智能定時(shí)器設(shè)計(jì)

1、智能定時(shí)器摘要：本智能定時(shí)器是以at89c51芯片為核心，輔以必要的外圍電路，設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)易而精確的智能定時(shí)器。硬件方面，整體分為三個(gè)模塊：按鍵控制、定時(shí)鬧鈴、led數(shù)碼顯示。軟件方面，采用c語(yǔ)言編程。整個(gè)電子鐘系統(tǒng)能完成時(shí)間的顯示，調(diào)時(shí)，定時(shí)鬧鐘等功能。并且整個(gè)系統(tǒng)對(duì)定時(shí)部分進(jìn)行了重點(diǎn)設(shè)計(jì)。關(guān)鍵字：?jiǎn)纹瑱C(jī)；定時(shí)器；數(shù)碼管單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)主要用于檢測(cè)，控制及智能化儀器儀表等領(lǐng)域，因此在實(shí)時(shí)控制中，常常需要實(shí)時(shí)時(shí)鐘來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)或延時(shí)控制。通過單片機(jī)的內(nèi)部時(shí)鐘，加上一定的算法，可以實(shí)現(xiàn)精確的計(jì)時(shí)以及定時(shí)的效果。單片機(jī)的定時(shí)器是單片機(jī)里最“活躍”的部件之一,定時(shí)器也是單片機(jī)應(yīng)用中解決某類復(fù)雜問題的最為有

2、效的方法,應(yīng)用非常廣泛。定時(shí)器的應(yīng)用,可以說(shuō)即簡(jiǎn)單又復(fù)雜。對(duì)于簡(jiǎn)單應(yīng)用場(chǎng)合, 時(shí)間要求較長(zhǎng),不算很精確的場(chǎng)合, 用起來(lái)就簡(jiǎn)單, 對(duì)于復(fù)雜應(yīng)用場(chǎng)合,時(shí)間要求即短又精確的場(chǎng)合,用起來(lái)就要復(fù)雜。本文主要介紹以80c51系列單片機(jī)中的at89c51為核心的智能定時(shí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方式。本文所訴智能時(shí)鐘控制系統(tǒng)主要包括時(shí)鐘顯示、時(shí)間校正、鬧鐘設(shè)置及各種設(shè)備定時(shí)開關(guān)等功能。1、設(shè)計(jì)要求 1.1、定時(shí)設(shè)定由按鍵部分控制 1.2、 數(shù)碼管顯示：分（十位）分（個(gè)位）及秒（十位）秒（個(gè)位） 1.3、到點(diǎn)響鈴(設(shè)定事蜂鳴一秒，到時(shí)間后間接蜂鳴知道按鍵關(guān)閉) 1.4、定時(shí)開關(guān)2、 總體方案2.1.單片機(jī)芯片 采用8

3、9c51芯片作為硬件核心，采用flash rom，內(nèi)部具有4kb rom存儲(chǔ)空間,能于3v的超低壓工作,而且與mcs-51系列單片機(jī)完全兼容,但是運(yùn) 用于電路設(shè)計(jì)中時(shí)由于不具備isp在線編程技術(shù), 當(dāng)在對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試時(shí)，由于程序的錯(cuò)誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r(shí)，對(duì)芯片的多次拔插會(huì)對(duì)芯片造成一定的損壞。2.2顯示模塊方案一：采用led液晶顯示屏,液晶顯示屏的顯示功能強(qiáng)大,可顯示大量文字,圖形,顯示多樣,清晰可見,但是價(jià)格昂貴,需要的接口線多,所以在此設(shè)計(jì)中不采用led液晶顯示屏。方案二：采用點(diǎn)陣式數(shù)碼管顯示，點(diǎn)陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對(duì)于顯示文字比較適合,如采用在顯示數(shù)

4、字顯得太浪費(fèi),且價(jià)格也相對(duì)較高,所以也不用此種作為顯示。2.3時(shí)鐘芯片的選擇方案一：采用實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片直接采用單片機(jī)定時(shí)計(jì)數(shù)器提供秒信號(hào)，使用程序?qū)崿F(xiàn)分、秒計(jì)數(shù)。采用此種方案雖然減少芯片的使用，節(jié)約成本，但是，實(shí)現(xiàn)的時(shí)間誤差較大。所以不采用此方案。方案二：軟件控制：利用at89c51內(nèi)部定時(shí)進(jìn)行中斷，配合軟件延時(shí)實(shí)現(xiàn)分、秒的計(jì)時(shí)，該方案節(jié)約成本，且能綜合運(yùn)用知識(shí)2.4電路設(shè)計(jì)方案確定綜上各方案所述,對(duì)此次作品的方案選定: 以單片機(jī)at89c51為主控制器，采用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)、行列式鍵盤和動(dòng)態(tài)led顯示。3、系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)定時(shí)系統(tǒng)3.1.1單片機(jī)性能介紹at89c51是一種低功耗、性存儲(chǔ)器

5、技術(shù)制造， 8k字節(jié)flash，256字節(jié)ram，32 位i/o 口線，看門狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，at89c51 可降至0hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，cpu停止工作，允許ram、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，ram內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。3.1.2 單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)系統(tǒng) 51內(nèi)部集成定時(shí)/計(jì)數(shù)器的基本特征：q 51系列單片機(jī)內(nèi)部提供2個(gè)16位的遞增定時(shí)/計(jì)數(shù)器t0和t1。q 可以設(shè)置為定時(shí)或者計(jì)數(shù)

6、器工作。q 有多種可選的工作模式，通過sfr-tmod選擇使用。q 對(duì)應(yīng)兩個(gè)中斷源，可用中斷處理。 主要作用: 對(duì)外部脈沖計(jì)數(shù)、產(chǎn)生精確定時(shí)時(shí)間、作串行口的波特率發(fā)生器。 tmod寄存器的m1,m0位設(shè)置四種工作方式：模式0：13位定時(shí)/計(jì)數(shù)器 計(jì)數(shù)寄存器：thx和tlx低5位 最大計(jì)數(shù)值：213：模式1：16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器 計(jì)數(shù)寄存器：thx和tlx 最大計(jì)數(shù)值：216模式2: 8位自動(dòng)重載定時(shí)/計(jì)數(shù)器 計(jì)數(shù)寄存器：tlx 計(jì)數(shù)初值重載寄存器：thx 最大計(jì)數(shù)值28模式3：僅t0可用，將t0拆為兩個(gè)獨(dú)立8位定時(shí)器3.2 各部分功能3.2.1 按鍵部分鍵的開關(guān)狀態(tài)通過一定的電路轉(zhuǎn)換為高、低電平

7、狀態(tài)。按鍵閉合過程在相應(yīng) 的i/o端口形一個(gè)負(fù)脈沖。閉合和釋放過程都要經(jīng)過一定的過程才能達(dá)到穩(wěn)定。 這一過程是處于高、低電平之間的一種不穩(wěn)定狀態(tài)，稱為抖動(dòng)。抖動(dòng)的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng) 短與開關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般在510ms之間。為了避免cpu多次處理按鍵的一 次閉合，應(yīng)采用措施消除抖動(dòng)。本文采用的是獨(dú)立式按鍵，直接用i/o口線構(gòu)成單 個(gè)按鍵電路，每個(gè)按鍵占用一條i/o口線，每個(gè)按鍵的工作狀態(tài)不會(huì)產(chǎn)生相互影響。注：按鍵部分一共有 四個(gè)按鍵，分別為功能鍵 p3.0，秒設(shè)定鍵p3.1(增），分設(shè)定鍵p3.2（增），分設(shè)定鍵 p3.3（減）。 3.2.2顯示部分led數(shù)碼管的使用與發(fā)光二極管類同，根據(jù)材料不同

8、正向壓降一般為1.52v，額定電流為10ma，最大電流為40ma。本文采用的是動(dòng)態(tài)掃描顯示，各位數(shù)碼管分時(shí)輪流選通。但由于人眼存在視覺暫留效應(yīng)，因此只要每位顯示間隔足夠短就可以給人以同時(shí)顯示的感覺。3.2.3 復(fù)位模塊 在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，有時(shí)可能對(duì)系統(tǒng)需要進(jìn)行復(fù)位，為了避免對(duì)硬件系統(tǒng)經(jīng)常加電和斷電造成的損害，設(shè)計(jì)了手動(dòng)的復(fù)位電路。這種電路的設(shè)計(jì)，在系統(tǒng)的運(yùn)行過程中需要復(fù)位時(shí)，只需使開關(guān)閉合，在rst端就會(huì)出現(xiàn)一定時(shí)間的高電平信號(hào)，從而使單片機(jī)實(shí)現(xiàn)復(fù)位。3.2.4 響鈴電路 蜂鳴器發(fā)聲原理是電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)來(lái)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)膜發(fā)聲的，因此需要一定的電流才能驅(qū)動(dòng)它，單片機(jī)io引腳輸出

9、的電流較小，單片機(jī)輸出的ttl電平基本上驅(qū)動(dòng)不了蜂鳴器，因此需要增加一個(gè)電流放大的電路。s51增強(qiáng)型單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板通過一個(gè)三極管c8550來(lái)放大驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，3.3 整機(jī)運(yùn)行原理當(dāng)單片機(jī)上電后，復(fù)位電路自動(dòng)復(fù)位后，程序開始運(yùn)行，此時(shí)數(shù)碼管顯示“8888”，按下功能鍵p3.0進(jìn)入調(diào)時(shí)狀態(tài)，用其余按鍵進(jìn)行時(shí)間設(shè)定。然后，數(shù)碼管進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描，顯示設(shè)定時(shí)間，p2.0p2.3，設(shè)為外部設(shè)備連接口，進(jìn)行定時(shí)控制開關(guān)，當(dāng)達(dá)到定時(shí)時(shí)間后，蜂鳴器間歇性響，提示定時(shí)時(shí)間已到。定時(shí)時(shí)間的計(jì)算，通過跨接xtal1與xtal2的晶體振蕩器與電容c2、c3形成反饋電路，構(gòu)成自激振蕩器。因?yàn)椴捎?2mhz的晶振，那么一個(gè)機(jī)器周

10、期就為1us，單片機(jī)內(nèi)部的計(jì)數(shù)器在每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖。根據(jù)這樣的原理實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的定時(shí)作用。4、軟件調(diào)試 單片機(jī)系統(tǒng)經(jīng)過總體設(shè)計(jì)，完成了硬件和軟件設(shè)計(jì)開發(fā)。通過軟件和硬件相結(jié)合系統(tǒng)即可運(yùn)行。但編制好的程序或焊接好的線路不能按預(yù)計(jì)的那樣正常工作是常見的事，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些硬件、軟件上的錯(cuò)誤，這是軟件和硬件開發(fā)者經(jīng)常遇見的，這就需要通過調(diào)試來(lái)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并加以改正。調(diào)試可分為硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的已經(jīng)在pc機(jī)上用模擬開發(fā)軟件進(jìn)行了檢測(cè)和調(diào)試，并運(yùn)行成功，最后進(jìn)行實(shí)物圖的硬件組裝與調(diào)試，這樣就給開發(fā)者在提供了方便。本設(shè)計(jì)是在proteus軟件和keil2軟件相結(jié)合調(diào)試的，完全用仿真軟件在p

11、c機(jī)上對(duì)目標(biāo)電路原理圖和程序進(jìn)行檢測(cè)和調(diào)試。調(diào)試過程中單片機(jī)相應(yīng)輸入端由通用鍵盤和鼠標(biāo)設(shè)定，運(yùn)行狀態(tài)、各寄存器狀態(tài)、端口狀態(tài)等都可以在指定的窗口區(qū)域顯示出來(lái)，以確定程序運(yùn)行有無(wú)錯(cuò)誤。目標(biāo)程序糾錯(cuò)：該階段工作通常在目標(biāo)程序編輯時(shí)就完成。一般來(lái)說(shuō)，仿真軟件能為用戶輸入的程序指令糾錯(cuò)，包括書寫格式、標(biāo)號(hào)未定義或多重定義、轉(zhuǎn)移地址溢出等錯(cuò)誤。整體程序調(diào)試：即把各子程序整體連起來(lái)進(jìn)入到綜合電路調(diào)試，看是否能實(shí)現(xiàn)預(yù)計(jì)的功能顯示。在這階段若發(fā)生故障，可以考慮各子程序在運(yùn)行時(shí)是否破壞現(xiàn)場(chǎng)，數(shù)據(jù)緩沖單元是否發(fā)生沖突，標(biāo)志位的建立和清除在設(shè)計(jì)上是否失誤，堆棧是否溢出，輸入輸出狀態(tài)是否正常等。5、結(jié)論硬件系統(tǒng)關(guān)系到所要設(shè)計(jì)的電子產(chǎn)品好懷，如系統(tǒng)抗干擾性等，所以要合理的安排盡量減少干擾提高性能。單片機(jī)是很容易受干擾的控制器，當(dāng)采用外部晶振時(shí)，應(yīng)盡量讓其靠近單片機(jī)減少對(duì)其干擾，防止程序亂飛現(xiàn)象。同時(shí)還可以采用隔離等方式減少干擾，硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞很大部分來(lái)源于經(jīng)驗(yàn)，所以我們要有動(dòng)手的好習(xí)慣。軟件設(shè)計(jì)是核心部分，具有多樣化，靈活性高，易移植等優(yōu)點(diǎn)，要深深理會(huì)各指令的含義才能更加熟練應(yīng)用，中斷的合理利用可以減少cpu利用資源，具有執(zhí)行效率高等優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)用到定時(shí)器中斷以減少對(duì)cpu的占用，更好的處理其他功能。軟件的設(shè)計(jì)大部分采用模塊化設(shè)計(jì)的方法以方便調(diào)試，并使其可讀性大大增強(qiáng)，方便更改和移植。通過