目录
1 引言 (1)
2 概述 (2)
2.1 定时开关电源插座系统概述 (2)
2.2 本设计方案思路 (2)
2.3 研发方向和技术关键 (3)
2.4 主要技术指标 (3)
3 总体设计 (4)
3.1 可控开关设计的选择 (4)
3.2 时钟信号的实现 (6)
3.3 译码方案的选取 (6)
4 硬件设计 (10)
4.1 可控开关电路 (12)
4.2 电平转换电路 (12)
4.3 单片机系统电路 (14)
4.4 显示电路 (16)
5 软件设计 (17)
5.1 总体方案 (17)
5.2 主程序流图 (17)
5.3 中断模块说明 (18)
6 制作与调试 (19)
6.1 硬件电路的布线与焊接 (19)
6.2 调试 (20)
6.3 改进与扩展 (20)
7 结论 (21)
致谢 (23)
参考文献 (23)
附录 (24)
1.引言
随着电子技术和电源技术的发展，开关电源以体积小、重量轻、功率密度大、集成度高、输出组合便利等优点而成为电子电路电源的首选。定时开关电源插座，即可以定时打开或关掉电源的插座，这样既能省电又方便用户的个性化使用。
实现定时开关电源插座的关键是如何实现定时，人类最早使用的定时工具是沙漏或水漏，但在钟表诞生发展成熟之后，人们开始尝试使用这种全新的计时工具来改进定时器，达到准确控制时间的目的。于今定时器得到广泛应用，现在的不少家用电器都安装了定时器来控制开关或工作时间；工业控制中常需要定时的装置，输出和采集信号；在军事方面制成了定时炸弹，定时雷管。当酷暑或严寒难耐时，人们需要合理的定时控制空调来节省有限的电能；如此等等。因此，我们拟从这些方向作进一步的研究探索。
定时器有机械和电子两种，国外和国内都有非常大的市场。机械式采用同步电机计时，成本低，但走时精度差、寿命短；电子式采用液晶显示，时间精度高、寿命长，但操作复杂、成本高。特别是精度要求高的控制系统和数据采集系统，更要求精确的定时操作。马来西亚产的新一代HT高精密可编程电子定时开关插座由一体化可编程时钟集成电路和大功率继电控制电路组成，它可实现对各种没有定时装置的电器的定时控制。国内的这类定时开关插座的产品有由杭州菱洋节能设备有限公司生产的菱洋可编程多功能电子定时插座，它是一个以单片微处理器为核心配合电子电路等组成的一个电源开关控制装置。
我国是一个人口大国，能源更是宝贵，而能源分析家和经济学家认为，中国已成为全球浪费电力的大户。我国正在建设节约型社会，节约能源应该成为这一重大举措的重中之重。基于此，本设计采用单片机定时功能应用在插座开关上，主要从单片机和可控开关，来设计实现开关电源定时系统，使其准确显示定时指示灯的亮灭，且能显示时钟精确到时分。该系统简单实用，操作简单，且定时器不用时可以当普通电源插座用，既具备传统的电源插座的功能，又能达到节省能源、优化资源的目的。以电热水器为例，我们所使用的电热水器，许多家庭为了方便使用热水，让热水器24小时通电，其中很大部分电能将消耗在电热水器的反复加热上。50升（1500瓦）的普通电热水器每3小时自动加热30分钟，每天加热时间是240分钟，耗电6度，其中4度电是属于有效电耗，剩下的就是在反复加热中耗去的电，属无效耗电。如果把电热水器的电源插头连接到自动开关插座上只需用前通电，可实现节电2度，而且可以使热水在最高温度状态下投入使用，大大提高了能量使用效率。
2 概述
2.1定时开关电源插座系统概述
本文设计的定时开关电源插座电路系统[1]主要是利用单片机P89V51RD2FN
作为主控制元件，通过外围电路控制可控开关的通断以达到定时开、关的目的。P89V51具有体积小、功能强大、运行速度快、价格低廉等优点，非常适合制作集成度较高的控制电路。通过键盘键入程序控制可控开关和译码器来实现数码管的显示。主板电路包括MCU P89V51 、键盘与显示、输入与输出口、可控开关和稳压等电路组成。
2.2本设计方案思路
本设计实现通过定时电路来控制电源插座开关的通断，和时钟电路的显示为主要目的；以时钟信号的检测，信号控制，信号译码和数据显示为主要设计内容。
定时器是本设计系统中的重点，时间控制器(即定时器)既可以通过纯硬件实现，也可以通过软硬件结合实现，根据时间控制器的核心部件—秒信号的产生原理，通常有四种形式，如下所述。
（1）采用石英钟专用芯片的实现形式
采用石英钟专用芯片的实现的时间控制器，具有实现简单、计时精度高的特点。石英计时芯片比较多，常用的型号有STP5512F、SM5546A和D60400等。如结合利用5512F的2秒输出信号作为秒信号电路的计数脉冲，可实现电子时钟。
（2）采用NE555时基电路的实现形式
采用NE555时基电路或其他振荡电路产生秒脉冲信号，作为秒加法电路的时钟信号或微处理器的外部中断输入信号，可构成时间控制器。由555构成的秒脉冲发生器电路[2]如图1-1所示。输出的脉冲信号Vo的频率f=1.443/（Ra+2Rb）*C，可以通过调节这3个参数，使输出Vo的频率为精确的1HZ。但这类定时器精度低，脉冲周期由外接的电阻和电容决定，常用于旋转灯光控制等。
（3）采用单片机常用的时钟芯片
以前，通常采用并行的实时时钟芯片计时、EEPROM作为存储器，但对一些微小型智能控制设备而言，并行实时时钟芯片封装形式大，再加上EEPROM，占用扩展线多，使电路结构很难进一步简化。Dallas公司生产的串行实时时钟芯片DS1302[3]具有实时时钟和静态RAM，采用串行通信，可方便地与单片机接口。除了在工业控制中使用外，还可以应用到一般的时钟计数上。
（4）用软件来实现定时
通常利用单片机或多媒体或PLC内部的定时器，编写大量的源程序来设计，常称为软件定时器。
电子定时器[4]可用一般数字电路搭建而成，一台四位数的定时器要用十多片数字电路组成，电路结构复杂、体积庞大，而且功能有一定的局限性。在进行定时电路设计时,如果需要定时的时间不是很精确且时间较短的话,往往采用555定时集成电路来实现。然而，若需要定时的时间较长(如1小时以上)则采用专用的集成电路定时器比较方便[5]，而且使用定时器专用集成电路所设计的应用电路比较简单，同时调试也比较容易。本设计采用单片机作为主硬件电路，外围电路简单，配合软件设计，使用其灵活的编程实现定时，译码和时间显示等，使定时器插座可有更多的扩展功能选择。
2.3 研发方向和技术关键
（1）合理选取定时器方案，提高系统的精度；
（2）交直流电压转换；
（3）多路优先译码器的选取及扩展；
（4）与微机连接进行程序的汇编输入，实现对定时功能的调试；
（5）显示部分中数码管的四位一体共阴接法。
2.4 主要技术指标
（1）具有电子钟功能，显示为四位数
（2）可设定定时起动（开始）时间与定时结束（关断）时间
（3）定时开始，指示灯亮；定时结束，指示灯灭
（4）定时范围可以选择
（5）开关次数：≥2次/天
（6）时钟日差：≤±2秒/天
（7）工作温度范围：-10o～50o
（8）工作条件：AC220V，10A，50Hz
（9）使用范围：办公室电源开关、实验室电源开关等
（10）插头插座孔型：插头国标三扁型
3 总体设计
单片机虽然种类繁多，但每片单片机内部结构都大同小异，均由控制器、运算器、存储器、输入端口、输出端口等组成。各个厂商制成了多种型号的单片机。任何一种单片机不论功能如何强大，都是通过其I/O口来发辉作用的，用户可根据所需来选择单片机的型号，引脚最少从8脚到近百脚的都有。本设计用单片机设计的体积小巧的定时器来控制电源开关插座的通电和断电，并还能作为一台数字钟使用实现时间显示。根据需要选用了一片40条引脚的P89V512FN单片机[6]，属于飞利浦80C51系列单片机，带64KB闪存和1024字节RAM。并且P89V51系列单片机内部包含64位FLASH的ISP（在线可编程系统）和IAP（在应用编程）。其设计的几个基本模块如下图3－1，包括：插头插座(孔型)，控制开关，电平转换器，单片机系统，显示电路部分。
图3－1 定时开关电源插座的设计原理框图
3.1可控开关设计的选择
本设计中的定时操作是通过可控开关收到外部电路的控制信号后延时通断的。其中延时实现方式分类一般按常规可分为以下几种：a、通电延时；b、接通延时；c、断电延时；d、断开延时；e、（间隔）定时；f、往复延时；g、星三角启动延时；h、程序式延时。
3.1.1方案一
选用普通晶闸管又叫可控硅，一种以硅单晶为基本材料P1N1P2N2四层三端器件，由于它特性类似于真空闸流管，所以国际上通称为硅晶体闸流管，简称可控硅T。又由于可控硅最初应用于可控整流方面所以又称为硅可控整流元件，简称为可控硅SCR。
在性能上，可控硅不仅具有单向导电性，而且还具有比硅整流元件（俗称“死硅”）更为可贵的可控性。它只有导通和关断两种状态普通可控硅在电路中最基本的用途就是可控整流。大家熟悉的二极管整流电路属于不可控整流电路。如果把二极管换成可控硅，就可以构成可控整流电路。
3.1.2方案二
继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。它是一种当输入量（电、磁、声、光、热）达到一定值时，输出量将发生跳跃式变化的自动控制器件。
其中电磁继电器是在输入电路内电流的作用下，由机械部件的相对运动产生预定响应的一种继电器。电磁继电器的工作原理和特性如下：电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。
还可选用时间继电器，时间继电器是一种利用电磁原理和机械原理实现延时控制的控制电器，一般可分为通电延时型和断电延时型两种类型。断电延时时间继电器里有延时常开接点、延时常闭接点、瞬时常开接点和瞬时常闭接点。其原理如下：当断电延时时间继电器的“线圈”断电开接点—时，延时常开接点——经过设定时间后断开；延时常闭接点——经过设定时间后接通；瞬时常开接点——立刻断开；瞬时常闭接点——立刻接通。
3.1.3方案选取
可控硅优点如下：无触点，开断无涌流，开端速度快，可以控制过零开断。缺点：成本高，控制相对复杂，容量小，功耗大，发热严重；继电器优点：技术
成熟可靠，触点容量相对较大，成本低，几乎零功耗，发热量小。缺点：开断时会产生涌流，由于反应稍慢，无法用于很精细开断控制电路中，如移向调压等。
综合考虑两种可控开关各自的优缺点，在本设计中最终是采用电磁继电器通断主电路，主要是考虑到继电器结构简单，消耗电能少体积小，成本低,且控制时动作快、可靠性好。这类继电器在制成电灯定时节电开关或电风扇的定时并调速开关或电热器的定时并调温开关，或电灯的定时并调光开关或通用的定时并调压插座都有广泛的应用。
3.2时钟信号的实现
在单片机的内部RAM中，需要设置显示缓冲区，显示的时分秒值是从显示缓冲区中取出的，在RAM中设置四个单元作为显示缓冲区，分别是7AH、7BH、7CH。为使电路和原理叙述方便，我们这里不显示秒值，秒的进位我们通过闪烁分值实现。这样我们一共有四位LED分别显示时和分值，同时时钟都需要校准的。在程序中还需设置显示码表，要显示的数值通过查表指令将显示用的真正码值送到LED上。我们用单片机P89V51RD2FN[7]的P1.5，P3.6和P3.7这三个I/O口外接微动开关来实现时和分的校正，其中P1.5实现每按一次小时或分值加1，连续按下数值累计下去，实现时钟的校准。
时钟的最小计时单位是秒，但使用单片机定时器来进行计时，若使用6.0MHz 的晶振，即使按工作方式1工作，最大的计时时间也只能到131ms，所以我们可把每个定时时间取125ms，这样定时器溢出8次（125ms×8=1000ms）就得到最小的计时单位秒。而要实现8次计数用软件方法实现是轻而易举的。我们使用定时器1，以工作方式1工作，定时器进行125ms定时。采用中断方法进行溢出次数的累计，当计满8次即得到1秒的计时。
一个时钟的计时累加，要实现分、时的进位，要用到多种进制，秒、分、时中的进位是十进制，秒向分进位和分向时进位却是六十进制，而每天又有十二小时制或二十四小时制，它们分别又是十二进制和二十四进制。从秒到分和从分到小时可以通过软件累加和数值比较方法实现。
3.3译码方案的选取
本设计显示电路可分为三大块：键盘电路，输入端译码电路和输出控制端数码显示电路。显示电路端译码通过硬件译码或软件译码都可以实现。
3.3.1方案一
硬件译码，即上面的三大显示模块和显示段码完全由硬件电路设计实现，具体的硬件电路如下图3－2。对于相应的本系统中单片机，我们可选用简化的51系列单片机AT89C2051[7]（20管脚），显示电路主要由七段共阳显示译码器74LS47、3线－8线译码器74LS138、4个PNP型三极管和四个数码管组成。通过AT89C2051的P1．4～P1．7口将要显示字符的BCD码输出到74LS47的四个输人端，然后译
码并输出相应的笔段来驱动LED数码管(共阳)。
图3－2 硬件译码的电路实现
图3－2电路图中数码管的低电平段选信号由P1口的P1．0~P1．6输出，其真值表见下表3．1。P1．7输出秒闪烁信号，P3口的P3．0、P3．1输出位选信号给74LS138。74LS138被选中的端口输出低电平，PNP三极管导通，对应的数码管点亮。P3．2、P3．3、P3．4、P3．5分别作“调时”、“调分”、“定时开”、“定时减”的功能按钮开关，P3．7输出控制信号,使双向可控开关通电或断电，控制“输出插座”接通或断开220V交流电，从而控制外接电器的工作状态。其中A/D转换器采用宽工作电压,单输入通道,串行I/O接口8位A/D转换器TLC548CP。
表3.1 0－9显示真值表
其中P3．2、P3．3、P3．4、P3．5分别作“调时”、“调分”、“定时开”、“定时
减”的功能按钮开关；P3．7输出控制信号，使继电器线圈通电或断电，控制“输出插座”接通或断开220V交流电，从而控制外接电器的工作状态。数码管选用四位一体共阳接法，每个数码管由7段笔划组成，每段笔划由一只数码管点亮，其管压降为1.7－2.2V、电流5－20毫安。
LED数码管显示采用动态扫描方式，见下图3－3。即在某一时刻，只有一个数码管被点亮。数码管的位选信号由AT89C2051的P3．3～P3．5输出，并经74LSl38译码后通过三极管放大，以驱动相应的数码管。本设计译码电路选取74LS138译码集成芯片，其管脚分布如下图3－4，用来驱动4个LED，从功能表上可以看出它的输出只有一个低电平，也就是可以用来用灌电流的方式进行驱动LED，工作电压Vcc=5V，输出可以直接连接LED，没有带来不稳定因素，当然实际中应该串接保护电阻，估计常用的200-300欧姆都可以。
图3－3 LED动态扫描电路
图3－4 74LS138的管脚分布图
从总的设计可以看出，单片机的控制输出是通过P3．0～P3．2口完成的。当程序开始时，这三个口的输出状态都是低电平，AT89C2051通过程序查询三路输出的ON或OFF状态预置时间是否已到，若时间到，则改变相应的输出状态，以完成对外部电路的控制。
3.3.2方案二
软件译码，即上面的三大显示模块和显示段码完全由软件设计实现。
对于硬件译码来说，扩展多片的外部程序存储器采用多片的ROM扩展时，其片选信号CS的处理方法若采用全硬件实现，优点是扩展的各个EPROM的地址空间可以是连续的，能得到64K的完整空间；缺点是电路结构复杂，需附加译码器电路，常用的如上面提到的74138。
由于单片机本身具有较强的逻辑控制能力，采用软件译码并不复杂。其译码逻辑可以随意编程设定，不受硬件逻辑限制，同时还能简化硬件电路结构。因此，在单片机应用系统中使用非常广泛。
综上，本设计LED译码和显示模块就是采用软件译码实现，程序编写用C语言。作为一种结构化的程序设计语言，C语言的特点就是可以使你尽量少地对硬件进行操作，具有很强的功能性、结构性和可移植性，常常被优选作为单片机系统的编程语言。用C 编写程序比汇编更符合人们的思考习惯，开发者可以摆脱与硬件无必要的接触，更专心的考虑功能和算法而不是考虑一些细节问题，这样就减少了开发和调试的时间。C语言具有良好的程序结构,适用于模块化程序设计，因此采用C语言设计单片机应用系统程序时，首先要尽可能地采用结构化的程序设计方法，将功能模块化，由不同的模块完成不同的功能，这样可使整个应用系统程序结构清晰，易于调试和维护。不同的功能模块，分别指定相应的入口参数和出口参数，对于一些要重复调用的程序一般把其编成函数，这样可以减少程序代码的长度，又便于整个程序的管理，还可增强可读性和移植性。
4 硬件设计
本设计的硬件电路包括单片机P89V512FN电路、键盘输入与数码显示输出、信号输入与输出口、三孔扁平插座，可控开关和稳压器等电路组成。具体主要有三个模块：单片机控制数码显示模块；插座串接继电器模块；AC/DC5V输出稳压模块（如下图4－1）。随着外加220V/50HZ的交流电加到插座的同时，AC/DC实现电压交直流的转换，把220V的交流电变为5V的直流电用于SRD电磁继电器的工作电压。可控开关装置中的电磁继电器[8]收到单片机高低脉冲电平的变化相应做出吸合或断开的指令控制，从而控制插座电源的通断。而单片机软件编程通过串口输入和USB接口主要实现键盘、LED显示等各模块的功能，采用C语言编程，来控制译码器译码以及数码管显示。本设计硬件部分电路图见下图4－2，最终完成的硬件实物图见附录2。
其中本系统的核心单片机MCU P89V512FN为40脚600MIL封装，是CMOS 型飞利浦80C51系列单片机，带有2KB 闪存E2PROM型。该单片机除了少了两个并口外，能兼容MCS-51系列单片机的所有功能，且具备体积小、功能强、运行速度快等特点。该电路可通过单片机的P3．7口连接一个键盘电路来实现对参数的人工自由设定，同时可通过串口连接4位LED数码管，以分别显示小时、分钟和秒。系统定时启动是通过P3．0口完成的。程序开始时这三个口的输出状态都是低电平，P89V512FN通过程序查询P3．0口输出ON或OFF的状态预置时间是否已到，如果已到时间，则改变相应的输出状态，从而完成对外部电路的控制。
图4－1本设计的三大模块
图4－2 定时部分硬件电路图
如上图4-2，上半部分是数码管显示电路；下半部分是由桥式整流二极管和LM7805组成的AC/DC稳压电路，将220V的交流电压整流，滤波后输出直流5V电压用于单片机的工作电压；中间部分是由四个按扭开关和单片机相应管脚（P1.4，P1.5，P3.6，P3.7）连接，分别对应LED时间显示模式控制(开关SW1)、操作控制（SW5）、执行加键（开关SW2），执行减键（开关SW3）。此外还有单片机外接
热敏电阻，复位键（开关SW4）以及蜂鸣器可以用来实现温度测量和自动温度报警。
4.1可控开关电路
图4－3 继电器结构图
继电器(relay)也是一种电门，但与一般开关不同，继电器并非以机械方式控制，而是一种以电磁力来控制切换方向的电门。当线圈通电后，会使中心的软铁核心产生磁性，将横向的摆臂吸下，而臂的右侧则迫使电门接点相接，使两接点形成通路。本设计中选用继电器型号为SRD-05VDC-SL-C，5接脚，如上图4－3。其中一边的两脚工作状态分别为衔铁动静触点闭合或断开（低压控制电路时)；额定工作电压，即继电器正常工作时线圈所需要的电压，本设计中选用的继电器的额定工作电压为5V直流电压。利用直流电流触发并控制延时，在延时过程中可不影响主电路而延时递增。
在本次设计过程中，将继电器与普通电源插座串接起来，三接点中间的那个脚脚4接电源插座的火线，另外两接脚中接脚3接单片机的控制信号引出脚，另一接脚5和控制信号引出脚连共地端。特别需要注意的是，在焊接继电器前要用万用电表测试其五个管脚以确保正确连接。当接脚3和接脚5之间加5V电压时，接脚4和接脚2导通，电源插座开关可正常工作；当接脚3和接脚5之间电压为0时，接脚4和接脚1导通，电源插座开关不工作，从插座正常工作到不工作的这段时间即为定时操作，可通过软件编程设置定时（闹铃）程序实现。
4.2电平转换电路
4.2.1 LM7805稳压电路
在不同的数字系统中，其电平标准是不同的。该系统中就包括了220V交流输入和5V的TTL电平标准，要实现两个标准的正常通信，必须进行电平转换。该系统采用使用简单的LM7805芯片。
如图4－4所示电路为输出电压+5V、输出电流1.5A的稳压电源。它由电源变压器B，桥式整流电路D1～D4，滤波电容C1、C3，防止自激电容C2、C3和一只固定式三端稳压器7805极为简捷方便地搭成的。
图4－4 LM7805稳压电路
220V交流市电通过电源变压器变换成交流低压，再经过桥式整流电路D1～D4和滤波电容C1的整流和滤波，在固定式三端稳压器LM7805的Vin和GND两端形成一个并不十分稳定的直流电压(该电压常常会因为市电电压的波动或负载的变化等原因而发生变化)。此直流电压经过LM7805的稳压和C3的滤波便在稳压电源的输出端产生了精度高、稳定度好的直流输出电压。本稳压电源可作为TTL 电路或单片机电路的电源。三端稳压器是一种标准化、系列化的通用线性稳压电源集成电路，以其体积小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用简捷方便等特点，成为目前稳压电源中应用最为广泛的一种单片式集成稳压器件。注意问题：1．7905的引脚定义，－5V输出电压上电容的方向（不过本设计只取＋5V即可）；
2．7905空载时测量输出在6V左右。加上负载，输出正常；
3．7805驱动电流可达1A。实际测量时运行时电流200～300mA，7805会发热，温度有50度左右，布线时该器件的摆放应考虑散热。
4.2.2RS232电平转换电路
由于本设计中的单片机电路要用到串口输入，而电脑串口RS232电平是-10V，+10V，P89V51单片机应用系统的信号电压是TTL电平0，+5 V，故需进行电平转换。
本设计采用MAX232EPE[9]进行电平转换，该产品是由德州仪器公司（TI）推出的一款兼容RS232标准的芯片。该器件包含2驱动器、2接收器和一个电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F电平。该器件符合TIA/EIA-232-F标准，每一个接收器将TIA/EIA-232-F电平转换成5-V TTL/CMOS电平；每一个发送器将TTL/CMOS电平转
换成TIA/EIA-232-F电平。该芯片单5V电源工作，特点是低电源电流，典型值是8mA。如下图4－4，为MAX232双串口的连接图，可以分别接单片机的串行通信口或者实验板的其它串行通信接口。
图4－5 RS232双串口连接图
4.3单片机系统电路
4.3.1单片机P89V51简介
单片微型计算机作为微型计算机的一个分支，于今它已成为今天工业控制领域、通讯设备、信息处理以及日常生活中最广泛使用的计算机。应用方面，本设计中涉及的电子定时器也可用一般数字电路搭建而成，一台四位数的定时器要用十多片数字电路组成,电路结构复杂、体积庞大，而且功能有一定的局限性。但如用单片机制作定时器[10]，外围电路简单，用其灵活的编程，使定时器可有更多的功能选择。
本设计中的单片机芯片P89V51RD2FN是由飞利浦公司生产的，属于80C51系列单片机的一类。它为40管脚，工作电压为5V，片内有振荡器和时钟电路,时钟电路的频率范围从0兆赫至40兆赫，4 个8位并行I / O口，3个16位定时器/计数器，8个中断源与四个优先级，1个全双工串行口（SIO/UART），内置1个布尔处理器和1个布尔累加器（Cy），内含64KB的单晶片Flash的ISP（在线可编程系统）和IAP（在应用编程），可应用于设计可编程看门狗定时器。芯片管脚图见下图4－6，具体的各管脚功能介绍见附录1。
图4-6 P89V51RD2FN信号引脚图
4.3.2 P89V51RD2的时钟电路
时钟电路是用于产生供单片机各部分同步工作的时钟信号。具体的产生有两种方法，如下图4－7，一是用单片机内部的石英晶体振荡器外接电容构成振荡电路；二是从外部输入时钟信号。本设计时钟电路采用的是第一种方法。
P89V51RD2的一个显著的特点是它有两种时钟模式(X1模式和X2模式)。X1模式下一个机器周期时间为12个时钟周期（即晶振频率fosc的倒数），而在X2模式下一个机器周期时间为6个时钟周期，从而可以加速器件的运行速度。时钟加倍模式只可用于加倍内部系统时钟和内部Flash存储器（即EA=1）。在访问外部存储器和外围器件时要特别小心，还要注意晶振的输出（XTAL2）是不能加倍的。且时钟加倍模式可通过外部编程器或IAP来实现。当该模式被选择时，FST寄存器的EDC位用来指示6时钟模式。此时FST－Flash状态寄存器的位分配（地址：B6H），不可位寻址；复位值：xxxxx0xxB。如下图4－8。
(时钟电路的参数：频率范围0－40MHZ；C1，C2 20－30pF)
图4-8 X2模式下的位分配
4.4显示电路
用单片机驱动LED数码管[11]有很多方法，按显示方式分，有静态显示和动
态（扫描）显示，按译码方式可分硬件译码和软件译码之分。静态显示就是显示
驱动电路具有输出锁存功能，单片机将所要显示的数据送出后就不再管，直到下
一次显示数据需要更新时再传送一次新数据，显示数据稳定，占用很少的CPU时
间；动态显示需要CPU时刻对显示器件进行数据刷新，显示数据有闪烁感，占用
的CPU时间多。这两种显示方式各有利弊：静态显示虽然数据稳定，占用很少的
CPU时间，但每个显示单元都需要单独的显示驱动电路，使用的硬件较多；动态显示虽然有闪烁感，占用的CPU时间多，但使用的硬件少，能节省线路板空间。硬件译码就是显示的段码完全由硬件完成，CPU只要送出标准的BCD码即可，硬件接线有一定标准；软件译码是用软件来完成硬件的功能，硬件简单，接线灵活，显示段码完全由软件来处理，是目前常用的显示驱动方式。本设计就采用软件译
码来实现，且单片机驱动数码管的显示采用动态扫描显示的方式。
5 软件设计
5.1总体方案
硬件电路一旦决定，可根据电路的结构编制软件，并且决定它所应达到的功能。本设计用了4位数码管及4个按键，根据既定的目标具有定时及时钟的功能。程序应在定时器工作的同时也要启动时钟的时钟工作。
该系统显示电路部分的控制信号检测与数据传送部分，涉及的软件部分较多,主要是P89V51RD2FN单片机[12]数据串接口通信及通信协议的程序设计。本设计中用定时芯片制作定时器的关键是从P89V51芯片P1.7端口引出控制信号，随着P1.7高低电平的变化，通过键盘键入程序控制实现继电器的吸合和上扬，来控制电源插座通断以实现定时控制目的。即当继电器接脚3和接脚5之间加来自P1.7端口的5V电平信号时，接脚4和接脚2导通，电源插座开关可正常工作；当键入定时程序控制定时后，接脚3和接脚5之间电平信号为0时，接脚4和接脚1导通，电源插座开关关闭。此外如要扩展功能，采用单片机C语言编程可实现时间显示、时间校准、温度显示和温度上限报警、定时（闹钟）功能、跑表等各模块。
对于P89V51的程序设计，由于所需实现的功能较简单，采用C语言编译形式。编译器采用Keil uVision2 [13]。Keil uVision2标准C编译器为8051微控制器的软件开发提供了C语言环境，同时保留了汇编代码高效，快速的特点。C51编译器的功能不断增强，使你可以更加贴近CPU本身，及其它的衍生产品。Keil 编译器可为人们提供单一而灵活的开发环境，C51已被完全集成到Keil的集成开发环境中，这个集成开发环境包含：编译器，汇编器，实时操作系统，项目管理器，调试器，Keil uVision2 可为它们提供单一而灵活的开发环境。
5.2 主程序流图
本系统的主程序工作过程是首先循环进行四个数码管的扫描显示[14] (DISPLY段)，然后比较所有预置时间(COMP段)是否与当前时间相等，如相等则转向相应处理程序。比较完成(或处理完成)后，再判断有无按键(PP2段)按下，没有则返回继续显示、比较、判断；有按键按下则转向相应的处理程序。按键转移采用偏移量加表格跳转转移法(KEY段)。预置时间比较则采用逐一比较法，即对每一个预设的值都进行比较，如果相等，则进行相应的处理。在具体比较时(COMP1段)，首先比较TH值，如不相等，则直接转出并置“时间到”标志CCB为0，而如果TH、TM、TS全部对应相等，则置该标志为1，其软件流程见下图5－1所示。
图5－1主程序流程图 图5－2 中断子程序流程图
程序用C 语言编写，定时和时钟计时信号由单片机内部定时器T1产生的毫秒级信号，中断溢出后在RAM 的40H 单元中经多次累加输出1秒信号，作为计时的基本计数单元。待显示的数据放在以下RAM 单元中，(1)时钟部分：46H→小时十位数，45H→小时个位数，44H→分钟十位数，43H→分钟个位数；(2)定时部分：4AH→分钟十位数，49H→分钟个位数，48H→秒十位数， 47H→秒个位数。通电后，程序初始化使4BH 单元被置1，进入了同时打开定时器，时钟开始走时，显示→12: 00，秒信号在41H 中累加60次，向48H 单元作加1运算,这时数码管将显示→12:01，满60分将向小时进位而显示→1:00。如果按动“调时”、“调分”键即可调整时间。具体的主程序见附录3。
5.3中断模块说明
程序初始化后就进入了“定时中断”子程序，其程序流程图见上图5－2。一系列的运算是在中断产生后进行的[15]，具体的中断服务程序见附录3。
在程序计数运算中，小时应作12进制或24进制运算、分钟要作60进制运算；而定时工作时应作99分钟倒计时及的60进制倒计时减运算。
6 制作与调试
6.1硬件电路的布线与焊接
6.1.1总体特点
该系统所涉及的各部分硬件电路，总体的特点是：
（1）电路原理简单，所用的器件均为常用器件；
（2）由于路数较多，电路的规模较大，因此在制作中只做了8路。
因此，应合理布线，以降低焊接难度，降低出错率，同时防止干扰。
6.1.2 电路划分与PCB的制作
主板的制作与调试主板的制作稍微复杂一点。首先是制作印刷板，利用Protel99按照本文所示器件位置图放置好元器件，然后手动布线（双面），线宽为0.8mm左右，太宽做出的板子太大，太窄无法进行自制。绘好印制板图后转成BMP 格式利用电脑刻字机镂空（要用进口的即时贴纸，不然容易断开），贴在双面敷铜板上，就可以用FeCl3腐蚀了。具体的制作方法这里不再赘述，但最好在印制板布线时做个阻焊层，同时在即时贴上刻出来，当板子制好清洗干净后敷在上面，用浅绿色油漆或清漆喷上薄薄的一层，好看又防腐蚀。
PCB的制作关键是布局和布线的问题，而布局和布线不是截然分开的，布局是为布线服务，布线为的实现布局的目标。
显然，完成布局不是就不一定能布好线，布局只是布好线的第一步和最基础的一步。接下来的问题是跳线。跳线就要打乱原先画好的原理图。一个元件转个方向就可能导致布线发生的改变，两个或多个改变，就更麻烦了。布局过程中的应在每一次改变方案之前就有了种种考虑，不但包括改变面谈布局后的跳线问题，甚至还包括不行之后的其它考虑都会在其中。反复的尝试，得出一个合理的布局，尽量做到电路的走线最优先、最简捷、最有效。制板中注意事项如下：
1. 模拟与数字电路合理分开，普通信号线容易能以很简练的方式完成走线。
2. 高速信号线、主信号线可以得到最优先、最简捷、最有效的走线。
3. 电源线在走向上容易形成合理的回路和分支。
4 . 热设计合理，有利于系统日后工作中散热纳凉，发热元件较合理地远离模拟电路且工作时不熏烤这些电路。
5. 印刷板的制作特别要注意的是在布线时对220V市电进入和输出（包括中线）的线宽设计要宽一点（根据工作电流大小来定为好），还要注意市电与直流电源的隔离，以免在使用中造成触电事故。
目录 摘要 (1) 绪论 (1) 1.设计要求及功能分析 (1) 1.1 设计要求 (1) 1.2 基本功能 (2) 2.设计方案 (2) 2.1 硬件部分设计方案 (2) 2.1.1 单片机部分 (2) 2.1.2 按键部分 (2) 2.1.3 显示部分 (2) 2.2 软件部分设计方案 (2) 3.系统的硬件总体设计 (4) 3.1 系统的总体硬件设计 (4) 3.2 键盘连接电路 (4) 3.3 显示屏连接电路 (5) 3.4 单片机芯片AT89C51 (6) 3.5 外接电路 (7) 4.系统的软件总体设计 (8) 4.1 键盘识别程序设计 (8) 4.2 显示程序 (11) 4.3 运算程序 (11) 5.元器件清单及程序清单 (12) 5.1 元器件清单 (12) 5.2 程序清单 (12) 6.软件仿真 (18) 6.1 仿真验证 (18) 6.2 性能分析 (20) 6.3 出现故障及其原因 (20) 6.4 解决方法 (20) 结论 (20) 参考文献 (21) 致谢 (21) 附录PCB图 (22)
简易计算器的设计 学生：李飞马鹏超舒宏超 指导老师：王孝俭 摘要：单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如CPU，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过10元即可，用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VCD等等的家电里面都可以看到它的身影！它主要是作为控制部分的核心部件。它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用PC）的主要区别。单片机比专用处理器最适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。汽车上一般配备40多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作！单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的综合，甚至比人类的数量还要多。 关键词：单片机、计算器、控制电路、仿真。 绪论 设计要求掌握数码管移位动态扫描显示的编程方法，掌握矩阵扫描的编程方法，掌握数据在内部运算的编程方法。设计任务实现最大8位正整数加、减、乘、除，具备清零、等于功能，16个按键功能依次为：数字0、数字1、数字2、数字3、数字4、数字5、数字6、数字7、数字8、数字9、清零、等于、加、减、乘、除。 1．设计要求及功能分析 1.1设计要求： 本次单片微型计算机与接口技术课程设计做的是利用C51单片机为主体的计算器，实现了简单的加、减、乘、除功能。采取的是键盘输入和液晶显示屏的输出结果显示。主要硬件构成部分由四个，一个AT89C51单片机芯片，一个液晶显示屏，一个4*4键盘和一个排阻（10K）做P0口的上拉电阻，可以实现16位的数值操作计算。 1.2基本功能： 首先，计算器可现实8位数字，开机运行时，只有数码管最低位显示为“0”，其他位全部不显示；
课程设计名称：单片机原理及接口技术 题目：基于单片机的秒表计时器设计 学期：2014-2015学年第一学期 专业：电气技术 班级： 姓名： 学号： 指导教师：
辽宁工程技术大学 课程设计成绩评定表
课程设计任务书 一、设计题目 秒表计时器 二、设计任务 本课题以单片机为核心，设计和制作一个秒表计时器。 三、设计计划 课程设计一周 第1天：查找资料，方案论证。 第2天：各部分方案设计。 第3天：各部分方案设计。 第4天：撰写设计说明书。 第5天：校订修改，上交说明书。 四、设计要求 1、绘制软件流程图并利用汇编语言编写软件程序； 2、绘制系统硬件原理图； 3、形成设计报告。 指导教师： 教研室主任： 2014年5月26 日
本设计利用89C51单片机设计秒表计时器，通过LED显示秒十位和个位，在设计过程中用一个存储单元作为秒计数单元，当一秒到来时，就让秒计数单元加一，通过控制使单片机秒表计时，暂停，归零。设计任务包括控制系统硬件设计和应用程序设计。 关键词：51单片机；74HC573；LED数码管
综述 (1) 1 程序方案 (2) 1.1方案论证 (2) 1.2总体方案 (2) 2部分设计 (3) 2.1 89C51单片机 (3) 2.2晶体振荡电路 (4) 2.3硬件复位电路 (5) 2.4显示电路 (6) 2.5整体电路图 (7) 3程序设计 (8) 3.1程序流程框图 (8) 3.2显示程序流程图 (9) 3.3汇编源程序 (10) 4调试说明 (13) 4.1概述 (13) 4.2电路原理图 (13) 心得体会 (15) 参考文献 (16)
摘要 在日常生活照，555定时器的应用非常广泛，我们常常用到定时控制。在早期运用的是模拟电路设计的，它的准确性和精度都不是很理想。然而现在基本上都是运用数字技术。定时器可以控制一些常用电器，也可以构成复杂的工业过程控制系统。它的功能强大，体积小且灵活，配以适当的芯片可以实现许多功能。随着电子技术的飞速发展，家用电器逐渐增多，不同的设备需要实现不同的功能，需要自己的控制器，设计十分不便。根据这种情况，本设计设计了一个多功能定时器，可以对许多电器进行定时。这种具有智能化的产品有效的减轻了人们的劳动，带人们走进智能化的时代，为家庭数字化的实现提供了可能。 关键词：555定时器；多功能；电器
目录 1方案论证 (1) 1.1方案的比较环节 (1) 1.2实验方案 (1) 2原理及技术指标 (2) 2.1实验原理 (2) 2.2实验技术指标 (2) 3单元电路设计及参数计算 (3) 3.1单元电路设计 (3) 3.1.1控制电路 (3) 3.1.2可控脉冲发生电路 (3) 3.1.3延时控制电路 (5) 3.1.4电源电路 (6) 3.2实验的连接与处理 (7) 3.2.1各部件实现功能 (7) 3.2.2实验处理 (8) 4电路图 (9) 4.1电路图 (9) 5设计小结 (10) 5.1个人感悟 (10) 5.2遇到问题及解决途径 (10) 参考文献 (11) 附录 (12)
1方案论证 1.1 方案的比较环节 方案一：通过51单片机进行编程设计一个电路系统 方案二：采用555定时器组成的多谐振荡器产生时钟脉冲。。 方案三：采用晶振产生时钟脉冲。晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定、精确的单频振荡。 比较分析：三种方案相比较，方案一需要进行编程，而我们无法在短时间内编写好完整的程序，可实现性不强。方案二：555定时器芯片是一种广泛应用的中规模集成电路，只要外围配以几个适当的阻容元件，就可以构成无稳态触发器、单稳态触发器以及双稳态触发器等应用电路，以此为基础可设计各种实用的电路形式。而方案三的晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号，但采用晶振需要较多的元器件，并且电路图比较麻烦，而且也不能达到锻炼思考能力、电路分析的目的。 因此，通过比较实用性，合理性，选择方案二。 1.2 实验方案 电源电路采用桥式整流电路从220VAC到5VDC的整流，可控脉冲发生器采用555多谐振荡器产生秒脉冲，延时电路由6级74LS160芯片组成前两级为秒脉冲触发，不参与判断，后四级为分钟脉冲触发，用74LS160控制置位端的A，B，C，D门一个脉冲开关控制此计数器的触发连接74LS21，可通过选通来确定所需要的输出位，当满足条件就会输出一个信号通过继电器的闭合控制用电器开关。
课程设计说明书 课程设计名称：单片机课程设计 课程设计题目：四位数加法计算器的设计学院名称：电气信息学院 专业班级： 学生学号：
学生姓名： 学生成绩： 指导教师： 课程设计时间：至
格式说明（打印版格式，手写版不做要求） （1）任务书三项的内容用小四号宋体，倍行距。 （2）目录（黑体，四号，居中，中间空四格），内容自动生成，宋体小四号。 （3）章的标题用四号黑体加粗（居中排）。 （4）章以下的标题用小四号宋体加粗（顶格排）。 （5）正文用小四号宋体，倍行距；段落两端对齐，每个段落首行缩进两个字。 （6）图和表中文字用五号宋体，图名和表名分别置于图的下方和表的上方，用五号宋体（居中排）。（7）页眉中的文字采用五号宋体，居中排。页眉统一为：武汉工程大学本科课程设计。 （8）页码：封面、扉页不占页码；目录采用希腊字母Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ…排列，正文采用阿拉伯数字1、2、3…排列；页码位于页脚，居中位置。 （9）标题编号应统一，如：第一章，1，，……；论文中的表、图和公式按章编号，如：表、表……；图、图……；公式（）、公式（）。
课程设计任务书 一、课程设计的任务和基本要求 (一)设计任务（从“单片机课程设计题目”汇总文档中任选1题，根 据所选课题的具体设计要求来填写此栏） 1. 系统通过4x4的矩阵键盘输入数字及运算符。 2. 可以进行4位十进制数以内的加法运算，如果计算结果超过4位十进制数，则屏幕显示E。 3. 可以进行加法以外的计算(乘、除、减)。 4. 创新部分：使用LCD1602液晶显示屏进行显示，有开机欢迎界面，计算数据与结果分两行显示，支持小数运算。 (二)基本要求 1.有硬件结构图、电路图及文字说明； 2.有程序设计的分析、思路说明； 3.有程序流程框图、程序代码及注释说明； 4.完成系统调试（硬件系统可以借助实验装置实现，也可在Proteus 软件中仿真模拟）； 5.有程序运行结果的截屏图片。
单片机课程设计 多功能定时器 一、设计目的： 1、在理论学习的基础上，通过完成一个涉及MCS-51单片机多种资源应用并具 有综合功能的小系统目标板的设计与编程应用； 2、能够对电子电路、电子元器件、印制电路板等方面的知识进一步加深认识， 在软件编程、排错调试、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高； 3、使学生增进对单片机的感性认识，加深对单片机理论方面的理解。使学生掌 握单片机的内部功能模块的应用，如定时器/计数器、中断、片内外存贮器、I/O口、串行口通信等； 4、使学生了解和掌握单片机应用系统的软硬件设计过程、方法及实现，为以后 设计和实现单片机应用系统打下良好基础。 二、设计功能说明 数字钟是采用数字电路实现对时，分，秒，数字显示的计时装置，由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用，使得数字钟的精度，远远超过老式钟表，钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表的报时功能。数字钟已成为人们日常生活中的必需品，本设计可实现如下功能： 1、使用实时时钟芯片写入及读取时间 2、用LCD显示，可显示年、月、日、时、分、秒、星期、农历日期、节日 3、选择蜂鸣器电路，实现两个闹钟设置和事件提示功能 4、实现时钟校正功能，12小时/24小时切换功能 5、显示当前时间为上午时间或下午时间 6、整点报时功能 按键功能如下： 1、对显示时间的设置 按键0：进入设置模式，实现秒（S）、分（M）、时（H）、年（Y）、月（m）、日（D）、星期（W）设置的切换，并在LCD右下角显示所设置的项目，当各项目设置完毕后，再按下按键0则返回主界面正常显示时间； 按键1：每按一次按键1，对所设置的时间加1，当设置的时间超过它的最大值时，该项自动为0，例如：当设置秒为59时，秒自动清零； 按键2：每按一次按键:2，对所设置的时间减1，当设置的时间小于0时，该项自动为它的最大值； 按键3：设置完成后的确认键并可按此键中途退出设置，时间按用户设置值正常计时；
一．内容摘要： 定时器的设计： 设计一个0~60分钟之内的定时器，定时开始的时候红指示灯亮，结束的时候绿指示亮，可以随意以分钟为单位，在六十分钟的范围内设定定时时间，随着定时的开始，显示器开始显示时间，即依次显示出0,1,2,3,4….直到定时结束，当定时结束的时候进行手动清零。首先设计一个秒脉冲发生器，一个计数电路，一个比较电路，然后对电路进行输出。当开始定时之前手动对要定时的时间进行预置数，然后运用秒脉冲发生器输入脉冲，用计数器对脉冲的个数进行计数，把编码器的数据与脉冲的个数通过数值比较器进行比较，最后按照要求进行红绿等输出表示定时的状态是正在进行定时，或者是已经定时结束，在定时的过程中显示定时的时间。 二．方案的论证与选择： 方案1 例如设计一个六十分钟的定时器，就需要六十进制的分钟计数器。设计秒脉冲发生器，当计数器完成六十分钟的记数时，就手动清零。需要设定其他的时间时， 只需将计数器的进制改变一下就行。这个方案只适用于特定的定时器，设定的时间 不变。如果本课设用此方案，就需要设计从1——60进制的计数器，工程量太大。 方案2， 设计一个定时器，可以在0~60分之间一分钟为单位任意可调，定时开始的时候红灯亮，定时结束的时候绿灯亮，定时结束之后手动清零，满足设计的要求，故本次课程设计中采用的是这种设计方案。
三．总设计思想框图： 总体的完整电路图： 就是将各个单元电路用导线连接起来，然后进行仿真处理，开始进行定时的时候红指示灯亮。图中所示的是定时为16分钟的定时仿真结果，完整的电路图。
2.5 V 图2 四．单元电路的设计与参数的计算 1.秒脉冲发生器的选择： （1）采用石英晶体的多谐振荡器，在RC环形振荡器电路中，接入RC可以获得较小 的频率，而且通过RC的调节可以调节频率，用于对频率稳定性要求比较高的电路，
南华大学电气工程学院课程设计 摘要：单片机自70年代问世以来得到蓬勃发展，目前单片机功能正日渐完善：单片机集成越来越多资源，内部储存资源日益丰富，用户不需要扩充资源就可以完成项目开发，不仅是开发简单，产品小巧美观，同时抗干扰能力强，系统也更加稳定，使它更适合工业控制领域，具有更广阔的市场前景；提供在线编程能力，加速了产品的开发进程，为企业产品上市赢得了宝贵时间。本设计通过STC89C51单片机以及单片机最小系统和三极管驱动以及外围的按键和数码管显示等部件，设计一个基于单片机的简易计时器。设计通过四位一体共阳极数码管显示，并能通过按键对秒进行设置。 关键词：STC89C51单片机，驱动，四位一体数码管
南华大学电气工程学院课程设计 Abstract：SCM be booming since since the 70 s, MCU functions are increasingly perfect at present: single chip microcomputer integrated more and more resources, internal storage resource increasingly rich, users do not need to expand resources can complete the project development, is not only the development of simple, small beautiful products, at the same time, strong anti-jamming capability, system is more stable, make it more suitable for industrial control field, has a broad market prospect; Provide online programming ability, speeded up the process of product development, product for the enterprise to win the precious time. This design and triode driven by STC89C51 microcontroller and the single chip microcomputer minimum system and peripheral keys and digital tube display components, design a simple timer based on single chip microcomputer. Design through the four digital tube display, a total of anode, and can through the button to set the seconds. Keywords: STC89C51 microcontroller, drive, Four digital tube
AT89C51单片机简易计算器的设计 一、总体设计 根据功能和指标要求，本系统选用MCS-51系列单片机为主控机。通过扩展必要的外围接口电路，实现对计算器的设计。具体设计如下：（1）由于要设计的是简单的计算器，可以进行四则运算，为了得到较好的显示效果，采用LCD 显示数据和结果。 （2）另外键盘包括数字键（0～9）、符号键（+、-、×、÷）、清除键和等号键，故只需要16 个按键即可，设计中采用集成的计算键盘。 （3）执行过程：开机显示零，等待键入数值，当键入数字，通过LCD显示出来，当键入+、-、*、/运算符，计算器在内部执行数值转换和存储，并等待再次键入数值，当再键入数值后将显示键入的数值，按等号就会在LCD上输出运算结果。 （4）错误提示：当计算器执行过程中有错误时，会在LCD上显示相应的提示,如：当输入的数值或计算得到的结果大于计算器的表示范围时，计算器会在LCD上提示溢出；当除数为0时，计算器会在LCD 上提示错误。 系统模块图：
二、硬件设计 （一）、总体硬件设计 本设计选用AT89C51单片机为主控单元。显示部分：采用LCD 静态显示。按键部分：采用4*4键盘；利用MM74C922为4*4的键盘扫描IC，读取输入的键值。 总体设计效果如下图：
（二）、键盘接口电路 计算器输入数字和其他功能按键要用到很多按键，如果采用独立按键的方式，在这种情况下，编程会很简单，但是会占用大量的I/O 口资源，因此在很多情况下都不采用这种方式，而是采用矩阵键盘的方案。矩阵键盘采用四条I/O 线作为行线，四条I/O 线作为列线组成键盘，在行线和列线的每个交叉点上设置一个按键。这样键盘上按键的个数就为4×4个。这种行列式键盘结构能有效地提高单片机系统中I/O 口的利用率。 矩阵键盘的工作原理： 计算器的键盘布局如图2所示：一般有16个键组成，在单片机中正好可以用一个P口实现16个按键功能，这种形式在单片机系统中也最常用。 图 2 矩阵键盘布局图 矩阵键盘内部电路图如图3所示：
目录
1设计目的 1.1设计目的 1、通过单片机课程设计，熟练掌握单片机C语言的编程方法，将理论联系到实践中去，提高我们的动脑和动手的能力。 2、通过定时器控制两个LED显示器显示10秒秒表系统的设计，掌握定时/计数器和LED显示器的使用方法，同时掌握简单程序的编写，最终提高我们的逻辑抽象能力。 1.2设计内容和要求 内容：设计一个能够控制两个LED显示器显示10秒秒表的模拟系统。 要求：利用单片机的定时器定时，控制LED显示器显示。 1.3 设计思路 1.先熟悉实验原理，了解4只LED滚动闪烁系统灯的工作过程，组成滚动闪烁系统需要的组件。 2.了解各个硬件的工作原理， 3.绘制电路原理图，编写程序，并进行仿真，基本实现LED滚动闪烁系统灯的功能。
2设计原理分析 2.1十秒秒表的系统设计 通过编写程序，实现对发光二极管的控制，来4只LED 滚动闪烁灯的管理。每延时一段时间，灯的显示情况都会按LED 灯的显示规律进行状态转换。采用单片机内部的I/O 口上的P0口中的4个引脚即可来控制4个LED 灯。 2.2十秒秒表的功能要求 本设计能模拟基本的LED 滚动闪烁系统，是用中断的方式定时控制LED 定的闪烁及滚动。 2.2.1计时显示 定时/计数器工作方式寄存器，定时器采用T0定时器0工作于模式2 位数：8位计数范围：0-255 具有自动加载功能 2.2.2中断设置 每累计若干次定时器中断才执行一次闪烁。 2.3定时器控制4只LED 滚动闪烁制系统的基本构成及原理 单片机设LED 灯闪烁系统，可用单片机直接控制信号灯的状态变化可以广泛的应用到商业和工业的流程控制测电路当中。 图2.1 系统的总体框图 据此，本设计系统以单片机为控制核心，连接成最小系统。系统的总体框图如上所示。因为它能够准确地划分成时钟频率,与UART(通用异步接收器/发送器)量常见的波特率相关。特别是较高的波特率(19600,19200),不管多么古怪的值,这些晶振都是准确,常被使用的。当定时器1被用作波特率发生器时,波特率工作于方式1和方式3是由定时器1 的溢出率和SMOD 的值(PCON.7------双倍速波特率)决定：
摘要 单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大范畴集成电路技能把具有数据处理本事的中心处理器CPU 随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O 口和间断系统、定时器/计时器等成果（大要还包括表现驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D 转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完竣的计较机系统。单片机具有特点具有良好的性能价格比；低电压、低功耗；集成度高、体积小、可靠性高；控制成果强等优点。 计算机暂时中止正在执行的主程序,转去执行中断服务程序,并在中断服务程序执行完了之后能自动回到原主程序处继续执行，这个过程叫做“中断”。中断需要解决两个主要问题：一是如何从主程序转到中断服务程序；二是如何从中断服务程序返回主程序。 关键词：单片机，中断，延时
目录 1.设计目的 (1) 2.设计任务的内容和要求 (1) 3.设计原理 (1) 4.程序说明 (3) 5.心得体会 (6)
定时器试验 1.设计目的 （1）熟练运用汇编语言编程，并且掌握键盘查表来运行相应的功能 （2）熟悉启东硬件仿真系统，熟练应用该系统调试软件 （3）熟悉单片机应用系统的组成，并能运用程序控制外部流水灯 2.设计任务的内容和要求 （1）初始化定时器，使之采用定时器0，方式2，定时100us时间 （2）通过设置中断，产生总时间为１秒 （3）１秒时间到，控制发光二极管点亮 3.设计原理 在实际的控制系统中常要求有外部实时时钟,以实现定时或延时控制;还要求有外部计数器,以实现对外界事件进行计数。 MCS-51单片机由两个可编程定时/计数器(以下简称T/C)。T0，T1 T/C的核心是1个加1计数器,它的输入脉冲有两个来源:一个是外部脉冲源,另一个是系统机器周期(时钟振荡器经12分频以后的脉冲信号)。T0，T1是2 个16位寄存器。加1到满溢出产生中断 T0（TH0，TL0）；8CH，8AH地址不连续 T1（TH1，TL1）；8DH，8BH 都具有定时或者计数功能。 图一 图一有2个模拟的位开关,前者决定了T/C的工作状态:当开关处于上方时为定时状态,处于下方时为计数状态。工作状态的选择由特殊功能寄存器TMOD的C/T位来决定。C/T=0表示定时，C/T=1表示计数。 当T/C处于定时方式时,加1计数器在每个机器周期加1,因此,也可以把它看作在累计机器周期。由于一个机器周期包含12个振荡周期,所以它的计数速率是振荡频率的1/12。 如果主频12M，机器周期为1us,每1us定时寄存器完成1次加1操作。一旦振荡周期确定，机
单片机双字节十六进制减法实验设计 摘要 本设计是基于51系列的单片机进行的双字节十六进制减法设计，可以完成计 算器的键盘输入，进行加、减、3位无符号数字的简单运算，并在LED上相应的显示结果。 设计过程在硬件与软件方面进行同步设计。硬件方面从功能考虑，首先选择内部存储资源丰富的AT89C51单片机，输入采用5个键盘。显示采用3位7段共阴极LED动态显示。软件方面从分析计算器功能、流程图设计，再到程序的编写进行系统设计。编程语言方面从程序总体设计以及高效性和功能性对C语言和汇编语言进行比较分析，针对计算器四则运算算法特别是乘法和除法运算的实现，最终选用KEIL公司的μVision3软件，采用汇编语言进行编程，并用proteus 仿真。 引言 十六进制减法计算器的原理与设计是单片机课程设计课题中的一个。在完成理论学习和必要的实验后，我们掌握了单片机的基本原理以及编程和各种基本功能的应用，但对单片机的硬件实际应用设计和单片机完整的用户程序设计还不清楚，实际动手能力不够，因此对该课程进行一次课程设计是有必要的。 单片机课程设计既要让学生巩固课本学到的理论，还要让学生学习单片机硬件电路设计和用户程序设计，使所学的知识更深一层的理解，十进制加法计算器原理与硬软件的课程设计主要是通过学生独立设计方案并自己动手用计算机电路设计软件，编写和调试，最后仿真用户程序，来加深对单片机的认识，充分发挥学生的个人创新能力，并提高学生对单片机的兴趣，同时学习查阅资料、参考资料的方法。 关键词：单片机、计算器、AT89C51芯片、汇编语言、数码管、加减
目录 摘要 (01) 引言 (01) 一、设计任务和要求............................. 1、1 设计要求 1、2 性能指标 1、3 设计方案的确定 二、单片机简要原理............................. 2、1 AT89C51的介绍 2、2 单片机最小系统 2、3 七段共阴极数码管 三、硬件设计................................... 3、1 键盘电路的设计 3、2 显示电路的设计 四、软件设计................................... 4、1 系统设计 4、2 显示电路的设计 五、调试与仿真................................. 5、1 Keil C51单片机软件开发系统 5、2 proteus的操作 六、心得体会.................................... 参考文献......................................... 附录1 系统硬件电路图............................ 附录2 程序清单.................................. 一、设计任务和要求
目录 一、篮球计时器作用 (1) 二、设计的具体实现 (1) 1.系统概述 (1) 1.1总体设计思路及方案 (1) 1.2流程图 (3) 1.3计数原理 (3) 1.4定时器工作方式 (4) 2.单元电路设计 (6) 2.1 8051单片机 (6) 2.2两个基本电路 (8) 2.3八段数码管的驱动方式.......................错误!未定义书签。 3.软件程序设计 (9)
单片机的定时器设计 一、篮球计时器的作用 在篮球比赛中，规定了球员的持球时间不能超过24秒，否则就视为犯规。本课程设计的“篮球竞赛24秒定时器”，可用于篮球比赛中对球员持球时间作24秒时间限制。一旦球员的持球时间超过了24秒，它自动报警，从而判定此球员犯规。 二、设计的具体实现 1.系统概述 1.1总体设计思路及方案 图1.1.1 总设计图
流程图：
最小系统，就是最简单的输出/输入构成，并且能实现最基本的运行条件，如应有供电、时钟附属电路等。单片机的最小系统包括晶振电路复位电路和电源，这时最小系统基本组成当然还可以添加矩阵键盘数码管等。 此实验的原理是，利用单片机的最小系统，通过锁存器74HC573控制数码管，来实现30秒定时器的功能。 图1.1.2最小系统 1.2计数原理 80C51单片机部设有两个16位的可编程定时器/计数器。在定时器/计数器中除了有两个16位的计数器之外，还有两个特殊功能寄存器（控制寄存器和方式寄存器）。 1.2.1定时器/计数器的结构 16位的定时/计数器分别由两个8位专用寄存器组成，即：T0由TH0和TL0构成；T1由TH1和TL1构成。每个寄存器均可单独访问。这些寄存器是用于存放定时或计数初值的。此外，其部还有一个8位的定时器方式寄存器TMOD和一个8位的定时控制寄存器TCON。这些寄存器之间是通过部总线和控制逻辑电路
单片机课程设计篮 球计时器
绪论 篮球比赛中除了有总时间倒计时外，为了加快比赛的节奏，规则还要求进攻方在24秒内有一次投篮动作，否则视为违例。以下为一个篮球比赛计时器，该计时器采用按键操作、数码管显示，非常实用。此计时器也可作为其它球类比赛的计时器。 本课程设计介绍了一个基于单片机的篮球比赛计时器硬件设计，包括STC89C51, 2个八段共阳数码管显示、上电复位电路、时钟发生电路等基本模块的设计。其功能土要有:一场篮球比赛共分四节，每节12分:每次进攻为24秒，计时器的显示均为倒计时方式，24秒计时用两位数码管显示;所有的计时都要具有暂停、继续、复位;当球员的持球时间超过24秒时，24秒倒计时减为零且有蜂鸣器报警提示。本次课程设计是采用单片机C语言实现倒计时24秒篮球比赛计时器。
1系统工作原理 1.1 功能说明 随着信息时代的到来，电子技术在社会生活中发挥着越来越重要的作用，运用模电和数电知识设计的电子产品成为社会生活中不可缺少的一部分。在篮球比赛中，规定了球员的持球时间不能超过24秒，否则就犯规了。 大多数篮球计时器的主控芯片为AT89C51，采用12MHz晶振，P0.0-P0.7作数码显示端。24秒计时开始，A3为24秒复位开启键(投篮或交换控球时按下此键);A4为24秒计时停止键(有违例时按下此键); A5为24秒计时启动键;A6为总复位键。而此次我们设计的是1个简易篮球比赛计时器。 最简单的篮球球计时器是24秒倒计时计时器。也就是本次课程设计的课题。24秒篮球计时器要求设置外部操作开关，控制计数器的直接复位、启动和暂停，而且计时电路递减计时，每隔1秒钟，计时器减1，当计时器减0时，显示器上显示00，同时发出蜂鸣器报警信号。 1.2基本原理 24秒计时器的总体参考方案框图如图1所示，它包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、报警电路和辅助时序控制电路
电气信息学院 课程设计任务书 课题名称基于单片机的定时器设计 姓名Front专业班级学号 校内指导老师企业指导老师 课程设计时间2017年3月6日-2017年3月17日（3、4周） 教研室意见意见：审核人： 一、设计任务及要求 1、设计任务： 以单片机为核心设计一个音乐提示定时器，具备倒数计时、时间修改、音乐演奏等功能。可作为微电脑倒数计数器，做一小段时间计时，放在家中使用，例如煮泡面、煮开水或小睡片刻等；用于全自动洗衣机洗涤完毕音乐提示定时器。设计4个按键设置现在想要倒数的时间：K1--可调整倒数时间为1-60分钟；K2—设置倒数计时时间为5分钟，显示为“05”；K3—设置倒数计时时间为20分钟，显示为“20”；K4—设置倒数计时时间为60分钟，显示为“60”；一旦按键后则开始倒计时，当计时为0则演奏一曲音乐；内定倒数计时时间为5分钟，显示为05。 2、设计要求： 1)设计方案要合理、正确； 2)系统硬件设计； 3)系统软件设计及调试； 4)系统联调； 5）写出设计报告。 二、进度安排 第一周： 周一：集中布置课程设计任务和相关事宜，查资料确定系统总体方案。 周二～周三：完成硬件设计和电路连接 周四～周日：完成软件设计 第二周： 周一～周三：程序调试 周四～周五：设计报告撰写。周五进行答辩和设计结果检查。
三、参考文献 1)《微型计算机原理及应用》许立梓编机械工业出版社 2002 2)《微型计算机接口技术及应用》刘乐善编华中理工大学出版社 2000 3)《计算机硬件技术基础试验教程》邹逢兴编高等教育出版社 2000 4)《16位微型计算机原理接口及其应用》周佩玲编中国科学技术大学出版社2000 5)《微型计算机原理与接口技术》吴秀清编中国科学技术出版社 2001 6)《微型计算机接口技术》邓亚平编清华大学出版社 2001 7)《单片机原理及及应用》王迎旭编机械工业出版社 2001 8)《单片机应用程序设计技术》周航慈著北京航空航天大学出版社 2002 9)《单片机实用技术问答》谢宜仁主编人民邮电出版社 2002
单片机十进制加法计算器设计 摘要 本设计是基于51系列的单片机进行的十进制计算器系统设计，可以完成计 算器的键盘输入，进行加、减、乘、除3位无符号数字的简单四则运算，并在LED上相应的显示结果。 设计过程在硬件与软件方面进行同步设计。硬件方面从功能考虑，首先选择内部存储资源丰富的AT89C51单片机，输入采用4×4矩阵键盘。显示采用3位7段共阴极LED动态显示。软件方面从分析计算器功能、流程图设计，再到程序的编写进行系统设计。编程语言方面从程序总体设计以及高效性和功能性对C 语言和汇编语言进行比较分析，针对计算器四则运算算法特别是乘法和除法运算的实现，最终选用全球编译效率最高的KEIL公司的μVision3软件，采用汇编语言进行编程，并用proteus仿真。 引言 十进制加法计算器的原理与设计是单片机课程设计课题中的一个。在完成理论学习和必要的实验后，我们掌握了单片机的基本原理以及编程和各种基本功能的应用，但对单片机的硬件实际应用设计和单片机完整的用户程序设计还不清楚，实际动手能力不够，因此对该课程进行一次课程设计是有必要的。 单片机课程设计既要让学生巩固课本学到的理论，还要让学生学习单片机硬件电路设计和用户程序设计，使所学的知识更深一层的理解，十进制加法计算器原理与硬软件的课程设计主要是通过学生独立设计方案并自己动手用计算机电路设计软件，编写和调试，最后仿真用户程序，来加深对单片机的认识，充分发挥学生的个人创新能力，并提高学生对单片机的兴趣，同时学习查阅资料、参考资料的方法。 关键词：单片机、计算器、AT89C51芯片、汇编语言、数码管、加减乘除
目录 摘要 (01) 引言 (01) 一、设计任务和要求............................. 1、1 设计要求 1、2 性能指标 1、3 设计方案的确定 二、单片机简要原理............................. 2、1 AT89C51的介绍 2、2 单片机最小系统 2、3 七段共阳极数码管 三、硬件设计................................... 3、1 键盘电路的设计 3、2 显示电路的设计 四、软件设计................................... 4、1 系统设计 4、2 显示电路的设计 五、调试与仿真................................. 5、1 Keil C51单片机软件开发系统 5、2 proteus的操作 六、心得体会.................................... 参考文献......................................... 附录1 系统硬件电路图............................ 附录2 程序清单..................................
目录： 0、任务书 (2) 1、系统总体设计方案规划与选定 (2) 2、硬件设计 (5) 3、软件设计 (6) 4、调试 (8) 5、新增功能及实现方法 (8) 6、小结与体会 (9) 7、参考文献 (9) 8、附录 (10)
0.任务书 基于51单片机设计一个电子数字钟，显示时、分、秒，且具有闹钟功能。用8255接口实现4*8键盘及8位LED显示。 32个键：0~9共10个键，调时（设置当前时间）键；设定闹钟（定时）键；走时键；光标左右移动各一个键。 要求键复位后，应该最后面的LED上显示H（待命状态）。 1. 系统总体设计方案规划与选定 1.1主控制芯片选择 方案一：采用ARM微处理，做主控芯片，计算速度快，缺点；成本高，控制较复杂，不容易焊接。 方案二：采用80C51单片机做主控制器，由单片机来完成采集和信号处理等底层的核心计算，做主控芯片，成本低，易控制，易实现。 经过以上两个方案比较，在此题方案二明显优于方案一，故采用80C51单片机做主控制器。 1.2定时模块选择 方案一：采用时钟芯片DS1302。 DS1302 可以用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录，能实现数据与出现该数据的时间同时记录，且较单片机计时简单节约硬件资源，但存在时钟精度不高，易受环境影响，出现时钟混乱等缺点。 方案二：采用单片机内部的定时系统，外接晶振进行分频脉冲计数。
此系统采用12MHz晶振。 由于方案二使用简单，比方案一更适用该系统设计，所以选择方案二。 1.3 LED显示及计时模块选择 方案一：74LS192计数器——74LS47七点显示译码器 74LS192芯片是一块可预置数可逆计数芯片，功能强大。将74LS192芯片CPU引脚接高电平可实现减法计数，以倒计时显示。可通过74LS47与LED共阳极数字显示器配合使用。 方案二：使用移位寄存器74HC595与译码器相连 74HC595具有8位移位寄存器和一个存储器，使用时可直接与数字显示器相连。 方案三：使用8255扩展LED显示计时模块 8255是一个可编程并行接口芯片，有一个控制口和三个8位数据口，外设通过数据口与单片机进行数据通信，各数据口的工作方式和数据传送方向是通过用户对控制口写控制字控制的。我们用到了A与B口分别进行对数码显示管的片选和段选，且B口同时作为键盘扫描模块的输入口，与数码显示模块分时复用。故采用方案三 1.4蜂鸣器的选择 方案一：电磁式蜂鸣器 电磁式蜂鸣器主要是利用通电导体会产生磁场的特性，用一个固定的永久磁铁与通电导体产生磁力推动固定在线圈上的鼓膜。电磁式由于音色好，所以多用于语音、音乐等设备。对于不同提示音且考虑实际，此种较好。 方案二： 压电式蜂鸣器
摘要 摘要 随着时代的进步，电子行业的发展，定时器的应用也越来越广泛，单片机以其强大的功能，成为许多功能电子产品的首选。本次电子定时器电路根据设计要求采用AT89C51单片机来实现最大99秒倒计时，采用两位数码管显示。文章的核心主要是硬件介绍及连接和软件编程两个大的方面。硬件电路主要包括AT89C51、晶振电路、数码管，发光二级管，按键。软件用汇编语言实现，主要包括主程序、倒计时、重启控制程序等软件模块。采用软硬件配合基本能实现设定定时时间倒计时功能，达到了设计的要求和目的。并在Proteus软件上进行了仿真和调试。 关键词 AT89C51单片机；定时器；倒计时
目录 摘要…………………………………………………………………………………………… 第一章绪论......................................................... 1.1定时器的发展................................................. 1.2 电子定时器的应用............................................... 1.3选题的目的和意义................................................ 1.4 本章小结 第二章单片机的基础知识 (3) 2.1单片机简介 (3) 2.2单片机的特点 (3) 2.3 本章小节 第三章功能实现及硬件介绍 (4) 3.1 设计功能实现 (4) 3.2 C51单片机引脚介绍 (9) 3.3时钟和复位电路 3.4数码管显示 (10) 3.5键盘 (12) 3.6电气原理图……………………………………………………… 3.7本章小结 第四章软件设计 (15) 4.1 程序流程图 (15) 4.2定时1秒设计 (16) 4.3重新启动 (17) 4.4程序 (17) 4.5 本章小结 结论................................................................ 参考文献............................................................ 致谢.........................................................................
第一章绪论 1.1系统背景 ◆ 1.1.1单片机的介绍 单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器，常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。 单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。 单片机是靠程序运行的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列，或者60年代的CD4000系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大PCB板！但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！ ◆ 1.1.2单片机的应用 目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说