浅析倒计时计时器doc.docx
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浅析倒计时计时器doc
浅析倒计时计时器
作者:
聂丽芳指导老师:
康占成
(山西大同大学物理与电子科学学院,山西大同037009)
摘要此电路是以时钟产生触发,倒计时计数,译码显示为主要功能,在次结构的基础上,构造主体电路和辅助电路两个部分,倒计时计数末了时,继电器动作,控制用电器动作。
关键词选择器;计数器;译码器;讯响器;显示器
中图分类号TN4文献标示码A
0引言
倒计时计时器的用途很广泛。
他可以用做定时,控制被定时的电器的工作状态,实现定时开或者定时关,最长定时时间为999分钟。
他还可以用做倒记时记数,最长记时时间为999秒,有三位数码管显示记数状态。
1总体方案设计
1.1设思路计
用三个可预制数的减计数器组成三位二-十进制减计数器,用三个译码器和三个LED数码管显示器,CMOS电路组成秒/分选择器,另外有控制电路,控制器随着计数器计数的状态发生改变。
计时期间,用电器开关断开,当计时完毕时,用电器开关闭合。
计时单元由单片机内部的定时器/记数器来实现,时间显示功能通过LED数码管动态扫描来实现。
1.2总体设计
总体框图如图1所示。
用9个CMOS集成电路和三个晶体管,以集成电路和晶体管为核心。
Ic4、Ic5和IC6组成减计数器;Ic1、Ic2和IC3以及LED数码管等组成三位数码管显示电路;D1、D2组成秒信号产生电路;IC5组成60分频器;VT1,VT2以及讯响器HA和继电器K1等组成的执行电路。
S1、S2为预制开关,S4为秒/分选择开关。
1.3硬件设计说明及计算方法
定时功能既可以由硬件(定时/记数器)实现,也可通过软件定时实现。
硬件定时是利用单片机内定时器定时,启动以后定时器可与CPU并行工作,不占用CPU时间,CPU有较高的工作效率。
采用硬件定时和软件定时并用的方式,即用T0实现中断功能50ms定时,通过软件延时程序实现1s定时。
定时器的有关寄存器有工作方式寄存器TMOD和控制寄存器TCON。
TMOD用于设置定时器/计数器的工作方式0~3,并确定用于定时还是用于计数。
TCON主要功能是为定时器在溢出时设定标志位,并控制定时器的运行或停止等。
8279是通用的可编程键盘/显示器接口芯片,可实现对键盘/显示器的自动扫描,不仅可以大大节省CPU对键盘/显示器的操作时间,从而减轻CPU的负担,而且显示稳定,程序简单,不会出现误动作。
8279具有8个先进先出的的键输入缓冲RAM单元,并提供16字节的缓冲RAM。
8279将段码写入显示缓冲RAM,8279自动对显示器扫描,将其内部显示缓冲RAM中的数据在显示上显示出来。
CUP通过对8279编程(将命令字写入8279)来选择其工作方式,简述如下:
键盘/显示器方式设置命令字:
D7D6D5D4D3D2D1D0
000DDKKK
高三位D7D6D5位为特征位000,D4D3两位用来设定显示方式,其定义如下:
D4D3显示器方式
008个字符显示—左边输入
0116个字符显示—左边输入
108个字符显示—右边输入
1116个字符显示—右边输入
8279最多可用来控制16位LED显示器,当显示位数超过8位时,均需设定为16位字符显示,显示器的每一位对应一个8位的显示缓冲RAM单元CPU将显示数据写入缓冲器时有左边输入和右边输入,左边输入是较简单的方式,地址为1-15的显示缓冲RAM单元分别对应显示器的1(左)位-15(右)位,CPU依次从0地址或某一个地址开始将段数据写入显示缓冲RAM。
D2D1D0为键盘工作方式选择位,如下表:
D2D1D0键盘工作方式
000编码扫描键盘,双键锁定
001译码扫描键盘,双键锁定
010编码扫描键盘,N键依次读出
011译码扫描键盘,N键依次读出
100编码扫描传感器矩阵
101译码扫描传感器矩阵
110选通输入,编码扫描显示器方式
111选通输入,译码扫描显示器方式
当设定为编码工作方式时,内部计数器作二进制记数,四位二进制计数器的状态扫描线SL0-SL3输出,最多可为键盘/显示器提供16根扫描线(16选1),双键锁定就是当键盘中同时有两个以上的键被按下时,任何一个键的编码信息君不能进入FIFORAM中,直至仅剩下一键保持闭合时,该键的编码信息方能进入FIFO。
写显示缓冲RAM命令字:
D7D6D5D4D3D2D1D0
100AIAAAA
高三位100为该命令字的特征位,该命令给出了显示缓冲RAM的地址信息,当CPU执行写显示缓冲RAM时,首先用该命令字给出要写入显示缓冲RAM地址,四位二进制代码。
AAAA可用来寻址显示缓冲RAM的16个存储单元,若AI=1,则CPU在第一次写入时须给出地址外,以后每次写入,地址自动加1,直至所有显示缓冲RAM全部写毕。
读显示缓冲RAM命令字:
D7D6D5D4D3D2D1D0
011AIAAAA
在CPU读显示数据之前先输出读缓冲RAM的命令,D7D6D5=011,该命令字的特征位。
二进制代码AAAA用寻址显示缓冲RAM的一个缓冲单元,AI为自动增量标志,若AI=1则CPU每次读出后,地址自动加1。
清除命令字:
D7D6D5D4D3D2D1D0
110CDCDCDCFCA
该命令字用来清除FIFORAM和显示缓冲RAM,其中D4D3D2(CD)三位用来设定清除显示缓冲RAM的方式,其定义下:
D4D3D2清除显示RAM的方式
10X将显示RAM全部清0
110将显示RAM清成20H
111将显示RAM全部置1
0XX不清除(CA=0);则D3D2有效
8279的状态字节用于键输入和选通输入方式中,指出FIFORAM中的字符的个数是否出错,状态字的格式如下:
D7D6D5D4D3D2D1D0
DUS/EOUFNNN
在传感器扫描方式或选通输入方式中,输入数据即为RL0-RL7输入状态:
D7D6D5D4D3D2D1D0
RL7RL6RL5RL4RL3RL2RL1RL0
由以上可确定8279状态口地址为0FF82H,数据口地址为0FF80H。
2整机设计原理分析
倒计时计时器的核心见图2是由可预制数减计数器IC5、IC6、IC4其初始数有拨码开关S1、S2、S3、设定,其输出状态由BCD码七段译码器IC1、IC2、IC3译码后驱动LED数码管显示,门电路D1、D2产生秒信号脉冲,以及经IC7等60分频后得到的分信号脉冲,由开关S4选择后作为时钟脉冲送入减计数器的CP端,当按下启动按钮S4后S1,S2,S3设顶的预制数进入减计数器,数码管显示出该预制数,然后计数器就在时钟脉冲CP的作用下减计数,数码管做同步显示,当倒计时结束,减计数器显示为000时,输出高电平使CT1、VT2导通,继电器K1吸合,其常开接点K1-1闭合,接通被控电器,其常闭接点K1-2断开,切断被控电器,自带音源讯响器HA发出声音。
3主要单元电路分析
3.1电路门多谐振荡器
振荡器不仅可以有晶体管或荡周期T=1S当B由“0”变为“1”时,由于电容器C1两端电压不能突变,则C点也为“1”,并通过R18输入端为“1”,随着C1的充放电,C点电位逐渐下降,当降直CMOS门电路的阀值(约为0.5VDD)时,A点变为“1”,“B”点变为“0”,C点变为也变为“0”,并开始反向充电。
如此循环形成振动,振荡周期T=2.2(R19+RP1)×C1(S),R18是补偿电阻,可提高振荡频率的稳定度。
3.260分频器
计时定时器以“分”为计时单位时,需要每分钟1个脉冲的时钟信号,它是秒信号经过60分频后得到的,60分频器由IC7、D5等电路组成,见图4
(1)计数器单元的输出端。
从图4
(2)计数状态表现,当第60个到达,计数状态为“0111100”时,与门D5输出一高电平使IC7清零。
计数状态回复为“000000”,并开始新的一轮计数,D5输出信号为输入信号的1/60,实现了分频。
3.3减计数9
三位减计数器有三块CC14522组成,CC13522是预制书的二-十进制1/N计数器,IC4,IC5,IC6的预制数输入D1-D4的状态由拨码开关S1、S2、S3设订,开关断开“0”闭合“1”,当按下启动按钮S4时,高电平加至IC3和IC4及IC5的PE端,使设定的预置数进入计数器中,然后计数器就在时钟脉冲下进行减计数,当个位计数器IC5减到“0000”,再输入一个时钟脉冲,就跳变到其最高位“1001”,其中Q4端输入“1”脉冲(可理解为借位信号),使十位计数器IC4减1,当十位计数器减至“0000”时,待个位减至“0000”时一个脉冲到来时,十位变为“1001”,个位变为“1001”,Q4端给百位CP一个脉冲,百位减一,当百位,十位,个位都为零时,IC6OC端输出为1,使个位的EN端为1,计数停止,个位计数器的OC端为三位减法计数器的输出端。
3.4译码显示电路
三位减计数器的输出状态由译码显示电路显示,译码器IC0,IC1,IC2采用BCD七段锁存译码集成电路CC14543,将减计数器中1C3,IC4,IC5输出端(Q端)的BCD码(二-十进制8421码)译码后,驱动七段LED数码管显示,由于采用共阴极数码管,所以IC0,IC1,IC2的DF1端接地,R0,R1,R2为数码管限流电阻,常用的LED显示器是由发光二极管组成共有7段,使用LED显示器时,为了显示数字或符号,要为LED显示器提供代码,这些代码是通过各段的亮灭来显示不同的数字,称之为段码七段发光二极管,在加上一个小数点,共计8段,因此提供给LED显示器的段码正好一个字节。
由N个LED显示块可拼接成N位LED显示器,N个LED显示块有N根位选线和8×N根段选线。
在多位LED显示时,为了简化硬件电路,通常将所有位的段选线相应的并联在一起,由一个8位I/O口控制,形成段选线的多路复用。
而各位的共阴极或共阳极分别由相应的I/O线控制,实现各位的分时选通。
虽说段码同时送到了各个显示器,但它们不会同时显示这一数字,只有位选线输出为0的那一位所对应的显示器才会显示这一数字。
显然,这种显示是不连续的,但不断重复上述过程,且扫描频率较高时,由于视觉暂留的作用看上去就是连续的了。
动态显示的要点有两个:
一是代码转换。
因为直接驱动LED显示器的是字形码,而人们习惯的是0、1、2等字符,因此,必须将待显示的字符转换成字形码,如图6
3.5键盘接口动态和显示接口电路
单片机系统所用的键盘有编码键盘和非编码键盘两种:
编码键盘本身除了按键之外,还包括产生编码按键电路,只要按下某一个键,就能产生这个键的代码,一般称为键码,同时还能产生一个码脉冲信号,以通知CPU接收(输入)键码,这种键盘的使用比较方便,亦不需要编写很多程序,但使用的硬件较复杂,在微型计算机控制系统中使用还不多,非编码键盘是由一些按键排列成行列矩阵,按键的作用,只是简单地实现接点的接通和断开,但必须有一套相应的键码,非编码键盘几乎不需要附加什么硬件电路。
3.6直流供电电路
整机使用+9V直流稳压电源,使用可调开关式稳压电源,使电路工作稳定。
4数字计时电路键盘接口行扫描法
确定是否有键按下,CPU通过并行口输出0000到键盘的行线信号,若没有键按下,则PB0∽PB3为1111,若有任意一个键按下,则有某一条列线为0,也就是当PB0∽PB3不为1111时,就表示有键按下。
通过行扫描确定已按键的行、列位置,所谓行扫描就是依次给每条行线输入0信号,而其余各行都输入1,并检测每次扫描时所对应的列信号。
也就是在C口先输出1110(PC0∽PC3),然后是1101,直到最后是0111,并检测每次所对应的B口输入。
只有在某行上有键按下时,在这一行上输入0(其他行为1),在列输出上才能检测到0信号。
若是输入为0的这一行上没有键按下,则收到的列信号仍然为全1。
因此,只要记下列信号不全为1时的C口输出及B口输入,就能确定已按下键的位置。
设第3行第1行的键已按下,则必须是行信号为0111,检测到的列信号为1101。
对应于其他的行信号,列信号都是1111。
这样,通过行扫描,就可以确定按键的行、列坐标。
确定是否有多键按下,有时一次按下的键不止一个,这在一般情况下是由于误操作引起的,是不应该出现的,通常称为窜键。
出现这种情况时,就可能有不止一次会出得到列信号不全为1,这时就不容易判断哪个键是真正需要按下的。
为了处理这种情况可采取两种办法:
一是行扫描一定是扫到最后一行才结束,而不是检测到列信号不全为1时就结束,以便发现窜键;二是如果出现了窜键,最简单的处理办法就是这次行扫描不算,再来一遍,即以最后放开的那个键为准。
因此,最简单的方法是在检测到有键按下时,等待(延迟)一段时间再进行行扫描延迟的时间为10∽20ms。
这可通过调用延迟子程序来解决,当系统中有显示子程序时,调用几次显示子程序也能同时达到消除抖动的目的,其接口电路如图8。
5总结与体会
经过这次毕业论文设计,让我明白了电路系统的庞大和自己知识的欠缺,在制作过程中,马虎不得,粗心不得,特别是电子类的设计制作更应该如此。
首先辅导老师耐心与负责的指导我,一步一步的认识电路,让我了解了数字电子电路的应用。
其次让我感触颇深的是电路系统的庞大,好多关于电路的资料是我所欠缺的,一些设计课题都未曾听说过,让我感到自己的知识是多么的贫乏,曾经认为自己的专业已经做的很好了,当面对这一切时,真是不得不低头,我想在今后,我会更加努力的学习,而且经过这次毕业设计让我对我的专业知识有了更加深刻的理解。
近年来,单片微型计算机在我国的应用正以预想不到的速度迅猛发展,它已在我国人民的生活和生产中的各个领域得到了卓有成效的应用,成为实现我国科技现代化的重要工具,经过这次毕业论文设计使我深深的感受到了,理论联系实际的必要性及其重要性,在我们以往的学习过程中,我们刻意地去加强理论的基础,对于一个程序我们只求它在运行时没有出错,我们便以为我们的计划成功了岂不知它能否在硬件结构中得以实现则是另外一回事,这就要求我们的动手能力了,如果无法使软件与硬件实现有机的结合,那么再好的程序也只是一堆废字符。
本次设计有机地结合了理论与实践,既考察了我们对理论知识的掌握情况,还反映出我们实际动手能力,更主要的是它激起我们创新思维,为今后的进一步学习创下良好条件,为以后的就业也打下一个根基,真可谓一举多得。
总之,在设计过程中学到了许多,作为现代的大学生,如果仅停留在以往的层次上,是远远跟不上时代的步伐,也无法使自己立足在竞争如此激烈的社会里,经过这次毕业设计,让我看到了自己的水平和差距,同时感谢我的指导老师对我的帮助和悉心的指导。
参考文献
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高等教育出版社.2004.4
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高等教育出版社.2004.4
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[4]赵保经.集成电路大全[M].国际工业出版社.1989.
[5]中华电子科技网.http:
\\
Briefanalysiscountdowntimer
Author:
LifangNieInstructsteacher:
ZhanchengKang
(CollegeofphysicsandelectricityscienceShanxiDatongUniversity,DatongShanxi037009)
Abstract:
Thiselectriccircuitisbytheclockproduction,triggers,countdowncounts,thedecodingdemonstrationisthemainfunction,ininferiorstructureInfoundation,structuremainbodyelectriccircuitandauxiliarycircuittwoparts.Whencountdownattheendofcounting,relayoperation,Controlusingelectricitymovement.
Keyword:
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