2022年单片机的多功能定时器设计方案与实现.docx
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1、精品学习资源目录1 引言 12 概述错误!未定义书签;2.1 定时开关电源插座系统概述 错误!未定义书签;2.2 本设计方案思路 错误!未定义书签;2.3 研发方向和技术关键 错误!未定义书签;2.4 主要技术指标 错误!未定义书签;3 总体设计 错误!未定义书签;3.1 可控开关设计的挑选 错误!未定义书签;3.2 时钟信号的实现 错误!未定义书签;3.3 译码方案的选取 错误!未定义书签;4 硬件设计 错误!未定义书签;4.1 可控开关电路 错误!未定义书签;4.2 电平转换电路 错误!未定义书签;4.3 单片机系统电路 错误!未定义书签;4.4 显示电路 错误!未定义书签;5 软件设计
2、错误!未定义书签;5.1 总体方案 错误!未定义书签;5.2 主程序流图 错误!未定义书签;5.3 中断模块说明 错误!未定义书签;6 制作与调试 错误!未定义书签;6.1 硬件电路的布线与焊接 错误!未定义书签;6.2 调试错误!未定义书签;6.3 改进与扩展 错误!未定义书签;7 结论错误!未定义书签;致谢 23参考文献 错误!未定义书签;附录错误!未定义书签;欢迎下载精品学习资源1. 引言随着电子技术和电源技术的进展,开关电源以体积小、重量轻、功率密度大、集成度高、输出组合便利等优点而成为电子电路电源的首选;定时开关电源插座,即可以定时打开或关掉电源的插座,这样既能省电又便利用户的个性化
3、使用;实现定时开关电源插座的关键是如何实现定时,人类最早使用的定时工具是沙漏或水漏,但在钟表产生进展成熟之后,人们开头尝试使用这种全新的计时工具来改进定时器,达到精确掌握时间的目的;于今定时器得到广泛应用,现在的不少家用电器都安装了定时器来掌握开关或工作时间;工业掌握中常需要定时的装置,输出和采集信号;在军事方面制成了定时炸弹,定时雷管;当酷暑或寒冷难耐时,人们需要合理的定时掌握空调来节约有限的电能;如此等等;因此,我们拟从这些方向作进一步的讨论探究;定时器有机械和电子两种,国外和国内都有特别大的市场;机械式采纳同步电机计时,成本低,但走时精度差、寿命短;电子式采纳液晶显示,时间精度 高、寿命
4、长,但操作复杂、成本高;特殊是精度要求高的掌握系统和数据采集系统,更要求精确的定时操作;马来西亚产的新一代HT 高精密可编程电子定时开关插座由一体化可编程时钟集成电路和大功率继电掌握电路组成,它可实现对各 种没有定时装置的电器的定时掌握;国内的这类定时开关插座的产品有由杭州菱 洋节能设备有限公司生产的菱洋可编程多功能电子定时插座,它是一个以单片微 处理器为核心协作电子电路等组成的一个电源开关掌握装置;我国是一个人口大国,能源更是珍贵,而能源分析家和经济学家认为,中国已成为全球铺张电力的大户;我国正在建设节约型社会,节约能源应当成为这一重大举措的重中之重;基于此,本设计采纳单片机定时功能应用在插
5、座开关上, 主要从单片机和可控开关,来设计实现开关电源定时系统,使其精确显示定时指示灯的亮灭,且能显示时钟精确到时分;该系统简洁有用,操作简洁,且定时器不用时可以当一般电源插座用,既具备传统的电源插座的功能,又能达到节约能源、优化资源的目的;以电热水器为例,我们所使用的电热水器,很多家庭为了便利使用热水,让热水器 24 小时通电,其中很大部分电能将消耗在电热水器的反复加热上; 50 升既可以通过纯硬件实现,也可以通过软硬件结合实现,依据时间掌握器的核心部件 秒信号的产生原理,通常有四种形式,如下所述;1)采纳石英钟专用芯片的实现形式采纳石英钟专用芯片的实现的时间掌握器,具有实现简洁、计时精度高
6、的特点;石英计时芯片比较多,常用的型号有STP5512F、SM5546A 和 D60400 等;如结合利用 5512F 的 2 秒输出信号作为秒信号电路的计数脉冲,可实现电子时钟;2)采纳 NE555 时基电路的实现形式采纳 NE555 时基电路或其他振荡电路产生秒脉冲信号,作为秒加法电路的时钟信号或微处理器的外部中断输入信号,可构成时间掌握器;由555 构成的秒脉冲发生器电路 2 如图 1-1 所示;输出的脉冲信号Vo 的频率 f=1.443/Ra+2Rb)*C ,可以通过调剂这3 个参数,使输出 Vo 的频率为精确的 1HZ;但这类定时器精度低,脉冲周期由外接的电阻和电容打算,常用于旋转灯
7、光掌握等;3)采纳单片机常用的时钟芯片以前,通常采纳并行的实时时钟芯片计时、EEPROM 作为储备器,但对一些微小型智能掌握设备而言,并行实时时钟芯片封装形式大,再加上EEPROM,占用扩展线多,使电路结构很难进一步简化;Dallas 公司生产的串行实时时钟芯片DS13023 具有实时时钟和静态RAM ,采纳串行通信,可便利地与单片机接口;欢迎下载精品学习资源除 了 在 工 业 控 制 中 使 用 外 , 仍 可 以 应 用 到 一 般 的 时 钟 计 数 上 ;就采纳专用的集成电路定时器比较便利5 ,而且使用定时器专用集成电路所设计的应用电路比较简洁,同时调试也比较简洁;本设计采纳单片机作为
8、主硬件电路,外围电路简单,协作软件设计,使用其敏捷的编程实现定时,译码和时间显示等,使定时器插座可有更多的扩展功能挑选;2.3 研发方向和技术关键1)合理选取定时器方案,提高系统的精度;2)交直流电压转换;3)多路优先译码器的选取及扩展;4)与微机连接进行程序的汇编输入,实现对定时功能的调试;5)显示部分中数码管的四位一体共阴接法;2.4 主要技术指标1)具有电子钟功能,显示为四位数2) 可设定定时起动 开头)时间与定时终止 关断)时间3)定时开头,指示灯亮;定时终止,指示灯灭4)定时范畴可以挑选5) 开关次数: 2次/天6) 时钟日差: 2秒/天7)工作温度范畴: -10o50o8)工作条件
9、: AC220V ,10A, 50Hz9)使用范畴:办公室电源开关、试验室电源开关等10)插头插座孔型:插头国标三扁型欢迎下载精品学习资源3 总体设计单片机虽然种类繁多,但每片单片机内部结构都大同小异,均由掌握器、运算器、储备器、输入端口、输出端口等组成;各个厂商制成了多种型号的单片机;任何一种单片机不论功能如何强大,都是通过其 I/O 口来发辉作用的,用户可依据所需来挑选单片机的型号,引脚最少从 8 脚到近百脚的都有;本设计用单片机设计的体积小巧的定时器来掌握电源开关插座的通电和断电,并仍能作为一台数字钟使用实现时间显示;依据需要选用了一片 40 条引脚的 P89V512FN 单片6机 ,属
10、于飞利浦 80C51 系列单片机,带 64KB 闪存和 1024 字节 RAM ;并且P89V51 系列单片机内部包含 64 位 FLASH 的 ISP在线可编程系统)和 IAP,掌握开关,电平转换器,单片机系统,显示电路部分;键 盘欢迎下载精品学习资源220V50Hz三扁平插 座可控单片机开关芯 片LED显示欢迎下载精品学习资源AC/DC变压器图31 定时开关电源插座的设计原理框图3.1 可控开关设计的挑选本设计中的定时操作是通过可控开关收到外部电路的掌握信号后延时通断的;其中延时实现方式分类一般按常规可分为以下几种: a、通电延时; b、接通延时; c、断电延时; d、断开延时; e、间隔
11、)定时; f、往复延时; g、星三角启动延时; h、程序式延时;欢迎下载精品学习资源3.1.1 方案一选用一般晶闸管又叫可控硅,一种以硅单晶为基本材料P1N1P2N2 四层三端器件,由于它特性类似于真空闸流管,所以国际上通称为硅晶体闸流管,简称可控硅 T;又由于可控硅最初应用于可控整流方面所以又称为硅可控整流元件,简称为可控硅 SCR;在性能上,可控硅不仅具有单向导电性,而且仍具有比硅整流元件俗称“死硅”)更为珍贵的可控性;它只有导通和关断两种状态一般可控硅在电路中最基本的用途就是可控整流;大家熟识的二极管整流电路属于不行控整流电路;假如把二极管换成可控硅,就可以构成可控整流电路;3.1.2
12、方案二继电器是一种电子掌握器件,它具有掌握系统又称输入回路)和被掌握系统又称输出回路),通常应用于自动掌握电路中,它实际上是用较小的电流去 掌握较大电流的一种 “自动开关 ”;故在电路中起着自动调剂、安全爱护、转换电路等作用;它是一种当输入量 电、磁、声、光、热)达到肯定值时,输出量将发生跳动式变化的自动掌握器件;其中电磁继电器是在输入电路内电流的作用下,由机械部件的相对运动产生 预定响应的一种继电器;电磁继电器的工作原理和特性如下:电磁式继电器一般 由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的;只要在线圈两端加上肯定的电压,线 圈中就会流过肯定的电流,从而产生电磁效应,衔铁就会在电磁力吸引的作用下
13、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逝,衔铁就会在弹簧的反作用力返回原 来的位置,使动触点与原先的静触点 常闭触点)吸合;这样吸合、释放,从而达到了在电路中的导通、切断的目的;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”;仍可选用时间继电器,时间继电器是一种利用电磁原理和机械原理实现延时掌握的掌握电器,一般可分为通电延时型和断电延时型两种类型;断电延时时间继电器里有延经常开接点、延经常闭接点、瞬经常开接点和瞬经常闭接点;其原理
14、如下:当断电延时时间继电器的 “线圈”断电开接点 时, 延经常开接点 经过设定时间后断开 ;延经常闭接点 经过设定时间后接通;瞬经常开接点 马上断开; 瞬经常闭接点 马上接通;3.1.3 方案选取可控硅优点如下:无触点,开断无涌流,开端速度快,可以掌握过零开断;缺点:成本高,掌握相对复杂,容量小,功耗大,发热严峻;继电器优点:技术欢迎下载精品学习资源成熟牢靠,触点容量相对较大,成本低,几乎零功耗,发热量小;缺点:开断时会产生涌流,由于反应稍慢,无法用于很精细开断掌握电路中,如移向调压等;综合考虑两种可控开关各自的优缺点,在本设计中最终是采纳电磁继电器通断主电路,主要是考虑到继电器结构简洁,消耗
15、电能少体积小,成本低, 且掌握时动作快、牢靠性好;这类继电器在制成电灯定季节电开关或电风扇的定时并调 速开关或电热器的定时并调温开关,或电灯的定时并调光开关或通用的定时并调 压插座都有广泛的应用;3.2 时钟信号的实现在单片机的内部 RAM 中,需要设置显示缓冲区,显示的时分秒值是从显示缓冲区中取出的,在 RAM 中设置四个单元作为显示缓冲区,分别是7AH 、7BH、7CH;为使电路和原理表达便利,我们这里不显示秒值,秒的进位我们通 过闪耀分值实现;这样我们一共有四位LED 分别显示时和分值,同时时钟都需要校准的;在程序中仍需设置显示码表,要显示的数值通过查表指令将显示用的真正码值送到 LED
16、 上;我们用单片机 P89V51RD2FN7 的 P1.5,P3.6 和 P3.7这三个I/O 口外接微动开关来实现时和分的校正,其中P1.5 实现每按一次小时或分值加1,连续按下数值累计下去,实现时钟的校准;时钟的最小计时单位是秒,但使用单片机定时器来进行计时,如使用6.0MHz 的晶振,即使按工作方式 1 工作,最大的计时时间也只能到131ms,所以我们可把每个定时时间取 125ms,这样定时器溢出 8 次125ms8=1000ms)就得到最小的计时单位秒;而要实现8 次计数用软件方法实现是轻而易举的;我们使用定时器 1,以工作方式 1 工作,定时器进行 125ms定时;采纳中断方法进行溢
17、出次数的累计,当计满 8 次即得到 1 秒的计时;一个时钟的计时累加,要实现分、时的进位,要用到多种进制,秒、分、时中的进位是十进制,秒向分进位和分向时进位却是六十进制,而每天又有十二小时制或二十四小时制,它们分别又是十二进制和二十四进制;从秒到分和从分到小时可以通过软件累加和数值比较方法实现;3.3 译码方案的选取本设计显示电路可分为三大块:键盘电路,输入端译码电路和输出掌握端数码显示电路;显示电路端译码通过硬件译码或软件译码都可以实现;3.3.1 方案一硬件译码,即上面的三大显示模块和显示段码完全由硬件电路设计实现,具体的硬件电路如下图32;对于相应的本系统中单片机,我们可选用简化的51系
18、列单片机AT89C20517;图 32 硬件译码的电路实现图 32 电路图中数码管的低电平段选信号由P1 口的 P10P16 输出,其真值表见下表 31;P17 输出秒闪耀信号, P3 口的 P30、P3 1 输出位选信号给 74LS138;74LS138 被选中的端口输出低电平, PNP 三极管导通,对应的数码管点亮; P3 2、P3 3、P3 4、P35 分别作 “调时”、“调分 ”、“定时开 ”、“定时减 ”的功能按钮开关, P37 输出掌握信号 ,使双向可控开关通电或断电,掌握“输出插座 ”接通或断开 220V 沟通电,从而掌握外接电器的工作状态;其中A/D转换 器采纳宽工作 电压,
19、单输入通道 , 串行 I/O 接口 8 位 A/D转换 器TLC548C;P表 3.1 0 9 显示真值表欢迎下载精品学习资源其中 P32、P33、P34、P3 5 分别作 “调时”、“调分”、“定时开”、“定时减 ”的功能按钮开关; P3 7 输出掌握信号,使继电器线圈通电或断电,掌握“输出插座 ”接通或断开220V 沟通电,从而掌握外接电器的工作状态;数码管选用四位一体共阳接法,每个数码管由7 段笔划组成,每段笔划由一只数码管点亮,其管压降为 1.72.2V、电流 520 毫安;LED 数码管显示采纳动态扫描方式,见下图33;即在某一时刻,只有一个数码管被点亮;数码管的位选信号由AT89C
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- 2022 单片机 多功能 定时器 设计方案 实现
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