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1、 . . . 理工大学单片机应用与仿真训练设计报告四路定时控制器姓 名： 浩 学 号： 8 专业班级： 电仪12-1 指导老师： 荆鹏辉 所在学院； 电气工程与自动化学院 2014年 1月 11日摘要本设计是基于STC10F08XE单片机的多功能电子定时器硬件结构和软硬件设计方法。系统以STC10F08XE单片机为控制器通过对信息的分析与处理来控制电磁继电器实现四个道路的通断时间。可同时分别对四个通道设置多个时间段的定时通断，实现不同的控制效果。系统可以精确显示时间。整个系统采用单一5V电源，供电简单。利用数码管显示数据，显示清晰直观。通过单片机自身所带定时器进行计时，更稳定可靠。能通过按键任
2、意设置某回路某时间段的开关状态和对显示时间的调节。通过对电磁继电器控制达到了利用弱电控制强电的效果。本设计硬件电路总体可以分为四个单元：单片机最小系统单元，指继电器控制电路单元，按键电路单元，显示单元。软件系统可以大致分为四个大的模块为：初始化模块，按键扫描模块，定时模块，数码管显示模块。其中，键盘扫描和数码管显示采用查询方式。通过各个模块的协调工作构成了最终的软件系统。此四路定时器整个系统通过软硬件的协调工作，具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁、成本低廉、操作安全等诸多优点，具有广阔的市场前景，尤其在智能化家用电器和办公自动化设备等领域。关键字：单片机；四路定时器；数码管。目录 1
3、概述41.1 制作背景目的41.2 功能要求41.3 系统原理概述42 系统总体方案及硬件设计62.1 系统总体方案设计62.2 STC10F08XE单片机介绍62.3 矩阵键盘电路介绍92.4 数码管模块介绍102.5 继电器模块介绍113 软件设计123.1 软件系统整体方案123.2 定时器技术模块133.3 键盘扫描模块143.4 数码管显示模块154 Proteus软件仿真164 Proteus仿真165 课程设计体会175.1 方案特点175.2 心得体会17参考文献18附1 源程序代码19附2 系统原理图33附3 系统说明书341 概述1.1 制作背景目的本文主要阐述了四路定时器
4、的制作方法，功能原理是单片机控制技术的一个具体应用。通过STC10F08XE单片机实现对不同电路通道开关状态的任意控制。 在工矿企业以及生产生活中很多场合都需要做到电能的不连续供给，在以往的电能开关状态控制多是需要人工来完成，而很多时候很难及时的达到所需要的工作状态。本设计正是以此为背景，以节能环保，方便快捷为目的，利用单片机的可编程控制控功能来实现对电能，电力的优化配置。克服了以往电路的需要人工控制开关状态的弊端。而且采用了数码管显示出当前时间等生活中较为关心的坏境条件，使用方便，操作简单。通过LED灯模块显示工作通路。1.2 功能要求基本功能：1、主要应用于定时控制四个回路的电源通断。2、
5、以当前时间为基准，以24小时为周期，可以任意设定哪个回路于某时刻开，到某时刻关。如可以设置第一个回路在8:30-11:30开，14:30-18:00开，其他时间段为关。3、能通过按键任意设置某回路某时间段的开关状态，利用数码管显示要直接明了。4、制作操作说明书给于说明操作步骤，并以产品研发的思路制作，面向用户设计人机交互，力求做到功能强大，操作简单。1.3 系统原理概述本系统采用STC10F08XE单片机为控制核心，基于STC10F08XE单片机所具备的的计数功能，达到实时时钟的制作。并通过四位共阴极数码管将时间直观的显示出来。可以利用按键输入功能对显示时间进行调整。该系统设置了四个定时通道，
6、每个定时通道都是相互独立的。四个定时通道可以分别设置多个时间段的开关状态，每个通道都可以通过I/O口输出信号对电磁继电器进行控制，通过控制电磁继电器的通断进一步控制继电器所连接的其他电路的开关状态。充分利用了弱电控制强电的效果。还可以通过LED显示出该通道的工作状态。本系统的人机交互是有输入设备矩阵键盘来完成的。矩阵键盘具有节省单片机I/O等优点，可以利用键盘更改当前时间，和设定用户所期望的任意通道的工作时间以及工作状态。2 系统总体方案及硬件设计2.1 系统总体方案设计该系统有电源电路、晶振电路、下载电路、单片机、数码管显示电路和键盘控制电路组成。控制核心采用当前较新颖好用的基于51核的ST
7、C10F08XE单片机，该单片机功能强大，运行速度比普通单片机高，且价格低廉，容易购买。晶振电路采用11.0592MHz晶体振荡器，电源采用5V电源供电，显示模块采用四位共阴极数码管显示系统的各项信息，并利用发管二极管辅助显示，输入模块利用3*2矩阵键盘，四路定时器控制系统总体方案图如图2-1所示.图2-1 四路定时器控制系统总体方案图2.2 STC10F08XE单片机介绍本系统采用的STC10 单片机为40引脚双列直插式封装。stc10xx系列单片机是宏晶科技设计的单时钟/机器周期(1t)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-1
8、2倍。部集成高可靠复位电路,针对高速通信，智能控制，强干扰场合。 STC10xx系列单片机的定时器0/定时器1/串行口与传统8051兼容,增加了独立波特率发生器,省去了定时器2。传统8051的111条指令执行速度全面提速,最快的指令快24倍,最慢的指令快3倍。其引脚排列和逻辑符号如图2-2 所示。各引脚功能简单介绍如下： VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每个管脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚写“1”时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FLASH编程时，P0口作为原码输入口，当FLASH进行
9、校验时，P0输出原码，此时P0外部电位必须被拉高。 P1口：P1口是一个部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL图门电流。P1口管脚写入“1”后，电位被 2-2引脚排列和逻辑符号部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚电位被部上拉电阻拉高，且作为输入。作为输入时，P2口的管脚电位被外部拉低，将输出电流，这是由于部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16
10、位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用部上拉的优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被部上拉为高电平，并用作输入。作为输入时，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流(ILL)，也是由于上拉的缘故。P3口也可作为STC10的一些特殊功能口：P3.0 RXD(串行输口)；P3.1TXD(串行输出口) ；P3.2 INT0(外部中断0)；P3.3 INT1
11、(外部中断1) ；P3.4 T0(定时器0外部输入)；P3.5 T1(定时器1外部输入)；P3.6 WR (外部数据存储器写选通)；P3.7 RD (外部数据存储器读选通)。同时P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE / PROG ：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时
12、，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令时ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取址期间，每个机器周期PSEN两次有效。在访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。EA/VPP：当EA保持低电平时，访问外部ROM；注意加密方式1时，EA将部锁定为RESET；当EA端保持高电平时，访问部ROM。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。XTAL1：反向振荡放大器的输入及部时钟工作电
13、路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。stc10xx单片机最小系统：整个最小系统电路制作很简单，只需要一块单片机，一个晶振，三个电容，一个电阻即可。其中时钟晶振电路模块为单片机提供特定的时钟周期，以备单片机工作使用。单片机部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器的输入与输出端分别是引脚XTAL1和XTAL2，在两引脚上外接时钟源即可构成时钟电路，系统外部采用11.0592MHz晶振。系统的复位电路在这里采用的是电容充放电进行复位，其具体电路连接线如图2-4 所示：图2-3 最小系统原理图2.3 矩阵键盘电路介绍系统采用32矩阵键盘输入定时时间，也可以通过键盘查看当前温度和设定四个通道某时
14、间段的开关状态。其原理图如图2-7 所示：图2-7 矩阵键盘原理图采用矩阵键盘可以减少I/O口的占用，在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。利用行列扫描法读取按键信息是常用的按键识别方法。2.4 数码管模块介绍四位七段数码管四个数码显示管的ag 及小数点dp 管脚并联在一起，作为数码管数据输入端；分别引出各个数码管的阴极A1A4。只要在A1A4 管脚上轮流加低电平其频率大于40Hz，可实现四个数码管同时被点亮的视觉效果。在点亮不同数码管的同时输入不同的数据，即可在数码管上同时显示四位不同的数字。系统采用动态扫描方式。动态扫描方法是用其接口电路把所有显示
15、器的8个笔画字段（ag和dp）同名端连在一起，而每一个显示器的公共极COM各自独立接受I/O线控制。CPU向字段输出端口输出字型码时，所有显示器接受相同的字型码，但究竟使那一位则由I/O线决定。动态扫描用分时的方流控制每个显示器的COM端，使每个显示器轮流电亮。在轮流点亮过程中，每位显示器的点亮时间极为短暂，但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，给人的印象就是一组稳定的显示数据。动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。其数码管管脚图如图2-8 所示：图2-8 数码管管脚图2.5 继电器模块介绍电磁继电器是有触点电继电器是有触点电继电器的一种。它是利用电磁效应实现
