課程設計任務書智能的定時器設計

1、目錄一、課程設計任務書1二、智能定時器設計11.設計要點.12硬件設計.4（1）光敏電阻.5 （2）光耦合器.6 （3）光電開關.7 （4）紅外光電對管.8 （5）光敏二極管與光敏三極管.8（6）撥碼開關.9三、智能光電定時器軟件設計11.1程序流程圖.111）主程序流程圖.112）t0 中斷服務子程序.122 軟件去抖.123. 初始化.124硬件調(diào)試方法.135軟件調(diào)試方法.136.程序清單.13四、結(jié)論17五、體會及收獲17參考文獻17課程設計任務書 （智能光電定時器）1、總體方案設計 根據(jù)資料將同類產(chǎn)品方案特點列出，畫出設計方案的原理圖和印制板圖，說明設計的方案的特點。2、 各功能部件

2、的硬件設計1.各種光電器件、撥碼開關對時間置入方式的設計2.單片機硬件對時間置入接收部分的設計以及控制聲光報警電路的設計3.單片機軟件對定時，報警的編制以及電源的設計 智能光電定時器設計一、 智能光電定時器設計要點定時器時間置入有兩種方式：撥碼開關置入方式和光電置入方式撥碼開關置入方式，其定時的時間精度為1秒鐘；有兩個撥碼開關，一個設置為分鐘位，一個設置為秒鐘位。光電置入方式定時的時間精度為1秒鐘。 秒鐘的置入電路 分鐘的置入電路指示燈電路二、 智能光電定時器硬件設計1 電路圖智能光電定時器電路圖智能光電定時器pcb圖2. 光電傳感器光電傳感器的作用主要是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，它是一種利用光敏

3、器件作為檢測元件的傳感器。下面介紹一些常用的光電器件：光敏電阻和發(fā)光二極管以及光耦合器光敏電阻（一） 光敏電阻的工作原理 光敏電阻是用光電導體制成的光電器件（即pc器件），又稱光導管，它是基于半導體光電效應工作的。光敏電阻的靈敏度易受潮濕的影響，因此要將光電導體嚴密封裝在帶有玻璃的殼體中。光敏電阻具有很高的靈敏度，很好的光譜特性，光譜響應從紫外區(qū)一直到紅外區(qū)。 （二）光敏電阻的基本特性1、伏安特性 在一定照度下，光敏電阻兩端所加的電壓與光電流之間的關系，稱為伏安特性（見圖1.2）。由曲線可知，在給定的偏壓情況下，光照度越大，光電流也就越大；光敏電阻的最高工作電壓是由耗散功率決定的，而光敏電阻的

4、耗散功率又和面積大小以及散熱條件等因素有關。硫化鎘光敏電阻的伏安特性曲線 光敏電阻的光照特性曲線2、光照特性 光敏電阻的光電流與光強之間的關系，稱為光敏電阻的光照特性。不同類型的光敏電阻，光照特性不同。但多數(shù)光敏電阻的光照特性類似與圖1.3所示曲線形狀。發(fā)光二極管 (一)、 發(fā)光二極管的工作原理 當pn結(jié)加上正向電壓時，結(jié)區(qū)勢壘降低，p區(qū)的空穴載流子p向n區(qū)擴散，n區(qū)的電子n向p區(qū)擴散，p與n在pn結(jié)區(qū)相遇復合釋放能量而發(fā)光。這種發(fā)光器件和白熾燈泡相比，有體積小、耐沖擊、壽命長功耗低、響應快、可靠性高、顏色鮮明、易和集成電路匹配等特點，因而獲得廣泛應用。發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)示意圖 恒定直流驅(qū)動方式(

5、二)、led的特性1. 發(fā)光二極管的特性發(fā)光二極管通以正向電流，發(fā)光二極管就會發(fā)光。發(fā)光二極管內(nèi)部的晶片所用材料不同，所發(fā)出的光線的光譜（光線的頻率范圍）不同，因而所發(fā)光的顏色也不同。發(fā)光二極管的外部電壓與電流的關系，即伏安特性，類似于普通二極管。其差別是，普通硅二極管的正向開啟電壓約為0.65v，而發(fā)光二極管的開啟電壓更大些。發(fā)黃光的發(fā)光二極管的響應時間最長，約100us；發(fā)紅光的和橙光最短，約10ns，其于的也都在150ns以下。2. 發(fā)光二極管的特性參數(shù)1.發(fā)光光譜 圖2.3給出了gaas0.6p0.4 和gap的發(fā)射光譜。當gaas1-xpx中的x值不同時，峰值波長在620680nm之

6、間變化，譜線半寬度大致為2030nm。gap發(fā)紅光 gaas0.6p0.4gap的發(fā)光光譜的峰值波長在700nm附近，半寬度大約為100nm。2伏安特性發(fā)光二極管的伏安特性如圖2.4所示，它與普通二極管的伏安特性大致相同。 發(fā)光二極管的伏安特性曲線 發(fā)光亮度與電流密度的關系光耦合器 光耦合器的幾種常見形式:1. 光電開關光電開關是一種特殊形式的光電耦合器件，只不過其發(fā)光部和受光部不是一個封閉的整體，它們之間可以插入被測物體。圖3.2是槽型光電耦合器。這里所謂的“槽型”指的是其外部形狀像是一個槽子，其實其電路結(jié)構(gòu)與普通光電耦合器沒有什么兩樣。圖中左槽沿安裝一個砷化鎵（gaas）近紅外發(fā)光二極管，

7、其峰值波長為880nm，右邊為硅光敏三極管，其峰值波長也為880nm。 投射式光電傳感器光電開關的發(fā)光二極管和光敏三極管一般采用直流供電。抽屜裝有插銷。抽屜推進桌子里后，插銷進入槽型光電開關耦合器的槽隙中遮住光，光電開關無輸出。抽屜拉出后，插銷離開槽隙，使發(fā)光二極管的光照射到光敏三極管上。用此電流驅(qū)動報警器等起到防盜作用。圖3.3（a）是一種反射式光電開關的外形圖。光線發(fā)出后只有經(jīng)過障礙物反射回來后光敏三極管才可接收到，如圖3.3（b）所示。反射式光電開關 光電開關的光敏三極管響應慢。gaas（砷化鎵）紅外發(fā)光二極管的上升和下降時間為4ns，硅光敏三極管的上升和下降時間為3us。發(fā)光二極管通以

8、恒定電流，速度只決定于光敏三極管。光敏三極管的上升和下降時間按3us計算。也可采用單個紅外發(fā)光二極管與光敏管設計組裝成各種遙控或遠距離檢測的光電開關（圖3.4）光電開關的應用2. 紅外光電對管 紅外發(fā)射管的作用是電脈沖信號轉(zhuǎn)換為光信號送出。當輸出變化的電脈沖信號時，發(fā)射管發(fā)射出的紅外線強度就隨之變化。電阻起限流的作用，電阻越小，通過紅外發(fā)射管的電流越大，發(fā)射管的發(fā)射功率就越大，發(fā)射距離就越遠；電阻取的過小會損壞紅外線發(fā)射管。當紅外光照射光電接收管時，光電接收管的電阻將減小，光電接收管使電阻的電流增大，從而電阻兩端產(chǎn)生隨入射紅外光強弱變化的電壓，此變化的電壓信號經(jīng)紅外接口輸入主機。常見光電接收管

9、有兩種形式，一種是光電接收二極管，一種是光電接受三極管（只有兩只引腳）（光電三極管較為常見）。用光電二極管其負極需要接+5v一端。3. 光敏二極管與光敏三極管 1) 光敏二極管 光敏二極管的結(jié)構(gòu)圖 光敏二極管的結(jié)構(gòu)如圖3.5所示。其基本原理是，當光照射到p-n結(jié)上時，p-n結(jié)便吸收光能并把它轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。伏安特性如圖3.6所示。光敏二極管有四種類型：p-n結(jié)型（也稱pd）、pin結(jié)型、雪崩型和肖特基結(jié)型。1）光敏二極管的加反向電壓時，電流隨光照強度變化而變化。如圖的第三象限。在這種狀態(tài)下，反向電流與光強成正比。當光強度為零時，反向電流（此電流稱為暗電流）為零（實際上小于0.2ua）。2）光電二極

10、管不加電壓，p-n結(jié)受光照射后會產(chǎn)生正向電壓，從而使閉合回路中流過電流。2) 光敏三極管 光敏三極管也是依靠光照射來使輸出電流發(fā)生變化的器件。光敏三極管的發(fā)射極電流或集電極電流與光強成正比。具有比光敏二極管高的多的響應度（又稱靈敏度），工作時對電源的要求又不苛刻。光敏二極管的結(jié)構(gòu)和特性曲線 光敏三極管的外形、原理性結(jié)構(gòu)、常用符號及等效電路圖光敏三極管的外形、原理性結(jié)構(gòu)、常用符號及等效電路如圖3.7所示。工作時所加偏壓的極性已在圖中示出。這是一種用平面工藝制造的硅npn型光敏三極管。在圖中，只畫了e、c兩個引出端子，實際上，是既可以只有e、c兩個引出端子，也可以有e、b、c三個引出端子的。b端子

11、從npn結(jié)構(gòu)中的p區(qū)引出。 3、撥碼開關如果某些重要的功能或數(shù)據(jù)也由鍵盤輸入，必將因易誤操作而產(chǎn)生一些不良后果。因此，即使在加電后，開關的狀態(tài)發(fā)生變化也不會影響計算機的正常操作。數(shù)字撥碼盤輸出有bcd編碼的四線輸出和單片十位的十線輸出兩種方式。 十線撥碼盤實際上是一種單刀十擲的轉(zhuǎn)化開關，如圖3.8所示。顯然這種撥盤結(jié)構(gòu)簡單，與8031接口時，將a端接地，當8031讀入口線電平狀態(tài)時，就可判斷開關處于哪一個檔位。bcd撥碼盤，是十進制數(shù)輸入，bcd碼輸出。它有09十個位置，每個位置有相應的數(shù)字顯示，代表一位十進制數(shù)的輸入。每片撥盤代表一位十進制數(shù)，n位十進制數(shù)，可用n片撥盤并聯(lián)安裝組成，如圖3.

12、9所示。十線撥盤結(jié)構(gòu) 三位十進制撥盤組 十線撥碼盤與8031的接口bcd碼撥盤后面有5個接點，其中a為輸入控制線，另外四根是bcd碼輸出線。撥盤撥到不同位置時，輸入控制線a分別與4根bcd碼輸出線中的某根或某幾根接通。例如撥盤撥到6，a與4，2接通，撥到7時，a與4、2、1接通等等。表3-1 bcd碼撥盤的輸入輸出狀態(tài)表。表3-1 bcd碼撥盤的輸入輸出狀態(tài) 撥 盤輸 入控 制端 a 輸出狀態(tài) 8 4 2 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 2 1 0 0 1 0 3 1 0 0 1 1 4 1 0 1 0 0 5 1 0 1 0 1 6 1 0 1 1 0 7 1 0 1 1

13、 1 8 1 1 0 0 0 9 1 1 0 0 1bcd碼撥盤與8031的接口單片bcd碼撥盤可以與任一個4位的i/o口或擴展i/o口相連，以輸入bcd碼數(shù)據(jù)。圖5-3是用8031的p1 .0p1.3 4位i/o與單片bcd碼撥盤的接口電路圖如撥盤撥至9，則bcd碼锝421端的8和1端與a連通，成為高電平，而4和2端與a不連通，被下拉電阻拉至低電平，bcd碼即為1001。表5-1所示編碼正是這種正邏輯的編碼或稱為原碼。相反，如果控制端a接地，而bcd碼的8421端通過上拉電阻接至+5v時，撥盤輸出bcd碼將是負邏輯的或稱為反碼。 單片bcd撥碼盤與8031的接口三、智能光電定時器軟件設計 1

14、程序流程圖1） 主程序流程圖 開 始堆棧、進入時間置入狀態(tài)，緩沖單元清零n光電置入狀態(tài)？ 進入撥碼開關置入方式，t0工作在定時方式，送定時常數(shù) yt0t1設置為記數(shù)方式，開放中斷，取數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為秒數(shù)并存放結(jié)果進入中斷服務子程序，置入時間 t0開始記數(shù)，禁止其它中斷 進入t0中斷服務子程序 定時結(jié)束，調(diào)用聲光提示子程序定時結(jié)束，調(diào)用音樂子程序，并給出光提示 結(jié) 束2）t0 中斷服務子程序 t0中斷服務子程序 判斷工作方式光電置入方式 撥碼開關置入方式定時狀態(tài)？ 定時結(jié)束？ y n（置入狀態(tài)）分鐘高位單元加一 y n定時未結(jié)束啟動t0，定時開始 n y聲光提示啟動t0定時開始定時結(jié)束？ n 調(diào)用燈光

15、閃爍程序定時結(jié)束？ n y 調(diào)用音樂提示子程序調(diào)用燈光閃爍程序 y調(diào)用聲提示子程序 中 斷 返 回 2 軟件去抖 本設計采用軟件的方法消除可能出現(xiàn)的誤脈沖。在第一次檢測到有誤脈沖的時候，執(zhí)行一段延時子程序，延時子程序延時20ms，從而消除了誤脈沖的影響。 delay20ms： mov r6，#10 l4： lcall delay2ms djnz r6，l4 ret delay2ms： mov r7，#0c8h l2： nop nop nop djnz r7,l2 ret 延時程序與mcs-51執(zhí)行指令的時間有關，如果使用6mhz的晶振，一個機器周期為2us，計算出執(zhí)行一條指令以至一個循環(huán)所需要

16、的時間，便能達到延時的目的。3. 初始化 ; 程序功能：定時到音樂報警且指示燈快速閃爍；置入方式：1.光電置入 開關1閉合 （精度1秒鐘）； 2.撥碼開關置入 開關1斷開 （精度1秒鐘）；定時到報警方式：蜂鳴器報警 ; 20h,標志位字節(jié)20h.0:置入狀態(tài)標志位，1為置入狀態(tài)，0為定時狀態(tài); 20h.1:置入方式標志位，1為撥碼開關式，0為光電式; 20h.7:定時結(jié)束標志位，1為定時結(jié)束，0未結(jié)束；開機時即處于置入狀態(tài);21h,判斷光電輸入用緩沖字節(jié);40h,小時設置緩沖字節(jié);41h,分鐘低位設置緩沖字節(jié);42h,分鐘高位設置緩沖字節(jié);43h,置入狀態(tài)led提示刷新頻率保存字節(jié)（200毫秒

17、亮，200毫秒暗）;46h,定時基準累加單元;47h,定時指示led刷新計數(shù)單元;48h,樂曲曲目選擇單元(與分鐘撥碼開關對應);4ah,被乘因子的低位單元;4bh,被乘因子的高位單元;4ch,乘數(shù)單元;4dh,計數(shù)結(jié)果低位單元;4eh,計數(shù)結(jié)果高位單元4硬件調(diào)試方法：測試樣機硬件和排除硬件故障的辦法： a.加電之前，根據(jù)設計圖仔細檢查線路和正確性，核對元器件型號，規(guī)格和安裝是否符合要求。b.加電檢查各插件上引腳的電位，仔細測量個點電平是否正常。5軟件調(diào)試方法排除了目標樣機的硬件故障以后，就進入軟硬件綜合調(diào)試階段。下面我們對常見故障進行分析。1）程序跳轉(zhuǎn)錯誤：通常是由于錯用了指令或改錯了標號引

18、起的。2）程序錯誤。經(jīng)過反復測試后，才能驗證它的正確性。3）輸入輸出錯誤。這類錯誤包括數(shù)據(jù)傳送出錯，外圍設備失控等。程序清單#include<reg51.h>#include<intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit scan_fen=p11;sbit scan_end=p10;sbit scan_miao=p12;sbit scan_kai=p32;sbit ls=p20;/led 位/sbit led_4=p24;sbit led_3=p25;sbit led_2=p26;s

19、bit led_1=p27;/全局變量/code uchar led=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;uchar a, b =20,t_f=0,t_m=0,led_wei4,i=10;bit flag=0;/延時函數(shù)/void delay(uint m)unsigned int i,j;for (i =0;i<m;i+) for(j=0;j<20;j+) _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /顯示函數(shù)/ void print(uint time_1,ui

20、nt time_2) p2|=0xf0; led_wei0=time_1/10; p0=ledled_wei0; led_1=0; led_wei1=time_1%10; delay(10); led_1=1; p0=ledled_wei1; led_2=0; led_wei3=time_2/10; delay(10); led_2=1; p0=ledled_wei3; led_3=0; led_wei4=time_2%10; delay(10); led_3=1; p0=ledled_wei4; led_4=0; delay(20); /輸入函數(shù)/void scan(void) while(

21、1) / 等待設定好時間 print(t_m,t_f); p2=0xf0; delay(100); if(scan_fen=0) while(!scan_fen)print(t_m,t_f); / 等待鍵釋放 t_f+; if(t_f>=60) t_f=0;print(t_m,t_f);delay(100); if(scan_miao=1) while(scan_miao) print(t_m,t_f); /等待鍵釋放 t_m+; if(t_m>=60) t_m=0; print(t_m,t_f);delay(100); if(scan_end=0) / 設定時間設定結(jié)束 prin

22、t(t_m,t_f); tr0=1; flag=1; break; for(i=50;i>0;i-) print(t_m,t_f); delay(100);/time/void time_1(void)interrupt 1 ea=0; th0=60; tl0=175; b-;if(b=0) b=20; if(t_f=0) if(t_m!=0) t_m=t_m-1; t_f=59; print(t_m,t_f); else t_m=t_f=0; et0=0;print(t_m,t_f); else t_f=t_f-1;ea=1;/音樂/ void yin_yue() /主函數(shù)/void main()int i; ea=1; tmod=0x01; th0=60; tl0=175; / 11.05926 50ms et0=1; it0=1; p1=0xff; p1=0x00; while(1) print(t_m,