多路定时器的电路设计与制作.doc
《多路定时器的电路设计与制作.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《多路定时器的电路设计与制作.doc(45页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、 毕业 论文 设计 第 I 页 多路定时器的电路设计与制作 摘 要 多路定时器的电路简单,实现容易,操作方便,在日常生活中有广泛的应 用。以单片机 AT89S51 为核心的多路定时控制器,可以对多路家用电器进行定 时开关控制,实现一个控制器可以控制多路用电设备,同时还具有时钟校准、 时间显示、报警等功能,为以后实现网络控制的数字家庭提供一些基础。在本 文中,着重介绍了多路定时器的实现方法,元器件的选择。 首先,本文介绍了多路定时控制器的背景及其设计思路。 其次,本文着重介绍了单片机应用系统的设计和元器件的选择,以及他 们的工作原理。 最后,实物的制作,介绍了电路板的焊接以及焊接时的注意事项。
2、在附录中,本文给出了定时控制器的设计程序。 关键词:单片机,定时器,元器件 第 II 页 The design and production of multiple timer circuit Author: Jiang shuangshuang Tutor: Tang hailing Abstract Summary multiple timer circuit is simple, achieving easy, easy to operate and has a wide range of applications in everyday life. With the core of s
3、ingle-chip AT89S51 multiplex time controller, time switch controls over multiple appliances, implements a controller can control multiple devices, and also has a time clock calibration, display, alarm function, implemented for the future digital home provides some basis for network control. In this
4、article, focuses on the method of multiplexing timer and The choice of components. First of all, this article discusses an overview of multiplex time controller and the emergence of the inevitability and design ideas. Second, this article focuses on single-chip microcomputer application system desig
5、n and component selection, and how they work. Finally, the article was using universal plate made in kind, introduced the Boards considerations for welding and soldering. In the Appendix, the time controller design procedures are given in this article. Keywords: Monolithic integrated circuit,Timer,C
6、omponents 目 录 第 III 页 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3 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8 3.5 LED 显示器电路设计与元器件的选 择9 3.5.1 LED 显示器的选 择.9 3.5.2 LED 段驱动芯片的选择.10 3.5.3 LED 位驱动芯片的选 择.11 3.5.4 LED 显
7、示器接口电路.12 3.6 继电器电路的设计 .13 3.7 串行接口 RTC 芯片 DS1307 的介绍. .13 3.7.1 DS1307 时钟芯片的引脚功能13 3.7.2 DS1307 时钟格式和地址分配15 第 IV 页 3.7.2.1 DS1307 的内部寄存器与 RAM 地址分 配15 3.7.2.2 时钟和日历格式15 3.7.2.3 DS1307 操作时序16 3.8 定时控制器的硬件电路原理图18 4 单片机应用系统的软件设计19 5 实物的制作及调试20 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24 参考文献25
8、附录 A26 附录 B34 第 1 页 第 1 页 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 有独特的定时和计数功能得以广泛利用
9、1。 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,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2。 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
10、,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。 第 2 页 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
11、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。 第 3 页 图 1.1 硬件电路设计框图 第 4 页
12、 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,D/A,键盘,显示器,打印机等外围设备1。 2.1 单片机的选择 AT89S51 是一个低功耗,高性能 CMOS 8 位单片机,片内含 4k Bytes ISP(In-system program
13、mable)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 ISP Flash 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,4k Bytes Flash 片内程 序存储器,128 bytes 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
14、定时计数器,2 个全双工串行通信口,看门狗(WDT)电路,片内时钟振荡器2。 第 5 页 图 2.1 AT89S51 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
15、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(A0A7)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 第 6 页 序存储器可以合并在一起而
16、共用 64K 的定址范围。 PORT0(P0.0P0.7):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(A0A7)及数据总线(D0D7)。必须外加一 个锁存器将端口0送出的地址锁存成为A0A7,再配合端口2所送出的A8A15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(P1.0P1.7):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 LS TTL 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。 PO
17、RT2(P2.0P2.7):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A8A15,这个时候P2便不能当作I/O来 使用了。 PORT3(P3.0P3.7):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
18、。 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。 P3.7:RD,外部数据存储器的读取信号3。 第 7 页 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。 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 AT89S
19、51 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
20、机开始正常工作。电路图如下: 第 8 页 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) 。 第 9 页 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
21、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
22、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。 第 10 页 图 2.6 键盘接口电路原理图 (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
23、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 被调整位的值已经确定,转去调整下一位46。 2.5 LED 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
24、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 第 11 页 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
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 定时器 电路设计 制作
链接地址:https://www.31doc.com/p-2041561.html