可预置定时电路设计.docx

1、可预置定时电路设计 可预置定时电路设计李邦强（安阳师范学院 物电学院, 河南 安阳 455000) 摘 要：本设计是以STC89C52单片机作为控制芯片，以单片机原理为基础，整个系统由控制模块电路、数码管显示模块电路、键盘输入模块电路、报警模块电路、串口通信模块电路构成。该系统具有一个走时准确的时钟的功能，还可以可以通过按键任意预置时间，系统按照预置值进行倒计时，当计时到零时执行打铃报警，同时发出对继电器进行控制的信号。关键词：STC89C52；定时电路；74LS1381 引言 在日常生活和工作中，我们常常用到定时控制，如扩印过程中的曝光定时等。早期常用的一些时间控制单元都使用模拟电路设计制作

2、的，其定时准确性和重复精度都不是很理想，现在基本上都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。随着单片机性能价格比的不断提高，新一代产品的应用也越来越广泛，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，甚至可以用于儿童电子玩具。它功能强大，体积小，质量轻，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。随着电子技术的飞速发展，家用电器和办公电子设备逐渐增多，不同的设备都有自己的控制器，使用起来很不方便。根据这种实际情况，设计了一个可预置的定时显示报警系统，它可以避免多种控制器的混淆，利用一个控制器对多路电器进行控制，同时又可

3、以进行时钟校准和报警打铃。它可以执行不同的异常信号的报警，可以任意设置时间，可以控制时间的显示。这种具有人们所需要的智能化特性的产品减轻了人的劳动，扩大了数字化的范围，为家庭数字化提供了可能。从早期的采用模拟电路构成的报警系，到后来采用数字电路构成报警系统，再到采用MCU做为控制器的报警系统。随着科学技术、特别是微机、电子、光学技术的迅猛发展，也带动了定时报警系统的发展。表现为传感元件的深入开发，更加扩大了火灾探测器家族的成员；智能技术的应用，使得报警系统等产品开始步入智能水平的初期阶段。尽管我国定式报警技术起步较晚，与世界先进国家有一定的差距，但我国定时报警技术的发展速度较快，近年来各类定式

4、报警设计规范和相关技术标准日趋完善，定时报警科学理论研究进步明显并获得工程应用，特别是定时报警系统作为我国20世纪80年代新兴的技术密集型产品，其科研开发和生产技术能力快速提高，大大缩小了与国际先进技术的差距，具备了研究、设计、生产智能化定时报警系统的技术实力，使我国定时报警系统的研制、开发、生产和应用等方面取得了令人瞩目的成就，极大地推动了定时报警系统技术产品的广泛应用。在目前的科学技术条件下，定时报警技术和硬件方面暂时不会有大的飞跃，已经基本成形。而我们的主要任务应该是充分利用、完善这种技术，并在此基础上找到更加可靠的定时报警判据，开发出定时报警系统的基础软件。借助当今的先进技术，研制智能

5、程序较高、更具抗干扰的综合性强的定时报警系统刻不容缓，以利更好地满足社会需要，为报警事业增添光彩。可预置定时电路的设计可以很好地解决这些问题，因此就应运而生。2 技术要求2.1 设计一个可灵活预置时间的计时电路，要求具有时间显示功能，能准确地预置和清零。2.2 设置外部开关，控制数码管时间的清零、预置、启动和计数。2.3 当计时器时间到零时，显示器上显示00-00-00，同时小喇叭发声报警。2.4 电路工作电压是+3.5V+9，温度范围比较宽，-2040度都可以。3 方案论证3.1 采用分立式元器件，运用数字电路技术，可以设计出报警系统，但这样的系统元器件较多，稳定性差，精度不高，走时不准确。

6、定时器由启动电路、秒脉冲发生器、预置输入电路、计数器、译码显示电路、报警电路和控制电路共7部分组成。其中计数器和控制电路是系统的主要部分。计数器完成计时功能，而控制电路完成计数器的直接清零、启动计数、暂停/连续计数、译码显示电路的显示与灭灯，定时时间到报警等功能。可参考原理框图如图1所示。图1 数电定时电路原理框图这种方法用到的元件较多，设计也较麻烦，我最终没有采纳。3.2 采用单片机做控制器，运用较少的外围器件就可设计出定时报警系统。这样的系统稳定性较好，精度较高，走时较准确，性价比高。定时电路报警系统硬件电路通常由以下7个模块电路构成：控制模块电路、数码管显示模块电路、键盘输入模块电路、报

7、警模块电路、时钟电路、电源电路、串口通信模块电路，其中电源用的是外接电源，另外还有复位电路是单片机必备的。其基本组成框图如图2所示。图2 定时电路报警系统设计框图综合考虑：对于生活上的简单应用而言，方案2完全符合应用要求，况且性价比高，另外单片机运用也比较方便，故选择方案2。4 硬件设计4.1 主要器件的选择任何一个电路的设计器件的选择都是一个重要的环节，器件选择不合理可能使电路达不到设计要求，也可能使整个设计成本过高。因此正确合理选择器件显得尤为重要。4.1.1 MCU的选择在市场上存在着各种各样的单片机，每种单片机都有其各自的优点，但是单片机的选用不能一味的追求高性能，而应该综合考虑用途和

8、价格，以达到较高的性价比。综合考虑系统需求及系统成本，在此选用宏晶公司生产的STC89C52RC单片机。STC89C52RC是一款低电压、低功耗，高性能的CMOS 8位单片机。内置有通用8位中央处理器，支持在线编程，不需要专门的编程器(这点比较方便)片内含有8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序程序存储器和512 bytes的随机存取数据存储器（内RAM256B、XRAM256B），兼容标准MCS-51指令系统。STC89C52RC有40个引脚，32/36(P4口E8H)个IO端口，同时内含4个外中断口，3个16位可编程定时器，2个全双工串行通信口，特别适合对处理器要求不是很高的场合

9、。STC89C52RC的性能完全能满足系统要求，而且成本比较低。单片机简介一、STC89C52RC单片机总体结构框图如图3图3 STC89C52RC总体结构框图二、 引脚功能STC89C52RC引脚排列图如4 图4 STC89C52RC引脚分布 VCC（40）：3.4-5.5V GND（20）：接地 P0口（3932）：P0口为8位漏极开路双向I/O口，每个引脚可吸收8个TTL门电流。 P1口（18）：P1口是从内部提供上拉电阻器的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收和输出4个TTL门电流。 P2口（2128）：P2口为内部上拉电阻器的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收和输出4个TTL门电流

10、。 P3口（1017）：P3口是8个带有内部上拉电阻器的双向I/O口，可接收和输出4个TTL门电流，P3口也可作为AT89C51的特殊功能口。 RST（9）：复位输入。当振荡器复位时，要保持RST引脚2个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG（30）：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节，在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6，它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的，要注意的是，每当访问外部数据存储器时，将跳过1个ALE脉冲。 PSEN（29）：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序

11、存储器取值期间，每个机器周期2次PSEN有效，但在访问外部数据存储器时，这2次有效的PSEN信号将不出现。 EA/VPP（31）：当EA保持低电平时，外部程序存储器地址为（0000HFFFFH）不管是否有内部程序存储器。FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 XTAL1（19）：反向振荡器放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2（18）：来自反向振荡器的输出。 STC89C52RC的具体特性可以查看其数据手册。4.1.2 其他器件的选择由于IO口负载能力有限，在显示电路上运用了七段码数码管，为了节省IO口，用74HC138与数码管相连作为片选端。4.2 子模块

12、电路设计4.2.1 复位电路设计 89C52是CMOS型单片机，当振荡器起振后，在RET引脚上输入2个机器周期以上高电平，器件便进入复位状态，此时ATE、PSEN、P0、P1、P2、P3输出高电平，RET上输入返回低电平后，退出复位状态。对于89c52等CMOS型单片机只要在RET脚接一个取合适值的电容便可实现上电自动复位。本系统设计采用的是上电复位和人工开关复位相结合的复位方式。如图5 图5 上电和人工复位4.2.2 时钟电路设计89C52等CMOS型单片机内部有一个可控的反相发大器，引脚XTAL1、XTAL2为反相放大器输入端和输出端，在引脚XTAL1、XTAL2上外接晶振和电容便组成振荡

13、器，电容的典型值为（2040）pF。本系统设计的时钟电路如图6图6 时钟电路4.2.3 按键电路设计键盘是由若干个按键组成的开关矩阵，它是最简单也是最常用的单片机输入设备，操作员可以通过键盘输入数据或命令，实现简单的人机通信。本系统采用4*4的矩形键盘。其中sw1是设置键，sw2是确认键，sw3是时加1，sw4是时减1，sw5是分加1，sw6是分减1，sw7是秒加一，sw8是秒减一。如图7图7 按键电路4.2.4 报警和继电器控制电路设计报警电路和继电器控制电路通过ULN2003A的驱动与单片机IO口相连接，其中喇叭受到P1.6控制，继电器受P1.5控制，如图8。继电器是由浙江省创星电子有限公

14、司生产的JQC-3F-05V-DC-1ZS。这类继电器由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等构件组成。在线圈两端加上+5V的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、断的转换。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。当P1.5输出低电平时继

15、电器上有5v电压此时3和4吸合，当P1.5输出高电平时，继电器上的电压为0,此时3和5吸合。单片机上P1.6是压电喇叭的驱动位，持续送出工作脉冲可以推动喇叭发出哔的声音，当工作频率越高时，声音越清脆，工作频率越低时，声音则较低沉。图8 报警和继电器控制电路4.2.5 数码显示电路设计 时钟最终显示在七段数码管上面，本系统数码管采用共阴极连接，通过译码器74HC138与单片机P2口的P2.0、P2.1、P2.2连接，成为动态扫描显示的位选。字形码从P1口通过74HC573的驱动送至数码管。数码显示电路如图9 图9 数码显示电路4.2.6 电源电路设计采用外接干电池，无需设计专门的电源电路。4.2.7 串口通信电路设计STC89C52RC单片机支持串口通信在线下载程序，不需要专门的烧录器，方便了工程的设计。5 软件设计 5.1 主程序流程图主程序当中主要包括各初始变量的初始化，各定时器的初始化，并在主程序当中包含按键扫描本分程序。如图10 图10 主程序流程图5.2 子模块的设计流程及其代码5.2.1 定时器T0流程图定时器T0是整个系统的计时基础，定时器T0产生一个10ms的定时中断，进入中断服务子程序时，通过一个变量来判断是否到达1s，达1s时则执行相应的倒计时程序。流程图如图11 图