单片机的定时开关的设计与制作
目 录
前言 1
一、定时开关方案设计 2
二、硬件设计 3
（一）单片机电路设计 3
1、AT89C51单片机特点 3
2、AT89S51单片机引脚说明 3
3、单片机最小系统 5
（二）显示电路的设计 6
1、LCD1602介绍 6
2、LCD1602引脚功能 6
3、指令集 7
4、显示电路原理 8
（三）电源电路的设计 8
（四）继电器控制电路的设计 8
（五）按键电路的设计 9
三、软件设计 10
（一）主程序流程 10
（二）设置时间子程序 11
四、制作与调试 12
（一）制作 12
1、元器件清单 12
2、排版 12
3、焊接 13
4、检验 13
（二）调试 13
1、软件调试 13
2、实物调试 14
总结 16
致谢 17
参考文献 18
附录1定时开关程序 19
附录2 原理图 24
前言
在我们的日常生活中，家用电器的使用有时需要我们自己注意时间，有时不注意就有可能引发火灾，例如烧水时忘记了，时间太长就有可能引发火灾。
在各种养殖场，孵化间，鱼塘供氧，作物浇灌，鱼缸等场所，传统开关需要每天保证灯光照射及其投喂饲料的时间和次数，消耗了大量人力，同时还可能因人为失误而导致巨大的损失。
在医院，幼儿园,餐饮等单位的紫外线消毒间，化工场所，及含辐射区域，传统 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
开关往往需要人员直接进入内部开启和关闭开关，这使得人的身体频繁遭受伤害。由此可见定时开关在人们的生活中起到了不小的作用，它为我们的生活提供了便利。定时开关主要使用在规划生活和工作中，同时还起到提醒的作用。
其实定时开关有着十分悠久的历史比较广泛的用途。定时的观念从古代便有了，滴水计时，当水滴到一定量时会引发机关进行报时就体现了这一观念。
随着20世纪70年代单片机的问世，以其高性能低成本吸引了人们的关注并得到了重视。它成本低，体积小，抗干扰强，重量轻，要求低，灵活性高，开发方便。
我设计的基于单片机的定时开关，它是通过按键的控制设定定时时间并在液晶显示屏上显示的低成本，操作方便简单，使用便捷的控制工具。
一、定时开关方案设计
单片机以及其他部分电路由电源为其提供工作所必须的电力。本设计定时时间的设置通过实体按键来实现，定时的时间在指示屏的第一行显示，定时完成并确认一切正常运行后，按下按键单片机开始计时同时计时的状况会在显示屏的第二行显示出来，当计时完成显示屏的第一第二行显示一致，三极管在单片机提供的高电平下工作在截止区，发射极电压为0，继电器停止工作失去电磁力对开关没有了吸力，开关因此断开，从而电路断开。
本设计的设定可以通过显示器显示定时时间，同时也可以显示时间的计时。定时时间可以达到99小时59分59秒，定时精准度为1s。在必要的时候可以手动控制，直接关闭电源。定时开关设计的框架如图1-1所示。
图 1-1 定时开关设计框图
二、硬件设计
（一）单片机电路设计
单片机的应用有利于产品的小型化、多功能化和智能化，有助于提高劳动效率，减轻劳动强度，提高产品质量，改善劳动环境，减少能源和材料消耗，保证安全等。但是，它的意义不仅仅体现在它的广阔应用范围以及所带来的经济效益上，同时还体现在它的应用正从根本上改变着人们传统的控制系统设计思想和设计方法。
1、AT89C51单片机特点
表2-1 AT89C51单片机特点
2、AT89S51单片机引脚说明
图2-1 引脚图 图2-2单片机逻辑符号图
表2-2 引脚说明图
3、单片机最小系统
由最少的元件组成的单片机可以工作的系统被称为单片机最小系统，一般由复位电路、单片机以及晶振电路组成。一个单片机系统为保证各个工作有条理合理没有冲突的进行，由晶振电路提供一个时钟信号，所有的工作都在这个信号下进行。单片机最小系统原理如图2-3所示。
图2-3 单片机最小系统
（二）电源电路的设计
根据我收集到的资料，整理出以下两种供电方式：
一、电池供电。这是最简单的方法，直接在指针板上安装三节5号电池就行了。采用这种方式不用担心电压波动，也没有接触不良的问题，能够十分稳定地给指针板供电。但是电池很不耐用，经常要换，既不经济又不环保。
二、USB供电。USB的接口类型相对单一，易于操作连接。同时携带方便便捷。可以接在电脑或是移动电源上。
本设计选用的是USB供电，因为它使用方便，连接灵活。只要有电脑或是移动电源即可使用，如今移动电源及其常见，所以相对而言选择USB供电比选择电池供电好。
（三）显示电路的设计
显示电路根据设计设计要求在方便轻小的状况下选择LCD1602。显示电路的显示屏的实物如图2-4所示。
图2-4（a） LCD1602实物正面
图2-4（b） LCD1602实物反面
1、LCD1602 介绍
LCD1602是一款功耗低体积小、显示内容丰富的工业字符型液晶，但是由于它显示图形的效果不太好通常只用来显示数字，字母和符号。
2、LCD1602引脚功能
表2-3 LCD1602引脚功能
3、指令集
表2-4 LCD1602指令集
4、显示电路原理
显示电路原理如图2-5所示，根据LCD1602的引脚说明设计出来，为了调节液晶屏的对比度在LCD1602的3脚外接一个可调电阻，对比度随着电阻阻值变化引起的电压的改变而变化。LCD1602的7-14脚与单片机P0_0-P0_7相接由单片机控制LCD1602上的显示。
图2-5 显示电路原理图
（四）按键电路的设计
单片机的P3_3-P3_6外接按键为菜单、加、减和指示灯开关按键，将按键的调节状况反映给单片机，通过单片机在显示屏上将按键调节的状况反映出来，按键电路原理如图2-6所示。
本设计制作的定时开关所需要的元器件清单如表4-1所示。
表4-1 元器件清单
单片机 AT89C51 1
芯片座 DIP40 1
3、焊接
虽绘制了PCB图并对其进行了合理布局及排版，但由于PCB板的制作繁琐且只制作一个的话费用成本较高，不太符合要求，所以本设计决定用万用板制作焊接，同时我们可以根据PCB的布局来对元件进行排版，焊接时元件可以从PCB图对应的位置划分好范围，再按照元件的大小高低从低到高的顺序对元件进行插装焊接。设计的实物如图4-2所示。
感谢评阅我论文的各位老师，你们耐心查阅并给我指出不足之处，使我的论文更加完善，符合标准。
前言 1
一、定时开关方案设计 2
二、硬件设计 3
（一）单片机电路设计 3
1、AT89C51单片机特点 3
2、AT89S51单片机引脚说明 3
3、单片机最小系统 5
（二）显示电路的设计 6
1、LCD1602介绍 6
2、LCD1602引脚功能 6
3、指令集 7
4、显示电路原理 8
（三）电源电路的设计 8
（四）继电器控制电路的设计 8
（五）按键电路的设计 9
三、软件设计 10
（一）主程序流程 10
（二）设置时间子程序 11
四、制作与调试 12
（一）制作 12
1、元器件清单 12
2、排版 12
3、焊接 13
4、检验 13
（二）调试 13
1、软件调试 13
2、实物调试 14
总结 16
致谢 17
参考文献 18
附录1定时开关程序 19
附录2 原理图 24
前言
在我们的日常生活中，家用电器的使用有时需要我们自己注意时间，有时不注意就有可能引发火灾，例如烧水时忘记了，时间太长就有可能引发火灾。
在各种养殖场，孵化间，鱼塘供氧，作物浇灌，鱼缸等场所，传统开关需要每天保证灯光照射及其投喂饲料的时间和次数，消耗了大量人力，同时还可能因人为失误而导致巨大的损失。
在医院，幼儿园,餐饮等单位的紫外线消毒间，化工场所，及含辐射区域，传统 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
开关往往需要人员直接进入内部开启和关闭开关，这使得人的身体频繁遭受伤害。由此可见定时开关在人们的生活中起到了不小的作用，它为我们的生活提供了便利。定时开关主要使用在规划生活和工作中，同时还起到提醒的作用。
其实定时开关有着十分悠久的历史比较广泛的用途。定时的观念从古代便有了，滴水计时，当水滴到一定量时会引发机关进行报时就体现了这一观念。
随着20世纪70年代单片机的问世，以其高性能低成本吸引了人们的关注并得到了重视。它成本低，体积小，抗干扰强，重量轻，要求低，灵活性高，开发方便。
我设计的基于单片机的定时开关，它是通过按键的控制设定定时时间并在液晶显示屏上显示的低成本，操作方便简单，使用便捷的控制工具。
一、定时开关方案设计
单片机以及其他部分电路由电源为其提供工作所必须的电力。本设计定时时间的设置通过实体按键来实现，定时的时间在指示屏的第一行显示，定时完成并确认一切正常运行后，按下按键单片机开始计时同时计时的状况会在显示屏的第二行显示出来，当计时完成显示屏的第一第二行显示一致，三极管在单片机提供的高电平下工作在截止区，发射极电压为0，继电器停止工作失去电磁力对开关没有了吸力，开关因此断开，从而电路断开。
本设计的设定可以通过显示器显示定时时间，同时也可以显示时间的计时。定时时间可以达到99小时59分59秒，定时精准度为1s。在必要的时候可以手动控制，直接关闭电源。定时开关设计的框架如图1-1所示。
图 1-1 定时开关设计框图
二、硬件设计
（一）单片机电路设计
单片机的应用有利于产品的小型化、多功能化和智能化，有助于提高劳动效率，减轻劳动强度，提高产品质量，改善劳动环境，减少能源和材料消耗，保证安全等。但是，它的意义不仅仅体现在它的广阔应用范围以及所带来的经济效益上，同时还体现在它的应用正从根本上改变着人们传统的控制系统设计思想和设计方法。
1、AT89C51单片机特点
表2-1 AT89C51单片机特点
2、AT89S51单片机引脚说明
图2-1 引脚图 图2-2单片机逻辑符号图
表2-2 引脚说明图
3、单片机最小系统
由最少的元件组成的单片机可以工作的系统被称为单片机最小系统，一般由复位电路、单片机以及晶振电路组成。一个单片机系统为保证各个工作有条理合理没有冲突的进行，由晶振电路提供一个时钟信号，所有的工作都在这个信号下进行。单片机最小系统原理如图2-3所示。
图2-3 单片机最小系统
（二）电源电路的设计
根据我收集到的资料，整理出以下两种供电方式：
一、电池供电。这是最简单的方法，直接在指针板上安装三节5号电池就行了。采用这种方式不用担心电压波动，也没有接触不良的问题，能够十分稳定地给指针板供电。但是电池很不耐用，经常要换，既不经济又不环保。
二、USB供电。USB的接口类型相对单一，易于操作连接。同时携带方便便捷。可以接在电脑或是移动电源上。
本设计选用的是USB供电，因为它使用方便，连接灵活。只要有电脑或是移动电源即可使用，如今移动电源及其常见，所以相对而言选择USB供电比选择电池供电好。
（三）显示电路的设计
显示电路根据设计设计要求在方便轻小的状况下选择LCD1602。显示电路的显示屏的实物如图2-4所示。
图2-4（a） LCD1602实物正面
图2-4（b） LCD1602实物反面
1、LCD1602 介绍
LCD1602是一款功耗低体积小、显示内容丰富的工业字符型液晶，但是由于它显示图形的效果不太好通常只用来显示数字，字母和符号。
2、LCD1602引脚功能
表2-3 LCD1602引脚功能
3、指令集
表2-4 LCD1602指令集
4、显示电路原理
显示电路原理如图2-5所示，根据LCD1602的引脚说明设计出来，为了调节液晶屏的对比度在LCD1602的3脚外接一个可调电阻，对比度随着电阻阻值变化引起的电压的改变而变化。LCD1602的7-14脚与单片机P0_0-P0_7相接由单片机控制LCD1602上的显示。
图2-5 显示电路原理图
（四）按键电路的设计
单片机的P3_3-P3_6外接按键为菜单、加、减和指示灯开关按键，将按键的调节状况反映给单片机，通过单片机在显示屏上将按键调节的状况反映出来，按键电路原理如图2-6所示。
本设计制作的定时开关所需要的元器件清单如表4-1所示。
表4-1 元器件清单
单片机 AT89C51 1
芯片座 DIP40 1
3、焊接
虽绘制了PCB图并对其进行了合理布局及排版，但由于PCB板的制作繁琐且只制作一个的话费用成本较高，不太符合要求，所以本设计决定用万用板制作焊接，同时我们可以根据PCB的布局来对元件进行排版，焊接时元件可以从PCB图对应的位置划分好范围，再按照元件的大小高低从低到高的顺序对元件进行插装焊接。设计的实物如图4-2所示。
感谢评阅我论文的各位老师，你们耐心查阅并给我指出不足之处，使我的论文更加完善，符合标准。
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