家用電器定時器設(shè)計.doc

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1、 學(xué)生畢業(yè)論文設(shè)計 題 目： 家用電器定時器設(shè)計 學(xué) 生： 程 靖 學(xué) 號： 2008350100 系 部： 電子工程系 專 業(yè)： 班 級： 指導(dǎo)老師： 王 琳 開題時間

2、： 2010年5月 完成時間： 2010年12月 摘要： 隨著時代的進步，電子行業(yè)的發(fā)展，定時器的應(yīng)用也越來越廣泛。定時器確實是一項了不起的發(fā)明，使相當多需要人控制時間的工作變的簡單了許多。人們甚至將定時器運用在軍事方面，制成了定時炸彈，定時雷管?，F(xiàn)在的不少家用電器也都安裝了定時器來控制開關(guān)或者工作時間。 19世紀80年代，愛迪生效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)和驗證電磁波存在的實驗，為電子學(xué)的誕生創(chuàng)造了條件。20世紀初，英、美等國相續(xù)發(fā)明了第一代電子器件---電子管。1919年超外差式接收機問世

3、，為收音機發(fā)張創(chuàng)造了條件。1923~1924年，美國V.K茲沃雷金發(fā)明了攝像管和顯像管，1931年組裝成世界上第一個全電子電視系統(tǒng)。1954年美國開始用彩色電視廣播。磁性（鋼絲）錄音機和磁帶錄音機是鮮花在1898年和1935年問世的，在荷蘭飛利浦公司1963年發(fā)明盒式磁帶錄音機迅速普及。集成電路的發(fā)明，使電子技術(shù)進入微電子技術(shù)時代，使家用電器提高到一個新的水平，它既節(jié)省了硬件成本又實現(xiàn)了多功能。 在家用電器中采用機械定時器就是根據(jù)一般上弦鐘表原理設(shè)計的，這種定時器雖然結(jié)構(gòu)簡單，成本低，維修也比較方便，但是它的觸頭頻繁接觸和斷開，大大的縮減了它的使用壽命，也不利于進一步全自動化。 關(guān)鍵詞：定

4、時器、定時計數(shù)器、單片機、芯片 目 錄 1、 引言4 2、 定時器的組成及其功能4 3、 定時器說明4 4、 家用電器的有點及其運用5 1） 家用定時器主要是為了節(jié)省能源和增加使用壽命5 2） 家用電器定時器的應(yīng)用5 5、 單機片結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及原理6 1） 單片機內(nèi)部機構(gòu)6 1、運算器（ALU）的主要功能7 2、程序計數(shù)器PC7 3、指令寄存器IR7 4、指令譯碼器ID7 5、地址寄存器AR（16位）7 6、數(shù)據(jù)寄存器DR8

5、 7、程序狀態(tài)字PSW8 8、時序部件8 2） 定時計數(shù)器的原理8 6、 電子定時器的設(shè)計9 1） 總體設(shè)計要求9 2） 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計9 3） 芯片的選擇9 4） 交流控制接口電路9 5） 顯示電路10 6） 報警電路10 7、 系統(tǒng)程序的設(shè)計10 主流程圖設(shè)計11 8、 結(jié)論12 9、 致謝12 10、參考文獻12 引言： 我們在日常生活中，經(jīng)常碰到一些需要定時的事情，例如：洗衣機洗滌義務(wù)需要定在幾分鐘到幾十分鐘的時間，電風扇需要定在數(shù)十分鐘的時間。完成這種定時的定時器有多種

6、多樣，在家用電器中采用機械定時器就是根據(jù)一般上弦鐘表原理設(shè)計的，這種定時器雖然結(jié)構(gòu)簡單，成本低維修也比較方便，但是它的觸頭頻繁接觸和斷開，大大的縮減了它的使用壽命，也不利于進一步全自動化。在迪昂自技術(shù)突飛猛進的今天，家用電子定時器一定會逐步取而代之，這是不言而喻的。 一、 定時器的組成及其功能 家用定時器主要由靜態(tài)顯示電路，動態(tài)顯示電路，鍵盤，最小系統(tǒng)電路和報警電路組成，但并不是所有的定時器都有顯示和報警功能，有許多功能簡單的定時器，比如洗衣機的內(nèi)部定時器就沒有顯示功能，也有一部分家用電器也沒有報警功能，都是一些自動定時到一定時間自動關(guān)閉電源。傳統(tǒng)的定時器，要通過按鍵輸入定時，而隨

7、著發(fā)展，定時器的應(yīng)用也越來越廣泛，各種智能化性能也開始逐步實現(xiàn)。 二、 定時器說明 人類最早使用的定時工具是沙漏或者水漏，但在鐘表誕生發(fā)展成熟之后，人們開始嘗試使用這種全新的計時工具來改進定時器，達到準確控制時間的目的。 1876年，英國外科醫(yī)生索加取得一項定時裝置的專利，用來控制煤氣街燈的開關(guān)，它是利用機械鐘帶動開關(guān)來控制煤氣閥門。起初每周上一次發(fā)條的原理來完成的。 三、 家用定時器的優(yōu)點及其運用 （一）家用定時器主要是為了節(jié)省能源和增加使用壽命。具體節(jié)省如下： 1、 減少不必要的用電時間，一年可以省電費幾百元 2、 自動控制，能完成許多您以前想做而做不到的

8、事情，省心省力 3、 避免忘關(guān)電器電源，杜絕安全隱患 4、 對電器通電時間科學(xué)管理，大幅度提高充電電池及各種電器的使用壽命 5、 家用電器定時器也可以在充電、做飯、洗衣服等不同場合使用。操作簡便還可以一機多用 （二）家用電器定時器的應(yīng)用： 電子定時器在家用電器中經(jīng)常用于延時自動開關(guān)、定時。延時自動開關(guān)機可用于：熱水器、電飯煲、飲水機、電動車充電、手機定時充電等等，廣泛的運用于家用電器。 1、 定時熱水器---方便、省時間 經(jīng)常出差或者偶爾出門、下班回來，這時候回到家就想洗個熱水澡把一身的疲憊全部洗掉。這時候就用得著定時器了，微電腦定時開關(guān)，想讓它加熱到幾點就加熱到幾點，可以按

9、照你的要求去實現(xiàn)，既安全又不費電。 2、 電飯煲定時煮飯、煲湯---方便、省時間 出門逛街回到家就懶得不想動，但是又很想吃到熱噴噴的飯，這個時候定時器又會幫到你了。出門前你先淘好米，洗好菜，用微電腦定時開關(guān)設(shè)定好時間，回家就可以吃到香噴噴的飯菜了。 3、 定時開關(guān)飲水機---省事、安全、健康 飲用水加熱6小時以上就會產(chǎn)生亞硝酸鹽，這種化學(xué)物質(zhì)可以致癌，產(chǎn)生血管等疾病。定時開關(guān)是最好的解決方案，沒人時自動關(guān)電，既能省電還能保證安全，長時間沒關(guān)電源引起火災(zāi)的事情也有不少。 4、 電動車定時充電---省電 電動車充電時間過長的話也是縮短電池壽命的，但是設(shè)定好它需要充電的時間，

10、想充幾個小時就幾個小時，不會過充。 5、 手機定時器充電---省電池 手機等凡是要給電池充電的設(shè)備均要求充電不超過額定時間，用它可以確保您心愛的設(shè)備的安全，不至于過充電損壞電池 上述應(yīng)用中，每個例子都說明了定時器是一項了不起的發(fā)明，使相當多需要人控制時間的工作變的簡單了許多。現(xiàn)在的不少家用電器都安裝了定時器來控制開關(guān)或者工作時間。以后家用電器定時器也會越來越普及的！ 四、 單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)及計數(shù)原理 （一） 單片機內(nèi)部機構(gòu) 單片機內(nèi)部有一個8位的CPU，同時CPU內(nèi)部包含了運算器，控制器及若干寄存器。 從上圖中我們可以看

11、到，在虛線框內(nèi)的就是CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)了，8位的MCS-51單片機的CPU內(nèi)部有數(shù)術(shù)邏輯單元ALU（Arithmetic Logic Unit）、累加器A（8位）、寄存器B（8位）、程序狀態(tài)字PSW（8位）、程序計數(shù)器PC（有時也稱為指令指針，即IP，16位）、地址寄存器AR（16位）、數(shù)據(jù)寄存器DR（8位）、指令寄存器IR（8位）、指令譯碼器ID、控制器等部件組成。 1、運算器（ALU）的主要功能 A）算術(shù)和邏輯運算，可對半字節(jié)（一個字節(jié)是8位，半個字節(jié)就是4位）和單字節(jié)數(shù)據(jù)進行操作。 B）加、減、乘、除、加1、減1、比較等算術(shù)運算。 C）與、或、異或、求補、循環(huán)等邏輯運算。 D）位

12、處理功能（即布爾處理器）。 由于ALU內(nèi)部沒有寄存器，參加運算的操作數(shù)，必須放在累加器A中。累加器A也用于存放運算結(jié)果。 例如：執(zhí)行指令 ADD A，B 執(zhí)行這條指令時，累加器A中的內(nèi)容通過輸入口In_1輸入ALU，寄存器B通過內(nèi)部數(shù)據(jù)總線經(jīng)輸入口In_2輸入ALU，A+B的結(jié)果通過ALU的輸出口Out、內(nèi)部數(shù)據(jù)總線，送回到累加器A。 2、程序計數(shù)器PC PC的作用是用來存放將要執(zhí)行的指令地址，共16位，可對64K ROM直接尋址，PC低8位經(jīng)P0口輸出，高8位經(jīng)P2口輸出。也就是說，程序執(zhí)行到什么地方，程序計數(shù)器PC就指到哪里，它始終是跟躥著程序的執(zhí)行。我們知道，用戶程序是存放在內(nèi)

13、部的ROM中的，我們要執(zhí)行程序就要從ROM中一個個字節(jié)的讀出來，然后到CPU中去執(zhí)行，那么ROM具體執(zhí)行到哪一條呢？這就需要我們的程序計數(shù)器PC來指示。 程序計數(shù)器PC具有自動加1的功能，即從存儲器中讀出一個字節(jié)的指令碼后，PC自動加1（指向下一個存儲單元）。 3、指令寄存器IR 指令寄存器的作用就是用來存放即將執(zhí)行的指令代碼。 在這里我們先簡單的了解下CPU執(zhí)行指令的過程，首先由程序存儲器（ROM）中讀取指令代碼送入到指令寄存器，經(jīng)譯碼器譯碼后再由定時與控制電路發(fā)出相應(yīng)的控制信號，從而完成指令的功能。關(guān)于指令在單片機內(nèi)部的執(zhí)行過程，我們在后面將會以另一節(jié)課來進行詳細的講解。 4

14、、指令譯碼器ID 用于對送入指令寄存器中的指令進行譯碼，所謂譯碼就是把指令轉(zhuǎn)變成執(zhí)行此指令所需要的電信號。當指令送入譯碼器后，由譯碼器對該指令進行譯碼，根據(jù)譯碼器輸出的信號，CPU控制電路定時地產(chǎn)生執(zhí)行該指令所需的各種控制信號，使單片機正確的執(zhí)行程序所需要的各種操作。 5、地址寄存器AR（16位） AR的作用是用來存放將要尋址的外部存儲器單元的地址信息，指令碼所在存儲單元的地址編碼，由程序計數(shù)器PC產(chǎn)生，而指令中操作數(shù)所在的存儲單元地址碼，由指令的操作數(shù)給定。從上圖中我們可以看到，地址寄存器AR通過地址總線AB與外部存儲器相連。 6、數(shù)據(jù)寄存器DR 用于存放寫入外部存儲器或I/O端口

15、的數(shù)據(jù)信息。可見，數(shù)據(jù)寄存器對輸出數(shù)據(jù)具有鎖存功能。數(shù)據(jù)寄存器與外部數(shù)據(jù)總線DB直接相連。 7、程序狀態(tài)字PSW 用于記錄運算過程中的狀態(tài)，如是否溢出、進位等。 例如，累加器A的內(nèi)容83H，執(zhí)行： ADD A，#8AH ；累加器A與立即數(shù)8AH相加，并把結(jié)果存放在A中。 指令后，將產(chǎn)生和的結(jié)果為[1]0DH，而累加器A只有8位，只能存放低8位，即0DH，元法存放結(jié)果中的最高位B8。為些，在CPU內(nèi)設(shè)置一個進位標志位C，當執(zhí)行加法運算出現(xiàn)進位時，進位標志位C為1。 8、時序部件 由時鐘電路和脈沖分配器組成，用于產(chǎn)生微操作控制部件所需的定時脈沖信號 （二）定時計數(shù)器的原理：

16、 16位的定時器/計數(shù)器實質(zhì)上就是一個加1計數(shù)器，其控制電路受軟件控制、切換。 當定時器/計數(shù)器為定時工作方式時，計數(shù)器的加1信號由振蕩器的12分頻信號產(chǎn)生，即每過一個機器周期，計數(shù)器加1，直至計滿溢出為止。顯然，定時器的定時時間與系統(tǒng)的振蕩頻率有關(guān)。因一個機器周期等于12個振蕩周期，所以計數(shù)頻率fcount=1/12osc。如果晶振為12MHz，則計數(shù)周期為： T=1/（12106）Hz1/12=1μs 這是最短的定時周期。若要延長定時時間，則需要改變定時器的初值，并要適當選擇定時器的長度（如8位、13位、16位等）。 當定時器/計數(shù)器為計數(shù)工作方式時，通過引腳T0和T1對外

17、部信號計數(shù)，外部脈沖的下降沿將觸發(fā)計數(shù)。計數(shù)器在每個機器周期的S5P2期間采樣引腳輸入電平。若一個機器周期采樣值為1，下一個機器周期采樣值為0，則計數(shù)器加1。此后的機器周期S3P1期間，新的計數(shù)值裝入計數(shù)器。所以檢測一個由1至0的跳變需要兩個機器周期，故外部事年的最高計數(shù)頻率為振蕩頻率的1/24。例如，如果選用12MHz晶振，則最高計數(shù)頻率為0.5MHz。雖然對外部輸入信號的占空比無特殊要求，但為了確保某給定電平在變化前至少被采樣一次，外部計數(shù)脈沖的高電平與低電平保持時間均需在一個機器周期以上。 當CPU用軟件給定時器設(shè)置了某種工作方式之后，定時器就會按設(shè)定的工作方式獨立運行，不再占用C

18、PU的操作時間，除非定時器計滿溢出，才可能中斷CPU當前操作。CPU也可以重新設(shè)置定時器工作方式，以改變定時器的操作。由此可見，定時器是單片機中效率高而且工作靈活的部件。 綜上所述，我們已知定時器/計數(shù)器是一種可編程部件，所以在定時器/計數(shù)器開始工作之前，CPU必須將一些命令（稱為控制字）寫入定時/計數(shù)器。將控制字寫入定時/計數(shù)器的過程叫定時器/計數(shù)器初始化。在初始化過程中，要將工作方式控制字寫入方式寄存器，工作狀態(tài)字（或相關(guān)位）寫入控制寄存器，賦定時/計數(shù)初值。下面我們就提出的控制字的格式及各位的主要功能與大家詳細的講解。 控制寄存器 定時器／計數(shù)器T0和T1有2個控制寄存器-TM

19、OD和TCON，它們分別用來設(shè)置各個定時器／計數(shù)器的工作方式，選擇定時或計數(shù)功能，控制啟動運行，以及作為運行狀態(tài)的標志等。其中，TCON寄存器中另有4位用于中斷系統(tǒng)。 五、 電子定時器的設(shè)計 （一） 總體設(shè)計要求 本文所涉及的電子定時器要求能定時給電器供電或斷電，最大時間可以長達30h,操作使用方便，采用AT89C2051單片機控制，4位共陽數(shù)碼管顯示時間，繼電器做電器電源輸出控制 （二） 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 （三） 芯片的選擇 硬件電路要實現(xiàn)對交流大電流電源的控制、定時時間的設(shè)定顯示和到點提醒等功能。若采用40腳的單片機有利于設(shè)計，但會增大電路板的體積。本設(shè)計采

20、用ATMEL公司的AT89C2051單片機，芯片位20腳，體積小，工作電壓范圍寬（2.7V~6V）。性價比比較高。 （四）交流控制接口電路 交流接口電路可以選擇繼電器控制，也可采用可控硅控制等。本設(shè)計采用的是前一種——繼電器控制。 （五）顯示電路 顯示電路采用4個共陽極LED數(shù)碼管。為了在定時達到分（鐘）的時候能顯示出時鐘在計時，兩個數(shù)碼管之間增加一個發(fā)光二極管，以其閃爍來代表秒走動；為了使硬件電路簡單，采用單片機直接驅(qū)動LED數(shù)碼管（AT89C2051輸出口能吸收20mA電流），用動態(tài)掃描法實現(xiàn)LED顯示。 （六）報警電路 報警電路采用普通的5V成品蜂鳴器。 六、 系統(tǒng)程

21、序的設(shè)計 程序采用模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計，并采用軟件抗干擾，使軟件的可靠性比較高，可維護性較強。 主要模塊有： 1） 主程序 2） 菜單程序 3） 到點工作程序 4） 抗干擾程序 主程序流程圖： 開始 關(guān)中斷，設(shè)置堆棧 有上電復(fù)位標志？ N Y 熱啟動 恢復(fù)正常 冷啟動 全面初始化 調(diào)用顯示程序 F鍵被按下？ N Y 調(diào)用顯示程序，設(shè)定時間 開始計時、工作 到點

22、了嗎？ N 停止計時， 調(diào)用到點工作程序 結(jié)束 結(jié)論： 本文在回顧電子定時器發(fā)展歷程的基礎(chǔ)上，首先闡述了電子定時器的基本原理，進而詳細介紹了和電子定時器相關(guān)的各種專業(yè)名詞和術(shù)語。對家用電子定時器也做了詳細的描述。從而知道家用電子定時器的在現(xiàn)代社會中的廣泛運用。 致謝：致謝你自己寫要寫關(guān)于感謝老師感謝同學(xué)的內(nèi)容,不需要太多的字，也可以上網(wǎng)搜，正規(guī)排版大致就是這樣，如果不滿意可以自己修改.你先看看行嗎? 參考文獻： 1、胡漢才.單片機原理及其接口技術(shù).北京：清華大學(xué)出版社，2004（第二版） 1. 趙德安等. 單片機原理與應(yīng)用. 北京：機械工業(yè)出版社，2004 2. 趙曉安等.MCS-51單片機原理及應(yīng)用.天津:天津大學(xué)出版社,2001-3第一版 3. 趙亮等. 單片機C語言編程與實例.北京: 人民郵電出版社 4. 何立民. MCS-51系列單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)配置與接口技術(shù).北京:北京航空航天大學(xué)出版社 5. 張洪潤等.單片機應(yīng)用技術(shù)教程.北京:清華大學(xué)出版社 6. 夏繼強. 單片機實驗與實踐教程. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社.2001 7. 徐惠民、安德寧． 單片微型計算機原理接口與應(yīng)用．第1版．北京：北京 13