定时控制器的设计与制作毕业论文.doc

摘要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，本设计硬件使用Atmel89S52单片机为控制核心，DS1302作为时钟芯片并同时在掉电时存贮资料，LCD1602液晶作为显示与用户交互，使用5V继电器控制外接电器电源的开启或关闭。软件采用模块化设计，驱动、控制、引脚、变量定义等采用多文件编译，既方便自己设计修改也方便他人理解。功能上主要实现了日期和时间等的显示和设定，定时控制功能，并且能随时输入、修改定时时间，定时时间输入后便进入定时状态。当到达定时时间时会自动启动报警系统，闪烁电路以及蜂鸣器将开始工作，在LCD显示屏上会有“Alarm”的字样予以提示，同时切断继电器外部电源并点亮继电器电路上绿灯。在报警半分钟后如果没有人操作该系统，则报警结束，表示系统整个工作已经结束。关键词 :AT89S52；LCD1602；DS1302；继电器 AbstractWith the constantly adjustment of industrial structure, the rapid development of the production process, the rising of our living standard and the growing popularity of the home appliances, market timing control system of needs more and more. Such as, timing, timing automatic automatic alarm ringing the bell, timer switch oven, timing on-off power equipment and various electrical time start-up belong to timing control system. Timing control system and the realization method of many, this design using Atmel89S52 micro-controller hardware as control core, DS1302 as the clock and at the same time in power lost chip when storage material, LCD1602 liquid crystal display and as a user interaction, using 5 V relay control external electric power supply open or closed. Software modular design, driving, control, pins, variables such as defined by file compiler, go to the lavatory already own design modification is also easy to understand others. Function mainly display and set the date and time, the timing control function, and can enter at any time, modify the regular time, regular time input after the timed state. Alarm system will start automatically when the time is reached, the flashing circuit and buzzer will start work on the LCD monitor will have the word Alarm be prompt, and cut off the green relay external power and turn on the relay circuit . In the alarm after half a minute if there is no person to operate the system, the alarm to the end of said system as a whole has been completed. Key words : AT89S52；LCD1602；DS1302；relay目录目录I1 绪 论11.1 本设计目的意义11.2 本设计发展及现状12 方案设计32.3 软件方案选择33 系统硬件设计43.1 单片机外围电路设计43.1.1 单片机引脚功能53.1.2 定时器的定时实现73.2 时钟电路的设计93.2.1 时钟电路外围设计93.2.2 时钟芯片引脚功能93.3 LCD1602 液晶显示电路的设计103.3.1 LCD1602芯片显示功能113.3.2 LCD1602引脚功能113.4 继电器控制电路的设计113.4.1 继电器和三极管的基功能123.4.2 继电器电路驱动原理133.5报警电路和按键电路的设计133.5.1 报警电路133.5.2 按键电路143.6 彩灯电路的设计144 系统软件设计154.1系统主程序设计及流程图154.2 子程序流程图164.2.1 时钟模块流程图164.2.2 LCD显示模块流程图175 系统的软硬件调试185.1 硬件调试185.2 软件调试185.2.1 Keil C51调试185.2.2 Proteus 仿真196 结论与展望216.1 结论216.2 展望21谢 辞22参考文献23附录24附录一 程 序24附录二 系统原理图441 绪 论1.1 本设计目的意义我们在日常生活中，经常碰到一些需要定时的事情，例如：空调可以定时开启与关闭，可以定在任何时间，洗衣机洗涤衣物需要定在几分钟到几十分钟的时间，电风扇需要定在数十分钟的时间。完成这种定时的定时器有多种多样，在家用电器中采用机械定时器就是根据一般上弦钟表原理设计的，这种定时器虽然结构简单，成本低，维修也比较方便，但是它的触头频繁接触和断开，大大的缩减了它的使用寿命，也不利于进一步全自动化。在电子技术突飞猛进的今天，电子定时器一定会逐步取而代之，这是不言而喻的。在生活和生产的各领域中，凡是有自动控制要求的地方都会有单片机的身影出现；从简单到复杂，从空中、地面到地下，凡是能想像到的地方几乎都有使用单片的需求。现在尽管单片机的应用已经很普遍了，但仍有许多可以用单片机控制而尚未实现的项目，因此，单片机的应用大有想像和拓展空间。 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。为了实现常用家用电器和公共场所的定时控制，方便人们日常工作生活，创建节能社会，使用基于单片机的定时控制器可以使人们省去每天重复繁杂的劳动，实现电器的定时开关。比如定时自动报警、定时自动打铃、定时开关烘箱、定时通断动力设备、定时饮水机的加热、智能洗衣机定时控制、定时开关电热毯、定时电暖器、定时电热水器的工作、定时电饭煲的自动煮饭等等，节假日到了出门前定时给家开启灯具，还能起到防盗的作用。1.2 本设计发展及现状人类最早使用的定时工具是沙漏或水漏，但在钟表诞生发展成熟之后，人们开始尝试使用这种全新的计时工具来改进定时器，达到准确控制时间的目的。1876年，英国外科医生索加取得一项定时装置的专利，用来控制煤气街灯的开关。它利用机械钟带动开关来控制煤气阀门。起初每周上一次发条，1918年使用电钟计时后，就不用上发条了。 定时器控制使相当多需要人控制时间的工作变得简单了许多。定时控制系统不仅在人们日常生活上得到很好的发展，而且在军事方面的应用更加不可缺少，比如定时炸弹，定时雷管，在航天领域上的定时控制等等。现在有不少家用电器都安装了定时器来控制开关或工作时间。目前，已经有成熟的定时器模块可供使用，但是主要用于工业控制，且需外加控制电路。将控制核心、显示模块、开关接口等集成起来，电器插头接上后即可实现定时开关，将非定时控制电器变成可定时开关电器，实现定时控制器复用，并可节省成本，已成为家用电器定时控制的一种简单有效的发展趋势。2 方案设计由于本设计是一个以时间为基准的自动控制系统，所以时间需要精确，因此宜采用专门的时钟芯片，而不宜使用单片机定时器实现。本例采用DS1302时钟芯片，价格低廉，精度符合要求，且自带用户RAM,可以供断电后保存用户定时参数设置。显示使用LCD1602，可显示16*2个字符，用户界面友好，体积小巧，且功耗很低。数码管显示信息少，且显示字符不方便，而且焊接繁琐，体积大，功耗偏高，故没有采用。控制核心采用AT89S52单片机，可在线编程(ISP),方便调试。内置8K FLASH程序存储器，256Bit数据存储器，可满足本设计要求。继电器采用5V DC 250V AV 普通机械式继电器即可满足要求。按键有五个，功能分别为模式、增加、减少、选择、复位。2.3 软件方案选择软件采用C语言编写，比较汇编语言，C语言易于设计、理解和移植。缺点是对单片机时间精度控制没有汇编高，生成HEX文件体积稍大，效率稍低。但经过比较后，在本设计中可以满足设计要求，因此采用C语言编写程序。3 系统硬件设计3.1 单片机外围电路设计 因为AT89S52(本设计所选的芯片)是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于 常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵活、超有效的解决方案。有此它具有以下标准功能：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，AT89S52 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。单片机最小系统电路如图3.1所示。图3.1单片机最小系统 AT89C51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直流电源，振荡器就开始振荡起来。振荡电路就为单片机工作提供了所需要的时钟脉冲信号，是单片机的内部电路、单片机的内部程序（若有）开始工作。振荡电路不工作，整个单片机电路都不能正常工作。AT89C51常外接12MHz的石英晶体，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3.2所示。 图3.2 振荡电路 在RST端（9脚）外接的一个电路，目的是使单片机上的电开始工作时，内部电路从初始状态开始工作，或者在工作中人为让单片机重新从初始状态开始工作。在时钟工作的情况下，只要复位引脚高电平保持在两个机器周期以上的时间，AT89S52便能完成系统重置的各项工作，使得内部特殊功能寄存器的内容均被设置成已知状态，并且从地址0000H处读入程序代码而执行程序。复位电路如图3.3所示。图3.3 复位电路3.1.1 单片机引脚功能CPU的内部结构是由8位的MCS-51单片机的CPU内部有数术逻辑单元ALU（Arithmetic Logic Unit）、累加器A（8位）、寄存器B（8位）、程序状态字PSW（8位）、程序计数器PC（有时也称为指令指针，即IP，16位）、地址寄存器AR（16位）、数据寄存器DR（8位）、指令寄存器IR（8位）、指令译码器ID、控制器等部件组成。P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻 辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。 当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下， P0不具有内部上拉电阻。 在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验 时，需要外部上拉电阻。 P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动4 个 TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。 此外，P1.0和P1.1分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2 的触发输入（P1.1/T2EX）。 在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。P0口引脚号的第二功能：P1.0 T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出 ，P1.1 T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制），P1.5 MOSI（在系统编程用），P1.6 MISO（在系统编程用），P1.7 SCK（在系统编程用）。P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用 8位地址访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。 在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。 P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p3 输出缓冲器能驱动4 个 TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。 P3口亦作为AT89S52特殊功能使用，如下表所示。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。 端口引脚的第二功能：P3.0 RXD(串行输入口) ，P3.1 TXD(串行输出口) ，P3.2 INTO(外中断0) ，P3.3 INT1(外中断1) ，P3.4 TO(定时/计数器0) ，P3.5 T1(定时/计数器1) ，P3.6 WR(外部数据存储器写选通) ，P3.7 RD(外部数据存储器读选通，此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。 RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。 ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。 PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。 EA/VPP：外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器的指令。FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。 3.1.2 定时器的定时实现定时计数器的原理 :16位的定时器/计数器实质上就是一个加1计数器，其控制电路受软件控制、切换。当定时器/计数器为定时工作方式时，计数器的加1信号由振荡器的12分频信号产生，即每过一个机器周期，计数器加1，直至计满溢出为止。显然，定时器的定时时间与系统的振荡频率有关。因一个机器周期等于12个振荡周期，所以计数频率f=1/12osc。如果晶振为12MHz，则计数周期为：T=1/（12106）Hz1/12=1s这是最短的定时周期，若要延长定时时间，则需要改变定时器的初值，并要适当选择定时器的长度（如8位、13位、16位等）。 控制寄存器 定时器/计数器T0和T1有2个控制寄存器-TMOD和TCON，它们分别用来设置各个定时器/计数器的工作方式，选择定时或计数功能，控制启动运行，以及作为运行状态的标志等。其中，TCON寄存器中另有4位用于中断系统。 定时器/计数器方式寄存器TMOD： 定时器方式控制寄存器TMOD在特殊功能寄存器中，字节地址为89H，无位地址。TMOD的格式如下图所示。 表3.1 TMOD的格式由表可见，TMOD的高4位用于T1，低4使用于T0，4种符号的含义如下：GATE：门控制位。GATE和软件控制位TR、外部引脚信号INT的状态,共同控制定时器/计数器的打开或关闭。C/T：定时器/计数器选择位。C/T1，为计数器方式；C/T0，为定时器方式。 M1M0：工作方式选择位，定时器/计数器的4种工作方式由M1M0设定。M0 M1工作方式功能描述0 00 11 01 1工作方式0工作方式1工作方式2工作方式313位计数器16位计数器自动再装入8位计数器定时器0：分成两个8位计数器定时器1：停止计数表3.2 定时器工作方式定时器/计数器方式控制寄存器TMOD不能进行位寻址，只能用字节传送指令设置定时器工作方式，低半字节定义为定时器0，高半字节定义为定时器1。复位时，TMOD所有位均为0。在不同工作方式下计数器位数不同，最大计数值也不同。假设最大计数值为M，那么各方式下的最大值M值如下：方式0：M=213=8 192 ； 方式1：M=216=65 536 ； 方式2：M=28=256 ；方式3：定时器0分成两个8位计数器，所以两个M均为256。定时器/计数器是作“加1”计数，并在计数满溢出时产生中断，因此初值X可以这样计算：X=M-计数值。定时器/计数器的四种工作方式为：定T0或T1无论用作定时器或计数器都有4种工作方式：方式0、方式1、方式2和方式3。除方式3外，T0和T1有完全相同的工作状态。下面以T1为例，分述各种工作方式的特点和用法。 工作方式0：13位方式由TL1的低5位和TH1的8位构成13位计数器（TL1的高3位无效）。 为定时/计数选择：C/T0，T1为定时器，定时信号为振荡周期12分频后的脉冲；C/Tl，T1为计数器，计数信号来自引脚T1的外部信号。定时器T1能否启动工作，还受到了R1、GATE和引脚信号INT1的控制。当GATE0时，只要TR11就可打开控制门，使定时器工作；当GATE1时，只有TR11且INT11，才可打开控制门。GATE，TR1，C/T的状态选择由定时器的控制寄存器TMOD，TCON中相应位状态确定，INT1则是外部引脚上的信号。方式0是13位计数结构的工作方式，其计数器由TH0全部8位和TL0的低5位构成。当TL0的低5位计数溢出时，向TH0进位，而全部13位计数溢出时，则向计数溢出标志位TF0进位。工作方式1:它是16位计数结构的工作方式，计数器由TH0全部8位和TL0全部8位构成。与工作方式0基本相同，区别仅在于工作方式1的计数器TL1和TH1组成16位计数器，从而比工作方式0有更宽的定时/计数范围。工作方式2:由TL1构成8位计数器，TH1仅用来存放时间常数。启动T1前，TL1和TH1装入相同的时间常数，当TL1计满后，除定时器回零标志TF1置位，具有向CPU请求中断的条件外，TH1中的时间常数还会自动地装入TL1并重新开始定时或计数。所以，工作方式2是一种自动装入时间常数的8位计数器方式。由于这种方式不需要指令重装时间常数，因而操作方便，在允许的条件下，应尽量使用这种工作方式。当然，这种方式的定时/计数范围要小于方式0和方式1。工作方式3:有2个8位方式，且工作方式3只适用于定时器0。如果使定时器1为工作方式3，则定时器1将处于关闭状态当T0为工作方式3时，TH0和TL0分成2个独立的8位计数器。其中，TL0既可用作定时器，又可用作计数器，并使用原T0的所有控制位及其定时器回零标志和中断源。TH0只能用作定时器，并使用T1的控制位TR1、回零标志TF1和中断源。3.2 时钟电路的设计3.2.1 时钟电路外围设计本设计采用主DS1302时钟芯片，时钟电路由DS1302、32.768KHz晶振和两个60pF的电容组成。通过SPI三线方式：时钟线SCLK、数据线I/O和复位线RST。可以很好的与51系列单片机进行通信，从内部读出时间，以及设置内部时间。时钟电路如图3.4所示。图3.4 时钟电路图 3.2.2 时钟芯片引脚功能时钟芯片引脚图如他3.5所示。图3.5 DS1302引脚图如图3.5所示，Vcc1为后备电源，VCC2为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。当Vcc2大于Vcc1+0.2V时，Vcc2给DS1302供电。当Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电。X1和X2是振荡源，外接32.768kHz晶振。RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST输入有两种功能：首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在VCC2.0V之前，RST必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。I/O为串行数据输入输出端(双向)， SCLK为时钟输入端。从DS1302性能来看,本设计需要利用到的有DS1302实时时钟具有能计算2100年之前的秒、分、时、日、日期、星期 、月、年的能力，还有闰年调整的能力;内部含有31个字节静态RAM，可提供用户访问;采用串行数据传送方式，使得管脚数量最少，简单SPI 3线接口;它的工作电压范围宽：2.05.5V,工作电流：2.0V时，小于300nA;时钟或RAM数据的读/写有两种传送方式：单字节传送和多字节传送方式;采用8脚DIP封装或SOIC封装,且与TTL兼容，Vcc=5V;可选工业级温度范围：-40C+85C;具有涓流充电能力;采用主电源和备份电源双电源供应;备份电源可由电池或大容量电容实现。3.3 LCD1602 液晶显示电路的设计 液晶显示电路如图3.6所示。图3.6 LCD1602液晶显示电路3.3.1 LCD1602芯片显示功能 基于LCD1602是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。有若干个5X7或者5X11等点阵字符为组成，且每个点阵字符位都可以显示一个字符串。每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔起到了字符间距和间距的作用，正因为如此所以它不能显示图形。LCD1602是指显示的内容为16X2，即可以显示两行，每行16个字符。 且LCD1602含 +5电压，对比度可调，内含复位电路，能提供各种控制命令,如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能，有80字节显示数据存储器DDRAM ，内建有192个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM，8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM。 LCD1602主要技术参数主要有显示容量为162个字符，芯片工作电压为4.55.5V，工作电流为2.0mA(5.0V)，模块最佳工作电压为5.0V，字符尺寸:2.954.35(WH)mm。即本设计选择可以显示两行，每行16个字符液晶模块的界面。设计用到数字、英文字符以及汉字的全能显示。3.3.2 LCD1602引脚功能 LCD1602采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，从图2-5-3的引脚排列，其中VSS为地电源，VDD接5V正电源。而VEE脚为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个1K的电位器调整对比度。RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。D0D7为8位双向数据线。第15脚接背光源正极，第16脚接背光源负极。3.4 继电器控制电路的设计 由于单片机I/O口驱动能力有限，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，并且利用三极管截至和饱和导通的性质可以很方便的用于单片机控制。继电器控制电路如图3.7所示。图3.7 继电器控制电路3.4.1 继电器和三极管的基功能在各种自动控制设备中，都存在一个低压的自动控制电路与高压电气电路的互相连接问题，一方面要使低压的电子电路的控制信号能控制高压电气电路的执行元件，如电动机、电磁铁、电灯等；另一方面又要为电子线路的电气电路提供良好的电隔离，以保护电子电路和人身的安全，电磁式继电器便能完成这一桥梁作用。 电磁式继电器一般由控制线圈、铁芯、衔铁、触点簧片等组成，控制线圈和接点组之间是相互绝缘的，因此，能为控制电路起到良好的电气隔离作用。当我们在继电器的线圈两头加上其线圈的额定的电压时，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）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的接通、切断的关目的。三极管的基极B接到单片机的P3.6，三极管的发射极E接到继电器线圈的一端，线圈的另一端接到5V电源VCC上。继电器线圈两端并接一个二极管IN4144，用于吸收释放继电器线圈断电时产生的反向电动势，防止反向电势击穿三极管及干扰其他电路；并和发光二极管LED组成一个继电器状态指示电路，当继电器吸合的时候，发光二极管LED点亮，这样就可以直观的看到继电器状态了。图3.8为继电器引脚图。图3.8 继电器引脚图如图3.8中所示，1、2、3为继电器输出接线端子，其中1接到继电器的常接点，3接到继电器的动接点，2接到继电器的常闭接点。当继电器吸合的时候，13将接通，相当于开关闭合。因此我们就可以在端子13上接线来控制其他电路了。3.4.2 继电器电路驱动原理当AT89S52单片机的P3.6引脚输出搞电平时，电信号经过非门电路，三极管基极变为低电平，三极管饱和导通，5V电源加到继电器线圈两端，继电器吸合，同时状态指示的发光二极管也点亮，继电器的常开触点闭合，相当于开关闭合。当AT89S52单片机的P3.6引脚输出地电平时，电信号经过非门电路，使得基极为高电平，则三极管截止，继电器线圈两端没有电位差，继电器衔铁释放，同时状态指示的发光二极管也熄灭，继电器的常开触点释放，相当于开关断。 在三极管截止的瞬间，由于线圈中的电流不能突变为零，继电器线圈两端会产生一个较高电压的感应电动势，线圈产生的感应电动势则可以通过二极管IN4144释放，从而保护了三极管免被击穿，也消除了感应电动势对其他电路的干扰，这就是二极管的保护作用。3.5报警电路和按键电路的设计3.5.1 报警电路报警电路如3.9所示。图3.9 报警电路如3.9所述，我们在这里直接利用P3.5引脚驱动蜂鸣器发声。报警电路驱动原理：当P3.5引脚为低电平时，蜂鸣器两断了产生电位差，则导通并发出报警声；当P3.5引脚为高电平时，蜂鸣器两端没有电位差，则不工作。3.5.2 按键电路 按键电路如图3.11所示。图3.11 按键电路当没有按下按键时I/O口为高电平，当按下时I/O口电平会被拉低，通过电平的不同可以很轻松地判别是否有按键按下。P1.0处为功能上键，P1.1处为功能下键，P1.2处为确认键，P1.3处为返回菜单键。3.6 彩灯电路的设计闪烁发光电路如图3.10所示。图 3.10闪烁发光电路 8个LED发光二极管通过相对应的P0.0引脚至P0.7引脚的电平控制二极管是否点亮，整个组成闪烁发光电路，也是用来提示定时完成。4 系统软件设计程序设计按模块划分可分为: (1)主界面时间、日期、星期等的显示函数 (2)时间设置界面函数 (3)定时器设置界面函数 (4)模式按键扫描函数 (5)增加和减少按键扫描函数 (6)选择按键扫描函数 (7) 彩灯闪烁函数等。4.1系统主程序设计及流程图 主程序流程如图4.1所示。图4.1主程序流程图软件采用多文件编译，用LCD1602液晶驱动、DS1302时钟芯片驱动，且分有函数定义的“ .c ”文件和函数声明的“ .h ”头等文件，引脚定义头文件，变量常量定义头文件，主程序“ .c ”文件分块调试。4.2 子程序流程图4.2.1 时钟模块流程图图4.2 时钟模块流程图4.2.2 LCD显示模块流程图图4.3 LCD显示模块流程图5 系统的软硬件调试5.1 硬件调试MCS-51的振荡器输入分别由引脚19（XTAL1）和引脚18（XTAL2）来完成。只要将这两个引脚外接石英晶体和陶瓷电容，就可与CPU内部组成完整的振荡电路。 MCS51的一个机器周期含有6个状态周期，而每个状态周期为2个振荡器周期，因此一个机器周期共有12个振荡周期，如振荡器的频率为12MHz，一个振荡器周期为1/12微秒，而一个机器周期为微秒。 整个工作调试结果，实现日期的显示、时间、响铃等设定，并且实现定时功能，能随时输入、修改定时时间，定时时间输入后便进入定时状态，通过继电器触点接通外部电器电源。当到达定时时间时会自动报警打铃，在报警半分钟后如果没有人操作该系统，会通过继电器将定时器的电源切断让并点亮绿灯提示它的工作完成。 5.2 软件调试5.2.1 Keil C51调试Keil C51仿真器是一款利用KEIL C51 的IDE集成开发环境作为仿真环境的廉价仿真器，是利用SST公司具有IAP功能的单片机SST89C58制作而成，主要是利用了SST89C58的IAP功能，所谓IAP功能是In application program 的英文缩写，是在应用编程的意思，通俗一点讲就是：它可以通过串口将用户的程序下载到单片机中，可以通过串口对单片机进行编程。它之所以具有这种功能，实际上它有两块程序flash区，其中一块flash中运行的程序可以更改另外的一块程序flash区中的程序，正是利用这一特性才用它作成了仿真器，我们把仿真器的监控程序事先烧入SST89C58，监控程序通过SST89C58的串口和PC通讯，当使用KEIL C51的IDE环境仿真时，用户的程序通过串口被监控程序写入flash程序区中，当用户设置断点等操作仿真程序时，flash程序中的用户程序也在相应的更改，从而实现了仿真功能 。 调试的主要方法： (1) 启动Keil c51 (2) 新建一个工程。Project菜单New project ，选择好我们要保存的文件夹后，键入Frist 保存。接着弹出CPU类型选择框，我们选择最常用的AT89C51,按确定。 (3) 在工程中加入文件。新建一个文件，文件菜单FileNew，我们再选择：文件菜单FileSave As. （另存为）弹出 对话框后，我们文件名框中键入First.c（注意文件后缀名是 .c）保存.C文件建好啦。现在我们把文件加入到工程中去。 点击Target 1前面的+号，右键单击Source Group 1选择Add Files to Group. 图5.1为程序调试结果图 5.1 程序仿真5.2.2 Proteus 仿真编写程序的在Keil软件进行程序调试成功后，在Keil中生成.hex文件，并通过proteus软件加载.hex文件进行仿真。部分仿真结果如图5.2和图5.3所示。图5.2为设定当前时间界面，图5.3为定时时间到时显示屏上的提示。 图5.2 当前时间设置 图5.3 报警显示6 结论与展望6.1 结论整机工作，开启开关按钮后，我们可以看到时间和日期的显示，通过设置按钮，我们可以很方便的调节时间。我们调整好时间后，按确认键，然后再按功能键调节报警声，再按确认键。并定时报警时间，后按确认键，当接口显示进入计时状态时，说明我们开启了定时报警系统，通过确认键我们还可以查看当前我们设定的报警时间，当时间到达所定时时间，就会通过蜂鸣器报警和闪烁灯的提示，同时启动继电器控制通断系统，并点亮绿灯。报警半分钟后，报警系统结束，告之定时控制器工作完成。显示器显示模块可划分为:（1）开机扫描界面显示；（2） 主界面时间、日期、星期等的显示；（3）时间设置界面显示；（4） 定时时间设置界面显示；（5） 响铃设置界面显示等。6.2 展望 在本次设计的目标基本完成，由于本设计的是一个最基本的定时控制系统，它能够运用于电器的定时开关，运用于闹钟中，或者较简单的彩灯显示的定时控制。但是再设计上还是存在许多的缺陷，功能上只能实现单路的定时，然而在多路开关的定时是无能为力的。定时的时间点也只能实现一个，而不能实现多个定时区域。也就是说在一个定时系统中，能对若干个线路或器件的定时控制，并且能不互相干扰的情况下完成各自的工作。若今后多能从这两个角度去对定时控制系统设计与规划，实现其功能，使得定时控制系统不管是在民用还是在军用将会得到更大的推广与普及。谢 辞首先要感谢在大学四年教育我的老师，没有他们给予我扎实的基础，我想我是不能完成这次毕业设计的。在这两个多月的毕业设计中，我真诚地感谢指导老师和同学们的帮助，在他们的帮助下我顺利的完成了此次毕业设计。在本次设计过程中，所有的不是一帆风顺，硬件的设计和软件的仿真不是一步到位，经过多次的反复的验证才达到预期结果。期间我的指导老师邸春芳老师始终给予了我宝贵的建议和支持，同学们的无私帮助，这是我能顺利完成这次设计的关键。参考文献1 戴佳.戴卫.51单片机C语言应用程序设计实例精讲电子工业出版社.20062 何立民.单片机应用系统设计.北京:北京航天航空大学出版社,19903 彭为.单片机典型系统设计实例精讲.北京:电子工业出版社.20064 欧阳文.ATMEL89系列单片机的原理与开发实践5 钟富昭等.8051单片机典型模块设计与应用M.人民邮电出版社，2007.6 胡汉才.单片机原理及其接口技术.北京：清华大学出版社，2004（第二版）7赵德安等. 单片机原理与应用. 北京：机械工业出版社，20048赵晓安等.MCS-51单片机原理及应用.天津:天津大学出版社,2001（第一版）9郝建国.单片机在电子电路设计中的应用.北京:清华大学出版社10赵亮等. 单片机C语言编程与实例.北京: 入民邮电出版社11何立民. MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术.北京:北京航空航天大学出版社12夏继强. 单片机实验与实践教程. 北京：北京航空航天大学出版社.2001附录附录一 程 序主程序#include#include#include#include#include#includeuchar code time=0,1,2,3,4,5,6,7,8,9;uchar code get_up=Timing ;uchar code str=Never frown,even when you are sad,because you never know who is falling in love with your smile! To the world you may be one person,but to one person you may be the world ;uchar code menu410=Time Set,Music,Books,timer Set;void main()ini();open();delay(255);delay(255);delay(255);delay(255);write_order(0x01);init_ds1302();set_ds1302(time_add,initial_time);while(1)read_ring();if(ring_time0=now_time0&ring_time1=now_time1&ring_time2=now_time2)timeup();detect();write_order(0x80+0x04);for(i=0;menukeyi!=0;i+)write_date(menukeyi);get_ds1302();wri