多路输出定时器的设计.docx

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多路输出定时器的设计

摘要

本系统由单片机控制模块、键盘、LCD显示1601、专用时钟芯片DS1302、I2C总线E2PROM芯片AT24C01以及独立式键盘组成、采用了查询DS1302D的星期、时间值来比较通过独立式键盘设定时间来控制输出继电器。

并在LCD上显示当前时间个输出状况及当前的时间等信息。

关键词：

单片机模块，时钟芯片DS1302，LCD显示1601

前言………………………………………………………………………………6

第一章方案论证与比较………………………………………………………………7

1.1、方案一、采用555芯片加单片机………………………………………7

1.2、方案二、采用DS1302芯片加单片机和E2PROM…………………………7

1.3、方案论证……………………………………………………………………7

第二章系统设计方案……………………………………………………………………8

2.1、系统方案讲述………………………………………………………………8

2.1、系统框图……………………………………………………………………8

第三章硬件电路…………………………………………………………………………10

3.1、单片机控制模块……………………………………………………………10

3.2、单片机系统资源配制………………………………………………………11

3.3、液晶显示模块………………………………………………………………12

3.4、时钟芯片DS1302……………………………………………………………17

3.5、I2C通信协议及I2C芯片AT24C01A…………………………………………20

3.6、输出驱动电路………………………………………………………………24

3.7、键盘模块电路………………………………………………………………24

第四章软件系统设计……………………………………………………………………26

4.1、系统原理图…………………………………………………………………26

4.2、主程序………………………………………………………………………26

4.3、LCD显示子程序……………………………………………………………27

4.4、DS1302子程序……………………………………………………………28

4.4、AT24C01子程序……………………………………………………………29

4.5、键盘输入电路及软件………………………………………………………30

第五章使用说明…………………………………………………………………………32

5.1、安装说明……………………………………………………………………32

5.2、操作说明……………………………………………………………………33

第六章系统调试…………………………………………………………………………35

6.1、硬件调试…………………………………………………………………35

6.2、软件调试…………………………………………………………………35

6.3、软硬联调…………………………………………………………………36

第六章、系统总结………………………………………………………………………37

第七章、系统测试………………………………………………………………………38

第八章、参考文献………………………………………………………………………39

结束语…………………………………………………………………………40

程序清单………………………………………………………………………41

前言

如今，顾客对家电产品的期望值越来越高，这促使家电制造厂商全力开发新型的、智能化的家电产品来满足顾客需求，以求获得更大的市场份额；而智能控制技术、信息技术的飞速发展也为家电自动化和智能化提供了可能。

所以，智能化是家电产品发展的必然趋势，这种趋势如今已经初见端倪。

传统家用电器有空调、电冰箱、吸尘器、电饭煲、洗衣机等，新型家用电器有电磁炉、消毒碗柜、蒸炖煲等。

无论新型家用电器还是传统家用电器，其整体技术都在不断提高，家用电器定时器的出现也推动了总体技术的提高。

家用电器的进步，关键在于采用了先进控制技术，和智能化的人机交流界面。

从而使家用电器从一种机械式的用具变成一种具有智能的设备，比如定时技术、变频技术、自动控制技术等的出现使人们对电器的使用更加随心所欲。

该定时器可以根据个人的需要来设定单次或多次定时开关动作，系统读取时钟芯片DS1302当前时间根据单片机内部存储的控制时间数据进行比较控制输出继电器，人机交换界面通过LCD显示和键盘完成，LCD显示当前的时间和输出继电器的状况。

一、

方案论证与比较

方案一、采用555制作的多谐振荡器产生一秒的脉冲信号给单片机作为时钟，单片机读取脉冲信号进行计数，在单片机内部使用程序编写一个时钟程序，然后在内存单元中设置继电器断开和启动的时间与计数到的时间进行比较，来控制继电器的动作，使用数码管显示当前的时间和输出状况。

方案二、采用DS1302作为时钟的基准，单片机读取DS1302的时间信息与控制字里的时间信息进行比较来控制输出继电器的输出状况，并在液晶屏上显示当前的时间信息和输出继电器的信息，使用AT24C01存储人为设定输入的控制字信息，达到了掉电时间和数据不会丢失的目的。

方案论证、方案一采用的是555组成的多谐振荡器产生的秒脉冲信号的频率取决与电路中的电容和电阻，输出的频率也就不是很稳定，电阻电容的误差比较大很难确定发出一秒时钟的电阻值和电容值。

使用单片机把计数器的值存在单片RAM里在断电时候就要从新设定工作的时间和时间。

数码管显示太单调，人机界面不是很好，设定不方便等等问题。

方案二采用DS1302作为时钟的标准，该芯片自身带晶振电路，没有其它进程会打乱它的计数，它的秒时间稳定精度高。

系统使用了I2C总线的E2PROM芯片AT24C01可以将控制字写入到里面，断电数据也不会丢失。

LCD1601可以显示26个英文字母以外还可以显示很多的符号和简单的中文，人机界面友好，操作方便。

通过两个方案的比较方案二在数据存储时间的准确性方面比方案一优秀，在完成要求的前提条件下同时又体现了操作的方便。

故采用方案二

二、系统设计方案

2.1系统方案讲述

本系统由单片机控制模块、键盘、LCD显示1601、专用时钟芯片DS1302、I2C总线E2PROM芯片AT24C01以及独立式键盘组成、采用了查询DS1302D的星期、时间值（1-8个）来比较设定时间来控制输出继电器。

并在LCD上显示当前时间的输出状况及当前的时间等信息，并时实显示时间。

软件系统中包括了I2C子程序包、三线通信子程序包以及液晶屏通信子程序和显示程序。

硬件系统包括LCD显示模块电路、时钟模块电路、掉电存储电路、和输出模块电路。

定时器在掉电的情况时为了保存设置的信息在系统里加了E2PROM，使用AT24C01，系统通过I2C通信总线访问E2PROM存储和读取芯片的信息，达到了掉电保护的目的、系统在使用单片机设置时钟时会存在一定的误差，为了防止误差的产生使用专用时钟芯片，这样既可以防止误差的产生有节约了系统的资源、LCD模块使用1601字符型液晶屏，采用三线通信总线访问方便，人机界面友好、输出模块电路的输出继电器采用双刀双连继电器在切断电源时安全。

键盘采用的三独立式键盘，采用中断的方式响应键盘的输入，可以节约单片机的系统资源，电路制作简单编写程序方便。

2.2系统框图

系统框图：

由单片机模块、LCD液晶显示模块、掉电存储E2PROMAT24C01、时钟芯片DS1302、键盘和输出继电器

三、硬件电路

3.1单片机控制模块

单片机控制模块采用ATMEL公司的AT89C51，该单片机兼容MCS-51指令系统、片内程序存储器为电擦写型ROM（可重复编程的快闪存储器）。

整体擦除时间仅为10ms左右，可写入\擦除10000次以上，数据保存10年以上、两种可编程模式，即可以用12V电压编程，可可以用VCC电压编程、宽工作电压范围，VCC=2.7-6V、全静态工作，工作频率：

0Hz-24MHz，频率范围宽，以便系统功耗控制。

、三层可编程的程序存储器上加密，使程序和系统更加难以仿制。

AT89C51芯片

VCC（40脚）：

电源，正常操作时接+5V工作电源。

VSS（20脚）：

地线

XTAL1（19脚）：

接外部晶振的一个引脚（内部反相放大器的输入端）。

XTAL2（18脚）：

接外部晶振的一个引脚（内部反相放大器的输出端）。

P0.0---P0.7（39-32脚）：

8位漏极开路的三态双向输入/输出口。

P1.0---P1.7（1--8脚）：

8位带有内部上拉电阻的准双向输入/输出口。

P2.0---P2.7（21-28脚）：

8位带有内部上拉电阻的准双向输入/输出口。

P3.0---P3.7（10-17脚）：

8位带有内部上拉电阻的准双向输入/输出口。

RST/VPD（RESET，9脚）：

复位信号输入引脚，高电平有效。

ALE//PROG（30脚）：

地址锁存允许信号输出端，高电平有效。

在访问外部存储器时，该信号将P0口送出的低收入位地址锁存到外部地址锁存器中。

/PSEN（29脚）：

外部程序存储器的读选输出信号，低电平有效。

3.2单片机系统资源配制

IO口分配图

3.2.1LCD与单片机连接

LCD显示模块并口数据传输采用P0口，使能连接到单片机P2.7，读写控制使用单片机P2.5,数据指令选择使用单片机P2.4，使用的连接的方法考虑了实际硬件的空间设计。

3.2.2键盘与单片机连接

独立式中断键盘采用P2口的低四位，上拉电阻采用排阻并接了一个四二输入与门产生中断。

3.2.3AT24C01与单片机连接

单片机P1口连接了时钟芯片和存储芯片,P1.2P1.3P1.4分别接时钟芯片的RETIO和RET，输出控制接P1.7。

3.2.4DS1302与单片机连接

单片机P1口连接了E2PROM芯片,P1.1和P1.2分别两AT24C1的SCL和SDA.

3.3液晶显示模块

3.3.1字符型模块的性能

重量轻：

<100g；

体积小：

<11mm厚；

功耗低：

10—15mW；

显示内容：

192种字符（5×7点字型）；

32种字符（5×10点字型）；

可自编8（5×7）或许（5×10）种字符；

指令功能强：

可组合成各种输入、显示、移位方式以满足不同的要求；

接口简单方便：

可与8位微处理器或微控制器相联；

工作温度宽：

0—50oC

可靠性高：

寿命为50,000小时（25oC）

3.3.2极限参数

3.3.3电参数

3.3.4光学参数

3.3.5时序特性读写时序

3.3.6时序图

3.3.7内部RESET电路对电源的要求

3.3.8引脚、指令功能

3.3.9寄存器选择功能

3.3.10系统连接图

3.4时钟芯片DS1302

3.4.1DS1302介绍

DS1302[1]是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿功能，工作电压宽达2.5～5.5V。

采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。

DS1302内部有一个31×８的用于临时性存放数据的RAM寄存器。

DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源／后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。

3.4.2DS1302的引脚及内部结构

3.4.3