继电器电路的设计
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
由P1^2引脚输出高低电平经S2控制三极管的通断,从而控制继电器的吸合与释放,继电器的输出端采用分离方式,即输出端不与内电路连接,直接连接端子,这样会增加更多利用功能,可控制更高电压设备的开和关,图上的S2单刀双掷开关控制继电器电路的电源。
继电器电路原理图如图5所示:
图4--继电器电路原理图
3.6蜂鸣器电路的设计
为了提醒用户对电器供电或断电后的其它工作,设计中用到了蜂鸣器的报警功能。
定时器1用来控制蜂鸣器响应的频率。
在电路中蜂鸣器由P3.3脚控制,当将所预置的时间倒数完毕后数码管进行模拟警报器声发出警报。
蜂鸣器设计电路如图6示、
图5--蜂鸣器电路原理图
3.7数码管显示电路设计
数码管要正常显示,就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码,从而显示出我们要的数字,因此根据数码管的驱动方式的不同,可以分为静态式和动态式两类。
①静态显示驱动:
静态驱动也称直流驱动。
静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动,或者使用如BCD码二十
进制译码器译码进行驱动。
静态驱动的优点是编程简单,显示亮度高,缺点是占用I/O端口多,如驱动5个数码管静态显示则需要5×8=40根I/O端口来驱动,要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个呢:
,实际)应用时必须增加译码驱动器进行驱动,增加了硬件电路的复杂性。
由于该设计需用到五位数码管来显示时间,所以必须要有一个数码管显示电路。
电路数码管为共阳型。
数码管位的选择由8255PA口来处理,每次只选择其中一位数码管显示。
用动态扫描技术对五个数码管进行扫描,由PA控制位选。
利用快速的循环显示,人眼看到的就是多位了。
用PB口控制数码管的段选,根据不同的显示时间选择不同的段码。
每显示一位数码管都进行消隐,消除暗瘾。
数码管连接图如下:
图6--数码管显示电路原理图
四、系统软件工作流程图
4.1系统工作流程
程序采用模块化、结构化设计,并采用了软件抗干扰技术,其软件的可靠性较好,可维护性强。
在本主程序中有3个状态:
待命状态、计时工作状态和到点工作状态。
当系统进入待命状态时,数码管上会显示“30—00”样符号;通过按键S4和S8来预置定时时间,时间可调范围是0到59分59秒。
只要按下S12定时器打开开始倒计时。
在工作中如果按下S16就可以暂停倒计时。
在工作中,都结合数码管显示时间,继电器给电器供电,当时间显示到00—00时蜂鸣器就会报警,表示继电器给电器断电了。
系统程序流程图如下图所示:
图7--系统程序流程图
4.2定时器T0中断工作分析
定时器T0用于时间计时。
定时溢出中断周期设为50ms,中断进入后先进行定时中断值校正,当中断累计20次(即50ms×20=1s)时,对秒计数单元进行减1操作;当到了0s时,分计数单元减1操作;直到计时完毕。
下表所列的是系统定时功能测试结果:
图8--系统计时测试结果
测量序号
理论值
测量值
1分钟
1分钟
1分钟
5分钟
5分钟
4分59秒
10分钟
10分钟
9分58秒
15分钟
15分钟
14分57秒
30分钟
30分钟
29分56秒
误差分析:
由于程序中使用了一些延时语句,所以如果计时时间过长的话,就会在时间上产生一定的误差。
因为我们的计时完全是通过单片要内部的计时器来完成的,所以该误差是不可避免的。
五、设计感想
通过对定时器的误差分析和校正,可以提高系统的精确度。
当然,上面的分析是在软环境下理想晶振频率下实现的,在现实中会因晶振偏差等因素而造成误差[2]。
在该测试中,主程序没有进行其他处理,而在设计中还要涉及到计时器T1的中断来完成对扫描显示电路的处理,还包括外部中断对时钟进行了调整,加上一些闹钟功能,这必然会对T0的定时精确性产生影响。
另外,当中断程序中语句越多,占用的机器周期也越多,因此在设计中应充分利用KeiluVIsion3的分析工具,通过多次调整计数初值以获取精确的时钟信号,这对于要求精确时钟信号的应用具有重要的意义。
在阐述了电子定时器的基本原理,进而详细介绍了和电子定时器相关的各种专业名词和术语。
硬件选型方面选用ATMEL公司的AT89C2051单片机作为核心,LED数码管用显示和继电器作为电源输出控制。
论文的软件部分给出了系统运行的流程图和程序。
由于能力和知识水平的限制,设计中存在着不足。
如硬件选择和连接可能有不合理,定时器中未能有电子表功能等人性化部分,以后还需改进。
从这次毕业论文设计中,无论对于单片机还是定时器,都进一步清晰了设计概念、学习了专业理论、掌握了芯片知识,而且还增长了实践经验,提高了认知水平,促进了自学能力。
从诸多方面获得了很大的收益。
六、参考文献
[1]现代家电原理与维修(第二版)主编蒋治国
[2]朱定华,戴汝平编著.单片微机原理与应用[M].北京:
清华大学出版社,2003
[3]胡汉才编著.单片机原理及接口技术[M].北京:
清华大学出版社,2004
[4]谭浩强编著.C程序设计(第三版)[M].北京:
清华大学出版社,2005
[5]李大友.姜秀芳主编.单片微型硬件.软件及应用[M].北京:
高等教出版社,2003
[6]赵雁南,温冬婵,杨泽红。
微型计算机系统与接口。
北京:
清华大学出版社,2005
附录表:
东华理工大学长江学院
课程设计评分表
学生姓名:
姚颖班级:
093251学号:
09325125
课程设计题目:
电子可调定时器设计
项目内容
满分
实评
选
题
能结合所学课程知识、有一定的能力训练。
符合选题要求
(5人一题)
10
工作量适中,难易度合理
10
能
力
水
平
能熟练应用所学知识,有一定查阅文献及运用文献资料能力
10
理论依据充分,数据准确,公式推导正确
10
能应用计算机软件进行编程、资料搜集录入、加工、排版、制图等
10
能体现创造性思维,或有独特见解
10
成
果
质
量
总体设计正确、合理,各项技术指标符合要求。
10
说明书综述简练完整,概念清楚、立论正确、技术用语准确、结论严谨合理;分析处理科学、条理分明、语言流畅、结构严谨、版面清晰
10
设计说明书栏目齐全、合理,符号统一、编号齐全。
格式、绘图、表格、插图等规范准确,符合国家标准
10
有一定篇幅,字符数不少于5000
10
总分
100
指导教师评语:
指导教师签名:
年月日