單片機加熱定時器.doc

1.1 設(shè)計題目：加熱定時器設(shè)計1.2.1 設(shè)計目的(1) 掌握可任意預(yù)置的定時構(gòu)成、原理與設(shè)計方法；(2) 熟悉集成電路的使用方法。(3) 通過應(yīng)用單片機系統(tǒng)，培養(yǎng)創(chuàng)新意識，提高動手能力。1.2.2 基本要求（1）設(shè)計要求：為系熱水器定時加熱(2)每天早7：00起加熱，晚10：00起加熱，保證熱水； 周末全天供水。 (3)控制面板設(shè)計。1.2.3 基本優(yōu)點 傳統(tǒng)的大容量電熱水器的加熱時間一般都比較長，如果熱水器一直開著，則會一直耗能耗電，而定時開關(guān)控制器則可有效解決這些問題，使電熱水器使用起來更加舒適省電。這樣，電熱水器不僅可以充分利用閑置的時間，避免用戶使用時長時間的等待，減少不必要的保溫，也可以更加節(jié)約電能，特別對低谷及高峰用電有差價的地區(qū)利用晚間低谷用電開機加熱，白天用電高峰關(guān)機保溫，便能大量節(jié)約電費開支。本文中的定時控制器主要是以單片機at89c51作為核心控制元件，通過外圍電路來控制熱水器的電源，以達到定時開關(guān)機的目的。2 設(shè)計思路 1 硬件組成 本電熱水器控制系統(tǒng)在加電后即可進入正常計時狀態(tài)，用戶可以隨時校準(zhǔn)時間并設(shè)定熱水器的開關(guān)時間，以便控制器能夠在設(shè)定的開關(guān)時刻通過單片機的輸出端口控制輸出繼電器的動作，進而控制熱水器的啟閉。該系統(tǒng)的硬件原理圖見圖1所示。 本系統(tǒng)的核心單片機at89c2051為20腳300mil封裝，是一種帶有2kb flash e2prom的單片機。該單片機除了少了兩個并口外，能兼容mcs-51系列單片機的所有功能，且具備體積小、功能強、運行速度快等特點。該電路可通過單片機的p37口連接一個鍵盤電路來實現(xiàn)對參數(shù)的人工自由設(shè)定，同時可通過串口連接8位led數(shù)碼管，以分別顯示小時、分鐘和秒。系統(tǒng)定時啟動是通過p30口完成的。程序開始時這三個口的輸出狀態(tài)都是低電平，at89c51通過程序查詢p30口輸出on或off的狀態(tài)預(yù)置時間是否已到，如果已到時間，則改變相應(yīng)的輸出狀態(tài)，從而完成對外部電路的控制。本設(shè)計采用時鐘芯片ds1302來控制時間。美國dallas公司推出的具有涓細電流充電能力的低功耗實時時鐘電路ds1302的結(jié)構(gòu)、工作原理及其在實時顯示時間中的應(yīng)用。它可以對年、月、日、周、日、時、分、秒進行計時，且具有閏年補償?shù)榷喾N功能。ds1302 是美國dallas公司推出的一種高性能、低功耗、帶ram的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2.5v5.5v。采用三線接口與cpu進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或ram數(shù)據(jù)。ds1302內(nèi)部有一個318的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的ram寄存器。ds1302是ds1202的升級產(chǎn)品，與ds1202兼容，但增加了主電源/后備電源雙電源引腳，同時提供了對后備電源進行涓細電流充電的能力。 1.1 引腳功能及結(jié)構(gòu)ds1302的引腳排列,其中vcc1為后備電源，vcc2為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運行。ds1302由vcc1或vcc2兩者中的較大者供電。當(dāng)vcc2大于vcc1+0.2v時，vcc2給ds1302供電。當(dāng)vcc2小于vcc1時，ds1302由vcc1供電。x1和x2是振蕩源，外接32.768khz晶振。rst是復(fù)位/片選線，通過把rst輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。rst輸入有兩種功能：首先，rst接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，rst提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng)rst為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對ds1302進行操作。如果在傳送過程中rst置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，i/o引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時，在vcc2.0v之前，rst必須保持低電平。只有在sclk為低電平時，才能將rst置為高電平。i/o為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)，后面有詳細說明。sclk為時鐘輸入端。1.2 數(shù)據(jù)輸入輸出(i/o)在控制指令字輸入后的下一個sclk時鐘的上升沿時，數(shù)據(jù)被寫入ds1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位0開始。同樣，在緊跟8位的控制指令字后的下一個sclk脈沖的下降沿讀出ds1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時從低位0位到高位7。 2.4 ds1302的寄存器ds1302有12個寄存器，其中有7個寄存器與日歷、時鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為bcd碼形式, 下面重點介紹鍵盤、顯示以及輸出控制這三種電路。 11 顯示電路 本系統(tǒng)中的顯示電路主要由七段共陽顯示譯碼器74ls47、3線8線譯碼器74thc138、7個pnp型三極管和六個數(shù)碼管組成。通過at89c2051的p14p17口將要顯示字符的bcd碼輸出到74ls47的四個輸人端，然后譯碼并輸出相應(yīng)的筆段來驅(qū)動led數(shù)碼管(共陽)。led數(shù)碼管顯示采用動態(tài)掃描方式，即在某一時刻，只有一個數(shù)碼管被點亮。數(shù)碼管的位選信號由at89c2051的p33p35輸出，并經(jīng)74hcl38譯碼后通過三極管放大，以驅(qū)動相應(yīng)的數(shù)碼管。 12 鍵盤電路 鍵盤電路跟顯示電路一樣采用掃描方式，并利用動態(tài)顯示時的數(shù)碼管驅(qū)動位置信號來判斷相應(yīng)按鍵的狀態(tài)。單片機的p33p35口輸出的bcd碼經(jīng)譯碼器譯碼后，相應(yīng)的y口呈低電平，而at89c205 1的p37口平時為高電平(由于有上拉電阻)，只有當(dāng)某一按鍵按下時，p37才被下拉為低，這時，單片機將利用程序查詢p37是否為低，如果p37為低電平，則讀回單片機p33p35口的值(從緩沖區(qū)讀取)，并判斷是那個按鍵按下然后調(diào)用相應(yīng)的處理程序進行處理。 13 輸出控制電路 單片機的控制輸出是通過p30p32口完成的。當(dāng)程序開始時，這三個口的輸出狀態(tài)都是低電平，at89c2051通過程序查詢?nèi)份敵龅膐n或off狀態(tài)預(yù)置時間是否已到，若時間到，則改變相應(yīng)的輸出狀態(tài)，以完成對外部電路的控制。中斷功能申請寄存器ie介紹中斷允許寄存器ie（可以打開和屏蔽相應(yīng)的中斷）ex0/ex1 et1/et0 es 位：分別是外部中斷、定時中斷、串口中斷 允許控制位。 =0 ：禁止中斷； =1 ：允許中斷。ea：總的中斷允許控制位（總開關(guān)）： =0 ：禁止全部中斷；=1 ：允許中斷。模式設(shè)置（杯子的大?。┕ぷ鞣绞郊拇嫫鱰mod高四位對于定時器1，低四位對應(yīng)定時器0m1,m0：工作方式選擇位 。工作方式0 =00：13位定時器/計數(shù)器；工作方式1 =01：16位定時器/計數(shù)器（常用）；工作方式2 =10：可自動重裝的8位定時器/計數(shù)器（常用）；工作方式3 =11：t0 分為2個8位定時器/計數(shù)器；僅適用于t0。c/t ：定時方式/計數(shù)方式選擇位。 = 0 ：內(nèi)部提供信號脈沖。 = 1： 外部提供信號脈沖。gate：定時器啟動控制位 = 0 ：程序控制。 = 1 ：硬件控制。例如：tmod = 0000 0001 =0x01; /設(shè)定時器0為16位模式1 例如：tmod = 0001 0000 =0x10; /設(shè)定時器1為16位模式1 如何選擇16位內(nèi)部脈沖計數(shù)寄存器，并選擇定時器0作為為定時器，且用軟件方式實現(xiàn)定時器啟動控制。tmod的值為多少？定時0，選擇低四位（高四位全為0）16位計數(shù)寄存器 選工作方式1 即m1 m0值為01內(nèi)部脈沖 c/t 值為0軟件啟動定時器 gate 值為 0tmod=0000 0001 =0x01定時器控制寄存器tcon（高四位與定時器中斷有關(guān)，低四位與外部中斷有關(guān)）tr0/tr1：定時器運行啟停控制位（可由用戶通過軟件設(shè)置 ）。 =0：定時器停止運行； =1：定時器啟動運行。tf0/tf1：定時器溢出中斷申請標(biāo)志位（由硬件自動置位）。 =0：定時器未溢出；=1：定時器溢出（由全“1”變成全“0”）時由硬件自動置位，申請中斷，中斷被cpu響應(yīng)后由硬件自動清零。7、如何啟動定時器和判斷是否溢出trx賦值為1，即可啟動相應(yīng)的定時器如果tfx的值為1，即可以判斷計數(shù)寄存器的值已經(jīng)溢出。可以用位賦值。tcon=0001 0000 =0x10 代表什么？即tr0的值為1，tf0的值為0。定時器已經(jīng)啟動，并且計數(shù)寄存器的計數(shù)值還沒有溢出。(不能產(chǎn)生有效的內(nèi)容中斷信號)程序1：仿真實現(xiàn)定時器1s led閃爍一次 #include sbit led=p20;int count=0; /50ms次數(shù)記錄timer_csh() /定時中斷初始化函數(shù) ie=0x82; /允許cpu中斷和定時計數(shù)器0中斷開關(guān) 1000 0010 tmod = 0x01; /設(shè)定時器0和1為16位模式1 th0 = 0x3c; /12m晶振 定時 50ms tl0 = 0xb0; void main() timer_csh(); /定時中斷初始化tr0 = 1;/開始計數(shù) while(1); /主程處于無限循環(huán)這里可以處理其他的事情/定時器0中斷處理void timeint(void) interrupt 1 count+; if(count=20) /1s到 count=0; led=led; th0=0x3c; /定時初始值 tl0=0xb0; 2 軟件設(shè)計 21 主程序流程 本系統(tǒng)的主程序工作過程是首先循環(huán)進行8個數(shù)碼管的掃描顯示(disply段)，然后比較所有預(yù)置時間(comp段)是否與當(dāng)前時間相等，如相等則轉(zhuǎn)向相應(yīng)處理程序。比較完成(或處理完成)后，再判斷有無按鍵(pp2段)按下，沒有則返回繼續(xù)顯示、比較、判斷；有按鍵按下則轉(zhuǎn)向相應(yīng)的處理程序。按鍵轉(zhuǎn)移采用偏移量加表格跳轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移法(key段)。預(yù)置時間比較則采用逐一比較法，即對每一個預(yù)設(shè)的值都進行比較，如果相等，則進行相應(yīng)的處理。在具體比較時(comp1段)，首先比較th值，如不相等，則直接轉(zhuǎn)出并置時間到標(biāo)志ccb為0，而如果th、tm、ts全部對應(yīng)相等，則置該標(biāo)志為1，其軟件流程見圖2所示。 此次設(shè)計的可預(yù)置熱水器控制電路，實現(xiàn)對時間和分鐘的現(xiàn)實，可以設(shè)置熱水器的使用時間，使熱水器自動加熱和停止，并且設(shè)置了水位比較電路可以進行報警。由石英晶體振蕩器產(chǎn)生頻率為1000hz的信號，經(jīng)過三片74ls160進行分頻后，得到1hz的秒脈沖信號，再經(jīng)過2片74ls90連接成的60進制計數(shù)器后得到1/60秒的分脈沖信號。將分信號傳輸給兩片74ls290連成的六十進制計數(shù)器進行分的計數(shù)，再由分計數(shù)的進位驅(qū)動二十四進制的時計數(shù)器。時間計數(shù)器連接七段譯碼顯示器進行時間的現(xiàn)實。預(yù)置時間的電路與此相同。預(yù)置時間計數(shù)器產(chǎn)生的輸出進入減法器進行自動減一的設(shè)置，減法器的輸出信號進入比較器，與正常時間計數(shù)器產(chǎn)生的信號進行比較。當(dāng)兩者相等時，自動開始加。由時計數(shù)器和分計數(shù)器產(chǎn)生的輸出接入比較器，與設(shè)定時間電路的時計數(shù)器和分計數(shù)器相比較，當(dāng)時間相等時熱水器停止加熱。由傳感器感知水位，經(jīng)由模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成八位二進制數(shù)，再由二進制bcd碼轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換成8421bcd碼，輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)計數(shù)器傳入七段譯碼顯示器進行水位的顯示。從水位計數(shù)器引出的信號進入比較器，與比較器中設(shè)置的水位進行比較，當(dāng)其水位低于設(shè)定值時，自動停止工作并進行水位報警。其中水位報警電路由555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)單路和多諧振蕩電路組成。 22 秒脈沖發(fā)生器的軟件設(shè)計 系統(tǒng)中的秒脈沖發(fā)生器是由定時器t0和內(nèi)存空間tt0配合完成的。其中t0工作于l 6位計數(shù)器模式，當(dāng)t0向上計數(shù)并由全1變?yōu)槿?時產(chǎn)生中斷。本程序中，t0的初值為0dc00h，大約001秒中斷一次。這里使用的晶振頻率為110592mhz，由此可計算出日誤差約為078 s。其操作流程如圖3所示，系統(tǒng)產(chǎn)生中斷后，首先保存acc和psw的值，然后為t0重裝初值，并判斷中斷次數(shù)是否小于100，若是，則轉(zhuǎn)出中斷服務(wù)，反之則將秒計數(shù)器加1。秒計數(shù)器大于59時，則為分計數(shù)器加1，同時秒計數(shù)器清0。同樣，分計數(shù)器如大于59，則為時計數(shù)器加1，同時分計數(shù)器清0。時計數(shù)器如大于23時則清0并轉(zhuǎn)出中斷服務(wù)。td中斷100次的時間剛好為1秒鐘。 附圖 程序#include #include ds1302.h/*端 口 定 義*/sbit hot = p17;sbit add_hour = p30;sbit add_min = p31; unsigned char qiangdanum=0;unsigned char code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07, 0x7f,0x6f;/unsigned char code duan=;unsigned char ge=0,shi=0; void delay(unsigned int ms) /晶振12m unsigned int i,j;for(j=ms;j0;j-) for(i=0;i120;i+); void display(void) p2=0x7f;p0=tableweek;delay(5);p2=0xbf;p0=0x40;delay(5);p2=0xdf;p0=tableh1;delay(5);p2=0xef;p0=tableh0;delay(5);p2=0xf7;p0=tablemi1;delay(5);p2=0xfb;p0=tablemi0;delay(5);p2=0xfd;p0=tables1;delay(5);p2=0xfe;p0=tables0;delay(5);/*write_ds1302(0x8e,0x00);/寫保護寄存器，在對時鐘或ram寫前wp一定要為0/write_ds1302(0x8c,year);/年/write_ds1302(0x88,month);/月/write_ds1302(0x86,day);/日/write_ds1302(0x8a,week);/星期write_ds1302(0x84,hour);/時write_ds1302(0x82,minute);/分write_ds1302(0x80,second);/秒write_ds1302(0x8e,0x80);/寫保護寄存器*/void changtime()unsigned char change_minute,change_hour;change_minute = minute;change_hour=hour; if(0 = add_min)while(0 = add_min)display(); change_minute+; if( change_minute=90) change_minute=0; if( change_minute%16=10) change_minute+=6; write_ds1302(0x8e,0x00);/寫保護寄存器，在對時鐘或ram寫前wp一定要為0/write_ds1302(0x8c,year);/年/write_ds1302(0x88,month);/月/write_ds1302(0x86,day);/日/write_ds1302(0x8a,week);/星期/write_ds1302(0x84,hour);/時write_ds1302(0x82,change_minute);/分/write_ds1302(0x80,second);/秒write_ds1302(0x8e,0x80);/寫保護寄存器 if( 0=add_hour) while(0 =add_hour)display(); change_hour+; if( change_hour=0x24) change_hour=0; if( change_hour%16=10) change_hour+=6; write_ds1302(0x8e,0x00);/寫保護寄存器，在對時鐘或ram寫前wp一定要為0/write_ds1302(0x8c,year);/年/write_ds1302(0x88,month);/月/write_ds1302(0x86,day);/日/write_ds1302(0x8a,week);/星期 write_ds1302(0x84,change_hour);/時/write_ds1302(0x82,change_minute);/分/write_ds1302(0x80,second);/秒write_ds1302(0x8e,0x80);/寫保護寄存器void main ()hot = 1; initial_ds1302(); while(1)read_time(); /讀時間display();/ if()changtime();if(week=0x07 & hour=0x22) hot = 0;elsehot = 1;else hot = 0; 3 結(jié)束語 本文通過以at89c2051單片機為核心并輔以外圍電路的設(shè)計方法實現(xiàn)了低成本的控制要求。該定時時控制器可定時控制并顯示有關(guān)參數(shù)，在滿足系統(tǒng)要求的同時，又具備簡單、經(jīng)濟之特點。此外，靈活的鍵盤輸入方式來設(shè)定參數(shù)可增加系統(tǒng)的靈活性。 日前，采用本設(shè)計制作的定時控制器已經(jīng)通過測試并投入使用，實際使用結(jié)果證明：該定時控制器運行可靠，操作方便，可用在傳統(tǒng)的不帶定時功能的熱水器上，而且既經(jīng)濟又實用，值得推廣?？深A(yù)置熱水器控制電路是一個十分接近于生活的課題，其中采用數(shù)字電路實現(xiàn)對時和分的顯示計時裝置。整個熱水器電路只要有晶體振蕩電路、分頻電路、時間顯示電路、譯碼顯示電路、減法器電路、比較電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、水位控制電路、報警電路組成。熱水器電路廣泛應(yīng)用于生活中，為人們的生活提供了便利的條件。經(jīng)過這次對可預(yù)置熱水器控制電路的設(shè)計，我了解了熱水器電路的基本構(gòu)成和原理，同時也更加了解一直基本電路的實現(xiàn)方法。這次的數(shù)字電子課程設(shè)計是一次自我檢驗的機會,我們要將課堂上所學(xué)到知識融會貫通到一個設(shè)計電路中去,而且,僅僅是教科書上所講解的知識是完全不夠的,設(shè)計的過程中,我們需要自己去查找各種各樣的資料,將一些陌生的東西用我們學(xué)過的知識去理解,再把它們應(yīng)用到我們設(shè)計的電路中去。經(jīng)過2個星期的課程設(shè)計，我對數(shù)字電子技術(shù)知識的了解更加深刻，我認(rèn)真研究了幾種電路中應(yīng)用的芯片，將它們與同類的芯片進行比較，選擇出最合適我所設(shè)置電路的芯片。對于計數(shù)器的連接我有了一些掌握，理解了要怎樣連接才可以得到需要的進制、將計數(shù)器用于分頻電路的連接方法。而且在電路我，我還可