毕业设计（论文）-基于单片机的定时开关设计.docx

基于单片机的定时开关设计全套设计加扣3012250582 摘要单片机从发明之初到现在已经是一项十分成熟的技术，并且被广泛应用于科研与生活的方方面面当中。利用单片机能够达到定时控制操作的目的，而这一应用能够在日常生活与科学研究中发挥到举足轻重的作用。针对能够定时操作的要求，本设计旨在能够完成一种以ST89C52单片机为核心的定时开关装置，具有设置初始时间，设定时间以及通过LED显示的主要功能。通过设计总体框图，绘制电路图以及仿真图等方式来完成总体的设计。本次设计采用的是总线型结构的单片机，总线型结构的单片机可以减少不同之间信息传送线的条数，从而使信息传送规格整齐，提高了整机的可靠性。关键词：单片机，定时，智能，开关The Design of Timing Switch Based on MicrocontrollersAbstractThe technology of microcontrollers has been very mature from the beginning invention to the present and is widely used in all aspects of scientific research and the normal life. Using microcontrollers can control time to achieve the purpose of the timing operation, while this application can be able to play an important role in daily life and scientific research. Due to the request of timing operation, the design is intended to be able to complete a timer switch means to ST89C52 microcontroller as the core, and has main functions of set time and display via LED. By design overall block diagram, draw circuit diagrams and simulation diagrams way to complete the design. The design uses a microcontrollers of bus structure, MCU bus structure can reduce the number of transmission lines between the different information, so that information transmission specifications and tidy, improving the overall reliability.Key Words :microcontrollers,timing,intelligent,switch目录1 绪论11.1 单片机发展历程11.2 单片机的应用22 STC89C52RC单片机介绍52.1 STC89C52RC单片机结构52.2 STC89C52RC单片机功能 112.2.1 捕获模式112.2.2 自动重装模式122.2.3 波特率发生器模式133设计制作153.1 系统总体框图153.2各模块电路图153.2.1最小系统电路153.2.2 时钟芯片电路图173.2.3显示模块电路图173.2.4 存储电路图183.2.5 按键模块电路图193.2.6 继电器控制电路图20 3.3 总体电路图214软件设计23 4.1 定时程序设计234.2 键盘输入程序设计244.3 显示子程序设计254.4 中断程序设计255系统调试分析285.1系统调试285.2系统调试的结果286结论297致谢308参考书籍319附录32V1 绪论单片机是单片微型计算机的简称，其主要特点是组成部分都集成在一个芯片上，包括中央处理器CPU(Central processing unit)、只读存储器ROM（Read only memory）、随机存储器RAM（Random access memory）、定时器计数器、中断系统以及 IO（Input/output）接口电路等。根据定义，单片机本身是一个芯片， 但如果考虑到其组成和功能，它已具备了计算机系统的属性。通常情况下，人们默认单片机是指芯片本身，并且生产商在制作单片机时，会集成一些基本的组成部分，例如运算器电路、存储器、中断系统、控制器电路、定时器/计数器以及输入/输出口电路等。但一个单片机芯片并不包括全部的计算机电路，例如石英晶体、电阻、电容等元件只能作为散件。另外在实际当中，单片机通常要扩展外围电路和芯片。而单片机系统则是在单片机的基础上通过扩展其它的电路或芯片构成的具有一定应用功能的计算机系统。因此单片机系统都是为实现某一控制应用需要的，是围绕单片机而设计的计算机应用系统。由此可见，在单片机系统中，单片机具有核心地位，是单片机系统的硬件和软件基础。单片机依据应用需要可分为通用单片机和专用单片机两大类。通用单片机是一种基本芯片，内部资源丰富、性能全面、适用性较强，用户可根据自己需要以其为控制核心配以不同的外围电路设计成不同的单片机应用系统。专用单片机是针对性特别强，具有结构最简化、资源利用最优化、成本最佳化和可靠性的特点11。1.1 单片机发展历程电子计算机的发展经历了四代，第一代是电子管，第二代为晶体管、第三代是集成电路，第四代也是我们现在正处于的阶段即大（超大）规模集成电路共四个阶段，现在广泛使用的微型计算机是伴随着第四代计算机发展而被广泛使用的，单片机是微型计算机的一种。最早的单片机诞生于1971年，虽然只有四十多年的时间，但是随着科技发展日新月异，其发展历程却已经经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。(1）早期阶段即SCM即单片微型计算机（Microcontrollers）阶段，这一阶段主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功，奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。Intel公司是嵌入式系统独立发展道路的开山鼻祖。(2）中期发展即MCU即微控制器（Micro Controller Unit）阶段，这时期的主要技术方向是不断扩展嵌入式应用、对象系统要求的外围电路与接口电路，突显其智能化控制。所涉及领域为对象系统，因此，发展MCU的大多是电气与电子技术厂家。因此，Intel逐渐淡出MCU的发展历程。在发展MCU方面，最著名的厂家是Philips公司。Philips公司以其在嵌入式应用方面的巨大技术优势，将MCS-51从单片微型计算机迅速发展到微控制器。(3)当前趋势是SoC嵌入式系统(System on Chip）式的独立发展之路。单片机技术之所以会向MCU阶段发展，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决，因而相应的，专用单片机的发展形成了SoC化趋势。随着微电子技术、IC设计、EDA工具等一系列的发展，基于SoC的单片机应用系统设计也出现较跨越的发展。总结起来，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。早期的SCM单片机都是4位或者8位的。其中最成功的是INTEL的8051系列，此后在8051上发展出了MCS51系列MCU系统。基于这一系统的单片机系统直到现在依然在被广泛地使用。后来随着工业控制领域要求的提高，16位的单片机被制造出来，但因为性价比不高并未得到很广泛应用。90年代后随着消费电子产品的蓬勃发展，单片机技术得到了大幅提高。随着INTEL的 i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入了主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。高端的32位Soc单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器。当代单片机系统已经不是只在裸机环境下开发和使用了，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows或者Linux操作系统13。纵观单片机的发展历程，不难看出今后单片机的发展方向将是多功能、高性能、高速度、低电压、低功耗、低价格、外围电路简单化以及片内存储器容量增加。但是其位数则不一定会继续增加，尽管现在已经有了32位单片机，但使用并不多。所以今后的单片机的主要特点将是功能更强、集成度和可靠性更高而功耗更低、以及使用更方便等。另外，专用化也是单片机的一个重要发展方向，针对单一用途的专用单片机将会越来越多。当今单片机主要应用在控制领域，用以实现各种测试和控制功能，为了强调控制属性，也可以把单片机称为微控制器。单片机在工作时，通常是处于控制系统的核心地位并融入其中，即是以嵌入的方式进行工作，因此为了强调其“嵌入”的特点，也常常将单片机称为嵌入式微控制器 EMCU（Embedded micro controller unit）5。1.2 单片机的应用主流单片机通常包括CPU、4KB容量的RAM、128 KB容量的ROM、 2个16位定时/计数器、4个8位并行口、全双工串口行口、ADC/DAC、SPI、I2C、ISP、IAP。单片机具有许多有点，例如系统结构简单，使用方便，实现模块化，可靠性高，可工作到106 107小时无故障，处理功能强，速度快，低电压，低功耗，便于生产便携式产品，控制功能强，环境适应能力强等。因为单片机具有上述众多优点，因此被广泛应用于我们生活的各个领域。大到军工里导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，小到日常生活中工业自动化过程中的实时控制和数据处理，各种智能IC卡，豪华轿车的安全保障系统，全自动洗衣机的控制，以及遥控玩具等，这些统统都离不开单片机。单片机也被广泛应用在仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴：(1）智能仪器:因为单片机体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便的优点，因此被广泛应用在仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、电流、功率、频率、湿度、温度、角度、长度、速度、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。(2）工业控制:因为单片机体积小、控制功能强、功耗低、环境适应能力强、扩展灵活和使用方便等优点，因此可以构成形式多样的控制系统、信号检测系统、无线感知系统、测控系统、数据采集系统、通信系统、机器人等应用控制系统。例如工厂流水线的智能管理，电梯智能控制、报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。(3）家用电器:家用电器广泛应用了单片机控制，从电饭煲、电冰箱、空调机、彩电、洗衣机、音响视频器材再到白色家电等。(4）网络和通信:现代的单片机普遍具备通信接口，可以方便地与计算机进行数据通信，为计算机网络和通信设备间提供了极好的物质条件，在通信设备基本上都实现了单片机智能控制，手机、电话、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信等都离不开单片机。(5）设备领域:单片机在医用设备中的应用亦相当广泛，例如医用呼吸机、监护仪、分析仪、超声诊断设备及病床呼叫系统等。(6）模块化系统:某些专用单片机用于实现特定功能，在各种电路中进行模块化应用，但并不要求使用人员了解其内部结构。如音乐集成单片机，看似功能简单，但是需要复杂的类似于计算机的原理。音乐信号以数字形式被存储在存储器中，由微控制器读出，转化为模拟音乐电信号。在大型电路中，这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，降低了损耗和错误率，也方便更换。(7）汽车电子:单片机在汽车电子中的应用非常广泛，例如汽车中的发动机控制器，基于CAN总线的汽车发动机智能电子控制器、abs防抱死系统、制动系统、GPS导航系统、胎压检测等。此外，单片机在工商、科研、教育、国防航空等领域都有着相当广泛的应用。在社会生活和生产的各个领域中，凡是有自动控制要求的地方都需要单片机。单片机的应用有利于产品的小型化、多功能化和智能化，有助于提高劳动效率，减轻劳动强度，提高产品质量，改善劳动环境，减少能源和材料消耗，保证安全等。尽管现在单片机的应用已经很普遍，但是仍有许多可以用单片机控制但尚未实现的项目。因此，单片机的应用仍然有很大的潜力6。另外，还可根据需求不同来增加存储器的容量或增添外部设备，从而组成多种多样的专用单片机。同时，因为模拟技术的局限性模拟信号在传输、存储、重现过程中不可避免地存在失真以及保密性差等不可克服的缺点，在高速DAC与DAC、数字信号处理技术的推动下，电子技术正逐步向数字化方向发展，而单片机正是电子技术数字化的核心部件之一，所以可见，单片机在当今社会，无论是在科研领域还是日常生活中，都发挥着不可替代的重大作用，因而也具有了广泛的商业价值与光明的科研前景3。2 STC89C52RC单片机介绍2.1 STC89C52RC单片机结构STC89C52RC单片机是宏晶科技推出的新一代高速、低功耗、超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。其主要特性如下：(1)工作电压：5.5V3.3V（5V单片机）/3.8V2.0V（3V单片机）(2)工作频率范围：040MHz，相当于普通8051的080MHz，实际工作频率可达48MHz(3)用户应用程序空间为8K字节(4)片上集成512字节RAM(5)通用I/O口（32个），复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。(6)ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片(7)具有EEPROM功能(8)具有看门狗功能(9)共3个16位定时器/计数器，即定时器T0、T1、T2(10)外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒(11)通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART(12)工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级）(13)PDIP封装(14)STC89C52RC单片机的工作模式(15)掉电模式：典型功耗0.1A,可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原程序(16)空闲模式：典型功耗2mA(17)正常工作模式：典型功耗4Ma7mA(18)掉电模式可由外部中断唤醒，适用于水表、气表等电池供电系统及便携设备STC89C52RC其结构以及引脚如图2.1所示。图2.1 STC89C52RC结构及引脚图Fig.2.1 Structure and the pin diagram of STC89C52RCSTC89C52RC引脚功能说明：VCC（40引脚）：电源电压VSS（20引脚）：接地10P0端口（P0.0P0.7，3932引脚）：P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0写入“1”时，可以作为高阻抗输入。在访问外部程序和数据存储器时，P0口也可以提供低8位地址和8位数据的复用总线。此时，P0口内部上拉电阻有效。在Flash ROM编程时，P0端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电阻。P1端口（P1.0P1.7，18引脚）：P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。P1的输出缓冲器可驱动（吸收或者输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这是可用作输入口。P1口作输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流。此外，P1.0和P1.1还可以作为定时器/计数器2的外部技术输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），在对Flash ROM编程和程序校验时，P1接收低8位地址。 P1.0和P1.1引脚复用功能具体参见表2.1：表2.1 P1.0和P1.1引脚复用功能Table.2.1 Pin alternate function of P1.0 and P1.1引脚号功能特性P1.0T2（定时器/计数器2外部计数输入），时钟输出P1.1T2EX（定时器/计数器2捕获/重装触发和方向控制）P2端口（P2.0P2.7，2128引脚）：P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2的输出缓冲器可以驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。P2作为输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。在访问外部程序存储器和16位地址的外部数据存储器（如执行“MOVX DPTR”指令）时，P2送出高8位地址。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行“MOVX R1”指令）时，P2口引脚上的内容（就是专用寄存器（SFR）区中的P2寄存器的内容），在整个访问期间不会改变。在对Flash ROM编程和程序校验期间，P2也接收高位地址和一些控制信号。P3端口（P3.0P3.7，1017引脚）：P3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P3的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P3做输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输入一个电流在对Flash ROM编程或程序校验时，P3还接收一些控制信号。P3口除作为一般I/O口外，还有其他一些复用功能，如表2.2所示：表2.2 P3口引脚复用功能Table.2.2 Pin alternate function of P3引脚号复用功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2（外部中断0）P3.3（外部中断1）P3.4T0（定时器0的外部输入）P3.5T1（定时器1的外部输入）P3.6（外部数据存储器写选通）P3.7（外部数据存储器读选通）RST（9引脚）：复位输入。当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成单片机单片机的复位初始化操作。看门狗计时完成后，RST引脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/（30引脚）：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在Flash编程时，此引脚也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址位8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOV指令时有效。否则，ALE将被微弱拉高。这个ALE使能标志位（地址位8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。29引脚：外部程序存储器选通信号是外部程序存储器选通信号。当AT89C51RC从外部程序存储器执行外部代码时，在每个机器周期被激活两次，而访问外部数据存储器时，将不被激活。VPP（31引脚）：访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，必须接GND。注意加密方式1时，将内部锁定位RESET。为了执行内部程序指令，应该接VCC。在Flash编程期间，也接收12伏VPP电压。XTAL1（19引脚）：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2（18引脚）：振荡器反相放大器的输入端。在STC89C52RC片内存储器中，80HFFH共128个单元位特殊功能寄存器（SFR），SFR的地址空间如表2.3所示。表2.3 STC89C52RC的特殊功能寄存器Table.2.3 Special function registers of STC89C52RC 并非所有的地址都被定义，从80HFFH共128个字节只有一部分被定义。还有相当一部分没有定义,对没有定义的单元读写将是无效的，读出的数值将不确定，而写入的数据也将丢失。不应将“1”写入未定义的单元，由于这些单元在将来的产品中可能赋予新的功能7。 STC89C52RC除了有定时器/计数器0和定时器/计数器1之外，还增加了一个一个定时器/计数器2。定时器/计数器2的控制和状态位位于T2CON（见表2.4）。定时器2是一个16位定时/计数器，各位功能说明如表2.5。通过设置特殊功能寄存器T2CON中的C/T2位，可将其作为定时器或计数器（特殊功能寄存器T2CON的描述如表2.4所列），工作方式如表2.6。定时器2有3种操作模式：捕获、自动重新装载（递增或递减计数）和波特率发生器，这3种模式由T2CON中的位进行选择（如表2.4）。表2.4 特殊功能寄存器T2CON的描述Table.2.4 Description of Special function registers T2CON表2.5定时/计数器2控制寄存器各位功能说明Table.2.5 Description of the timing / counter 2 control register members function 符号功能TF2定时器2溢出标志。定时器2溢出时，又由硬件置位，必须由软件请0.当RCLK=1或TCLK=1时，定时器2溢出，不对TF2置位。EXF2定时器2外部标志。当EXEN2=1，且当T2EX引脚上出现负跳变而出现捕获或重装载时，EXF2置位，申请中断。此时如果允许定时器2中断，CPU将响应中断，执行定时器2 中断服务程序，EXF2必须由软件清除。当定时器2工作在向上或向下计数方式时（DCEN=1），EXF2不能激活中断。RCLK接收时钟允许。RCLK=1时，用定时器2溢出脉冲作为串口（工作于工作方式1或3时）的接收时钟，RCLK=0，用定时器1的溢出脉冲作为接收脉冲TCLK发送时钟允许。TCLK=1时，用定时器2溢出脉冲作为串口（工作于工作方式1或3时）的发送时钟，TCLK=0，用定时器1的溢出脉冲作为发送脉冲EXEN2定时器2外部允许标志。当EXEN2=1时，如果定时器2未用于作串行口的波特率发生器，在T2EX端口出现负跳变脉冲时，激活定时器2捕获或者重装载。EXEN2=0时，T2EX端的外部信号无效。TR2定时器2启动/停止控制位。TR2=1时，启动定时器2.C/定时器2定时方式或计数方式控制位。C/=0时，选择定时方式，C/=1时，选择对外部事件技术方式（下降沿触发）。CP/捕获/重装载选择。CP/=1时，如EXEN2=1，且T2EX端出现负跳变脉冲时发生捕获操作。CP/=1时，若定时器2溢出或EXEN2=1条件下，T2EX端出现负跳变脉冲，都会出现自动重装载操作。当RCLK=1或TCLK=1时，该位无效，在定时器2溢出时强制其自动重装载。表2.6 定时器2工作方式Table2.6 The work of counter 2RCLK+TCLKCP/TR2模式00116位自动重装01116位捕获1X1波特率发生器XX0（关闭）2.2 STC89C52RC单片机功能2.2.1 捕获模式在捕获模式中，通过T2CON中的EXEN2设置2个选项。如果EXEN2=0, 定时器2作为一个16位定时器或计数器（由T2CON中的C/位选择），溢出时置位TF2（定时器2溢出标志位）。该位可用于产生中断（通过使能IE寄存器中的定时器2中断使能位）。如果EXEN2=1，与以上描述相同，但增加了一个特性，即外部输入T2EX由1变0时，将定时器2中TL2和TH2的当前值各自捕获到RCAP2L和RACP2H。另外，T2EX的负跳变使T2CON中的EXF2置位，EXF2也像TF2一样能够产生中断（其向量与定时器2溢出中断地址相同，定时器2中断服务程序通过查询TF2和EXF2来确定引起中断的事件），捕获模式如图2.2所示。在该模式中，TL2和TH2勿重新装载值，甚至当T2EX产生捕获时间时，计数器仍以T2EX的负跳变或振荡频率的1/2（12时钟模式）或1/6（6时钟模式）计数。图2.2 定时器2捕获模式Fig.2.2 The capture mode of counter 22.2.2自动重装模式16位自动重装模式中，定时器2可通过C/T2配置为定时器/计数器，编程控制递增/递减。计数的方向有DCEN（递减计数使能位）确定，DCEN位于T2MMOD寄存器中，T2MOD寄存器各位的功能描述如表2.7所示。当DCEN=0时，如图2.3，定时器2默认为向上计数；当DCEN=1时，如图2.4，定时器2可通过T2EX确定递增或递减计数。如果EXEN2=0，定时器2递增计数到0FFFFH，并在溢出后将TF2置位，然后将RCAP2L和RCAP2H中的16位值作为重新装载值装入定时器2。RCAP2L和RCAP2H的值是通过软件预设的。用户勿将其置1。这些为在将来80C51系列产品中用来实现新的特性。在这种情况下，以后用到保留位，复位时或非有效状态时，它的值应为0，而在这些位有效状态时，它的值为1。保留位读到的值不确定。如果EXEN2=1，16位重新装载可通过溢出或T2EX从1到0的负跳变实现。此负跳变同时将EXF2置位。如果定时器2中断被使能，则当TF2或EXF2置1时，定时器2递增计数，计数到0FFFFH后溢出并置位TF2，还将产生中断（如果中断被使能）。定时器2的溢出将使RCAP2L和RCAP2H中的16位值作为重新装载值放入TL2和TH2。当T2EX置零时，将使定时器2递减计数。当TL2和TH2计数到等于RCAP2L和RCAP2H时，定时器产生中断。表2.7 T2MOD寄存器各位的功能描述Table.2.7 Description of register T2MODs function符号功能-不可用，保留将来之用*T2OE定时器2输出使能位DCEN向下计数使能位。定时器2可配置成向上/向下计数器图2.3 定时器2自动重装模式（DCEN=0）Fig.2.3 The auto-reload mode of counter2 （DCEN=0）图2.4 定时器2自动重装模式（DCEN=1）Fig.2.4 The auto-reload mode of counter2 （DCEN=1）2.2.3 波特率发生器模式寄存器T2CON的位TCLK和（或）RCLK允许从定时器1或定时器2获得串行口发送和接收的波特率。当TCLK=0时，定时器1作为串行口发送波特率发生器；当TCLK=1时，定时器2作为串行口发送波特率发生器。RCLK对串行口接收波特率有同样的作用。通过这2位，串行口能得到不同的接收和发送波特率，一个通过定时器1产生，另一个通过定时器2产生。如图2.5所示为定时器工作在波特率发生器模式。与自动重装模式相似，当TH2溢出时，波特率发生器模式使定时器2寄存器重新装载来自寄存器RCAP2H和RCAP2L的16位的值，寄存器RCAP2H和RCAP2L的值由软件预置。当工作与模式1和模式3时，波特率由下面的公式所决定：图2.5 定时器2波特率发生器模式Fig.2.5 The baud rate generator mode of counter2定时器可配置成“定时”或“计数”方式，在许多应用上，定时器被设置为“定时”方式（C/=0）。当定时器2作为定时器时，它的操作不同于波特率发生器。通常定时器2作为定时器，它会在每个机器周期递增（1/6或1/12振荡频率）。当定时器2作为波特率发生器时，它在6时钟模式下，以振荡器频率递增（12时钟模式时为1/12振荡频率）。如图2.5所示，定时器2是作为波特率发生器，仅当寄存器T2CON中的RCLK和（或）TCLK=1时，定时器2作为波特率发生器才有效。TH2溢出并不置位TF2，也不产生中断。这样当定时器作为波特率发生器时，定时器2中断不必禁止。如果EXEN2（T2外部使能标志）被置位，在T2EX中由1到0的转换会置位EXF2（T2外部标志位），但并不导致（TH2,TL2）重新装载。当定时器2用作波特率发生器时，如果需要，T2EX可用作附加的外部中断。当计时器工作在波特率发生器模式下，则不要对TH2和TL2进行读/写，每隔一个状态时间或由T2进入的异步信号，定时器2将加1。在此情况下对TH2和TL2进行读/写是不准确的，可对RCAP2寄存器进行读，但不要进行写，否则将导致自动重装错误。当对定时器2或寄存器RCAP进行访问时应关闭定时器（清零TR2）1。3设计制作3.1 系统总体框图系统总体结构图如图3.1所示，ST89C52单片机作为核心控制模块，结合最小系统与时钟芯片、存储芯片与继电器控制，通过按键模块来设置初始时间以及预定时间，通过显示模块观察来实现总体设计。单片机主控显示模块按键模块时钟芯片存储芯片继电器控制最小系统图3.1系统总体结构图Fig.3.1 The overall structure of the system3.2 各模块电路图3.2.1最小系统电路图如图3.2所示为单片机最小系统电路图，单片机最小系统，或者称为最小应用系统，是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。对51系列单片机来说，最小系统一般应该包括:单片机、晶振电路、复位电路。晶振是晶体振荡器的简称，在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络。电工学上这个网络有两个谐振点，以频率的高低分其中较低的频率是串联谐振，较高的频率是并联谐振，由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近，在这个极窄的频率范围内，晶振等效为一个电感，所以只要晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路，这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路，由于晶振等效为电感的频率范围很窄 所以即使其他元件的参数变化很大，这个振荡器的频率也不会有很大的变化。晶振有一个重要的参数，那就是负载电容值，选择与负载电容值相等的并联电容，就可以得到晶振标称的谐振频率。一般的晶振振荡电路都是在一个反相放大器(注意是放大器不是反相器)的两端接入晶振，再有两个电容分别接到晶振的两端，每个电容的另一端再接到地，这两个电容串联的容量值就应该等于负载电容。一般的晶振的负载电容为15pF或12.5pF，如果再考虑元件引脚的等效输入电容，则两个22pF的电容构成晶振的振荡电路就是比较好的选择4。单片机复位电路就好比电脑的重启部分，当电脑在使用中出现死机，按下重启按钮电脑内部的程序从头开始执行。单片机也一样，当单片机系统在运行中，受到环境干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。图3.2 最小系统电路图Fig.3.2 Minimum system circuit diagram3.2.2 时钟芯片电路图如图3.3所示为始终芯片电路图，采用DS1302时钟芯片实现计时。DS1302芯片是一种高性能的时钟芯片，可自动对秒、分、时、日、周、月、年以及闰年补偿的年进行计数，而且精度高,用于高速数据暂存的31*8RAM，工作电压在2.5V5.5V范围内，2.5V时耗电小于300nA，采用这种专用时钟芯片可以更精确地实现定时插座的定时目的，定时准确又不占用太多系统资源。图3.3 时钟芯片电路图Fig.3.3 Circuit diagram of clock chip3.2.3显示模块电路图如图3.4所示为显示模块电路图，本设计采用的是LCD1602字符型液晶显示器。LCD液晶显示器是一种低功耗的显示器件，广泛应用于工业控制、消费电子及便携式电子产品中。它不但省电，而且能够显示大量的信息，如文字、曲线、图形、动画等，其功能比数码管强大得多。LCD1602液晶显示模块可同时显示16*2即32个字符，内部含有的字符发生存储器里面存储了160个不同的点阵字符图形，包括阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号和日文的片假名等，每个字符都有一个固定的代码2。图3.4 显示模块电路图Fig.3.4 Circuit diagram of display module3.2.4 存储电路图如图3.5所示为存储部分的电路图，由于系统要显示的内容比较简单，但是定时的时间设置好了，断电了之后什么都没了，因此为了保护时间，该系统就需要有断电存储电路，由于显示量不多,所以选用I2C器件AT24C02。AT24C02在单片机应用中，作为EEPROM储存器用，与单片机通过I2C通信。优点是掉电后仍可以保存数据。比如单片机运行时，手动设置了一些参数，可以用它保存起来。图3.5 存储部分电路图Fig.3.5 Circuit diagram of storage section3.2.5 按键模块电路图如图3.6所示为按键模块电路图，独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一根I/O口线，因此，在按键较多时，I/O口线浪费较大，不宜采用。图11中按键输入均采用低电平有效，此外，上拉电阻保证了按键断开时，I/O口线有确定的高电平。当I/O口线内部有上拉电阻时，外电路可不接上拉电阻。本系统使用P0口作为按键输入口，所以需要上拉电阻8。图3.6 按键模块电路图Fig.3.6 Circuit diagram of keymodule3.2.6 继电器控制电路图如图3.7为继电器控制电路图，电磁继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，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失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。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”。继电器一般有两股电路，为低压控制电路和高压工作电路。这里单片机IO口输出高电平触发三极管导通。经过以上的分析计算得出：三极管可用极性是NPN的9014或8050，电阻选3.3K。三极管的放大倍数要求不高，一般买的都可以，100500 (放大倍数分段可选)，随便买的都可以用。电阻R1选3.3K/0.25W就可以了,保证基极为MA级电流就可以开关三极管了。当三极管由导通变为截止时，继电器绕组感生出一个较大的自感电压。它与电源电压叠加后加到控制继电器线圈的三极管的e、c两极上，使发射结（ec）有可能被击穿。为了消除这个感生电动势的有害影响，在继电器线圈两端反向并联抑制二极管，以吸收该电动势。自感电压与电源电压之和对二极管来说却是正向偏压，使二极管导通形成环流。感应的高电压就会通过回路释放掉，保证了三极管的安全。图3.7 继电器控制电路图Fig.3.7 Circuit diagram of relay control3.3 总体电路图综上可以将各个模块结合到一起，设计总体电路图如图3.8所示9。图3.8 总体电路图Fig.3.8 The overall circuit diagram4 软件设计4.1 定时程序设计定时控制电源开关的主要过程是数码管显示时间倒计时，通过键盘可以修改定时时间，在倒计时时间到时，继电器闭合，连接继电器的LED亮，蜂鸣器响。时间可以设置分秒级别。由于采用3个按键来完成时间的修改，那么其中一个按键为功能选择按键键，另外两个为时间加与时间减按键。主程序流程图如图4.1，程序详情请参见附录。开始系统初始化是否设置定时执行定时程序是否到达定时时间执行相应开关程序YNYN按键任意定时按键模式定时遥控模式定时Y图4.1 定时程序流程图Fig.4.1 the flow chart of timing program4.2 键盘输入程序设计键盘输入程序的设计，首先入栈保护，然后键盘扫描是否有键盘按下，如果有则有低电平输入，如果没有则相反，所以读取键值，检测到有在延时20ms，再检验是否有键按下，如果没有，则返回现场，有责处理按键程序的内容，然后返回现场。程序详情请参见附录。4.3 显示子程序设计这部分的显示过程主要是显示从DS1302读取的日历和时钟数值，同时当检测到独立式按键有键按下时，显示相应的设置菜单等。程序详情请参见附录。基本操作时序：读状态：输入：RS=L,RW=H,E=H 输出：DOD7=状态字写状态：输入：RS=L,RW=L,D0D7=指令码,E=高脉冲 输出：无读数据：输入：RS=H,RW=H,E=H 输出：DOD7=数据写数据：输入：RS=H,RW=L,D0D7=数据,E=高脉冲 输出：无【8】 4.4 中断程序设计此程序的中断流程图首先入栈保护，然后同步修正，判断是否到了0.5秒，否的话则恢复现场，否则则LED取反，调用BCD子程序，下一步则回复现场，如图4.2所示。入栈保护中断同步修正恢复计时判断是否到0.5sLED取反调用BCD子程序恢复现场中断返回YN图4.2中断流程图Fig.4.2 The follow chat of interruptDS1302串行时钟芯片的主要组成部分：移位寄存器控制逻辑、振荡器、实时时钟以及RAM。为了初始化任何的数据传送，把RST置为高电平且把提供地址和命令信息的8位装入到移位寄存器中。数据在SCLK的上升沿串行输入。无论是读周期还是写周期发生，也无论传送方式是单字节传送还是多字节传送，开始8位指定的40个字节中的那个将被访问。在开始8个时钟周期把命令字装入移位寄存器之后，另外的时钟在读操作时输出数据，在写操作时输入数据。时钟脉冲的个数在单字节方式下为8加8，在多字节方式下为8加最大可达248的数。 如图4.3为DS1302的命令字节，每一数据传送由命令字节初始化。最高位有效位MSB必须为1。如果它是零，禁止写DS1302，位6为逻辑0指定时钟日历数据；逻辑1指定RAM数据。位1和5指定进行输入或输出的特定寄存器。最低位LSB为逻辑0指定进行写操作；逻辑1