【正文】 提出 方案一 ： 設(shè)計(jì)一個(gè)以單片機(jī) STC89C52 控制的定時(shí)開關(guān)插座，能控制一路220V/10A 的插座，使其可以在 24 小時(shí) 內(nèi)能預(yù)先設(shè)定定時(shí)范圍，每天周而復(fù)始地控制用電器具的自動(dòng)開啟和關(guān)閉， 因?yàn)槭峭ㄟ^時(shí)鐘芯片來定時(shí)，所以更加準(zhǔn)確。同時(shí)還能通過紅外遙控隨時(shí)控制插座的開關(guān)，從而達(dá)到方便、智能、節(jié)電的目的。其系統(tǒng)框圖如圖 所示： 圖 基于單片機(jī)的智能插座框圖 方案二： 設(shè)計(jì)一個(gè)定時(shí)開關(guān)，通過撥碼開關(guān)預(yù)置一個(gè)時(shí)間，再通過計(jì)數(shù)器倒計(jì)時(shí)方式進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)?shù)竭_(dá)某一個(gè)時(shí)間時(shí)，發(fā)出一個(gè)信號(hào)，進(jìn)而來控制電器的工作。具體原理是由 555 組成秒脈沖發(fā)生器，再由 CD40192 構(gòu)成一個(gè)倒計(jì)時(shí)的計(jì)時(shí)器，通 過一個(gè)撥碼開關(guān)預(yù)設(shè)時(shí)間，最后數(shù)碼管顯示，蜂鳴器報(bào)警。 其設(shè)計(jì)框圖如圖 所示： STC89C52 7805穩(wěn)壓電源模 塊 DS1302計(jì)時(shí)模 塊 按鍵模塊 繼電器模塊 DS18b20模塊 LCD顯示模 塊 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 5 頁 共 29 頁 圖 數(shù)字式定時(shí)開關(guān) 方案的比較 方案一和方案二均可實(shí)現(xiàn)插座的定時(shí)。若用數(shù)字電路完成，所設(shè)計(jì)的電路相對復(fù)雜，需要更多的數(shù)字集成塊，其功能也主要依賴于數(shù)字電路的各功能模塊的組合來實(shí)現(xiàn)，其精度也不如單片機(jī)和時(shí)鐘芯片配合的準(zhǔn)確，由于元件較多，焊接過程也會(huì)比較復(fù)雜，成本也高。而單片機(jī)控制更加靈活，功能更加強(qiáng)大，可編程性也更高，因?yàn)橛脝纹瑱C(jī)主要是軟件編程來完成，那么就降低了硬件電路 的復(fù)雜性，而且其成本也相對降低。 方案的確定 通過上述方案的比較，用單片機(jī)進(jìn)行定時(shí)插座的設(shè)計(jì)比數(shù)字電路更加準(zhǔn)確靈活，功能更加強(qiáng)大，成本相對更低，硬件復(fù)雜性也更小，所以，綜合各方面因素，本設(shè)計(jì)采用方案一。 秒脈沖發(fā)生器 報(bào)警電路 控 制電路 定時(shí)器 譯碼器 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 6 頁 共 29 頁 定時(shí)插座系統(tǒng)在未設(shè)置任何定時(shí)的時(shí)候顯示界面顯示時(shí)間，通過按鍵設(shè)置可設(shè)置在 24 小時(shí)內(nèi)的兩組定時(shí)開關(guān)時(shí)間和六組一小時(shí)內(nèi)的固定模式定時(shí)，分別控制插座的開關(guān)，從而控制外部電器的工作與否。 總體的硬件電路框圖如圖 所示： 圖 硬件電路 框圖 主控制器 及最小系統(tǒng) STC89C52 是宏晶公司生產(chǎn)的 40 引腳雙列直插芯片， 單片機(jī)片內(nèi)集成 512字節(jié)程序運(yùn)行空間、 8K字節(jié) Flash 存儲(chǔ)空間 支持最大 64K 外部存儲(chǔ)擴(kuò)展。根據(jù)不同的運(yùn)行速度和功耗的要求 ,時(shí)鐘頻率可以設(shè)置在 033M 之間。片內(nèi)資源有 4組 I/O 控制端口、 3個(gè)定時(shí)器、 8個(gè)中斷、軟件設(shè)置低能耗模式、看門狗和斷電保護(hù)。可以在 4V到 寬電壓范圍內(nèi)正常工作。 具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，即體積小、重量輕、單一電源、低功耗、功能強(qiáng)、價(jià)格低廉、運(yùn)算速度快、抗干擾能力STC89C52 7805穩(wěn)壓電源模 塊 DS1302計(jì)時(shí)模 塊 按鍵模塊 繼電器模塊 DS18b20模塊 LCD顯示模 塊 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 7 頁 共 29 頁 強(qiáng)、可靠性高等，所以特別適用于實(shí)時(shí)測控 系統(tǒng)，應(yīng)用領(lǐng)域很廣，已成為傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)改造，各類產(chǎn)品跟新?lián)Q代，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化智能化的理想模型。 其內(nèi)部包含以下功能部件： 位 CPU； ； 字節(jié)的程序存儲(chǔ)器 EPROM。 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM； 64字節(jié)； 多個(gè)特殊功能寄存器； 線并行 I/O 口； I/O 口； 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)時(shí)器； 圖 DIP40封裝 STC89C52引腳圖 P0 口 ： P0 口是一個(gè) 8位漏極開路的雙向 I/O口。作為輸出口 ， 每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè) TTL 邏輯電平。對 P0端口寫“ 1”時(shí) ， 引腳用作 高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí) ， P0 口也被作為低 8 位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下 ， P0不具有內(nèi)部上拉電阻。 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 8 頁 共 29 頁 P1 口 ： P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口 。 P1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。對 P1 端口寫“ 1”時(shí) ， 內(nèi)部上拉電阻把端口拉高 ， 此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入 使用時(shí) ， 被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因 ， 將輸出電流 。 P2 口 ： P2 口是一個(gè)具有內(nèi) 部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口 。 P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。對 P2 端口寫“ 1”時(shí) ， 內(nèi)部上拉電阻把端口拉高 ， 此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入 口使用時(shí) ， 被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因 ， 將輸出電流。 P3 口 ： P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口 。 P3 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL 邏輯電平。對 P3端口寫“ 1”時(shí) ， 內(nèi)部上拉電阻把端口拉高 ， 此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入 使用時(shí) ， 被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因 ，將輸出電流。 RST—— 復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí) ， RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上 高電平將是單片機(jī)復(fù)位。 單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖 所示： 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)仿真圖 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 9 頁 共 29 頁 最小系統(tǒng)中包括晶振電路和復(fù)位電路，其中復(fù)位電路采用手動(dòng)按鍵復(fù)位，來應(yīng)對系統(tǒng)在運(yùn)行過程中發(fā)生程序跑飛的情況。 復(fù)位電路通常分為兩種：上電復(fù)位（圖 ）和手動(dòng)復(fù)位（圖 ）。 RST單片機(jī)C1R1GNDVCC RST單片機(jī)C2R2GNDVCCR3S?SWPB 圖 上電復(fù)位 圖 手動(dòng)復(fù)位 穩(wěn)壓電源 模塊 本設(shè)計(jì)用到 78L05 穩(wěn)壓芯片。設(shè)計(jì)中的繼電器是比較耗電的器件，而且如果電量不足會(huì)使得繼電器無法 工作，因?yàn)橥ㄟ^ 78L05 穩(wěn)壓芯片把 9V 電源穩(wěn)壓輸出5V給單片機(jī)供電。 78LXX 系列是三端正電源穩(wěn)壓電路，封裝形式為 TO220。 它具有一系列固定的電壓輸出，應(yīng)用非常廣泛。每種類型由于內(nèi)部電流的限制，以及過熱保護(hù)和安全工作區(qū)的保護(hù)，使它基本不會(huì)損壞。如果能提供足夠的散熱片，它們就能夠提供大于 的輸出電流。當(dāng)接入適當(dāng)?shù)耐獠科骷缶湍塬@得各種不同的電壓和電流。 如圖 ， 78L05 具有以下特點(diǎn) ： a. 最大輸出電流為 ； 5V； ； ； ； 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 10 頁 共 29 頁 1腳：輸入 2腳：接地 3腳：輸出 圖 78L05 具體的 5V 電源電路如下圖 ： T1TransD1Bridge2200uFC2100uFC4C3C5D2S1SWSPST220R1IN12OUT3GNDU2 LM7805~220V5V 圖 電源電路 時(shí)鐘電路 系統(tǒng)采用 DS1302 作為計(jì)時(shí)器，從而實(shí)現(xiàn)定時(shí)插座能在 24 小時(shí)內(nèi)實(shí)現(xiàn)任意時(shí)間的可變定時(shí)和一小時(shí)內(nèi)的固定模式定時(shí)。這樣可以使得定時(shí)準(zhǔn)確，方便，節(jié)約系統(tǒng)資源，同時(shí)程序編寫上也能相對簡單。 DS1302 是高性能時(shí)鐘芯片，具有以下特性： 實(shí)時(shí)時(shí)鐘，可對秒、分、 時(shí)、日、周、月、以及帶閏年補(bǔ)償?shù)哪赀M(jìn)行計(jì)數(shù)； 用于高速數(shù)據(jù)暫存的 31*8RAM； 最少引腳的串行 I/O； 滿肚工作范圍； 時(shí)耗電小于 300nA； 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 11 頁 共 29 頁 用于時(shí)鐘或數(shù)據(jù)讀 /寫的單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳送； 8引腳 DIP 或可選的用于表面的 8引腳 SOIC 封裝 ； 簡單的 3 線接口； TTL 兼容（ VCC=5V）； 可選的工業(yè)溫度范圍 40℃至 +85℃； 在 DS1202 基礎(chǔ)上增加的特點(diǎn)： —— 可選的慢速充電的能力； —— 用于主電源和備份電源的雙電源引腳； —— 備份電源引腳可用作電池或超 容量電容器的輸入端； —— 附加的告訴暫存存儲(chǔ)器（ 7 字節(jié)）。 圖 DS1302 的芯片引腳圖。 表 為 DS1302 各引腳的功能。 圖 DS1302 的芯片引腳圖 圖 DS1302的芯片引腳圖 DS1302 各個(gè)引腳的功能可以通過表 表示，其中有主電源、備用電池、振蕩器、數(shù)據(jù)輸入 /輸出端口、復(fù)位端口和串行時(shí)鐘端口。 圖 ， 7引腳分別接在了單片機(jī)的 P0 P0 P07 口。備用電池采用了 3v的紐扣電池。 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 12 頁 共 29 頁 表 DS1302引腳功能 引腳號(hào) 引腳名稱 功能 1 VCC2 主電源 3 X X2 振蕩器，外接 4 GND 電源地 5 RST 復(fù)位 6 I/O 數(shù)據(jù)輸入 /輸出（雙向） 7 SCLK 串行時(shí)鐘 8 VCC1 后備電源 圖 DS1302電路圖 顯示電路 本設(shè)計(jì)采用的是 LCD1602 字符型液晶顯示器。 LCD液晶顯示器是一種低功耗的顯示器件，它廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、消費(fèi)電子及便攜式電子產(chǎn)品中。它不進(jìn)省電，而且能夠顯示大量的信息，如文字、曲線、圖形、動(dòng)畫等 ，其功能比數(shù)碼管強(qiáng)大得多。 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 13 頁 共 29 頁 LCD1602 液晶顯示模塊可同時(shí)顯示 16*2 即 32個(gè)字符，內(nèi)部含有的字符發(fā)生存儲(chǔ)器里面存儲(chǔ)了 160 個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，包括阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)和日文的片假名等，每個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大小寫英文字母的 A的代碼是 01000001B（ 41H），顯示模塊在顯示 A時(shí)就把地址 41H中的點(diǎn)陣字符圖像顯示出來，我們就能看到屏幕顯示字母 A了。 表 為 LCD1602引腳定義 ： 表 LCD1602引腳定義 引腳號(hào) 引腳名 電平 輸入 /輸出 作用 1 Vss 電源地 2 Vcc 電源（ +5V） 3 Vee 對比調(diào)整電壓 4 RS 0/1 輸入 0=輸入指令 1=輸入數(shù)據(jù) 5 R/W 0/1 輸入 0=向 LCD寫入指令或數(shù)據(jù) 1=從 LCD讀取信息 6 E 1,1→ 0 輸入 使能信號(hào)， 1時(shí)讀取信息， 1→ 0（下降沿）執(zhí)行命令 7 DB0 0/1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 line0(最低位 ) 8 DB1 0/1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 line1 9 DB2 0/1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 line2 10 DB3 0/1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 line3 11 DB4 0/1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 line4 12 DB5 0/1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 line5 13 DB6 0/1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 line6 14 DB7 0/1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 line7（最高位） 15 A +Vcc LCD背光電源正極 16 K 接地 LCD背光電源負(fù)極