饮水机循环定时器的设计学位论文Word格式文档下载.docx

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专业测试表明，办公场所通常使用的是600W功率的冷热两用饮水机，在24小时全天开机情况下的耗电量是每台1.2至1.7度，年耗电约600度！

据调查，因为有人加班或因疏忽却无人关机等原因，有约90%的办公场所饮水机全天24小时开机。

实际上饮水机需要进行加热的时间只占到每周总时间的一半甚至三分之一，也就是说，饮水机很多时候在待机中白白浪费电。

生活中因饮水机短路、无水空烧引起的火灾事故不计其数，饮水机长时间处于待机状态不但浪费电，还极为不安全。

此外电源专业人士反复提醒：

长期通电的电器、插座等很容易因为过载、短路及雷击而发生危险，引起一系列事故。

本文论述的饮水机定时器能够有效地解决上述的一些问题，该定时器电路能够稳定实现循环定时，还能实现自动周期性切断电源，控制电器设备的运行，起到降低成本、节能环保、延长电器寿命的作用。

二定时器的发展现状

定时器总的来说有两种类型：

一是基于模拟技术的传统产品,这种定时器功能简单,尽管曾被广泛应用过,但已进入淘汰之列；

另一种就是基于数字技术的新一代产品,这种产品功能强,是前者的换代之物。

然而,此类产品大多是较大型的设备,真正携带方便、实用、功能齐全的“大路”商品就很少可见，应用很少了。

随着单片机的不断研发和进步,应用在新一代产品上越来越广泛,延伸到可以用于家电控制,还能做儿童电子玩具，还可构成复杂的工业过程控制系统,用于控制大型工业系统。

现在的定时器功能强大,灵活性强,操作简单，方便实用，再配以适当的接口芯片,就可以构造各种各样、功能各异的微电子产品。

目前定时器种类越来越多，应用范围越来越广，特别是用于家用电器方面的定时器越来越受到欢迎。

随着单片机定时器的不断进步和发展，应用到实际社会中的产品水平也越来越高，给家庭和办公场所带来方便、实用、节能等一系列好处。

三本课题的基本任务

（1）分析研究饮水机循环定时器的作用以及所需实现的功能，在对设计要求充分了解的基础上，选择所需的硬件设备。

（2）在对循环定时器功能了解以及选择好所需硬件设备的基础上，根据所选硬件设备完成所需原理图的设计，以及电路板的设计。

（3）根据原理图完成硬件电路的焊接。

（4）根据所需实现的功能编写程序，并进行软件调试。

（5）根据软件设计所需实现的功能，完善所编写的程序，最终实现循环定时器的功能。

第二章饮水机定时器的设计方案

本课题以STC89C52和DS1302为核心，利用按键来设置两个定时时间，当第一个定时时间响应时会通过继电器接通外围电路，使外围电路正常工作。

当第二个定时时间响应后同样通过继电器切断外围电路，同时数码管显示正常时间，显示电路也可作数字电子钟实用。

为了体现节能的效果，当无任何按键响应时，数码管显示十分钟自动熄灭，而当再次按下按键是，则立刻又重新显示当前时间其总体设计框图如下：

（图1）饮水机定时器的总体设计框

定时器设计电路的核心控制器件是C51系列单片机STC89C52,同时通过时钟芯片DS1302来实现定时功能，保证定时结束后通过继电器可以断开外围220V的电源。

其主要有四个模块电路组成：

（1）按键电路总共设置了四个按键，按下第一个按键可以用于正常显示模式和定时模式的切换；

按下第二个按键可以用于定时设置确认和闪烁位移位；

按下第三个按键是闪烁位加1；

按下第四个按键是闪烁位减1；

第二个键和第三个键同时按下为DS1302初始化；

第二个键和第三个键再次同时按下为设置是否循环定时；

这样可一确保用最少的按钮实现最多的功能，方便实用。

（2）DS1302时钟电路：

由单片机读取DS1302输出的时钟信号。

（3）数码管显示电路采用4位1体数码管，用来显示时间信号。

（4）继电器控制电路：

单片机输出信号，通过继电器实现对饮水机的开关控制。

第三章饮水机定时器的硬件设计

一数码管显示电路设计

（一）显示电路

（图2）

如（图2）数码管利用PNP的三极管驱动，利用两组寄存器。

一组用以选中数码管，另一组用以点亮七段，实验所用为共阳的数码管，但单片机输出低电平选中数码管。

数码管显示利用动态扫描，每次选中一个数码管。

（二）数码管的引脚图及其连接

v

（图3）

4为一体数码管，其内部段已连接好，引脚如（图3）所示（正面朝自己，小数点在下方）。

a、b、c、d、e、f、g、dp为段引脚，1、2、3、4分别表示四个数码管的位。

即：

12-9-8-6为公共端，a-11 

b-7 

c-4 

d-2 

e-1 

f-10 

g-5 

dp-3。

二继电器控制电路设计

（一）继电器控制电路

（图4）继电器控制电路

如（图4）采用单片机通过一只作为电子开关的PNP型三极管来驱动继电器，继电器的开关完全由三极管的基极电平控制。

当基极为高电平时，PNP三极管截止，继电器不工作。

反之三极管导通，继电器因由电流流过而吸合，使外围电路正常工作。

其中二极管起保护作用。

三时钟电路的设计

（图5）时钟芯片与单片机的连接

如（图5）DS1302与单片机的连接也仅需要3个引脚：

SCLK串行时钟引脚、CE引脚、I/O串行数据引脚，Vcc2为备用电源，外接32.768kHz晶振，为芯片提供计时脉冲。

其中传送数据的仅有I/O一根口线，当然CE和SCLK必须满足一定的时序，数据才能成功传送。

对DS1302操作时必须先对其初始化，然后分别读出时、分、秒。

并用数码管

显示出从DS1302中读出来的时间。

（一）DS1302的功能

DS1302是DALLAS公司推出的具有涓流充电能力的低功耗实时时钟电路，内含一个带RAM的实时时钟，可以通过串行接口与单片机进行通信。

实时时钟/日历电路提供秒、分、时、日、日期、月、年的信息，每个月的天数和闰年的天数可自动调整，时钟操作可通过AM/PM标志位决定采用12或24小时的时间格式。

采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。

DS1302工作时功耗很低，保持数据和时钟信息时，功率小于1mW。

DS1302广泛应用于传真、电话、便携式仪器以及电池供电的仪器仪表等产品领域。

（二）DS1302的结构及其工作原理

（1）引脚图及其管脚说明

（图6）

1VCC2主电源

2、3X1、X2振荡源，外接32.768kHz的晶振

4GND接地

5RST复位/片选

6I/O串行数据输入/输出端（双向）

7SCLK串行时钟输入端

8VCC1备用电源

（2）内部结构图

（图6）DS1302的内部结构

（3）工作原理

DS1302工作时为了对数据传送进行初始化，需要将复位脚RST置为高电平且将8位地址和命令地址信息装入移位寄存器。

数据在时钟SCLK的上什沿串行输入，前8位指定访问地址，命令字装入移位寄存器后，在之后的时钟周期，读操作时输出数据，写操作时输入数据。

时钟脉冲的个数在单字节方式下为8加8（8位地址加8位数据），在多字节方式下为8加最多可达248的数据。

四总原理图设计

其硬件原理图如下：

（图8）硬件原理图

（一）微处理器STC89C52

单片机（microcontriller,又称微控制器）是在一块硅片上集成了各种部件的微型计算机。

这些部件包括中央处理器CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM、定时器/计数器和多种I/O接口电路。

STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM-Flash-ProgramableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能COMS8的微处理器,俗称单片机，该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

片内的Flash存储器允许在系统内可改编程序或用常规的非易失性存储器编程器来编程。

因此STC89C52是一种功能好，灵活性强且价格适宜的单片机，可方便的应用在很多控制领域方面。

（二）结构图及引脚说明

STC89C52的封装有双列直插封装（DIP）方式和方形封装方式。

下面分别

叙述这些引脚的功能

（图9）

1.主电源引脚

·

VCC电源端

GND接地端

2.外接晶体引脚XTAL1和XTAL2

XTAL1接外部晶体的一个引脚。

在单片机内部，它是构成片内振荡器的反相放大器的输入端。

当采用外部振荡器时，该引脚接收振荡器的信号，即把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。

XTAL2接外部晶体的一个引脚。

在单片机内部，它是上述振荡器的反相放大器的输出端。

采用外部振荡器时，此引脚应悬浮不连接。

3.控制或与其它电源复用引脚RST、ALE/

、

和

/Vpp

RST/VPP（Pin9）：

复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。

ALE/

（Pin30）：

地址锁存允许信号。

当访问外部存储器时，ALE（地址锁存允许）的输出用于锁存地址的低位字节。

即使不访问外部存储器，ALE端仍以不变的频率（此频率为振荡器的

）周期性地出现正脉冲信号。

因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。

然而要注意的是：

每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

在对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（

）。

如果需要的话，通过对专用寄存器（SFR）区中8EH单元的D0位置数，可禁止ALE操作。

该位置数后，只有在执行一条MOVX或MOVC指令期间，ALE才会被激活。

另外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，该设定禁止ALE位无效。

（Pin29）外部存储器读选通信号当AT89C51由外部程序存储器取指令（或常数）时，每个机器周期两次

有效（即输出两个脉冲）。

但在此期间内，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的

信号将不出现。

/Vpp（Pin31）外部访问允许端。

要使CPU只访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），则

端必须保持低电平（接到GND端）。

然而要注意的是，如果保密位LB1被编程，复位时在内部会锁存

端的状态。

当Flash存储器编程期间，该引脚也用于施加12V的编程允许电源Vpp（如果选

用12V编程）。

4.输入/输出引脚P0.0～P0.7、P1.0～P1.7、P2.0～P2.7、P3.0～P3.7

PO口（Pin39～Pin32）：

8位双向I/O口线，名称为P0.0～P0.7

P1口（Pin1～Pin8）：

8位准双向I/O口线，名称为P1.0～P1.7

P2口（Pin21～Pin28）：

8位准双向I/O口线，名称为P2.0～P2.7

P3口（Pin10～Pin17）：

8位准双向I/O口线，名称为P3.0～P3.7

P0端口（P0.0～P0.7）P0是一个8位漏极开路型双向I/O端口。

作为输出口用时，每位能以吸收电流的方式驱动8个TTL输入，对端口写1时，又可作高阻抗输入端用。

在访问外部程序和数据存储器时，它是分时多路转换的地址（低8位）/数据总线，在访问期间激活了内部的上拉电阻。

在Flash编程时，P0端口接收指令字节；

而早验证程序时，则输出指令字节。

验证时，要求外接上拉电阻。

P1端口（P1.0～P1.7）P1是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。

P1的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。

对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。

作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（I）。

在对Flash编程和程序验证时，P1接收低8位地址。

P2端口（P2.0～P2.7）P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。

P2的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。

P2作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出

一个电流（I）。

在访问外部程序存储器和16位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@DPTR指令）时，P2送出高8位地址。

在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@R1指令）时，P2口引脚上的内容（就是专用寄存器（SFR）区中P2寄存器的内容），在整个访问期间不会改变。

在对Flash编程和程序验证期间，P2也接收高位地址和一些控制信号。

P3端口（P3.0～P3.7）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。

作输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（I）。

P3口一除了作为一般的I/0口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表2所示:

端口引脚

第二功能

P3.0

RXD

P3.1

TXD

P3.2

P3.3

P3.4

T0

P3.5

T1

P3.6

P3.7

（表1）

P3口还可用于接收一些Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。

第四章饮水机定时器的软件设计

一系统软件设计要求

该定时器主要是由4部分组成：

按键电路、时钟电路、显示电路和继电器电路组成。

对于定时器的软件设计要求能够准确，不能因为外界的条件变化或是自身的某些原因而出现偏差：

还要能够具有较高的灵活性，在编写程序的时候，采用自顶向下的分析方法，将整个软件系统划分城若干个子系统，可以针对每一个子程序编写程序。

如果需要修改现有功能或添加功能，只需要修改或添加相应的程序即可。

另外还要尽量做到设置最少的控制端，能够实现最多的功能，做到既实用又方便。

二软件设计所需实现的功能

（1）正常模式下数码管正确显示时间，显示时间的时和分。

（2）定时模式下能利用按键进行正常模式与定时模式能相互切换，能够利用按键组合设置2个定时时间。

（3）定时设置还可设置成单次定时和循环定时2个设置。

（4）正常显示时间时，若连续十分钟没有进行任何按键操作，则数码管会自动熄灭，而当按下任意按键时，数码管则会再次点亮并显示当前的时间。

三定时器软件设计的流程图

（图10）软件设计流程图

程序如下：

voidScanKey（）

{

P1_0=1;

//端口赋1，以保证正确扫描按键

if（P1_0==0）//有键按下

{

delay（80）;

P1_0=1;

if（P1_0==0）//去抖动

{

wait（）;

if（mark==1）

{mark=0;

minute=min;

second=sec;

}

elseif（P1_0==1）

{flag[0]=1;

}//按键值

else{flag[0]=2;

minute=min;

}

}

P1_3=1;

//端口赋1，以保证正确扫描按键

if（P1_3==0）//有键按下

if（P1_3==0）

{

P1_3=1;

while（P1_3==0）;

else

{flag[3]=!

flag[3];

LED=!

LED;

minute=min;

}

voidScanKey1（void）

P1_1=1;

if（P1_1==0）

wait（）;

if（P1_1==1）

{flag[1]=1;

else{flag[1]=2;

elseflag[1]=0;

P1_2=1;

if（P1_2==0）

if（P1_2==1）

{flag[2]=1;

else{flag[2]=2;

elseflag[2]=0;

（1）如图10其中初始化时间设置是对DS1302时钟芯片的初始化的前提，其设置办法是用两个按键分别调节时和分，将时和分调节到需要调节的当前时间后，将该数据写入DS1302中，此时，DS1302中的内部时钟则以刚刚设定的数据为起点，然后再通过读操作把时间读出来并显示即可。

（2）按键处理包括了定时时间的设置和已经设置好了定时时间，按模式切换按键可以用来查看刚才设置好的时间。

（3）整个软件程序的编写时本课题的一个大工程，占毕业设计比例最大，花费时间最多的。

其结构比较复杂，需要仔细编写，思路要清晰，程序要编写准确可行。

四上电后设置流程图

如下图11是对定时器接通+5V电源后通电时按键处理操作流程的说明。

（图11）

voidDealWith（）

{

uchari=0;

while（flag[0]==1）//设置定时时间1

ScanKey（）;

ScanKey1（）;

if（flag[0]==2）

{flag[0]=0;

//等待

}

P0=sel[i];

P2=table[timer1[i]];

if（flag[1]==1）

{P0=sel[++i];

if（i==4）

i=0;

if（flag[2]==1）

timer1[i]=timer1[i]+1;

//闪烁位加1

if（timer1[i]==10）

timer1[i]=0;

if（timer1[0]>

2）

{timer1[0]=0;

if（timer1[2]>

5）

{timer1[2]=0;

if（timer1[0]==2