基于单片机的多用途定时器的设计

2020-01-08河北农业大学机电工程学院王沂蒙王敏朱澳英杜书宁

河北农机 2020年1期

河北农业大学机电工程学院王沂蒙王敏朱澳英杜书宁

聪明的人类往往利用最简单的规律做最困难的事，所以早期的计时器沙漏或水漏便出现在我们的视野当中，随着计时器不断地改进与发展，钟表便在这个夹缝中应运而生并不断地发展成熟，自此以后，人们便逐渐忠于这个更精确的定时器，并利用它的精确性来准确定位时间。较为新颖的定时装置于20 世纪80 年代才姗姗来到这个世界，这项伟大专利的申请者英国外科医生索加于1876 年才完成了这项较为完整的定时装置，起初它的使用范围非常狭窄，只能利用简单的机械钟带动煤气街灯的开关从而达到控制相关阀门的目的。它的出现为时间安装了一个精准的定位仪，以其精确标准的特性创造了时代进步阶段的一个新的里程碑。

1 设计需求

对于定时器的分类，我们比较常见到的有两种。在过去，被使用最多的是以模拟技术做支撑且无复杂功能的传统产品，但是，现在这种产品却已经不是很常见了。相比较而言，现在使用最多的是新型的现代化数字技术产品，因其具有比较强大的功能，所以被广泛使用。然而，现实中该产品往往具有很大的体积，对于能够有使用价值和齐全功能，以及比较便携的产品来说还是相对较少的。近年来，价格不断被提升的单片机产品，促使了新型产品的广泛使用，在系统集成中，其可以大大简化控制系统，将繁杂的系统进行简化。此外在小的应用方面，家电设备控制以及我们常见的小型儿童玩具也多有使用。除了强大的功能，其质量轻盈、便携灵活、小体积等众多优点可以很好地满足器件的需求，此外，再配上相适应的芯片接口，往往可以实现多种多样的微电子产品开发。基于该论述，我们研制设计了一类以单片机为基础的多用型定时器。利用多用途定时器，可以把现在的时间和设定的时间在LED 显示屏中进行显示，这样定时器正常工作与否可以被人们清楚地观测到。

2 硬件设计

2.1 AT89C51 芯片

通常来说，单片机又被称为FLASH 存储器，其带有CMOS 8 位微处理器，是具有低电压的4K 字节系统集成。一般来说，AT89C51 的标准功能有以下几类：片内存贮器为SFR 的80H-FFH 和RAM 为00H -7FH 的256 字节片内数据存储器、全双工串行通信口具有一个、5 向量两级中断结构具有一个、16 位定时/计数器具有两个、I/O口线32 个，以及时钟电路和片内振荡器。除此之外，静态逻辑操作降到0Hz 可以通过AT89C51 实现，在节电模式上可以选择的一共有两种软件。RAM会在空闲时运行，而CPU 会停止，另外，中断系统以及串行通信口和定时/计数器也会持续运行。RAM中的内容会通过掉电方式保存，但振荡器会暂停系统运行，并复位其他所有部件的工作运行到下一硬件。

2.2 时钟电路

硬件设计是一个较为复杂的系统，但是其中相对来说更为复杂的就是时钟电路，其主要包括了两个部分，即实时时钟与RAM，其工作模式就是通过串行接口与单片机来进行交流，然后能够给电路随时提供时间信息。时钟通常采用的操作格式是12/24 小时格式，这种操作格式主要是由AM/PM来进行具体的指示。该系统为了实现通信的目标主要运用了RES（复位）、SCLK（串行时钟）、I/O（数据线）、三个口线与单片机，它们之间进行串行从而进行通信。该系统如果想正常的工作，一个必须解决的难题就是时钟电路如何保持正常的工作状态，而为了让时钟电路一直保持正常的工作状态，那么首先要解决的就是电路的搭建问题，只有电路正确搭建，时钟系统才可以保持正常的工作状态。

2.3 报警器的设计

该多用途定时器要想发挥报警的作用，首先就是通过按键来控制从而实现计时，之后就是通过单片机来驱动报警器，让报警器正常工作，与此同时还应该驱动继电器动作。

3 工作模式

定时器的工作模式就是通过时钟脉冲来累积计时的，时钟脉冲并不是单一的一种，而是被分为1ms、10ms、100ms 几种。定时器工作的本质就是对时钟脉冲进行计数。由于工作的需要，定时器还设置有一个设定值寄存器、一个当前值寄存器。前者主要是用来存储编程时赋值的计时时间设定值。后者的作用就是将当前值准确无误地记录下来。但是这两种寄存器都采用的是16 位二进制的方式进行存储。如果要计算定时器的最大计时范围值应该用其最大值与定时器的计时单位值相乘，最终得出的结果即为最大值。定时器在正常工作时，后一种存储器也开始工作即开始计数，如果该计数的数值与提前设定的数值一致，那么此时起常开触点就会接通，而常闭触点断开，最终就能实现控制时间的目的。定时器还可以起到延时控制的作用，其可以被当作继电器电路中的时间继电器。