課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)智能的定時(shí)器設(shè)計(jì)

1、目錄一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1二、智能定時(shí)器設(shè)計(jì)11.設(shè)計(jì)要點(diǎn).12硬件設(shè)計(jì).4（1）光敏電阻.5 （2）光耦合器.6 （3）光電開(kāi)關(guān).7 （4）紅外光電對(duì)管.8 （5）光敏二極管與光敏三極管.8（6）撥碼開(kāi)關(guān).9三、智能光電定時(shí)器軟件設(shè)計(jì)11.1程序流程圖.111）主程序流程圖.112）t0 中斷服務(wù)子程序.122 軟件去抖.123. 初始化.124硬件調(diào)試方法.135軟件調(diào)試方法.136.程序清單.13四、結(jié)論17五、體會(huì)及收獲17參考文獻(xiàn)17課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) （智能光電定時(shí)器）1、總體方案設(shè)計(jì) 根據(jù)資料將同類產(chǎn)品方案特點(diǎn)列出，畫(huà)出設(shè)計(jì)方案的原理圖和印制板圖，說(shuō)明設(shè)計(jì)的方案的特點(diǎn)。2、 各功能部件

2、的硬件設(shè)計(jì)1.各種光電器件、撥碼開(kāi)關(guān)對(duì)時(shí)間置入方式的設(shè)計(jì)2.單片機(jī)硬件對(duì)時(shí)間置入接收部分的設(shè)計(jì)以及控制聲光報(bào)警電路的設(shè)計(jì)3.單片機(jī)軟件對(duì)定時(shí)，報(bào)警的編制以及電源的設(shè)計(jì) 智能光電定時(shí)器設(shè)計(jì)一、 智能光電定時(shí)器設(shè)計(jì)要點(diǎn)定時(shí)器時(shí)間置入有兩種方式：撥碼開(kāi)關(guān)置入方式和光電置入方式撥碼開(kāi)關(guān)置入方式，其定時(shí)的時(shí)間精度為1秒鐘；有兩個(gè)撥碼開(kāi)關(guān)，一個(gè)設(shè)置為分鐘位，一個(gè)設(shè)置為秒鐘位。光電置入方式定時(shí)的時(shí)間精度為1秒鐘。 秒鐘的置入電路 分鐘的置入電路指示燈電路二、 智能光電定時(shí)器硬件設(shè)計(jì)1 電路圖智能光電定時(shí)器電路圖智能光電定時(shí)器pcb圖2. 光電傳感器光電傳感器的作用主要是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，它是一種利用光敏

3、器件作為檢測(cè)元件的傳感器。下面介紹一些常用的光電器件：光敏電阻和發(fā)光二極管以及光耦合器光敏電阻（一） 光敏電阻的工作原理 光敏電阻是用光電導(dǎo)體制成的光電器件（即pc器件），又稱光導(dǎo)管，它是基于半導(dǎo)體光電效應(yīng)工作的。光敏電阻的靈敏度易受潮濕的影響，因此要將光電導(dǎo)體嚴(yán)密封裝在帶有玻璃的殼體中。光敏電阻具有很高的靈敏度，很好的光譜特性，光譜響應(yīng)從紫外區(qū)一直到紅外區(qū)。 （二）光敏電阻的基本特性1、伏安特性 在一定照度下，光敏電阻兩端所加的電壓與光電流之間的關(guān)系，稱為伏安特性（見(jiàn)圖1.2）。由曲線可知，在給定的偏壓情況下，光照度越大，光電流也就越大；光敏電阻的最高工作電壓是由耗散功率決定的，而光敏電阻的

4、耗散功率又和面積大小以及散熱條件等因素有關(guān)。硫化鎘光敏電阻的伏安特性曲線 光敏電阻的光照特性曲線2、光照特性 光敏電阻的光電流與光強(qiáng)之間的關(guān)系，稱為光敏電阻的光照特性。不同類型的光敏電阻，光照特性不同。但多數(shù)光敏電阻的光照特性類似與圖1.3所示曲線形狀。發(fā)光二極管 (一)、 發(fā)光二極管的工作原理 當(dāng)pn結(jié)加上正向電壓時(shí)，結(jié)區(qū)勢(shì)壘降低，p區(qū)的空穴載流子p向n區(qū)擴(kuò)散，n區(qū)的電子n向p區(qū)擴(kuò)散，p與n在pn結(jié)區(qū)相遇復(fù)合釋放能量而發(fā)光。這種發(fā)光器件和白熾燈泡相比，有體積小、耐沖擊、壽命長(zhǎng)功耗低、響應(yīng)快、可靠性高、顏色鮮明、易和集成電路匹配等特點(diǎn)，因而獲得廣泛應(yīng)用。發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)示意圖 恒定直流驅(qū)動(dòng)方式(

5、二)、led的特性1. 發(fā)光二極管的特性發(fā)光二極管通以正向電流，發(fā)光二極管就會(huì)發(fā)光。發(fā)光二極管內(nèi)部的晶片所用材料不同，所發(fā)出的光線的光譜（光線的頻率范圍）不同，因而所發(fā)光的顏色也不同。發(fā)光二極管的外部電壓與電流的關(guān)系，即伏安特性，類似于普通二極管。其差別是，普通硅二極管的正向開(kāi)啟電壓約為0.65v，而發(fā)光二極管的開(kāi)啟電壓更大些。發(fā)黃光的發(fā)光二極管的響應(yīng)時(shí)間最長(zhǎng)，約100us；發(fā)紅光的和橙光最短，約10ns，其于的也都在150ns以下。2. 發(fā)光二極管的特性參數(shù)1.發(fā)光光譜 圖2.3給出了gaas0.6p0.4 和gap的發(fā)射光譜。當(dāng)gaas1-xpx中的x值不同時(shí)，峰值波長(zhǎng)在620680nm之

6、間變化，譜線半寬度大致為2030nm。gap發(fā)紅光 gaas0.6p0.4gap的發(fā)光光譜的峰值波長(zhǎng)在700nm附近，半寬度大約為100nm。2伏安特性發(fā)光二極管的伏安特性如圖2.4所示，它與普通二極管的伏安特性大致相同。 發(fā)光二極管的伏安特性曲線 發(fā)光亮度與電流密度的關(guān)系光耦合器 光耦合器的幾種常見(jiàn)形式:1. 光電開(kāi)關(guān)光電開(kāi)關(guān)是一種特殊形式的光電耦合器件，只不過(guò)其發(fā)光部和受光部不是一個(gè)封閉的整體，它們之間可以插入被測(cè)物體。圖3.2是槽型光電耦合器。這里所謂的“槽型”指的是其外部形狀像是一個(gè)槽子，其實(shí)其電路結(jié)構(gòu)與普通光電耦合器沒(méi)有什么兩樣。圖中左槽沿安裝一個(gè)砷化鎵（gaas）近紅外發(fā)光二極管，

7、其峰值波長(zhǎng)為880nm，右邊為硅光敏三極管，其峰值波長(zhǎng)也為880nm。 投射式光電傳感器光電開(kāi)關(guān)的發(fā)光二極管和光敏三極管一般采用直流供電。抽屜裝有插銷。抽屜推進(jìn)桌子里后，插銷進(jìn)入槽型光電開(kāi)關(guān)耦合器的槽隙中遮住光，光電開(kāi)關(guān)無(wú)輸出。抽屜拉出后，插銷離開(kāi)槽隙，使發(fā)光二極管的光照射到光敏三極管上。用此電流驅(qū)動(dòng)報(bào)警器等起到防盜作用。圖3.3（a）是一種反射式光電開(kāi)關(guān)的外形圖。光線發(fā)出后只有經(jīng)過(guò)障礙物反射回來(lái)后光敏三極管才可接收到，如圖3.3（b）所示。反射式光電開(kāi)關(guān) 光電開(kāi)關(guān)的光敏三極管響應(yīng)慢。gaas（砷化鎵）紅外發(fā)光二極管的上升和下降時(shí)間為4ns，硅光敏三極管的上升和下降時(shí)間為3us。發(fā)光二極管通以

8、恒定電流，速度只決定于光敏三極管。光敏三極管的上升和下降時(shí)間按3us計(jì)算。也可采用單個(gè)紅外發(fā)光二極管與光敏管設(shè)計(jì)組裝成各種遙控或遠(yuǎn)距離檢測(cè)的光電開(kāi)關(guān)（圖3.4）光電開(kāi)關(guān)的應(yīng)用2. 紅外光電對(duì)管 紅外發(fā)射管的作用是電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)送出。當(dāng)輸出變化的電脈沖信號(hào)時(shí)，發(fā)射管發(fā)射出的紅外線強(qiáng)度就隨之變化。電阻起限流的作用，電阻越小，通過(guò)紅外發(fā)射管的電流越大，發(fā)射管的發(fā)射功率就越大，發(fā)射距離就越遠(yuǎn)；電阻取的過(guò)小會(huì)損壞紅外線發(fā)射管。當(dāng)紅外光照射光電接收管時(shí)，光電接收管的電阻將減小，光電接收管使電阻的電流增大，從而電阻兩端產(chǎn)生隨入射紅外光強(qiáng)弱變化的電壓，此變化的電壓信號(hào)經(jīng)紅外接口輸入主機(jī)。常見(jiàn)光電接收管

9、有兩種形式，一種是光電接收二極管，一種是光電接受三極管（只有兩只引腳）（光電三極管較為常見(jiàn)）。用光電二極管其負(fù)極需要接+5v一端。3. 光敏二極管與光敏三極管 1) 光敏二極管 光敏二極管的結(jié)構(gòu)圖 光敏二極管的結(jié)構(gòu)如圖3.5所示。其基本原理是，當(dāng)光照射到p-n結(jié)上時(shí)，p-n結(jié)便吸收光能并把它轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋７蔡匦匀鐖D3.6所示。光敏二極管有四種類型：p-n結(jié)型（也稱pd）、pin結(jié)型、雪崩型和肖特基結(jié)型。1）光敏二極管的加反向電壓時(shí)，電流隨光照強(qiáng)度變化而變化。如圖的第三象限。在這種狀態(tài)下，反向電流與光強(qiáng)成正比。當(dāng)光強(qiáng)度為零時(shí)，反向電流（此電流稱為暗電流）為零（實(shí)際上小于0.2ua）。2）光電二極

10、管不加電壓，p-n結(jié)受光照射后會(huì)產(chǎn)生正向電壓，從而使閉合回路中流過(guò)電流。2) 光敏三極管 光敏三極管也是依靠光照射來(lái)使輸出電流發(fā)生變化的器件。光敏三極管的發(fā)射極電流或集電極電流與光強(qiáng)成正比。具有比光敏二極管高的多的響應(yīng)度（又稱靈敏度），工作時(shí)對(duì)電源的要求又不苛刻。光敏二極管的結(jié)構(gòu)和特性曲線 光敏三極管的外形、原理性結(jié)構(gòu)、常用符號(hào)及等效電路圖光敏三極管的外形、原理性結(jié)構(gòu)、常用符號(hào)及等效電路如圖3.7所示。工作時(shí)所加偏壓的極性已在圖中示出。這是一種用平面工藝制造的硅npn型光敏三極管。在圖中，只畫(huà)了e、c兩個(gè)引出端子，實(shí)際上，是既可以只有e、c兩個(gè)引出端子，也可以有e、b、c三個(gè)引出端子的。b端子

11、從npn結(jié)構(gòu)中的p區(qū)引出。 3、撥碼開(kāi)關(guān)如果某些重要的功能或數(shù)據(jù)也由鍵盤輸入，必將因易誤操作而產(chǎn)生一些不良后果。因此，即使在加電后，開(kāi)關(guān)的狀態(tài)發(fā)生變化也不會(huì)影響計(jì)算機(jī)的正常操作。數(shù)字撥碼盤輸出有bcd編碼的四線輸出和單片十位的十線輸出兩種方式。 十線撥碼盤實(shí)際上是一種單刀十?dāng)S的轉(zhuǎn)化開(kāi)關(guān)，如圖3.8所示。顯然這種撥盤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，與8031接口時(shí)，將a端接地，當(dāng)8031讀入口線電平狀態(tài)時(shí)，就可判斷開(kāi)關(guān)處于哪一個(gè)檔位。bcd撥碼盤，是十進(jìn)制數(shù)輸入，bcd碼輸出。它有09十個(gè)位置，每個(gè)位置有相應(yīng)的數(shù)字顯示，代表一位十進(jìn)制數(shù)的輸入。每片撥盤代表一位十進(jìn)制數(shù)，n位十進(jìn)制數(shù)，可用n片撥盤并聯(lián)安裝組成，如圖3.

12、9所示。十線撥盤結(jié)構(gòu) 三位十進(jìn)制撥盤組 十線撥碼盤與8031的接口bcd碼撥盤后面有5個(gè)接點(diǎn)，其中a為輸入控制線，另外四根是bcd碼輸出線。撥盤撥到不同位置時(shí)，輸入控制線a分別與4根bcd碼輸出線中的某根或某幾根接通。例如撥盤撥到6，a與4，2接通，撥到7時(shí)，a與4、2、1接通等等。表3-1 bcd碼撥盤的輸入輸出狀態(tài)表。表3-1 bcd碼撥盤的輸入輸出狀態(tài) 撥 盤輸 入控 制端 a 輸出狀態(tài) 8 4 2 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 2 1 0 0 1 0 3 1 0 0 1 1 4 1 0 1 0 0 5 1 0 1 0 1 6 1 0 1 1 0 7 1 0 1 1

13、 1 8 1 1 0 0 0 9 1 1 0 0 1bcd碼撥盤與8031的接口單片bcd碼撥盤可以與任一個(gè)4位的i/o口或擴(kuò)展i/o口相連，以輸入bcd碼數(shù)據(jù)。圖5-3是用8031的p1 .0p1.3 4位i/o與單片bcd碼撥盤的接口電路圖如撥盤撥至9，則bcd碼锝421端的8和1端與a連通，成為高電平，而4和2端與a不連通，被下拉電阻拉至低電平，bcd碼即為1001。表5-1所示編碼正是這種正邏輯的編碼或稱為原碼。相反，如果控制端a接地，而bcd碼的8421端通過(guò)上拉電阻接至+5v時(shí)，撥盤輸出bcd碼將是負(fù)邏輯的或稱為反碼。 單片bcd撥碼盤與8031的接口三、智能光電定時(shí)器軟件設(shè)計(jì) 1

14、程序流程圖1） 主程序流程圖 開(kāi) 始堆棧、進(jìn)入時(shí)間置入狀態(tài)，緩沖單元清零n光電置入狀態(tài)？ 進(jìn)入撥碼開(kāi)關(guān)置入方式，t0工作在定時(shí)方式，送定時(shí)常數(shù) yt0t1設(shè)置為記數(shù)方式，開(kāi)放中斷，取數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為秒數(shù)并存放結(jié)果進(jìn)入中斷服務(wù)子程序，置入時(shí)間 t0開(kāi)始記數(shù)，禁止其它中斷 進(jìn)入t0中斷服務(wù)子程序 定時(shí)結(jié)束，調(diào)用聲光提示子程序定時(shí)結(jié)束，調(diào)用音樂(lè)子程序，并給出光提示 結(jié) 束2）t0 中斷服務(wù)子程序 t0中斷服務(wù)子程序 判斷工作方式光電置入方式 撥碼開(kāi)關(guān)置入方式定時(shí)狀態(tài)？ 定時(shí)結(jié)束？ y n（置入狀態(tài)）分鐘高位單元加一 y n定時(shí)未結(jié)束啟動(dòng)t0，定時(shí)開(kāi)始 n y聲光提示啟動(dòng)t0定時(shí)開(kāi)始定時(shí)結(jié)束？ n 調(diào)用燈光

15、閃爍程序定時(shí)結(jié)束？ n y 調(diào)用音樂(lè)提示子程序調(diào)用燈光閃爍程序 y調(diào)用聲提示子程序 中 斷 返 回 2 軟件去抖 本設(shè)計(jì)采用軟件的方法消除可能出現(xiàn)的誤脈沖。在第一次檢測(cè)到有誤脈沖的時(shí)候，執(zhí)行一段延時(shí)子程序，延時(shí)子程序延時(shí)20ms，從而消除了誤脈沖的影響。 delay20ms： mov r6，#10 l4： lcall delay2ms djnz r6，l4 ret delay2ms： mov r7，#0c8h l2： nop nop nop djnz r7,l2 ret 延時(shí)程序與mcs-51執(zhí)行指令的時(shí)間有關(guān)，如果使用6mhz的晶振，一個(gè)機(jī)器周期為2us，計(jì)算出執(zhí)行一條指令以至一個(gè)循環(huán)所需要

16、的時(shí)間，便能達(dá)到延時(shí)的目的。3. 初始化 ; 程序功能：定時(shí)到音樂(lè)報(bào)警且指示燈快速閃爍；置入方式：1.光電置入 開(kāi)關(guān)1閉合 （精度1秒鐘）； 2.撥碼開(kāi)關(guān)置入 開(kāi)關(guān)1斷開(kāi) （精度1秒鐘）；定時(shí)到報(bào)警方式：蜂鳴器報(bào)警 ; 20h,標(biāo)志位字節(jié)20h.0:置入狀態(tài)標(biāo)志位，1為置入狀態(tài)，0為定時(shí)狀態(tài); 20h.1:置入方式標(biāo)志位，1為撥碼開(kāi)關(guān)式，0為光電式; 20h.7:定時(shí)結(jié)束標(biāo)志位，1為定時(shí)結(jié)束，0未結(jié)束；開(kāi)機(jī)時(shí)即處于置入狀態(tài);21h,判斷光電輸入用緩沖字節(jié);40h,小時(shí)設(shè)置緩沖字節(jié);41h,分鐘低位設(shè)置緩沖字節(jié);42h,分鐘高位設(shè)置緩沖字節(jié);43h,置入狀態(tài)led提示刷新頻率保存字節(jié)（200毫秒

17、亮，200毫秒暗）;46h,定時(shí)基準(zhǔn)累加單元;47h,定時(shí)指示led刷新計(jì)數(shù)單元;48h,樂(lè)曲曲目選擇單元(與分鐘撥碼開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng));4ah,被乘因子的低位單元;4bh,被乘因子的高位單元;4ch,乘數(shù)單元;4dh,計(jì)數(shù)結(jié)果低位單元;4eh,計(jì)數(shù)結(jié)果高位單元4硬件調(diào)試方法：測(cè)試樣機(jī)硬件和排除硬件故障的辦法： a.加電之前，根據(jù)設(shè)計(jì)圖仔細(xì)檢查線路和正確性，核對(duì)元器件型號(hào)，規(guī)格和安裝是否符合要求。b.加電檢查各插件上引腳的電位，仔細(xì)測(cè)量個(gè)點(diǎn)電平是否正常。5軟件調(diào)試方法排除了目標(biāo)樣機(jī)的硬件故障以后，就進(jìn)入軟硬件綜合調(diào)試階段。下面我們對(duì)常見(jiàn)故障進(jìn)行分析。1）程序跳轉(zhuǎn)錯(cuò)誤：通常是由于錯(cuò)用了指令或改錯(cuò)了標(biāo)號(hào)引

18、起的。2）程序錯(cuò)誤。經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試后，才能驗(yàn)證它的正確性。3）輸入輸出錯(cuò)誤。這類錯(cuò)誤包括數(shù)據(jù)傳送出錯(cuò)，外圍設(shè)備失控等。程序清單#include<reg51.h>#include<intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit scan_fen=p11;sbit scan_end=p10;sbit scan_miao=p12;sbit scan_kai=p32;sbit ls=p20;/led 位/sbit led_4=p24;sbit led_3=p25;sbit led_2=p26;s

19、bit led_1=p27;/全局變量/code uchar led=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;uchar a, b =20,t_f=0,t_m=0,led_wei4,i=10;bit flag=0;/延時(shí)函數(shù)/void delay(uint m)unsigned int i,j;for (i =0;i<m;i+) for(j=0;j<20;j+) _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /顯示函數(shù)/ void print(uint time_1,ui

20、nt time_2) p2|=0xf0; led_wei0=time_1/10; p0=ledled_wei0; led_1=0; led_wei1=time_1%10; delay(10); led_1=1; p0=ledled_wei1; led_2=0; led_wei3=time_2/10; delay(10); led_2=1; p0=ledled_wei3; led_3=0; led_wei4=time_2%10; delay(10); led_3=1; p0=ledled_wei4; led_4=0; delay(20); /輸入函數(shù)/void scan(void) while(

21、1) / 等待設(shè)定好時(shí)間 print(t_m,t_f); p2=0xf0; delay(100); if(scan_fen=0) while(!scan_fen)print(t_m,t_f); / 等待鍵釋放 t_f+; if(t_f>=60) t_f=0;print(t_m,t_f);delay(100); if(scan_miao=1) while(scan_miao) print(t_m,t_f); /等待鍵釋放 t_m+; if(t_m>=60) t_m=0; print(t_m,t_f);delay(100); if(scan_end=0) / 設(shè)定時(shí)間設(shè)定結(jié)束 prin

22、t(t_m,t_f); tr0=1; flag=1; break; for(i=50;i>0;i-) print(t_m,t_f); delay(100);/time/void time_1(void)interrupt 1 ea=0; th0=60; tl0=175; b-;if(b=0) b=20; if(t_f=0) if(t_m!=0) t_m=t_m-1; t_f=59; print(t_m,t_f); else t_m=t_f=0; et0=0;print(t_m,t_f); else t_f=t_f-1;ea=1;/音樂(lè)/ void yin_yue() /主函數(shù)/void main()int i; ea=1; tmod=0x01; th0=60; tl0=175; / 11.05926 50ms et0=1; it0=1; p1=0xff; p1=0x00; while(1) print(t_m,