定时开关控制器设计.doc

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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数码管来进行显示，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

TimerSwitchControllerDesign

Abstract：

ThisdesignusesSTC89C51RCchipasthecore,withthenecessaryperipheralcircuits,designedatimer,whichispoweredby5VDCpowersupply.Intermsofhardware,inadditiontoCPU,theuseoffourLEDsevensegmentdigitaltubedisplay,LEDdigitaltubebyusingdynamicscanningdisplay.Thedigitaltubecandisplay,divided.5keyscanbeachievedonthetimingadjustment.SoftwareusingCprogramminglanguage.Thetimingsystemcanachievetimedisplay,timing,openingandclosingloadpowerfunction.

Keywords:

STC89C51;timer;Digitaltube

目　　　　录

1.概述 1

2.方案设计 1

2.1要求功能 1

2.2电路设计方案确定 2

2.3STC89C51单片机介绍 2

2.3.1主要功能、性能参数 2

2.3.2引脚分配 3

3.硬件电路设计 4

3.1单片机最小系统 4

3.1.1振荡电路 4

3.1.2复位电路 4

3.2数码管驱动电路 5

3.3按键电路 5

3.4中断触发电路 6

3.5继电器控制电路 7

3.6显示系统 7

3.7整机工作原理 8

4.软件设计 8

5.系统调试 10

5.1软件调试概述 10

5.2软件调试 10

5.3系统仿真测试 10

5.3.1仿真测试方法 10

5.3.2仿真测试结果 11

6.结论 11

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

1.概述

随着产业结构的不断调整、生产工艺的飞速发展、人们生活水平的不断提高及家用电器的逐渐普及，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及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,芯片及其开发价格低廉、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。

硬件部分主要由STC89C51单片机，LED显示电路，以及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语言进行软件设计，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及显示功能。

所有程序编写完成后，在Keil软件中进行调试，确定没有问题后，在Proteus软件中嵌入单片机内进行仿真。

在日新月异的21世纪里，家用电子产品得到了迅速发展。

许多家电设备都趋于人性化、智能化，这些电器设备大部分都含有单片机控制器，具有操作简单的特点。

2.方案设计

2.1要求功能

定时开关控制器广泛应用于日常生活及工业生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。

或当调时结束后按下该键，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行“小时”调整；第二次按下该键，可以对电源的接通时间进行“分钟”调整。

4.加“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。

5.减“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。

2.2电路设计方案确定

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、按键电路及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

2.3STC89C51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、A\D、PWM等模块。

该器件的基本功能与普通的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.工作频率范围：

0~40MHZ，相当于普通8051的0~80MHZ；

3.STC89C5xRC对应Flash空间：

4KB\8KB\15KB；

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（UART）1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I\O口：

32\36个；

10.工作电压：

3.8~5.5V；

11.外形封装：

40脚PDIP、44脚PLCC和PQFP等。

2.3.2引脚分配

STC89C51RC单片机引脚图如图2-2所示。

图2-2STC89C51RC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，P0.0~P0.7作为四位七段数码管的段码输出端，P1.0~P1.3作为四位数码管（共阴极）的位码输出端。

P2.0~P2.5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。

3.硬件电路设计

3.1单片机最小系统

3.1.1振荡电路

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。

若从18脚输入外部时钟脉冲，则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

3.1.2复位电路

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，内部寄存器进行初始化，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，使得内部特殊功能寄存器的内容均被设置成已知状态，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。

图3-2复位电路

3.2数码管驱动电路

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10kΩ。

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P1.0~P1.3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

3.3按键电路

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5—10ms之间。

为了避免CPU多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。

6个独立按键分别和P2.0~P2.5口相连接，通过上拉电阻和电源相连接，当按键没有按下时，P2.0~P2.5端口输出为“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；P2.4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

3.4中断触发电路

中断触发电路主要由8输入与非门74HC30及非门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

3.5继电器控制电路

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