1、1学生毕业论文设计题 目： 家用电器定时器设计 学 生： 程 靖 学 号： 2008350100 系 部： 电子工程系 专 业： 班 级： 指导老师： 王 琳 开题时间： 2010 年 5 月 完成时间： 2010 年 12 月 2摘要：随着时代的进步，电子行业的发展，定时器的应用也越来越广泛。定时器确实是一项了不起的发明，使相当多需要人控制时间的工作变的简单了许多。人们甚至将定时器运用在军事方面，制成了定时炸弹，定时雷管。现在的不少家用电器也都安装了定时器来控制开关或者工作时间。19 世纪 80 年代，爱迪生效应的发现和验证电磁波存在的实验，为电子学的诞生创造了条件。20 世纪初，英、美等国
2、相续发明了第一代电子器件-电子管。1919 年超外差式接收机问世，为收音机发张创造了条件。19231924 年，美国V.K 兹沃雷金发明了摄像管和显像管，1931 年组装成世界上第一个全电子电视系统。1954 年美国开始用彩色电视广播。磁性（钢丝）录音机和磁带录音机是鲜花在 1898 年和 1935 年问世的，在荷兰飞利浦公司 1963 年发明盒式磁带录音机迅速普及。集成电路的发明，使电子技术进入微电子技术时代，使家用电器提高到一个新的水平，它既节省了硬件成本又实现了多功能。在家用电器中采用机械定时器就是根据一般上弦钟表原理设计的，这种定时器虽然结构简单，成本低，维修也比较方便，但是它的触头频
3、繁接触和断开，大大的缩减了它的使用寿命，也不利于进一步全自动化。关键词：定时器、定时计数器、单片机、芯片3目 录1、引言42、定时器的组成及其功能43、定时器说明44、家用电器的有点及其运用51）家用定时器主要是为了节省能源和增加使用寿命52）家用电器定时器的应用55、单机片结构内部结构及原理61）单片机内部机构61、运算器（ALU）的主要功能72、程序计数器 PC73、指令寄存器 IR74、指令译码器 ID75、地址寄存器 AR（16 位）76、数据寄存器 DR87、程序状态字 PSW88、时序部件82） 定时计数器的原理86、电子定时器的设计91）总体设计要求942）系统硬件电路设计93）
4、芯片的选择94）交流控制接口电路95）显示电路106）报警电路107、系统程序的设计10主流程图设计118、结论129、致谢1210、参考文献125引言：我们在日常生活中，经常碰到一些需要定时的事情，例如：洗衣机洗涤义务需要定在几分钟到几十分钟的时间，电风扇需要定在数十分钟的时间。完成这种定时的定时器有多种多样，在家用电器中采用机械定时器就是根据一般上弦钟表原理设计的，这种定时器虽然结构简单，成本低维修也比较方便，但是它的触头频繁接触和断开，大大的缩减了它的使用寿命，也不利于进一步全自动化。在迪昂自技术突飞猛进的今天，家用电子定时器一定会逐步取而代之，这是不言而喻的。一、定时器的组成及其功能家
5、用定时器主要由静态显示电路，动态显示电路，键盘，最小系统电路和报警电路组成，但并不是所有的定时器都有显示和报警功能，有许多功能简单的定时器，比如洗衣机的内部定时器就没有显示功能，也有一部分家用电器也没有报警功能，都是一些自动定时到一定时间自动关闭电源。传统的定时器，要通过按键输入定时，而随着发展，定时器的应用也越来越广泛，各种智能化性能也开始逐步实现。二、定时器说明人类最早使用的定时工具是沙漏或者水漏，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。1876 年，英国外科医生索加取得一项定时装置的专利，用来控制煤气街灯的开关，它是利用机械钟带动
6、开关来控制煤气阀门。起初每周上一次发条的原理来完成的。三、家用定时器的优点及其运用（一）家用定时器主要是为了节省能源和增加使用寿命。具体节省如下：1、减少不必要的用电时间，一年可以省电费几百元2、自动控制，能完成许多您以前想做而做不到的事情，省心省力3、避免忘关电器电源，杜绝安全隐患4、对电器通电时间科学管理，大幅度提高充电电池及各种电器的使用寿命5、家用电器定时器也可以在充电、做饭、洗衣服等不同场合使用。操作简便还可以一机多用（二）家用电器定时器的应用：6电子定时器在家用电器中经常用于延时自动开关、定时。延时自动开关机可用于：热水器、电饭煲、饮水机、电动车充电、手机定时充电等等，广泛的运用于
7、家用电器。1、定时热水器-方便、省时间经常出差或者偶尔出门、下班回来，这时候回到家就想洗个热水澡把一身的疲惫全部洗掉。这时候就用得着定时器了，微电脑定时开关，想让它加热到几点就加热到几点，可以按照你的要求去实现，既安全又不费电。2、电饭煲定时煮饭、煲汤-方便、省时间出门逛街回到家就懒得不想动，但是又很想吃到热喷喷的饭，这个时候定时器又会帮到你了。出门前你先淘好米，洗好菜，用微电脑定时开关设定好时间，回家就可以吃到香喷喷的饭菜了。3、定时开关饮水机-省事、安全、健康饮用水加热 6 小时以上就会产生亚硝酸盐，这种化学物质可以致癌，产生血管等疾病。定时开关是最好的解决方案，没人时自动关电，既能省电还
8、能保证安全，长时间没关电源引起火灾的事情也有不少。4、电动车定时充电-省电电动车充电时间过长的话也是缩短电池寿命的，但是设定好它需要充电的时间，想充几个小时就几个小时，不会过充。5、手机定时器充电-省电池手机等凡是要给电池充电的设备均要求充电不超过额定时间，用它可以确保您心爱的设备的安全，不至于过充电损坏电池上述应用中，每个例子都说明了定时器是一项了不起的发明，使相当多需要人控制时间的工作变的简单了许多。现在的不少家用电器都安装了定时器来控制开关或者工作时间。以后家用电器定时器也会越来越普及的！四、 单片机内部结构及计数原理（一）单片机内部机构单片机内部有一个 8 位的 CPU，同时 CPU
9、内部包含了运算器，控制器及若干寄存器。7从上图中我们可以看到，在虚线框内的就是 CPU 的内部结构了，8 位的MCS-51 单片机的 CPU 内部有数术逻辑单元 ALU（Arithmetic Logic Unit）、累加器 A（8 位）、寄存器 B（8 位）、程序状态字 PSW（8 位）、程序计数器PC（有时也称为指令指针，即 IP，16 位）、地址寄存器 AR（16 位）、数据寄存器 DR（8 位）、指令寄存器 IR（8 位）、指令译码器 ID、控制器等部件组成。81、运算器（ALU）的主要功能A）算术和逻辑运算，可对半字节（一个字节是 8 位，半个字节就是 4 位）和单字节数据进行操作。B
10、）加、减、乘、除、加 1、减 1、比较等算术运算。C）与、或、异或、求补、循环等逻辑运算。D）位处理功能（即布尔处理器）。由于 ALU 内部没有寄存器，参加运算的操作数，必须放在累加器 A 中。累加器 A 也用于存放运算结果。例如：执行指令 ADD A，B 执行这条指令时，累加器 A 中的内容通过输入口 In_1 输入 ALU，寄存器 B通过内部数据总线经输入口 In_2 输入 ALU，A+B 的结果通过 ALU 的输出口Out、内部数据总线，送回到累加器 A。2、程序计数器 PCPC 的作用是用来存放将要执行的指令地址，共 16 位，可对 64K ROM 直接寻址，PC 低 8 位经 P0
11、口输出，高 8 位经 P2 口输出。也就是说，程序执行到什么地方，程序计数器 PC 就指到哪里，它始终是跟蹿着程序的执行。我们知道，用户程序是存放在内部的 ROM 中的，我们要执行程序就要从 ROM 中一个个字节的读出来，然后到 CPU 中去执行，那么 ROM 具体执行到哪一条呢？这就需要我们的程序计数器 PC 来指示。程序计数器 PC 具有自动加 1 的功能，即从存储器中读出一个字节的指令码后，PC 自动加 1（指向下一个存储单元）。3、指令寄存器 IR指令寄存器的作用就是用来存放即将执行的指令代码。在这里我们先简单的了解下 CPU 执行指令的过程，首先由程序存储器（ROM）中读取指令代码送
12、入到指令寄存器，经译码器译码后再由定时与控制电路发出相应的控制信号，从而完成指令的功能。关于指令在单片机内部的执行过程，我们在后面将会以另一节课来进行详细的讲解。4、指令译码器 ID用于对送入指令寄存器中的指令进行译码，所谓译码就是把指令转变成执行此指令所需要的电信号。当指令送入译码器后，由译码器对该指令进行译码，根据译码器输出的信号，CPU 控制电路定时地产生执行该指令所需的各种控制信号，使单片机正确的执行程序所需要的各种操作。5、地址寄存器 AR（16 位）AR 的作用是用来存放将要寻址的外部存储器单元的地址信息，指令码所在9存储单元的地址编码，由程序计数器 PC 产生，而指令中操作数所在
13、的存储单元地址码，由指令的操作数给定。从上图中我们可以看到，地址寄存器 AR 通过地址总线 AB 与外部存储器相连。6、数据寄存器 DR用于存放写入外部存储器或 I/O 端口的数据信息。可见，数据寄存器对输出数据具有锁存功能。数据寄存器与外部数据总线 DB 直接相连。7、程序状态字 PSW用于记录运算过程中的状态，如是否溢出、进位等。例如，累加器 A 的内容 83H，执行：ADD A，#8AH ；累加器 A 与立即数 8AH 相加，并把结果存放在 A 中。指令后，将产生和的结果为10DH，而累加器 A 只有 8 位，只能存放低 8位，即 0DH，元法存放结果中的最高位 B8。为些，在 CPU
14、内设置一个进位标志位 C，当执行加法运算出现进位时，进位标志位 C 为 1。8、时序部件由时钟电路和脉冲分配器组成，用于产生微操作控制部件所需的定时脉冲信号（二）定时计数器的原理： 16 位的定时器/计数器实质上就是一个加 1 计数器，其控制电路受软件控制、切换。 当定时器/计数器为定时工作方式时，计数器的加 1 信号由振荡器的 12 分频信号产生，即每过一个机器周期，计数器加 1，直至计满溢出为止。显然，定时器的定时时间与系统的振荡频率有关。因一个机器周期等于 12 个振荡周期，所以计数频率 fcount=1/12osc。如果晶振为 12MHz，则计数周期为：T=1/（12106）Hz1/1
15、2=1s 这是最短的定时周期。若要延长定时时间，则需要改变定时器的初值，并要适当选择定时器的长度（如 8 位、13 位、16 位等）。 当定时器/计数器为计数工作方式时，通过引脚 T0 和 T1 对外部信号计数，外部脉冲的下降沿将触发计数。计数器在每个机器周期的 S5P2 期间采样引脚输入电平。若一个机器周期采样值为 1，下一个机器周期采样值为 0，则计数器加1。此后的机器周期 S3P1 期间，新的计数值装入计数器。所以检测一个由 1 至0 的跳变需要两个机器周期，故外部事年的最高计数频率为振荡频率的 1/24。例如，如果选用 12MHz 晶振，则最高计数频率为 0.5MHz。虽然对外部输入信
16、号10的占空比无特殊要求，但为了确保某给定电平在变化前至少被采样一次，外部计数脉冲的高电平与低电平保持时间均需在一个机器周期以上。 当 CPU 用软件给定时器设置了某种工作方式之后，定时器就会按设定的工作方式独立运行，不再占用 CPU 的操作时间，除非定时器计满溢出，才可能中断 CPU 当前操作。CPU 也可以重新设置定时器工作方式，以改变定时器的操作。由此可见，定时器是单片机中效率高而且工作灵活的部件。 综上所述，我们已知定时器/计数器是一种可编程部件，所以在定时器/计数器开始工作之前，CPU 必须将一些命令（称为控制字）写入定时/计数器。将控制字写入定时/计数器的过程叫定时器/计数器初始化
17、。在初始化过程中，要将工作方式控制字写入方式寄存器，工作状态字（或相关位）写入控制寄存器，赋定时/计数初值。下面我们就提出的控制字的格式及各位的主要功能与大家详细的讲解。 控制寄存器 定时器计数器 T0 和 T1 有 2 个控制寄存器-TMOD 和 TCON，它们分别用来设置各个定时器计数器的工作方式，选择定时或计数功能，控制启动运行，以及作为运行状态的标志等。其中，TCON 寄存器中另有 4 位用于中断系统。 五、 电子定时器的设计（一）总体设计要求本文所涉及的电子定时器要求能定时给电器供电或断电，最大时间可以长达 30h,操作使用方便，采用 AT89C2051 单片机控制，4 位共阳数码管显示时间，继电器做电器电源输出控制（二）系统硬件电路设计（三）芯片的选择硬件电路要实现对交流大电流电源的控制、定时时间的设定显示和到点提醒等功能。若采用 40 脚的单片机有利于设计，但会增大电路板的体积。本设计采用 ATMEL 公司的AT89C2051 单片机，芯片位 20 脚，体积小，工作电压范围宽（2.7V6V） 。性价比比较高。
