实用制作：基于单片机的数显可调定时器
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随着电子技术的不断发展，人们生活水平的不断提高，充电型电子设备的种类和数量也跟着迅猛发展，尤其是电动车和手机。这些电子设备在给我们生活和工作带来便捷的同时，充电的问题也使得人们不厌其烦，电动车大约需要充电8小时左右，手机大约需要充电3小时左右，然而当充电结束后，人们经常忘记拔掉电源，更有甚者给电池充电达数天，这对电池的功能和使用寿命无疑是一种破坏。介于此，笔者萌生了自己动手设计制作一个数显可调定时器的想法，来解决一些生活中的问题。
数显可调定时器数显可调定时器原理介绍
通过小时和分钟的“加”“、减”按键对需要的定时时间进行预设，确定无误后，按下启动按键，定时开始，这时，数码管便会从预设时间开始倒计时，同时充电发光二极管每秒闪烁一次，当计时到零后，充电发光二极管由闪烁状态变成常亮，继电器动作，切断充电电源。
假如电路在运行时出现故障或者运行错误，需要按单片机的复位键，然后对定时时间重新调整后，按启动按键，重新开始定时。
电路框图如图1所示。电路原理图如图2所示。
图1 电路方框图
图2 电路原理图
1. 输入部分
输入部分有五个按键组成，分别是分钟+10、分钟-10、小时+1、小时-1和设置完成按键。定时器的初始值是8小时。
使用前，先通过这五个按键进行定时时间的设置，分钟设置键的分辨率之所以10分钟为一个步进阶梯完全是考虑的实际的需要，因为无论是电动车还是手机，都没有必要以一分钟为单位，当然，使用者可以根据自己的需要动手修改程序，已达到自己的要求。
本制作所使用的按键均为四脚封装常开型按键，使用前需通过万用表对引脚进行测量来确定那组引脚作为开关使用，当然也可以直接使用对角线引脚作为开关按键，另外两个引脚悬空，便不会出现问题。同时需要提醒的是，电路板上另外一个按键是单片机的复位按键，电路正常工作时不要去触摸。
输入部分的电路工作原理就是单片机对按键的识别，如图3所示，单片机的P1口通过上拉电阻接高电平，当没有按键按下时，P1.0～P1.4的管脚电压为高电平，如果某一个按键按下，相应的单片机并口就会被拉低为低电平。编程时，只要扫描P1.0～P1.4的状态，便能完成对按键的识别。
图3 输入部分
2. 控制部分
控制部分采用AT89S51单片机作为控制器，它把按键的信息采集过来后，经过单片机内部的定时计数器T0运算，完成相应的定时，同时单片机的并口也会将信息输出给显示部分和输出部分。
控制部分的主要工作原理就是利用了单片机内部的定时/ 计数器T 0 ， 由于它的最大定时时间只有6 5 m s左右，所以，本制作利用T0的方式一，每次定时50ms，循环1200次，来实现精确的一分钟定时。误差在微秒级。
图4 单片机最小系统
3. 显示部分
显示部分由两个发光二极管和一个三位一体的数码管组成。
红色发光二极管为电源指示灯，当电源通电其发光，断电其熄灭。黄色发光二极管为充电指示灯，充电开始后，它每秒亮灭一次，充电完成后，其亮灭闪烁变为常亮。在设计阶段，笔者还建议在输出继电器加第三个发光二极管，作为继电器吸合或断开的指示灯，切忌一开始就加接强电，危险极大。
数码管是三位一体共阳极封装，高位数码管显示小时，其它两个数码管显示分钟。
数码管电路的主要工作原理就是电路驱动和动态扫描。
如图5所示，数码管的段驱动采用自带BCD译码的4线7段译码驱动器74LS247。位驱动则采用八同相三态缓冲器/线驱动器的74HC244，由于它集成了八个同相驱动器，所以可以驱动八个数码管。
图5 显示部分
数码管动态扫描就是利用人眼的视觉暂留现象，某一时刻只有一位数码管显示，其它熄灭，通过位选切换，快速的在三个数码管上依次显示所需信息，由于速度很快，加上数码管的余辉现象和人眼的视觉暂留现象，使得人们能够看到完整流畅的三个数字。
4.输出部分
输出部分主要是一个能控制220V市电通断的继电器。继电器的驱动部分则采用达林顿晶体管阵列ULN2003A（见图6）。
图6 输出部分
它其实就是集成了七个继电器驱动的集成电路，所以本制作可以扩展输出七个继电器，能满足七个用电器的七种不同定时，当然，要实现此功能还需要修改程序。读者也可以用分立元件来替代ULN2003A。
实物图及PCB版图如图7~图9所示。
图7
图8
图9
程序清单：
#include <AT89X51.H>
#defi ne uchar unsigned char
#defi ne uint unsigned int
uchar bbit[]={0x04,0x02,0x01};
uchar buffer[]={0,0,0};
uchar hour=8,minute;//小时初始值为8，分钟为00
uint count;
void delay（uchar ms）//毫秒级延时子程序
{
uchar j;
for（；ms>0;ms--）
for（j=0;j<120;j++）；
}
void tt0（） interrupt 1 using 1//定时器T0中断子程序
{
TH0=（65535-50000）/256;
TL0=（65535-50000）%256;
if（count==1200） //50ms*1200=60s（秒）
{
count=0;
if（hour==0&&minute==0）
{
P3_0=1; //继电器动作
while（1）{P1_7=0;}//充电完成 灯由闪烁变常亮
}
if（minute==0）
{
minute=60; hour--;
if（hour>=9）hour=9;
}
minute--;
if（minute>=59）minute=59;
}
buffer[0]=minute%10;//秒的低位放入显示缓冲区
buffer[1]=minute/10;//秒的高位放入显示缓冲区
buffer[2]=hour; //小时放入显示缓冲区
count++;
if（count%10==0）
P1_7=!P1_7; //正在充电 充电指示灯每秒闪烁一次
}
void display（）//数码管显示子程序
{uchar i;
for（i=2;i!=0xff;i--）
{
P0=buffer[i];
P2=bbit[i];
delay（10）；
P0=0XFF;
}
}
void main（）//主函数
{
P1=0xff; //初始化
P3=0;
TMOD=0x01;
TH0=（65535-50000）/256;
TL0=（65535-50000）%256;
EA=1;
ET0=1;
while（1）
{
buffer[0]=minute%10;
buffer[1]=minute/10;
buffer[2]=hour;
display（）；
if（P1_0==0）//分钟“加十”
{
delay（5）；
if（P1_0==0）
{minute+=10;if（minute>=59）minute=0;} while（P1_0==0）；
}
if（P1_1==0）//分钟“减十”
{
delay（5）；
if（P1_1==0）
{minute-=10;if（minute>=59）minute=0;}while（P1_1==0）；
}
if（P1_3==0）//小时“加一”
//P1_3和P1_2互换位置，完全是因为PCB布局的需要
{
delay（5）；
if（P1_3==0）
{hour++;if（hour>=9）hour=9;} while（P1_3==0）；
}
if（P1_2==0）//小时“减一”
{
delay（5）；
if（P1_2==0）
{hour--;if（hour>=9）hour=9;}while（P1_2==0）；
}
if（P1_4==0）break;
//如果按下设置键，跳出本循环，定时开始
}
TR0=1;
while（1）
{
display（）；
}
}
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