【正文】 ............................................................................................... 26 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................... 27 附錄 ........................................................................................................................................... 28 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 第一章 緒論 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，以單片機(jī)為控制核 心的電器產(chǎn)品，已經(jīng)用在人民生活的各個(gè)方面，而定時(shí)器作為一種常用部件，在機(jī)電一體的系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。 本文介紹了一種自行研制的飲水機(jī)定時(shí)器，該定時(shí)器以單片機(jī) STC89C52 為核心采 用數(shù)碼管顯示，用繼電器來(lái)控制輸出。由于使用了 DS1302 時(shí)鐘芯片，可以用定時(shí)器定 時(shí)來(lái)減少功耗，達(dá)到節(jié)能的效果。此外，該定時(shí)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)， 應(yīng)用場(chǎng)合十分廣泛。 一 本課題的研究意義 隨著電子技術(shù)的發(fā)展和人民生活水平的提高，越來(lái)越多的電器產(chǎn)品進(jìn)入家庭，辦公地點(diǎn)等各場(chǎng)所。人們?cè)谌粘Ｉ钪袝?huì)需要用到各種定時(shí)器的相關(guān) 家電產(chǎn)品，來(lái)實(shí)現(xiàn)智能化控制電器產(chǎn)品的自動(dòng)開啟關(guān)閉，因此定時(shí)器的使用給人們?nèi)粘Ｉ顜?lái)了極大的便利。 近年來(lái)，飲水機(jī)、電熱水器等已經(jīng)成為辦公室與家庭的必備用品。 據(jù)統(tǒng)計(jì) 全國(guó) 20xx多萬(wàn)家企業(yè)，幾乎每家企業(yè)都有飲水機(jī)。 飲水機(jī)的耗能是不可想象， 一般情況下，飲水機(jī)一天的使用時(shí)間只有不到 10個(gè)小時(shí)，更多的時(shí)間則是處于待機(jī)狀態(tài)， 不僅浪費(fèi)電而且 飲水機(jī)反復(fù)加熱生成的千 “ 滾 ” 水 對(duì)人的身體健康也有較大的影響。 據(jù)科學(xué)實(shí)驗(yàn)顯示一臺(tái) 飲水機(jī)每年 的 待機(jī)費(fèi)電 在 300 度 左右！ 專業(yè)測(cè)試表明，辦公場(chǎng)所通常使用的 是 600W 功率的冷熱兩用飲水機(jī)，在 24 小時(shí)全天開機(jī)情況下的耗電量是每臺(tái) 至 度，年耗電約 600 度！據(jù)調(diào)查，因?yàn)?有人加班或因疏忽 卻無(wú)人關(guān)機(jī)等原因，有約 90%的辦公場(chǎng)所飲水機(jī) 全天 24小時(shí) 開機(jī)。 實(shí)際上 飲水機(jī) 需要進(jìn)行加熱的 時(shí)間只占到每周總時(shí)間的一半甚至三分之一，也就是說，飲水機(jī) 很多時(shí)候 在待機(jī)中白白 浪費(fèi)電 。 生活中因飲水機(jī)短路、無(wú)水空燒引起的火災(zāi)事故不計(jì)其數(shù)， 飲水機(jī) 長(zhǎng)時(shí)間 處于待機(jī)狀態(tài)不但 浪費(fèi)電，還極為不安全 。此外 電源專業(yè)人士反復(fù)提醒：長(zhǎng)期通電的 電器 、 插座等 很容易因 為 過載、短路及雷擊而發(fā)生危險(xiǎn) ，引起一系列事故 。 本文論述的飲水機(jī)定時(shí)器能夠有效 地解決上述的一些問題，該定時(shí)器電路能夠穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)循環(huán)定時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)周期性切斷電源， 控制電器設(shè)備的運(yùn)行，起到降低成本、節(jié)能環(huán)保、延長(zhǎng)電器壽命的作用。 二 定時(shí)器的發(fā)展現(xiàn)狀 定時(shí)器總的來(lái)說有兩種類型：一是基于模擬技術(shù)的傳統(tǒng)產(chǎn)品 ,這種定時(shí)器功能簡(jiǎn)單 ,大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 盡管曾被廣泛應(yīng)用過 ,但已進(jìn)入淘汰之列；另一種就是基于數(shù)字技術(shù)的新一代產(chǎn)品 ,這種產(chǎn)品功能強(qiáng) ,是前者的換代之物。然而 ,此類產(chǎn)品大多是較大型的設(shè)備 ,真正攜帶方便、實(shí)用、功能齊全的“大路”商品就很少可見，應(yīng)用很少了。隨著單片機(jī)的不斷研發(fā)和進(jìn)步 ,應(yīng)用在新一代產(chǎn)品上越來(lái)越廣泛 ,延伸到可以用于家電控制 ,還能做兒童電子玩具，還可構(gòu)成復(fù)雜的工業(yè)過程控制系統(tǒng) ,用于控制大型工業(yè)系統(tǒng) ?，F(xiàn)在的定時(shí)器功能強(qiáng)大 ,靈活性強(qiáng) ,操作簡(jiǎn)單，方便實(shí)用，再配以適當(dāng)?shù)慕涌谛酒?,就可以構(gòu)造各種各樣、功能各異的微電子產(chǎn)品。 目前定時(shí)器種類越來(lái)越多，應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，特別是用于家用電器方面的定時(shí)器越來(lái)越受到歡迎。隨著單片機(jī)定時(shí)器的不斷進(jìn)步和發(fā)展，應(yīng)用到實(shí)際社會(huì)中的產(chǎn)品水平也越來(lái)越高，給家庭和辦公場(chǎng)所帶來(lái)方便、實(shí)用、節(jié)能等一系列好處 。 三 本課題的基本任務(wù) （ 1）分析研究飲水機(jī)循環(huán)定時(shí)器的作用以及所需實(shí)現(xiàn)的功能，在 對(duì)設(shè)計(jì)要求充分了解的基礎(chǔ)上，選擇所需的硬件設(shè)備。 （ 2）在對(duì)循環(huán)定時(shí)器功能了解以及選擇好所需硬件設(shè)備的基礎(chǔ)上，根據(jù)所選硬件設(shè)備完成所需原理圖的設(shè)計(jì)，以及電路板的設(shè)計(jì)。 （ 3）根據(jù)原理圖完成硬件電路的焊接。 （ 4）根據(jù)所需實(shí)現(xiàn)的功能編寫程序，并進(jìn)行軟件調(diào)試。 （ 5）根據(jù)軟件設(shè)計(jì)所需實(shí)現(xiàn)的功能，完善所編寫的程序，最終實(shí)現(xiàn)循環(huán)定時(shí)器的功能。 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 第二章 飲水機(jī)定時(shí)器的設(shè)計(jì)方案 本課題以 STC89C52 和 DS1302 為核心，利用按鍵來(lái)設(shè)置兩個(gè)定時(shí)時(shí)間，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)定時(shí)時(shí)間響應(yīng)時(shí)會(huì)通過繼電器接通外圍電路，使外圍電路正常工作 。當(dāng)?shù)诙€(gè)定時(shí)時(shí)間響應(yīng)后同樣通過繼電器切斷外圍電路，同時(shí)數(shù)碼管顯示正常時(shí)間，顯示電路也可作數(shù)字電子鐘實(shí)用。為了體現(xiàn)節(jié)能的效果，當(dāng)無(wú)任何按鍵響應(yīng)時(shí)，數(shù)碼管顯示十分鐘自動(dòng)熄滅，而當(dāng)再次按下按鍵是，則立刻又重新顯示當(dāng)前時(shí)間 其總體設(shè)計(jì)框圖如下： （圖 1）飲水機(jī)定時(shí)器的總體設(shè)計(jì)框 定時(shí)器設(shè)計(jì)電路的核心控制器件是 C51 系列單片機(jī) STC89C52,同時(shí)通過時(shí)鐘芯片DS1302 來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能，保證定時(shí)結(jié)束 后通過繼電器可以斷開外圍 220V 的電源。其主要有四個(gè)模塊電路組成： （ 1）按鍵電路總共設(shè)置了四個(gè)按鍵，按下第一個(gè)按鍵可以用于正常顯示模式和定時(shí)模式的切換；按下第二個(gè)按鍵可以用于定時(shí)設(shè)置確認(rèn)和閃爍位移位；按下第三個(gè)按鍵是閃爍位加 1；按下第四個(gè)按鍵是閃爍位減 1；第二個(gè)鍵和第三個(gè)鍵同時(shí)按下為 DS1302 初始化；第二個(gè)鍵和第三個(gè)鍵再次同時(shí)按下為設(shè)置是否循環(huán)定時(shí)；這樣可一確保用最少的按鈕實(shí)現(xiàn)最多的功能，方便實(shí)用。 （ 2） DS1302 時(shí)鐘電路：由單片機(jī)讀取 DS1302 輸出的時(shí)鐘信號(hào)。 （ 3）數(shù)碼管顯示電路采用 4 位 1 體數(shù) 碼管，用來(lái)顯示時(shí)間信號(hào)。 （ 4）繼電器控制電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)輸出信號(hào)，通過繼電器實(shí)現(xiàn)對(duì)飲水機(jī)的開關(guān)控制。 按鍵電路 DS1302 時(shí)鐘電路 數(shù)碼管顯示電路 STC89C52 繼電器控制電路 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 第三章 飲水機(jī)定時(shí)器的硬件設(shè)計(jì) 一 數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì) （一）顯示電路 （圖 2） 如（圖 2）數(shù)碼管利用 PNP 的三極管驅(qū)動(dòng)，利用兩組寄存器。一組用以選中數(shù)碼管，另一組用以點(diǎn)亮七段，實(shí)驗(yàn)所用為共陽(yáng)的數(shù)碼管，但單片機(jī)輸出低電平選中數(shù)碼管。數(shù)碼管顯示利用動(dòng)態(tài)掃描，每次選中一個(gè)數(shù)碼管。 （二） 數(shù)碼管的引腳圖及其連接 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 v (圖 3) 4 為一體數(shù)碼管 ，其內(nèi)部段已連接好，引腳如 （ 圖 3） 所示（正面朝自己，小數(shù)點(diǎn)在下 方）。 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 dp 為段引腳， 4 分別表示四個(gè)數(shù)碼管的位。即： 12986為公共端， a11 b7 c4 d2 e1 f10 g5 dp3。 二 繼電器控制電路設(shè)計(jì) （一）繼電器控制電路 （圖 4）繼電器控制電路 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 如（圖 4）采用單片機(jī)通過一只作為電子開關(guān)的 PNP 型三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)繼電器，繼電器的開關(guān)完全由三極管的基極電平控制。當(dāng)基極為高電平時(shí)， PNP 三極管截止，繼電器不工作。反之三極管導(dǎo)通，繼電器因由電流流過而吸合，使外圍電路正常工作。其中二極管起保護(hù)作用。 三 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) （圖 5）時(shí)鐘芯片與單片機(jī)的連接 如（圖 5） DS1302 與單片機(jī)的連接也僅需要 3個(gè)引腳 ： SCLK 串行時(shí)鐘引腳、 CE引腳、I/O 串行數(shù)據(jù)引腳， Vcc2 為備用電源，外接 晶振，為芯片提供計(jì)時(shí)脈沖。其中傳送數(shù)據(jù)的僅有 I/O 一根口線，當(dāng)然 CE 和 SCLK 必須滿足一定的時(shí)序，數(shù)據(jù)才能成功傳送。對(duì) DS1302 操作時(shí)必須先對(duì)其初始化，然后分別讀出時(shí)、分、秒。并用數(shù)碼管 顯示出從 DS1302 中讀出來(lái)的時(shí)間 。 （一） DS1302 的功能 DS1302 是 DALLAS 公司 推出的具有涓流充電能力的低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，內(nèi)含一個(gè)帶 RAM 的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，可以通過串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信。實(shí)時(shí)時(shí)鐘 /日歷電路提供秒、分、時(shí)、日、日期、月、年的信息，每個(gè)月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動(dòng)調(diào)整，時(shí)鐘操作可通過 AM/PM 標(biāo)志位決定采用 12 或 24 小時(shí)的時(shí)間格式。 采用三線接口與 CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或 RAM數(shù)據(jù)。 DS1302工作時(shí)功耗很低，保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)，功率小于 1mW。 DS1302 廣泛應(yīng)用于傳真、大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 電話、便攜式儀器以及電池供電的儀器儀表等產(chǎn)品領(lǐng)域。 (二 ) DS1302 的結(jié)構(gòu)及其工作原理 （ 1）引腳圖及其管腳說明 （圖 6） 1 VCC2 主電源 3 X X2 振蕩源，外接 的晶振 4 GND 接地 5 RST 復(fù)位 /片選 6 I/O 串行數(shù)據(jù)輸入 /輸出端（雙向） 7 SCLK 串行時(shí)鐘輸入端 8 VCC1 備用電源 （ 2）內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 （圖 6） DS1302 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) （ 3）工作原理 DS1302 工作時(shí)為了對(duì)數(shù)據(jù)傳送進(jìn)行初始化，需要將復(fù)位腳 RST 置為高電平且將8 位地址和命令地址信息裝入移位寄存器。數(shù)據(jù)在時(shí)鐘 SCLK 的上什沿串行輸入，前 8位指定訪問地址，命令字裝入移位寄存器后，在之后的時(shí)鐘周期，讀操作時(shí)輸出數(shù)據(jù)，寫操作時(shí)輸入數(shù)據(jù)。時(shí)鐘脈沖的個(gè)數(shù)在單字節(jié)方式下為 8 加 8（ 8 位地址大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 加 8位數(shù)據(jù)），在多字節(jié)方式下為 8加最多可達(dá) 248 的數(shù)據(jù)。 四 總原理圖設(shè)計(jì) 其硬件原理圖如下： （圖 8）硬件原理圖 (一 ) 微處理器 STC89C52 單片機(jī)（ microcontriller,又稱微控制器）是在一塊硅片上集成了各種部件的微型計(jì)算機(jī)。這些部件包括中央處理器 CPU、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM、程序存儲(chǔ)器 ROM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和多種 I/O 接口電路。 STC89C52 是 一 種 帶 8K 字 節(jié) 閃 爍 可 編 程 可 擦 除 只 讀 存 儲(chǔ) 器（ FPEROMFlashProgramable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 COMS8的微處理器 ,俗稱單片機(jī)，該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。片內(nèi)的 Flash 存儲(chǔ)器允許在系統(tǒng)內(nèi)可改編程序或用常規(guī)的非易失性存儲(chǔ)器編程器來(lái)編程。因此 STC89C52 是一種功能好，靈活性強(qiáng)且價(jià)格適宜的單片機(jī)，可方便的應(yīng)用在很多控制領(lǐng)域方面。 時(shí)鐘電路 繼電器電路 按鍵電路 數(shù)碼管顯示電路 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 （二）結(jié)構(gòu)圖及引腳說明 STC89C52 的封裝有雙列直插封裝（ DIP）方式和方形封裝方式。下面分別 敘述這些引腳的功能 （圖 9） VCC 電源端 GND 接地端 XTAL1 和 XTAL2 XTAL1 接外部晶體的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是構(gòu)成片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸入端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，該 引腳接收振蕩器的信號(hào)，即把此信號(hào)直接接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2 接外部晶體的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是上述振蕩器的反相放大器的輸出端。采用外部振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)懸浮不連接。 RST、 ALE/PROG 、 PSEN 和 EA /Vpp RST/VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn) 2 個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 ALE/ PROG (Pin30)：地址鎖存允許信號(hào)。 當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)， ALE（地址鎖存允許）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。即使不訪問外部存儲(chǔ)器， ALE 端仍以不變的頻率（此頻率為振蕩器的 16 ）周期性地出現(xiàn)正脈沖信號(hào)。因此，它可用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘，或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE