定时开关控制器设计

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数码管来进行显示，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TimerSwitchControllerDesignAbstract：ThisdesignusesSTC89C51RCchipasthecore,withthenecessaryperipheralcircuits,designedatimer,whichispoweredby5VDCpowersupply.Intermsofhardware,inadditiontoCPU,theuseoffourLEDsevensegmentdigitaltubedisplay,LEDdigitaltubebyusingdynamicscanningdisplay.Thedigitaltubecandisplay,divided.5keyscanbeachievedonthetimingadjustment.SoftwareusingCprogramminglanguage.Thetimingsystemcanachievetimedisplay,timing,openingandclosingloadpowerfunction.Keywords:STC89C51;timer;Digitaltube目录1.概述...........................................................12.方案设计.......................................................12.1要求功能..................................................12.2电路设计方案确定..........................................22.3STC89C51单片机介绍.......................................22.3.1主要功能、性能参数...................................22.3.2引脚分配.............................................33.硬件电路设计...................................................43.1单片机最小系统............................................43.1.1振荡电路.............................................43.1.2复位电路.............................................43.2数码管驱动电路............................................53.3按键电路..................................................53.4中断触发电路..............................................63.5继电器控制电路............................................73.6显示系统..................................................73.7整机工作原理..............................................84.软件设计.......................................................85.系统调试......................................................105.1软件调试概述.............................................105.2软件调试.................................................105.3系统仿真测试.............................................105.3.1仿真测试方法........................................105.3.2仿真测试结果........................................116.结论..........................................................11参考文献........................................................13致谢..........................................................14附录1：定时器源程序...........................................15附录2：定时器电路图............................................2111.概述随着产业结构的不断调整、生产工艺的飞速发展、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。硬件部分主要由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语言进行软件设计，为了便于扩展和更改，软件的设计采用模块化结构，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软件中进行调试，确定没有问题后，在Proteus软件中嵌入单片机内进行仿真。在日新月异的21世纪里，家用电子产品得到了迅速发展。许多家电设备都趋于人性化、智能化，这些电器设备大部分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，达到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，达到定时开关机的目的。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.开始键：按下该键，电源接通。或当调时结束后按下该键，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行“小时”调整；第二次按下该键，可以对电源的接通时间进行“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0。26.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，既节约经济又达到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STC89系列单片机的定时控制系统2.3STC89C51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、A\D、PWM等模块。该器件的基本功能与普通的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：0~40MHZ，相当于普通8051的0~80MHZ；3.STC89C5xRC对应Flash空间：4KB\8KB\15KB；34.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(在系统可编程）\IAP(在应用可编程),无需专用编程器\仿真器；9.通用I\O口：32\36个；10.工作电压：3.8~5.5V；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2-2STC89C51RC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，P0.0~P0.7作为四位七段数码管的段码输出端，P1.0~P1.3作为四位数码管（共阴极）的位码输出端。P2.0~P2.5作为键盘信号的输出端。P3.6作为控制端信号的输出，控制继电器吸合与释放。43.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，振荡器就开始振荡起来。振荡电路为单片机工作提供了所需要的时钟脉冲信号，单片机开始执行程序。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1us。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。若从18脚输入外部时钟脉冲，则19脚接地。振荡电路如图3-1所示。图3-1单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始工作时，内部寄存器进行初始化，让单片机从初始状态开始工作。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，使得内部特殊功能寄存器的内容均被设置成已知状态，并且从ROM中地址0000H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53.2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10kΩ。由于P0口输出电流有限，为减轻单片机的负担，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