河北農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 王沂蒙 王敏 朱澳英 杜書寧

聰明的人類往往利用最簡(jiǎn)單的規(guī)律做最困難的事，所以早期的計(jì)時(shí)器沙漏或水漏便出現(xiàn)在我們的視野當(dāng)中，隨著計(jì)時(shí)器不斷地改進(jìn)與發(fā)展，鐘表便在這個(gè)夾縫中應(yīng)運(yùn)而生并不斷地發(fā)展成熟，自此以后，人們便逐漸忠于這個(gè)更精確的定時(shí)器，并利用它的精確性來準(zhǔn)確定位時(shí)間。較為新穎的定時(shí)裝置于20 世紀(jì)80 年代才姍姍來到這個(gè)世界，這項(xiàng)偉大專利的申請(qǐng)者英國(guó)外科醫(yī)生索加于1876 年才完成了這項(xiàng)較為完整的定時(shí)裝置，起初它的使用范圍非常狹窄，只能利用簡(jiǎn)單的機(jī)械鐘帶動(dòng)煤氣街燈的開關(guān)從而達(dá)到控制相關(guān)閥門的目的。它的出現(xiàn)為時(shí)間安裝了一個(gè)精準(zhǔn)的定位儀，以其精確標(biāo)準(zhǔn)的特性創(chuàng)造了時(shí)代進(jìn)步階段的一個(gè)新的里程碑。

1 設(shè)計(jì)需求

對(duì)于定時(shí)器的分類，我們比較常見到的有兩種。在過去，被使用最多的是以模擬技術(shù)做支撐且無復(fù)雜功能的傳統(tǒng)產(chǎn)品，但是，現(xiàn)在這種產(chǎn)品卻已經(jīng)不是很常見了。相比較而言，現(xiàn)在使用最多的是新型的現(xiàn)代化數(shù)字技術(shù)產(chǎn)品，因其具有比較強(qiáng)大的功能，所以被廣泛使用。然而，現(xiàn)實(shí)中該產(chǎn)品往往具有很大的體積，對(duì)于能夠有使用價(jià)值和齊全功能，以及比較便攜的產(chǎn)品來說還是相對(duì)較少的。近年來，價(jià)格不斷被提升的單片機(jī)產(chǎn)品，促使了新型產(chǎn)品的廣泛使用，在系統(tǒng)集成中，其可以大大簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)，將繁雜的系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化。此外在小的應(yīng)用方面，家電設(shè)備控制以及我們常見的小型兒童玩具也多有使用。除了強(qiáng)大的功能，其質(zhì)量輕盈、便攜靈活、小體積等眾多優(yōu)點(diǎn)可以很好地滿足器件的需求，此外，再配上相適應(yīng)的芯片接口，往往可以實(shí)現(xiàn)多種多樣的微電子產(chǎn)品開發(fā)?；谠撜撌?，我們研制設(shè)計(jì)了一類以單片機(jī)為基礎(chǔ)的多用型定時(shí)器。利用多用途定時(shí)器，可以把現(xiàn)在的時(shí)間和設(shè)定的時(shí)間在LED 顯示屏中進(jìn)行顯示，這樣定時(shí)器正常工作與否可以被人們清楚地觀測(cè)到。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 AT89C51 芯片

通常來說，單片機(jī)又被稱為FLASH 存儲(chǔ)器，其帶有CMOS 8 位微處理器，是具有低電壓的4K 字節(jié)系統(tǒng)集成。一般來說，AT89C51 的標(biāo)準(zhǔn)功能有以下幾類：片內(nèi)存貯器為SFR 的80H-FFH 和RAM 為00H -7FH 的256 字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、全雙工串行通信口具有一個(gè)、5 向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)具有一個(gè)、16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器具有兩個(gè)、I/O口線32 個(gè)，以及時(shí)鐘電路和片內(nèi)振蕩器。除此之外，靜態(tài)邏輯操作降到0Hz 可以通過AT89C51 實(shí)現(xiàn)，在節(jié)電模式上可以選擇的一共有兩種軟件。RAM會(huì)在空閑時(shí)運(yùn)行，而CPU 會(huì)停止，另外，中斷系統(tǒng)以及串行通信口和定時(shí)/計(jì)數(shù)器也會(huì)持續(xù)運(yùn)行。RAM中的內(nèi)容會(huì)通過掉電方式保存，但振蕩器會(huì)暫停系統(tǒng)運(yùn)行，并復(fù)位其他所有部件的工作運(yùn)行到下一硬件。

2.2 時(shí)鐘電路

硬件設(shè)計(jì)是一個(gè)較為復(fù)雜的系統(tǒng)，但是其中相對(duì)來說更為復(fù)雜的就是時(shí)鐘電路，其主要包括了兩個(gè)部分，即實(shí)時(shí)時(shí)鐘與RAM，其工作模式就是通過串行接口與單片機(jī)來進(jìn)行交流，然后能夠給電路隨時(shí)提供時(shí)間信息。時(shí)鐘通常采用的操作格式是12/24 小時(shí)格式，這種操作格式主要是由AM/PM來進(jìn)行具體的指示。該系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)通信的目標(biāo)主要運(yùn)用了RES（復(fù)位）、SCLK（串行時(shí)鐘）、I/O（數(shù)據(jù)線）、三個(gè)口線與單片機(jī)，它們之間進(jìn)行串行從而進(jìn)行通信。該系統(tǒng)如果想正常的工作，一個(gè)必須解決的難題就是時(shí)鐘電路如何保持正常的工作狀態(tài)，而為了讓時(shí)鐘電路一直保持正常的工作狀態(tài)，那么首先要解決的就是電路的搭建問題，只有電路正確搭建，時(shí)鐘系統(tǒng)才可以保持正常的工作狀態(tài)。

2.3 報(bào)警器的設(shè)計(jì)

該多用途定時(shí)器要想發(fā)揮報(bào)警的作用，首先就是通過按鍵來控制從而實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)，之后就是通過單片機(jī)來驅(qū)動(dòng)報(bào)警器，讓報(bào)警器正常工作，與此同時(shí)還應(yīng)該驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作。

3 工作模式

定時(shí)器的工作模式就是通過時(shí)鐘脈沖來累積計(jì)時(shí)的，時(shí)鐘脈沖并不是單一的一種，而是被分為1ms、10ms、100ms 幾種。定時(shí)器工作的本質(zhì)就是對(duì)時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。由于工作的需要，定時(shí)器還設(shè)置有一個(gè)設(shè)定值寄存器、一個(gè)當(dāng)前值寄存器。前者主要是用來存儲(chǔ)編程時(shí)賦值的計(jì)時(shí)時(shí)間設(shè)定值。后者的作用就是將當(dāng)前值準(zhǔn)確無誤地記錄下來。但是這兩種寄存器都采用的是16 位二進(jìn)制的方式進(jìn)行存儲(chǔ)。如果要計(jì)算定時(shí)器的最大計(jì)時(shí)范圍值應(yīng)該用其最大值與定時(shí)器的計(jì)時(shí)單位值相乘，最終得出的結(jié)果即為最大值。定時(shí)器在正常工作時(shí)，后一種存儲(chǔ)器也開始工作即開始計(jì)數(shù)，如果該計(jì)數(shù)的數(shù)值與提前設(shè)定的數(shù)值一致，那么此時(shí)起常開觸點(diǎn)就會(huì)接通，而常閉觸點(diǎn)斷開，最終就能實(shí)現(xiàn)控制時(shí)間的目的。定時(shí)器還可以起到延時(shí)控制的作用，其可以被當(dāng)作繼電器電路中的時(shí)間繼電器。

4 結(jié)語

筆者在本文中論述的定時(shí)器具有應(yīng)用范圍比較廣、體積較小、容易攜帶等優(yōu)點(diǎn)，是我們理想中的一種定時(shí)器，因此我們可以分析出該定時(shí)器在將來的應(yīng)用范圍會(huì)比較廣，會(huì)給有關(guān)企業(yè)帶來較高的經(jīng)濟(jì)效益。