智能定時器設(shè)計

1、智能定時器摘要：本智能定時器是以at89c51芯片為核心，輔以必要的外圍電路，設(shè)計了一個簡易而精確的智能定時器。硬件方面，整體分為三個模塊：按鍵控制、定時鬧鈴、led數(shù)碼顯示。軟件方面，采用c語言編程。整個電子鐘系統(tǒng)能完成時間的顯示，調(diào)時，定時鬧鐘等功能。并且整個系統(tǒng)對定時部分進(jìn)行了重點設(shè)計。關(guān)鍵字：單片機；定時器；數(shù)碼管單片機應(yīng)用系統(tǒng)主要用于檢測，控制及智能化儀器儀表等領(lǐng)域，因此在實時控制中，常常需要實時時鐘來實現(xiàn)定時或延時控制。通過單片機的內(nèi)部時鐘，加上一定的算法，可以實現(xiàn)精確的計時以及定時的效果。單片機的定時器是單片機里最“活躍”的部件之一,定時器也是單片機應(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。定時器的應(yīng)用,可以說即簡單又復(fù)雜。對于簡單應(yīng)用場合, 時間要求較長,不算很精確的場合, 用起來就簡單, 對于復(fù)雜應(yīng)用場合,時間要求即短又精確的場合,用起來就要復(fù)雜。本文主要介紹以80c51系列單片機中的at89c51為核心的智能定時控制系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)方式。本文所訴智能時鐘控制系統(tǒng)主要包括時鐘顯示、時間校正、鬧鐘設(shè)置及各種設(shè)備定時開關(guān)等功能。1、設(shè)計要求 1.1、定時設(shè)定由按鍵部分控制 1.2、 數(shù)碼管顯示：分（十位）分（個位）及秒（十位）秒（個位） 1.3、到點響鈴(設(shè)定事蜂鳴一秒，到時間后間接蜂鳴知道按鍵關(guān)閉) 1.4、定時開關(guān)2、 總體方案2.1.單片機芯片 采用8

3、9c51芯片作為硬件核心，采用flash rom，內(nèi)部具有4kb rom存儲空間,能于3v的超低壓工作,而且與mcs-51系列單片機完全兼容,但是運 用于電路設(shè)計中時由于不具備isp在線編程技術(shù), 當(dāng)在對電路進(jìn)行調(diào)試時，由于程序的錯誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r，對芯片的多次拔插會對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大,可顯示大量文字,圖形,顯示多樣,清晰可見,但是價格昂貴,需要的接口線多,所以在此設(shè)計中不采用led液晶顯示屏。方案二：采用點陣式數(shù)碼管顯示，點陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對于顯示文字比較適合,如采用在顯示數(shù)

4、字顯得太浪費,且價格也相對較高,所以也不用此種作為顯示。2.3時鐘芯片的選擇方案一：采用實時時鐘芯片直接采用單片機定時計數(shù)器提供秒信號，使用程序?qū)崿F(xiàn)分、秒計數(shù)。采用此種方案雖然減少芯片的使用，節(jié)約成本，但是，實現(xiàn)的時間誤差較大。所以不采用此方案。方案二：軟件控制：利用at89c51內(nèi)部定時進(jìn)行中斷，配合軟件延時實現(xiàn)分、秒的計時，該方案節(jié)約成本，且能綜合運用知識2.4電路設(shè)計方案確定綜上各方案所述,對此次作品的方案選定: 以單片機at89c51為主控制器，采用單片機內(nèi)部定時、行列式鍵盤和動態(tài)led顯示。3、系統(tǒng)設(shè)計3.1 單片機定時系統(tǒng)3.1.1單片機性能介紹at89c51是一種低功耗、性存儲器

5、技術(shù)制造， 8k字節(jié)flash，256字節(jié)ram，32 位i/o 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個16 位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。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?？臻e模式下，cpu停止工作，允許ram、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，ram內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。3.1.2 單片機內(nèi)部定時系統(tǒng) 51內(nèi)部集成定時/計數(shù)器的基本特征：q 51系列單片機內(nèi)部提供2個16位的遞增定時/計數(shù)器t0和t1。q 可以設(shè)置為定時或者計數(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 對應(yīng)兩個中斷源，可用中斷處理。 主要作用: 對外部脈沖計數(shù)、產(chǎn)生精確定時時間、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/計數(shù)器 計數(shù)寄存器：thx和tlx低5位 最大計數(shù)值：213：模式1：16位定時/計數(shù)器 計數(shù)寄存器：thx和tlx 最大計數(shù)值：216模式2: 8位自動重載定時/計數(shù)器 計數(shù)寄存器：tlx 計數(shù)初值重載寄存器：thx 最大計數(shù)值28模式3：僅t0可用，將t0拆為兩個獨立8位定時器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。抖動的持續(xù)時間長 短與開關(guān)的機械特性有關(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。本文采用的是獨立式按鍵，直接用i/o口線構(gòu)成單 個按鍵電路，每個按鍵占用一條i/o口線，每個按鍵的工作狀態(tài)不會產(chǎn)生相互影響。注：按鍵部分一共有 四個按鍵，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。本文采用的是動態(tài)掃描顯示，各位數(shù)碼管分時輪流選通。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顯示的感覺。3.2.3 復(fù)位模塊 在系統(tǒng)運行的過程中，有時可能對系統(tǒng)需要進(jìn)行復(fù)位，為了避免對硬件系統(tǒng)經(jīng)常加電和斷電造成的損害，設(shè)計了手動的復(fù)位電路。這種電路的設(shè)計，在系統(tǒng)的運行過程中需要復(fù)位時，只需使開關(guān)閉合，在rst端就會出現(xiàn)一定時間的高電平信號，從而使單片機實現(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)生磁場來驅(qū)動振動膜發(fā)聲的，因此需要一定的電流才能驅(qū)動它，單片機io引腳輸出

9、的電流較小，單片機輸出的ttl電平基本上驅(qū)動不了蜂鳴器，因此需要增加一個電流放大的電路。s51增強型單片機實驗板通過一個三極管c8550來放大驅(qū)動蜂鳴器，3.3 整機運行原理當(dāng)單片機上電后，復(fù)位電路自動復(fù)位后，程序開始運行，此時數(shù)碼管顯示“8888”，按下功能鍵p3.0進(jìn)入調(diào)時狀態(tài)，用其余按鍵進(jìn)行時間設(shè)定。然后，數(shù)碼管進(jìn)行動態(tài)掃描，顯示設(shè)定時間，p2.0p2.3，設(shè)為外部設(shè)備連接口，進(jìn)行定時控制開關(guān)，當(dāng)達(dá)到定時時間后，蜂鳴器間歇性響，提示定時時間已到。定時時間的計算，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。因為采用12mhz的晶振，那么一個機器周

10、期就為1us，單片機內(nèi)部的計數(shù)器在每個機器周期產(chǎn)生一個計數(shù)脈沖。根據(jù)這樣的原理實現(xiàn)系統(tǒng)的定時作用。4、軟件調(diào)試 單片機系統(tǒng)經(jīng)過總體設(shè)計，完成了硬件和軟件設(shè)計開發(fā)。通過軟件和硬件相結(jié)合系統(tǒng)即可運行。但編制好的程序或焊接好的線路不能按預(yù)計的那樣正常工作是常見的事，經(jīng)常會出現(xiàn)一些硬件、軟件上的錯誤，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)試來發(fā)現(xiàn)錯誤并加以改正。調(diào)試可分為硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。本設(shè)計系統(tǒng)的已經(jīng)在pc機上用模擬開發(fā)軟件進(jìn)行了檢測和調(diào)試，并運行成功，最后進(jìn)行實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機上對目標(biāo)電路原理圖和程序進(jìn)行檢測和調(diào)試。調(diào)試過程中單片機相應(yīng)輸入端由通用鍵盤和鼠標(biāo)設(shè)定，運行狀態(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，以確定程序運行有無錯誤。目標(biāo)程序糾錯：該階段工作通常在目標(biāo)程序編輯時就完成。一般來說，仿真軟件能為用戶輸入的程序指令糾錯，包括書寫格式、標(biāo)號未定義或多重定義、轉(zhuǎn)移地址溢出等錯誤。整體程序調(diào)試：即把各子程序整體連起來進(jìn)入到綜合電路調(diào)試，看是否能實現(xiàn)預(yù)計的功能顯示。在這階段若發(fā)生故障，可以考慮各子程序在運行時是否破壞現(xiàn)場，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。單片機是很容易受干擾的控制器，當(dāng)采用外部晶振時，應(yīng)盡量讓其靠近單片機減少對其干擾，防止程序亂飛現(xiàn)象。同時還可以采用隔離等方式減少干擾，硬件系統(tǒng)設(shè)計的好壞很大部分來源于經(jīng)驗，所以我們要有動手的好習(xí)慣。軟件設(shè)計是核心部分，具有多樣化，靈活性高，易移植等優(yōu)點，要深深理會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，本設(shè)計用到定時器中斷以減少對cpu的占用，更好的處理其他功能。軟件的設(shè)計大部分采用模塊化設(shè)計的方法以方便調(diào)試，并使其可讀性大大增強，方便更改和移植。通過