智能定时器设计.doc

智能定时器摘要：本智能定时器是以at89c51芯片为核心，辅以必要的外围电路，设计了一个简易而精确的智能定时器。硬件方面，整体分为三个模块：按键控制、定时闹铃、led数码显示。软件方面，采用c语言编程。整个电子钟系统能完成时间的显示，调时，定时闹钟等功能。并且整个系统对定时部分进行了重点设计。关键字：单片机；定时器；数码管单片机应用系统主要用于检测，控制及智能化仪器仪表等领域，因此在实时控制中，常常需要实时时钟来实现定时或延时控制。通过单片机的内部时钟，加上一定的算法，可以实现精确的计时以及定时的效果。单片机的定时器是单片机里最“活跃”的部件之一,定时器也是单片机应用中解决某类复杂问题的最为有效的方法,应用非常广泛。定时器的应用,可以说即简单又复杂。对于简单应用场合, 时间要求较长,不算很精确的场合, 用起来就简单, 对于复杂应用场合,时间要求即短又精确的场合,用起来就要复杂。本文主要介绍以80c51系列单片机中的at89c51为核心的智能定时控制系统的设计实现方式。本文所诉智能时钟控制系统主要包括时钟显示、时间校正、闹钟设置及各种设备定时开关等功能。1、设计要求 1.1、定时设定由按键部分控制 1.2、 数码管显示：分（十位）分（个位）及秒（十位）秒（个位） 1.3、到点响铃(设定事蜂鸣一秒，到时间后间接蜂鸣知道按键关闭) 1.4、定时开关2、 总体方案2.1.单片机芯片 采用89c51芯片作为硬件核心，采用flash rom，内部具有4kb rom存储空间,能于3v的超低压工作,而且与mcs-51系列单片机完全兼容,但是运 用于电路设计中时由于不具备isp在线编程技术, 当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，对芯片的多次拔插会对芯片造成一定的损坏。2.2显示模块方案一：采用led液晶显示屏,液晶显示屏的显示功能强大,可显示大量文字,图形,显示多样,清晰可见,但是价格昂贵,需要的接口线多,所以在此设计中不采用led液晶显示屏。方案二：采用点阵式数码管显示，点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示文字比较适合,如采用在显示数字显得太浪费,且价格也相对较高,所以也不用此种作为显示。2.3时钟芯片的选择方案一：采用实时时钟芯片直接采用单片机定时计数器提供秒信号，使用程序实现分、秒计数。采用此种方案虽然减少芯片的使用，节约成本，但是，实现的时间误差较大。所以不采用此方案。方案二：软件控制：利用at89c51内部定时进行中断，配合软件延时实现分、秒的计时，该方案节约成本，且能综合运用知识2.4电路设计方案确定综上各方案所述,对此次作品的方案选定: 以单片机at89c51为主控制器，采用单片机内部定时、行列式键盘和动态led显示。3、系统设计3.1 单片机定时系统3.1.1单片机性能介绍at89c51是一种低功耗、性存储器技术制造， 8k字节flash，256字节ram，32 位i/o 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，at89c51 可降至0hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，cpu停止工作，允许ram、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，ram内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。3.1.2 单片机内部定时系统 51内部集成定时/计数器的基本特征：q 51系列单片机内部提供2个16位的递增定时/计数器t0和t1。q 可以设置为定时或者计数器工作。q 有多种可选的工作模式，通过sfr-tmod选择使用。q 对应两个中断源，可用中断处理。 主要作用: 对外部脉冲计数、产生精确定时时间、作串行口的波特率发生器。 tmod寄存器的m1,m0位设置四种工作方式：模式0：13位定时/计数器 计数寄存器：thx和tlx低5位 最大计数值：213：模式1：16位定时/计数器 计数寄存器：thx和tlx 最大计数值：216模式2: 8位自动重载定时/计数器 计数寄存器：tlx 计数初值重载寄存器：thx 最大计数值28模式3：仅t0可用，将t0拆为两个独立8位定时器3.2 各部分功能3.2.1 按键部分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端口形一个负脉冲。闭合和释放过程都要经过一定的过程才能达到稳定。 这一过程是处于高、低电平之间的一种不稳定状态，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。为了避免cpu多次处理按键的一 次闭合，应采用措施消除抖动。本文采用的是独立式按键，直接用i/o口线构成单 个按键电路，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。注：按键部分一共有 四个按键，分别为功能键 p3.0，秒设定键p3.1(增），分设定键p3.2（增），分设定键 p3.3（减）。 3.2.2显示部分led数码管的使用与发光二极管类同，根据材料不同正向压降一般为1.52v，额定电流为10ma，最大电流为40ma。本文采用的是动态扫描显示，各位数码管分时轮流选通。但由于人眼存在视觉暂留效应，因此只要每位显示间隔足够短就可以给人以同时显示的感觉。3.2.3 复位模块 在系统运行的过程中，有时可能对系统需要进行复位，为了避免对硬件系统经常加电和断电造成的损害，设计了手动的复位电路。这种电路的设计，在系统的运行过程中需要复位时，只需使开关闭合，在rst端就会出现一定时间的高电平信号，从而使单片机实现复位。3.2.4 响铃电路 蜂鸣器发声原理是电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场来驱动振动膜发声的，因此需要一定的电流才能驱动它，单片机io引脚输出的电流较小，单片机输出的ttl电平基本上驱动不了蜂鸣器，因此需要增加一个电流放大的电路。s51增强型单片机实验板通过一个三极管c8550来放大驱动蜂鸣器，3.3 整机运行原理当单片机上电后，复位电路自动复位后，程序开始运行，此时数码管显示“8888”，按下功能键p3.0进入调时状态，用其余按键进行时间设定。然后，数码管进行动态扫描，显示设定时间，p2.0p2.3，设为外部设备连接口，进行定时控制开关，当达到定时时间后，蜂鸣器间歇性响，提示定时时间已到。定时时间的计算，通过跨接xtal1与xtal2的晶体振荡器与电容c2、c3形成反馈电路，构成自激振荡器。因为采用12mhz的晶振，那么一个机器周期就为1us，单片机内部的计数器在每个机器周期产生一个计数脉冲。根据这样的原理实现系统的定时作用。4、软件调试 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。本设计系统的已经在pc机上用模拟开发软件进行了检测和调试，并运行成功，最后进行实物图的硬件组装与调试，这样就给开发者在提供了方便。本设计是在proteus软件和keil2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行检测和调试。调试过程中单片机相应输入端由通用键盘和鼠标设定，运行状态、各寄存器状态、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。在这阶段若发生故障，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，标志位的建立和清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、结论硬件系统关系到所要设计的电子产品好怀，如系统抗干扰性等，所以要合理的安排尽量减少干扰提高性能。单片机是很容易受干扰的控制器，当采用外部晶振时，应尽量让其靠近单片机减少对其干扰，防止程序乱飞现象。同时还可以采用隔离等方式减少干扰，硬件系统设计的好坏很大部分来源于经验，所以我们要有动手的好习惯。软件设计是核心部分，具有多样化，灵活性高，易移植等优点，要深深理会各指令的含义才能更加熟练应用，中断的合理利用可以减少cpu利用资源，具有执行效率高等优点，本设计用到定时器中断以减少对cpu的占用，更好的处理其他功能。软件的设计大部分采用模块化设计的方法以方便调试，并使其可读性大大增强，方便更改和移植。通过