基于单片机的多功能定时器设计与实现

目录

1 引言 (1)

2 概述 (2)

2.1 定时开关电源插座系统概述 (2)

2.2 本设计方案思路 (2)

2.3 研发方向和技术关键 (3)

2.4 主要技术指标 (3)

3 总体设计 (4)

3.1 可控开关设计的选择 (4)

3.2 时钟信号的实现 (6)

3.3 译码方案的选取 (6)

4 硬件设计 (10)

4.1 可控开关电路 (12)

4.2 电平转换电路 (12)

4.3 单片机系统电路 (14)

4.4 显示电路 (16)

5 软件设计 (17)

5.1 总体方案 (17)

5.2 主程序流图 (17)

5.3 中断模块说明 (18)

6 制作与调试 (19)

6.1 硬件电路的布线与焊接 (19)

6.2 调试 (20)

6.3 改进与扩展 (20)

7 结论 (21)

致谢 (23)

参考文献 (23)

附录 (24)

1.引言

随着电子技术和电源技术的发展，开关电源以体积小、重量轻、功率密度大、集成度高、输出组合便利等优点而成为电子电路电源的首选。定时开关电源插座，即可以定时打开或关掉电源的插座，这样既能省电又方便用户的个性化使用。

实现定时开关电源插座的关键是如何实现定时，人类最早使用的定时工具是沙漏或水漏，但在钟表诞生发展成熟之后，人们开始尝试使用这种全新的计时工具来改进定时器，达到准确控制时间的目的。于今定时器得到广泛应用，现在的不少家用电器都安装了定时器来控制开关或工作时间；工业控制中常需要定时的装置，输出和采集信号；在军事方面制成了定时炸弹，定时雷管。当酷暑或严寒难耐时，人们需要合理的定时控制空调来节省有限的电能；如此等等。因此，我们拟从这些方向作进一步的研究探索。

定时器有机械和电子两种，国外和国内都有非常大的市场。机械式采用同步电机计时，成本低，但走时精度差、寿命短；电子式采用液晶显示，时间精度高、寿命长，但操作复杂、成本高。特别是精度要求高的控制系统和数据采集系统，更要求精确的定时操作。马来西亚产的新一代HT高精密可编程电子定时开关插座由一体化可编程时钟集成电路和大功率继电控制电路组成，它可实现对各种没有定时装置的电器的定时控制。国内的这类定时开关插座的产品有由杭州菱洋节能设备有限公司生产的菱洋可编程多功能电子定时插座，它是一个以单片微处理器为核心配合电子电路等组成的一个电源开关控制装置。

我国是一个人口大国，能源更是宝贵，而能源分析家和经济学家认为，中国已成为全球浪费电力的大户。我国正在建设节约型社会，节约能源应该成为这一重大举措的重中之重。基于此，本设计采用单片机定时功能应用在插座开关上，主要从单片机和可控开关，来设计实现开关电源定时系统，使其准确显示定时指示灯的亮灭，且能显示时钟精确到时分。该系统简单实用，操作简单，且定时器不用时可以当普通电源插座用，既具备传统的电源插座的功能，又能达到节省能源、优化资源的目的。以电热水器为例，我们所使用的电热水器，许多家庭为了方便使用热水，让热水器24小时通电，其中很大部分电能将消耗在电热水器的反复加热上。50升（1500瓦）的普通电热水器每3小时自动加热30分钟，每天加热时间是240分钟，耗电6度，其中4度电是属于有效电耗，剩下的就是在反复加热中耗去的电，属无效耗电。如果把电热水器的电源插头连接到自动开关插座上只需用前通电，可实现节电2度，而且可以使热水在最高温度状态下投入使用，大大提高了能量使用效率。

2 概述

2.1定时开关电源插座系统概述

本文设计的定时开关电源插座电路系统[1]主要是利用单片机P89V51RD2FN

作为主控制元件，通过外围电路控制可控开关的通断以达到定时开、关的目的。P89V51具有体积小、功能强大、运行速度快、价格低廉等优点，非常适合制作集成度较高的控制电路。通过键盘键入程序控制可控开关和译码器来实现数码管的显示。主板电路包括MCU P89V51 、键盘与显示、输入与输出口、可控开关和稳压等电路组成。

2.2本设计方案思路

本设计实现通过定时电路来控制电源插座开关的通断，和时钟电路的显示为主要目的；以时钟信号的检测，信号控制，信号译码和数据显示为主要设计内容。

定时器是本设计系统中的重点，时间控制器(即定时器)既可以通过纯硬件实现，也可以通过软硬件结合实现，根据时间控制器的核心部件—秒信号的产生原理，通常有四种形式，如下所述。

（1）采用石英钟专用芯片的实现形式

采用石英钟专用芯片的实现的时间控制器，具有实现简单、计时精度高的特点。石英计时芯片比较多，常用的型号有STP5512F、SM5546A和D60400等。如结合利用5512F的2秒输出信号作为秒信号电路的计数脉冲，可实现电子时钟。

（2）采用NE555时基电路的实现形式

采用NE555时基电路或其他振荡电路产生秒脉冲信号，作为秒加法电路的时钟信号或微处理器的外部中断输入信号，可构成时间控制器。由555构成的秒脉冲发生器电路[2]如图1-1所示。输出的脉冲信号Vo的频率f=1.443/（Ra+2Rb）*C，可以通过调节这3个参数，使输出Vo的频率为精确的1HZ。但这类定时器精度低，脉冲周期由外接的电阻和电容决定，常用于旋转灯光控制等。

（3）采用单片机常用的时钟芯片

以前，通常采用并行的实时时钟芯片计时、EEPROM作为存储器，但对一些微小型智能控制设备而言，并行实时时钟芯片封装形式大，再加上EEPROM，占用扩展线多，使电路结构很难进一步简化。Dallas公司生产的串行实时时钟芯片DS1302[3]具有实时时钟和静态RAM，采用串行通信，可方便地与单片机接口。除了在工业控制中使用外，还可以应用到一般的时钟计数上。