时间继电器设计资料.doc

成 绩 评 定 表

学生姓名

班级学号

专 业
电子信息工程
课程设计题目
时间继电器设计
评

语

组长签字：

成绩

日期

20 年 月 日

课程设计任务书
学 院
信息科学与工程学院
专 业
电子信息工程
学生姓名

班级学号

课程设计题目
时间继电器设计
实践教学要求与任务:
1.能正确认识元器件；
2.能读懂电路原理图；
3.能正确掌握PCB图和原理图关系；
4.使用89S52单片机设计时间继电器，可以通过键盘设置时间，通过数码管显示时间，并完成继电器控制。
工作计划与进度安排:
2016年12月12日—2016年12月30日为上机时间；
2017年01月05日上交课程设计报告

指导教师：

201 年 月 日
专业负责人：

201 年 月 日
学院教学副院长：

201 年 月 日

摘 要

随着科学技术的发展，温度的实时显示系统应用越来越广泛，比如空调遥控器上当前室温的显示，热水器温度的显示等等，同时温度的控制在各个领域也都有积极的意义。采用单片机对温度进行控制不仅具有控制方便、简单、灵活性大等特点，而且还可以大幅度提高被控温度的技术指标。
传统的时间继电器用振荡电路来完成延时功能,其时间的长短由RC时间常数确定,存在误差而且延时时间不方便调。在自动化工业控制系统中,采用传统时间继电器组成不同控制电路,一旦组装完成,其功能就无法更改,维护非常困难。基于此,详细介绍了利用51单片机设计时间继电器的方法,解决了如何处理时间精度和方便调整时间的问题,该时间继电器是以51单片机为核心组成的小系统控制三路继电器,可以设定一天中的时间为继电器的开启时间和关闭时间,一共可以设定两组定时模式,延时开的模式和延时关的模式,并具有时间设定功能,用户可以根据实际情况设定需要延时的时间。

关键字：继电器；AT89C51单片机；定时器；数码管

目 录

1 总体设计 1
1.1 设计任务 1
1.2 设计要求 1
1.3 方案论证 1
2 设计思想 1
2.1 硬件设计思想 1
2.2 软件设计思想 2
3　电路原理与电路图 2
3.1 电路原理 2
3.2 电路原理图 3
3.3 AT89S52单片机及其引脚说明 3
3.4 数码管显示系统电路 5
3.4.1 数码管的介绍 5
3.4.2 四位数码管的介绍 6
3.5继电器电路 7
4 系统程序的设计 9
4.1 主程序 9
42 显示子程序 10
4.3 定时器T0、T1中断服务程序 11
4.4 程序清单 11
5 仿真结果 14
5.1 仿真环境 14
5.2 仿真结果 15
6 设计总结 17
参考文献 17

沈阳理工大学创新实践课程设计

时间继电器设计
1 总体设计
1.1 设计任务
（1）实现STC89S52继电器控制。
（2）实现定时器倒计时并用数码管显示。
（3）实现单片机的三个控制键；开始键，分钟键和秒键。
1.2 设计要求
用STC89S52单片机时间继电器设计，可以通过键盘设定时间，时间在数码管上显示，最后控制继电器动作。
1.3 方案论证
方案一：用AT89C51作为主要芯片，采用排阻，并用汇编语言写程序，采用硬件消抖
方案二：采用三极管驱动数码管，C语言编写程序，在编写程序时进行软件消抖
相比之后方案二更简便，因为软件消抖更容易，C语言程序更容易懂，易修改，硬件电路更简单。
2 设计思想
2.1 硬件设计思想
数字电子秒表具有显示直观、读取方便、精度高等优点，在计时中广泛使用。本设计用单片机组成数字电子秒表，力求结构简单、精度高为目标。
设计中包括硬件电路的设计和系统程序的设计。其硬件电路主要有主控制器，计时与显示电路和回零、启动等。主控制器采用单片机AT89S52，显示电路采用四位共阳极LED数码管显示计时时间。由于本实验有四位数码管，如果采用静态显示要占用全部的I/O端口，所以本次试验采用静态显示，
建立最小单片机系统，在AT89S52单片机的P2端通过三极管接上4位七段共阴极数码管，P2.0脚接第一位数码管片选端，P2.1脚接第二位数码管片选端，P2.2脚接第三位数码片选端，P2.3脚接第四位数码管片选端，这四位分别显示秒时间的十位，个位，小数点后一位 ，小数点后两位显示的片选控制端。P2.4脚接小数点控制端。
秒表控制键盘。用P3.0接键盘开启计时键，P3.1接键盘计时暂停键，P3.2接键盘计时复位键。
2.2 软件设计思想
采用C语言编写程序，程序共有四部分；
第一部分是主程序，用于对程序的中断控制、数据等的初始化，并且对秒表控制键盘的扫描。
第二部分时间产生程序，用定时/计数器0中断程序用时产生时间，利用每10m进入本中断程序一次
第三部分4位七段共阴极数码管动态显示程序，用定时/计数1中断程序每50ms对数码管各扫描一次，是利用人眼视觉暂留实现数码管的显示。
第四部分动态扫描延时程序，用于在对数码管动态扫描时，每扫描一个数码管后的延时程序。以实现四位数码时间同时显示的效果。

3　电路原理与电路图
3.1 电路原理
AT89S52单片机做为控制电路，用P1口做为数据输出端，P2口做为4位七段共阴极数码管的片选控制输出口，P3.0，P3.1，P3.2做为键盘接口。时间显示器，由4位七段共阴极数码管构成。
3.2 电路原理图

图3-1 单片机系统电路原理图
3.3 AT89S52单片机及其引脚说明
AT89S52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。
AT89S52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，也可以在线编程。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。
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

图3-2 51单片机引脚图
3.4 数码管显示系统电路
3.4.1 数码管的介绍
本系统输出结果选用4个LED显示。LED数码管的外形结构如图2-4，外部有10个引脚，其中3, 8脚为公共端也称位选端，其余8个引脚称为段选端，当要使某一位数码管显示某一数字((0-9中的一个)必须在这个数码管的段选端加上与数字显示数字对应的8位段选码(也称字形码)，在位选端加上低电平即可。LED有共阴极和共阳极两种。如图2-4所示。
二极管的阴极连接在一起，通常此公共阴极接地，而共阳极则将发光二极管的阳极连接在一起，接入+5V的电压。一位显示器由8个发光二极管组成，其中7个发光二极管构成字型“8”的各个笔划（段）a～g，另一个小数点为dp发光二极管。当在某段发光二极管施加一定的正向电压时，该段笔划即亮；不加电压则暗。为了保护各段LED不被损坏，需外加限流电阻。

共阴极 共阳极
图 3-3 LED数码管结构原理图

图3-4 LED数码管引脚图
数码管显示器有两种工作方式，即静态显示方式和动态扫描显示方式。为节省端口及降低功耗，本系统采用动态扫描显示方式。动态扫描显示方式需要解决多位LED数码管的“段控”和“位控”问题，本电路的通过P1口实现：而每一位的公共端，即LED数码管的“位控”，则由P3口控制。这种连接方式由于多位字段线连在一起，因此，要想显示不同的内容，必然要采取轮流显示的方式，即在某一瞬间，只让其中的某一位的字位线处于选通状态，其它各位的字位线处于断开状态，同时字段线上输出这一位相应要显示字符的字段码。在这一瞬时，只有这一位在显示，其他几位则暗。在本系统中，字位线的选通与否是通过PNP三极管的导通与截止来控制，即三极管处于“开头”状态。
使用LED显示器时，要注意区分这两种不同的接法。为了显示数字或字符，必须对数字或字符进行编码。七段数码管加上一个小数点，共计8段。因此为LED显示器提供的编码正好是一个字节。TX实验板用共阴LED显示器，根据电路连接图显示16进制数的编码已列在下表。

表3-1 LED字形显示代码表

字型
共阳极段
共阴极段
字型
共阳极段
共阴极段
0
C0H
3FH
9
90H
6FH
1
F9H
06H
A
88H
77H
2
A4H
5BH
B
83H
7CH
3
B0H
4FH
C
C6H
39H
4
99H
66H
D
A1H
5EH
5
92H
6DH
E
86H
79H
6
82H
7DH
F
84H
71H
7
F8H
07H
空白
FFH
00H
8
80H
7FH
P
8CH
73H

3.4.2 四位数码管的介绍
数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。四位数码管阳=阴极连接在一起，阳极分开有各自的位选，动态显示的特点是将所有位数码管的段选线并联在一起，由位选线控制是哪一位数码管有效。选亮数码管采用动态扫描显示。所谓动态扫描显示即轮流向各位数码管送出字形码和相应的位选，利用发光管的余辉和人眼视觉暂留作用，使人的感觉好像各位数码管同时都在显示。动态显示的亮度比静态显示要差一些，所以在选择限流电阻时应略小于静态显示电路中的。

图3-5 数码管显示效果图

图3-6 数码管内部驱动电路

3.5继电器电路
继电器（英文名称：relay）是一种电控制器件，是当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。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）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“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。
图3-7 继电器
继电器线圈在电路中用一个长方框符号表示，如果继电器有两个线圈，就画两个并列的长方框。同时在长方框内或长方框旁标上继电器的文字符号“J”。继电器的触点有两种表示方法：一种是把它们直接画在长方框一侧，这种表示法较为直观。另一种是按照电路连接的需要，把各个触点分别画到各自的控制电路中，通常在同一继电器的触点与线圈旁分别标注上相同的文字符号，并将触点组编上号码，以示区别。继电器的触点有三种基本形式：
1、动合型（常开）（H型）线圈不通电时两触点是断开的，通电后，两个触点就闭合。以合字的拼音字头“H”表示。
2、动断型（常闭）（D型）线圈不通电时两触点是闭合的，通电后两个触点就断开。用断字的拼音字头“D”表示。
3、转换型（Z型）这是触点组型。这种触点组共有三个触点，即中间是动触点，上下各一个静触点。线圈不通电时，动触点和其中一个静触点断开和另一个闭合，线圈通电后，动触点就移动，使原来断开的成闭合，原来闭合的成断开状态，达到转换的目的。这样的触点组称为转换触点。用“转”字的拼音字头“z”表示。
继电器是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中，是最重要的控制元件之一。
继电器一般都有能反映一定输入变量（如电流、电压、功率、阻抗、频率、温度、压力、速度、光等）的感应机构（输入部分）；有能对被控电路实现“通”、“断”控制的执行机构（输出部分）；在继电器的输入部分和输出部分之间，还有对输入量进行耦合隔离，功能处理和对输出部分进行驱动的中间机构（驱动部分）。作为控制元件，概括起来，继电器有如下几种作用：
1）扩大控制范围：例如，多触点继电器控制信号达到某一定值时，可以按触点组的不同形式，同时换接、开断、接通多路电路。
2）放大：例如，灵敏型继电器、中间继电器等，用一个很微小的控制量，可以控制很大功率的电路。
3）综合信号：例如，当多个控制信号按规定的形式输入多绕组继电器时，经过比较综合，达到预定的控制效果。
4）自动、遥控、监测：例如，自动装置上的继电器与其他电器一起，可以组成程序控制线路，从而实现自动化运行。

图3-8 继电器驱动电路
4 系统程序的设计
4.1 主程序
本设计中，计时采用定时器T0中断完成，其余状态循环调用显示子程序，当端口开关按下时，转入相应功能程序。其主程序执行流程见下图。

开始

显示单元清0

调用显示子程序
允许T0中断
T0，T1设为16位计数器模式

键按下

是

否

整分钟

否

是
进入功能程序

图4-1 主程序流程图
4.2 显示子程序
数码管显示的数据存放在内存单元70H－75H中。其中70H-71H存放秒数据，72H-73H存放分数据，74H-75H存放时数据，每一地址单元内均为十进制BCD码。由于采用软件动态扫描实现数据显示功能，显示用十进制BCD码数据的对应段码存放在ROM表中。显示时，先取出70H-75H某一地址中的数据，然后查得对应的显示用段码，并从P0口输出，P2口将对应的数码管选中供电，就能显示该地址单元的数据值。为了显示小数点及“－”、“A”等特殊字符，在显示班级及计时时采用不同的显示子程序。
4.3 定时器T0、T1中断服务程序
定时器T0、T1用于时间计时，定时溢出中断周期可分别设为50ms和10ms.中断进入后，现判断是时钟计时还是秒表计时，时钟计时累计中断20次（即1s）时，对秒计数单元进行加1操作，秒表计时每10ms进行加1操作。在计数单元中采用十进制BCD码计数，满60（秒表功能时有100）进位，T0中断服务程序执行流程见下图：
图4-2 定时器流程图
4.4 程序清单
#include
#define uint unsigned int；//定义变量类型
#define uchar unsigned char
sbit key1=P3^1; //定义按键接口
sbit key2=P3^2;
sbit DP=P1^7;
uint bb,shu; //定义变量
int aa=0;
uchar table[]={ 0X3F,0X06,0X5B,0X4F,0X66,0X6D,0X7D,0X07,0X7F,0X6F}; //寄存器地址定义
void delay(uint z);延时程序
void keyscan(); //键盘扫描程序
void display(aa); //显示程序
void delay(uint z)；//延时子程序
{
uint x,y;
for(x=20;x>0;x--)；//每20秒延时一次
for(y=z;y>0;y--);
}
void keyscan()；//键盘扫描，采用循环嵌套
{
if(key1==0) //判断P1.0的电平，决定是否延时
{
delay(10);
if(key1==0)
{
shu=1;
}
while(!key1);
}
if(key2==0)
{
delay(10);
if(key2==0)
{
shu=2;
}
while(!key2);
}
}
void display(aa)；//显示子程序，输出到七段四位数码管
{
P1=~table[aa/1000];
P2=0x7f;
delay(15); //延时
P2=0xff;
P2=0xff;
delay(1);
P1=~table[aa/100%10];
DP=0;
P2=0xbf;
delay(15);
P2=0xff;
P2=0xff;
delay(1);
P1=~table[aa%100/10];
P2=0xdf;
delay(15);
P2=0xff;
P2=0xff;
delay(1);
P1=~table[aa%10];
P2=0xef;
delay(15);
P2=0xff;
P2=0xff;
delay(1);
}
void time0() interrupt 1 //定时模块
{
TH0=(65536-10000)/256; //TH0中断
TL0=(65536-10000)%256; //TL0中断
aa++;
if(aa>9999)
{
aa=0;
}
}
void main() //主程序
{
TMOD=0X01;
TH0=(65536-10000)/256;
TL0=(65536-10000)%256;
EA=1;
ET0=1;
while(1)
{
keyscan();
if(shu==1)
{
TR0=1; //寄存器初始化
shu=0;
}
if(shu==2)
{
TR0=0;
shu=0;
}
display(aa);
}
}
5 仿真结果
5.1 仿真环境
Proteus 是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是：①实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。
②支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：ARM7(LPC21xx)、 8051/52系列、AVR系列、PIC10/12/16/18系列、HC11系列以及多种外围芯片。
③提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如Keil C51 uVision2、MPLAB等软件。
④具有强大的原理图绘制功能。总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大。
5.2 仿真结果

图5-1 仿真开始

运行开始前，数码显示管显示为00.00。
按下开始键后，秒表程序运行，数码管开始跑动，如图5-2所示。
图5-2 仿真倒计时
按下复位键，数码管清零，如图5-3所示。
图5-3 仿真清零

6 设计总结
在作此课程设计中，感觉比平时上课学习了很多东西，一方面自己在独立思考和动手的能力上有了一定的提高。另一方面在同学间合作上也有了进一步的认识和深入。在实验中发现，其实在难编写的程序都是由一些基础程序模块构成的，很多的基础模块前人就已经做好了，最重要的还是要自己的基础扎实，同时，自己的思路要非常的清晰。实验完后，感觉到平时掌握的东西太少了，要真正实现学有所成、学有所用还有很长的路要走。
现在电子信息技术发展迅速，我们现在学的东西在社会上也许已经或即将被淘汰。因此在学校要学的不仅是书本上的东西，更重要的是自学的能力、独立思考的能力和动手的能力。要想在竞争异常激烈的现代社会立足，就必须有实力。在学校的时间是最好的学习机会，一定要珍惜好这有限的时间，多学知识，尽量充实自己，为以后进入社会多做准备。
参考文献
[1] 邹丽新，翁桂荣.单片机微型计算机原理，苏州大学出版社，2001.12
[2] 邹丽新，翁桂荣.单片机微型计算机及接口技术，苏州大学出版社，2002.4
[3] 徐爱钧，彭秀华.单片机高级语言环境编程与应用，北京电子工业出版社，2001.7
[4] 求是科技，单片机典型模块设计实例导航，北京人民邮电出版社，2004.5
[5] 高峰，单片微型计算机原理与接口技术，科学出版社，2007
[6] 李飞，单片机原理及其应用，西安电子科技大学出版社，2007

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