定时开关控制器设计.docx

1、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数码管来进展显示，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Timer Switch Controller DesignAbstract： This design uses STC89C51RC chip as the core, with th

2、e necessary peripheral circuits, designed a timer, which is powered by 5V DC power supply. In terms of hardware, in addition to CPU, the use of four LED seven segmentdigital tube display, LED digital tube by using dynamic scanning display. The digital tube can display, divided. 5 keys can be achieve

3、d on the timingadjustment. Software using C programming language. The timing system canachieve time display, timing, opening and closing load power function. Keywords:STC89C51;timer;Digital tube5 何宏主编.单片机原理与接口技术北京国防工业出版社，2006. 76 李光.单片机根底.北京：北京航空航天大学出版社，19947 倪晓军.单片机原理与接口技术教程.北京：清华大学出版社，2021姚年春.向华Pr

4、otel99SE根底教程.北京：人民名邮电出版社，20219 韩颖.Proteus在单片机技术实训中的应用J;中国科教创新导刊,2021, 31期10 李贵庭.单片机应用技术及工程化训练.西南交通大学出版社，2021致谢不知不觉，毕业设计完毕了。我的毕业论文己整理完毕，电路调试进展良好。毕业设 计的完成意味着我的大学学习生活即将完毕，从此我将进入一个新的人生旅途、开场一段 崭新的生活一一工作。在此，我衷心地感谢所有在我做毕业设计期间帮助过我人。首先我要感谢李学明教师的大力帮助和支持。在整个设计过程当中，为我的毕业设计 带来了很大方便。同时在我完成毕业设计的过程中提供了很多指导性的意见使我受益匪

5、 浅。在此，我衷心感谢教师给予我的帮助和教育。此外，还要衷心感谢其他所有对本课题的研究和论文撰写有过帮助的同学。最后，我要感谢我的母校一一江苏农林职业技术学院，在校期间，这里给我留下了美 好的回忆。特别是在我即将踏上工作岗位的同时，毕业设计整个过程给了我这样一个锻炼 的时机，使我加深了对以前知识的理解和稳固，拓宽了知识面，也提高了我对所学知识的 综合应用能力。祝愿母校的将来更美好！ 附录1:定时器源程序#include<reg52.h>/开场键/关闭键/预约键/加1键减1键/预留键电源开关指示灯/按键指示灯#define uchar unsigned char tfdefine u

6、int unsigned int sbit KEYON =P2"0;sbit KEYOFF=P2"l;sbit KEYSET=P2"2;sbit KEYINC二P2"3;sbit KEYDEC二P2"4;sbit KEYFREE=P2"5; sbit POWER=P3"6;sbit LED=P3"3 : uchar code dispcode二0x3f, 0x06, 0x05b, 0x4f, 0x66,/0-9的字型码/显示缓冲区/小时、分变量延时子函数/定时器初始化子函数0x6d, 0x7d, 0x07, 0x7

7、f, 0x6f, 0x40; uchar data disbuf = 0, 0, 0, 0); uchar hour, min ;bit Onflag, flag; uchar Setflag; void delay(uchar); void init (void);uchar GetKeyNumO ; void Keyprocess(uchar); void calculate(); void display();/void main(void) init ();Pl=0x00; while (1) display ();/void init ()(TM0D=0xll;TH0= (65536

8、-50000)/256;TL0= (65536-50000)%256;TH1= (65536-50000)/256;TL1=(65536-50000)%256;IT0=l;EXO=1;ET1=1;ETO=1;EA 二1;TRO-1;/显示子函数void display()求按键号按键处理子函数计时子函数/显示子函数主函数定时器TO、T1初始化，外部中断0初始化子函数/TO、T1作定时器、工作方式1/定时50ms/选择外部中断0为下降沿触发方式/开外部中断0/开定时器1/开定时器0/开总中断uchar i,j=0x08;if (Setflag=0)&&!(min|hour)/数码

9、管显示“-for (i=0;i<4;i+) disbufi=dispcode10;elsedisbuf0 disbuf1 disbuf2 disbuf3 =dispcodemin%10;二 dispcodemin/10;二 dispcodehour%10+0x80:=dispcodehour/10;if (Setflag!=0)&flag)/正常显示时间/分个位/分十位/小时个位/小时十位/如果调时，数码管闪烁显示for(i=0;i<4;i+)if (disbufi=0x3f)&&(i>2) P0=0;elsePO=disbufi;if (Setfla

10、g=l) Pl=j&0xfc; else Pl=j & 0xf3;delay(5);Pl二0x00;J=J»1； else(for(i=0;i<4;i+)if (disbufi=0x3f)&&(i2) else P0二disbufi; Pl=j； delay (5);Pl=0X00; j=j»l； ) /P0=0;/不显示前面的0/调时，关断前两位位码 /调分，关断后两位位码延时2. 5ms数码管正常显示/不显示前面的0/位选通延时2. 5msvoid intO ()interrupt uchar keynum; display ();

11、 if (INT0=0) keynum=GetKeyNum(); while(INT0=0); Keyprocess (keynum); /void timeO()外部中断0中断函数0 using 0定时器0中断子函数interrupt 1static uchar ledcnt, num;动态显示程序作为去抖动/判断是否有按键按下有效键，获取键值/等待按键释放按键处理处理调时、显示器闪烁设置静态变量/定时50msTH0=(65536-50000)/256;TL0= (65536-50000)%256;if(Onflag && (hour | min) !=0) | ! Onfl

12、ag) /指示灯每隔 0.5s 闪烁 ledcnt+;if (ledcnt=10)/ 10 X 50mS=0. 5Sledcnt=0; LED=LED;if (Setflag!=0)调时闪烁num+; if (num=5) num=0;flag=、flag;/定时器1中断子函数void timel() interrupt 3TH1二(65536-50000)/256;TL1= (65536-50000)%256;calculate () ;/计时/求按键号uchar GetKeyNumOtemp=l; temp=2; temp=3; temp=4; temp=5;temp=6;uchar te

13、mp; if (KEYON=O) if (KEYOFF=O) if (KEYSETS) if (KEYINC=O) if (KEYDEC=O) if (KEYFREE=O) return (temp);switch(x)(case 1:Onflag=l;Setflag二0;if(ISetflag)&&!(hour | min) POWER=0;LED=0;elseTR1=1;break;case 2 : 0nflag=0;Setflag=0;hour=0;min=0;POWER=1;LED=1;break;case 3:if (Onflag=0)Setflag+;if (Set

14、f lag3) Setf lag=l;break;case 4:if (Setf lag=l)hour+;if (hour=12)hour=0;if (Setf lag2)min+;if(min二二60)min二0;) break;case 5:/KEYON处理函数/开Onflag标志/关(Setflag)调时标志没有调时且未处于预约，继电器通/定时器1运行、执行计时程序/KEYOFF,关处理,标志清0预约调时/调分键，处理调时标志/加1键/调时键，最大只能调到11调分键，最大只能调到59减1键调时键，减小时处理，最小0调分键，减分处理，最小0if (Setf lag=l)(hour一一 ;i

15、f (hour=-l)hour二12;if (Setflag=2)min一;if (min=-l)min二59; break;/计算时间void caculate()/tcount为定时次数/I次50ms到,改变定时次数 /1200*50ms=l 分钟初始化定时次数static uint tcount; if(hour | min)!=0)tcount+;if (tcount=1200)tcount二0;if (min0)min=60;hour一；min一一；预约时间到继电器接通if (min=0)&(hour=0)POWERPC;LED二0;TR1=O;/void delay(uch

16、ar x)定时0. 5msuchar j, k;for (j=x; j>0; j) for (k=249;k>0;k-);附录2：定时器电路图°Ro专rAs% -051- vrnASHr 邑，邑 za dH riH-E己 IcoAtfflHV f_L -1-1. 旦 MV IT Zd庆8关 I - - - ViuoCMr>sgr-CO6Oi62L9SC)zIR任ftr5R_2r>d IQ-忌 Cd TDSd 01/lHd Ewtxd 5Di 耳 d axln.e ax旨R二d nz z= 祐号z安冬rNd HwgfNd r>参富 CM签富 L甬Zd &#

17、176;Mzzd WNd §as妄 3<lx 人1. 概述12. 方案设计12. 1要求功能12. 2电路设计方案确定22. 3 STC89C51单片机介绍22. 3. 1主要功能、性能参数22.3.2引脚分配23. 硬件电路设计33. 1单片机最小系统33. 1. 1振荡电路33. 1. 2复位电路33. 2数码管驱动电路33. 3按键电路43.4中断触发电路43. 5继电器控制电路43. 6显示系统43. 7整机工作原理54. 软件设计55. 系统调试65. 1软件调试概述65. 2软件调试65. 3系统仿真测试65. 3. 1仿真测试方法65. 3. 2仿真测试结果76.

18、 结论7参考文献错误!未定义书签。致谢8附录1：定时器源程序8附录2：定时器电路图151. 概述随着产业构造的不断调整、生产工艺的飞速开展、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

19、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。硬件局部主要由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语言进展软件设计，为了便于扩展和更改，软件的设计采用模块 化构造，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软件中进展调试，确定没有问题后，在Proteus软件中嵌 入单片机内进展仿真。在日新月异的21世纪里，家用电子产品得到了迅速开展。许多家 电设备都趋于人性化、智

20、能化，这些电器设备大局部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，到达方便用电和 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，到达定时开关机的目的。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. 开场键：按下该键，电源接通。或当调时完毕后按下该键，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展“小时调整；第二次按下该键, 可以

21、对电源的接通时间进展“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0o6. 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

22、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，既节约经济又到达了我们所需的 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STC

23、89系列单片机的定时控制系统2. 3 STC89C51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、AD、PWM等模块。该器件的根本功能与普通的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：040MHZ,相当于普通8051的080MHZ；3. STC89C5xRC 对应 Flash 空间：4KB8KB15KB；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

24、统可编程）IAP（在应用可编程），无需专用编程器'仿真器；9. 通用 10 口： 3236个；10. 工作电压：3. 85. 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2-2 STC89C51RC 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. 0P0. 7作为四位七段数码管的段码输出端，Pl. OP1. 3 作为四位数码管共阴极）的位码输出端。P2.0P2.5作为键盘信号的输出端。P

25、3.6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，振荡器就开场振荡起来。振荡电路为单片机工作提供了所 需要的时钟脉冲信号，单片机开场执行程序。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lus。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。假设从18脚输入外 部时钟脉冲，那么19脚接地。振荡电路如图3-1所示。图3-1单

26、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场工作时， 内部存放器进展初始化，让单片机从初始状态开场工作。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 得内部特殊功能存放器的内容均被设置成状态，并且从ROM中地址0000II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10kQ。由于P0 口输出电流有限，为减轻单

27、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。Pl 口通过一个六反相器74LS04 和数码管的位码输入端相连，故P1.0P1.3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。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到达稳定。这一过程是处 于高、低电平之间的一种不稳定状态

28、，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510ms之间。为了防止CPU屡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 P2.0P2.5 口相连接，通过上拉电阻和电源相连接，当按键没有按下时，P2.0P2.5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 口表示开场键；P2. 1 口表示关闭键；P2.2 口表示预约键；P2. 3 口表示数字

29、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所不。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商污（即P3.2引脚），从而引起单片机中断，停顿执行正在执 行的程序，转而去执行中断效劳程序。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

30、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，可以提高驱动负载的能力，利用三极管截止和饱和导通去控制继电 器的闭合/断开。因为P3.6 口作为控制信号的输出口，控制继电器吸合与释放，所以当定 时时间未到时，P3.6引脚输出的是高电平，三极管处于截止状态，继电器无动作，开关不 会闭合，负载不工作。当定时时间到，P3.6引脚输出的是低电平，三极管饱和导通，继电 器动作，开关闭合，负载得电运行。电路如图3-6所示。图3-6继电器控制电路3. 6显示系统LED显示器由多位数码管组成，各段LED显示器需要由驱动电路驱动。七段LED数码

31、 管显示器通常将各段发光二极管的阴极或阳极连在一起作为公共端。将各段发光二极管阳 极连在一起的叫共阳极显示器，用低电平驱动；将阴极连在一起的叫共阴极显示器，用高 电平驱动。静态显示就是每一个显示器各笔画段都要独占具有一个锁存功能的输出口线， CPU把要显示的字形代码送到输出口上，就可以使显示器上显示所需的数字或符号，此后, 即使CPU不再去访问它，因为各笔画段接口具有锁存功能，显示的内容也不会消失。动态 显示是指显示器显示某一字符时，相应段的发光二极管恒定地导通或截止。在本系统中为 共阴极数码管，采用动态扫描显示。如图3-7所示。图3-7时间显不电路3. 7整机工作原理定时器电路图如附录2所示

32、。开启仿真开关后，按下开场，电源接通。通过设置按钮，我们可以很方便的设置时间。 我们调整好时间后，按开场键，当时间到达所定时时间时，通过控制继电器的动作接通电 源，电源接通指示灯亮。4. 软件设计整套系统的运行都是基于8051内核指令控制运行的。由任务目标分析，采用中断处 理方式设计程序流程图，如下列图所示，主要程序见附录1。程序开场首先对按键变量和小时、分钟变量进展定义，对共阴极数码管的段码字型 码）以一维数组方式定义。另外对延时函数、定时器初始化子函数、求按键子函数、按键 处理子函数、计时子函数、显示子函数进展声明。图4-1主函数框图在定时器TO、T1初始化和外部中断 ENT0）子函数中，

33、规定定时器TO、T1的工作 模式为方式1，定时时间为50ms。外部中断0采用下降沿触发方式。定时器工作在中断方 式，即定时时间到，立即停顿执行主函数，转而去执行中断效劳函数。图4-2定时器T0中断函数框图图4-3定时器T1中断效劳函数框图图4-4外部中断0中断效劳函数框图在显示子函数中，上电复位后4位数码管显示“"。其中包括走时转换函数,负责将定时器走时数据转换为分钟的十位和个位，超过60分钟的数据再转换为小时的十 位和个位。在计时子函数中，设置每50ms中断1次，分钟计数器中计数值为1200时，时间为1 分钟。小时计数器计数值为60时，时间为1小时.预约时间到，单片机P3. 6引脚

34、输出低 电平，驱动三极管饱和导通，继电器的线圈中有电流经过，而产生吸合动作，接通电源， 用电器开场工作。5. 系统调试5. 1软件调试概述单片机系统经过总体设计，完成了硬件和软件设计开发。通过软件和硬件相结合系统 即可运行。但编制好的程序或焊接好的线路不能按预计的那样正常工作是常见的事，经常 会出现一些硬件、软件上的错误，这是软件和硬件开发者经常遇见的，这就需要通过调试 来发现错误并加以改正。调试可分为硬件调试和软件调试。本设计系统的己经在PC机上 用模拟开发软件进展了检测和调试，并运行成功，最后进展实物图的硬件组装与调试，这 样就给开发者在提供了方便。5.2软件调试本设计是在Proteus软

35、件和Keil软件相结合调试的，完全用仿真软件在PC机上对目 标电路原理图和程序进展检测和调试。调试过程中单片机相应输入端由通用键盘鼠标设 定，运行状态、各存放器状态、端口状态等都可以在指定的窗口区域显示出来，以确定程 序运行有无错误。目标程序纠错：该阶段工作通常在目标程序编辑时就完成。一般来说，仿真软件能为 用户输入的程序指令纠错，包括书写格式、标号未定义或多重定义、转移地址溢出等错误。整体程序调试：即把各子程序整体连起来进入到综合电路调试，看是否能实现预计的 功能显示。在这阶段假设发生故障，可以考虑各子程序在运行时是否破坏现场，数据缓冲 单元是否发生冲突，标志位的建立和去除在设计上是否失误，堆栈是否溢出，输入输出状 态是否正常等。5. 3系统仿真测试5. 3. 1仿真测试方法系统测试内容包括能否正常设定时间、数码管是否正常显示、是否能正