智能插座控制系统的硬件设计方案

1 智能插座控制系统的硬件设计方案 课题研究背景 能插座的现状 智能插座控制系统的设计：目前市场上的排插功能太简单，有时满足不了人们需要！比如我们经常遇到的就是电动车充电问题，电动车充电时间通常是 8个小时左右，太长则容易损耗电池，太短则充不满，如果在晚上充电，又经常不想从家里出来到车库去给车充电，或者白天充电了，晚上不想下车库或者忘了拔电等等，造成很大的不方便。本着这一思想于是提出了本课题，第一利用单片机，直流控制交流继电器等部件实现排插的定时开关功能（比如，什么时候接通，接通多久时间后断开），第二提供语音服务功能，比如播放音乐，如使用这一排插控制电饭煲，则在作饭时还可以享受音乐的服务。智能插座控制系统的实现全部是基于单片机的设计。智能插座可以用于所有家庭电器，比如电动车，手机，电脑，等等。因此研究智能插座有很大的实用意义。 智能插座已成为人们日常生活中必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及一些公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。由于单片机控制电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使智能插座具有定时准确、性能稳定、携带方便等优点。 能插座发展趋势 随着现代科学技术的发展 ,由于单片机具有优异的性能价格比，集成度高、体积小、可靠性高，控制功能强，低电压、低功耗等特点， 成品价格的下降，越来越被广大群众所接受，这种新兴产业的发展，势必在 日常 生活中产生深远的影响。 由单片机为核心的控制器控制现在排插 其主要 特点 ： 1、 具有定时 。当前有的产品 使用也相对方便，多个电器设备可以同时使用。但是在使用的过程中具有一定的局限性。现在生活水平的提高，城市人口的聚集，多数居住在高楼大厦，这给像电瓶车一样的较大需充电设备带来一定的麻烦。在车库充电完成 2 需要下楼拔掉电源或因时间长久忘记切断电源等等，带来一些不 便。智能插座则具有定时功能，根据充电需要自行设置充电时间。 2、 具有语音功能 。 可根据需要选择语音播放。 3、 采用数码管显示技术，准确显示定时时间，使用更加方便 。 4、 制作简单 ， 成本低。采用单片机就可以实现功能， 节约了大量线材和人工费用，也不用技术专家指导，普通用户可自行安装， 一步到位。 当我们只有充分了解了 单片机 的发展趋势，并掌握 插座 的知识，才能在这一行业更好更有力的发展。 设计的市场前景 使用单片机技术完善现有插座功能，满足人们的需求，目前市场还没有出现这个产品，很有竞争力。据了解，目前市 场上排插的功能单一，我们只要在现有的排插上安装一个由单片机控制的控制器就可以了。也就是说， 第一利用单片机，直流控制交流继电器等部件实现排插的定时开关功能（比如，什么时候接通，接通多久时间后断开），另一个提供语音服务功能，比如播放音乐，如使用这一排插控制电饭煲，则在作饭时还可以享受音乐的服务。 在设计时要注意的是电路控制模块要足够小，选择好相应的器件，以方便地进行安装。 3 系统方案设计及分析 机控制系统介绍 微机控制系统或微机测控系统，即由微型机与其它器件和装置适当连接起来的所谓硬件，在软件的操 作下协调运行执行预定的测量或控制任务。 当今社会，由于电子技术和微型计算机的迅速发展，它促进了微型计算机测量和控制技术的迅速发展和广泛应用。可以说，微机测控技术的应用已渗透到国民经济的各个部门。国防技术、航空、航天、铁路、冶金、化工等产业自不必说，就连日常生活中也用上了微机控制的电梯、微波炉、电冰箱、电视机、电扇、智能照相机、玩具、模糊控制洗衣机、模糊控制空调机、携带式心脏监护器等，所有这些智能机电一体化产品的出现，无不是微机测控技术的成功应用。而由单片机实现控制系统正是其中相当重要的一项。 机控 制系统的组成 3 微机控制系统包括硬件和软件两部分。 硬件是微机控制系统的物质基础。它在软件的协调配合下运行，实现系统功能控制，完成控制任务。硬件包括 :主机、外部设备、编码器和译码器、键盘按钮和执行机构、开关量输入和输出通道、接口电路和电源。控制系统的软件，指的是它的全部程序，包括系统软件和应用软件两大类。 统设计方案 根据设计的要求及性能以及考虑到使用的可能性，智能插座的主要功能是定时作用，使日常使用的需充电的电器设备在充电中更加方便。插座的功能即是在电器完成定时充电以后插座能自行切断电源。因此对于 智能插座的设计可以理解为设计一个由单片机构成的定时器。 硬件电路主要包括主控制器，定时与显示电路，键盘电路等。主控制器采用单片机 示电路采用共阳极 设计采用 其能精确定时。利用中断系统使其能实现开始暂停得功能。 个按钮开关，分别实现计时，时调节，分调节，语音，暂停功能。电路的基本要求是正确性，其次是布局 =合 理，最后在这两点下要求美观。 在设计时要注意的是电路控制模块要足够小，选择好相应的器件，以方便地进行安装。 图 能说明图 4 基于单片机的智能插座的硬件设计部分 片机的选择 单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片控制开关 单片机 数 码 管 位 驱 动 4 机微型计算机简 称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。 通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器 和 I/此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。 单片机经过 1、 2、 3、 3代的发展， 正朝着多功能、高性能、低电压、低功耗、低价格、大存储容量、强 I/发展趋势不外乎以下几个方面： 1、多功能 单片机中尽可能地把所需要的存储器和 I/得单片机可以实现更多的功能。比如 A/D、 编程计数器阵列）、 视定时器高速 I/比较逻辑等。 有的单片 机针对某一个应用领域，集成了相关的控制设备，以减少应用系统的芯片数量。例如，有的芯片以 51内核为核心，集成了 口、*I*位单片机中。 2、高效率和高性能 为了提高执行速度和执行效率，单片机开始使用 水线和 设计技术，使单片机的性能有了明显的提高，表现为：单片机的时钟频率得到提高；同样频率的单片机运行效率也有了很大的提升；由于集成度的提高，单片机的寻址能力、片内 由于系统资源和系统复杂程度的增加，开始使用高级语言（如 开发单片机的程序。使用高级语言可以降低开发 难度，缩短开发周期，增强软件的可读性和可移植性，便于改进和扩充功能。 3、低电压和低功耗 单片机的嵌入式应用决定了低电压和低功耗的特性十分重要。由于 多单片机可以在更低的电压下工作（ 功耗已经降低到些特性使得单片机系统可以在更小电源的支持下工作更长的时间。 4、低价格 单片机应用面 广，使用数量大，带来的直接好处就是成本的降低。目前世界各大公司为了提高竞争力，在提高单片机性能的同时，十分注意降低其产品的价格。 下面大致介绍一下单片机的主要应用领域和特点。 5 （ 1）家用电器领域 用单片机控制系统取代传统的模拟和数字控制电路，使家用电器（如洗衣机、空调、冰箱、微波炉、和电视机等）功能更完善，更加智能化和易于使用。 （ 2）办公自动化领域 单片机作为嵌入式系统广泛应用于现代办公设备，如计算机的键盘、磁盘驱动、打印机、复印机、电话机和传真机等。 （ 3）商业应用领域 商业应用系统部分 与家用和办公应用系统相似，但更加注重设备的稳定性、可靠性和安全性。商用系统中广泛使用的电子计量仪器、收款机、条形码阅读器、安全监测系统、空气调节系统和冷冻保鲜系统等，都采用了单片机构成的专用系统。与通用计算机相比，这些系统由于比较封闭，可以更有效地防止病毒和电磁干扰等，可靠性更高。 （ 4）工业自动化 在工业控制和机电一体化控制系统中，除了采用工控计算机外，很多都是以单片机为核心的单片机和多机系统。 （ 5）智能仪表与集成智能传感器 目前在各种电气测量仪表中普遍采用了单片机应用系统来代替传统的测量系统，使得测量系统具有存储、数据处理、查询及联网等智能功能。将单片机和传感器相结合，可以构成新一代的智能传感器。它将传感器变换后的物理量作进一步的变化和处理，使其成为数字信号，可以远距离传输并与计算机接口。 （ 6）现代交通与航空航天领域 通常应用于电子综合显示系统、动力监控系统、自动驾驶系统、通信系统以及运行监视系统等。这些领域对体积、功耗、稳定性和实时性的要求往往比商用系统还要高，因此采用单片机系统更加重要。 目前，我国生产很多型号的单片机，在此，我们采用型号为 单片机。 第一， 片机采用 低了制造成本，其软件、硬件与 第二， 序存储器， 128字节的片内 第三， 允许工作的时钟为 0 24 第四， 数据存储器，所以它不需要 类的引脚。 6 第五， 有 20个引脚，它只继承了 8031最重要的引脚，体积小巧。 片机的基本性能及结构 要性能 8位单片机 ,它具有如下主要特性： 和 2K 字节可重编程闪速存储器 耐久性： 1,000写擦除周期 6 全静态操作： 024 两级加密程序存储器 1288 位内部 15 根可编程 I/O 引线 两个 16位定时器 /计数器 六个中断源 可编程串行 道 直接 片内模拟比较器 低功耗空载和掉电方式 片的 20 个引脚及功能 图 引脚图 ( &T/ ( ( ( ( ( 0 9 8 7 6 5 11 2 13 7 1. 源电压。 2. 。 3. 位双向 I/引脚 反相输入（ 0 1” 时 ,其可用作输入端。当 引脚 它们将因内部的上拉电阻而流出电流 ( 4. 。I/3口缓冲器可吸收 20 1” 时 ,它们被内部上拉电阻拉高并可用作输入端。用作输入时 ,被外部拉低的 引脚将用上拉电阻而流出电流 ( 各种功能 ,如下表 1所示。 5. 位输入。 所有的 I/1” 。当振荡器正在运行时 ,持续给出 一个机器周期需 12个振荡器或时钟周期。 6. 为振荡器反相放大器的输入和内部时钟发生器的输入。 7. 为振荡器反相放大器的输出。 表 3口引脚 功能 行输入端口 ) 行输出端口 ) 中断 0) 中断 1) 时器 0外部输入 ) 时器 1外部输入 ) 部结构 低电压 ,高性能 8位 图 1所示， 它采用 51指令集和引脚结构兼容。通过在单块芯片上组合通用的 一强劲的微型计算机 ,它对许多嵌入式控制应用提供一高度灵活和成本低的解决办法。 8 128 8 址寄存器 P 中断控制定时 /计数器串行 I/.，。 存器 锁存器 寄存器 B 累加器 A 指令寄存器 存器 1 暂存器 2 指令译码器 时与控制 程序状态字 据 指 针冲器 程序计数器 C 增 1 程序地址寄存器 9 图 此外 ,从 构图也可看出 ,其内部结构与 8051内部结构基本一致（除模拟比较器外） ,引脚 1系列单片机相应引脚一致 ,但 0个引脚的芯片 ,引脚如图 1所示 ,与 8051内部结构进行对比可发现 , ,使它最大可能地减少了对外引脚 ,因而芯片尺寸有所减少。 软硬件约束 限制，没有设置外部存储器的接口，所以，对于外部存储器的读 /写指令如 由于 以，对于跳转指令要注意转移的目的地址范围（ 000H7,超出地址范围时，将产生不可遇见的错误结果。数据存储的范围是（ 00H 7堆栈操作时亦应加以注意。 模拟比较器的输入信号经原来的 以原来的 无法再外部使用。模拟比较器可以方便的比较两个模拟电压的大小，若外接一个 D/由模拟比较器的另一个输入端引 入被测电压，通过软件的方法也可以实现 A/ 存储器编程 允许在线修改或使用专用编程器编程。 a 个加密位，可以编程（ P）或不编程（ U）以获得不同的加密功能。加密功能表如表 表 a） 加密位内容的擦除只能通过片擦除操作来完成。 P U U P P 密功能 无加密功能 禁止对 禁止对 禁止程序校验 U 10 b 储 器的编程和程序校验 （ 1） （ b）所示。 表 b） 注：内部 00H，并由 脚正脉冲执行计数； 片擦除需要 10 编程期间 拉低来指示 c. 片机的片内 上电次序是在 浮其它引脚，等待大于 10 在 脚加高电平； 在 经 000 升高 2 使 程一个字节或加密位； 校验已被编程数据，使 2H”并设 置 以在 进行下一地址单元的字节编程，在 一脉冲，使地址计数器加 1，在 重复步骤 ，完成整个 2 下电次序为：设置 L” ,浮空其它 I/闭 (3)编程及校验电路如图 c） d）所示。 模式 写入代码数据 读出代码数据 写加密位 加密位 片擦除 读信号字节 2V 12V 12V 12V H H H H H H H H H H H H H H H L L L L L L L L L L L L 1 +5V 5V 11 说明几点： （ 1） 编程期间 拉低来指示 （ 2）单片擦除需要 10 （ 3）内部 址计数器在 00H，并由 脚正脉冲执行计数。 能插座的硬件系统设计 能插座的硬件系统具体电路设计 本课题要运用 时选用 74盘模块、继电器模块、复位电路模块、晶振电路模块等构成外围电路 来完成 智能插座控制系统的硬件设计， 并协作软件设计实现课题所要求的功能。 系统的复位电路设计 位电路模块 数码管显示模 块 时 时 钟 模 块 图 统结构框图 晶 振 电 路 按 键 控 制 扫 描 模 块 991 图 c） 编程电路 图 d） 校验电路 12 单片机与其它微处理器一样，在启动时都需要复位，使 从初态开始工作。 89系列单片机的复位信号是从 脚输入到芯片内部的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如 于一个机器周期包含 6个状态，每个状态是 2个振荡周期，所以也就是 24个振荡周期），则 如采用 12 么复位时间大约是 12 S。复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分 片机复位信号高电平有效 图 单片机复位电路 系统的晶振电路设计 13 图 晶振电路 有一个用于构成内部振荡器的高增益反响放大器，引脚 别是该放大器的输入端 和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器。外接石英晶体或者陶瓷谐振器及电容 2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容 2虽然没有严格要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低，振荡器工作的稳定性，起振的难易程序及温度稳定性！ 因此，此系统电路的晶体振荡器的值为 12容应尽可能的选择陶瓷电容，电容值约为 30 F。在焊接刷电路板时，晶体振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证震荡器稳定和可靠地工作。 系统的继电器电路设计 继电器 (是一种电门，但与一般开关不同，继电器并非以机械方式控制，而是一种以电磁力来控制切换方向的电门。当线圈通电后，会使中心的软铁核心产生磁性，将横向的摆臂吸下，而臂的右侧则迫使电门接点相接，使两接点形成通路。继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。 单片机是一个弱电器件 ,一般情况下它们大都工作 在 5V 甚至更低 以下 ,显然是不行的 就要有一个环节来衔接 ,这个环节就是所谓的 功率驱动 单的功率驱动环节 继电器驱动含有两个意思 :一是对继电器进行驱动 ,因为继电器本身对于单片机来说就是一个功率器件 ;还有就是继电器去驱动其他负载 ,比如继电器可以驱动中间继电 14 器 ,可以直接驱动接触器 ,所以 ,继电器驱动就是单片机与其他大功率负载接口 三极管是电子电路里很重要的一个元件 用 ,一个是开关作用 .(严格来讲开关作用是放大作用的极限情况 ,不过没关系 ,把两者分开 ,更便于理解它的工作原理 )我们只了解它跟本电路有关的开关作用 . 图 继电器电路 要理解这个电路 ,其实也比较容易 。 首先的 ,里面的三极管很重要 。 三极管是电子电路里很重要的一个元件 ， 简单的来说三极管有两个作用 ： 一个是放大作用 ,一个是开关作用 (严格来讲开关作用是放大作用的极限情况 ,不过没关系 ,把两者分开 ,更便于理解它的工作原理 )。 在这里 ,我们只了解它跟本电路有关的开关作用 。 首先把三极管想成一个水龙头 。 上面 的 是水池 ,继电器是一个水轮机 ,下面的 刚才说过 ,三极管就是水龙头 ,它的把手就是那个带有电阻的引脚 。 现在 ,单片机的某一个需要控制这个继电器电路的输出引脚就是一只 手 ,当单片机的这个引脚输出低电平的时候 ,就像 手 在打开三极管 水龙头 ,水就从上往下流 ,继电器 水轮机 就开始转起来了 。 反之 ,如果是输出高电平 ,手 就开始关 水龙头 ,继电器 水轮机 因为没有水流下来 ,就会停止 。 这就是三极管的开关作用 。 简单的理解和记忆就是 :三极管是一个开关器件 ,其实你真的可以将它看成是一个开关 , 15 只不过它不是用手来控制 ,而是用电压 (电流 )来控制的 ,因此 ,三极管有些时候也被称做电子开关 (与机械开关相区别 )。 图上还有一个东西 就是 继电器线圈两端反相并联的二极管 ,起到吸收反向电动势的功能，保护相应的驱动三极管 ,只要是用三极管驱动继电器的场合 ,一般都有它的存在 。 需要特别注意的是它的接法 :并联在继电器两端 ， 阴极一定是接 这里继电器由相应的 极管来驱动，开机时，单片机初始化后的 高电平， 5 伏电源通过电阻使三极管导通，所以开机后继电器始终处于吸合状态，如果我们在程序中给单片机一条： 应三极管的基极就会被拉低到零伏左右，使相应的三极管截至，继电器就会断电释放，每个继电器都有一个常开转常闭的接点，便于在其他电路中使用 。 如图 ， ， +5极管、二极管以及电阻构成了继电器线 圈两端的控制电路，当 为低电平时，通过三极管的发射极接地，使得二极管截止，继电器的电磁铁的线圈不会通电，其触点不会接触在一起； 极管被导通 ，继电器的电线圈会通电，其触点会接触在一起，于是就会形成通路。 继电器部分电路的作用就是通过单片机的控制其通断， 当光频转换器工作，即当外部有光照时，使单片机开始工作。当外部没有光照时，使得单片机停止对光信号的检测。提高了单片机的工作效率。同时，也降低了功耗。 根据电路的需要和实际情况选择 列 ， 型 号 为 ： 继电器，其具体的参数如下： 外形尺寸（ LWH ） 重 量 ： 2g 触点参数：触点形式： 2C（ 触点负载： 2 抗： 50额定电流： 2A 电气寿命： 10 万回 机械寿命： 1 亿回 线圈参数： 阻值 (士 10%)： 45 线圈功耗： 20016 额定电压： V 吸合电压： 放电压： 作温度： +85 绝缘电阻： 1000线圈与触点间耐压： 1000分钟 触点与触点间耐压： 1000分钟 系统的键盘电路设计 （ 1）方案选择： 方案一：矩阵键盘，其按键触点接于由行、列母线构成的矩阵电路交叉处，每当按下一个键时，通过该键将行、 列母线相通。若在行、列母线中把行母线逐行置 0，那么列母线就用来做信号输入线。 方案二：独立键盘，如图 示。每个键都有一根信号线与单片机电路相连，所有按键都有一个公共地或公共正端，每个键相互独立互不影响。当按下一个键时，无论其它键是否被按下，信号线由 1 变为 0；当松开此键时，无论其它键是否被按下，信号线由 0 变为 1。根据本次设计十几情况按键使用较少，所以采取方案二独立按键。 图 键盘电路 （ 2） 独立式按键工作原理 用 I 个独立式按键单独占有一根 I ，每根 I 一个按键对应着个端口输入，每一个按键都有一个按键电路来判断其是否按下。 时钟电路设计 17 （ 1） 时钟芯片 实时时钟电路 要特点是采用串行数据传输，可为掉电保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能。采用普通 （ 2） 时钟芯片 1） 美国 功耗 、带 可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为 用三线接口与 可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或 1 8的用于临时性存放数据的 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。图 a）所示出其中 主电源 关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。 2是振荡源，外接 片选线，通过把 先， 许地址 /命令序列送入移位寄存器；其次， 有的数据传送被初始化，允许对 果在传送过程中会终止此次数据传送， I/电运行时，在 有在 能将 (双向 )，后面有详细说明。 （ a） 脚图 18 图 (b) 2） 各引脚的功能为： 电源； 份电源。当 ，由 行时钟，输入； I/O：三线接口时的双向数据线； 入信号，在读、写数据期间，必须为高。该引脚有两个功能：第一， 访问移位寄存器的控制逻辑；其次， 3） 下列几组寄存器： 间的寄存器共有 12个，其中有 7个寄存器（读时 81h 8时 80h 8存放的数据格式为 形式，如 表 1） 所示。 读寄存器 写寄存器 围 81h 80h 0秒 秒 00 59 83h 82h 10秒 分 00 59 85h 84h 12/24 0 10 时 时 1 12/0 2 M 87h 86h 0 0 10日 日 1 31 89h 88h 0 0 0 10月 月 1 12 8 0 0 0 0 周日 1 7 80年 年 00 99 8P 0 0 0 0 0 0 0 表 1） 19 间的寄存器 ： 小时寄存器（ 85h、 84h）的位 7用于定义 2小时模式还是 24小时模式。当为高时，选择 12小时模式。在 12小 时模式时，位 5是，当为 1时，表示 24小时模式时，位 5是第二个 10 小时位。 秒寄存器（ 81h、 80h）的位 7定义为时钟暂停标志（ 当该位置为 1时，时钟振荡器停止， 于低功耗状态；当该位置为 0时，时钟开始运行。 控制寄存器（ 88位 7是写保护位（ 其它 7位均置为 0。在任何的对时钟和 。当 时，写保护位防止对任一寄存器的写操作。 1字节静态 2） 所示。 读地址 写地址 数据范围 2h 003h 005h 00 00 2） 所谓突发模式是指一次传送多个字节的时钟信号和 发模式寄存器如 )所示。 工作模式寄存器 读寄存器 写寄存器 时钟突发模式寄存器 ) 此外， 有充电寄存器等。 4） 读写时序说明 线驱动方式。它不仅要向寄存器写入控制字，还需要读取相应寄存器的数据。 要想与 信，首先要先了解 控制字。 20 表 4） 。 7 6 5 4 3 2 1 0 1 4 2 0 k 4） 。 （ 1）控制字的最高有效位（位 7）必须是逻辑 1，如果它为 0，则不能把数据写入到 （ 2） 位 6：如果为 0，则表示存取日历时钟数据，为 1表示存取 （ 3） 位 5至位 1（ 指示操作单元的地址； （ 4） 位 0（最低有效位）：如为 0，表示要进行写操作，为 1表示进行读操作。 控制字总是从最低位开始输出。在控制字指令输入后的下一个 钟的上升沿时，数据被写入 据输入从最低位（ 0位）开始。同样，在紧跟 8位的控制字指令后的下一个 出 出的数据也是从最低位到最高位。数据读写时序如图 )。 图 ) 数据读写时序 图 （ 3） 时钟芯片 21 图 c） 在调试程序时可以不加电容器，只加一个 晶振即可。只是选择晶振时，不同的晶振，误差也较大。 可以使用北京卫信杰科技发展有限公司生产的 10位多功能 8段液晶显示模块 含看门狗 (时钟发生器及两种频率的蜂鸣器驱动电路，并有内置显示 显示任意字段笔划，具有 3 4线串行接口，可与任何单片机、 耗低，显示状态时电流为 2 A (典型值 )，省电模式时小于 1 A，工作电压为 示清晰。 显示电路设计 （ 1） 态显示选择 方案一 ： 显示电路通常采用液晶显示和数码管显示，对于一般的段式液晶屏需要专门的驱动电路，而且液晶作为一种被动显示，可视性差，不适合远距离观看，对于具有驱动电路和单片机借口的液晶显示模块一般采用并行接口。对单片机的接口要求较高，占用资源多。另外单片机没有专门的液晶驱动接口。 方案二： 数码管作为一种主动的显示器件，具有亮度高，相应速度快，防潮防湿性能好，温度特性极好价格便宜，易于购买等优点而且具有远距离显示效果，很适合夜间或远距离操作。因此本设计采用 8段数码管作为显示介质。 数码管显示可分为静态显示和动态显示两种。由于本设计采用五位数码管显示时间，如果采用静态显示则站用的接口线多，硬件电路复杂，所以采用动态显示。 （ 2） 态显示 该模块主要由 接口电路是把所有的 个笔画段A G， 每一个数码管的公共端 。 有显示器接受到相同的字型码，但究竟是哪个显示器亮取决于 这一端是由 I/2 一位。而所谓动态扫描就是指我们采用分时的方法，轮流控制各个显示器的 各个显示器轮流点亮。1 2 3 4 5 6i t u m b e r R e v i s i o nS i z a t e : 2 4 - M a y - 2 0 0 9 S h e e t o f F i l e : C : D o c u m e n t s a n d S e tt i n g s A d m i n i s t r a t o r 桌面 x f . d d bD r a w n B y :5 8 8 D（ a ）共阴极 （ b ）共阳极 （ c ）管脚配置图 a） 示模块 在轮流点亮扫描的过程中，每位显示管的点亮时间是极为短暂的，约 1由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位显示器并非同时点亮，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。 本设计显示部分采用共阳极 码管的引脚图以及接线图见图 a）所示。 （ 3） 动 74有在清除端保持高电平时，才具有锁存功能，锁存控制端为 11脚 用上升沿锁存。 1D 81Q 8脉冲触发，低电平清除，常用作 8位地址锁存器。由于 15个 I/ 即 3口， 单 15个 I/8位 是不够的， 我们通过一片面 74 用于驱动 位段码， 8位 a g段连在一起 。 23 图 a） 示驱动 （ 4 ）显示电路 图 b） 显示电路 24 动态显示电路由显示模快，字形码驱动模块。自位 驱动模块三部分组成。图所示为本系统的 6 为 态显示器接口电路。 6 个数码管 8 段选线的分别与驱动芯片接单片机 控制也和另一驱动芯片接单片机 语音电路设计 在很多的单片机系统中除了显示器件外经常还有发声器件。蜂鸣器一般用于一些要求不高的声音报警及按键操作提示音场合。蜂鸣器外形如图 a）所示。 图 a） 蜂鸣器实物图 蜂鸣器和普通扬声器相比，最重要的一个特点是只要按照极性要求加上合适的直流电压，就可以发出固有频率的声音，因此使用起来比扬声 器简单。由此可知，蜂鸣器的控制和 虽然蜂鸣器的控制和 在外围硬件电路上却有所不同，因为蜂鸣器是一个感性负载，一般不建议用单片机 I/以最好加个驱动三极管，在要求较高的场合还会加上 3保护二极管。b）所示。 图 b） 蜂鸣器电路图 25 5. 软件部分设计 本系统由单片机 用模块化结构设计。主要实现的功能是： 把单片机控制技术、键盘扫描与显示有机的结合起来， 运用继电器、键 盘按钮等完成基于单片机 能插座系统 的设计 , 实现的功能包括通过单片机控制电路实现定时功能并在显示电路中显示定时时间。其软件流程图如 5 图 6件流程图 秒脉冲发生器是由定时器 6位计数器模式，当 变为全 0时产生中断，本程序中 约 断一次。这里使用的晶振频率为 统产生 中断后， 首先保存 值，然后为 装初值，判断中断次数是否小于 100，是则转出中断服务，反之则为秒计数器加 1，秒计数器如果大于 59，则为分计数器加 1， 同时秒计数器清 0。 同样分计数器如大于 59则为时计数器加 1，同时分计数器清 0，时计数器如大于 23则清 0并转出中断服务。 00次的时间刚好为 1秒钟。 主 程 序 上 电 复 位 轮 流 显 示 预 设 时 间到否 有键按下 判 断 键 值 相 应 处 理 相 应 处 理 26 上电复位过程：首先 ， 位置 1，低 3位置 0。设置定时器 作于 16 位计数器模式，并赋初值 000H，关闭外部中断和串行口中断，时间计数器 ，所有预置时间存储区全部赋值 此所有初始化工作完成。主程序工作过程：首先循环进行六个数码管扫描显示（ 然后比较所有预置时间（ ）是否与当前时间相等，如相等则转向相应处理程序。在比较完成（或处理完成）后判断有无按键（ 没有则返回继续显示、比较、判断；有按键则转向相应处理程序。按键转移采用偏移量加表格跳转转移法（ 简单、明了。预置时间比较则采用逐一比较法， 即对每一个预置值进行比较， 如相等则做相应处理。具体比较时（ 比较 如不相等则直接转出并置“时间到”标志 ，如 置该标志为 1。本程序在显示及按键处理 （设置过程） 中巧妙使用 存器作为公用地址寄存工具，对实时时间和预置时间的显示和修改调用同一程序完成，使源代码长度大大缩短，提高了程序的可读性和运行效率。 6. 单片机硬软件调试 件、软件调试 （ 1）硬件调试 根据设计的原理