智能定时器

智能定时器（精选8篇）

智能定时器 篇1

1 引 言

为了加强大学生实践创新能力和团队精神,培养面向未来的科技尖端人才,教育部在已举办全国数学建模、电子设计、机械设计、结构设计4大专业竞赛的基础上设立了第5项大学生设计竞赛——全国大学生智能汽车竞赛。由于目前市场上专用的电子计时器价格较高,一般院校经费有限,难于购买,通常采用秒表计时,由于人反应时间的限制及秒表本身的精度不高,计时精度较差。针对智能汽车比赛计时的问题,充分利用调试所用PC机资源,设计制作了一种价格便宜、计时准确的智能汽车竞赛用计时器。

该计时器巧妙地运用MAX232的DC/DC转换器功能和PC机RS 232接口中的CTS端输入计时脉冲,采用C++.NET编程,设计完成单赛道智能车计时控制程序,线路设计简单明了,经实际使用性能可靠,使用方便,成本低廉。

2 硬件构成

如图1所示,计时器主要由光电传感器、电平转换电路、电源和PC机组成。由于RS 232信号的电平为:逻辑1(MARK)=-3～-15 V,逻辑0(SPACE)=+3～+15 V,而光电传感器的输出在0～+5 V之间,因此光电传感器的输出脉冲必须先经过转换电路,再从RS 232输入PC机。PC机检测到串口状态的改变,控制计时器的开、关。

光电传感器采用对射式光电开关,它包含了在结构上相互分离且光轴相对放置的发射器和接收器,发射器发出的光线直接进入接收器,当被检测物体经过发射器和接收器之间且阻断光线时,光电开关就产生了开关信号[2]。计时器采用南海振华电子厂的PT-A光电开关,经实际测量,当供电10 V时,如果接收器与发射器之间没有障碍物阻挡,输出高电平+3.57 V,如果有障碍物阻挡,则输出0 V。

由于光电开关输出负脉冲,即小车经过计时区时的信号电平为低电平,必须利用三极管和继电器的常闭触点将负脉冲进行翻转,并转换成串口可识别的高低电平,做为计时脉冲从RS 232的CTS针脚输入PC机,电路连接如图2所示,其中1为继电器,2为光电开关。从图中可以看出,电路需要三种电源,分别为+5 V和±10 V。一般来说,电路应尽量使用单电源,考虑到串口电平的要求和电路的简单化,可以利用MAX232的DC/DC转换器功能得到±10 V的电压。

MAX232芯片是Maxim公司生产的低功耗、单5 V电源供电、双RS 232发送/接收器,它的内部包含了+5 V及±10 V的两个电荷泵电压转换器,可以把输入的+5 V转换成RS 232所需的±10 V电压。MAX232可以从+10 V(V+)和-10 V(V-)输出端获取少量的电源功率,为外部电路供电。由于V+、V-未经稳压,输出电压会随负载电流的增大而下降,当V+、V-为外部电路提供电流时,不能使V+、V-低于EIA/TIA-232E驱动器输出电压最小值±5 V的限制[1,5]。实验结果显示,当MAX232为光电开关提供工作电流时,V+降为+8 V,V-为-10 V,电压范围大于±5 V,因此可以用MAX232驱动光电开关。

3 软件设计

串口是常用的计算机与外部串行设备之间的数据通道。实现串口通信有多种方法[4,5,6,7,8,9],并且各有优缺点,考虑到计时信号是单脉冲信号,可以从串口的某一个针脚输入,而不是数据的接收和发送,可以通过检测串口针脚的状态来得到计时脉冲信号。

在C++.NET中,有一个GetCommModemStatus()函数可以检测串口4个针脚的状态,具体返回值如表1所示。

经过选择,计时器采用CTS针脚作为信号输入端, PC机通过不断检测CTS针脚的状态来得到计时脉冲。设计流程如图3所示。

在C++.NET中提供了很多时间控制函数,在要求误差不大于1 ms的情况下,可以采用GetTickCount()函数,该函数的返回值是DWORD型,表示以ms为单位的计算机启动后经历的时间。比赛开始时调用一次GetTickCount(),得到时刻T1,到达终点后再调用一次GetTickCount(),得到时刻T2,T2-T1的时间差即为小车跑完一圈所用的时间。计时开始前先用CreateFile()打开串口,计时脉冲从CTS输入PC机。

程序原代码如下:

为了能实时显示时间的变化,可以使用SetTimer(1,10,TimerProc)函数,每隔一段时间刷新显示小车赛跑时间的变化。计时结束后调用KillTimer(1)关闭计时器,同时调用CloseHandle(m hcomm)关闭串口。

4 去抖动方法

在实验中发现,由于小车车体的不规则,在小车经过计时区时,CTS针脚的输入信号会出现抖动脉冲,如图4所示。

为了消除抖动脉冲的影响,可以有两种方法,一是使用Sleep()函数的延时功能,在检测到高电平后,延时一段时间,再次检测CTS针脚,如果仍是高电平,则记录时间,否则为抖动脉冲。由于Sleep()函数不仅使TimerProc线程暂停,同时还使整个程序进程暂停,影响了程序的界面操作,因此采用第二种方法。首先假设车体经过计时区所需时间不大于4 s,当第一个高脉冲到来时,记录下时间为T1,将第二个高脉冲到来的时间记为T2,如果T2-T1小于4 s,则认为是抖动脉冲,如果T2-T1大于4 s,则将结果记录下来作为比赛成绩输出显示。代码如下:

5 结 语

这款智能车计时器采用计算机进行计时处理,充分利用了计算机内部时钟计时的高精度,而且通过计算机也可以很方便地选择串口和设定赛车比赛圈数。实际使用证明,该智能车计时器具有操作简单,方便易用,可长时间工作,输出可视化的优点,同时计时精度高,成本低廉,满足比赛训练与计时的要求,可以广泛应用于智能赛车竞赛和性能测试研究。

参考文献

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[10]郑阿奇,丁有和,刘毅.Visual C++.NET程序设计教程[M].北京:机械工业出版社,2005.

智能定时器 篇2

首先，iWo在一个炎热的午后将一个环境温度计放到车内前挡风玻璃处，经过十五分钟的等待后，将温度计从车内取出，看到车内环境温度最高为42摄氏度，湿度为42%。而即使在夏天晴朗的午后，车内的温度虽会高于50摄氏度，但直射的地方也不会达到100摄氏度。不过前面呈45度角的挡风玻璃，直接构成了一个放大镜取火的基础构架，那会不会因此而造成车内物品着火呢？

夏天来了，总会有粗心的哥们把打火机或手机忘在汽车前挡风那里。有人说，手机在经过太阳直射后，电池会因为受热太高而导致爆炸。为了证明这个理论是否真实，我们分别用纸杯、手机、电池这三样东西做了高温试验，发现除了纸杯之外，其他物品在450摄氏度的高温下均没有爆炸，这就说明网上流传的手机在太阳炙烤下会爆炸的传言完全不靠谱。

既然点烟器放在挡风玻璃处的温度不足以引起自燃，那么用车内最高温度的设备可不可以达到自燃效果呢？这不由得让我们想到车内的点烟器，先让我们来看看点烟器的工作原理是什么样的。

点烟器的工作原理是利用电源正负极通电所产生的热量传递到点烟器的电阻丝，致使电阻丝发红发烫，于是就可以点燃香烟了。

iWo特意用一根香烟模仿了—下点烟器效果，最后得出结论，它比点烟器好用。不到一秒全着了……

点烟器最高温度可以达到600摄氏度以上，而一张纸的燃点在125摄氏度，所以开车的朋友们要注意了，当你开车时如果点烟器不小心掉到车里，你要马上停靠在路边，检查是否有东西被烫燃。而高温喷枪最高也就450摄氏度，与点烟器相差150摄氏度。之所以高温喷枪点烟速度要比点烟器快，是因为高温喷枪带有8级风扇，在有“煽风点火”的环境下，自然要比静止的点烟器管用得多。

我们首先用纸杯检验了—下设备是否能正常运转。我们将风速调到8档，温度设为225度，对准纸杯进行喷射。在喷射了15秒左右后，纸杯没有丝毫变化。我们又将温度调到了250度，再次进行喷射。这次我们将持续的时间定为1分钟，而纸杯仍然没有任何反应。最后，iWo将高温喷枪的温度调到450度，在对准纸杯不到三秒钟的时候开始出现烤糊的现象。大约30秒的时候，整个纸杯燃烧了起来。

【终极】IT克星

智能避雷定时插座的设计 篇3

通常人们日常生活中使用的插座,只具有单一功能,实现开关和接用各种电器,但有时需要对电器设备进行时间控制。另外通常的插座不具备避雷的作用,当发生雷击时,接在插座上的电器(例如:电视)就可能被烧毁。因此,人们需要具有定时和避雷功能的智能插座。智能避雷定时插座将定时功能加入到插座中,用户可以根据需要自由设定时间,待时间到达时,插座自动接通或者断开。当发生雷击时,插座保持断电状态,保护接在插座上的电器。

1 系统组成

智能避雷定时插座,包含一个变压器,将AC220 V变成AC 9 V;一些二极管组成全波整流电路;一些电容组成滤波电路;一个7805稳压块,以上部分组成稳压电源把AC 220 V变成DC 5 V。3节5号电池组成4.5 V备用电源;DC 5 V继电器电路,通过继电器的得电或失电来控制插座的通电或断电;一个4位共阳极7段数码管;一些按钮、RC滤波电路组成输入电路,RC滤波电路可防止按钮输入的抖动影响;瞬态电压抑制二极管组成防雷保护电路,当有雷电发生产生过电压时,过压电流可经瞬态电压抑制二极管入地,从而保护电器设备。一个AT89C51单片机系统;一个ULN2003A集成芯片,该集成芯片提高了单片机的驱动能力;两个二极管组成电源选择电路,选择电路的作用是当有AC 220 V时,稳压电源提供DC 5 V给单片机系统,当AC 220 V断电情况下,由电池提供DC 4.5 V给单片机系统。

2 系统硬件

智能避雷定时插座的硬件部分通过以下技术方案来实现。

2.1 稳压电源电路

稳压电源电路如图1所示。变压器变压后的9 V交流电经过整流电路、滤波电路、7805稳压电路后,输出DC 5 V电压。

2.2 DC 5 V继电器电路

继电器电路如图2所示。当JDSC端有DC 5 V时,继电器不工作,220V1端与220V3端断开,插座断电;当JDSC端有0 V时,继电器工作,220V1端与220V3端接通,插座通电。

2.3 4位共阳极7段数码管电路

数码管电路如图3所示。采用动态显示方式,4BIT端、3BIT端、2BIT端、1BIT端循环高电平,逐一点亮每一位数码管,使4位7段数码管高速循环显示,从而显示出当前数值[1]。

2.4 按钮、RC滤波电路组成输入电路

输入电路如图4所示。按钮开关的结构为机械弹性元件,在按键按下和断开时,触点在闭合和断开的瞬间会接触不稳定(抖动),键盘的抖动时间一般为5～10 ms,抖动现象会引起CPU对一次按键操作进行多次处理,从而产生错误。为了消除抖动现象,采用了RC滤波电路,例如,当按钮S1按下时,由于电容两端电压不能突变,QIEH端并不能立即变成0 V,要待电容C4放电结束(约10 ms时间)后,QIEH端才为0 V,从而有效避免了一次按键操作进行多次处理。

2.5 防雷保护电路

防雷保护电路如图5所示。当有雷电发生产生过电压时,过压电流可经线地之间的瞬态电压抑制二极管VD2、VD3入地,而它们的对地电压之差又被两线间双极型瞬态电压抑制二极管VD1进一步抑制,从而保护电器设备。

2.6 ULN2003A集成芯片和单片机的综合应用

ULN2003A集成芯片和单片机综合应用如图6所示。在单片机控制系统中,常需要用开关量去控制和驱动一些执行元件[2],但80C51单片机驱动能力有限,且高电平(拉电流)比低电平(灌电流)驱动电流小。通常会采用晶体管相关电路来提升驱动能力,单片机一个输出点对应一个晶体管驱动电路,当单片机系统由多个输出点时,晶体管驱动电路就会比较多,会占用印刷电路板的空间,而且晶体管驱动电路的驱动能力有限。为了节省印刷电路板空间和加大驱动能力,采用ULN2003A集成芯片和单片机的综合应用。ULN2003A集成芯片每片封装了7个达林顿管,每个驱动管的输出电流可达500 mA(峰值600 mA),输出电压达DC 50 V,为感性负载集成了抑流二极管,对于较大的电流,可以将输出并接使用,输入与TTL/CMOS/PMOS/DTL兼容。

ULN2003A集成芯片在使用时,相当于一个反向器。如图6所示,当P2.0为低电平时,4BIT为高电平,第4位数码管选通;当P2.0为高电平时,4BIT为低电平,第4位数码管不显示。

2.7 电源选择电路

电源选择电路如图7所示。当AC 220 V有电时,稳压电源电路正常输出DC 5 V电压,VCCG处有DC 5 V电压,这时二极管D2导通,二极管D1截止,VCC处输出DC 5 V电压;当AC 220 V失电时,稳压电源电路不能输出DC 5 V电压,VCCG处悬空,这时二极管D1导通,二极管D2截止,VCC处输出DC 4.5 V电压,改为备用电池供电(如图6)。

当采用备用电池供电时,ULN2003A集成芯片输出端VCCG悬空,所以4BIT、3BIT、2BIT、1BIT、JDSC悬空,继电器不工作,数码管中数字不显示,节省备用电池的电能。数码管中间两点显示是独立控制的(如图3),引脚7上面接的是VCC,电池供电时,VCC处输出DC 4.5 V电压,所以中间两点是有显示的,表示系统仍然在工作中。

3 系统软件

单片机系统的主程序用于设定中断系统和定时器的初值,然后一直等待定时中断的产生,如图8所示。定时中断程序是实现系统功能的核心部分,在定时中断程序中实现数据处理和按键扫描检测以及根据条件实现对继电器的控制,从而实现插座的接通和断开。

进入定时中断程序,程序首先检测用户是否按功能切换键如图9所示,用户每按一次功能切换键,程序变换一下执行方向,程序由执行功能一程序段变换成执行功能二程序段,或者程序由执行功能二程序段变换成执行功能一程序段,然后执行数码管显示程序,让用户能够看到正在执行的时间,然后重装定时器初值,返回主程序,等待下一次定时中断产生。

功能一程序段主要实现倒计时接通或者关闭插座的功能。进入功能一程序段,程序先检测用户是否按确认键,没按确认键,程序进入时间设定部分,用户可以自由设定时间;按确认键,程序则进入倒计时状态,待时分秒全为零时,插座接通或者断开。然后检测用户是否按复位键,按复位键系统复位,时分秒全归零、插座断开;没按复位键,退出功能一程序段。功能二程序段显示时间,初态为00:00,用户可以自由设定时间,用户还可以设定插座接通和断开的时间,当时间达到时,插座接通或者断开。

4 系统功能

智能避雷定时插座有5个按键供用户操作,分别是功能切换键、时调整键、分调整键以及开时间设定/复位和关时间设定/确认键两个复用键,两个复用键在功能一中分别起到复位、确认的作用,在功能二中则是相应的第二功能。系统初次通电后,自动处于功能一状态,每按一次功能切换键,功能一与功能二作一次切换。

智能避雷定时插座初始状态四位数码管上时分都显示为零,用户可以通过时调整键和分调整键自由调整时、分的数值,然后按确认键,系统开始倒计时,当时分秒都等于0时,继电器的状态作一次变化(由通到断或由断到通),插座的通断则也发生一次变化,继电器的额定工作电流是20 A。

无论系统处于功能一状态还是功能二状态,当有雷电发生产生过电压时,过压电流经过瞬态电压抑制二极管入地,插座没有电压,从而保护电器设备。

5 结语

智能避雷定时插座内分别设有定时电路和防雷电路,可以同时起到定时和防雷的作用,这样就大大地方便了人们的日常生活,而且能够对接在插座上的电器形成有效的保护。智能避雷定时插座在实际应用中取得了很好的效果。

参考文献

[1]孟祥旭,李学庆.人机交互技术——原理与应用[M].北京:清华大学出版社,2004.

智能定时器 篇4

1 基本定时插座

作为现代插座功能的扩展, 新型的定时插座涌现出了多种多样的功能, 除了基本的正常插座功能外, 加装了时间设定、电量功率等的监视, 满足了现代家庭的生活所需。是一个便捷的生活用品。它的基本工作方式是在负载正常运行的过程中监视运行情况, 同时可以控制负载的定时通断, 如图1。

2 系统模块及工作模式

系统包含供电电源供应与转换模块、通断转换电路、继电器控制电路、显示电路、按键设置、温度监控、2.4GHz无线模块组成。

系统分为两种工作模式, 一种定时工作模式, 此模式下, 电路可插入负载用电器, 此时通过通断转换和继电器控制电路可以控制负载的通断, 通过按键可以进行时间的定时处理, 同时显示定时时间。另一种正常工作模式, 此时直接控制用电器的通断。在模块工作的情况下, 还可以进行数据的传送, 这样在远处可以控制多个插座, 监视多个用电器的使用情况。

3 系统构成

系统构成主要为温度监控、无线传输、定时设置、电源转换等。各模块依次为:

(1) 温度监控

温度监控采用的为DS18B20模块, DS18B20是一种数字化的单总线器件。它的特点包括能够采集和直接读出被测温度, 而且可以直接编程设置转换的精度, 对于读出温度值, 仅需要单个的数据口线。而且元件体积小巧, 放置方便, 可应用范围广。

采集温度值与定时任务并不冲突, 因此, 在采集程序执行时, 不需要过多考虑定时任务的影响。

(2) 无线传输

对于数据通信的无线模块采用的为2.4GHz的24L01模块, NRF24L01是NORDIC公司产的一款无线通信芯片, 采用的为GFSK调制, 具有增强型Enhanced Shock Burst功能。可以实现点对点之间的无线数据通信或者是一对六的无线数据通信。24L01无线通信的传输速率可以为1Mbps或者2Mbps。SPI (Digital interface speed) 接口速率为0-10Mbps, 125个可选工作频道, 工作电压也为低电压 (1.9-3.6V) 。为单片机系统预留5个GPIO和1个中断输入引脚, 可以很好的实现无线通信的功能, 因此非常适合用来为MCU系统构建无线通信的功能。

对于单片机控制, 所需控制的引脚引出包括八个引脚, 分别为VDD、VSS、CE、IRQ、SCK、MOSI、MISO、CSN。

CE:芯片的模式控制线。在C SN为低的情况下, CE协同NRF24L01的CONFIG寄存器共同决定NRF24L01的状态;

IRQ:中断信号。无线通信过程中MCU主要是通过IRQ与NRF24L01进行通信;

SCK:芯片控制的时钟线 (SPI时钟) ;

MOSI:芯片控制数据线 (Master output slave input) ;

MISO:芯片控制数据线 (Master input slave output) ;

CSN:芯片的片选线, CSN为低电平芯片工作。

其基本工作模式设置见表1。

(3) 定时设置

定时设置采用的方式为扫描方式, 设置按键为基本的轻触开关, 其结构见图4。

基本按键为三个按键, 三按键中一个按键负责定时的开启设置与时分秒的位选择, 一个负责定时功能中时钟、分钟、秒钟的依次递增, 一个相反的时间递减功能。如表1。

(4) 电源转换

电源分为三个部分:

1) 负载电路的市电电源 (220V)

2) 单片机等模块的5V电源

3) 无线模块的3.3V电源

对于市电部分, 考虑安全与功率限制, 导线较宽, 有较好的过流过载能力, 两相插座供电, 标准铜片接触, 保证安全性。

对于5V电源部分, 采用的供电方式为直接利用开关电源模块供电, 采用输入为220V交流电, 输出500m A电流值的5V电源。

两种5V电源比较发现开关电源的尺寸远小于降压稳压模块电路, 具有很好的输出效果, 相比较功率大小可以满足控制电路所需, 因此开关电源是一个很好的选择。

无线模块供电:无线电源为1.9-3.6V电源, 因为控制部分的电源全都为5V, 因此要进行电源转换, 采用模块为1117, 加入滤波电路, 使电源转换更平稳。

1117具有特点包括:固定输出电压, 低漏失电压 (1A输出电流时仅为1.2V) , 限流功能, 过热切断, 工作温度范围宽 (-40℃-125℃) 。应用范围包括:掌上电脑、电池充电器、移动电话、电池供电系统、便携设备等。

(5) 检测扩展

对于检测数据, 温度值只是其中之一, 根据端口数量, 可以具有丰富的扩展性, 例如, 加入电流检测模块, 可以使用电流互感器或电流检测集成模块, 来检测插座负载的电流值。

如集成模块采用ACS712模块。ACS712是低偏置线性霍尔传感器, 原理是利用在流经铜片附近的电流产生一定的磁场, 利用电路小片检测, 感应的磁场按比例转换, 输出模拟电流。其灵敏度为185m V/A (供应电源为5V时) , 对于输出信号的大小, 可以根据公式求得:

其中Vcc=5V

根据线性关系, 可测电流值的档位范围为-10A到10A时, 输出的模拟信号值的范围在0.65V到4.35V之间, 可认为在0V到5V之间的范围值输出。

4 系统整体结构

考虑插座安全, 强电弱电要进行分离控制, 因此插座设计中采用分边设计方式, 如图9, 插座左面为弱电控制部分, 右面为强电负载控制导通部分。

对于接收端, 主要显示结构为1602, 通过单片机与无线模块通信的数据采集, 可以实时显示采集到的数据。

最终的实现结构为星型组网方式, 在多个插座的数据终端采集到的数据可以实时的发送到接收端, 接收端显示接收数据, 同时, 定时插座的定时状态可以通过无线模块发送到接收端, 接收端可以监控定时状态。

5 系统工作流程

系统的工作流程包括发送端和接收端两个部分, 基本的工作方式见图12。

6 总结

对于现代定时插座的功能扩展, 家用智能遥控定时插座具有的数据组网监控功能可以实现家庭的智能监控。系统分为两种工作模式, 一种定时工作模式, 此模式下, 电路可插入负载用电器, 此时通过通断转换和继电器控制电路可以控制负载的通断, 通过按键可以进行时间的定时处理, 同时显示定时时间。另一种正常工作模式, 此时直接控制用电器的通断。在模块工作的情况下, 还可以进行数据的传送, 这样在远处可以控制多个插座, 监视多个用电器的使用情况。本装置可以用于实验室、家庭等场所的用电器定时控制, 同时多个用电器的监控增加了使用的便捷性。

摘要：本文以STC89C51RC单片机为控制芯片, 控制模块端口显示采用双段数码管显示, 功能包含为基本的定时任务功能, 温度监控功能以及无线数据实时传输功能, 同时可以同时控制插座负载的开启与关闭。系统的最大优点在于可以同时传输多路插座通道的数据, 在接收端利用LCD1602实时显示各插座通道的数据, 提供安全警示的功能。

关键词：定时,开关转换控制,多端口无线传输,温度监控

参考文献

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555定时器应用电路 篇5

一、555分段式定时电路

如图1所示, IC1和R1、RP1、C1等组成单稳延时电路, IC2和R2、RP2、C3等组成单稳定时电路, 二者构成分段式定时电路。

按下AN按钮约2秒钟, C1充满, IC1的 (3) 脚呈低电平。IC2置位, (3) 脚呈高电平, K吸合, 开始定时。此后, C1经RP1放电, 至UDD/3, IC1翻转, 呈高电平, IC2复位, K释放。

第一阶段定时, t1=1.1RP1C1, 约27分钟。

第二阶段定时, t2=1.1 (RP2+R2) C3, 约27分钟。故总定时T=t1+t2, 约54分钟。

二、555自动曝光电路

如图2所示, 该电路只用一支555和少量的阻、容元件组成。

555为单稳延时电路。按一下AN按钮, 则555置位, (3) 脚呈高电平, 执行机构或曝光灯点亮。硅光电池受光照, 产生的光电流I对C1充电, 当C1上电压超过2UDD/3阈值电平时, 555电路复位, (3) 脚转呈低电平, 执行机构 (或灯) 无电停止工作。阈值电平可由RP1调节, 其值应大于1.4 V。

三、555曝光定时器电路

如图3所示, 相片曝光定时电路以555为核心组成。这是一个人工启动式单稳态电路。按一下AN按钮, 定时电容C1立即放电到零, 555置位, 计时开始, J吸合, 电灯H得电点亮。灯亮的时间, 即C1充电到其电压升至阈值电平2UDD/3的时间td=1.1 (R1+RP1) C1。时间长短可根据胶片的种类具体而设定。定时到, 555又恢复至复位状态, (3) 脚转呈低电平, J释放, H自熄。图示参数的td约为2分钟。

四、555自动曝光定时器电路

如图4所示, 555和C1、硫化镉光敏电阻RG等组成单稳延时电路。将RG装在相机旁, 曝光时, 按下AN, 则555置位, J吸合, 曝光灯 (白色) 亮。光照强, 则RG呈现电阻小, td=1.1RGC1就短;光照弱, RG阻值大, td则长。td时间到, J释放, 白灯熄, 红灯亮, 曝光定时完成。

单片机定时器应用探讨 篇6

单片机的定时器是单片机里最“活跃”的部件之一,很多程序、应用系统都离不开定时器。由于定时器的应用与单片机的其他硬件相关,存在着一定的复杂性。而定时器也是单片机应用中解决某类复杂问题的最为有效的方法,应用非常广泛[1]。定时器的应用,可以说即简单又复杂。对于简单应用场合,时间要求较长不算很精确的场合,用起来就简单,对于复杂应用场合时间要求即短又精确的场合,用起来就要复杂。本文以STC90C51RC/RD+系列单片机定时器为研究对象,并给出几个示例程序。STC90C51RC/RD+系列单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰/高速/低功耗的单片机,指令代码完全兼容传统8051单片机,12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。

2 定时器/计数器应用

2.1 STC90C51RC/RD+系列单片机定时/计数器

STC90C51RC/RD+系列单片机共3个16位定时器/计数器,其中定时器0还可以当成2个8位定时器使用。定时器0和定时器1,与传统8051的定时器完全兼容,当在定时器1做波特率发生器时,定时器0可以当两个8位定时器用。

STC90C51RC/RD+系列单片机内部设置的两个16位定时器/计数器T0和T1都具有计数方式和定时方式两种工作方式。对每个定时器/计数器(T0和T1),在特殊功能寄存器TMOD中都有一控制位C/T来选择T0或T1为定时器还是计数器。定时器/计数器的核心部件是一个加法(也有减法)的计数器,其本质是对脉冲进行计数。只是计数脉冲来源不同:如果计数脉冲来自系统时钟,则为定时方式,此时定时器/计数器每1 2个时钟或者每6个时钟得到一个计数脉冲,计数值加1;如果计数脉冲来自单片机外部引脚(T0为P3.4,T1为P3.5),则为计数方式,每来一个脉冲加1。

当定时器/计数器工作在定时模式时,可在烧录用户程序时在STC-ISP编程器中设置是系统时钟/12还是系统时钟/6后让T0和T1进行计数。当定时器/计数器工作在计数模式时,对外部脉冲计数不分频。

定时器/计数器0有4种工作模式:模式0(13位定时器/计数器),模式1(16位定时器/计数器模式),模式2(8位自动重装模式),模式3(两个8位定时器/计数器)。定时器/计数器1除模式3外,其他工作模式与定时器/计数器0相同,T 1在模式3时无效,停止计数。

定时器2是一个16位定时/计数器。通过设置特殊功能寄存器T2CON中的C/T2位,可将其作为定时器或计数器。

定时器2有3种操作模式:捕获、自动重新装载(递增或递减计数)和波特率发生器。这3种模式由T2CON中的位进行选择。

2.2 定时器/计数器应用

与传统8051单片机相比,STC90C51RC/RD+系列单片机性能更优越,就以定时/计数器为例,在笔者应用单片机定时器定时,输出脉冲过程中发现,如果需要用两个以上定时器同时工作,在定时时间较长情况下,前者的定时器能够胜任;但是,当两个同时工作的定时器至少有一个定时时间较短时,前者的定时器就会“罢工”。,鉴于此笔者选用STC90C51RC/RD+系列单片机作为研究对象。

如下几个示例程序,从不同方面应用STC90C51RC/RD+系列单片机的定时器,也充分展示了该类单片机的优越性。所有程序都经过keil软件调试通过,并生成*.hex文件烧入单片机实测。每一个程序都可作为一完整程序应用。

应用定时器进行定时或计数,不可避免要存在误差,而每个程序存在误差之处都以注释的形式标明。由于以下程序皆为C语言编写,需要经过编译器编译为汇编语言,所以,误差的精确值不易算出,仅仅标出产生误差的语句。而如果采用汇编语言编写,情况会好些。

1) 5秒内计数脉冲个数

单片机外接的振荡源频率为11.0592MHz,利用定时器0定时,每次定时50ms,循环100次,达到5s时间,利用定时器1计数5s内外部脉冲个数,并由串口传输给上位机。

本程序旨在说明定时器0与定时器1同时工作的编程方法与思路。

2) 定时器T0计数50个脉冲所需时间

/*查50个脉冲所需时间,脉冲由定时器T1发出,每50ms P1.1取反,形成脉冲,将P1.1连接到T0(14号)引脚,即可计数,定时器T0计数输入脉冲个数,50(0x32)先显示,之后,显示50ms的个数,再次显示TL1的值,最后显示TH1的值,此两个值是时间零头*/

……

……省略号部分与第一个程序相同

3) 定时器T2计数T1波特率发生器

/*脉冲由定时器T0发出,一定时间后p1.2取反,形成脉冲,T1波特率发生器,发出38k方波,T2计数,T2计数脉冲输入端为p1.0

……省略号部分与第一个程序相同

……

3 定时/计数器误差分析

由于单片机的机器周期为1μs~2μs,定时误差一般应在5μs~25μs之内,对于一般应用,此误差可以忽略,但是对于精确度要求比较高的应用场合,此误差必须进行校正[2]。定时误差是定时溢出后转入执行定时处理语句段之间所耗费的时间,此时间主要由定时溢出转入定时处理语句段所必须执行的指令或硬件过程产生.而且,在转入、转出定时器中断服务子程序过程都有延迟,即产生误差[1]。再有,如果像第一个程序那样,利用循环定时以产生更长定时,执行循环处理及控制指令时亦会产生误差,影响时间的精确性。

综上,虽然利用硬件定时会节省CPU的时间,并且,能产生较为“准确”的定时,但“准确”是相对的,误差会由于指令的执行而产生。为了得到更加精确的定时,这些误差是不容忽视的。

4 结束语

定时器是单片机里最“活跃”的部件之一,很多单片机的应用系统都是需要应用定时器。本文以STC90C51RC/RD+系列单片机作为研究对象,避开传统8051单片机的弊端,通过几个示例程序,展示了STC90C51RC/RD+系列单片机定时器的应用。程序并不复杂,也存在一定误差,如果想得到非常精确的定时,对于定时器的误差是必须考虑的,尤其是反复应用定时器的程序中,更要详尽考虑误差的产生原因及指令,必要时要做出修正。

参考文献

[1]王暄.单片机定时器的应用与误差纠正[J].电子元器件应用,2002,(5):15.

定时器/计数器教学设计 篇7

1 Proteus和Keil简介

Proteus是英国Labcenter electronics公司研发的EDA工具软件, 是多种型号单片机系统的设计与仿真平台, 能实现单片机与外设的电路系统、软件系统的设计与仿真, 在仿真过程中, 用户可以用鼠标单击开关、键盘、电位计、可调电阻等动态外设模型, 使单片机系统根据输入信号做出相应的响应, 并将响应处理结果实时地显示在LED、LCD等动态显示器件上, 实现了实时交互式仿真。

Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统, 是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件, 它提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案, 通过一个集成开发环境 (uVision) 将这些部份组合在一起。

Keil与Proteus连接成功后, 可以在keil调试程序, 单步、全速、设置断点、观察变量的值等, 也可以在Proteus做硬件方面的模拟, 如按按键、改变可调电阻的阻值等, 这个时候keil都会有反应的。

2 定时器/计数器工作原理

80C51内部设有两个16位的可编程定时器/计数器, 即定时器0 (T0) 和定时器1 (T1) , 它们分别由两个8位专用寄存器组成, 即T0由TH0和TL0构成, T1由TH1构成, 每个寄存器可以单独访问, 用于存放定时或计数器初值。定时器方式寄存器TMOD用于选定定时器的工作方式, TCON用于控制定时器的启动与停止, 保存T0、T1的溢出和中断标志。当定时器工作在计数方式时, 外部事件通过引脚T0 (P3.4) 和T1 (P3.5) 输入。

3 计时秒表的设计实现

3.1 计数方式

3.1.1 计数方式1 (没有使用中断)

(1) Protues电路设计。

如图1所示。

(2) 源程序设计。

实验中, 定时器/计数器0 (T0) 作计数器用, 被计数的外部输入脉冲信号 (1kz) 从单片机的P3.4 (T0) 接入。单片机将对脉冲计数, 并将寄存器TH0和TH1的值分别送四位数码管实时显示。教学中, 可以通过改变计数的外部输入脉冲的频率改变计数快慢。

Keil C51高级语言

在Keil中可以看到C语言程序编译后生成的汇编代码。

3.1.2 计数方式2 (使用中断)

(1) Protues电路设计:图1。

(2) 源程序设计:汇编程序略。

实验中, 定时器/计数器0 (T0) 作计数器用, 被计数的外部输入脉冲信号 (1kz) 从单片机的P3.4 (T0) 接入。计数寄存器初值设为FFFF, 单片机对脉冲计数一次, 计数将发生溢出中断, 执行T0中断服务程序。

3.2 计时方式

3.2.1 rotues电路设计:将图1中的外部输入计数脉冲去掉

如图2所示。

3.2.2 源程序设计:汇编程序略

实验中, 定时器/计数器0 (T0) 作计时器用, 计数器的加1信号由振荡器的12分频信号产生, 如果晶振为12MHz, 则计数周期为1μs (如果晶振为6MHz, 则计数周期为2μs) 。程序中TMOD为计时方式1, M=216=65536, 如果要产生1ms的定时时间, 则需“加1”1000次 (计数值为1000) , 计时初值X=M-计数值=65536-1000=64536=0xFC18。教学中, 可以通过改变计时工作方式, 分别进行计时初值的设置, 让学生理解各种工作方式计时初值的计算方法。

4 结语与展望

秒表的设计实现能帮助学生较好地掌握计时器/计数器工作原理及实现方法, 理解汇编语言和C51语言设计方法;使用Proteus仿真, 整个过程与真实的软件、硬件调试过程相似, 有利于学生理解。使用图1, 还可以改用外部中断来实现秒表。另外, 可以将秒表设计扩展为六位秒表, 可复位秒表, 倒计时秒表, 可实时交互设置计时时间的秒表等。

参考文献

[1]张靖武.单片机系统的PROTEUS设计与仿真[M].北京:电子工业出版社, 2008.

智能定时器 篇8

关键词：555定时器,仿真软件,电路分析

Protel是Altium公司推出的EDA软件, Protel是个完整的板级全方位电子设计系统, 它包含了电原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能, 并具有Client/Server (客户/服务器) 体系结构, 同时还兼容一些其它设计软件的文件格式, 如ORCAD, PSPICE, EXCEL等。

1 555集成定时器简介

555集成定时器是一种多用途的模拟电路和数字电路相结合的集成电路, 利用它可以很方便地实现多种脉冲电路。集成定时器分为双极型和单极型两类, 产品型号繁多, 但所有定时器的产品型号后三位数码均为555, 且同型号器件的功能和外部引脚的排列完全相同, 所以将它们统称为555定时器。555定时电路是由三个5千欧电阻组成分压器、两个高精度电压比较器、一个基本R-S触发器、一个作为放电通路的三极管及输出驱动电路组成。它的逻辑电路图和电路符号如下图所示:

2 应用仿真软件进行仿真的基本方法

(1) 555构成的单稳态触发器仿真。555构成的单稳态触发器仿真电路如下图, 输入引脚只在初始阶段输入一个负脉冲。

R、C为外接定时元件。静态时uI为高电平, VCC通过R对C充电, uC上升, 当uC≥2VCC/3时, 复位控制端TH>2VCC/3, 而uI高电平使置位控制端undefined, 定时器复位, undefined, 放电管饱和导通, C经过放电, uC下降, 由于uI高电平使undefined, 因此即使uC≥2VCC/3, 定时器也仍然保持复位, undefined, 放电管始终饱和导通, C逐渐将电放完, uC≈0, 电路处于稳态。

当触发器uI为低电平时, 置位控制端undefined, 而此时uC≈0, 又使得复位控制端TH<2VCC/3, 则定时器置位, undefined, 放电管截止, 电路进入暂稳态。之后, VCC通过R对C进行充电, uC上升。当uC≥2VCC/3时, 复位控制端TH>2VCC/3, 而此时ui已完成触发, 回到高电平使置位控制端undefined, 定时器又复位, undefined, 放电管又导通, 电路回到稳态。C放电, 电路恢复结束。根据电路的工作原理, 代入三要素公式可得:undefined

根据仿真参数计算得到的理论值为tW=1.1RC=29.7ms。仿真参数中输入脉冲设置如下:

仿真波形如图:

仿真得到的tW=29.737ms

(2) 555构成的多谐振荡器仿真。555构成的多谐振荡器仿真电路如图。R1、R2、C为外接的定时元件, 接通电源后, VCC对C充电, uC上升, 最初uC2VCC/3, 置位控制端undefined, 定时器复位, undefined, 放电管导通, C通过放电, uC下降。当uC≥VCC/3时, 又回到复位控制端TH<2VCC/3, 置位控制端TR

根据电路的工作原理, 代入三要素公式可得:

undefined

理论计算得到undefined

undefined

仿真波形如下:

仿真得到的tW1=144.13us, tW2=68.413us

3 结论

可以看到, 通过Protel对电路进行仿真, 得到的仿真值和理论计算值相当接近, 且各元件选择范围广, 参数修改方便, 不会出现在实际操作中器件损坏和焊接的问题, 使得电路的调试变得快捷、方便, 可以避免出现仪器不足, 器件不全的问题, 与传统试验相比, 更能突出开放试验教学模式, 进一步培养学生的综合分析、开发设计和创新能力, 并且整个过程非常简单、直观, 与操作实际电路的差别很小, 既摆脱了纯理论分析的枯燥与繁琐, 又减少了操作实际电路所带来的不便, 是理论联系实际的一座桥梁。

电子技术是一门试验性很强的学科, 电子技术理论的教学最好和试验同步进行, 以加强感性认识。试验需要测量仪器和电子元件, 受到客观条件的限制, 而用仿真得方法摆脱了这些约束。用电路仿真试验验证理论分析结论是一种有效的方法, 电子技术教学中的绝大部分电路都能够应用Protel进行虚拟试验, 如果在电子技术理论课教学中用Protel作为辅助教学手段, 可以起到事半功倍的效果。