1、 桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 I 頁 共 頁 摘 要隨著家用電器的越來越普及和人們生活節奏的加快，人們對電器的依賴性進一步提高，對電器的定時需求也進一步增大。定時開關插座可用于電飯煲、飲水機、電視機、電腦、電動車電池的充電、定時開關電熱毯等需要定時供電的場合。定時開關插座的使用能夠做到節能、安全、方便等。本文介紹了一種基于 AT89S52 單片機的定時開關插座設計方案。該系統是通過AT89S52 的定時器 0 和定時器 1 實現時鐘的 24 小時制或者 100 小時制的時鐘走時，并通過液晶 12232 顯示出來。繼電器的通、斷通過比較繼電器控制變量 ray 的值來確定。定時時

2、間的開始或者停止是通過每分鐘比較一次開始時間數組 begin 和結束數組 end 來確定，并在開始時對 ray 進行加 1 操作，在結束時對 ray 進行減 1 操作(ray 的值不會出現負值)；當 ray 為 0 時繼電器開關斷開，非 0 時接通。通過控制繼電器的通斷可以達到控制插座通斷的目的。本文首先介紹定時開關插座設計要實現的功能，接著闡述系統電路的設計及原理說明，包括設計方案選擇、關鍵元器件介紹、電路設計說明（包括電源電路、鍵盤、單片機控制電路、液晶 12232 顯示、繼電器工作電路）軟件設計流程以及系統的測試。最后總結了定時開關插座設計完成的任務，分析系統的不足并提出了系統的應用展望

3、。關鍵詞：定時開關；繼電器；AT89S52 單片機；液晶 12232。 桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 II 頁 共 頁 AbstractWith 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 ti

4、mer 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 pres

5、ents 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 var

6、iables 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 r

7、ay 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, includi

8、ng 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

9、tasks should be completed, analyze systems deficiencies and propose the systems application prospect.Key words：Timer switch; Relays; AT89S52 SCM; LCD 12232. 桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 III 頁 共 頁 目 錄引言.11 設計要求及構思.21.1 設計要求 .21.2 設計構思 .22 設計方案分析確定.32.1 系統框圖 .32.2 開關的選擇 .32.3 顯示方式選擇 .42.4 時鐘的實現及單片機的選擇 .42.5

10、 電源部分的選擇 .42.6 按鍵控制部分的實現 .53 主要元器件原理及其應用.53.1 繼電器介紹.53.1.1 繼電器的繼電特性.53.1.2 繼電器工作原理及特性.63.1.3 繼電器主要產品技術參數.73.1.4 繼電器的選用.73.2 單片機 AT89S52 介紹.83.3 液晶 LCD12232 介紹 .94 系統硬件電路設計.104.1 電源電路 .104.2 單片機最小系統及液晶顯示.124.3 繼電器驅動電路 .134.4 鍵盤電路.145 系統軟件程序設計.155.1 主程序的設計 .165.2 時鐘程序設計 .175.3 時鐘設置及定時設置程序設計.186 系統軟硬件的

11、制作與調試.196.1 硬件的制作 .196.2 調試方案 .196.3 硬件電路調試 .196.3.1 獨立元件的檢測.196.3.2 電源電路的調試.206.3.3 單片機最小系統的調試.206.3.4 顯示模塊的調試.206.3.5 鍵盤模塊的調試.206.3.6 繼電器電路的調試.216.4 軟件調試 .216.5 整體系統調試 .21 桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 IV 頁 共 頁 7 結論.23謝 辭.24參考文獻.25附 錄 1.26附 錄 2.28附 錄 3.45 桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 1 頁 共 50 頁引言現如今，往往由于某些特殊原因

12、給我們的生活或工作帶來一些困擾和遺憾。比如：家中的水塔忘記抽水而造成生活的一時不便；學校的起床廣播因值班人員睡過頭而推遲廣播；家中的魚缸因太久沒有供氧造成魚兒缺氧死亡；許多球迷或者新聞愛好者因為錯過了開機時間而與精彩球賽或者新聞擦肩而過；夏天里風扇的定時時間過短（一般為 1 個小時） ，不便于晚上分段定時使用等等。而上面的這些問題都可以通過定時開關插座的定時功能得到解決。隨著電器產品待機能耗的迅速增長，家庭和社會付出了太多的代價，中國節能認證中心對家庭待機能耗做過的調查顯示，待機能耗占到家庭電力消耗的 10左右，僅以電視機為例，平均每臺電視機的待機能耗是 8.07W，按每天待機 2 小時大約耗

13、電0.016 度。定時開關插座能夠實現定時給電器供電，在工作時間之外把電器的電源切斷，這樣就能解決電器的待機損耗，達到節約用電的目的。定時開關插座是一款能在特定時間段內控制電器通、斷電的開關插座。能實現 24小時制和 100 小時制兩種時鐘走時模式，在 24 小時制時鐘模式，可以實現 6 組 24 小時內的任意定時，定時時間范圍最小為 1 分鐘；在 100 小時制時鐘模式，可以實現 6組 100 小時內的任意定時，定時時間范圍最小也是 1 分鐘。本文闡述了定時開關插座的硬件電路設計、軟件算法設計, 給出了自動開關插座的設計和定型方案,它可以對家中一些需要在特定時間對電器進行自動斷、通電控制,而

14、不需要拔掉插頭，減少電器的待機損耗，解決生活中的一些煩惱。 桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 2 頁 共 50 頁1 設計要求及構思1.1 設計要求本次設計要求實現一個具有定時、按鍵設置及控制、定時時間顯示等功能的定時開關插座，具體要求及指標如下：（1）可以設定三組定時時間值。（2）設定的定時時間調整范圍為：099 分鐘。（3）具有開始/停止操作按鍵。（4）具有定時時間顯示和時鐘顯示。1.2 設計構思根據題目和設計功能要求，系統的實施方案可以分為以下幾個步驟：首先，通過模式（模式 0 為 24 小時制，模式 1 為 100 小時制）選定時鐘的走時方式，作為定時時間的判斷標準。然后通

15、過按鍵設置定時時間分別存儲在定時開始數組 begin 和結束數組end，通過數組的值與時鐘的值進行比較，時間在定時數組時間范圍內則繼電器接通，否則斷開。用一個紅色發光二極管的亮、滅來指示繼電器的通、斷的狀態。定時開關插座的顯示則用液晶來實現。用液晶的第一行顯示時鐘及目前所定時的組別 ；第二行則顯示定時開始時間；第三行則顯示定時的結束時間；第四行顯示目前所運行的模式。電源部分用 220V 轉換為直流 5V 給定時開關系統供電，并用干電池做儲備電源，防止220V 交流電斷電了單片機控制部分就停止工作，失去作用。用 4*3 鍵盤實現時鐘、定時的設置及開始/停止等按鍵設置功能。基于以上的設計構思，系統

16、每個模塊可以有幾種不同的實施方案，經過反復比較論證，確定了系統的最終實施方案。各個設計方案的分析和選擇將在第二章進行詳細介紹。鑒于以上的構思，定時開關可以實現功能擴展，具體實現的功能指標如下：（1）可以設定六組定時時間值。（2）設定的定時時間調整范圍分為兩種情況： 模式 0 狀態時可設定的定時時間調整范圍為：024 小時； 模式 1 狀態時可設定的定時時間調整范圍為：0100 小時。（3）具有開始/停止操作按鍵。（4）具有定時時間顯示和時鐘顯示，具有顯示模式、顯示目前定時組別、定時時間設置等功能。（5）在 220V 交流電斷電的情況下，干電池仍能保證單片機的定時狀態及時鐘走時正常工作；待交流電

17、通電后干電池停止供電，轉換為 220V 交流電轉為 5V 直流電供電。（6）具有時鐘設置功能，具有液晶節能模式（即在 30 秒內都沒有按鍵按下的話，就關閉液晶背景燈光） 。 桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 3 頁 共 50 頁2 設計方案分析確定2.1 系統框圖通過查找資料進行方案論證和選擇，可以確定出定時開關插座系統的整體構成，本系統的系統框圖如圖 2.1 所示。本設計是以 AT89S52 單片機為核心，以設置鍵盤設置時鐘時間、定時時間、模式選擇、開始、停止等功能。單片機控制繼電器來控制電器插座的通、斷，以達到控制電器的通、斷。定時時間范圍內導通電器插座，實現給電器供電，其他時

18、間則斷開。電源提供給單片機 5V 直流電，有交流 220V 轉為直流5V 供電和干電池供電兩部分，可對系統實現不間斷供電。液晶顯示模塊，在設置鍵盤沒有輸入時，顯示時鐘、模式、定時時間、定時組別等信息；當鍵盤設置開始時，顯示出當前設置的變化。復位能實現系統的硬件復位。圖 2.1 系統設置框圖2.2 開關的選擇現代自動控制設備中，都存在一個電子電路電氣電路的互相連接的問題，一方面要是電子電路的控制信號能夠控制電氣電路的執行元件（電動機、電燈、熱水器等） ，另一方面又要為電子線路的電器電路提供良好的電隔離，以保護電子電路和人身的安全。電子繼電器和光耦合器便能起到這一橋梁的作用。下面簡要介紹各個方案的

19、特點。方案一：采用繼電器作為控制 220V 通、斷的開關。固態繼電器(SSR)與機電繼電器相比，是一種沒有機械運動，不含運動零件的繼電器，但它具有與機電繼電器本質上相同的功能。SSR 是一種全部由固態電子元件組成的無觸點開關元件，他利用電子元器件的點，磁和光特性來完成輸入與輸出的可靠隔離，利用大功率三極管，功率場效應管，單項可控硅和雙向可控硅等器件的開關特性，來達到無觸點，無火花地接通和斷開被控電路。選用 SRD-05VCD-SL-C 繼電器最大電路可達到 10A，即繼電器的正常工作范圍為 0 到 2200 瓦，可以給大部分家用電器供電。方案二：采用光耦合器實現單片機控制開關。耦合器（opti

20、cal coupler，英文縮寫液晶顯示晶振復位電源設置鍵盤繼電器電器插座受控電器AT89C52單片機 桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 4 頁 共 50 頁為 OC）亦稱光電隔離器，簡稱光耦。光耦合器以光為媒介傳輸電信號。它對輸入、輸出電信號有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應用。目前它已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。本次設計開關部分可以用繼電器也可以用光耦合器。考慮到本設計繼電器足以滿足設計要求，而且繼電器比光耦合器便宜，故選用繼電器。2.3 顯示方式選擇在模擬電子和數字電子中,常用顯示數據的有數碼管和液晶顯示器。方案一：采用 LED 數碼管顯示。雖然功耗

21、低，控制簡單，但卻只能顯示數字和一些簡單的字符，而且顯示信息少，需要較多位的數碼管，占用了較多的單片機 I/O 口，沒有較好的人機界面。方案二：采用 LCD 液晶顯示，可以顯示所有字符及自定義字符，并能同時顯示多組數據、漢字，字符清晰。由于自身具有控制器，不但可以減輕主單片機的負擔，而且可以實現菜單驅動方式的顯示效果，達到友好的人機介面。LCD 顯示能解決 LED 只能顯示數字等幾個簡單字符的缺點，性能好，效果多，控制方便，顯示方式多，且能耗也較少。這次設計中不僅要顯示相應的時鐘、定時組別、目前運行的模式，而且還要顯示出相應的定時開始時間和結束時間，需要顯示的信息較多，所以采用方案二，用 LC

22、D顯示結果。2.4 時鐘的實現及單片機的選擇時鐘的實現可已通過使用時鐘芯片或者單片機的定時器實現。下面簡要介紹幾種方案的特點。單片機僅用于控制繼電器、鍵盤，實現時鐘和定時，用 51 結構的有Atmel 的 AT89CXX 系列、AT89SXX 系列、AT89C20 系列（20 引腳）或 STC 的所有單片機都可以實現。根據在學校比較流行的學習單片機是 AT89SXX 系列，而且AT89S52 單片機便宜，購買方便，故單片機選用 AT89S52 單片機。方案一：時鐘通過使用時鐘芯片來實現，控制部分通過使用單片機來實現。時鐘芯片種類非常多，有內置晶振及充電電池的，也有外置晶振的，現在流行的時鐘芯片

23、有 DS1302、 DS1307、PCF8485、SB2068 等。使用時鐘芯片可以得到準確的時鐘走時，可用簡單的程序實現定時開關插座的定時功能。方案二：時鐘通過單片機的內部定時器來實現時鐘。單片機的內部定時器可實現較為精確的時鐘走時，定時 50 毫秒的誤差率極小，可達到定時開關插座的使用要求。使用單片機內部定時器可簡化硬件電路，可以節省開支，但是編程的難度有所提高。本次設計的時鐘走時用單片機定時器已經可以完全達到定時開關插座的使用要求，并可省去時鐘芯片，節省開支。考慮到軟件的難度增加可換來更好的性價比，所以選用方案二。 桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 5 頁 共 50 頁2.5

24、 電源部分的選擇電源給單片機及繼電器等使用 5V 直流電的器件提供電源，供系統正常工作。方案一：使用開關電源將 220V 交流電轉為 5V 直流電給系統供電。開關電源的體積小，重量輕。但由于需要耐壓不小于 220V 的電容等特殊的元器件，日常生活中較難找全器件，開關電源的散熱比較差，不適宜長時間工作。故此方案不適宜。方案二：用變壓器降壓經整流橋整流和 7805 穩壓后給系統供電。變壓器相對比較重，但他的電路穩定，適宜長時間供電。能做到交流電供電正常時就能給系統正常供電。但在交流電失電時系統會停止工作，這時的時鐘也會停止走時。在重新供電時系統會重啟，從而造成原先設置的數據丟失。故此方案存在漏洞，

25、不適宜使用。方案三：使用干電池給系統供電。干電池供電能讓系統穩定的工作，時鐘的走時不受交流電的影響。干電池的價格相對交流電而言較貴，用干電池單獨供電會造成使用成本提高的問題，此方案也存在不合理性。方案四：使用交流電和干電池混合給系統供電。在交流電不失效的情況下由交流電轉 5V 直流電供電，在交流電失效情況下由干電池供電。這樣就能解決運行成本過高或者在交流電失效時丟失原先設置數據的問題。本方案對本設計最為合適。綜上所述，考慮到成本、實用性等問題，對定時開關插座系統供電方案四是最為合適的。2.6 按鍵控制部分的實現時鐘時間和定時時間的設置功能可以通過按鍵來實現。按鍵的實現可以通過以下兩種方案實現：

26、方案一：單片機的每一個 I/O 口與一個按鍵相連，這樣就可以根據掃描 I/O 口的電平變化實現相關功能。這樣可以很簡單的實現按鍵的功能，但是會占用較多的 I/O 口，可能會出現 I/O 口不夠用的情況，而且系統的可擴展性也會大大降低。方案二：使用矩陣鍵盤實現。矩陣鍵盤可以用較少的 I/O 口實現多個按鍵功能，能節省更多的 I/O 口，利于系統擴展功能。根據本定時開關插座的設置要求，要用到 12 個按鍵。通過兩個方案的對比，方案二的實施辦法更符合要求。3 主要元器件原理及其應用本次設計中主要器件有繼電器、51 系列單片機 AT89S52、LCD12232 液晶顯示模塊、5V 穩壓芯片 7805，

27、在介紹系統的硬件設計之前，下面先簡要介紹一下這些關鍵器件的原理及應用。3.1 繼電器介紹繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統（又稱輸入回路）和被控制系統（又稱輸出回路） ，通常應用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關”。故在電路中起著自動調節、安全保護、轉換電路等作用。 桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 6 頁 共 50 頁3.1.1 繼電器的繼電特性繼電器的輸入信號 x 從 0 連續增加達到銜鐵開始吸合時的動作值 xx，繼電器的輸出信號立刻繼續增大，輸出信號 y 將不再起變化。當輸入量 x 從某一大于 xx 值下降到xf，繼電器開始釋放，常開

28、觸點斷開。我們把繼電器的這種特性叫做繼電特性，也叫繼電器的輸入-輸出特性。釋放值 xf 與動作值 xx 的比值叫做反饋系數，即 Kf=xf/xx。觸點上輸出的控制功率 Pc 與線圈吸收的最小功率 P0 之比叫做繼電器的控制系數，即 Kc=Pc/P0。3.1.2 繼電器工作原理及特性（1）電磁繼電器的工作原理和特性電磁式繼電器一般由鐵芯、 線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反

29、作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）釋放。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉 ”觸點，可以這樣來區分： 繼電器線圈未通電時處于斷開 狀態的靜觸點，稱為 “常開觸點”；處于接通狀態的靜觸點稱為 “常閉觸點”。（2）熱敏干簧繼電器的工作原理和特性熱敏干簧繼電器是一種利用熱敏 磁性材料檢測和控制溫度的新型熱敏開關。它由感溫磁環、恒磁環、 干簧管、導熱安裝片、塑料襯底及其他一些附件 組成。熱敏干簧繼電器不用線圈勵磁，而由恒磁環產生的磁力驅動開關動作。恒磁環能否向干簧管提供磁力是由感溫磁環的溫控特性決定的。（3）固態繼電器（ SSR）的工作

30、原理和特性固態繼電器是一種兩個接線端為輸入端，另外兩個接線端為輸出端的四端器件，中間采用隔離器件實現輸入輸出的電隔離。 固態繼電器按負載電源類型可分為交流型和直流型。按開關型式可分為常開型和常閉型。按隔離型式可分為混合型、變壓器隔離型和光電隔離型，其中以光電隔離型最多。（4）磁簧繼電器磁簧繼電器是以線圈產生磁場將磁簧管發生動作的繼電器，為一種線圈傳感裝置。因此磁簧繼電器具有尺寸小、輕量、反應速度快、短跳動時間等特性。 當整塊鐵磁金屬或者其它導磁物質與之靠近的時候發生動作，開通或者閉合電路。由永久磁鐵和干簧管組成。永久磁鐵、干簧管固定在一個不導磁也不帶有磁性的支架上。以永久磁鐵的南北極的連線為軸

31、線，這個軸線應該與干簧管的軸線重合或者基本 桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 7 頁 共 50 頁重合。由遠及近的調整永久磁鐵與干簧管之間的距離，當干簧管剛好發生動作（對于常開的干簧管，變為閉合；對于常閉的干簧管，變為斷開）時，將磁鐵的位置固定下來。這時，當有整塊導磁材料，例如鐵板同時靠近磁鐵和干簧管時，干簧管會再次發生動作，恢復到沒有磁場作用時的狀態；當該鐵板離開時，干簧管即發生相反方向的動作。磁簧繼電器結構堅固，觸點為密封狀態，耐用性高，可以作為機械設備的位置限制開關，也可以用以探測鐵制門、窗等是否在指定位置。（5）光繼電器光繼電器為 AC/DC 并用的半導體繼電器，是發光器件

32、和受光器件一體化的器件。輸入側和輸出側電氣性絕緣，但信號可以通過光信號傳輸。 其特點為壽命為半永久性、微小電流驅動信號、高阻抗絕緣耐壓、超小型、光傳輸、無接點等。主要應用于量測設備、通信設備、保全設備、醫療設備等。3.1.3 繼電器主要產品技術參數（1）額定工作電壓額定工作電壓是指繼電器正常工作時線圈所需要的電壓，也就是控制電路的控制電壓，根據繼電器的型號不同，可以是交流電壓，也可以是直流電壓。（2）直流電阻直流電阻是指繼電器中線圈的直流電阻，可以通過萬能表測量。 （3）吸合電流吸合電流是指繼電器能夠產生吸合動作的最小電流。在正常使用時，給定的電流必須略大于吸合電流，這樣繼電器才能穩定地工作。

33、而對于線圈所加的工作電壓，一般不要超過額定工作電壓的 1.5 倍，否則會產生較大的電流而把線圈燒毀。 （4）釋放電流釋放電流是指繼電器產生釋放動作的最大電流。當繼電器吸合狀態的電流減小到一定程度時，繼電器就會恢復到未通電的釋放狀態。這時的電流遠遠小于吸合電流。 （5）觸點切換電壓和電流觸點切換電壓和電流是指繼電器允許加載的電壓和電流。它決定了繼電器能控制電壓和電流的大小，使用時不能超過此值，否則很容易損壞繼電器的觸點。3.1.4 繼電器的選用（1）先了解必要的條件 控制電路的電源電壓，能提供的最大電流；被控制電路中的電壓和電流； 被控電路需要幾組、什么形式的觸點。選用繼電器時，一般控制電路的電

34、源電壓可作為選用的依據。控制電路應能給繼電器提供足夠的工作電流，否則繼電器吸合是不穩定的。 （2）查閱有關資料確定使用條件后，可查找相關資料，找出需要的繼電器的型號 桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 8 頁 共 50 頁和規格號。若手頭已有繼電器，可依據資料核對是否可以利用。最后考慮尺寸是否合適。（3）注意器具的容積。若是用于一般用電器，除考慮機箱容積外，小型繼電器主要考慮電路板安裝布局。對于小型電器，如玩具、遙控裝置則應選用超小型繼電器產品。通過上面的性能了解和比較，及考慮的器件的性價比，本設計選擇電磁繼電器。3.2 單片機 AT89S52 介紹AT89S52 單片機片內集成 2

35、56 字節程序運行空間、 8K 字節 Flash 存儲空間，支持最大 64K 外部存儲擴展。根據不同的運行速度和功耗的要求，時鐘頻率可以設置在 033M 之間。片內資源有 4 組 I/O 控制端口、 3 個定時器、 8 個中斷、軟件設置低能耗模式、看門狗和斷電保護。可以在4V 到 5.5V 寬電壓范圍內正常工作。不斷發展的半導體工藝也讓該單片機的功耗不斷降低。同時，該單片機支持計算機并口下載，簡單的數字芯片就可以制成下載線。根據不同場合的要求，這款單片機提供了多種封裝，本次設計根據最小系統有時需要更換單片機的具體情況，使用雙列直插 DIP-40 的封裝，如圖 3.1 所示。下面對定時開關系統中

36、使用到的管腳進行簡單說明。圖 3.1 DIP-40 封裝 89S52 引腳圖P0 口：P0 口是一個 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。作為輸出口，每位能驅動 8個 TTL 邏輯電平。對 P0 端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。 當訪問外部程序和數據存儲器時， P0 口也被作為低 8 位地址/數據復用。在這種模式下 ，P0 不具有內部上拉電阻。P1 口：P1 口是一個具有內部上拉電阻 的 8 位雙向 I/O 口，P1 輸出緩沖器能驅動 4 個 TTL 邏輯電平。對 P1 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出

37、電流（IIL）。P2 口：P2 口是一個具有內部 上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅 桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 9 頁 共 50 頁動 4 個 TTL 邏輯電平。對 P2 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。 P3 口：P3 口是一個具有內部上拉電阻 的 8 位雙向 I/O 口，P3 輸出緩沖器能驅動 4 個 TTL 邏輯電平。對 P3 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，

38、將輸出電流（ IIL）。 RST復位輸入。當振蕩器工作時， RST 引腳出現兩個機器周期以上高電平將是單片機復位。 3.3 液晶 LCD12232 介紹現在的字符型液晶模塊已經是單片機應用設計中最常用的信息顯示器件了。12232型 LCD 顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內容豐富、價格便宜、性價比高等特點。下面介紹 LCD12232 的管腳功能、工作參數、電氣特性。LCD12232 的引腳說明見表3.1。表 3.1 液晶 12232 引腳說明PCB 板引腳號12232/112232/212232/31VDDVSS2GNDVDD3VLCDV04RETA05CS1CS16CS2CS27R/WCL(

39、外振時鐘)8A0/RD9D0/WR10D1D011D2D1同 12232-1 引腳12D3D213D4D314D5D415D6D516D7D617背光D718背光 res19背光20背光同 12232-1 引腳VDD：邏輯電源正GND(VSS)： 邏輯電源地 桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 10 頁 共 50 頁VLCD(VEE,V0)：LCD 驅動電源RET：復位端,對于 68 系列 MPU:上升沿(L-H)復位，且復位后電平須保持為高電平（H） ； 對于 80 系列 MPU:下降沿(H-L)復位，且復位后電平須保持為低電平（L） 。CS1：讀寫使能。對于 68 系列 MPU，

40、連接使能信號引腳，高電平有效； 對于 80 系列 MPU，連接/RD 引腳，低電平有效。CS2：同 E1 引腳。/RD：讀允許，低電平有效。/WR：寫允許，低電平有效。R/W：讀寫選擇，對于 68 系列 MPU，高電平時讀數據，低電平時寫數據； 對于 80 系列 MPU，低電平時允許數據傳輸，上升沿時鎖定數據。A0：數據/指令選擇。高電平：數據 D0-D7 將送入顯示 RAM； 低電平：數據 D0-D7 將送入指令執行器執行。D0-D7：數據輸入輸出引腳。工作參數（1）邏輯工作電壓：2.46.0V（2）LCD 驅動電壓：3.013.5V（3）工作溫度：055（常溫）/ -2070（寬溫）（4）

41、保存溫度：-1070電氣特性（1）輸入高電平：3.5Vmin（2）輸入低電平：0.55Vmax（3）輸出高電平：3.75Vmin（4）輸出低電平：1.0Vmax（5）工作電流：2.0mAmax4 系統硬件電路設計整個系統的硬件設計可以分為四個模塊：電源電路、單片機最小系統及液晶顯示、繼電器工作電路、鍵盤電路。電源電路為整個系統供電，包括單片機 AT89S52、繼電器、鍵盤、LCD12232 及其他外圍電路。電源電路分兩個部分：（1）由 220V 交流電經變壓器和 7805 穩壓電路轉為 5V 直流電給系統供電；（2）由 4 節干電池作為儲備電源，在交流電失效時給系統供電，以確保單片機的正常運行

42、。在電源電路給系統供電時，綠色指示燈點亮，只是當前供電正常。單片機最小系統部分是整個系統的智能控制部分，也是整個系統的核心部分。單片機在實現時鐘的同時，也負責鍵盤檢測，驅動液晶顯示，實現定時功能，并負責控制繼電器的通、斷，紅色指示燈的亮、滅指示繼電器的通、斷狀態。液晶在單片機的控制下顯示時鐘、定時組別及定時時間的信息。 桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 11 頁 共 50 頁繼電器在單片機的控制下實現通、斷，從而達到控制插座通、斷電的目的。4.1 電源電路整個系統的供電電源如圖 4.2 所示。系統要提供穩定的直流 5V 供單片機及其所控制的外圍電路（包括液晶、鍵盤、繼電器等）和提供

43、 220 交流電給插座。在電源的設計中，用 220V 交流電經過變壓器降壓后經 7805 穩壓后給單片機控制系統供電。7805三端穩壓集成芯片有很多種型號，但是標稱最大輸出電流均為 1.5A，在實際應用中，該最大輸出電流往往取決于兩個方面：（1）足夠大的散熱面積；（2）在設計中，必須保證 7805 的輸入電壓 Vi 和輸出電壓 Vo 的壓差大于 2.5V，即 Vi-Vo=2.5V，否則會失去穩壓能力。同時單片機控制系統還用 6V 干電池作為儲備電源，當交流電源失電或者失效時，電壓為 6V 的直流電源通過二極管投入作用，硅二極管的導通壓降約為0.2V,因襲滿足系統的電源要求。P25 接的是經 5

44、W 變壓器降壓后的交流電。D33 二極管起到保護電路的作用。發光二級 DS11 是指示電源是否有電壓輸出。Header2 所接的是（由干電池提供）6V 直流電的輸入接口，2 接正，1 接負。X78xx 系列是三端正電源穩壓電路，它的封裝形式為 TO-220。它有一系列的穩固電壓輸出，應用非常的廣泛。每種類型由于內部電流的限制，以及過熱保護和安全工作區的保護，使它基本上不會損壞。如果能夠提供足夠的散熱片，它們就能夠提供大于 1.5A 的輸出電流。雖然是按照固定電壓值來設計的，但是當接入適當的外部器件后，就能獲得各種不同的電壓和電流。7805 使用時應該注意的事項：在實際應用中，應在三端集成穩壓電

45、路上安裝足夠大的散熱器（當然小功率的條件下不用） 。當穩壓管溫度過高時，穩壓性能將變差，甚至損壞。當制作中需要一個能輸出 1.5A 以上電流的穩壓電源，通常采用幾塊三端穩壓電路并聯起來，是其中最大輸出電流為 N 個 1.5A，但應用時需要注意：并聯使用的集成穩壓電路應采用同一廠家、同一批號的產品，以保證參數的一致。另外在輸出電流上留有一定的流量，以避免個別集成穩壓電路失效時導致其他電路的連鎖燒毀。7805 穩壓管如圖 4.1 所示。 桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 12 頁 共 50 頁圖 4.1 7805 穩壓管管腳說明IN12OUT3GNDU55LM7805CT103c55C

46、ap104c56Cap100UFC66Cap Pol2100UFC67Cap Pol2D2Bridge112P66Header 2H12P55Header 212P25Header 2DS11LED01KR44Res2D33Diode 1N4007D22Diode 1N4007圖 4.2 電源電路4.2 單片機最小系統及液晶顯示單片機控制電路是整個系統的核心，完成數據處理和控制任務。電路原理圖如圖 4.3所示。本次設計采用的單片機的型號為 AT89S52。單片機晶振為作用是為系統提供基本的時鐘信號。通常一個系統共用一個晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子

47、調整頻率的方法保持同步。C1、C2 叫負載電容。一般單片機的晶振工作于并聯諧振狀態，也可以理解為諧振電容的一部分。它是根據晶振廠家提供的晶振要求的負載電容選值的，換句話說，晶振的頻率就是在它提供的負載電容下測得的，能最大限度的保證頻率值的誤差。也能保證溫漂等誤差。兩個電容的取值都是相同的，或者說相差不大，如果相差太大，容易造成諧振的不平衡，容易造成停振或者干脆不起振。P2 是單片機的下載口，用于對單片機燒入程序。按鍵 S 及其外圍電路是實現單片機的硬件復位功能。P5 的管腳與液晶 12232 的管腳相對應（即作為液晶的底座）。LCD12232 可以顯示 4 行，所要顯示的信息有：第一個行顯示時

48、鐘的時（兩位）、分（兩位）、秒（兩位），時、分、秒之間用“：”隔開。在時鐘前面顯示大寫字母“T:0”，其中數字式從 0 到 5 可變的，顯示的是當前定時的組別。第二行顯示的是字母“begin：”，冒號后面顯示的是當前定時開始的時（兩位）、分（兩位），時、分之間用“：”隔開。 桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 13 頁 共 50 頁第三行顯示的是字母“stop：”，冒號后面顯示的是當前定時結束的時（兩位）、分（兩位），時、分之間用“：”隔開。第四行僅顯示運行模式信息“mod：0”，數字部分可在 0 和 1 變化。P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.

49、56P1.67P1.78RST9P3.0/RxD10P3.1/TxD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P3.6/WR16P3.7/RD17XTAL218XTAL119VSS20P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427P2.7/A1528PSEN29ALE30EA/VPP31P0.7/AD732P0.6/AD633P0.5/AD534P0.4/AD435P0.3/AD336P0.2/AD237P0.1/AD138P0.0/AD039VCC40U1P80

50、C31SBPN12Y112MHz30pFC2Cap3.3kR0 Res3SSW-PBVCC30pFC1CapDS1DS2DS3DS4DS5DS6DS7DS8P1P2P3P4P5P6P1P2P3P4P5P6DS1DS2DS3DS4DS5DS6DS7DS8P9P10P9P101KR4Res2100pFC3Cap Pol1123456789P3Header 9HVCC12345678910P2Header 5X2VCCVCCS00S11S22S33S44S55S66S77S55S66S77123456789P4Header 9VCC1234567891011121314151617181920P5H

51、eader 20DS1DS2DS3DS4DS5DS6DS7DS8P10P4P5P6P9P3VCC圖 4.3 單片機最小系統及液晶顯示4.3 繼電器驅動電路繼電器的驅動電路如圖 4.4 所示。這是典型的繼電器驅動電路。單片機是一個弱電器件，一般情況下它們大多工作在 5V 甚至更低。 。驅動電流在 mA 級以下。而要把它用于一些大功率場合，比如繼電器驅動，顯然是不行的。所以就要有一個環節來銜接，這個環節就是所謂的“功率驅動” 。繼電器驅動就是一個典型的、簡單的功率驅動環節。圖中三極管 8050 有兩個作用：一個是起放大作用，一個是起開關作用（嚴格來講開關作用是放大作用的極限情況） 。P1 處連接的

52、是單片機的 P2.7 口。P2.7 口給出高電平時，三極管處于導通狀態，并起放大作用，這樣，繼電器就能得到足夠的驅動電流來正常工作。當 P2.7 口給出低電平時，三極管不工作，繼電器因沒電流通過而不工作。二極管 4148 起到保護作用。發光二極管 LED0 用于指示繼電器是處于導通狀態（燈亮）還是處于斷開狀態（燈滅） 。 桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 14 頁 共 50 頁3.3KR3Res1Q18050VCCK0Relay-SPSTDS22LED01KR55Res2VCCD204148P1圖 4.4 繼電器驅動電路4.4 鍵盤電路鍵盤電路如圖 4.5 所示。使用矩陣鍵盤能用較

53、少的 I/O 口實現較多的按鍵功能。下面為按鍵實現舉例：假設按下的是 B/S 鍵進行如下檢測（4*4 鍵盤）先在 P1 口輸出 P1 00001111低四位行會有變化Cord_h =00001111&00001110 =00001110 if (!=00001111)延時 20msCord_h=00001110&00001111=00001110 if ( !=00001111)P1 再輸出 11111110P1=00001110|11110000=11111110輸出高四位Cord_l=P1&0 xf0 /此時 P1 口就是輸入值 01111110 而不是上面的 11

54、111110Cord_l=01111110&11110000=01110000Cord_h+cord_l=00001110+01110000=01111110=0 x7e /此編碼即為 B/S 的編碼通過此方法，就可以計算出其他的鍵值，從而實現矩陣鍵盤的按鍵功能。下面介紹個個按鍵實現的功能：B/S 按鍵：用于實現繼電器的開始、停止功能。Mone：用于實現模式 1 的時鐘是循環走時還是走時到 99：59:59 后停止。T：定時一共有 6 組（0、1、2、3、4、5） ，每組分為開始和結束兩個時間。通過按此按鍵能實現定時組別的選定。 桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 15 頁

55、共 50 頁Mod：模式選擇，可以實現時鐘在 24 小時制和 100 小時制之間轉換。Enter：在時鐘設置或者定時設置時用于確定完成設置。Cancel：用于取消全部目前所設置好的定時組，即對定時做歸零處理。Set：時鐘或者定時的設置按鈕，初次按下，進入定時設置，再次按下，進入時鐘設置。液晶上會顯示出 set 的目前值。Set 為 1 時為定時設置，為 2 時是時鐘設置。TB/TS:此按鍵是實現當前設置在當前定時組別的開始時間和結束時間之間切換。Left：此按鍵是實現當前設置位左移一位。Up：此按鍵是實現當前設置位進行加 1 操作。Down：此按鍵是實現當前設置位進行減 1 操作。Right：

56、此按鍵是實現當前設置位右移一位。EnterSW-PBTB/TSSW-PBrightSW-PBdownSW-PBleftSW-PBcancelSW-PBsetSW-PBUPSW-PBB/SSW-PBmoveSW-PBTSW-PB123456789P6Header 9HVCCS00S11S22S33S44S55S66S77modSW-PB123456789J1Header 9H圖 4.5 鍵盤電路5 系統軟件程序設計這次設計可以用 C 語言編程序，也可以用匯編語言編程序，由于本次設計中程序涉及到定時和復雜的邏輯控制，系統用 C 語言編寫程序。此次設計所選用的單片機是AT89S52 單片機，其 C

57、語言語法和結構和標準 C 語言基本相同，只是有了相應的擴充，用到的編譯軟件是 Keil C。下面結合我的程序編譯簡要介紹以下 Keil C 的編譯環境的特點。Keil C51 軟件提供豐富的庫函數和功能強大的集成開發調試工具，全 Windows 界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到 Keil C51 生成的目標代碼效率非常之高，多數語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發大型軟件時更能體現高級語言的優勢。Keil C51 在使用前一定要先進行注冊，否則程序過大會造成編譯時出現地址使用錯誤。程序在編譯時就遇到過這種問題。在單個程序運 桂林電子科技大學畢業設計（論文）

58、報告用紙 第 16 頁 共 50 頁行時沒有錯誤，但是一整合編譯后出現地址沖突現象。這個問題困擾了很長一段時間，通過查資料發現若是 Keil C51 軟件沒有注冊的話使用時當程序過大就會出現地址沖突現象。在注冊完成后，程序編譯能順利通過。5.1 主程序的設計在本次設計中，主程序主要是在單片機的控制下，對鍵盤的輸入信息進行存儲分析，驅動液晶顯示出相關信息，并通過對比分析定時時間與時鐘，控制繼電器的通、斷，從而達到控制插座的通、斷電。在這個過程中，單片機首先進行初始化，包括設置單片機各個端口的方向，各個變量的初始化，液晶顯示初始化、繼電器斷開以及單片機振蕩頻率的校準等。單片機每分鐘對定時時間和時鐘

59、進行一次比較，如果定時開始，則 ray 的進行加 1 操作，結束時 ray 進行減 1 操作，若 ray 為 0，則繼電器斷開，ray 非 0 時繼電器接通。在進行定時或時鐘設置時對定時時間進行判斷。其具體的源程序見附錄 2。整個系統軟件設計的流程圖如圖 5.1 所示。 是 否 是 否 是 否 是 否開始初始化進入按鍵所指功能液晶背光燈關閉按鍵是否按下30 秒內是否無按鍵按下判斷定時開始時間與時鐘時間是否相等判斷定時結束時間與時鐘時間是否相等Ray 變量進行加 1 操作，繼電器接通Ray 進行減 1 操作，若ray 為 0，則繼電器斷開，否則繼續接通 桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙

60、第 17 頁 共 50 頁圖 5.1 主程序軟件流程圖5.2 時鐘程序設計單片機 AT89S52 內的定時器 0 和定時器 1 能準確定時一段時間。故用定時器 0 和定時器 1 定時，并通過計算定時次數來實現時鐘走時。本設計定時器 0 和定時器 1 都是定時 50ms 中斷一次，中斷 20ms 就能實現一秒鐘。模式（mod）的值為 0 時時鐘是24 小時制，為 1 時是 100 小時制。其具體的源程序見附錄 2。整個系統軟件設計的流程圖如圖 5.2 所示。 是 否 否 是圖 5.2 時鐘程序軟件流程圖開始定時器 0 初始化定時器 1 初始化啟動走時有關變量初始化判斷時或分是否有變化判斷秒到否刷新顯示秒指示刷新 桂林電子科