1、江海职业技术学院毕 业 设 计毕业设计题目： 学 生 学 号： 学 生 姓 名： 所在系 （部）： 专 业 及班级： 指 导 教 师： 完 成 日 期： 电气自动化专业毕业设计任务书课题名称：定时系统课题类型：模拟课题设计的目的：（1） 定时设定由按键部分控制（2） 实现定时时间的显示数码管显示： 分（十位）分（个位）秒（十位）秒（个位）（3） 到点响铃（4） 系统运行中可重新设定定时值（5） 最大实现 99 分 59 秒的定时设计的任务及主要内容：第一章概述1 任务设计（1） 定时设定由按键部分控制（2） 实现定时时间的显示数码管显示： 分（十位）分（个位）秒（十位）秒（个位）（3） 到点响
2、铃（4） 系统运行中可重新设定定时值（5） 最大实现 99 分 59 秒的定时2 总体方案（1）设计框图系统框图如图 1（2）设计思路 利用 89C51 单片机作为本系统的中控模块。上电后，按下功能键进入调时状态，通过各单元电路将按键部分设定的时间通过定时时间显示部分中的 LED 数码管显示出来，当时间设定完毕后再次按下按键部分的功能键，闹铃模块的蜂鸣器鸣叫 0.5S 以示定时器开始工作，到点实现响铃，再由按键部分关闹铃。中途可重新设置定时数值。复位部分除上电初实现复位外，其余任何时候可按键实现复位。注：按键部分一共有 4 个按键，分别为功能键 P3.0，秒设定键 P3.1(增） ，分设定键P
3、3.2（增）分设定键 P3.3（减） 。3、方案论证（1）定时部分定时部分是本设计的核心部分。方案：本方案完全用软件实现定时。原理为：在单片机内部存储器设两个字节分别存放时钟的分、秒信息。利用键盘部分对定时时间进行设定，由定时显示部分数码管显示，同时定时器与软件结合实现 1 秒定时中断，每产生一次中断，存储器内相应的秒个位减1；若秒个位减到 0，则判秒十位值是否为 0，若不是，则秒个位赋 9，秒十位减 1；分同理。该方案具有硬件电路简单的特点。 （2）闹铃器件的选择方案：采用蜂鸣器闹铃，当到设定时间时，单片机向蜂鸣器送出高电平，蜂鸣器发生。采用蜂鸣器闹铃结构简单，控制方便。 （3）复位方式的选
4、择方案：采用按键电平复位,因为手动复位除了具有上电自动复位的功能外，在电路工作的时候，可随时实现复位。而上电自动复位方式只有在上电初有一次复位。电路工作期间不可实现复位，故本电路采用按键电平复位即手动复位。（4）显示器件的选择方案：采用共阳极 LED 数码管。在单片机应用系统中，如果需要显示的内容只有数码，使用 LED 数码管是一种较好的选择。LED 数码管显示清晰、成本低廉、配置灵活，与单片机接口简单易行。LED 数码管是由发光二极管作为显示字段的数码型显示器件，其中七只发光二极管分别对应 ag 笔端构成“日”字形，另一只发光二极管 Dp 作为小数点。因此这种 LED 显示器称为七段数码管或
5、八段数码管。第二章硬件系统设计1、89C51 的介绍本文采用的单片机为89C51，89C51是一种低功耗、高性能的片内含有4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能 CMOS8位微处理器，俗称单片机。它的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件与工业标准的 MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，89C51是一种高效微控制器，89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。89C51的主要性能参数
6、：1、与 MCS-51产品指令系统完全兼容2、4k 字节可重擦写 FLASH 闪速存储器3、1000次擦写周期4、全静态操作：0Hz 24MHz5、三级加密程序存储器6、1288字节内部 RAM7、32个可编程 I/O 口线8、2个16位定时/计数器9、6个中断源10、可编程串行 URAR 通道11、低功耗空闲和掉电模式89C51提供以下标准功能：4k 字节 FLASH 闪速存储器，128字节内部 RAM，32个 I/O 口线，2个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，89C51降至0Hz 的静态逻辑操作，并支持两种可选的节电工作模式。空
7、闲方式体制 CPU 的工作，但允许 RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存 RAM 中的内容，但振荡器体制工作并禁止其他所有不见工作直到下一个硬件复位。显示部分单片机应用系统中使用的显示器主要有发光二极管显示器，简称 LED（Light Emitting Diode） ；液晶显示器 LCD（Liquid Crystal Display） ；近几年也有配置 CRT 显示器的。而目前在单片机系统中，通常用 LED 数码显示器来显示各种数字或符号。由于它具有显示清晰、亮度高、使用电压低、寿命长的特点，因此使用非常广泛。LED 显示结构与原理单片机中通常用七段 LED 构成字
8、型“8” ，另外，还有一个小数点发光二极管以显示小数位！这种显示器有共阴和共阳两种！发光二极管的阳极连在一起的（公共端）称为共阳极显示器，阴极连在一起的称为共阴极显示器。2、89C51 单片机最小系统最小系统包括晶体振荡电路、复位开关和电源部分。图为 89C51 单片机的最小系统。（1）时钟系统时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号。芯片引脚 XTAL1 为输入端，引脚XTAL2 为输出端，在芯片的外部通过这两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容，形成反馈电路，构成了一个稳定的自激振荡器。电路中的电容 C2 和 C3 一般取 30pF 左右，而晶体的振荡频率范围通常是1.2MHz12MHz，晶体
9、振荡频率高，则系统的时钟频率也高，单片机运行速度也就快。但反过来运行速度快对存储器的速度要求就高，对印刷电路板的工艺要求也高（线间寄生电容要小） 。定时振荡器的工作可由专用寄存器 PCON 的 PD 位进行控制，把 PD 位置“1” ，振荡器停止工作，系统进入低功耗状态。由于一个机器周期共有 12 个振荡脉冲周期，因此机器周期就是振荡脉冲的十二分频。当振荡脉冲频率为 12MHz 时，一个机器周期为 1us，当振荡脉冲频率为 6MHz 时，一个机器周期为 2us。（2）复位系统复位电路的复位信号为高电平有效，其有效时间应持续 24 个振荡脉冲周期（即 2 个机器周期）以上。电阻 R1 与电容 C
10、1 构成 RC 电路，电容 C1 充放电。当 5V 电压加上的瞬间，电容 C1 为正极朝上的电解电容。此刻 C 短路，因为电容 C1 不能突变，所以点 A 此刻也为 5V，而后电压送到 RST 上，随着时间推移，C1 充电至 5V，此刻电容 C1 相当于断路，点 A 电压为0V，RST 端低电平无效。2、电源选择 采用 200W/5V 直流稳压电源作为系统电源，不仅功率上可以满足系统需要，不需要更换电源，并且比较轻便，使用更加安全可靠。电路图如图 3：图 3 电源电路稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路组成。整流和滤波电路：桥式整流是将交流电压变换成脉动电压。滤波电路由电容 C1
11、 组成，其作用是将脉动电压中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压。稳压电路：由于得到的输出电压受负载、输入电压和温度的影响，为了得到更为稳定电压添加了稳压电路，从而输出稳定的电压。电源部分工作原理：220V 交流电通过变压器降压，次级得到 10V 左右的交流电,再经过整流桥整流,7805 稳压，C2、C3 二次滤波消除电感效应，最后输出稳定的直流 5V 电压。3、定时显示部分电路组成定时显示部分硬件电路主要由主要由 4 个共阳极 LED 数码管，4 个 9012 三极管，11 个限流电阻及 89C51 的 P0 口和部分 P3 口组成。（1）LED 数码管LED 数码管光二极管共有两种
12、连接方法：1）共阳极接法：把发光二极管的阳极连接在一起构成公共阴极。公共阳极接+5V。当阴极端输入低电平的段发光二极管就导通点亮，而输入高电平的则不点亮。2）共阴极接法：把发光二极管的阴极连接在一起构成公共阴极。使用时公共阴极接地，这样阳极端输入高电平的段发光二极管就导通点亮，而输入低电平的则不点亮。（2）位控端89C51 中的 P3.4 到 P3.7 构成位控端，与 9012 的基极相连，9012 的集电极与 LED 数码管的集电极相连。9012 起到开关作用，当位控端给出高电平信号时，PNP 三极管进入截止区，此刻三极管相当于断开。当位控端给出低电平信号时，PNP 三极管处于饱和区，此刻三
13、极管相当于闭合。（3）段控端89C51 中的 P0 口构成段控端。与 LED 数码管的 ag 引脚相连。结合程序中的十六进制数字形代码输出显示相应的十进制数字。4、整体电路系统整体电路如下：整机工作原理:当上电后，经复位电路自动复位，在程序运行中，也可进行手动按键复位。此刻电路中的 LED 数码管显示“0000” ，按下一次 P3.0 的功能键进入调时状态，P3.1、P3.2、P3.3口分别用于设定时间。P3.4 到 P3.7 为位控端，控制四个数码管的显示，因为每一个数码管的扫描停留时间为 5ms，而肉眼在每秒扫描 25 次以上的显示便不能够辨别出误差，而此刻每秒扫描达到 50 次，故肉眼看到的显示数码管没有闪烁，以为常亮。数码管 GND 引脚所接的 PNP 起到开关作用。段控 P0 口根据实际需要及程序中的设定，输出相应的低电平，使对应的 LED 发光二极管导通点亮，得到相应的数字。而蜂鸣器的工作原理与数码管类似。跨接 XTAL1 与 XTAL2 的晶体震荡器与电容 C2、C3 形成反馈电路，构成自激震荡器。因为采用 12MHz 的晶震，那么一个机器周期就为 1us，单片机内部的计数器在每个机器周期产生一个记数脉冲。根据这样的原理便可达到定时功能，在程序中应用，实现本课题要求的定时作用。
