定时开关插座的设计与制作学士学位论文.doc

桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 页 共 页 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 i 页 共 页 摘 要 随着家用电器的越来越普及和人们生活节奏的加快，人们对电器的依赖性进一步 提高，对电器的定时需求也进一步增大。定时开关插座可用于电饭煲、饮水机、电视 机、电脑、电动车电池的充电、定时开关电热毯等需要定时供电的场合。定时开关插 座的使用能够做到节能、安全、方便等。 本文介绍了一种基于 at89s52 单片机的定时开关插座设计方案。该系统是通过 at89s52 的定时器 0 和定时器 1 实现时钟的 24 小时制或者 100 小时制的时钟走时，并 通过液晶 12232 显示出来。继电器的通、断通过比较继电器控制变量 ray 的值来确定。 定时时间的开始或者停止是通过每分钟比较一次开始时间数组 begin 和结束数组 end 来 确定，并在开始时对 ray 进行加 1 操作，在结束时对 ray 进行减 1 操作(ray 的值不会出 现负值)；当 ray 为 0 时继电器开关断开，非 0 时接通。通过控制继电器的通断可以达 到控制插座通断的目的。 本文首先介绍定时开关插座设计要实现的功能，接着阐述系统电路的设计及原理 说明，包括设计方案选择、关键元器件介绍、电路设计说明（包括电源电路、键盘、 单片机控制电路、液晶 12232 显示、继电器工作电路）软件设计流程以及系统的测试。 最后总结了定时开关插座设计完成的任务，分析系统的不足并提出了系统的应用展望。 关键词：定时开关；继电器；at89s52 单片机；液晶 12232。 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 ii 页 共 页 abstract with the increasing popularity of home appliances and the people living rhythm speeding up, the dependence of people on electrical appliances further to improve, the demand of timing also become further increasing. socket timer switch can be used in the occasions where need for regular supply such as rice cookers, water dispenser, tv, computer, electric vehicle battery charging, timer switch electric blankets. the use of socket timer switch can be energy saving, safe, healthy, and convenient and so on. this article presents a timer switch socket design which is based on the at89s52 microcontroller. the system is implemented the clock 24-hour clock or 100-hour travel time by timer 0 and timer 1 of at89s52, and it is displayed through the lcd 12232. relay links, broken by comparing the value of the relay control variables to determine the ray. it is to be determined the starting or stopping of regular time by compared per minute a start time with begin and an end array with end ,at the beginning of the ray to add an operation, at the end of the minus 1 on the ray action (rays value does not a negative); when ray is 0 relay switch off, non-0 connected. off by controlling the relay socket can be controlled on-off purposes. this paper introduces the function what the timer switch socket design should achieve first of all, and then describes the circuit design and principles of the system description, including design choices, concerning component description, circuit design description (including the power circuit, keyboard, single chip control circuit, lcd 12232 display ,the relay operating circuit), software design and testing of the system. finally, it will sum up the timer switch socket design the tasks should be completed, analyze systems deficiencies and propose the systems application prospect. key words：timer switch; relays; at89s52 scm; lcd 12232. 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 iii 页 共 页 目 录 引言.1 1 设计要求及构思.2 1.1 设计要求 2 1.2 设计构思 2 2 设计方案分析确定3 2.1 系统框图 3 2.2 开关的选择 3 2.3 显示方式选择 4 2.4 时钟的实现及单片机的选择 4 2.5 电源部分的选择 4 2.6 按键控制部分的实现 5 3 主要元器件原理及其应用5 3.1 继电器介绍.5 3.1.1 继电器的继电特性5 3.1.2 继电器工作原理及特性6 3.1.3 继电器主要产品技术参数7 3.1.4 继电器的选用7 3.2 单片机 at89s52 介绍.8 3.3 液晶 lcd12232 介绍 9 4 系统硬件电路设计10 4.1 电源电路 10 4.2 单片机最小系统及液晶显示.12 4.3 继电器驱动电路 13 4.4 键盘电路.14 5 系统软件程序设计15 5.1 主程序的设计 16 5.2 时钟程序设计 17 5.3 时钟设置及定时设置程序设计.18 6 系统软硬件的制作与调试19 6.1 硬件的制作 19 6.2 调试方案 19 6.3 硬件电路调试 19 6.3.1 独立元件的检测19 6.3.2 电源电路的调试20 6.3.3 单片机最小系统的调试20 6.3.4 显示模块的调试20 6.3.5 键盘模块的调试20 6.3.6 继电器电路的调试21 6.4 软件调试 21 6.5 整体系统调试 21 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 iv 页 共 页 7 结论.23 谢 辞24 参考文献25 附 录 1.26 附 录 2.28 附 录 3.45 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 0 页 共 51 页 引言 现如今，往往由于某些特殊原因给我们的生活或工作带来一些困扰和遗憾。比如： 家中的水塔忘记抽水而造成生活的一时不便；学校的起床广播因值班人员睡过头而推 迟广播；家中的鱼缸因太久没有供氧造成鱼儿缺氧死亡；许多球迷或者新闻爱好者因 为错过了开机时间而与精彩球赛或者新闻擦肩而过；夏天里风扇的定时时间过短（一 般为 1 个小时） ，不便于晚上分段定时使用等等。而上面的这些问题都可以通过定时开 关插座的定时功能得到解决。 随着电器产品待机能耗的迅速增长，家庭和社会付出了太多的代价，中国节能认 证中心对家庭待机能耗做过的调查显示，待机能耗占到家庭电力消耗的 10左右，仅 以电视机为例，平均每台电视机的待机能耗是 8.07w，按每天待机 2 小时大约耗电 0.016 度。定时开关插座能够实现定时给电器供电，在工作时间之外把电器的电源切断， 这样就能解决电器的待机损耗，达到节约用电的目的。 定时开关插座是一款能在特定时间段内控制电器通、断电的开关插座。能实现 24 小时制和 100 小时制两种时钟走时模式，在 24 小时制时钟模式，可以实现 6 组 24 小 时内的任意定时，定时时间范围最小为 1 分钟；在 100 小时制时钟模式，可以实现 6 组 100 小时内的任意定时，定时时间范围最小也是 1 分钟。 本文阐述了定时开关插座的硬件电路设计、软件算法设计, 给出了自动开关插座的 设计和定型方案,它可以对家中一些需要在特定时间对电器进行自动断、通电控制,而不 需要拔掉插头，减少电器的待机损耗，解决生活中的一些烦恼。 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 1 页 共 51 页 1 设计要求及构思 1.1 设计要求 本次设计要求实现一个具有定时、按键设置及控制、定时时间显示等功能的定时 开关插座，具体要求及指标如下： （1）可以设定三组定时时间值。 （2）设定的定时时间调整范围为：099 分钟。 （3）具有开始/停止操作按键。 （4）具有定时时间显示和时钟显示。 1.2 设计构思 根据题目和设计功能要求，系统的实施方案可以分为以下几个步骤：首先，通过 模式（模式 0 为 24 小时制，模式 1 为 100 小时制）选定时钟的走时方式，作为定时时 间的判断标准。然后通过按键设置定时时间分别存储在定时开始数组 begin 和结束数组 end，通过数组的值与时钟的值进行比较，时间在定时数组时间范围内则继电器接通， 否则断开。用一个红色发光二极管的亮、灭来指示继电器的通、断的状态。定时开关 插座的显示则用液晶来实现。用液晶的第一行显示时钟及目前所定时的组别 ；第二行 则显示定时开始时间；第三行则显示定时的结束时间；第四行显示目前所运行的模式。 电源部分用 220v 转换为直流 5v 给定时开关系统供电，并用干电池做储备电源，防止 220v 交流电断电了单片机控制部分就停止工作，失去作用。用 4*3 键盘实现时钟、定 时的设置及开始/停止等按键设置功能。基于以上的设计构思，系统每个模块可以有几 种不同的实施方案，经过反复比较论证，确定了系统的最终实施方案。各个设计方案 的分析和选择将在第二章进行详细介绍。 鉴于以上的构思，定时开关可以实现功能扩展，具体实现的功能指标如下： （1）可以设定六组定时时间值。 （2）设定的定时时间调整范围分为两种情况： 模式 0 状态时可设定的定时时间调整范围为：024 小时； 模式 1 状态时可设定的定时时间调整范围为：0100 小时。 （3）具有开始/停止操作按键。 （4）具有定时时间显示和时钟显示，具有显示模式、显示目前定时组别、定时时 间设置等功能。 （5）在 220v 交流电断电的情况下，干电池仍能保证单片机的定时状态及时钟走 时正常工作；待交流电通电后干电池停止供电，转换为 220v 交流电转为 5v 直流电供 电。 （6）具有时钟设置功能，具有液晶节能模式（即在 30 秒内都没有按键按下的话， 就关闭液晶背景灯光） 。 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 2 页 共 51 页 2 设计方案分析确定 2.1 系统框图 通过查找资料进行方案论证和选择，可以确定出定时开关插座系统的整体构成， 本系统的系统框图如图 2.1 所示。本设计是以 at89s52 单片机为核心，以设置键盘设 置时钟时间、定时时间、模式选择、开始、停止等功能。单片机控制继电器来控制电 器插座的通、断，以达到控制电器的通、断。定时时间范围内导通电器插座，实现给 电器供电，其他时间则断开。电源提供给单片机 5v 直流电，有交流 220v 转为直流 5v 供电和干电池供电两部分，可对系统实现不间断供电。液晶显示模块，在设置键盘 没有输入时，显示时钟、模式、定时时间、定时组别等信息；当键盘设置开始时，显 示出当前设置的变化。复位能实现系统的硬件复位。 图 2.1 系统设置框图 2.2 开关的选择 现代自动控制设备中，都存在一个电子电路电气电路的互相连接的问题，一 方面要是电子电路的控制信号能够控制电气电路的执行元件（电动机、电灯、热水器 等） ，另一方面又要为电子线路的电器电路提供良好的电隔离，以保护电子电路和人身 的安全。电子继电器和光耦合器便能起到这一桥梁的作用。下面简要介绍各个方案的 特点。 方案一：采用继电器作为控制 220v 通、断的开关。固态继电器(ssr)与机电继电 器相比，是一种没有机械运动，不含运动零件的继电器，但它具有与机电继电器本质 上相同的功能。ssr 是一种全部由固态电子元件组成的无触点开关元件，他利用电子 元器件的点，磁和光特性来完成输入与输出的可靠隔离，利用大功率三极管，功率场 效应管，单项可控硅和双向可控硅等器件的开关特性，来达到无触点，无火花地接通 和断开被控电路。选用 srd-05vcd-sl-c 继电器最大电路可达到 10a，即继电器的正 常工作范围为 0 到 2200 瓦，可以给大部分家用电器供电。 方案二：采用光耦合器实现单片机控制开关。耦合器（optical coupler，英文缩写 液晶显示 晶振 复位 电源设置键盘 继电器 电器插座 受控电器 at89c52 单 片 机 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 3 页 共 51 页 为 oc）亦称光电隔离器，简称光耦。光耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输 出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。目前它已成为 种类最多、用途最广的光电器件之一。 本次设计开关部分可以用继电器也可以用光耦合器。考虑到本设计继电器足以满 足设计要求，而且继电器比光耦合器便宜，故选用继电器。 2.3 显示方式选择 在模拟电子和数字电子中,常用显示数据的有数码管和液晶显示器。 方案一：采用 led 数码管显示。虽然功耗低，控制简单，但却只能显示数字和一 些简单的字符，而且显示信息少，需要较多位的数码管，占用了较多的单片机 i/o 口， 没有较好的人机界面。 方案二：采用 lcd 液晶显示，可以显示所有字符及自定义字符，并能同时显示多 组数据、汉字，字符清晰。由于自身具有控制器，不但可以减轻主单片机的负担，而 且可以实现菜单驱动方式的显示效果，达到友好的人机介面。lcd 显示能解决 led 只 能显示数字等几个简单字符的缺点，性能好，效果多，控制方便，显示方式多，且能 耗也较少。 这次设计中不仅要显示相应的时钟、定时组别、目前运行的模式，而且还要显示 出相应的定时开始时间和结束时间，需要显示的信息较多，所以采用方案二，用 lcd 显示结果。 2.4 时钟的实现及单片机的选择 时钟的实现可已通过使用时钟芯片或者单片机的定时器实现。下面简要介绍几种 方案的特点。单片机仅用于控制继电器、键盘，实现时钟和定时，用 51 结构的有 atmel 的 at89cxx 系列、at89sxx 系列、at89c20 系列（20 引脚）或 stc 的所有 单片机都可以实现。根据在学校比较流行的学习单片机是 at89sxx 系列，而且 at89s52 单片机便宜，购买方便，故单片机选用 at89s52 单片机。 方案一：时钟通过使用时钟芯片来实现，控制部分通过使用单片机来实现。时钟 芯片种类非常多，有内置晶振及充电电池的，也有外置晶振的，现在流行的时钟芯片 有 ds1302、 ds1307、pcf8485、sb2068 等。使用时钟芯片可以得到准确的时钟走时， 可用简单的程序实现定时开关插座的定时功能。 方案二：时钟通过单片机的内部定时器来实现时钟。单片机的内部定时器可实现 较为精确的时钟走时，定时 50 毫秒的误差率极小，可达到定时开关插座的使用要求。 使用单片机内部定时器可简化硬件电路，可以节省开支，但是编程的难度有所提高。 本次设计的时钟走时用单片机定时器已经可以完全达到定时开关插座的使用要求， 并可省去时钟芯片，节省开支。考虑到软件的难度增加可换来更好的性价比，所以选 用方案二。 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 4 页 共 51 页 2.5 电源部分的选择 电源给单片机及继电器等使用 5v 直流电的器件提供电源，供系统正常工作。 方案一：使用开关电源将 220v 交流电转为 5v 直流电给系统供电。开关电源的体 积小，重量轻。但由于需要耐压不小于 220v 的电容等特殊的元器件，日常生活中较难 找全器件，开关电源的散热比较差，不适宜长时间工作。故此方案不适宜。 方案二：用变压器降压经整流桥整流和 7805 稳压后给系统供电。变压器相对比较 重，但他的电路稳定，适宜长时间供电。能做到交流电供电正常时就能给系统正常供 电。但在交流电失电时系统会停止工作，这时的时钟也会停止走时。在重新供电时系 统会重启，从而造成原先设置的数据丢失。故此方案存在漏洞，不适宜使用。 方案三：使用干电池给系统供电。干电池供电能让系统稳定的工作，时钟的走时 不受交流电的影响。干电池的价格相对交流电而言较贵，用干电池单独供电会造成使 用成本提高的问题，此方案也存在不合理性。 方案四：使用交流电和干电池混合给系统供电。在交流电不失效的情况下由交流 电转 5v 直流电供电，在交流电失效情况下由干电池供电。这样就能解决运行成本过高 或者在交流电失效时丢失原先设置数据的问题。本方案对本设计最为合适。 综上所述，考虑到成本、实用性等问题，对定时开关插座系统供电方案四是最为 合适的。 2.6 按键控制部分的实现 时钟时间和定时时间的设置功能可以通过按键来实现。按键的实现可以通过以下 两种方案实现： 方案一：单片机的每一个 i/o 口与一个按键相连，这样就可以根据扫描 i/o 口的电 平变化实现相关功能。这样可以很简单的实现按键的功能，但是会占用较多的 i/o 口， 可能会出现 i/o 口不够用的情况，而且系统的可扩展性也会大大降低。 方案二：使用矩阵键盘实现。矩阵键盘可以用较少的 i/o 口实现多个按键功能， 能节省更多的 i/o 口，利于系统扩展功能。 根据本定时开关插座的设置要求，要用到 12 个按键。通过两个方案的对比，方案 二的实施办法更符合要求。 3 主要元器件原理及其应用 本次设计中主要器件有继电器、51 系列单片机 at89s52、lcd12232 液晶显示模 块、5v 稳压芯片 7805，在介绍系统的硬件设计之前，下面先简要介绍一下这些关键器 件的原理及应用。 3.1 继电器介绍 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。 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 5 页 共 51 页 3.1.1 继电器的继电特性 继电器的输入信号 x 从 0 连续增加达到衔铁开始吸合时的动作值 xx，继电器的输 出信号立刻继续增大，输出信号 y 将不再起变化。当输入量 x 从某一大于 xx 值下降到 xf，继电器开始释放，常开触点断开。我们把继电器的这种特性叫做继电特性，也叫 继电器的输入-输出特性。 释放值 xf 与动作值 xx 的比值叫做反馈系数，即 kf=xf/xx。 触点上输出的控制功率 pc 与线圈吸收的最小功率 p0 之比叫做继电器的控制系数， 即 kc=pc/p0。 3.1.2 继电器工作原理及特性 （1）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）释放。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”。 （2）热敏干簧继电器的工作原理和特性 热敏干簧继电器是一种利用热敏 磁性材料检测和控制温度的新型热敏开关。它 由感温磁环、恒磁环、 干簧管、导热安装片、塑料衬底及其他一些附件 组成。热 敏干簧继电器不用线圈励磁，而由恒磁环产生的磁力驱动开关动作。恒磁环能否向 干簧管提供磁力是由感温磁环的温控特性决定的。 （3）固态继电器（ ssr）的工作原理和特性 固态继电器是一种两个接线端为输入端，另外两个接线端为输出端的四端器件， 中间采用隔离器件实现输入输出的电隔离。 固态继电器按负载电源类型可分为交流型和直流型。按开关型式可分为常开型和 常闭型。按隔离型式可分为混合型、变压器隔离型和光电隔离型，其中以光电隔离型 最多。 （4）磁簧继电器 磁簧继电器是以线圈产生磁场将磁簧管发生动作的继电器，为一种线圈传感装置。 因此磁簧继电器具有尺寸小、轻量、反应速度快、短跳动时间等特性。 当整块铁磁金属或者其它导磁物质与之靠近的时候发生动作，开通或者闭合电路。 由永久磁铁和干簧管组成。永久磁铁、干簧管固定在一个不导磁也不带有磁性的支架 上。以永久磁铁的南北极的连线为轴线，这个轴线应该与干簧管的轴线重合或者基本 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 6 页 共 51 页 重合。由远及近的调整永久磁铁与干簧管之间的距离，当干簧管刚好发生动作（对于 常开的干簧管，变为闭合；对于常闭的干簧管，变为断开）时，将磁铁的位置固定下 来。这时，当有整块导磁材料，例如铁板同时靠近磁铁和干簧管时，干簧管会再次发 生动作，恢复到没有磁场作用时的状态；当该铁板离开时，干簧管即发生相反方向的 动作。磁簧继电器结构坚固，触点为密封状态，耐用性高，可以作为机械设备的位置 限制开关，也可以用以探测铁制门、窗等是否在指定位置。 （5）光继电器 光继电器为 ac/dc 并用的半导体继电器，是发光器件和受光器件一体化的器件。 输入侧和输出侧电气性绝缘，但信号可以通过光信号传输。 其特点为寿命为半永久性、微小电流驱动信号、高阻抗绝缘耐压、超小型、光传 输、无接点等。主要应用于量测设备、通信设备、保全设备、医疗设备等。 3.1.3 继电器主要产品技术参数 （1）额定工作电压 额定工作电压是指继电器正常工作时线圈所需要的电压，也就是控制电路的控制 电压，根据继电器的型号不同，可以是交流电压，也可以是直流电压。 （2）直流电阻 直流电阻是指继电器中线圈的直流电阻，可以通过万能表测量。 （3）吸合电流 吸合电流是指继电器能够产生吸合动作的最小电流。在正常使用时，给定的电流 必须略大于吸合电流，这样继电器才能稳定地工作。而对于线圈所加的工作电压，一 般不要超过额定工作电压的 1.5 倍，否则会产生较大的电流而把线圈烧毁。 （4）释放电流 释放电流是指继电器产生释放动作的最大电流。当继电器吸合状态的电流减小到 一定程度时，继电器就会恢复到未通电的释放状态。这时的电流远远小于吸合电流。 （5）触点切换电压和电流 触点切换电压和电流是指继电器允许加载的电压和电流。它决定了继电器能控制 电压和电流的大小，使用时不能超过此值，否则很容易损坏继电器的触点。 3.1.4 继电器的选用 （1）先了解必要的条件 控制电路的电源电压，能提供的最大电流； 被控制电路中的电压和电流； 被控电路需要几组、什么形式的触点。选用继电器时，一般控制电路的电源电 压可作为选用的依据。控制电路应能给继电器提供足够的工作电流，否则继电器吸合 是不稳定的。 （2）查阅有关资料确定使用条件后，可查找相关资料，找出需要的继电器的型号 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 7 页 共 51 页 和规格号。若手头已有继电器，可依据资料核对是否可以利用。最后考虑尺寸是否合 适。 （3）注意器具的容积。若是用于一般用电器，除考虑机箱容积外，小型继电器主 要考虑电路板安装布局。对于小型电器，如玩具、遥控装置则应选用超小型继电器产 品。 通过上面的性能了解和比较，及考虑的器件的性价比，本设计选择电磁继电器。 3.2 单片机 at89s52 介绍 at89s52 单片机片内集成 256 字节程序运行空间、 8k 字节 flash 存储空间， 支持最大 64k 外部存储扩展。根据不同的运行速度和功耗的要求，时钟频率可以设 置在 033m 之间。片内资源有 4 组 i/o 控制端口、 3 个定时器、 8 个中断、软件 设置低能耗模式、看门狗和断电保护。可以在4v 到 5.5v 宽电压范围内正常工作。 不断发展的半导体工艺也让该单片机的功耗不断降低。同时，该单片机支持计算机 并口下载，简单的数字芯片就可以制成下载线。根据不同场合的要求，这款单片机 提供了多种封装，本次设计根据最小系统有时需要更换单片机的具体情况，使用双 列直插 dip-40 的封装，如图 3.1 所示。下面对定时开关系统中使用到的管脚进行 简单说明。 图 3.1 dip-40 封装 89s52 引脚图 p0 口：p0 口是一个 8 位漏极开路的双向 i/o 口。作为输出口，每位能驱动 8 个 ttl 逻辑电平。对 p0 端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序 和数据存储器时， p0 口也被作为低 8 位地址/数据复用。在这种模式下， p0 不具 有内部上拉电阻。 p1 口：p1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 i/o 口，p1 输出缓冲器能驱 动 4 个 ttl 逻辑电平。对 p1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可 以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将 输出电流（iil）。 p2 口：p2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 i/o 口，p2 输出缓冲器能驱 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 8 页 共 51 页 动 4 个 ttl 逻辑电平。对 p2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可 以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将 输出电流（iil）。 p3 口：p3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 i/o 口，p3 输出缓冲器能 驱动 4 个 ttl 逻辑电平。对 p3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时 可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因， 将输出电流（ iil）。 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 将是单片机复位。 3.3 液晶 lcd12232 介绍 现在的字符型液晶模块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件了。12232 型 lcd 显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富、价格便宜、性价比高等特点。 下面介绍 lcd12232 的管脚功能、工作参数、电气特性。lcd12232 的引脚说明见表 3.1。 表 3.1 液晶 12232 引脚说明 pcb 板引脚号12232/112232/212232/3 1vddvss 2gndvdd 3vlcdv0 4reta0 5cs1cs1 6cs2cs2 7r/wcl(外振时钟) 8a0/rd 9d0/wr 10d1d0 11d2d1 同 12232-1 引脚 12d3d2 13d4d3 14d5d4 15d6d5 16d7d6 17背光d7 18背光 res 19背光 20背光 同 12232-1 引脚 vdd：逻辑电源正 gnd(vss)： 逻辑电源地 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 9 页 共 51 页 vlcd(vee,v0)：lcd 驱动电源 ret：复位端,对于 68 系列 mpu:上升沿(l-h)复位，且复位后电平须保持为高电平 （h） ； 对于 80 系列 mpu:下降沿(h-l)复位，且复位后电平须保持为低电平（l） 。 cs1：读写使能。对于 68 系列 mpu，连接使能信号引脚，高电平有效； 对于 80 系列 mpu，连接/rd 引脚，低电平有效。 cs2：同 e1 引脚。 /rd：读允许，低电平有效。 /wr：写允许，低电平有效。 r/w：读写选择，对于 68 系列 mpu，高电平时读数据，低电平时写数据； 对于 80 系列 mpu，低电平时允许数据传输，上升沿时锁定数据。 a0：数据/指令选择。高电平：数据 d0-d7 将送入显示 ram； 低电平：数据 d0-d7 将送入指令执行器执行。 d0-d7：数据输入输出引脚。 工作参数 （1）逻辑工作电压：2.46.0v （2）lcd 驱动电压：3.013.5v （3）工作温度：055（常温）/ -2070（宽温） （4）保存温度：-1070 电气特性 （1）输入高电平：3.5vmin （2）输入低电平：0.55vmax （3）输出高电平：3.75vmin （4）输出低电平：1.0vmax （5）工作电流：2.0mamax 4 系统硬件电路设计 整个系统的硬件设计可以分为四个模块：电源电路、单片机最小系统及液晶显示、 继电器工作电路、键盘电路。电源电路为整个系统供电，包括单片机 at89s52、继电 器、键盘、lcd12232 及其他外围电路。电源电路分两个部分：（1）由 220v 交流电 经变压器和 7805 稳压电路转为 5v 直流电给系统供电；（2）由 4 节干电池作为储备电 源，在交流电失效时给系统供电，以确保单片机的正常运行。在电源电路给系统供电 时，绿色指示灯点亮，只是当前供电正常。单片机最小系统部分是整个系统的智能控 制部分，也是整个系统的核心部分。单片机在实现时钟的同时，也负责键盘检测，驱 动液晶显示，实现定时功能，并负责控制继电器的通、断，红色指示灯的亮、灭指示 继电器的通、断状态。液晶在单片机的控制下显示时钟、定时组别及定时时间的信息。 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 10 页 共 51 页 继电器在单片机的控制下实现通、断，从而达到控制插座通、断电的目的。 4.1 电源电路 整个系统的供电电源如图 4.2 所示。系统要提供稳定的直流 5v 供单片机及其所控 制的外围电路（包括液晶、键盘、继电器等）和提供 220 交流电给插座。在电源的设 计中，用 220v 交流电经过变压器降压后经 7805 稳压后给单片机控制系统供电。7805 三端稳压集成芯片有很多种型号，但是标称最大输出电流均为 1.5a，在实际应用中， 该最大输出电流往往取决于两个方面：（1）足够大的散热面积；（2）在设计中，必 须保证 7805 的输入电压 vi 和输出电压 vo 的压差大于 2.5v，即 vi-vo=2.5v，否则 会失去稳压能力。同时单片机控制系统还用 6v 干电池作为储备电源，当交流电源失电 或者失效时，电压为 6v 的直流电源通过二极管投入作用，硅二极管的导通压降约为 0.2v,因袭满足系统的电源要求。p25 接的是经 5w 变压器降压后的交流电。d33 二极 管起到保护电路的作用。发光二级 ds11 是指示电源是否有电压输出。header2 所接的 是（由干电池提供）6v 直流电的输入接口，2 接正，1 接负。 x78xx 系列是三端正电源稳压电路，它的封装形式为 to-220。它有一系列的稳固 电压输出，应用非常的广泛。每种类型由于内部电流的限制，以及过热保护和安全工 作区的保护，使它基本上不会损坏。如果能够提供足够的散热片，它们就能够提供大 于 1.5a 的输出电流。虽然是按照固定电压值来设计的，但是当接入适当的外部器件后， 就能获得各种不同的电压和电流。 7805 使用时应该注意的事项： 在实际应用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器（当然小功率的条 件下不用） 。当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。 当制作中需要一个能输出 1.5a 以上电流的稳压电源，通常采用几块三端稳压电路 并联起来，是其中最大输出电流为 n 个 1.5a，但应用时需要注意：并联使用的集成稳 压电路应采用同一厂家、同一批号的产品，以保证参数的一致。另外在输出电流上留 有一定的流量，以避免个别集成稳压电路失效时导致其他电路的连锁烧毁。7805 稳压 管如图 4.1 所示。 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 11 页 共 51 页 图 4.1 7805 稳压管管脚说明 in 1 2 out 3 gnd u55 lm7805ct 103 c55 cap 104 c56 cap 100uf c66 cap pol2 100uf c67 cap pol2 d2 bridge1 1 2 p66 header 2h 1 2 p55 header 2 1 2 p25 header 2 ds11 led0 1k r44 res2 d33 diode 1n4007 d22 diode 1n4007 图 4.2 电源电路 4.2 单片机最小系统及液晶显示 单片机控制电路是整个系统的核心，完成数据处理和控制任务。电路原理图如图 4.3 所示。 本次设计采用的单片机的型号为 at89s52。单片机晶振为作用是为系统提供基本 的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。有些通讯系统的基 频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。 c1、c2 叫负载电容。一般单片机的晶振工作于并联谐振状态，也可以理解为谐振 电容的一部分。它是根据晶振厂家提供的晶振要求的负载电容选值的，换句话说，晶 振的频率就是在它提供的负载电容下测得的，能最大限度的保证频率值的误差。也能 保证温漂等误差。两个电容的取值都是相同的，或者说相差不大，如果相差太大，容 易造成谐振的不平衡，容易造成停振或者干脆不起振。p2 是单片机的下载口，用于对 单片机烧入程序。按键 s 及其外围电路是实现单片机的硬件复位功能。 p5 的管脚与液晶 12232 的管脚相对应（即作为液晶的底座）。lcd12232 可以显 示 4 行，所要显示的信息有：第一个行显示时钟的时（两位）、分（两位）、秒（两 位），时、分、秒之间用“：”隔开。在时钟前面显示大写字母“t:0”，其中数字式 从 0 到 5 可变的，显示的是当前定时的组别。第二行显示的是字母“begin：”，冒号 后面显示的是当前定时开始的时（两位）、分（两位），时、分之间用“：”隔开。 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 12 页 共 51 页 第三行显示的是字母“stop：”，冒号后面显示的是当前定时结束的时（两位）、分 （两位），时、分之间用“：”隔开。第四行仅显示运行模式信息“mod：0”，数字 部分可在 0 和 1 变化。 p1.0/t2 1 p1.1/t2ex 2 p1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 rst 9 p3.0/rxd 10 p3.1/txd 11 p3.2/int0 12 p3.3/int1 13 p3.4/t0 14 p3.5/t1 15 p3.6/wr 16 p3.7/rd 17 xtal2 18 xtal1 19 vss 20 p2.0/a8 21 p2.1/a9 22 p2.2/a10 23 p2.3/a11 24 p2.4/a12 25 p2.5/a13 26 p2.6/a14 27 p2.7/a15 28 psen 29 ale 30 ea/vpp 31 p0.7/ad7 32 p0.6/ad6 33 p0.5/ad5 34 p0.4/ad4 35 p0.3/ad3 36 p0.2/ad2 37 p0.1/ad1 38 p0.0/ad0 39 vcc 40 u1 p80c31sbpn 12 y1 12mhz 30pf c2 cap 3.3k r0 res3 s sw-pb vcc 30pf c1 cap ds1 ds2 ds3 ds4 ds5 ds6 ds7 ds8 p1 p2 p3 p4 p5 p6 p1 p2 p3 p4 p5 p6 ds1 ds2 ds3 ds4 ds5 ds6 ds7 ds8 p9 p10 p9 p10 1k r4 res2 100pf c3 cap pol1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 p3 header 9h vcc 12 34 56 78 910 p2 header 5x2 vcc vcc s00 s11 s22 s33 s44 s55 s66 s77 s55 s66 s77 1 2 3 4 5 6 7 8 9 p4 header 9 vcc 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 p5 header 20 ds1 ds2 ds3 ds4 ds5 ds6 ds7 ds8 p10 p4 p5 p6 p9 p3 vcc 图 4.3 单片机最小系统及液晶显示 4.3 继电器驱动电路 继电器的驱动电路如图 4.4 所示。这是典型的继电器驱动电路。单片机是一个弱电 器件，一般情况下它们大多工作在 5v 甚至更低。 。驱动电流在 ma 级以下。而要把它 用于一些大功率场合，比如继电器驱动，显然是不行的。所以就要有一个环节来衔接， 这个环节就是所谓的“功率驱动” 。继电器驱动就是一个典型的、简单的功率驱动环节。 图中三极管 8050 有两个作用：一个是起放大作用，一个是起开关作用（严格来讲 开关作用是放大作用的极限情况） 。p1 处连接的是单片机的 p2.7 口。p2.7 口给出高电 平时，三极管处于导通状态，并起放大作用，这样，继电器就能得到足够的驱动电流 来正常工作。当 p2.7 口给出低电平时，三极管不工作，继电器因没电流通过而不工作。 二极管 4148 起到保护作用。发光二极管 led0 用于指示继电器是处于导通状态（灯亮） 还是处于断开状态（灯灭） 。 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 13 页 共 51 页 3.3k r3 res1 q1 8050 vcc k0 relay-spst ds22 led0 1k r55 res2 vcc d20 4148 p1 图 4.4 继电器驱动电路 4.4 键盘电路 键盘电路如图 4.5 所示。使用矩阵键盘能用较少的 i/o 口实现较多的按键功能。下 面为按键实现举例：假设按下的是 b/s 键进行如下检测（4*4 键盘） 先在 p1 口输出 p1 00001111 低四位行会有变化 cord_h =00001111 for(i=0;i10 ) x *= 6; x %= 61; writecmdr(col_addr|x); writecmdr(page_addr|y); for( i = 0; i= 21 ) x = 0; y+; writeascii( x+, y,*p+); 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 31 页 共 51 页 uchar code ascii_tab5= /由于篇幅有限，所以本数组就不给出了。 #endif 主函数部分： #include“reg52.h“ #include“lcd12232.h“ #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit gn =p20; sbit vc =p25; sbit jidian =p27; /* ；t0 定时中断函数：timer0（） ；定时时间为 50ms，方式 1 的时间常数为 3cb0h ；每中断 1 次，计数单元加 1；20 次为 1s，到 1s 进行相应处理 ；* */ void timer0(void) interrupt 1 using 1 uchar x; th0=0x3c; tl0=0xb0; count+; if(count/6=0) ss=!ss; x=20; if(count!=x) return; else count=0; second+; if(second!=10) return; secondh+; second=0; if(secondh!=6) return; 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 32 页 共 51 页 else secondh=0; minull+; if(minull!=10) return; else minull=0; minuhh+; if(minuhh!=6) return; else minuhh=0; hourll+; if(!mod) if(hourh