毕业设计基于单片机的电源开关的定时控制Word下载.docx
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高速度、高密度；
80C51系列单片机采用的是CHMOS工艺：
高速度、高密度、低功耗；
也就是说80C51单片机是一种低功耗单片机。
此外，在80C51系列芯片中，内部程序存储器除了ROM型和EPROM型之外，还有EEPROM型，例如89C51就是4KBEEPROM，并且随着集成技术的提高，80C51系列片内程序存储器的容量也越来越大，目前已有64KB的芯片了。
另外，许多80C51芯片的还具有程序存储器保密机制，以防止应用程序泄露或被复制。
2.2MCS-51单片机的引脚功能
MCS-51单片机采用40引脚的双列直插封装（DIP）方式。
图2.2左边为其引脚图，右边为为其逻辑符号图。
在40条引脚中，有2条专用于主电源的引脚，2条外接晶体的引脚，4条控制引脚，3条I/O引脚[2]。
图2-2左边为MCS-51引脚图，右边为MCS-51单片机逻辑符号图
2.2.1主电源引脚Vss和Vcc
Vcc——芯片电源，正常操作时接+５Ｖ电源；
Vss——接地端。
2.2.2外接晶体引脚XTAL1和XTAL2
XTAL1、XTAL2——晶体振荡电路反相输入端和输出端。
当外接晶体振荡器时，XTAL1和XTAL2分别接在外接晶体两端。
当采用外部时钟方式时，XTAL1接地，XTAL2接外来振荡信号。
2.2.3控制引脚RST/VPD、ALE/PROG、PSEN、EA/Vpp
1、RST/Vpd（9）——复位/备用电源
正常工作时，RST（Reset）端为复位信号输入端，只要在该引脚上连续保持两个机器周期以上高电平，80C51芯片即实现复位操作，复位后一切从头开始，CPU从0000H开始执行指令。
Vpd功能：
在Vcc掉电情况下，该引脚可接上备用电源，由Vpd向片内供电，以保持片内RAM中的数据不丢失。
2、ALE/PROG（30）——地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲
ALE功能：
用来锁存P0口送出的低8位地址。
80C51在并行扩展外存储器（包括并行扩展I/O口）时，P0口用于分时传送低8位地址和数据信号，且均为二进制数。
当ALE信号有效时，P0口传送的是低8位地址信号；
ALE信号无效时，P0口传送的是8位数据信号。
在ALE信号的下降沿，锁定P0口传送的内容，即低8位地址信号。
当CPU不执行访问外部数据存储器时，ALE以时钟振荡频率的固定频率输出，因此ALE信号也可作为外部芯片CLK时钟或其他需要。
但是，当CPU执行MOVX指令时，ALE将跳过一个ALE脉冲。
ALE端可驱动8个LSTTL门电路。
PROG功能：
片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
3、PSEN（29）——外ROM读选通信号。
80C51读外ROM时，没个机器周期内PSEN两次有效输出。
PSEN可作为外ROM芯片输出允许OE的选通信号。
在读内ROM或读外RAM时，PSEN无效。
外部数据存储器是靠
及
信号控制的。
PSEN可驱动8个LSTTL门电路。
4、EA/Vpp——内外ROM选择/片内EPROM编程电源
EA功能：
正常工作时，EA为内外ROM选择端。
80C51单片机ROM寻址范围为64KB，其中4KB在片内，60KB在片外（80C31芯片无内ROM，全部在片外）。
当EA保持高电平时，先访问内ROM，但当PC（程序计数器）值超过4KB（0FFFH）时，将自动转向执行外ROM中的程序。
当EA保持低电平时，则只访问外ROM，不管芯片内有否内ROM。
对80C31芯片，片内无ROM，因此EA必须接地。
Vpp：
片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚用于施加编程电源Vpp。
2.2.4输出输入引脚
80C51共有4个8位并行I/O端口,共32个引脚。
所有4个端口都是双向口，每个口都包含一个锁存器，即专用寄存器P0~P3，一个输出驱动器和输入缓冲器。
1、P0口——8位双向I/O口
在不并行扩展外存储器（包括并行扩展I/O口）时，P0口可用作双向I/O口。
在并行扩展外存储器（包括并行扩展I/O口）时，P0口可用于分时传送低8位地址（地址总线）和8位数据信号（数据总线）。
位结构如图2.3所示。
P0口能驱动8个LSTTL门。
图2-3P0口位结构
2、P1口——8位双向I/O口
8位准双向I/O口（“准双向”是指该口内部有固定的上拉电阻）。
P1口既可以作为8位并行输入输出口，又可以作为8位输入/输出端。
CPU既可以对P1口进行字操作，又可以进行位操作。
位结构如图2.4所示。
P1口能驱动为4个LSTTL门。
图2-4P1口位结构
3、P2口——8位准双向I/O口
在不并行扩展外存储器（包括并行扩展I/O口）时，P2口可用作双向I/O口。
在并行扩展外存储器（包括并行扩展I/O口）时，P2口可用于传送高8位地址（属地址总线），P2口能驱动4个LSTTL门。
P2口的位结构如图2.5所示，引脚上拉电阻同P1口。
图2-5P2口位结构
4、P3口——8位准双向I/O口
P3口具有多种功能。
一方面与P1口一样作为一般准双向输入/输出接口，具有字节操作和位操作二种工作方式；
另一方面8条输入/输出线可以独立地作为串行输入/输出口和其它控制信号线。
P3口驱动能力为4个LSTTL门。
图2-6P3口位结构
P3口各口线与专用功能：
P3.0——RXD：
串行口输入端;
P3.1——TXD：
串行口输出端;
P3.2——INT0：
外部中断0请求输入端;
P3.3——INT1：
外部中断1请求输入端
P3.4——T0：
定时/计数器0外部信号输入端;
P3.5——T1：
定时/计数器1外部信号输入端;
P3.6——WR：
外RAM写选通信号输出端;
P3.7——RD：
外RAM读选通信号输出端。
上述4个I/O口，各有各的用途。
在不并行扩展外存储器（包括并行扩展I/O口）时，4个I/O口都可作为双向I/O口用。
在并行扩展外存储器（包括并行扩展I/O口）时，P0口专用于分时传送低8位地址信号和8位数据信号，P2口专用于传送高8位地址信号。
P3口根据需要常用于第二功能，真正可提供给用户使用的I/O口是P1口和一部分未用作第二功能的P3口端线。
2.3中断
2.3.1中断的概念
CPU在处理某一事件A时，发生了另一事件B请求CPU迅速去处理（中断发生），CPU暂时中断当前的工作，转去处理事件B（中断响应和中断服务），待CPU将事件B处理完毕后，再回到原来事件A被中断的地方继续处理事件A（中断返回），这一过程称为中断，如下图2.7。
图2-7中断流程
引起CPU中断的根源，称为中断源。
中断源向CPU提出的中断请求。
CPU暂时中断原来的事务A，转去处理事件B，对事件B处理完毕后，再回到原来被中断的地方（即断点），称为中断返回。
实现上述中断功能的部件称为中断系统（中断机构）。
见下图2.8。
图2-8中断系统
2.3.28051中断系统结构
80C51的中断系统有5个中断源（8052有6个），2个优先级，可实现二级中断嵌套。
4个用于中断控制的寄存器IE、IP、TCON和SCON——用于控制中断的类型、中断的开/关和各种中断源的优先级别。
5个中断源有两个中断优先级，每个中断源可以编程为高优先级或低优先级中断，可以实现二级中断服务程序的嵌套。
8051单片机中断系统的结构如图2.9所示。
图2-9中断系统结构
2.3.3中断源
8051单片机的5个中断源包括：
、
引脚输入的外部中断源，三个内部中断源（定时器T0、T1的一处中断源和串行口的发送/接受中断源）。
（1）、IT0（TCON.0）
外部中断0（
）触发方式控制位。
IT0=0时，外部中断0程控为电平触发方式；
IT0=1时外部中断0为边沿触发方式。
当CPU检测到P3.2引脚上出现有效的中断信号时，中断标志IE0（TCON.1）置1，向CPU申请中断。
（2）、IT1（TCON.2）
外部中断1（
）请求类型控制位。
IT1=0时，外部中断1程控为电平触发方式；
IT1=1时外部中断1为边沿触发方式。
当CPU检测到P3.3引脚上出现有效的中断信号时，中断标志IE1（TCON.3）置1，向CPU申请中断。
（3）、TF0（TCON.5）
片内定时/计数器T0溢出中断申请位，TF0实际上是T0中断触发器的一个输出端。
T0被允许计数以后，从初值开始加1计数，当产生溢出时置TF0=1，向CPU请求中断，直到CPU响应该中断时才由硬件清0。
（4）、TF1（TCON.7）
片内定时/计数器T1溢出中断申请位。
定时器T1被允许计数后，从初值开始加1计数，当产生溢出时置TF1=1，向CPU请求中断，直到CPU响应该中断时才由硬件清0。
（5）、RI（SCON.0）或TI（SCON.1）
串行口中断请求标志位。
当串行口接收完一帧串行数据时置位RI或当串行口发送完一帧串行数据时置位TI，向CPU申请中断。
2.3.4中断控制
（1）、中断允许控制寄存器IE
特殊功能寄存器IE为中断允许寄存器，控制CPU对中断系统所有中断以及某个中断源的开放和屏蔽（禁止），以及每个中断源是否允许中断。
其格式为：
表2-1中断控制寄存器IE
位
7
6
5
4
3
2
字节地址
A8H
EA
ES
ET1
EX1
ET0
EX0
IE
EX0（IE.0）：
外部中断0允许位；
ET0（IE.1）：
定时/计数器T0中断允许位；
EX1（IE.2）：
ET1（IE.3）：
定时/计数器T1中断允许位；
ES（IE.4）：
串行口中断允许位；
EA（IE.7）：
CPU中断允许（总允许）位。
（2）、中断源优先级设定寄存器IP
80C51单片机有两个中断优先级，即可实现二级中断服务嵌套。
每个中断源的中断优先级都是由中断优先级寄存器IP中的相应位的状态来规定的。
表2-2中断优先级
B8H
PT2
PS
PT1
PX1
PT0
PX0
IP
PX0（IP.0）：
外部中断0优先级设定位；
PT0（IP.1）：
定时/计数器T0优先级设定位；
PX1（IP.2）：
PT1（IP.3）：
定时/计数器T1优先级设定位；
PS（IP.4）：
串行口优先级设定位；
PT2（IP.5）：
定时/计数器T2优先级设定位。
同一优先级中的中断申请不止一个时，则有中断优先权排队问题。
同一优先级的中断优先权排队，由中断系统硬件确定的自然优先级形成，其排列如表2.3所示：
表2-3同优先级中断源等级序号
序号
中断源
中断标志
优先级顺序
外部中断0
IE0
最高级
最低级
定时器T0中断
TF0
外部中断1
IE1
定时器T1中断
TF1
串行口中断
RI或TI
2.3.5中断响应条件
①中断源有中断请求；
②此中断源的中断允许位为1；
③CPU开中断（即EA=1）。
2.4定时器与计数器
2.4.1定时器概述
加1计数器输入的计数脉冲有两个来源,一个是由系统的时钟振荡器输出脉冲经12分频后送来；
一个是T0或T1引脚输入的外部脉冲源。
每来一个脉冲计数器加1，当加到计数器为全1时，再输入一个脉冲就使计数器回零，且计数器的溢出使TCON中TF0或TF1置1，向CPU发出中断请求（定时/计数器中断允许时）。
如果定时/计数器工作于定时模式，则表示定时时间已到；
如果工作于计数模式，则表示计数值已满。
可见，由溢出时计数器的值减去计数初值才是加1计数器的计数值[4]。
2.4.2定时器控制字
1、工作方式寄存器TMOD
工作方式寄存器TMOD用于设置定时/计数器的工作方式，低四位用于T0，高四位用于T1。
其格式如下：
表2-4工作方式寄存器TMOD
89H
GATE
M1
M0
TMOD
各位功能如下：
（1）GATE：
门控位。
GATE＝0时，只要用软件使TCON中的TR0或TR1为1，就可以启动定时/计数器工作；
GATA＝1时，要用软件使TR0或TR1为1，同时外部中断引脚或也为高电平时，才能启动定时/计数器工作。
即此时定时器的启动多了一条件。
（2）
：
定时/计数模式选择位。
＝0为定时模式；
=1为计数模式。
（3）M1M0：
工作方式设置位。
定时/计数器有四种工作方式，由M1M0进行设置。
如下表2.5所示：
表2-5定时/计数器工作方式设置表
M1M0
工作方式
说明
00
方式0
13位定时/计数器
01
方式1
16位定时/计数器
10
方式2
8位自动重装定时/计数器
11
方式3
T0分成两个独立的8位定时/计数器；
T1此方式停止计数
2.4.3控制寄存器TCON
TCON的低4位用于控制外部中断,已在前面介绍。
TCON的高4位用于控制定时/计数器的启动和中断申请。
表2-6控制寄存器TCON
88H
TR1
TR0
TCON
TOCN各位功能如下：
TF1（TCON.7）：
T1溢出中断请求标志位。
T1计数溢出时由硬件自动置TF1为1。
CPU响应中断后TF1由硬件自动清0。
T1工作时，CPU可随时查询TF1的状态。
所以，TF1可用作查询测试的标志。
TF1也可以用软件置1或清0，同硬件置1或清0的效果一样。
TR1（TCON.6）：
T1运行控制位。
TR1置1时，T1开始工作；
TR1置0时，T1停止工作。
TR1由软件置1或清0。
所以，用软件可控制定时/计数器的启动与停止。
TF0（TCON.5）：
T0溢出中断请求标志位，其功能与TF1类同。
TR0（TCON.4）：
T0运行控制位，其功能与TR1类同。
2.4.4初始化程序
①对TMOD赋值，以确定T0和T1的工作方式[9]。
②计算初值,并将其写入TH0、TL0或TH1、TL1。
③中断方式时，则对IE（ET0/ET1）赋值，开放中断。
④使TR0或TR1置位（TCON），启动定时/计数器定时或计数。
2.5本章小结
本章主要介绍了本次设计需要用到的MCS-51单片机的部分基本原理。
第一，单片机的概述，介绍了单片机的定义和历史；
第二，以80C51为例，大致的介绍了单片机的基本组成原理；
第三，介绍了单片机的40条引脚功能，特别对输入输出接口进行了详细的介绍；
第四，介绍了单片机的一个重要部分：
中断。
首先对中断进行了阐述，然后对中断系统结构和中断响应条件进行了介绍。
第五，比较简单的介绍了定时器。
在对单片机的基本原理介绍的基础上，接下来就是对系统总体方案的设计，以完成本次设计。
第3章系统总体设计方案
3.1采用STC89C52为核心的单片机控制方案。
利用单片机灵活的编程设计和丰富的IO端口，及其控制的准确性，不但能实现基本的定时控制电源开关功能，还能添加时间设定，蜂鸣器报警提示等功能。
3.2方案图
对于硬件部分的设计，本着简单可靠的思想。
本次设计的对象是针对一个应用系统，本电子定时器能定时给电器供电或断电，其系统构图如图1所示。
系统中主要用到：
AT89C52单片机与晶振时钟电路；
继电器；
按键与LED显示等。
89C52
单片机
数码管显示
继电器控制电路
系统复位电路
图3-1系统结构图
3.3数码管
数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。
数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；
按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管。
按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。
共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极（COM）的数码管。
共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。
当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。
。
共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极（COM）的数码管。
共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。
当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。
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。
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。
动态显示驱动
数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"
a,b,c,d,e,f,g,dp"
的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。
通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。
在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。
3.4硬件电路设计
图3-2总体电路图
具体的说明如下：
数码管为分钟，秒计时
三个按键分别为选择，计数加，计数减
1通电，默认为15秒倒计时，如果不按按键，15秒倒计时结束，继电器闭合，LED亮，蜂鸣器响
2通电，按选择按键，可以选择分钟，秒计时设置，再按加，减，即可实现定时时间设置
3.5数码管显示电路
使用四位一体的共阳数码管，也能减少数码管与单片机接口时所占用的I/O线的数目，在数码管较多的情况下，通常采用这样方法。
其原理如图
图3-3数码管显示电路
四位数码管实物图如下：
图3-4数码管实物图
四位数码管，内部的4个数码管共用a~dp这8根数据线，为人们的使用提供了方便，因为里面有4个数码管，所以它有4个公共端，加上a~dp，共有12个引脚，下面便是一个共阴的四位数码管的内部结构图（共阳的与之相反）。
引脚排列依然是从左下角的那个脚（1脚）开始，以逆时针方向依次为1~12脚，下图中的数字与之一一对应。
图3-5引脚排列
3.6设定时间电路设计
按键使用方法有很多，因为系统按键较少，所以采用独立按键。
如图
图3-6键盘电路
3.7继电器控制电源电路
图3-7继电器控制电源电路
继电器采用松乐继电器SRD5V系列，具体参数如下
触点形式：
1C（SPDT）
触点负载：
3A220VAC/30VDC
阻抗：
≤100mΩ
额定电流：
3A
电气寿命：
≥10万次
机械寿命：
≥1000万次
线圈参数：
阻值（士10%）：
120Ω
线圈功耗：
0.2W
额定电压：
DC5V
吸合电压：
DC3.75V
释放电压：
DC0.5V
工作温度：
-25℃～+70℃
绝缘电阻：
≥100MΩ
线圈与触点间耐压：
4000VAC/1分钟
触点与触点间耐压：
750VAC/1分钟
从上面的继电器线圈参数得知，继电器工作吸合电流为0.2W/5V=40mA或5V/120Ω≈40mA。
三极管的选择：
功率PCM：
大于5V*继电器电流（5*40mA=0.2W）的两倍；
最大集电极电流（ICM）：
大于继电器吸合电流的两倍以上；
耐压BV（CEO）：
大于继电器工作电压5V,可选10V以上；
直流放大倍数：
取100。
三极管可选：
PCM（0.4W↑），ICM（80mA↑）,BV（10V↑）
三极管基极输入电流：
继电器的吸合电流/放大倍数=基极电流（40mA/100=4mA），为工作稳定，实际基极电流应为计算值的2倍以上。
基极电阻：
（5V-0.7V）/基极电流=电阻值（4.7V/8mA=3.3KΩ）。
电路中各元器件的参数
这里单片机IO口输出高电
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