数字定时器设计.docx

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数字定时器设计

数字定时器设计

摘要

随着时代的进步，电子行业的发展，定时器的应用也越来越广泛。

但传统的定时器都是使用发条驱动式、电机传动式或电钟式等机械定时器。

数字定时器相对传统定时器来说，体积小、重量轻、造价低、精度高、寿命长、而且安全可靠、调整方便、适于频繁使用。

本文以AT89C51单片机为核心模块，使用AT89C51内部定时器计时，设计了数字定时器的键盘模块，显示模块，声光报警模块，辅助电源模块，继电器开关模块以及硬件复位模块。

系统阐述了数字定时器的工作原理，并给出了软件流程。

该数字定时器最大定时时间为30h，可精确到分。

关键词：

定时器；单片机；AT89C51;

DesignDigitalTimer

Abstract

Withthedevelopmentoftheelectronicsindustry,timerbecomingwidelyused.Butthetraditionaltimersareusedtowind-driven,themotordriveorelectro-mechanicaltimerBell,etc.Digitaltimerrelativelytraditionaltimer,smallsize,lightweight,lowcost,highaccuracy,longlife,andsecure,easyandsuitableforfrequentuse.

ThispaperusetheAT89C51internaltimerastimecontrol,designsadigitaltimerkeyboardmodule,displaymodule,soundandlightalarmmodule,auxiliarypowermodules,relayswitchmodulesandhardwareresetmodule.Thepapersystemicexplainsdigitaltimerworksandsoftwareprocess.Thedigitaltimermaximumscheduledtimefor30h,accuratetotheminute.

Keywords:

Timer;Monolithicmachine;AT89C51;Developmentisscanned.

1绪论

我们在日常生活中，经常碰到一些需要定时的事情，例如：

印相或放大照片，需要定在零点几秒的时间，洗衣机洗涤衣物需要定在几分钟到几十分钟的时间，电风扇需要定在数十分钟的时间。

完成这种定时的定时器有多种多样，在家用电器中采用机械定时器就是根据一般上弦钟表原理设计的，这种定时器虽然结构简单，成本低，维修也比较方便，但是它的触头频繁接触和断开，大大的缩减了它的使用寿命，也不利于进一步全自动化。

在数字电子技术突飞猛进的今天，数字定时器一定会逐步取而代之，这是不言而喻的。

“定时器”总的来说有两种类型。

其一是基于模拟技术的传统产品，这种定时器功能简单，尽管曾被广泛应用过，但已进入淘汰之列。

另一种就是基于数字技术的新一代产品，这种产品功能强，是前者的换代之物。

然而，此类产品大多是较大型的设备，真正实用、携带方便、功能齐全的商品则就不多见了。

随着单片机性能价格比的不断提高，新一代产品的应用越来越广泛，大可构成复杂的工业过程控制系统，完成复杂的控制功能，小则可以用于家电控制，甚至能够用来做儿童电子玩具。

它功能强大，体积小，重量轻，灵活好用，配以适当的接口芯片，可以构造各种各样、功能各异的微电子产品。

鉴此，我们设计开发了一种基于单片机的多用途定时器。

它造价低，功能全，整体功能价格比高，配以小键盘和LED显示器，可适应各种场合的定时预警之用。

本文设计了基于51系列单片机的一种数字定时器。

1.1课题的目的和意义

以往常见的电子定时器电路大多是利用RC阻容元件的充放电原理并配合若干片普通数字集成电路芯片和外围分立元件构成的，普遍存在所需芯片、元件较多，电路相对复杂，定时时间不准确，特别是可靠性和一致性较差的问题，且电路的延时时间越长，上述问题也就会越加明显。

然而，如果采用由单片机构成的定时器电路，则可有效避免上述问题的。

多功能定时器的核心部件单片机AT89C51，它在整个人类史上的地位已经不容置疑地确立了，相信它会越来越深入地浸透到人们的生活中，并且将在一定程度上影响人们对生活的理解和诠释。

单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中。

采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。

例如精密的测量设备用单片机制作的定时器也会越来越多，这将必然成为一种趋势。

为更多的了解单片机的原理和应用，故做此设计来进行巩固。

1.2数字定时器的应用

人类最早使用的定时工具是沙漏或水漏，但在钟表诞生发展成熟之后，人们开始尝试使用这种全新的计时工具来改进定时器，达到准确控制时间的目的。

1876年，英国外科医生索加取得一项定时装置的专利，用来控制煤气街灯的开关。

它利用机械钟带动开关来控制煤气阀门。

起初每周上一次发条，1918年使用电钟计时后，就不用上发条了随着时代的进步，电子行业的发展，定时器的应用也越来越广泛。

特别是在家用电器的应用方面。

19世纪80年代，爱迪生效应的发现和验证电磁波存在的实验，为电子学的诞生创造了条件。

20世纪初，英、美等国相继发明了第一代电子器件—电子管。

1919年超外差式接收机问世，为收音机发展创造了条件。

1923～1924年，美国V.K.兹沃雷金发明了摄像管和显像管，1931年组装成世界上第一个全电子电视系统。

1954年美国始用彩色电视广播。

磁性（钢丝）录音机和磁带录音机是先后在1898年和1935年问世的，在荷兰飞利浦公司1963年发明盒式磁带的基础上，盒式磁带录音机迅速普及。

集成电路的发明，使电子技术进入微电子技术时代，使家用电器提高到一个新的水平它既节省了硬件成本，又能实现多功能。

数字定时器在家用电器中经常用于延时自动关机、定时。

延时自动关机可用于：

收音机、电视机、录音机、催眠器、门灯、路灯、汽车头灯、转弯灯以及其他电器的延时断电及延时自停电源等。

定时可用于：

照相定时曝光、定时闪光、定时放大、定时调速、定时烘箱、冰箱门开定时报警、水位定时报警、延时催眠器、延时电铃、延时电子锁、触摸定时开关等。

例如：

空调中的定时器，在工作一段时间之后便能自动切断电源停止工作。

夏季夜间使用，入睡前先顶好时间，等睡熟后到了预定时间，空调自动关机。

方便节能。

定时器可做倒计时秒表,又可进行定时，还可以通过扩展完成其他功能，而且功能的相互转换也十分简单。

对于厂商,有很大的挖掘潜在价值的空间对于消费者，也有很大的吸引力定时器除了应用于家用电器外，还广泛地用于工业农业生产和服务设施，甚至军事等。

1.3数字定时器的发展前景

传统的定时器绝大多数都是发条驱动式、电机传动式或电钟式等机械定时器，部分电子器械中也有试用时间继电器的。

相对于传统的定时器，数字定时器的体积小、重量轻、造价低、精度高、寿命长、而且安全可靠、调整方便、适于频繁使用。

所以数字定时器的发展必定大有前途。

同时随着现代数字电子技术的发展，数字定时器也在不断的进步，朝向着更多用途、更高精度、更小体积发展着。

1.4本课题的主要研究内容

数字定时器具有体积小、重量轻、造价低、精度高、寿命长、而且安全可靠、调整方便等优点，广泛应用于我们生活的各个领域。

本文AT89C51单片机为核心模块，使用AT89C51内部定时器计时，设计了数字定时器的键盘，显示，声光报警，辅助电源，继电器开关以及硬件复位的硬件原理图及相应的软件设计。

以实现最大定时时间为30h，可精确到分的数字定时器。

2.数字定时器的硬件设置及工作原理

定时器顾名思义，是用来实现定时功能的，电路组成：

一般分为控制电路，复位电路，键盘显示电路，报警电路，但并不是所有的定时器都有显示和报警功能，有许多功能简单的定时器，像洗衣机的内部定时器就没有显示功能，其他许多的家用电器也并没有报警功能，都是到时自动关闭，传统的定时器，要通过按键输入定时，而随着发展，定时器应用也越来越广泛，各种智能化性能也开始逐步实现，现在的定时器可以实现遥控定时，语音定时，也可以延时定时，循环定时等。

现在市场上出现的定时器种类很多，包括像555这样的集成芯片定时器，还有可编程的单片机定时器，在电子信息技术的飞速的发展行程中，单片机的应用也变得越来越广泛，电子这个原本没有生命的东西越来越具有智慧了，而单片机在这当中充当着“大脑”的作用，指挥着系统完成其工作以及在各种电器上面使用的电子定时器，实现定时功能的方法很多，像机械定时器就是通过，就是通过发条带动齿轮驱动带凹槽的圆形动触头控制盘转动，控制电源触点的通断。

80C51单片机内部设有两个16位的可编程定时器/计数器。

可编程的意思是指其功能（如工作方式、定时时间、量程、启动方式等）均可由指令来确定和改变。

在定时器/计数器中除了有两个16位的计数器之外，还有两个特殊功能寄存器（控制寄存器和方式寄存器）。

本设计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。

本文所涉及的数字定时器要求能定时给电器供电或断电，最大时间可以长达30h,操作使用方便，采用AT89C51单片机控制，4位共阴数码管显示时间，继电器做电器电源输出控制。

2.1主控模块的选择

在智能检测与控制系统中，单片机是其核心，是必不可少的功能部件，它负责对采集数据的计算处理、输出显示及各种控制功能的实现，单片机的优劣决定了控制系统的稳定性和准确性。

单片机是单片微型计算机简称，他把组成微型计算机的各种功能部件：

CPU（进行运算、控制）、RAM（数据存储）、ROM（程序存储）、输入/输出设备（例如：

串行口、并行输出口等）、定时器/计数器、中断控制器等部件集成在一块半导体芯片上，构成一个完整的微型计算机。

本次设计选用由ATMEL公司生产的AT89C51单片机为主控模块可以同时实现效率与经济兼并的效果：

①AT89C51单片机是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，片内含4kBytesISP（In-systemprogrammable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，128bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，完全可以满足采样检测对单片机的要求。

②AT89C51单片机内部自带有看门狗（WDT）电路，WDT由14位计数器和特殊功能寄存器中的看门狗定时器复位存储器（WDTRST）构成。

用户向WDTRST寄存器（地址为0A6H的SFR）依次写入0E1H和0E1H可以激活WDT。

当WDT激活后，当计数达到16383（3FFFH）时，14位计数器将会溢出，这将会复位器件，因此，用户必须每隔一段时间向WDTRST写入01EH和0E1H喂狗来避免WDT溢出。

这样可以避免程序进入死循环，无法正常运行。

③为做到让用户更加节电的功效，AT89C51有若干节电选项来帮助用户减少电源消耗。

AT89C51的节电模式为掉电模式和空闲节电模式。

微控制器的电源消耗与它的运行频率有关。

在空闲节电工作模式下，CPU处于睡眠状态，所有片上RAM和特殊功能寄存器的内容保持不变，片上硬件禁止访问内部RAM，而可以访问端口引脚。

在掉电模式下，晶振停止工作，激活掉电模式的指令是最