智能电子计时器系统毕业论文.doc
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1、摘 要本设计是以AT89S51单片机为核心实现的一个智能电子计时器系统。目前市场上的电子计时器,主要有基于NE555的电子计时器、基于脉冲的电子计时器以及基于AT89S51单片机的电子计时器三种。通过比较,本课题选择了“基于AT89S51单片机的电子计时器”的设计方案。该方案利用了AT89S51单片机为主控芯片,实现了时间显示、定时中断以及记录比分等功能。具有简单易操作、时间可以任意设定等优点,适合目前人们对智能小家电的需求。本设计主要从总体设计、硬件设计、软件设计、系统实现等方面来对智能电子计时器进行详细的介绍。硬件主要由显示模块、按键模块、复位模块、晶振电路等组成;软件是用C语言编程,再利
2、用Keil软件进行仿真,最后将软硬件结合起来实现电子计时器的功能。本设计主要是完成定时时功能,该计时器系统简单易操作,定时时间也较长,适合在999秒以内的定时,比如豆浆机、榨汁机等的定时。关键词:AT89S51, LED数码管,电子计时器, C语言AbstractThis design is based on AT89S51 as the core implementation of an intelligent electronic timer system. Currently on the market of electronic timer, are mainly based on t
3、he electronic timer NE555, based on the pulse of the electronic timer and electronic timer based on AT89S51 3 kinds. By comparison, chose the topic electronic timer based on AT89S51 design. The scheme takes advantage of the AT89S51 as the main control chip, implement the time display, timing interru
4、pt and record the score. With a simple easy to operate, the advantages of time can be set arbitrary, meet requirements of intelligent household appliances. This design mainly from the overall design, hardware design, software design, system implementation, etc to intelligent electronic timer is intr
5、oduced in detail. Hardware is mainly composed of display module, keys module, reset module, a crystal vibration circuit and so on; Software is written in C language programming, using the Keil software simulation, electronic timer function is realized by combining software and hardware.Timing of the
6、 completion of this design is mainly the function, the timer system easy to operate, simple timing time is longer, suitable time within 999 seconds, such as timing DouJiangJi, juicer and so on.Keywords: AT89S51, LED digital tube, electronic timer, the C language目 录第一章绪论1第二章 电子计时器及AT89S51单片机的简介22.1 电
7、子计时器的的功能以及工作原理22.1.1 电子计时器的功能简述22.1.2 电子计时器的工作原理及组成22.2 AT89S51单片机的简介32.2.1 AT89S51功能特性概述32.2.2 AT89S51的引脚图及说明4第三章 系统的总体设计83.1 方案比较83.2 功能设计103.3 功能实现流程10第四章 硬件设计124.1 单片机最小系统124.2 电子计时的功能模块144.3继电器模块144.4按钮模块154.5显示模块16第五章 软件设计195.1 C语言简介195.2 软件模块规划205.3 程序实现215.3.1程序的功能模块225.3.2主程序设计225.3.3中断程序设计
8、235.3.4其他子程序的设计24第六章 系统实现266.1 硬件实现266.2 软件调试276.3 系统功能测试29结 论30致 谢31参考文献32附录1:计时继电器设计总电路图:33附录2:PCB电路图34附录3:元器件清单35附录4:电子计时器源程序36第一章 绪论我国广泛采用的搅拌机是强制式搅拌机和倾卸式搅拌机1。这两类搅拌机对混凝土的水灰比、强度、坍落度的适应性比较宽。我国在搅拌机的研究和发展上在向大容量的方向发展和提高,但是随着人们生活水平的提高,搅拌机也逐渐进入到老百姓的生活中。而且是智能小型的搅拌机,比如说豆浆机和榨汁机等都用到了搅拌机,把人们从纷繁的家务劳动中解放出来而且将中
9、国美食做的更美味。随着计算机在社会领域的渗透,微型单片机的应用2正在不断地走向深入。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中,单片机往往是作为一个核心部件来使用,仅单片机方面知识是不够的,还应根据具体硬件结构,以及针对具体应用对象特点的软件结合。有时还会用到运用C语言3进行编程,简化了源程序,简单易懂,再利用Keil软件进行仿真编译,最后软硬件相结合实现功能。本次设计的搅拌机智能电子计时器是以AT89S51单片机为核心的计时系统,由硬件和软件两部分组成。进行软件仿真时,再跟硬件相结合。设计一个更加简单以及灵敏的计时器,用于小型家电中,还可以作为篮球计分器使用。计时时间从000-999秒的小型电子
10、计时器,计时间隔是1S,时间可以在这个范围内任意设置,简单,方便,灵敏度高等优点,就是在时间设置这一块存在不能直接输入,而必须要用按键加减才能实现。第二章 电子计时器及AT89S51单片机的简介2.1 电子计时器的的功能以及工作原理2.1.1 电子计时器的功能简述电子计时器的功能是以单片机4的硬件设计为基础的,通过硬件模块化的设计,再结合软件系统,最后实现整体的功能。电子计时器的系统可以分为三个部分:复位模块、显示模块以及控制模块。电子计时器是由单片机为核心的器件组成的一个倒计时系统。系统显示器是由3个8位数共阳型数码管组成,还有复位模块、按键模块等组成。目前电子计时器应用广泛用于各种场合,如
11、篮球比赛,广告牌定时翻转以及本次最重要的是用于家庭小型搅拌机的定时。这次毕业设计的电子计时器计时时间是0999秒,开始计时时显示器通过单片机控制,数码管显示倒计时的时间,通过按键控制倒计时的开始和停止,当倒计时结束时,会听到滴的一声以及数码管显示为000并不再变化来提醒倒计时结束。本设计是基于AT89S51单片机控制的智能电子计时系统,该系统以单片机为核心,C语言为程序基础,采用单片机软件、硬件相结合的方式,实现定时计时的功能。本次的设计能够实现999秒以内的时间定时,利用C语言编程,实现对整个系统的控制,完成相应所需的功能。不仅成本低而且制作简单,实现功能齐全,在平时的篮球比赛的倒计时中也可
12、以运用,而且可以复位,能够多次设定以及任意设定计时的时间。2.1.2 电子计时器的工作原理及组成本方案采用单片机程序设计制作,它是利用芯片AT89S51的特殊功能,P3口控制按键开关,当按下开关S1,三个数码管将显示999,然后通过P2.0和P2.1对控制数码管的两个三极管进行位选,P1口输出段码经74LS373锁存来驱动数码管进行倒计时,同时能实现复位、暂停、任意调整时间的功能。其系统框图如图下图所示。按键输入复位电路AT89S51驱动电路显示电路振荡电路图2-1 系统原理框图图2-1是电子计时器的工作原理框图,计时器的工作原理是以硬件为基础,采用模块化设计的方法进行控制的系统。由图可以看出
13、计时器的核心部件是单片机,以单片机为核心,利用系统的软件5程序控制硬件电路,从而实现计时的功能。通过按键向单片机设定时间,然后通过内部程序的处理之后,由单片机输出信号,最后由数码管显示出结果。单片机是整个计时器的控制部分,它不仅将输入与输出连接起来了,同时完成了信号处理部分。单片机的内部软件部分的设计6是采用C语言编写的,它完成了时间参数的设定、计时功能、保存、显示、输出及计时倒计时等功能。2.2 AT89S51单片机的简介2.2.1 AT89S51功能特性概述AT89S51 是美国ATMEL 公司生产的低功耗, 高性能CMOS8 位单片机, 片内含4k bytes 的可系统编程的Flash
14、只读程序存储器,器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产, 兼容标准8051 指令系统及引脚。它集Flash 程序存储器既可在线编程(ISP) 也可用传统方法进行编程及通用8 位微处理器于单片芯片中,ATMEL 公司的功能强大,低价位AT89S51 单片机可为您提供许多高性价比的应用场合,可灵活应用于各种控制领域。AT89S51 提供以下标准功能:4k 字节Flash 闪速存储器,128 字节内部RAM,32 个IO 口线,看门狗(WDT),两个数据指针,两个16 位定时 计数器,一个5 向量两级中断结构,一个全双工串行通信口, 片内振荡器及时钟电路。同时,AT89S51 可降至
15、0Hz 的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU 的工作,但允许RAM, 定时 计数器,串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM 中的内容,但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。AT89S51单片机的主要特点如下:(1) 控制功能强。为了满足工业控制的要求,一般单片机的指令系统均有及丰富的转移指令、I/O口的逻辑操作以及位处理的功能。(2) 集成度高、体积小、有很高的可靠性。单机机把各功能部件集成在一块芯片上,内部采用总线结构,减少了芯片内部之间的连线,大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。另外,其体积小,对于强磁场环境易于采取屏蔽措施,
16、适合于在恶劣环境下工作。(3) 有优异的性能价格比。(4) 低功耗、低电压、便于生产便携式产品。(5) 增加了I2C串行总线方式、SPI串行接口等,进一步缩小了体积,简化了结构。(6) 单片机的系统扩展、系统配置较典型、规范,容易构成各种规格的应用系统。目前单片机正朝着高性能和多品种的方向发展,今后单片机的发展趋势将进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。2.2.2 AT89S51的引脚图及说明要掌握了解单片机就必须先从最基本的引脚开始学习和掌握,图2-2就是AT89S51单片机的四十个引脚图,从图中可以看出单片机四十个引脚的各个名称和功能。
17、再根据各个引脚的介绍就可以基本熟练地掌握各个引脚的作用了。图2-2 AT89S51单片机的引脚图 P0口:P0口是一组8位漏极开路型双向I0口,也即地址数据总线复用口。作为输出口用时,每位能驱动8个TTL逻辑门电路,对端口写“l”可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时,这组口线分时转换地址(低8位)和数据总线复用,在访问期间激活内部上拉电阻。在F1ash编程时,P0口接收指令字节,而在程序校验时,输出指令字节,校验时,要求外接上拉电阻。P1口:Pl 是一个带内部上拉电阻的8位双向IO口,Pl的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对端口写“l”,通过内部的上
18、拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口。作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。在Flash编程和程序校验期间,P1接收低8位地址。部分端口还有第二功能,如表2-1所示。表2-1 P1口部分引脚的第二功能端口引脚第二功能P1.5MOSI(用于ISP编程)P1.6MISO(用于ISP编程)P1.7SCK (用于ISP编程)P2口:P2 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向IO 口,P2 的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4 个TTL逻辑门电路。对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口,作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,
19、某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器(例如执行MOVXDPTR指令)时,P2口送出高8位地址数据。Flash编程或校验时,P2亦接收高位地址和其它控制信号。P3口: P3 口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向I0 口。P3 口输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4 个TTL逻辑门电路。对P3口写入“l”时,它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。P3口更重要的用途是它的第二功能,P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。如下表2-2所示:表 2-2 P3口的特殊功能端口引脚第二功能P3.0RXD (串行输入口)
20、P3.1TXD (串行输出口)P3.2INT0 (外部中断0)P3.3INT1 (外部中断1)P3.4T0 (计时器0外部输入)P3.5T1 (计时器1外部输入)P3.6WR (外部数据存储器写选通)P3.7RD (外部数据存储器读选通)RST:复位输入。当振荡器工作时,RST引脚出现两个机器周期以上的高电平时间将使单片机复位。WDT溢出将使该引脚输出高电平,设置SFR AUXR的DISRTO位(地址8EH)可打开或关闭该功能。 DISRTO位缺省为RESET输出高电平打开状态。 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。第三章 系统的总体设计
21、3.1 方案比较(1)基于NE555的电子计时器采用动态显示的方法来实现LED显示器的数字显示。内部主要采用了NE555集成电路,实现其他的扩充功能。它体积小,无外观修饰,完全裸露内部元件,操作方便,便于安装、拆卸与维修。NE555是一种应用特别广泛的集成电路,属于小规模的集成电路,在很多电子产品中都有应用。NE555的作用是用内部的定时器来构成时基电路,给其他的电路提供时序脉冲。NE555内部含有两个电压比较器,一个分压器,一个RS触发器,一个放电晶体管和一个功率输出级。由NE555构成的电子计时器,具有体积小,成本低,抗干扰能力强,面向控制等优点。它广泛应用于各种继电器,电磁开关,控制器,
22、延时器,定时器等的时间测试。目前所使用的电秒表大多是指针式或集成电路型的,节后相对复杂,测试功能单一。(2)基于脉冲的电子计时器基于脉冲的电子计时器由计时电路、译码显示电路、脉冲发生电路、校分电路、清零电路和报时电路这几部分组成。脉冲发生电路为电子计时器提供计数脉冲,需要产生1Hz的脉冲信号。采用NE555集成电路和分频器CD4040构成脉冲发生器。NE555定时器构成多谐振荡器,波形稳定,上升沿和下降沿小,振幅大,占空比可调,而后通过CD4040k可以输出20211Hz几种频率供后面使用。计时电路采用二-十进制加法计数器由CD4518实现。60秒为1分,将分秒的个位、十位分别在七段数码显示器
23、上显示出来,从0分0秒到59分59秒,然后重新计数。校分电路设计有一个开关,当开关打到高电位档时,计数器正常计数;当开关打到低电位档时,分计数器进行快速校分(即分计数器可以不受秒计数器的进位信号控制,而通过2Hz频率的校分信号进行校分),而秒计数器保持。在任何时候,拨动校分开关,可以进行快速校分。采用74LS74 D触发器,由于D触发器的输出端只在时钟的上升沿变化,而其他时刻保持上一次的电平,故可以用其构成防颤抖电路,在校分电路中有其应用。(3)基于AT89S51单片机的电子计时器本次设计以AT89S51单片机为核心设计一个智能电子计时器,计时时间从000-999秒。本设计硬件部分包括电源电路
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