家用電器定時(shí)器設(shè)計(jì).doc

學(xué)生畢業(yè)論文設(shè)計(jì)題 目： 家用電器定時(shí)器設(shè)計(jì) 學(xué) 生： 程 靖 學(xué) 號(hào)： 2008350100 系 部： 電子工程系 專 業(yè)： 班 級(jí)： 指導(dǎo)老師： 王 琳 開題時(shí)間： 2010年5月 完成時(shí)間： 2010年12月 摘要： 隨著時(shí)代的進(jìn)步，電子行業(yè)的發(fā)展，定時(shí)器的應(yīng)用也越來越廣泛。定時(shí)器確實(shí)是一項(xiàng)了不起的發(fā)明，使相當(dāng)多需要人控制時(shí)間的工作變的簡(jiǎn)單了許多。人們甚至將定時(shí)器運(yùn)用在軍事方面，制成了定時(shí)炸彈，定時(shí)雷管?，F(xiàn)在的不少家用電器也都安裝了定時(shí)器來控制開關(guān)或者工作時(shí)間。19世紀(jì)80年代，愛迪生效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)和驗(yàn)證電磁波存在的實(shí)驗(yàn)，為電子學(xué)的誕生創(chuàng)造了條件。20世紀(jì)初，英、美等國(guó)相續(xù)發(fā)明了第一代電子器件-電子管。1919年超外差式接收機(jī)問世，為收音機(jī)發(fā)張創(chuàng)造了條件。19231924年，美國(guó)V.K茲沃雷金發(fā)明了攝像管和顯像管，1931年組裝成世界上第一個(gè)全電子電視系統(tǒng)。1954年美國(guó)開始用彩色電視廣播。磁性（鋼絲）錄音機(jī)和磁帶錄音機(jī)是鮮花在1898年和1935年問世的，在荷蘭飛利浦公司1963年發(fā)明盒式磁帶錄音機(jī)迅速普及。集成電路的發(fā)明，使電子技術(shù)進(jìn)入微電子技術(shù)時(shí)代，使家用電器提高到一個(gè)新的水平，它既節(jié)省了硬件成本又實(shí)現(xiàn)了多功能。在家用電器中采用機(jī)械定時(shí)器就是根據(jù)一般上弦鐘表原理設(shè)計(jì)的，這種定時(shí)器雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，維修也比較方便，但是它的觸頭頻繁接觸和斷開，大大的縮減了它的使用壽命，也不利于進(jìn)一步全自動(dòng)化。關(guān)鍵詞：定時(shí)器、定時(shí)計(jì)數(shù)器、單片機(jī)、芯片 目 錄1、 引言42、 定時(shí)器的組成及其功能43、 定時(shí)器說明44、 家用電器的有點(diǎn)及其運(yùn)用51） 家用定時(shí)器主要是為了節(jié)省能源和增加使用壽命52） 家用電器定時(shí)器的應(yīng)用55、 單機(jī)片結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及原理61） 單片機(jī)內(nèi)部機(jī)構(gòu)6 1、運(yùn)算器（ALU）的主要功能72、程序計(jì)數(shù)器PC73、指令寄存器IR74、指令譯碼器ID75、地址寄存器AR（16位）76、數(shù)據(jù)寄存器DR8 7、程序狀態(tài)字PSW8 8、時(shí)序部件82） 定時(shí)計(jì)數(shù)器的原理86、 電子定時(shí)器的設(shè)計(jì)91） 總體設(shè)計(jì)要求92） 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)93） 芯片的選擇94） 交流控制接口電路95） 顯示電路106） 報(bào)警電路10 7、 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)10主流程圖設(shè)計(jì)118、 結(jié)論129、 致謝1210、參考文獻(xiàn)12引言： 我們?cè)谌粘Ｉ钪?，?jīng)常碰到一些需要定時(shí)的事情，例如：洗衣機(jī)洗滌義務(wù)需要定在幾分鐘到幾十分鐘的時(shí)間，電風(fēng)扇需要定在數(shù)十分鐘的時(shí)間。完成這種定時(shí)的定時(shí)器有多種多樣，在家用電器中采用機(jī)械定時(shí)器就是根據(jù)一般上弦鐘表原理設(shè)計(jì)的，這種定時(shí)器雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低維修也比較方便，但是它的觸頭頻繁接觸和斷開，大大的縮減了它的使用壽命，也不利于進(jìn)一步全自動(dòng)化。在迪昂自技術(shù)突飛猛進(jìn)的今天，家用電子定時(shí)器一定會(huì)逐步取而代之，這是不言而喻的。一、 定時(shí)器的組成及其功能家用定時(shí)器主要由靜態(tài)顯示電路，動(dòng)態(tài)顯示電路，鍵盤，最小系統(tǒng)電路和報(bào)警電路組成，但并不是所有的定時(shí)器都有顯示和報(bào)警功能，有許多功能簡(jiǎn)單的定時(shí)器，比如洗衣機(jī)的內(nèi)部定時(shí)器就沒有顯示功能，也有一部分家用電器也沒有報(bào)警功能，都是一些自動(dòng)定時(shí)到一定時(shí)間自動(dòng)關(guān)閉電源。傳統(tǒng)的定時(shí)器，要通過按鍵輸入定時(shí)，而隨著發(fā)展，定時(shí)器的應(yīng)用也越來越廣泛，各種智能化性能也開始逐步實(shí)現(xiàn)。二、 定時(shí)器說明人類最早使用的定時(shí)工具是沙漏或者水漏，但在鐘表誕生發(fā)展成熟之后，人們開始嘗試使用這種全新的計(jì)時(shí)工具來改進(jìn)定時(shí)器，達(dá)到準(zhǔn)確控制時(shí)間的目的。1876年，英國(guó)外科醫(yī)生索加取得一項(xiàng)定時(shí)裝置的專利，用來控制煤氣街燈的開關(guān)，它是利用機(jī)械鐘帶動(dòng)開關(guān)來控制煤氣閥門。起初每周上一次發(fā)條的原理來完成的。三、 家用定時(shí)器的優(yōu)點(diǎn)及其運(yùn)用（一）家用定時(shí)器主要是為了節(jié)省能源和增加使用壽命。具體節(jié)省如下：1、 減少不必要的用電時(shí)間，一年可以省電費(fèi)幾百元2、 自動(dòng)控制，能完成許多您以前想做而做不到的事情，省心省力3、 避免忘關(guān)電器電源，杜絕安全隱患4、 對(duì)電器通電時(shí)間科學(xué)管理，大幅度提高充電電池及各種電器的使用壽命5、 家用電器定時(shí)器也可以在充電、做飯、洗衣服等不同場(chǎng)合使用。操作簡(jiǎn)便還可以一機(jī)多用（二）家用電器定時(shí)器的應(yīng)用：電子定時(shí)器在家用電器中經(jīng)常用于延時(shí)自動(dòng)開關(guān)、定時(shí)。延時(shí)自動(dòng)開關(guān)機(jī)可用于：熱水器、電飯煲、飲水機(jī)、電動(dòng)車充電、手機(jī)定時(shí)充電等等，廣泛的運(yùn)用于家用電器。1、 定時(shí)熱水器-方便、省時(shí)間經(jīng)常出差或者偶爾出門、下班回來，這時(shí)候回到家就想洗個(gè)熱水澡把一身的疲憊全部洗掉。這時(shí)候就用得著定時(shí)器了，微電腦定時(shí)開關(guān)，想讓它加熱到幾點(diǎn)就加熱到幾點(diǎn)，可以按照你的要求去實(shí)現(xiàn)，既安全又不費(fèi)電。2、 電飯煲定時(shí)煮飯、煲湯-方便、省時(shí)間出門逛街回到家就懶得不想動(dòng)，但是又很想吃到熱噴噴的飯，這個(gè)時(shí)候定時(shí)器又會(huì)幫到你了。出門前你先淘好米，洗好菜，用微電腦定時(shí)開關(guān)設(shè)定好時(shí)間，回家就可以吃到香噴噴的飯菜了。3、 定時(shí)開關(guān)飲水機(jī)-省事、安全、健康飲用水加熱6小時(shí)以上就會(huì)產(chǎn)生亞硝酸鹽，這種化學(xué)物質(zhì)可以致癌，產(chǎn)生血管等疾病。定時(shí)開關(guān)是最好的解決方案，沒人時(shí)自動(dòng)關(guān)電，既能省電還能保證安全，長(zhǎng)時(shí)間沒關(guān)電源引起火災(zāi)的事情也有不少。4、 電動(dòng)車定時(shí)充電-省電電動(dòng)車充電時(shí)間過長(zhǎng)的話也是縮短電池壽命的，但是設(shè)定好它需要充電的時(shí)間，想充幾個(gè)小時(shí)就幾個(gè)小時(shí)，不會(huì)過充。5、 手機(jī)定時(shí)器充電-省電池手機(jī)等凡是要給電池充電的設(shè)備均要求充電不超過額定時(shí)間，用它可以確保您心愛的設(shè)備的安全，不至于過充電損壞電池 上述應(yīng)用中，每個(gè)例子都說明了定時(shí)器是一項(xiàng)了不起的發(fā)明，使相當(dāng)多需要人控制時(shí)間的工作變的簡(jiǎn)單了許多。現(xiàn)在的不少家用電器都安裝了定時(shí)器來控制開關(guān)或者工作時(shí)間。以后家用電器定時(shí)器也會(huì)越來越普及的！四、 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及計(jì)數(shù)原理（一） 單片機(jī)內(nèi)部機(jī)構(gòu) 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)8位的CPU，同時(shí)CPU內(nèi)部包含了運(yùn)算器，控制器及若干寄存器。從上圖中我們可以看到，在虛線框內(nèi)的就是CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)了，8位的MCS-51單片機(jī)的CPU內(nèi)部有數(shù)術(shù)邏輯單元ALU（Arithmetic Logic Unit）、累加器A（8位）、寄存器B（8位）、程序狀態(tài)字PSW（8位）、程序計(jì)數(shù)器PC（有時(shí)也稱為指令指針，即IP，16位）、地址寄存器AR（16位）、數(shù)據(jù)寄存器DR（8位）、指令寄存器IR（8位）、指令譯碼器ID、控制器等部件組成。1、運(yùn)算器（ALU）的主要功能A）算術(shù)和邏輯運(yùn)算，可對(duì)半字節(jié)（一個(gè)字節(jié)是8位，半個(gè)字節(jié)就是4位）和單字節(jié)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。B）加、減、乘、除、加1、減1、比較等算術(shù)運(yùn)算。C）與、或、異或、求補(bǔ)、循環(huán)等邏輯運(yùn)算。D）位處理功能（即布爾處理器）。由于ALU內(nèi)部沒有寄存器，參加運(yùn)算的操作數(shù)，必須放在累加器A中。累加器A也用于存放運(yùn)算結(jié)果。例如：執(zhí)行指令 ADD A，B執(zhí)行這條指令時(shí)，累加器A中的內(nèi)容通過輸入口In_1輸入ALU，寄存器B通過內(nèi)部數(shù)據(jù)總線經(jīng)輸入口In_2輸入ALU，A+B的結(jié)果通過ALU的輸出口Out、內(nèi)部數(shù)據(jù)總線，送回到累加器A。2、程序計(jì)數(shù)器PCPC的作用是用來存放將要執(zhí)行的指令地址，共16位，可對(duì)64K ROM直接尋址，PC低8位經(jīng)P0口輸出，高8位經(jīng)P2口輸出。也就是說，程序執(zhí)行到什么地方，程序計(jì)數(shù)器PC就指到哪里，它始終是跟躥著程序的執(zhí)行。我們知道，用戶程序是存放在內(nèi)部的ROM中的，我們要執(zhí)行程序就要從ROM中一個(gè)個(gè)字節(jié)的讀出來，然后到CPU中去執(zhí)行，那么ROM具體執(zhí)行到哪一條呢？這就需要我們的程序計(jì)數(shù)器PC來指示。程序計(jì)數(shù)器PC具有自動(dòng)加1的功能，即從存儲(chǔ)器中讀出一個(gè)字節(jié)的指令碼后，PC自動(dòng)加1（指向下一個(gè)存儲(chǔ)單元）。 3、指令寄存器IR指令寄存器的作用就是用來存放即將執(zhí)行的指令代碼。在這里我們先簡(jiǎn)單的了解下CPU執(zhí)行指令的過程，首先由程序存儲(chǔ)器（ROM）中讀取指令代碼送入到指令寄存器，經(jīng)譯碼器譯碼后再由定時(shí)與控制電路發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，從而完成指令的功能。關(guān)于指令在單片機(jī)內(nèi)部的執(zhí)行過程，我們?cè)诤竺鎸?huì)以另一節(jié)課來進(jìn)行詳細(xì)的講解。 4、指令譯碼器ID用于對(duì)送入指令寄存器中的指令進(jìn)行譯碼，所謂譯碼就是把指令轉(zhuǎn)變成執(zhí)行此指令所需要的電信號(hào)。當(dāng)指令送入譯碼器后，由譯碼器對(duì)該指令進(jìn)行譯碼，根據(jù)譯碼器輸出的信號(hào)，CPU控制電路定時(shí)地產(chǎn)生執(zhí)行該指令所需的各種控制信號(hào)，使單片機(jī)正確的執(zhí)行程序所需要的各種操作。5、地址寄存器AR（16位）AR的作用是用來存放將要尋址的外部存儲(chǔ)器單元的地址信息，指令碼所在存儲(chǔ)單元的地址編碼，由程序計(jì)數(shù)器PC產(chǎn)生，而指令中操作數(shù)所在的存儲(chǔ)單元地址碼，由指令的操作數(shù)給定。從上圖中我們可以看到，地址寄存器AR通過地址總線AB與外部存儲(chǔ)器相連。6、數(shù)據(jù)寄存器DR用于存放寫入外部存儲(chǔ)器或I/O端口的數(shù)據(jù)信息?？梢?，數(shù)據(jù)寄存器對(duì)輸出數(shù)據(jù)具有鎖存功能。數(shù)據(jù)寄存器與外部數(shù)據(jù)總線DB直接相連。7、程序狀態(tài)字PSW用于記錄運(yùn)算過程中的狀態(tài)，如是否溢出、進(jìn)位等。例如，累加器A的內(nèi)容83H，執(zhí)行：ADD A，#8AH ；累加器A與立即數(shù)8AH相加，并把結(jié)果存放在A中。指令后，將產(chǎn)生和的結(jié)果為10DH，而累加器A只有8位，只能存放低8位，即0DH，元法存放結(jié)果中的最高位B8。為些，在CPU內(nèi)設(shè)置一個(gè)進(jìn)位標(biāo)志位C，當(dāng)執(zhí)行加法運(yùn)算出現(xiàn)進(jìn)位時(shí)，進(jìn)位標(biāo)志位C為1。8、時(shí)序部件由時(shí)鐘電路和脈沖分配器組成，用于產(chǎn)生微操作控制部件所需的定時(shí)脈沖信號(hào)（二）定時(shí)計(jì)數(shù)器的原理： 16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)加1計(jì)數(shù)器，其控制電路受軟件控制、切換。 當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器為定時(shí)工作方式時(shí)，計(jì)數(shù)器的加1信號(hào)由振蕩器的12分頻信號(hào)產(chǎn)生，即每過一個(gè)機(jī)器周期，計(jì)數(shù)器加1，直至計(jì)滿溢出為止。顯然，定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間與系統(tǒng)的振蕩頻率有關(guān)。因一個(gè)機(jī)器周期等于12個(gè)振蕩周期，所以計(jì)數(shù)頻率fcount=1/12osc。如果晶振為12MHz，則計(jì)數(shù)周期為：T=1/（12106）Hz1/12=1s 這是最短的定時(shí)周期。若要延長(zhǎng)定時(shí)時(shí)間，則需要改變定時(shí)器的初值，并要適當(dāng)選擇定時(shí)器的長(zhǎng)度（如8位、13位、16位等）。 當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器為計(jì)數(shù)工作方式時(shí)，通過引腳T0和T1對(duì)外部信號(hào)計(jì)數(shù)，外部脈沖的下降沿將觸發(fā)計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2期間采樣引腳輸入電平。若一個(gè)機(jī)器周期采樣值為1，下一個(gè)機(jī)器周期采樣值為0，則計(jì)數(shù)器加1。此后的機(jī)器周期S3P1期間，新的計(jì)數(shù)值裝入計(jì)數(shù)器。所以檢測(cè)一個(gè)由1至0的跳變需要兩個(gè)機(jī)器周期，故外部事年的最高計(jì)數(shù)頻率為振蕩頻率的1/24。例如，如果選用12MHz晶振，則最高計(jì)數(shù)頻率為0.5MHz。雖然對(duì)外部輸入信號(hào)的占空比無特殊要求，但為了確保某給定電平在變化前至少被采樣一次，外部計(jì)數(shù)脈沖的高電平與低電平保持時(shí)間均需在一個(gè)機(jī)器周期以上。 當(dāng)CPU用軟件給定時(shí)器設(shè)置了某種工作方式之后，定時(shí)器就會(huì)按設(shè)定的工作方式獨(dú)立運(yùn)行，不再占用CPU的操作時(shí)間，除非定時(shí)器計(jì)滿溢出，才可能中斷CPU當(dāng)前操作。CPU也可以重新設(shè)置定時(shí)器工作方式，以改變定時(shí)器的操作。由此可見，定時(shí)器是單片機(jī)中效率高而且工作靈活的部件。 綜上所述，我們已知定時(shí)器/計(jì)數(shù)器是一種可編程部件，所以在定時(shí)器/計(jì)數(shù)器開始工作之前，CPU必須將一些命令（稱為控制字）寫入定時(shí)/計(jì)數(shù)器。將控制字寫入定時(shí)/計(jì)數(shù)器的過程叫定時(shí)器/計(jì)數(shù)器初始化。在初始化過程中，要將工作方式控制字寫入方式寄存器，工作狀態(tài)字（或相關(guān)位）寫入控制寄存器，賦定時(shí)/計(jì)數(shù)初值。下面我們就提出的控制字的格式及各位的主要功能與大家詳細(xì)的講解。 控制寄存器 定時(shí)器計(jì)數(shù)器T0和T1有2個(gè)控制寄存器-TMOD和TCON，它們分別用來設(shè)置各個(gè)定時(shí)器計(jì)數(shù)器的工作方式，選擇定時(shí)或計(jì)數(shù)功能，控制啟動(dòng)運(yùn)行，以及作為運(yùn)行狀態(tài)的標(biāo)志等。其中，TCON寄存器中另有4位用于中斷系統(tǒng)。 五、 電子定時(shí)器的設(shè)計(jì)（一） 總體設(shè)計(jì)要求本文所涉及的電子定時(shí)器要求能定時(shí)給電器供電或斷電，最大時(shí)間可以長(zhǎng)達(dá)30h,操作使用方便，采用AT89C2051單片機(jī)控制，4位共陽數(shù)碼管顯示時(shí)間，繼電器做電器電源輸出控制（二） 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)（三） 芯片的選擇硬件電路要實(shí)現(xiàn)對(duì)交流大電流電源的控制、定時(shí)時(shí)間的設(shè)定顯示和到點(diǎn)提醒等功能。若采用40腳的單片機(jī)有利于設(shè)計(jì)，但會(huì)增大電路板的體積。本設(shè)計(jì)采用ATMEL公司的AT89C2051單片機(jī)，芯片位20腳，體積小，工作電壓范圍寬（2.7V6V）。性價(jià)比比較高。（四）交流控制接口電路交流接口電路可以選擇繼電器控制，也可采用可控硅控制等。本設(shè)計(jì)采用的是前一種繼電器控制。（五）顯示電路顯示電路采用4個(gè)共陽極LED數(shù)碼管。為了在定時(shí)達(dá)到分（鐘）的時(shí)候能顯示出時(shí)鐘在計(jì)時(shí)，兩個(gè)數(shù)碼管之間增加一個(gè)發(fā)光二極管，以其閃爍來代表秒走動(dòng)；為了使硬件電路簡(jiǎn)單，采用單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管（AT89C2051輸出口能吸收20mA電流），用動(dòng)態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn)LED顯示。（六）報(bào)警電路報(bào)警電路采用普通的5V成品蜂鳴器。六、 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)程序采用模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，并采用軟件抗干擾，使軟件的可靠性比較高，可維護(hù)性較強(qiáng)。主要模塊有：1） 主程序2） 菜單程序3） 到點(diǎn)工作程序4） 抗干擾程序主程序流程圖：開始關(guān)中斷，設(shè)置堆棧有上電復(fù)位標(biāo)志？NY熱啟動(dòng)恢復(fù)正常冷啟動(dòng)全面初始化調(diào)用顯示程序F鍵被按下？NY調(diào)用顯示程序，設(shè)定時(shí)間開始計(jì)時(shí)、工作到點(diǎn)了嗎？N停止計(jì)時(shí)，調(diào)用到點(diǎn)工作程序結(jié)束結(jié)論： 本文在回顧電子定時(shí)器發(fā)展歷程的基礎(chǔ)上，首先闡述了電子定時(shí)器的基本原理，進(jìn)而詳細(xì)介紹了和電子定時(shí)器相關(guān)的各種專業(yè)名詞和術(shù)語。對(duì)家用電子定時(shí)器也做了詳細(xì)的描述。從而知道家用電子定時(shí)器的在現(xiàn)代社會(huì)中的廣泛運(yùn)用。致謝：致謝你自己寫要寫關(guān)于感謝老師感謝同學(xué)的內(nèi)容,不需要太多的字，也可以上網(wǎng)搜，正規(guī)排版大致就是這樣，如果不滿意可以自己修改.你先看看行嗎?參考文獻(xiàn)：