單片機(jī)加熱定時(shí)器.doc

1.1 設(shè)計(jì)題目：加熱定時(shí)器設(shè)計(jì)1.2.1 設(shè)計(jì)目的(1) 掌握可任意預(yù)置的定時(shí)構(gòu)成、原理與設(shè)計(jì)方法；(2) 熟悉集成電路的使用方法。(3) 通過應(yīng)用單片機(jī)系統(tǒng)，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)，提高動(dòng)手能力。1.2.2 基本要求（1）設(shè)計(jì)要求：為系熱水器定時(shí)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(jì)。1.2.3 基本優(yōu)點(diǎn) 傳統(tǒng)的大容量電熱水器的加熱時(shí)間一般都比較長，如果熱水器一直開著，則會(huì)一直耗能耗電，而定時(shí)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(shí)間，避免用戶使用時(shí)長時(shí)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(duì)低谷及高峰用電有差價(jià)的地區(qū)利用晚間低谷用電開機(jī)加熱，白天用電高峰關(guān)機(jī)保溫，便能大量節(jié)約電費(fèi)開支。本文中的定時(shí)控制器主要是以單片機(jī)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(dá)到定時(shí)開關(guān)機(jī)的目的。2 設(shè)計(jì)思路 1 硬件組成 本電熱水器控制系統(tǒng)在加電后即可進(jìn)入正常計(jì)時(shí)狀態(tài)，用戶可以隨時(shí)校準(zhǔn)時(shí)間并設(shè)定熱水器的開關(guān)時(shí)間，以便控制器能夠在設(shè)定的開關(guān)時(shí)刻通過單片機(jī)的輸出端口控制輸出繼電器的動(dòng)作，進(jìn)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(jī)at89c2051為20腳300mil封裝，是一種帶有2kb flash e2prom的單片機(jī)。該單片機(jī)除了少了兩個(gè)并口外，能兼容mcs-51系列單片機(jī)的所有功能，且具備體積小、功能強(qiáng)、運(yùn)行速度快等特點(diǎn)。該電路可通過單片機(jī)的p37口連接一個(gè)鍵盤電路來實(shí)現(xiàn)對(duì)參數(shù)的人工自由設(shè)定，同時(shí)可通過串口連接8位led數(shù)碼管，以分別顯示小時(shí)、分鐘和秒。系統(tǒng)定時(shí)啟動(dòng)是通過p30口完成的。程序開始時(shí)這三個(gè)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(shí)間是否已到，如果已到時(shí)間，則改變相應(yīng)的輸出狀態(tài)，從而完成對(duì)外部電路的控制。本設(shè)計(jì)采用時(shí)鐘芯片ds1302來控制時(shí)間。美國dallas公司推出的具有涓細(xì)電流充電能力的低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路ds1302的結(jié)構(gòu)、工作原理及其在實(shí)時(shí)顯示時(shí)間中的應(yīng)用。它可以對(duì)年、月、日、周、日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，且具有閏年補(bǔ)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(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為2.5v5.5v。采用三線接口與cpu進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或ram數(shù)據(jù)。ds1302內(nèi)部有一個(gè)318的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的ram寄存器。ds1302是ds1202的升級(jí)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(shí)提供了對(duì)后備電源進(jìn)行涓細(xì)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(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。ds1302由vcc1或vcc2兩者中的較大者供電。當(dāng)vcc2大于vcc1+0.2v時(shí)，vcc2給ds1302供電。當(dāng)vcc2小于vcc1時(shí)，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(dòng)置高電平來啟動(dòng)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(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對(duì)ds1302進(jìn)行操作。如果在傳送過程中rst置為低電平，則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送，i/o引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)，在vcc2.0v之前，rst必須保持低電平。只有在sclk為低電平時(shí)，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(xì)說明。sclk為時(shí)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(gè)sclk時(shí)鐘的上升沿時(shí)，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(gè)sclk脈沖的下降沿讀出ds1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時(shí)從低位0位到高位7。 2.4 ds1302的寄存器ds1302有12個(gè)寄存器，其中有7個(gè)寄存器與日歷、時(shí)鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為bcd碼形式, 下面重點(diǎn)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(gè)pnp型三極管和六個(gè)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(gè)輸人端，然后譯碼并輸出相應(yīng)的筆段來驅(qū)動(dòng)led數(shù)碼管(共陽)。led數(shù)碼管顯示采用動(dòng)態(tài)掃描方式，即在某一時(shí)刻，只有一個(gè)數(shù)碼管被點(diǎn)亮。數(shù)碼管的位選信號(hào)由at89c2051的p33p35輸出，并經(jīng)74hcl38譯碼后通過三極管放大，以驅(qū)動(dòng)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(dòng)態(tài)顯示時(shí)的數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)位置信號(hào)來判斷相應(yīng)按鍵的狀態(tài)。單片機(jī)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(shí)為高電平(由于有上拉電阻)，只有當(dāng)某一按鍵按下時(shí)，p37才被下拉為低，這時(shí)，單片機(jī)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(jī)p33p35口的值(從緩沖區(qū)讀取)，并判斷是那個(gè)按鍵按下然后調(diào)用相應(yīng)的處理程序進(jìn)行處理。 13 輸出控制電路 單片機(jī)的控制輸出是通過p30p32口完成的。當(dāng)程序開始時(shí)，這三個(gè)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(shí)間是否已到，若時(shí)間到，則改變相應(yīng)的輸出狀態(tài)，以完成對(duì)外部電路的控制。中斷功能申請(qǐng)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(shí)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（杯子的大小）工作方式寄存器tmod高四位對(duì)于定時(shí)器1，低四位對(duì)應(yīng)定時(shí)器0m1,m0：工作方式選擇位 。工作方式0 =00：13位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；工作方式1 =01：16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（常用）；工作方式2 =10：可自動(dòng)重裝的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（常用）；工作方式3 =11：t0 分為2個(gè)8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；僅適用于t0。c/t ：定時(shí)方式/計(jì)數(shù)方式選擇位。 = 0 ：內(nèi)部提供信號(hào)脈沖。 = 1： 外部提供信號(hào)脈沖。gate：定時(shí)器啟動(dòng)控制位 = 0 ：程序控制。 = 1 ：硬件控制。例如：tmod = 0000 0001 =0x01; /設(shè)定時(shí)器0為16位模式1 例如：tmod = 0001 0000 =0x10; /設(shè)定時(shí)器1為16位模式1 如何選擇16位內(nèi)部脈沖計(jì)數(shù)寄存器，并選擇定時(shí)器0作為為定時(shí)器，且用軟件方式實(shí)現(xiàn)定時(shí)器啟動(dòng)控制。tmod的值為多少？定時(shí)0，選擇低四位（高四位全為0）16位計(jì)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(dòng)定時(shí)器 gate 值為 0tmod=0000 0001 =0x01定時(shí)器控制寄存器tcon（高四位與定時(shí)器中斷有關(guān)，低四位與外部中斷有關(guān)）tr0/tr1：定時(shí)器運(yùn)行啟?？刂莆唬捎捎脩敉ㄟ^軟件設(shè)置 ）。 =0：定時(shí)器停止運(yùn)行； =1：定時(shí)器啟動(dòng)運(yùn)行。tf0/tf1：定時(shí)器溢出中斷申請(qǐng)標(biāo)志位（由硬件自動(dòng)置位）。 =0：定時(shí)器未溢出；=1：定時(shí)器溢出（由全“1”變成全“0”）時(shí)由硬件自動(dòng)置位，申請(qǐng)中斷，中斷被cpu響應(yīng)后由硬件自動(dòng)清零。7、如何啟動(dòng)定時(shí)器和判斷是否溢出trx賦值為1，即可啟動(dòng)相應(yīng)的定時(shí)器如果tfx的值為1，即可以判斷計(jì)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(shí)器已經(jīng)啟動(dòng)，并且計(jì)數(shù)寄存器的計(jì)數(shù)值還沒有溢出。(不能產(chǎn)生有效的內(nèi)容中斷信號(hào))程序1：仿真實(shí)現(xiàn)定時(shí)器1s led閃爍一次 #include sbit led=p20;int count=0; /50ms次數(shù)記錄timer_csh() /定時(shí)中斷初始化函數(shù) ie=0x82; /允許cpu中斷和定時(shí)計(jì)數(shù)器0中斷開關(guān) 1000 0010 tmod = 0x01; /設(shè)定時(shí)器0和1為16位模式1 th0 = 0x3c; /12m晶振 定時(shí) 50ms tl0 = 0xb0; void main() timer_csh(); /定時(shí)中斷初始化tr0 = 1;/開始計(jì)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(shí)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(shí)初始值 tl0=0xb0; 2 軟件設(shè)計(jì) 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(jìn)行8個(gè)數(shù)碼管的掃描顯示(disply段)，然后比較所有預(yù)置時(shí)間(comp段)是否與當(dāng)前時(shí)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(shí)間比較則采用逐一比較法，即對(duì)每一個(gè)預(yù)設(shè)的值都進(jìn)行比較，如果相等，則進(jìn)行相應(yīng)的處理。在具體比較時(shí)(comp1段)，首先比較th值，如不相等，則直接轉(zhuǎn)出并置時(shí)間到標(biāo)志ccb為0，而如果th、tm、ts全部對(duì)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(jì)的可預(yù)置熱水器控制電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)間和分鐘的現(xiàn)實(shí)，可以設(shè)置熱水器的使用時(shí)間，使熱水器自動(dòng)加熱和停止，并且設(shè)置了水位比較電路可以進(jìn)行報(bào)警。由石英晶體振蕩器產(chǎn)生頻率為1000hz的信號(hào)，經(jīng)過三片74ls160進(jìn)行分頻后，得到1hz的秒脈沖信號(hào)，再經(jīng)過2片74ls90連接成的60進(jìn)制計(jì)數(shù)器后得到1/60秒的分脈沖信號(hào)。將分信號(hào)傳輸給兩片74ls290連成的六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器進(jìn)行分的計(jì)數(shù)，再由分計(jì)數(shù)的進(jìn)位驅(qū)動(dòng)二十四進(jìn)制的時(shí)計(jì)數(shù)器。時(shí)間計(jì)數(shù)器連接七段譯碼顯示器進(jìn)行時(shí)間的現(xiàn)實(shí)。預(yù)置時(shí)間的電路與此相同。預(yù)置時(shí)間計(jì)數(shù)器產(chǎn)生的輸出進(jìn)入減法器進(jìn)行自動(dòng)減一的設(shè)置，減法器的輸出信號(hào)進(jìn)入比較器，與正常時(shí)間計(jì)數(shù)器產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行比較。當(dāng)兩者相等時(shí)，自動(dòng)開始加。由時(shí)計(jì)數(shù)器和分計(jì)數(shù)器產(chǎn)生的輸出接入比較器，與設(shè)定時(shí)間電路的時(shí)計(jì)數(shù)器和分計(jì)數(shù)器相比較，當(dāng)時(shí)間相等時(shí)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(jìn)制數(shù)，再由二進(jìn)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(jì)數(shù)器傳入七段譯碼顯示器進(jìn)行水位的顯示。從水位計(jì)數(shù)器引出的信號(hào)進(jìn)入比較器，與比較器中設(shè)置的水位進(jìn)行比較，當(dāng)其水位低于設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)停止工作并進(jìn)行水位報(bào)警。其中水位報(bào)警電路由555定時(shí)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(jì) 系統(tǒng)中的秒脈沖發(fā)生器是由定時(shí)器t0和內(nèi)存空間tt0配合完成的。其中t0工作于l 6位計(jì)數(shù)器模式，當(dāng)t0向上計(jì)數(shù)并由全1變?yōu)槿?時(shí)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(jì)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(jì)數(shù)器加1。秒計(jì)數(shù)器大于59時(shí)，則為分計(jì)數(shù)器加1，同時(shí)秒計(jì)數(shù)器清0。同樣，分計(jì)數(shù)器如大于59，則為時(shí)計(jì)數(shù)器加1，同時(shí)分計(jì)數(shù)器清0。時(shí)計(jì)數(shù)器如大于23時(shí)則清0并轉(zhuǎn)出中斷服務(wù)。td中斷100次的時(shí)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(hù)寄存器，在對(duì)時(shí)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(shí)write_ds1302(0x82,minute);/分write_ds1302(0x80,second);/秒write_ds1302(0x8e,0x80);/寫保護(hù)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(hù)寄存器，在對(duì)時(shí)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(shí)write_ds1302(0x82,change_minute);/分/write_ds1302(0x80,second);/秒write_ds1302(0x8e,0x80);/寫保護(hù)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(hù)寄存器，在對(duì)時(shí)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(shí)/write_ds1302(0x82,change_minute);/分/write_ds1302(0x80,second);/秒write_ds1302(0x8e,0x80);/寫保護(hù)寄存器void main ()hot = 1; initial_ds1302(); while(1)read_time(); /讀時(shí)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(jī)為核心并輔以外圍電路的設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)了低成本的控制要求。該定時(shí)時(shí)控制器可定時(shí)控制并顯示有關(guān)參數(shù)，在滿足系統(tǒng)要求的同時(shí)，又具備簡單、經(jīng)濟(jì)之特點(diǎn)。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(jì)制作的定時(shí)控制器已經(jīng)通過測試并投入使用，實(shí)際使用結(jié)果證明：該定時(shí)控制器運(yùn)行可靠，操作方便，可用在傳統(tǒng)的不帶定時(shí)功能的熱水器上，而且既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用，值得推廣?？深A(yù)置熱水器控制電路是一個(gè)十分接近于生活的課題，其中采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)和分的顯示計(jì)時(shí)裝置。整個(gè)熱水器電路只要有晶體振蕩電路、分頻電路、時(shí)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(bào)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(duì)可預(yù)置熱水器控制電路的設(shè)計(jì)，我了解了熱水器電路的基本構(gòu)成和原理，同時(shí)也更加了解一直基本電路的實(shí)現(xiàn)方法。這次的數(shù)字電子課程設(shè)計(jì)是一次自我檢驗(yàn)的機(jī)會(huì),我們要將課堂上所學(xué)到知識(shí)融會(huì)貫通到一個(gè)設(shè)計(jì)電路中去,而且,僅僅是教科書上所講解的知識(shí)是完全不夠的,設(shè)計(jì)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(shí)去理解,再把它們應(yīng)用到我們?cè)O(shè)計(jì)的電路中去。經(jīng)過2個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)，我對(duì)數(shù)字電子技術(shù)知識(shí)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(jìn)行比較，選擇出最合適我所設(shè)置電路的芯片。對(duì)于計(jì)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(jìn)制、將計(jì)數(shù)器用于分頻電路的連接方法。而且在電路我，我還可