多路定时器的电路设计与制作Word文档格式.docx

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Second,thisarticlefocusesonsingle-chipmicrocomputerapplicationsystemdesignandcomponentselection,andhowtheywork.

Finally,thearticlewasusinguniversalplatemadeinkind,introducedtheBoard'

sconsiderationsforweldingandsoldering.

IntheAppendix,thetimecontrollerdesignproceduresaregiveninthisarticle.

Keywords:

Monolithicintegratedcircuit，Timer，Components

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1绪论………………………………………………………………………….……1

1.1设计背景……………………………………………………………..……..1

1.2设计内容…......................................................................................................1

2整体设计方案….…………………………………………………………...…..1

2.1设计思路…….................................................................................................2.2硬件电路设计框图………………………………………………………...2

3单片机应用系统的硬件设计……………………………………………………..3

3.1单片机的选择………………………………………………………………...3

3.2单片机最小应用系统…………………………………………………………4

3.2.1时钟电路的设计……………………………………………………..…...5

3.2.2复位电路的设计………………………………………………………….6

3.3蜂鸣器电路的设计……………………………………………………………7

3.4按键电路设计与器件选择..........................................................................................83.5LED显示器电路设计与元器件的选择…........................................................93.5.1LED显示器的选择…….............................................................................93.5.2LED段驱动芯片的选择…….............................................................................10

3.5.3LED位驱动芯片的选择…….............................................................................11

3.5.4LED显示器接口电路.........................................................................................12

3.6继电器电路的设计…….............................................................................................133.7串行接口RTC芯片DS1307的介绍................................................................133.7.1DS1307时钟芯片的引脚功能……..........................................................133.7.2DS1307时钟格式和地址分配……..........................................................153.7.2.1DS1307的内部寄存器与RAM地址分配……........................................15

3.7.2.2时钟和日历格式……............................................................................153.7.2.3DS1307操作时序……..........................................................................16

3.8定时控制器的硬件电路原理图…................................................................18

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4单片机应用系统的软件设计............................................................................21

5实物的制作及调试………………………………………………………………22

5.1实物的制作流程….........................................................................................20

5.2实物的调试….....................................................................................................

5.3元件焊接的相关知识…..................................................................................20结论........................................................................................................................23

致谢........................................................................................................................27

参考文献................................................................................................................28

附录A....................................................................................................................29

附录B....................................................................................................................37

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1绪论

1.1设计背景

人类最早使用的定时工具是沙漏或水漏，但在钟表诞生发展成熟之后，人们开始尝试使用这种全新的计时工具来改进定时器，达到准确控制时间的目的。

随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测的更新，定时、延时装置在工业控制中得到广泛利用。

它可以实现信号的异步传送，同时它也被广泛的利用在仪表、通信、家电控制等。

在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机通常是作为一个核心部件来使用，根据硬件结构和具体应用对象的特点，通过与软件的结合来加以完善。

单片机由于具有独特的定

[1]时和计数功能得以广泛利用。

定时器一般分两种类型，一种是基于模拟技术的传统产品，曾经被广泛的应用过，但现在已进入淘汰之列。

另一种是基于数字技术的心产品，该产品功能强大，已取代了前者。

随着单片机性能比的不断提高，新一代产品的应用越来越广泛，大的可以构成复杂的工业过程控制系统，完成复杂的控制功能，小的可以用于家电控制，甚至能够用来做儿童的电子玩具等。

新产品功能强大，灵活好用，

[2]体积小，与适当的接口芯片配合连接，可以构成各种功能各异的微电子产品。

1.2设计内容

本文主要设计一个多路定时控制器，它是在完成单片机最小系统板设计与制作的基础上通过软件设计的一款多路定时器，使它具有正常数字钟功能，包括时间校正，具有至少两路定时开关控制功能，每路定时时间可以任意设置。

其可以控制多种家电如点灯、电视、录音机、热水器、空调、电饭煲等。

要求控制精确、时间误差小，主要考虑如何实现精确定时及定时长度问题。

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2整体设计方案

2.1设计思路

本设计是基于AT89S51的多路定时器的设计，所以51单片机是核心

（1）用时钟芯片DS1307作为系统的时钟/日历，当前的时间通过它来读出。

（2）系统的显示采用的4位数码管，分别用74LS48和ULN2803来作为LED

的段驱动和位驱动芯片，从而控制数码管的显示。

（3）时间调整与定时时间的输入通过接入按键电路实现，分别定义为:

SET键（时间调整设置位）:

其功能是当该键按下时，进入时间调整功能。

ALM键（定时时间设置键）:

其功能是当该键按下时，进入定时时间输入

功能。

+1键:

其功能是当该键按下时，被调整位加一。

RET键:

其功能是当该键按下时，指向下一个要调整的位（4）报警声响由蜂鸣器产生

（5）外部电路电源的通断用继电器来完成

2.2硬件电路的设计框图

根据设计思路，硬件电路设计框图如图1.1所示。

其中包括七个部分:

按键输入电路、时钟与复位电路、蜂鸣器电路、LED显示器及驱动电路、继电器电路、电源电路和时钟、日历电路。

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图1.1硬件电路设计框图

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3硬件设计

单片机应用系统是指以单片机为核心，配以一定的外围电路和软件，能实现某种或几种功能的应用系统。

一个单片机应用系统的硬件设计包括两部分内容:

一是单片机系统的扩展部分设计，它包括存储器扩展和接口扩展。

存储器扩展指EPROM、EEPROM和RAM的扩展。

接口扩展是指8255、8155、8279以及其他功能器件的扩展。

二是各功能模块的设计，根据系统功能要求配置相应的A/D，

[1]D/A，键盘，显示器，打印机等外围设备。

2.1单片机的选择

AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kBytesISP（In-systemprogrammable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。

AT89S51具有如下特点:

40个引脚，4kBytesFlash片内程序存储器，128bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双

[2]工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。

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图2.1AT89S51引脚配置图

AT89S51各引脚功能:

VCC:

AT89S51电源正端输入，接+5V。

VSS:

电源地端。

XTAL1:

系统时钟的反相放大器输入端。

XTAL2:

系统时钟的反相放大器输出端，一般只要在XTAL1和XTAL2上接一个石英振荡晶体系统就可以了，此外可以在两引脚与地之间加入一个30PF的小电容，可以使系统更稳定，避免噪声干扰从而死机。

RESET:

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。

EA/Vpp:

访问程序存储器控制信号/编程电源输入。

当EA端保持高电平时，访问内部程序存储器，访问地址范围为0-4KB。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源,Vpp）。

ALE/PROG:

低八位地址锁存器启用信号。

AT89S51可以利用这支引脚来触发外部的8位锁存器（如74LS373），将端口0的地址总线（A0,A7）锁进锁存器中，可以用来驱动其他周边晶片的时基输入。

PSEN:

外部程序储存的读选信号输出端，低电平有效。

AT89S51可以利用PSEN及RD引脚分别启用存在外部的RAM与EPROM，使得数据存储器与程序

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存储器可以合并在一起而共用64K的定址范围。

PORT0（P0.0,P0.7）:

8位通用输入/输出端口和片外8位数据，低8位地址复用总线端口。

当EA引脚为低电平时（即取用外部程序代码或数据存储器），P0就以多工方式提供地址总线（A0,A7）及数据总线（D0,D7）。

必须外加一个锁存器将端口0送出的地址锁存成为A0,A7，再配合端口2所送出的A8,A15合成一个完整的16位地址总线，而定址到64K的外部存储器空间。

PORT1（P1.0,P1.7）:

一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，其输出缓冲器可以推动4个LSTTL负载，同样地若将端口1的输出设为高电平，便是由此端口来输入数据。

PORT2（P2.0,P2.7）:

8位通用输入/输出端口和片外8位数据，高8位地址复用总线端口。

将端口2的输出设为高电平时，此端口便能当成输入端口来使用。

P2除了当作一般I/O端口使用外，若是在AT89S51扩充外接程序存储器或数据存储器时，也提供地址总线的高字节A8,A15，这个时候P2便不能当作I/O来使用了。

PORT3（P3.0,P3.7）:

8位通用输入/输出端口，具有第二功能:

串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能。

其引脚分配如下:

P3.0:

RXD，串行通信输入。

P3.1:

TXD，串行通信输出。

P3.2:

INT0，外部中断0输入。

P3.3:

INT1，外部中断1输入。

P3.4:

T0，计时计数器0输入。

P3.5:

T1，计时计数器1输入。

P3.6:

WR，外部数据存储器的写入信号。

[3]P3.7:

RD，外部数据存储器的读取信号。

2.2主单片机最小应用系统

用AT89S51芯片构成最小应用系统时，只需将单片机接上时钟电路和复位电路即可。

如图2.4所示。

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2.2.1时钟电路的设计

单片机的晶振电路是一种典型电路，分为内部时钟和外部时钟，本文采用的是内部时钟方式。

选择一个12MHZ的晶振外接两个30PF的谐振电容，电路图如图2.2所示:

图2.2时钟电路

AT89S51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反向放大器的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。

这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成一个稳定的自激振荡器。

由于该晶振使用的是12MHZ的晶体，因此它的时间周期是0.167us，机器周期为1us。

2.2.2复位电路的设计

单片机的复位是由外部的复位电路来实现的，只要在REST复位引脚接一个电容到VCC，接一个电阻到地就可以了。

其原理:

在给系统通电时，电容两端相当于是短路，从而加到REST复位引脚一个短暂的高电平信号，这个复位信号随着VCC对电容的充电过程而回落，单片机开始正常工作。

电路图如下:

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图2.3复位电路

图2.4单片机最小应用系

2.3蜂鸣器电路的设计

按设计要求，当定时时间到时要有声音提醒信号产生，可选择一只蜂鸣器来实现这一功能。

压电式蜂鸣器（HA）工作时约需10mA的驱动电流，并设计一个相应的驱动及控制电路。

电路设计如图2.5所示，蜂鸣器（HA）作为三极管VT1的集电极负载，当VT1导通时，蜂鸣器发出鸣叫声音，VT1截止时，蜂鸣器不发声。

R3是限流电阻（防止BE结过流损坏以及减轻对前级的影响）。

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图2.5蜂鸣器电路原理图

蜂鸣器电路与单片机的接口:

VT1的基极接到单片机P1口的P1.7引脚，P1.7引脚作为输出口使用。

当P1.7=0时，VT1导通，使蜂鸣器中有电流通过，而产生蜂鸣音。

当P1.7=1时，VT1截止，蜂鸣器的两引脚间的直流电压接近于0V，蜂鸣器不发生。

2.4按键电路设计与器件的选择

按键是一组常开的按键开关，闭合和释放过程都要经过一定的过程才能达到稳定，这一过程是处于高、低电平之间的一种不稳定状态，称为抖动。

为了消除抖动，本文在软件中采用了相应的软件程序来处理，当发现有键按下时，延时10-20ms再查询是否有键按下，若没有键按下，说明上次查询结果为干扰或抖动;

若仍有键按下。

则说明闭合键已稳定。

在本设计中需要4个按键，因此选择独立式键盘。

如图2.6所示，电路由按键和4个电阻组成，按键分别命名为SET、ALM、+1和RET键，按键可以采用轻触开关。

图2.6键盘接口电路原理图

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（1）当SET键被按下时，，在单片机的INT1引脚产生一个低电平触发中断请求信号，CPU响应中断请求时，就转移到INT1中断服务程序入口地址，执行INT1的中断服务程序。

设计INT1的中断服务程序的功能是调整当前时间。

（2）当ALM键被按下时，在单片机的INT0引脚产生一个低电平触发中断信号，CPU响应中断请求时，就转移到INT0中断服务程序的入口地址，执行INT0的中断服务程序。

INT0的中断服务程序的功能是输入定时时间。

（3）+1调整健功能:

分别对时间值的分十位、分个位、秒的十位、秒的个位进行+1调整，即该键每按下一次，对应的时间调整位+1闸管的伏安特性和主要参数。

（4）RET确认键功能:

确认，即对+1调整位进行确认，当该键按下时，说明被

[4~6]调整位的值已经确定，转去调整下一位。

2.5LED显示器电路设计与元器件的选择

LED显示器的驱动是一个非常重要的问题，由系统硬件设计框图可知，显示电路由LED显示器、段驱动电路和位驱动电路组成。

由于单片机的并行口不能直接驱动LED显示电路，必须采用专用的驱动电路芯片，使之产生足够大的电流，显示器才能够正常工作。

如果驱动能力差，即负载能力不够时，显示器亮度就低，而且驱动电路长期在超负荷下运行容易损坏。

因此，在实际使用中必须接入LED驱动电路。

本文用到的4个数码管均是共阴极的。

当发光二极管导通时，它就会发光。

每个二极管就是一个笔划，若干个二极管发光时，就构成了一个显示字符。

将单片机的I/O口控制相应的芯片与数码管的a-g相连，高电平的位对应的发光二极管亮，这样，由I/O口输出不同的代码，就可以控制数码管显示不同的字符。

例如:

当I/O口控制芯片输出的代码是00111111时，数码管显示的字符为0。

这样形成的显示字符的代码称为显示代码或段选码。

2.5.1LED显示器的选择

本设计中，选择4位一体的时钟型LED显示器，简称“4-LED”，如图2.7所示。

用“:

”前的2位显示“分”的十位和个位，用“:

”后的2位显示“秒”的

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十位和个位。

图2.74-LED显示器引脚

4-LED显示器引脚如图所示，是一个共阴极接法的4位时钟型LED显示器。

其中a、b、c、d、e、f、g为4位LED各段的公共引出端。

D1、D2、D3、D4分别是每一个的共阴极输出端，dp是小数点引出端。

4位一体时钟型LED显示器的内部结构是由4个单独的LED和一个“:

”LED组成，每个LED的段输出引脚在内部并联后，引出到器件的外部。

对于这种结构的LED显示器，它的体积和结构都符合设计要求，由于4位LED阴极的各段已经在内部接在一起，所以是用动态扫描方式。

2.5.2LED段驱动芯片的选择

在本设计中，可以选