节能时控器设计-毕业论文.doc

摘 要众所周知，现阶段我国的电力资源损耗十分巨大，而人们的生产及生活又少不了电力资源。以电力供应为例，一些家用电器的耗电量是很大的，比如空调，电暖气等。有些工厂是名副其实的耗电大户，如电解铝、炼钢厂等。在本文中我将介绍一种新的节能的方法，通过以一片STC89S52为主控制器的单片机电路，采用分时控制，以达到被控制电器设备的工作与否。 此方法的核心实际上是一台基于单片机的数字电子钟，设有LED数码管显示，用来显示实际时间以及显示用按键调整的中断开始和结束的时间，采用6MHz晶振，通过设置产生精确的定时初值，这样即可完成精确计时；蜂鸣器和发光二极管，用来达到声光报警的作用。由于其体积小、成本低，计时准确，功耗小，不仅适合嵌入到各种能耗大的工控设备中进行控制，也适合居民的家用电器节能控制，而且节能效果显著。关键词：分时控制；单片机；LED数码管；声光报警AbstractAs everyone knows, electric power resource of our country loss very enormous the present stage, production and live a life, cant do without the electric power resource also of people.To the electricity supply as an example, some of the electricity consumption is a big household electrical appliances, such as air conditioning, heating, such as. Some of the power plant is truly large, such as aluminum, steel plant, and so on. In this article I will introduce a new energy-saving method, mainly to a STC89S52 Controller MCU circuit, a time-sharing control, to achieve control of electrical equipment was not working. This method is actually the core of a microcontroller based on the number of electronic bell, with the LED digital display, to display the actual time used keys and adjust the suspension to begin and end, a 6 MHz crystal, by setting a Initial precise timing, so to complete the precise time; buzzer and light-emitting diodes, used to reach a sound and light the role of the police. Because of its small size, low cost, timing accuracy, power consumption small, not only for large embedded in all kinds of energy consumption in the industrial control equipment, but also for residents of energy-saving household appliances control, and energy-saving effect significantly. Keywords: shared-time control ;single chip microprocessor;LED digital ;sound and light alarm目 录1 绪 论12 节能时控器硬件方案论证22.1 基本模块设计方案论证22.2 控制器方案论证22.3 显示模块方案论证32.4 输出控制模块设计方案论证32.5 键盘电路模块设计方案论证33 节能时控器的需求分析53.1 可行性分析53.2 技术可行性分析53.3 经济分析53.4 时间可行性54 硬件设计74.1 STC89S52简介74.2 数码管显示器显示原理124.2.1 LED数码管显示器的构造及特点124.2.2 LED数码管显示器的基本原理144.3 电磁继电器的工作原理和特性174.4 驱动原理及选择184.5 蜂鸣器原理及选择184.6 键盘设计195 软件设计205.1 主程序分析205.2 单片机计时原理215.3 系统仿真图225.4 子程序分析236 节能时控器调试与测试256.1 硬件调试256.2 软件调试267 技术与经济效益分析及维护287.1 技术与经济分析287.2 使用及维护29结论30参考文献31致 谢32附录 程序源码33附录 使用方法4315 1 绪 论众所周知，现阶段我国的能源缺口很大，而人们的生产及生活又少不了能源。以电力供求为例，有些家用电器的耗电量是很大，如家庭取暖器冷暖式空调等。有些工厂是名副其实的耗电大户，如电解铝电解铜生产厂炼钢厂等。如能采取一些合理化的用电方式，则可能较大幅度地节能或节支。其中一个较好的方法就是分时控制作业。现阶段，不仅工业用电而且生活用电均采取分时计费的方法。如果能将白天用电高峰期开动的一些设备改在夜晚用电低谷时期使用，则不仅可以大大减轻电网的负担，而且还可有效减少用户的用电费用。本设计是通过自己设计电路图以单片机为主，将电器、控制模块、报警模块、显示模块相结合，在焊接的电路板上实现出来。首先使用Proteus 99SE软件进行绘制硬件电路图，用编译软件进行编程与调试，最终生成hex文件，传入单片机内部，从而实现仿真效果。2 节能时控器硬件方案论证2.1 基本模块设计方案论证 本设计要求能与本地时间一直，即为可设置时间，有显示装置显示。可设置闹钟，即定时时间到有报警装置报警。当断电时，有备用电源供电，使节能时控器持续运作。而本设计最重要的一点是当用电高峰和低谷时，可自动开/关，实现节能这一特点。根据节能时控器系统的功能要求，该设计要分为6个模块：显示器模块控制器模块电源模块输出控制模块蜂鸣器模块，按键输入模块。如图2.1按键输入模块电源显示模块控制器蜂鸣器输出控制图2.1 节能时控器模块图2.2 控制器方案论证方案一：用PLC做控制器，PLC模块上也可以集成定时 ，显示电路等。PLC 开发周期短，使用容易，开发成本低，批量成本高，但本人对PLC的掌握程度不是很深，对它的软件梯形图编程使用也不是很熟练，故不能选择PLC做控制器。方案二：采用单片机技术中的STC89C52型号单片机做控制器，由于单片机设计电路简单，便于焊接。基于上述比较，采用方案二2.3 显示模块方案论证显示模块要把定时器的时间通过显示器显示出来，以方便人去观看。在这里我提出两种方案。方案一：采用LED数码管做显示器。LED数码管亮度高，醒目，电路设计简单，占用资源少且信息量少，只需用驱动电路驱动即可。方案二：采用LCD液晶显示器。LCD具有明显的优点，工作电流低，故器件功耗很低，尺寸小，虽然字迹美观，但字迹看起来不是很清晰，没有LED表现出来的那么好。基于上述描述，采用方案一。2.4 输出控制模块设计方案论证交流控制接口电路实现弱电控制强电，我首选两种方案实现控制。方案一：可控硅控制，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，价钱高。方案二：继电器控制：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。寄予从学习角度考虑我选择价钱便宜的继电器。2.5 键盘电路模块设计方案论证键盘接口电路实现控制功能，我首选两种方案实现控制。方案一：独立键盘控制，每个按键单独占用一个I/O口线，每根I/O的按键工作状态不会影响其他的I/O接口线上的工作状态。但是在按键较多的时候电路复杂，I/O端口浪费。用于按键少的系统。方案二：矩阵式键盘控制，就是用I/O口线组成行、列结构，用于多个按键系统的电路。根据电路设计由于只用4个按键，我选用第一个方案。基于上述可以确定模块即图2.2。独立按键输入电源LED显示单片机蜂鸣器继电器输出图2.2 节能时控器具体模块图3 节能时控器的需求分析3.1 可行性分析可行性分析主要在技术可行性、经济可行性、时间可行性、硬件和软件的需求可行性上做一个概括的分析，分析节能时控器并实现其功能。3.2 技术可行性分析节能时控器系统的设计主要需要单片机技术、LED数码管显示技术、键盘输入技术、报警技术。这些技术已经成熟，获得广泛的应用，单片机方面，在学校期间学习过51系列单片机，并能进行编程、调试等对其有一定的操作能力，实现单片机控制没有问题。数码管显示部分，选择用7段数码管做显示器显示很简单。在驱动数码管显示方面，我选用了7段数码管 。报警器部分，我用普通的报警器就可，只需要用一个三极管做驱动就可以。在技术方面可以实现电子定时器设计与实现。3.3 经济分析1.器件的经济分析：设计节能时控器需要STC89C52单片机芯片市场价格6元，7段数码管市场价格4元。电容、电阻、数码管、导线等等需要10元。由于本产品的开发是在学校内进行的，软硬件设备都以具备，因此节省了一些花费。在这里只需花费设备的磨损费用按30元算。2.资料的经济分析：购买资料书籍需要50元，上网查阅资料网费需要20元。3.个人的经济分析：个人在比设期间需要生活费用，电费用，坐车费用等 ，合计100元。根据上述所述做毕业设计的经济费用合计需要220元，本人可以接受。3.4 时间可行性 实现本系统设计要四阶段，第一阶段需要对节能时控器部分的知识有所深刻的了解及能达到应用效果，对7段数码管的使用要明确，查阅资料需要两个星期的时间：第二阶段硬件电路设计部分将单片机技术、报警器报警技术，键盘输入控制技术，数码管显示技术结合起来实现单片机通过键盘，进行时间进行定时，定时控制其他设备的电源。这电路设计部分非常重要，也是本设计的重点在这方面需要花费一个半月的时间。通过单片机的引脚，将这时间这些信号送给LED数码管进行显示定时时间，在通过报警器报警申明定时到点，然后再用继电器控制LED功率灯。这电路设计部分非常重要，也是本设计的重点在这方面需要花费一个半月的时间。第三阶段就是软件部分，通过编程调试实现电子定时器能够准确的定时，软件部分需要花费两个星期的时间。第四阶段毕业设计的论文部分及毕业设计答辩，毕业设计论文需要多次的修改，才能达到要求，答辩也需要一些时间准备，我需要半个月的时间来完成。4 硬件设计4.1 STC89S52简介 STC89S52是51系列单片机的一个型号，它是ATMEL公司生产的。STC89S52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。STC89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程(S系列的才支持在线编程)。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。STC89S52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。主要功能特性：兼容MCS51指令系统 8k可反复擦写(1000次）Flash ROM 32个双向I/O口 256x8bit内部RAM 3个16位可编程定时/计数器中断 时钟频率0-24MHz 2个串行中断 可编程UART串行通道 2个外部中断源 共6个中断源 2个读写中断口线 3级加密位 低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能 STC89S52各引脚功能及管脚电压 概述：AT89C52P为40 脚双列直插封装的8 位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定，在本设计中，P0 端口（3239 脚）被定义为N1 功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13 脚定义为IR输入端，10 脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12 脚、27 脚及28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU 的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。P0 口：P0 口是一组8 位漏极开路型双向I/O 口， 也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8 个TTL逻辑门电路，对端口P0 写“1”时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash 编程时，P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1 口：P1 是一个带内部上拉电阻的8 位双向I/O 口， P1 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。与AT89C51 不同之处是，P1.0 和P1.1 还可分别作为定时/计数器2 的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX），参见表1。Flash 编程和程序校验期间，P1 接收低8 位地址。表4.1为P1.0和P1.1的第二功能。表4.1 引脚功能引脚号功能特性P1.0T2，时钟输出P1.1T2EX（定时/计数器2）P2 口：P2 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对端口P2 写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。在访问外部程序存储器或16 位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR 指令）时，P2 口送出高8 位地址数据。在访问8 位地址的外部数据存储器（如执行MOVX RI 指令）时，P2 口输出P2 锁存器的内容。Flash 编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。P3 口：P3 口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对P3 口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3 口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3 口除了作为一般的I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能P3 口还接收一些用于Flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。ALE/PROG： 当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8 位字节。一般情况下，ALE 仍以时钟振荡频率的1/6 输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE 脉冲。对Flash 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH 单元的D0 位置位，可禁止ALE 操作。该位置位后，只有一条MOVX 和MOVC指令才能将ALE 激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE 禁止位无效。PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN 有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。EA/VPP：外部访问允许。欲使CPU 仅访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），EA 端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1 被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU 则执行内部程序存储器中的指令。Flash 存储器编程时，该引脚加上+12V 的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V 编程电压Vpp。XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。器0和定时器1：STC89S52的定时器0和定时器1 的工作方式与AT89C51 相同。定时器2：定时器2 是一个16 位定时/计数器。它既可当定时器使用，也可作为外部事件计数器使用，其工作方式由特殊功能寄存器T2CON（如表3）的C/T2 位选择。定时器2 有三种工作方式：捕获方式，自动重装载（向上或向下计数）方式和波特率发生器方式，工作方式由T2CON 的控制位来选择。定时器2 由两个8 位寄存器TH2 和TL2 组成，在定时器工作方式中，每个机器周期TL2 寄存器的值加1，由于一个机器周期由12 个振荡时钟构成，因此，计数速率为振荡频率的1/12。在计数工作方式时，当T2 引脚上外部输入信号产生由1 至0 的下降沿时，寄存器的值加1，在这种工作方式下，每个机器周期的5SP2 期间，对外部输入进行采样。若在第一个机器周期中采到的值为1，而在下一个机器周期中采到的值为0，则在紧跟着的下一个周期的S3P1 期间寄存器加1。由于识别1 至0 的跳变需要2 个机器周期（24 个振荡周期），因此，最高计数速率为振荡频率的1/24。为确保采样的正确性，要求输入的电平在变化前至少保持一个完整周期的时间，以保证输入信号至少被采样一次。捕获方式：在捕获方式下，通过T2CON 控制位EXEN2 来选择两种方式。如果EXEN2=0，定时器2 是一个16 位定时器或计数器，计数溢出时，对T2CON 的溢出标志TF2 置位，同时激活中断。如果EXEN2=1，定时器2 完成相同的操作，而当T2EX 引脚外部输入信号发生1 至0 负跳变时，也出现TH2 和TL2 中的值分别被捕获到RCAP2H 和RCAP2L 中。另外，T2EX 引脚信号的跳变使得T2CON 中的EXF2 置位，与TF2 相仿，EXF2 也会激活中断。捕获方式如图4.1 所示。自动重装载（向上或向下计数器）方式：当定时器2工作于16位自动重装载方式时，能对其编程为向上或向下计数方式，这个功能可通过特殊功能寄存器T2CON（见表5）的DCEN 位（允许向下计数）来选择的。复位时，DCEN 位置“0”，定时器2 默认设置为向上计数。当DCEN置位时，定时器2 既可向上计数也可向下计数，这取决于T2EX 引脚的值，参见图5，当DCEN=0 时，定时器2 自动设置为向上计数，在这种方式下，T2CON 中的EXEN2 控制位有两种选择，若EXEN2=0，定时器2 为向上计数至0FFFFH 溢出，置位TF2 激活中断，同时把16 位计数寄存器RCAP2H 和RCAP2L重装载，RCAP2H 和RCAP2L 的值可由软件预置。若EXEN2=1，定时器2 的16 位重装载由溢出或外部输入端T2EX 从1 至0 的下降沿触发。这个脉冲使EXF2 置位，如果中断允许，同样产生中断。定时器2 的中断入口地址是：002BH 0032H 。当DCEN=1 时，允许定时器2 向上或向下计数，如图4.2 所示。这种方式下，T2EX 引脚控制计数器方向。T2EX 引脚为逻辑“1”时，定时器向上计数，当计数0FFFFH 向上溢出时，置位TF2，同时把16 位计数寄存器RCAP2H 和RCAP2L 重装载到TH2 和TL2 中。 T2EX 引脚为逻辑“0”时，定时器2 向下计数，当TH2 和TL2 中的数值等于RCAP2H 和RCAP2L中的值时，计数溢出，置位TF2，同时将0FFFFH 数值重新装入定时寄存器中。当定时/计数器2 向上溢出或向下溢出时，置位EXF2 位。根据主机系统的芯片选择和引脚说明，可以画出主机系统的电路图，如下图所示。图4.1 单片机电路图STC89S52的P0口既做地址线也做数据线，使用片内振荡器接法，外接一个6MHZ的晶振。 根据本题目要求结合实际，所以使用STC89S52单片机，已达到目的。4.2 数码管显示器显示原理在单片机系统中，经常用LED（发光二极管）显示器来显示单片机系统的工作状态，运算结果等各种信息。LED数码管显示器是单片机与人对话的一种重要输出设备。本设计中LED只需要显示出09数字即可。4.2.1 LED数码管显示器的构造及特点图4.2是LED数码管显示器的构造。图4.3和图4.4分别是共阳极显示和共阴极显示。图4.2它实际是由8个发光二极管LED组成，其中的7个发光二极管排列成“8”字形的笔画段，另一个发光二极管为圆点形状，安装在显示器的右下角作为小数点使用。通过发光二极管位选和段选的不同组合，从而可显示出0-9的阿拉伯数字以及其它能由这些笔画段构成的各种字符。8个LED分别为a,b,c,d,e,f,g,dp,每一个LED称之为一个字段，dp为小数点。LED数码管显示器的内部结构分为共阴极和共阳极两种显示方式。共阳极显示器，其内部电路如图4.3所示，即8个发光二极管的正极全部连接在一起组成公共端，负极则各自独立引出。使用时公共阳极接+5V，这时阴极接低电平的发光二极管就导通点亮，接高电平的则不亮。另一种是共阴极显示器，其内部电路图如图4.4所示，即8个发光二极管的负极全部连接在一起组成公共端，正极则各自独立引出。使用时公共阴极接地，这时阳极接高电平的发光二极管就导通点亮，接低电平的则不亮。图4.2 LED数码管显示器构造 图4.3 共阳极显示 图4.4 共阴极显示从尺寸上分，LED数码管显示器的种类很多，常用的有0.30.50.81.11.21.51.82.33.03.05.0寸等。一般小于1.0寸的为单管芯，1.21.5寸为双管芯，1.8寸以上的为3个以上的管，因而它们的供电电压不同，一般每个管芯的压降为2V左右。通常，0.8寸以下采用5V供电，1.02.3寸采用12V供电，3.0以上的选择更高电压供电。驱动电路中的限流电阻R通常根据LED的工作电流计算得到。R=（-）/式中，为电源电压（+5V），为LED压降（一般取2V左右），为工作电流（可取120mA）。R通常取几百。如果把7段数码管的每一字段都等效成发光二极管的正负两个极，共阴极把a,b,c,d,e,f,g的7个发光二极管的负极连接在一起并接地，正极接到7段译码驱动电路相对应的驱动上。共阳极是把a,b,c,d,e,f,g的7个发光二极管的正极连接在一起并接到5V的电源上，其余的7个负极接到相应的输出端上。7段显示数码管电路限流限阻计算公式：限流电阻=5V电源电压发光二极管的工作电压/1015mA 发光二极管的工作电压一般在1.82.2V之间，为了计算方便，通常选取2V。发光二极管的工作电流选取1025mA之间即可，电流过小，7段数码管不亮，过大数码管容易烧坏。本设计采用的是共阴极的接法。4.2.2 LED数码管显示器的基本原理为了显示数字或符号，要为LED数码管显示器提供带码，因为这些代码是为了显示字形的，因此称之为字形代码。七段发光二极管，再加上一个小数点位，共计8位代码，由一个数据字节提供。各数据位的对应关系如表4.2所列。数据位D7D6D5D4D3D2D1D0显示段h(dp)gfedcba表4.2 数据位关系列表LED数码显示器的字形（段）码表如表4.3所列。表4.3 LED显示字形码表显示字形字形码（共阳极）字形码（共阴极）0C0H3FH1F9H06H2A4H5BH3B0H4FH499H66H592H6DH682H7DH7F8H07H880H7FH990H6FH熄灭FFH00H数码管显示方式：静态显示：所谓静态显示，就是每一个显示器各笔画段都要独占具有锁存功能的输出口线，CPU把欲显示的字形代码送到输出口上，就可以使显示器显示出所需的数字或符号。此后，即使 CPU不再去访问它，显示的内容也不会消失(因为各笔画段接口具有锁存功能)。 静态显示法的优点是显示程序十分简单，显示亮度大。由于CPU不必经常扫描显示器，所以节约了CPU的工作时间。但静态显示也有其缺点，主要是占用的IO口线较多，硬件成本也较高。所以静态显示法常用在显示器数目较少的应用系统中。动态显示动态扫描显示是单片机应用系统中最常用的显示方式之一。它是把所有显示器的8个笔画段ah的各同段名端互相并接在一起，并把它们接到字段输出口上。为了防止各个显示器同时显示相同的数字，各个显示器的公共端COM还要受到另一组信号控制，即把它们接到位输出口上。这样，对于一组LED数码管显示器需要由两组信号来控制：一组是字段输出口输出的字形代码，用来控制显示的字形，称为段码；另一组是位输出口输出的控制信号，用来选择第几位显示器工作，称为位码。在这两组信号的控制下，可以一位一位地轮流点亮各个显示器，显示各自的数码，以实现动态扫描显示。在轮流点亮一遍的过程中，每位显示器点亮的时间是极为短暂的(15 ms)。由于LED具有余辉特性以及人眼视觉的惰性，尽管各位显示器实际上是分时断续地显示，但只要适当选取扫描频率，给人眼的视觉印象就会是在连续稳定地显示，并不察觉有闪烁现象。动态扫描显示由于各个数码管的字段线是并联使用的，因而大大简化了硬件线路。在实际的单片机系统中，LED显示程序都是作为一个子程序供监控程序调用，因此各位显示器都扫过一遍之后，就返回监控程序。返回监控程序后，进行一些其他操作，再调用显示扫描程序。通过这种反复调用来实现LED数码管显示器的动态扫描。动态扫描显示在使用时必须反复调用显示子程序，若CPU要进行其他操作，显示子程序只能插入循环程序中，这往往束缚了CPU的工作，降低了CPU的工作效率。另外扫描显示电路中，显示器数目也不宜太多，一般在12个以内，否则会使人察觉出显示器在分时轮流显示。原理如图4.5所示。这两种显示方式各有利弊：静态显示法虽然数据显示稳定，占用很少的CPU工作时间，但每个显示单元都需要单独的显示驱动电路，使用的电路硬件较多。动态扫描显示占用的 CPU时问多，但使用的硬件少，能节省线路板空间及降低成本。动态扫描显示由于外围元件少，降低了成本，充分发挥了软件的优势，因而在单片机系统中得到了广泛的应用。综上所述，本设计运用动态扫描法进行。图4.5 显示电路原理图图中P1.0P1.7均是段选，而P3.0P3.3是位选。R4R11这8个1.5K电阻为上拉电阻。4.3 电磁继电器的工作原理和特性 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”。主要技术参数：触点形式：1c（spdt）触点负载：3A 220V AC/30V DC阻抗：=10万次4.4 驱动原理及选择驱动电路中，我们知道，有前向驱动器，反向驱动器，还有就是一种特别普遍的三极管驱动，本设计就是运用了三极管驱动。三极管的基极B接到单片机的引脚上，三极管的发射极E接到继电器的线圈的一端，三极管的另一端接到+5V电源VCC上，继电器线圈两端并接一个二极管IN4148,用于吸收释放继电器线圈断电时产生的反向电动势，防止电势击穿三极管及干扰其他电路。当单片机引脚发出信号的时候，继电器的常开点就马上吸合，所控制的交流电器的电路形成回路，被控设备就通上电 ，开始工作实现弱点控制强电。如图4.6所示。图4.6 继电器原理图4.5 蜂鸣器原理及选择蜂鸣器发声原理是电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场来驱动振动膜发声的，因此需要一定的电流才能驱动它，单片机IO引脚输出的电流较小，当P2.4输出低电平时，电容充电导通，这样蜂鸣器的电流形成回路，发出声音。因此，我们可以通过程序控制P2.4脚的电平来使蜂鸣器发出声音和关闭，如下图4.9所示：图4.9 蜂鸣器原理图由于本设计对报警装置需求不是很大，选用一般蜂鸣器即可满足条件。4.6 键盘设计本设计的一个难点就是其中的按键输入部分，单片机的按键输入一般可分为简单的独立式按键输入及行列式按键输入两种。独立式键盘输入适合按键输入不多的情况，具有占用口线少，软件编写简单容易等特点。行列式键盘输入软件编写较复杂，对初学者而言有一定的难度。很多状态下，按键输入的值要同时在LED数码管上显示出来。本设计就是采用独立式按键输入方式设计的。本设计只需要4个按键就可以实现目的，一个SET按键，作为工作模式设定键，共可设定“走时”、“调整走时时间”、“输入定时1”“输入定时2”四种模式，一个on/off开关按键，即为整体电路的总开关。一个up输入数据递增键，只能增加，如果持续点按次键，当达到9时，再次点按，然后变成0。一个left左移键。此键功能只能向左移动，点按4次，复位。5 软件设计5.1 主程序分析图5.1 主程序流程图图5.1 为主程序流程图。主程序只负责进行走时或调整时间的运算及显示，而判断按键输入则放在T1定时中断（10ms）服务子程序中。T0作为走时的基准被设置为100ms定时中断。这种设计的优点是大大简化了主程序设计，并且CPU会定时关心键盘，只要定时中断时间足够短，就不会漏掉每一次的按键输入。我们将显示走时、显示调整走时、显示调整定时1、显示调整定时2，做成4个子程序，分别由Set为0、1、2、3时散转后的“显示走时并判断定时1、2到否程序” 、“显示调整走时程序” 、“显示调整定时1程序” 、“显示调整定时2程序”进行调用。为达到某位的现实最亮（稳定显示），而其它3位显示较暗（有闪烁感）的视觉效果，让3位显示较暗的数码管每位点亮3ms，而显示最亮的那位数码管点亮36ms即可。当SET=0时，即在没按SET时，判定是否到达定时1程序，如果没有达到定时1或2直接返回；当SET=1时，即按1次SET键，进入调整时间模式；当SET=2时，即按2次SET键，显示调整定时1的模式，此时可以进行定时1电子钟的设置；当SET=3时，即按3次SET键，显示调整定时2的模式，此时可以进行定时2电子钟的设置。5.2 单片机计时原理单片机作精确地电子钟使用，其根本原因是利用了单片机内部的一个16位定时器（T0或T1），通过设置，使T0（或T1）产生一定时间（如100ms）的精确定时中断。另外，还需要建立个软件计数器单元（如deda,sec,min等）进行配合。例如：每次当定时中断时，使deda加1，当deda满10时（此时时间为1000ms），使sec加1，同时清除deda。当sec满60时（此时时间为60s），使min加1，同时清除sec。这样即可完成精确计时。由于软件编程的灵活性，实际上可随意做出任意进制的正计时或倒计时电子钟。图5.2为单片机构成电子钟的原理框图。T0定时器100ms定时中断100ms单元（ded）加1hour单元加1min单元加1sec单元加1Ded=10?sec=60?min=60?图5.2 单片机构成电子钟的原理框图5.3 系统仿真图图5.3 系统未运行仿真图图5.4 运行的节能时控器仿真图5.4 子程序分析变量定义及初始化模块：uchar x4; /*存放走时的数组*/uchar y4=0，0，0，0; /*存放定时的1数组*/uchar z4=o，o，0，0; /*存放定时的2数组*/uchar deda=0; /*100ms计数单元清0*/bit d_05s=O; /*0.5秒标志*/bit o_fl=0; /*定时1启/停标志*/bit