单片机延时开关设计.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流单片机延时开关设计.精品文档.单片机延时开关设计摘 要 :本课题所研究的可控延时开关是以89C51单片机为核心,通过单片机内部的定时来实现控制延时的功能。它是由最小系统,显示电路,键盘电路等硬件电路和现代应用最广泛的单片机软件系统组合在一起的,使其具有一定的智能化,起到了节能和延寿的作用、并且与现有的技术相比,的具有使用方便,结构简单,可靠性高,成本低。 Abstract: This topic studies the controllable time-delay switch istake the 89C51 monolithic int
2、egrated circuit as a core, fixed timerealizes the control time delay function through the monolithicintegrated circuit interior.It is through the youngest system, the display circuit, hardwareelectric circuit and the modern age and so on keyboard electriccircuit applies the most widespread monolithi
3、c integrated circuitsoftware system to combine in together,Enable it to have the certain intellectualization, played the rolewhich conserved energy and prolongs life, and compares with theexisting technology, has the easy to operate, the structure simply,reliability high, the cost was low.关 键 词:可控,延
4、时,开关引 言 延时开关一般是用继电器做的是一种用电流控制的的开关装置。随着科学技术的不断发展,集成电路规模不断扩大,新器件、新工艺不断涌现,新的设计思想、新的电路技术(可编程技术等)不断更新,计算机辅助设计工具也日益完善,所有这些,都使得数字电子技术的面貌日新月异。就成熟工程技术应用来看,仍然是半导体集成工艺、特别是硅集成工艺占主导地位。在这种情况下,由单片机的软件程序和对应的相应的硬件电路组成的可控延时开关,它不仅需要的元器件较少,而且成本较低,结构简单,使用方便的优点,为使研制开发过程中的问题减到最少,提高灵活性。本次设计课题采用的是以单片机为核心,通过其内部的定时来实现控制延时的功能。
5、它是通过最小系统,显示电路,键盘电路等硬件电路和现代应用最广泛的单片机软件系统组合在一起的,使其具有一定的智能化,起到了节能和延寿的作用,所以此次设计课题援用由单片机定时可控延时开关,采用三键设置,分、秒的数值由2个LED显示,可控延时由二个发光二极管闪动来指示,使其完成可控延时功能。 第一章 原理描述1.1 方案认证 方案一:一种双向可控硅电容充放电式触发器,包括双向可控硅TS和降压整流部件1,充放电电容C3和控制开关K,充放电电容C3与控制开关K串联后接到双向可控硅的控制极G与整流部件1的输出端的一极之间,利用电容充放电使双向可控硅导通改变控制开关的延时,缺点是器件多,线路复杂,稳定性差。
6、方案二:以单片机最小系统为核心来设计可控延时开关。本方案由89C51最小系统、键盘电路、显示电路、电源电路和控制开关电路组成。它利用89C51单片机内部的定时/计数器进行计时,实现对继电器闭合与断开的计时,从而使继电器一段时间闭合一段时间断开,或者一直闭合或断开。具体可继电器闭合与断开的时间可以通过按键来修改。本方案介绍的可控延时开关系统的数码管显示方式为LED动态显示。继电器断开与闭合时通过指示灯来指示。该方案在节省硬件成本、使自己在定时/计数器的使用中使在程序设计方面得到锻炼与提高的同时,还充分发挥了单片机体积小、功耗低、可靠性好、应用灵活等优点。根据设计要求,经过反复思考,方案一考虑到器
7、件多,线路复杂,稳定性差等缺点;而方案二在节省硬件成本、使自己在定时/计数器的使用中使在程序设计方面得到锻炼与提高的同时,还充分发挥了89C51单片机体积小、价格便宜、功耗低、可靠性好、应用灵活等优点。所以最后经过方案比较,在本次设计中选择了方案二。1.2 基本电路 本可控延时开关需要单片机的最小系统,键盘电路,电源电路,和显示电路,控制开关电路连在一起的硬件电路,其电路框图如图1.1:89C51最小系统机显示电路键盘电路键盘电路 电源电路(略)控制开关电路图1.11) 显示电路:由四位一体LED数码管和一些限流电阻、三极管组成。实现计时时间上的指示。2) 键盘电路:由四个按键和相应的电阻、二
8、极管及滤波电容等组成。可实现参数的调整。3) 控制开关电路:通过P1.0口控制继电器的吸合来实现对输出电路的控制。4) 电源电路:由变压器及相应的整流电路组成。本设计没有涉及。1.2.1最小硬件系统 所谓最小硬件系统是指单片机能正常工作所必须具备的硬件条件,它包括四个部分:1. 电源芯片接上5V电源,即40脚接5V电源的正,20脚接地。2. 时钟电路18、19脚接晶体振荡器和电容构成时钟电路,如图2.1所示。3. 程序存储器选择EA89C51片内有EEPROM,EA接“正”,选择内部ROM。4. 复位电路为保证单片机正常工作,必须有复位电路,电路复位后程序从头开始运行。要使电路复位,只要在复位
9、引脚上加两个机器周期以上的高电平。例如,若时钟频率为12MHZ,每机器周期为1us,则只需要持续2us以上时间的高电平;若时钟频率为6MHZ,每机器周期2us,则需要持续4us以上时间的高电平。注意情况:复位期间不产生ALE和PSEN信号,表明80C51单片机复位期间,不会有任何取指操作。复位后PC值为0000H,表明复位后程序从0000H开始进行。8.2KRSTVCC+5V+5V+5V40 31 89C511 9 181920EA10F6MHz20PF图2.1检查 :在系统插上单片机芯片(有无程序都可以,只要芯片是好的),通 5V电源 ,按照最小应用系统的四个方面来查。(1) 40(Vcc)
10、20(GND)脚间的电压应有5V 。(2) 18、19脚分别与20脚间有1.72.5V电压 (注意:用示波器观察是方波)。(3) 9(RST)脚与GND间电压基本为0 。(4) 31脚 (EA)与20引脚(GND)间电压为5V 。 1.2.2 数码管动态显示 数码显示管的类型有很多,如液晶显示(LCD)、电致发光显示(ELD)、发光二极管(LED)、荧光显示(VFD)等,根据各自的特点在不同产品和领域中都有应用。由于液晶显示为受光型显示器件,受外照光线强弱的影响,夜间或暗处要有外光源辅助。ELD实现大面积、无缺陷、均匀薄膜的工艺要求高,且蓝色光ELD的亮度和发光效率还有待提高。常见的交通计时牌
11、是LED阵列结构,LED的显示面是锥体的一部分,其侧面容易吸附灰尘遮住光线的透出,使得数码管的视角变小,另外在强光照射下,它的对比度变差,这些都为交通事故理下隐患。VFD靠热灯丝阴极发射电子激励荧光粉发光,震动易使热灯丝断开。由于LED数码管的成本低等原因,本次课题选用的是LED数码管。图2.2 图2.3 图2.4LED数码管如图2.2所示。它是由发光二极管作为显示字段的数码型显示器件。正面为一个矩形,上面有七个笔画组成的8和圆点表示的小数点,共计8个,分别用a、b、c、d、e、f、g、dp代表各个笔画的名称,故又称为8“段”数码管,每一个段内部都有一个LED发光管和他们对应。上下两头各有5个
12、引脚。其中有8个引脚分别和a、b、c、d、e、f、g、dp对应,两头中间引脚内部是相连的,接的是8个LED的公共端,用COM表示。LED数码管按电路中的联接方式可以分为共阳型(图2.3)和共阴型(图2.4)两大类:共阴型是将各段发光二极管的负极连在一起,作为公共端COM接地,ag、Dp各段接控制端,某笔段接高电平时发光,低电平时不发光,控制某几段笔段发光,就能显示出某个数码或字符,如图所示。共阳极型是将各段发光二极管的正极连在一起,作为公共端COM,某比段接低电平时发光,高电平时不发光,如图所示。LED数码管按其外形尺寸有多种形式,使用较多的是0.5英寸0.8英寸;按显示颜色也有多钟,主要有红
13、色和绿色;按亮度强弱可分为超强、高亮和普亮。LED数码管的使用与发光二极管相同,根据其材料不同,正向压降一般为1.52V,额定电流为10mA,最大电流为40mA。1.内部结构按照此原理又有了两位、四位等位数更多的数码管集成块,通过控制每个数码管的位来实现亮灭,以实现不同的功能。如图2.5示为两位数码管引脚排列示意图。 1 a f 2 3 be d dp c g 4 图2.52LED数码管的编码方式当LED数码管与单片机相连时,一般将LED数码管的各笔段引脚 a、b、c、d、e、f、g、Dp按某一顺序接到80C51单片机某一个并行I/O口D 0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7,当I/O
14、口输出某一特定数据时,就能使LED数码管显示出某个字符。从LED的内部结构看,要点亮它,跟我们前面讲的8个循环彩灯相似,8个小灯亮的方式不同,在数码管上显示不同的字符。一般用8位二进制数代表每个段。a为低位,Dp为高位,即: D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0D Dp G gF fE eD dC cB bA a如,要显示0,就须把对应的a、b、c、d、e、f段的LED点亮,如果用正逻辑表示,即1亮0灭,显示0要求段的数据为3FH,同样显示其他字符也有对应数据表示。也就是显示字符的编码。3数码管动态扫描电路图2.6首先设计最小硬件系统,数码管采用共阳极型(4位一体),用P0口每一位串
15、接360欧姆限流电阻到数码管,P0口作输出时要接上拉电阻。用P2口的低4位作为位控制信号,由于口的驱动能力有限,通过三极管来推动。按上图用 P0口作为段控制,把所有数码管相同的段连到一起,用P0口去控制,P0口做输出时要接上拉电阻,用P2口的低4位作位控制信号,每个数码管的位用一个I/O口控制,由于口的驱动能力有限,通过三极管来推动。 与静态显示电路的区别:所有数码管相同的段连在一起,构成一个8位,用一个8位的口控制,节省许多口资源,位不是直接接电源或地,而是用一个I/O口控制一个开关,由开关控制其接地或电源。动态电路显示采用循环显示、动态扫描,利用人眼的视觉暂留特性达到稳定显示的目的。检查
16、:插上芯片,通 5V电源。在地线(GND)引两根短导线,一根碰P2.0引脚,另一根依次碰P0口的8个引脚,P2.0引脚控制的数码管对应各段就会亮,同样的方法检查其他数码管。1.2.3 键盘接口电路 键盘在单片机系统中是一个很重要的部件。为了输入数据、查询和控制系统的工作状态,都要用到键盘,键盘是人工干预计算机的主要手段。微机所用的键盘可以分为编码键盘和非编码键盘两种。编码键盘采用硬件线路来实现键盘编码,每按下一个键,键盘能自动生成按键代码,键数较多,而且还具有去抖动功能,这种键盘使用方便,但硬件较复杂,PC机所用的键盘就属于这种。非编码键盘仅提供按键开关工作状态,其他工作由软件完成,这种键盘数
17、较少,硬件简单,一般在单片机应用系统中广泛使用。按键的连接方式可以分为独立式按键和矩阵式键盘。独立式按键是各按键相互独立,每个按键占用一根I/O端线,每根I/O端线上的按键工作状态不会影响其他I/O端线上按键的工作状态,他的电路配置灵活,软件结构简单,但每个按键必须占用一根I/O端线,在按键数量较多时,I/O端线耗费较多,且电路结构繁杂。故这种形式适应于数量较少的场合。矩阵式键盘又称行列式键盘,I/O端线分为行线和列线,按键跨接在行线和列线上。按下键时,行线与列线连通。与独立式按键相比,矩阵式适应于按键较多的场合。通过以上两钟键盘接口电路的区别,本次设计采用的是独立式按键接口电路。在数码管动态
18、扫描电路的基础上,增加键盘接口电路,如图。按键的输入信号分别接到P2.0,P2.1,P2.2,,用二极管与门电路将按键信号引到外中断0的引脚P3.2。硬件电路如图:+5V89C51最小系统 10K显示电路P2.0S3 S2 S1P2.1P2.2+5VP3.2 0.1uf10k图2.7 用P2口的低4个作按键的输入信号,信号取自电阻的分压,当按键未按下时,P2.0P2.2端口的电压接近电源电压,为高电平,当某一按键按下时,对应端口被按纽开关短接到地,为低电平。单片机检测4个端口电平的变化,从而确定是哪个键被按下。键盘工作方式采用中断扫描方式,3个二极管和10K电阻组成与门电路,当任一键按下时,与
19、门输出P3.2引脚的电平都会由高为低。P3.2第二功能是外部中断0的输入引脚,我们利用其电平的变化产生中断,在中断服务程序中读入P1口高4位信号,确定哪个键按下,执行相应的按键功能,0.1电容和15K电阻组成滤波电路,消除按键的抖动。消除抖动不良后果的方法有硬、软件两种方法:硬件去抖动通常用电路来实现,一般有三种方法,一是利用双稳电路的去抖动电路;二是利用单稳电路的去抖动电路;三是利用RC滤波电路的去抖动电路。RC滤波电路具有吸收干扰脉冲的作用,只要适当选择RC电路的时间常数,便可消抖动的不良后果。当按键未按下时,电容C两端电压为零;当按键按下后,电容C两端电压不能突变,CPU不会立即接受信号
20、,电源经R1向C充电,即使在按键按下的过程中出现抖动,只要RC电路的时间常数大于抖动电平变化周期,门的输出将不会改变。 R1C应大于10ms,且 VccR2/(R1+R2)值应大于门的高电平值,R2C应大于抖动波形周期。这既可以由计算确定,也可以由实验或根据经验确定。 在本次设计中采用的是滤波消抖动利用RC滤波电路的去抖动电路。因为RC滤波电路具有吸收干扰脉冲的作用,只要适当选择RC电路的时间常数,便可消抖动的不良后果。当按键未按下时,电容C两端电压为零;当按键按下后,电容C两端电压不能突变,CPU不会立即接受信号,电源经R1向C充电,即使在按键按下的过程中出现抖动,只要RC电路的时间常数大于
21、抖动电平变化周期,门的输出将不会改变,可以达到预想的效果,从而消除抖动。1.3 电源电路原理电源电路的功能和组成每个电子设备都有一个供给能量的电源电路。电源电路有整流电源、逆变电源和变频器三种。常见的家用电器中多数要用到直流电源。直流电源的最简单的供电方法是用电池。但电池有成本高、体积大、需要不时更换(蓄电池则要经常充电)的缺点,因此最经济可靠而又方便的是使用整流电源。电子电路中的电源一般是低压直流电,所以要想从220伏市电变换成直流电,应该先把220伏交流变成低压交流电,再用整流电路变成脉动的直流电,最后用滤波电路滤除脉动直流电中的交流成分后才能得到直流电。但是由于实验条件的限制和自己的能力
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