【文章內(nèi)容簡介】 能模塊化，由不同的模塊完成不同的功能，這樣可使整個應用系統(tǒng)程序結構清晰，易于調(diào)試和維護。不同的功能模塊，分別指定相應的入口參數(shù)和出口參數(shù)，對于一些要重復調(diào)用的程序一般把其編成函數(shù)，這樣可以減少程序代碼的長度，又便于整個程序的管理，還可增強可讀性和移植性。3 硬件設計本設計的硬件電路包括單片機P89V512FN電路、鍵盤輸入與數(shù)碼顯示輸出、信號輸入與輸出口、三孔扁平插座，可控開關和穩(wěn)壓器等電路組成。具體主要有三個模塊：單片機控制數(shù)碼顯示模塊；插座串接繼電器模塊；AC/DC5V輸出穩(wěn)壓模塊（）。隨著外加220V/50HZ的交流電加到插座的同時，AC/DC實現(xiàn)電壓交直流的轉換，把220V的交流電變?yōu)?V的直流電用于SRD電磁繼電器的工作電壓?？煽亻_關裝置中的電磁繼電器[8]收到單片機高低脈沖電平的變化相應做出吸合或斷開的指令控制，從而控制插座電源的通斷。而單片機軟件編程通過串口輸入和USB接口主要實現(xiàn)鍵盤、LED顯示等各模塊的功能，采用C語言編程，來控制譯碼器譯碼以及數(shù)碼管顯示。本設計硬件部分電路圖見附錄1。其中本系統(tǒng)的核心單片機MCU P89V512FN為40腳600MIL封裝，是CMOS型飛利浦80C51系列單片機，帶有2KB 閃存E2PROM型。該單片機除了少了兩個并口外，能兼容MCS51系列單片機的所有功能，且具備體積小、功能強、運行速度快等特點。該電路可通過單片機的P3．7口連接一個鍵盤電路來實現(xiàn)對參數(shù)的人工自由設定，同時可通過串口連接4位LED數(shù)碼管，以分別顯示小時、分鐘和秒。系統(tǒng)定時啟動是通過P3．0口完成的。程序開始時這三個口的輸出狀態(tài)都是低電平，P89V512FN通過程序查詢P3．0口輸出ON或OFF的狀態(tài)預置時間是否已到，如果已到時間，則改變相應的輸出狀態(tài)，從而完成對外部電路的控制。P89V51RD2的典型特性是它的X2方式選項。利用該特性，設計者可使應用程序以傳統(tǒng)的80C51時鐘頻率（每個機器周期包含12個時鐘）或X2 方式（每個機器周期包含6個時鐘）的時鐘頻率運行，選擇X2方式可在相同時鐘頻率下獲得2倍的吞吐量。從該特性獲益的另一種方法是將時鐘頻率減半來保持特性不變，這 樣可以極大地降低EMI。Flash程序存儲器支持并行和串行在系統(tǒng)編程（ISP），ISP允許在軟件控制下對成品中的器件進行重復編程。應用固件的 產(chǎn)生/更新能力實現(xiàn)了ISP的大范圍應用。 5V的工作電壓，操作頻率為0～40MHz。單片機控制LED模塊AC/DC穩(wěn)壓模塊插座串接繼電器模塊220V輸入220V 5V輸出供電如附錄1，上半部分是數(shù)碼管顯示電路；下半部分是由橋式整流二極管和LM7805組成的AC/DC穩(wěn)壓電路，將220V的交流電壓整流，濾波后輸出直流5V電壓用于單片機的工作電壓；中間部分是由四個按扭開關和單片機相應管腳（，，）連接，分別對應LED時間顯示模式控制(開關SW1)、操作控制（SW5）、執(zhí)行加鍵（開關SW2），執(zhí)行減鍵（開關SW3）。此外還有單片機外接熱敏電阻，復位鍵（開關SW4）以及蜂鳴器可以用來實現(xiàn)溫度測量和自動溫度報警。 繼電器結構圖繼電器(relay)也是一種電門，但與一般開關不同，繼電器并非以機械方式控制，而是一種以電磁力來控制切換方向的電門。當線圈通電后，會使中心的軟鐵核心產(chǎn)生磁性，將橫向的擺臂吸下，而臂的右側則迫使電門接點相接，使兩接點形成通路。本設計中選用繼電器型號為SRD05VDCSLC，5接腳。其中一邊的兩腳工作狀態(tài)分別為銜鐵動靜觸點閉合或斷開（低壓控制電路時)；額定工作電壓，即繼電器正常工作時線圈所需要的電壓，本設計中選用的繼電器的額定工作電壓為5V直流電壓。利用直流電流觸發(fā)并控制延時，在延時過程中可不影響主電路而延時遞增。在本次設計過程中，將繼電器與普通電源插座串接起來，三接點中間的那個腳腳4接電源插座的火線，另外兩接腳中接腳3接單片機的控制信號引出腳，另一接腳5和控制信號引出腳連共地端。特別需要注意的是，在焊接繼電器前要用萬用電表測試其五個管腳以確保正確連接。當接腳3和接腳5之間加5V電壓時，接腳4和接腳2導通，電源插座開關可正常工作；當接腳3和接腳5之間電壓為0時，接腳4和接腳1導通，電源插座開關不工作，從插座正常工作到不工作的這段時間即為定時操作，可通過軟件編程設置定時（鬧鈴）程序實現(xiàn)。 LM7805穩(wěn)壓電路在不同的數(shù)字系統(tǒng)中，其電平標準是不同的。該系統(tǒng)中就包括了220V交流輸入和5V的TTL電平標準，要實現(xiàn)兩個標準的正常通信，必須進行電平轉換。該系統(tǒng)采用使用簡單的LM7805芯片。+5V、。它由電源變壓器B，橋式整流電路D1～D4，濾波電容CC3，防止自激電容CC3和一只固定式三端穩(wěn)壓器7805極為簡捷方便地搭成的。 LM7805穩(wěn)壓電路220V交流市電通過電源變壓器變換成交流低壓，再經(jīng)過橋式整流電路D1～D4和濾波電容C1的整流和濾波，在固定式三端穩(wěn)壓器LM7805的Vin和GND兩端形成一個并不十分穩(wěn)定的直流電壓(該電壓常常會因為市電電壓的波動或負載的變化等原因而發(fā)生變化)。此直流電壓經(jīng)過LM7805的穩(wěn)壓和C3的濾波便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了精度高、穩(wěn)定度好的直流輸出電壓。本穩(wěn)壓電源可作為TTL電路或單片機電路的電源。三端穩(wěn)壓器是一種標準化、系列化的通用線性穩(wěn)壓電源集成電路，以其體積小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用簡捷方便等特點，成為目前穩(wěn)壓電源中應用最為廣泛的一種單片式集成穩(wěn)壓器件。注意問題：（1）7905的引腳定義，－5V輸出電壓上電容的方向（不過本設計只?。?V即可）；（2）7905空載時測量輸出在6V左右。加上負載，輸出正常；（3）7805驅動電流可達1A。實際測量時運行時電流200～300mA，7805會發(fā)熱，溫度有50度左右，布線時該器件的擺放應考慮散熱。 RS232電平轉換電路由于本設計中的單片機電路要用到串口輸入，而電腦串口RS232電平是10V，+10V，P89V51單片機應用系統(tǒng)的信號電壓是TTL電平0，+5V，故需進行電平轉換。本設計采用MAX232EPE[9]進行電平轉換，該產(chǎn)品是由德州儀器公司（TI）推出的一款兼容RS232標準的芯片。該器件包含2驅動器、2接收器和一個電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA232F電平。該器件符合TIA/EIA232F標準，每一個接收器將TIA/EIA232F電平轉換成5V TTL/CMOS電平；每一個發(fā)送器將TTL/CMOS電平轉換成TIA/EIA232F電平。該芯片單5V電源工作，特點是低電源電流，典型值是8mA。單片微型計算機作為微型計算機的一個分支，于今它已成為今天工業(yè)控制領域、通訊設備、信息處理以及日常生活中最廣泛使用的計算機。應用方面，本設計中涉及的電子定時器也可用一般數(shù)字電路搭建而成，一臺四位數(shù)的定時器要用十多片數(shù)字電路組成,電路結構復雜、體積龐大，而且功能有一定的局限性。但如用單片機制作定時器[10]，外圍電路簡單，用其靈活的編程，使定時器可有更多的功能選擇。本設計中的單片機芯片P89V51RD2FN是由飛利浦公司生產(chǎn)的，屬于80C51系列單片機的一類。它為40管腳，工作電壓為5V，片內(nèi)有振蕩器和時鐘電路,時鐘電路的頻率范圍從0兆赫至40兆赫，4 個8位并行I / O口，3個16位定時器/計數(shù)器，8個中斷源與四個優(yōu)先級，1個全雙工串行口（SIO/UART），內(nèi)置1個布爾處理器和1個布爾累加器（Cy），內(nèi)含64KB的單晶片F(xiàn)lash的ISP（在線可編程系統(tǒng)）和IAP（在應用編程），可應用于設計可編程看門狗定時器。P89V51RD2的典型特性是它的X2方式選項。利用該特性，設計者可使應用程序以傳統(tǒng)的80C51時鐘頻率（每個機器周期包含12個時鐘）或X2 方式（每個機器周期包含6個時鐘）的時鐘頻率運行，選擇X2方式可在相同時鐘頻率下獲得2倍的吞吐量。從該特性獲益的另一種方法是將時鐘頻率減半來保持特性不變，這 樣可以極大地降低EMI。Flash程序存儲器支持并行和串行在系統(tǒng)編程（ISP），ISP允許在軟件控制下對成品中的器件進行重復編程。應用固件的 產(chǎn)生/更新能力實現(xiàn)了ISP的大范圍應用。 5V的工作電壓，操作頻率為0～40MHz。P0口是一個8位開漏雙向I/O口。寫入‘1’時P0口懸浮，可用作高阻態(tài)輸入。P1口是一個帶內(nèi)部上拉的8位雙向口。寫入‘1’時P1口被內(nèi)部上拉拉高，可用作輸入。T2：定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入或時鐘輸出。T2EX：定時器/計數(shù)器2捕獲/重裝觸發(fā)和方向控制。ECI:外部時鐘輸入。PCA的外部時鐘輸入。CEXO:PCA模塊0的捕獲/比較外部I/O口。SS:SPI隨機選擇輸入。 P89V51RD2FN信號引腳圖CEX1：PCA模塊1的捕獲/比較外部I/O口。SCK：SPI主機輸出從機輸入端。CEX4：PCA模塊4的捕獲/比較外部I/O口。P2口是一個帶內(nèi)部上拉的8位雙向口。寫入‘1’時P2口被內(nèi)部上拉拉高，可用作輸入。用作輸入時，由于內(nèi)部上拉的存在，P2口被外部器件拉低時將吸收電流（ILI）。在取指外部程序存儲器或訪問16位地址（MOVX@DPTR）的外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口發(fā)送高位地址。應用中P2口利用強內(nèi)部上拉來發(fā)送‘1’。在外部主機模式編程和校驗中，P2口可接收一些控制信號和部分高地址位。P3口：P3口是一個帶內(nèi)部上拉的8位雙向口。寫入‘1’時P3口被內(nèi)部上拉拉高，可用作輸入。用作輸入時，由于內(nèi)部上拉的存在，P3口被外部器件拉低時將吸收電流（ILI）。在外部主機模式編程和校驗中，P3口可接收一些控制信號和部分高地址位。RxD：串口輸入。TxD：串口輸出。INT0：外部中斷0輸入。程序選通使能：PSEN是外部程序存儲器的讀選通信號。PSEN在執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的程序時無效（高電平），執(zhí)行外部程序存儲器時每個機器周期內(nèi)兩次有效，但當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時兩個有效PSEN脈沖將被跳過。當RST輸入引腳的高電平時間大于10個機器周期時，向PSEN腳強制輸入一個高電平到低電平的跳變將使器件進入外部主機模式編程。 P89V51RD2的時鐘電路 時鐘電路是用于產(chǎn)生供單片機各部分同步工作的時鐘信號。具體的產(chǎn)生有兩種方法，一是用單片機內(nèi)部的石英晶體振蕩器外接電容構成振蕩電路；二是從外部輸入時鐘信號。本設計時鐘電路采用的是第一種方法。P89V51RD2的一個顯著的特點是它有兩種時鐘模式(X1模式和X2模式)。X1模式下一個機器周期時間為12個時鐘周期（即晶振頻率fosc的倒數(shù)），而在X2模式下一個機器周期時間為6個時鐘周期，從而可以加速器件的運行速度。時鐘加倍模式只可用于加倍內(nèi)部系統(tǒng)時鐘和內(nèi)部Flash存儲器