基于单片机的定时开关控制器.doc
《基于单片机的定时开关控制器.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的定时开关控制器.doc（22页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
17
基于单片机的定时开关控制器
摘要：
本实验基于STC89C51RC为核心，设计具备按键功能和数码管显示功能的外围硬件电路，以便控制器能够在设定的开关时刻控制输出继电器的动作，进而控制负载电源的启闭，并完成软件程序设计。
可以实现电源的直接启动/关闭；也可以通过按键设置负载电源的启动时间，最大预约时间为12小时。
关键词：
STC89C51RC；继电器
TimerSwitchControllerBasedOnMCU
Abstract:
BasedontheexperimentalSTC89C51RCasthecore,thedesignhasthekeyfunctionanddigitaltubedisplayperipheralhardwarecircuitfunction,sothatthecontrollercancontroltheoutputrelaysettheswitchpointoftheaction,thencontroltheopeningandclosingloadpowersupply,andcompletethesoftwareprogramdesign.Directstart/canrealizethepoweroff;canalsosetthebuttonloadpowerstart-uptime,maximumreservationfor12hours.
KeyWords:
STC89C51RC；Relay
目 录
1硬件部分结构功能简介 1
1.1STC89C51RC单片机介绍 1
1.2STC89C51RC单片机的主要性能 1
1.3STC89C51RC单片机管脚说明 2
2硬件电路设计 3
2.1单片机最小系统 3
2.1.1复位电路 3
2.1.2时钟电路 3
2.2按键电路 4
2.3显示功能 5
2.4中断系统 5
2.5继电器 7
2.6电路设计 7
3软件设计 8
总结 10
参考文献 11
致谢 12
附录 13
1硬件部分结构功能简介
1.1STC89C51RC单片机介绍
STC89C51RC系列单片机是深圳宏晶科技公司推出的新一代高速、低功耗、超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机。
STC89C51RC系列单片机具有ISP（在系统中可编程）动能和IAP（在应用可编程）功能，无需购买专用编辑器，可以通过串行口直接下载用户程序。
单片机主控电路的主要元件是STC89C51RC单片机，其外形如下图（图1-1）：
图1-1STC89C51RC各个引脚
1.2STC89C51RC单片机的主要性能
与单片机产品兼容4K字节在系统可编程Flash存储器、1000次擦写周期、全静态操作：
0Hz～33Hz、三级加密程序存储器、32个可编程Ｉ/Ｏ口、三个16位定时器/计数器、八个中断源、全双工UART串行通道低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒看门狗定时器，双数据指针、掉电标识符。
1.3STC89C51RC单片机管脚说明
VCC——供电电压。
GND——接地。
P0口——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——带内部上拉电阻的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——带内部上拉电阻的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——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。
在编程/校验时，P3口可接收某些控制信号。
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。
2 硬件电路设计
2.1 单片机最小系统
2.1.1复位电路
复位电路就是在RST端（9脚）外接的一个电路，目的是使单片机上的电开始工作时，内部电路从初始状态开始工作，或者在工作中人为让单片机重新从初始状态开始工作。
在时钟工作的情况下，只要复位引脚高电平保持在两个机器周期以上的时间，STC89C51RC便能完成系统重置的各项工作，使得内部特殊功能寄存器的内容均被设置成已知状态，并且从地址0000H处读入程序代码而执行程序。
（图2-1）
图2-1复位电路
2.1.2.时钟电路
时钟电路是产生CPU校准时序，是单片机的控制核心。
STC89C51RC的时钟信号可通过内部振荡方式和外部振荡方式两种方式得到。
本次设计使用的是片内振荡方式，通过外接12MHz的晶振来实现时钟电路的时序控制。
在使用片内振荡器时，XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入端和输出端。
外接晶体以及电容C1和C2构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。
当使用外部时钟驱动时，XTAL2引脚应悬空，而由XTAL1引脚上的信号驱动，或者XTAL1引脚应悬空，而由XTAL2引脚上的信号驱动。
外部振荡器再通过一个2分频的触发器来形成内部时钟所需要的信号。
在电容器C1、C2选择时方面，一般选择其值为5~30pF。
本系统中所用的电容值为22pF，具体的电路接法如图2-2所示。
图2-2晶振电路图
2.2按键电路
按键电路如图2-3所示
图2-3按键电路
系统中共有四六个独立按键，分别与P2.0、P2.1、P2.2、P2.3、P2.3、P2.4、P2.5连接。
开始键（P2.0）：
按下该键，电源和负载接通或当预约调试结束后按下该键，电源将在设定时间到达后接通。
关闭键（P2.1）:
按下该键，切断电源。
预约键（P2.2）：
第一次按下该键，可以对电源的接通时间进行“小时”调整；第二次按下该键，可以对电源接通时间进行“分钟”调整。
加“1”键（P2.3）：
按下该键，调“小时”时间加1，最大可加到11；调“分钟”时间加1，最大可加到59.即最长定时时间为11小时59分钟。
减“1”键（P2.4）：
按下该键，调“小时”时小时减1，最小值为0；调“分钟”时分钟减1，最小值为0.
预留键（P2.5）：
在本设计中，没有作用。
2.3显示功能
1.按键指示灯D1：
只要有按键按下，该指示灯会点亮。
2.电源开关状态指示灯D3：
当电源和负载接通时，该灯点亮。
3.四位数码管（图2-4）：
前两位显示小时，后两位显示分钟。
上电即显示“----”；预约调小时前两位闪烁，预约调分钟后两位闪烁。
预约时间内，倒计时显示。
图2-4LED数码管
2.4中断系统
中断系统的作用主要是对外部或内部的终端请求进行管理与处理。
STC89S51RC共有5个中断源，其中有2个外部中断源和3个内部中断源。
中断函数如下
//--------------外部中断0中断函数---------------------------------
voidint0（）interrupt0using0
{
ucharkeynum;
display（）;//动态显示程序作为去抖动
if（INT0==0）//判断是否有按键按下
{
keynum=GetKeyNum（）;//有效键，获取键值
while（INT0==0）;//等待按键释放
Keyprocess（keynum）;//按键处理
}
}
//-----------------定时器0中断子函数----------------------------
voidtime0（）interrupt1//处理调时、显示器闪烁
{
staticucharledcnt,num;//设置静态变量
TH0=（65536-50000）/256;//定时50ms
TL0=（65536-50000）%256;
if（（Onflag&&（（hour|min）!
=0））|!
Onflag）//指示灯每隔0.5s闪烁
{
ledcnt++;
if（ledcnt==10）//10X50mS=0.5S
{
ledcnt=0;
LED=~LED;
}
}
if（Setflag!
=0）//调时闪烁
{
num++;
if（num==5）
{
num=0;
flag=~flag;
}
}
}
//-------------定时器1中断子函数-------------------
voidtime1（）interrupt3
{
TH1=（65536-50000）/256;
TL1=（65536-50000）%256;
calculate（）;//计时
}
2.5继电器
本设计是用单片机控制继电器达到以弱控强的电路，下面再来介绍一下单片机和强电之间的桥梁----电磁继电器。
电磁继电器是有触点电继电器是有触点电继电器的一种。
它是利用电磁效应实现电路开、关控制作用的原件，广泛应用在电子设备、仪器仪表及自动化设备中。
在各种自动设备中，都要求用一个低电压电路提控制一个高电压的电器电路。
这样不仅可以为电子线路和电器电路提供良好的电隔离，还可以保护电子电路和人员安全。
图2-5继电器开关电路
2.6电路设计
根据设计要求，选用STC89C51RC作为电路控制核心，电路中包含了时钟电路、复位电路作为单片机的最小系统。
晶体振荡器频率为12MHz，这样单片机的机器周期恰好为1μs。
P0.0--P0.7作为四位七段数码管的段码输出端，P1.0--P1.3作为四位数码管（共阴极）的位码输出端。
P2.0--P2.5作为键盘信号的输入端。
P3.6作为控制信号的输出端控制继电器吸合与释放。
由于P0口输出端为漏极开路门，他要输出高电平才有效，必须外接上拉电阻，本设计中上空电阻阻值为10KΩ。
由于P0口输出电流有限，为减轻单片机的负担，在P0口外接了一个8路同相三态双向驱动器（起电流放大作用）。
19脚是它的片选端，低电平有效，1脚是输入/输出端口转换用，当该引脚接高电平时，信号由“A”端传向“B”端，当该引脚接低电平，信号由“B”端传向“A”端。
P1口通过一个六反相器74LS04和数码管的位码输入端相连，故P1.0--P1.3输出低电平时，相应的数码管点亮。
附录2中六个独立按键分别和P2.0--P2.5相连接，通过上拉电阻和电源相连接，当按键没有按下时，P2.0--P2.5端口输入为“1”，表示没有信号输入。
这六个按键只要有一个按键按下时，8输入与非门74HC30的输出端必然输出高电平（它的逻辑功能为：
全1出0，由0出1），经非门电路74LS04倒相后，按键按下时输出为低电平，该低电平信号接单片机的外部中断信号输入端（即P3.2引脚），从而引起单片机中断正常执行的主程序，转而去执行中断服务程序。
3软件设计
程序开始首先对按键变量和小时、分钟变量进行定义，对共阴极数码管的段码（字型码）以一维数组方式定义。
另外对延时函数、定时器初始化子函数、求按键子函数、按键处理子函数、计时子函数、显示子函数进行声明。
主函数
图3-1程序主函数
在定时器T0、T1初始化和外部中断0（）子函数中，规定定时器T0、T1的工作模式为方式1，定时时间为50ms。
外部中断0采用下降沿触发方式。
定时器工作在中断方式，即定时时间到，立即停止执行主函数，转而去执行中断服务函数。
图3-2定时器T0中断服务函数
图3-3外部中断T1中断服务函数
图3-4外部中断0中断服务函数
在显示子函数中，上电复位后4位数码管显示“----”。
其中包括走时转换函数，负责将定时器走时数据转换为分钟的十位和个位，超过60分钟的数据再转换为小时的十位和个位。
在计时子函数中，设置每50ms中断1次，秒计数器中计数值为200时，时间为1分钟。
分钟计数器计数值为60时，时间为1小时预约时间到，单片机P3.6引脚输出低电平，驱动三极管饱和导通，继电器的线圈中有电流经过，从而产生吸合动作，接通电源，用电器开始工作。
（程序见附录2）
总结
经过几周的辛苦设计，现在终于可以画上一个圆满句号了。
回想起来做毕业设计的整个过程，其中有苦也有甜。
毕业设计的难度不仅是检验大学所学的深度，也是对自己能力的一种提高。
下面我对整个毕业设计的过程简单的做一下总结。
首先，进行选题选定。
选题是毕业设计的开端，选择恰当的感兴趣的题目，这对于整个毕业设计是否能够顺利进行关系极大。
好比走路，开始的第一步具有决定意义的，第一步迈向何方，需要慎重考虑。
否则，就可能走许多弯路、费许多周折，甚至可能做的全是无用功。
参考文献
[1]戴佳戴卫.51单片机C语言应用程序设计实例精讲.电子工业出版社，2006
[2]余宏生.吴建设.电子CAD技能实训.人民邮电出版社，2006
[3]李贵庭.单片机应用技术及项目化训练.西南交通大学出版社，2009
[4]刘建清.从零开始学单片机C语言.国防工业，2006
[5]钟富昭等.8051单片机典型模块设计与应用[M].人民邮电出版社，2007
[6]李乃夫.可编程控制器原理、应用、实验[M].北京：
中国轻工业出版社，2003.
[7]章文浩.可编程控制器原理及实验[M].北京：
国防工业出版社，2003.
[8]谭浩强著.《C语言设计（第三版）》清华大学出版社
[9]王洪庆主编.《微型计算机控制技术》机械工业出版社.2012.9
[10]王静霞主编.杨宏丽刘俐副主编.《单片机应用技术C语言版》电子工业出版社.2012
[11]朱定华.单片机原理及接口技术实验[M].北京：
北方交通大学出版社，2002
[12]何立民.MCS—51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术[M].北京：
北京航空航天大学出版社，1999.
11
致 谢
首先要感谢在大学两年半教育我的老师，没有他们给予我扎实的基础，我想我是不能完成这次毕业设计的。
在这两个多月的毕业设计中，我真诚地感谢老师和同学们的帮助，在他们的帮助下我顺利的完成了此次毕业设计。
在本次设计过程中李学明老师始终给予了我无私的帮助，在最开始的设计思路的构建、资料的选取等是我能顺利完成这次设计的关键。
13
附录1
系统仿真原理图
13
附录2
主程序
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitKEYON=P2^0;//开始键
sbitKEYOFF=P2^1;//关闭键
sbitKEYSET=P2^2;//预约键
sbitKEYINC=P2^3;//加1键
sbitKEYDEC=P2^4;//减1键
sbitKEYFREE=P2^5;//预留键
sbitPOWER=P3^6;//电源开关指示灯
sbitLED=P3^3;//按键指示灯
ucharcodedispcode[]={0x3f,0x06,0x05b,0x4f,0x66,
0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x40};//0-9的字型码
uchardatadisbuf[]={0,0,0,0};//显示缓冲区
ucharhour,min;//小时、分变量
bitOnflag,flag;
ucharSetflag;
voiddelay（uchar）;//延时子函数
voidinit（void）;//定时器初始化子函数
ucharGetKeyNum（）;//求按键号
voidKeyprocess（uchar）;//按键处理子函数
voidcalculate（）;//计时子函数
voiddisplay（）;//显示子函数
//--------------------主函数-------------------------
voidmain（void）
{
init（）;
P1=0x00;
while
（1）
display（）;
}
//-------------定时器TO、T1初始化，外部中断0初始化子函数-----
voidinit（）
{
TMOD=0x11;//TO、T1作定时器、工作方式1
TH0=（65536-50000）/256;//定时50ms
TL0=（65536-50000）%256;
TH1=（65536-50000）/256;
TL1=（65536-50000）%256;
IT0=1;//选择外部中断0为下降沿触发方式
EX0=1;//开外部中断0
ET1=1;//开定时器1
ET0=1;//开定时器0
EA=1;//开总中断
TR0=
升级会员 