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：
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