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毕业设计xxxx职业技术学院毕业论文设计课题： xxx学生姓名： x x x学生学号： xxx专业班级： xxx系 别： xxx指导教师： xxx设计时间： xxx摘 要 随着时代的进步，电子行业的发展，定时器的应用越来越广泛。但传统的定时器都是使用发条驱动式，电机传动式或电钟式机械定时器。电子定时器相对原来的机械定时器来说，体积小,重量轻,造价低,精度高,寿命长,而且安全可靠,调整方便,适于频繁使用.本设计使用AT89C51为核心。简述了工作原理，给出了软件流程。该电子定时器满足对电器的电源控制。同时要方便用户对电子定时器的操作。最大定时间可达20h。且最大精度能达到秒。 关键词：定时器，单片机，89C51 继电器目 录1 引言。51.1 课题的来源和意义。 51.2 电子定时器的应用。 51.3 电子定时器的发展前景。 52 51 单片机的内部结构和计数原理。 62.1 51单片机的内部结构。 62.2 计数原理。 72.3 计数器/定时器方式寄存器TMOD。 83 电子定时器的设计。 831 总体设计要求。 832 系统硬件的电路设计。 9 3.2.1 芯片的选择。 9 3.2.2 交流控制接口电路。 9 3.2.3 显示电路。 93.3 系统程序设计及程序调试。 10 4 主要元器件和主要电路。 11 4.1 元器件清单。 11 4.2 AT89C51简介。 11 4.3 继电器。 13 4.4 复位电路和晶振时钟电路。 144.5 完整的电路图的绘制。 155 毕业设计的心得体会。 156 参考文献。 167 附录。 16引 言 我们在日常中，经常碰到一些需要定时的事情，列如:印相或放大照片，需要在零点几秒的时间，洗衣机洗衣需要定在几分到几十分钟的时间里，电风扇需要定在几十分钟内，完成这种定时的定时器有好多种。在家电器中使用的机械定时器都式根据上玄钟表原理设计的。这种定时器虽然构造简单，成本低，维修也比较方便，但是频繁的接触和断开大大降低了电器的使用寿命。造成大大的浪费。更不能完全实现自动化。在电子技术飞速发展的今天电子定时器取代原来的机械定时器理所当然。 本设计基于51单片机设计常用的定时器。满足正常的使用需求。1.1 课题的来源和意义 本课题是有毕业设计老师筛选出来的符合我们所学习的内容范围。本课题的设计的内容不一定很大。只要我们能独立做出来就意义重大。 本课题的意义在于通过此次设计检查我们三年来所学习的专业知识和团队协作能力。同时为节能减排做贡献。 1.2 数字定时器的应用 定时器在电器中的主要用于延时自动关机，定时。延时自动开关在很多电子产品中都用到。例如：收音机，电视机，录音机，催眠器，门灯，路灯，车灯等等电子产品中。还有一些电器中的延时断电和延时自停电电源中。定时可用于照相延时定时。定时烘箱，冰箱门定时报警，水位定时报警，延时电铃，延时电子锁，触摸定时开关。定时器除了用于家用电器中，还广泛用于农业和工业中生产和服务设施，还有军事中也用。1.3 定时器的发展前景 传统的定时器绝大多数是发条驱动式，电机传动式和电钟式机械定时器原理。部分电子器械中也有使用时间继电器。相对于传统的定时器，数字定时器具有体积小，重量轻，造价简单，精度高，使用寿命长，安全性可靠，调整方便，适用于频繁使用，大大降低了成本。所以数字定时器具有很广阔的发展前景。而且随着电子技术特别是单片机技术的飞跃发展。以单片机为核心的定时器更加简单，精度高，更轻质安全。2.1 51单片机的内部结构 主要由以下部分组成： CPU、RAM、ROM、 四个并行I/O口、1个串行口、 2个16位定时器/计数器、中断系统、特殊功能寄存器。其内部结构简图如下：图1-1 CPU的工作原理 :构建CPU的基石是晶体管，可以看成是微型电子开关，代表两种状态:ON(开)和OFF(关)。这一开一关两种状态正好与二进制中的基础状态“0”和“1”对应。CPU由控制单元、运算单元、寄存器单元和时钟等组成。运算单元是计算机对数据进行加工处理的中心，它主要由算术逻辑部件（ALU：Arithmetic and Logic Unit）、寄存器组和状态寄存器组成。CPU工作流程：指令指示器指向内存中存放指令的地方。取指器在那里取出指令，并把它交给解码器。解码器解释指令。然后，ALU执行指令所要求的操作，它对数据进行加、减运算，或者其它的一些处理。在CPU解释并执行完一条指令后，控制器会告诉取指器在内存中取出下一条指令。这个过程一直持续着，一条指令接一条指令，以令人眼花的速度运行。为了使一切都按时发生，各组成部分还需要一个时钟发生器。时钟发生器是用来调节CPU的每一个动作的。像节拍器一样，它发出调整CPU步伐的脉冲储存器结构：采用程序与数据分离的哈佛结构，具体结构图如下：图1-22.2 计数器的工作原理：定时器/计数器： Timer/Counter 本质上都是加法计数器，当对固定周期的脉冲信号计数时是定时器，对脉冲长度不确定的信号计数时是计数器。 每接收到一个计数脉冲，加法计数器的值就加一，当计满时发生溢出，并从0开始继续计数。 加法计数器的计满溢出信号就是定时/计数器的输出，该信号使TCON的某位（TF0或TF1位）置1，作为定时器/计数器的溢出中断标志。其计数器和定时器的连接图如下：2.3 计数器/定时器方式寄存器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。由图可见，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。CT：定时器计数器选择位。C/T1，为计数器方式；CT0，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。M1M0工作方式功能描述00 工作方式013位计数器01工作方式116位计数器10工作方式2自动再装入8位计数器11 工作方式3定时器0：分成两个8位计数器；定时器1：停止计数定时器/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。3.1 定时器的总体设计要求一、 毕业设计的内容1. 说明电路工作原理;2. 画出电路原理图和印刷电路图;3. 列出元器件清单;4. 阐述制作工艺过程, 并写出工艺文件。二、 毕业设计的要求和数据1. 电路中采用集成电路器件构成;2. 输入口采用拨码开关，BCD码（0-9）输入方式;3. 电源电路可采用三端稳压块或串联稳压电路, 输出电压为 +5V;4. 所有元器件可安装在3552印刷板上;5. 整个装置使用220V单相交流电;6. 机箱可采用铁皮或有机塑料板制作。三、 毕业设计应完成的工作1. 写出A4 15页左右的论文;2. 做出整个装置电路实物;3.2 系统硬件电路的设计3.2.1 芯片的选择硬件电路要实现对交流大电流电源的控制，定时时间的设定及到点提醒的功能。我们选择89C51。因为其应用范围广泛，技术成熟。而且造价低。3.2.2 交流控制接口电路交流接口电路可以选着继电器控制，也可以用可控硅控制等。本设计采用的是继电器控制。3.2.3 显示电路 本显示电路采用两个共阴极LED显示数码管显示。能清晰的显示出定时的时间。能让我们直观的看出技术时间。其电路如下：图1-3 3.3 系统程序的设计及程序调试 系统采用模块化、结构化设计、并采用软件抗干扰、使软件得可靠性比较高、可维护性比较强。其主要采用的模块有：主程序 菜单程序 到点工作程序 抗干扰程序 其程序流程图如下：开始达到预定定时间是系统I/O口初始化（包括指示灯继电器等）初始化定时器及外部中断定时器按键触发中断扫描显示数码管延时10ms去抖动打开继电器开关判断按键有启动定时器定时经过1s钟否 图1-4 把也写好的汇编语言程序的载入软件调试工具，检查软件是否有设法错误，再根据软件提示对本程序进行修改，直到没有错误再生成单片机能运行的机器码，再用51开发板或其它单怎机写入工具把机器码写入单片机进行实际的程序调试，根据实际情况再对程序的不足加以修改，直到满足设计要求。4.1 元器件清单 本设计采用的元器件清单及价格如下表格元器件名称个数集成电路AT89C511晶体 12MHZ1三极管 90134继电器 HK4100F-DC5V-SHG1直径3LED发光管2LED数码管（共阴极）2电阻1K 1/4W10电容30PF/16V2电容0.1UF/16V2集成电路插座IC-401电路实验板(万能板)14.2 AT89C51简介 AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。1主要特性：与MCS-51 兼容4K字节可编程闪烁存储器寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路2管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）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）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。3振荡器特性：XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。4芯片擦除：整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。 4.3 继电器 继电器室一种电控制器件。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。继电器HK(4100F)-DC5V-SHG的特点是：价格低具有一组转换印制板式引出端密封型与半密封型两种封装方式4.4 晶振时钟电路和复位电路单片机X1和X2分别接30PF的电容，中间再并连个12MZH的晶振，形成单片机的晶振电路。其电路图如下：图 1-5 一个电阻与一个电容和一个按钮组成复位电路。其原理图如下：图 1-6 4.5 电路图的绘制本设计的电路图绘制采用PROTEL 99 SE制图软件绘制。完整的电路原理图如下图： 图 1-75 毕业设计心得体会 课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域，在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握单片机的开发技术是十分重要的。回顾起此次单片机课程设计，至今我仍感慨颇多，从选题到定稿，从理论到实践，在整整两星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，对单片机汇编语言掌握得不好，通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题。通过小组的讨论和协商我们客服了很多困难。这让我知道团队协作的重要性。从初稿到定稿老师一路陪伴我们。在这里我非常感谢我们的指导老师因为有你我们的毕业设计才能顺利成。老师您辛苦了。 6 参考文献1 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) 2 赵德安 单片机原理与应用 北京 机械冬夜出版社 2004 3 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4张洪润 单片机应用技术教程 北京: 清华大学出版社，1997 5 余孟尝 数字电子技术基础简明教程 北京 高等教育出版社 2004年3月 6 贾正松，王萍 数字电子技术基础 北京 北京理工大学 2009年7月7 附录本设计使用汇编语言编程，其源代码如下：BL51 BANKED LINKER/LOCATER V6.22 04/08/2012 11:40:22 PAGE 1BL51 BANKED LINKER/LOCATER V6.22, INVOKED BY:C:KEILC51BINBL51.EXE STARTUP.obj, c51_timer.obj TO C51_timerMEMORY MODEL: SMALLINPUT MODULES INCLUDED: STARTUP.obj (?C_STARTUP) c51_timer.obj (C51_TIMER) C:KEILC51LIBC51S.LIB (?C_INIT)LINK MAP OF MODULE: C51_timer (?C_STARTUP) TYPE BASE LENGTH RELOCATION SEGMENT NAME - * * * * * * * D A T A M E M O R Y * * * * * * * REG 0000H 0008H ABSOLUTE REG BANK 0 DATA 0008H 000DH UNIT ?DT?C51_TIMER DATA 0015H 0002H UNIT _DATA_GROUP_ IDATA 0017H 0001H UNIT ?STACK * * * * * * * C O D E M E M O R Y * * * * * * * CODE 0000H 0003H ABSOLUTE CODE 0003H 0003H ABSOLUTE 0006H 0005H * GAP * CODE 000BH 0003H ABSOLUTE 000EH 07F2H * GAP * CODE 0800H 008CH UNIT ?C_C51STARTUP CODE 088CH 0041H UNIT ?PR?MAIN?C51_TIMER CODE 08CDH 0038H UNIT ?PR?COUNTER0?C51_TIMER CODE 0905H 0027H UNIT ?PR?TIMER0?C51_TIMER CODE 092CH 0013H UNIT ?C_INITSEG CODE 093FH 0012H UNIT ?PR?_DELAY?C51_TIMER CODE 0951H 0010H UNIT ?PR?INIT_TIMER?C51_TIMER CODE 0961H 0007H UNIT ?PR?INIT_INT0?C51_TIMEROVERLAY MAP OF MODULE: C51_timer (?C_STARTUP)SEGMENT DATA_GROUP +- CALLED SEGMENT START LENGTH-?C_C51STARTUP - - +- ?PR?MAIN?C51_TIMER +- ?C_INITSEG?PR?MAIN?C51_TIMER 0015H 0002H +- ?PR?INIT_TIMER?C51_TIMER +- ?PR?INIT_INT0?C51_TIMER +- ?PR?_DELAY?C51_TIMER* NEW ROOT *BL51 BANKED LINKER/LOCATER V6.22 04/08/2012 11:40:22 PAGE 2?PR?COUNTER0?C51_TIMER - - +- ?PR?_DELAY?C51_TIMERSYMBOL TABLE OF MODULE: C51_timer (?C_STARTUP) VALUE TYPE NAME - - MODULE ?C_STARTUP C:0800H SEGMENT ?C_C51STARTUP I:0017H SEGMENT ?STACK C:0000H PUBLIC ?C_STARTUP D:00E0H SYMBOL ACC D:00F0H SYMBOL B D:0083H SYMBOL DPH D:0082H SYMBOL DPL N:0000H SYMBOL IBPSTACK N:0100H SYMBOL IBPSTACKTOP N:0080H SYMBOL IDATALEN C:0803H SYMBOL IDATALOOP N:0000H SYMBOL PBPSTACK N:0100H SYMBOL PBPSTACKTOP N:0000H SYMBOL PDATALEN N:0000H SYMBOL PDATASTART N:0000H SYMBOL PPAGE N:0000H SYMBOL PPAGEENABLE D:00A0H SYMBOL PPAGE_SFR D:0081H SYMBOL SP C:0800H SYMBOL STARTUP1 N:0000H SYMBOL XBPSTACK N:0000H SYMBOL XBPSTACKTOP N:0000H SYMBOL XDATALEN N:0000H SYMBOL XDATASTART C:0000H LINE# 126 C:0800H LINE# 133 C:0802H LINE# 134 C:0803H LINE# 135 C:0804H LINE# 136 C:0806H LINE# 185 C:0809H LINE# 196 - ENDMOD ?C_STARTUP - MODULE C51_TIMER C:0000H SYMBOL _ICE_DUMMY_ D:0080H PUBLIC P0 D:0090H PUBLIC P1 D:00A0H PUBLIC P2 D:00B0H PUBLIC P3 B:00A8H.7 PUBLIC EA C:093FH PUBLIC _delay C:0961H PUBLIC init_int0 C:088CH PUBLIC main C:0905H PUBLIC Timer0 C:08CDH PUBLIC counter0BL51 BANKED LINKER/LOCATER V6.22 04/08/2012 11:40:22 PAGE 3 D:0089H PUBLIC TMOD C:0951H PUBLIC init_timer B:00A8H.1 PUBLIC ET0 B:00B0H.2 PUBLIC key B:00A0H.0 PUBLIC ka D:008CH PUBLIC TH0 B:00A0H.2 PUBLIC condition B:00A8H.0 PUBLIC EX0 B:0088H.0 PUBLIC IT0 D:0008H PUBLIC code_num D:008AH PUBLIC TL0 D:0012H PUBLIC timer_num B:0088H.4 PUBLIC TR0 D:0013H PUBLIC count_num B:00A0H.6 PUBLIC led1 D:0014H PUBLIC led_num B:00A0H.7 PUBLIC led2 - PROC MAIN - DO D:0015H SYMBOL x D:0016H SYMBOL y - ENDDO C:088CH LINE# 19 C:088CH LINE# 20 C:088CH LINE# 22 C:088EH LINE# 23 C:0890H LINE# 24 C:0892H LINE# 25 C:0894H LINE# 26 C:0897H LINE# 27 C:089AH LINE# 28 C:089AH LINE# 29 C:089AH LINE# 30 C:08A3H LINE# 31 C:08ABH LINE# 32 C:08ADH LINE# 33 C:08AFH LINE# 34 C:08B4H LINE# 35 C:08BCH LINE# 36 C:08C2H LINE# 37 C:08C4H LINE# 38 C:08C6H LINE# 39 C:08CBH LINE# 40 - ENDPROC MAIN - PROC INIT_TIMER C:0951H LINE# 45 C:0951H LINE# 46 C:0951H LINE# 47 C:0954H LINE# 48 C:0957H LINE# 49 C:095AH LINE# 50 C:095CH LINE# 51 C:095EH LINE# 52 C:0960H LINE# 53 - ENDPROC INIT_TIMER - PROC INIT_INT0 C:0961H LINE# 57BL51 BANKED LINKER/LOCATER V6.22 04/08/2012 11:40:22 PAGE 4 C:0961H LINE# 58 C:096